JP2802072B2 - 溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池Info
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- JP2802072B2 JP2802072B2 JP63141098A JP14109888A JP2802072B2 JP 2802072 B2 JP2802072 B2 JP 2802072B2 JP 63141098 A JP63141098 A JP 63141098A JP 14109888 A JP14109888 A JP 14109888A JP 2802072 B2 JP2802072 B2 JP 2802072B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は燃料極より排出されるガスをガス分離して、
排出ガスを再利用する溶融炭酸塩型燃料電池に関する。
排出ガスを再利用する溶融炭酸塩型燃料電池に関する。
従来の技術 炭化水素を燃料ガスとして用いる燃料電池、特に溶融
炭酸塩型燃料電池において、燃料極より排出されるガス
は、炭酸ガス、水蒸気等の他、未反応の水素ガスを含ん
でいる。また供給する空気極ガスとして、一般的に大気
中の空気を使用し、同時に炭酸イオンの補充を行うため
炭酸ガスを空気に添加している。各極に於ける反応は次
式で表される。
炭酸塩型燃料電池において、燃料極より排出されるガス
は、炭酸ガス、水蒸気等の他、未反応の水素ガスを含ん
でいる。また供給する空気極ガスとして、一般的に大気
中の空気を使用し、同時に炭酸イオンの補充を行うため
炭酸ガスを空気に添加している。各極に於ける反応は次
式で表される。
燃料極 Ｈ2＋CO3 2-−−→Ｈ2Ｏ＋CO2＋2e- （CO＋CO3 2-−−→2CO2＋2e-） 空気極 1/2O2＋CO2＋2e-−−→CO3 2- 燃料極より排出される混合ガスを燃焼させ、改質器の
熱源として用いたり、水素ガスを燃焼により水蒸気とし
て除去し炭酸ガスを分離したりする方法は、燃料の再利
用効率が低く好ましくない。現在のところ燃料極より排
出されるガスは、何等のガス分離もされず未処理の状態
で放出されている。一方、空気極に供給する炭酸ガスも
現段階では、供給源が確立されていない。
熱源として用いたり、水素ガスを燃焼により水蒸気とし
て除去し炭酸ガスを分離したりする方法は、燃料の再利
用効率が低く好ましくない。現在のところ燃料極より排
出されるガスは、何等のガス分離もされず未処理の状態
で放出されている。一方、空気極に供給する炭酸ガスも
現段階では、供給源が確立されていない。
ところで水素分離用素子の開発は目覚しいものがある
が、使用条件、環境に厳しい制約があり、特に高温での
使用例はほとんどない。例えば金属水素化物を用いたも
のでは水素分離性あるいは分離速度に問題があり、その
他高分子等では耐熱性に劣る等の問題がある。また、従
来の水素分離用素子は加圧系あるいは密閉系を必要と
し、連続的に分離供給する手段はなかった。
が、使用条件、環境に厳しい制約があり、特に高温での
使用例はほとんどない。例えば金属水素化物を用いたも
のでは水素分離性あるいは分離速度に問題があり、その
他高分子等では耐熱性に劣る等の問題がある。また、従
来の水素分離用素子は加圧系あるいは密閉系を必要と
し、連続的に分離供給する手段はなかった。
発明が解決しようとする課題 高エネルギー変換を可能にする燃料電池において、燃
料極より排出されるガスの再利用は極めて有効な燃料回
収手段でありながら、ガス分離技術の困難さから現在の
ところ排ガス中の水素を分離して再利用することはなさ
れていない。また現状で高濃度の炭酸ガスを得ようとす
ると、バッチ式の炭酸ガス分離、回収装置が必要で、そ
れに伴う大規模化、コスト高が問題となっている。
料極より排出されるガスの再利用は極めて有効な燃料回
収手段でありながら、ガス分離技術の困難さから現在の
ところ排ガス中の水素を分離して再利用することはなさ
れていない。また現状で高濃度の炭酸ガスを得ようとす
ると、バッチ式の炭酸ガス分離、回収装置が必要で、そ
れに伴う大規模化、コスト高が問題となっている。
課題を解決するための手段 本発明は、高温で使用可能な水素分離素子を用い、燃
料極より排出されるガスを水素に富むガスと炭酸ガス等
に分離し、各々のガスを燃料極、空気極に連続的に供給
する手段を提供する。
料極より排出されるガスを水素に富むガスと炭酸ガス等
に分離し、各々のガスを燃料極、空気極に連続的に供給
する手段を提供する。
作用 高温で水素透過性能を有するZr系の金属水素化物膜を
用いた水素分離用素子が、高温で燃料極より排出される
ガスを水素に富むガスと炭酸ガス等に分離し、その水素
に富むガスを燃料極に、また炭酸ガス等を空気極に再供
給することが、無駄のないエネルギー変換を可能とす
る。
用いた水素分離用素子が、高温で燃料極より排出される
ガスを水素に富むガスと炭酸ガス等に分離し、その水素
に富むガスを燃料極に、また炭酸ガス等を空気極に再供
給することが、無駄のないエネルギー変換を可能とす
る。
実施例 本発明による実施例は燃料極より排出されたガス11を
ガス分離装置１に流通させ、分離された水素に富むガス
２を燃料極３に、炭酸ガス等４を空気極５に供給できる
システムで、その構成図を第１図に示す。本実施例で
は、ガス分離装置として水素分離用素子６を第２図に示
す構造で構成した。燃料極より排出されたガス７は、内
