JP6264710B2 - Fuel cell - Google Patents
Fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP6264710B2 JP6264710B2 JP2014028931A JP2014028931A JP6264710B2 JP 6264710 B2 JP6264710 B2 JP 6264710B2 JP 2014028931 A JP2014028931 A JP 2014028931A JP 2014028931 A JP2014028931 A JP 2014028931A JP 6264710 B2 JP6264710 B2 JP 6264710B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- separator
- fuel
- fuel cell
- gas
- oxidizing gas
- 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.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- 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
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、単セルに供給して発電利用した後の燃料ガス及び酸化ガスを混合燃焼させる燃焼領域を有する燃料電池の改良に関するものである。 The present invention relates to an improvement in a fuel cell having a combustion region in which a fuel gas and an oxidizing gas are mixed and burned after being supplied to a single cell and used for power generation.
この種の燃料電池としては、例えば、燃料電池組立体の名称で特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に記載の燃料電池は、内側電極、固体電解質及び外側電極を備え、内部ガス流路が形成された燃料電池セルと、内部ガス流路にガスを供給する内部ガス供給手段と、燃料電池セル外部にガスを供給する外部ガス供給手段とを具備し、内部ガスと外部ガスとが燃料電池セルの出口側端面の上部空間で混合する構造を有している。つまり、燃料電池セルの出口側端面の上部空間が燃焼領域である。
An example of this type of fuel cell is described in
上記の燃料電池組立体において、内部ガスは燃料ガスであり、外部ガスは酸化剤ガスである。そして、上記の燃料電池は、燃料電池セルの出口側に環状部材を設けて、ガスを整流し、その上部空間において、発電利用した後の燃料ガスと酸化剤ガスとを混合燃焼させるようになっている。 In the fuel cell assembly, the internal gas is a fuel gas and the external gas is an oxidant gas. In the fuel cell, an annular member is provided on the outlet side of the fuel cell to rectify the gas, and in the upper space, the fuel gas and the oxidant gas after being used for power generation are mixed and burned. ing.
しかしながら、上記したような従来の燃料電池にあっては、燃料電池セルの内部を通過した内部ガス（燃料ガス）と、燃料電池セルの外部を流れた外部ガス（酸化ガス）とを混合燃焼させることから、一つの燃料電池セルに対して、拡散燃焼による一つの大きな炎が形成され、燃焼領域の温度分布を均一にすることが難しい。 However, in the conventional fuel cell as described above, the internal gas (fuel gas) passing through the inside of the fuel cell and the external gas (oxidizing gas) flowing outside the fuel cell are mixed and burned. Therefore, one large flame is formed by diffusion combustion with respect to one fuel battery cell, and it is difficult to make the temperature distribution in the combustion region uniform.
また、上記の燃料電池では、燃料電池セルの上部空間のみに燃焼領域を配置せざるを得ないので、この配置上の制約が、例えば車載用の燃料電池を考慮した際のレイアウトに影響する。このように、従来の燃料電池にあっては、燃焼領域の温度分布を均一にすることが難しいと共に、燃焼領域を含む構成のレイアウトに制約があり、これらを解決することが課題であった。 Further, in the above fuel cell, the combustion region must be arranged only in the upper space of the fuel cell, so this restriction on the arrangement affects the layout when considering, for example, an in-vehicle fuel cell. As described above, in the conventional fuel cell, it is difficult to make the temperature distribution in the combustion region uniform, and the layout of the configuration including the combustion region is limited, and it has been a problem to solve these problems.
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、燃焼領域の温度分布を均一にすることができると共に、燃焼領域を含む構成のレイアウトの自由度を高めることができる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 paying attention to the above-described conventional problems, and provides a fuel cell capable of making the temperature distribution in the combustion region uniform and increasing the degree of freedom of the layout including the combustion region. It is intended to provide.
本発明に係わる燃料電池は、単セルに供給して発電利用した後の燃料ガス及び酸化ガスを混合燃焼させる燃焼領域を有する燃料電池であって、電解質層を燃料極層及び空気極層で挟持して成る平板状の単セルと、表裏反転した波形状のセパレータとを交互に積層した構造を有している。この燃料電池は、積層方向に隣接する単セル同士の間において、一方の単セル用の燃料ガス流路と他方の単セル用の酸化ガス流路とを前記セパレータで区画し、前記セパレータの一方の面における波形凹部が、前記燃料ガス流路であると共に、前記セパレータの他方の面における波形凹部が、前記酸化ガス流路であり、前記セパレータの端部に、前記燃料ガス流路及び前記酸化ガス流路を前記燃焼領域に開放させる燃料ガス出口及び酸化ガス出口を設けている。そして、前記セパレータの少なくとも端部に、前記燃料ガス出口及び前記酸化ガス出口から流出した燃料ガス及び酸化ガスが互いに接触する複数の拡散面を形成する手段を備え、前記セパレータの端部に、当該セパレータの波形状により、前記燃料ガス出口と前記酸化ガス出口とが交互に配列してあると共に、複数の拡散面を形成する手段が、前記セパレータの波形状により構成されていることを特徴としている。 A fuel cell according to the present invention is a fuel cell having a combustion region in which fuel gas and oxidant gas are mixed and burned after being supplied to a single cell and used for power generation, and the electrolyte layer is sandwiched between the fuel electrode layer and the air electrode layer. Thus, a flat single cell and wave-shaped separators that are reversed upside down are alternately stacked. The fuel cell is between the single cells that are adjacent in the stacking direction, one of the oxidizing gas channel of the fuel gas flow path and the other unit cell for a single cell is divided by the separator, one of the separator waveform recess in the plane, along with the a fuel gas flow path, the waveform recess in the other surface of said separator, said a oxidizing gas passage, the end portion of the separator, the fuel gas channel and the oxidizing the fuel gas outlet and the oxidizing gas outlet opening the gas passage into the combustion area are provided. Then, at least an end portion of said separator comprises means for forming a plurality of diffusion surfaces fuel gas and the oxidizing gas flowing out from the fuel gas outlet and the oxidizing gas outlet are in contact with each other, the end portion of the separator, the The fuel gas outlets and the oxidizing gas outlets are alternately arranged according to the wave shape of the separator, and the means for forming a plurality of diffusion surfaces is constituted by the wave shape of the separator . .
本発明に係わる燃料電池では、セパレータの端部に、燃料ガス出口及び酸化ガス出口から流出した燃料ガス及び酸化ガスが互いに接触する複数の拡散面を形成するので、燃焼領域において、複数の拡散面での酸化反応による発光現象である炎が複数形成される。これにより、燃料電池では、燃焼領域の温度分布が均一なものとなり、燃焼温度の低減も実現し得る。また、上記の燃料電池は、複数の拡散面を形成することで、実質的に予混合燃焼若しくは予混合燃焼に近い小さい炎を形成し、燃焼の温度上昇による対流で炎が鉛直方向へ立ち上がることを極力低減させることが可能になるので、単セルの上部や側部などに燃焼領域を配置することが可能になる。 In the fuel cell according to the present invention, a plurality of diffusion surfaces in which the fuel gas and the oxidant gas flowing out from the fuel gas outlet and the oxidizing gas outlet contact each other are formed at the end of the separator. A plurality of flames, which are light emission phenomena due to the oxidation reaction, are formed. Thereby, in the fuel cell, the temperature distribution in the combustion region becomes uniform, and the combustion temperature can be reduced. In addition, the fuel cell described above forms a plurality of diffusion surfaces to form a small flame substantially similar to premixed combustion or premixed combustion, and the flame rises in the vertical direction by convection due to a rise in combustion temperature. Can be reduced as much as possible, so that it is possible to arrange the combustion region on the upper part or the side part of the single cell.
