JP2001155754A - 固体電解質燃料電池、およびその起動方法 - Google Patents
固体電解質燃料電池、およびその起動方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 固体電解質燃料電池において、簡易な起動を
実現する。 【解決手段】 電池部１０の上部には、空気供給路１４
に連通している燃焼室１１が設置してある。燃焼器３に
は起動用燃料ガスを供給する燃料ガス管１３とともに起
動用空気を供給する起動用空気管５が接続しており、空
気比１を超えた値で燃焼される。その燃焼排ガスは、空
気供給路１４を通って電池部１０内に送られ、空気排出
路１６を通って流れるようになっている。これにより、
電池部１０は燃焼器３により加熱されるとともにその燃
焼排ガスによって内部からも加熱される。また燃焼排ガ
スは、空気比１を超える値で状態で燃焼されており、酸
化性を有していることから、空気極を損傷することはな
い。
実現する。 【解決手段】 電池部１０の上部には、空気供給路１４
に連通している燃焼室１１が設置してある。燃焼器３に
は起動用燃料ガスを供給する燃料ガス管１３とともに起
動用空気を供給する起動用空気管５が接続しており、空
気比１を超えた値で燃焼される。その燃焼排ガスは、空
気供給路１４を通って電池部１０内に送られ、空気排出
路１６を通って流れるようになっている。これにより、
電池部１０は燃焼器３により加熱されるとともにその燃
焼排ガスによって内部からも加熱される。また燃焼排ガ
スは、空気比１を超える値で状態で燃焼されており、酸
化性を有していることから、空気極を損傷することはな
い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質燃料電
池、およびその起動方法に関し、特に、発電を開始させ
るための温度上昇を容易とし、またその温度上昇の際空
気極を酸化性雰囲気に、また燃料極を還元雰囲気に保持
することを可能とした固体電解質燃料電池、およびその
起動方法に関する。
池、およびその起動方法に関し、特に、発電を開始させ
るための温度上昇を容易とし、またその温度上昇の際空
気極を酸化性雰囲気に、また燃料極を還元雰囲気に保持
することを可能とした固体電解質燃料電池、およびその
起動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質燃料電池は、固体電解質の一
方の側に空気極を、他方の側に燃料極を設けてなる単電
池を多数重ね合せ、全体を所定の発電可能温度に加熱
し、空気極に設けられた空気通路には酸化性ガス、通常
空気を供給し、燃料極に設けられた燃料ガス通路には水
素ガスあるいは都市ガス等の燃料ガスを供給し、燃料ガ
スの酸化反応により電力を発生させるようになってい
る。
方の側に空気極を、他方の側に燃料極を設けてなる単電
池を多数重ね合せ、全体を所定の発電可能温度に加熱
し、空気極に設けられた空気通路には酸化性ガス、通常
空気を供給し、燃料極に設けられた燃料ガス通路には水
素ガスあるいは都市ガス等の燃料ガスを供給し、燃料ガ
スの酸化反応により電力を発生させるようになってい
る。
【０００３】燃料電池の運転を開始させるには、燃料電
池の温度を所定温度まで上昇させる必要があり、そのた
め、従来は図５に示すように電気ヒータ７０を電池部１
０の周囲に取り付けて加熱を行ったり、あるいは空気極
へ空気を供給する空気管７２に加熱装置７４を設け、高
温にした空気を供給して電池部１０を加熱するなどの方
法が採用されている。
池の温度を所定温度まで上昇させる必要があり、そのた
め、従来は図５に示すように電気ヒータ７０を電池部１
０の周囲に取り付けて加熱を行ったり、あるいは空気極
へ空気を供給する空気管７２に加熱装置７４を設け、高
温にした空気を供給して電池部１０を加熱するなどの方
法が採用されている。
【０００４】又、燃料電池は発電に供した反応済みの燃
料ガスに未反応の燃焼成分を含むことから、空気極の通
路を通過させた空気と燃料極を通過した燃料ガスとを混
合させて未反応の燃料成分ガスを燃焼させる運転方式が
あり、この方式で運転される燃料電池は、空気極の通路
の終端と燃料極の通路の終端とが互いに連結される構造
