JPH025368A - 溶融炭酸塩型燃料電池 - 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、炭酸塩を電解質とする単電池を積層してなる
積層体を有する溶融炭酸塩型燃料電池に関し、特に積層
体に反応ガスを給排する構造に関する。

〔従来の技術〕

溶融炭酸塩型燃料電池のセルスタックは多数の単電池、
例えば１００単電池程度を積層してなるブロックを複数
積み重ねて構成され、ブロック１０は第５図に示す構造
を存している０図において単電池１は電解質としてＬｌ
ＩＣＯ３およびにＩＣｏ、を混合した炭酸塩を含存保持
した電解質１２と、これを挟持してその両側に配される
アノードｔｍ３とカソード電極４と、一方の面にアノー
ド電８ｉ３に燃料ガスを供給する凹状のガス室５と他方
の面にカソード電極４に酸化剤ガスを供給する凹状のガ
ス室６とを有するガス不透過性のセパレータ板７とがう
なり、ガス室５，６には波形状の集電板８が挿入され、
アノード電極３とカソード電極４とは集電板８により電
解質板２に押し付けられて支持されている。

燃料ガスをアノード電極３に給排する流路となる供給マ
ニホールド孔１１と排出マニホールド孔１２とはそれぞ
れ電解質板２とセパレータ板７とを貫通して設けられ、
供給マニホールド孔１１と排出マニホールド孔１２とは
枝流路１３．１４とによりそれぞれガス室５に連通して
いる。なお供給マニホールド孔１１．排出マニホールド
孔１２．枝流路１３．１４は各単電池に複数設けられて
いる。

酸化剤ガスをカソード電極４に給排する流路となる複数
の供給マニホールド孔１５．排出マニホールド孔１６．
図示しない枝流路はガス室６に接続して燃料ガスのもの
と同じ要領で単電池１に設けられている。

積層された単電池の上下端には下端板１８と上端板１９
とが配され、下端板】８には外部から燃料ガスを供給す
るために各単電池１の燃料ガス供給マニホールド孔１１
に連通ずる供給マニホールド孔１１ａに接続する供給マ
ニホールド２１が下端板１８の端面に開口して穴状に設
けられている。（第６図参照）また酸化剤ガスの供給マ
ニホールド２２も同様に単電池１の各酸化剤ガス供給マ
ニホールド孔１５に連通ずる供給マニホールド孔１５ａ
に接続して下端板１８の端面に開口して穴状に設けられ
ている。　（第６図参照） 上端板１９には電池反応をした燃料ガスを外部に排出す
るために、単電池１の排出マニホールド孔１２に連通ず
る排出マニホールド孔１２ａに接続するＢ出マニホール
ド２３が上端板１９の端面に開口して穴状に設けられて
いる。　（第７図参照）また酸化剤ガスの排出マニホー
ルド２４も同様に単電池１の各酸化剤ガス排出マニホー
ルド′孔１６に連通ずる排出マニホールド孔１６ａに接
続して上端板１９の端面に開口して穴状に設けられてい
る。（第７図参照）第８図は上記のブロック１０を複数
積み重ねてなるセルスタック２０に反応ガスを給排する
配管を備えたセルスタック２０の部分断面図である０図
において２５はセルスタックの側面に沿って直立する酸
化剤ガスの供給管であり、この管から分岐してブロック
１０の下端板１８の供給マニホールド２２に接続する供
給枝管２６が設けられ、供給枝管２６には電気的に絶縁
するセラミック製の絶縁管２７が挿入され、また供給枝
管間の供給管には燃料電池の運転により生じるブロック
ｌＯの積層方向の収縮を吸収するベローズ２８が挿入さ
れている。

酸化剤ガスの排出管３０も上記と同様にこの管から分岐
した排出枝管３１を介して上端板１９の排出マニホール
ド２４に接続されている。なお、排出枝管３１にはセラ
ミック製の絶縁管２７と排出管３０にはベローズ２８が
設けられている。

燃料ガスを供給、排出する供給管、排出管も図示しない
が、酸化剤ガスのものと同じ要領で設けられ、その供給
、排出枝管にはセラミック製の絶縁管、そして供給、排
出管にはベローズが設けられている。

上記のように反応ガス等の配管を備えたセルスタックは
、圧力容器の中に収納されて据付けられ、散気圧の高圧
下で燃料電池を運転するのが一般的である。これは高圧
下の運転の方が発電効率が高いためである。

ところで、セルスタックは単電池を積層した後、積層方
向に締付けられ、運転状層で単位面積当たり２〜４　ｋ
ｇ／−の力で締付けられるようにしている。これは電解
質板と電極面との当たりを良くし、このことにより内部
抵抗を低くするとともにセパレータ板と電解質板との間
のガス漏れを防止するウェットシール部の当たりを良く
するためである。

このような構造により、燃料電池に反応ガスを供給して
運転する場合、酸化剤ガスは供給管２５から供給枝管２
６により各ブロック１０に流入し、下端板１日の供給マ
ニホールド２２を経て、ブロック１０内の供給マニホー
ルド孔１５から各単電池１のカソード電極４に供給され
る。一方、燃料ガスは図示しない供給管、供給枝管を経
て下端板１Ｂの供給マニホールド２１から各ブロック１
０に流入し、ブロック１０内の供給マニホールド孔１１
から各単電池１のアノード電極３に供給される。この供
給された燃料ガスと酸化剤ガスとにより炭酸塩電解質の
溶融状態で単電池にて電池反応を起こさせて電気を発生
し、セルスタック２０から電力を取出している。

電池反応をした酸化剤ガスは各ブロックｌＯの上ｉ　Ｗ
　１９ノ１９出マニホールド２４から排出枝管３１を経
て排出管３０から外部に排出される。一方、電池反応し
た燃料ガスも各ブロック１の上端板１９の排出マニホー
ルド２３から図示しない排出枝管から排出管を経て外部
に排出される。

〔発明が解決しようとする課題〕

溶融炭酸塩型燃料電池は６００〜７００℃の高温で運転
されるので１、電解質板２．アノード電極３カソード電
極４等は運転経過に伴いクリープしてこれらの板厚が減
小する。このためこれらの部材からなる単電池を多数積
層してなるセルスタックには板厚減小が積み重なり相当
大きな収縮量が生しる。したがってセルスタックの周囲
に設けられる燃料ガス、酸化剤ガスの供給、排出管には
前記収縮量を吸収するベローズを設けている。しかし、
このベローズは金属製の供給、排出管に溶接されるので
、溶接欠陥等によるガス漏れの恐れがあるとともに、ベ
ローズは高価であるという問題がある。

また、電気絶縁のためセラミック製の絶縁管を金属製の
供給、排出枝管に挿入しているが、セラミック管と金属
管との接合には特殊技術が必要であり、またこの接合部
からも接合欠陥によりガス漏れが生しる恐れがあるとと
もにセラミゾクも高価であるという欠点がある。

さらに燃料ガス、酸化剤ガスを供給、排出する配管はセ
ルスタックの周囲に配されるので、セルスタックを収納
する圧力容器も大きくなり、燃料電池の発電装置が大型
化するという欠点がある。

本発明の目的は、単電池が積層された積層体に反応ガス
を供給、排出する手段に、積層体の収縮を吸収する手段
や、電気絶縁手段を付加する必要がなく、かつ小型化す
ることのできる熔融炭酸塩型燃料電池を提供することで
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明によれば炭酸塩電解
質を保有する単電池を複数積み重ね、その両端部に端板
を配し、一方の端板の内部に各単電池に燃料ガスを供給
する供給マニホールドを、他方の端板の内部に燃料ガス
を排出する排出マニホールドを備え、さらに一方の端板
の内部に酸化剤ガスを供給する供給マニホールドを、他
方の端板の内部に酸化剤ガスを排出する排出マニホール
ドを備えてなるブロックを有する溶融炭酸塩型燃料電池
において、ブロックを積層方向に貫通し、燃料ガスの供
給、排出マニホールドのそれぞれに連通する燃料ガスの
供給導通孔と排出導通孔並びに酸化剤ガスの供給、排出
マニホールドのそれぞれに連通する酸化剤ガスの供給導
通孔と排出導通孔とを設けるものとする。

〔作用〕

端板の間に複数の単電池を積み重ねて介挿してなるブロ
ックを積層方向に貫通し、ブロックの両端にある端板に
設けられた燃料ガスの供給マニホールドとＩｆマニホー
ルドに連通ずる燃料ガスの供給導通孔と排出導通孔並び
に燃料ガスと同様に酸化剤ガスの供給マニホールドと排
出マニホールドに連通ずる酸化剤ガスの供給導通孔と排
出導通孔とを端板の内部に設けたことにより、外部から
供給される燃料ガスと酸化剤ガスとはそれぞれこれらの
供給、排出導通孔を通り供給、排出マニホールドを経て
各単電池に給排されるので、従来のようにセルスタック
の周囲に配管を配設する必要がなく、また供給、排出導
通孔はブロックと同時に収縮するとともに電気絶縁体も
付加する必要がなくなる。

