JP2007073357A - 固体酸化物形燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 断熱部材(11)によって覆われた装置本体(1)内に配設され、発電セル(21)とセパレータ(23)とを交互に複数積層してなる燃料電池スタック(2)と、当該燃料電池スタックにおいて発電時に発生する熱を吸熱する位置に、当該燃料電池スタックの積層方向に沿って配設された第1の改質器(3)と、上記第1の改質器よりも上記燃料電池スタックから離間して配設され、内部に燃料ガスが導入される第2の改質器(4)とを備えてなり、かつ、上記第2の改質器(4)は、その内部に導入された燃料ガスが上記燃料電池スタックからの排ガスを熱源として改質反応温度まで上昇する位置に配設され、上記第1の改質器(3)との上流側に直列的に接続されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池とした。
【選択図】 図1
Description
例えば特許文献1に示すように、酸化物イオン導電体からなる固体電解質層の両側を空気極層(カソード)と燃料極層(アノード)とで挟んだ積層構造を有する発電セルと、セパレータとが交互に複数積層されて、スタック化した燃料電池スタックを具備する固体酸化物形燃料電池が開発されている。
他方、燃料極層には、燃料ガス(H2 等)が供給される。
空気極 1/2O2+2e-→O2-
燃料極 H2+O2-→H2O+2e-
全体 H2+1/2O2→H2O
CH4 +H2O(g)→3H2+CO
CO+H2O(g)→3H2+CO2
一方、燃料電池は、スタックが積層されているため全体として直列に電気が流れ、この両端部の電極反応により発電性能が抑制されるため、上記改質器による局部的な電極反応の低下と相まって全体として効率的な発電が行えない傾向にある。
特に、請求項2に記載の発明によれば、第2の改質器を排気管内に配設することにより、排気ガスが内部から外部へと流出して、改質器による冷却雰囲気が装置本体の内部へ流入することがない。また、装置本体の大きさを小さくして、省スペース化を図ることができる。
第1実施形態における固体酸化物形燃料電池は、図1に示すように断熱部材11によって覆われた装置本体1内に配設され、発電セル21とセパレータ23とを交互に複数積層してなる燃料電池スタック2と、この燃料電池スタック2の積層方向に沿って配設された第1の改質器3と、上記第1の改質器との上流側に直列的に接続され、上記装置本体1に接続された排気管12内に配設された第2の改質器4と、この第2の改質器4の上流側に接続された水蒸気発生器5とから概略構成されている。
また、この右端部のマニホールドリング26’を燃料電池スタック2の積層方向に連結して、内部に管状を成す燃料ガス用マニホールド26aが構成されている。同様に、左端部のマニホールドリング26’を燃料電池スタック2の積層方向に連結して、内部に管状を成す酸化剤ガス用マニホールド26bが構成されている。
なお、燃料電池スタック2は、その中央部に、1層のセパレータ23に換えて、2層のセパレータ23の間に密接した状態で内部改質器24を介在させたものが数カ所(図中4箇所)に配設されている。
また、この第1の改質器3は、内部に導入される燃料ガスが燃料電池スタック2からの排ガスを熱源として改質反応温度まで上昇する位置に、配管34を介して、第2の改質器4が接続されている。この第2の改質器4は、第1の改質器3よりも燃料電池スタック2から離間して排気管12内に配設されている。
一方、1/20を超える場合には、改質温度に対して第2改質器4の容量が大きく、改質反応の少ない部分が生じて、効率的でない上に不要に装置本体が大きくなる。
改質反応の温度が400℃未満では、第2の改質器4において燃料ガスの改質反応を急速に進行させるのに不十分となるためである。
すると、水が、水供給管5aから水蒸気発生器5に供給されて水蒸気となり、この水蒸気が水蒸気供給管54に供給される。次いで、上記ガス供給管54aから供給された燃料ガス(メタン)がこの水蒸気とともに、第2の改質器4へ供給される。
すると、燃料ガス用マニホールド26aに導入された燃料ガスは、燃料電池スタック2のセパレータ23内に形成された燃料ガス通路23aを介して燃料極集電体22aに供給され、さらに燃料極層21aへと供給される。
すると、酸素は、空気極層21bにおいて固体電解質層21cとの界面近傍まで移動しながら電子が供与されて酸化物イオン(O2-)となり、さらに固体酸化物形燃料電池電解質層21c内を燃料極層21aに向かって拡散移動する。
このため、第1の改質器3は、燃料電池スタック2が高温になるとともに排ガス(高温)を放出することから、熱源が得られて、効率的に改質反応を行うことができる。
2・・・燃料電池スタック
3・・・第1の改質器
4・・・第2の改質器
5・・・水蒸気発生器
11・・・断熱部材
12・・・排気管
21・・・発電セル
23・・・セパレータ
Claims (5)
- 断熱部材によって覆われた装置本体内に配設され、発電セルとセパレータとを交互に複数積層してなる燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックにおいて発電時に発生する熱を吸熱する位置に、当該燃料電池スタックの積層方向に沿って配設された第1の改質器と、上記第1の改質器よりも上記燃料電池スタックから離間して配設され、内部に燃料ガスが導入される第2の改質器とを備えてなり、かつ、
上記第2の改質器は、その内部に導入された燃料ガスが上記燃料電池スタックからの排ガスを熱源として改質反応温度まで上昇する位置に配設され、上記第1の改質器との上流側に直列的に接続されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。 - 上記第2の改質器は、上記装置本体に接続された上記排ガス用の排気管内に配設されていることを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 上記第2の改質器の内容積は、すべての改質器の内容積を加算した値の1/70〜1/20であることを特徴とする請求項1又は2に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 上記第2の改質器は、上記燃料ガスとしてメタンガスが供給され、その内部温度が改質反応により400℃以上になることを特徴とする請求項1から3までの何れか1項に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 上記燃料電池スタックからの排ガスが上記発電セルの外周部より放出されるシールレス構造であることを特徴とする請求項1から4までの何れか1項に記載の固体酸化物形燃料電池。
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