JPH0676839A - 間接内部改質溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents

間接内部改質溶融炭酸塩型燃料電池

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JPH0676839A
JPH0676839A JP4226145A JP22614592A JPH0676839A JP H0676839 A JPH0676839 A JP H0676839A JP 4226145 A JP4226145 A JP 4226145A JP 22614592 A JP22614592 A JP 22614592A JP H0676839 A JPH0676839 A JP H0676839A
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JP
Japan
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reforming
raw material
material gas
reforming catalyst
fuel cell
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Pending
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JP4226145A
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English (en)
Inventor
Shunsuke Taniguchi
俊輔 谷口
Naoya Nakanishi
直哉 中西
Masato Nishioka
正人 西岡
Toshihiko Saito
俊彦 齋藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0048Molten electrolytes used at high temperature
    • H01M2300/0051Carbonates
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電池面内温度が略均一であり、且つ、寿命特
性が優れた間接内部改質溶融炭酸塩型燃料電池を提供す
ることを目的とする。 【構成】 電解質板を介してアノードとカソードとを配
したセルが複数積層され、且つ、前記複数のセル間の少
なくとも一部には原料ガスを改質する改質ユニット3が
介在されて成る間接内部改質溶融炭酸塩型燃料電池にお
いて、前記改質ユニット3は非改質触媒部90と,この
非改質触媒部90から供給される原料ガスを改質する改
質触媒部80・100と,これら改質触媒部間に介在さ
れるガス分離板11とから成り、且つ、前記ガス分離板
には孔が設けられると共にこの孔の開孔度は原料ガス流
路の下流側よりも上流側の方が大きくなるよう構成され
ていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は間接内部改質溶融炭酸塩
型燃料電池に関し、特にその改質ユニットの改良に関す
る。
【0002】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は作動温度が約6
50℃と高温であり、通常燃料として使用される天然ガ
ス(主成分:メタン)の改質温度である800℃に近い
ため、電池スタック内で燃料の改質を行う内部改質方式
が可能である。この内部改質方式は、燃料改質装置が不
要であるためコンパクト化が可能であると共に、電池反
応の際に生じる熱や水を、改質反応に必要な熱や水とし
て利用することができる等の優れた特長があるため外部
改質方式に比べて高い発電効率が期待できる。
【0003】この内部改質方式は、改質触媒の配置方法
により直接内部改質方式と,間接内部改質方式とに分類
される。前者は、燃料極背面の燃料ガス通路に改質触媒
を設置した電池であり、水素が消費される場所に改質触
媒が設けられているため改質効率が高くより高い発電効
率が期待できるが、改質触媒が電解質中の溶融炭酸塩に
より汚染されやすく特性劣化が大きいという問題があ
る。一方、後者は、数セル(通常3〜6セル)毎に改質
触媒を充填した改質ユニットを設置した電池であり、改
質ユニット(即ち、改質触媒)と電解質(即ち、溶融炭
酸塩)とが隔離して配置されているため、前者のような
溶融炭酸塩による改質触媒の汚染の問題がなく長寿命が
期待できるという特長がある。
【0004】図7は従来の間接内部改質溶融炭酸塩型燃
料電池に用いられる内部改質ユニットの分解斜視図あ
り、原料ガス配管20から導入された原料ガスは改質触
媒部50で水素リッチなガスに改質された後、改質ガス
排出口70を介してアノードガスリターンマニホールド
(図示せず)に排出され各アノードに供給されていた。
図8は前記改質ユニットのY−Y線断面図であり、前記
改質触媒部50は改質触媒を充填した3枚のコルゲート
板51が積層された構造であり、各コルゲート板51は
ガス分離板52によって仕切られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
改質ユニットは、原料ガス配管20から導入された原料
ガスが先ず改質触媒部50に導入されるため、原料ガス
導入部側の改質触媒部50で改質反応が局部的に進行す
る。この改質反応は吸熱反応であり、然も反応速度がか
なり速いため、原料ガス導入部側の温度が急激に低下す
る。その結果、この改質ユニットに隣接するセルの面内
温度が不均一になるため、寿命特性の低下を招くという
課題があった。
【0006】本発明は上記課題に鑑み、電池面内温度が
略均一であり、且つ、寿命特性が優れた間接内部改質溶
融炭酸塩型燃料電池を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、電解質板を介してアノードとカソードとを配
したセルが複数積層され、且つ、前記複数のセル間の少
なくとも一部には原料ガスを改質する改質ユニットが介
在されて成る間接内部改質溶融炭酸塩型燃料電池におい
て、前記改質ユニットは非改質触媒部と,この非改質触
媒部から供給される原料ガスを改質する改質触媒部と,
これら改質触媒部間に介在されるガス分離板とから成
り、且つ、前記ガス分離板には孔が設けられると共にこ
の孔の開孔度は原料ガス流路の下流側よりも上流側の方
が大きくなるよう構成されていることを特徴とする。
【0008】
【作用】上記構成であれば、改質ユニット内に導入され
た原料ガスは先ず改質触媒が充填されていない非改質触
媒部に導入されるので、従来のように原料ガス流路の上
流側で改質反応が局部的に進行するおそれがない。加え
て、改質触媒部と非改質触媒部とを仕切るガス分離板
は、原料ガス流路の下流側よりも上流側の方が開孔度が
大きいため、非改質触媒部から改質触媒部に原料ガスが
略均一に供給される。したがって、改質触媒部での改質
反応が略均一に行われ、この改質ユニットと隣接するセ
ルの面内温度も略均一になる。これらの結果、電池電圧
の低下を抑制することがてきるため、寿命特性が向上す
る。
【0009】
【実施例】図1は本発明の一実施例に係る間接内部改質
溶融炭酸塩型燃料電池の概略図であり、電解質板を挟ん
でアノードとカソード(いずれも図示せず)とを配置し
た模擬電池1を複数積層させ、この積層させた模擬電池
1間の少なくとも1部(図示例では5層目と6層目との
間)に原料ガス配管2から導入された原料ガスを水素リ
ッチなガスに改質する改質ユニット3を介在させ、上下
よりヒータ板4で締め付けた構造である。前記ヒータ板
4の内部にはヒータ(図示せず)が備えてあり、前記模
擬電池1,及び改質ユニット3の温度を作動温度(約6
50℃)まで上昇させる目的で使用される。尚、この電
池の各側面には、セラミックス製の絶縁フレーム(図示
ぜす)を介してステンレス製のマニホールド(図示せ
ず)がそれぞれ取り付けられている。
【0010】図2は上記改質ユニット3の分解斜視図で
あり、額縁状の枠体4の内部には後述する改質触媒部5
が設けられ、上下の密閉板6を取り付けて内部を密閉し
た構造である。前記枠体4の一角には原料ガス配管2が
延設され、この原料ガス配管2から導入された原料ガス
は前記改質触媒部5で水素リッチなガスに改質された
後、反対側の側面に設けられた改質ガス排出口7を介し
てアノードガスリターンマニホールド(図示せず)に排
出され各アノードへと供給される。
【0011】図3は図2に示した改質ユニット3のX−
X線断面図である。前記枠体4内に設けられた改質触媒
部5は、ガス分離板11によって上から順に改質触媒室
80,非改質触媒室90,及び改質触媒室100の3室
に仕切られている。上下に位置する改質触媒室80・1
00には改質触媒を充填したコルゲート板8・10が設
けられ、真ん中に位置する非改質触媒室90には改質触
媒が充填されていないコルゲート板9が設けられてい
る。
【0012】図4は前記改質触媒部5を更に詳細に示し
た分解斜視図である。上下に位置するコルゲート板8・
10には改質触媒12(例えば、Ni−MgO系触媒)
が充填されているが、真ん中に位置するコルゲート板9
には改質触媒が充填されていない。前記ガス分離板11
は、原料ガス流路の上流側に相当する領域には開孔度4
1%の有孔金属11aが使用され、原料ガス流路の下流
側に相当する領域には開孔度23%の有孔金属11bが
使用されている。
【0013】図5は原料ガス配管2から導入された原料
ガスの流れを模式的に示した図である。原料ガス配管2
から導入された原料ガスは、先ず真ん中の非改質触媒部
90に導入される。そして、この非改質触媒室90を上
流側から下流側へと流れる間に、ガス分離板11の開孔
を介して上下の改質触媒室80・100に導入される。
その後、コルゲート板80・100に充填した改質触媒
12によって水素リッチなガスに水蒸気改質された後、
改質ガス排出部7からアノードガスリターンマニホール
ド(図示せず)に排出された後、各模擬電池1のアノー
ドに供給される。ここで、ガス分離板11の開孔度は上
流側よりも下流側の方が小さくなるよう調整されている
ため、原料ガス配管2から非改質触媒室90に導入され
た原料ガスは、上下の改質触媒室80・100へと略均
一に分配される。したがって、改質触媒室80・100
での改質反応が局部的に進行することがないため、この
改質ユニット3と隣接する模擬電池1の面内温度も略均
一になる。その結果、電池面内の平均温度の低下が抑制
されるため、電池電圧が低下することなく、寿命特性が
向上する。
【0014】このような構成の改質ユニット,及び間接
内部改質溶融炭酸塩型燃料電池を、以下それぞれ(a)
改質ユニット,及び(A)電池と称する。 〔比較例〕図7,及び図8に示した構造の改質ユニット
を使用する他は、上記実施例と同様にして電池を作製し
た。
【0015】このような改質ユニット,及び電池を、以
下それぞれ(x)改質ユニット,及び(X)電池と称す
る。 〔実験1〕上記本発明の(A)電池における(a)改質
ユニットと,比較例の(X)電池における(x)改質ユ
ニットとを用いて、改質ユニットの外壁(即ち、上下の
密閉板)の温度を熱電対を用いて測定したので、その結
果を図6に示す。尚、原料ガスとしては、メタンガスと
水蒸気との比が1:3のガスを用いた。また、実験はヒ
ータ板の温度を650℃に設定して行った。
【0016】図6から明らかなように、本発明の(a)
改質ユニットは原料ガス導入側の温度が比較例の(x)
改質ユニットよりも高く、その結果、原料ガス導入側と
原料ガス排出側との温度差が、(x)改質ユニットのそ
れよりも小さいことが認められる。これは、以下に示す
理由による。即ち、本発明の(a)改質ユニットでは、
原料ガス配管から非改質触媒室に導入された後、略均一
に改質触媒室に導入されるため改質反応が局部的に進行
することがないからである。尚、メタンガスと,水蒸気
との比率,及び流量を変化させた場合でも同様の効果が
あることを実験により確認した。
【0017】
【発明の効果】以上の本発明によれば、改質ユニット内
に導入された原料ガスは先ず改質触媒が充填されていな
い非改質触媒部に導入されるので、従来のように原料ガ
ス流路の上流側で改質反応が局部的に進行するおそれが
ない。加えて、改質触媒部と非改質触媒部とを仕切るガ
ス分離板は、原料ガス流路の下流側よりも上流側の方が
開孔度が大きいため、非改質触媒部から改質触媒部に原
料ガスが略均一に供給される。したがって、改質触媒部
での改質反応が略均一に行われ、この改質ユニットと隣
接するセルの面内温度も略均一になる。これらの結果、
電池電圧の低下を抑制することがてきるため、寿命特性
が向上するといった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る間接内部改質溶融炭酸
塩型燃料電池の概略図である。
【図2】改質ユニットの分解斜視図である。
【図3】改質ユニットのX−X線断面図である。
【図4】改質触媒部の詳細図である。
【図5】原料ガス配管から導入された原料ガスの流れを
模式的に示した図である。
【図6】本発明の(A)電池における(a)改質ユニッ
トと,比較例の(X)電池における(x)改質ユニット
とを用いた場合の、改質ユニットの外壁(即ち、上下の
密閉板)の温度を示すグラフである。
【図7】従来の間接内部改質溶融炭酸塩型燃料電池に用
いられる内部改質ユニットの分解斜視図ある。
【図8】従来の改質ユニットのY−Y線断面図である。
【符号の説明】
1 模擬電池 3 改質ユニット 11 ガス分離板 80・100 改質触媒室 90 非改質触媒室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齋藤 俊彦 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機株 式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電解質板を介してアノードとカソード
    とを配したセルが複数積層され、且つ、前記複数のセル
    間の少なくとも一部には原料ガスを改質する改質ユニッ
    トが介在されて成る間接内部改質溶融炭酸塩型燃料電池
    において、 前記改質ユニットは非改質触媒部と,この非改質触媒部
    から供給される原料ガスを改質する改質触媒部と,これ
    ら改質触媒部間に介在されるガス分離板とから成り、且
    つ、前記ガス分離板には孔が設けられると共にこの孔の
    開孔度は原料ガス流路の下流側よりも上流側の方が大き
    くなるよう構成されていることを特徴とする間接内部改
    質溶融炭酸塩型燃料電池。
JP4226145A 1992-08-25 1992-08-25 間接内部改質溶融炭酸塩型燃料電池 Pending JPH0676839A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5776421A (en) * 1995-07-19 1998-07-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Reforming reactor
JPH10275626A (ja) * 1997-03-31 1998-10-13 Mitsubishi Electric Corp 積層燃料電池
JP2006261120A (ja) * 2005-03-16 2006-09-28 Samsung Sdi Co Ltd 燃料電池用スタックおよびこれを含む燃料電池システム
KR100750794B1 (ko) * 2006-02-07 2007-08-20 두산중공업 주식회사 간접 내부 개질기를 구비하는 용융탄산염 연료전지

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