JPS60100375A

JPS60100375A - 燃料電池

Info

Publication number: JPS60100375A
Application number: JP58207457A
Authority: JP
Inventors: Meiji Takai; 高井　盟史
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-11-07
Filing date: 1983-11-07
Publication date: 1985-06-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］本発明は、燃料である可燃性ガスの給排出手段に改良を
施した燃料電池に関するものである。

［発明の技術的背景］燃料電池は、燃料の持つ化学エネルギーを電気化学プロ
セスで酸化させることにより、酸化反応に伴って放出さ
れるエネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置で
ある。この燃１！ｊ１電池を用いた発電プラントは、比
較的小さな規模でも発電の熱効率が４０〜５０％にも達
し、新鋭火力をはるかにしのぐと期待されている。さら
に、近年大きな社会問題になっている公害要因であるＳ
ＯＸ。

ＮＯｘの排出が極めて少ない、発電装置内に燃焼サイク
ルを含まないので大量の冷ムＩＪ水を必要どしない、振
動音が小さいなど、原理的に高いエネルギー変換効率が
期待できると共に、騒音・排ガス等の環境問題が少なく
、さらに、負荷変動に対して応答性が良い等の特長があ
ることから、その開発、実用化の研究に期待と関心が寄
せられている。

この様な燃料電池発電プラントのうち小規横のものは、
ＴＩ（に試作され、実験運転の段階に入っている。しか
し、大容量の燃料電池発電プラントの実用化への最大の
鍵は、複数台の燃料電池を併設して成る発電プラントに
おいて、燃料である水素ガス等の司燃１４１ガスを各燃
料電池のタンクにいかに安全に（ｊξ給しツノ１−出Ｃ
きるかという点、即ち、可燃性ガスが６燃わ１電池のタ
ンクへの給排出管の管路上で漏洩し、酸素と混合して反
応覆る危険をいかに防止覆るかにかかつている。

さて、この様な燃料電池の原理を示す断面模型図を第１
図に示した。即ち、−組の多孔質電極１の間に、リン酸
等の電解液を含浸させた電解質層２を介在さＵで単電池
を形成し、この単電池の両端面に水素ガスト１と空気へ
を連続して供給する。

この様に覆ると、反応生成物及び反応残余物りが外部に
連続して除去されるので発電が長期にわたり継続される
。

また、この様な燃ｎ電池の基本的な構成は、第２図に示
ず通りである。即ち、電解質マトリックス層３の両側に
正極４及び負極５が配設されて四角系の板状をなす単電
池が構成され、この単電池を発電装置として使用するた
めに、多数の単電池が直列に結合されてＷ４層されてい
るが、これら単電池の間には、ガスを供給づるための溝
を設（ｊたインクコネクタ６が配設され、前記単電池と
交互に積重ねられている。この溝付インタコネクタ６に
は、対向づる二側縁に間口ＩＪる複数の溝が設（プられ
ており、−側面の溝を流路とする水素ガス流路７ど、他
の側面の溝を流路とする空気流路８は、互いに直行する
方向に配列されている。

ところで、現在開発が進められている燃料電池Ｎは、第
３図（Ａ＞（Ｂ）に示す如く、上記の様な単電池を四角
谷状に複数個積層してセルスタック９が構成され、その
四周の側面には反応ガス供給用のマニホールド１０が取
付りられている。このマニホールド１０には、それぞれ
水素ガス供給管１１、水素ガス排出管１２、空気供給管
１３及び空気排出管１４が接続されており、水素ガス及
び空気は、セルスタック９内を矢印Ａ、Ｂの方向に流れ
る様に設計されている。また、セルスタック９の運イ〃
副度は高い方が反応論的には好ましいが、構成＋Ａ　ｆ
！＋の耐熱性や電解質の蒸気圧等の制約から２００°Ｃ
前後に維持することが望ましい。

従って、ヒルスタック９内に」」設された導管内に冷却
水を循環させて、燃料電池起動時の加熱と、運転中に光
！１−η′る熱を冷７Ｊ　Ｌ、ている。即ち、この型の
燃料電池Ｃは、第３図（Δ）に示した様に、冷却水供給
管１５及び冷ノ４１水排出管１６が配設され、冷却水は
セルスタック９内を破線Ｃの様に循環している。、さら
に、燃１１電池の出力は直流で、セルスタック９の上下
端に配設されたミノ〕端子（正極）１７、電力端子（負
極）１８から、接続導体１９及びブッシング２０を介し
てタンク２１外に引出される。

