JPH02155170A - 内部改質を行う燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、反応ガスまたは、反応生成ガスを電池に導入
、排出される燃料電池に関わり、特に、燃料電池供給ガ
ス用炭化水素分をその内部で改質することができる燃料
電池、該燃料電池システム。

および該燃料電池の運転操作方法に関する。

〔従来の技術〕

リン酸電池および溶融炭酸塩電池のような燃料電池にお
いて、燃料供給ガスの炭化水素弁を内部で改質すること
は既知である。このような炭化水素弁は通常、比較的電
気化学的に不活性なメタンを含有しているが、改質され
ることにより、電気化学的に活性で燃料電池の反応に寄
与する水素。

−酸化炭素を生成する。燃料電池内での改質は、改質反
応が吸熱反応であるため、運転中に電池内で発生する熱
を利用できる点で有利である。すなわち、内部改質によ
って、燃料電池の冷却系統の負荷を軽減することができ
るからである。

特開昭５５−１２７００号公報には、燃料電池の熱制御
に炭化水素の改質反応の使用が記載されている。

電池中の電解質から隔離された通路内に改質触媒を配置
させることにより、電解質の１気による触媒劣化を防止
させるとともに、改質反応とプロセスガスの顕熱を同時
に利用した熱制御を行うものである。

〔発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、電解質から隔離された炭化水素の改質
のみを行う第１の通路と、それと並置されたいわゆる従
来から存在する電極へガスを供給する第２の通路のそれ
ぞれの入口には共通のガスが供給される電池構造となっ
ている。すなわち第１の通路と第２の通路のガス供給源
が共通している。このため、燃料供給ガス中に含まれる
炭化水素弁は、第１の通路を通った場合のみ改質されて
排出されるが、電気化学反応には寄与しない。第２の通
路に入ったガスの炭化水素弁は改質されないため、電気
化学反応に寄与する水素などのガスの分圧は極めて低く
なり、性能が低くなる点についての考慮がなされていな
い。このため電池から排出された第１の通路と第２の通
路のガスを混合して再循環させる方式をとらざるを得な
くなり、システム上、大きな制約を受けるとともに再Ｗ
ｉ環系に対して補助動力源が付加されることになりシス
テムの効率を考えた場合好ましくない。また、たとえ再
循環方式をとっても、電池入口では常に新しい炭化水素
を含む燃料供給ガスと混和されているため、その分だけ
水素などの電気化学反応に寄与する反応種の分圧低下に
よる電池性能の低下は避けられない。

また前記公報には電池を直列にして使用する際のカスケ
ード方式が記載されているが、これは先行電池中の炭化
水素改質ガスを後続電池の反応通路に供給して電気化学
反応を起こす方法であるが、先行電池と後続電池とでは
、ガス流量、ガス組成。

ガス温度などの条件を等しくすることは困難であり、各
電池間で性能差や電池温度差が発生することは避けられ
ない。

すなわち従来技術では、単電池ごとに燃料供給ガスを改
質し、その改質ガスを用いて発電する方式あるいは構造
にはなっておらず、電気化学反応に寄与する改質ガスは
、再循環によって得るか、あるいは先行電池から得る以
外になく、それに伴う欠点は前述の通りである。

さらに上記従来技術においては、コンパクト性及び熱制
御面から電解質から隔離された通路と反応通路とが隣接
して交互に並べられるが、それぞれの通路の両端部は開
口されており、電解質から隔離された通路とはいえ、反
応通路内の電解質蒸気が拡散により、隣り合う両道路の
端部の開口部を通して流入することは避けられない。従
って電解質から隔離された通路内に配置された改質触媒
が隣接する通路からの電解質により劣化し、寿命を考え
た場合、問題が残る。

本発明の目的は、コンパクトで、電解質による改質触媒
の活性低下を防止し、単電池内で、供給燃料ガスの改質
とその改質ガスを用いて電気化学反応による発電を行う
燃料電池を提供することにある。