となっている。
料ガスに未反応の燃焼成分を含むことから、空気極の通
路を通過させた空気と燃料極を通過した燃料ガスとを混
合させて未反応の燃料成分ガスを燃焼させる運転方式が
あり、この方式で運転される燃料電池は、空気極の通路
の終端と燃料極の通路の終端とが互いに連結される構造
となっている。
【０００５】一方燃料電池の空気極は、所定の温度以上
の状態において還元性ガスに接触すると空気極を構成す
る材料が分解し導電性や電極活性を失い、また燃料極
は、空気等酸化性ガスが接触すると酸化され、空気極と
同様導電性や電極活性を失うという性質がある。そのた
め、空気極の通路内に還元性ガスが流入したり、燃料極
の通路内に酸化性ガスが流入することを防止する必要が
ある。
の状態において還元性ガスに接触すると空気極を構成す
る材料が分解し導電性や電極活性を失い、また燃料極
は、空気等酸化性ガスが接触すると酸化され、空気極と
同様導電性や電極活性を失うという性質がある。そのた
め、空気極の通路内に還元性ガスが流入したり、燃料極
の通路内に酸化性ガスが流入することを防止する必要が
ある。
【０００６】そこで、空気や燃料ガスの流通が変動して
誤流入し易い燃料電池の起動時等には、従来空気極側に
空気を供給して空気通路側に燃料ガスが流入するのを防
ぐとともに、水素等の還元性ガスを燃料ガスの通路内に
導入させ、燃料極を還元性雰囲気に保持して燃料極の通
路側に空気等の酸化性ガスが流入しないような工夫がな
されていた。そして、その状態を保持して、電気ヒータ
等により燃料電池の温度を発電可能温度まで上昇させ、
その後発電用の燃料ガスを供給させて燃料電池の発電を
起動させていた。
誤流入し易い燃料電池の起動時等には、従来空気極側に
空気を供給して空気通路側に燃料ガスが流入するのを防
ぐとともに、水素等の還元性ガスを燃料ガスの通路内に
導入させ、燃料極を還元性雰囲気に保持して燃料極の通
路側に空気等の酸化性ガスが流入しないような工夫がな
されていた。そして、その状態を保持して、電気ヒータ
等により燃料電池の温度を発電可能温度まで上昇させ、
その後発電用の燃料ガスを供給させて燃料電池の発電を
起動させていた。
【０００７】また、発明者らは、既に燃料極に燃焼排ガ
スを導入させ、固体電解質燃料電池を加熱、起動させる
方法等について特許出願（特開平１１−１６２４９２号
公報）を行っている。
スを導入させ、固体電解質燃料電池を加熱、起動させる
方法等について特許出願（特開平１１−１６２４９２号
公報）を行っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料電
池の発電作用は発熱反応であることから、発電が開始さ
れた後は反応熱によって温度が保持され、加熱装置等他
の装置からの熱の供給を必要としない。したがって、起
動のためにのみ燃料電池の温度を上昇させる加熱装置
は、使用が限定されており、しかもそれらを備えること
で設備コストがかかり、加熱装置ための設置スペースが
大きく、かつ保守、点検に手間がかかっていた。又この
ような付帯設備を必要とするので、燃料電池の利用が制
限されてしまうことがあった。
池の発電作用は発熱反応であることから、発電が開始さ
れた後は反応熱によって温度が保持され、加熱装置等他
の装置からの熱の供給を必要としない。したがって、起
動のためにのみ燃料電池の温度を上昇させる加熱装置
は、使用が限定されており、しかもそれらを備えること
で設備コストがかかり、加熱装置ための設置スペースが
大きく、かつ保守、点検に手間がかかっていた。又この
ような付帯設備を必要とするので、燃料電池の利用が制
限されてしまうことがあった。
【０００９】また、上記特開平１１−１６２４９２号公
報に記載の発明は、燃料ガス通路のみを用いて加熱する
ことから、加熱している途中において燃料電池に温度差
が生じ、温度差による熱応力で電池内部にひずみ等が発
生することが考えられている。
報に記載の発明は、燃料ガス通路のみを用いて加熱する
ことから、加熱している途中において燃料電池に温度差
が生じ、温度差による熱応力で電池内部にひずみ等が発
生することが考えられている。
【００１０】本発明は、従来起動時等にのみ必要とされ
ていた加熱装置や設備を軽減し、しかも起動時の温度差
を解消し、燃料電池の利用を容易、確実にすることを目
的とする。
ていた加熱装置や設備を軽減し、しかも起動時の温度差
を解消し、燃料電池の利用を容易、確実にすることを目
的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、空気通路に連通させて燃焼器を設け、
燃焼器で燃焼を行って得られる燃焼熱を利用して燃料電
池を発電温度まで加熱させることとした。また、燃料器
での燃焼を空気比１を超える値で行い、燃焼排ガスに酸
化性をもたせ、起動時に空気極の通路内にこの酸化性を
有する燃焼排ガスを供給して空気極の酸化雰囲気を保持
することとした。
め、本発明では、空気通路に連通させて燃焼器を設け、
燃焼器で燃焼を行って得られる燃焼熱を利用して燃料電
池を発電温度まで加熱させることとした。また、燃料器
での燃焼を空気比１を超える値で行い、燃焼排ガスに酸
化性をもたせ、起動時に空気極の通路内にこの酸化性を
有する燃焼排ガスを供給して空気極の酸化雰囲気を保持
することとした。
【００１２】これにより、燃料電池の発電開始に必要な
加熱を内部に設けた燃焼器で行うことができ、また空気
極を酸化性雰囲気に保持でき、燃料電池全体の設備が簡
略化でき、燃料電池の発電開始を非常に簡易、かつ効率
よく行うことができる。
加熱を内部に設けた燃焼器で行うことができ、また空気
極を酸化性雰囲気に保持でき、燃料電池全体の設備が簡
略化でき、燃料電池の発電開始を非常に簡易、かつ効率
よく行うことができる。
【００１３】燃焼器での燃焼を空気比を1を越える値と
することにより、燃焼排ガス中の酸素分圧を高くし、燃
焼排ガスに酸化性をもたせることができる。
することにより、燃焼排ガス中の酸素分圧を高くし、燃
焼排ガスに酸化性をもたせることができる。
【００１４】また、空気極側の通路に設けられた燃焼器
に加え、燃料極側の通路にも燃焼器を設け、双方の燃焼
器によって加熱を行なうこととした。これにより、均一
な加熱ができ、燃料電池の起動時の温度差を低減するこ
とができる。
に加え、燃料極側の通路にも燃焼器を設け、双方の燃焼
器によって加熱を行なうこととした。これにより、均一
な加熱ができ、燃料電池の起動時の温度差を低減するこ
とができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明にかかる固体電解質燃料電
池、およびその起動方法の実施の一形態について説明す
る。
池、およびその起動方法の実施の一形態について説明す
る。
【００１６】図１に燃料電池の構成図を示す。燃料電池
２は、固体電解質（図示せず）の各側に空気極４と燃料
極６とを設けてなる単電池８をセパレータ（図示せず）
を介して多数縦方向に積層した電池部１０と、電池部１
０を加熱する燃焼器３、第２燃焼器１２等から構成され
ている。
２は、固体電解質（図示せず）の各側に空気極４と燃料
極６とを設けてなる単電池８をセパレータ（図示せず）
を介して多数縦方向に積層した電池部１０と、電池部１
０を加熱する燃焼器３、第２燃焼器１２等から構成され
ている。
【００１７】電池部１０は、空気供給路１４と空気排出
路１６、および燃料ガス路１８を有し、単電池８の空気
極４と燃料極６のそれぞれに、空気と燃料ガスがそれぞ
れ互いに混じり合うことなく空気供給路１４、および燃
料ガス路１８から導入される。
路１６、および燃料ガス路１８を有し、単電池８の空気
極４と燃料極６のそれぞれに、空気と燃料ガスがそれぞ
れ互いに混じり合うことなく空気供給路１４、および燃
料ガス路１８から導入される。
【００１８】つまり、電池部１０において空気供給路１
４と空気排出路１６とは対向して設けてあり、空気極４
に空気供給路１４から空気排出路１６に向けて空気が流
れ、又燃料ガス路１８から燃料極６に燃料ガスが供給さ
れ、反応済みのガスが燃料ガス路１８に戻るように構成
されている。
４と空気排出路１６とは対向して設けてあり、空気極４
に空気供給路１４から空気排出路１６に向けて空気が流
れ、又燃料ガス路１８から燃料極６に燃料ガスが供給さ
れ、反応済みのガスが燃料ガス路１８に戻るように構成
されている。
【００１９】電池部１０の上部には燃焼室１１が設置し
てあり、燃焼室１１は、空気供給路１４に連通してい
る。燃焼室１１には燃焼器３が設置してあり、起動用燃
料ガスを供給する燃料ガス管１３と起動用空気を供給す
る起動用空気管５が燃焼器３に接続している。
てあり、燃焼室１１は、空気供給路１４に連通してい
る。燃焼室１１には燃焼器３が設置してあり、起動用燃
料ガスを供給する燃料ガス管１３と起動用空気を供給す
る起動用空気管５が燃焼器３に接続している。
【００２０】また燃焼室１１には、発電用空気を供給す
る発電用空気管７と温度調整用空気を供給する調整用空
気管９が接続してあり、それぞれ調整弁(図示せず)等に
より適宜流入量が調整される。
る発電用空気管７と温度調整用空気を供給する調整用空
気管９が接続してあり、それぞれ調整弁(図示せず)等に
より適宜流入量が調整される。
【００２１】燃焼器３では、起動用空気と起動用燃料ガ
ス（発電用燃料ガスと同一でも、あるいは異なっていて
もよい。）とを空気比１を超えた値で燃焼させ、その燃
焼排ガスは、燃焼室１１に連通している空気供給路１４
を通って電池部１０内に送られ、空気排出路１６を通っ
て燃焼部２２に流れる。
ス（発電用燃料ガスと同一でも、あるいは異なっていて
もよい。）とを空気比１を超えた値で燃焼させ、その燃
焼排ガスは、燃焼室１１に連通している空気供給路１４
を通って電池部１０内に送られ、空気排出路１６を通っ
て燃焼部２２に流れる。
【００２２】また電池部１０の下部には、第２燃焼器１
２が設置してある。第２燃焼器１２には、起動用燃料ガ
ス（発電用燃料ガスと同一でも、あるいは異なっていて
もよい。）が供給され、第２燃焼器１２で燃焼された燃
焼排ガスは燃料ガス路１８に導入されて、燃焼部２２に
流れるようになっている。又、第２燃焼器１２の側方に
は発電用燃料ガスを噴出する噴出口２０が設けられ、噴
出口２０から噴出された発電用燃料ガスも燃料ガス路１
８を通り、燃焼部２２に流れる。
２が設置してある。第２燃焼器１２には、起動用燃料ガ
ス（発電用燃料ガスと同一でも、あるいは異なっていて
もよい。）が供給され、第２燃焼器１２で燃焼された燃
焼排ガスは燃料ガス路１８に導入されて、燃焼部２２に
流れるようになっている。又、第２燃焼器１２の側方に
は発電用燃料ガスを噴出する噴出口２０が設けられ、噴
出口２０から噴出された発電用燃料ガスも燃料ガス路１
８を通り、燃焼部２２に流れる。
【００２３】燃焼部２２では、空気排出路１６の端部と
燃料ガス路１８の端部とが連結し、空気排出路１６から
の空気と燃料ガス路１８からの未反応ガスとが混合して
燃焼され、完全燃焼させた燃焼排ガスが排出路２４から
外部に排出される。
燃料ガス路１８の端部とが連結し、空気排出路１６から
の空気と燃料ガス路１８からの未反応ガスとが混合して
燃焼され、完全燃焼させた燃焼排ガスが排出路２４から
外部に排出される。
【００２４】次に、燃料電池２の起動方法について説明
する。
する。
【００２５】まず、燃焼器３に起動用空気管５から起動
用空気と燃料ガス管１３から起動用燃料ガスとを供給
し、燃焼器３において起動用燃料ガスの燃焼を開始させ
る。すると燃焼器３での燃焼熱により、電池部１０が徐
々に加熱される。燃焼器３では、空気比１を超える値で
燃料ガスの燃焼を行う。燃焼によって生じた燃焼排ガス
は、空気供給路１４を通して、電池部１０内に送られ、
電池部１０内にて空気極４に接触するが、燃焼排ガスは
酸化性を有しており、空気極４を還元させる等損傷させ
ることはなく、燃焼排ガスの有する熱が内部から電池部
１０を加熱する。
用空気と燃料ガス管１３から起動用燃料ガスとを供給
し、燃焼器３において起動用燃料ガスの燃焼を開始させ
る。すると燃焼器３での燃焼熱により、電池部１０が徐
々に加熱される。燃焼器３では、空気比１を超える値で
燃料ガスの燃焼を行う。燃焼によって生じた燃焼排ガス
は、空気供給路１４を通して、電池部１０内に送られ、
電池部１０内にて空気極４に接触するが、燃焼排ガスは
酸化性を有しており、空気極４を還元させる等損傷させ
ることはなく、燃焼排ガスの有する熱が内部から電池部
１０を加熱する。
【００２６】また第２燃焼器１２に起動用空気と起動用
燃料ガスを送り、空気比１未満で燃焼させる。起動用燃
料ガスが燃焼して生じる燃焼熱と燃料ガス路１８を通過
する燃焼排ガスの熱によって燃料電池２の電池部１０は
