JPS6149382A - 燃料電池装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は燃料電池装置（二関するもので、特に燃料ガ
スおよび酸化剤ガス中の電極反応（：有効なガス成分（
以後、有効ガス成分という）の単位電池への供給構造（
：関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の燃料電池装置として例えば特開昭５９−
２３１６３号公報（＝開示されているものがあり、燃料
ガスおよび酸化剤ガスを一度だけ、電池を通過させて排
出するものである。

この燃料電池装置では、一定の電力を得るため有効ガス
成分が一度セルを通過する間に反応量を確保する必要が
あり、また流速が遅いため（：電池内の反応分布は有効
ガス成分の分圧の高い入口側に片より、入口側で高温と
なる。そのためセルの腐食促進や熱的なひずみを受け、
機械的強度の低下をきたす。また、入口側で発生した水
分は出口側に移動するが、反応に伴なってしだいにガス
量が低下し、流速が低下するので水分の放出が阻害され
、出口側セル部電解質のリン酸濃度が低下する。そのた
め、有効ガス成分の分圧が低下する出口側では反応性の
低下か顕著にあられれていた。

〔発明の概要〕

この発明は、上記のような従来のものの欠点を除去する
ため（＝なされたもので、マニホールド（二仕切板を設
け、複数個の電池ブロック（二区分けし、燃料ガスおよ
び酸化剤ガスをそれぞれ蛇行通過させ、通過ガス流速を
一定値以上に保つことにより、各単位電池への有効ガス
成分供給量の均一化、電池内の反応性向上および温度分
布の均一化を計ることができる燃料電池装置を提供する
ことを目的としている。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図（＝おいて、（１）は燃料ガスまたは酸化剤ガスの導
入管、（２）はマニホールド、＋３１　、　ｔ’４１　
、　＋５１　。

（６１はマニホールド（２）に設けられ、ガス導入側よ
り第１．第２．＄３．第４の仕切板であり、出口側はど
それて間隔を狭めている。（７１、＋８１　、　＋９１
　、αＩ。

αυはそれぞれ複数個の単位電池より構成され、各仕切
板［；３１　、　（４１、＋５１　、　（６１により複
数個に区分けされた電池ブロックで、ガス導入側より、
第１〜第５の電池ブロックに区分けされ、出口側の電池
ブロックはど単位電池数が少なく構成されている。（１
２）は余剰ガスまたは余剰空気を排出する出口管である
。

次に作用、効果について説明する。いま、簡単のために
燃料ガス側について説明する。燃料ガスは導入管（１）
より、第１の仕切板（３）で仕切られた第１の電池ブロ
ック（７）に導入される。ここでは燃料ガス中の有効ガ
ス成分分圧が高いので反応はおこりやすいが、燃料電池
装置が２電池ブロツク以上のブロックから構成される場
合、燃料ガスの流速は１．６倍以上となり、電池内での
熱伝達係数はＭｉ流の場合で約１，２倍、乱流の場合で
１．４５倍以上となり、生成熱（：よる面内の温度分布
の均一化が可能となる。第１の電池ブロック（７）を出
た燃料ガスは、第２の仕切板（４）で仕切られた第２の
電池ブロック＋８１１：、導入される。第２０゛ｉＫ池
ブロツク（８）の単位電池数は次の様に決定する。

いま、 導入燃料ガス量　　　　　　　Ｑ（Ｎ値上）燃料ガス中
の水素のモル分率　　α０ 水素利用率　　　　　　　　　　β 燃料電池全セル数　　　　　　　Ｎ 第１電池ブロツクの単位電池数　Ｎ。

第２〃Ｎ２ 第３〃Ｎ３ とすると、 各単位電池における反応量を一定（：すれば、第（Ｎψ
）はＱ（１デＺ（Ｎ１＋Ｎｚ月となる。各電池ブロック
における流速をブロック出口側で一定に保つには、 すなわち、Ｎ２＝Ｎ１（１−凹ηＮｌ）　　　・曲・曲
曲曲（１１となる。いま、燃料電池装置が２電池ブロツ
クから構成されている場合には、Ｎｌ＋Ｎ２−＝Ｎ・・
曲（２）＋１１　、　＋２１式よシ２次式を解いて、Ｎ
ｌ　＝　Ｎ　（１−５）　／　Ｃ１ｏβＮ２＝Ｎ（α０
β−１＋好讃ｉ）／α０βとなる。

燃料電池装置が３電池ブロツクから構成される場合Ｃ二
は、 Ｎ３ハ１＝（１−α・β）／（１−舊ＺＮ１）　　　　
凹曲・・・・（３）（１１，、＋２１　、　＋３１式よ
り３次式を解いて、Ｎｌ、Ｎ２．Ｎ３を決定する。同様
にして、たとえば５電池ブロツクの場合には５次式を解
いて各電池ブロックの単位電池数を決める。

このよう（−電池ブロックを構成する単位電池数をしだ
いに減少させると、燃料ガスの流速は低下することなく
、電池の反応性を維持することかできる。酸化剤ガス側
でも同様な方法で各電池ブロックの単位電池数を決める
とドライガス量は燃料電池出口でも不変となるため電池
生成水の排出性能が向上し、リン酸濃度の低下による反
応性ρ低下、ガス通路の水溶液による目づまり等を防止
することかできる。

なお、上記実施例では、各電池ブロック出口側のガス流
量（二比例させて各電池ブロックを構成する単位電池数
を決め、ガス流速を一定に保つようにした場合を示した
が、各電池ブロックの単位電池数の減少率を太き（し、
単位電池に単位時間あたりに供給される有効ガス成分量
を燃料電池装置全体で一定（二、あるいは出口側の電池
ブロックはど有効ガス成分量か多くなる様にした場合も
、効果的であることは言うまでもない。また、第２図の
ようにマニホールド付電池ブロツ外を複数個積層してガ
スを蛇行通過させるようマニホールド（２１を連結する
ようにしてもよく、この場合、隣接するマニホールド板
が仕切板の働きをすることは言うまでもない、 以上のよう（二この発明によれば、マニホールドに仕切
板を設け、複数の電池ブロック（二仕切り、燃料ガスお
よび酸化剤ガスをそれぞれ蛇行通過させ、通過ガス流速
を一定値以上に保つようにしたので、各単位電池への有
効ガス成分供給量の均一化、電池内の温度分布の均一化
および電池反応性の向上等が計れ、実用上の効果が大き
い。

【図面の簡単な説明】

による燃料電池装置を示す断面図である。 図において、（２）はマニホールド、（３）〜（６１，
（３１）〜（６１）は仕切板、（７）〜卸、　　（７１
）〜（ＩＩＬ）は電池ブロックである。 尚、図中１６１−符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電解質マトリクスを挾んで配置された１対の電極
   と、前記一対の電極の一方の背面の平行な複数のガス流
   路にそって酸化剤ガスを、前記一対の電極の他方の背面
   の前記酸化剤ガスと直交する平行な複数のガス流路にそ
   って燃料ガスをそれぞれ流して発電する複数の単位電池
   から成る電池ブロックと、前記電池ブロックに直交して
   前記燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ供給、排出す
   るマニホールドとを備えて成る燃料電池装置において、
   前記マニホールドに仕切板を設け、前記電池ブロックを
   複数個の電池ブロックに区切り、前記燃料ガスおよび酸
   化剤ガスをそれぞれ蛇行通過させることを特徴とする燃
   料電池装置。
2. （２）仕切板は燃料ガス、酸化剤ガスの組成に応じて仕
   切りの幅を変えて配置されることを特徴とする特許請求
   範囲第１項記載の燃料電池。