JPH08306372A - Phosphoric acid type fuel cell - Google Patents

Phosphoric acid type fuel cell

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JPH08306372A
JPH08306372A JP7109310A JP10931095A JPH08306372A JP H08306372 A JPH08306372 A JP H08306372A JP 7109310 A JP7109310 A JP 7109310A JP 10931095 A JP10931095 A JP 10931095A JP H08306372 A JPH08306372 A JP H08306372A
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JP
Japan
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phosphoric acid
gas
cell
fuel cell
reservoir
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Application number
JP7109310A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Shimizu
浩 清水
Noriyuki Nakajima
憲之 中島
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • 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
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Abstract

PURPOSE: To operate a phosphoric acid type fuel cell stably for a long period without requiring supply of phosphoric acid by condensing phosphoric acid steam following reaction gas in the middle of gas flow at a low temperature part to be liquefied to be recovered by a reservoir plate. CONSTITUTION: At the time of power generation, temperature on both sides of reservoir plates 7, 8 becomes low compared with plate center zones by heat radiation from cell stack circumferential surfaces by heat generation in accordance with cell reaction. Steam of phosphoric acid vaporised inside a cell follows reaction gas to pass through gas passages 7a, 8a, in which process its heat is taken by reservoir plates 7, 8 in passing through the exit side gas passage at a low temperature part to be condensed and liquefied, and it penetrates the reservoir plates 7, 8 by capillary action to be recovered. Recovered phosphoric acid is supplied to matrix 4 from the reservoir plates 7, 8.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、リン酸型燃料電池、特
に単セルにリブ付きリザーバプレートを組み込んで反応
ガスを供給するようにした燃料電池の構成に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phosphoric acid fuel cell, and more particularly to a structure of a fuel cell in which a ribbed reservoir plate is incorporated in a single cell to supply a reaction gas.

【０００２】[0002]

【従来の技術】まず、本発明の実施対象となる頭記リン
酸型燃料電池の従来構造を図５に示す。図において、１
は多数の単セル２をセパレータ３を介して積層したセル
スタックであり、単セル２はリン酸（電解質）を含浸保
持したマトリックス４を挟んでその両側に水素電極５，
空気電極６，およびリブ付きリザーバプレート７，８を
積層した構造になる。ここで、リブ付きリザーバ７，８
はリン酸を含浸，貯留するように親水性処理を施した多
孔質板で成形されたものであり、水素電極５，空気電極
６との対向面側には平行に並ぶ多数条の燃料ガス通路７
ａ，空気通路８ａがリブの相互間に形成されている。ま
た、かかるセルスタック１に対して外部から各単セルに
燃料ガス，空気の反応ガスを供給するために、セルスタ
ック１の周面上には燃料ガス給排用のマニホールド９
ａ，９ｂ、および空気給排用のマニホールド１０ａ，１
０ｂが配置されている。2. Description of the Related Art First, FIG. 5 shows a conventional structure of a phosphoric acid fuel cell, which is an object of the present invention. In the figure, 1
Is a cell stack in which a large number of single cells 2 are stacked with a separator 3 interposed therebetween. The single cell 2 sandwiches a matrix 4 impregnated with phosphoric acid (electrolyte) and holds the hydrogen electrodes 5, 5 on both sides thereof.
The air electrode 6 and the reservoir plates 7 and 8 with ribs are laminated. Here, the ribbed reservoirs 7, 8
Is a porous plate that has been subjected to a hydrophilic treatment so as to impregnate and store phosphoric acid. On the side facing the hydrogen electrode 5 and the air electrode 6, there are multiple fuel gas passages arranged in parallel. 7
The air passage 8a is formed between the ribs. Further, in order to supply the reaction gas of fuel gas and air to each unit cell from the outside to the cell stack 1, a manifold 9 for supplying and discharging fuel gas is provided on the peripheral surface of the cell stack 1.
a, 9b and air supply / discharge manifolds 10a, 1
0b is arranged.

【０００３】かかる構成でマニホールド９ａ，９ｂおよ
び１０ａ，１０ｂを通じて外部から水素リッチな燃料ガ
ス，空気を供給すると、燃料ガスはリブ付きリザーバプ
レート７のガス通路７ａを通流する過程で水素電極５の
電極触媒層に、また空気はリブ付きリザーバプレート８
のガス通８ａより空気電極６の電極触媒層にそれぞれ拡
散し、電解質であるリン酸との間の電池反応により発電
することは周知の通りである。When hydrogen-rich fuel gas and air are supplied from the outside through the manifolds 9a, 9b and 10a, 10b in such a configuration, the fuel gas flows through the gas passage 7a of the ribbed reservoir plate 7 and the hydrogen electrode 5 is discharged. Reservoir plate 8 with ribs for the electrode catalyst layer and air
It is well known that each of the gas passages 8a diffuses into the electrode catalyst layer of the air electrode 6 to generate electricity by a cell reaction with phosphoric acid as an electrolyte.

【０００４】一方、マトリックス４に含浸保持されてい
るリン酸は、吸湿による容積変化，電気浸透作用などに
より、燃料電池の運転に伴い局在化してマトリックス４
から水素電極５，空気電極６の方へ移動するとともに、
その一部は電池反応（発熱反応）に伴う発熱で蒸発し、
未反応ガス，セル内で生成した水蒸気に随伴される形で
セル外に飛散逸出することが知られている。しかも、リ
ン酸の蒸発，飛散によりマトリックス４のリン酸保持両
が不足するような事態になると、マトリックス４をガス
クロスした燃料ガス，空気とが直接反応して正常な発電
が維持できず、燃料電池の性能低下，破損を引き起こす
原因とある。そこで、図５で述べたように各単セルごと
にリザーバプレート７，８を組み込み、ここにあらかじ
め外部から補給したリン酸を貯留しておき、蒸発飛散に
伴うマトリックス４のリン酸の不足分をリザーバプレー
ト７，８から水素電極５，空気電極６の一部に形成した
親水性のリン酸通路を通じて毛細管浸透作用により補給
するようにしている。On the other hand, the phosphoric acid impregnated and retained in the matrix 4 is localized with the operation of the fuel cell due to volume change due to moisture absorption, electroosmosis, etc.
From the hydrogen electrode 5 to the air electrode 6,
Part of it evaporates due to the heat generated by the battery reaction (exothermic reaction),
It is known that the unreacted gas and the water vapor generated in the cell are scattered and escaped outside the cell. In addition, when the phosphoric acid holding capacity of the matrix 4 becomes insufficient due to evaporation and scattering of phosphoric acid, the fuel gas and air that have crossed the matrix 4 directly react with each other, and normal power generation cannot be maintained. It may cause deterioration of battery performance or damage. Therefore, as described with reference to FIG. 5, the reservoir plates 7 and 8 are incorporated in each single cell, and the phosphoric acid replenished from the outside is previously stored therein, and the shortage of phosphoric acid in the matrix 4 due to evaporation and scattering is eliminated. The reservoir plates 7 and 8 are replenished by capillary action through a hydrophilic phosphoric acid passage formed in a part of the hydrogen electrode 5 and the air electrode 6.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
にセルスタックの各単セルにリザーバプレートを組み込
んだ構成でもリザーバのリン酸貯留容量には限度がある
ことから、運転時間の経過とともにリザーバのリン酸貯
留量が次第に減少することが避けられない。したがっ
て、燃料電池をリン酸の補給なしに長時間安定よく運転
できるようにするためには、セル外へのリン酸の飛散逸
出量を極力抑えてマトリックス，リザーバプレートに蓄
えたリン酸の消耗を低減させることが重要課題となる。By the way, since the phosphoric acid storage capacity of the reservoir is limited even in the configuration in which the reservoir plate is incorporated in each single cell of the cell stack as described above, the reservoir capacity of the reservoir increases as the operating time elapses. It is unavoidable that the phosphoric acid storage amount gradually decreases. Therefore, in order to operate the fuel cell stably for a long time without replenishing phosphoric acid, the amount of phosphoric acid scattered out of the cell is suppressed as much as possible, and the phosphoric acid stored in the matrix and the reservoir plate is consumed. It is an important issue to reduce.

【０００６】かかる点、リン酸の飛散量はリン酸蒸気圧
と反応ガスのガス流量との積に比例し、かつリン酸蒸気
圧Ｐ（単位：ｍｍＡｑ）は温度Ｔ（単位：℃）の関数と
して一般に次式で表されることが知られている。In this respect, the amount of scattered phosphoric acid is proportional to the product of the phosphoric acid vapor pressure and the gas flow rate of the reaction gas, and the phosphoric acid vapor pressure P (unit: mmAq) is a function of the temperature T (unit: ° C). Is generally known to be expressed by the following equation.

【０００７】[0007]

【数１】 Log Ｐ＝9.４７７−５３８4.６／（Ｔ＋２３０） 上式から判るように、リン酸の飛散量は温度Ｔ（セルの
内部温度）と指数的な相関関係にあり、温度Ｔが上昇す
るとリン酸の蒸発が活発化して飛散量が急激に増加し、
逆に温度が低ければリン酸の飛散量も急激に減少する。
また、リン酸蒸気が飽和した状態にあるガス温度を下げ
ると、ガス中に含まれているリン酸蒸気が凝縮して液化
する。## EQU1 ## Log P = 9.477-5384.6 / (T + 230) As can be seen from the above equation, the amount of phosphoric acid scattered has an exponential correlation with the temperature T (internal temperature of the cell), and When rises, phosphoric acid vaporization is activated and the amount of scattering increases sharply,
On the other hand, if the temperature is low, the amount of phosphoric acid scattered will also decrease sharply.
When the temperature of the gas in which the phosphoric acid vapor is saturated is lowered, the phosphoric acid vapor contained in the gas is condensed and liquefied.

【０００８】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、リブ付きリザーバプレートを装備したリン酸型
燃料電池を対象に、前記課題を解決してセルからのリン
酸の飛散逸出を極力低減できるよう巧みに構成したリン
酸型燃料電池を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above points, and is directed to a phosphoric acid fuel cell equipped with a ribbed reservoir plate to solve the above-mentioned problems and to prevent the escape of phosphoric acid from the cell as much as possible. It is an object of the present invention to provide a phosphoric acid fuel cell that is skillfully configured so as to be reduced.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、リブ付きリザーバプレートにおけ
る反応ガス通路のガス排出側領域を、セル内で蒸発飛散
したリン酸蒸気の凝縮，回収部として機能させるように
リザーバプレートの低温部に形成するものとする。In order to achieve the above object, according to the present invention, the gas discharge side region of the reaction gas passage in the ribbed reservoir plate is condensed with phosphoric acid vapor evaporated and scattered in the cell, It should be formed in the low temperature part of the reservoir plate so as to function as a recovery part.

【００１０】また、前記構成は、次記のような具体的な
態様で実施することができる。 １）リブ付きリザーバプレートに形成した多数条のガス
通路に対して、反応ガスをプレート中央部に並ぶガス通
路へ導入し、その反対側端で通流方向を方向転換させた
後に低温部となるプレート両サイドに並ぶガス通路を経
由して排出させるよう構成する。Further, the above structure can be implemented in the following specific modes. 1) With respect to a large number of gas passages formed in the ribbed reservoir plate, the reaction gas is introduced into the gas passages arranged in the center of the plate, and the flow direction is changed at the opposite end to become a low temperature portion. It is configured to discharge through the gas passages arranged on both sides of the plate.

【００１１】２）前項１）において、燃料ガス，空気の
各反応ガスごとにセルスタックを挟んでその周面上に対
向配置した一対のマニホールドのうち、一方のマニホー
ルドにはその中央部，両サイド部に反応ガスの導入部，
排出部を画成し、反対側のマニホールド内でリザーバプ
レートの各ガス通路を相互連通させる。 ３）リザーバプレートの反応ガス出口側端部をセルスタ
ックの側面からマニホールド内に突き出すよう延長して
該部分を低温部となし、ここに反応ガスの排出通路を形
成する。2) In the preceding paragraph 1), one of a pair of manifolds arranged facing each other with a cell stack sandwiched between them for each reaction gas of fuel gas and air, one of the manifolds has a central portion and both sides thereof. Part for introducing reaction gas into
An exhaust is defined to interconnect the gas passages of the reservoir plate within the opposite manifold. 3) The reaction gas outlet side end of the reservoir plate is extended from the side surface of the cell stack into the manifold to form a low temperature portion, and a reaction gas discharge passage is formed therein.

【００１２】４）前項３）において、リザーバプレート
の延長低温部に形成したガス通路の断面深さをセル反応
領域のそれよりも拡大させる。 ５）前項３）または４）において、セルスタックの各単
セルごとに、リザーバプレートの延長低温部に上方から
補給したリン酸を下段側に並ぶ単セルのリザーバプレー
トへ順に滴下中継させる底穴付きの凹所を設ける。4) In the above item 3), the cross-sectional depth of the gas passage formed in the extended low temperature portion of the reservoir plate is made larger than that of the cell reaction region. 5) In the above item 3) or 4), each unit cell of the cell stack has a bottom hole through which the phosphoric acid supplied from above to the extended low temperature portion of the reservoir plate is sequentially dropped and relayed to the unit cell reservoir plates arranged on the lower stage side. To make a recess.

【００１３】[0013]

【作用】上記のように、反応ガス通路と平行するリブ付
きリザーバプレートの両サイド，およびセルスタックの
側面から延長してマニホールド内に突き出したリザーバ
プレートの出口側端部は、その表面から周囲への熱放散
によりリザーバプレートの中央面域（電池反応領域）に
比べて温度が２０〜３０℃deg 程度低い低温部となる。
そこで、この低温部に反応ガス通路の出口側領域を形成
することにより、セル内の高温領域で蒸発した後に未反
応ガスに随伴してセル外に飛散逸出しようとするリン酸
蒸気は、低温部を通流する過程で凝縮，液化し、リザー
バプレートへ浸透して回収される。この結果、セル外へ
逸出するリン酸の飛散量が減少し、外部からのリン酸補
給無しに燃料電池を長時間安定よく運転させることが可
能となる。また、リン酸の飛散量が減少するのでその分
だけリザーバプレートのリン酸貯留容量を小さくして燃
料電池の小型コンパクト化が図れる。As described above, both sides of the ribbed reservoir plate parallel to the reaction gas passage and the outlet side end of the reservoir plate extending from the side surface of the cell stack and protruding into the manifold are directed from the surface to the surroundings. Due to the heat dissipation of (1), the temperature becomes a low temperature portion which is lower by about 20 to 30 ° C than the central surface area (battery reaction area) of the reservoir plate.
Therefore, by forming an area on the outlet side of the reaction gas passage in this low temperature portion, the phosphoric acid vapor that is vaporized in the high temperature area in the cell and then escapes out of the cell along with the unreacted gas is Condensation and liquefaction in the process of flowing through the section, permeate into the reservoir plate and be collected. As a result, the amount of phosphoric acid that escapes to the outside of the cell is reduced, and it becomes possible to operate the fuel cell stably for a long time without replenishing phosphoric acid from the outside. Further, since the amount of scattered phosphoric acid is reduced, the phosphoric acid storage capacity of the reservoir plate can be reduced accordingly, and the fuel cell can be made compact and compact.

【００１４】また、リザーバプレートの延長低温部に形
成したガス通路の断面深さをセル反応領域よりも拡大す
ることで、排出ガスとリザーバプレートとの接触面積が
増してリザーバの凝縮，回収効果が増大する。さらに、
前記したリザーバプレートの延長低温部に上方から補給
したリン酸を下段側に並ぶ単セルのリザーバプレートへ
順に滴下中継させる底穴付きの凹所を設けておくこと
で、燃料電池の運転開始に先立ってセルスタックの各単
セルに組み込まれたリザーバプレートへ外部からリン酸
を補給する場合に、セルスタックの最上段に並ぶ単セル
のリザーバプレートに対し、側方に突き出した延長部の
凹所内にリン酸を注入すれば、リン酸はそのリザーバプ
レート内に含浸補給されるとともに、余剰分のリン酸は
凹所内の底穴を通じて一段下の単セルのリザーバプレー
トへ滴下するような経路を辿って下方段に並ぶ単セルの
リザーバプレートへ順に補給される。したがって、セル
スタックへのリン酸の補給を全段の単セルに対して一括
して行えることになり、かつ各単セルごとにリン酸の補
給を個別に管理して行う必要なしに均等量のリン酸をリ
ザーバプレートへ貯留させることができる。Further, by making the cross-sectional depth of the gas passage formed in the extended low temperature portion of the reservoir plate larger than that of the cell reaction region, the contact area between the exhaust gas and the reservoir plate is increased, and the effect of condensation and recovery of the reservoir is improved. Increase. further,
Prior to starting the operation of the fuel cell, the extended low temperature part of the reservoir plate described above is provided with a recess with a bottom hole for relaying phosphoric acid supplied from above to the single-cell reservoir plates lined up on the lower side in order. When the phosphoric acid is replenished from the outside to the reservoir plate incorporated in each single cell of the cell stack, the single cell reservoir plate lined up at the top of the cell stack is placed in the recess of the extension protruding laterally. If phosphoric acid is injected, the phosphoric acid will be impregnated and replenished into the reservoir plate, and the excess phosphoric acid will follow a route such that it drops through the bottom hole in the recess to the reservoir plate of the single cell below. It is replenished in order to the single cell reservoir plates arranged in the lower stage. Therefore, the phosphoric acid can be replenished to the cell stacks collectively for all the single cells, and an equal amount of phosphoric acid need not be managed separately for each single cell. Phosphoric acid can be stored in the reservoir plate.

【００１５】[0015]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、各実施例において、図５と対応する同一部
材には同じ符号を付してその説明を省略する。 実施例１：図１は本発明の請求項２，３に対応する実施
例を示すものである。図において、セルスタック１を構
成している各単セル２は図５と同様な構造であるが、セ
ルスタック１を挟んで互いに対向し合うようセルスタッ
クの周面上に配置した燃料ガスマニホールド９ａ，９
ｂ、および空気マニホールド１０ａ，１０ｂが次記のよ
うな構成になる。すなわち、リブ付きリザーバプレート
７，８の板面に平行して並ぶ多数条のガス通路７ａ，８
ａに対して、一方のマニホールド９ａ，１０ａにはリザ
ーバプレート７，８のプレート中央部に並ぶガス通路に
対応するガス導入部９ａ-1，１０ａ-1と、プレート両サ
イドに並ぶ外側のガス通路に対応するガス排出部９ａ-
2，１０ａ-2とが仕切られており、各ガス導入部, ガス
排出部ごとに外部のガス配管に接続するガス導入口, 排
出口が開口している。これに対して、前記のマニホール
ド９ａ，１０ａとセルスタック１を挟んで反対側に配置
したマニホールド９ｂ，１０ｂは単純な皿形構造であ
り、リザーバプレート７，８ごとにガス通路７ａの相互
間、およびガス通路８ａの相互間をマニホールド内で連
通させている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each embodiment, the same members as those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Embodiment 1 FIG. 1 shows an embodiment corresponding to claims 2 and 3 of the present invention. In the figure, each unit cell 2 constituting the cell stack 1 has the same structure as that of FIG. 5, but a fuel gas manifold 9a arranged on the peripheral surface of the cell stack so as to face each other with the cell stack 1 interposed therebetween. , 9
b and the air manifolds 10a and 10b have the following configurations. That is, a large number of gas passages 7a, 8 arranged parallel to the plate surfaces of the ribbed reservoir plates 7, 8
In contrast to a, one of the manifolds 9a and 10a has gas introduction portions 9a-1 and 10a-1 corresponding to the gas passages arranged in the plate central portions of the reservoir plates 7 and 8 and outer gas passages arranged on both sides of the plate. Corresponding to the gas discharge part 9a-
2 and 10a-2 are partitioned, and a gas inlet and a gas outlet connected to an external gas pipe are opened for each gas inlet and outlet. On the other hand, the manifolds 9b and 10b, which are arranged on the opposite side of the manifolds 9a and 10a with the cell stack 1 interposed therebetween, have a simple dish-shaped structure, and the gas passages 7a are provided between the reservoir plates 7 and 8, respectively. The gas passages 8a are communicated with each other in the manifold.

【００１６】かかる構成で、図示のようにマニホールド
９ａ，１０ａのガス導入部９ａ-1，１０ａ-1より燃料ガ
ス，空気を供給すると、セルスタック１の各単セル２ご
とに燃料ガスは矢印で表すようにリザーバプレート７の
プレート中央部に並ぶガス通路を往路として通流し、反
対側のマニホールド９ｂ内で方向反転した後に、プレー
ト両サイドに並ぶガス通路を復路として通流し、マニホ
ールド９ａのガス排出部９ａ-2，１０ａ-2を通じてセル
外に排出されるような経路を辿る。When fuel gas and air are supplied from the gas introducing portions 9a-1 and 10a-1 of the manifolds 9a and 10a as shown in the figure, the fuel gas is indicated by arrows in each single cell 2 of the cell stack 1. As shown, the gas passages lined up in the center of the plate of the reservoir plate 7 are made to flow as outward paths, and after the directions are reversed in the manifold 9b on the opposite side, the gas passages arranged at both sides of the plate are made to flow in as return paths, and the gas discharge of the manifold 9a Follow the path through which the cells 9a-2 and 10a-2 are discharged to the outside of the cell.

【００１７】一方、燃料電池の発電時には、電池反応に
伴う発熱でリザーバプレート７，８の中央面域は高温
（動作温度：約１８０〜２１０℃）になるが、プレート
両サイドはセルスタック周面からの放熱によりプレート
中央面域に比べて温度が２０〜３０℃deg 程度低くな
る。つまり、リザーバプレート７，８に形成したガス通
路７ａ，８ａについて、プレート中央部を通るガス導入
側領域（往路）に比べて両サイドを通るガス出口側領域
（復路）が低温部となる。On the other hand, at the time of power generation of the fuel cell, the central area of the reservoir plates 7 and 8 becomes high temperature (operating temperature: about 180 to 210 ° C.) due to the heat generated by the cell reaction, but the cell stack peripheral surfaces are on both sides of the plate. Due to the heat radiation from the plate, the temperature becomes lower by about 20 to 30 ° C than in the central area of the plate. That is, in the gas passages 7a and 8a formed in the reservoir plates 7 and 8, the gas outlet side area (return path) passing through both sides is a low temperature part, compared to the gas introduction side area (outward path) passing through the plate central portion.

【００１８】これにより、セル内部で蒸発したリン酸の
蒸気は、反応ガスに随伴してガス通路７ａ，８ａを通流
する過程で、特に前記低温部の出口側ガス通路（復路）
を通流する際にリザーバプレートに熱を奪われて凝縮，
液化した後、その場で毛細管作用によりリザーバプレー
ト７，８に浸透して回収される。なお、ここで回収され
たリン酸はリザーバプレート７，８からマトリックス４
に補給される。この結果、マニホールドのガス排出部９
ａ-2，１０ａ-2を通じてセル外に排出されるリン酸の飛
散量は微量となるので、リン酸補給無しに燃料電池を長
時間安定よく運転できる。As a result, the vapor of phosphoric acid vaporized inside the cell flows along with the reaction gas through the gas passages 7a and 8a, and particularly at the outlet side gas passage (return passage) of the low temperature section.
When it flows through the reservoir plate, heat is taken away by the reservoir plate and condenses,
After being liquefied, it permeates the reservoir plates 7 and 8 by the capillary action on the spot and is collected. The phosphoric acid recovered here is transferred from the reservoir plates 7 and 8 to the matrix 4
Will be replenished. As a result, the gas discharge portion 9 of the manifold
Since the amount of phosphoric acid discharged outside the cell through a-2 and 10a-2 is very small, the fuel cell can be stably operated for a long time without replenishing phosphoric acid.

【００１９】なお、図示実施例では、燃料ガス，空気の
双方について反応ガスを低温部となるリザーバプレート
の両サイドに流してリン酸の回収を行っているが、燃料
ガス，空気のいずれか一方のみを前記のように通流さ
せ、他方を図５のような経路で流すようにして実施する
こともできる。 実施例２：図２は本発明の請求項４に対応する実施例を
示すものであり、単セル２に組み込んだリブ付きリザー
バプレート７，８について、図示例では燃料ガス通路部
材を兼ねたリザーバプレート８のガス出口側端部を、セ
ルスタックの側面からマニホールド９ｂの中へ突き出す
よう寸法Ｌだけ延長して該延長部分をリン酸蒸気の凝縮
部として機能する低温部８ｂとなし、マニホールド９ａ
を通じてセルスタックに供給した反応ガスのうち、ガス
通路７ａを通じて単セル２のセル反応領域（高温部）か
ら流出する未反応の燃料ガスを前記低温部８ｂの板面に
形成されているガス通路に沿って流すようにしている。In the illustrated embodiment, the reaction gas for both the fuel gas and the air is flowed to both sides of the reservoir plate which is the low temperature part to recover the phosphoric acid, but either the fuel gas or the air is recovered. It is also possible to carry out only one as described above, and to flow the other through the path as shown in FIG. Embodiment 2 FIG. 2 shows an embodiment corresponding to claim 4 of the present invention. Regarding the reservoir plates 7 and 8 with ribs incorporated in the unit cell 2, in the illustrated example, a reservoir that also serves as a fuel gas passage member. The gas outlet side end of the plate 8 is extended by a dimension L so as to protrude from the side surface of the cell stack into the manifold 9b, and the extended portion serves as a low temperature portion 8b functioning as a phosphoric acid vapor condensing portion.
Of the reaction gas supplied to the cell stack through the gas passage 7a, unreacted fuel gas flowing out of the cell reaction region (high temperature portion) of the single cell 2 is supplied to the gas passage formed on the plate surface of the low temperature portion 8b. I try to run along.

【００２０】かかる構成では、セルスタックから側方に
突き出し延長したリザーバプレート８の低温部８ｂは周
囲への放熱により、セル内部に比較して温度が約２０〜
３０℃低くなる。したがって、セル内部で蒸発したリン
酸の蒸気は燃料ガスに随伴して前記低温部８ｂのガス出
口側通路を流れる過程で凝縮，液化し、その場からリザ
ーバプレート８に浸透して回収される。なお、回収され
たリン酸は毛細管作用により延長低温部８ｂからセル内
の領域に移動し、ここからマトリックス４に補給され
る。これにより、先記した実施例１と同様にリン酸の飛
散量を減少させてリン酸補給無しに燃料電池を長時間連
続して安定よく運転できる。In such a structure, the temperature of the low temperature portion 8b of the reservoir plate 8 which protrudes and extends laterally from the cell stack is about 20 to 20 ° C as compared with the inside of the cell due to heat radiation to the surroundings.
30 ° C lower. Therefore, the vapor of phosphoric acid vaporized inside the cell is condensed and liquefied in the process of flowing through the gas outlet side passage of the low temperature portion 8b along with the fuel gas, and permeates the reservoir plate 8 and is recovered from there. The recovered phosphoric acid moves from the extended low temperature portion 8b to the area inside the cell by capillary action, and is supplied to the matrix 4 from here. As a result, the amount of phosphoric acid scattered can be reduced and the fuel cell can be operated continuously and stably for a long time without replenishing phosphoric acid, as in Example 1 described above.

【００２１】なお、図示実施例では、リブ付きリザーバ
プレート７，８のうち、燃料ガス側のリザーバプレート
８についてのみリン酸回収部として機能する延長低温部
８ｂを形成した図が描かれているが、空気側のリザーバ
プレート７についても同様に空気出口側通路の端部を延
長してリン酸の回収を行うことができるのは勿論であ
る。In the illustrated embodiment, of the ribbed reservoir plates 7 and 8, only the reservoir plate 8 on the fuel gas side is formed with the extended low temperature portion 8b which functions as a phosphoric acid recovery portion. Of course, also for the air side reservoir plate 7, the end of the air outlet side passage can be extended to recover phosphoric acid.

【００２２】実施例３：図３は本発明の請求項５に対応
する先記実施例２の応用実施例を示すものであり、この
実施例においては、セルスタックの側面から突き出した
リザーバプレート８の延長低温部８ｂについて、該部の
板厚ｄ1 をセル反応部における板厚ｄ2よりも厚く形成
してガス通路８ａの断面深さを拡大するように構成して
いる。Example 3 FIG. 3 shows an application example of the above-mentioned Example 2 corresponding to claim 5 of the present invention. In this example, the reservoir plate 8 protruding from the side surface of the cell stack is shown. With respect to the extended low temperature portion 8b, the plate thickness d1 of the extended low temperature portion 8b is made thicker than the plate thickness d2 of the cell reaction portion so that the cross-sectional depth of the gas passage 8a is enlarged.

【００２３】これにより、リン酸蒸気を含む排出ガスと
リザーバプレート８の低温部８ｂでの接触面積，つまり
熱交換面積が増加することになるので、その分だけリン
酸蒸気の凝縮量が増大してリン酸の回収が効率よく行わ
れる。 実施例４：図４は本発明の請求項６に対応した先記実施
例２，３の応用実施例を示すものである。この実施例に
おいては、セルスタック１を構成して上下段に並ぶ各単
セル２に対して、セルスタックの側方に突き出したリザ
ーバプレート８の延長低温部８ｂの上面には上方から補
給したリン酸を一時的に溜めておく受け皿状の凹所８ｃ
が形成され、かつ凹所８ｃの底面には各段ごとに位置を
ずらして小径な底穴８ｄが開口している。As a result, the contact area of the exhaust gas containing phosphoric acid vapor with the low temperature portion 8b of the reservoir plate 8, that is, the heat exchange area, increases, and the amount of condensation of phosphoric acid vapor increases accordingly. The phosphoric acid is efficiently recovered. Fourth Embodiment FIG. 4 shows an application example of the above-mentioned second and third embodiments corresponding to claim 6 of the present invention. In this embodiment, for each single cell 2 that constitutes the cell stack 1 and is arranged in the upper and lower stages, the phosphorus is supplied from above to the upper surface of the extended low temperature portion 8b of the reservoir plate 8 protruding laterally of the cell stack. A saucer-shaped recess 8c for temporarily storing acid
And a bottom hole 8d having a small diameter is formed on the bottom surface of the recess 8c by shifting the position for each step.

【００２４】かかる構成において、燃料電池の発電開始
に先立ってセルスタック１の最上段に並ぶ単セルのリザ
ーバプレート８に対し、図示のように側方に突き出した
延長部の凹所８ｃの中へ上方からリン酸１１を注入して
補給すると、リン酸１１は凹所８ｃの内面から含浸して
リザーバプレート８が飽和状態になるまで貯えられると
ともに、余剰のリン酸は前記底穴８ｄより一段下に並ぶ
単セル２のリザーバプレート８の凹所８ｃに滴下してこ
こからプレート内に含浸，貯留される。以下、同様な補
給動作でセルスタック１の最下段に並ぶ単セル２まで順
にリン酸１１が連続的に補給されることになる。したが
って、セルスタック１を構成する各単セル２について、
リン酸補給を一括して行うことができ、かつリン酸の貯
留量を単セル個別に管理することなく均一に調整できて
便利である。In such a structure, prior to the start of power generation of the fuel cell, with respect to the single-cell reservoir plates 8 lined up in the uppermost stage of the cell stack 1, as shown in the drawing, the recesses 8c of the extension portion protruding laterally are inserted. When phosphoric acid 11 is replenished by injecting it from above, the phosphoric acid 11 is impregnated from the inner surface of the recess 8c and stored until the reservoir plate 8 is saturated, and the excess phosphoric acid is one step below the bottom hole 8d. Are dropped into the recess 8c of the reservoir plate 8 of the unit cells 2 arranged in line with each other and impregnated and stored in the plate from here. After that, the phosphoric acid 11 is continuously replenished in order to the single cells 2 arranged at the bottom of the cell stack 1 by the same replenishment operation. Therefore, for each single cell 2 that constitutes the cell stack 1,
This is convenient because phosphoric acid can be supplied all at once and the storage amount of phosphoric acid can be adjusted uniformly without managing individual cells.

【００２５】[0025]

【発明の効果】以上述べたように、本発明の構成によれ
ば、セル内を流れる反応ガスに随伴して飛散逸出しよう
とするリン酸蒸気を、リブ付きリザーバプレートの両サ
イド，ないし端部を延長して形成したガス通路出口側の
低温部で積極的に凝縮，液化させてリザーバプレート内
に回収することができる。これにより、従来構成の燃料
電池と比べてリン酸の飛散逸出量が大幅に減少してリン
酸補給無しに燃料電池を長時間連続して安定よく運転す
ることができるとともに、リン酸の飛散逸出量が減少し
た分だけリザーバプレートのリン酸貯留容量を小さくし
て燃料電池を小型コンパクトに構成できる。As described above, according to the configuration of the present invention, the phosphoric acid vapor that tends to be scattered and scattered with the reaction gas flowing in the cell is discharged to both sides or ends of the ribbed reservoir plate. It is possible to positively condense and liquefy in the low temperature portion on the gas passage outlet side formed by extending the portion and collect it in the reservoir plate. As a result, the amount of phosphoric acid that escapes is greatly reduced compared to a fuel cell with a conventional configuration, and the fuel cell can be operated continuously and stably for a long time without replenishing phosphoric acid. By reducing the amount of escape, the phosphoric acid storage capacity of the reservoir plate can be reduced and the fuel cell can be made compact and compact.

【００２６】また、本発明の請求項２，３の構成を採用
することにより、燃料電池自身のセル構造は従来のまま
反応ガス給排用マニホールドの構造を一部変更するだけ
で簡単に対応できる。また、本発明の請求項５によれ
ば、リン酸蒸気を含む排出ガスとリザーバプレートの低
温部との接触面積が増加しするので、これによりリン酸
の凝縮，回収をより一層効果的に行える。Further, by adopting the constitutions of claims 2 and 3 of the present invention, the cell structure of the fuel cell itself can be easily coped with by simply partially changing the structure of the reaction gas supply / discharge manifold. . Further, according to claim 5 of the present invention, the contact area between the exhaust gas containing phosphoric acid vapor and the low temperature portion of the reservoir plate is increased, so that the phosphoric acid can be condensed and recovered more effectively. .

【００２７】さらに、本発明の請求項６の構成を採用す
ることにより、セルスタックへのリン酸補給を各単セル
ごとに分けて個別に行うことなしに一括して連続的に行
うことができるほか、各単セルごとにリザーバプレート
のリン酸貯留量が均一になるように補給できる。Further, by adopting the configuration of claim 6 of the present invention, the phosphoric acid supply to the cell stack can be collectively and continuously performed without separately performing each individual cell. In addition, the supply of phosphoric acid in the reservoir plate can be made uniform for each single cell.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の実施例１に対応する燃料電池の組立構
造の分解斜視図FIG. 1 is an exploded perspective view of an assembly structure of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.

【図２】本発明の実施例２に対応する燃料電池の構成断
面図FIG. 2 is a sectional view showing the configuration of a fuel cell corresponding to Example 2 of the present invention.

【図３】本発明の実施例３に対応する燃料電池の構成断
面図FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a fuel cell according to a third embodiment of the present invention.

【図４】本発明の実施例４に対応する燃料電池の構成断
面図FIG. 4 is a sectional view showing the configuration of a fuel cell corresponding to Example 4 of the present invention.

【図５】従来における燃料電池の組立構造の分解斜視図FIG. 5 is an exploded perspective view of a conventional fuel cell assembly structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ セルスタック ２ 単セル ３ セパレータ ４ マトリックス ５ 水素電極 ６ 空気電極 ７，８ リブ付きリザーバプレート ７ａ，８ａ 反応ガス通路 ８ｂ 低温部 ８ｃ 凹所 ８ｄ 底穴 ９ａ，９ｂ 燃料ガスマニホールド ９ａ-1 ガス導入部 ９ａ-2 ガス排出部 １０ａ，１０ｂ 空気マニホールド １０ａ-1 ガス導入部 １０ａ-2 ガス排出部 １１ リン酸 1 Cell Stack 2 Single Cell 3 Separator 4 Matrix 5 Hydrogen Electrode 6 Air Electrode 7,8 Rib Reservoir Plate 7a, 8a Reactive Gas Passage 8b Low Temperature Section 8c Recess 8d Bottom Hole 9a, 9b Fuel Gas Manifold 9a-1 Gas Introducing Section 9a-2 Gas discharge part 10a, 10b Air manifold 10a-1 Gas introduction part 10a-2 Gas discharge part 11 Phosphoric acid

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】リン酸を含浸保持したマトリックスを挟ん
でその両側に水素電極，空気電極，および板面に多数条
の反応ガス通路を形成したリブ付きリザーバプレートを
積層したものを単セルとするセルスタックに対し、その
周面上に配したマニホールドを通じて燃料ガス，空気の
反応ガスを供給するリン酸型燃料電池において、前記反
応ガス通路のガス排出側領域を、セル内で蒸発飛散した
リン酸蒸気の凝縮，回収部として機能させるようにリザ
ーバプレートの低温部に形成したことを特徴とするリン
酸型燃料電池。1. A single cell is formed by laminating a matrix impregnated with phosphoric acid and sandwiching a hydrogen electrode, an air electrode on both sides of the matrix, and a ribbed reservoir plate having a plurality of reaction gas passages formed on the plate surface. In a phosphoric acid fuel cell for supplying a reaction gas of fuel gas and air to a cell stack through a manifold arranged on the peripheral surface of the cell stack, the gas discharge side region of the reaction gas passage has phosphoric acid vaporized and scattered in the cell. A phosphoric acid fuel cell, characterized in that it is formed at a low temperature portion of a reservoir plate so as to function as a vapor condensation / recovery portion. 【請求項２】請求項１記載の燃料電池において、リブ付
きリザーバプレートに形成した多数条のガス通路に対し
て、反応ガスをプレート中央部に並ぶガス通路へ導入
し、その反対側端で通流方向を方向転換させた後に低温
部となるプレート両サイドに並ぶガス通路を経由して排
出させるようにしたことを特徴とするリン酸型燃料電
池。2. The fuel cell according to claim 1, wherein the reaction gas is introduced into the gas passages arranged in the center of the plate with respect to the multiple gas passages formed in the ribbed reservoir plate, and the reaction gas is passed through at the opposite end. The phosphoric acid fuel cell is characterized in that after the flow direction is changed, the gas is discharged through gas passages arranged on both sides of the plate, which are low temperature parts. 【請求項３】請求項２記載の燃料電池において、燃料ガ
ス，空気の各反応ガスごとにセルスタックを挟んでその
周面上に対向配置した一対のマニホールドのうち、一方
のマニホールドにはその中央部，両サイド部に反応ガス
の導入部，排出部を画成し、反対側のマニホールド内で
リザーバプレートの各ガス通路を相互連通させたことを
特徴とするリン酸型燃料電池。3. The fuel cell according to claim 2, wherein one of the pair of manifolds arranged facing each other with the cell stack sandwiched between the respective reaction gases of the fuel gas and the air is located at the center of one of the manifolds. A phosphoric acid fuel cell, characterized in that a reaction gas introduction part and a reaction gas discharge part are defined on both sides, and each gas passage of the reservoir plate is made to communicate with each other in the manifold on the opposite side. 【請求項４】請求項１記載の燃料電池において、リザー
バプレートの反応ガス出口側端部をセルスタックの側面
からマニホールド内に突き出すよう延長して該部分を低
温部となし、ここに反応ガスの排出通路を形成したこと
を特徴とするリン酸型燃料電池。4. The fuel cell according to claim 1, wherein the reaction gas outlet side end portion of the reservoir plate is extended so as to protrude from the side surface of the cell stack into the manifold to form a low temperature portion. A phosphoric acid fuel cell characterized in that a discharge passage is formed. 【請求項５】請求項４記載の燃料電池において、リザー
バプレートの延長低温部に形成したガス通路の断面深さ
をセル反応領域のそれよりも拡大したことを特徴とする
リン酸型燃料電池。5. The phosphoric acid fuel cell according to claim 4, wherein a cross-sectional depth of the gas passage formed in the extended low temperature portion of the reservoir plate is larger than that of the cell reaction region. 【請求項６】請求項３または４記載の燃料電池におい
て、セルスタックの各単セルごとに、リザーバプレート
の延長低温部に上方から補給したリン酸を下段側に並ぶ
単セルのリザーバプレートへ順に滴下中継させる底穴付
きの凹所を設けたことを特徴とするリン酸型燃料電池。6. The fuel cell according to claim 3, wherein, for each single cell of the cell stack, phosphoric acid supplied from above to the extended low temperature portion of the reservoir plate is sequentially transferred to the single cell reservoir plate lined up on the lower side. A phosphoric acid fuel cell, which is provided with a recess having a bottom hole for relaying dropping.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006512733A (en) * 2002-12-27 2006-04-13 ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー Reversible fuel cell power plant

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