JPH03105865A - 内部改質型燃料電池およびそれを用いた発電プラント - Google Patents
内部改質型燃料電池およびそれを用いた発電プラントInfo
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- JPH03105865A JPH03105865A JP1243620A JP24362089A JPH03105865A JP H03105865 A JPH03105865 A JP H03105865A JP 1243620 A JP1243620 A JP 1243620A JP 24362089 A JP24362089 A JP 24362089A JP H03105865 A JPH03105865 A JP H03105865A
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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。
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、電池寿命の長い内部改質型燃料電池と、それ
を用いた発電プラントに関する．［従来技術］ メタンガス等を燃料として利用する改質型燃料電池は、
改質装置を燃料電池の内部に備える内部改質型と、改質
装置を燃料電池の外部に備える外部改質型との２種類に
分けられる． 外部改質型は、燃料電池を構戒するセルを増して電気容
量を上げるに従い，使用する燃料ガスの量も増し、改質
装置を大がかりなものにする必要がある。また，燃料電
池の電極で起きる反応は、発熱反応のため、電池内部の
温度が上昇し、電解質の蒸発等が起きて、電池の寿命が
短くなる．これを防ぐためには、冷却装置が必要となる
。このように、外部改質型は、大がかりな改質装置と冷
却装置とが必要なために、設備費が高くなる。
を用いた発電プラントに関する．［従来技術］ メタンガス等を燃料として利用する改質型燃料電池は、
改質装置を燃料電池の内部に備える内部改質型と、改質
装置を燃料電池の外部に備える外部改質型との２種類に
分けられる． 外部改質型は、燃料電池を構戒するセルを増して電気容
量を上げるに従い，使用する燃料ガスの量も増し、改質
装置を大がかりなものにする必要がある。また，燃料電
池の電極で起きる反応は、発熱反応のため、電池内部の
温度が上昇し、電解質の蒸発等が起きて、電池の寿命が
短くなる．これを防ぐためには、冷却装置が必要となる
。このように、外部改質型は、大がかりな改質装置と冷
却装置とが必要なために、設備費が高くなる。
一方、内部改質型は、単位セル毎に、メタンガスを改質
するために、特に、大がかりな改質装置を必要としない
。また，改質反応が吸熱反応であることを利用して，電
極反応で起こる発熱を吸収できるように、セルを積層す
れば、電池内部の温度が上昇しない．このような方法を
使用すれば，冷却装置をも必要としない． 従来の内部改質型燃料電池としては、フユエルセルテク
ノロジーアンドアプリケイション（インターナショナル
セミナーザネザーランドＩＯ月２６日−１０月２９日
１９８７年）エクステンド アブストラクトＰ４１およ
びＰ４５（Ｆｕｅｌ ＣａｌｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ａｒｉｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ （Ｉｎｔｅｒｎ
ａｔｉｏｎａｌＳａｍｉｎｅｒ Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒ
ｌａｎｄｓ ２６−２９ ０ｃｔｏｖｅｒ，１９８７）
Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ Ｐａｇｅ ４
１ Ａｎｄ Ｐａｇｅ ４５））等に、電池内部の温度
が上昇しないように，改質触媒をアノードの真下に設け
て、発電反応で生じた反応熱を、すぐに、吸収できるよ
な構戒の燃料電池が開示されている． ［発明が解決しようとする課題］ しかし、アノードの真下は、燃料ガスと電極反応後の燃
料ガス（燃料排ガス）との、双方が流れるガス流路であ
り，改質触媒は，燃料ガスに触れるばかりでなく，燃料
排ガスにも触れる。
するために、特に、大がかりな改質装置を必要としない
。また，改質反応が吸熱反応であることを利用して，電
極反応で起こる発熱を吸収できるように、セルを積層す
れば、電池内部の温度が上昇しない．このような方法を
使用すれば，冷却装置をも必要としない． 従来の内部改質型燃料電池としては、フユエルセルテク
ノロジーアンドアプリケイション（インターナショナル
セミナーザネザーランドＩＯ月２６日−１０月２９日
１９８７年）エクステンド アブストラクトＰ４１およ
びＰ４５（Ｆｕｅｌ ＣａｌｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ａｒｉｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ （Ｉｎｔｅｒｎ
ａｔｉｏｎａｌＳａｍｉｎｅｒ Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒ
ｌａｎｄｓ ２６−２９ ０ｃｔｏｖｅｒ，１９８７）
Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ Ｐａｇｅ ４
１ Ａｎｄ Ｐａｇｅ ４５））等に、電池内部の温度
が上昇しないように，改質触媒をアノードの真下に設け
て、発電反応で生じた反応熱を、すぐに、吸収できるよ
な構戒の燃料電池が開示されている． ［発明が解決しようとする課題］ しかし、アノードの真下は、燃料ガスと電極反応後の燃
料ガス（燃料排ガス）との、双方が流れるガス流路であ
り，改質触媒は，燃料ガスに触れるばかりでなく，燃料
排ガスにも触れる。
燃料排ガスは、電解質の組或物と電解質より生或された
物質とを含んでいる．このために、燃料排ガスに含まれ
る上記物質が、改質触媒に触れて、改質触媒を汚染する
．さらに、セパレータの表面を伝わってくる溶融した電
解質等も、下にある改質触媒に浸透して，改質触媒を汚
染する。
物質とを含んでいる．このために、燃料排ガスに含まれ
る上記物質が、改質触媒に触れて、改質触媒を汚染する
．さらに、セパレータの表面を伝わってくる溶融した電
解質等も、下にある改質触媒に浸透して，改質触媒を汚
染する。
運転時間が長くなると、改質触媒の汚染は著しくなり、
触媒の活性度が低下して、メタンガスから水素ガスへの
転化率が低くなる。この結果、燃料電池の電池電圧は，
急激に低下する。
触媒の活性度が低下して、メタンガスから水素ガスへの
転化率が低くなる。この結果、燃料電池の電池電圧は，
急激に低下する。
第８図は、同一の燃料電池を用いて、メタンガスを燃料
とする内部改質方式による発電と、最初から水素ガスを
供給して発電する外部改質方式による発電とを、行なっ
た実験結果である。
とする内部改質方式による発電と、最初から水素ガスを
供給して発電する外部改質方式による発電とを、行なっ
た実験結果である。
縦軸は電池電圧、横軸は運転時間である．第８図より明
らかなように，内部改質方式による発電そして外部改質
方式による発電ともに、開路電圧は、１．０〜１．１■
の範囲でほぼ一定である．しかし、閉路によって電流密
度１５０ｍＡ／ｃ−の電流を流した場合に、外部改質方
式による発電は、運転時間が長くなっても，電池電圧は
０．７以下には低下しないが．内部改質方式による発電
は、運転時間が長くなるとともに、急激に電池電圧は低
下し、３３０時間を経過した時点で、０．４ｖとなり，
運転を停止した６ 以上のように、従来の内部改質型燃料電池は、考え方と
しては，電池内の温度上昇を防止して、電池寿命を長く
できることが期待されるが、実用上は、改質触媒の性能
劣化が急激なために、その効果は充分でなく、結局のと
ころ，満足いく電池寿命が得られないという問題点があ
った．また、上記のような内部改質型燃料電池を用いた
発電プラントは、電池の電圧が低下する度に．電池の交
換をせねばならず、稼動効率が低いという問題点があっ
