JPH05258758A - 内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents
内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池Info
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- JPH05258758A JPH05258758A JP4052369A JP5236992A JPH05258758A JP H05258758 A JPH05258758 A JP H05258758A JP 4052369 A JP4052369 A JP 4052369A JP 5236992 A JP5236992 A JP 5236992A JP H05258758 A JPH05258758 A JP H05258758A
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- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
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- H01M2300/0051—Carbonates
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 構造が簡単でかつスタックの冷却が均一に行
える内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池を得ることを目的
とする。 【構成】 内部マニホルド方式により原燃料ガスを改質
器プレート１に供給して改質した後、これを各素電池２
に供給する構成とする。また改質器プレート１内部に金
属支持部１３を全域に設置して熱的，電気的抵抗を低減
し、同時に機械的強度も向上させる。さらに改質器プレ
ート１内部を３つのガス流路に分割し、その中央部にの
み改質触媒１２を設置しスタック冷却の均一化をはか
る。
える内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池を得ることを目的
とする。 【構成】 内部マニホルド方式により原燃料ガスを改質
器プレート１に供給して改質した後、これを各素電池２
に供給する構成とする。また改質器プレート１内部に金
属支持部１３を全域に設置して熱的，電気的抵抗を低減
し、同時に機械的強度も向上させる。さらに改質器プレ
ート１内部を３つのガス流路に分割し、その中央部にの
み改質触媒１２を設置しスタック冷却の均一化をはか
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内部改質型溶融炭酸塩
型燃料電池に関し、特にスタックおよび改質器プレート
の構造を改良した内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池に関
する。
型燃料電池に関し、特にスタックおよび改質器プレート
の構造を改良した内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池に関
する。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は燃料ガスとして
水素を主成分とするガスを用いており、大規模な溶融炭
酸塩型燃料電池発電では石炭ガス利用や天然ガスを改質
装置で改質して水素を主成分としたガスに変えて使用す
ることが考えられている。比較的小規模な発電、特に需
要地発電（オンサイト発電）においても原燃料として都
市ガス（メタンが主成分）などを使用するため、これを
水蒸気改質などの方法によって改質する必要がある。し
かし小規模な発電装置の場合、大がかりな改質装置を発
電部分と別個に設置することは、コンパクト性、システ
ム効率の低下やコストの上昇をもたらす。このため特に
オンサイト用途では電池内部で改質を行ういわゆる内部
改質方式がとられることが多い。
水素を主成分とするガスを用いており、大規模な溶融炭
酸塩型燃料電池発電では石炭ガス利用や天然ガスを改質
装置で改質して水素を主成分としたガスに変えて使用す
ることが考えられている。比較的小規模な発電、特に需
要地発電（オンサイト発電）においても原燃料として都
市ガス（メタンが主成分）などを使用するため、これを
水蒸気改質などの方法によって改質する必要がある。し
かし小規模な発電装置の場合、大がかりな改質装置を発
電部分と別個に設置することは、コンパクト性、システ
ム効率の低下やコストの上昇をもたらす。このため特に
オンサイト用途では電池内部で改質を行ういわゆる内部
改質方式がとられることが多い。
【０００３】内部改質方式は、燃料電池の反応発熱およ
び電池部材の抵抗発熱などが電池内部の温度を上昇させ
るのに対して改質反応が吸熱反応であることを利用し、
電池スタック内部において改質反応を行わせる方式であ
る。従って内部改質方式では外部の改質装置を必要とし
ないうえ電池を冷却する効果も得られる。こうした方式
