JP2000223142A

JP2000223142A - 燃料電池

Info

Publication number: JP2000223142A
Application number: JP11018738A
Authority: JP
Inventors: Isanori Akagi; 功典赤木
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 2000-08-11

Abstract

(57)【要約】【課題】原燃料ガスを予備改質するための構成を合理
的に改善して、燃料電池の小型化及び発電効率の向上を
図る。【解決手段】電解質層１の一方の面に酸素極２を備え
且つ他方の面に燃料極３を備えた燃料電池のセルＣ' の
複数が、酸素極２側に酸素含有ガス流路ｓを備え、且
つ、燃料極３側に燃料ガス流路ｆを備える状態で並置さ
れ、炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気を用いて水素含有
ガスに改質処理する改質触媒が気体通過自在に設けられ
た改質部Ｒが、供給される原燃料ガスを改質処理して、
その改質処理ガスが複数のセルＣ' 夫々の燃料ガス流路
ｆに供給されるように設けられた燃料電池において、複
数のセルＣ' が、夫々の燃料ガス流路ｆの入口ｆｉを同
一側に向けた状態で並置され、改質部Ｒが、複数のセル
Ｃ' 夫々の燃料ガス流路ｆの入口ｆｉに臨み且つ近接し
た状態で設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電解質層の一方の
面に酸素極を備え且つ他方の面に燃料極を備えた燃料電
池のセルの複数が、前記酸素極側に酸素含有ガス流路を
備え、且つ、前記燃料極側に燃料ガス流路を備える状態
で並置され、炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気を用いて
水素含有ガスに改質処理する改質触媒が気体通過自在に
設けられた改質部が、供給される原燃料ガスを改質処理
して、その改質処理ガスが前記複数のセル夫々の燃料ガ
ス流路に供給されるように設けられた燃料電池に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】かかる燃料電池は、電解質層として固体
電解質や溶融炭酸塩を用いた高温型の燃料電池であり、
炭化水素系の原燃料ガスを直接に各セルの燃料ガス流路
に供給して、原燃料ガスを燃料ガス流路内において水蒸
気を用いて水素ガスを含有する水素含有ガスに改質処理
して、その水素含有ガス中の水素ガスを用いて発電す
る、所謂、内部改質型の燃料電池である。かかる内部改
質型の燃料電池においては、カーボン析出の問題等から
原燃料ガスの全てを燃料ガス流路内で改質することがで
きない。そこで、原燃料ガスを水蒸気を用いて水素含有
ガスに改質処理する予備改質用の改質部を設けて、その
改質部により、供給される原燃料ガスの一部を改質処理
して、そのように一部が改質部で改質処理されることに
より、改質処理ガスを含んだ原燃料ガスを各セルの燃料
ガス流路に供給するように構成していた。改質部は、改
質触媒を気体の通過が自在なように設け、原燃料ガスが
改質触媒の設置箇所を通過する過程で、原燃料ガスの一
部が改質触媒の作用で改質処理されるように構成してあ
る。尚、以下の説明では、改質部から排出された以降
の、改質処理ガスと原燃料ガスを含むガスを燃料極側ガ
スと称する場合がある。

【０００３】従来は、例えば、円筒形状の固体電解質層
の外周側に燃料極を備え且つ内周側に酸素極を備えた円
筒型のセルの複数を、燃料極側ガスが通流自在なように
区画形成した発電室の内部に並置し、改質部を発電室と
は別個に区画形成し、そして、改質部で改質処理された
改質処理ガスを含んだ燃料極側ガスを発電室に供給する
ように、改質部と発電室とをガス通路で接続していた
（例えば、特開平４−３３２４７６号公報参照）。そし
て、原燃料ガスと水蒸気との改質反応は吸熱反応である
ことから、改質部を改質反応が可能なように加熱する必
要があるが、従来では、改質部の加熱用として、セルか
ら排出された酸素含有ガスと燃料極側ガスとを燃焼させ
た燃焼排ガスの通流により改質部を加熱する加熱手段を
設けていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来で
は、発電室及び改質部夫々を別個に区画形成すると共に
それらをガス通路で接続し、更に、改質部を加熱する加
熱手段を設けていたことから、燃料電池が大型化すると
共に構成が複雑になるという問題があった。又、セルに
おける発電反応は発熱反応であることから、各セルを冷
却して適切な温度に維持する必要があるが、従来では、
酸素含有ガス流路を通流する空気等の酸素含有ガスによ
りセルを冷却するように、酸素含有ガスの供給量を発電
反応に必要な量よりもかなり多くしていた。一方、セル
に供給する酸素含有ガスは、熱衝撃を抑制すると共に、
効率よく発電反応を起こさせるために、予熱する必要が
ある。従って、従来では、セルに供給する酸素含有ガス
の供給量が多いために、それを予熱するための予熱手段
が大型化するが、この予熱手段が大型化することも燃料
電池の大型化の要因となっていた。又、酸素含有ガス供
給量が多い分、例えば、空気を酸素含有ガスとして供給
するための送風機の消費エネルギーが多くなり、発電効
率向上の面で改善の余地があった。

【０００５】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、原燃料ガスを予備改質するため
の構成を合理的に改善して、燃料電池の小型化、構成の
簡素化及び発電効率の向上を図ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の特徴構
成によれば、複数のセルが、夫々の燃料ガス流路の入口
を同一側に向けた状態で並置され、改質部が、複数のセ
ル夫々の燃料ガス流路の入口に臨み且つ近接した状態で
設けられているので、各セルからの輻射熱により直接に
改質部が改質可能な温度に加熱され、改質部から排出さ
れた燃料極側ガスは、直接、複数のセル夫々の燃料ガス
流路に流入する。つまり、複数のセルを収容する部分と
改質部とを区画する必要がなく、又、従来必要としてい
た改質部加熱用の加熱手段も不要となる。又、各セルか
ら発生する反応熱を直接に改質部に吸収させて改質部を
加熱することから、換言すれば、改質部における吸熱反
応である改質反応をセルの冷却に利用することから、そ
の分、セルを冷却するための酸素含有ガス量を少なくで
きて、各セルに対する酸素含有ガスの供給量を少なくす
ることができるので、酸素含有ガス予熱用の予熱手段を
小型化することができる。従って、これらの相乗効果に
より、従来に比べて燃料電池の小型化及び構成の簡素化
を図ることができるようになった。又、酸素含有ガスの
供給量を少なくすることができる分、従来よりも、酸素
含有ガス供給用の送風機の消費エネルギーを低減するこ
とができるので、発電効率を向上させることができるよ
うになった。

【０００７】請求項２に記載の特徴構成によれば、改質
部は、各燃料ガス流路への改質処理ガスの供給量が均等
になるように、改質触媒が充填されて構成されている。
つまり、並置された複数のセルにおいては、夫々の位置
により、燃料ガス流路の入口に流入する燃料極側ガスの
動圧が異なるので、複数のセルの燃料ガス流路に対する
燃料極側ガスの供給量のバラツキが大きくなる。そのバ
ラツキが大きくなると、供給量が最も少なくなる燃料ガ
ス流路を想定して、その燃料ガス流路に対して所望の供
給量で燃料極側ガスが供給されるようにする必要がある
ので、それを見越して、全体としての原燃料ガス供給量
を多くする必要があり、その分、発電効率が低下すると
いう不都合が生じる。そこで、請求項１に記載のように
改質部を設けるに当たって、各セルの燃料ガス流路の入
口に流入する燃料極側ガスの動圧が均等になるように、
改質触媒の充填状態の調節（充填密度や、ガス通過方向
での厚さ調節）により、改質部各部におけるガス通流抵
抗を調節する。従って、複数のセルにおける燃料極側ガ
スの供給量のバラツキが小さくなるため、複数のセル夫
々の燃料ガス流路に対して所望の供給量で燃料極側ガス
が供給されるようにしながら、全体としての原燃料ガス
の供給量を少なくすることができるようになり、その
分、発電効率を向上することができるようになった。

【０００８】請求項３に記載の特徴構成によれば、改質
触媒として、ニッケルのフェルト状材が充填されてい
る。ニッケルのフェルト状材は熱容量が小さいので、短
時間で改質反応が可能な温度にまで加熱することができ
て、起動時間を短縮することができる。従って、改質部
の熱容量を小さくして起動時間を短縮する上で、好まし
い具体構成を提供することができる。

【０００９】請求項４に記載の特徴構成によれば、セル
が、矩形板状の電解質層を備えて、矩形板状に構成さ
れ、燃料ガス流路が、セルの一対の対向する端縁夫々に
入口を備え、且つ、一対の端縁とは別の一つの端縁に出
口を備えるように形成され、そのようなセルの複数が、
厚さ方向に並置されてセル積層体が構成され、改質部
が、セル積層体における燃料ガス流路の入口が位置する
一対の面の夫々に対して設けられている。従って、矩形
板状のセルの両端縁側から冷却することにより、セルの
面方向での温度分布を小さくすることができるので、セ
ルの全面にわたって万遍なく高効率で発電反応を起こさ
せることができる。又、膨張収縮による内部応力の発生
を抑制することができる。従って、発電効率を更に向上
させることができると共に、耐久性を向上させることが
できるようになった。

【００１０】

【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕以下、図１ない
し図７に基づいて、本発明の第１の実施の形態を説明す
る。固体電解質層１の一方の面に酸素極２を備え且つ他
方の面に燃料極３を備えた矩形平板状の燃料電池のセル
Ｃ' の複数を、酸素極２側に酸素含有ガス流路ｓを備
え、且つ、燃料極３側に燃料ガス流路ｆを備える状態で
並置して、セル積層体ＮＣを構成してある。炭化水素系
の原燃料ガスを水蒸気を用いて水素含有ガスに改質処理
する改質触媒を気体通過自在に設けた改質部Ｒを、供給
される原燃料ガスを改質処理して、その改質処理ガスが
複数のセルＣ' 夫々の燃料ガス流路ｆに供給されるよう
に設けてある。

【００１１】本発明においては、複数のセルＣ' を、夫
々の燃料ガス流路ｆの入口ｆｉを同一側に向けた状態で
並置して、セル積層体ＮＣを構成し、改質部Ｒを、複数
のセルＣ' 夫々の燃料ガス流路ｆの入口ｆｉに臨み且つ
近接した状態で設けてある。

【００１２】先ず、図１に基づいて、燃料電池のセル
Ｃ' について説明を加える。平面形状が矩形板状の固体
電解質層１の一方の面に、固体電解質層１における向か
い合う一対の端縁夫々に端縁全長にわたる電解質層露出
部１ａを形成する状態で、膜状又は板状の酸素極２を一
体的に付設し、且つ、他方の面に膜状又は板状の燃料極
３を、全面又はほぼ全面にわたって一体的に付設して、
酸素極２と燃料極３とから起電力を得るための矩形三層
板状のセルＣ' を形成してある。

【００１３】そして、セルＣ' における酸素極２側に、
酸素含有ガス流路ｓを区画形成すべく、導電性セパレー
タ４を付設して、矩形板状のセパレータ付セルＣを形成
してある。更に説明を加えると、導電性セパレータ４
は、板状部４ａと、その板状部４ａの両端に夫々位置す
る一対の帯状突起部４ｂと、それら一対の帯状突起部４
ｂの間に位置する複数の凸条部４ｃを備える状態で導電
性材料にて一体形成してある。その導電性セパレータ４
を、複数の凸条部４ｃ夫々が酸素極２と接触する状態
で、一対の帯状突起部４ｂ夫々を両電解質層露出部１ａ
夫々に貼り付けることにより、セパレータ付セルＣを形
成してある。

【００１４】そして、酸素極２と導電性セパレータ４と
を導電状態に接続するとともに、酸素極２と導電性セパ
レータ４との間に、セパレータ付セルＣにおける一方の
向かい合う一対の端面において開いた酸素含有ガス流路
ｓを形成してある。つまり、セパレータ付セルＣは、導
電性セパレータ４によって、一方の向かい合う一対の端
面が、酸素含有ガス流路ｓの開口部を備えた開口端面と
なり、他方の向かい合う一対の端面が、酸素含有ガス流
路ｓが閉じた閉塞端面となるように構成してある。そし
て、酸素含有ガス流路ｓの一方の開口部を入口ｓｉとし
て、他方の開口部を出口ｓｏとして機能させる。尚、以
下の説明においては、セパレータ付セルＣにおいて、酸
素含有ガス流路ｓが開いた端縁を開口端縁、酸素含有ガ
ス流路ｓが開いた端面を開口端面、及び、酸素含有ガス
流路ｓが閉じた端面を閉塞端面と夫々略記する。

【００１５】固体電解質層１は、３〜１０モル％程度の
Ｙ₂Ｏ₃を固溶させた正方晶又は立方晶のＺｒＯ₂から
成り、酸素極２はＬａＭｎＯ₃から成り、燃料極３はＮ
ｉとＺｒＯ₂のサーメットから成る。又、導電性セパレ
ータ４は、耐酸化性及び耐還元性に優れたＬａＣｒＯ₃
から成る。

【００１６】次に、図２ないし図７に基づいて、セパレ
ータ付セルＣの複数を、電気的に直列接続する状態で、
積層状態に並置してセル積層体ＮＣを形成するための積
層構造について説明する。セパレータ付セルＣの複数
を、隣接するセパレータ付セルＣ間に燃料ガス流路ｆを
形成すべく、隣接するセパレータ付セルＣ間において前
記一対の開口端面側の端部夫々に離間して設けられる一
対の間隔保持部材９によって、互いに間隔を隔てて保持
される状態で積層状態に並置して、セル積層体ＮＣを形
成してある。

【００１７】そして、セル積層方向に隣接するセパレー
タ付セルＣ間の両側を、一対の間隔保持部材９により仕
切ることにより、セル積層方向に隣接するセパレータ付
セルＣ間に、燃料ガス流路ｆを形成してある。燃料ガス
流路ｆは、セパレータ付セルＣの一対の開口端面側にお
いて、一対の間隔保持部材９によって閉じ、セパレータ
付セルＣの一対の閉塞端面側に開口部を備えるように構
成してある。そして、燃料ガス流路ｆの一方の開口部を
入口ｆｉとして、他方の開口部を出口ｆｏとして機能さ
せる。隣接するセパレータ付セルＣ間、即ち、燃料ガス
流路ｆには、気体の通流を許容するように形成した柔軟
性導電材８を充填して、隣接するセパレータ付セルＣ同
士を導電状態に接続するようにしてある。

【００１８】上述のように形成したセル積層体ＮＣは、
略直方体形状となり、その直方体形状における４つの側
面部のうち、一方の向かい合う一対の側面部には、酸素
含有ガス流路ｓの入口ｓｉ及び出口ｓｏ夫々が配置さ
れ、他方の向かい合う一対の側面部には、燃料ガス流路
ｆの入口ｆｉ及び出口ｓｏ夫々が配置される。

【００１９】次に、図２、図３、図６及び図７に基づい
て、セル積層体ＮＣから電力を取り出すための構成につ
いて説明する。セル積層体ＮＣにおけるセル積層方向の
両端部夫々のセパレータ付セルＣに対して、導電性フェ
ルト材１３を接触させる状態で設け、更に、集電部支持
部材１４に支持させた集電部１５を導電性フェルト材１
３に接触させる状態で設けて、集電部１５によって、電
力を取り出すように構成してある。集電部１５を支持さ
せた集電部支持部材１４は、セパレータ付セルＣと同様
に、一対の間隔保持部材９によって、セル積層体ＮＣに
対して保持してある。

【００２０】次に、図２ないし図７に基づいて、各セパ
レータ付セルＣ夫々の酸素含有ガス流路ｓに酸素含有ガ
スを供給する構成、及び、各セパレータ付セルＣ夫々の
燃料ガス流路ｆに燃料極側ガスを供給する構成につい
て、説明を加える。間隔保持部材９は、セパレータ付セ
ルＣにおける開口端縁の長さよりも長い長さを有する板
状に形成してある。そして、一対の間隔保持部材９夫々
を、セパレータ付セルＣ同士の間において、セパレータ
付セルＣの開口端縁に沿わして、両端部がセパレータ付
セルＣの閉塞端面から突出する状態で配置することによ
り、セパレータ付セルＣ同士の間の間隔を保持するよう
に構成してある。

【００２１】更に、間隔保持部材９夫々に、枠形成部材
Ｗを連結することにより、セル積層方向に一連に連なる
とともに、酸素含有ガス流路ｓの開口部夫々に連通する
通路を二つ形成する。そして、二つの通路のうち酸素含
有ガス流路ｓの入口ｓｉに連通する方を酸素含有ガス流
路ｓ夫々に酸素含有ガスを供給する供給用酸素側ガス通
路Ｓｉとして、出口ｓｏに連通する方を酸素含有ガス流
路ｓ夫々から酸素含有ガスを排出させる排出用酸素側ガ
ス通路Ｓｅとして使用するようにしてある。

【００２２】枠形成部材Ｗについて説明を加える。枠形
成部材Ｗは、間隔保持部材９におけるセパレータ付セル
Ｃの閉塞端面から突出した突出端部９ａに夫々連結する
一対の第１角棒状体１０と、それら一対の第１角棒状体
１０夫々の端部同士を連結する第２角棒状体１１とから
構成してある。第１角棒状体１０及び第２角棒状体１１
夫々における、セル積層方向の厚さは、セパレータ付セ
ルＣの厚さと間隔保持部材９の厚さを加えた厚さと同一
にしてある。そして、第１角棒状体１０夫々の一端部に
は、間隔保持部材９の突出端部９ａを嵌め込むために、
間隔保持部材９の厚さと同一深さの凹部１０ａを形成し
てある。従って、第１角棒状体１０において、凹部１０
ａを形成することにより残された薄肉部分の厚さは、セ
パレータ付セルＣの厚さと同一になる。第１角棒状体１
０夫々の他端部には、凹部１０ｂを形成し、第２角棒状
体１１の両端部夫々には、第１角棒状体１０の凹部１０
ｂを嵌め込むための凹部１１ａを形成してある。第１角
棒状体１０を間隔保持部材９の突出端部９ａに連結する
際には、第１角棒状体１０の側面をセパレータ付セルＣ
の閉塞端面に密着させるようにしてあり、そのことによ
って、酸素含有ガス流路ｓの開口部と、燃料ガス流路ｆ
の開口部とを気密状態に仕切るようにしてある。

【００２３】セル積層体ＮＣにおけるセル積層方向の一
方の端部において、間隔保持部材９及び枠形成部材Ｗに
より形成される開口部を閉塞するように、蓋部材１８を
設けて、供給用酸素側ガス通路Ｓｉ及び排出用酸素側ガ
ス通路Ｓｅ夫々の一端部を閉塞するようにしてある。更
に、セル積層体ＮＣにおけるセル積層方向の他方の端部
には、間隔保持部材９と枠形成部材Ｗによって形成され
る枠と同一枠形状の枠部材１７の一対を設ける。

【００２４】柔軟性導電材８及び導電性フェルト材１３
は、通気性を有し、Ｎｉのフェルト状材から成る。間隔
保持部材９、第１角棒状体１０及び第２角棒状体１１夫
々は、電気絶縁性を備え、耐熱性、耐酸化性及び耐還元
性に優れたセラミックから成る。

【００２５】セル積層体ＮＣにおける、燃料ガス流路ｆ
の入口ｆｉ夫々が位置する側面部に対して、三方の側面
部と上面部を備えた金属製のガス通路形成部材７を、そ
の開口側面の縁をセル積層体ＮＣの側面部の周縁部に当
て付けた状態で気密状に付設してある。そのガス通路形
成部材７の内部を、複数のセパレータ付セルＣの燃料ガ
ス流路ｆに燃料極側ガスを供給するための供給用燃料側
ガス通路Ｆｉとして機能させる。

【００２６】そして、改質部Ｒを、そのガス通路形成部
材７における燃料ガス流路ｆの入口ｆｉに臨む開口部に
設けることにより、改質部Ｒを、複数のセルＣ' 夫々の
燃料ガス流路ｆの入口ｆｉに臨み且つ近接した状態で設
けてある。

【００２７】改質部Ｒについて、説明を加える。改質部
Ｒは、ガス通過用の多数の孔５ｈを面方向に均等に分散
した状態で備えた一対の多孔板５を、平行に並べた状態
でガス通路形成部材７の開口部に配置し、それら一対の
多孔板５の間に、改質触媒としてのＮｉのフェルト材
（以下、フェルト状ニッケルと記載する場合がある）６
を均等に充填して構成してある。多孔板５は、Ｎｉ等の
金属にて形成してある。

【００２８】次に、図４ないし図７に基づいて、燃料電
池の全体構成について説明する。上述のように形成した
セル積層体ＮＣを、供給用酸素側ガス通路Ｓｉ、排出用
酸素側ガス通路Ｓｅ及び供給用燃料側ガス通路Ｆｉが開
かれた方の端部を下側にして、基台１６上に載置する。

【００２９】更に、セル積層体ＮＣを内装する状態で、
一面部を開口させたケーシング部材１９を基台１６上に
載置する。つまり、基台１６及びケーシング部材１９に
より、箱状体Ｂを形成してあり、セル積層体ＮＣを箱状
体Ｂの内部に設けてある。セパレータ付セルＣ夫々の燃
料ガス流路ｆの出口ｆｏ夫々は、箱状体Ｂの内部に臨む
状態である。そして、箱状体Ｂの内部空間を、燃料ガス
流路ｆの出口ｆｏ夫々に連通する排出側燃料側ガス通路
Ｆｅとして機能させるように構成してある。

【００３０】供給用酸素側ガス通路Ｓｉには酸素含有ガ
ス供給管２０を、排出用酸素側ガス通路Ｓｅには酸素含
有ガス排出管２１を、基台１６を介して夫々連通接続し
てある。又、供給用燃料側ガス通路Ｆｉには原燃料ガス
供給管２２を、排出用燃料側ガス通路Ｆｅには燃料極側
ガス排出管２３を、基台１６を介して夫々連通接続して
ある。更に、燃料ガス流路ｆから排出される排燃料極側
ガス（セル内での発電反応により生じた水蒸気を含んで
いる）の一部を、供給用燃料側ガス通路Ｆｉに供給する
炭化水素系の原燃料ガスに混合すべく、燃料極側ガス排
出管２３と原燃料ガス供給管２２とをリサイクル管２４
にて接続してある。

【００３１】そして、リサイクル管２４からリサイクル
される排燃料極側ガスを混合した原燃料ガスを原燃料ガ
ス供給管２２から、供給用燃料側ガス通路Ｆｉに供給す
る。すると、原燃料ガスと排燃料極側ガス中の水蒸気と
は、一対の多孔板５とそれらの間に充填されたフェルト
状ニッケル６を通過する過程で、一部がフェルト状ニッ
ケル６の触媒作用により水素含有ガスに改質処理され、
そのように改質処理された改質処理ガスを含む燃料極側
ガスが、各セルＣ' の燃料ガス流路ｆの入口ｆｉに流入
し、更に、燃料ガス流路ｆを通流する過程で、含まれる
原燃料ガスが燃料極３に含まれるＮｉ、及び、Ｎｉのフ
ェルト状材製の柔軟性導電材８の触媒作用により更に改
質処理される。並びに、燃料極側ガス中の水素の大部分
は固体電解質層１を通過してきた酸素イオンと下記の反
応式１にて反応して水蒸気が生成され、その水蒸気を含
んだ排燃料極側ガスが出口ｆｏから排出用燃料側ガス通
路Ｆｅに排出され、更に、燃料極側ガス排出管２３に排
出され、一部がリサイクル管２４によりリサイクルされ
るのである。ちなみに、原燃料ガスがメタンの場合は、
下記の反応式２にて、水蒸気と改質反応する。

【００３２】

【化１】〔反応式１〕Ｈ₂＋Ｏ^2-→Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^- 〔反応式２〕ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯ

【００３３】上記の構成では、セル積層体ＮＣに対する
各種ガスの給排位置をセル積層方向の一端側に集中すべ
く、原燃料ガス供給管２２は、セル積層方向の一端側に
て供給用燃料側ガス通路Ｆｉに対して接続してある。従
って、燃料ガス流路ｆの入口ｆｉに対する原燃料ガスの
供給位置が複数のセルＣ' 夫々で異なっているが、改質
部Ｒを形成するに当たって、一対の多孔板５を平行に並
べ、それらの間にフェルト状ニッケル６を均等に充填す
ることにより、一対の多孔板５の並び方向での気体の通
流抵抗が多孔板５の面方向の全面にわたって均等になる
ようにして、複数のセルＣ' の燃料ガス流路ｆに対する
燃料極側ガスの供給量のバラツキを小さくしている。

【００３４】〔第２実施形態〕以下、図８ないし図１０
に基づいて、本発明の第２の実施の形態を説明する。第
２実施形態においては、セルＣ' を、矩形板状の固体電
解質層１を備えて、矩形板状に構成し、燃料ガス流路ｆ
を、セルＣ' の一対の対向する端縁夫々に入口ｆｉを備
え、且つ、一対の端縁とは別の一つの端縁に出口ｆｏを
備えるように形成し、そのセルＣ' の複数を、厚さ方向
に並置して、セル積層体ＮＣを構成し、改質部Ｒを、セ
ル積層体ＮＣにおける燃料ガス流路ｆの入口ｆｉが位置
する一対の面の夫々に対して設けてある。

【００３５】セルＣ' 及びセパレータ付セルＣは、上述
の第１実施形態と同様に構成すると共に、そのセパレー
タ付セルＣの複数を、第１実施形態と同様に、隣接する
セパレータ付セルＣ間に燃料ガス流路ｆを形成すべく、
隣接するセパレータ付セルＣ間において前記一対の開口
端面側の端部夫々に離間して設けられる一対の間隔保持
部材９によって、互いに間隔を隔てて保持される状態で
積層状態に並置して、セル積層体ＮＣを形成してある。

【００３６】但し、一対の間隔保持部材９のうち、酸素
含有ガス流路ｓの出口ｓｏ側に配置する方には、セパレ
ータ付セルＣの一対の開口端縁の並び方向に貫通する貫
通孔９ｔの複数を前記開口端縁に沿う方向に並べて形成
してある。そして、燃料ガス流路ｆにおいて、セパレー
タ付セルＣの一対の閉塞端縁側に夫々備えられる一対の
開口部を夫々入口ｆｉとして、並びに、間隔保持部材９
に形成された複数の貫通孔９ｔを出口ｆｏとして機能さ
せる。

【００３７】更に、第１実施形態と同様に、枠形成部材
Ｗを連結することにより、酸素含有ガス流路ｓの開口部
夫々に連通する通路を二つ形成する。そして、二つの通
路のうち酸素含有ガス流路ｓの入口ｓｉに連通する方を
供給用酸素側ガス通路Ｓｉとして、酸素含有ガス流路ｓ
の出口ｓｏ及び燃料ガス流路ｆの出口ｆｏに連通する方
を、酸素含有ガス流路ｓから排出される排酸素含有ガス
と燃料ガス流路ｆから排出される排燃料極側ガスとを燃
焼させる燃焼室Ｈとして使用するようにしてある。

【００３８】セル積層体ＮＣにおける、燃料ガス流路ｆ
の入口ｆｉ夫々が位置する一対の側面部夫々に対して、
第１実施形態と同様に、供給用燃料側ガス通路Ｆｉ及び
改質部Ｒを設ける。上述のように形成したセル積層体Ｎ
Ｃを、第１実施形態と同様に、基台１６上に載置すると
共にその基台１６上にケーシング部材１９を載置して、
セル積層体ＮＣを箱状体Ｂの内部に設ける。

【００３９】供給用酸素側ガス通路Ｓｉには酸素含有ガ
ス供給管２０を基台１６を介して連通接続し、一対の供
給用燃料側ガス通路Ｆｉ夫々には原燃料ガス供給管２２
を基台１６を介して夫々連通接続し、並びに、燃焼室Ｈ
には燃焼排ガス排出管２５を、基台１６を介して連通接
続してある。更に、原燃料ガス供給管２２夫々には、改
質反応用の水蒸気を供給する水蒸気供給管２６を接続し
てある。尚、水蒸気供給管２６には、燃料ガス流路ｆか
ら排出される排燃料極側ガスの一部を燃焼室Ｈの手前で
抜き出して、そのように抜き出した排燃料極側ガスを供
給しても良いし、あるいは、別の水蒸気発生源（例え
ば、セルを水冷する水冷部を設ける場合は、その水冷部
にて生成される水蒸気を分離する気水分離器）から水蒸
気を供給しても良い。

【００４０】そして、一対の原燃料ガス供給管２２夫々
から、水蒸気が混合された原燃料ガスを供給用燃料側ガ
ス通路Ｆｉ夫々に供給する。すると、セル積層体ＮＣに
おける、燃料ガス流路ｆの入口ｆｉ夫々が位置する一対
の側面部夫々に設けられている改質部Ｒにおいて、原燃
料ガスと水蒸気とが改質処理される。そして、そのよう
に改質処理された改質処理ガスを含む燃料極側ガスは、
一対の入口ｆｉ夫々から各セルＣ' の燃料ガス流路ｆに
流入し、燃料ガス流路ｆを酸素含有ガス流路ｓの酸素含
有ガス通流方向と同方向に通流し、更に、通流過程で、
燃料極側ガスに含まれる原燃料ガスが改質処理される。
燃料極側ガス中の水素ガスは発電に使用され、発電に使
用されなかった水素及び発電反応により生じた水蒸気等
を含む排燃料極側ガスは、出口ｆｏとして機能する間隔
保持部材９の貫通孔９ｔから燃焼室Ｈに流出して、その
燃焼室Ｈで、酸素含有ガス流路ｓから流出する排酸素含
有ガスにより燃焼する。燃焼室Ｈの燃焼排ガスは、燃焼
排ガス排出管２５を通じて排出される。

【００４１】〔別実施形態〕次に別実施形態を説明す
る。（イ）セルＣ' の外形形状は、上記の実施形態におい
て例示した矩形板状に限定されるものではない。例え
ば、図１２に示すように、セルＣ' は、円筒状の固体電
解質層１の内周面に円筒状の酸素極２を備え且つ外周面
に円筒形状の燃料極３を備える状態で、一端側が閉塞し
た円筒型に形成しても良い。この場合、円筒内部を酸素
含有ガス流路ｓとして機能させ、その酸素含有ガス流路
ｓに酸素含有ガスを供給する挿入管３１をセルＣ' の円
筒内部に挿入した状態で設けてある。

【００４２】この場合は、図１２に示すように、箱状体
３３の内部に、２枚の隔壁３４，３５により、酸素含有
ガス供給室３６、燃焼室３７及び発電室３８を区画形成
する。そして、複数の円筒型のセルＣ' を、燃焼室３７
と発電室３８とを区画する隔壁３５にて開口端を支持す
る状態で、発電室３８内に互いに間隔を隔てて設ける。
各セルＣ' の挿入管３１は、酸素含有ガス供給室３６と
燃焼室３７とを区画する隔壁３４を貫通して、開口端が
酸素含有ガス供給室３６内に位置する。従って、発電室
３８内において、セルＣ' 同士の間に燃料ガス流路ｆが
形成され、円筒型のセルＣ' の閉塞端部同士の間が燃料
ガス流路ｆの入口ｆｉとして機能する。燃焼室３７と発
電室３８とを区画する隔壁３５には、それらを連通する
状態で、燃料ガス流路ｆの出口ｆｏとして機能させる開
口３５ｈを形成してある。尚、円筒型のセルＣ' の外周
部には、内周側の酸素極２と導電状態に接続されたイン
ターコネクタ３２を設けてあり、図１２に示すように、
Ｎｉのフェルト状材から成る柔軟性導電材８にて、隣接
するセルＣ' の一方の燃料極３と他方のインターコネク
タ３２とを接続してある。

【００４３】そして、上述の実施形態と同様に一対の多
孔板５とそれらの間に充填した改質触媒としてのフェル
ト状ニッケル６とから構成した改質部Ｒを、発電室３８
をセルＣ' が位置する部分と位置しない部分とに区画す
る状態で、各セルＣ' の閉塞端部に近接させた状態で設
けてある。更に、酸素含有ガス供給管２０を酸素含有ガ
ス供給室３６に連通接続し、原燃料ガス供給管２２を発
電室３８における改質部Ｒに対してセルＣ' 側とは反対
側の部分に連通接続し、燃焼排ガス排出管２５を燃焼室
３７に連通接続してある。

【００４４】従って、酸素含有ガス供給管２０から供給
された酸素含有ガスは、各セルＣ'の挿入管３１から各
セルＣ' の円筒内部の酸素含有ガス流路ｓに流出し、酸
素含有ガス流路ｓをＵターンして通流して、円筒開口端
から燃焼室３７に流出する。原燃料ガス供給管２２から
水蒸気を混合した原燃料ガスを供給すると、原燃料ガス
と水蒸気とは、改質部Ｒを通過する過程で一部が水素含
有ガスに改質処理され、そのように改質処理された改質
処理ガスを含む燃料極側ガスが、各セルＣ'の燃料ガス
流路ｆの入口ｆｉに流入し、更に、燃料ガス流路ｆを通
流する過程で、含まれる原燃料ガスが燃料極３に含まれ
るＮｉ、及び、Ｎｉのフェルト状材製の柔軟性導電材８
の触媒作用により更に改質処理される。燃料極側ガス中
の水素ガスは発電に使用され、発電に使用されなかった
水素及び発電反応により生じた水蒸気等を含む排燃料極
側ガスは、燃焼室３７に流出する。燃焼室３７において
は、排燃料極側ガスが排酸素含有ガスにより燃焼して、
その燃焼排ガスが燃焼排ガス排出管２５を通じて排出さ
れる。

【００４５】（ロ）改質部Ｒの具体構成は、上記の実
施形態において例示した構成に限定されるものではな
い。例えば、フェルト状ニッケル６の代わりに、表面に
Ｎｉ、Ｐｔ等の改質触媒を担持した粒状の触媒保持体の
多数を充填しても良い。触媒保持体は多孔質のセラミッ
クにて形成する。金属製の多孔板５に代えて、金属製の
網状体や多孔質のセラミックを設けても良い。又、改質
部Ｒは、表面にＮｉ、Ｐｔ等の改質触媒を担持したハニ
カム状体のみにより構成することができる。

【００４６】（ハ）各燃料ガス流路ｆに対する燃料極
側ガスの供給量が均等になるように改質触媒を充填する
に当たっては、例えば、原燃料ガスの供給箇所から遠ざ
かる部分ほど通過抵抗が小さくなるように、改質触媒の
充填状態の調節（充填密度や、ガス通過方向での厚さ調
節）を行ってもよい。

【００４７】（ニ）供給される原燃料ガスのうち、改
質部Ｒにて改質処理する量は、内部改質の性能に応じて
適宜設定可能である。又、供給される原燃料ガスの全量
を改質部Ｒにて改質処理しても良い。

【００４８】（ホ）複数のセルＣ' を、酸素極２側に
酸素含有ガス流路ｓを備え且つ燃料極３側に燃料ガス流
路ｆを備える状態で並置する構成は、上記の実施形態で
例示した構成に限定されるものではない。例えば、燃料
極３側にのみ、燃料ガス流路ｆを区画形成する導電性セ
パレータを付設して、セパレータ付セルＣを形成し、こ
のセパレータ付セルＣの複数を上記の実施形態と同様の
構成で積層状態に並置しても良い。又、酸素極２側に酸
素含有ガス流路ｓを区画形成する酸素極側導電セパレー
タを配置し、燃料極３側に燃料ガス流路ｆを区画形成す
る燃料極側導電セパレータを配置する状態で、複数のセ
ルＣ' 、酸素極側導電セパレータ及び燃料極側導電セパ
レータを積層状態に並置しても良い。

【００４９】（ヘ）本発明は、内部改質型の燃料電池
に適用することができ、上記の実施形態において例示し
た固体電解質型の燃料電池以外に、例えば、電解質とし
て溶融炭酸塩を用いた溶融炭酸塩の燃料電池にも適用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態にかかる燃料電池のセル及びセパレー
タ付セルの構成を示す斜視図

【図２】第１実施形態におけるセル積層体の構成を示す
分解斜視図

【図３】第１実施形態におけるセル積層体及び改質部の
構成を示す斜視図

【図４】第１実施形態における燃料電池の全体構成を示
す横断平面図

【図５】図４におけるイ−イ矢視図

【図６】図４におけるロ−ロ矢視図

【図７】図４におけるハ−ハ矢視図

【図８】第２実施形態におけるセル積層体の構成を示す
分解斜視図

【図９】第２実施形態における燃料電池の全体構成を示
す横断平面図

【図１０】図９におけるニ−ニ矢視図

【図１１】図９におけるホ−ホ矢視図

【図１２】別実施形態における燃料電池の全体構成を示
す縦断面図

【符号の説明】

１電解質層２酸素極３燃料極６ニッケルのフェルト状材ｆ燃料ガス流路ｆｉ入口ｆｏ出口ｓ酸素含有ガス流路Ｃ' セルＮＣセル積層体Ｒ改質部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電解質層の一方の面に酸素極を備え且つ
他方の面に燃料極を備えた燃料電池のセルの複数が、前
記酸素極側に酸素含有ガス流路を備え、且つ、前記燃料
極側に燃料ガス流路を備える状態で並置され、炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気を用いて水素含有ガス
に改質処理する改質触媒が気体通過自在に設けられた改
質部が、供給される原燃料ガスを改質処理して、その改
質処理ガスが前記複数のセル夫々の燃料ガス流路に供給
されるように設けられた燃料電池であって、前記複数のセルが、夫々の燃料ガス流路の入口を同一側
に向けた状態で並置され、前記改質部が、前記複数のセル夫々の燃料ガス流路の入
口に臨み且つ近接した状態で設けられている燃料電池。
【請求項２】前記改質部は、各燃料ガス流路への改質
処理ガスの供給量が均等になるように、改質触媒が充填
されて構成されている請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】前記改質触媒として、ニッケルのフェル
ト状材が充填されている請求項１又は２記載の燃料電
池。
【請求項４】前記セルが、矩形板状の電解質層を備え
て、矩形板状に構成され、前記燃料ガス流路が、前記セルの一対の対向する端縁夫
々に入口を備え、且つ、前記一対の端縁とは別の一つの
端縁に出口を備えるように形成され、前記セルの複数が、厚さ方向に並置されて、セル積層体
が構成され、前記改質部が、前記セル積層体における前記燃料ガス流
路の入口が位置する一対の面の夫々に対して設けられて
いる請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池。