加熱され、温度が上昇する。燃料ガス路１８を通った燃
焼排ガスは、排出路２４から排出される。
燃料ガスを送り、空気比１未満で燃焼させる。起動用燃
料ガスが燃焼して生じる燃焼熱と燃料ガス路１８を通過
する燃焼排ガスの熱によって燃料電池２の電池部１０は
加熱され、温度が上昇する。燃料ガス路１８を通った燃
焼排ガスは、排出路２４から排出される。
【００２７】このように、燃焼器３と第２燃焼器１２に
より電池部１０を上下から加熱し、また空気供給路１４
（空気排出路１６を含む）と、燃料ガス路１８の双方に
それぞれの燃焼器３および第２燃焼器１２での燃焼排ガ
スを流入させることにより電池部１０を速やかに、かつ
温度差を少なく、均等な温度分布で、しかも空気極４や
燃料極６に還元や酸化等の問題を発生させることなく電
池部１０を加熱することができる。
より電池部１０を上下から加熱し、また空気供給路１４
（空気排出路１６を含む）と、燃料ガス路１８の双方に
それぞれの燃焼器３および第２燃焼器１２での燃焼排ガ
スを流入させることにより電池部１０を速やかに、かつ
温度差を少なく、均等な温度分布で、しかも空気極４や
燃料極６に還元や酸化等の問題を発生させることなく電
池部１０を加熱することができる。
【００２８】更に、燃焼器３と第２燃焼器１２による加
熱により、電池部１０の上部と下部との間に温度差が生
じたときは、例えば調整用空気管９からの温度調整用空
気の導入量を増減させて制御したり、あるいは第２燃焼
器１２での燃焼量を増減したりして、温度の均衡を図
る。しかしながら、第２燃焼器１２側での発熱量を多く
しようとすると、空気比を１以下でかつ０．９５以上と
いう狭い燃焼条件を保持しながら、燃料ガスと空気の供
給量を増加させなければならなず、操作が難しい。ま
た、第２燃焼器１２側での発熱量を低下させる場合も同
様である。
熱により、電池部１０の上部と下部との間に温度差が生
じたときは、例えば調整用空気管９からの温度調整用空
気の導入量を増減させて制御したり、あるいは第２燃焼
器１２での燃焼量を増減したりして、温度の均衡を図
る。しかしながら、第２燃焼器１２側での発熱量を多く
しようとすると、空気比を１以下でかつ０．９５以上と
いう狭い燃焼条件を保持しながら、燃料ガスと空気の供
給量を増加させなければならなず、操作が難しい。ま
た、第２燃焼器１２側での発熱量を低下させる場合も同
様である。
【００２９】一方、調整用空気管９からの温度調整用空
気の供給量を増減させる場合は、単に燃焼器３での燃焼
において空気比１を超えた値を維持すればよいため、操
作が容易である。
気の供給量を増減させる場合は、単に燃焼器３での燃焼
において空気比１を超えた値を維持すればよいため、操
作が容易である。
【００３０】また、電池部１０の内部において、単電池
８の内部構造を含めて、空気供給路１４もしくは燃料ガ
ス路１８のいずれかに結露による通路の閉塞等の問題が
生じやすい場合には、燃焼器３と第２燃焼器１２のいず
れか結露の問題が生じにくい方で先に燃焼を行わせ、予
め結露による障害が発生しやすい側を加熱しておく。そ
してその後燃焼器３あるいは第２燃焼器１２での燃焼に
よって結露が発生しやすい側に燃焼排ガスを流入させる
ようにする。このようにすると、結露が発生しやすい側
に、燃焼排ガスに含まれる水分を供給しても、既に十分
加熱されていることから結露が生じることはなく、結露
による通路の閉塞等の問題を生じさせない。
８の内部構造を含めて、空気供給路１４もしくは燃料ガ
ス路１８のいずれかに結露による通路の閉塞等の問題が
生じやすい場合には、燃焼器３と第２燃焼器１２のいず
れか結露の問題が生じにくい方で先に燃焼を行わせ、予
め結露による障害が発生しやすい側を加熱しておく。そ
してその後燃焼器３あるいは第２燃焼器１２での燃焼に
よって結露が発生しやすい側に燃焼排ガスを流入させる
ようにする。このようにすると、結露が発生しやすい側
に、燃焼排ガスに含まれる水分を供給しても、既に十分
加熱されていることから結露が生じることはなく、結露
による通路の閉塞等の問題を生じさせない。
【００３１】そして、電池部１０の温度が更に上昇し、
発電可能温度に達したなら、燃焼器３における燃焼と、
第２燃焼器１２における燃焼とを適宜減少させ、空気供
給路１４には発電用空気管７から発電用空気を供給し、
また噴出口２０から発電用燃料ガスを噴出させ、発電作
用を開始させる。なお、発電用空気や発電用燃料ガス
は、燃焼器３や第２燃焼器１２での燃焼量の減少に連動
させて、徐々に増加させることが好ましい。
発電可能温度に達したなら、燃焼器３における燃焼と、
第２燃焼器１２における燃焼とを適宜減少させ、空気供
給路１４には発電用空気管７から発電用空気を供給し、
また噴出口２０から発電用燃料ガスを噴出させ、発電作
用を開始させる。なお、発電用空気や発電用燃料ガス
は、燃焼器３や第２燃焼器１２での燃焼量の減少に連動
させて、徐々に増加させることが好ましい。
【００３２】また反応済み発電用燃料ガス内にはまだ１
０〜２０％の未反応分を含むので、供給された空気の未
反応分を用いて未反応ガスを燃焼部２２で燃焼し、排出
口２４から外部に排出する。
０〜２０％の未反応分を含むので、供給された空気の未
反応分を用いて未反応ガスを燃焼部２２で燃焼し、排出
口２４から外部に排出する。
【００３３】以上述べたように、上記燃料電池２、およ
びその起動方法によれば、発電起動時の電池部１０を空
気供給路１４に連通した燃焼器３による燃焼熱により加
熱することとしたので、電気ヒーター等の加熱装置及び
加熱装置を作動させる熱源を他から導入させる必要がな
く、又、燃焼器３にて空気比１を越える値で燃焼するこ
ととしたので、燃焼器３での燃焼排ガスを空気極内に導
入しても、空気極を酸化性雰囲気に保持することができ
る。
びその起動方法によれば、発電起動時の電池部１０を空
気供給路１４に連通した燃焼器３による燃焼熱により加
熱することとしたので、電気ヒーター等の加熱装置及び
加熱装置を作動させる熱源を他から導入させる必要がな
く、又、燃焼器３にて空気比１を越える値で燃焼するこ
ととしたので、燃焼器３での燃焼排ガスを空気極内に導
入しても、空気極を酸化性雰囲気に保持することができ
る。
【００３４】また、燃焼器３による加熱に加え、第２燃
焼器１２によって電池部１０の加熱を行うこととしたの
で、電池部１０の内部に発生する温度差を極力抑え、内
部温度を均等に保持して起動温度まで上昇させることが
できる。
焼器１２によって電池部１０の加熱を行うこととしたの
で、電池部１０の内部に発生する温度差を極力抑え、内
部温度を均等に保持して起動温度まで上昇させることが
できる。
【００３５】なお、上記例では単電池８を平板状に示し
たが、本発明における燃料電池は、単電池８等の構造等
に依存することなくいずれの形状、構造においても適用
可能なものである。
たが、本発明における燃料電池は、単電池８等の構造等
に依存することなくいずれの形状、構造においても適用
可能なものである。
【００３６】（実験例）以下、実験例について説明す
る。 実験は、燃焼器を空気通路側に設置して加熱した場
合、 燃焼器を燃料通路側に設置して加熱した場合、 燃焼器を空気通路と燃料通路の双方に設置して同時に
加熱した場合の電池部の温度を測定した。
る。 実験は、燃焼器を空気通路側に設置して加熱した場
合、 燃焼器を燃料通路側に設置して加熱した場合、 燃焼器を空気通路と燃料通路の双方に設置して同時に
加熱した場合の電池部の温度を測定した。
【００３７】空気通路側燃焼器における燃焼条件を、５
０００Ｗ／３５００Ｗに設定し、空気比λをそれぞれ
１．８／１．６とした。また燃料通路側燃焼器は，発熱
量１０００Ｗに設定し、空気比λを０．９５とした。
０００Ｗ／３５００Ｗに設定し、空気比λをそれぞれ
１．８／１．６とした。また燃料通路側燃焼器は，発熱
量１０００Ｗに設定し、空気比λを０．９５とした。
【００３８】測定は、セル（電池部）の上部と中部と下
部のそれぞれに取り付けた熱電対で行い、時間経過と共
にそれぞれの位置で測定される温度を記録した。
部のそれぞれに取り付けた熱電対で行い、時間経過と共
にそれぞれの位置で測定される温度を記録した。
【００３９】図２に、双方に燃焼器を設置して燃焼させ
た場合の温度変化を示し、図３に、空気通路側燃焼器を
設置して燃焼させた場合の温度変化を示し、図４に、燃
料通路側に燃焼器を設置して燃焼させた場合の温度変化
を示す。また図中、実線で示すグラフはセル（電池部）
の下部の温度変化であり、点線はセル中部の温度変化で
あり、一点鎖線はセル上部の温度変化を表す。
た場合の温度変化を示し、図３に、空気通路側燃焼器を
設置して燃焼させた場合の温度変化を示し、図４に、燃
料通路側に燃焼器を設置して燃焼させた場合の温度変化
を示す。また図中、実線で示すグラフはセル（電池部）
の下部の温度変化であり、点線はセル中部の温度変化で
あり、一点鎖線はセル上部の温度変化を表す。
【００４０】実験結果から、燃焼器を空気通路と燃料通
路の双方に設置した場合が、図２に示すように、セル
（電池部）の下部と上部との温度差が、燃焼器を空気通
路や燃料通路のいずれか一方に設置した場合の図３や図
４に示す結果と比較して非常に小さく、セルの上下方向
での温度差が少なくなっていることがわかる。
路の双方に設置した場合が、図２に示すように、セル
（電池部）の下部と上部との温度差が、燃焼器を空気通
路や燃料通路のいずれか一方に設置した場合の図３や図
４に示す結果と比較して非常に小さく、セルの上下方向
での温度差が少なくなっていることがわかる。
【００４１】
【発明の効果】本発明の固体電解質燃料電池、およびそ
の起動方法によれば、電気ヒーター等の加熱装置を別途
設けることなく、内部に設置した燃焼器における燃焼に
より燃料電池を加熱することができ、かつ、加熱のため
空気比１を超えて燃焼させた燃焼排ガスを空気極に導入
させることにより、空気極を常に酸化性雰囲気に保持す
ることができる。また、燃焼器を空気極側と燃料極側の
双方に設置したことから、温度差を低減し、均一な温度
で電池部を昇温できる。
の起動方法によれば、電気ヒーター等の加熱装置を別途
設けることなく、内部に設置した燃焼器における燃焼に
より燃料電池を加熱することができ、かつ、加熱のため
空気比１を超えて燃焼させた燃焼排ガスを空気極に導入
させることにより、空気極を常に酸化性雰囲気に保持す
ることができる。また、燃焼器を空気極側と燃料極側の
双方に設置したことから、温度差を低減し、均一な温度
で電池部を昇温できる。
【図１】本発明にかかる起動方法を実施する燃料電池の
構成図である。
構成図である。
【図２】実験結果を示すグラフである。
【図３】実験結果を示すグラフである。
【図４】実験結果を示すグラフである。
【図５】従来の方法を実施する燃料電池の構成図であ
る。
る。
２ 燃料電池 ３ 燃焼器 ４ 空気極 ５ 起動用空気管 ６ 燃料極 ７ 発電用空気管 ８ 単電池 ９ 調整用空気管 １０ 電池部 １１ 燃焼室 １２ 第２燃焼器 １３ 燃料ガス管 １４ 空気供給路 １６ 空気排出路 １８ 燃料ガス路 ２０ 噴出口 ２２ 燃焼部 ２４ 排出路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BA20 BC20 CC01 CC04 KK46
Claims (9)
- 【請求項１】 固体電解質の一方側に空気極を、他方側
に燃料極を備えた単電池を複数積層し、前記空気極に酸
化性ガスを供給する空気通路と、前記燃料極に燃料ガス
を供給する燃料ガス通路とを有し、前記燃料極に供給し
た燃料ガスを前記空気極に供給した前記酸化性ガスと反
応させて発電を行う固体電解質燃料電池において、 前記空気通路に連通する空間内に燃焼器を設け、前記固
体電解質燃料電池を該燃焼器により加熱することを特徴
とした固体電解質燃料電池。 - 【請求項２】 前記燃料ガス通路に連通する空間内に第
２燃焼器を設けたことを特徴とした請求項１記載の固体
電解質燃料電池。 - 【請求項３】 固体電解質の一方側に空気極を、他方側
に燃料極を備えた単電池を複数積層し、前記空気極に酸
化性ガスを供給する空気通路と、前記燃料極に燃料ガス
を供給する燃料ガス通路とを有し、前記燃料極に供給し
た燃料ガスを前記空気極に供給した前記酸化性ガスと反
応させて発電を行う固体電解質燃料電池において、 前記空気通路に連通する空間内に燃焼器を備え、該燃焼
器により燃焼を行い、該燃焼により発生する燃焼熱を用
いて前記燃料電池を加熱して前記単電池の発電作用を起
動させることを特徴とした固体電解質燃料電池の起動方
法。 - 【請求項４】 固体電解質の一方側に空気極を、他方側
に燃料極を備えた単電池を複数積層し、前記空気極に酸
化性ガスを供給する空気通路と、前記燃料極に燃料ガス
を供給する燃料ガス通路とを有し、前記燃料極に供給し
た燃料ガスを前記空気極に供給した前記酸化性ガスと反
応させて発電を行う固体電解質燃料電池において、 前記空気通路に連通する空間内に燃焼器を備え、該燃焼
器における燃焼により発生した燃焼排ガスを前記空気通
路に導入し、前記空気極を前記燃焼排ガスによって酸化
性雰囲気に保持して前記単電池の発電作用を起動させる
ことを特徴とした固体電解質燃料電池の起動方法。 - 【請求項５】 固体電解質の一方側に空気極を、他方側
に燃料極を備えた単電池を複数積層し、前記空気極に酸
化性ガスを供給する空気通路と、前記燃料極に燃料ガス
を供給する燃料ガス通路とを有し、前記燃料極に供給し
た燃料ガスを前記空気極に供給した前記酸化性ガスと反
応させて発電を行う固体電解質燃料電池において、 前記空気通路に連通する空間内に燃焼器を備え、該燃焼
器により燃焼を行い、該燃焼により発生する燃焼熱を用
いて前記固体電解質燃料電池を加熱させるとともに該燃
焼器からの燃焼排ガスを前記空気通路に導入し、前記空
気極を酸化性雰囲気に保持して加熱を行い前記単電池の
発電作用を起動させることを特徴とした固体電解質燃料
電池の起動方法。 - 【請求項６】 前記燃料ガス通路に連通する空間内に第
２燃焼器を備え、前記燃料ガスを該第２燃焼器で燃焼さ
せ、該第２燃焼器による燃料ガスの燃焼熱で前記燃料電
池を加熱させるとともに該第２燃焼器からの燃焼排ガス
を前記燃料ガス通路に導入し、前記燃料極を還元性雰囲
気に保持した状態で加熱を行い前記単電池の発電作用を
起動させることを特徴とした請求項３〜５のいずれか１
項に記載の固体電解質燃料電池の起動方法。 - 【請求項７】 前記燃焼器における燃焼を空気比１を超
える値で行わせることを特徴とした請求項３〜６のいず
れか１項に記載の固体電解質燃料電池の起動方法。 - 【請求項８】 前記第２燃焼器における前記燃料ガスの
燃焼を空気比１未満で行わせることを特徴とした請求項
６に記載の固体電解質燃料電池の起動方法。 - 【請求項９】 前記空気通路への空気の供給量を調整し
て前記単電池の温度を制御することを特徴とした請求項
３〜８のいずれか１項に記載の固体電解質燃料電池の起
動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34170899A JP2001155754A (ja) | 1999-12-01 | 1999-12-01 | 固体電解質燃料電池、およびその起動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34170899A JP2001155754A (ja) | 1999-12-01 | 1999-12-01 | 固体電解質燃料電池、およびその起動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001155754A true JP2001155754A (ja) | 2001-06-08 |
Family
ID=18348173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34170899A Pending JP2001155754A (ja) | 1999-12-01 | 1999-12-01 | 固体電解質燃料電池、およびその起動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001155754A (ja) |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US9941536B2 (en) | 2012-10-09 | 2018-04-10 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell module |
-
1999
- 1999-12-01 JP JP34170899A patent/JP2001155754A/ja active Pending
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