管８に入り水素分離用素子６が水素ガスを選択的に吸収
し、外管９に透過する。透過した水素ガスは若干の炭酸
ガスを含んでいるが燃料ガスとしては十分である。
ガス分離装置１に流通させ、分離された水素に富むガス
２を燃料極３に、炭酸ガス等４を空気極５に供給できる
システムで、その構成図を第１図に示す。本実施例で
は、ガス分離装置として水素分離用素子６を第２図に示
す構造で構成した。燃料極より排出されたガス７は、内
管８に入り水素分離用素子６が水素ガスを選択的に吸収
し、外管９に透過する。透過した水素ガスは若干の炭酸
ガスを含んでいるが燃料ガスとしては十分である。
一方内管の先端より放出される濃縮された炭酸ガス等
を、更に水素分離用素子６′により分離し、分離した炭
酸ガス等を空気極に供給する。本実施例の水素分離用素
子は、母体のNi多孔体パイプ上にジルコニウムニッケル
系の金属水素化物をスパッタ蒸着により、約10μｍの厚
さで成膜したものである。燃料極より排出されるガスは
約500℃〜700℃の高温ガスであり、ジルコニウム−ニッ
ケル系の水素透過の操作温度とほぼ一致する。この素子
の性能評価として水素ガス10mol％，炭素ガス48mol％，
水蒸気42mol％の標準ガスを用意し、前記の構造を持っ
たガス分離装置に600℃,600cc/Minの流量で流通させ、
外管出口のガス組成比をガスクロマトグラフ分析したと
ころ、水素ガス64mol％，炭酸ガス32mol％，水蒸気4mol
％となった。同様に、混合ガス比Ｈ2:CO2:H2Ｏ＝20:43:
37で行ったところ分離後のガス比は、Ｈ2:CO2:H2Ｏ＝8
5:13:2となった。
を、更に水素分離用素子６′により分離し、分離した炭
酸ガス等を空気極に供給する。本実施例の水素分離用素
子は、母体のNi多孔体パイプ上にジルコニウムニッケル
系の金属水素化物をスパッタ蒸着により、約10μｍの厚
さで成膜したものである。燃料極より排出されるガスは
約500℃〜700℃の高温ガスであり、ジルコニウム−ニッ
ケル系の水素透過の操作温度とほぼ一致する。この素子
の性能評価として水素ガス10mol％，炭素ガス48mol％，
水蒸気42mol％の標準ガスを用意し、前記の構造を持っ
たガス分離装置に600℃,600cc/Minの流量で流通させ、
外管出口のガス組成比をガスクロマトグラフ分析したと
ころ、水素ガス64mol％，炭酸ガス32mol％，水蒸気4mol
％となった。同様に、混合ガス比Ｈ2:CO2:H2Ｏ＝20:43:
37で行ったところ分離後のガス比は、Ｈ2:CO2:H2Ｏ＝8
5:13:2となった。
本実施例で明らかなように、水素分離用素子を用いた
場合、選択分離性は80％以上に達し、電池起電力、電池
寿命等の電池性能特性に全く問題なく、燃料の再利用は
ほぼ完全に行われた。結果的にエネルギー変換効率が11
％向上した。更に水素分離用素子を用いたガス分離装置
は、構造が簡単で部品数も少なく、組立やすいという特
徴を有し、エネルギー補償も不必要である。
場合、選択分離性は80％以上に達し、電池起電力、電池
寿命等の電池性能特性に全く問題なく、燃料の再利用は
ほぼ完全に行われた。結果的にエネルギー変換効率が11
％向上した。更に水素分離用素子を用いたガス分離装置
は、構造が簡単で部品数も少なく、組立やすいという特
徴を有し、エネルギー補償も不必要である。
なお、上記実施例では水素分離用素子としてZrを含む
金属水素化物を用いた例を示したが、その他の金属水素
化物または水素吸蔵合金を用いてもよい。実施例で、合
金の成膜にスパッタ蒸着を示したが、その他の成膜法、
例えば熱蒸着法、イオンプレーティング法であってもよ
い。また、合金を膜とした実施例を示してあるが、合金
の形状は、塊状状態あるいは粉末でもよく、粉末に他物
質、例えば、Cu、アルミナをコーティングしたものでも
よい。
金属水素化物を用いた例を示したが、その他の金属水素
化物または水素吸蔵合金を用いてもよい。実施例で、合
金の成膜にスパッタ蒸着を示したが、その他の成膜法、
例えば熱蒸着法、イオンプレーティング法であってもよ
い。また、合金を膜とした実施例を示してあるが、合金
の形状は、塊状状態あるいは粉末でもよく、粉末に他物
質、例えば、Cu、アルミナをコーティングしたものでも
よい。
また、ガス分離装置の本実施例は、少なくとも水素に
富むガスと炭酸ガス等の分離システムについて示した
が、燃料極排出ガスの成分は水素ガスと多成分、例え
ば、メタンガス、CO等の混合ガスの分離システムでもよ
く、分離されるガスも一成分のみでも混合成分でもよ
い。
富むガスと炭酸ガス等の分離システムについて示した
が、燃料極排出ガスの成分は水素ガスと多成分、例え
ば、メタンガス、CO等の混合ガスの分離システムでもよ
く、分離されるガスも一成分のみでも混合成分でもよ
い。
発明の効果 本発明は、構造が簡単でエネルギー補償も不必要な水
素分離用素子を用いることにより、燃料極より排出され
るガスを水素に富むガスと炭酸ガス等に分離し、水素に
富むガスを燃料極に、また炭酸ガス等を空気極に連続的
に供給できるため、燃料極排出ガスの有効利用が図ら
れ、エネルギー高利用化、高効率化に寄与できる。
素分離用素子を用いることにより、燃料極より排出され
るガスを水素に富むガスと炭酸ガス等に分離し、水素に
富むガスを燃料極に、また炭酸ガス等を空気極に連続的
に供給できるため、燃料極排出ガスの有効利用が図ら
れ、エネルギー高利用化、高効率化に寄与できる。
第１図は本発明の一実施例の燃料電池におけるガス分離
