[go: up one dir, main page]

JP4025640B2 - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP4025640B2
JP4025640B2 JP2002373997A JP2002373997A JP4025640B2 JP 4025640 B2 JP4025640 B2 JP 4025640B2 JP 2002373997 A JP2002373997 A JP 2002373997A JP 2002373997 A JP2002373997 A JP 2002373997A JP 4025640 B2 JP4025640 B2 JP 4025640B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
fuel cell
fuel
supply side
supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002373997A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004207008A (en
Inventor
孝 小野
正祥 稲垣
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.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2002373997A priority Critical patent/JP4025640B2/en
Publication of JP2004207008A publication Critical patent/JP2004207008A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4025640B2 publication Critical patent/JP4025640B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に関するもので、特に燃料電池セルに均一にガスを分配、供給する給気側マニホールドを有する燃料電池に関するものである。
【0002】
【従来技術】
近年、次世代エネルギーとして、燃料電池セルのスタックを収納容器内に収容した燃料電池が種々提案されている。
【0003】
燃料電池セルは固体電解質を空気極、燃料極で挟持して構成され、空気極に酸素含有ガスを供給し、燃料極に水素を含むガス、もしくは水素に変化しうるガスを供給することで、固体電解質を挟んで対峙する両電極に電位差が発生し、発電するものである。
【0004】
これらの燃料電池は、用いる電解質や形態により様々な組み合わせが考えられるが、ほとんどの場合、燃料電池セルに酸素を含むガスと水素を含むガス、もしくは水素に変化しうるガスを供給して発電を行う。
【0005】
また、燃料電池は燃料電池セル当たりの発電量が小さいため、複数の燃料電池セルを電気的に接続して構成されている。
【0006】
そのため、複数の燃料電池セルに酸素を含むガスと、水素を含むガス、もしくは水素に変化しうるガスをそれぞれ供給する必要がある。また、同時に、発電量並びに発電効率を向上させるため、それぞれの燃料電池セルに供給するガスの量は同じにする必要がある。
【0007】
図8は、従来の平板型燃料電池を示すもので、この平板型燃料電池では、外部からガスを複数の燃料電池セル1に導入するための給気側ガス配管3が給気側マニホールド5に接続され、給気側マニホールド5には、複数の燃料電池セル1の一方端部のガス導入口7にそれぞれガスを導く給気側ガス室9が形成されている。
【0008】
燃料電池セル1の他方端部には燃料電池セル1からガスを排出するガス排出口11が形成されており、排気されたガスを燃料電池外に排出するための排気側マニホールド13と排気側ガス配管15が配置されている。排気側マニホールド13には排気ガスを集めるための排気側ガス室17が形成されている。また、燃料電池セル1間には、ガス導入口7からガス排出口11に連通するガス流路19が形成されている。
【0009】
平板型燃料電池では、燃料電池セル1は一般に矩形板状の形状を有しており、図8に示した給気側マニホールド5と排気側マニホールド13は燃料電池セル1に燃料ガスを供給し、排気するためのもので、図示しないが、ガス流れが燃料ガスと直交する方向に、酸素含有ガスを供給、排気するための給気側マニホールド5と排気側マニホールド13を有している。
【0010】
図9に、図8の燃料電池セル1を積層したモジュールを示す。
【0011】
燃料電池セル1は、燃料極1a、固体電解質1b、空気極1c、セパレータ1dから構成され、セパレータ1dの両面にはガス流路19が形成されており、燃料極1aと接する側のガス流路19には燃料ガスが供給され、空気極1cと接する側のガス流路19には酸素含有ガスが供給される。
【0012】
このような平板型燃料電池では、図8に示す給気側マニホールド5に、燃料ガスを供給し、給気側ガス室9を通じて、燃料電池セル1の一方の端部に形成されたガス導入口7にガスを導き、燃料電池セル1間に形成されたガス流路19を通過させる。ガス流路19を通過したガスは、燃料電池セル1の他方端部に形成されたガス排出口11から、排気側マニホールド13に形成された排気側ガス室17に導かれ、排気側ガス管15を経由して、燃料電池外へと排気される。
【0013】
同時に、他方の給気側マニホールド(図示せず)を通じて、燃料電池セル1に酸素含有ガスを供給し、発電を行う(例えば、特許文献1参照)。
【0014】
このような燃料電池では、給気側ガス配管3から、給気側マニホールド5に設けられた給気側ガス室9を通じて、ガスが複数の燃料電池セル1に分配、供給されている。
【0015】
【特許文献1】
特開平9−199150号公報
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構造の燃料電池では、給気側マニホールド5に接続された給気側ガス配管3近傍の燃料電池セル1により多くのガスが供給され、給気側ガス配管3から離れた位置にある燃料電池セル1には、ガスが供給されにくいといった問題があった。そのため、給気側ガス配管3から離れた位置にある燃料電池セル1の有効利用がなされておらず、燃料電池の発電量が低下したり、発電効率が低下するという問題があった。
【0017】
燃料電池では、それぞれの燃料電池セル1に供給されるガス量が過剰であったり、不足することが燃料電池の発電量や発電効率に大きく影響するために、それぞれの燃料電池セル1への、ガスの供給量を均一に供給するように制御する必要がある。
【0018】
そのため、各々の燃料電池セル1のガス流量を測定し、弁などを用いてガス流量を制御するなどの手法が考えられるが、構造が複雑になり、また、制御用のシステムが必要となるため、装置が大型化したり、高コストになるなどの問題がある。
【0019】
本発明は、簡単な構造で複数の燃料電池セルに均一にガスを供給することができる燃料電池を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池は、収納容器内に複数収納されたガス流路を有する燃料電池セルと、該複数の燃料電池セルが有するガス流路のそれぞれにガスを供給するための給気側マニホールドとを具備する燃料電池であって、前記給気側マニホールドは、給気側ガス配管から分岐して形成された複数のガス供給路を有するとともに、前記各ガス供給路の開口端を前記各燃料電池セルのガス流路にガスを供給するためのガス供給口としており、前記各ガス供給路の長さが同一であることを特徴とする。
【0021】
このような燃料電池は、給気側マニホールドが、給気側ガス配管から分岐して形成された複数のガス供給路を有するとともに、各ガス供給路の開口端を各燃料電池セルのガス流路にガスを供給するためのガス供給口としており、各ガス供給路が同一の長さであることから、ガス供給路を通過する際の圧力損失が殿燃料電池セルをみても等しくなり、特別な制御装置を必要とせず、簡単な構造で各燃料電池セルに均一にガスを分配、供給することができ、燃料電池の小型化や低コスト化を達成できる。
【0023】
また、本発明の燃料電池は、前記給気側マニホールドが、貫通孔が形成された板状体を複数積層してなるとともに、連続した前記貫通孔によって前記ガス供給路が形成されていることを特徴とする。
【0024】
このような給気側マニホールドは作製が容易で、安価に製造することができる。また、板状体に形成された貫通孔をスリット状とすることで、特に、平板型の燃料電池の燃料電池セルのそれぞれのガス流路に均一にガスを分配できる。また、板状体に形成された貫通孔を一定の間隔をおいて設けることで、3次元のガス供給路を形成でき、例えば、筒型の燃料電池セルを用いる燃料電池へ適用することができる。
【0025】
また、本発明の燃料電池は、前記給気側マニホールドが管によって形成されていることを特徴とする。
【0026】
このような給気側マニホールドは多数の燃料電池セルへガスを均一に分配でき、特に、筒型燃料電池セルを用いる燃料電池において好適に用いられる。
【0027】
また、本発明の燃料電池は、前記ガス供給口が、前記複数の燃料電池セルへのガスを導入するためのガス導入口にそれぞれ接続されていることを特徴とする。
【0028】
このような燃料電池は、給気側マニホールドに形成された複数のガス供給口が燃料電池セルのガス導入口にそれぞれ1対1で接続されているため、全ての燃料電池セルのガス流路にガスを均一に分配できる。
【0029】
また、本発明の燃料電池は、前記ガス供給口が、前記ガス導入口にそれぞれ所定間隔をおいて対向して設けられていることを特徴とする。
【0030】
このような燃料電池では、給気側マニホールドに形成された複数のガス供給口と燃料電池セルのガス導入口が対をなして設けられているため、全ての燃料電池セルにガスを均一に分配できる。また、ガス供給口と燃料電池セルのガス導入口とが所定間隔をおいて対向して設けられているため、ガス供給口とガス導入口との間に空間が設けられており、前記ガス供給口と前記燃料電池セルのガス導入口とを直接接続しない構造とすることで、各ガス供給口と各燃料電池セルのガス導入口ガス供給口とガス導入口との位置合わせが不要で、給気側マニホールドの取り付けが簡単になる。
【0031】
また、本発明の燃料電池は、前記燃料電池セルからガスを排気するためのガス排気口側端部に、前記ガス流路のガス流通量を抑制するガス排出抑制孔を有する蓋状部材が設けられていることを特徴とする。
【0032】
このような燃料電池では、例えば、燃料電池セル間あるいは燃料電池セル内部のガス流路の形状にばらつきがあっても、燃料電池セル間あるいは燃料電池セル内部を流通するガス量を均一にすることができるため、燃料電池セル間あるいは燃料電池セル内部に均一にガスを供給する給気側マニホールドと併せて用いることで、さらに、供給されるガス量を均一にすることができ、さらに燃料電池の発電性能を向上させることができる。
【0033】
【発明の実施の形態】
図1に本発明の燃料電池の一形態の断面図を示す。尚、従来の技術と同一部材には、同一符号を付した。
【0034】
ここに示した燃料電池は平板型燃料電池で、固体電解質1b、燃料極1a、空気極1c、セパレータ1dからなる燃料電池セル1が積層されて、図7に示すモジュールが構成されており、このモジュールの燃料電池セル1間にはガス流路19が形成されている。燃料電池セル1の片方の端部にはガス導入口7が形成されており、そのガス導入口7が形成されたモジュールの側面に、内部にガス供給路21が形成された給気側マニホールド22が配置されている。燃料電池セル1の他方の端部にはガス排出口11が形成されており、そのガス排出口11が形成されたモジュールの側面に、内部に排気側ガス室17が形成された排気側マニホールド13が配置されている。また、給気側マニホールド22には給気側ガス配管3が接続され、排気側マニホールド13には排気側ガス配管15が接続されている。
【0035】
給気側マニホールド22に形成されたガス供給路21はフラクタル構造を有しており、このガス供給路21は給気側ガス配管3から、燃料電池セル1のガス導入口7へと燃料ガスを供給する。フラクタルとは、一定規則の枝分かれパターンが繰り返して発生する模様であり、特に1方向からきた路が左右それぞれ90度に枝分かれするパターンをエッチフラクタルと呼ぶ。ここで、本発明の給気側マニホールド22内のガス供給路21は、このフラクタルの模様に従って作製される構造であり、給気側マニホールドのガス供給路をフラクタル構造にする事により、給気側ガス配管から、燃料電池セルのガス導入部までのガス供給路距離、断面積、ガス供給路の分岐回数及び、分岐角度が、どの燃料電池セルを見ても等しくなる。そして、ガス供給路21は、全て、給気側ガス配管3から燃料電池セル1のガス導入口7までの距離が等しく、また、断面積、分岐回数及び、分岐の角度が等しいため、特別な制御装置等を用いることなく、全ての燃料電池セル1のガス導入口7に均一に燃料ガスを供給することができ、燃料電池の発電能力を最大限に発揮することができるとともに、燃料電池の小型化や低コスト化を達成できる
【0036】
即ち、従来、給気側ガス配管3から離れた燃料電池セル1には十分なガスが供給されず、例えば、燃料ガスが不足することにより燃料極1aが酸化され、導電性を失うという問題があった。また、酸素含有ガスが不足することにより、空気極1cが体積膨張し、固体電解質1bと剥離するという問題があった。
【0037】
また、給気側ガス配管3に近い燃料電池セル1では燃料ガスや酸素含有ガスが過剰に供給され、発電効率が低下するという問題があった。
【0038】
これに対し、本発明の燃料電池では全ての燃料電池セル1のガス導入口7に均一にガスを供給できるため、上記の問題を解決でき、燃料電池の発電能力を最大限に発揮することができる。
【0039】
一方、図示しないが酸素含有ガスを燃料電池セル1の他のガス導入口7に供給するための給気側マニホールド22が、燃料ガスを供給するためのガス導入口7が設けられたモジュールの面と直交する面に設けられており、燃料ガスと同様に、酸素含有ガスも燃料電池セル1の他のガス導入口7に供給される。
【0040】
図2は給気側マニホールド22の斜視図である。給気側マニホールド22の燃料電池モジュールと向き合う面に、複数のガス供給口21aが形成され、該複数のガス供給口21aから、同じガス量の燃料ガスが燃料電池セル1のガス導入口7に供給される。
【0041】
図3は、図2のA部の拡大図であり、給気側マニホールド22に形成されたガス供給路21と、ガス供給路21を通過するガスの模式図を示すものである。給気側マニホールド22にフラクタル形状のガス供給路21が形成されており、ガス供給路21を通過したガスは、ガス供給口21aから燃料電池セル1のガス導入口7へと供給される。
【0042】
図4は本発明の燃料電池の他の形態を示すもので、この燃料電池は、図1と同様の平板型燃料電池であり、燃料電池セル1のガス導入口7と、給気側マニホールド22に形成されたガス供給路21のガス供給口21aとが所定間隔をおいて、対向して設けられており、その間に給気側ガス室9が形成されている。
【0043】
このような燃料電池は、燃料電池セル1のガス導入口7と、給気側マニホールド22に形成されたガス供給路21のガス供給口21aとを、それぞれ接続する必要がないため、給気側マニホールド22とモジュールとの位置合わせが簡単になる。また、各燃料電池セル1のガス導入口7には、給気側マニホールド22に形成されたガス供給口21aを通じて、均一に燃料ガスあるいは酸素含有ガスを供給することができ、燃料電池の発電能力を最大限に発揮することができる。
【0044】
図5は本発明の給気側マニホールド22の作製方法の一例を示すもので、給気側マニホールド22は、例えば、図5の(a)〜(k)に示す板状体22bに貫通孔23を設け、積層することで容易に精度よく作製することができる。貫通孔23の形状は例えば、スリット状でも、穴状であってもよく、または、その組み合わせであってもよい。また、板状体22bの接合には、例えば、ろう材などが用いられる。このとき、図5の(a)〜(k)に示す板状体22bに設けられた貫通孔23は、積層後にガス供給路21となる。
【0045】
図6は本発明の燃料電池の、さらに他の形態を示すもので、この燃料電池は筒型燃料電池セル25を用いて構成されている。筒型燃料電池セル25は片方の端部で給気側マニホールド22と接続され、給気側マニホールド22には給気側ガス配管3が接続されている。この筒型燃料電池セル25は、固体電解質25bを燃料極25aと空気極25cとで挟持した発電部を燃料極支持体25e上に形成しており、筒型燃料電池セル25のガス導入口7に、給気側マニホールド22のガス供給口21aがそれぞれ接続されている。筒型燃料電池セル25の内部には燃料ガスを流通させるガス流路19が形成されている。燃料電池セル25の外側には、酸素含有ガスが供給される。
【0046】
このような燃料電池において、筒型燃料電池セル25に接続された給気側マニホールド22は管状で、エッチフラクタル構造を有しており、全ての筒型燃料電池セル25に均一に燃料ガスあるいは酸素含有ガスを分配することができる。
【0047】
なお、管状の給気側マニホールド22は複雑な構造であるが、複数の管を溶接したり、ねじ等を用いて接合することで容易に作製することができる。
【0048】
図7は、蓋状部材27を設けた筒型燃料電池セル25を示すもので、筒型燃料電池セル25のガス排気口側端部に、ガス流路19のガス流通量を抑制するガス排出抑制孔26を有する蓋状部材27が設けられている。
【0049】
即ち、筒型燃料電池セル25の給気側端部には、上記したように、フラクタル構造のガス供給路21を有する管状の給気側マニホールド22が接続されており、排気口側端部にはガス排出抑制孔26を有する蓋状部材27が接続されている。
【0050】
筒型燃料電池セル25は、多孔質な支持体25eの表面に、多孔質な燃料極25a、緻密質な固体電解質25b、多孔質な空気極25cを順次積層して構成されている。また、蓋状部材27は、ガス排出抑制孔26が形成された遮蔽板27aと、蓋状部材27を筒型燃料電池セル25に外嵌する環状体27bとから構成されている。
【0051】
このような燃料電池では、管状の給気側マニホールド22内のフラクタル構造を有するガス供給路21を通じて、燃料ガスが筒型燃料電池セル25のガス導入口7に均一に供給され、筒型燃料電池セル25の内部に形成されたガス流路19を通過し、さらに、蓋状部材27に形成されたガス排出抑制孔26を通過する。
【0052】
また、筒型燃料電池セル25の外部には酸素含有ガスが供給され、多孔質な燃料極25a、緻密質な固体電解質25b、多孔質な空気極25cが積層された発電部で発電する。
【0053】
このような燃料電池では、フラクタル構造を有するガス供給路21を通じて、ガスが筒型燃料電池セル25のガス導入口7に均一に供給されるとともに、筒型燃料電池セル25の排気口側端部に設けられた蓋状部材27によって、排気側でも均一に排気することができるため、複数の筒型燃料電池セル25を通過するガスの量をさらに精度よく均一にすることができる。
【0054】
そのため、このような燃料電池では、各筒型燃料電池セル25のガス流路19に最適なガス量を供給することができ、発電量を最大限にすることができる。
【0055】
なお、本発明は上記形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。
【0056】
例えば、給気側マニホールド22内に形成されたガス供給路21の分岐の角度は必ずしも90度である必要はなく、ガスが均一に流れるように対称に分岐すればよい。また、本発明の給気側マニホールド22と同様の形状を排気側マニホールド13に用いてもよい。尚、上記の蓋状部材27は平板型燃料電池に用いてもよい。
【0057】
【発明の効果】
本発明では、燃料電池セルを収納容器内に複数収納してなる燃料電池において、ガス供給路を給気側ガス配管から分岐して形成し、各ガス供給路の開口端を各燃料電池セルのガス流路にガスを供給するためのガス供給口としており、各ガス供給路の長さを同一とすることで、発電に用いられるガスを各燃料電池セルに均一に分配、供給することができ、構造の簡略化、発電効率の向上、低コスト化を同時に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の平板型燃料電池を示す縦断面図である。
【図2】図1の給気側マニホールドを示す斜視図である。
【図3】図2の給気側マニホールドを示す模式図である。
【図4】本発明の燃料電池の他の形態を示す縦断面図である。
【図5】本発明の燃料電池に用いられる給気側マニホールドの作製例を示す縦断面図である。
【図6】本発明の燃料電池の他の形態を示す平面図である。
【図7】排気口側端部に蓋状部材を設けた本発明の一形態を示す縦断面図(a)と、蓋状部材の斜視図(b)である。
【図8】従来の燃料電池を示す縦断面図である。
【図9】従来の燃料電池を示す斜視図である。
【符号の説明】
1・・・燃料電池セル
5・・・給気側マニホールド
7・・・ガス導入口
19・・・ガス流路
21・・・ガス供給路
21a・・・ガス供給口
22b・・・板状体
23・・・貫通孔
26・・・ガス排出抑制孔
27・・・蓋状部材
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a fuel cell having an air supply side manifold that uniformly distributes and supplies gas to fuel cells.
[0002]
[Prior art]
In recent years, various fuel cells in which a stack of fuel cells is accommodated in a storage container have been proposed as next-generation energy.
[0003]
A fuel cell is configured by sandwiching a solid electrolyte between an air electrode and a fuel electrode, supplying an oxygen-containing gas to the air electrode, and supplying a gas containing hydrogen or a gas that can be changed to hydrogen to the fuel electrode, A potential difference is generated between the electrodes facing each other with the solid electrolyte interposed therebetween, and power is generated.
[0004]
These fuel cells can be used in various combinations depending on the electrolyte and form used, but in most cases, the fuel cell is supplied with a gas containing oxygen and a gas containing hydrogen or a gas that can be changed to hydrogen to generate power. Do.
[0005]
In addition, since the amount of power generated per fuel cell is small, the fuel cell is configured by electrically connecting a plurality of fuel cells.
[0006]
Therefore, it is necessary to supply oxygen-containing gas, hydrogen-containing gas, or gas that can be changed to hydrogen to a plurality of fuel cells. At the same time, in order to improve the power generation amount and the power generation efficiency, the amount of gas supplied to each fuel cell needs to be the same.
[0007]
FIG. 8 shows a conventional flat fuel cell. In this flat fuel cell, an air supply side gas pipe 3 for introducing gas into the plurality of fuel cells 1 from the outside is provided in the air supply side manifold 5. The supply side manifold 5 is formed with supply side gas chambers 9 for introducing gas to the gas introduction ports 7 at one end of the plurality of fuel cells 1.
[0008]
A gas discharge port 11 for discharging the gas from the fuel cell 1 is formed at the other end of the fuel cell 1, and an exhaust side manifold 13 and an exhaust side gas for discharging the exhausted gas to the outside of the fuel cell. A pipe 15 is arranged. An exhaust side gas chamber 17 for collecting exhaust gas is formed in the exhaust side manifold 13. A gas flow path 19 that communicates from the gas inlet 7 to the gas outlet 11 is formed between the fuel cells 1.
[0009]
In the flat fuel cell, the fuel cell 1 generally has a rectangular plate shape, and the supply side manifold 5 and the exhaust side manifold 13 shown in FIG. 8 supply fuel gas to the fuel cell 1. Although it is for exhausting, although not shown, it has an air supply side manifold 5 and an exhaust side manifold 13 for supplying and exhausting an oxygen-containing gas in a direction perpendicular to the fuel gas.
[0010]
FIG. 9 shows a module in which the fuel cells 1 of FIG. 8 are stacked.
[0011]
The fuel cell 1 includes a fuel electrode 1a, a solid electrolyte 1b, an air electrode 1c, and a separator 1d. Gas flow paths 19 are formed on both surfaces of the separator 1d, and a gas flow path on the side in contact with the fuel electrode 1a. A fuel gas is supplied to 19 and an oxygen-containing gas is supplied to the gas flow path 19 on the side in contact with the air electrode 1c.
[0012]
In such a flat plate fuel cell, a fuel gas is supplied to the supply side manifold 5 shown in FIG. 8 and the gas introduction port formed at one end of the fuel cell 1 through the supply side gas chamber 9. The gas is guided to 7 and passed through the gas flow path 19 formed between the fuel cells 1. The gas that has passed through the gas flow path 19 is led from the gas discharge port 11 formed at the other end of the fuel cell 1 to the exhaust side gas chamber 17 formed in the exhaust side manifold 13, and the exhaust side gas pipe 15. Is exhausted to the outside of the fuel cell.
[0013]
At the same time, oxygen-containing gas is supplied to the fuel cell 1 through the other air supply side manifold (not shown) to generate electric power (see, for example, Patent Document 1).
[0014]
In such a fuel cell, gas is distributed and supplied to the plurality of fuel cells 1 from the supply-side gas pipe 3 through the supply-side gas chamber 9 provided in the supply-side manifold 5.
[0015]
[Patent Document 1]
JP-A-9-199150 [0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the fuel cell having such a structure, a large amount of gas is supplied to the fuel cell 1 in the vicinity of the air supply side gas pipe 3 connected to the air supply side manifold 5, and a position away from the air supply side gas pipe 3. There is a problem in that the fuel battery cell 1 in FIG. Therefore, the fuel cell 1 located at a position away from the supply side gas pipe 3 is not effectively used, and there is a problem that the power generation amount of the fuel cell is reduced and the power generation efficiency is reduced.
[0017]
In a fuel cell, since the amount of gas supplied to each fuel cell 1 is excessive or insufficient greatly affects the power generation amount and power generation efficiency of the fuel cell, It is necessary to control the gas supply amount so as to be supplied uniformly.
[0018]
Therefore, a method of measuring the gas flow rate of each fuel cell 1 and controlling the gas flow rate using a valve or the like can be considered, but the structure becomes complicated and a control system is required. There are problems such as an increase in the size of the apparatus and an increase in cost.
[0019]
An object of the present invention is to provide a fuel cell that can supply gas uniformly to a plurality of fuel cells with a simple structure.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The fuel cell of the present invention, the storage container, a plurality housed a fuel cell having a gas flow path, the supply side manifold for supplying gas to each of the gas flow path having a fuel cell of the plurality of The air supply side manifold has a plurality of gas supply passages formed by branching from the air supply side gas piping, and the open ends of the gas supply passages are connected to the fuel cells. A gas supply port for supplying gas to the gas flow path of the battery cell is provided, and the lengths of the gas supply paths are the same .
[0021]
In such a fuel cell, the supply side manifold has a plurality of gas supply paths formed by branching from the supply side gas pipe, and the open end of each gas supply path is connected to the gas flow path of each fuel cell. Since each gas supply path has the same length, the pressure loss when passing through the gas supply path is the same even when looking at the fuel cell. A control device is not required, gas can be uniformly distributed and supplied to each fuel cell with a simple structure, and the fuel cell can be reduced in size and cost.
[0023]
The fuel cell of the present invention, the Kyukigawa manifold, the through holes are formed plate-like body with formed by stacking a plurality of said gas supply passage by successive said through hole is formed Features.
[0024]
Such an air supply side manifold is easy to manufacture and can be manufactured at low cost. Further, by making the through-hole formed in the plate-like body into a slit shape, in particular, gas can be uniformly distributed to each gas flow path of the fuel cell of the flat plate type fuel cell. In addition, by providing the through holes formed in the plate-like body at regular intervals, a three-dimensional gas supply path can be formed, and for example, it can be applied to a fuel cell using a cylindrical fuel cell. .
[0025]
The fuel cell of the present invention is characterized in that the Kyukigawa manifold is formed by a tube.
[0026]
Such an air supply side manifold can uniformly distribute gas to a large number of fuel cells, and is particularly preferably used in a fuel cell using a cylindrical fuel cell.
[0027]
The fuel cell of the present invention, the gas supply port, characterized in that it is connected to the gas inlet for introducing a gas into said plurality of fuel cells.
[0028]
In such a fuel cell, a plurality of gas supply ports formed in the supply side manifold are connected to the gas introduction ports of the fuel cells in a one-to-one relationship. Gas can be distributed evenly.
[0029]
The fuel cell of the present invention, the gas supply port, characterized in that respectively disposed opposite at a predetermined distance to the gas inlet.
[0030]
In such a fuel cell, a plurality of gas supply ports formed in the supply side manifold and the gas introduction ports of the fuel cell are provided in pairs, so that the gas is evenly distributed to all the fuel cells. it can. Further, since the gas supply port and the gas introduction port of the fuel cell are provided to face each other with a predetermined interval, a space is provided between the gas supply port and the gas introduction port, and the gas supply port In this structure, the gas inlets of the fuel cells and the gas inlets of the fuel cells are not directly connected to each other. Easy installation of the air side manifold.
[0031]
The fuel cell of the present invention, the edge of the gas outlet port side for discharging the gas from the fuel cell, the lid-like member having a suppressing gas emissions hole a gas flow amount of the gas channel It is provided.
[0032]
In such a fuel cell, for example, even if the shape of the gas flow path between fuel cells or inside the fuel cells varies, the amount of gas flowing between the fuel cells or inside the fuel cells is made uniform. Therefore, by using it together with the supply side manifold that supplies gas uniformly between the fuel cells or inside the fuel cells, the amount of gas supplied can be made more uniform, The power generation performance can be improved.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a cross-sectional view of one embodiment of the fuel cell of the present invention. In addition, the same code | symbol was attached | subjected to the same member as the prior art.
[0034]
The fuel cell shown here is a flat plate type fuel cell, in which a fuel cell 1 comprising a solid electrolyte 1b, a fuel electrode 1a, an air electrode 1c, and a separator 1d is laminated to form a module shown in FIG. A gas flow path 19 is formed between the fuel cells 1 of the module. A gas introduction port 7 is formed at one end of the fuel cell 1, and an air supply side manifold 22 having a gas supply path 21 formed on the side surface of the module in which the gas introduction port 7 is formed. Is arranged. A gas discharge port 11 is formed at the other end of the fuel cell 1, and an exhaust side manifold 13 having an exhaust side gas chamber 17 formed on the side surface of the module in which the gas discharge port 11 is formed. Is arranged. An air supply side gas pipe 3 is connected to the air supply side manifold 22, and an exhaust side gas pipe 15 is connected to the exhaust side manifold 13.
[0035]
The gas supply path 21 formed in the supply side manifold 22 has a fractal structure. The gas supply path 21 supplies fuel gas from the supply side gas pipe 3 to the gas inlet 7 of the fuel cell 1. Supply. A fractal is a pattern in which a certain regular branching pattern is repeatedly generated. In particular, a pattern in which a road coming from one direction branches at 90 degrees to the left and right is called an etch fractal. Here, the gas supply path 21 in the supply side manifold 22 of the present invention has a structure manufactured according to this fractal pattern. By making the gas supply path of the supply side manifold a fractal structure, the supply side The gas supply path distance from the gas pipe to the gas introduction part of the fuel battery cell, the cross-sectional area, the number of branches of the gas supply path, and the branch angle are equal regardless of which fuel battery cell is seen. All of the gas supply paths 21 have the same distance from the gas supply side gas pipe 3 to the gas introduction port 7 of the fuel cell 1, and the cross-sectional area, the number of branches, and the angle of the branch are equal. Without using a control device or the like, the fuel gas can be uniformly supplied to the gas inlets 7 of all the fuel cells 1, and the power generation capability of the fuel cells can be maximized . Miniaturization and cost reduction can be achieved .
[0036]
That is, conventionally, sufficient gas is not supplied to the fuel cell 1 separated from the supply side gas pipe 3, and for example, there is a problem that the fuel electrode 1a is oxidized due to a shortage of the fuel gas and the conductivity is lost. there were. In addition, due to the lack of the oxygen-containing gas, there is a problem that the air electrode 1c expands in volume and peels off from the solid electrolyte 1b.
[0037]
Further, the fuel cell 1 close to the supply-side gas pipe 3 has a problem that the fuel gas and the oxygen-containing gas are excessively supplied, and the power generation efficiency is lowered.
[0038]
On the other hand, in the fuel cell of the present invention, gas can be uniformly supplied to the gas inlets 7 of all the fuel cells 1, so that the above problem can be solved and the power generation capacity of the fuel cell can be maximized. it can.
[0039]
On the other hand, although not shown, the surface of the module in which the supply side manifold 22 for supplying the oxygen-containing gas to the other gas introduction port 7 of the fuel cell 1 is provided with the gas introduction port 7 for supplying the fuel gas. The oxygen-containing gas is also supplied to the other gas inlet 7 of the fuel cell 1 in the same manner as the fuel gas.
[0040]
FIG. 2 is a perspective view of the supply side manifold 22. A plurality of gas supply ports 21 a are formed on the surface of the supply side manifold 22 facing the fuel cell module, and fuel gas of the same gas amount is supplied to the gas introduction ports 7 of the fuel cells 1 from the plurality of gas supply ports 21 a. Supplied.
[0041]
FIG. 3 is an enlarged view of part A of FIG. 2, and shows a schematic diagram of the gas supply path 21 formed in the supply side manifold 22 and the gas passing through the gas supply path 21. A fractal-shaped gas supply path 21 is formed in the supply side manifold 22, and the gas that has passed through the gas supply path 21 is supplied from the gas supply port 21 a to the gas introduction port 7 of the fuel cell 1.
[0042]
FIG. 4 shows another embodiment of the fuel cell according to the present invention. This fuel cell is a flat plate fuel cell similar to that shown in FIG. 1, and includes a gas inlet 7 of the fuel cell 1 and an air supply side manifold 22. The gas supply port 21a of the gas supply path 21 formed at the front is provided to face the gas supply port 21a at a predetermined interval, and the air supply side gas chamber 9 is formed therebetween.
[0043]
In such a fuel cell, it is not necessary to connect the gas introduction port 7 of the fuel cell 1 and the gas supply port 21a of the gas supply path 21 formed in the supply side manifold 22 respectively. Positioning of the manifold 22 and the module is simplified. Further, the fuel gas or the oxygen-containing gas can be uniformly supplied to the gas introduction port 7 of each fuel battery cell 1 through the gas supply port 21 a formed in the supply side manifold 22. Can be maximized.
[0044]
FIG. 5 shows an example of a method for producing the air supply side manifold 22 of the present invention. The air supply side manifold 22 is formed, for example, in the plate-like body 22b shown in FIGS. And can be easily and accurately manufactured. The shape of the through hole 23 may be, for example, a slit shape, a hole shape, or a combination thereof. Further, for example, a brazing material is used for joining the plate-like bodies 22b. At this time, the through hole 23 provided in the plate-like body 22b shown in FIGS. 5A to 5K becomes the gas supply path 21 after being stacked.
[0045]
FIG. 6 shows still another embodiment of the fuel cell according to the present invention. This fuel cell is constituted by using a cylindrical fuel cell 25. The cylindrical fuel cell 25 is connected to the supply side manifold 22 at one end, and the supply side gas pipe 3 is connected to the supply side manifold 22. In this cylindrical fuel cell 25, a power generation part in which a solid electrolyte 25b is sandwiched between a fuel electrode 25a and an air electrode 25c is formed on a fuel electrode support 25e, and a gas inlet 7 of the cylindrical fuel cell 25 is formed. Further, the gas supply ports 21a of the supply side manifold 22 are connected to each other. A gas flow path 19 through which fuel gas flows is formed inside the cylindrical fuel cell 25. An oxygen-containing gas is supplied to the outside of the fuel battery cell 25.
[0046]
In such a fuel cell, the air supply side manifold 22 connected to the cylindrical fuel cell 25 is tubular and has an etch fractal structure, and the fuel gas or oxygen is uniformly distributed to all the cylindrical fuel cells 25. The contained gas can be distributed.
[0047]
Although the tubular air supply side manifold 22 has a complicated structure, it can be easily manufactured by welding a plurality of tubes or using screws or the like.
[0048]
FIG. 7 shows a cylindrical fuel cell 25 provided with a lid-like member 27, and a gas that suppresses the gas flow rate of the gas flow channel 19 at the end of the cylindrical fuel cell 25 on the gas exhaust port side. A lid-like member 27 having a discharge suppression hole 26 is provided.
[0049]
That is, as described above, the tubular air supply side manifold 22 having the fractal structure gas supply passage 21 is connected to the air supply side end of the cylindrical fuel cell 25, and the end on the exhaust port side is connected. A lid-like member 27 having a gas discharge suppression hole 26 is connected to the.
[0050]
The tubular fuel cell 25 is configured by sequentially laminating a porous fuel electrode 25a, a dense solid electrolyte 25b, and a porous air electrode 25c on the surface of a porous support 25e. The lid-like member 27 includes a shielding plate 27 a in which the gas discharge suppression hole 26 is formed, and an annular body 27 b that externally fits the lid-like member 27 to the tubular fuel cell 25.
[0051]
In such a fuel cell, the fuel gas is uniformly supplied to the gas inlet 7 of the cylindrical fuel cell 25 through the gas supply passage 21 having a fractal structure in the tubular supply side manifold 22, and the cylindrical fuel cell. It passes through the gas flow path 19 formed inside the cell 25, and further passes through the gas discharge suppression hole 26 formed in the lid-like member 27.
[0052]
Further, an oxygen-containing gas is supplied to the outside of the cylindrical fuel cell 25, and power is generated by a power generation unit in which a porous fuel electrode 25a, a dense solid electrolyte 25b, and a porous air electrode 25c are stacked.
[0053]
In such a fuel cell, the gas is uniformly supplied to the gas introduction port 7 of the cylindrical fuel cell 25 through the gas supply path 21 having a fractal structure, and the end of the cylindrical fuel cell 25 on the exhaust port side . Since the lid-like member 27 provided in the portion can exhaust the gas evenly on the exhaust side, the amount of gas passing through the plurality of cylindrical fuel cells 25 can be made more uniform with high accuracy.
[0054]
Therefore, in such a fuel cell, an optimal gas amount can be supplied to the gas flow path 19 of each cylindrical fuel cell 25, and the power generation amount can be maximized.
[0055]
In addition, this invention is not limited to the said form, A various change is possible in the range which does not change the summary of invention.
[0056]
For example, the angle of branching of the gas supply path 21 formed in the supply side manifold 22 is not necessarily 90 degrees, and may be branched symmetrically so that the gas flows uniformly. Further, the exhaust side manifold 13 may have the same shape as the supply side manifold 22 of the present invention. The lid member 27 may be used for a flat plate fuel cell.
[0057]
【The invention's effect】
In the present invention, in a fuel cell in which a plurality of fuel cells are stored in a storage container, a gas supply path is formed by branching from a supply-side gas pipe, and an open end of each gas supply path is formed in each fuel cell. The gas supply port is used to supply gas to the gas flow path. By using the same length for each gas supply path, the gas used for power generation can be distributed and supplied uniformly to each fuel cell. In addition, simplification of the structure, improvement of power generation efficiency, and cost reduction can be achieved simultaneously.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a flat plate fuel cell of the present invention.
2 is a perspective view showing an air supply side manifold of FIG. 1; FIG.
3 is a schematic diagram showing an air supply side manifold of FIG. 2; FIG.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the fuel cell of the present invention.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing example of an air supply side manifold used in the fuel cell of the present invention.
FIG. 6 is a plan view showing another embodiment of the fuel cell of the present invention.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view (a) showing an embodiment of the present invention in which a lid-like member is provided at an exhaust port side end, and a perspective view (b) of the lid-like member.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a conventional fuel cell.
FIG. 9 is a perspective view showing a conventional fuel cell.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell 5 ... Supply side manifold 7 ... Gas introduction port 19 ... Gas flow path 21 ... Gas supply path 21a ... Gas supply port 22b ... Plate-shaped body 23... Through hole 26... Gas discharge suppression hole 27.

Claims (6)

収納容器内に複数収納されたガス流路を有する燃料電池セルと、該複数の燃料電池セルが有するガス流路のそれぞれにガスを供給するための給気側マニホールドとを具備する燃料電池であって、前記給気側マニホールドは、給気側ガス配管から分岐して形成された複数のガス供給路を有するとともに、前記各ガス供給路の開口端を前記各燃料電池セルのガス流路にガスを供給するためのガス供給口としており、前記各ガス供給路の長さが同一であることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell comprising a fuel battery cell having a plurality of gas flow paths accommodated in a storage container, and an air supply side manifold for supplying gas to each of the gas flow paths of the plurality of fuel battery cells. The air supply side manifold has a plurality of gas supply paths formed by branching from the air supply side gas pipe, and the open ends of the gas supply paths are used as gas flow paths of the fuel cells. A fuel cell comprising a gas supply port for supplying gas, wherein each gas supply path has the same length . 前記給気側マニホールドが、貫通孔が形成された板状体を複数積層してなるとともに、連続した前記貫通孔によって前記ガス供給路が形成されていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池。 Wherein Kyukigawa manifold, the through holes are formed plate-like body with made by stacking a plurality of fuel of claim 1, wherein said gas supply passage by successive said through hole is formed battery. 前記給気側マニホールドが管によって形成されていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池。 2. The fuel cell according to claim 1, wherein the air supply side manifold is formed by a pipe. 前記ガス供給口が、前記複数の燃料電池セルへのガスを導入するためのガス導入口にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれかに記載の燃料電池。 The gas supply port, the fuel cell according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is connected to the plurality of fuel gas inlets for introducing gas into the cell. 前記ガス供給口が、前記ガス導入口にそれぞれ所定間隔をおいて対向して設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれかに記載の燃料電池。 The gas supply port, the fuel cell according to any one of claims 1 to 3, characterized in that provided opposite at the respective predetermined intervals in the gas inlet. 前記燃料電池セルからガスを排気するためのガス排気口側端部に、前記ガス流路のガス流通量を抑制するガス排出抑制孔を有する蓋状部材が設けられていることを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれかに記載の燃料電池。The edge of the gas outlet port side for discharging the gas from the fuel cell, wherein the lid-like member having a suppressing gas emissions hole a gas flow amount of the gas flow path is provided The fuel cell according to any one of claims 1 to 5.
JP2002373997A 2002-12-25 2002-12-25 Fuel cell Expired - Fee Related JP4025640B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002373997A JP4025640B2 (en) 2002-12-25 2002-12-25 Fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002373997A JP4025640B2 (en) 2002-12-25 2002-12-25 Fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004207008A JP2004207008A (en) 2004-07-22
JP4025640B2 true JP4025640B2 (en) 2007-12-26

Family

ID=32812142

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002373997A Expired - Fee Related JP4025640B2 (en) 2002-12-25 2002-12-25 Fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4025640B2 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006032328A (en) * 2004-06-17 2006-02-02 Mitsubishi Materials Corp Fuel cell
KR100579308B1 (en) 2004-08-30 2006-05-11 현대자동차주식회사 Fuel cell flow distribution stabilizer
JP2006172849A (en) * 2004-12-15 2006-06-29 Nissan Motor Co Ltd Manifold for fuel cell
JP5122064B2 (en) * 2004-12-16 2013-01-16 東京瓦斯株式会社 Horizontally striped solid oxide fuel cell bundle and unit
WO2007148793A1 (en) 2006-06-23 2007-12-27 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Solid state electrolyte fuel cell stack
KR101006581B1 (en) 2008-12-26 2011-01-07 포스코파워 주식회사 Humidifier for fuel cell with uniform fuel distribution
JP5270385B2 (en) * 2009-01-19 2013-08-21 日本特殊陶業株式会社 Solid electrolyte fuel cell
KR102495975B1 (en) * 2018-04-26 2023-02-06 주식회사 미코파워 Gas-distribution module for fluid and fuelcell system having the gas-distribution module

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004207008A (en) 2004-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100549683B1 (en) Solid polymer fuel cell assembly, fuel cell stack, and reaction gas supply method of fuel cell
JP4344484B2 (en) Solid polymer cell assembly
CA2679036C (en) Fuel cell system comprising fuel cell stacks each formed by plural unit cells in horizontal direction
JP4598287B2 (en) FUEL CELL STACK AND METHOD OF OPERATING FUEL CELL STACK
AU2002234964A1 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell assembly, fuel cell stack, and method of supplying reaction gas in fuel cell
JP4025639B2 (en) Fuel cell stack and fuel cell
JP3775618B2 (en) Fuel cell
JP4025640B2 (en) Fuel cell
JP2002117882A (en) Humidifying device for fuel cell
JP4672989B2 (en) Fuel cell stack
JPH03266365A (en) Separator of solid electrolytic type fuel cell
US10547069B2 (en) Fuel cell having end cell with bypass passage
KR20140125362A (en) Stack for an electrical energy accumulator
JP5021110B2 (en) Fuel cell system
JP4185734B2 (en) Fuel cell stack
JP2005056671A (en) Fuel cell
US8338047B2 (en) Solid oxide fuel cell
KR100893416B1 (en) Fuel Cell and Its Operation Method
JP4886128B2 (en) Fuel cell stack
JP4025687B2 (en) Fuel cell and fuel cell
JP4516630B2 (en) Solid polymer cell assembly
JP2002100380A (en) Fuel cell and fuel cell stack
JP2009054597A (en) Fuel cell stack and reaction gas supply method of fuel cell stack
JP5123824B2 (en) FUEL CELL STACK AND METHOD OF OPERATING FUEL CELL STACK
JPH10302818A (en) Fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050516

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070529

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070713

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070911

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20071005

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101012

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101012

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111012

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121012

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131012

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees