JPS61101966A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

燃料電池発電装置

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JPS61101966A
JPS61101966A JP59221305A JP22130584A JPS61101966A JP S61101966 A JPS61101966 A JP S61101966A JP 59221305 A JP59221305 A JP 59221305A JP 22130584 A JP22130584 A JP 22130584A JP S61101966 A JPS61101966 A JP S61101966A
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JP
Japan
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fuel cell
group
fuel
gas
power generation
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JP59221305A
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English (en)
Inventor
Meiji Takai
高井 盟史
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)

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、燃料電池群に供給、排出する燃料ガス゛、空
気あるいは冷却水等の配管路の構成に改良を施した燃料
電池発電装置に関するものである。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
燃料電池は、燃料の持つ化学エネルギを電気化学プロセ
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
エネルギを直接電気エネルギに変換する装置である。こ
の燃料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80X 、 NOX
の排出が極めて少なく発電装置内に燃焼サイクルを含ま
ないので大量の冷却水を必要としない、振動音が小さい
、など原理的に高いエネルギ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(二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模のものは、
実用化が近いがしかし大容量の燃料電池発電プラントの
実用化への最大の技術的問題点は、その構造上および作
業性、あるいは輸送上の制約等があるため燃料電池の単
器容量に大幅な増加は薄めないことより、多数台の燃料
電池が必要となす、多数台の燃料電池をいかに効率良く
配設し、その据付スペースを縮小化出来るか1;かかつ
ている。
さてこの様な、燃料電池の原理を示す断面図を第3図に
示す。即ち一組の多孔質電画1の間にリン酸等の電解液
を含浸させた電解質層2を介在させて単電池を形成しこ
の単電池の両端面に水素ガスHと空気Aを連続して供給
する。この様にすると、反応生成物および反応残余物り
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、この様な燃料電池の基本的な構成は、第4図に示
す通りである。即ち電解質マトリックス層3の両側に正
極4および負極5が配設されて四角形の板状をなす単電
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積層されている
がこれら単電池の間には、ガスを供給するための溝を設
けたインクコネクタ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
する二側縁に開口する複数の溝が設けられており、−側
面の溝を流路とする水素ガス流路7と、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は第5図(
A) 、 (B)に示す如く、上記の様な単電池を四角
柱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
付けられている。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、空気排出管14が接続されており、水素ガスおよ
び空気は、セルスタック9内を矢印A、Bの方向に流れ
る。また、セルスタック9の運転温度は高い方が反応論
的には好ましいが構成材料の耐熱性や電解質の蒸気圧等
の制約から200℃前後に維持することが望ましい。従
ってセルスタック9内に埋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、運転中に発生する
熱を冷却している。即ちこの型の燃料電池では第5図(
A)に示した様に、冷却水供給管15および冷却水排出
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、燃料電池の出力は、直流
でセルスタック9の上下端に配設された電力端子(正極
)17.電力端子(負極)18から接続導体19および
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、タンク21内にはマニホールド10やその他から
め水素ガスが漏れ、空気と混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。
ところで、第5図(A) (B)に示した様な燃料電池
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、買電極板を
全面均一な厚さに成形する製作上の制約や脆い材質であ
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
することは困難であり、また単電池の積層個数も輸送上
の制約あるいは、積層作業の制約等のため限界があるこ
とより、セルスタック1個当りの容量は200〜500
にWに抑制さされる。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、あるいは数百側の燃
料電池を併設する必要がある。そのため、燃料電池に供
給、排出する水素ガス、空気、および冷却水の配管の配
設あるいは電力端子をいかに、接続するかによって、所
要据付スペースあるいは、点検。
保守作業の難易度に大きな影響を与えることになる。
特に屋内1:設置される、燃料電池発電装置においては
水素ガス、空気および冷却水の供給、排出管は、本数も
多く、その配置は、燃料電池発電プラントの据付スペー
スに最も大きな影響を与える。
さらに配管系から水素ガスが漏れ、空気と混合し反応す
る危険を未然に防止するかあるいは、反応後のトラブル
拡大防止の対策も必要である。しかし、従来から提案さ
れているこの種の燃料電池を使用した発電装置は、上記
の様な要望を充分満足するものではなくその改良が強く
望まれているのが現状である。
〔発明の目的〕
本発明は、上述の如き従来技術の問題点を解消せんとし
て提案されたものでその目的は、点検、保守作業を容易
にすると共に所要据付スペースを最小にすることが出来
、しかも万が一水素ガス等の燃料ガスが配管部よりもれ
空気と混合し反応したとしても周辺に与える影響を最小
にすることが出来る燃料電池発電装置を提供することに
ある。
〔発明の概要〕
本発明の燃料電池発電装置は、燃料電池群と、水素ガス
、空気および冷却水等を発生、処理するガス処理装置群
とを接続する複数本の配管を垂直状に配列すると共にコ
ンクリート等よりなる壁に内蔵させることにより、配管
所要スペースを縮小し、よって燃料電池発電装置全体の
据付スペースを縮小し、さら(二は配管部分からの水素
ガスが万一の漏れによっても、空気と混合し、反応する
危険を未然C二防止あるいは、反応時のトラブルの拡 
  :大防止をするようにしたものである。
さらに、本発明の燃料電池発電装置は、燃料電池群を複
数個の小ユニットに分割し、該ユニットな配管を内蔵し
た壁面により仕切られた小室内に、それぞれ配設するこ
とにより、ユニットごとの保守点検を容易にし、さらに
万一の燃料電池囲いでの水素ガスの漏れに対しても空気
と混合し反応するトラブルの影響を最小にするようには
かったものである。
〔発明の実施例〕
本発明の二実施例を第1囚及び第2図に基づいて具体的
に説明する。なお第3図乃至第5図の従来型と同一の部
材については、同一符号を付し説明は省略する。
本実施例の燃料電池発電装置は、屋内に設置される場合
のもので水素ガス等の燃料ガス、酸化剤としての空気さ
らには冷却水等を発生あるいは処理するガス処理装置群
と燃料電池群が各種配管で接続されたものである。第1
図は、燃料電池群の一部と、燃料ガスとしての水素ガス
、および酸素。
冷却水の供給、排出管の構成を示す上面図であり、第2
図はその正面図である。
複数個の燃料電池Nは、タンク21内にセルスタックを
収納し構成されたもので複数列に並列配置されると共に
、建屋の壁22で仕切られた複数個の小室内に分割され
設置されている。
図示はされていないが、燃料電池Nに供給あるいは、燃
料電池Nより排出される、水素ガス等の燃料ガス、およ
び空気、冷却水を発生、処理するガス処理装置と前記燃
料電池■群との間を接続する各配管類は主管路群nと枝
管路群24と接続管5により構成されている。該主管路
群nと枝管路24はいずれも垂直に配列されると共シー
建屋の壁22に内蔵されている。
複数個の燃料電池Nはそれぞれ枝管路群24を内蔵した
建屋の壁22の両面(=近接し、該壁22に並行して配
列されると共に、各枝管路24とは、複数本の接続管2
5により連結されている。
この様に構成された本発明の屋内に設置された燃料電池
発電装置においては、複数個の燃料電池Nと、燃料ガス
、空気あるいは冷却水を発生、処理するガス処理装置と
を連結する各種配管群路、24は垂直に配列されると共
に建屋の壁22に、内蔵されていることにより、配管路
群23 、24のスペースを最小にすることが出来ると
共に点検、保守作業用の通路から配管路群n、24をな
くすことにより、点検、保守作業の安全の確保と、作業
性の改善をはかることが出来る。
さらに、地震あるいは不等地盤沈下により、主管路23
.あるいは枝管路24に局部的な変歪が生じた場合、水
素ガスがもれ空気と混合し反応する危険を未然に防止す
ることが出来る。又、接続管25あるいは燃料電池タン
ク21より水素ガスがもれ、空気と混合し反応した場合
においても、建屋の壁22で、小数のユニットに分割仕
切られていることより、他機への事故拡大を防止するこ
とが出来る。
第6図は、本発明による他の実施例を示す屋内に設置さ
れた燃料電池発電装置の平面図である。建屋の壁22内
に内蔵された、枝管路群Uは、同じく建屋の壁22内に
内蔵された主管路群nの両面に延長接続されている。こ
のように構成された燃料電池発電装置では、燃料電池群
を、主管路によりほぼ均等な2群に分割することが出来
るため燃料ガス、空気、冷却水がより一層、均一な流量
配分が容易となり、各燃料電池の出力のバラツキを最小
にすることが出来よって、運転効率の高い燃料電池発電
装置が提供出来る。
また、図示しないが、建屋の壁を中空状に形成し、前記
主管路および枝管路を、その内を収納すると共に各管路
と壁間に断熱材を充填した場合は、冷却水の温度を維持
し、燃料ガスおよび空気の管路からの放熱を最小に抑制
することが出来、燃料電   ”池を運転するに最適な
200℃前後に確保することが容易となり、運転効率を
高く維持することが出来る。
(発明の効果〕 以上説明の通り、本発明l二よれば、点検、保守作業が
容易で、高い運転効率が維持出来、発電装置全体の据付
スペースを大幅に縮小出来ると共に、万一の可燃ガスの
もれに対してもその影響を最小   )に抑制出来る燃
料電池発電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の燃料電池発電装置の一実施例を示す
平面図、第2図は、その正面図、第3図は、燃料゛覗池
の原理を示す断面模型図、第4図は、燃料電池の基本構
成を示す斜視図、tj45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示す平面図、第5図(B
)はその縦断面図である。第6図は、本発明の燃料電池
発電装置の他の実施例を示す平面図である。 N・・・燃料電池     9・・・セルスタック10
・・・マニホールド   21・・・タンク22・・・
建屋壁      n・・・主管路群24・・・枝管路
群     25・・・接続管代理人 弁理士 則 近
 憲 佑(ほか1名)第1図 第2図 フク 第3図 第4図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)単電池を複数層積層して成るセルスタッフをタン
    ク内に収納した燃料電池を、複数個併設した燃料電池群
    と、燃料ガスおよび酸化剤としての空気あるいは冷却水
    等を発生、処理するガス処理装置群と、前記両群を接続
    し、燃料電池に燃料ガス、空気および冷却水等を供給、
    排出する配管路により構成された屋内設置の燃料電池や
    発電装置において、燃料ガス、空気あるいは冷却水等を
    供給、排出する複数本の配管路を、略垂直に配列すると
    共に該配管群をコンクリート等による壁内に埋設固定し
    たことを特徴とする燃料電池発電装置。
  2. (2)燃料電池群とガス処理群を接続し、燃料電池に、
    燃料ガス、空気、および冷却水等を供給、排出する複数
    本の配管路を略垂直に配列すると共に、該管路群を中空
    のコンクリート壁内に収納し、さらに、管路と壁間に断
    熱材を充填したことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の燃料電池発電装置。
  3. (3)燃料電池群に燃料ガス、空気あるいは冷却水等を
    供給、排出する複数本の配管を内蔵するコンクリート等
    の壁の両面に燃料電池が近接し、配列されている特許請
    求の範囲第1項および第2項記載の燃料電池発電装置。
  4. (4)燃料電池群に、燃料ガス、空気あるいは、冷却水
    等を供給、排出する複数本の配管を内蔵するコンクリー
    ト等の壁により複数個の小室を構成し該小室内に燃料電
    池群を複数個に分割収納されている特許請求の範囲第1
    項および第2項記載の燃料電池発電装置。
JP59221305A 1984-10-23 1984-10-23 燃料電池発電装置 Pending JPS61101966A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996007211A1 (en) * 1994-09-01 1996-03-07 Ballard Power Systems Inc. Internal fluid manifold assembly for an eletrochemical fuel cell stack array
WO1996020509A1 (en) * 1994-12-27 1996-07-04 Ballard Power Systems Inc. Integrated external manifold assembly for an electrochemical fuel cell stack array

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WO1996007211A1 (en) * 1994-09-01 1996-03-07 Ballard Power Systems Inc. Internal fluid manifold assembly for an eletrochemical fuel cell stack array
WO1996020509A1 (en) * 1994-12-27 1996-07-04 Ballard Power Systems Inc. Integrated external manifold assembly for an electrochemical fuel cell stack array

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