本発明に係わる燃料電池は、上記構成を採用したことにより、燃焼領域において実質的に予混合燃焼若しくは予混合燃焼に近い小さい炎を多数形成し、燃焼領域の温度分布を均一にすることができると共に、燃焼領域を含む構成のレイアウトの自由度を高めることができる。また、燃料電池は、燃焼領域の温度分布の均一化により、単セルに与える熱応力も均一化して、単セルの構成部材の破損を防止することができる。 Since the fuel cell according to the present invention employs the above-described configuration , a large number of small flames that are substantially premixed combustion or premixed combustion are formed in the combustion region, and the temperature distribution in the combustion region can be made uniform. In addition, the degree of freedom of the layout including the combustion region can be increased. Further, the fuel cell can also uniformize the thermal stress applied to the single cell by making the temperature distribution in the combustion region uniform, thereby preventing damage to the constituent members of the single cell.
〈第１実施形態〉
図１（Ａ）に示す燃料電池ＦＣ１は、単セルＣ１に供給して発電利用した後の燃料ガス及び酸化ガスを混合燃焼させる燃焼領域Ｑを有するものであって、単セルＣ１とセパレータＳ１とを交互に積層した構造を有している。
<First Embodiment>
A fuel cell FC1 shown in FIG. 1 (A) has a combustion region Q in which fuel gas and oxidant gas are mixed and burned after being supplied to the single cell C1 and used for power generation, and includes a single cell C1 and a separator S1. It has the structure which laminated | stacked alternately.
図示例の燃料電池ＦＣ１は、複数の単セルＣ１とセパレータＳ１とを交互に重ねて積層体（燃料電池スタック）ＦＳを構成し、ガス流路を有するマニホルドＭの上に、積層方向を水平方向にした姿勢で積層体ＦＳを配置している。そして、燃料電池ＦＣ１は、マニホルドＭ上に設けた筐体Ｂで積層体ＦＳを包囲し、筐体Ｂの内部において、積層体ＦＳの上部空間を燃焼領域Ｑとしている。筐体Ｂは、上部に燃焼ガスの排気部Ｄを備えている。 In the illustrated fuel cell FC1, a plurality of single cells C1 and separators S1 are alternately stacked to form a stacked body (fuel cell stack) FS, and the stacking direction is set horizontally on a manifold M having gas flow paths. The laminated body FS is arranged in the posture as described above. The fuel cell FC1 surrounds the stacked body FS with a casing B provided on the manifold M, and the upper space of the stacked body FS is set as a combustion region Q inside the casing B. The casing B is provided with an exhaust part D for combustion gas at the top.
単セルＣ１は、矩形の平板状であって、図１（Ｂ）に示すように、電解質層１を燃料極層（アノード）２及び空気極層（カソード）３で挟持した構造を有し、図示例では、燃料極層２が、支持体としての多孔金属層４を有している。これら各層１〜４には、例えば固体電解質型燃料電池に適用可能な周知の材料を用いることができる。
The single cell C1 has a rectangular flat plate shape, and has a structure in which the
セパレータＳ１は、積層方向に隣接する単セルＣ１同士の間において、一方の単セル用の燃料ガス流路Ｇ１と他方の単セル用の酸化ガス流路Ｇ２とを区画している。また、セパレータＳ１は、その端部に、燃料ガス流路Ｇ１及び酸化ガス流路Ｇ２を燃焼領域Ｑに開放させる燃料ガス出口Ｅ１及び酸化ガス出口Ｅ２を設けている。さらに、セパレータＳ１は、その端部に、燃料ガス出口Ｅ１及び酸化ガス出口Ｅ２から流出した燃料ガス及び酸化ガスが互いに接触する複数の拡散面を形成する手段を有している。複数の拡散面を形成する手段は、セパレータＳ１の少なくとも端部を屈曲若しくは湾曲して形成したものであり、この実施形態では、屈曲して形成したものを例示している。 The separator S1 divides one unit cell fuel gas channel G1 and the other unit cell oxidizing gas channel G2 between the unit cells C1 adjacent to each other in the stacking direction. Further, the separator S1 is provided with a fuel gas outlet E1 and an oxidizing gas outlet E2 that open the fuel gas passage G1 and the oxidizing gas passage G2 to the combustion region Q at the end thereof. Furthermore, the separator S1 has means for forming a plurality of diffusion surfaces at the end portions where the fuel gas and the oxidizing gas flowing out from the fuel gas outlet E1 and the oxidizing gas outlet E2 come into contact with each other. The means for forming the plurality of diffusion surfaces is formed by bending or curving at least the end of the separator S1, and in this embodiment, the one formed by bending is illustrated.
燃料ガス（アノードガス）は、炭化水素や一酸化炭素、水素などを含有する。また、酸化ガス（カソードガス）は、酸素ガス若しくは酸素含有ガスであり、一般的には空気である。これらのガスは、単セルに供給されて発電に寄与するので、発電利用後のものは、厳密には炭化水素や一酸化炭素、水素などの他、水蒸気や二酸化炭素も含有する燃料排ガス、及び酸素を含有する酸化排ガスである。 The fuel gas (anode gas) contains hydrocarbon, carbon monoxide, hydrogen and the like. The oxidizing gas (cathode gas) is an oxygen gas or an oxygen-containing gas, and is generally air. Since these gases are supplied to a single cell and contribute to power generation, those after use of power generation are strictly fuel exhaust gas containing water vapor and carbon dioxide in addition to hydrocarbons, carbon monoxide, hydrogen, and the like, and Oxidized exhaust gas containing oxygen.
この実施形態のセパレータＳ１は、ステンレス等の金属から成る矩形の板部材であって、全体的に、断面台形の凹凸から成る表裏反転した波形状であり、その端部に、波形状によって複数の拡散面を形成する手段を構成している。このセパレータＳ１は、例えばプレス加工により容易に成形することができる。また、セパレータＳ１は、波形状が水平断面に表れる向きで配置され、一方の面における波形凹部で燃料ガス流路Ｇ１を形成し、他方の面における波形凹部で酸化ガス流路Ｇ２を形成している。 Separator S1 of this embodiment is a rectangular plate member made of a metal such as stainless steel, and has a wave shape that is generally reversed with front and back surfaces having a trapezoidal cross section, and has a plurality of wave shapes at its end. A means for forming the diffusion surface is configured. The separator S1 can be easily formed by, for example, pressing. Further, the separator S1 is arranged in a direction in which the wave shape appears in the horizontal cross section, the fuel gas flow path G1 is formed by the corrugated concave portion on one surface, and the oxidizing gas flow path G2 is formed by the corrugated concave portion on the other surface. Yes.
そして、セパレータＳ１は、図１（Ｃ）にも示すように、その上端部に、図１（Ｃ）中に黒丸で示す燃料ガス出口Ｅ１と、同図中に白丸で示す酸化ガス出口Ｅ２とを交互に配列させている。なお、図１（Ｃ）中の黒丸及び白丸は各出口Ｅ１，Ｅ２の配置を示すもので、各出口Ｅ１，Ｅ２の形状は、セパレータＳ１の凹凸形状である台形である。 As shown in FIG. 1C, the separator S1 has a fuel gas outlet E1 indicated by a black circle in FIG. 1C and an oxidizing gas outlet E2 indicated by a white circle in FIG. Are arranged alternately. Note that black circles and white circles in FIG. 1C indicate the arrangement of the outlets E1 and E2, and the shapes of the outlets E1 and E2 are trapezoids that are uneven shapes of the separator S1.