た． 本発明の第１の目的は，改質触媒の劣化を防止し、長寿
命化を図った内部改質型燃料電池を提供することにある
。
らかなように，内部改質方式による発電そして外部改質
方式による発電ともに、開路電圧は、１．０〜１．１■
の範囲でほぼ一定である．しかし、閉路によって電流密
度１５０ｍＡ／ｃ−の電流を流した場合に、外部改質方
式による発電は、運転時間が長くなっても，電池電圧は
０．７以下には低下しないが．内部改質方式による発電
は、運転時間が長くなるとともに、急激に電池電圧は低
下し、３３０時間を経過した時点で、０．４ｖとなり，
運転を停止した６ 以上のように、従来の内部改質型燃料電池は、考え方と
しては，電池内の温度上昇を防止して、電池寿命を長く
できることが期待されるが、実用上は、改質触媒の性能
劣化が急激なために、その効果は充分でなく、結局のと
ころ，満足いく電池寿命が得られないという問題点があ
った．また、上記のような内部改質型燃料電池を用いた
発電プラントは、電池の電圧が低下する度に．電池の交
換をせねばならず、稼動効率が低いという問題点があっ
た． 本発明の第１の目的は，改質触媒の劣化を防止し、長寿
命化を図った内部改質型燃料電池を提供することにある
。
本発明の第２の目的は、内部改質型燃料電池を用いた稼
動効率が高い発電プラントを提供することにある． ［課題を解決するための手段コ 上記本発明の第１の目的は， 供給される燃料ガスを所定の方向に案内する燃料ガス流
路と、燃料ガスを改質する改質域と，カソード、電解質
板およびアノードからなる発電域とを備えて、上記改質
域と発電域とは、上記流路内において、燃料ガスの流れ
の方向に沿って、異なる位置に独立して、上記順序で配
設されていることを特徴とする内部改質型燃料電池によ
って達威される． また，燃料ガス導入口から発電域に至る第１流路部分と
、発電域から燃料ガス排出口に至る第２流路部分とから
なる燃料ガス流路を有し、上記第２流路部分は、上記第
ｌ流路部分とは実質的に異なる経路をに設けられ、燃料
ガスを改質する改質域を上記第１流路部分に，発電域を
上記第２流路部分に設けたことを特徴とする内部改質型
燃料電池によっても達成される。
動効率が高い発電プラントを提供することにある． ［課題を解決するための手段コ 上記本発明の第１の目的は， 供給される燃料ガスを所定の方向に案内する燃料ガス流
路と、燃料ガスを改質する改質域と，カソード、電解質
板およびアノードからなる発電域とを備えて、上記改質
域と発電域とは、上記流路内において、燃料ガスの流れ
の方向に沿って、異なる位置に独立して、上記順序で配
設されていることを特徴とする内部改質型燃料電池によ
って達威される． また，燃料ガス導入口から発電域に至る第１流路部分と
、発電域から燃料ガス排出口に至る第２流路部分とから
なる燃料ガス流路を有し、上記第２流路部分は、上記第
ｌ流路部分とは実質的に異なる経路をに設けられ、燃料
ガスを改質する改質域を上記第１流路部分に，発電域を
上記第２流路部分に設けたことを特徴とする内部改質型
燃料電池によっても達成される。
さらに，カソード，電解質板，アノードおよびセパレー
タから成るセルを複数個積層して構成した内部改質型燃
料電池であって，上記カソード，電解質板およびアノー
ドにより発電域を形成し、上記セパレータに、燃料ガス
を改質する改質域を設け、かつ、各セルへの分流路を含
む、燃料ガス導入口から燃料ガス排出口に至る燃料ガス
流路を備え、各セルの分流路において、上記改質域と上
記発電域とを、燃料ガスの流れに沿って異なる位置に、
独立に、上記順序で配置したことを特徴とする内部改質
型燃料電池によっても達威される。
タから成るセルを複数個積層して構成した内部改質型燃
料電池であって，上記カソード，電解質板およびアノー
ドにより発電域を形成し、上記セパレータに、燃料ガス
を改質する改質域を設け、かつ、各セルへの分流路を含
む、燃料ガス導入口から燃料ガス排出口に至る燃料ガス
流路を備え、各セルの分流路において、上記改質域と上
記発電域とを、燃料ガスの流れに沿って異なる位置に、
独立に、上記順序で配置したことを特徴とする内部改質
型燃料電池によっても達威される。
上記各セルの改質域は、当該セルの積層方向に隣接する
他のセルの発電域に対して、積層方向に重なる位置に配
設されていることが好ましい。
他のセルの発電域に対して、積層方向に重なる位置に配
設されていることが好ましい。
あるいは、上記各セルにおいて，改質域と発電域とは、
積層方向に隣接する他のセルの改質域および発電域会対
して、それぞれ相補的となる位置に設けられていてもよ
い。
積層方向に隣接する他のセルの改質域および発電域会対
して、それぞれ相補的となる位置に設けられていてもよ
い。
さらに、上記各セルは、第１系列セルまたは第２系列セ
ルのいずれかに属し、該第１系列セルおよび第２系列Ｊ
ｕｌ！セルは積層方向に交互に積層さ １琲＼ れ、第１系列セルの改質域は第２系列セルの発電域に対
して積層方向に重なる位置に配設され，第１系列セルに
関連する流路は、第２系列セルに関連する流路とは独立
に形或されていてもよい．上記本発明の第２の目的は， 少なくとも燃料電池と，燃料ガス供給源と、酸化剤ガス
供給源とを用いて発電を行なう発電プラントにおいて，
前記燃料電池は，燃料ガスを改質する改質触媒を含む改
質域が、カソードと電解質板とアノードとから構成され
る発電域より，燃料ガスの流れの上流側に配置されたこ
とを特徴とする発電プラントによって達成される． ［作 用］ 改質触媒は、電解質の組或物、あるいは、電解質より生
成された物質等に触れると，触媒の活性度が低下して、
メタンガスから水素ガスへの転化率が低くなる．このよ
うに，汚染された改質触媒は，燃料電池の電池電圧を急
激に低下する。
ルのいずれかに属し、該第１系列セルおよび第２系列Ｊ
ｕｌ！セルは積層方向に交互に積層さ １琲＼ れ、第１系列セルの改質域は第２系列セルの発電域に対
して積層方向に重なる位置に配設され，第１系列セルに
関連する流路は、第２系列セルに関連する流路とは独立
に形或されていてもよい．上記本発明の第２の目的は， 少なくとも燃料電池と，燃料ガス供給源と、酸化剤ガス
供給源とを用いて発電を行なう発電プラントにおいて，
前記燃料電池は，燃料ガスを改質する改質触媒を含む改
質域が、カソードと電解質板とアノードとから構成され
る発電域より，燃料ガスの流れの上流側に配置されたこ
とを特徴とする発電プラントによって達成される． ［作 用］ 改質触媒は、電解質の組或物、あるいは、電解質より生
成された物質等に触れると，触媒の活性度が低下して、
メタンガスから水素ガスへの転化率が低くなる．このよ
うに，汚染された改質触媒は，燃料電池の電池電圧を急
激に低下する。
上記のような、改質触媒の汚染物質は、電極反応に使用
された、燃料排ガスに多く含まれている．本発明では．
セル内で、改質域と発電域とは燃料ガスの流路に対して
実質的に区分され、上記順序で設けられている． このため，改質触媒が燃料排ガス中に含まれる上記物質
により汚染されることがなく、その活性度を長く保つこ
とができ，燃料電池の寿命を長くすることができる。
された、燃料排ガスに多く含まれている．本発明では．
セル内で、改質域と発電域とは燃料ガスの流路に対して
実質的に区分され、上記順序で設けられている． このため，改質触媒が燃料排ガス中に含まれる上記物質
により汚染されることがなく、その活性度を長く保つこ
とができ，燃料電池の寿命を長くすることができる。
さらに，複数個積層されたセルは、任意のセルの改質域
と、積層方向に隣接する他のセルの発電域とが，積層方
向に重なる位置に配設されている。
と、積層方向に隣接する他のセルの発電域とが，積層方
向に重なる位置に配設されている。
このため、発電域での発電反応時に発生する熱を、改質
域で行なわれるの反応の熱源として、有効に利用するこ
とができ、電池内の温度上昇を防止でき、電池の寿命は
長くなる。
域で行なわれるの反応の熱源として、有効に利用するこ
とができ、電池内の温度上昇を防止でき、電池の寿命は
長くなる。
（以下余白）
［実施例］
以下、実施例を説明するが，本発明はこれに限定される
ものではない． 本発明の燃料電池に使用されるアノード、カソード、電
解質板，燃料ガスおよび酸化剤ガスの材料は，特に、限
定されないが，以下の実施例では，溶融型炭酸塩燃料電
池を構或するように、材料が選択される。
ものではない． 本発明の燃料電池に使用されるアノード、カソード、電
解質板，燃料ガスおよび酸化剤ガスの材料は，特に、限
定されないが，以下の実施例では，溶融型炭酸塩燃料電
池を構或するように、材料が選択される。
各実施例の燃料電池は、図示されていない圧力容器に収
納されている。
納されている。
内部マニホールド方式を用いた、本発明の内部改質型燃
料電池の一実施例を、第１図〜第５図により説明する。
料電池の一実施例を、第１図〜第５図により説明する。
第１図は、本発明の内部改質型燃料電池の一実施例の基
本構成を示す分解斜視図である。
本構成を示す分解斜視図である。
第１図に示された電池の最上部には、電池内にガスを取
り入れる上部ヘッダ１０が、電池の最下部には、下部へ
ツダ２０が設けられている．上部ヘッダ１０と下部ヘッ
ダ２０の間には、カソード４１，電解質板５工、アノー
ド６１およびセパレータ３１を有するセル１と、カソー
ド４２、電解質板５２、アノード６２およびセパレータ
３２を有するセル２とが，繰返し，複数積層されている
。
り入れる上部ヘッダ１０が、電池の最下部には、下部へ
ツダ２０が設けられている．上部ヘッダ１０と下部ヘッ
ダ２０の間には、カソード４１，電解質板５工、アノー
ド６１およびセパレータ３１を有するセル１と、カソー
ド４２、電解質板５２、アノード６２およびセパレータ
３２を有するセル２とが，繰返し，複数積層されている
。
セル１において、カソード４１とアノード６１は，電解
質板５１の周縁に設けられた，ガスの通路となるマニホ
ールドを残して覆うことなく、電解質抜５ｌの長手方向
の中央から略半分を上下から挾み込み，セル１の発電域
１０１を形或している。
質板５１の周縁に設けられた，ガスの通路となるマニホ
ールドを残して覆うことなく、電解質抜５ｌの長手方向
の中央から略半分を上下から挾み込み，セル１の発電域
１０１を形或している。
セル２も同様にして、カソード４２とアノード６２は，
電解質板５２の周縁に設けられた、ガスの通路となるマ
ニホールドを覆うことなく，電解質板５２の長手方向の
中央から略半分を上下から挾み込み、発電域２０１を形
成している．図示の実施例では長方形に形成された，セ
パレータ３１．３２にも、ガスの通路となるマニホール
ドが、各々の周縁に設けられている．セル１およびセル
２は、第１図に示すように、セルｉの発電域１０１と、
セル２の発電域２０１とが、左右が逆の配置になるよう
に、積層されている． セパレータ３１は、後述するが、表面に、セル１のアノ
ード６１を波板部３１ａを介して組み込む構造を有し，
裏面に、セル２のカソード４２を図示していない波板部
３１ｃ（第３図参照）を介して組み込む構造を有してい
る。また、セパレータ３ｌはその内部に、セル１の発電
域１０１と左右が逆の配置になるように，改質触媒から
なる図示していない改質域１０２（第２図参照および第
３図参照）を設けている。
電解質板５２の周縁に設けられた、ガスの通路となるマ
ニホールドを覆うことなく，電解質板５２の長手方向の
中央から略半分を上下から挾み込み、発電域２０１を形
成している．図示の実施例では長方形に形成された，セ
パレータ３１．３２にも、ガスの通路となるマニホール
ドが、各々の周縁に設けられている．セル１およびセル
２は、第１図に示すように、セルｉの発電域１０１と、
セル２の発電域２０１とが、左右が逆の配置になるよう
に、積層されている． セパレータ３１は、後述するが、表面に、セル１のアノ
ード６１を波板部３１ａを介して組み込む構造を有し，
裏面に、セル２のカソード４２を図示していない波板部
３１ｃ（第３図参照）を介して組み込む構造を有してい
る。また、セパレータ３ｌはその内部に、セル１の発電
域１０１と左右が逆の配置になるように，改質触媒から
なる図示していない改質域１０２（第２図参照および第
３図参照）を設けている。
上部ヘッダ１０とカソード４１との間には、両者が接触
しないように、端板７０が設けられている． ガスは，図示されていないガス供給源より、燃料電池に
供給される． 燃料電池内でガスを所定の方向に流す手段としては，フ
ンプレッサ、あるいは，ブロワー等を用いて、ガスを燃
料電池に流す方法がある。本実施例では、コンプレッサ
を使用している。
しないように、端板７０が設けられている． ガスは，図示されていないガス供給源より、燃料電池に
供給される． 燃料電池内でガスを所定の方向に流す手段としては，フ
ンプレッサ、あるいは，ブロワー等を用いて、ガスを燃
料電池に流す方法がある。本実施例では、コンプレッサ
を使用している。
上部ガスヘッダ１０は，上述したセル１の系列用のガス
流路と、上述したセル２の系列用のガス流路との、２系
統に用いられる．入口ガス管と出口ガス管とを備えてい
る。
流路と、上述したセル２の系列用のガス流路との、２系
統に用いられる．入口ガス管と出口ガス管とを備えてい
る。
セル１の系列に用いられるガス管は，燃料ガスを取り入
れる入口ガス管１１と、燃料ガスを排出する出口ガス管
ｌ２と，酸化剤ガスを取り入れる入口ガス管１７と、酸
化剤ガスを排出する出口ガス管１８とからなる． セル２の系列に用いられるガス管は、燃料ガスを取り入
れる入口ガス管１３と，燃料ガスを排出する出口ガス管
１４と．酸化剤ガスを取り入れる入口ガス管１５と，酸
化剤ガスを排出する出口ガス管ｌ６とからなる． 例えば、セル１の系列に燃料ガスを送る入口ガス管１１
より流し込まれた燃料ガス流１１Ｎは、電解質板５１の
マ二ホールド５１１と、セパレータ３１のマニホールド
３１１と，電解質板５２のマニホールド５２１と、セパ
レータ３２のマニホールド３２１とを通過して，さらに
、下層のセルに流れていく．後述するが、燃料ガスの一
部は、マニホールド３１１からセル１内に取り込まれる
。
れる入口ガス管１１と、燃料ガスを排出する出口ガス管
ｌ２と，酸化剤ガスを取り入れる入口ガス管１７と、酸
化剤ガスを排出する出口ガス管１８とからなる． セル２の系列に用いられるガス管は、燃料ガスを取り入
れる入口ガス管１３と，燃料ガスを排出する出口ガス管
１４と．酸化剤ガスを取り入れる入口ガス管１５と，酸
化剤ガスを排出する出口ガス管ｌ６とからなる． 例えば、セル１の系列に燃料ガスを送る入口ガス管１１
より流し込まれた燃料ガス流１１Ｎは、電解質板５１の
マ二ホールド５１１と、セパレータ３１のマニホールド
３１１と，電解質板５２のマニホールド５２１と、セパ
レータ３２のマニホールド３２１とを通過して，さらに
、下層のセルに流れていく．後述するが、燃料ガスの一
部は、マニホールド３１１からセル１内に取り込まれる
。
また、セル１の系列の燃料排ガス流１２Ｎは，セパレー
タ３２のマニホールド３２２と、電解質板５２のマニホ
ールド５２２と、セパレータ３１のマニホールド３１２
と、電解質板５１のマニホールド５１２を経て、出口ガ
ス管ｌ２より排出される。後述するが、マニ水一ルド３
１２より，セル１で生じた燃料排ガスは排出される。
タ３２のマニホールド３２２と、電解質板５２のマニホ
ールド５２２と、セパレータ３１のマニホールド３１２
と、電解質板５１のマニホールド５１２を経て、出口ガ
ス管ｌ２より排出される。後述するが、マニ水一ルド３
１２より，セル１で生じた燃料排ガスは排出される。
上部ガスヘッダ１０から取り込まれる他のガス流と、上
部ガスへッダ１０から排出される他のガス流とは、上記
ガス流１１Ｎおよび１２Ｎと同様に、セパレータと電解
質に設けられたマニホールドを通過していく。
部ガスへッダ１０から排出される他のガス流とは、上記
ガス流１１Ｎおよび１２Ｎと同様に、セパレータと電解
質に設けられたマニホールドを通過していく。
セル１を構成するセパレータ３１の構造を，第２図と第
３図を用いて説明する． 第２図はセパレータ３１の平面図である。
３図を用いて説明する． 第２図はセパレータ３１の平面図である。
セパレータ３１は、第３図において説明するが、上部お
よび下部の２層構造を有して（＼る。
よび下部の２層構造を有して（＼る。
セパレータ３１の周縁には，燃料ガス用マニホールド３
１３，３１３と燃料排ガス用マニホールド３１２，３１
４とが設けられ、さらに，酸化剤ガス用マニホールド３
１５，３１７と酸化剤排ガス用マニホールド３１６．３
１８とが設けられている。
１３，３１３と燃料排ガス用マニホールド３１２，３１
４とが設けられ、さらに，酸化剤ガス用マニホールド３
１５，３１７と酸化剤排ガス用マニホールド３１６．３
１８とが設けられている。
マニホールド３１１は、セパレータ３ｌの上部層に燃料
ガスを導入できるように、セパレータ３１の上部層と連
通している．同様に、マニホールド３１２は、セパレー
タ３ｌの上部層を通過したガスを排出できるように、セ
パレータ３１と連通している。セパレータ３１と連通し
てないマニホールド３１３は、マニホールド下部にある
セル２の系列に燃料ガスを流す。また、マニホールド３
ｌ４は、セル２の系列からの燃料排ガスを通す。
ガスを導入できるように、セパレータ３１の上部層と連
通している．同様に、マニホールド３１２は、セパレー
タ３ｌの上部層を通過したガスを排出できるように、セ
パレータ３１と連通している。セパレータ３１と連通し
てないマニホールド３１３は、マニホールド下部にある
セル２の系列に燃料ガスを流す。また、マニホールド３
ｌ４は、セル２の系列からの燃料排ガスを通す。
マニホールド３１５は、セパレータ３１の下部に酸化剤
ガスを導入できるように、セパレータ３１の下部層と連
通している．同様に、マニホールド３１６は，セパレー
タ３１を通過したガスを排出できるように，セパレータ
３１の下部層と連通している。セパレータ３１と連通し
てないマニホ一ルド３１７は、下部にあるセルに酸化剤
ガスｋ流す．また、マニホールド３１８は、セル２の系
列からの酸化剤排ガスを通す。
ガスを導入できるように、セパレータ３１の下部層と連
通している．同様に、マニホールド３１６は，セパレー
タ３１を通過したガスを排出できるように，セパレータ
３１の下部層と連通している。セパレータ３１と連通し
てないマニホ一ルド３１７は、下部にあるセルに酸化剤
ガスｋ流す．また、マニホールド３１８は、セル２の系
列からの酸化剤排ガスを通す。
第３図は第２図Ａ−Ａ線断面図である．セパレータ３１
は，セパレータ３１を上下方向に仕切る、仕切板３１ｚ
を挾んで、上部層と下部層に分けられている。さらに，
セパレータ３１は、上部層をフレーム３１ｙで、下部層
をフレーム３１ｘで囲まれている． 上部層においては、マニホールド３１１からマニホール
ド３１２へ向けて燃料ガスが流れ、下部層においては，
紙面に対して垂直方向に、紙面の背面側から手前に向け
て酸化剤ガスが流れる。
は，セパレータ３１を上下方向に仕切る、仕切板３１ｚ
を挾んで、上部層と下部層に分けられている。さらに，
セパレータ３１は、上部層をフレーム３１ｙで、下部層
をフレーム３１ｘで囲まれている． 上部層においては、マニホールド３１１からマニホール
ド３１２へ向けて燃料ガスが流れ、下部層においては，
紙面に対して垂直方向に、紙面の背面側から手前に向け
て酸化剤ガスが流れる。
セパレータ３１の上部層の構或を説明する。
セパレータ３１の上層部では、燃料ガスの流れの上流側
（マニホールド３１１側）に、通り抜ける燃料ガスを改
質をする、改質触媒を含む改質域１０２が設けられ、燃
料ガスの流れの下流側（マニホールド３１２側）に、燃
料ガスのガス通路部となる波板部３１ａが設けられてい
る．改質域１０２の上部には．第ｌ図に示す電解質板５
１と、触媒とが接触しないように、カバー板３１ｕが設
けられている。カバー板３１ｕの厚みは、波板部３１ａ
に付設される、第１図に示すアノード６１が，電解質板
５１と接触できるように調整されている．また、カバー
板３１ｕは、セパレータ３１上層部に導入された燃料ガ
スを波板部３１ａに導くガス流規制手段としても作用す
る．セパレータ３１の下部層の構或を説明する。
（マニホールド３１１側）に、通り抜ける燃料ガスを改
質をする、改質触媒を含む改質域１０２が設けられ、燃
料ガスの流れの下流側（マニホールド３１２側）に、燃
料ガスのガス通路部となる波板部３１ａが設けられてい
る．改質域１０２の上部には．第ｌ図に示す電解質板５
１と、触媒とが接触しないように、カバー板３１ｕが設
けられている。カバー板３１ｕの厚みは、波板部３１ａ
に付設される、第１図に示すアノード６１が，電解質板
５１と接触できるように調整されている．また、カバー
板３１ｕは、セパレータ３１上層部に導入された燃料ガ
スを波板部３１ａに導くガス流規制手段としても作用す
る．セパレータ３１の下部層の構或を説明する。
仕切板３１ｚを挾んで改質域１０２と、ほぼ対応する位
置に、酸化剤ガスのガス通路となる波板部３１ｃが設け
られている．その波部は、凸部が紙面に対して垂直方向
（第２図の、マニホールド３１５とマニホールド３１６
とを結ぶ方向）に延在するように、形成されている．そ
して，セパレータ３１の下部層の残りの部分には、波板
部３１Ｃに付設される、第１図に示すセル２のカソード
４２が，電解質板５２と接触できるように調整された厚
み調整板部３１ｓが設けられている．波板部３１ａは、
凸部がアノードを支持し、凹部がガスの流路となるよう
な構成であれば、波板である必要はない．例えば、平板
に溝を切り込んだ板でもよい．波板部３１ｃも同様に、
必ずしも、波板である必要はない． フレーム３ １ ｙと、フレーム３１ｘと、厚み調整板
部３１８とに使用する材料は、特に限定されないが，熱
歪みを防ぐために．同質の材料を使用することが好まし
い． セル２を構成するセパレータ３２の構造を，第４図と第
５図を用いて説明する。第４図は，セパレータ３２の平
面図である。第５図は，第４図Ｂ一Ｂ線断面図である． セパレータ３２では，第２図に示したセパレータ３１が
使用しない、セル２の系列の燃料ガスと酸化剤ガスとを
導入また排出するマニホールドを使用する． セパレータ３２は、セパレータ３１に対して、改質層２
０２．燃料ガスのガス通路部となる波板部３２ａ，酸化
剤ガスのガス通路となる波板部３２０等の設置位置が、
左右、逆となっている点を除いて、実質的に同一の構成
となっている。
置に、酸化剤ガスのガス通路となる波板部３１ｃが設け
られている．その波部は、凸部が紙面に対して垂直方向
（第２図の、マニホールド３１５とマニホールド３１６
とを結ぶ方向）に延在するように、形成されている．そ
して，セパレータ３１の下部層の残りの部分には、波板
部３１Ｃに付設される、第１図に示すセル２のカソード
４２が，電解質板５２と接触できるように調整された厚
み調整板部３１ｓが設けられている．波板部３１ａは、
凸部がアノードを支持し、凹部がガスの流路となるよう
な構成であれば、波板である必要はない．例えば、平板
に溝を切り込んだ板でもよい．波板部３１ｃも同様に、
必ずしも、波板である必要はない． フレーム３ １ ｙと、フレーム３１ｘと、厚み調整板
部３１８とに使用する材料は、特に限定されないが，熱
歪みを防ぐために．同質の材料を使用することが好まし
い． セル２を構成するセパレータ３２の構造を，第４図と第
５図を用いて説明する。第４図は，セパレータ３２の平
面図である。第５図は，第４図Ｂ一Ｂ線断面図である． セパレータ３２では，第２図に示したセパレータ３１が
使用しない、セル２の系列の燃料ガスと酸化剤ガスとを
導入また排出するマニホールドを使用する． セパレータ３２は、セパレータ３１に対して、改質層２
０２．燃料ガスのガス通路部となる波板部３２ａ，酸化
剤ガスのガス通路となる波板部３２０等の設置位置が、
左右、逆となっている点を除いて、実質的に同一の構成
となっている。
次に、本実施例の燃料電池における，ガスの流れを，第
１図、第３図および第５図を用いて説明する。
１図、第３図および第５図を用いて説明する。
図示されていないコンプレッサにより、燃料電池に供給
される燃料ガスは、ガス管１１．１３から導入され、セ
ル１に用いられる燃料ガス流１１Ｎ、セル２に用いられ
る燃料ガス流１３Ｎとなって電池内を下流側に流れてい
く。
される燃料ガスは、ガス管１１．１３から導入され、セ
ル１に用いられる燃料ガス流１１Ｎ、セル２に用いられ
る燃料ガス流１３Ｎとなって電池内を下流側に流れてい
く。
さらに詳細に説明すると、ガス管１１より導入され、電
解質板５１のマニホールド５１１を通って、マニホール
ド３１１よりセパレータ３１に取り込まれた燃料ガス流
１１Ｎの一部は，改質域１０２で改質触媒と接触して改
質処理を受ける．改質された燃料ガスは，波板部３１ａ
の溝に沿って流れ、波板部３１ａの上方に配設されてい
る発電域１０１で，電極反応に供給される。そして、電
極反応に供された後の、燃料排ガスは，マニホールド３
１２で、下方のセルで同様に生じ，排出されてきた燃料
排ガス流１２Ｎと合流し、上部ヘッダ１０に設けられた
燃料ガス排出管１２より、外部に排出される． 一方，燃料ガス流１３Ｎは、同様に、その一部がセパレ
ータ３２に取り込まれる。取り込まれた燃料ガスは，上
記と同様にして、改質域２０２を経て、アノード６２を
含む発電域２０１に導がれ、その後、マニホールド３２
４より、燃料排ガス流と合流し、上部ヘッダ１ｏに設け
られた燃料ガス排出管１４より外部へ排出される。
解質板５１のマニホールド５１１を通って、マニホール
ド３１１よりセパレータ３１に取り込まれた燃料ガス流
１１Ｎの一部は，改質域１０２で改質触媒と接触して改
質処理を受ける．改質された燃料ガスは，波板部３１ａ
の溝に沿って流れ、波板部３１ａの上方に配設されてい
る発電域１０１で，電極反応に供給される。そして、電
極反応に供された後の、燃料排ガスは，マニホールド３
１２で、下方のセルで同様に生じ，排出されてきた燃料
排ガス流１２Ｎと合流し、上部ヘッダ１０に設けられた
燃料ガス排出管１２より、外部に排出される． 一方，燃料ガス流１３Ｎは、同様に、その一部がセパレ
ータ３２に取り込まれる。取り込まれた燃料ガスは，上
記と同様にして、改質域２０２を経て、アノード６２を
含む発電域２０１に導がれ、その後、マニホールド３２
４より、燃料排ガス流と合流し、上部ヘッダ１ｏに設け
られた燃料ガス排出管１４より外部へ排出される。
また、図示されていないコンプレソサにより、ガス管１
７から燃料電池に導入された、酸化剤ガス流１７Ｓは，
上部ヘッダ１ｏに取付けられた，端板７０の酸化剤ガス
のガス通路用波板部部（図示せず）を通り、カソード４
１を含む発電域１ｏｌで、電極反応に使用される．そし
て、使用後の酸化剤排ガスは、下部のセルで生じた酸化
剤徘ガス流と合流し、上部ヘッダ１ｏに設けられた、酸
化剤ガス排出管１８より電池外に排出される．同様に、
もう一方の酸化剤ガス用ガス管１５より導入された酸化
剤ガス流は、マニホールドがらセパレータ３ｌに取り込
まれ、酸化剤ガス通路用波板部３１ｃを通り、カソード
４２を含む発電域２０１で，電極反応に使用される。そ
して、マニホールド３１６を通って酸化剤排ガス流１６
Ｓと合流し、電池外に排出される。
７から燃料電池に導入された、酸化剤ガス流１７Ｓは，
上部ヘッダ１ｏに取付けられた，端板７０の酸化剤ガス
のガス通路用波板部部（図示せず）を通り、カソード４
１を含む発電域１ｏｌで、電極反応に使用される．そし
て、使用後の酸化剤排ガスは、下部のセルで生じた酸化
剤徘ガス流と合流し、上部ヘッダ１ｏに設けられた、酸
化剤ガス排出管１８より電池外に排出される．同様に、
もう一方の酸化剤ガス用ガス管１５より導入された酸化
剤ガス流は、マニホールドがらセパレータ３ｌに取り込
まれ、酸化剤ガス通路用波板部３１ｃを通り、カソード
４２を含む発電域２０１で，電極反応に使用される。そ
して、マニホールド３１６を通って酸化剤排ガス流１６
Ｓと合流し、電池外に排出される。
本実施例の内部改質型燃料電池の作用を説明する．
本実施例の内部改質型燃料電池では、例えば、セル１は
、カバー板３１ｕで画されたセパレータ３１の内部に改
質域１０２が設けられおり、一方、発電域１０１は，改
質域１０２とは位置をずらして、セパレータ３１の露出
部である波板部３１ａの上に設けられている。このよう
に、改質域１０２と発電域１０１とは区分される構成と
なっている． セパレータ３１に取り込まれた燃料ガスＩＩＮは，改質
域１０２で改質された後，発電域１０１の電極反応に使
用され、燃料排ガス１２Ｎとなる．この燃料排ガス１２
Ｎは、ガス流に沿って，マニホールド３１２より，燃料
排ガス流路に合流し，系外に排出される．この際，電極
使用後の排ガスが改質域１０２に混入することはない．
セル２でも同様に，改質域２０２と発電域２０１とは区
分されており、燃料排ガス１４Ｎは、改質域２０２に混
入することなく、セル２の外部に流れていく。
、カバー板３１ｕで画されたセパレータ３１の内部に改
質域１０２が設けられおり、一方、発電域１０１は，改
質域１０２とは位置をずらして、セパレータ３１の露出
部である波板部３１ａの上に設けられている。このよう
に、改質域１０２と発電域１０１とは区分される構成と
なっている． セパレータ３１に取り込まれた燃料ガスＩＩＮは，改質
域１０２で改質された後，発電域１０１の電極反応に使
用され、燃料排ガス１２Ｎとなる．この燃料排ガス１２
Ｎは、ガス流に沿って，マニホールド３１２より，燃料
排ガス流路に合流し，系外に排出される．この際，電極
使用後の排ガスが改質域１０２に混入することはない．
セル２でも同様に，改質域２０２と発電域２０１とは区
分されており、燃料排ガス１４Ｎは、改質域２０２に混
入することなく、セル２の外部に流れていく。
このため，電解質の組或物と電解質より生成された物質
とを含む燃料排ガスが，改質触媒を汚染することはない
。従って、改質触媒の活性度を長く保つことができ、電
池の寿命は長くなる。
とを含む燃料排ガスが，改質触媒を汚染することはない
。従って、改質触媒の活性度を長く保つことができ、電
池の寿命は長くなる。
さらに、セルｌの改質域１０２とセル２の発電域２０１
は、波板部３１ｃと仕切板３１ｚとを挾んで、上下同位
置に配置されている。このため、発電域２０１で発電反
応時に発生する熱を、改質域１０２の改質反応の熱源と
して、有効に利用することができ，電池内部の温度上昇
を防止できる，第６図は、本発明を外部マニホールド方
式に適用した実施例を示す． 内部マニホールド方式の内部改質型燃料電池では，第１
図に示すように、マニホールドが、電解質板およびセパ
レータの周縁部に設けられているが，外部マニホールド
方式では、セルを積層して構成された電池本体８９の側
面に，燃料ガス導入用マニホールド８１．８３と、燃料
ガス排出用マニホールド８２．８４と，酸化剤ガス導入
用マニホールド８５．８７と、酸化剤ガス排出用マニホ
ールド８６．８８とが設けられている。
は、波板部３１ｃと仕切板３１ｚとを挾んで、上下同位
置に配置されている。このため、発電域２０１で発電反
応時に発生する熱を、改質域１０２の改質反応の熱源と
して、有効に利用することができ，電池内部の温度上昇
を防止できる，第６図は、本発明を外部マニホールド方
式に適用した実施例を示す． 内部マニホールド方式の内部改質型燃料電池では，第１
図に示すように、マニホールドが、電解質板およびセパ
レータの周縁部に設けられているが，外部マニホールド
方式では、セルを積層して構成された電池本体８９の側
面に，燃料ガス導入用マニホールド８１．８３と、燃料
ガス排出用マニホールド８２．８４と，酸化剤ガス導入
用マニホールド８５．８７と、酸化剤ガス排出用マニホ
ールド８６．８８とが設けられている。
マニホールドを電池本体外に設けたことを除いて、第１
図の実施例の燃料電池と同様である。このため、本実施
例は、第１図で示した燃料電池と，同様の作用効果を達
戒できる． 第７図は、改質域と発電域とを，燃料電池の中央部とそ
の外側とに交互に配置して，セルを積層した例を示した
ものである。
図の実施例の燃料電池と同様である。このため、本実施
例は、第１図で示した燃料電池と，同様の作用効果を達
戒できる． 第７図は、改質域と発電域とを，燃料電池の中央部とそ
の外側とに交互に配置して，セルを積層した例を示した
ものである。
第７図に示された電池の最上部には、電池内にガスを取
り入れる上部ヘツダ８１０が，電池の最下部には，下部
ヘツダ８２０が設けられている。
り入れる上部ヘツダ８１０が，電池の最下部には，下部
ヘツダ８２０が設けられている。
上部ヘッダ８１０と下部ヘッダ８２０の間には，カソー
ド８４１、電解質板８５１、アノード８６１およびセパ
レータ８３１を有するセル８１と、カソード８４２，電
解質板８５２、アノード８６２およびセパレータ８３２
を有するセル８２とが，繰返し、複数積層されている。
ド８４１、電解質板８５１、アノード８６１およびセパ
レータ８３１を有するセル８１と、カソード８４２，電
解質板８５２、アノード８６２およびセパレータ８３２
を有するセル８２とが，繰返し、複数積層されている。
略正方形のカソード８４１と略正方形のアノード８６１
とは、略正方形の電解質板８５１の中央部を上下から挾
み，セル８１の発電域８１０１を形成している． 略正方形状枠体のカソード８４２と，略正方形状枠体の
アノード８６２とは、略正方形の電解質板８５２を上下
より挾み、セル８２の発電域８１０２を形成している． セパレータ８３１は、第１図で説明したセパレータと同
様に，上部と下部の２層構造を有している．その周縁部
には、マニホールド８３ｌ１〜８３１４が設けられてい
る。
とは、略正方形の電解質板８５１の中央部を上下から挾
み，セル８１の発電域８１０１を形成している． 略正方形状枠体のカソード８４２と，略正方形状枠体の
アノード８６２とは、略正方形の電解質板８５２を上下
より挾み、セル８２の発電域８１０２を形成している． セパレータ８３１は、第１図で説明したセパレータと同
様に，上部と下部の２層構造を有している．その周縁部
には、マニホールド８３ｌ１〜８３１４が設けられてい
る。
セパレータ８３１の上部層は，ガス導入用マニホールド
８３１１と、その対向する側にあるガス排出用マニホー
ルド８３１２とから，それぞれ、燃料ガスの導入および
排出を行なう。さらに、中央部に設けられた波板部８３
１ａを介して、アノ一ド８６１を組み込む構造を有し、
波板部８３１ａの外側に，改質域８１０２を備えている
。但し、波板部８３１ａとマニホールド８３１２との間
には、改質域は設けられておらず、ガスが通ることがで
きるように，通路が設けられている。
８３１１と、その対向する側にあるガス排出用マニホー
ルド８３１２とから，それぞれ、燃料ガスの導入および
排出を行なう。さらに、中央部に設けられた波板部８３
１ａを介して、アノ一ド８６１を組み込む構造を有し、
波板部８３１ａの外側に，改質域８１０２を備えている
。但し、波板部８３１ａとマニホールド８３１２との間
には、改質域は設けられておらず、ガスが通ることがで
きるように，通路が設けられている。
セパレータ８３１の下部層では，ガス導入用マニホール
ド８３１３と，その対向する側にあるガス排出用マニホ
ールド８３ｌ４とから、酸化剤ガスの導入および排出を
それぞれ行なう。さらに、下部層は、図示していない波
板部を介して、正方形状枠体のカソード８４２を、組み
込む構造を有している． 同様に、セパレータ８３２も、上部と下部の２層構造を
有している。その周縁部に，セパレータ８３１に対応し
て、マニホールド８３２１〜８３２４が設けられている
。
ド８３１３と，その対向する側にあるガス排出用マニホ
ールド８３ｌ４とから、酸化剤ガスの導入および排出を
それぞれ行なう。さらに、下部層は、図示していない波
板部を介して、正方形状枠体のカソード８４２を、組み
込む構造を有している． 同様に、セパレータ８３２も、上部と下部の２層構造を
有している。その周縁部に，セパレータ８３１に対応し
て、マニホールド８３２１〜８３２４が設けられている
。
セパレータ８３２の上部層は、波板部８３２ａを介して
，正方形状枠体のカソード８６２を組み込む構造を有し
、波板部８３２ａの内側に、改質域８２０２を備えてい
る．さらに，セパレータ８３２に燃料ガスを取り込むマ
ニホールド８３２１と改質域８２０２とを結ぶ連絡路８
３２ｔを備えている。
，正方形状枠体のカソード８６２を組み込む構造を有し
、波板部８３２ａの内側に、改質域８２０２を備えてい
る．さらに，セパレータ８３２に燃料ガスを取り込むマ
ニホールド８３２１と改質域８２０２とを結ぶ連絡路８
３２ｔを備えている。
下部は，図示していない波板部を介して、図示していな
い略正方形のカソードを、組み込む構造を有している。
い略正方形のカソードを、組み込む構造を有している。
上部ガスヘッダ８１０は、燃料ガスを取り込む入口ガス
管８１１と、燃料ガスを排出する出口ガス管８１２とを
，対向する面に設け、酸化剤ガスを取り込む入口ガス管
８１３と、酸化剤ガスを排出する出口ガス管８１４とを
、対向する面に設けている． 下部ガスヘツダ８２０も、上部ガスヘッダ８１０と同様
にして，８２１〜８２４のガス管を設けている。下部ガ
スヘッダ８２０から，取り込むあるいは排出するガスは
，上部ガスヘッダ８１０から、取り込むあるいは排出す
るガスと、同じマニホールドを使用して燃料電池内を流
れる。
管８１１と、燃料ガスを排出する出口ガス管８１２とを
，対向する面に設け、酸化剤ガスを取り込む入口ガス管
８１３と、酸化剤ガスを排出する出口ガス管８１４とを
、対向する面に設けている． 下部ガスヘツダ８２０も、上部ガスヘッダ８１０と同様
にして，８２１〜８２４のガス管を設けている。下部ガ
スヘッダ８２０から，取り込むあるいは排出するガスは
，上部ガスヘッダ８１０から、取り込むあるいは排出す
るガスと、同じマニホールドを使用して燃料電池内を流
れる。
次に、ガスの流れを説明する。
ガスは，図示されていないコンプレソサにより、燃料電
池に流し込まれる。
池に流し込まれる。
入口ガス管８１１から、導入された燃料ガスは、電池内
を下流側に流れていく。
を下流側に流れていく。
燃料ガス流８１１Ｎの一部は、マニホールド８３１１よ
りセパレータ８３１の上部層に取り込まれる。そして、
図示していないカバー板と図示していない仕切板とで画
されて、ガス通路を形戒している改質域８１０２で，セ
パレータ８３１の上部層に取り込まれた燃料ガスは改質
される．改質された燃料ガスは，波板部８３１ａに流れ
、波板部８３１ａの上方に配設されている，７ノード８
６１を含む発電域８１０１で、電極反応に使用される。
りセパレータ８３１の上部層に取り込まれる。そして、
図示していないカバー板と図示していない仕切板とで画
されて、ガス通路を形戒している改質域８１０２で，セ
パレータ８３１の上部層に取り込まれた燃料ガスは改質
される．改質された燃料ガスは，波板部８３１ａに流れ
、波板部８３１ａの上方に配設されている，７ノード８
６１を含む発電域８１０１で、電極反応に使用される。
そして，使用後の燃料排ガスは，波板部８３１ａとマニ
ホールド８３１２とを結ぶ通路を経て、マニホールド８
３１２から、下部のセルで生じた燃料排ガス流と合流す
る。
ホールド８３１２とを結ぶ通路を経て、マニホールド８
３１２から、下部のセルで生じた燃料排ガス流と合流す
る。
一方、マニホールド８３２１よりセパレータ８３２に取
り込まれた燃料ガス流８１１Ｎは，連絡路８３２ｔを経
て，改質域８２０２で改質された後、波板部８３２ａに
流れ、波板部８３２ａの上方に付設されている、アノー
ド８６２を含む発電域８２０１で、電極反応に使用され
る。そして，マニホールド８３２２より燃料排ガス流と
合流する。
り込まれた燃料ガス流８１１Ｎは，連絡路８３２ｔを経
て，改質域８２０２で改質された後、波板部８３２ａに
流れ、波板部８３２ａの上方に付設されている、アノー
ド８６２を含む発電域８２０１で、電極反応に使用され
る。そして，マニホールド８３２２より燃料排ガス流と
合流する。
燃料排ガス流８１２Ｎは、上部へツダ８１０に設けられ
た燃料ガス排出管８１２より，電池外に排出される。
た燃料ガス排出管８１２より，電池外に排出される。
入口ガス管８１３から、導入された酸化剤ガスは，電池
内を下流側に流れていく。
内を下流側に流れていく。
発電域８１０１で用いられる酸化剤ガスは、上部へッダ
８１０に取付けられた端板８７０のガス通路用波板部（
図示せず）を通り、カソード８４１で、電極反応に使用
される。そして、使用後の酸化剤排ガスは、マニホール
ドで下部のセルで生じた酸化剤排ガス流と合流し、上部
ヘソダ８１０に設けられた、酸化剤ガス排出管８１４よ
り電池外に排出される。
８１０に取付けられた端板８７０のガス通路用波板部（
図示せず）を通り、カソード８４１で、電極反応に使用
される。そして、使用後の酸化剤排ガスは、マニホール
ドで下部のセルで生じた酸化剤排ガス流と合流し、上部
ヘソダ８１０に設けられた、酸化剤ガス排出管８１４よ
り電池外に排出される。
発電域８２０１に用いられる酸化剤ガスは、マニホール
ド８３１３からセパレータ８３１に取り込まれ，セパレ
ータ８３１の裏面にある酸化剤ガス通路用波板部の下方
に付設されている、カソード８４２を含む発電域８２０
１で，電極反応に使用される。そして、酸化剤排ガスは
、マニホールド８３工４で酸化剤排ガス流と合流し、酸
化剤ガス排出管８１４より，電池外に排出される。
ド８３１３からセパレータ８３１に取り込まれ，セパレ
ータ８３１の裏面にある酸化剤ガス通路用波板部の下方
に付設されている、カソード８４２を含む発電域８２０
１で，電極反応に使用される。そして、酸化剤排ガスは
、マニホールド８３工４で酸化剤排ガス流と合流し、酸
化剤ガス排出管８１４より，電池外に排出される。
下部ヘッダ８２０から流し込まれるガスは、上部ヘッダ
８ １． ０から流し込まれるガスと同様に，改質域と
発電域に送りこまれる。下部ヘッダ８２０から流し込ま
れるガスは、特に，下層に積層されたセルに、ガスを゛
送りこむのに有効である。
８ １． ０から流し込まれるガスと同様に，改質域と
発電域に送りこまれる。下部ヘッダ８２０から流し込ま
れるガスは、特に，下層に積層されたセルに、ガスを゛
送りこむのに有効である。
本実施例の内部改質型燃料電池の作用を説明する。
本実施例の内部改質型燃料電池では、第１図に示した実
施例と同様に、セルは，カバー板で画されたセパレータ
の内部に改質域が設けられおり、一方，発電域は、改質
域とは位置をずらせて、セパレータの露出部である波板
部の上に設けられている。このように、改質域と発電域
とは区分される構成となっている．セパレータに取り込
まれた燃料ガスは，改質域で改質された後、発電域の電
極反応に使用され、燃料排ガスとなる．この燃料排は、
ガス流に沿って、マニホールドより、燃料排ガス流路に
合流し，系外に排出される。この際，ｆｌ１極使用後の
排ガスが改質域に混入することはない。
施例と同様に、セルは，カバー板で画されたセパレータ
の内部に改質域が設けられおり、一方，発電域は、改質
域とは位置をずらせて、セパレータの露出部である波板
部の上に設けられている。このように、改質域と発電域
とは区分される構成となっている．セパレータに取り込
まれた燃料ガスは，改質域で改質された後、発電域の電
極反応に使用され、燃料排ガスとなる．この燃料排は、
ガス流に沿って、マニホールドより、燃料排ガス流路に
合流し，系外に排出される。この際，ｆｌ１極使用後の
排ガスが改質域に混入することはない。
また、任意のセルの改質域と、前記セルの下に配置され
ている他のセルの発電域とは、波板部と仕切板を挾んで
、上下の対応位置に配置されている。このため，発電域
で発生する熱を、改質域で行なわれる反応の熱源として
，有効に利用することができ、電池内の温度上昇を防止
できる。
ている他のセルの発電域とは、波板部と仕切板を挾んで
、上下の対応位置に配置されている。このため，発電域
で発生する熱を、改質域で行なわれる反応の熱源として
，有効に利用することができ、電池内の温度上昇を防止
できる。
さらに本実施例は、下部ヘッダからもガスを流し込んで
いるので、セルを高積層化しても、ムラなく、すべての
セルに充分な量のガスを供給することができ、電池の発
電効率が増す。
いるので、セルを高積層化しても、ムラなく、すべての
セルに充分な量のガスを供給することができ、電池の発
電効率が増す。
第９図は、本発明の燃料電池を用いた内部改質方式によ
る発電と、最初から水素ガスを供給して発電する外部改
質方式による発電とを行ない、運転時間と電池電圧との
関係を調べた実験結果である． 縦軸は電池電圧、横軸は運転時間である．第９図より明
らかなように、本発明の内部改質方式による発電、外部
改質方式による発電ともに，開路電圧は１．０〜１．１
ｖの範囲でほぼ一定である．そして，閉路によって電流
密度１５０ｍＡ／ａｍ２の電流を流すと，本発明の内部
改質方式で発電と外部改質方式とは、運転時間が長くな
ろうとも、ほぼ同様の電池電圧性能を示した。
る発電と、最初から水素ガスを供給して発電する外部改
質方式による発電とを行ない、運転時間と電池電圧との
関係を調べた実験結果である． 縦軸は電池電圧、横軸は運転時間である．第９図より明
らかなように、本発明の内部改質方式による発電、外部
改質方式による発電ともに，開路電圧は１．０〜１．１
ｖの範囲でほぼ一定である．そして，閉路によって電流
密度１５０ｍＡ／ａｍ２の電流を流すと，本発明の内部
改質方式で発電と外部改質方式とは、運転時間が長くな
ろうとも、ほぼ同様の電池電圧性能を示した。
これは、本発明の内部改質型燃料電池は、外部改質方式
と同様に、改質触媒の汚染を生じないためである。
と同様に、改質触媒の汚染を生じないためである。
さらに，本実施例の内部改質型燃料電池を用いた発電プ
ラントの基本構或の一例を第１０図を用いて説明する。
ラントの基本構或の一例を第１０図を用いて説明する。
発電プラントは、本実施例の燃料電池５１と、燃料電池
ガス供給源５２および酸化剤ガス供給源５３と、燃料電
池が発生する直流電力を交流電力に転換するインバータ
ー５４とからなる。大規模発電では、ボトミングサイク
ル５５と、ボトミングサイクル５５に連結した発電機５
６を用いて、燃料電池から発生する廃熱を利用すること
もできる。
ガス供給源５２および酸化剤ガス供給源５３と、燃料電
池が発生する直流電力を交流電力に転換するインバータ
ー５４とからなる。大規模発電では、ボトミングサイク
ル５５と、ボトミングサイクル５５に連結した発電機５
６を用いて、燃料電池から発生する廃熱を利用すること
もできる。
本実施例の燃料電池は、改質触媒の性能が安定している
ため、供給されるガスの使用効率が高く、また、電池寿
命も長い。このため、発生するエネルギに対する、発電
プラントの稼動価格は低い。
ため、供給されるガスの使用効率が高く、また、電池寿
命も長い。このため、発生するエネルギに対する、発電
プラントの稼動価格は低い。
また、本実施例の燃料電池は、電池寿命が長いために電
池交換の手間が省け、大規模発電を行ないやすい。この
ため，ボトミングサイクルを用いて、発電効率を上昇さ
せ、さらに，発電プラントの稼動価格を低くすることが
できる。
池交換の手間が省け、大規模発電を行ないやすい。この
ため，ボトミングサイクルを用いて、発電効率を上昇さ
せ、さらに，発電プラントの稼動価格を低くすることが
できる。
［発明の効果］
本発明の内部改質型燃料電池は、セル内で、改質域と発
電域とが区分され，燃料排ガスが改質域に流れることは
ないので、改質触媒が汚染されることがなく、電池の長
寿命化が図れる．また、任意のセルの改質域と，前記セ
ルの下に配置されている他のセルの発電域とは、上下同
位置に配置されているので、発電域で発生する熱を，改
質域で行なわれる反応の熱源として、有効に利用するこ
とができ、電池内の温度上昇を防止でき、さらに，電池
の長寿命化が図れる。
電域とが区分され，燃料排ガスが改質域に流れることは
ないので、改質触媒が汚染されることがなく、電池の長
寿命化が図れる．また、任意のセルの改質域と，前記セ
ルの下に配置されている他のセルの発電域とは、上下同
位置に配置されているので、発電域で発生する熱を，改
質域で行なわれる反応の熱源として、有効に利用するこ
とができ、電池内の温度上昇を防止でき、さらに，電池
の長寿命化が図れる。
本発明の内部改質型燃料電池を用いた発電プラントは、
使用する電池の寿命が長いため、プラントの運転効率が
高く、発生させるエネルギの単位価格が安くなる．
使用する電池の寿命が長いため、プラントの運転効率が
高く、発生させるエネルギの単位価格が安くなる．
第１図は内部マニホールド方式を用いた本発明の内部改
質型燃料電池の一実施例の分解斜視図、第２図および第
４図は第１図に示した内部改質型燃料電池に用いられる
セパレータの平面図、第３図は第２図Ａ−Ａ線断面図、
第５図は第４図Ｂ−ＢＭ断面図、第６図は第１図に示し
た内部改質型燃料電池に外部マニホールド方式を適用し
た実施例，第７図は第１図とは異なる本発明の内部改質
型燃料電池の一実施例の分解斜視図、第８図は従来の内
部改質方式発電と外部改質方式発電を行なったときの電
池電圧と運転時間との関係を示す図、第９図は本発明の
内部改質方式発電と外部改質方式発電を行なったときの
電池電圧と運転時間との関係を示す図，第１０図は本実
施例の内部改質型燃料電池を用いた発電プラントの基本
構或の一例を示す模式図。 ０・・・上部ヘッダ １，３２・・・セパレータ １，５２・・・電解貿板 ０１，２０１・・・発電域 ０２，２０２・・・改質域 ２０・・・下部ヘッダ ４１，４２・・・カソード ６１，６２・・・アノード
質型燃料電池の一実施例の分解斜視図、第２図および第
４図は第１図に示した内部改質型燃料電池に用いられる
セパレータの平面図、第３図は第２図Ａ−Ａ線断面図、
第５図は第４図Ｂ−ＢＭ断面図、第６図は第１図に示し
た内部改質型燃料電池に外部マニホールド方式を適用し
た実施例，第７図は第１図とは異なる本発明の内部改質
型燃料電池の一実施例の分解斜視図、第８図は従来の内
部改質方式発電と外部改質方式発電を行なったときの電
池電圧と運転時間との関係を示す図、第９図は本発明の
内部改質方式発電と外部改質方式発電を行なったときの
電池電圧と運転時間との関係を示す図，第１０図は本実
施例の内部改質型燃料電池を用いた発電プラントの基本
構或の一例を示す模式図。 ０・・・上部ヘッダ １，３２・・・セパレータ １，５２・・・電解貿板 ０１，２０１・・・発電域 ０２，２０２・・・改質域 ２０・・・下部ヘッダ ４１，４２・・・カソード ６１，６２・・・アノード
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、供給される燃料ガスを所定の方向に案内する燃料ガ
ス流路と、燃料ガスを改質する改質域と、カソード、電
解質板およびアノードからなる発電域とを備えて、 上記改質域と発電域とは、上記流路内において、燃料ガ
スの流れの方向に沿って、異なる位置に独立して、上記
順序で配設されていることを特徴とする内部改質型燃料
電池。 ２、燃料ガス導入口から発電域に至る第１流路部分と、
発電域から燃料ガス排出口に至る第２流路部分とからな
る燃料ガス流路を有し、上記第２流路部分は、上記第１
流路部分とは実質的に異なる経路に設けられ、燃料ガス
を改質する改質域を上記第１流路部分に、発電域を上記
第２流路部分に設けたことを特徴とする内部改質型燃料
電池。 ３、カソード、電解質板、アノードおよびセパレータか
ら成るセルを複数個積層して構成した内部改質型燃料電
池であって、 上記カソード、電解質板およびアノードにより発電域を
形成し、上記セパレータに、燃料ガスを改質する改質域
を設け、かつ、 各セルへの分流路を含む、燃料ガス導入口から燃料ガス
排出口に至る燃料ガス流路を備え、各セルの分流路にお
いて、上記改質域と上記発電域とを、燃料ガスの流れに
沿って異なる位置に、独立に、上記順序で配置したこと
を特徴とする内部改質型燃料電池。 ４、各セルの改質域は、当該セルの積層方向に隣接する
他のセルの発電域に対して、積層方向に重なる位置に配
設されていることを特徴とする請求項３記載の内部改質
型燃料電池。 ５、各セルにおいて、改質域と発電域とは、積層方向に
隣接する他のセルの改質域および発電域に対して、それ
ぞれ相補的となる位置に設けられていることを特徴とす
る請求項３記載の内部改質型燃料電池。 ６、各セルは、第１系列セルまたは第２系列セルのいず
れかに属し、該第１系列セルおよび第２系セルは積層方
向に交互に積層され、第 １系列セルの改質域は第２系列セルの発電域に対して積
層方向に重なる位置に配設され、第１系列セルに関連す
る流路は、第２系列セルに関連する流路とは独立に形成
されていることを特徴とする請求項３記載の内部改質型
燃料電池。 ７、燃料ガス導入口を、積層方向の両端に設け、各セル
への燃料ガス供給を、確実にしたことを特徴とする請求
項３記載の内部改質型燃料電池。 ８、少なくとも燃料電池と、燃料ガス供給源と、酸化剤
ガス供給源とを用いて発電を行なう発電プラントにおい
て、 前記燃料電池は、燃料ガスを改質する改質触媒を含む改
質域が、カソードと電解質板とアノードとから構成され
る発電域より、燃料ガスの流れの上流側に配置されたこ
とを特徴とする発電プラント。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1243620A JPH0831322B2 (ja) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | 内部改質型燃料電池およびそれを用いた発電プラント |
| US07/585,508 US5212022A (en) | 1989-09-20 | 1990-09-20 | Internal-reforming fuel cells and power stations using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1243620A JPH0831322B2 (ja) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | 内部改質型燃料電池およびそれを用いた発電プラント |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03105865A true JPH03105865A (ja) | 1991-05-02 |
| JPH0831322B2 JPH0831322B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=17106532
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1243620A Expired - Lifetime JPH0831322B2 (ja) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | 内部改質型燃料電池およびそれを用いた発電プラント |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5212022A (ja) |
| JP (1) | JPH0831322B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011071092A (ja) * | 2009-08-27 | 2011-04-07 | Kyocera Corp | セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置 |
Families Citing this family (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5733675A (en) * | 1995-08-23 | 1998-03-31 | Westinghouse Electric Corporation | Electrochemical fuel cell generator having an internal and leak tight hydrocarbon fuel reformer |
| DE19617396C2 (de) * | 1996-05-02 | 1998-03-26 | Dornier Gmbh | Strömungsmodul |
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| US7323270B2 (en) * | 2004-08-11 | 2008-01-29 | Fuelcell Energy, Inc. | Modular fuel-cell stack assembly |
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| US8241801B2 (en) | 2006-08-14 | 2012-08-14 | Modine Manufacturing Company | Integrated solid oxide fuel cell and fuel processor |
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| WO2009105191A2 (en) | 2008-02-19 | 2009-08-27 | Bloom Energy Corporation | Fuel cell system containing anode tail gas oxidizer and hybrid heat exchanger/reformer |
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