以上、説明した様な燃料電池の中身は、タンク２１内に
収納され、水素ガス等の燃料ガスがマニホールド１０ヤ
】その他からの漏れて、大気中の酸素と間合して反応す
る危険を防止するため、窒素ガス・等の不活性ガスが封
入されている。

［背景技術の問題点］この櫟な燃料電池において、セルスタックその他反応部
分は、タンク内に収納され、且つタンク内に充填された
不活性ガスで保護されているため、燃料である可燃性ガ
スの漏洩が生ずる恐れは少ないが、このタンクに可燃性
ガスを供給し反応生成物を除去する燃料の給排出室につ
いては、管の外壁が直接大気中に露出しているため、燃
料ガスである水素ガス等が漏れて大気中の酸素と混合し
て反応する危険性が高い。

特に、第３図（Ａ＞（Ｂ）に示した様な燃４′！ｌ電池
においては、その単器容量は単電池面積とその積層個数
に比例する。しかし、単電池を構成する多孔質電極板は
、全面均一な厚さに成形する製作上のｌ１ｉｌＪ約や、
脆い材質であることからの積層作業の制約、さらには、
全面均一な締付力が得られにくい等の制約より、その面
積を大幅に増大づることは困難であり、また単電池の積
層個数も輸送上の制約或いは積層作業の制約等のため限
界があることより、セルスタン９１個当たりの容量は２
００〜５００ｋｗに抑制される。従って、大容量の燃料
電池発電プラントの実用化に際しては、数十個或いは数
百側の燃料電池を併設づる必要がある。

そのため、各燃料電池を接続づる配管数も多くなること
から、従来の露出構造の配管では、ガス漏れ事故の危険
ｖ１はか４ｊす＾くなるという問題点があった。

［発明の目的１本発明は、」二連の如き従来の配管構造の問題点を解消
せｌυどしくｊ１？案されたもので、その目的は、燃料
ガスである水系ガス等の可燃性ガスが、その給排出管の
管路Ｊ二で漏れ、大気中の酸素と混合して反応、熔光Ｊ
る危険を未然に防止づることのできる燃料電池を促供Ｊ
ることにある。

［ざ乾明の＋１１１１要］本発明の燃わ１電池は、可燃性ガスの供給管及びり１出
管を保Ｗ！管内に収納し、その保護管内に窒素ガス等の
不活１１１ガスを封入づることにより、給排出管を二！
ｎ構造として、再燃性ガスがその給排出管の管路上で漏
れて爆発する危険性を解消したものである。

［発明の実施例］進／υで、本発明の一実施例を第４図乃至第６図に基づ
いて具体的に説明する。なお、第１図乃至第３図の従来
型と同一の部材については同一符号を（＝Ｉし、説明は
省略する。

本実施例にａ３いて、発電プラントを形成する複数個の
燃料電池は、直列に配置されている。これら各燃料電池
に燃料ガス及び冷却水を供給し排出する各配管、即ち、
水素ガス供給管１１．水素ガス排出管１２．空気供給管
１３．空気排出管１４゜及び冷却水供給管１５．冷却水
排出管１６は、直列に配列された燃料電池群と並行に、
各タンク２１の下部に配設されている。これらの配管は
、各燃料電池のタンクを貫通づる分岐管を介して、各々
のセルスタック９のマニホールド１０に接続されている
。

これらの配管のうち、可燃性ガスである燃料を給排出す
る水素ガス供給管１１及び水素ガス排出管１２は、それ
ぞれ別個の保護管２２内に収納さている。これらの保護
管２２は、燃料電池の配列方向に治っ（伸びでいるが、
水素ガスの供給管１１ど排出管１２の分岐管が各燃料電
池のタンクを貫通している箇所にＪｊいては、この保護
管もタンク側に分岐しており、その分岐の上部間口部で
タンク２１と連通されている。従って、保護管２２内部
及びでの分岐内部には、タンク内と同様に窒素ガス等の
不活性ガスが封入されている。

この様な保護管２２及び内部の水素ガスの給排出管１１
．１２は、第０図に示した様な構成で連結され、その長
さの不足を補っている。即ち、水素ガス供給管１１及び
水素ガス排出管１２の端部には、フランジ２３形成され
、対向するフランジ２３がボルト・ナツト２４により締
付連結されている。一方、保護管２２の連結部には、切
断面が台形をしたゴムリング２５が２つの保護管２２の
両端部に１へ込まれ、イの外周に前記ゴムリング２５ど
密着するにうにリング状のスリーブ２６が嵌込まれ、そ
れらがフランジ２７及びボルト・ナツト２８によって締
イ１固定されている。

この様に構成された本実施例の燃料電池においては、水
素ガス等の可燃性の燃料カスはセルスタック部分以外の
マニホールド、タンク、配管系のづべての部分において
、窒素ガス等の不活性ガスが充填された中に収納されて
おり、各部からの燃料ガスの漏れにより、大気中の酸素
と混合１反応して爆発する恐れはない。また、水素ガス
供給管。

水素ガス排出管を収納保護する保護管がタンクと連通さ
れているため、組立時或いは点検補修時に複数台の燃料
電池を同時に窒素ガスを封入でき、組立時間を大幅に短
縮することができる。さらに、保護管途中に可燃性ガス
検知器を設置することにより、複数台の燃料電池を一括
して漏洩を早期に検知Ｊることができ、燃料電池の安全
性を高めることができる。

なｄ３、本発明は上述の実施例に限定される一ｂのでは
なく、第７図に示した様な他の実施例も採用可能である
。即ち、水素ガス供給＠１１及び水素ガス排出管１２は
セルスタック９を収納するタンク２１の下部に並行して
配設され、それらが、共通の保護管３２内に収納されて
いる。この保護管３２は、タンク２１と連通していない
が、その内部には窒ｊｐｉカス等の不活＋９ガスが封入
されている。

この実施例に＋Ｉｊいては、水素ガスの給ＩＪ）出惜が
一括して保護管内に収納されているので、保護管の構造
がＩｌｌ純化するどＪＬ：に、タンクと保護管とが区画
されているので、両者を別々に点検補修することができ
たり、事故時に他方に影胃が出ないなどの利点がある。

［発明の効果Ｊ以上の通り、本発明にＪ：れば、可燃性の燃料カスがそ
の給り＃出惜の管路上で漏れ、大気中の酸素と混合して
反応、９１発づる危険を防止づ−る゛ことができ、発電
プラン１−の構成に当たり多数個接続しＩＣ場合であっ
ても、信頼＋４１に優れた燃料電池を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料電池の原理を示す断面模型図、第２図は燃
料電池の基本構成を示づ斜視図、第３図（Ａ′）は現在
開発が進められている燃料電池の概略構成を承り甲面図
、第３図（Ｂ）はその縦断面図、第４図は本発明の燃料
電池の一実施例を示ブ縦断面図、第５図はその側面図、
第６図は本発明の燃オ゛３１電池に用いられる保護管の
連結部の要部断面図、第７図は本発明の他の実施例を示
づ縦断面図である。Ｎ・・・燃料電池、１・・・多孔質電極、２・・・電解
質層、３・・・電解質マトリックス層、４・・・正極、
５・・・負極、６・・・溝付インタコネクタ、７・・・
水素ガス流路、８・・・空気流路、９・・・セルスタッ
ク、１９・・・マニホールド、１１・・・水素ガス供給
管、１２・・・水素ガスＩＪＩ出惜、１３・・・空気供
給管、１４・・・空気排出管、１５・・・冷却水供給管
、１６・・・冷却水１ノ１出管、１７・・・電力端子（
正極）、１８・・・電力端子（負極）、１９・・・接続
導体、２０・・・ブッシング、２１・・・タンク、２２
・・・保護管、２３・・・フランジ、２４・・・ポル１
−・ナツト、２５・・・ゴムリング、２６・・・スリー
ブ、２７・・・フランジ、２８・・・ボルト・ナツト、
３２・・・保Ｍ管。７３１７代理人弁理士則近憲佑（はが１名〉第１図第２悶

Claims

【特許請求の範囲】

（１）１１１電池を複数Ｉｉｉ＋ｉ積層して成るセルス
タックがタンク内に収納され、このセルスタックにタン
ク外部から水素ガス等の可燃性ガスが供給されている燃
料電池にＪ３い−Ｃ１可燃性ガスの供給管及びＪＪＩ出
管が保設筑内に気密に収納され、前記保護管内に窒素ガ
ス等の不活性ガスが封入されていることを特徴どづる燃
１３１電池。
（２）　可燃性ガスの供給管及び排出管が、それぞれ別
個の保ムＳｔ管内に収納されている特許請求の範囲第１
項記載の燃料電池。
（３）　可燃１／ｌガスの供給管及び排出管が、同一の
保護管内に収納されている特許請求の範囲第１項記載の
燃料電池。
（４）　保護管がタンクと連通されている特許請求の範
囲第２項又は第３項記載の燃料電池。