JPH0615404Y2 - 内部改質形燃料電池 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、内部改質形燃料電池に関し、特に内部改質
触媒の構成に関するものである。

〔従来の技術〕

第４図は例えば、特開昭61-13576号公報に従来技術とし
て示された内部改質形燃料電池を一部切欠いて示す斜視
図であり、図において、(1)はアノード電極、(2)はこの
アノード電極(1)に接して設けられた電解質層で、電解
質マトリクス、(3)は上記電解質マトリクス(2)に接し、
アノード電極(1)と対向して設けられたカソード電極で
あり、これらで単電池(4)が構成される。(5)は上記単電
池(4)２個の間におかれたガス分離板すなわちセパレー
タ板であり、このセパレータ板(5)の一方の面には複数
の溝にて形成した凹凸状のカソードガス流路(6)が設け
られており、この面がカソード電極(3)と対向して配置
されている。セパレータ板(5)の反対側の面には同様に
アノードガス流路(7)が設けられ、この面がアノード電
極(1)と対向して配置されている。上記カソードガス流
路(6)とアノードガス流路(7)は直交して構成されてお
り、アノードガス流路(7)には改質触媒(8)が充填されて
いる。図の破線は改質触媒がその部分にも充填している
ことを示す。このうような単電池(4)とセパレータ板(5)
を交互に積層して積層体すなわち内部改質形電池スタッ
ク(9)が構成される。この電池スタック(9)の側面であっ
て、アノードガス流路(7)の開口部が見える面には、一
対のアノードガス供給マニホールド(10)を、また、カソ
ードガス流路(6)の開口部が見える面には一対のカソー
ドガス供給マニホールド(11)を設ける。図中、矢印Ａは
アノードガスの流れ方向、矢印Ｂはカソードガスの流れ
方向を示す。

次に動作について説明する。アノード電極(1)、電解質
マトリクス(2)、カソード電極(3)で構成された単電池
(4)は、アノード電極(1)に燃料をカソード電極(3)に酸
化剤を供給した場合、公知の電気化学的反応（電池反
応）により直流電力を発生する。ここでは、アルカリ炭
酸塩を電解質とする溶融炭酸塩形燃料電池を例にとって
説明する。炭酸リチウムを炭酸カリウムの混合塩は溶融
状態で、炭酸イオンによるイオン導電性を示し、カソー
ド電極(3)に供給された空気と炭酸ガスから成るカソー
ドガスにより、炭酸イオンが形成される。またアノード
電極(1)では燃料である水素が炭酸イオンと反応して電
子を放出する。これらの反応は通常650℃程度で行なわ
れる。

これらの電極(1)、(3)に反応ガスを供給するためにセパ
レータ板(5)が用いられる。セパレータ板(5)と単電池
(4)は交互に積層されており、セパレータ板(5)の一面に
設けられたカソードガス流路(6)を通じて矢印Ｂ方向に
カソードガスが供給され、流路(6)を流れながらカソー
ド電極(3)に拡散供給される。他方、セパレータ板(5)の
他の面に設けられたアノードガス流路(7)には改質触媒
(8)が充填されているので、矢印Ａ方向からアノードガ
ス流路(7)にスチームと混合して供給された天然ガスな
どの原燃料は改質触媒(8)の作用により水素、一酸化炭
素および、炭酸ガスなどに水蒸気改質される。この反応
は吸熱反応であり、熱源としては、単電池(4)内で起こ
る電気化学的反応に伴う発生熱が利用される。かくして
生成された水素はアノードガス流路(7)を流れながらア
ノード電極(1)に拡散供給される。

〔考案が解決しようとする問題点〕

従来の内部改質形燃料電池は以上のように構成されてい
るので、改質触媒(8)は電解質であるアルカリ炭酸塩の
蒸気雰囲気にさらされることになり、改質触媒(8)とア
ルカリ炭酸塩の蒸気が反応し、時間の経過と共に改質触
媒(8)の活性が低下する。しかし、アノードガス流路(7)
に直接、１つ１つの改質触媒(8)を充填しているので、
改質触媒(8)の交換が不可能であり、改質触媒(8)の寿命
が燃料電池の寿命を支配するという問題点があった。

この考案は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、電池内の改質触媒(8)の活性が低下しても、
改質触媒(8)を交換可能にすることによって、改質触媒
(8)を高活性に保ち、電池の寿命を延ばすことができる
内部改質形燃料電池を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この考案に係る内部改質形燃料電池は，電解質層を介在
して対向するアノード電極とカソード電極を有する単電
池，及びアノード電極に対向して設けるアノードガス流
路とカソード電極に対向して設けるカソードガス流路と
を分離するセパレータ板を交互に積層する積層体，及び
アノードガス流路に設けられる一体的に挿入・引抜きが
可能な改質触媒集合体を備え，改質触媒集合体は，改質
触媒とこれを保持する保持材により構成され，アノード
ガス流路に遊挿され，その長さがアノードガス流路より
長く，その一端を積層体の端面から突出するように設置
されるものである。

〔作用〕

この考案における改質触媒集合体は、アノードガス流路
内に一体的に挿入・引抜きが可能であり、例えば電池運
転中、触媒の活性が低下し、電池の特性が低下してきた
時、電池温度を下げ、マニホールドを開くことによっ
て、改質触媒集合体を引抜いて簡単に交換でき、再び高
活性な改質触媒集合体をアノードガス流路に挿入して内
部改質形燃料電池の定常運転にもどることができる。

〔実施例〕

以下、この考案の一実施例について説明する。第１図は
この考案の一実施例による内部改質形燃料電池を示す斜
視図である。図において、(12)は改質触媒集合体で、改
質触媒(8)を保持材に充填し、例えばカートリッジを構
成している。改質触媒(8)はカートリッジ(12)の内部に
詰められており、マニホールド(10)側の端部よりカート
リッジ全体をアノードガス流路に挿入したり、引抜いた
りできる。図において破線で示すアノードガス流路(8)
にもカートリッジ(12)が挿入されている。また、第２図
は内部に改質触媒(8)を充てんしたカートリッジ(12)を
拡大して示す斜視図である。図において(13)はカートリ
ッジの側壁に設けた小孔である。このカートリッジ(12)
を構成する保持材は例えばニッケル単体又はニッケルを
主成分とする合金で形成されている。

次に動作について説明する。

ガスの供給方法および改質反応、電池反応など電池内の
動作は従来の内部改質形燃料電池と同様で、メタンなど
の原燃料は矢印Ａに示すように電池スタック(9)の側面
に対向して設けられた一対のアノードガス供給マニホー
ルド(10)からアノードガス流路(7)に給排される。アノ
ードガス流路(7)内では、アノードガスは改質触媒(8)と
接触することにより、水素、二酸化炭素などに改質され
た後、電池反応によって消費される。

実際は、これらのガスは混在し、これらの反応も並行し
て同時に起こるため、電解質蒸気を含んだガスが触媒
(8)と接触することにより触媒(8)が被毒され、その活性
が早期に低下する。触媒(8)の活性の程度は、出口ガス
の組成を調べることで容易にわかる。触媒(8)の活性が
低下すると電池反応に必要な水素などの生成が覚束かな
くなり、ひいては電池の出力低下を招くことになる。従
来の電池だとこの時点で電池本体ごとの交換を必要とし
たが、この考案による電池では、この時点で、一度200
℃程度以下にヒートダウンし、窒素などの不活性ガスを
主成分とするガスをアノードガスとして供給した後、ア
ノードガス供給マニホールド(10)を開け、流路(7)内に
挿入した触媒充填カートリッジ(12)を交換し、再びヒー
トアップすることにより、電池を再生することができ
る。

なお、上記実施例では、触媒充填カートリッジ(12)の長
さをアノードガス流路(7)の長さより長くして、積層体
(9)の端面より突出させている。即ち、改質触媒集合体
(12)の一部が例えば入口側のアノードガス供給マニホー
ルド(10)内まで突き出している。このため、予めマニホ
ールド(10)内でアノードガスが一部改質されるため電池
反応面の入口付近でも電池反応に必要な水素が確保で
き、触媒の酸化防止、電池反応の均一化に効果がある。

また、上記実施例では、改質触媒(8)の保持材として側
壁に無数の小孔をあけた円筒管を用いたが、第３図に示
すように小孔をあけた平板を折り曲げたものを用いても
よく、充填する改質触媒の形状、大きさにより、任意に
その形状を変えることができ、その場合も上記実施例と
同様の効果を奏する。また、例えば接着剤で改質触媒
(8)を接着して改質触媒集合体を構成し、アノードガス
流路(7)に一体的に挿入したり引抜いたりすることもで
きる。

〔考案の効果〕

以上のように，この考案によれば，電解質層を介在して
対向するアノード電極とカソード電極を有する単電池，
及びアノード電極に対向して設けるアノードガス流路と
カソード電極に対向して設けるカソードガス流路とを分
離するセパレータ板を交互に積層する積層体，及びアノ
ードガス流路に設けられる一体的に挿入・引抜きが可能
な改質触媒集合体を備え，改質触媒集合体は，改質触媒
とこれを保持する保持材により構成され，アノードガス
流路に遊挿され，その長さがアノードガス流路より長
く，その一端を積層体の端面から突出するように設置さ
れるものであるので，電池の寿命が改質触媒の寿命に支
配されるのを防ぎ，また，改質触媒を高活性状態に保
ち，長寿命で効率のよい内部改質形燃料電池を得ること
ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案の一実施例による内部改質形燃料電
池を一部切り欠いて示す斜視図、第２図はこの考案の一
実施例に係わる改質触媒集合体を拡大して示す斜視図、
第３図はこの考案の他の実施例に係わる改質触媒集合体
を拡大して示す斜視図、第４図は従来の内部改質形燃料
電池を示す斜視図である。 (1)はアノード電極、(2)は電解質層、(3)はカソード電
極、(4)は単電池、(5)はセパレータ板、(6)はカソード
ガス流路、(7)はアノードガス流路、(8)は改質触媒、
(9)は積層体、(12)は改質触媒集合体である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】電解質層を介在して対向するアノード電極
   とカソード電極を有する単電池，及びアノード電極に対
   向して設けるアノードガス流路とカソード電極に対向し
   て設けるカソードガス流路とを分離するセパレータ板を
   交互に積層する積層体，及び上記アノードガス流路に設
   けられる一体的に挿入・引抜きが可能な改質触媒集合体
   を備え，上記改質触媒集合体は，改質触媒とこれを保持
   する保持材により構成され，上記アノードガス流路に遊
   挿され，その長さがアノードガス流路より長く，その一
   端を上記積層体の端面から突出するように設置されるも
   のであることを特徴とする内部改質形燃料電池。
2. 【請求項２】保持材は，ニッケル系合金，またはニッケ
   ル単体であることを特徴とする実用新案登録請求の範囲
   第１項記載の内部改質形燃料電池。
3. 【請求項３】保持材は，表面に複数の孔を有することを
   特徴とする実用新案登録請求の範囲第２項記載の内部改
   質形燃料電池。