は燃料ガスとして都市ガスを直接供給することができる
うえ電池の発熱を有効に利用できるため、システム効率
の向上、コスト低減、コンパクト性向上のうえで大変有
利である。
び電池部材の抵抗発熱などが電池内部の温度を上昇させ
るのに対して改質反応が吸熱反応であることを利用し、
電池スタック内部において改質反応を行わせる方式であ
る。従って内部改質方式では外部の改質装置を必要とし
ないうえ電池を冷却する効果も得られる。こうした方式
は燃料ガスとして都市ガスを直接供給することができる
うえ電池の発熱を有効に利用できるため、システム効率
の向上、コスト低減、コンパクト性向上のうえで大変有
利である。
【０００４】このため従来からいわゆる直接内部改質
型，間接内部改質型の２つの内部改質方式が検討されて
きている。直接内部改質型は効率が高いが発電部分に触
媒を設置するため電解質のしみだしや電解質蒸気との接
触により改質触媒の劣化が起こるという問題がある。こ
れに対して間接内部改質型は熱効率の点で多少不利では
あるが、発電部分と改質部分を分離しているため寿命の
点で有利である。
型，間接内部改質型の２つの内部改質方式が検討されて
きている。直接内部改質型は効率が高いが発電部分に触
媒を設置するため電解質のしみだしや電解質蒸気との接
触により改質触媒の劣化が起こるという問題がある。こ
れに対して間接内部改質型は熱効率の点で多少不利では
あるが、発電部分と改質部分を分離しているため寿命の
点で有利である。
【０００５】一方、スタックを構成する各素電池へのガ
ス供給方式には外部マニホルド方式と内部マニホルド方
式がある。外部マニホルド方式はスタックの側面に各素
電池の燃料側あるいは酸化剤側の気室が開口している構
造とし、ここに箱状の外部マニホルドを取り付けて、各
素電池にガスを分配する方式である。一方内部マニホル
ド方式は素電池の周辺部分にガスの流通孔を設置し、こ
の孔（内部マニホルド）から各素電池にガスを分配する
方式である。
ス供給方式には外部マニホルド方式と内部マニホルド方
式がある。外部マニホルド方式はスタックの側面に各素
電池の燃料側あるいは酸化剤側の気室が開口している構
造とし、ここに箱状の外部マニホルドを取り付けて、各
素電池にガスを分配する方式である。一方内部マニホル
ド方式は素電池の周辺部分にガスの流通孔を設置し、こ
の孔（内部マニホルド）から各素電池にガスを分配する
方式である。
【０００６】外部マニホルド方式で間接内部改質を行う
場合、たとえば特開昭６１−１３５７６号公報に開示さ
れるようにマニホルド内部を二分した構造とする方式が
あるが、マニホルド構造が複雑になるうえガスシールを
確実に行うのが困難となる。また外部マニホルド方式で
はマニホルドシール材を介して電解質の移動が起こるた
め、その対策を施すことが必要であるなどの不利な面が
ある。
場合、たとえば特開昭６１−１３５７６号公報に開示さ
れるようにマニホルド内部を二分した構造とする方式が
あるが、マニホルド構造が複雑になるうえガスシールを
確実に行うのが困難となる。また外部マニホルド方式で
はマニホルドシール材を介して電解質の移動が起こるた
め、その対策を施すことが必要であるなどの不利な面が
ある。
【０００７】一方、内部マニホルド型で内部改質を行う
方法としては特開平３−１０５８６５号公報に開示され
ているように素電池内を二分し、ガス上流側に改質触媒
を充填した改質域を設けここで改質するなどの手段があ
る。その他、改質器プレート内部を平面に沿って二分
し、片側に改質触媒を充填し他の側に燃料極からの排出
未反応燃料を燃焼させるための燃焼触媒を充填し、これ
を素電池の間に設置し燃焼熱と電池の熱で改質すること
も考えられている。
方法としては特開平３−１０５８６５号公報に開示され
ているように素電池内を二分し、ガス上流側に改質触媒
を充填した改質域を設けここで改質するなどの手段があ
る。その他、改質器プレート内部を平面に沿って二分
し、片側に改質触媒を充填し他の側に燃料極からの排出
未反応燃料を燃焼させるための燃焼触媒を充填し、これ
を素電池の間に設置し燃焼熱と電池の熱で改質すること
も考えられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、内部マニホル
ド型で内部改質を行う場合、前記従来法のうち前者の方
式では素電池の一部が改質部分に当てられるために、改
質部では温度が下がり、一方の発電部では温度上昇が起
こるなど温度均一性の点に問題があった。また後者の方
式では燃料排ガスの燃焼熱も改質反応に利用できるが、
改質器プレートの改質側に接する素電池は冷却される反
面、触媒燃焼部分に接する素電池は逆に温度が上昇する
ため好ましいとは言えない。さらにこの方式では燃料排
ガスや燃焼用空気を供給するためにスタック構造がやや
複雑になる問題があった。そこで本発明はこれらの問題
を回避し、構造が簡単でかつスタックの冷却が均一に行
える内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池を得ることを目的
としている。
ド型で内部改質を行う場合、前記従来法のうち前者の方