装置のシステム構成図、第２図は同装置の構造図であ
る。 １……ガス分離装置、２……水素に富むガス、３……燃
料極、４……炭酸ガス等、５……空気極、６、６′……
水素分離用素子、７……燃料極より排出された混合ガ
ス、８……内管、９……外管、10……ガス混合器、11…
…供給空気極ガス、12……供給燃料極ガス、13……水
素、炭酸混合ガス、14……空気、15……空気極排出ガ
ス。
装置のシステム構成図、第２図は同装置の構造図であ
る。 １……ガス分離装置、２……水素に富むガス、３……燃
料極、４……炭酸ガス等、５……空気極、６、６′……
水素分離用素子、７……燃料極より排出された混合ガ
ス、８……内管、９……外管、10……ガス混合器、11…
…供給空気極ガス、12……供給燃料極ガス、13……水
素、炭酸混合ガス、14……空気、15……空気極排出ガ
ス。
フロントページの続き (72)発明者 羽藤 一仁 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 岩城 勉 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−114478（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−140375（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−9064（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】外管中に内管を収納し、前記内管の壁の少
なくとも一部は金属水素化物もしくは水素吸蔵合金を含
んだ水素分離用素子からなり、前記内管は空気極に通
じ、前記内管と外管の間の空間は燃料極に通じ、炭酸ガ
スを含んだガスを空気極に、前記内管のガスよりも水素
に富んだガスを燃料極に、連続的に供給することを特徴
とする溶融炭酸塩型燃料電池。 - 【請求項２】前記内管は複数の管を順次連通させたもの
であり、その連通部は前記内管の径より小さい径を有す
ることを特徴とする請求項１記載の溶融炭酸塩型燃料電
池。 - 【請求項３】金属水素化物もしくは水素吸蔵合金は、Z
r、Mg、Laの元素のうち少なくとも一種を含むことを特
徴とする請求項１または２記載の溶融炭酸塩型燃料電
池。 - 【請求項４】前記内管はニッケル多孔体パイプにジルコ
ニウムニッケル系の金属水素化物をスパッタ蒸着したも
のであることを特徴とする請求項１または２記載の溶融
炭酸塩型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63141098A JP2802072B2 (ja) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63141098A JP2802072B2 (ja) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01311572A JPH01311572A (ja) | 1989-12-15 |
| JP2802072B2 true JP2802072B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=15284145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63141098A Expired - Fee Related JP2802072B2 (ja) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2802072B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8530101B2 (en) | 2007-08-08 | 2013-09-10 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Anode exhaust recycle system |
| EP2235777A1 (en) | 2007-12-28 | 2010-10-06 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Fuel cell system |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS609064A (ja) * | 1983-06-28 | 1985-01-18 | Toshiba Corp | 溶融炭酸塩型燃料電池ガス分離器 |
| US4532192A (en) * | 1984-11-06 | 1985-07-30 | Energy Research Corporation | Fuel cell system |
| JP2510982B2 (ja) * | 1985-12-13 | 1996-06-26 | 株式会社日立製作所 | 内部改質型溶融炭酸塩燃料システムの起動方法 |
-
1988
- 1988-06-08 JP JP63141098A patent/JP2802072B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01311572A (ja) | 1989-12-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |