JPS61259461A - 燃料電池 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は燃料電池用流体再循環装置に係り、特に高温流
体を扱う内部改質型燃料電池に好適な燃料電池用流体再
循環装置に関するものである。

〔発明の背景〕

燃料電池には燃料が供給されるアノードと酸化剤が供給
されるカソードとが設けられ、それぞれ電池反応が起こ
るが、次の理由により、アノードガスおよびカソードガ
スの再循環が必要となる。

すなわち、高効率な燃料電池発電システムの特徴をさら
に生かすためにできるだけ必要なものは系内で賄うシス
テムとすることを前提とした上に、燃料電池の有する性
質から、アノードではカーボンの析出を防止するために
アノードガスの再循環が必要であり、カソードでは効果
的に電池の発生する熱を奪い、電池温度を安定させるた
めにカソードガスの再循環が必要である。また、システ
ムの面から電池の燃料利用率および酸化剤利用率の最適
化を図る上でも、それぞれアノードガスおよびカソード
ガスの再循環が極めて有用となるからである。この他、
カソードガスの再循環のメリットとして新しくカソード
に供給すべき酸化剤の量が減らせること、新しくカソー
ドに入って来る酸化剤を再循環ガスにより予熱できるこ
と、カソードでのネルンスト電位を改善できることが挙
げられる。特に内部改質型燃料電池では、内部改質用の
水蒸気の供給がアノードガスの再循環によって行えるた
め、アノードガスの再循環が有用な手段となる。

以上の点から、アノードガスおよびカソードガスの再循
環部が燃料電池発電システム内に組み込まれているが、
これまで燃料電池に係る流体再循環機器としては再循環
プロワが主に考えられてきた。ところが、溶融炭酸塩燃
料電池のように作動温度が６５ＯＣａ度と高い場合には
、再循環ブロアで再循環される流体温度も６５００程度
と高く、回転機器である再循環ブロアの温度的な保守が
必要となる。これに対応するため、再循環流体の温度を
低下させる亡と、システムの熱効率をも低下させること
になる。また、システムの簡素化といった面からも電池
周辺の機器の削減は重要である。

これらの観点から、エジェクタを用いて燃料電池のカソ
ードガスを再循環する装置の概略図が特開昭５８−６１
５７６号公報に示されており、また再循環ブロワを使用
する燃料電池発電システムと再循環プロワの代わりにエ
ジェクタを使用する燃料電池発電システムとの構成の比
較検討について、ＥＰＲＩレポートＥＭ　　３３０７　
（１９８３年）におけルエネルキー　リ？−チコーポレ
ーションとフルアエンジニアズアンドコンストラクター
ズインコーポレイテッドによる”アセスメント・オプ・
ア・６５００−Ｂｔｕ／ｋＷｈ−ヒート−ｖイト・ディ
スバースト・ジェネレイタ−”と題する文献において論
じられている。

第１２図及び第１３図は、それぞれ従来の燃料電池にお
ける再循環機構を模式的に描いた説明図である。

第１２図の従来例では電池収納圧力容器３８の外側へエ
ジェクタ１８および熱交換器１１２を設けて再循環部を
構成している。第１３図の従来例は再循環ブロワ１１３
を設けて再循環部を構成している。第１２図及び第１３
図に示した１１０は燃料電池本体、９はアノードガス入
口マニホールド、１０はアノードガス出口マニホールド
、２９は据付板、１１１はバルブ、１１４は燃料供給管
、１１５は再循環ガス配管である。

第１２図、第１３図に示したように、再循環用のエジェ
クタ１８若しくはブロア１１３全圧力容器３８の外部に
設けて配管を引き回すと、燃料電池設置所要スペースが
犬きく、その上、熱の放散が大きくて熱効率を低下させ
るという不具合が有る。

〔発明の目的〕

本発明は上述の不具合を解消すべく為されたものであっ
て、コンパクトで、しかも放熱損の少ない燃料電池用流
体再循環装置全提供しようとするものである。

〔発明の概要〕

本発明は、燃料電池周辺の配管％特に流体再循環部を構
成するエジェクタと配管がシステム内で占める大きさと
それに伴う放熱損失に着目し、コンパクトで放熱損失の
少ない燃料電池用流体再循環装置を構成する手段として
、燃料電池のマニホールドとエジェクタとを一体化構造
とし、流体再循環部会体と燃料電池とを含めて電池収納
圧力容器内へ収納するようにしたものである。

第２図は本発明装置の基本的原理を説明するための模式
図であって、従来例における第１２図。

第１３図に対応する図である。本発明装置（第２図）の
特徴を更に要約すると、圧力容器３８の中にエジェクタ
１８を収納して、全体構成をコンパクトにすると共に、
熱の放散を少なからしめている。

上述の原理に基づいて前記の目的を達成するため、本発
明に係る燃料電池用の再循環装置は、燃料が供給される
燃料マニホールドと、アノードガス流路と、酸化剤が供
給される酸化剤マニホールドと、カソードガス流路とを
設け、かつ、上記アノードガス流路内を流通する流体及
びカソードガス流路内を流通する液体の少なくとも何れ
か一方をエジェクタによって再循環せしめる構造の燃料
電池において、前記のエジェクタを当該燃料電池の電池
収納圧力容器内に設置したことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を、メタンを原燃料とする直交流
式の内部改質型溶融炭酸塩燃料電池について説明するが
、本発明は他の原燃料や流体の流し方の場合あるいは外
部改質型の場合もしくは電解質が異なる場合の燃料電池
にも同様かつ容易に応用できるものである。

第１図は、本発明を適用して構成した再循環装置の一実
施例を備えた燃料電池の、据付状態を部分的に破断して
描いた斜視図である。内部改質型の燃料電池はカソード
１と改質触媒を保持したアノード２によシミ解質３を挾
んで成る単セルをセパレータを用いて積層して構成され
る。燃料電池は端板４．５およびタイロッド６をワッシ
ャ７゜ナツト８により締め符けることによって、挟持さ
れ、圧着固定される。燃料電池にはさらにアノードガス
入口マニホールド９．アノードガス出口マニホールド１
０．カソードガス入ロマニホールド１１およびカソード
ガス出ロマニホールド１２が燃料電池を取り囲むように
マニホールド支持体１３によって取り付けられる。カソ
ードガス入ロマニホールド１１には、フランジ１４を持
つ酸化剤供給管１５が取り付けられ、カソードガス出ロ
マニホールド１２には、フランジ１６を持つカソードガ
ス排出管１７が取り付けられている。一方。

アノードガス入口マニホールド９の、端板４に最も近い
部分には、フランジ接合によって、エジェクタ１８のデ
ィフューザ２０が接続されている。

上記ディフューザ２０の他端には、フランジ１９が設け
られている。

アノードガス出口マニホールド１０の、端板５に最も近
い部分にはフランジ２１を持つ燃料ガス供給管２２が設
けられ、さらにその燃料ガス供給管２２は燃料電池とア
ノードガス出口マニホールド１０とで囲まれる空間内を
端板４をいくらか越える位置まで伸びた形でアノードガ
ス出口マニホールド１０に設けられている。

また、アノードガス出口マニホールド１０には、７ラン
ジ２３を有するアノードガス排出管２４が取シ付けられ
ている。前記のガス供給管２２の端板４側の端部には、
−次流体を噴出する高圧ノズル２５が形成されていて、
エジェクタ１８の構成部分をなしている。エジェクタ１
８を構成するもうひとつの部材は二次流体導入管２６で
あり、この二次流体導入管２６はアノードガス出口マニ
ホールド１０の端板４に最も近い部分とフランジ接合に
より一体化されている。二次流体導入管２６は高圧ノズ
ル２５を取り囲む形となり、二次流体導入管２６のもう
一方の端部にある７ランジ２７はディフューザ２０に設
けたフランジ１９と、ガスケット、ボルト、ナツトなど
により接合されている。これにより、エジェクタ１８が
アノードガス入口マニホールド９とアノードガス出口マ
ニホールド１０間を空間的に連結する構造となる。この
ようにして構成される燃料電池の据え付は板２８には、
燃料電池の各マニホールドに取り付けられた酸化剤供給
管１５のフランジ１４．カソードガス排出Ｗ１７のフラ
ンジ１６．燃料ガス供給管２２のフランジ２１．それに
アノードガス排出管２４のフランジ２３の各々に接続さ
れるフランジ２９を持つ酸化剤供給管３０．フランジ３
１を持つカソードガス排出管３２．フランジ３３を持つ
燃料ガス供給管３４それに７ランジ３５を持つアノード
ガス排出管３６が貫通固着されている。

燃料電池の端板５が据え付は板２８に据え付けられ、前
記した各々のフランジ対がガスケット、ボルト、ナツト
などにより接合されて各流体の流路が構成される。そう
して据え付は板２８の最外周付近に設けられたいくつか
のボｙ）穴３７に合致するフランジ部を有する電池収納
圧力容器３８が、燃料電池を包み込むように据え付は板
２８と接合されで、燃料電池のひとつのスタックの据え
付けが完了する。

第３図に、第１図で示した構成の側面図を示す。

エジェクタ１８は、燃料電池を挾んで取り付けられてい
るアノードガス入口マニホールド９とアノードガス出口
マニホールド１０を支持体として、端板４？またいだ形
に構成されている。ここでは。

エジェクタ１８は定面積混合ベンチュリ型のものを例に
挙げた。すなわち、二次流体導入管２６では７ランジ２
７が取り付けられている一部分が絞られて電断面積の管
となっておシ、ディフューザ２０の７ランジ１９に接合
されている。ディフューザ２０は、該ディフューザ２０
内を流れる流体の流れ方向に断面積が大きくなっていく
。

各マニホールド９．１０．１１．１２は、マニホールド
支持体１３によって燃料電池に押圧されて取り付けられ
る他に、端板４および５付近はワッシャ４７とナツト４
８などによってネジ止めされている。

第４図に、エジェクタ１８の二次流体導入管２６とアノ
ードガス出口マニホールド１０との接合部の詳細図を示
す。燃料電池にアノードガス出口マニホールド１０を取
り付けるために、燃料電池と端板４との間にネジ構造の
突起物４９を持つマニホールド用取り付は板５０が設け
られている。

アノードガス出口マニホールド１０には、そのネジ構造
の突起物４９に対応して嵌合する切り込み５１が設けら
れており、この切り込み５１に突起物４９ｅ入れて、ワ
ッシャ４７およびナツト４８にてネジ止めすることによ
って、燃料電池にアノードガス出口マニホールド１０が
取り付けられている。また、燃料ガス供給管２２は、支
持体５２によりアノードガス出口マニホールド１０に固
定されている。アノードガス出口マニホールド１０と二
次流体導入管２６との接合部はそれぞれの７ランジ５３
と５４であり、ワッシャ５５．ナツト５６およびボルト
５７で締め付けられる。ここでは二次流体導入管２６と
アノードガス出口マニホールド１０との接合部の構造に
ついて説明したが。

ディフューザ２０とアノードガス入口マニホールド９と
の接合部の構造についても同様である。また、マニホー
ルド用取υ付は板５０と同じものが、燃料電池と端板５
の間にも設けられており、各マニホールドが前記同様に
ネジ止めされ、取り付けられている。

以上１本発明の一実施例の構成と細部の構造を第１図、
第３図、第４図により説明した。以下、本実施例の動作
について説明する。第１図に矢印で示した酸化剤３９は
酸化剤供給管３０から供給され、１を池収納圧力容器３
８内の酸化剤供給管１５と通ってカソードガス人ロマニ
ホールドｌｌ内へ導かれる。カソードガス人ロマニホー
ルド１１内へ導かれた酸化剤３９は、カソードガス４０
としてカンード１のガス流路で電池反応を行う。電池反
応の終わったカソードガス４１はカソードガス排出管１
７を経由し、カソードガス排出管３２ｔ−通って電池収
納圧力容器３８の外へ排出される。一方、燃料ガス供給
管３４からは高圧のメタン４３が供給され、電池収納圧
力容器３８内の燃料ガス供給管２２を通って、高圧ノズ
ル２５で増速されて噴出する。エジェクタ１８の作用に
より、二次流体導入管２Ｇ内のアノードガス５８（第４
図参照）が、高圧ノズル２５から吐出されるメタン４３
との圧力差により吸い込まれ、メタン４３とともに、デ
ィフューザ２０内へ送り込まれる。アノードガス５８と
メタン４３との混合ガスはアノードガス４４としてアノ
ード２のガス流路へ入り、改質反応および電池反応を行
う。改質反応および電池反応を終えたアノードガス４５
は。

再度二次流体導入管２６へ向うものと、アノードガス排
出管２４へ向うものとに分かれ、二次流体導入管２Ｇへ
向ったアノードガス５８はすなわち再循環ガスとなり、
一方、アノードガス排出管２４へ向ったアノードガス４
６は、アノードガス排出管３６を経て、電池収納圧力容
器３８の外部へ排出される。以上のようにして、アノー
ドガスの再循環が行われる。

本実施例によれば、エジェクタを燃料電池と電池収納圧
力容器との間のデッドスペースに設けたので、燃料電池
構成のコンパクト化が図れるという効果が得られる上に
、燃料ガス供給管をアノードガス出口マニホールド内に
設けたのでメタンガスがアノードガスによって予熱され
て熱効率が向上するという効果が得られ、しかも流体再
循環用配管を電池収納圧力容器内へ収納したので、放熱
損失が少なくなり、熱効率の良い燃料電池発電システム
が構成できるという効果がある。

本発明の他の実施例を第５図により説明する。

第１図の実施例と異なる部分を部分的に取り上げて説明
する。第５図には本発明を実施した燃料電池の平面図が
示しである。この実施例では、エジェクタを二連一体化
してマニホールドに設けたことを特徴とする。すなわち
、エジェクタ１８を３つのエジェクタ１８ａ、１８ｂ、
１８ｃから構成する。二次流体導入管２６は３つの二次
流体導入管２６ａ、　２６ｂ、　２６ｃにそれぞれ７ラ
ンジ２７ａ、２７ｂ、２７ｃを取り付けたものから成り
、ディフューザ２０け３つのディフューザ２０ａ。

２０ｂ、２０ｃにそれぞれフランジ１９ａ、１９ｂ。

１９ｃｆ：取り付けたものから成る。各二次流体導入管
のフランジと各ディフューザの７ランジ、すなわちフラ
ンジ２７ａと１９ａ、２７ｂと１９ｂ。

２７ｃと１９ｃとがボルト、ナツト、ワッシャなどでそ
れぞれ接合される。二次流体導入管２６ａ。

２６ｂ、２６ｃ内にはそれぞれ高圧ノズル２５ａ。

２５ｂ、２５ｃが設けられている。この構造により、二
次流体導入管２６内のアノードガス５８は、３つの経路
すなわちエジェクタＩＢａ、１８ｂ。

１８ｃを通って、アノードガス出口マニホールド１０側
からアノードガス入口マニホールド９側へ送り込まれ、
アノードガスの再循環が行われる。

本実施例によれば、アノードガス出口マニホールド内の
アノードガスを３箇所からエジェクタにより吸い込んで
アノードガス入口マニホールド内へ送り込むので、循循
環ガスの流量分布が均一化されるという効果と、高圧ノ
ズルそれぞれに送るメタンの圧力を変えることにより、
再循環ガスの流量すなわち再循環比を変えることができ
るという効果がある。

第６図に本発明の他の実施例を示す。第１図の実施例と
異なる部分を部分的に取り上げて説明する。第６図は本
発明を用いて構成した燃料電池の据え付は状態の斜視図
である。この実施例では。

燃料ガス供給管５９をマニホールドと電池収納圧力容器
３８との間の空間部に設け、高圧ノズル２５のみを二次
流体導入管２６内へ挿入した形に設けたことを特徴とす
る。すなわち、両端に７ランジ２１および６０を設けた
燃料ガス供給管５９において、一方の７ランジ２１全据
え付は板２８に設けられた燃料ガス供給管３４のフラン
ジ３３と接合させ、もう一方のフランジ６０は、二次流
体導入管２６内へ突き入れで設けられた高圧ノズル２５
に連結する配管６２の端すなわち二次流体導入管２６の
外側へ出ている端に設けられたフランジ６１と接合させ
る。二次流体導入管２６内へ突き入れて設けられた高圧
ノズル２５に連結する配管６２は、溶接などにより二次
流体導入管２６と一体化され、固定される。

この構造による作用効果は第１図の場合に準する。

本実施例によれば、燃料ガス供給管５９を高温流体の流
れるマニホールドの外側に設けたので、該燃料ガス供給
管５９の熱伸びが緩和され、高圧ノズルに連結する管が
二次流体導入管と一体化され、固定されているので、燃
料ガス供給管に伸びを抑える特別な支持体（第４図の５
２参照）が不必要となる効果と、エジェクタの二次流体
導入管と高圧ノズル部とが固定されているので１組み立
て時における二次流体導入管と高圧ノズル部のずれが少
なくなり、エジェクタの性能が良好に発揮できるという
効果がある。

第７図に本発明の他の実施例を示す。第１図および第３
図と異なる部分を部分的に取り上げて説明する。第７図
は本発明を用いた燃料電池の据え付は状態の側面図であ
る。この実施例では、エジェクタをアノードガス入口マ
ニホールドと一体に構成し、アノードの流路に流れる流
体の流れ方向と同方向に再循環ガスがアノードガス人口
マニホールド内に入る構造としたことを特徴とする。す
なわち、アノードガス出口マニホールド１０の。

端板４に最も近い部分に設けられた７ランジ５３に対向
当接するフランジ６４を設けたアノードガス配管６３が
あり、そのフランジ５３と７ランジ６４が接合されてい
る。アノードガス配管６３はさらに二股に分かれた配管
構造となっており、その一方の端にフランジ６５が、他
端にフランジ６６が設けられている。フランジ６５は、
アノードガス排出管６７の上端に設けられた７ランジ６
８と接合される。７ノードガス排出管６７の下端に設け
られた７ランジ２３は、据え付は板２８を貫いて設けら
れたアノードガス排出管３６の一端に設けられたフラン
ジ３５と接合される。一方。

アノードガス配管６３のフランジ６６は、アノードガス
入口マニホールド９の（燃料電池を中心にして）最も外
側の面にフランジ接合により取り付けられた補助マニホ
ールド７０の管部の端に設けられた７ランジ７１と接合
される。アノードガス入口マニホールド９に７ランジ７
２で取り付けられた補助マニホールド７０内には、燃料
ガス供給管７３が固定バンド７６によって固定されてお
り、燃料ガス供給管７３にはいくつかの高圧ノズル７５
がアノードの流路に流れる流体の流れ方向と同方向に設
けられている。この高圧ノズル７５に対応して、アノー
ドガス人口マニホールド９の補助マニホールド７０でお
おわれる面に設けられたエジェクタの外殻６９が、二次
流体導入郭定断面部およびデイフエーザ部を兼ねた構造
となっている。補助マニホールド７０内に設けられてい
る燃料ガス供給管７３は、補助マニホールド７０から据
付板２８側に突出しその端にフランジ７４が設けられて
いる。上記の７ランジ７４は、据え付は板２８を貫いて
設けられた燃料ガス供給管３４の一端に設けられた７ラ
ンジ３３と接合される。

次に１本実施例（第７図）の動作音７ノードガスの流れ
に関して説明する。カソードガスの流れについては、第
１図の説明に準する。燃料ガス供給管３４から供給され
た高圧のメタン４３は、補助マニホールド７０内の燃料
ガス供給管７３を通って、高圧ノズル７５により増速さ
れて噴出される。高圧ノズル７５とエジェクタの外殻６
９とにより、エジェクタの作用が動き、補助マニホール
ド７０内のアノードガス７７はアノードガス入口マニホ
ールド９内へ送り込まれる。アノードで改質反応および
電池反応を終えたカソードガスはアノードガス出口マニ
ホールド１０内に到達した後、アノードガス配管６３に
人って行き、再度補助マニホールド７０へ向うアノード
ガス７８と、アノードガス排出管６７へ向うアノードガ
ス７９とに分かれ、補助マニホールド７０へ向ったアノ
ードガス７８はすなわち再循環ガスとなり、一方、アノ
ードガス排出管６７へ向ったアノードガス７９は、つづ
いてアノードガス排出管３６を経て、１！池収納圧力容
器３８の外部へ排出される。以上のようにして、アノー
ドガスの再循環が行われる。

本実施例によれば、エジェクタをアノード入口マニホー
ルドと一体化構造として複数個設置し、アノードの流路
に流れる流体の流れ方向と同方向に、再循環ガスが、ア
ノードガス人口マニホールド内に入る構造としたので、
積層されて構成されたアノード群に対してアノードガス
の流量分配がほぼ均等にでき、各アノードにおける電池
反応の負荷を平坦化することができるという効果がある
。

第８図に本発明の他の実施例を示す。第７図の実施例と
異なる部分を部分的に取り上げて説明する。第８図は本
発明を用いた燃料電池の据え付は状態の側面図である。

この実施例では、第７図の実施列において、アノードガ
ス入口マニホールド９′内に孔８２および８３をそれぞ
れ設けた整流板８０および８１を設けたことを％微とす
る。すなわち、その構成と動作を説明すると、アノード
ガス人口マニホールド９内に送り込まれたアノードガス
８４が、高圧ノズル７５から噴出される流体の流れ方向
に対して垂直に設けられた整流板８０および８１によっ
て整流されながら整流板８０に設けられた複数の孔８２
につづいて整流板８１に設けられた複数の孔８３′ｔ−
通ってアノードへ導入されるというものである。

本実施列によれば、整流板を設けて、エジェクタから吐
出される流体の流れを均一化するとともに、流れによる
圧力分布をも均一ならしめるようにしたので、積層され
て構成されたアノード群に対してアノードガスの流量分
布および圧力分布を平準化することができ、各アノード
における電池反応の負荷を平坦化し、信頼性を向上する
という効果がある。

第９図に本発明の他の実施列を示す。第７図の実施列と
異なる部分を部分的に取り上げて説明する。第９図は本
発明を用いた燃料電池の据え付は状態の側面図である。

この実施列では、アノードガス人口マニホールド９の、
端板４に最も近い部分に、フランジ接合によりエジェク
タ８５の一部を構成するディフューザ部８６が設けられ
ていることを特徴とする。すなわち、アノードガス入口
マニホールド９に設けられたエジェクタ８５の二次流体
導入部８７の端にはフランジ８８が設けられており、ア
ノードガス配管６３の７う／シロ６と接合されている。

高圧ノズル８９を有する配管９０は、高圧ノズル８９を
二次流体導入部８７内へ突き入れた形で設けられている
。このとき、高圧ノズ／Ｉ／８９の方向は、二次流体導
入部８７とディフューザ８６とでエジェクタの作用が行
える方向に向けられている。配管９０の端に設けられて
いる７ランジ９１は、マニホールドと電池収納圧力容器
３８との間の空間部に設けられた燃料ガス供給管９２と
上端に設けられたフランジ９３と接合される。燃料ガス
供給管９２の下端に設けられたフランジ９４は、据え付
は板２８を貫いて設けられた燃料ガス供給ｔ３４の７ラ
ンジ３３と接合される。

次にアノードガスの流れについて動作を説明する。燃料
ガス供給管３４から供給された高圧のメタン４３は、を
池収納圧力容器３８内の燃料ガス供給管９２を通って、
二次流体導入部８７内の高圧ノズル８９によって増速さ
れて噴出する。このとき、アノードガス配管６３で分流
するアノードガス７８が、高圧ノズル８９より噴出され
たメタン４３とともにディフューザ部８６へ送シ込まれ
、アノードガス人口マニホールド９内へ流入する。

この動作が繰シ返されることにより、アノードガスの再
循環が行われる。

本実施列によれば、エジェクタによる流体の流れ方向が
、アノードガス入口マニホールド内で。

積層して構成された燃料電池の積層方向と同じ方向であ
るため、燃料電池の各層に再循環ガスが行き渡るという
効果と、同じく各層に与える流体の流れの影響が平準化
するという効果がある。

第１０図に本発明の他の実施列を示す。第１０図はアノ
ードガス入口マニホールドに設けたエジェクタ部の部分
的な斜視図である。前述した各実施列中の部分と同一の
構成部分には、同一符号を付けて示した。この実施列で
は、燃料電池の積層方向とアノードの流路方向との両方
向に垂直となる方向を中心軸とするエジェクタ部１０１
のディフューザ部１０２を、アノードガス入口マニホー
ルド９にフランジ１０３で接合させる構造となっている
。他の構成要素として再循環用の流体をアノードガス出
口マニホールド側から７ノードガス入ロマニホールド９
側へ導くアノードガス配管９５が端板４をまたぐように
設けられている。このアノードガス配管９５のアノード
ガス入口マニホールド９側の端に設けられた７ランジ９
６は。

カソードガス配管９７の一端に設けられたフランジ９８
と接合される。

燃料ガス供給管９９には、エジェクタ部１０１の設置個
数と同数の枝管が設けられ、該枝管の先端部にはそれぞ
れ高圧ノズル１００が形成されている。これらの高圧ノ
ズル１００け、エジェクタ部１０１内へ突き入れられた
形で一体的に連設された構造となっている。

前記カソードガス配管９７に一体連設して設けられたい
くつかのエジェクタ部１０１がアノードガス人口マニホ
ールド９に７ランジ接合される。

この構造によれば、アノードガス配管９５を流れるアノ
ードガス１０４の一部が再循環するアノードガス７８と
してエジェクタ部１０１により、アノードガス配管９７
内からアノードガス入口マニホールド９内へ送シ込まれ
る。このときのエジェクタの作用は、高圧ノズＡ／１０
０から高圧のメタン４３を吐出させることによりなされ
る。アノードガス配管９７内に流れるアノードガスのう
ち、再循環されないアノードガス７９は電池収納圧力容
器外へ排出される。

本実施的によれば、エジェクタによる流体の流れ方向が
、燃料電池の積層方向とアノードの流路方向の両方向に
垂直となるようにエジェクタ部をアノードガス入口マニ
ホールドに設けたので、積層されたアノード群に直接、
再循環ガスを吹き轟てることなく、各層全域に再循環ガ
スを供給することができるという効果がおる。

第１１図に本発明の他の実施列を示す。第１１図の実施
列は、第１図の実施列において、カソードガスについて
も再循環をさせた構造を示すところの燃料電池の据え付
は状態の斜視図である。本実施例の構成、構造および動
作は、第１図の実施例におけるアノードガスに関する構
成、Ｗ造および動作を、カソードガスに関しても同様に
適用することにより説明されるので、主要部について述
べるならば、酸化剤３９が吐出される高圧ノズル１０５
を内包した二次導入管１０６と、ディフューザ１０７と
から成るエジェクタ１．０８を、端板４をまたいだ形で
それぞれカソードガス出ロマニホールド１２とカソード
ガス入ロマニホールド１１とに設け、カソード１で電池
反応を終えたカソードガス４１の一部分を上記エジェク
タ１０８により再循環するというものである。なお細部
は第１図の実施列に準する。

本実施列によれば、アノードガスおよびカソードガスの
それぞれを再循環するエジェクタを燃料電池と電池収納
圧力容器との間のデッドスペースに設けたので、燃料電
池構成上、一層のコンパクト化が図れるという効果と、
燃料ガス供給管および酸化剤供給管をそれぞれアノード
出口ガスマニホールドおよびカソードガス出ロマニホー
ルド内に設けたので、メタンが７ノードガスに、また酸
化剤がカソードガスにそれぞれ予熱され、熱効率が一層
向上するという効果と、流体再循環用配管を全て電池収
納圧力容器内へ収納したので、放熱損失が極めて少なく
、熱効率の良い燃料電池発電システムが構成できるとい
う効果がある。

このように、第５図乃至第１０図に示した６つの実施例
においても、カソードガスの再循環機構を、アノードガ
スの再循環機構と同様に設けることは容易である。また
、エジェクタあるいは再循環用配管を端板４を跨いだ形
にせずに、端板５と据え付は板２８との間に空間を設け
、その空間にエジェクタあるいは再循環用配管を設ける
ことを考えることは、本発明からして容易である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、燃料電池用流体再循環装置をコンパク
トに構成することができ、しかも放熱損失を抑制して燃
料電池の熱効率を向上せしめ得るという優れた実用的効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における部分破断斜視図、第
２図は本発明の基本的原理の説明図、第３図は前記実施
列の垂直断面図、第４図は同じくエジェクタ部分の拡大
破断斜視図である。第５図乃至第１１図はそれぞれ前記
と異なる実施列の説明図である。第１２図及び第１３図
はそれぞれ公知列の模式図である。 １・・・カソード、２・・・アノード、４．５・・・端
板、６・・・タイロッド、９・・・アノードガス入口マ
ニホールド、１０・・・アノードガス出口マニホールド
、１１・・・カソードガス入ロマニホールド、１２・・
・カソードガス出ロマニホールド、１８・・・エジェク
タ。 ２８・・・据え付は板、３８・・・電池収納圧力容器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料が供給される燃料マニホールドと、アノードガ
   ス流路と、酸化剤が供給される酸化剤マニホールドと、
   カソードガス流路とを設け、かつ、上記アノードガス流
   路内を流通する流体及びカソードガス流路内を流通する
   流体の少なくとも何れか一方をエジエクタによつて再循
   環せしめる構造の燃料電池において、前記のエジエクタ
   を当該燃料電池の電池収納圧力容器内に設置したことを
   特徴とする燃料電池用流体再循環装置。 ２、前記の燃料マニホールド及び酸化剤マニホールドの
   少なくとも何れか一方は、流体の入口マニホールドと出
   口マニホールドどの１対をなしたものであり、かつ、前
   記のエジエクタは上記の入口マニホールドと出口マニホ
   ールドとの間に設けたものであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の燃料電池用流体再循環装置。 ３、前記の燃料マニホールド及び酸化剤マニホールドの
   少なくとも何れか一方は、前記エジエクタの１部を一体
   的に連設したものとし、かつ、上記エジエクタの１部の
   中に再循環流体を導入するように構成したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の燃料電池用流体再循
   環装置。 ４、前記のエジエクタの中心軸の方向は、当該燃料電池
   内におけるガスの流動方向と異なる方向であり、かつ、
   上記のエジエクタは燃料マニホールド及び酸化剤マニホ
   ールドの少なくとも何れか一方に設けたものであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の燃料電池用
   流体再循環装置。 ５、当該燃料電池の積層方向と平行に、再循環流体の流
   通する配管を設け、かつ、前記燃料マニホールド及び酸
   化剤マニホールドの少なくとも何れか一方と上記配管と
   の間をエジエクタによつて連結したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の燃料電池用流体再循環装置。 ６、前記のエジエクタのディフューザ部と、当該燃料電
   池のガス流路入口との間に、多孔板よりなる整流手段を
   設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   燃料電池用流体再循環装置。