JP2965290B2 - 溶融炭酸塩型燃料電池システム - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池システムInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池セルに冷却
ガス通路冷却を設けた溶融炭酸塩型燃料電池システムに
関するものである。
ガス通路冷却を設けた溶融炭酸塩型燃料電池システムに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池スタックは、例え
ば、特開平９−８２３４４号公報に記載されているよう
に、溶融炭酸塩をイオン伝導体とした電解質板の両側に
燃料極及び酸化剤極を配置したセルを積層して構成され
ている。溶融炭酸塩型燃料電池発電システムは天然ガス
を水蒸気改質して製造した水素を主成分とする燃料ガス
を燃料電池スタックに供給して発電を行う。
ば、特開平９−８２３４４号公報に記載されているよう
に、溶融炭酸塩をイオン伝導体とした電解質板の両側に
燃料極及び酸化剤極を配置したセルを積層して構成され
ている。溶融炭酸塩型燃料電池発電システムは天然ガス
を水蒸気改質して製造した水素を主成分とする燃料ガス
を燃料電池スタックに供給して発電を行う。
【０００３】燃料の製造法式には、前記燃料電池スタッ
クから未燃分として排出された水素ガスの燃焼を熱源と
して、改質器を作動させる外部改質方式（特開平５−３
０３９７１号公報）と溶融炭酸塩型燃料電池スタック内
に改質触媒を配置し、発電反応及びジュール熱を熱源と
する内部改質方式に分けられる。内部改質方式は、セル
間にプレート状の改質器を配置する間接内部改質方式
（特開平６−１９６１９１号公報）と燃料極の燃料ガス
流路内に改質触媒を配置する内部改質方式（特開平５−
１９０１９４号公報）に分類される。
クから未燃分として排出された水素ガスの燃焼を熱源と
して、改質器を作動させる外部改質方式（特開平５−３
０３９７１号公報）と溶融炭酸塩型燃料電池スタック内
に改質触媒を配置し、発電反応及びジュール熱を熱源と
する内部改質方式に分けられる。内部改質方式は、セル
間にプレート状の改質器を配置する間接内部改質方式
（特開平６−１９６１９１号公報）と燃料極の燃料ガス
流路内に改質触媒を配置する内部改質方式（特開平５−
１９０１９４号公報）に分類される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】外部改質方式は、燃料
電池スタックの構造が単純であるが、燃料電池スタック
の冷却を酸化剤ガスの顕熱で行うため、とくに電流密度
を高めて燃料電池スタックの発熱量が大きくなると冷却
ガスの流量が多くなり、補機動力分の効率の損失が大き
くなる問題点がある。
電池スタックの構造が単純であるが、燃料電池スタック
の冷却を酸化剤ガスの顕熱で行うため、とくに電流密度
を高めて燃料電池スタックの発熱量が大きくなると冷却
ガスの流量が多くなり、補機動力分の効率の損失が大き
くなる問題点がある。
【０００５】内部改質方式は燃料電池スタックの冷却に
改質反応熱を利用できるため、外部改質方式より補機動
力損失が少なくなること、燃料電池スタック内で発熱量
が多い部分に触媒充填量を多くし、燃料電池内での温度
分布がを小さく出来ることなどの利点を有する（特開平
６−１９６１９１号公報）。
改質反応熱を利用できるため、外部改質方式より補機動
力損失が少なくなること、燃料電池スタック内で発熱量
が多い部分に触媒充填量を多くし、燃料電池内での温度
分布がを小さく出来ることなどの利点を有する（特開平
６−１９６１９１号公報）。
【０００６】しかしながら、間接内部改質方式では、改
質温度が燃料電池スタックの温度である約６５０℃とな
るため、本来約８００℃必要である改質温度と比較して
約１５０℃低いため、約５％の天然ガスが改質できず、
そのまま排出される。直接内部改質方式では、燃料極で
改質された水素が反応消費されるため、未改質で排出さ
れる天然ガスは原理的に少なくなるが、改質触媒が電解
質である溶融炭酸塩により劣化するため、長時間運転す
ると触媒能が低下して未改質で排出される天然ガスが増
加する問題点がある。
質温度が燃料電池スタックの温度である約６５０℃とな
るため、本来約８００℃必要である改質温度と比較して
約１５０℃低いため、約５％の天然ガスが改質できず、
そのまま排出される。直接内部改質方式では、燃料極で
改質された水素が反応消費されるため、未改質で排出さ
れる天然ガスは原理的に少なくなるが、改質触媒が電解
質である溶融炭酸塩により劣化するため、長時間運転す
ると触媒能が低下して未改質で排出される天然ガスが増
加する問題点がある。
【０００７】いずれの場合でも燃料電池スタックのカソ
ードガス通路内での酸化剤ガスは入口付近の発熱温度に
比べて出口付近の発熱温度が高くなり、電解質である溶
融炭酸塩が劣化するため、長時間運転すると触媒能が低
下し、大量の酸化剤ガスを必要とする問題点がある。
ードガス通路内での酸化剤ガスは入口付近の発熱温度に
比べて出口付近の発熱温度が高くなり、電解質である溶
融炭酸塩が劣化するため、長時間運転すると触媒能が低
下し、大量の酸化剤ガスを必要とする問題点がある。
【０００８】本発明の目的は、発熱温度による電解質で
ある溶融炭酸塩が劣化を防止して発電効率を向上した溶
融炭酸塩型燃料電池システムを提供することにある。
ある溶融炭酸塩が劣化を防止して発電効率を向上した溶
融炭酸塩型燃料電池システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の溶融炭酸塩型燃料電池システムは、電解
質板１の両側にそれぞれアノード電極２及びアノード集
電板３とカソード電極４及びカソード集電板５を配置
し、アノード集電板３とカソード集電板５とセパレータ
６との間にアノードガス通路７とアノードガス通路７と
直交方向にカソードガス通路８を形成し、アノードガス
通路７及びカソードガス通路８に燃料ガス９Ａ及び酸化
剤ガス９Ｂを流す燃料セルにおいて、上記カソードガス
通路８とセパレータ６との間に酸化剤ガス９Ｂの流通方
向と逆方向より冷却反応ガス９Ｃを流す冷却ガス通路１
１を設け、冷却ガス通路内に設けた反応触媒は冷却ガス
通路の出口側付近より入口側付近に多く使用することを
特徴とすることにある。
に、請求項１の溶融炭酸塩型燃料電池システムは、電解
質板１の両側にそれぞれアノード電極２及びアノード集
電板３とカソード電極４及びカソード集電板５を配置
し、アノード集電板３とカソード集電板５とセパレータ
６との間にアノードガス通路７とアノードガス通路７と
直交方向にカソードガス通路８を形成し、アノードガス
通路７及びカソードガス通路８に燃料ガス９Ａ及び酸化
剤ガス９Ｂを流す燃料セルにおいて、上記カソードガス
通路８とセパレータ６との間に酸化剤ガス９Ｂの流通方
向と逆方向より冷却反応ガス９Ｃを流す冷却ガス通路１
１を設け、冷却ガス通路内に設けた反応触媒は冷却ガス
通路の出口側付近より入口側付近に多く使用することを
特徴とすることにある。
【００１０】請求項２の溶融炭酸塩型燃料電池システム
は、上記冷却ガス通路の冷却反応ガスの原料ガスがナフ
サ分解の副生Ｃ 4 留分と水蒸気の混合ガスであり、冷却
反応によりブタジエンを製造することを特徴とする請求
項１記載にある。
は、上記冷却ガス通路の冷却反応ガスの原料ガスがナフ
サ分解の副生Ｃ 4 留分と水蒸気の混合ガスであり、冷却
反応によりブタジエンを製造することを特徴とする請求
項１記載にある。
【００１１】請求項３の溶融炭酸塩型燃料電池システム
は、上記冷却ガス通路の冷却反応ガスが炭化水素の水蒸
気改質反応であり、冷却反応により生成した水素によ
り、水素ガスタービン発電を行うことを特徴とする請求
項１記載のにある。
は、上記冷却ガス通路の冷却反応ガスが炭化水素の水蒸
気改質反応であり、冷却反応により生成した水素によ
り、水素ガスタービン発電を行うことを特徴とする請求
項１記載のにある。
【００１２】請求項４の溶融炭酸塩型燃料電池システム
は、上記冷却ガス通路の反応が原燃料を水素，一酸化炭
素，二酸化炭素，水及び原燃料の混合ガスに改質し、こ
の混合ガスを前記燃料電池セル外の燃料系に供給して原
燃料成分をさらに改質した後、前記燃料電池セルの燃料
ガスをアノードガス通路に供給することを特徴とする請
求項１記載にある。
は、上記冷却ガス通路の反応が原燃料を水素，一酸化炭
素，二酸化炭素，水及び原燃料の混合ガスに改質し、こ
の混合ガスを前記燃料電池セル外の燃料系に供給して原
燃料成分をさらに改質した後、前記燃料電池セルの燃料
ガスをアノードガス通路に供給することを特徴とする請
求項１記載にある。
【００１３】請求項５の溶融炭酸塩型燃料電池システム
は、上記燃料ガスの１部を燃焼させて駆動するガスター
ビンと、ガスタービンの動力により発電を行う発電機を
具備することを特徴とする請求項１記載にある。
は、上記燃料ガスの１部を燃焼させて駆動するガスター
ビンと、ガスタービンの動力により発電を行う発電機を
具備することを特徴とする請求項１記載にある。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１に示
す溶融炭酸塩型燃料電池システムにより説明する。電解
質板１の両側にそれぞれアノード電極２及びアノード集
電板３とカソード電極４及びカソード集電板５を配置
し、アノード集電板３とカソード集電板５とセパレータ
６との間にアノードガス通路７とカソードガス通路８を
形成している。アノードガス通路７及びカソードガス通
路８に燃料ガス９Ａ及び酸化剤ガス９Ｂを矢印方向に流
通すことにより、燃料電池セル１０を構成している。各
ガス通路間にはセパレータ６を介在している。セパレー
タ６の詳細は後述する。
す溶融炭酸塩型燃料電池システムにより説明する。電解
質板１の両側にそれぞれアノード電極２及びアノード集
電板３とカソード電極４及びカソード集電板５を配置
し、アノード集電板３とカソード集電板５とセパレータ
６との間にアノードガス通路７とカソードガス通路８を
形成している。アノードガス通路７及びカソードガス通
路８に燃料ガス９Ａ及び酸化剤ガス９Ｂを矢印方向に流
通すことにより、燃料電池セル１０を構成している。各
ガス通路間にはセパレータ６を介在している。セパレー
タ６の詳細は後述する。
【００２０】燃料ガス９Ａの矢印方向と酸化剤ガス９Ｂ
を矢印方向とは互いひ直交する方向に流れている。即ち
燃料ガス９Ａの矢印方向は紙面表面側から裏面側に向か
って流れている。酸化剤ガス９Ｂは入口８Ａから出口Ｂ
に向かって流れている。アノードガス通路７のセパレー
タ６とカソードガス通路８のセパレータ６との間に冷却
ガス通路１１を形成し、冷却ガス通路１１内の酸化剤ガ
ス９Ｂは燃料ガス９Ａと逆方向に冷却反応ガス９Ｃを流
している。
を矢印方向とは互いひ直交する方向に流れている。即ち
燃料ガス９Ａの矢印方向は紙面表面側から裏面側に向か
って流れている。酸化剤ガス９Ｂは入口８Ａから出口Ｂ
に向かって流れている。アノードガス通路７のセパレー
タ６とカソードガス通路８のセパレータ６との間に冷却
ガス通路１１を形成し、冷却ガス通路１１内の酸化剤ガ
ス９Ｂは燃料ガス９Ａと逆方向に冷却反応ガス９Ｃを流
している。
【００２１】更に、上述の燃料電池セル１０の構成につ
いて説明すると、溶融炭酸塩をイオン伝導体とする電解
質板１を挟んで燃料極であるアノード電極２と酸化剤極
であるカソード電極４を配置した燃料電池セル１０を構
成し、燃料電池セル１０には燃料ガス９Ａ及び酸化剤ガ
ス９Ｂを流すアノードガス通路７及びカソードガス通路
８を具備したセパレータ６を介して複数個積層させた溶
融炭酸塩型燃料電池スタックである。
いて説明すると、溶融炭酸塩をイオン伝導体とする電解
質板１を挟んで燃料極であるアノード電極２と酸化剤極
であるカソード電極４を配置した燃料電池セル１０を構
成し、燃料電池セル１０には燃料ガス９Ａ及び酸化剤ガ
ス９Ｂを流すアノードガス通路７及びカソードガス通路
８を具備したセパレータ６を介して複数個積層させた溶
融炭酸塩型燃料電池スタックである。
【００２２】炭化水素の原燃料１６を改質器１３で水素
を含む燃料ガス９Ａに改質した燃料ガス９Ａをアノード
ガス通路７に供給する燃料系である。
を含む燃料ガス９Ａに改質した燃料ガス９Ａをアノード
ガス通路７に供給する燃料系である。
【００２３】空気１７をブロワ１４で燃料電池セル１０
のアノード排ガスと共に、改質器１３の燃焼器に送り、
改質器１３の熱源とすると共に、製造して炭酸ガス及び
酸素を含む酸化剤ガス９Ｂをカソードガス通路８に供給
する空気系からなる。
のアノード排ガスと共に、改質器１３の燃焼器に送り、
改質器１３の熱源とすると共に、製造して炭酸ガス及び
酸素を含む酸化剤ガス９Ｂをカソードガス通路８に供給
する空気系からなる。
【００２４】冷却ガス通路１１は、酸化剤ガス９Ｂの流
通方向と逆方向に冷却反応ガス９Ｃを流す。つまり冷却
ガス通路１１の入口１１Ａ及び出口１１Ｂとに対応して
カソードガス通路８の出口８Ｂと入口８Ａとが配置され
ている。冷却反応ガス９Ｃとしては、炭化水素ガス、及
び炭化水素ガスと水蒸気の混合ガスなどを、熱分解或い
は水蒸気改質する反応がある。
通方向と逆方向に冷却反応ガス９Ｃを流す。つまり冷却
ガス通路１１の入口１１Ａ及び出口１１Ｂとに対応して
カソードガス通路８の出口８Ｂと入口８Ａとが配置され
ている。冷却反応ガス９Ｃとしては、炭化水素ガス、及
び炭化水素ガスと水蒸気の混合ガスなどを、熱分解或い
は水蒸気改質する反応がある。
【００２５】例えばナフサ分解の副生Ｃ４留分と水蒸気
の混合ガスからブタジエンを生成する反応があり、合成
ゴム製造プラントのブタジエン製造工程とすること、炭
化水素の水蒸気改質により、水素ガスタービンの水素製
造プロセスとすることなどがある。
の混合ガスからブタジエンを生成する反応があり、合成
ゴム製造プラントのブタジエン製造工程とすること、炭
化水素の水蒸気改質により、水素ガスタービンの水素製
造プロセスとすることなどがある。
【００２６】上述ではアノードガス通路７及びカソード
ガス通路８と冷却ガス通路１１は水平方向に配置されて
いるが、これらの通路８と連通する垂直方向のガス通路
について図２により説明する。
ガス通路８と冷却ガス通路１１は水平方向に配置されて
いるが、これらの通路８と連通する垂直方向のガス通路
について図２により説明する。
【００２７】即ち、図２のセパレータ６は内側に上述の
各通路を設け、この外側の額縁部２０に各通路と連通す
る垂直方向の入口側垂直通路及び出口側垂直通路を形成
している。額縁部２０の左側及び右側にカソードガス通
路８に連通するカソードガス入口側垂直通路８Ａ´及び
出口側垂直通路８Ｂ´を設けている。これとは逆に右側
及び左側に冷却ガス通路１１と連通する垂直方向の入口
側垂直通路１１Ａ´及び出口側垂直通路１１Ｂ´を形成
している。また額縁部２０の上側及び下側にアノードガ
ス通路７と連通する垂直方向の入口側垂直通路７Ａ´及
び出口側垂直通路７Ｂ´を形成している。
各通路を設け、この外側の額縁部２０に各通路と連通す
る垂直方向の入口側垂直通路及び出口側垂直通路を形成
している。額縁部２０の左側及び右側にカソードガス通
路８に連通するカソードガス入口側垂直通路８Ａ´及び
出口側垂直通路８Ｂ´を設けている。これとは逆に右側
及び左側に冷却ガス通路１１と連通する垂直方向の入口
側垂直通路１１Ａ´及び出口側垂直通路１１Ｂ´を形成
している。また額縁部２０の上側及び下側にアノードガ
ス通路７と連通する垂直方向の入口側垂直通路７Ａ´及
び出口側垂直通路７Ｂ´を形成している。
【００２８】このように、本発明によれば、酸化剤ガス
９Ｂはカソードガス通路８の入口８Ａから出口８Ｂに行
くに従い順次温度が高くなって行くが、出口８Ｂに対応
する冷却ガス通路１１の入口１１Ａから冷却反応ガス９
Ｃを供給している。このため温度上昇していない冷却反
応ガス９Ｃが酸化剤ガス９Ｂの熱を吸熱し、酸化剤ガス
９Ｂの温度上昇を抑えるので、冷却ガス通路１１を設け
ない場合に比べて、温度上昇を抑制することが出来るよ
うになった。
９Ｂはカソードガス通路８の入口８Ａから出口８Ｂに行
くに従い順次温度が高くなって行くが、出口８Ｂに対応
する冷却ガス通路１１の入口１１Ａから冷却反応ガス９
Ｃを供給している。このため温度上昇していない冷却反
応ガス９Ｃが酸化剤ガス９Ｂの熱を吸熱し、酸化剤ガス
９Ｂの温度上昇を抑えるので、冷却ガス通路１１を設け
ない場合に比べて、温度上昇を抑制することが出来るよ
うになった。
【００２９】この結果、電解質板１の溶融炭酸塩によっ
てカソード集電板５が腐食しにくくなり、電解質板１の
不足が生じにくく、燃料電池セル１０より一定の電力を
長期に渡って負荷に供給することが出来るようになっ
た。また冷却ガス通路１１は冷却反応ガス９Ｃの流通方
向に関係無く、カソードガス通路８とアノードガス通路
７との一方側又は両方を冷却する冷却手段であればよ
い。
てカソード集電板５が腐食しにくくなり、電解質板１の
不足が生じにくく、燃料電池セル１０より一定の電力を
長期に渡って負荷に供給することが出来るようになっ
た。また冷却ガス通路１１は冷却反応ガス９Ｃの流通方
向に関係無く、カソードガス通路８とアノードガス通路
７との一方側又は両方を冷却する冷却手段であればよ
い。
【００３０】図３は冷却反応ガス９Ｃとして炭化水素ガ
スを含む原燃料ガスと水蒸気の混合ガスを供給し、冷却
ガス通路１１で原燃料を９０〜９５％を改質して改質器
１３に供給し、更に改質反応を行い、原燃料の９９％以
上を改質した後、燃料ガス９Ａとして燃料電池セル１０
（燃料電池スタック）に供給する。空気系の構成は図１
の実施例と同様である。アノードガス通路７から排出さ
れる燃料ガス９Ａは改質器１３の熱源となるが、余剰の
排出された燃料ガス９Ａを利用してガスタービンを駆動
させ、発電機による発電を行うこともできる。ガスター
ビンの燃焼排ガスは酸化剤ガス９Ｂの一部として、再び
カソードガス通路１１に供給される。
スを含む原燃料ガスと水蒸気の混合ガスを供給し、冷却
ガス通路１１で原燃料を９０〜９５％を改質して改質器
１３に供給し、更に改質反応を行い、原燃料の９９％以
上を改質した後、燃料ガス９Ａとして燃料電池セル１０
（燃料電池スタック）に供給する。空気系の構成は図１
の実施例と同様である。アノードガス通路７から排出さ
れる燃料ガス９Ａは改質器１３の熱源となるが、余剰の
排出された燃料ガス９Ａを利用してガスタービンを駆動
させ、発電機による発電を行うこともできる。ガスター
ビンの燃焼排ガスは酸化剤ガス９Ｂの一部として、再び
カソードガス通路１１に供給される。
【００３１】図４及び図５は図２の構成を模擬して、冷
却ガス通路１１内に均一に水蒸気改質触媒を充填して、
冷却反応ガス９Ｃを燃料ガス９Ａ及び酸化剤ガス９Ｂの
上流側である入口８Ａから下流方向である出口８Ｂに流
通させて、発電試験を行った時の燃料電池セル１０のカ
ソードガス通路内の温度分布を示す。
却ガス通路１１内に均一に水蒸気改質触媒を充填して、
冷却反応ガス９Ｃを燃料ガス９Ａ及び酸化剤ガス９Ｂの
上流側である入口８Ａから下流方向である出口８Ｂに流
通させて、発電試験を行った時の燃料電池セル１０のカ
ソードガス通路内の温度分布を示す。
【００３２】図４は冷却ガス通路１１を使用したい時の
カソードガス通路内の温度分布を示す。負荷電流密度は
１５０ｍＡ／ｃｍ2、燃料利用率８０％、運転圧力５ａ
ｔａにて天然ガス改質模擬ガスを燃料ガスとした場合、
０．８２０Ｖの燃料電池セル電圧を得た。またアソード
ガス通路の上述と同じである。この時のカソードガス通
路内の最高温度は燃料ガス９Ａと酸化剤ガス９Ｂとの下
流側が交わる部分で６７０℃以上になった。
カソードガス通路内の温度分布を示す。負荷電流密度は
１５０ｍＡ／ｃｍ2、燃料利用率８０％、運転圧力５ａ
ｔａにて天然ガス改質模擬ガスを燃料ガスとした場合、
０．８２０Ｖの燃料電池セル電圧を得た。またアソード
ガス通路の上述と同じである。この時のカソードガス通
路内の最高温度は燃料ガス９Ａと酸化剤ガス９Ｂとの下
流側が交わる部分で６７０℃以上になった。
【００３３】図５には冷却ガス通路１１に冷却反応ガス
９Ｃを流した時の温度分布を示す。冷媒ガスとしては天
然ガス：水蒸気＝１：３の混合ガスを供給した。燃料電
池セル最高温度は約６５０℃となり、最高温度が約２０
℃下がった。燃料電池セル電圧は電池温度が下がったた
め、燃料電池セル電圧は０．８１５Ｖであった。
９Ｃを流した時の温度分布を示す。冷媒ガスとしては天
然ガス：水蒸気＝１：３の混合ガスを供給した。燃料電
池セル最高温度は約６５０℃となり、最高温度が約２０
℃下がった。燃料電池セル電圧は電池温度が下がったた
め、燃料電池セル電圧は０．８１５Ｖであった。
【００３４】図６は温度分布に合わせた触媒充填量分布
とした時の冷却板内の触媒充填量分布の例を示す。冷却
ガス通路１１内に配置した波板１１Ｃに触媒１１Ｄを設
け、触媒１１Ｄの充填量を入口１１Ａから出口１１Ｂ側
に行くに従い順次減少して行けば、温度の高い入口１１
Ａ側での触媒反応が速くなり、吸熱作用が盛んになり、
更に温度を下げることが出来る。
とした時の冷却板内の触媒充填量分布の例を示す。冷却
ガス通路１１内に配置した波板１１Ｃに触媒１１Ｄを設
け、触媒１１Ｄの充填量を入口１１Ａから出口１１Ｂ側
に行くに従い順次減少して行けば、温度の高い入口１１
Ａ側での触媒反応が速くなり、吸熱作用が盛んになり、
更に温度を下げることが出来る。
【００３５】燃料ガス９Ａ及び酸化剤ガス９Ｂの上流側
の単位冷却板面積当たりの触媒充填量を１とした時に、
冷却ガス通路１１内を４分割して、冷却反応ガス９Ｃが
下流に向かって、触媒１１Ｄの充填量を０．８，０．
６，０．４とした。冷却ガス通路１１内の全触媒量及び
電池運転条件は図５の実施例と等しくした。この時の温
度分布を図７に示す。最高温度は約６４０℃となり、燃
料電池セル電圧は０．８１Ｖであった。
の単位冷却板面積当たりの触媒充填量を１とした時に、
冷却ガス通路１１内を４分割して、冷却反応ガス９Ｃが
下流に向かって、触媒１１Ｄの充填量を０．８，０．
６，０．４とした。冷却ガス通路１１内の全触媒量及び
電池運転条件は図５の実施例と等しくした。この時の温
度分布を図７に示す。最高温度は約６４０℃となり、燃
料電池セル電圧は０．８１Ｖであった。
【００３６】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、カソー
ドガス通路８の温度が高い出口８Ｂの酸化剤ガス９に冷
却ガス通路１１の入口１１Ａから冷却反応ガス９Ｃを供
給して、酸化剤ガス９Ｂの熱を吸熱し、温度上昇を抑
え、電解質板１の溶融炭酸塩によってカソード集電板５
が腐食しにくくなり、電解質板１の不足が生じず、燃料
電池セル１０より一定の電力を長期に渡って供給できる
ようになった。
ドガス通路８の温度が高い出口８Ｂの酸化剤ガス９に冷
却ガス通路１１の入口１１Ａから冷却反応ガス９Ｃを供
給して、酸化剤ガス９Ｂの熱を吸熱し、温度上昇を抑
え、電解質板１の溶融炭酸塩によってカソード集電板５
が腐食しにくくなり、電解質板１の不足が生じず、燃料
電池セル１０より一定の電力を長期に渡って供給できる
ようになった。
【００３７】また、最高温度７５０℃以上の改質器によ
って原燃料の９９％以上を水蒸気改質することができ、
冷却ガス通路により燃料電池セルである電池スタック内
の冷却を効率的に行うことができるので、酸化剤ガスの
循環ガス量を小さくでき、補機動力による効率損失が小
さくなる。また、燃料電池スタック内の温度分布も小さ
くすることができる。冷却反応に炭化水素の熱分解等、
例えばブタジエンの製造等を利用し、有機合成化学プラ
ントの熱源或いは水素ガスタービン発電の水素製造工程
として燃料電池発電プラントを設置することにより、高
い発電効率と廃熱の有効利用を図ることができる。
って原燃料の９９％以上を水蒸気改質することができ、
冷却ガス通路により燃料電池セルである電池スタック内
の冷却を効率的に行うことができるので、酸化剤ガスの
循環ガス量を小さくでき、補機動力による効率損失が小
さくなる。また、燃料電池スタック内の温度分布も小さ
くすることができる。冷却反応に炭化水素の熱分解等、
例えばブタジエンの製造等を利用し、有機合成化学プラ
ントの熱源或いは水素ガスタービン発電の水素製造工程
として燃料電池発電プラントを設置することにより、高
い発電効率と廃熱の有効利用を図ることができる。
【００３８】冷却反応として、炭化水素ガスの水蒸気改
質を行い、更に改質器で水蒸気改質を９９％以上とする
場合には、冷却ガス通路により燃料電池スタック内の冷
却を効率的に行い、燃料電池スタック内の温度分布も小
さくすることができる他、通常の外部改質型の溶融炭酸
塩型燃料電池システムと比較して、改質器が必要とする
熱が少なくなるので、燃料電池スタックの排燃料ガスに
余剰が生じる。この余剰排燃料ガスにより、ガスタービ
ンを駆動して、発電を行うことにより発電効率を高める
ことができる。
質を行い、更に改質器で水蒸気改質を９９％以上とする
場合には、冷却ガス通路により燃料電池スタック内の冷
却を効率的に行い、燃料電池スタック内の温度分布も小
さくすることができる他、通常の外部改質型の溶融炭酸
塩型燃料電池システムと比較して、改質器が必要とする
熱が少なくなるので、燃料電池スタックの排燃料ガスに
余剰が生じる。この余剰排燃料ガスにより、ガスタービ
ンを駆動して、発電を行うことにより発電効率を高める
ことができる。
【００３９】反応冷却ガスの入口を燃料電池スタックの
高温部に配置し、触媒充填量を多くすることにより、冷
却ガス通路内の反応分布を制御して、燃料電池スタック
内にヒートスポットが生じることを抑制できるので、燃
料電池スタック内に局所的な劣化部分が生じなくなり、
燃料電池スタックを長時間、安定した電圧性能で運転で
きるようになる。
高温部に配置し、触媒充填量を多くすることにより、冷
却ガス通路内の反応分布を制御して、燃料電池スタック
内にヒートスポットが生じることを抑制できるので、燃
料電池スタック内に局所的な劣化部分が生じなくなり、
燃料電池スタックを長時間、安定した電圧性能で運転で
きるようになる。
【図１】本発明の実施例である溶融炭酸塩型燃料電池シ
ステムの構成図である。
ステムの構成図である。
【図２】図１に示したセパレータの構成を示す平面図で
ある。
ある。
【図３】本発明の他の実施例である溶融炭酸塩型燃料電
池システムの構成図である。
池システムの構成図である。
【図４】図１のカソードガス通路の温度分布を示す特性
図である。
図である。
【図５】図１のカソードガス通路の温度分布を示す特性
図である。
図である。
【図６】図１の冷却ガス通路の温度分布を示す特性図で
ある。
ある。
【図７】図１の冷却ガス通路の温度分布を示す特性図で
ある。
ある。
１…電解質板、２…アノード電極、３…アノード集電
板、４…カソード電極、５…カソード集電板、６…セパ
レータ、７…アノードガス通路、８…カソードガス通
路、入口８…Ａ、出口…８Ｂ、９Ａ…燃料ガス、９Ｂ…
酸化剤ガス、９Ｃ…冷却反応ガス、 １０…燃料電池セ
ル、１１…冷却ガス通路、１１Ａ…入口、１１Ｂ…出
口、１１Ｃ…支持板、１１Ｄ…触媒。
板、４…カソード電極、５…カソード集電板、６…セパ
レータ、７…アノードガス通路、８…カソードガス通
路、入口８…Ａ、出口…８Ｂ、９Ａ…燃料ガス、９Ｂ…
酸化剤ガス、９Ｃ…冷却反応ガス、 １０…燃料電池セ
ル、１１…冷却ガス通路、１１Ａ…入口、１１Ｂ…出
口、１１Ｃ…支持板、１１Ｄ…触媒。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−163264（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−210774（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−45293（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−325996（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−258758（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−339633（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−45523（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−345764（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−28652（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (5)
- 【請求項１】 電解質板１の両側にそれぞれアノード電
極２及びアノード集電板３とカソード電極４及びカソー
ド集電板５を配置し、アノード集電板３とカソード集電
板５とセパレータ６との間にアノードガス通路７とアノ
ードガス通路７と直交方向にカソードガス通路８を形成
し、アノードガス通路７及びカソードガス通路８に燃料
ガス９Ａ及び酸化剤ガス９Ｂを流す燃料セルにおいて、
上記カソードガス通路８とセパレータ６との間に酸化剤
ガス９Ｂの流通方向と逆方向より冷却反応ガス９Ｃを流
す冷却ガス通路１１を設け、冷却ガス通路内に設けた反
応触媒は冷却ガス通路の出口側付近より入口側付近に多
く使用することを特徴とする 溶融炭酸塩型燃料電池シス
テム。 - 【請求項２】 上記冷却ガス通路の冷却反応ガスの原料
ガスがナフサ分解の副生Ｃ 4 留分と水蒸気の混合ガスで
あり、冷却反応によりブタジエンを製造することを特徴
とする請求項１記載の 溶融炭酸塩型燃料電池システム。 - 【請求項３】 上記冷却ガス通路の冷却反応ガスが炭化
水素の水蒸気改質反応であり、冷却反応により生成した
水素により、水素ガスタービン発電を行うことを特徴と
する請求項１記載の 溶融炭酸塩型燃料電池システム。 - 【請求項４】 上記冷却ガス通路の反応が原燃料を水
素，一酸化炭素，二酸化炭素，水及び原燃料の混合ガス
に改質し、この混合ガスを前記燃料電池セル外の燃料系
に供給して原燃料成分をさらに改質した後、前記燃料電
池セルの燃料ガスをアノードガス通路に供給することを
特徴とする請求項１記載の 溶融炭酸塩型燃料電池システ
ム。 - 【請求項５】 上記燃料ガスの１部を燃焼させて駆動す
るガスタービンと、ガスタービンの動力により発電を行
う発電機を具備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システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10083879A JP2965290B2 (ja) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | 溶融炭酸塩型燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10083879A JP2965290B2 (ja) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | 溶融炭酸塩型燃料電池システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11283638A JPH11283638A (ja) | 1999-10-15 |
| JP2965290B2 true JP2965290B2 (ja) | 1999-10-18 |
Family
ID=13814952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10083879A Expired - Fee Related JP2965290B2 (ja) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | 溶融炭酸塩型燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2965290B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE112004002313B4 (de) * | 2003-11-28 | 2011-09-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Brennstoffzelle |
-
1998
- 1998-03-30 JP JP10083879A patent/JP2965290B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11283638A (ja) | 1999-10-15 |
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