式では素電池の一部が改質部分に当てられるために、改
質部では温度が下がり、一方の発電部では温度上昇が起
こるなど温度均一性の点に問題があった。また後者の方
式では燃料排ガスの燃焼熱も改質反応に利用できるが、
改質器プレートの改質側に接する素電池は冷却される反
面、触媒燃焼部分に接する素電池は逆に温度が上昇する
ため好ましいとは言えない。さらにこの方式では燃料排
ガスや燃焼用空気を供給するためにスタック構造がやや
複雑になる問題があった。そこで本発明はこれらの問題
を回避し、構造が簡単でかつスタックの冷却が均一に行
える内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池を得ることを目的
としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池は、積層され
た素電池および原燃料を改質する改質器プレートと、こ
の改質器プレートを縦貫した状態で設けられた原燃料ガ
ス供給用内部マニホルド孔、燃料ガス用，酸化剤ガス用
のマニホルド孔とを備え、前記素電池は前記燃料ガス
用，酸化剤ガス用のそれぞれのマニホルド孔を介して各
ガスを給排し、前記改質器プレートは素電池のバイポー
ラ板と類似し、かつ前記原燃料ガス供給用内部マニホル
ド孔および燃料ガス用マニホルド孔にのみ給排できる構
造を有し、バイポーラ板としても機能するとともに供給
された原燃料ガスを改質して得られた燃料ガスを各素電
池に供給する簡単な構成を備えている。
本発明の内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池は、積層され
た素電池および原燃料を改質する改質器プレートと、こ
の改質器プレートを縦貫した状態で設けられた原燃料ガ
ス供給用内部マニホルド孔、燃料ガス用，酸化剤ガス用
のマニホルド孔とを備え、前記素電池は前記燃料ガス
用，酸化剤ガス用のそれぞれのマニホルド孔を介して各
ガスを給排し、前記改質器プレートは素電池のバイポー
ラ板と類似し、かつ前記原燃料ガス供給用内部マニホル
ド孔および燃料ガス用マニホルド孔にのみ給排できる構
造を有し、バイポーラ板としても機能するとともに供給
された原燃料ガスを改質して得られた燃料ガスを各素電
池に供給する簡単な構成を備えている。
【００１０】また改質器プレート内部に上下の端板を電
気的に接続し、かつ機械的強度を有する金属からなる支
持部を１０cm以内の距離間隔で複数個設置し、前記改質
器プレートの上下の端板間を熱的，電気的に接続し、機
械的，熱的，電気的特性の向上をはかっている。
気的に接続し、かつ機械的強度を有する金属からなる支
持部を１０cm以内の距離間隔で複数個設置し、前記改質
器プレートの上下の端板間を熱的，電気的に接続し、機
械的，熱的，電気的特性の向上をはかっている。
【００１１】さらに改質器プレート内部を、切欠きを有
する仕切により３つのガス流路に分割し、中央に位置す
る流路の中央部にのみ改質触媒を設置し、その外縁部分
に原燃料ガス供給用内部マニホルド孔の開口部を設け、
改質した燃料ガスは切欠き部から両側のガス流路を経て
流れを反転し、前記原燃料ガス供給用内部マニホルド孔
の両側に設けた燃料用マニホルド孔を経て各素電池に供
給する構造としスタック冷却の均一化をはかっている。
する仕切により３つのガス流路に分割し、中央に位置す
る流路の中央部にのみ改質触媒を設置し、その外縁部分
に原燃料ガス供給用内部マニホルド孔の開口部を設け、
改質した燃料ガスは切欠き部から両側のガス流路を経て
流れを反転し、前記原燃料ガス供給用内部マニホルド孔
の両側に設けた燃料用マニホルド孔を経て各素電池に供
給する構造としスタック冷却の均一化をはかっている。
【００１２】
【作用】この構成により、原燃料ガス供給用内部マニホ
ルド孔は改質器プレートに原燃料を供給し、改質器プレ
ート内で改質した燃料ガスを各素電池に供給する。また
改質器プレート自体はバイポーラ板としても機能する。
ルド孔は改質器プレートに原燃料を供給し、改質器プレ
ート内で改質した燃料ガスを各素電池に供給する。また
改質器プレート自体はバイポーラ板としても機能する。
【００１３】また改質器プレート内部に複数個設置され
た支持部は上下の端板を電気的，熱的に接続し改質器プ
レートの電気抵抗，熱抵抗を低減する。またこの支持部
は機械的強度を有するため上下からのスタック圧に対し
て改質器プレートの変形を防止する。
た支持部は上下の端板を電気的，熱的に接続し改質器プ
レートの電気抵抗，熱抵抗を低減する。またこの支持部
は機械的強度を有するため上下からのスタック圧に対し
て改質器プレートの変形を防止する。
【００１４】改質器プレート内部の３つのガス流路のう
ち、中央流路では改質触媒により原燃料の改質が行わ
れ、同時に上下に接する素電池群の中央部から熱を吸収
する。改質された燃料ガスは両側のガス流路および燃料
用マニホルド孔を経て各素電池に供給される。
ち、中央流路では改質触媒により原燃料の改質が行わ
れ、同時に上下に接する素電池群の中央部から熱を吸収
する。改質された燃料ガスは両側のガス流路および燃料
