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JP2006032328A - Fuel cell - Google Patents

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JP2006032328A
JP2006032328A JP2005177988A JP2005177988A JP2006032328A JP 2006032328 A JP2006032328 A JP 2006032328A JP 2005177988 A JP2005177988 A JP 2005177988A JP 2005177988 A JP2005177988 A JP 2005177988A JP 2006032328 A JP2006032328 A JP 2006032328A
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JP2005177988A
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Japanese (ja)
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Hisafumi Kotani
尚史 小谷
Takashi Miyazawa
隆 宮澤
Naoya Murakami
直也 村上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kansai Electric Power Co Inc
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Kansai Electric Power Co Inc
Mitsubishi Materials Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a desirable manifold structure capable of uniformly supplying gas to each power generating cell and always presenting a stable power generating property for each power generating cell. <P>SOLUTION: The fuel cell is equipped with a fuel cell stack structured by laminating a plurality of power generation cells and separators alternately, and gas manifolds 15, 16 distributing gas for reaction to each separator provided in a laminated direction of the power generation cells and the separators. The manifolds 15, 16 have single-tube structures provided with gas supplying holes 25 on a peripheral wall, and also, a gas dispersion board 23 with a number of gas introduction holes 24 formed is placed in a longitudinal direction in a tube 18. The inner part of the tube 18 is separated into a gas introduction area 26 introducing the gas and a gas distribution area 27 distributing the introduction gas through the gas supplying hole 25. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、平板積層型燃料電池のマニホールドに関し、詳しくは、各セパレータに対して均等にガスを供給するためのマニホールドの構造に関する。   The present invention relates to a manifold for flat plate fuel cells, and more particularly to a manifold structure for supplying gas evenly to each separator.

酸化物イオン伝導体からなる固体電解質層を空気極層(酸化剤極層)と燃料極層との間に挟んだ積層構造を持つ固体酸化物形燃料電池は、第三世代の発電用燃料電池として開発が進んでいる。固体酸化物形燃料電池では、空気極側に酸素(空気)が、燃料極側には燃料ガス(H2 、CO等)が供給される。空気極と燃料極は、ガスが固体電解質との界面に到達することができるように、いずれも多孔質とされている。 A solid oxide fuel cell having a laminated structure in which a solid electrolyte layer made of an oxide ion conductor is sandwiched between an air electrode layer (oxidant electrode layer) and a fuel electrode layer is a third generation fuel cell for power generation. Development is progressing. In a solid oxide fuel cell, oxygen (air) is supplied to the air electrode side, and fuel gas (H 2 , CO, etc.) is supplied to the fuel electrode side. The air electrode and the fuel electrode are both porous so that the gas can reach the interface with the solid electrolyte.

空気極側に供給された酸素は、空気極層内の気孔を通って固体電解質層との界面近傍に到達し、この部分で、空気極から電子を受け取って酸化物イオン(O2-)にイオン化される。この酸化物イオンは、燃料極の方向に向かって固体電解質層内を拡散移動する。燃料極との界面近傍に到達した酸化物イオンは、この部分で、燃料ガスと反応して反応生成物(H2 O、CO2 等)を生じ、燃料極に電子を放出する。 Oxygen supplied to the air electrode side passes through the pores in the air electrode layer and reaches the vicinity of the interface with the solid electrolyte layer. At this part, it receives electrons from the air electrode and converts them into oxide ions (O 2− ). Ionized. The oxide ions diffuse and move in the solid electrolyte layer toward the fuel electrode. The oxide ions that have reached the vicinity of the interface with the fuel electrode react with the fuel gas at this portion to generate a reaction product (H 2 O, CO 2, etc.), and discharge electrons to the fuel electrode.

燃料に水素を用いた場合の電極反応は次のようになる。
空気極: 1/2 O2 + 2e- → O2-
燃料極: H2 + O2- → H2 O+2e-
全体 : H2 + 1/2 O2 → H2
The electrode reaction when hydrogen is used as the fuel is as follows.
Air electrode: 1/2 O 2 + 2e → O 2−
Fuel electrode: H 2 + O 2− → H 2 O + 2e
Overall: H 2 +1/2 O 2 → H 2 O

固体電解質層は、酸化物イオンの移動媒体であると同時に、燃料ガスと空気を直接接触させないための隔壁としても機能するため、ガス不透過性の緻密な構造となっている。この固体電解質層は、酸化物イオン伝導性が高く、空気極側の酸化性雰囲気から燃料極側の還元性雰囲気までの条件下で化学的に安定で、熱衝撃に強い材料から構成する必要があり、かかる要件を満たす材料として、イットリアを添加した安定化ジルコニア(YSZ)が一般的に使用されている。   The solid electrolyte layer is a moving medium for oxide ions and also functions as a partition wall for preventing direct contact between the fuel gas and air, and thus has a dense structure that is impermeable to gas. This solid electrolyte layer should have a high oxide ion conductivity, be chemically stable under conditions from the oxidizing atmosphere on the air electrode side to the reducing atmosphere on the fuel electrode side, and be made of a material that is resistant to thermal shock. There is generally used stabilized zirconia (YSZ) to which yttria is added as a material satisfying such requirements.

一方、電極である空気極(カソード)層と燃料極(アノード)層はいずれも電子伝導性の高い材料から構成する必要がある。空気極材料は、700℃前後の高温の酸化性雰囲気中で化学的に安定でなければならないため、金属は不適当であり、電子伝導性を持つペロブスカイト型酸化物材料、具体的にはLaMnO3 もしくはLaCoO3 、または、これらのLaの一部をSr、Ca等に置換した固溶体が一般に使用されている。また、燃料極材料は、Ni、Coなどの金属、或いはNi−YSZ、Co−YSZなどのサーメットが一般的である。 On the other hand, both the air electrode (cathode) layer and the fuel electrode (anode) layer, which are electrodes, must be made of a material having high electron conductivity. Since the air electrode material must be chemically stable in a high-temperature oxidizing atmosphere around 700 ° C., the metal is inappropriate, and a perovskite-type oxide material having electron conductivity, specifically LaMnO 3 Alternatively, LaCoO 3 or a solid solution in which a part of these La is substituted with Sr, Ca or the like is generally used. The fuel electrode material is generally a metal such as Ni or Co, or a cermet such as Ni—YSZ or Co—YSZ.

固体酸化物形燃料電池には、1000℃前後の高温で作動させる高温作動型のものと、700℃前後の低温で作動させる低温作動型のものとがある。低温作動型の固体酸化物形燃料電池は、例えば電解質であるイットリアを添加した安定化ジルコニア(YSZ)の厚さを10μm程度まで薄膜化して電解質の抵抗を低くし、低温でも燃料電池として発電するように改良された発電セルを使用する。   Solid oxide fuel cells include a high-temperature operation type that operates at a high temperature of about 1000 ° C. and a low-temperature operation type that operates at a low temperature of about 700 ° C. A low temperature operation type solid oxide fuel cell, for example, stabilizes the thickness of stabilized zirconia (YSZ) added with yttria as an electrolyte to a thickness of about 10 μm to reduce the resistance of the electrolyte, and generates electricity as a fuel cell even at low temperatures. So that the improved power generation cell is used.

高温の固体酸化物形燃料電池では、セパレータには、例えばランタンクロマイト(LaCrO3 )等の電子伝導性を有するセラミックスが用いられるが、低温作動型の固体酸化物形燃料電池では、ステンレス等の金属材料を使用することができる。 In a high-temperature solid oxide fuel cell, ceramics having electronic conductivity such as lanthanum chromite (LaCrO 3 ) is used as a separator. In a low-temperature operation type solid oxide fuel cell, a metal such as stainless steel is used. Material can be used.

また、固体酸化物形燃料電池の構造には、円筒型、モノリス型、及び平板積層型の3種類が提案されている。それらの構造のうち、低温作動型の固体酸化物形燃料電池には、金属のセパレータを使用できることから、金属のセパレータに形状付与しやすい平板積層型の構造が適している。   Three types of solid oxide fuel cell structures have been proposed: a cylindrical type, a monolith type, and a flat plate type. Among these structures, since a metal separator can be used for a low temperature operation type solid oxide fuel cell, a flat plate type structure that is easy to give a shape to the metal separator is suitable.

平板積層型の固体酸化物形燃料電池のスタックは、発電セル、集電体、セパレータを交互に積層した構造を持つ。一対のセパレータが発電セルを両面から挟んで、一方は空気極集電体を介して空気極と、他方は燃料極集電体を介して燃料極と接している。燃料集電体には、Ni基合金等のスポンジ状の多孔質体を使用することができ、空気極集電体には、Ag基合金等の同じくスポンジ状の多孔質体を使用することができる。スポンジ状の多孔質体は、集電機能、ガス透過機能、均一ガス拡散機能、クッション機能、熱膨脹差吸収機能等を兼ね備えるので、多機能の集電体材料として適している。   A stack of flat plate type solid oxide fuel cells has a structure in which power generation cells, current collectors, and separators are alternately stacked. A pair of separators sandwich the power generation cell from both sides, one being in contact with the air electrode via the air electrode current collector and the other being in contact with the fuel electrode via the fuel electrode current collector. A sponge-like porous body such as a Ni-based alloy can be used for the fuel current collector, and a similar sponge-like porous body such as an Ag-based alloy can be used for the air electrode current collector. it can. A sponge-like porous body has a current collecting function, a gas permeation function, a uniform gas diffusion function, a cushion function, a thermal expansion difference absorption function, and the like, and is therefore suitable as a multifunctional current collector material.

セパレータは、発電セル間を電気接続すると共に、発電セルに対してガスを供給する機能を有するもので、燃料ガスをセパレータ外周面から導入してセパレータの燃料極層に対向する面から吐出させる燃料通路と、酸化剤ガスをセパレータ外周面から導入してセパレータの酸化剤極層に対向する面から吐出させる酸化剤通路を備えている。   The separator has a function of electrically connecting the power generation cells and supplying gas to the power generation cells. The fuel is introduced from the outer peripheral surface of the separator and discharged from the surface facing the separator fuel electrode layer. A passage and an oxidant passage which introduces an oxidant gas from the outer peripheral surface of the separator and discharges the gas from a surface facing the oxidant electrode layer of the separator are provided.

また、燃料電池スタックの側方には、各セパレータの燃料ガス通路に接続管を通して燃料ガスを供給する燃料用マニホールドと、各セパレータの酸化剤ガス通路に接続管を通して酸化剤ガス(空気)を供給する酸化剤用マニホールドとが、発電セルの積層方向に延在して設けられている。   Also, on the side of the fuel cell stack, a fuel manifold that supplies fuel gas through the connection pipe to the fuel gas passage of each separator, and oxidant gas (air) through the connection pipe to the oxidant gas passage of each separator And an oxidizing agent manifold extending in the stacking direction of the power generation cells.

通常、上記した燃料用マニホールドや酸化剤用マニホールドは、各セパレータより引き出した多数の接続管を管壁に接続した細長の単管構造(一重管構造)とされており、ガス入口より導入された反応用のガスをこれら接続管を介してマニホールドの内部空間から各セパレータに供給するようになっている。
このようなガス供給機構を外部マニホールドと言い、これ以外に、燃料電池スタック内にマニホールド機構を設け、接続管に依らず直接セパレータにガスを供給する内部マニホールドも知られている。
Normally, the above-described fuel manifold and oxidizer manifold have an elongated single pipe structure (single pipe structure) in which a large number of connecting pipes drawn from each separator are connected to the pipe wall, and are introduced from the gas inlet. A reaction gas is supplied to each separator from the internal space of the manifold through these connection pipes.
Such a gas supply mechanism is called an external manifold. Besides this, an internal manifold is also known in which a manifold mechanism is provided in the fuel cell stack and gas is supplied directly to the separator regardless of the connecting pipe.

ところが、上記したマニホールド構造の場合、同一管内においても、マニホールドのガス入口に近い接続管とガス入口から遠い接続管とでガスの流れる条件(ガス圧)に差が生じるため、セパレータへのガス供給量が均等にならず発電性能にばらつきが生じるという問題があった。
係る問題を回避するため、従来より各発電セルへのガス供給量を均等化するための提案が成されており、例えば、特許文献1〜特許文献3が開示されている。
特開平8−293318号公報 特開2000−58087号公報 特開2002−358996号公報
However, in the case of the manifold structure described above, even in the same pipe, there is a difference in the gas flow conditions (gas pressure) between the connection pipe close to the gas inlet of the manifold and the connection pipe far from the gas inlet. There was a problem that the amount was not uniform and the power generation performance varied.
In order to avoid such a problem, proposals for equalizing the amount of gas supplied to each power generation cell have been made conventionally. For example, Patent Documents 1 to 3 are disclosed.
JP-A-8-293318 JP 2000-58087 A JP 2002-358996 A

しかしながら、現状ではマニホールド内のガス流に十分な均等性を得るのは難しく、且つ、そのためのガス整流機構も複雑化し、コストアップの要因となっていた。このため、各発電セルに対して均等にガスを供給できるより好ましい整流機構を備えたマニホールドの出現が望まれている。   However, at present, it is difficult to obtain sufficient uniformity in the gas flow in the manifold, and the gas rectifying mechanism for that purpose is complicated, resulting in a cost increase. For this reason, the appearance of a manifold having a more preferable rectifying mechanism that can supply gas evenly to each power generation cell is desired.

本発明は、このような要求に鑑みて成されたもので、各発電セルに対して均等にガスを供給でき、各発電セルが常に安定した発電特性を呈することのできる好ましいマニホールドを備えた平板積層型の燃料電池を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of such demands, and is a flat plate having a preferable manifold that can supply gas evenly to each power generation cell and each power generation cell can always exhibit stable power generation characteristics. An object of the present invention is to provide a stacked fuel cell.

すなわち、請求項1に記載の本発明は、発電セルとセパレータを交互に複数積層して構成した燃料電池スタックと、発電セルとセパレータの積層方向に設けられて反応用のガスを各セパレータに分配するガスマニホールドを備えた平板積層型の燃料電池において、前記マニホールドは、周壁にガス供給孔を設けた単管構造とされており、且つ、管内の長手方向に多数のガス導入孔を形成したガス分散板が配設されて、管内がガスが導入されるガス導入空間と導入されたガスが前記ガス供給孔を通して分配されるガス分配空間とに区画されていることを特徴としている。   That is, according to the present invention, the fuel cell stack configured by alternately stacking a plurality of power generation cells and separators, and the reaction gas provided in the stacking direction of the power generation cells and separators are distributed to each separator. In the flat stack type fuel cell provided with the gas manifold, the manifold has a single tube structure in which a gas supply hole is provided in the peripheral wall, and a gas in which a number of gas introduction holes are formed in the longitudinal direction in the tube. Dispersion plates are provided, and the inside of the pipe is divided into a gas introduction space into which gas is introduced and a gas distribution space into which the introduced gas is distributed through the gas supply holes.

本構成では、ガス分散板により区画されたガス導入空間がガスの溜まり空間として機能するため、導入ガスはガス分散板のガス導入孔より均等なガス圧でガス分配空間内に導入されるようになる。これにより、ガス供給孔を通して各セパレータへ供給されるガス供給量を均等にすることができ、各発電セルの特性の不均一を少なくできる。また、管体に対するガスの供給は、端部、或いは、中央部等の任意の位置で行うことができる。   In this configuration, since the gas introduction space partitioned by the gas dispersion plate functions as a gas accumulation space, the introduced gas is introduced into the gas distribution space with a uniform gas pressure from the gas introduction hole of the gas dispersion plate. Become. Thereby, the gas supply amount supplied to each separator through a gas supply hole can be equalized, and the nonuniformity of the characteristic of each power generation cell can be reduced. Further, the gas can be supplied to the tube body at an arbitrary position such as an end portion or a central portion.

また、請求項2に記載の本発明は、請求項1に記載の平板積層型の燃料電池において、前記ガス導入空間に、先端部が前記ガス分散板に対向するようにガス導入用のノズルが配設されており、且つ、当該ノズルの少なくとも周壁に複数の噴口が形成されていることを特徴としている。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a flat plate type fuel cell according to the first aspect, wherein a gas introduction nozzle is provided in the gas introduction space so that a tip portion thereof faces the gas dispersion plate. It is arranged, and a plurality of nozzle holes are formed in at least a peripheral wall of the nozzle.

本構成では、ノズルの周壁よりガスを噴出することにより、噴出ガスは直接ガス分散板のガス導入孔を通過することが防止されてガス導入空間内に拡散されるようになる。これにより、ガス導入空間におけるガスの溜まり効果はさらに向上し、ガス分配空間内のガス圧はより一層均等化される。   In this configuration, by ejecting the gas from the peripheral wall of the nozzle, the ejected gas is prevented from passing directly through the gas introduction hole of the gas dispersion plate and is diffused into the gas introduction space. Thereby, the gas accumulation effect in the gas introduction space is further improved, and the gas pressure in the gas distribution space is further equalized.

また、請求項3に記載の本発明は、発電セルとセパレータを交互に複数積層して構成した燃料電池スタックと、前記発電セルとセパレータの積層方向に設けられて反応用のガスを各セパレータに分配するガスマニホールドを備えた平板積層型の燃料電池において、前記マニホールドは、周壁にガス供給孔を設けた外管と、当該外管内に配置されてガスが導入されるガス導入空間となる内管とによる二重構造とされており、且つ、前記内管の周壁に多数のガス導入孔が穿設されていることを特徴としている。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a fuel cell stack configured by alternately stacking a plurality of power generation cells and separators, and a reaction gas provided in the stacking direction of the power generation cells and separators to each separator. In a flat plate type fuel cell provided with a gas manifold for distribution, the manifold includes an outer tube having a gas supply hole in a peripheral wall, and an inner tube which is disposed in the outer tube and serves as a gas introduction space into which gas is introduced. And a plurality of gas introduction holes are formed in the peripheral wall of the inner tube.

本構成では、内管の空間部がガスの溜まり空間として機能するため、導入ガスは内管のガス導入孔より均等なガス圧で外管内に導入されるようになる。これにより、ガス供給孔を通して各セパレータへ供給されるガス供給量を均等にすることができ、各発電セルの特性の不均一を少なくできる。また、内管に対するガスの供給は、端部、或いは、中央部等の任意の位置で行うことができる。   In this configuration, since the space portion of the inner tube functions as a gas accumulation space, the introduced gas is introduced into the outer tube with a uniform gas pressure from the gas introduction hole of the inner tube. Thereby, the gas supply amount supplied to each separator through a gas supply hole can be equalized, and the nonuniformity of the characteristic of each power generation cell can be reduced. Further, the gas can be supplied to the inner pipe at an arbitrary position such as an end portion or a central portion.

また、請求項4に記載の本発明は、請求項1から請求項3までの何れかに記載の平板積層型の燃料電池において、前記ガス導入孔の位置と前記ガス供給孔の位置が積層方向および/または積層方向と垂直な方向においてズレを有していることを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, in the flat plate type fuel cell according to any one of the first to third aspects, the position of the gas introduction hole and the position of the gas supply hole are in the stacking direction. And / or a deviation in a direction perpendicular to the stacking direction.

本構成では、ガス導入孔とガス供給孔の間の空間においてもガスの溜まり効果が得られるため、ガス導入孔を通して導入されるガスがこの溜まり効果により当空間内に拡散されてガス圧が均等化される。これにより、ガス供給孔を通して各セパレータへ供給されるガス供給量をより一層均等にすることができ、各発電セルの特性の不均一を少なくできる。   In this configuration, since the gas accumulation effect is obtained even in the space between the gas introduction hole and the gas supply hole, the gas introduced through the gas introduction hole is diffused into the space by this accumulation effect, and the gas pressure is equalized. It becomes. Thereby, the gas supply amount supplied to each separator through the gas supply hole can be made even more uniform, and the unevenness of the characteristics of each power generation cell can be reduced.

また、請求項5に記載の本発明は、請求項1から請求項4までの何れかに記載の平板積層型の燃料電池において、前記ガス導入孔の穿設数は2つ以上とし、各々ガス導入孔の断面積は等しく、それぞれが長手方向に等間隔に配列されており、且つ、各々ガス導入孔を流れるガス流速は、前記ガス導入空間を流れるガス流速より大きいことを特徴としている。   According to a fifth aspect of the present invention, in the flat plate type fuel cell according to any one of the first to fourth aspects, the number of the gas introduction holes is two or more, The cross-sectional areas of the introduction holes are equal, each is arranged at equal intervals in the longitudinal direction, and the gas flow velocity flowing through each gas introduction hole is larger than the gas flow velocity flowing through the gas introduction space.

本構成では、ガス導入孔によるオリフィス効果が得られれば、孔数やその断面積は任意に設定しても良い。   In this configuration, the number of holes and the cross-sectional area thereof may be arbitrarily set as long as the orifice effect by the gas introduction hole is obtained.

また、請求項6に記載の本発明は、請求項1から請求項4までの何れかに記載の平板積層型の燃料電池において、前記ガス導入孔の断面積が、ガス流の下流に進むに連れて大きく形成されていることを特徴としている。   According to a sixth aspect of the present invention, in the flat plate type fuel cell according to any one of the first to fourth aspects, the cross-sectional area of the gas introduction hole advances downstream of the gas flow. It is characterized by the fact that it is greatly formed.

本構成では、ガス導入孔とガス供給孔の間の空間におけるガス圧を均等化でき、ガス供給孔を通して各セパレータへ供給されるガス供給量をより一層均等化することができる。   In this configuration, the gas pressure in the space between the gas introduction hole and the gas supply hole can be equalized, and the gas supply amount supplied to each separator through the gas supply hole can be further equalized.

以上説明したように、本発明によれば、ガスマニホールドを備えた平板積層型の燃料電池において、マニホールド内部にガス分散板や整流管によるガスの整流機構を設けることにより、マニホールドより各セパレータへ分配されるガス供給量を均等にすることができ、各発電セルの特性の不均一を少なくし、燃料電池の発電特性を向上することができる。   As described above, according to the present invention, in a flat plate type fuel cell equipped with a gas manifold, a gas rectifying mechanism using a gas dispersion plate and a rectifier pipe is provided inside the manifold, so that the distribution from the manifold to each separator. The amount of gas supplied can be made uniform, the non-uniformity of the characteristics of each power generation cell can be reduced, and the power generation characteristics of the fuel cell can be improved.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

先ず、本発明が適用された固体酸化物形燃料電池の全体構成を図8および図9を用いて説明する。図8は燃料電池の要部を示す分解断面図、図9は同要部の分解斜視図である。
図中、符号1は燃料電池スタックを示している。この燃料電池スタック1は、固体電解質層2の両面に燃料極層3と空気極層(酸化剤極層)4を配した発電セル5と、燃料極層3の外側の燃料極集電体6と、空気極層4の外側の空気極集電体(酸化剤極集電体)7と、各集電体6、7の外側のセパレータ8を順番に積層した構造を有する。
First, the overall configuration of a solid oxide fuel cell to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is an exploded cross-sectional view showing the main part of the fuel cell, and FIG. 9 is an exploded perspective view of the main part.
In the figure, reference numeral 1 denotes a fuel cell stack. The fuel cell stack 1 includes a power generation cell 5 in which a fuel electrode layer 3 and an air electrode layer (oxidant electrode layer) 4 are arranged on both surfaces of a solid electrolyte layer 2, and a fuel electrode current collector 6 outside the fuel electrode layer 3. And an air electrode current collector (oxidant electrode current collector) 7 outside the air electrode layer 4 and a separator 8 outside the current collectors 6 and 7 are sequentially stacked.

ここで、固体電解質層2は、イットリアを添加した安定化ジルコニア(YSZ)等で構成され、燃料極層3は、Ni、Co等の金属あるいはNi−YSZ、Co−YSZ等のサーメットで構成され、空気極層4は、LaMnO3 、LaCoO3 等で構成され、燃料極集電体6は、Ni基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、空気極集電体7は、Ag基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、セパレータ8は、ステンレス等で構成されている。 Here, the solid electrolyte layer 2 is made of stabilized zirconia (YSZ) or the like to which yttria is added, and the fuel electrode layer 3 is made of a metal such as Ni or Co or a cermet such as Ni—YSZ or Co—YSZ. The air electrode layer 4 is made of LaMnO 3 , LaCoO 3 or the like, the fuel electrode current collector 6 is made of a sponge-like porous sintered metal plate such as a Ni-based alloy, and the air electrode current collector 7 is made of The separator 8 is made of stainless steel or the like, and is made of a sponge-like porous sintered metal plate such as an Ag-based alloy.

セパレータ8は、発電セル5間を電気接続すると共に、発電セル5に対してガスを供給する機能を有するもので、その内部に、燃料ガスをセパレータ8の外周面から導入してセパレータ8の燃料極集電体6に対向する面のほぼ中央部から吐出させる燃料ガス通路11と、酸化剤ガスをセパレータ8の外周面から導入してセパレータ8の空気極集電体7に対向する面から吐出させる酸化剤ガス通路12を有している。但し、両端のセパレータ8(8A、8B)は、ガス通路11、12の何れか一方のみを有する。   The separator 8 has a function of electrically connecting the power generation cells 5 and supplying gas to the power generation cells 5. A fuel gas is introduced into the separator 8 from the outer peripheral surface of the separator 8, and the fuel of the separator 8. A fuel gas passage 11 that is discharged from the substantially central portion of the surface facing the electrode current collector 6 and an oxidant gas introduced from the outer peripheral surface of the separator 8 and discharged from the surface of the separator 8 facing the air electrode current collector 7. An oxidant gas passage 12 is provided. However, the separators 8 (8A, 8B) at both ends have only one of the gas passages 11, 12.

また この燃料電池スタック1の側方には、図8に示すように、各セパレータ8の燃料ガス通路11に接続管13を通して燃料ガスを供給する燃料用マニホールド15と、各セパレータ8の酸化剤ガス通路12に接続管14を通して酸化剤ガス(空気)を供給する酸化剤用マニホールド16とが、発電セル5の積層方向に延在して設けられている。   Further, on the side of the fuel cell stack 1, as shown in FIG. 8, as shown in FIG. 8, a fuel manifold 15 for supplying fuel gas to the fuel gas passage 11 of each separator 8 through a connection pipe 13, and an oxidant gas for each separator 8 An oxidant manifold 16 for supplying an oxidant gas (air) to the passage 12 through the connection pipe 14 extends in the stacking direction of the power generation cells 5.

ところで、本発明に係る燃料用マニホールドおよび酸化剤用マニホールドは、単管のみで成る従来のマニホールドと相違し、管内に導入されたガスの整流機構を備えている。   By the way, the fuel manifold and the oxidant manifold according to the present invention are provided with a gas rectifying mechanism for the gas introduced into the pipe, unlike the conventional manifold consisting of only a single pipe.

以下、図1〜図3を用いて外部マニホールドの実施形態の詳細を説明する。尚、燃料用マニホールド15と酸化剤用マニホールド16は何れも同じ構造であり、ただ管内に導入される反応用のガスが、燃料ガスと酸化剤ガス(空気)とで相違しているだけである。   The details of the embodiment of the external manifold will be described below with reference to FIGS. The fuel manifold 15 and the oxidant manifold 16 have the same structure, and only the reaction gas introduced into the pipe is different between the fuel gas and the oxidant gas (air). .

図1は本発明による外部マニホールド構造の第1実施形態を示している。
図1に示すマニホールド15、16は両端部が閉止され、且つ、周壁に多数のガス供給孔25を設けた四角柱状の単管18で構成され、これらガス供給孔25の各々にセパレータに通じる接続管13(14)が接続されている。
FIG. 1 shows a first embodiment of an external manifold structure according to the present invention.
The manifolds 15 and 16 shown in FIG. 1 are composed of a rectangular column-shaped single pipe 18 whose both ends are closed and a large number of gas supply holes 25 are provided on the peripheral wall, and each of these gas supply holes 25 is connected to a separator. A tube 13 (14) is connected.

係る構造は従来の外部マニホールドと同様であるが、本実施形態の場合は、管内のほぼ中央に多数のガス導入孔24を穿設した金属製のガス分散板23が長手方向に配設されて、管内が外部のガスが導入されるガス導入空間26と、導入されたガスがガス供給孔25より接続管13(14)を通して各セパレータ8に分配・供給されるガス分配空間27とに区画されている。
尚、ガス導入孔24は孔径1mm程度の微細孔であって、細長矩形状を成すガス分散板23のほぼ中央に所定の間隔を持って縦一列状態に穿設されており、本実施形態では、当ガス導入孔24の穿設数は、管体18のガス供給孔25、即ち、接続管13(14)の配設数と対応して同数としているが、孔数や孔径、或いは管内におけるガス分散板23の配設位置等は、これに限るものではなく、ガス分散板23を境としてガス導入孔24の上流側と下流側で圧差(オリフィス効果)が生じ得れば、任意に設定して構わない。
Such a structure is the same as that of a conventional external manifold, but in the case of this embodiment, a metal gas distribution plate 23 having a large number of gas introduction holes 24 drilled in the center of the pipe is disposed in the longitudinal direction. The inside of the pipe is divided into a gas introduction space 26 into which an external gas is introduced, and a gas distribution space 27 in which the introduced gas is distributed and supplied to each separator 8 from the gas supply hole 25 through the connection pipe 13 (14). ing.
The gas introduction hole 24 is a fine hole having a hole diameter of about 1 mm, and is formed in a vertically aligned state at a predetermined interval in the approximate center of the gas dispersion plate 23 having an elongated rectangular shape. The number of the gas introduction holes 24 is the same as the number of the gas supply holes 25 of the pipe body 18, that is, the number of connecting pipes 13 (14). The disposition position of the gas dispersion plate 23 is not limited to this, and is arbitrarily set as long as a pressure difference (orifice effect) can occur between the upstream side and the downstream side of the gas introduction hole 24 with the gas dispersion plate 23 as a boundary. It doesn't matter.

そして、ガス導入空間26においては、ガス分散板23と対面する管体側壁の長手方向ほぼ中央に、外部からのガスが供給されるガス供給管20が接続され、管18内において、その先端面21aがガス分散板23に対向するように、管状のノズル21が配設されている。そして、管内に突出したノズル21の周壁21bに4個の噴口22がそれぞれ90度の間隔を置いて形成されている。
当ノズル21は、先端面21aに噴口22を設けていなが、ノズル21の先端面21aにも噴口22を設ける場合は、周壁21bの噴口22より孔径を小さくするのが好ましい。これは、ガス分散板23に対して噴出するガス量を少なくするためである。
In the gas introduction space 26, a gas supply pipe 20 to which a gas from the outside is supplied is connected to a substantially central portion in the longitudinal direction of the pipe side wall facing the gas dispersion plate 23. A tubular nozzle 21 is arranged so that 21 a faces the gas dispersion plate 23. Then, four nozzle holes 22 are formed at intervals of 90 degrees on the peripheral wall 21b of the nozzle 21 protruding into the pipe.
The nozzle 21 does not have the nozzle hole 22 on the tip surface 21a. However, when the nozzle hole 22 is also provided on the tip surface 21a of the nozzle 21, it is preferable to make the hole diameter smaller than the nozzle hole 22 of the peripheral wall 21b. This is to reduce the amount of gas ejected to the gas dispersion plate 23.

一方、ガス分配空間27においては、ガス分散板23と対向する管体18の側壁に設けたガス供給孔25に接続管13(14)が接続されている。ガス分散板23のガス導入孔24の位置とガス供給孔25の位置関係においては、図2(a)に示すように、両者は縦方向では一致しているが、図2(b)に示すように、横方向においてズレを有している。   On the other hand, in the gas distribution space 27, the connection pipe 13 (14) is connected to a gas supply hole 25 provided in the side wall of the pipe body 18 facing the gas dispersion plate 23. In the positional relationship between the gas introduction hole 24 and the gas supply hole 25 of the gas dispersion plate 23, as shown in FIG. 2A, both coincide in the vertical direction, but as shown in FIG. As described above, there is a deviation in the lateral direction.

そして、上記構成のマニホールド15(16)では、ガス分散板23を設けることにより管内のガス導入空間26がガスの溜まり空間として機能し、ノズル21より噴出したガスは、一旦、ガス導入空間26に溜って昇圧され、ガス分散板23のガス導入孔24よりほぼ均等なガス圧にてガス分配空間27内に導入されるようになる。この際、各々のガス導入孔24を通過するガスの流速はガス導入空間26を流れるガスの流速より大きくなっており、上述のオリフィス効果が得られている。これにより、各接続管13(14)より各セパレータ8へ供給されるガス供給量が均等化され、結果、各発電セル5の特性の不均一を少なくして燃料電池の総合的な発電特性を向上することができる。   In the manifold 15 (16) having the above-described configuration, the gas dispersion plate 23 is provided so that the gas introduction space 26 in the pipe functions as a gas accumulation space, and the gas ejected from the nozzle 21 temporarily enters the gas introduction space 26. The gas is accumulated and pressurized, and is introduced into the gas distribution space 27 from the gas introduction hole 24 of the gas dispersion plate 23 with a substantially uniform gas pressure. At this time, the flow velocity of the gas passing through each gas introduction hole 24 is larger than the flow velocity of the gas flowing through the gas introduction space 26, and the above-described orifice effect is obtained. Thereby, the gas supply amount supplied to each separator 8 from each connection pipe 13 (14) is equalized, and as a result, the nonuniformity of the characteristics of each power generation cell 5 is reduced and the overall power generation characteristics of the fuel cell are obtained. Can be improved.

また、外部よりマニホールド15、(16)へガスを供給する場合、ノズル21の周壁21bよりガス導入空間26内の上下左右方向にガスを噴出することにより、噴出ガスが直接ガス分散板23のガス導入孔24を通過することが防止されてガス導入空間26内に拡散されるようになる。これによって、ガス導入空間26におけるガスの溜まり効果はさらに向上し、ガス分配空間27内のガス圧はより一層均等化されることになる。   In addition, when gas is supplied from the outside to the manifolds 15 and 16, the gas is ejected directly from the peripheral wall 21 b of the nozzle 21 in the vertical and horizontal directions in the gas introduction space 26, so that the gas to be ejected is directly from the gas dispersion plate 23. It is prevented from passing through the introduction hole 24 and diffuses into the gas introduction space 26. Thereby, the gas accumulation effect in the gas introduction space 26 is further improved, and the gas pressure in the gas distribution space 27 is further equalized.

さらに、ガス導入孔24とガス供給孔25の位置をずらすことにより、ガス導入孔24からのガスが直接接続管13(14)に達するのが防止されるため、ガス分配空間27においてもガス導入空間26と同様のガスの溜まり効果が得られるようになり、ガス導入孔24を通して導入されたガスは、図2(b)の矢印のようにガス分配空間27内に拡散するため、当空間内のガス圧が均等化されるようになる。これにより、ガス供給孔25を通して各セパレータ8へ供給されるガス供給量はより一層均等化されるため、各発電セル5の特性の不均一を少なくできる。   Further, by shifting the positions of the gas introduction hole 24 and the gas supply hole 25, the gas from the gas introduction hole 24 is prevented from reaching the connecting pipe 13 (14) directly. A gas accumulation effect similar to that of the space 26 can be obtained, and the gas introduced through the gas introduction hole 24 diffuses into the gas distribution space 27 as indicated by the arrow in FIG. The gas pressure is equalized. Thereby, since the gas supply amount supplied to each separator 8 through the gas supply hole 25 is further equalized, the nonuniformity of the characteristics of each power generation cell 5 can be reduced.

次に、図3は外部マニホールド構造の第2実施形態を示している。
図3に示すように、本実施形態のマニホールド15(16)は、両端が閉止されて周壁に多数のガス供給孔30を設けた四角柱状の外管19と、この外管19内のほぼ中央部において長手方向に配設されて、周壁に多数のガス導入孔29が穿設された内管28(整流管28)の二重構造とされている。整流管28の上端は外管19の上端部においてガス供給管20に接続されていると共に、下端部は閉止されている。外管19の各ガス供給孔30には、各々接続管13(14)が接続されている。
Next, FIG. 3 shows a second embodiment of the external manifold structure.
As shown in FIG. 3, the manifold 15 (16) of the present embodiment includes a rectangular columnar outer tube 19 that is closed at both ends and provided with a large number of gas supply holes 30 on the peripheral wall, and a substantially center in the outer tube 19. The inner pipe 28 (rectifying pipe 28) has a double structure which is arranged in the longitudinal direction in the section and has a large number of gas introduction holes 29 formed in the peripheral wall. The upper end of the rectifying pipe 28 is connected to the gas supply pipe 20 at the upper end of the outer pipe 19 and the lower end is closed. A connecting pipe 13 (14) is connected to each gas supply hole 30 of the outer pipe 19.

ガス導入孔29は、図4に示すように、接続管13(14)側を除く整流管28の周方向の3箇所に各々90度の間隔を置いて穿設されており、且つ、これらが所定の間隔を持って長手方向に連続的に穿設されており、本実施形態の場合、その穿設数はガス供給孔30、即ち、接続管13(14)の配設数と対応している。   As shown in FIG. 4, the gas introduction holes 29 are formed at three intervals in the circumferential direction of the rectifying pipe 28 excluding the connection pipe 13 (14) side, with an interval of 90 degrees. It is continuously drilled in the longitudinal direction with a predetermined interval. In this embodiment, the number of drill holes corresponds to the number of gas supply holes 30, that is, the number of connecting pipes 13 (14). Yes.

そして、本構成では、外部ガスが導入される整流管28の内部空間(すなわち、上述のガス導入空間)がガスの溜まり空間として機能し、この溜まり空間で昇圧されたガスは、各ガス導入孔29より均等なガス圧で外管19内に導入されるようになる。この際、各々のガス導入孔29を通過するガスの流速は整流管28内を流れるガスの流速より大きくなっており、本構成においても上述のオリフィス効果が得られている。これにより、接続管13(14)を通して各セパレータ8へ供給されるガス供給量を均等にすることができ、各発電セル5の特性の不均一を少なくして燃料電池の発電特性を向上することができる。   In this configuration, the internal space of the rectifying pipe 28 into which the external gas is introduced (that is, the above-described gas introduction space) functions as a gas accumulation space, and the gas pressurized in this accumulation space is supplied to each gas introduction hole. 29, the gas is introduced into the outer tube 19 at a gas pressure that is more uniform. At this time, the flow velocity of the gas passing through each gas introduction hole 29 is larger than the flow velocity of the gas flowing in the rectifying pipe 28, and the above-described orifice effect is obtained also in this configuration. Thereby, the gas supply amount supplied to each separator 8 through the connecting pipe 13 (14) can be made uniform, and the power generation characteristics of the fuel cell can be improved by reducing the non-uniformity of the characteristics of each power generation cell 5. Can do.

また、各マニホールド15(16)に導入されたガスを整流管28の周壁より接続管側を除く3方向に噴出させることにより、ガス導入孔29からの噴出ガスが直接接続管13(14)に供給されることが防止されて外管19内の全体に拡散されるようになるため、外管19内においてもガスの溜まり効果が得られ、外管19内のガス圧はより一層均等化されることになる。   Further, the gas introduced into each manifold 15 (16) is jetted in three directions excluding the connection pipe side from the peripheral wall of the rectifying pipe 28, so that the gas ejected from the gas introduction hole 29 directly enters the connection pipe 13 (14). Since it is prevented from being supplied and diffused throughout the outer pipe 19, a gas accumulation effect is obtained also in the outer pipe 19, and the gas pressure in the outer pipe 19 is further equalized. Will be.

以上説明した、第1、第2実施形態によるマニホールド構造において、図1のガス分散板23や図3の整流管28に穿設したガス導入孔24、29は全て同径としたが、ガス流の下流に進むに連れて孔径を小さく形成することも勿論可能である。こうすることにより、ガス導入孔24(29)とガス供給孔25(30)の間の空間におけるガス圧はより均等化されるようになり、ガス供給孔25、30を通して各セパレータ8へ供給されるガス供給量をより一層均等化することができる。   In the manifold structures according to the first and second embodiments described above, the gas introduction holes 24 and 29 drilled in the gas dispersion plate 23 of FIG. 1 and the rectifying pipe 28 of FIG. It is of course possible to make the hole diameter smaller as it goes downstream. By doing so, the gas pressure in the space between the gas introduction hole 24 (29) and the gas supply hole 25 (30) becomes more equalized and is supplied to each separator 8 through the gas supply holes 25 and 30. It is possible to further equalize the gas supply amount.

また、各マニホールド15(16)へのガスの導入は、管体の中央部、片端部、或いは、両端等の任意の位置で行うことが可能であるが、中央部からのガス導入は端部導入に比べてガスの整流が良好に行えるため好ましい。加えて、ガスの整流効果が良好であれば、ガス導入孔24、29の加工精度をラフにできるというメリットも有する。   In addition, the gas can be introduced into each manifold 15 (16) at any position such as the central portion, one end portion, or both ends of the tube body. Compared to the introduction, gas rectification can be performed well, which is preferable. In addition, if the gas rectifying effect is good, there is also an advantage that the processing accuracy of the gas introduction holes 24 and 29 can be roughened.

次に、上記した第1実施形態を内部マニホールドタイプの燃料電池スタック1に適用した本発明の第3実施形態を図5を用いて説明する。   Next, a third embodiment of the present invention in which the above-described first embodiment is applied to an internal manifold type fuel cell stack 1 will be described with reference to FIG.

図5に示すように、セパレータ8の外周部に一対の枠状部31、31が相対向するように外方向に突設されている。これら枠状部31、31は矩形状を成し、各々枠内の中央部分に縦向のスリット33(ガス導入孔33)を設けた仕切32が配設されていて、この仕切32により枠内が外部のガスが導入されるガス導入空間36と導入されたガスをセパレータ8のガス通路11(12)に供給するガス分配空間37とに区画されている。   As shown in FIG. 5, a pair of frame-shaped portions 31, 31 project outward from the outer peripheral portion of the separator 8 so as to face each other. Each of the frame-like portions 31 and 31 has a rectangular shape, and a partition 32 provided with a longitudinal slit 33 (gas introduction hole 33) is provided at the center of each frame. Is divided into a gas introduction space 36 into which external gas is introduced and a gas distribution space 37 that supplies the introduced gas to the gas passage 11 (12) of the separator 8.

枠内のガス分配空間37は、セパレータ8の外周面において、枠状部31に設けたガス供給孔34を介して燃料ガス通路11(または、酸化剤ガス通路12)と連通している。この場合、枠状部31のガス導入孔33とガス供給孔34の位置をセパレータ8の周方向にズレを持たせることが好ましい。   The gas distribution space 37 in the frame communicates with the fuel gas passage 11 (or the oxidant gas passage 12) on the outer peripheral surface of the separator 8 through the gas supply hole 34 provided in the frame-like portion 31. In this case, it is preferable to shift the positions of the gas introduction hole 33 and the gas supply hole 34 of the frame-shaped part 31 in the circumferential direction of the separator 8.

係る構造のセパレータ8を、間に発電セル5を挟んで多数積層することにより、周側部に四角柱状の単管40で成る内部マニホールド15、16を備えた燃料電池スタック1を構成でき、この時、単管40内には、積層された各枠状部31の仕切32によって発電セル5とセパレータ8の積層方向に連通するガス導入空間36とガス分配空間37が形成される。尚、積層の際には、隣接する上下枠状部31の間に絶縁性の枠状ガスケット35が介在される。   By laminating a large number of separators 8 having such a structure with the power generation cell 5 interposed therebetween, the fuel cell stack 1 including the internal manifolds 15 and 16 formed of the square columnar single tubes 40 on the peripheral side portion can be configured. In the single tube 40, a gas introduction space 36 and a gas distribution space 37 communicating with each other in the stacking direction of the power generation cell 5 and the separator 8 are formed by the partitions 32 of the stacked frame-like portions 31. Note that an insulating frame-shaped gasket 35 is interposed between the adjacent upper and lower frame-shaped portions 31 at the time of lamination.

そして、上記構成のマニホールド15、16では、既述した実施形態と同様に、ガス導入空間36がガスの溜まり空間として機能し、ガス導入空間36に溜まったガスは仕切32のガス導入孔33より、ほぼ均等なガス圧にてガス分配空間37内に導入されるようになる。これにより、ガス供給孔34を通して各セパレータ8のガス通路11(12)に供給されるガス供給量を均等化することができ、結果、各発電セル5の特性の不均一を少なくし、燃料電池の発電特性を向上することができる。   In the manifolds 15 and 16 having the above-described configuration, the gas introduction space 36 functions as a gas accumulation space as in the above-described embodiment, and the gas accumulated in the gas introduction space 36 is transmitted from the gas introduction hole 33 of the partition 32. The gas distribution space 37 is introduced with a substantially uniform gas pressure. As a result, the amount of gas supplied to the gas passage 11 (12) of each separator 8 through the gas supply hole 34 can be equalized. As a result, the nonuniformity of the characteristics of each power generation cell 5 is reduced, and the fuel cell The power generation characteristics can be improved.

また、枠状部31のガス導入孔33とガス供給孔34の対向位置をずらすことにより、ガス導入孔33からのガスが直接ガス供給孔34に達するのが防止され、ガス分配空間37においてもガス導入空間36と同様のガスの溜まり効果が得られるようになり、ガス導入孔33を通して導入されたガスを当ガス分配空間37内に均等に拡散することができるようになる。これにより、各ガス供給孔34を通して各セパレータ8へ供給されるガス供給量をより一層均等化することができ、各発電セル5の特性の不均一を少なくできる。   Further, by shifting the opposing positions of the gas introduction hole 33 and the gas supply hole 34 of the frame-shaped part 31, the gas from the gas introduction hole 33 is prevented from reaching the gas supply hole 34 directly, and also in the gas distribution space 37. The same gas accumulation effect as that of the gas introduction space 36 can be obtained, and the gas introduced through the gas introduction hole 33 can be evenly diffused into the gas distribution space 37. Thereby, the gas supply amount supplied to each separator 8 through each gas supply hole 34 can be further equalized, and the nonuniformity of the characteristics of each power generation cell 5 can be reduced.

次に、上記した第2実施形態を内部マニホールドに適用した第4実施形態の構成を図6に示す。   Next, FIG. 6 shows a configuration of a fourth embodiment in which the above-described second embodiment is applied to an internal manifold.

本構成は、外周部に矩形状の枠状部31を対向配置したセパレータ8を、間に発電セル5と絶縁性の枠状ガスケット35を挟んで多数積層することにより、セパレータ8の周側部に積層方向に連通する四角柱状の外管41を構成し、この外管41内のほぼ中央の長手方向に、周壁に多数のガス導入孔39が穿設された内管38(整流管38)を配設した二重構造としたものである。
整流管38のガス導入孔39は、図7に示すように、セパレータ8側を除く整流管38の周方向において3箇所に各々90度の間隔を置いて穿設され、且つ、これらが所定の間隔を持って長手方向に連続的に穿設されている。尚、図示しないが、この整流管38の上端部にガス供給管20が接続されている。
In this configuration, a large number of separators 8 each having a rectangular frame-shaped portion 31 arranged opposite to each other on the outer peripheral portion are stacked with a power generation cell 5 and an insulating frame-shaped gasket 35 sandwiched therebetween, thereby A rectangular columnar outer tube 41 communicating in the stacking direction is formed, and an inner tube 38 (rectifier tube 38) having a large number of gas introduction holes 39 formed in the peripheral wall in the longitudinal direction of the center of the outer tube 41. This is a double structure in which is provided.
As shown in FIG. 7, the gas introduction holes 39 of the rectifying pipe 38 are drilled at intervals of 90 degrees at three locations in the circumferential direction of the rectifying pipe 38 excluding the separator 8 side, It is continuously drilled in the longitudinal direction at intervals. Although not shown, the gas supply pipe 20 is connected to the upper end portion of the rectifying pipe 38.

そして、本構成では、外部のガスが導入される整流管38の内部空間がガスの溜まり空間として機能し、導入されたガスは、この整流管38のガス導入孔39より均等なガス圧で外管41側に導入されるようになる。これにより、ガス供給孔34より各セパレータ8の各ガス通路11、12に供給されるガス供給量を均等化することができ、各発電セル5の特性の不均一を少なくして燃料電池の発電特性を向上することができる。   In this configuration, the internal space of the rectifying pipe 38 into which the external gas is introduced functions as a gas accumulation space, and the introduced gas is externally discharged with a uniform gas pressure from the gas introduction hole 39 of the rectifying pipe 38. It comes to be introduced into the tube 41 side. As a result, the amount of gas supplied from the gas supply hole 34 to each gas passage 11, 12 of each separator 8 can be equalized, and the nonuniformity of the characteristics of each power generation cell 5 can be reduced to generate power from the fuel cell. The characteristics can be improved.

また、各マニホールド15、16内へ導入されたガスを、整流管38の周壁よりセパレータ8側を除く3方向に噴出させることにより、ガス導入孔39からの噴出ガスが直接ガス供給孔34に供給されることが防止されて外管41内に均等に拡散されるようになるため、外管41内においてもガスの溜まり効果が得られ、外管41内のガス圧はより一層均等化されることになる。   Further, the gas introduced into the manifolds 15 and 16 is jetted in three directions excluding the separator 8 side from the peripheral wall of the rectifying pipe 38, so that the jet gas from the gas introduction hole 39 is directly supplied to the gas supply hole 34. Since this is prevented and the gas is evenly diffused in the outer tube 41, a gas accumulation effect is obtained also in the outer tube 41, and the gas pressure in the outer tube 41 is further equalized. It will be.

上記した、第3、第4実施形態において、仕切32のガス導入孔33や、整流管38のガス導入孔39は各々全て同径としたが、ガス流の下流に進むに連れて孔径を小さく形成すると、ガス分配空間におけるガス圧の均等化が良好に行われるため、好ましい。
また、各マニホールド15(16)へのガスの導入は、管体の中央部、片端部、或いは、両端部等の任意の位置で行うことが可能であるが、中央部からのガス導入は端部の場合に比べてガスの整流効果が良好であり、好ましい。
In the third and fourth embodiments described above, the gas introduction hole 33 of the partition 32 and the gas introduction hole 39 of the rectifying pipe 38 are all the same diameter, but the hole diameter decreases as the gas flow proceeds downstream. If formed, it is preferable because the gas pressure in the gas distribution space is equalized well.
In addition, gas can be introduced into each manifold 15 (16) at an arbitrary position such as the central portion, one end portion, or both end portions of the tube body. Compared with the case of the part, the gas rectifying effect is good, which is preferable.

以上、説明した第1〜第4実施形態では、マニホールド15(16)を構成する管体(単管18、40および外管19、41)を四角柱状としたが、この形状に限るものではなく、円柱状としても勿論構わない。   As described above, in the first to fourth embodiments described above, the pipe bodies (single pipes 18 and 40 and outer pipes 19 and 41) constituting the manifold 15 (16) are formed in a quadrangular prism shape, but the shape is not limited to this. Of course, a cylindrical shape may be used.

本発明のマニホールドの第1実施形態を示す斜視図。The perspective view which shows 1st Embodiment of the manifold of this invention. (a)は図1の縦部分断面図、(b)は図1の横断面図。(A) is the longitudinal fragmentary sectional view of FIG. 1, (b) is the cross-sectional view of FIG. 本発明のマニホールドの第2実施形態を示す斜視図。The perspective view which shows 2nd Embodiment of the manifold of this invention. 図3の横断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view of FIG. 3. 本発明のマニホールドの第3実施形態を示す燃料電池スタックの分解斜視図。The disassembled perspective view of the fuel cell stack which shows 3rd Embodiment of the manifold of this invention. 本発明のマニホールドの第3実施形態を示す燃料電池スタックの分解斜視図。The disassembled perspective view of the fuel cell stack which shows 3rd Embodiment of the manifold of this invention. 図6の要部断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view of the main part of FIG. 6. 本発明が適用された固体酸化物形燃料電池の要部を示す分解断面図。The exploded sectional view showing the important section of the solid oxide fuel cell to which the present invention was applied. 同、要部の分解斜視図。The exploded perspective view of the principal part same as the above.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池スタック
5 発電セル
8 セパレータ
11、12 ガス通路(燃料ガス通路、酸化剤ガス通路)
15、16 マニホールド(燃料用マニホールド、酸化剤用マニホールド)
18、40 単管
19、41 外管
21 ノズル
21b 周壁
22 噴口
23 ガス分散板
24、39 ガス導入孔
25、30、34 ガス供給孔
26、36 ガス導入空間
27、37 ガス分配空間
28 、38 内管(整流管)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 5 Power generation cell 8 Separator 11, 12 Gas passage (fuel gas passage, oxidant gas passage)
15, 16 Manifold (manifold for fuel, manifold for oxidizer)
18, 40 Single pipe 19, 41 Outer pipe 21 Nozzle 21b Circumferential wall 22 Injection hole 23 Gas dispersion plate 24, 39 Gas introduction hole 25, 30, 34 Gas supply hole 26, 36 Gas introduction space 27, 37 Inside gas distribution space 28, 38 Tube (rectifier tube)

Claims (6)

発電セルとセパレータを交互に複数積層して構成した燃料電池スタックと、発電セルとセパレータの積層方向に設けられて反応用のガスを各セパレータに分配するガスマニホールドを備えた平板積層型の燃料電池において、
前記マニホールドは、周壁にガス供給孔を設けた単管構造とされており、且つ、管内の長手方向に多数のガス導入孔を形成したガス分散板が配設されて、管内がガスが導入されるガス導入空間と導入されたガスが前記ガス供給孔を通して分配されるガス分配空間とに区画されていることを特徴とする平板積層型の燃料電池。
A fuel cell stack comprising a plurality of power generation cells and separators alternately stacked, and a flat plate type fuel cell comprising a gas manifold provided in the stacking direction of the power generation cells and separators to distribute reaction gas to each separator In
The manifold has a single-tube structure with gas supply holes in the peripheral wall, and a gas distribution plate having a number of gas introduction holes formed in the longitudinal direction of the pipe is provided to introduce gas into the pipe. And a gas distribution space in which the introduced gas is distributed through the gas supply holes.
前記ガス導入空間に、先端部が前記ガス分散板に対向するようにガス導入ノズルが配設されており、且つ、当該ノズルの少なくとも周壁に複数の噴口が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の平板積層型の燃料電池。 A gas introduction nozzle is disposed in the gas introduction space so that a tip portion thereof faces the gas dispersion plate, and a plurality of injection holes are formed on at least a peripheral wall of the nozzle. Item 2. A flat plate type fuel cell according to Item 1. 発電セルとセパレータを交互に複数積層して構成した燃料電池スタックと、前記発電セルとセパレータの積層方向に設けられて反応用のガスを各セパレータに分配するガスマニホールドを備えた平板積層型の燃料電池において、
前記マニホールドは、周壁にガス供給孔を設けた外管と、当該外管内に配置されてガスが導入されるガス導入空間となる内管とによる二重構造とされており、且つ、前記内管の周壁に多数のガス導入孔が穿設されていることを特徴とする平板積層型燃料電池。
A fuel cell stack configured by alternately stacking a plurality of power generation cells and separators, and a plate stack type fuel provided with a gas manifold provided in the stacking direction of the power generation cells and separators to distribute reaction gas to each separator In batteries,
The manifold has a double structure including an outer tube having a gas supply hole in a peripheral wall and an inner tube that is disposed in the outer tube and serves as a gas introduction space, and the inner tube. A flat laminated fuel cell characterized in that a large number of gas introduction holes are formed in the peripheral wall.
前記ガス導入孔の位置と前記ガス供給孔の位置が積層方向および/または積層方向と垂直な方向においてズレを有していることを特徴とする請求項1から請求項3までの何れかに記載の平板積層型の燃料電池。 The position of the said gas introduction hole and the position of the said gas supply hole have a shift | offset | difference in the lamination direction and / or the direction perpendicular | vertical to a lamination direction. Flat plate type fuel cell. 前記ガス導入孔の穿設数は2つ以上とし、各々ガス導入孔の断面積は等しく、それぞれが長手方向に等間隔に配列されており、且つ、各々ガス導入孔を流れるガス流速は、前記ガス導入空間を流れるガス流速より大きいことを特徴とする請求項1から請求項4までの何れかに記載の平板積層型の燃料電池。 The number of the gas introduction holes is two or more, the cross-sectional areas of the gas introduction holes are equal to each other, the gas introduction holes are arranged at equal intervals in the longitudinal direction, and the gas flow velocity flowing through each gas introduction hole is The flat plate type fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein a flow velocity of the gas flowing through the gas introduction space is larger than that of the gas. 前記ガス導入孔の断面積が、ガス流の下流に進むに連れて大きく形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4までの何れかに記載の平板積層型の燃料電池。 5. The flat plate stacked fuel cell according to claim 1, wherein a cross-sectional area of the gas introduction hole is formed to increase as the gas flows downstream.
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