JPH03214568A - 燃料電池の反応ガス供給装置 - 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】 【産業上の利用分野】

この発明は、反応ガス（燃料ガスと空気）を供給して電
気化学反応により発電させる燃料電池において、電池ス
タックに反応ガスを供給する装置に関する。

【従来の技術】

第４図〜第６図は従来の燃料電池における反応ガスの供
給構成を示す概略図で、第４図は平面図、第５図はその
■−■線に沿う断面図、第６図は同じ＜　ＶＩ一ＶＩ線
に沿う断面図である。 図において、１は電池スタックで、電解液を含んだマト
リックスの両側に水素電極と空気電極とが配置された方
形の単電池が多数積層されて構成されている。２は電池
スタック１の側面に沿って立ち上げられた燃料供給配管
で、水素を主成分とする燃料ガスるよ燃料供給配管２か
ら矢印のように、燃料供給マニホルド３を介して電池ス
タック１を構成する単電池に供給され、反対側の面の燃
料排出マニホルド４で矢印のように集められて、燃料排
出配管５から次の系統に排出される。同様に、燃料ガス
と反応する酸素を含んだ空気は、燃料供給配管２が配管
された側面と直交する電池スタックｌの側面に沿って垂
直に立ち上げられた空気供給配管６から、空気供給マユ
ホルド７を介して供給され、反対側の面の空気排出マニ
ホルド８で集められて空気排出配管９から排出される。 このような反応ガスの供給においては、例えば２〜３ｍ
の高さに多数積層された単電池にそれぞれ均等に反応ガ
スを配分することが必要である。 そのために、第５図及び第６図に示すように、電池スタ
ック１を例えば６０〜８０セルごとのいくつかのブロッ
ク１−１〜１−Ｎに分けて、それぞれのブロックに燃料
ガス及び空気の供給、排出マニホルド３．４及び７，８
を設け、反応ガスの供給の均等化を図っている。なお、
マニホルド３及び４と燃料ガス配管２及び５とはそれぞ
れ分岐管１０及び１１で接続され、またマニホルド７及
び８と空気配管６及び９とはそれぞれ分岐管１２及び１
３で接続されている。

【発明が解決しようとする課題】

ところで、燃料ガスは水素が７０〜８０％で他は炭酸ガ
スが主体の混合ガスであるが、水素は炭酸ガスに比べて
軽いため、垂直な配管を流れる間に燃料ガスの濃度分布
に差が生じ、水素濃度は配管上部ほど高く下部では低く
なる。このことは、電池スタック１の上部に積層された
単電池に燃料ガスを供給する燃料供給マニホルド３には
多くの水素が配分され、下部では少なくなる等配不良を
生じさせる原因となる。 一方、空気については燃料ガスほど成分ガスの分子量に
差がなく大きな等配不良は生じないが、それでも空気中
の酸素は主成分である窒素より重く、上部の空気供給マ
ニホルド７には配分が少なく、下部では多くなるる等配
不良が生じる。 このように配管２．６を通過する途中で反応ガスには濃
度差が生じるが、積層された単電池には全体として同一
の電流が流れるという発電原理から各車電池での水素及
び酸素の消費量は同一なので、燃料ガス及び空気の排出
マニホルド４及び８内の水素及び酸素の濃度（出口濃度
）を測定することによりこれらの供給不足を分析するこ
とが可能である。第７図はこのような分析結果を表した
もので、電池スタック１の高さ方向について、水素及び
酸素の出口濃度が適正値１００％に対して変化する様子
を示し、水素は高い位置ほど濃度が高く、酸素は低い位
置ほど濃度が高くなっていることが分かる。 その結果、従来は発電プラントとしては適正流量の反応
ガスを燃料電池本体に供給しても正常な発電が得にくい
という問題があった。 この発明はこのような状況に対応するためになされたも
ので、重力に基づ《反応ガス供給の等配不良を是正して
発電性能の向上を図った燃料電池の反応ガス供給装置を
提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、この発明は、単電池を多数
積層して構成した電池スタックを高さ方向にいくつかの
ブロックに分け、これらのブロックごとに設けた燃料供
給マニホルド及び空気供給マニホルドを介して垂直に立
ち上げた燃料供給配管及び空気供給配管からそれぞれ燃
料ガス及び空気を前記単電池に供給するようした燃料電
池において、燃料供給マニホルドの入口に高さ位置が高
くなるほど抵抗を大きくした流体抵抗を挿入し、また空
気供給マニホルドの入口に高さ位置が低くなるほど抵抗
を大きくした流体抵抗を挿入するものである．

【作　用】

燃料ガスは垂直な燃料供給配管を上昇して各燃料供給マ
ニホルドに配分される間に、発電に必要な主成分である
水素は軽いことから配管の上部に行《ほど水素濃度が高
くなるが、この燃料ガスを配管からマニホルドに導く分
岐管は内径がすべて同じであるため、マニホルドの位置
が高いほど多くの水素が供給されることになる。そこで
、各マニホルドの入口に燃料ガスの流れを抑制する流体
抵抗を挿入し、その抵抗を高さ位置が高くなるほど大き
くする。これにより、水素濃度の高い燃料ガスほどマユ
ホルドへの流量を小さくして、水素の供給量を上下でバ
ランスさせることができる。 同様に、空気供給配管内では重い酸素の濃度は下部に行
くほど高くなるが、空気供給マニホルドの入口に高さ位
置が低《なるほど抵抗を大キ＜シた流体抵抗を挿入する
ことにより、酸素の供給量を上下でバランスさせること
ができる。

【実施例】

第１図及び第２図はこの発明の実施例を示すもので、第
１図は燃料ガスの供給構成を示す第５図に相当する断面
図、また第２図は空気の供給構成を示す第６図に相当す
る断面図である。なお、従来例と同一部分には同一の符
号を付けて説明を省略する。 まず、第１図において、電池スタック１はいくつかのブ
ロック１−１〜１−Ｎに分けられ、積層された単電池に
は垂直に立ち上げられた燃料供給配管２から各ブロック
ごとに燃料供給マニホルド３を介して燃料ガスが供給さ
れている。そして、配管２と各マニホルド３とを接続す
る各分岐管１０には、マニホルド３への燃料ガスの流量
を調整する流体抵抗としてのオリフィス１４が設けられ
ている。このオリフィス１４は固定オリフィスでその内
径は下から上に行くほど順次小さく、したかってその抵
抗は高さ位置が大きくなるほど大きくなっている。これ
により、水素濃度の高い配管上部の燃料ガスほど流量が
抑制され、各マニホルド３への水素供給量の等配が図ら
れている．また、第２図において、空気供給配管６と空
気供給マニホルド７とを接続する各分岐管１２にも同様
のオリフィス１５が設けられ、その内径は上から下に行
くに従って順次小さくなっている。これにより、酸素濃
度の高い配管下部の空気ほど流量が抑制され、各マニホ
ルド７への酸素供給量の等配が図られている。 上記各オリフィス１４．１５の内径は、定格電流時に基
準流量の反応ガスが流れるように設定されるが、第３図
はこのようなオリフィス１４，１５が設けられた燃料電
池における水素と酸素の出口濃度を従来例と同様に測定
した結果を示すものである。水素の基準濃度を１００％
としたとき、従来例での実測では上部では１１０％と高
濃度であったものが（第７図）、実施例では１０２％と
なって８％も改善され、その分、下部では９２％から９
８％に高くなっている。 また、酸素濃度についても、下部の濃度が１０６％から
１０２％に低くなり、その分、上部では９４％から９８
％に高くなっている。

【発明の効果】

この発明によれば、燃料ガス中の水素、及び空気中の酸
素と他の成分ガスとの重量差に起因して生じる電池スタ
ックの高さ方向の反応ガスの等配不良を簡単な構成で改
善でき、その結果として発電性能を向上させ、電池寿命
を延長させることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の実施例の燃料ガス供給構成を示す縦
断面図、第２図は同じく空気供給構成を示す縦断面図、
第３図は実施例における電池スタックの高さによる反応
ガスの出口濃度の変化を示す線図、第４図は従来例の平
面図、第５図は第４図のＶ一■線に沿う断面図、第６図
は同じ＜ＶＩ−■線に沿う断面図、第７図は従来例にお
ける電池スタックの高さによる反応ガスの出口濃度の変
化を示す線図である。 １・・・電池スタック、２・・・燃料供給配管、３・・
・燃料供給マニホルド、４・・・燃料搬出マニホルド、
５・・・燃料搬出配管、６・・・空気供給配管、７・・
・空気供給マニホルド、８・・・空気排出マニホルド、
９・・・空気排出配管、１４．１５・・・オリフィス。 ｌ ■Ｔ＋惜給紅！ 慎 １ 図 一■ 一■ 筑 ４ 図 箪 ５ 図 頑 吠

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）単電池を多数積層して構成した電池スタックを高さ
   方向にいくつかのブロックに分け、これらのブロックご
   とに設けた燃料供給マニホルド及び空気供給マニホルド
   を介して垂直に立ち上げた燃料供給配管及び空気供給配
   管からそれぞれ燃料ガス及び空気を前記単電池に供給す
   るようした燃料電池において、燃料供給マニホルドの入
   口に高さ位置が高くなるほど抵抗を大きくした流体抵抗
   を挿入し、また空気供給マニホルドの入口に高さ位置が
   低くなるほど抵抗を大きくした流体抵抗を挿入したこと
   を特徴とする燃料電池の反応ガス供給装置。