本発明のもう１つの目的は、改質反応の吸熱作用とプロ
セスガスの顕熱を利用し、高性能な熱制御や温度分布均
一化を行うことである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、アノードガス、カソードガスを仕切るガス
分離板をはさんで、それぞれの電極との間に形成される
ガス流路を形成する空間部において、従来と同様の電極
と流体的に連絡して電気化学反応をけう流路とそれとは
別に、電極と流体的に隔離された通路を形成させ、その
隔離された通路内に原燃料であるメタンの改質を行う改
質触媒を配置するとともにその通路の出入口が、電極と
直接接する通路と流体的に隔離された位置に設け、また
、流路にガスを導くためのマニホールドも、他のガスと
混同しないように独立して設けることにより達成される
。さらに、電極と隔離された通路内で改質されたガスだ
けが電極と直接接する通路に導入されることにより達成
される。

出入口を異にする流体的に隔離された通路を形成するた
め、集電のために必要不可欠な分離板と電極との接触を
図るために分離板と電極間に組入れられる波形、あるい
は凹凸シート板の表裏を利用し、分離板とシート材によ
って形成される、電極と直接接しない流路の両端部を閉
塞させ、もう一方の電極とシート材によって形成される
流路の両端部に設けられる出入口部との流体的な連絡を
遮断することによって達成される。さらに、両端を閉塞
された、電極と隔離された通路の出入口部を、分離板を
はさんで、反対側に設けるとともに、通路両端近傍の分
離板に貫通孔を設け、この開口部を通じて、分離板の反
対側から通路へのガスの供給や、ガスの排気を行うもの
である。従って、各セルへガスを供給するためのマニホ
ールドと上記出入口部とを連絡する通路が、分離板上に
形成され、マニホールドから供給されるガスはその通路
を通って入口部に入り、そこから分離仮に空けられた開
口部を通して分離板の反対側に位置する電極と隔離され
、両端を閉塞された通路に導入される、通路からの排気
も同様に開口部を通じて出口部に導入され、出口マニホ
ールドに連絡することによって行われる。また、出入口
部として、分離板をはさんで反対側に位置するもう一方
の両端が閉塞され、電極と隔離された通路のうち、最も
外側に位置する２つの両辺端の通路をそれぞれマニホー
ルドと、分＃板に設けた開口部を連絡する出入口部とす
ることにより達成される。

また、電池の温度分布の均一化を図るためには冷却用ガ
スを１方向からではなく、複数の方向からの分散供給や
、電池内の高熱部に吸熱反応である改質反応を集中的に
行わせるようなガス流れを実現することにより達成され
る。具体的には、上記の流路構造により、カソード、ア
ノードガスまたそれ以外の２種類のガスを、同−辺に最
大２種類までの流体を、４辺の任意の辺から流すことが
可能であることを考えれば、上記の様なガス流れを実現
することは充分に可能である。

また、電池の効率的な熱制御を行うためには、電気ヒー
ター以外のガスによる加熱手段あるいは保温方法を有効
に用いることが望ましい。そのためには、発電プラント
内で生成される、種々の精製されていないグーティーな
ガスでも利用できなければならず、電極などを阻害しな
い伝熱を行う通路を設けることにより達成される。

〔作　用］ ガス分離板と電極との間に形成される２種類の通路のう
ち、電極と隔離された通路は、その中で供給燃料ガスを
改質するが、電解質と通じる電極側に開いた通路とは出
入口が別なため、電解質と通じる通路からの電解質の１
気の侵入が防がれ、その結果、電極と隔離された通路内
の触媒は、長時間にわたり活性を低下させることがない
。

また、本発明によれば、分離板をはさんで位置するもう
１つの電極と隔離された独立な通路が存在するが、その
通路も前述した改質用通路とすることにより２つの異な
る方向から供給ガスを導入できるため、一方向のみより
、さらに効率良く電池の冷却が行える。すなわち従来に
比べて分散してガスを電池内に導入できるので、人口部
での急激な吸熱反応が緩和され、面内全体での発熱量と
吸熱量のバランスを面内温度分布が均一になるように制
御することがより容易に行えることになる。

場合によっては、改質通路の代わりに改質ガス側とは反
対極側のプロセスガスを流すことによりやはり異なる２
つの方向からのプロセスガス導入が可能となり一方向の
みの流れよりも電池内の温度分布均一の面からより効率
の良い冷却を行うことができる。

さらに１つの形式として、上記の電極と隔離された通路
には、反応通路とも流体的に隔離されているため、冷却
以外に電池の保温、昇温といった熱制御においても、反
応ガスと全く関係のない熱媒体や電極を劣化させるよう
な熱媒体を流しても何ら問題は生じないので、システム
を考えた場合、ヒーターによる温度制御に代わるより効
率の高い熱の運用方法が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

実施例１ 本発明の一実施例を第１図〜第２図により説明する。

本発明の流路構造の基本構成を第１図に示す。

互いに直交する波形部材１ａ、ｌｂに分離板２が介在し
、上記波形部材と密着させることにより、３ａ、３ｂ、
３ｃ、３ｄと４つの流路が構成されることになる０本発
明では、そのうちの分離板２と上記波形部材１ａ、ｌｂ
により囲まれた流路３ａ、３ｄの流路の両端部のすべて
の開口部１００のみ閉塞されている。従って、例えば２
００の方向から入ってくる流体は流路３ｂのみを、２０
１の方向がら入ってくる流体は流路３ｃのみを流れるこ
とになる。次に上記の両端を閉塞された流路３ｄの入口
部は、分離板２を隔てた、上記流路３ａのうちの端部の
流路４ａの側面１０１ａを開口し、さらに分離板２に、
流路３ｄに通じる貫通穴１０２を設けることにより達成
される。すなわち、例えば２０２の方向から）流入する
流体は、開口部１０１ａに流入し、次に上記貫通穴１０
２を通って流路３ｄを流れることになる。

同様に、もう１つの両端を閉塞された流路３ａに関して
も、流路３ｄの端部の流路４ｂに開口部１０１ｂを設け
、さらに分離板に流路３ａと通ずる貫通穴を設けること
により、例えば流体２０３０人口部を形成できる。また
、それぞれの出口部についても残りのそれぞれのもう１
方の端部側を先と同様の構造とすればよい。

なお流体の入口、出口部における流体２０１と２０２あ
るいは流体２００と２０３との混合は、分離板２により
完全に防止される。

第２図及び第３図は、第１図を補足するための断面図で
あるが、第１図における一組の流路構成体を複数個積層
するため、新たに必要となるマニホールドを含めた構成
となっている。

第２図は上記流体２０２の流れを示すもので、流体２０
２のみが通る大口マニホールド５ａを流れる流体２０２
の分離板２の下側に位置する流路３ｃ、３ｄへは、マニ
ホールド部材７により流入が防げる。

流体２０２は上記分離板２の上側に位置する上記マニホ
ールド部材７の開口部８を通って、上記端部波形流路４
ａの開口部１０１ａに流入し、上記貫通孔１０２を通り
、上記両端を閉塞された流路３ｄを流れ、貫通孔１０２
を通り端部流路４ａから出口マニホールド５ｂに導かれ
る。

第３図は同様に流体２０１の流れを示すものである。流
体２０１は流体２０１のみが流れる入口マニホールド６
ａを流れ、分離板２の下側の上記マニホールド部材７の
開口部８を通り、流路３Ｃを流れ、出口マユホールド６
ｂに導かれる。この場合も、マニホールド６ａ、６ｂに
面したもう一方の流路４ａとはマニホールド部材７によ
りその流入が防止されている。

以上、本発明により、分離板をはさんで互いに直交する
形で設けられた波形形状の流路構成体及びその積層体に
おいて、その大きさや外観上の形状を殆ど変えることな
く、最もコンパクトな形で、最大４種類の流体を、また
、同−辺には最大２種類までの流体を４辺の任意の辺か
らそれぞれ独立して流すことができる。

実施例２ 次に本発明の流路構成体を応用した具体的な機器につい
ての実施例として内部改質を伴う溶融炭酸塩型燃料電池
を例に説明する。

第４図は、本発明による溶融炭酸塩型燃料電池の流路部
構成要素を示すものである。アノードガス２０４とカソ
ードガス２０５を分離し混合を防ぐセパレータ板２にカ
ソード側流路を形成する波板１ａ、アノード側流路を形
成する波板１ｂが密着して接する。その際、上記波板１
ａ、ｌｂとセパレータ板により形成される通路の両端部
１００は全て閉塞されている。また、上記セパレータ板
２には、周囲４辺に５ａ〜５ｐまで１６個のマニホール
ド用の貫通穴が空けられている。また、その内側に多数
の小孔１０２がやはり４辺に設けられている。次にマニ
ホールドを構成するカソード側枠７ａ、アノード側枠７
ｂが上記セパレータ板２と接着される。その際、セパレ
ータ板２に設けたマニホールド用貫通穴５と枠７ａ、７
ｂに設けたマニホールド用貫通穴５とは一致する。枠７
ａ、７ｂのマニホールド用貫通穴５は、各辺において１
つおきに内向きに開口部８が設けられている。しかもセ
パレータ板上に両枠が接着されたときに、枠７ａ、７ｂ
ではとちらか１方にのみ開口部８が配置されるようにな
っており、この開口部を通じてのみ、流路３とマニホー
ルド間の連絡が可能となる。

第５図に、上記流路部構成要素体と電極９ａ＋９ｂを上
下両側に備えた電解質板１０とが交互に積層された、複
数個の電池を積層した積層電池の断面図を示す。なお、
この積層電池の上下には、外部から電池内にガスを供給
したり、あるいは外部へ排ガスとして排出するためのガ
スヘッダ部１１゜１２が備わっている。

説明の都合上、流路構成体Ａは、第４図のマニホールド
５ｆ（５ｈ）〜５φ（５ｍ）間の切断図とし、同じくＢ
は５ｇ（５ｅ）〜５ｎ（５ｐ）間の断面図を示すものと
する。

流路構成体Ａ側に示すように、アノードガス２０４は、
アノードガス供給口１９から、アノード入口ヘッダ−１
４に入り、その後、該ヘッダーと連絡している大口マニ
ホールド５ｆ、５ｈ内を流れ、入口側の開口部８を通っ
て、電極９ｂと接する第１の流体通路である流路３ｂを
流れる。電極９ｂ内で電気化学反応を行い、出口側開口
部８を通り、排ガス２０７となって、出口マニホールド
５φ、　　５ｍを通り、アノード出口へシダ−１３に集
められた後にアノード排気口１７を通って系外に排出さ
れる。

同様に、カソードガス２０５に関しても、図には示され
ていないが、ガスヘッダ一部１１あるいは１２に位置す
るカソード入口ヘッダーから第４図の入ロマニホールド
５ｂ、５ｄを通って、アノードガスと直角方向の第１の
流体通路である流路３ｃを流れ、電極９ａ内でカソード
電極反応を生じ、出口開口部８を通って、出口マニホー
ルド５に、５ｉを通って、図には示されていないが、や
はりガスヘッダ一部１１．１２に設けられているカソー
ド出口ヘッダーに集められ、系外へ排出される。

従来の電池の場合、波形シート材１によってアノード、
カソード側それぞれに形成される、もう１つの流路３ａ
、３ｄについては、それぞれ隣り合う流路３ｂ、３ｃを
流れるガスと同一のガスを流す他なかった。本発明の電
池では、例えば第２の流体通路である流路３ａについて
言えば入口マニホールド５ｅ＋５ｇｓ出ロマニホールド
５ｎ、５ｐは他のマニホールドと独立しており、また、
該マニホールドと連絡する出入口ヘッダーＩＳ、　１５
も独立して設けられている。さらに、流路３ａの電極９
ｂとも波形シート材１により隔離されている。従って、
特に電気化学反応に関係なく、ガス２０６を独立に流す
ことができる。これはカソード側の第２の流体通路であ
る流路３ｄについても同様である。

本実施例では、電池本体内で原燃料であるメタンを改質
して電気化学反応を生じさせる、いわゆる内部改質型燃
料電池に適用している。第６図に本実施例の電池本体の
断面図を示す。改質前のメタンを含む原燃料ガス２０８
は、ガス供給口１８からアノード入口ヘッダー１６に集
められ、ここから、複数の入口マニホールド５Ｂを通っ
て、各セルへ分配されることになる。すなわち入口マニ
ホールド５Ｂから、マニホールド枠に設けた開口部８を
通り、セパレータ板２に設けられた開口部１０２を通で
流路３ａに導入される。流路３ａ内には、改質触媒３０
が配置され、流路３ａ内で水素リッチなガスに改質され
、開口部１０２．　　開口部８を通り出口マニホールド
５Ｂへ導かれる。流路３ａは他の流路及び電極９ａ、９
ｂと隔離されているために、電解質板１０から電極９ａ
、９ｂを通して流路内３ｂ。

３ｃに発生する電解質蒸気の流路３ａへの侵入が防止で
き、改質触媒は電解質蒸気の凝縮による付着によって生
じる活性低下をまぬがれることができ、電池の長寿命化
が図れることになる。なお改質後のガス２０４は、出口
マニホールド５Ｂを通り、旦、ガスヘッダー１５に入り
、さらに、ガスヘッダー１５と流体的に連絡している別
のマニホールド５＾を通って、今度は、流路３ａと隣合
う流路３ｂに開口部８を通って導入される。流路３ｂは
電極９ｂと接しており、電気化学反応を生じながら、隣
接する改質反応を行う流路３ａ内のガス流れとは逆方向
に進む。流路３ｂの出口に達したガスは、開口部８を通
って出口マニホールド５Ａを通り、出口アノードヘッダ
ー１４に集められ、排気口１７を通り排ガス２０７とな
って電池から排出される。なお、流路３ｂには流路３ａ
を出た改質ガスのメタン改質率をさらに高めるために、
従来と同様に改質触媒３０を配置してもよい。

また、本実施例では、改質反応を生じる流路３ａと電気
化学反応を生じる流路３ｂのガス流れが互いに逆方向と
なっている。これにより従来に比べて、電池面内の温度
分布をより均一にすることが可能となる。その効果を第
７図を用いて説明する。第７図には本実施例と従来例に
おけるアノードガス流れ方向の温度分布を示す。従来例
では原燃料及び改質ガスの流れ方向が同じである。−般
にガス入口温度はガスの顕熱を利用して電池を冷却する
ため、電池温度よりも低い。このため、ガスの入口部付
近の電池温度は面内で最も低い温度となりやすく下流側
へ行くほどガス温度も上昇するので顕熱による冷却効果
も小さくなり、電池温度が高くなる。従来の場合、原燃
料が改質される際の吸熱現象がさらに加わるため入口付
近の温度はますます低下することになり、最悪の場合、
溶融温度である４９０°Ｃ前後まで下がることも考えら
れる。逆に下流側では、改質反応が終了しているために
大きな吸熱効果は得られず、温度が高くなり、面内の温
度分布の不均一が大きくなることは避けられない。それ
に比べて本実施例では、原燃料と改質ガスの入口が互い
に反対側に設けられており、流れ方向は対向する。この
ため改質後の反応ガスが流れる原燃料通路と隣接する通
路において比較的高温となる出口付近が熱源となり、原
燃料入口付近の温度低下は避けられ、面内温度分布をよ
り均一にすることができる。

従来、第７図のようにアノードガス（改質ガス）とカソ
ードガス（酸化剤）が直交して流れる場合、第８図に示
すように両者の下流部付近５０の温度が最も高くなる場
合が多い。そこで、本実施例よりもさらに面内温度分布
を均一にする他の実施例を第８図に示す。第８図では原
燃料は辺６１に対して均一に流入するのではなく、高温
域６０に流れるガス流量を多くし、改質量を増やし、高
温域６０における吸熱量を増やすことにより、高温域を
局所的に冷却する方法を示している。なお原燃料ガスの
面内流量分布の制御は、第６図の開口部１０２の開口面
積を変えることにより行うことができる。

実施例３ 他の実施例は、第６図に示す電極と隔離された分離板を
はさんで反対側に位置するもう１つの流路３ｄ内にも改
質触媒を配置し、第９図に示すように２つの方向から分
散させて原燃料ガスを導入することもできる。流路３ａ
及び流路３ｄで改質されたガスは、出口マニボールドを
通って、−旦、電池内のガスヘッダーに導入され、その
後、電気化学反応を行う通路３ｂの入口に通ずるマニホ
ールドへ導かれる。一般に改質触媒を設けると流路面積
が減少し圧損が増加する。また先の実施例のように一部
の流路に集中してガスを流しても圧損が増加し、補助動
力が増える。２方向から別々の流路に分散することによ
り、この欠点が補える。

さらにより大きな効果としては、流路３ａと３ｄは互い
に直交するため、そして、それぞれの流路を流れる流量
分布が先に述べた開口面積を変えることにより独立に制
御できるため、２ｍの１次元流量分布を組合わせること
により２次元の流量分布制御が可能であり、このことは
より精度よく面内の吸熱分布が制御でき、ひいては、面
内温度分布をより均一化することが可能となる。

電極と隔離された２つの通路のうち第６図の流路３ｄに
、カソード側のプロセスガスを流し、カソードプロセス
ガスが１つのセル内で第１０図に示すように対向して流
すことも可能であり、同図に示すように、ガスを分散し
て導入できるのでプロセスガス入口温度を低くしても入
口近傍の温度低下を抑えることができるので最高温度が
低くなり、温度分布均一の効果がある。

実施例４ 今まで述べてきた実施例においては、改質反応通路を出
るメタンの改質率が温度、圧力、入口ガス組成により定
まる平衡値よりも、大きくなることは理論的に不可能で
ある。特に電池圧力が高くなると平衡改質率は低下する
傾向にある。これよりさらに改質率を上げるためには、
前述の如（、電気化学反応通路３ｂにも触媒を導入する
必要があった。しかし、通路３ｂ内の触媒は電解質が付
着しやすい環境におかれているため、劣化しやすく寿命
の問題が残る。もう１つの方法はリサイクルを行い、電
気化学反応後の水分を多量に含む排ガスを原燃料ガスと
混合させることである。これによりスチーム／カーボン
比を高くすることができ、その結果、メタンの平衡改質
率も高くなる。

しかしながらリサイクルする反応後の排ガス中には電解
質蒸気が含まれており、このため徐々に流路３ａに置か
れた触媒が劣化することになる。

第１１図に、触媒の寿命を出来るだけ長く延ばすことを
目的としたリサイクル方式の実施例を示す。

通路３ａで改質された平衡ガスは、−旦出口マユホール
ドを通って電池内のガスヘッダー４１に入り、そこで、
電池から排出され、再循環された反応ガス２０７と混合
され、もう１つの電極と隔離された通路３ｄに通ずるマ
ニホールドを通る。通路３ｄには改質触媒が配置されて
おり、再循環ガス２０７に含まれる水分の影響により、
通路３ｄを出た改質ガス中に含まれるメタン濃度の平衡
値は通路３ａ出口よりもさらに小さくなる方向に進み、
通路３ｄ出口における改質率はさらに高くなる。この改
質ガスは通路３ｄ出口と通ずるマニホールドを通り、−
旦、ガスヘッダー４２に導かれ、そこから反応通路３ｂ
に通ずるマニホールドを通って、第６図の電極９ｂに導
かれる。このように改質反応を２段階に分けて行う本実
施例では、少なくとも通路３ａの改質触媒はリサイクル
の影響を受けないため、再循環ガス中に含まれる電解質
蒸気による触媒活性低下が避けられる。メタン改質の大
半はこの通路３ａ内で行われ、再循環ガスが混在する通
路３ｄでの改質割合は比較的小さく、従って通路３ｄ内
の触媒の負担は通路３ａ内の触媒に比して比較的軽い、
また２つの通路に触媒を配置できるので電池内の触媒量
も増やすことができる。

以上のことから電解質の触媒に与える影響は小さくなり
、触媒全体としての寿命は延びることになる。従来技術
では再循環系にガス中の電解質を除去する装置が不可欠
となっていたが、本実施例では、そのような装置がなく
ても、触媒の寿命を延ばすことが可能となる。

実施例５ 上記に示した燃料の改質や電池の冷却以外にも電池には
非発電時における昇温、降温、あるいは保温といった熱
制御もプラント運転上必要となる。

本発明による他の実施例として電池本体の熱制御システ
ムの１例を第１２図に示す。電池本体４０は、先述のよ
うに４つの独立した通路３　ａ、　３　ｂ、　３　ｃ。

３ｄを有している。このうち、電極と連絡する通路３ｂ
、３ｃには、それぞれ改質ガス、カソードプロセスガス
が流れる。また、原燃料を改質するための通路は先述の
ように電極と隔離された通路３ａが用いられる。

残る通路３ｄは電極と隔離された通路であり、熱制御の
目的に応じて、種々のガスが流れることになる。先ず、
冷却用にはカソードプロセスガスライン３０２の分岐点
５０からプロセスガスの一部を分岐し、分岐ライン３０
３を通り流量調整弁５２により制御されたプロセスガス
が通路３ｄに導入し、通路３ｃを対向して流れるプロセ
スガスと合わせて先述した電池冷却を行う。あるいは、
別な冷却方法の選択として、これも先述したが、改質反
応を利用した吸熱作用による電池の冷却がある。この場
合は通路３ｄにも改質触媒を配置しておく必要がある。

原燃料ライン３０１の分岐点５６から分岐された原燃料
の１部が分岐ライン３０６を通り、流量調整弁５４によ
り流量制御され通路３ｄに導かれ、改質後、電池外へ排
出される。あるいは改質ガスの１部、あるいは全部を分
岐ライン３０５に通し、流１ＫＰＩ整バルブ５１．５７
により流量制御を行った後に電気化学反応を行わせるた
めに通路３ｂに導入することもできる。このように冷却
に関して２種類の冷却方法を選択することができること
の利点として、電池の負荷、供給ガス、流量、ガス温度
などの種々の運転条件において、よりフレキシブル　に
最適な冷却が行えることである。なお、通路３ｄ内の改
質触媒は、カソードプロセスガス導入時には酸化される
ため、原燃料ガスを流す場合には、水素を通ガスして還
元する必要があることをことわっておく、また、冷却媒
体として、原燃料ガスやカソードプロセスガス以外の媒
体を独立して流すことも可能である。この場合は前記ガ
スよりも熱容量や熱伝導度の大きい媒体を選べば、冷却
ガス量が減らせるため、補助動力が少なくて済みシステ
ムの効率が向上する。

次に、非発電時における電池の昇温、保温といった加熱
操作も本システムで行うことができる。

すなわち、高温の熱媒体が流れるライン３００から、流
量調整弁５３により流量制御された熱媒体を必要に応じ
て、通路３ｄに流すことにより電池に熱の供給を行うこ
とができる。最も得られやすい熱媒体として、燃焼ガス
などが挙げられる。燃焼ガス中には、電極の活性を低下
させる有害物質ＳＯｘやＮＯｘなどが含まれているが、
通路３ｄは電極と隔離された通路となっているため、こ
のような電極に悪影響を及ぼすガスでも熱媒体として用
いられるため、加熱用ヒーターの代用も考えられ、加熱
用媒体の選択幅が拡がること、浄化装置も不要になるこ
とと合わせて、システムの構成が簡単となり効率の向上
及びコスト低減にもつながる。

［発明の効果］ 本発明によれば、燃料改質を行う通路への電解質の侵入
が防げるため、改質触媒の寿命を向上する効果が得られ
る。

また、供給ガスを異なる方向から分散させて導入するこ
とや、常時反応ガス以外のガスの導入も可能なため、面
内温度分布の均一化が図れ、電池の信鯨性、寿命、性能
などが向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の流路構造の斜視図、第２．
第３図は第１図にマニホールド部を加えた１−１及び■
−■縦断面図、第４図は組立斜視図、第５図（ａ）、（
ｂ）　、第６図（ａ）　、　（ｂ）はその縦断面図、第
７図（ａ）〜（ｃ）は従来例と本発明の他の実施例の比
較説明図、第８図〜第９図は本発明の他の実施例におけ
るガスフロー概略図、第１０図（ａ）〜（、ｃ）は従来
例と本発明の他の実施例の比較説明図、第１１図は本発
明の他の実施例のガスフロー概略図、第１２図は本発明
の他の実施例の電池周囲を含むガスフローシステム概略
図である。 ■・・・波形シート部材、２・・・ガス分離板（セパレ
ータ板）、３・・・流路、５．６・・・マニホールド、
８・・・マニホールド開口部、９・・・電極、１０・・
・電解質板、３０・・・改質触媒、１００・・・端部閉
塞部、１０２・・・流路開口部、２０４・・・アノード
ガス、２０５・・・カソードガス。 （本頁以下余白） 鋼２図 第４図 第５図 ７ａ−−・カソード側枠 ２０４−７ノードガヌ ２０６−任意のガス ７ｂ・・・７ノード側枠 ２０５′−力ソードガヌ 第６図 改Ｗ触媒 ２０８・−原燃料ガス 第８図 第９図 改質ガス 介 原燃料（１） 第７図 （ａ） （ｂ） （従来） （本発明） （Ｃ） Ｉ−Ｉ面温度分布 第 ０図 （ａ） （ｂ） （従来） （本発明） （Ｃ） 温度分布（１−Ｉ　）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電極、電解質、ガス流路を含む燃料電池において、
   ガス分離板をはさんで両側に該ガス分離板と対峙するそ
   れぞれの電極を配設し、該電極とガス分離板との間に、
   該電極と接し、該電極において電気化学反応を生じる第
   １の流体通路を前記分離板の両側にそれぞれ配設し、該
   電極と隔離され、しかも該電極の熱発生面と熱的に連絡
   している第２の流体通路を該ガス分離板の両側にぞれぞ
   れ配設し、該第１の流体通路と該第２の流体通路が隔壁
   を介して相互に接し、かつ該第１の流体通路と該第２の
   流体通路へのガスの導入部が異なることを特徴とする燃
   料電池。 ２、第２の流体通路の両端出入口部が、隣接する第１の
   流体通路の両端の出入口部と連絡できないように閉塞さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。 ３、ガス分離板と該シート材によって形成される分離板
   に対して開いている第２の流体通路の閉塞された両端部
   近傍のガス分離板面上に、貫通する開口部を設け、該開
   口部と流体的に連絡する第２の流体通路の出入口部を、
   該ガス分離板介して該流体通路と反対側に設けた請求項
   ２記載の燃料電池。 ４、電池内にガスの給徘を行うガスマニホールドと第２
   の流体通路の出入口部を含み、流体的に該第２の流体通
   路とのみ開口部を通して連絡する通路あるいはガスヘッ
   ダーを該第２の流体通路の反対側の該分離板上に設けら
   れたことを特徴とする請求項３記載の燃料電池。 ５、電解質、ガス拡散電極により電気化学反応を行わす
   ために該拡散電極には、電気化学的に活性なガスを流し
   、該電極と流体的に隔離され、熱発生面とは熱的に連絡
   されている流路に電気化学的に不活性なあるいは、該電
   極を流れるガスとは異なるガスを流し、そのガスの供給
   源を別個に有する燃料電池システム。 ６、電極と流体的に隔離された通路に、電池の保温、昇
   温、冷却操作において電池の温度を制御するための加熱
   媒体あるいは冷却媒体を電池に反応ガスとは独立して供
   給する請求項５記載の燃料電池システム。 ７、燃料電池内の電解質と該電解質と電極を介して流体
   的に連絡する該電池の流体通路へ、ガス供給源から供給
   される炭化水素含有ガスを導入して電気化学反応を生じ
   させ電気エネルギーを発生する燃料電池において、該電
   極と隔壁を介して位置し、かつ電極の熱発生面と熱的に
   連絡している別な第２の流体通路を設け、該電極と連絡
   する第１の流体通路へ供給するガスと、電極と隔離され
   ている前記第２の流体通路へ供給するガスが、異なる位
   置から別々に混合されることなく導入されることを特徴
   とする燃料電池の運転操作方法。 ８、ガス分離板を介して両側に位置する第２の流体通路
   のうちの片方あるいは両方に炭化水素を含有するガスを
   流し、該ガスを触媒を用い電気化学的に活性なガスに改
   質する吸熱リフォーミング過程を導入したことを特徴と
   する請求項７記載の燃料電池の運転操作方法。 ９、ガス供給源から供給される炭化水素を含有するガス
   を最初に第２の流体通路に通し改質させながら該流体通
   路の出口に達せしめ、その後に該改質ガスを該改質ガス
   と電気化学反応を生じる電極側に位置する第１の流体通
   路入口に通せしめることを特徴とする請求項８記載の燃
   料電池の運転操作方法。 １０、炭化水素含有ガスが流れる第２の流体通路と改質
   されたガスが流れる第１の流体通路を流れるガスとの向
   きを互いに対向するようにしたことを特徴とする請求項
   ９記載の燃料電池の運転操作方法。