〔実施例〕

以下図面に基づいて本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明の実施例によるブロックを複数積み重ね
てなるセルスタックの部分断面図、第２図は第１図のＡ
−Ａ断面図、第３図は第１図のＢ−Ｂ断面図、第４図は
第１図のＣ−Ｃ断面図である。なお、第１図ないし第４
図において従来例と同一部品には同じ符号を付し、その
説明を省略する。第１図ないし第４図において従来例と
異なるのはブロック１０を第２図に示すようにアノード
１！１３．カソード電極４の周囲域−で貫通し、第３図
に示すように下端板１８の燃料ガスの供給マニホールド
２１に連通する供給導通孔２５と酸化剤ガスの供給マニ
ホールド２２に連通ずる供給導通孔２７と、第４図に示
すように上端板１９の燃料ガスの排出マニホールド２３
に連通する排出導通孔２６と酸化剤ガスの排出マニホー
ルド２４に連通ずる排出導通孔２８を設けたことである
。なお、セルスタックとして積層された各ブロック１０
の燃料ガスの供給。

排出導通孔２５，２６　、酸化剤ガスの供給、排出導通
孔２７　、２８は重なり合ってそれぞれ一本の導通孔を
形成する。

このような構造により、酸化剤ガスはブロックＩＯを積
層してなるセルスタック２０内の酸化剤ガスの供給導通
孔２７から各ブロック１０の下端板１８の供給マニホー
ルド２２に入り、ここから各ブロック１０内の単電池１
に供給される。同様にして燃料ガスも燃料ガスの供給導
通孔２５から下端板１８の供給マニホールド２１に入り
、ここから各ブロック１０内の単電池１に供給される。

供給された燃料ガスと酸化剤ガスとにより炭酸塩電解賞
の溶融状態で単電池は電池反応をして電気を発生し、セ
ルスタックから電力を取出す、そして電池反応して単電
池から排出される燃料ガスと酸化剤ガスとはそれぞれ上
端ＪＦｘ　１９の内部にある燃料ガスの排出マニホール
ド２３．酸化剤ガスの排出マニホールド２４から燃料ガ
スの排出導通孔２６．酸化剤ガスの排出導通孔２８を経
て外部に排出される。

〔発明の効果〕

上記の説明から明らかなように、本発明によれば単電池
を多数積層してなるブロックにおいて、ブロック内の各
単電池に燃料ガスと酸化剤ガスをを 給排する流路λ、ブロックを積層方向に貫通して設けた
供給、排出導通孔にして設けることにより、溶融炭酸塩
型燃料電池が高温で運転され、それに伴って生じるクリ
ープによるブロックの積層方向の収縮が生じても供給、
排出導通孔はブロックと同時に収縮し、このため従来の
ようにベローズが不要となり、また必然的に電気絶縁体
も付加する必要がなくなるという効果がある。なお、従
来のようにブロックの周囲に燃料ガスや酸化剤ガスの給
徘用配管がなくなるので、ブロックからなる燃料電池本
体がコンパクトになり、またこれを収納する圧力容器も
小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例によるブロックを積層したセル
スタックの部分断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図
、第３図は第１図のＢ−Ｂ断面図、第４図は第１図のＣ
−Ｃ断面図、第５図は従来のブロックの断面図、第６図
は第５図のブロックの下端板の横断面図、第７図は第５
図のブロックの上端板の横断面図、第８図は第５図のブ
ロックを積層したセルスタックの部分断面図である。 １：単電池、１０ニブロツク、１日：下端板、１９：上
端板、２】：燃料ガスの供給マニホールド、２２：酸化
剤ガスの供給マニホールド、２３：燃料ガスの排出マニ
ホールド、２４：酸化剤ガスの排出マニホールド、２５
：燃料ガスの供給導通孔、２６；燃料ガスの排出導通孔
、２７：酸化剤ガスの供給導通孔、２８：酸化剤ガスの
排出導通孔。 第１図 第２図 １’２ ん 第５ 図 第３ 図 ２４　　　　　　灼 第４図 第６図 第７１！Ｊ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）炭酸塩電解質を保有する単電池を複数積み重ね、そ
   の両端部に端板を配し、一方の端板の内部に各単電池に
   燃料ガスを供給する供給マニホールドを、他方の端板の
   内部に燃料ガスを排出する排出マニホールドを備え、さ
   らに一方の端板の内部に各単電池に酸化剤ガスを供給す
   る供給マニホールドを、他方の端板の内部に酸化剤ガス
   を排出する排出マニホールドを備えてなるブロックを有
   する溶融炭酸塩型燃料電池において、ブロックを積層方
   向に貫通し、燃料ガスの供給、排出マニホールドのそれ
   ぞれに連通する燃料ガスの供給導通孔と排出導通孔並び
   に酸化剤ガスの供給、排出マニホールドのそれぞれに連
   通する酸化剤ガスの供給導通孔と排出導通孔とを設けた
   ことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。