マニホルドＭは、図１（Ｄ）に示すように、平面矩形状の基盤５と、基盤５の一端部両側に配置した燃料ガス及び酸化ガスの導入部６Ａ，６Ｂとを備えている。基盤５は、その内部両側に、各導入部６Ａ，６Ｂに連通する直線状の主流路７Ａ，７Ｂを互いに平行に有し、両主流路７Ａ，７Ｂには、相手側に向けて延出する複数の枝流路８Ａ，８Ｂが設けてある。各枝流路８Ａ，８Ｂは、燃料ガス用と酸化ガス用とが、互いに平行で且つ所定間隔をおいて交互に配置してある。
As shown in FIG. 1D, the manifold M includes a planar
上記のマニホルドＭに対して、積層体ＦＳは、その積層方向が枝流路８Ａ，８Ｂの配列方向（図１Ｃ，Ｄ中で上下方向）となる向きで配置される。そして、積層体ＦＳ及びマニホールドＭは、単セルＣ１の夫々の位置において、燃料ガス流路Ｇ１と燃料ガス用の枝流路８Ａとを連通させると共に、酸化ガス流路Ｇ２と酸化ガス用の枝流路８Ｂとを連通させている。また、マニホルドＭの各導入部６Ａ，６Ｂには、燃料ガス及び酸化ガスの各供給手段（図示せず）が夫々接続される。
With respect to the manifold M, the stacked body FS is arranged in such a direction that the stacking direction is the arrangement direction of the
なお、燃料電池ＦＣ１は、車載用電源としての適用を考慮した場合、運転状態まで急速に昇温させることができるように、熱容量を可能な限り小さくすることが重要である。その対策の一つとしては、セパレータＳ１の薄肉化が挙げられ、例えば、セパレータＳ１の厚さを０．３ｍｍ以下にすることが有効である。このような薄肉のセパレータＳ１は、燃焼領域Ｑ付近の高温化によって歪みなどの熱変形を起こす可能性があるが、上記したような波形状にすることで熱変形を抑制し、発電耐久性を向上させることができる。 In consideration of application as an in-vehicle power source, it is important to make the fuel cell FC1 as small as possible so that the temperature can be rapidly raised to an operating state. One countermeasure is to reduce the thickness of the separator S1. For example, it is effective to set the thickness of the separator S1 to 0.3 mm or less. Such a thin separator S1 may cause thermal deformation such as distortion due to a high temperature in the vicinity of the combustion region Q. However, by making the wave shape as described above, the thermal deformation is suppressed and power generation durability is improved. Can be improved.
上記構成を備えた燃料電池ＦＣ１は、マニホルドＭを介して、燃料ガス（図１中に点線矢印で示す）と酸化ガス（図１中に実線矢印で示す）とを積層体ＦＳの燃料ガス流路Ｇ１及び酸化ガス流路Ｇ２に導入し、これらのガスを各単セルＣ１の燃料極層２及び空気極層３に夫々供給して、電気化学反応により発電を行う。そして、燃料電池ＦＣ１は、発電利用後の燃料ガス（燃料排ガス）及び酸化ガス（酸化排ガス）を燃料ガス出口Ｇ１及び酸化ガス出口Ｇ２から上方に流出させて、燃料領域Ｑにおいて双方を混合燃焼させる。その燃焼ガスは、筐体Ｂの排気部Ｄから排出される。
The fuel cell FC1 having the above-described configuration is configured such that a fuel gas (indicated by a dotted line arrow in FIG. 1) and an oxidizing gas (indicated by a solid line arrow in FIG. 1) flow through the manifold M in the stacked body FS. The gas is introduced into the channel G1 and the oxidizing gas channel G2, and these gases are supplied to the
このとき、燃料電池ＦＣ１は、セパレータＳ１の少なくとも端部に、屈曲した波形状により、燃料ガス出口Ｇ１及び酸化ガス出口Ｇ２から流出した燃料ガス及び酸化ガスが互いに接触する複数の拡散面を形成するので、燃焼領域Ｑにおいて、複数の拡散面での酸化反応による発光現象である炎が複数形成される。つまり、燃料電池ＦＣ１は、上記の如く複数の拡散面を形成することで、燃料ガス及び酸化ガスの分子の衝突する機会を多く設け、一般的な拡散燃焼にならないようにして、実質的に予混合燃焼若しくは予混合燃焼に近い燃焼を行う。 At this time, the fuel cell FC1 forms, at least at the end of the separator S1, a plurality of diffusion surfaces in which the fuel gas and the oxidizing gas that have flowed out from the fuel gas outlet G1 and the oxidizing gas outlet G2 come into contact with each other due to the bent wave shape. Therefore, in the combustion region Q, a plurality of flames that are light emission phenomena due to oxidation reactions on a plurality of diffusion surfaces are formed. In other words, the fuel cell FC1 has a plurality of diffusion surfaces as described above, thereby providing many opportunities for collision of fuel gas and oxidant gas molecules, and preventing substantial diffusion combustion. Combustion close to mixed combustion or premixed combustion.
ここで、図２に基づいて、予混合燃焼及び拡散燃焼について説明する。予混合燃焼は、図２（Ａ１）に示すように、燃料ガスと酸化ガスとが予め混合されているために、均質な燃焼となる。また、予混合燃焼では、炎の内部でも反応するため、図２（Ａ２）に示すように、炎の下部（Ａ）、中央部（Ｂ）、及び上部（Ｃ）のいずれでも温度分布が緩慢であり、炎が重力の向きに影響され難くい。 Here, premixed combustion and diffusion combustion will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2 (A1), the premixed combustion is a homogeneous combustion because the fuel gas and the oxidizing gas are mixed in advance. In addition, since the premixed combustion also reacts inside the flame, the temperature distribution is slow at any of the lower part (A), the central part (B), and the upper part (C) of the flame as shown in FIG. 2 (A2). It is difficult for the flame to be affected by the direction of gravity.
これに対して、拡散燃焼は、図２（Ｂ１）に示すように、内部の燃料ガスと外部の酸化ガスとが接触した界面において、拡散した燃料分子と酸素分子が衝突した領域での燃焼となる。このため、拡散燃焼では、拡散面で反応して高温化し、図２（Ｂ２）に示すように、浮力と対流によって上部になるほど（Ａ→Ｃ）高温になり、炎が鉛直に立ち上がる。 On the other hand, as shown in FIG. 2 (B1), diffusion combustion is combustion in a region where the diffused fuel molecules collide with oxygen molecules at the interface where the internal fuel gas and the external oxidizing gas contact. Become. For this reason, in diffusion combustion, it reacts on the diffusion surface to increase the temperature, and as shown in FIG. 2 (B2), the higher the temperature is due to buoyancy and convection (A → C), the higher the temperature rises.
すなわち、図３（Ａ１）に示す燃料電池ＦＣ１は、波形状のセパレータＳ１により、燃料ガス出口Ｅ１と酸化ガス出口Ｅ２とを交互に配列させたので、燃料ガス及び酸化ガスが互いに接触する拡散面を多数形成して実質的に予混合燃焼若しくは予混合燃焼に近い燃焼を行い、図３（Ａ２）に示すように単セルＣ１の上部に低温の小さな炎を多数形成する。 That is, in the fuel cell FC1 shown in FIG. 3 (A1), the fuel gas outlet E1 and the oxidizing gas outlet E2 are alternately arranged by the wave-shaped separator S1, so that the diffusion surface where the fuel gas and the oxidizing gas contact each other Are formed to perform premixed combustion or combustion close to premixed combustion, and a large number of low-temperature small flames are formed above the single cell C1 as shown in FIG. 3 (A2).
これに対して、図３（Ｂ１）に示す従来型の燃料電池ＰＣでは、燃料ガス流路Ｇ１と酸化ガス流路Ｇ２が平板状のセパレータＳで区画しているので、本発明の燃料電池ＦＣ１に比べて、単セルＣの幅方向のみ単一の拡散面を形成して拡散燃焼を行い、図３（Ｂ２）に示すように単セルＣの上部に高温の大きな炎を形成する。 On the other hand, in the conventional fuel cell PC shown in FIG. 3 (B1), the fuel gas channel G1 and the oxidizing gas channel G2 are partitioned by the flat separator S, so that the fuel cell FC1 of the present invention. In comparison with FIG. 3, a single diffusion surface is formed only in the width direction of the single cell C to perform diffusion combustion, and a large high-temperature flame is formed on the upper portion of the single cell C as shown in FIG.
したがって、燃料電池ＦＣ１は、図３（Ｃ）中に点線で示す拡散燃焼の温度分布に対して、同図中に実線で示すように、燃焼温度が低いうえに温度分布が大幅に均一化されたものとなる。 Therefore, in the fuel cell FC1, the temperature distribution of the diffusion combustion shown by the dotted line in FIG. 3C is low and the temperature distribution is greatly uniformed as shown by the solid line in the figure. It will be.
上記実施形態の燃料電池ＦＣ１では、複数の拡散面により小さい炎を形成するので、燃焼の温度上昇による対流で炎が鉛直方向へ立ち上がることを極力低減させることが可能になる。これにより、燃焼領域Ｑを小さくしたり、後述する第２実施形態のように燃焼領域を単セルＣ１の側部に設けたりすることが可能になる。 In the fuel cell FC1 of the above embodiment, since smaller flames are formed on the plurality of diffusion surfaces, it is possible to reduce as much as possible that the flames rise in the vertical direction due to convection due to a rise in combustion temperature. Thereby, it becomes possible to make the combustion region Q small, or to provide the combustion region on the side portion of the single cell C1 as in the second embodiment described later.
このようにして、上記の燃料電池ＦＣ１は、燃焼領域Ｑの温度分布を均一にすることができると共に、燃焼領域Ｑを含む構成のレイアウトの自由度を高めることができる。また、燃料電池ＦＣ１は、燃焼領域Ｑの温度分布の均一化により、単セルＣ１に与える熱応力も均一化して、単セルＣ１の構成部材の破損を防止することができる。 In this way, the fuel cell FC1 described above can make the temperature distribution in the combustion region Q uniform and increase the degree of freedom of the layout including the combustion region Q. In addition, the fuel cell FC1 can uniformize the thermal stress applied to the single cell C1 by making the temperature distribution in the combustion region Q uniform, thereby preventing damage to the constituent members of the single cell C1.
さらに、燃料電池ＦＣ１は、燃焼領域Ｑを小さくすることが可能であるから、上記実施形態のように単セルＣ１の上部に燃焼領域Ｑを有する構成では、具体的には筐体Ｂの高さ寸法を小さくし、燃料電池ＦＣ１の小型軽量化を図ることができる。また、燃料電池ＦＣ１は、実質的に予混合燃焼若しくは予混合燃焼に近い燃焼を行うので、煤の発生などを抑えることもできる。 Furthermore, since the fuel cell FC1 can reduce the combustion region Q, in the configuration having the combustion region Q above the single cell C1 as in the above embodiment, specifically, the height of the casing B It is possible to reduce the size and reduce the size and weight of the fuel cell FC1. In addition, since the fuel cell FC1 performs combustion substantially similar to premixed combustion or premixed combustion, generation of soot can be suppressed.
さらに、燃料電池ＦＣ１は、波形状のセパレータＳ１を採用したことにより、プレス加工により大量生産が容易なセパレータＳ１を用いて、燃料ガス及び酸化ガスが互いに接触する複数の拡散面を形成する手段を得ることができ、製造コストの低減なども実現することができる。 Further, since the fuel cell FC1 employs the wave-shaped separator S1, means for forming a plurality of diffusion surfaces where the fuel gas and the oxidizing gas are in contact with each other using the separator S1 that can be easily mass-produced by pressing. It can be obtained, and a reduction in manufacturing cost can also be realized.
以下、図４〜図１１に基づいて、第２〜第８の実施形態を説明する。なお、以下の各実施形態において、第１実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。 Hereinafter, the second to eighth embodiments will be described with reference to FIGS. In the following embodiments, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
〈第２実施形態〉
図４（Ａ）に示す燃料電池ＦＣ２は、図５に示す円盤状の単セルＣ２と同じく円盤状のセパレータＳ２とを交互に積層して、図５（Ｂ）に平面を示す積層体ＦＳを構成し、マニホルドＭの上に、積層方向を鉛直方向にした姿勢で積層体ＦＳを配置すると共に、この積層体ＦＳを筐体Ｂで包囲している。
Second Embodiment
A fuel cell FC2 shown in FIG. 4 (A) has a disk-like single cell C2 shown in FIG. 5 and a disk-like separator S2 alternately stacked, and a stack FS having a plane shown in FIG. 5 (B). The stacked body FS is arranged on the manifold M in a posture in which the stacking direction is set to the vertical direction, and the stacked body FS is surrounded by the casing B.
単セルＣ２及びセパレータＳ２の中央部には、円盤状のガス流路部材１０が配置してある。ガス流路部材１０は、その中心に配置した酸化ガス導入孔１０Ｂと、酸化ガス導入口１０Ａの周囲に９０°間隔で配置した四個の燃料ガス導入孔１０Ａとを備えている。この酸化ガス導入孔１０Ｂ及び各燃料ガス導入孔１０Ａは、半径方向に連通してガス流路部材１０の外周部に開口する流通路（図示せず）を夫々有している。
A disc-shaped gas
また、ガス流路部材１０は、単セルＣ２及びセパレータＳ２と共に多段に積層した状態において、燃料ガス導入孔１０Ａ及び酸化ガス導入孔１０Ｂの夫々が互いに連通して、図４（Ｂ）に示すように、積層方向に連続する燃料ガス導入路Ｆ１及び酸化ガス導入路Ｆ２を形成する。
In the state where the gas
セパレータＳ２は、台形の凹凸から成る屈曲した波形状を成すものであり、図５（Ａ）に示すように、凹部及び凸部が、概略放射状に且つ同一の円周方向（図では時計回り方向）に湾曲した状態に形成してある。このセパレータＳ２は、図５（Ｂ）に示すように、積層方向に隣接する単セルＣ１同士の間において、一方の単セル用の燃料ガス流路Ｇ１と他方の単セル用の酸化ガス流路Ｇ２とを区画している。 The separator S2 has a curved wave shape composed of trapezoidal irregularities, and as shown in FIG. 5 (A), the concave and convex portions are substantially radially and in the same circumferential direction (in the clockwise direction in the figure). ) In a curved state. As shown in FIG. 5B, the separator S2 includes a fuel gas channel G1 for one unit cell and an oxidizing gas channel for the other unit cell between the unit cells C1 adjacent in the stacking direction. G2 is partitioned.