用マニホルド孔を経て各素電池に供給される。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例の内部改質型溶融炭酸
塩型燃料電池について図面を参照して説明する。
塩型燃料電池について図面を参照して説明する。
【００１６】（実施例１）図１，図２において、改質器
プレート１は素電池２の間に挟持されており、素電池２
のバイポーラ板と類似の構造を有している。このため燃
料極３，電解質板４，酸化剤極５と組み合わせて電池の
一部として機能することができる。また改質器プレート
１および素電池２は、ともにスタックを縦貫して設置さ
れた原燃料ガス供給用内部マニホルド孔６，燃料ガス用
マニホルド孔７，酸化剤ガス用マニホルド８およびそれ
らの排ガス用マニホルド９，１０とを有し、これらガス
は下部のヘッダ１１から供給あるいは排出される。
プレート１は素電池２の間に挟持されており、素電池２
のバイポーラ板と類似の構造を有している。このため燃
料極３，電解質板４，酸化剤極５と組み合わせて電池の
一部として機能することができる。また改質器プレート
１および素電池２は、ともにスタックを縦貫して設置さ
れた原燃料ガス供給用内部マニホルド孔６，燃料ガス用
マニホルド孔７，酸化剤ガス用マニホルド８およびそれ
らの排ガス用マニホルド９，１０とを有し、これらガス
は下部のヘッダ１１から供給あるいは排出される。
【００１７】原燃料ガス供給用内部マニホルド孔６に対
しては改質器プレート１内部へのみ開口部６ｃがあり、
ここから原燃料が供給され、素電池２には供給されな
い。改質器プレート１内部に供給された原燃料は改質触
媒１２に接触して電池から発生する熱を利用して改質さ
れ、出口６ａから燃料ガス用マニホルド孔７を経て各素
電池２に供給される。なお図２ではバイポーラ板として
みた場合、燃料極３側が上面となっており、酸化剤極５
側は下面となる。また酸化剤ガスは酸化剤ガス用マニホ
ルド８から各素電池２に供給され、反応後の排ガスは燃
料排ガス用マニホルド９，酸化剤排ガス用マニホルド１
０から排出される。
しては改質器プレート１内部へのみ開口部６ｃがあり、
ここから原燃料が供給され、素電池２には供給されな
い。改質器プレート１内部に供給された原燃料は改質触
媒１２に接触して電池から発生する熱を利用して改質さ
れ、出口６ａから燃料ガス用マニホルド孔７を経て各素
電池２に供給される。なお図２ではバイポーラ板として
みた場合、燃料極３側が上面となっており、酸化剤極５
側は下面となる。また酸化剤ガスは酸化剤ガス用マニホ
ルド８から各素電池２に供給され、反応後の排ガスは燃
料排ガス用マニホルド９，酸化剤排ガス用マニホルド１
０から排出される。
【００１８】以上のように本実施例ではバイポーラ板構
造を有する改質器プレート１を素電池２間に設置し、ま
た原燃料ガス供給用内部マニホルド孔６を各素電池２お
よび改質器プレート１に付加設置するのみの極めて簡単
な構造で内部マニホルド方式による内部改質型溶融炭酸
塩型燃料電池を実現している。また改質器プレート１は
発電部分や燃焼部分などの発熱部をもたず、改質器プレ
ート１に接する素電池群をほぼ均等に冷却することがで
きるため電池の管理上も好都合となる。しかも外部マニ
ホルドの場合のようなシールに関与するガス漏れ，腐食
の問題を非常に小さくすることができる。
造を有する改質器プレート１を素電池２間に設置し、ま
た原燃料ガス供給用内部マニホルド孔６を各素電池２お
よび改質器プレート１に付加設置するのみの極めて簡単
な構造で内部マニホルド方式による内部改質型溶融炭酸
塩型燃料電池を実現している。また改質器プレート１は
発電部分や燃焼部分などの発熱部をもたず、改質器プレ
ート１に接する素電池群をほぼ均等に冷却することがで
きるため電池の管理上も好都合となる。しかも外部マニ
ホルドの場合のようなシールに関与するガス漏れ，腐食
の問題を非常に小さくすることができる。
【００１９】（実施例２）次に実施例１と同様の構造を
有する内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池の改質器プレー
トに請求項２記載の発明を適用した実施例２について図
３に従って説明する。図３は改質器プレート１の燃料極
側の端板１４を取り外した状態を示しているが、実際に
はガス漏れがないように溶接あるいはろうづけにより外
縁部分１ａと接合されている。改質器プレート１の外縁
部分１ａおよび端板１４は耐熱合金で製作されており内
部にはやはり同一素材からなり充分な機械的強度を有す
る支持部１３がバイポーラ板構造を有する端板１４と接
する高さで設置してある。本実施例の改質器プレート１
は大きさが４０cm角のもので、厚みは１．２cm、支持部
１３は１cm角でこれを５cm間隔で設置した。改質触媒１
２は改質器プレート１の内縁から５cmの間隔を残して全
面に充填した。
有する内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池の改質器プレー
トに請求項２記載の発明を適用した実施例２について図
３に従って説明する。図３は改質器プレート１の燃料極
側の端板１４を取り外した状態を示しているが、実際に
はガス漏れがないように溶接あるいはろうづけにより外
縁部分１ａと接合されている。改質器プレート１の外縁
部分１ａおよび端板１４は耐熱合金で製作されており内
部にはやはり同一素材からなり充分な機械的強度を有す
る支持部１３がバイポーラ板構造を有する端板１４と接
する高さで設置してある。本実施例の改質器プレート１
は大きさが４０cm角のもので、厚みは１．２cm、支持部
１３は１cm角でこれを５cm間隔で設置した。改質触媒１
２は改質器プレート１の内縁から５cmの間隔を残して全
面に充填した。
【００２０】この改質器プレート１を４０cm角の素電池
２を１０セル積層したスタックの中央部に設置し、運転
試験を行った。原燃料ガスとしては脱硫した都市ガス
（メタン主成分）にスチーム／カーボン比３．０の割合
で水蒸気を添加し、これを６５０℃に予熱して原燃料供
給用内部マニホルド孔６を用いて改質器プレート１に供
給した。酸化剤ガスには空気７０％炭酸ガス３０％の混
合ガスをやはり予熱して供給した。また運転中のスタッ
ク圧は４トン（２．５kg／cm2）を加えた。スタック平
均温度６５０℃で定常運転している状態において改質器
プレート１の温度分布を測定した。その結果、高温部分
が６６０℃、低温部分が６２０℃で差は約４０℃であっ
た。また１００Ａの電流を取り出した際の改質器プレー
ト１部分の電圧降下は５ｍＶと小さいものであった。試
験後、改質器プレート１の外観検査を行ったが変形など
は認められなかった。
２を１０セル積層したスタックの中央部に設置し、運転
試験を行った。原燃料ガスとしては脱硫した都市ガス
（メタン主成分）にスチーム／カーボン比３．０の割合
で水蒸気を添加し、これを６５０℃に予熱して原燃料供
給用内部マニホルド孔６を用いて改質器プレート１に供
給した。酸化剤ガスには空気７０％炭酸ガス３０％の混
合ガスをやはり予熱して供給した。また運転中のスタッ
ク圧は４トン（２．５kg／cm2）を加えた。スタック平
均温度６５０℃で定常運転している状態において改質器
プレート１の温度分布を測定した。その結果、高温部分
が６６０℃、低温部分が６２０℃で差は約４０℃であっ
た。また１００Ａの電流を取り出した際の改質器プレー
ト１部分の電圧降下は５ｍＶと小さいものであった。試
験後、改質器プレート１の外観検査を行ったが変形など
は認められなかった。
【００２１】また比較のため支持部１３を設置せず、図
示していないが、中央の対称線上に補強用の幅１cmの仕
切部をガス流れに沿って設置したのみの改質器プレート
を試作して同様の試験を行った。その結果、高温部分，
低温部分の差は約７０℃、１００Ａの電流を取り出した
際の改質器プレート部分の電圧降下は３５ｍＡとかなり
大きいものであった。試験後、改質器プレートは仕切部
が無い部分の端板に微かなへこみが認められた。こうし
た変形は素電池との緊密な接触を大きく阻害するため、
熱および電気抵抗が大きかったものと見られる。
示していないが、中央の対称線上に補強用の幅１cmの仕
切部をガス流れに沿って設置したのみの改質器プレート
を試作して同様の試験を行った。その結果、高温部分，
低温部分の差は約７０℃、１００Ａの電流を取り出した
際の改質器プレート部分の電圧降下は３５ｍＡとかなり
大きいものであった。試験後、改質器プレートは仕切部
が無い部分の端板に微かなへこみが認められた。こうし
た変形は素電池との緊密な接触を大きく阻害するため、
熱および電気抵抗が大きかったものと見られる。
【００２２】他方、本実施例２による改質器プレート１
ではこうした変形が起こらないうえ、５cm間隔で金属の
支持部１３が存在するためこれが熱および電気抵抗の低
減を実現し、より均一な温度分布と小さな電圧降下をも
たらしたものといえる。
ではこうした変形が起こらないうえ、５cm間隔で金属の
支持部１３が存在するためこれが熱および電気抵抗の低
減を実現し、より均一な温度分布と小さな電圧降下をも
たらしたものといえる。
【００２３】（実施例３）次に実施例２と同様の構造を
有する改質器プレート１に、請求項３記載の発明を適用
した実施例３について図４に従って説明する。図４は改
質器プレート１の燃料極側の端板１４を取り外した状態
を示している。改質器プレート１はその内部が、切欠き
１５を有する仕切１６により３つのガス流路に分割さ
れ、中央に位置する流路の中央部にのみ改質触媒１２を
設置している。また改質器プレート１の外縁部分１ａに
は原燃料ガス供給用内部マニホルド孔６への開口部（図
示していないが、図２の６ｃ参照）があり、ここから原
燃料が供給され、途中の改質触媒１２がない部分を通過
した後、改質触媒１２が充填された部位で改質触媒１２
に接触して改質される。改質された燃料ガスは切欠き部
１５から両側のガス流路を経て流れを反転し、燃料ガス
出口から燃料ガス用マニホルド孔７を経て各素電池２に
供給される。
有する改質器プレート１に、請求項３記載の発明を適用
した実施例３について図４に従って説明する。図４は改
質器プレート１の燃料極側の端板１４を取り外した状態
を示している。改質器プレート１はその内部が、切欠き
１５を有する仕切１６により３つのガス流路に分割さ
れ、中央に位置する流路の中央部にのみ改質触媒１２を
設置している。また改質器プレート１の外縁部分１ａに
は原燃料ガス供給用内部マニホルド孔６への開口部（図
示していないが、図２の６ｃ参照）があり、ここから原
燃料が供給され、途中の改質触媒１２がない部分を通過
した後、改質触媒１２が充填された部位で改質触媒１２
に接触して改質される。改質された燃料ガスは切欠き部
１５から両側のガス流路を経て流れを反転し、燃料ガス
出口から燃料ガス用マニホルド孔７を経て各素電池２に
供給される。
【００２４】熱収支の観点から以上の過程をみると、原
燃料ガス供給用内部マニホルド孔６から改質触媒１２が
ない流路部分および、改質後の燃料ガスが両ガス流路を
経て燃料ガス用マニホルド孔７に至る過程では素電池２
との熱のやりとりは極めて小さく、改質が行われている
中央付近で大きな吸熱が起こり、素電池２の中心付近を
重点的に冷却することとなる。
燃料ガス供給用内部マニホルド孔６から改質触媒１２が
ない流路部分および、改質後の燃料ガスが両ガス流路を
経て燃料ガス用マニホルド孔７に至る過程では素電池２
との熱のやりとりは極めて小さく、改質が行われている
中央付近で大きな吸熱が起こり、素電池２の中心付近を
重点的に冷却することとなる。
【００２５】ところで燃料電池では一般的にいえば周辺
部分よりは中央部分のほうが高温化する傾向がある。大
形のスタックの場合には燃料ガスおよび酸化剤ガスの供
給方向、たとえば直行流か並行流かなどにより素電池２
内部の温度上昇部位が変化するが、傾向としてはやはり
中心よりの部位が高温化する。特にオンサイト発電など
に用いられる比較的小規模のスタックの場合、スタック
側面からの放熱の影響が大きくなるためこうした傾向は
顕著である。このため本実施例の改質器プレート１では
改質反応による吸熱が中心付近に集中し、他のガス流路
では熱のやりとりは極めて小さいため素電池２中央部の
温度上昇を効果的に抑制することができ、スタックの温
度均一化に大きく寄与することができる。
部分よりは中央部分のほうが高温化する傾向がある。大
形のスタックの場合には燃料ガスおよび酸化剤ガスの供
給方向、たとえば直行流か並行流かなどにより素電池２
内部の温度上昇部位が変化するが、傾向としてはやはり
中心よりの部位が高温化する。特にオンサイト発電など
に用いられる比較的小規模のスタックの場合、スタック
側面からの放熱の影響が大きくなるためこうした傾向は
顕著である。このため本実施例の改質器プレート１では
改質反応による吸熱が中心付近に集中し、他のガス流路
では熱のやりとりは極めて小さいため素電池２中央部の
温度上昇を効果的に抑制することができ、スタックの温
度均一化に大きく寄与することができる。
【００２６】続いて本実施例による電池試験の結果につ
いて述べる。改質器プレート１の大きさ，試験条件など
は実施例２と同じである。スタック平均温度６５０℃で
定常運転している状態において改質器プレート１の温度
分布を測定したところ、高温部分が６６０℃、低温部分
が６３０℃で差は約３０℃であり温度均一化に大きく寄
与することがわかった。
いて述べる。改質器プレート１の大きさ，試験条件など
は実施例２と同じである。スタック平均温度６５０℃で
定常運転している状態において改質器プレート１の温度
分布を測定したところ、高温部分が６６０℃、低温部分
が６３０℃で差は約３０℃であり温度均一化に大きく寄
与することがわかった。
【００２７】以上本実施例で記述した素電池，改質器プ
レートはともに矩形であるがこれは他の形状、例えば円
形などであっても良い。また各マニホルド孔およびその
出入口の形状も本実施例に関わらずどのような形状であ
っても良く、配置についても本発明の実施上可能な範囲
でどのようなものであっても良い。
レートはともに矩形であるがこれは他の形状、例えば円
形などであっても良い。また各マニホルド孔およびその
出入口の形状も本実施例に関わらずどのような形状であ
っても良く、配置についても本発明の実施上可能な範囲
でどのようなものであっても良い。
【００２８】また改質器プレートの構造については実施
例２の場合、各流路の仕切はほぼ均等になっているがこ
れは適当な比率で分割されていてもよく、さらに仕切が
一部または全体が斜めに設置されていても良い。さらに
実施例３では切欠きは仕切板の端部にのみあるが、これ
は仕切板の任意の位置であって良い。
例２の場合、各流路の仕切はほぼ均等になっているがこ
れは適当な比率で分割されていてもよく、さらに仕切が
一部または全体が斜めに設置されていても良い。さらに
実施例３では切欠きは仕切板の端部にのみあるが、これ
は仕切板の任意の位置であって良い。
【００２９】改質触媒については本実施例では粒状のも
のを図示しているが、これは他の形状のもの、たとえば
ハニカム状のものでも良い。また触媒とともに他の物
体、たとえば触媒保持用の部材や炭酸塩蒸気除去用の部
材が存在していても良い。
のを図示しているが、これは他の形状のもの、たとえば
ハニカム状のものでも良い。また触媒とともに他の物
体、たとえば触媒保持用の部材や炭酸塩蒸気除去用の部
材が存在していても良い。
【００３０】
【発明の効果】以上の実施例の説明により明らかなよう
に、本発明の内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池によれ
ば、特にガス供給関係の構造簡略化を可能としたうえ、
改質器プレートに接する素電池群を均等に冷却すること
ができる。また外部マニホルドの場合のようなガスシー
ルに関与する問題が起こらない利点がある。
に、本発明の内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池によれ
ば、特にガス供給関係の構造簡略化を可能としたうえ、
改質器プレートに接する素電池群を均等に冷却すること
ができる。また外部マニホルドの場合のようなガスシー
ルに関与する問題が起こらない利点がある。
【００３１】また請求項２により内部に複数個設置され
た金属支持部は上下の端板を電気的，熱的に接続し改質
器プレートの電気抵抗，熱抵抗を低減する。また機械的
強度を向上させるため上下からのスタック圧に対して改
質器プレートの変形を防止し、素電池群との接触を正常
に維持する効果がある。これらの結果、電池の効率と信
頼性の向上を高めることができる。
た金属支持部は上下の端板を電気的，熱的に接続し改質
器プレートの電気抵抗，熱抵抗を低減する。また機械的
強度を向上させるため上下からのスタック圧に対して改
質器プレートの変形を防止し、素電池群との接触を正常
に維持する効果がある。これらの結果、電池の効率と信
頼性の向上を高めることができる。
【００３２】さらに請求項３による改質器プレートを用
いれば、改質触媒が中央流路にのみ設置されているため
反応による吸熱が中心付近に集中し、素電池中央部の温
度上昇を効果的に抑制し、より均一な冷却効果を得るこ
とができ、電池の温度管理のための設備を軽減し信頼性
も大きく向上させる効果がある。
いれば、改質触媒が中央流路にのみ設置されているため
反応による吸熱が中心付近に集中し、素電池中央部の温
度上昇を効果的に抑制し、より均一な冷却効果を得るこ
とができ、電池の温度管理のための設備を軽減し信頼性
も大きく向上させる効果がある。
【図１】本発明の実施例の内部改質型溶融炭酸塩型燃料
電池の構成の概念を示す斜視図
電池の構成の概念を示す斜視図
【図２】同実施例１の改質器プレートの一部を切り欠い
て断面を示す斜視図
て断面を示す斜視図
【図３】同実施例２の改質器プレートの燃料極側の端板
を取り外して内部の構成を示す斜視図
を取り外して内部の構成を示す斜視図
【図４】同実施例３の改質器プレートの燃料極側の端板
を取り外して内部の構成を示す斜視図
を取り外して内部の構成を示す斜視図
１ 改質器プレート ２ 素電池 ６ 原燃料ガス供給用内部マニホルド孔 ７ 燃料ガス用マニホルド孔 ８ 酸化剤ガス用マニホルド ９ 燃料排ガス用マニホルド １０ 酸化剤排ガス用マニホルド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安本 栄一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 蒲生 孝治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 積層された素電池および原燃料を改質す
る改質器プレートと、この改質器プレートを縦貫した状
態で設けられた原燃料ガス供給用内部マニホルド孔、燃
料ガス用，酸化剤ガス用のマニホルド孔とを備え、前記
素電池は前記燃料ガス用，酸化剤ガス用のそれぞれのマ
ニホルド孔を介して前記各ガスを給排し、前記改質器プ
レートは素電池のバイポーラ板と類似し、かつ前記原燃
料ガス供給用内部マニホルド孔および燃料ガス用マニホ
ルド孔にのみ給排できる構造を有し、バイポーラ板とし
ても機能するとともに、供給された原燃料ガスを改質し
て得られた燃料ガスを各素電池に供給する構成を備えた
内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池。 - 【請求項２】 改質器プレート内部に金属からなる支持
部を１０cm以内の距離間隔で複数個設置し、前記改質器
プレートの上下の端板間を熱的，電気的に接続した請求
項１記載の内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池。 - 【請求項３】 改質器プレート内部を切欠きを有する仕
切により３つのガス流路に分割し、中央に位置する流路
の中央部にのみ改質触媒を設置し、その外縁部分に原燃
料ガス供給用内部マニホルド孔の開口部を設け、改質し
た燃料ガスは切欠き部から両側のガス流路を経て流れを
反転し、前記原燃料ガス供給用内部マニホルド孔の両側
に設けた燃料用マニホルド孔を経て各素電池に供給する
構成を備えた請求項１または２記載の内部改質型溶融炭
酸塩型燃料電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4052369A JP2697461B2 (ja) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | 内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池 |
| US08/028,976 US5348814A (en) | 1992-03-11 | 1993-03-10 | Internal reforming type molten carbonate fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4052369A JP2697461B2 (ja) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | 内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05258758A true JPH05258758A (ja) | 1993-10-08 |
| JP2697461B2 JP2697461B2 (ja) | 1998-01-14 |
Family
ID=12912898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4052369A Expired - Fee Related JP2697461B2 (ja) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | 内部改質型溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2697461B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006059614A (ja) * | 2004-08-19 | 2006-03-02 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| KR100744940B1 (ko) * | 2006-06-14 | 2007-08-01 | 삼성전기주식회사 | 연료 개질 기 및 그 제작 방법 |
| JP2010171018A (ja) * | 2010-03-08 | 2010-08-05 | Nissan Motor Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| US11201275B1 (en) | 2020-06-10 | 2021-12-14 | Palo Alto Research Center Incorporated | Superconducting stress-engineered micro-fabricated springs |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01239774A (ja) * | 1988-03-18 | 1989-09-25 | Sanyo Electric Co Ltd | 溶融炭酸塩燃料電池 |
| JPH0240863A (ja) * | 1988-08-01 | 1990-02-09 | Sanyo Electric Co Ltd | 溶融炭酸塩燃料電池 |
-
1992
- 1992-03-11 JP JP4052369A patent/JP2697461B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01239774A (ja) * | 1988-03-18 | 1989-09-25 | Sanyo Electric Co Ltd | 溶融炭酸塩燃料電池 |
| JPH0240863A (ja) * | 1988-08-01 | 1990-02-09 | Sanyo Electric Co Ltd | 溶融炭酸塩燃料電池 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006059614A (ja) * | 2004-08-19 | 2006-03-02 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| KR100744940B1 (ko) * | 2006-06-14 | 2007-08-01 | 삼성전기주식회사 | 연료 개질 기 및 그 제작 방법 |
| JP2010171018A (ja) * | 2010-03-08 | 2010-08-05 | Nissan Motor Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| US11201275B1 (en) | 2020-06-10 | 2021-12-14 | Palo Alto Research Center Incorporated | Superconducting stress-engineered micro-fabricated springs |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2697461B2 (ja) | 1998-01-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |