JPH0754711B2 - 燃料電池装置 - Google Patents
燃料電池装置Info
- Publication number
- JPH0754711B2 JPH0754711B2 JP58240997A JP24099783A JPH0754711B2 JP H0754711 B2 JPH0754711 B2 JP H0754711B2 JP 58240997 A JP58240997 A JP 58240997A JP 24099783 A JP24099783 A JP 24099783A JP H0754711 B2 JPH0754711 B2 JP H0754711B2
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- JP
- Japan
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- pressure
- manifold
- gas
- fuel cell
- reaction gas
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04104—Regulation of differential pressures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
- H01M50/317—Re-sealable arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
- H01M50/317—Re-sealable arrangements
- H01M50/325—Re-sealable arrangements comprising deformable valve members, e.g. elastic or flexible valve members
- H01M50/333—Spring-loaded vent valves
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Sustainable Energy (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は燃料ガスのもつ化学エネルギーを電気化学反応
により電気エネルギーに変換する燃料電池装置に関す
る。
により電気エネルギーに変換する燃料電池装置に関す
る。
燃料と酸化剤とを電気化学的に反応させることにより燃
料のもつ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換し
て電力をとり出す装置として燃料電池がある。
料のもつ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換し
て電力をとり出す装置として燃料電池がある。
その具体的構成を第一世代型の燐酸電解質燃料電池を例
にとり説明すると以下のようである。第１図（ａ）は発
電ユニットの模式図を示したものである。触媒層１を塗
着した一対の対向するガス拡散電極（アノード2,カソー
ド３）間に電解質を保持したマトリックス４を介在させ
一体化して形成した単電池の両側にガス流路の溝を設け
た導電性のセパレータ５を置き、燃料ガス６及び酸化剤
ガス７を第１図（ｂ）に示す通り通常直交方向に流し起
電反応を行わせる。なお第１図（ｂ）は第１図（ａ）の
平面図である。この単位電池の出力はたかだか1V弱であ
るので、これらの単位電池を多数個積層して発電に供す
る。第２図（ａ），（ｂ）に示したような締付けバー８
及び締付けロッド９にて締結し、又この周縁部にガス供
給及び排出用のマニホールド10a,10b,10c,10dをとりつ
けて積層電池（スタック）を構成する。
にとり説明すると以下のようである。第１図（ａ）は発
電ユニットの模式図を示したものである。触媒層１を塗
着した一対の対向するガス拡散電極（アノード2,カソー
ド３）間に電解質を保持したマトリックス４を介在させ
一体化して形成した単電池の両側にガス流路の溝を設け
た導電性のセパレータ５を置き、燃料ガス６及び酸化剤
ガス７を第１図（ｂ）に示す通り通常直交方向に流し起
電反応を行わせる。なお第１図（ｂ）は第１図（ａ）の
平面図である。この単位電池の出力はたかだか1V弱であ
るので、これらの単位電池を多数個積層して発電に供す
る。第２図（ａ），（ｂ）に示したような締付けバー８
及び締付けロッド９にて締結し、又この周縁部にガス供
給及び排出用のマニホールド10a,10b,10c,10dをとりつ
けて積層電池（スタック）を構成する。
また電池出力は供給ガスの圧力上昇により反応種の濃度
（活量）を増大して起電反応が促進されるのでマニホー
ルド内の圧力を高めた方が良いが、マニホールドと積層
体側面外周部との気密部の耐圧性が大きくないためスタ
ックは圧力容器12内に収納し、大気圧との圧力差は圧力
容器のフランジ部で受けるようにしている。
（活量）を増大して起電反応が促進されるのでマニホー
ルド内の圧力を高めた方が良いが、マニホールドと積層
体側面外周部との気密部の耐圧性が大きくないためスタ
ックは圧力容器12内に収納し、大気圧との圧力差は圧力
容器のフランジ部で受けるようにしている。
また燃料ガスと酸化剤ガスがマトリックス層を通して交
差混合（クロスオーバー）しないように、燃料としての
天然ガス改質ガス(H2 80%+CO2 20%)と酸化剤としての空
気の供給圧力を例えば容器内の圧力を基準とし、酸化剤
ガス側の圧力を燃料ガス側に比して数cmAg程高く維持し
ている。
差混合（クロスオーバー）しないように、燃料としての
天然ガス改質ガス(H2 80%+CO2 20%)と酸化剤としての空
気の供給圧力を例えば容器内の圧力を基準とし、酸化剤
ガス側の圧力を燃料ガス側に比して数cmAg程高く維持し
ている。
これらの供給ガスに許容される差圧は単電池内のマトリ
ックス層の泡出圧を考慮して定められる。ところで実際
の発電プラントにおいては、燃料電池装置への反応ガス
供給、排出は複雑な配管系と圧力調整弁から成る圧力制
御系を介して行われている。
ックス層の泡出圧を考慮して定められる。ところで実際
の発電プラントにおいては、燃料電池装置への反応ガス
供給、排出は複雑な配管系と圧力調整弁から成る圧力制
御系を介して行われている。
これら配管系と燃料電池内反応ガス径路の全径路中最も
耐圧性が小さいのは電解質保持マトリックス層であり、
一方配管系内のガス容量（死容積）が大きく圧力制御系
の応答速度が遅いので、配管系の閉塞や破断等の突然の
事故の場合、特に燃料電池モジュールに近い箇所で行っ
た場合、瞬間に電池内のマトリックス層が破損する可能
性が大であった。
耐圧性が小さいのは電解質保持マトリックス層であり、
一方配管系内のガス容量（死容積）が大きく圧力制御系
の応答速度が遅いので、配管系の閉塞や破断等の突然の
事故の場合、特に燃料電池モジュールに近い箇所で行っ
た場合、瞬間に電池内のマトリックス層が破損する可能
性が大であった。
即ち、圧力制御系による差圧制御が行われるまでの瞬間
に燃料ガスが酸化剤ガスかいずれかの圧力が急激に変動
し、マトリックス層で泡出が起こると、このような電解
質層の不可逆的劣化により、この事故以後電解質層で大
巾な交差混合（クロスオーバー）が起こるようになって
しまう。
に燃料ガスが酸化剤ガスかいずれかの圧力が急激に変動
し、マトリックス層で泡出が起こると、このような電解
質層の不可逆的劣化により、この事故以後電解質層で大
巾な交差混合（クロスオーバー）が起こるようになって
しまう。
本発明の目的は、供給ガス間の急激な差圧変動が起きた
時、マトリックス層の泡出が起る前に圧力の逃げを生ぜ
しめ、圧力制御系が作動した際元に戻るような圧力逃げ
機構を燃料電池装置内に設けて、マトリックス層の不可
逆的劣化、即ち供給ガスの交差混合の増大を防止するこ
とにある。
時、マトリックス層の泡出が起る前に圧力の逃げを生ぜ
しめ、圧力制御系が作動した際元に戻るような圧力逃げ
機構を燃料電池装置内に設けて、マトリックス層の不可
逆的劣化、即ち供給ガスの交差混合の増大を防止するこ
とにある。
［発明の概要］ 本発明は、ガス流路に隣接して設けられる一対の対向す
るガス拡散電極と、このガス拡散電極の間に介在される
電解質を保持したマトリックスとからなる単電池を、セ
パレータを介して複数積層した燃料電池積層体に、前記
ガス流路に反応ガスを供給または排出するための反応ガ
ス供給管または反応ガス排出管を有するマニホールドが
設けられ、これらが圧力容器に収納されてなる燃料電池
装置において、前記マニホールドの内部圧と前記圧力容
器の内部圧との差圧が設定値となるように、該マニホー
ルド内部と該圧力容器内部との間における双方向の圧力
逃げを生ぜしめる圧力逃げ機構と、この圧力逃げ機構を
前記マニホールドに接続するための接続部とを有し、こ
の接続部の断面積が、前記反応ガス供給管または前記反
応ガス排出管の管断面積よりも大きくなるように形成さ
れていることを特徴とする。
るガス拡散電極と、このガス拡散電極の間に介在される
電解質を保持したマトリックスとからなる単電池を、セ
パレータを介して複数積層した燃料電池積層体に、前記
ガス流路に反応ガスを供給または排出するための反応ガ
ス供給管または反応ガス排出管を有するマニホールドが
設けられ、これらが圧力容器に収納されてなる燃料電池
装置において、前記マニホールドの内部圧と前記圧力容
器の内部圧との差圧が設定値となるように、該マニホー
ルド内部と該圧力容器内部との間における双方向の圧力
逃げを生ぜしめる圧力逃げ機構と、この圧力逃げ機構を
前記マニホールドに接続するための接続部とを有し、こ
の接続部の断面積が、前記反応ガス供給管または前記反
応ガス排出管の管断面積よりも大きくなるように形成さ
れていることを特徴とする。
［発明の効果］ 本発明のように圧力逃げ機構をマニホールドに接続する
ことにより、マニホールド内の圧力が圧力容器内の圧力
に比較して設定値よりも上昇或いは下降することがなく
なり、配管系の閉塞、破壊等による事故により、圧力制
御系が復帰するまでの間電池内圧力の急激上昇時におけ
る単電池のマトリックス層破壊を防止することができ
る。
ことにより、マニホールド内の圧力が圧力容器内の圧力
に比較して設定値よりも上昇或いは下降することがなく
なり、配管系の閉塞、破壊等による事故により、圧力制
御系が復帰するまでの間電池内圧力の急激上昇時におけ
る単電池のマトリックス層破壊を防止することができ
る。
また、圧力逃げ機構とマニホールドとの接続部の断面積
を反応ガス供給管または反応ガス排出管の管断面積より
も大きくなるように形成することにより、圧力急変時の
応答速度が速くなり、マトリックス層の泡出が起きる前
に確実に圧力逃げを生ぜしめることが可能となり、燃料
電池装置としての信頼性を著しく向上させることができ
る。
を反応ガス供給管または反応ガス排出管の管断面積より
も大きくなるように形成することにより、圧力急変時の
応答速度が速くなり、マトリックス層の泡出が起きる前
に確実に圧力逃げを生ぜしめることが可能となり、燃料
電池装置としての信頼性を著しく向上させることができ
る。
なお本発明は第一世代型に限定されるものではなく、第
二世代型の溶融炭酸塩燃料電池にも同様に適用できる。
この際には液封のための液体として炭酸リチウムと炭酸
カリウムの共融組成の溶融塩等が使用される。
二世代型の溶融炭酸塩燃料電池にも同様に適用できる。
この際には液封のための液体として炭酸リチウムと炭酸
カリウムの共融組成の溶融塩等が使用される。
以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
第３図は本発明の一実施例として圧力逃げ機構31として
レリーフバルブを用いたものの構造の一例を示したもの
である。マニホールド10からでる接続管11に取り付けた
円筒形のシリンダ13内に設定基準圧に対応するバネ定数
を有するスプリン14及び14′を入れ、その間にガス流路
を設けた弁15を介在させる。適当なバネ定数のスプリン
グを選定することにより、マニホールド10内の圧力が高
まり、マトリックスの泡圧力に近づいた時、可動弁15が
移動して溝15aとガス排出管17が連絡され、ここを通し
てガスは圧力容器12内に排出される。逆にマニホールド
10内の圧力が低くなると圧力容器12内の不活性ガスがガ
ス排出管17、可動弁15を通ってマニホールド内に流れ込
む。このようなレリーフバルブを例えば第２図の各マニ
ホールド10a,10b,10c,10dからとり出した接続管11a,11
b,11c,11dに接続することにより、マニホールド内の圧
力が基準値以上に上昇、或いは下降するのを防止でき
る。即ち設定差圧以内にとどめておくことができる。
又、設定差圧以内ではガスの連絡がない。
レリーフバルブを用いたものの構造の一例を示したもの
である。マニホールド10からでる接続管11に取り付けた
円筒形のシリンダ13内に設定基準圧に対応するバネ定数
を有するスプリン14及び14′を入れ、その間にガス流路
を設けた弁15を介在させる。適当なバネ定数のスプリン
グを選定することにより、マニホールド10内の圧力が高
まり、マトリックスの泡圧力に近づいた時、可動弁15が
移動して溝15aとガス排出管17が連絡され、ここを通し
てガスは圧力容器12内に排出される。逆にマニホールド
10内の圧力が低くなると圧力容器12内の不活性ガスがガ
ス排出管17、可動弁15を通ってマニホールド内に流れ込
む。このようなレリーフバルブを例えば第２図の各マニ
ホールド10a,10b,10c,10dからとり出した接続管11a,11
b,11c,11dに接続することにより、マニホールド内の圧
力が基準値以上に上昇、或いは下降するのを防止でき
る。即ち設定差圧以内にとどめておくことができる。
又、設定差圧以内ではガスの連絡がない。
上述のばね式のレリーフバルブの換わりに第４図，第５
図のような液封機構の双方向性圧力逃げ機構31′,31″
を用いることもできる。
図のような液封機構の双方向性圧力逃げ機構31′,31″
を用いることもできる。
第４図はこのような弁の構造をその断面図で示したもの
である。マニホールド10の上部に図示の構造を有する液
溜め18,19を設けた一端がマニホールド10に取着けら
れ、他端が圧力容器12内に開放した曲管29,30がとりつ
けてあり、この液溜め18,19には気密を維持するため適
当な比重、粘度の高沸点油20を満たし、ここに適当な重
量例えば５〜10g/cm2の浮き21,22を置いてある。
である。マニホールド10の上部に図示の構造を有する液
溜め18,19を設けた一端がマニホールド10に取着けら
れ、他端が圧力容器12内に開放した曲管29,30がとりつ
けてあり、この液溜め18,19には気密を維持するため適
当な比重、粘度の高沸点油20を満たし、ここに適当な重
量例えば５〜10g/cm2の浮き21,22を置いてある。
今、マニホールド内の圧力が圧力容器より上がった時、
ガスは図中の実線Ａで示した経路を流れ、浮き21を持ち
上げ、圧力容器12内に排出される。逆にマニホールド内
の圧力が圧力容器より設安差圧以上下がった時、ガスは
図中の破線Ｂの経路を流れ、浮き22を持ち上げマニホー
ルド内に侵入していく。マニホールド内の圧力と圧力容
器内の圧力の差圧が設定圧に保たれている時は双方の浮
き21,22は下がっており、両者間のガスの気密は保持さ
れる。
ガスは図中の実線Ａで示した経路を流れ、浮き21を持ち
上げ、圧力容器12内に排出される。逆にマニホールド内
の圧力が圧力容器より設安差圧以上下がった時、ガスは
図中の破線Ｂの経路を流れ、浮き22を持ち上げマニホー
ルド内に侵入していく。マニホールド内の圧力と圧力容
器内の圧力の差圧が設定圧に保たれている時は双方の浮
き21,22は下がっており、両者間のガスの気密は保持さ
れる。
第５図は、同様な液封機構の双方向性の弁の他の例を示
したものである。
したものである。
マニホールド10に液溜めのための凹部23,24を設け、こ
こに高沸点の油20を満たし、ここに適当な形状で一定の
比重を有する浮き25,26を置く、又凹部の上部には、系
内の圧力上昇で浮きが上昇した時飛んでしまうのを防止
するためのツメ27,28をつけておく。マニホールド内の
圧力が設定値以上に上昇した時、浮き25が上昇し、ガス
は圧力容器内に逃げる。逆にマニホールド内の圧力が圧
力容器に較べ設定値以上低下した時浮き26が上昇して圧
力容器内の不活性ガスがマニホールド内に逃げる。両者
間の差圧が一定値に保たれている時、双方の浮き25,26
は落ちてマニホールドと圧力容器間の差圧は一定に保た
れている。
こに高沸点の油20を満たし、ここに適当な形状で一定の
比重を有する浮き25,26を置く、又凹部の上部には、系
内の圧力上昇で浮きが上昇した時飛んでしまうのを防止
するためのツメ27,28をつけておく。マニホールド内の
圧力が設定値以上に上昇した時、浮き25が上昇し、ガス
は圧力容器内に逃げる。逆にマニホールド内の圧力が圧
力容器に較べ設定値以上低下した時浮き26が上昇して圧
力容器内の不活性ガスがマニホールド内に逃げる。両者
間の差圧が一定値に保たれている時、双方の浮き25,26
は落ちてマニホールドと圧力容器間の差圧は一定に保た
れている。
上述の双方向性の弁は構造が簡単で、しかもガスの逃げ
る面積が大きくとれるので圧力急変時の応答速度が速く
なり有利となる。
る面積が大きくとれるので圧力急変時の応答速度が速く
なり有利となる。
上記第３図，第４図の構造においても、圧力急変時の応
答速度を速くするために、マニホールドに取り付ける部
分の管径をガス供給、排出管の管径よりも太くなるよう
にする。即ち、接続管の管断面積が、ガス供給、排出管
の管断面積よりも大きくなるように形成されている。か
かる構成によれば、供給ガス間に急激な差圧変動が起き
た場合でも、マトリックス層の泡出が起きる前に確実に
圧力逃げを生じさせることが可能となる。
答速度を速くするために、マニホールドに取り付ける部
分の管径をガス供給、排出管の管径よりも太くなるよう
にする。即ち、接続管の管断面積が、ガス供給、排出管
の管断面積よりも大きくなるように形成されている。か
かる構成によれば、供給ガス間に急激な差圧変動が起き
た場合でも、マトリックス層の泡出が起きる前に確実に
圧力逃げを生じさせることが可能となる。
上記第５図の構造の圧力逃げ機構において、圧力逃げの
部分の数は１個に限らず、各取り付け部分の浮きの重さ
は少しずつ変えておいても良い。又液封に用いる油は常
温で固体であっても良い。
部分の数は１個に限らず、各取り付け部分の浮きの重さ
は少しずつ変えておいても良い。又液封に用いる油は常
温で固体であっても良い。
第１図は燃料電池の発電ユニットを説明する為に示す
図、第２図は燃料電池スタックの概略を示す図、第３図
は本発明に係る一実施例の要部を示す断面図、第４図，
第５図は本発明の他の実施例を示す断面図である。 10……マニホールド、１……接続管、13……シリンダ、
14,14′……スプリング、15……弁、17……ガス排出
管、31……圧力逃げ機構。
図、第２図は燃料電池スタックの概略を示す図、第３図
は本発明に係る一実施例の要部を示す断面図、第４図，
第５図は本発明の他の実施例を示す断面図である。 10……マニホールド、１……接続管、13……シリンダ、
14,14′……スプリング、15……弁、17……ガス排出
管、31……圧力逃げ機構。
Claims (1)
- 【請求項１】ガス流路に隣接して設けられる一対の対向
するガス拡散電極と、このガス拡散電極の間に介在され
る電解質を保持したマトリックスとからなる単電池を、
セパレータを介して複数積層した燃料電池積層体に、前
記ガス流路に反応ガスを供給または排出するための反応
ガス供給管または反応ガス排出管を有するマニホールド
が設けられ、これらが圧力容器に収納されてなる燃料電
池装置において、 前記マニホールドの内部圧と前記圧力容器の内部圧との
差圧が設定値となるように、該マニホールド内部と該圧
力容器内部との間における双方向の圧力逃げを生ぜしめ
る圧力逃げ機構と、この圧力逃げ機構を前記マニホール
ドに接続するための接続部とを有し、この接続部の断面
積が、前記反応ガス供給管または前記反応ガス排出管の
管断面積よりも大きくなるように形成されていることを
特徴とする燃料電池装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58240997A JPH0754711B2 (ja) | 1983-12-22 | 1983-12-22 | 燃料電池装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58240997A JPH0754711B2 (ja) | 1983-12-22 | 1983-12-22 | 燃料電池装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60133666A JPS60133666A (ja) | 1985-07-16 |
| JPH0754711B2 true JPH0754711B2 (ja) | 1995-06-07 |
Family
ID=17067786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58240997A Expired - Lifetime JPH0754711B2 (ja) | 1983-12-22 | 1983-12-22 | 燃料電池装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0754711B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10010394A1 (de) * | 2000-02-28 | 2001-09-06 | Mannesmann Ag | Brennstoffzelle |
| KR100633692B1 (ko) | 2005-11-03 | 2006-10-11 | 주식회사 만도 | 릴리프 밸브 및 이를 이용한 쇽업소버 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58165269A (ja) * | 1982-03-26 | 1983-09-30 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 燃料電池の供給ガス圧力制御装置 |
-
1983
- 1983-12-22 JP JP58240997A patent/JPH0754711B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60133666A (ja) | 1985-07-16 |
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