JPS63236273A - 溶融炭酸塩型燃料電池スタツク - Google Patents

溶融炭酸塩型燃料電池スタツク

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JPS63236273A
JPS63236273A JP62065601A JP6560187A JPS63236273A JP S63236273 A JPS63236273 A JP S63236273A JP 62065601 A JP62065601 A JP 62065601A JP 6560187 A JP6560187 A JP 6560187A JP S63236273 A JPS63236273 A JP S63236273A
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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】 (産業上の利用分野〕 本発明は溶融炭酸塩型燃料電池スタックに関するもので
ある。
〔従来の技術〕
第6図には溶融炭酸塩型燃料電池スタックの従来例が示
されている。同図に示されているように燃料電池の基本
単位は電解質板1、これを挟む正極2および負極3、夫
々の電極2,3にガスを供給するためのガス流路4を有
するセパレータ5等によって構成される。
従来ヘツダープレート6はスタックの上端部に位置し、
1ケのヘツダープレート6は正極ヘッダー7および負極
ヘッダー8の両者を有しており、正極ガス、負極ガス共
上下端部から中央部に向って流れ、各セルにガスが供給
される。なお、これに関するものとして特開昭58−1
15772.58−164168号公報がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
溶融炭酸塩型燃料電池の1セル当りの電圧は最大でも1
.1 v程度であり、将来、電力用として大容量発電を
実現するためには、数百セルを積層する必要があるが、
従来はセル積層数が少なく前述の構造でも問題がなかっ
た。
しかし従来構造のまま高積層すると、1ケのへラダーが
ガスを供給しなければならないセル数が増大し、各セル
へのガスの分配が不均一になる。
そこでヘッダーで挟まれるセル数は変えず、上下にヘッ
ダーを有するモジュールを多数積層して高積層に対応す
ることもある。しかしこれではへラグ−に接続する配管
の数が増大し、極めて複雑な構造となる。
この他、高積層の場合にはスタックの生産性、運転時の
セル冷却特性が新たに問題となり、これらに対応したス
タックの開発が要望されている。
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、構造が簡
単で、均一にガス分散ができ、かつ生産性にもすぐれる
ことを可能とした溶融炭酸塩型燃料電池スタックを提供
することを目的とするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、ヘッダープレートを正、負極ヘッダープレ
ートで構成し、この構成した1ケの負極ヘッダープレー
トの上下に夫々正極ヘッダープレートによって正極ガス
を供給するセル群を積層し、この積層した複数のセル群
に1ケの負極ヘツダープレートより負極ガスを供給する
ことにより、達成される。
〔作用〕
上述のような手段を設けることにより、所期の目的が達
成されるが、それを次に説明する。上記手段は、溶融炭
酸塩型燃料電池のガス流量およびガス流量とガス分配と
の関係を検討した結果に基づくものである。溶融炭酸塩
型燃料電池システムのマスバランスは例えばイーピーア
ールアイ イエムー1670.フューエル セル パワ
ー プラント インチグレイテッド システムズ イブ
アルエイジョン(EPRI EM−1670,Fuel
 CallPower  Plant  Integr
ated  Systems  Evaluation
)等多くの文献で紹介されているが、その共通した特徴
は、正極入口ガス流量に比べ負極ガスの流量が5から6
倍と、極めて多いことである。これはシステム効率を最
大にするため、正極側に反応に必要なガス量の1.2倍
程度の流量を流すのに対し、負極側には必要量の2倍の
酸素を含む空気を流すことによるものである。
次に各セルへの流れの分布について説明する。
燃料電池内の流れは第7図に示されているように、母管
(マニホールドに相当)に枝管(各セルのガス流路に相
当)を複数個接続したモデルとして評価できる。第7図
は正極側について反応に必要なガス量の1.25倍を流
した場合に、各セルにどれだけの流量が流れるかを示し
たもので、縦軸に各セルの流量比をとり、横軸にセル番
号をとって図示した。同図から明らかなように図中(a
)の積層数Nの場合は、ガス入口側(セル番号が小さい
)に近い程分配量が多く、ガス入口から離れるに従い分
配量は少なくなるが、各セルへの流量比は1.0を越え
ており、必要量が各セルに分配されていることが示され
ている。これに対しくb)の積層数が2Nの場合は、偏
流が大きくなった結果、セル番号Nを越えるセルでは流
量比が1.0  を下まわり、必要量が供給されていな
いことが示されている。
一方、第8図は縦軸に各セルの流量比をとり。
横軸にセル番号をとって、負極側を評価したものである
。同図から明らかなように負極側は積層数が2Nでも各
セルに必要流量以上のガスを供給できることが判明した
。これは負極側には酸素成分として必要量の2倍を流し
ていること、および負極ガス全成分として流量が多いた
め、出入口部の圧力損失が大となり、各セルへのガス供
給量の分布が平坦になったためである。
以上、溶融炭酸塩型燃料電池が効率よく運転される流量
条件は、正極側と負極側とでガスが均一に分配できる積
層数が異なる。その数は正極側をNヶとすると、負極側
は2Nケ程度である。従ってガスヘッダープレートを正
極側と負極側とに分離し、1ケの正極ヘツダープレート
から正極ガスが供給される単位セル群の複数に、1ケの
負極ヘツダープレートから負極ガスを供給するようにし
たのである。
〔実施例〕
以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。第
1図および第2図には本発明の一実施例が示されている
。なお従来と同じ部品には同じ符号を付したので説明を
省略する6本実施例ではヘツダープレートを正、負極ヘ
ツダープレート9゜10で構成し、この構成した1ケの
負極ヘツダープレート10の上下に、夫々正極ヘッダー
プレート9によって正極ガスを供給するセル群11を積
層し、この積層した複数のセル群11に1ケの負極ヘッ
ダープレート10よの負極ガスを供給するようにした。
このようにすることにより構造が簡単で、均一にガス分
散ができ、かつ生産性にもすぐれるようになって、構造
が簡単で、均一にガス分散ができ、かつ生産性にもすぐ
れることを可能とした溶融炭酸塩型燃料電池スタックを
得ることができる。
すなわち燃料電池スタックを1ケの負極ヘツダープレー
ト10と、2ケの正極ヘッダープレート9と、上下端板
12と、その間に積層したセル11aとによって構成し
た。負極ヘッダープレート10には、負極出入口管台1
3a、13b、負極出入口ヘッダ−8a、8b、負極出
入口マニホールド14 a、14bが形成しである。ま
た、負極ヘツダープレート10の上下面は夫々負極ガス
流路4a、正極ガス流路が形成しである。
一方、正極ヘッダープレート9には、正極出入口管台1
5a、15b、正極出入口ヘッダ−7a。
7b、正極出入口マニホールド16a、16b。
正極ガス流路4b、負極ガス流路4aの他に、負極入口
マニホールド14a、負極出口マニホールド14bが形
成しである。
このようにすることにより、負極ガスは負極入口管台1
3aより負極ムロへシダ−88に流れ。
上下にわかれて負極入口マニホールド14aを通して各
々のセルllaのに流れる。一部のガスは正極ヘッダー
プレート9の負極入口マニホールド14aを通過し、正
極ヘッダープレート9より上の夫々のセルllaに流れ
る0反応後は各セル11aより負極出口マニホールド1
4bに流出し、ここを流れて負極出口ヘッダ−8bに流
れ、負極出口管台13bより流出する。
正極ガスも正極入口管台15a、正極入口マニホールド
16a、各セルlla、正極出口マニホールド16b、
正極出口管台15bの順に流れる。
しかし、負極ヘッダープレート10には正極マニホール
ドを設けてないので、正極ガスは負極ヘッダープレート
10を通過して流れることはなく。
上下のモジュールで独立した系統となっている。
また正極ヘッダープレート9はセル群11の中央に位置
し、正極へラダープレー89片側のセル群11のセル数
は、このスタックの流量条件において必要ガス量をすべ
てのセルllaに分配できる数にしである。
モジュールの上下端部は上下端板12であり、ガス流路
は片面にのみ形成してあり、セルllaを更にWtMす
るには上述の第1図に示したモジュールを積み重ねれば
よい。
下表には、セル数4Nに対して本実施例を作用した場合
のヘッダープレート数および出入口配管数を従来例と比
較した結果が示されている。
同表から明らかなように本実施例の場合、従来例に比べ
各セルへのガス分配性を確保した上で、ヘッダープレー
ト数、配管数を大幅に減少することができ、燃料電池ス
タックの構造を簡単にすることができる。なお同表記載
の正極配管、負極配管とは、正極出入口管台、負極出入
口管台に夫々接続する配管のことである。
このように本実施例によれば各セルへのガス分配性を確
保した上で、ヘッダープレート数およびガス配管数の少
ない簡単な構造で、かつ生産性にすぐれた高積層用スタ
ックを得ることができる。
第3図および第4図には本発明の他の実施例が示されて
いる0本実施例は負極ヘツダープレート10aを、その
両面にガス流路を設けず、かつその両面にセパレータ5
aを直付けにし、この直付けしたセパレータ5aには負
極マニホールド17のみを設けるようにした。このよう
にすることにより負極ヘッダープレート10aは、その
両面にガス流路が設けられず、かつその両端に直付けし
たセパレータ5aには負極マニホールド17のみが設け
られるようになって、前述の場合よりも安全で、作業性
を容易にすることができる。
すなわち負極ヘッダープレート10aの上下面18a、
18bにガス流路を形成しないで平滑とし、中央部に凹
み19を設けた。また負極ヘツダープレート10aに接
するセパレータ面20にもガス流路を形成せず、セパレ
ータ面2oにもガス流路を形成せず、セパレータ5aに
はマニホールドのうち負極マニホールド17のみを設け
た。
このようにすることにより負極入口ヘッダー8aに流入
したガスは、負極入口マニホールド14aからセパレー
タ5aの負極マニホールド17に流れる。負極ヘッダー
プレート10aとこれに接するセパレータ5aとの間の
シールは1両者の金属接継面で行われる。燃料電池の締
付圧力は数kg/aJであり、金属接触の必要締付圧力
より低いか、負極ヘツダープレート10aの中央部に凹
み19を設けたので、シール21部に締付荷重が集中す
るようになる。なお、通常ガスシールが必要な個所には
パツキンを使用すべきであるが、負極ヘツダープレート
10aとセパレータ5aとの接触部には電気伝導性も必
要なので、金属接融としである。
このように本実施例によれば次に述べるような効果を奏
することができる。負極ヘッダープレート10aとセパ
レータ5aとの接触面でガスシールが必要な個所には負
極ガス(空気)しか流れないので、例えシール21部か
ら僅かな漏洩があっても空気のみが流出し、正極ガス(
水素)はスタック外に出す、安全性が高い、また、製造
工程において上下のセル群を別個に大量に製造し1組立
の最終工程で2ケのセル群と負極ヘッダープレート10
aとを重ね合せてモジュールを完成することができ、小
さな要素を流れ作業的に製造できる。従って大量生産性
にすぐれている。そしてまた、スタックの中にある一部
のセルが何等かの原因により使用不能になった場合、そ
のセルを含む正極側の1組を除去し、新品を取付けるこ
とも可能である。特にシール21の面が金属接触なので
作業が簡単である。すなわち保守性にすぐれている。
第5図には本発明の更に他の実施例が示されている6本
実施例では負極ヘッダープレート10と正極ヘッダープ
レート9との間に位置するセル群11Aのセル数をNと
し、正極ヘツダープレート9上側のセル群11Bのセル
数をN/2とした。
このようにすることにより正極ヘツダープレート9上側
のセル群11Bは、負極ヘッダープレート10と正極ヘ
ッダープレート9との間のセル群11Aのセル数の1/
2となって、前述の場合よりもセルの冷却をよくするこ
とができる。
すなわちモジュール22を複数個積層する際にスタック
全体で正極、負極いずれかのヘッダープレート9,10
を等間隔に配置することができ、負極、正極によってセ
ルの反応熱を前述の場合より平均的に除去できる。
〔発明の効果〕
上述のように本発明は構造が簡単で、均一にガス分散が
でき、かつ生産性にもすぐれるようになって、構造が簡
単で、均一にガス分散ができ、かつ生産性にもすぐれる
ことを可能とした溶融炭酸塩型燃料電池スタックを得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の溶融炭酸塩型燃料電池スタックの一実
施例の斜視図、第2図は同じく一実施例のヘッダープレ
ート周りの分解斜視図、第3図は本発明の溶融炭酸塩型
燃料電池スタックの他の実施例の負極ヘッダープレート
周りの分解斜視図、第4図は同じく他の実施例の負極ヘ
ッダープレートとセパレータとの接触状態を示す縦断側
面図、第5図は本発明の溶融炭酸塩型燃料電池スタック
の更に他の実施例の正面図、第6図は従来の溶融炭酸塩
型燃料電池スタックの分解斜視図、第7図は正極側の各
セルの流量比とセル番号との関係を示す特性図、第8図
は負極側の各セルの流量比とセル番号との関係を示す特
性図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、電解質板を挟持し、かつ対向する正極および負極を
    備えた単位電池を、ガス流路およびマニホールドを有す
    るセパレータを介して複数個積層したセル群と、このセ
    ル群に正、負極ガスを供給する正、負極ヘツダーおよび
    ヘツダープレートとを有する溶融炭酸塩型燃料電池スタ
    ツクにおいて、前記ヘツダープレートを正、負極ヘツダ
    ープレートで構成し、この構成した1ケの負極ヘツダー
    プレートの上下に、夫々前記正極ヘツダープレートによ
    つて正極ガスを供給するセル群を積層し、この積層した
    複数のセル群に前記1ケの負極ヘツダープレートより負
    極ガスを供給するようにしたことを特徴とする溶融炭酸
    塩型燃料電池スタツク。 2、前記正極ヘツダープレートが、前記正極ヘツダープ
    レートがガスを供給するセル群の中央部に配置されたも
    のである特許請求の範囲第1項記載の溶融炭酸塩型燃料
    電池スタツク。 3、前記負極ヘツダープレートが、その両面にガス流路
    を設けず、かつその両面に直付けしたセパレータには負
    極のマニホールドのみが設けられたものである特許請求
    の範囲第1項記載の溶融炭酸塩型燃料電池スタツク。 4、前記セル群が、前記正極ヘツダープレート上側のセ
    ル数を負極ヘツダープレートと正極ヘツダープレートと
    の間のセル数の半分にして形成されたものである特許請
    求の範囲第1項記載の溶融炭酸塩型燃料電池スタツク。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02170371A (ja) * 1988-12-23 1990-07-02 Hitachi Ltd 燃料電池のガスヘッダー及び複合型スパイラルセル
JPH05144449A (ja) * 1991-11-18 1993-06-11 Hitachi Ltd 燃料電池
JPH0660901A (ja) * 1992-08-04 1994-03-04 Hitachi Ltd 燃料電池のガス供給構造

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