JPH02170371A - Gas header of fuel battery and complex type spiral cell - Google Patents
Gas header of fuel battery and complex type spiral cellInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、燃料電池のガスヘッダーに係り、特に、大形
電池のｔル内温度均−化に有効な、複合大容量型スパイ
ラルセルに好適なガスヘッダー構造に関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a gas header for a fuel cell, and in particular to a composite large-capacity spiral cell that is effective for equalizing the internal temperature of a large battery. Concerning a preferred gas header structure.
従来、内部マニホールド方式のガス導入方法及びガスヘ
ッダー構造として、特開昭６０−２４１６５９号公報に
記載の様に、燃料電池本体の上下端に配し、かつ燃料室
または酸化剤室と集電部を有する端板にバッファダンク
からの複数本数の導管を接続して燃料及び酸化剤ガスを
、それぞれのバッファタンク及び導管を介して、電池内
へ供給及び排出していた。Conventionally, an internal manifold type gas introduction method and a gas header structure are arranged at the upper and lower ends of the fuel cell main body and connected to the fuel chamber or oxidizer chamber and the current collector, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-241659. A plurality of conduits from the buffer dunk were connected to the end plate having a buffer tank, and fuel and oxidant gas were supplied into and discharged from the battery through the respective buffer tanks and conduits.
上記従来技術は、将来の燃料電池における大容量化にお
いて配慮がされていなかった。又、上記の技術は、内部
マニホールド方式の直交流ガス流れ方式の構造でもあっ
た。将来の大容量化にともないセル面積を増大させて高
出力を得るため、同一平面上に複数の単位セルを並べた
内部マニホールド方式の複合大容量型セルにおいて、セ
ル面内の温度分布の均一化に有効なガス導入方式である
スパイラス方式のセルにより構成する内部マニホールド
方式の複合大容量型スパイラルセルに上記従来技術の構
造をそのまま適用すると、電極面積の増大にともなう、
バファタンクの増大や端板とバファタンクとの間に設け
られている導管径の拡大などの問題があった。The above-mentioned conventional technology does not give consideration to increasing the capacity of future fuel cells. Further, the above technology also had a structure of an internal manifold type cross-flow gas flow type. In order to increase the cell area and obtain high output as capacity increases in the future, uniform temperature distribution within the cell surface is achieved in composite large-capacity cells using an internal manifold method in which multiple unit cells are arranged on the same plane. If the structure of the above-mentioned conventional technology is applied as is to a composite large-capacity spiral cell with an internal manifold system, which is composed of cells using the spiral system, which is an effective gas introduction method, the electrode area will increase.
There were problems such as an increase in the number of buffer tanks and an increase in the diameter of the conduit provided between the end plate and the buffer tank.
又、内部マニホールド方式の複合大容量型スパイラルセ
ルは、中央部にマニホールドを設けであると共に、ガス
流れ、特にカソード面において。In addition, a composite large-capacity spiral cell with an internal manifold system has a manifold in the center, and the gas flow, especially at the cathode side.
セル面内温度分布は、カソード出口のアノード入口側に
高温部又、カソード入口側のアノード出口側に発生する
為、カソードガス流れを、積層方向に対し、セパレータ
のリブ構造により変えていくためカソードガス流れが複
雑となり、それに対応するカソードヘラターは、７ノー
ドガスヘツターに比べて、大変複雑な構造となり、ガス
制御及び電池取り扱い等が容易でなくなるという問題が
あった。Temperature distribution within the cell surface occurs in a high temperature area on the anode inlet side of the cathode outlet, or on the anode outlet side of the cathode inlet side. The gas flow becomes complicated, and the corresponding cathode heater has a much more complicated structure than a 7-node gas heater, which poses a problem in that gas control, battery handling, etc. are difficult.
本発明の目的は、ガスヘッダーの構造を簡素化して、電
池の取り扱い２組立を容易にすることのできる燃料電池
のガスヘッダー及び複合型スパイラルセルを提供するこ
とにある。An object of the present invention is to provide a fuel cell gas header and a composite spiral cell that can simplify the structure of the gas header and facilitate cell handling and assembly.
上記目的を達成するため１本発明に係る燃料電池のガス
ヘッダーは、単位セルにガスを供給し且つ排気する燃料
電池のガスヘッダーにおいて、単位セルにガスを供給す
るガス入口室と、前記単位セルより排出されたガスが流
入して外部に排気するガス出口室とを分離し、前記ガス
入口室は外部からガスを供給するためのガス供給用配管
と連通されていると共に、上下二方向にガスを流出させ
るガス供給用マニホールドが単位セルの位置に対応して
設けられているものである。In order to achieve the above object, the present invention provides a gas header for a fuel cell that supplies gas to and exhausts a unit cell, the gas inlet chamber for supplying gas to the unit cell, and the unit cell. The gas outlet chamber is separated from the gas outlet chamber into which the gas discharged from the gas flows in and is exhausted to the outside. A gas supply manifold for discharging the gas is provided corresponding to the position of the unit cell.
また、前記ガスヘッダーの前記ガス入口室に代えて、基
端がガス供給用配管と連通されていると共に、先端が各
単位セルに対応して開口している分岐管にて形成されて
いるものでもよい。Moreover, instead of the gas inlet chamber of the gas header, the base end is connected to a gas supply pipe, and the tip is formed of a branch pipe whose tip is opened corresponding to each unit cell. But that's fine.
また、本発明に係る複合型スパイラルセルは、前記ガス
ヘッダーをカソードガスヘッダーとして中央部に位置さ
せて上下両方向に単位セルを複数個積重したセルスタッ
クと、このセルスタックの上下にそれぞれ配設されたア
ノードヘッダーと、を備えたものである。Further, the composite spiral cell according to the present invention includes a cell stack in which a plurality of unit cells are stacked in both vertical directions with the gas header as a cathode gas header located in the center, and a cell stack in which a plurality of unit cells are stacked in both directions above and below the cell stack. It is equipped with an anode header and an anode header.
Ｃ作用〕
ガス供給用配管を通ってガスヘッダーのガス入口室に流
入したガスは、該ガスヘッダーの上下二方向に分岐され
て流れ、各ガス供給マニホールドを通って単位セルに供
給されるため、ガスヘッダー自体の構造が単純化できる
と共に、電池の取扱いやその組立も簡単化できる。ここ
で、前記ガス入口室に代えて分岐管を用いても略同様で
ある。Effect C] The gas that has flowed into the gas inlet chamber of the gas header through the gas supply piping is branched into two directions above and below the gas header, flows, and is supplied to the unit cells through each gas supply manifold. The structure of the gas header itself can be simplified, and the handling and assembly of batteries can also be simplified. Here, substantially the same effect can be achieved even if a branch pipe is used in place of the gas inlet chamber.
また、セルスタック中央部にカソードガスヘッダーを位
置させ、セルスタック上下にそれぞれアノードヘッダー
を配設した複合型スパイラルセルとすることにより、カ
ソードガスヘッダーが一つのガスヘッダーとなって構造
単純化及び小型化を図れ、更に容易に燃料電池の大容量
化を図れる。In addition, by creating a composite spiral cell in which the cathode gas header is located in the center of the cell stack and anode headers are placed at the top and bottom of the cell stack, the cathode gas header becomes one gas header, simplifying the structure and making it more compact. This makes it easier to increase the capacity of fuel cells.
以下、本発明の実施を第１図より説明する。第１図は、
本発明の第１実施例であるカソードガスヘッダーの断面
構造図である。又、第２図は、第１図の■矢視図（平面
図）を示したものである。The implementation of the present invention will be explained below with reference to FIG. Figure 1 shows
FIG. 1 is a cross-sectional structural diagram of a cathode gas header according to a first embodiment of the present invention. Further, FIG. 2 shows a view in the direction of the ■ arrow (plan view) of FIG. 1.
カソードガスヘッダー１内において、ガスヘッダー中央
部には、ガスをセル内に供給するためのガス供給室２が
設けられ、又、そのガス供給室２の上下には、中央仕切
板３を挾んでガス入口室４が設けられている。一方、カ
ソードガスヘッダー１の両側には、ガス出口室５が設け
られている。In the cathode gas header 1, a gas supply chamber 2 for supplying gas into the cells is provided in the center of the gas header, and a central partition plate 3 is provided above and below the gas supply chamber 2. A gas inlet chamber 4 is provided. On the other hand, gas outlet chambers 5 are provided on both sides of the cathode gas header 1 .
ここで、ガスヘッダーの中央部には、ガス供給室２を設
けるため仕切板ａ、ｂ、Ｑを、上、下ガス入口室４内に
ガスを供給するためのガス供給穴６が加工されている中
央仕切板３の間に設置することにより、前記のガス供給
室２とガス排気室７とが形成されている。又、ガスヘッ
ダーの両側には、ガス入口室２とガス出口室５を仕切る
ため中央仕切板３上に、仕切板ｄｓ ｅｒ ｆｔ ｇを
設置して。Here, in the center of the gas header, partition plates a, b, and Q are formed to provide a gas supply chamber 2, and a gas supply hole 6 for supplying gas into the upper and lower gas inlet chambers 4 is machined. By installing the gas supply chamber 2 and the gas exhaust chamber 7 between the central partition plates 3, the gas supply chamber 2 and the gas exhaust chamber 7 are formed. Further, on both sides of the gas header, partition plates are installed on the central partition plate 3 to partition the gas inlet chamber 2 and the gas outlet chamber 5.
それぞれの室を仕切るように形成されている。It is formed to separate each room.
又、カソードガスタ−１の側面中央のガス供給室２側に
はガス供給用配管８が、ガス排気室７側にはガス排気配
管９が設置されている。そして、前記ガス入口室４及び
ガス出口室５の上面（仕切板ａｓ ｂ＋ Ｑｙ ｄ＋
ｅｅ ｆｔ ｇ上）及び外周の枠板１０上に、それぞれ
の室を密閉するための蓋板１１が設置されている。この
蓋板１１には、各単位セル内へのガス供給用マニホール
ド１２及びセル内からのガス排気用マニホールド１３が
設けられている。Further, a gas supply pipe 8 is installed on the side of the gas supply chamber 2 at the center of the side surface of the cathode gas star 1, and a gas exhaust pipe 9 is installed on the side of the gas exhaust chamber 7. Then, the upper surfaces of the gas inlet chamber 4 and the gas outlet chamber 5 (partition plate as b+ Qy d+
A cover plate 11 for sealing each chamber is installed on the frame plate 10 on the outer periphery. This lid plate 11 is provided with a manifold 12 for supplying gas into each unit cell and a manifold 13 for exhausting gas from inside the cell.
第３図は、第１図の■−■断面図を示したものである。FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along the line -■ in FIG.
ガスヘッダーの両側の仕切板ｄｐｅｓｆｔｇと中央仕切
板３との間には、ガスを排気する排気室内にガスを導入
するための複数の穴１４をもった補強用リブ１５が設け
られて、上、下のガス入口室４間においての両端の補強
がなされている。A reinforcing rib 15 having a plurality of holes 14 for introducing gas into the exhaust chamber for exhausting gas is provided between the partition plates dpesftg on both sides of the gas header and the central partition plate 3. Both ends between the lower gas inlet chambers 4 are reinforced.
つまり、本ガスヘッダーの構造は、ガス入口室４を上下
に設け、その上下間で空間を作り、その空間を利用して
室を作るというものであり、上下のガス入口室４に前記
補強リブ１５を接続して、その空間及びガスヘッダー内
の補強をするというものである。尚、上下ガス入口室４
の中央部の補強は、第１及び２図に示す様に、仕切板ａ
、ｂ、ｃで行なわれている。又、その他、必要に応じて
ガスヘッダーの構造内に補強リブを設けることにより補
強が可能である。尚、この補強リブ取り付は例の説明は
、省略する。In other words, the structure of this gas header is that gas inlet chambers 4 are provided above and below, a space is created between the upper and lower sides, and a chamber is created using that space. 15 to reinforce the space and the inside of the gas header. In addition, upper and lower gas inlet chambers 4
As shown in Figures 1 and 2, reinforcement of the central part of the partition plate a
, b, and c. In addition, reinforcement can be achieved by providing reinforcing ribs within the structure of the gas header, if necessary. Note that a description of the example of attaching the reinforcing ribs will be omitted.
以上のカソードガスヘッダー構造内のガス流れについて
、第１図及び第２図により説明する。カソード側のガス
である反応前の酸化剤ガスχは、まず、ガスヘッダーの
側上中央部に設けられた。The gas flow within the above cathode gas header structure will be explained with reference to FIGS. 1 and 2. The oxidant gas χ before the reaction, which is the gas on the cathode side, was first provided at the upper center of the gas header.
ガス供給用配管８及びガス供給室２より、中央仕切板３
に加工されているガス供給穴６を通って。From the gas supply piping 8 and the gas supply chamber 2, the central partition plate 3
through the gas supply hole 6 which is machined into.
上下のガス入口室４に送られる。ガス入口室４に送られ
た酸化剤ガスχは、ガス入口室４の上面（又は、下側の
室４では下面）の蓋板１１に複数加工されているガス供
給用マニホールド１２を通り、各単位セル（図示せず）
に供給される。The gas is sent to the upper and lower gas inlet chambers 4. The oxidant gas χ sent to the gas inlet chamber 4 passes through a plurality of gas supply manifolds 12 formed on the lid plate 11 on the upper surface of the gas inlet chamber 4 (or the lower surface in the case of the lower chamber 4), and passes through each gas supply manifold 12. Unit cell (not shown)
is supplied to
そして、各セル単位において反応して排出されてきた反
応後の酸化剤ガスｙは、ガスヘッダーの両側に複数加工
されているガス排気用マニホールド１３を通り、ガス出
口室５にそれぞれ送られてくる。送られてきたガスは、
ガスヘッダー両側のガス出口室５から、ガスヘッダー中
央部のガス排気室７に補給リブ１５の複数の穴１４を通
って集められ、ガス排気配管９により外部へ排出される
。The oxidizing gas y reacted and discharged in each cell unit passes through a plurality of gas exhaust manifolds 13 formed on both sides of the gas header, and is sent to the gas outlet chamber 5. . The gas sent to
Gas is collected from the gas outlet chambers 5 on both sides of the gas header into the gas exhaust chamber 7 at the center of the gas header through the plurality of holes 14 in the replenishment rib 15, and is discharged to the outside through the gas exhaust pipe 9.
第４図は、本発明の他の実施例である。ガス入口室４を
仕切板の変りに、セル内に供給するガス量に対し必要面
積をもった配管（ガス供給室用配管１７）を用いて構成
したものである。このガス供給室用配管１７は、平面上
４つの単位セル（上下両平面では全部で８つの単位セル
）に、より均一なガス量を送り込むため各単位セルの中
央に先端開口が位置する様に配設されている。そして、
このガス供給室用配管１７は、ガスをそれぞれの室に分
岐させるためのＨ形分岐管１８により接続されており、
全体として分岐管構造となっている。FIG. 4 shows another embodiment of the invention. Instead of a partition plate, the gas inlet chamber 4 is constructed using a pipe (gas supply chamber pipe 17) having a necessary area for the amount of gas to be supplied into the cell. This gas supply chamber piping 17 is designed so that the tip opening is located in the center of each unit cell in order to send a more uniform amount of gas to four unit cells on a plane (a total of eight unit cells on both the upper and lower planes). It is arranged. and,
This gas supply chamber pipe 17 is connected by an H-shaped branch pipe 18 for branching the gas into each chamber.
The overall structure is a branch pipe structure.
ガス供給配管８とＨ形分岐管１８とを接続することによ
り均一なガス量をセル内（単位セル内）に供給すること
が可能となる構造である。By connecting the gas supply pipe 8 and the H-shaped branch pipe 18, it is possible to supply a uniform amount of gas into the cell (inside the unit cell).
第５図は、複合大容量スパイラルセルの積層時の斜視図
である。セルスタック１９の上下にアノードガスヘッダ
ー２０を一積層し、中央部には本発明構造を用いたカソ
ードガスヘッダー１を積層する中間へツタ一方式をとる
。この積層構造にすることで将来の大容量化にともない
高積層化が図れ、高出力を得ることができる。FIG. 5 is a perspective view of composite large-capacity spiral cells when stacked. Anode gas headers 20 are stacked on the top and bottom of the cell stack 19, and a cathode gas header 1 using the structure of the present invention is stacked in the center, with a vine in the middle. By adopting this laminated structure, it is possible to increase the lamination density and obtain high output as the capacity increases in the future.
本発明に係る燃料電池のガスヘッダーによれば。 According to the gas header of the fuel cell according to the present invention.
ガス供給用配管を通ってガスヘッダーのガス入口室に流
入したガスは、該ガスヘッダーの上下二方向に分岐され
て流れ、各ガス供給マニホールドを通って単位セルに供
給されるため、ガスヘッダー自体の構造が単純化できる
と共に、電池の取扱いやその組立も簡単化できる。また
、前記ガス入口室に代えて分岐管を用いても略同様の効
果が得られる。The gas that flows into the gas inlet chamber of the gas header through the gas supply piping is divided into two directions, the upper and lower directions of the gas header, and is supplied to the unit cells through each gas supply manifold. The structure of the battery can be simplified, and the handling and assembly of the battery can also be simplified. Further, substantially the same effect can be obtained by using a branch pipe in place of the gas inlet chamber.
また、本発明に係る複合型スパイラルセルによれば、セ
ルスタック中央部にカソードガスヘッダーを位置させ、
セルスタック上下にそれぞれアノードヘッダーを配設し
た複合型スパイラルセルとすることにより、カソードガ
スヘッダーが一つのガスヘットとなって構造単純化及び
小型化を図れ、更に容易に燃料電池の大容量化を図れる
。Further, according to the composite spiral cell according to the present invention, the cathode gas header is located in the center of the cell stack,
By creating a composite spiral cell with anode headers placed at the top and bottom of the cell stack, the cathode gas header becomes one gas head, simplifying the structure and downsizing, and making it easier to increase the capacity of the fuel cell. .
すなわち１本発明によれば、電池内（セル内）温度分布
の均一化に最も有効なガス導入方式であるスパイラル方
式を複合大容量型スパイラルセルとして適用し、それに
関するガスヘッダーの構造が簡単になるので、電池の取
り扱い及び組立が容易なるという効果がある。又、中間
へツタ一方式をとることができるので、将来のセルの大
面積化及び高積層化にともない、電池の高出力化がはか
れるという効果もある。In other words, according to the present invention, the spiral method, which is the most effective gas introduction method for uniformizing the temperature distribution inside the battery (inside the cell), is applied to a composite large-capacity spiral cell, and the structure of the gas header associated therewith is simplified. This has the effect of making the battery easier to handle and assemble. In addition, since it is possible to adopt a single type with an intermediate structure, there is an effect that the output of the battery can be increased as cells become larger and more laminated in the future.
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係るガスヘッダーの第１実施例の断面
構造図、第２図は第１図の■矢視図（平面図）、第３図
は第１図のｍ−ｍ線断面図、第４図は本発明の第２実施
例の平面図、第５図は本発明に係る複合型スパイラルセ
ルの斜視図を示す。
１・・・カソードガスヘッダー ２・・・ガス供給室、
３・・・中央仕切板、４・・・ガス入口室、５・・・ガ
ス出口室、６・・・ガス供給口、７・・・ガス排気室、
８・・・ガス供給用配管、９・・・ガス排出用配管、１
０・・・外周枠板、１１・・・蓋板、１２・・・ガス供
給用マニホールド。
１３・・・ガス排気用マニホールド、１４・・・ガス導
入穴、１５・・・補強用リブ、１７・・・ガス供給室用
配管。
１８・・・Ｈ形分岐管、１９・・・セルスタック、２０
アノードガスヘツター ａ ＋ ｂｒ Ｃｒ ｄ＋ ｅ
Ｐ ｆ ｒ ｇ ”’仕切板、χ・・・反応前酸化剤
ガス、ｙ・・・反応後酸化剤ガス。[Brief Description of the Drawings] Fig. 1 is a cross-sectional structural diagram of the first embodiment of the gas header according to the present invention, Fig. 2 is a view (plan view) in the direction of the ■ arrow in Fig. 4 is a plan view of a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a perspective view of a composite spiral cell according to the present invention. 1... Cathode gas header 2... Gas supply chamber,
3... Central partition plate, 4... Gas inlet chamber, 5... Gas outlet chamber, 6... Gas supply port, 7... Gas exhaust chamber,
8... Gas supply piping, 9... Gas discharge piping, 1
0...Outer peripheral frame plate, 11...Lid plate, 12...Gas supply manifold. 13... Gas exhaust manifold, 14... Gas introduction hole, 15... Reinforcing rib, 17... Gas supply chamber piping. 18... H-shaped branch pipe, 19... Cell stack, 20
Anode gas heater a + br Cr d+ e
P f r g "' partition plate, χ... pre-reaction oxidant gas, y... post-reaction oxidant gas.
Claims (1)
スヘッダーにおいて、単位セルにガスを供給するガス入
口室と、前記単位セルより排出されたガスが流入して外
部に排気するガス出口室とを分離し、前記ガス入口室は
外部からガスを供給するためのガス供給用配管と連通さ
れていると共に、上下二方向にガスを流出させるガス供
給用マニホールドが単位セルの位置に対応して設けられ
ていることを特徴とする燃料電池のガスヘッダー。 ２、請求項１において、前記ガス入口室に代えて、基端
がガス供給用配管と連通されていると共に、先端が各単
位セルに対応して開口している分岐管にて形成されてい
る燃料電池のガスヘッダー。 ３、請求項１又は２記載のガスヘッダーをカソードガス
ヘッダーとして中央部に位置させて上下両方向に単位セ
ルを複数個積層したセルスタックと、このセルスタック
の上下にそれぞれ配設されたアノードヘッダーと、を備
えた複合型スパイラルセル。[Claims] 1. In a gas header of a fuel cell that supplies and exhausts gas to a unit cell, there is a gas inlet chamber that supplies gas to the unit cell, and a gas inlet chamber through which gas discharged from the unit cell flows in and an external chamber. The gas inlet chamber is separated from the gas outlet chamber for exhausting gas to the unit cell, and the gas inlet chamber is connected to gas supply piping for supplying gas from the outside, and a gas supply manifold for discharging gas in two directions, up and down, is connected to the unit cell. A gas header for a fuel cell, characterized in that it is provided corresponding to the position of. 2. In claim 1, the gas inlet chamber is replaced by a branch pipe whose base end communicates with a gas supply pipe and whose distal end is open corresponding to each unit cell. Fuel cell gas header. 3. A cell stack in which the gas header according to claim 1 or 2 is positioned in the center as a cathode gas header and a plurality of unit cells are stacked in both vertical directions, and an anode header arranged above and below the cell stack, respectively. A composite spiral cell equipped with .
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63325122A JPH084013B2 (en) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | Fuel cell gas header and hybrid spiral cell |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP63325122A JPH084013B2 (en) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | Fuel cell gas header and hybrid spiral cell |
Publications (2)
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| JPH084013B2 JPH084013B2 (en) | 1996-01-17 |
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| JP63325122A Expired - Fee Related JPH084013B2 (en) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | Fuel cell gas header and hybrid spiral cell |
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| JP (1) | JPH084013B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000036682A3 (en) * | 1998-12-17 | 2000-10-19 | Ballard Power Systems | Volume efficient layered manifold assembly for electrochemical fuel cell stacks |
| WO2008099567A1 (en) * | 2007-02-16 | 2008-08-21 | Seiko Instruments Inc. | Fuel cell |
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| JPS63236273A (en) * | 1987-03-23 | 1988-10-03 | Hitachi Ltd | Fused carbonate type fuel cell stack |
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1988
- 1988-12-23 JP JP63325122A patent/JPH084013B2/en not_active Expired - Fee Related
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| US8192887B2 (en) | 2007-02-16 | 2012-06-05 | Seiko Instruments Inc. | Fuel cell |
Also Published As
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|---|---|
| JPH084013B2 (en) | 1996-01-17 |
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