すなわち、セパレータＳ２は、一方の面における波形凹部で燃料ガス流路Ｇ１を形成し、他方の面における波形凹部で酸化ガス流路Ｇ２を形成している。そして、セパレータＳ１は、屈曲した波形状により、その外周側の端部に、円周方向にわたって燃料ガス出口Ｅ１と酸化ガス出口Ｅ２とを交互に配列させている。 That is, in the separator S2, the fuel gas flow path G1 is formed by the corrugated concave portion on one surface, and the oxidizing gas flow path G2 is formed by the corrugated concave portion on the other surface. The separator S1 has a bent wave shape in which fuel gas outlets E1 and oxidizing gas outlets E2 are alternately arranged in the circumferential direction at the end on the outer peripheral side.
これにより、セパレータＳ２は、その外周端部に、燃料ガス出口Ｅ１及び酸化ガス出口Ｅ２から流出した燃料ガス及び酸化ガスが互いに接触する複数の拡散面を形成する手段を備えたものとなる。したがって、この実施形態では、単セルＣ２及びセパレータＳの側部である外周側に、燃料ガス及び酸化ガスを混合燃焼させる燃焼領域Ｑが形成される。 Thereby, separator S2 is provided with a means for forming a plurality of diffusion surfaces where fuel gas and oxidant gas which flowed out from fuel gas outlet E1 and oxidant gas outlet E2 contact each other in the peripheral edge part. Therefore, in this embodiment, a combustion region Q in which the fuel gas and the oxidizing gas are mixed and burned is formed on the outer peripheral side which is the side portion of the single cell C2 and the separator S.
マニホルドＭは、図４（Ｂ）（Ｃ）に示すように、矩形状の基盤５と、基盤５の一端部両側に配置した燃料ガス及び酸化ガスの導入部６Ａ，６Ｂと、基盤５の他端部に配置した排気部Ｄとを備えている。基盤５は、その内部に、各導入部６Ａ，６Ｂ及び排気部Ｄに連通する流路７Ａ，７Ｂ，７Ｃを有している。
As shown in FIGS. 4B and 4C, the manifold M includes a
そして、マニホルドＭは、基盤５上に積層体ＦＳを設置した状態において、燃料ガス導入路Ｆ１の下端部と燃料ガス用の流路７Ａとが連通し、酸化ガス導入路Ｆ２の下端部と酸化ガス用の流路７Ｂとが連通する。また、積層体ＦＳと筐体Ｂとの間には、燃焼領域Ｑを含む環状空間が形成され、マニホルドＭにおいて、環状空間の下端部と排気ガス用の流路７Ｃとが連通する。
The manifold M is connected to the lower end portion of the fuel gas introduction passage F1 and the
上記の燃料電池ＦＣ２は、第１実施形態と同様に、マニホルドＭを介して、燃料ガスと酸化ガスとを積層体ＦＳの燃料ガス流路Ｇ１及び酸化ガス流路Ｇ２に導入し、これらのガスを各単セルＣ２に夫々供給して電気化学反応により発電を行う。そして、燃料電池ＦＣ１は、発電利用後の燃料ガス及び酸化ガスを燃料ガス出口Ｅ１及び酸化ガス出口Ｅ２から積層体ＦＳの横方向に流出させ、燃料領域Ｑにおいて双方を混合燃焼させる。その燃焼ガスは、マニホルドＭの排気部Ｄから排出される。 Similar to the first embodiment, the fuel cell FC2 introduces the fuel gas and the oxidizing gas into the fuel gas channel G1 and the oxidizing gas channel G2 of the stacked body FS via the manifold M, and these gases. Is supplied to each single cell C2 to generate electricity by an electrochemical reaction. Then, the fuel cell FC1 causes the fuel gas and the oxidizing gas after use of power generation to flow out from the fuel gas outlet E1 and the oxidizing gas outlet E2 in the lateral direction of the stacked body FS, and both are mixed and burned in the fuel region Q. The combustion gas is discharged from the exhaust part D of the manifold M.
上記の燃料電池ＦＣ２は、セパレータＳ２の外周端部を屈曲した波形状にして、燃料ガス及び酸化ガスが互いに接触する複数の拡散面を形成するので、燃焼領域Ｑにおいて、実質的に予混合燃焼若しくは予混合燃焼に近い燃焼が行われ、重力の向きに影響され難くい低温で且つ小さな炎を複数形成する。よって、単セルＣ２の側部に燃焼領域Ｑを配置したものとなる。 The fuel cell FC2 has a wave shape in which the outer peripheral end of the separator S2 is bent to form a plurality of diffusion surfaces in which the fuel gas and the oxidizing gas are in contact with each other. Alternatively, combustion close to premixed combustion is performed, and a plurality of small flames are formed at low temperatures that are not easily affected by the direction of gravity. Therefore, the combustion region Q is disposed on the side portion of the single cell C2.
このようにして、上記の燃料電池ＦＣ２にあっても、燃焼領域Ｑの温度分布を均一にすることができると共に、燃焼領域Ｑを含む構成のレイアウトの自由度を高めることができる。また、燃料電池ＦＣ２は、燃焼領域Ｑの温度分布の均一化により、単セルＣ１に与える熱応力も均一化して、単セルＣ１の構成部材の破損を防止し、このほか、燃料電池ＦＣ１の小型軽量化、煤の発生の抑制、及び製造コストの低減などを実現する。 In this manner, even in the fuel cell FC2, the temperature distribution in the combustion region Q can be made uniform, and the degree of freedom of the layout including the combustion region Q can be increased. The fuel cell FC2 also uniformizes the temperature distribution in the combustion region Q, thereby uniformizing the thermal stress applied to the single cell C1, thereby preventing damage to the components of the single cell C1. Realizes weight reduction, suppression of wrinkles, and reduction of manufacturing costs.
〈第３実施形態〉
図６に一部を示す燃料電池は、第１実施形態と同様の基本構成を有し、単セルＣ１が平板状であると共に、セパレータＳ１が屈曲した波形状であり、積層方向に隣接するセパレータＳ１同士が、波形凹凸の半ピッチ分だけ互いにずれる状態に配置してある。すなわち、隣接するセパレータＳ１同士において、単セルＣ１を間にして、一方のセパレータＳ１の波形凹部と、他方のセパレータＳ１の波形凹部が対向する配置である。別の表現として、燃料極層２に相対向する一方のセパレータＳ１燃料ガス流路Ｇ１と、空気極層３に相対向する他方のセパレータＳ１酸化ガス流路Ｇ２とが、単セルＣ１を間にして対向配置されている。
<Third Embodiment>
The fuel cell partially shown in FIG. 6 has the same basic configuration as that of the first embodiment, the single cell C1 has a flat plate shape, the separator S1 has a curved wave shape, and is adjacent to the stacking direction. S1s are arranged so as to be shifted from each other by a half pitch of the corrugated irregularities. That is, in the adjacent separators S1, the corrugated recesses of one separator S1 and the corrugated recesses of the other separator S1 face each other with the single cell C1 in between. As another expression, one separator S1 fuel gas channel G1 facing the
上記実施形態の燃料電池にあっても、先の各実施形態と同様の効果を得ることができ、さらには、積層方向に隣接するセパレータＳ１同士を、波形凹凸の半ピッチ分だけ互いにずれる状態に配置したので、単セルＣ１の破損防止や、多孔金属層４を含むや燃料極層２の酸化、及び空気極層３の還元を抑制することができる。
Even in the fuel cell of the above embodiment, the same effects as those of the previous embodiments can be obtained. Further, the separators S1 adjacent to each other in the stacking direction are shifted from each other by a half pitch of the corrugated irregularities. Since it arrange | positions, the damage prevention of the single cell C1 and the oxidation of the
つまり、燃料電池は、先述したように、急速起動を考慮すると単セルＣ１の熱容量も非常に小さくする必要があり、自ずと単セルＣ１を非常に薄くする必要がある。その一方、セパレータＳ１を波形状にして単セルＣ１に密着させる場合、セパレータＳ１を適当な荷重で単セルＣ１に押し付ける必要がある。 In other words, as described above, the fuel cell needs to have a very small heat capacity of the single cell C1 in consideration of rapid start-up, and the single cell C1 needs to be very thin. On the other hand, when the separator S1 is wave-shaped and is brought into close contact with the single cell C1, it is necessary to press the separator S1 against the single cell C1 with an appropriate load.
そこで、この実施形態では、積層方向に隣接するセパレータＳ１同士を、波形凹凸の半ピッチ分だけ互いにずれる状態に配置して、一方のセパレータＳ１の波形凸部の位置と、他方のセパレータＳ１の波形凸部の位置とを合わせ、両方の波形凸部で単セルＣ１を挟持する。これにより、燃料電池では、薄い単セルＣ１を採用した場合、その単セルＣ１に余計な機械的応力が生じないようにし、単セルＣ１の破損を防止する。換言すれば、薄肉の単セルＣ１の採用を可能にし、単セルＣ１の熱容量の低減、燃料電池の急速起動に貢献し得るものとなる。 Therefore, in this embodiment, the separators S1 adjacent to each other in the stacking direction are arranged so as to be shifted from each other by a half pitch of the corrugated irregularities, and the position of the corrugated convex portion of one separator S1 and the waveform of the other separator S1. The unit cell C1 is sandwiched between the corrugated convex portions by matching the positions of the convex portions. Thereby, in the fuel cell, when the thin single cell C1 is adopted, excessive mechanical stress is not generated in the single cell C1, and damage to the single cell C1 is prevented. In other words, the thin single cell C1 can be adopted, and it can contribute to the reduction of the heat capacity of the single cell C1 and the rapid start-up of the fuel cell.
また、燃料電池は、積層方向に隣接するセパレータＳ１同士を、波形凹凸の半ピッチ分だけ互いにずれる状態に配置したので、単セルＣ１を挟んで対向する２つの波形凹部に異種のガスが流通する。つまり、相対向するうちの一方の波形凹部に燃料ガスが流通し、他方の波形凹部に酸化ガスが流通する。これにより、単セルＣ１及びセパレータＳ１の端部において、単位容積あたりに吐出される燃料ガス又は酸化ガスの量が偏らないようにし、燃料極層２の酸化や、空気極層３の還元を抑制する。
In the fuel cell, the separators S1 adjacent to each other in the stacking direction are arranged so as to be shifted from each other by a half pitch of the corrugated irregularities, so that different types of gas circulate in the two corrugated concaves facing each other across the single cell C1. . That is, fuel gas flows through one of the corrugated recesses facing each other, and oxidizing gas flows through the other corrugated recess. This prevents the amount of fuel gas or oxidizing gas discharged per unit volume from being biased at the ends of the unit cell C1 and the separator S1, thereby suppressing oxidation of the
なお、単セルＣ１の端部（ガス出口側の端部）では、例えば、単位容積あたりの燃料ガスの量が多くなると、吐出された燃料が酸化されずに空気極層３に拡散し、空気極材料を還元して劣化させる可能性がある。また、単位容積あたりの酸化ガスの量が多くなると、支持体である多孔金属層４や、燃料極層２を酸化し，酸化膨張による破損が生じる可能性がある。上記燃料電池は、このようなガス量の偏りによる不具合を解消するのである。
At the end portion (end portion on the gas outlet side) of the single cell C1, for example, when the amount of fuel gas per unit volume increases, the discharged fuel is not oxidized but diffused into the
〈第４実施形態〉
図７（Ａ）に一部を示す燃料電池は、第１実施形態と同様の基本構成を有し、単セルＣ１が平板状であると共に、セパレータＳ１が屈曲した波形状であり、セパレータＳ１の波形凹凸の１ピッチ分の長さｂが、積層方向に隣接する単セルＣ１同士の間隔寸法ａ以下（ｂ≦ａ）になっている。
<Fourth embodiment>
The fuel cell, part of which is shown in FIG. 7A, has the same basic configuration as that of the first embodiment, and the single cell C1 has a flat plate shape and a wave shape in which the separator S1 is bent. The length b corresponding to one pitch of the corrugated irregularities is equal to or smaller than the interval dimension a (b ≦ a) between the single cells C1 adjacent in the stacking direction.
上記の燃料電池にあっても、先の各実施形態と同様の効果を得ることができるほか、セパレータＳ１の波形凹凸の１ピッチ分の長さｂを単セルＣ１同士の間隔寸法ａ以下にしたので、より多くの燃料ガス出口Ｇ１及び酸化ガス出口Ｇ２が配置される。このような燃料電池は、図７（Ｂ）の上側に示すように、燃料ガス及び酸化ガスが互いに接触する拡散面をより多く形成して、予混合燃焼による小さな炎をより多く生じさせる。 Even in the above fuel cell, the same effects as those of the previous embodiments can be obtained, and the length b of one pitch of the corrugated unevenness of the separator S1 is set to be equal to or smaller than the interval dimension a between the single cells C1. Therefore, more fuel gas outlets G1 and oxidizing gas outlets G2 are arranged. In such a fuel cell, as shown in the upper side of FIG. 7B, more diffusion surfaces where the fuel gas and the oxidizing gas are in contact with each other are formed, and more small flames are generated due to premixed combustion.
これにより、燃料電池は、図７（Ｂ）の下側に示す電池、すなわち炎が少なくて大きい電池の燃焼温度（点線）に比べて、燃焼領域Ｑにおける燃焼温度（実線）が低くなり、燃焼温度のさらなる均一化を図ることができる。 As a result, the fuel cell has a lower combustion temperature (solid line) in the combustion region Q than the combustion temperature (dotted line) of the battery shown in the lower side of FIG. Further uniform temperature can be achieved.
〈第５実施形態〉
図８（Ａ）に一部を示す燃料電池ＦＣ１は、第１実施形態と同様の基本構成を有し、単セルＣ１が平板状であると共に、セパレータＳ１が屈曲した波形状であり、セパレータＳ１の端部に、各燃料ガス出口（図１中の符号Ｅ１）及び各酸化ガス出口（図１中の符号Ｅ２）に夫々対応する吐出孔２０Ａ，２０Ｂを有する出口部材２０を備えている。
<Fifth Embodiment>
A fuel cell FC1 partially shown in FIG. 8A has the same basic configuration as that of the first embodiment, the single cell C1 has a flat plate shape, has a wave shape in which the separator S1 is bent, and the separator S1. Are provided with
つまり、各吐出孔吐出孔２０Ａ，２０Ｂは、交互に配置された燃料ガス出口及び各酸化ガス出口に対応して、燃料ガス用と酸化ガス用とが交互に配置されている。また、出口部材２０においては、吐出孔２０Ａ，２０Ｂの間隔ｃが、積層方向に隣接する単セルＣ１同士の間隔ａ以下（ｃ≦ａ）になっている。この場合、セパレータＳ１は、先の第４実施形態のように、波形凹凸の１ピッチ分の長さｂを単セルＣ１同士の間隔寸法ａ以下にしたものであることがより好ましい。
That is, the discharge holes 20A and 20B are alternately arranged for the fuel gas and the oxidizing gas corresponding to the alternately arranged fuel gas outlets and the oxidizing gas outlets. In the
上記の燃料電池ＦＣ１にあっても、先の各実施形態と同様の効果を得ることができると共に、出口部材２０の採用により、単セルＣ１の端面を保護することができる。また、燃料電池ＦＣ１は、吐出孔２０Ａ，２０Ｂの間隔ｃを単セルＣ１同士の間隔ａ以下にしたので、燃料ガス及び酸化ガスが互いに接触する拡散面をより多く形成して、予混合燃焼による小さな炎をより多く生じさせ、燃焼領域Ｑにおける燃焼温度のさらなる低減、燃焼温度のさらなる均一化を図ることができる。
Even in the fuel cell FC1, the same effects as those of the previous embodiments can be obtained, and the end face of the single cell C1 can be protected by adopting the
〈第６実施形態〉
図９（Ａ）に一部を示す燃料電池ＦＣ１は、第１実施形態と同様の基本構成を有し、単セルＣ１が平板状であると共に、セパレータＳ１が屈曲した波形状であり、セパレータＳ１の波形凹凸のピッチに関して、中央領域のピッチＰ１よりも側部領域のピッチＰ２が大きくなっている。
<Sixth Embodiment>
The fuel cell FC1 partially shown in FIG. 9A has the same basic configuration as that of the first embodiment, the single cell C1 has a flat plate shape, has a wave shape in which the separator S1 is bent, and the separator S1. The pitch P2 in the side region is larger than the pitch P1 in the central region.
上記の燃料電池ＦＣ１にあっても、先の各実施形態と同様の効果を得ることができると共に、燃焼領域Ｑにおける温度分布のさらなる均一化を実現する。すなわち、燃料電池ＦＣ１では、放熱の影響により、中央部の温度が最も高温になる。つまり、セパレータＳ１の波形凹凸のピッチが全体的に同じである場合には、図９（Ｂ）中に点線で示すように、中央領域に対して側部領域の温度が低くなる。 Even in the fuel cell FC1, the same effects as those of the previous embodiments can be obtained, and the temperature distribution in the combustion region Q can be further uniformized. That is, in the fuel cell FC1, the temperature at the center becomes the highest due to the influence of heat dissipation. That is, when the pitch of the corrugated unevenness of the separator S1 is the same as a whole, as shown by a dotted line in FIG. 9B, the temperature of the side region is lower than the central region.
そこで、燃料電池ＦＣ１では、中央領域の波形凹凸のピッチＰ１よりも側部領域のピッチＰ２を大きくすることで、中央領域には予混合燃焼による小さい炎を形成し、側部領域には同燃焼による大きい炎を形成する。これにより、燃料電池ＦＣ１は、図９（Ｂ）に実線で示すように、中央領域に対して側部領域の温度を高め、全体の温度分布のさらなる均一化を実現する。 Therefore, in the fuel cell FC1, by making the pitch P2 in the side region larger than the pitch P1 of the corrugated irregularities in the central region, a small flame is formed in the central region by premixed combustion, and the same combustion is generated in the side region. To form a big flame. Thereby, as shown by a solid line in FIG. 9B, the fuel cell FC1 raises the temperature of the side region with respect to the central region, thereby realizing further uniformization of the entire temperature distribution.
〈第７実施形態〉
図１０に一部を示す燃料電池ＦＣ１は、第１実施形態と同様の基本構成を有し、単セルＣ１が平板状であると共に、セパレータＳ１が屈曲した波形状であり、セパレータＳ１の波形凹凸のピッチに関して、中央領域のピッチＰ１よりも側部領域のピッチＰ２が大きくなっている。また、燃料電池ＦＣ１は、積層方向においても、中央領域のピッチＰ１よりも側部領域のピッチＰ２が大きくなっている。すなわち、波形凹凸のピッチが異なる複数のセパレータＳ１を用いている。
<Seventh embodiment>
A fuel cell FC1 partially shown in FIG. 10 has the same basic configuration as that of the first embodiment, the single cell C1 has a flat plate shape, and has a wave shape in which the separator S1 is bent. The pitch P2 in the side region is larger than the pitch P1 in the central region. The fuel cell FC1 also has a pitch P2 in the side region larger than the pitch P1 in the central region in the stacking direction. That is, a plurality of separators S1 having different corrugated pitches are used.
上記の燃料電池ＦＣ１にあっても、先の各実施形態と同様の効果を得ることができると共に、燃焼領域Ｑにおいて、セパレータＳ１の幅方向の温度分布だけでなく、積層方向の温度分布も均一化し、積層体ＦＳにおける全体的な温度分布の均一化を実現する。 Even in the fuel cell FC1, the same effects as those of the previous embodiments can be obtained, and in the combustion region Q, not only the temperature distribution in the width direction of the separator S1, but also the temperature distribution in the stacking direction is uniform. And uniformization of the overall temperature distribution in the stacked body FS is realized.
〈第８実施形態〉
図１１（Ａ）に一部を示す燃料電池ＦＣ１は、第１実施形態と同様の基本構成を有し、単セルＣ１が平板状であると共に、セパレータＳ１が屈曲した波形状であり、セパレータＳ１の端部近傍に、流出直前の燃料ガスと酸化ガスとを混合させるための通し孔Ｈを設けた構成である。
<Eighth Embodiment>
A fuel cell FC1 partially shown in FIG. 11A has the same basic configuration as that of the first embodiment, the single cell C1 has a flat plate shape, and has a wave shape in which the separator S1 is bent. The through hole H for mixing the fuel gas just before the outflow and the oxidizing gas is provided in the vicinity of the end of the.
上記の燃料電池ＦＣ１にあっても、先の各実施形態と同様の効果を得ることができると共に、セパレータＳ１の端部近傍に通し孔Ｈを設けたので、燃料ガス流路Ｇ１及び酸化ガス流路Ｇ２の末端部で燃料ガスと酸化ガスの混合が行われる。これにより、燃料電池ＦＣ１では、確実に予混合燃焼が行われ、温度分布のさらなる均一化や煤形成の抑制などを実現することができる。 Even in the fuel cell FC1, the same effects as those of the previous embodiments can be obtained, and the through hole H is provided near the end of the separator S1, so that the fuel gas flow path G1 and the oxidizing gas flow are provided. The fuel gas and the oxidizing gas are mixed at the end of the path G2. Thereby, in the fuel cell FC1, premixed combustion is reliably performed, and it is possible to achieve further uniform temperature distribution and suppression of soot formation.
なお、上記の各実施形態では、端部に複数の拡散面を形成する手段を備えたセパレータとして、台形の凹凸から成る屈曲した波形状のセパレータＳ１，Ｓ２を例示したが、図１１（Ｂ）に示すような四角形の凹凸から成る屈曲した波形状のセパレータＳ３を用いたり、湾曲した波形状（正弦波状）などのセパレータを用いることができ、その形状がとくに限定されるものではない。 In each of the above embodiments, the bent wave-shaped separators S1 and S2 made of trapezoidal irregularities are exemplified as the separator provided with means for forming a plurality of diffusion surfaces at the end, but FIG. A bent wave-shaped separator S3 having quadrangular irregularities as shown in FIG. 5 or a curved wave-shaped separator (sinusoidal) can be used, and the shape is not particularly limited.
また、上記各実施形態では、いずれも波形状のセパレータを例示したが、本発明の燃料電池に用いるセパレータは、少なくとも端部に、燃料ガス出口及び酸化ガス出口から流出した燃料ガス及び酸化ガスが互いに接触する複数の拡散面を形成する手段を備えたものであれば良く、ガスの流通方向において異なる断面を有するものでも採用し得る。 In each of the above embodiments, the wave-shaped separator is exemplified. However, the separator used in the fuel cell of the present invention has the fuel gas and the oxidizing gas flowing out from the fuel gas outlet and the oxidizing gas outlet at least at the ends. Any means provided with means for forming a plurality of diffusion surfaces in contact with each other may be used, and those having different cross-sections in the gas flow direction may be employed.
そして、本発明の燃料電池は、その構成が上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において構成の細部を適宜変更することが可能である。 And the structure of the fuel cell of this invention is not limited to said each embodiment, The detail of a structure can be suitably changed in the range which does not deviate from the summary of this invention.
Ｃ，Ｃ２ 単セル
Ｅ１ 燃料ガス出口
Ｅ２ 酸化ガス出口
ＦＣ１，ＦＣ２ 燃料電池
Ｇ１ 燃料ガス流路
Ｇ２ 酸化ガス流路
Ｈ 通し孔
Ｑ 燃焼領域
Ｓ１，Ｓ２ セパレータ
１ 電解質層
２ 燃料極層
３ 空気極層
２０Ａ，２０Ｂ 吐出孔
２０ 出口部材
C, C2 Single cell E1 Fuel gas outlet E2 Oxidizing gas outlet FC1, FC2 Fuel cell G1 Fuel gas passage G2 Oxidation gas passage H Through-hole Q Combustion region S1,
Claims (7)
電解質層を燃料極層及び空気極層で挟持して成る平板状の単セルと、表裏反転した波形状のセパレータとを交互に積層した構造を有し、
積層方向に隣接する単セル同士の間において、一方の単セル用の燃料ガス流路と他方の単セル用の酸化ガス流路とを前記セパレータで区画し、
前記セパレータの一方の面における波形凹部が、前記燃料ガス流路であると共に、前記セパレータの他方の面における波形凹部が、前記酸化ガス流路であり、
前記セパレータの端部に、前記燃料ガス流路及び前記酸化ガス流路を前記燃焼領域に開放させる燃料ガス出口及び酸化ガス出口を設け。
前記セパレータの少なくとも端部に、前記燃料ガス出口及び前記酸化ガス出口から流出した燃料ガス及び酸化ガスが互いに接触する複数の拡散面を形成する手段を備え、
前記セパレータの端部に、当該セパレータの波形状により、前記燃料ガス出口と前記酸化ガス出口とが交互に配列してあると共に、複数の拡散面を形成する手段が、前記セパレータの波形状により構成されていることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell having a combustion region in which fuel gas and oxidant gas are mixed and burned after being supplied to a single cell and used for power generation,
It has a structure in which a flat single cell formed by sandwiching an electrolyte layer between a fuel electrode layer and an air electrode layer, and wave-shaped separators that are reversed upside down, are laminated alternately,
In between the single cells that are adjacent in the stacking direction, to partition one and an oxidizing gas flow path for the fuel gas flow path and the other unit cell for single cell in the separator,
The corrugated recess on one surface of the separator is the fuel gas flow path, and the corrugated recess on the other surface of the separator is the oxidizing gas flow path,
The end portion of the separator is provided with a fuel gas outlet and an oxidizing gas outlet and opens the fuel gas passage and the oxidizing gas flow path into the combustion area.
At least an end portion of said separator comprises means for forming a plurality of diffusion surfaces fuel gas and the oxidizing gas flowing out from the fuel gas outlet and the oxidizing gas outlet are in contact with each other,
The fuel gas outlets and the oxidizing gas outlets are alternately arranged at the end of the separator according to the corrugated shape of the separator, and means for forming a plurality of diffusion surfaces is constituted by the corrugated shape of the separator A fuel cell characterized by being made .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014028931A JP6264710B2 (en) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | Fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014028931A JP6264710B2 (en) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | Fuel cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015153704A JP2015153704A (en) | 2015-08-24 |
| JP6264710B2 true JP6264710B2 (en) | 2018-01-24 |
Family
ID=53895727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014028931A Active JP6264710B2 (en) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | Fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6264710B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE202016105309U1 (en) * | 2016-09-23 | 2018-01-09 | Reinz-Dichtungs-Gmbh | humidifier |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03129675A (en) * | 1989-10-14 | 1991-06-03 | Fuji Electric Co Ltd | Solid electrolyte fuel cell |
| JPH05315004A (en) * | 1992-05-08 | 1993-11-26 | Osaka Gas Co Ltd | Solide electrolyte type fuel cell |
| JPH08250133A (en) * | 1995-03-15 | 1996-09-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Cell structure and high temperature solid electrolytic fuel cell thereof |
| US20030054215A1 (en) * | 2001-09-20 | 2003-03-20 | Honeywell International, Inc. | Compact integrated solid oxide fuel cell system |
| JP2004324584A (en) * | 2003-04-25 | 2004-11-18 | Toyota Motor Corp | Controller for vehicle |
| JP4754414B2 (en) * | 2006-06-12 | 2011-08-24 | リンナイ株式会社 | Combustion device |
-
2014
- 2014-02-18 JP JP2014028931A patent/JP6264710B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2015153704A (en) | 2015-08-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6769647B2 (en) | Separator plate for electrochemical system | |
| US9123946B2 (en) | Fuel cell stack | |
| US20170040620A1 (en) | Fuel cell | |
| US8663863B2 (en) | Interconnect for a fuel cell, a method for manufacturing an interconnect for a fuel cell | |
| US8039169B2 (en) | Fuel cell and fuel cell stack | |
| JP5383051B2 (en) | Fuel cell and fuel cell stack | |
| KR102107529B1 (en) | Solid oxide fuel cell | |
| KR102109057B1 (en) | Solid oxide fuel cell or solid oxide electrolyzing cell and method for operating such a cell | |
| JP2012124134A (en) | Structure of fuel cell | |
| US9401515B2 (en) | Fuel cell and fuel cell stack | |
| JP6131426B2 (en) | Fuel cell seal structure | |
| US9166244B2 (en) | Fuel cell | |
| JP2006318857A (en) | Fuel cell and fuel cell stack | |
| JP5613392B2 (en) | Fuel cell stack | |
| JP6264710B2 (en) | Fuel cell | |
| JP6714568B2 (en) | Bead seal structure | |
| JP2016042463A (en) | Fuel cell improved in distribution of reactant | |
| JP7236675B2 (en) | Solid oxide fuel cell and electrochemical cell | |
| JP4779488B2 (en) | Solid oxide fuel cell and stack structure | |
| JP2005317418A (en) | Fuel cell | |
| JP5393918B2 (en) | Fuel cell | |
| JP4470475B2 (en) | Solid oxide fuel cell | |
| JP4470474B2 (en) | Solid oxide fuel cell | |
| JP5401438B2 (en) | Flat type solid electrolyte fuel cell | |
| JP2009123520A (en) | Solid electrolyte fuel cell |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20161226 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170925 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170927 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171115 |
|
| 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: 20171127 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20171210 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6264710 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |