JP3003842B2 - 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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- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池
に係り、特に、通常の発電運転時および高温保管運転時
の熱供給方法と、燃料電池製造時の焼成工程における排
ガス処理方法とに関する。
に係り、特に、通常の発電運転時および高温保管運転時
の熱供給方法と、燃料電池製造時の焼成工程における排
ガス処理方法とに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に溶融炭酸塩型燃料電池は、図5に
示すような燃料電池スタックが多層に積層された構造の
ものである。そして、該燃料電池スタックは、セル積層
部1とガスヘッダから構成される。図示はガスヘッダが
アノードガスヘッダ2とカソードガスヘッダ3とからな
る例である。セル積層部1は電気化学的な反応である発
電反応が行われる部分であり、その構成は電解質を含浸
させた電解質板4と電極5と集電機能及びガス供給排出
機能を有するセパレータ6とが順次積層されたものであ
る。アノードガスヘッダ2はセル積層部1へアノードガ
スを給排するものであり、カソードガスヘッダ3はカソ
ードガスを給排するものである。アノードガスとカソー
ドガスは、セル積層部1の中に設けられ、各ガスヘッダ
と連通している内部のマニホールド穴7を通り、電極5
へ供給される。そして、セル積層部1内で発電反応が行
われた後、再び別のマニホールド穴7を介して、各ガス
ヘッダに戻る構成である。なお、アノードガスヘッダ2
とカソードガスヘッダ3とが一体構造となったガスヘッ
ダもある。
示すような燃料電池スタックが多層に積層された構造の
ものである。そして、該燃料電池スタックは、セル積層
部1とガスヘッダから構成される。図示はガスヘッダが
アノードガスヘッダ2とカソードガスヘッダ3とからな
る例である。セル積層部1は電気化学的な反応である発
電反応が行われる部分であり、その構成は電解質を含浸
させた電解質板4と電極5と集電機能及びガス供給排出
機能を有するセパレータ6とが順次積層されたものであ
る。アノードガスヘッダ2はセル積層部1へアノードガ
スを給排するものであり、カソードガスヘッダ3はカソ
ードガスを給排するものである。アノードガスとカソー
ドガスは、セル積層部1の中に設けられ、各ガスヘッダ
と連通している内部のマニホールド穴7を通り、電極5
へ供給される。そして、セル積層部1内で発電反応が行
われた後、再び別のマニホールド穴7を介して、各ガス
ヘッダに戻る構成である。なお、アノードガスヘッダ2
とカソードガスヘッダ3とが一体構造となったガスヘッ
ダもある。
【0003】そして、燃料電池スタックが何段か積み重
ねられた間に、加熱源としての電気ヒータが挿入され、
燃料電池スタックと一緒に締付装置で締め付けられ、加
圧容器の中に収納されて、最終的に溶融炭酸塩型燃料電
池が作られている。なお、加圧容器も含めて燃料電池ス
タックと称する場合もある。上記加熱源として電気ヒー
タを用いる方法以外に、特開平2−186565号公報
に開示されているような触媒の作用で燃焼反応させる触
媒燃焼を利用する方法の従来技術がある。
ねられた間に、加熱源としての電気ヒータが挿入され、
燃料電池スタックと一緒に締付装置で締め付けられ、加
圧容器の中に収納されて、最終的に溶融炭酸塩型燃料電
池が作られている。なお、加圧容器も含めて燃料電池ス
タックと称する場合もある。上記加熱源として電気ヒー
タを用いる方法以外に、特開平2−186565号公報
に開示されているような触媒の作用で燃焼反応させる触
媒燃焼を利用する方法の従来技術がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような従来技術に
おいて、電気ヒータ方式は、燃料電池によって発生させ
た電力の一部を電気ヒータで消費し、燃料電池スタック
を加熱するので、燃料電池を用いた発電設備全体として
の効率に問題がある。一方、開示された触媒燃焼方式
は、燃料電池スタック内に数〜数十セル毎に触媒層を設
け、該触媒層へ燃料ガスと空気を供給し触媒燃焼させ
て、燃料電池スタックを加熱するものである。そして、
燃料電池の運転状態に応じて、燃料電池の各セル積層部
へ供給するアノードガス及びカソードガス量を調節する
と同時に、各触媒層へ供給する燃料ガスと空気量も調節
している。従って、触媒層へ燃料ガスと空気を給排する
加熱用ガス配管が設けられ、該燃料ガスと空気量を制御
する加熱用制御機構も設けられている。このように、従
来技術の触媒燃焼方式は、加熱用ガス配管や制御機構に
より燃料電池または燃料電池を用いた発電設備が複雑に
なるという問題がある。
おいて、電気ヒータ方式は、燃料電池によって発生させ
た電力の一部を電気ヒータで消費し、燃料電池スタック
を加熱するので、燃料電池を用いた発電設備全体として
の効率に問題がある。一方、開示された触媒燃焼方式
は、燃料電池スタック内に数〜数十セル毎に触媒層を設
け、該触媒層へ燃料ガスと空気を供給し触媒燃焼させ
て、燃料電池スタックを加熱するものである。そして、
燃料電池の運転状態に応じて、燃料電池の各セル積層部
へ供給するアノードガス及びカソードガス量を調節する
と同時に、各触媒層へ供給する燃料ガスと空気量も調節
している。従って、触媒層へ燃料ガスと空気を給排する
加熱用ガス配管が設けられ、該燃料ガスと空気量を制御
する加熱用制御機構も設けられている。このように、従
来技術の触媒燃焼方式は、加熱用ガス配管や制御機構に
より燃料電池または燃料電池を用いた発電設備が複雑に
なるという問題がある。
【0005】従って、本発明の目的は、配管構造や制御
機構が簡素である加熱源を有する溶融炭酸塩型燃料電池
を提供することにある。
機構が簡素である加熱源を有する溶融炭酸塩型燃料電池
を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する溶融
炭酸塩型燃料電池は、電解質板と電極とセパレータとが
順次積層されたセル積層部と、該セル積層部で電気化学
的に反応させるためのアノードガスおよびカソードガス
を給排するガスヘッダとから構成される燃料電池スタッ
クを備え、該燃料電池スタックに、前記反応し終えた前
記アノードガスと前記カソードガスとを触媒の作用で燃
焼反応させる触媒燃焼手段を設けた溶融炭酸塩型燃料電
池において、該触媒燃焼手段が触媒焼成で発生する有害
物質を、化学反応処理する燃焼反応室を有することを特
徴とする。
炭酸塩型燃料電池は、電解質板と電極とセパレータとが
順次積層されたセル積層部と、該セル積層部で電気化学
的に反応させるためのアノードガスおよびカソードガス
を給排するガスヘッダとから構成される燃料電池スタッ
クを備え、該燃料電池スタックに、前記反応し終えた前
記アノードガスと前記カソードガスとを触媒の作用で燃
焼反応させる触媒燃焼手段を設けた溶融炭酸塩型燃料電
池において、該触媒燃焼手段が触媒焼成で発生する有害
物質を、化学反応処理する燃焼反応室を有することを特
徴とする。
【0007】
【作用】上記構成とすれば、発電反応し終えたアノード
ガスとカソードガスとを利用して触媒燃焼させ、燃料電
池スタックを加熱する加熱源を得るので、加熱専用のガ
ス配管や制御機構が不要となり、簡素なる溶融炭酸塩型
燃料電池が提供される。さらに、通常の発電運転時、高
温保管運転時、焼成工程の処理時に分けて説明する。発
電運転時は、電池本体のアノード側へ燃料ガスを、カソ
ード側へ酸化剤ガスを供給して発電反応を生じさせ、電
力を取り出している。溶融炭酸塩型燃料電池の場合、発
電反応は次の化学反応の反応式により表わされる。
ガスとカソードガスとを利用して触媒燃焼させ、燃料電
池スタックを加熱する加熱源を得るので、加熱専用のガ
ス配管や制御機構が不要となり、簡素なる溶融炭酸塩型
燃料電池が提供される。さらに、通常の発電運転時、高
温保管運転時、焼成工程の処理時に分けて説明する。発
電運転時は、電池本体のアノード側へ燃料ガスを、カソ
ード側へ酸化剤ガスを供給して発電反応を生じさせ、電
力を取り出している。溶融炭酸塩型燃料電池の場合、発
電反応は次の化学反応の反応式により表わされる。
【0008】アノード側 : H2+CO3 2- → H2
O+CO2+2e- カソード側 : 1/2O2+CO2+2e- → CO3 2- 従って、アノード側へはH2を、カソード側へはCO2を
供給している。これらのガスの供給量の全てが、上記の
電池本体における発電反応で消費される訳ではなく、数
%であるが発電反応し終えた出口ガス中に残る。従っ
て、これらのアノード側とカソード側の出口ガスを、本
発明によるガスヘッダ内の触媒燃焼手段に供給し、そこ
で燃焼反応を行なって熱を発生させる。そして、この熱
を電池運転温度の維持のために用いるものである。
O+CO2+2e- カソード側 : 1/2O2+CO2+2e- → CO3 2- 従って、アノード側へはH2を、カソード側へはCO2を
供給している。これらのガスの供給量の全てが、上記の
電池本体における発電反応で消費される訳ではなく、数
%であるが発電反応し終えた出口ガス中に残る。従っ
て、これらのアノード側とカソード側の出口ガスを、本
発明によるガスヘッダ内の触媒燃焼手段に供給し、そこ
で燃焼反応を行なって熱を発生させる。そして、この熱
を電池運転温度の維持のために用いるものである。
【0009】高温保管運転時は、発電運転時におけるア
ノード入口ガスとカソード入口ガスの流量を絞って電池
本体へ供給する。電池本体から電流を取り出す回路は遮
断されているので、発電運転時に於ける発電反応は起こ
らない。この場合、アノード入口ガスとカソード入口ガ
スがそのまま本発明におけるガスヘッダ内の触媒燃焼手
段に流入し、アノード入口ガス中のH2成分とカソード
入口ガス中のO2成分とが全て触媒燃焼によって消費さ
れる。この時発生する熱が、高温保管運転に必要な熱と
なる。なお、発熱量を高温保管運転時に適した量とする
ために、アノード入口ガス量とカソード入口ガス量は調
節される。
ノード入口ガスとカソード入口ガスの流量を絞って電池
本体へ供給する。電池本体から電流を取り出す回路は遮
断されているので、発電運転時に於ける発電反応は起こ
らない。この場合、アノード入口ガスとカソード入口ガ
スがそのまま本発明におけるガスヘッダ内の触媒燃焼手
段に流入し、アノード入口ガス中のH2成分とカソード
入口ガス中のO2成分とが全て触媒燃焼によって消費さ
れる。この時発生する熱が、高温保管運転に必要な熱と
なる。なお、発熱量を高温保管運転時に適した量とする
ために、アノード入口ガス量とカソード入口ガス量は調
節される。
【0010】焼成工程とは、溶融炭酸塩型燃料電池を製
造する場合の製造工程の1つで、この工程の目的は、電
池本体を構成する部品の1つである電解質板を焼き固め
て溶融炭酸塩を含浸させることにある。焼成工程のため
の焼成用ガスは、アノード入口ガスとしてCO2が供給
され、カソード入口ガスとしてCO2とO2との混合ガス
が供給される。そして、この焼成工程において、そのま
ま大気へ排出することができない種々の有害物質が電解
質板から発生する。例えば、メタン(CH4)、エチレン
(C2H4)、エタン(C2H6)、プロピレン(C3H
6)、n-ブチルアルデヒド(CH3CH2CH2CHO)、n-ブ
チルアルコール(C4H9OH)等の炭化水素系の物質であ
る。従って、アノード出口ガスやカソード出口ガスの中
に含まれたこれらの物質を、本発明のガスヘッダに設置
した触媒燃焼手段に流入し、触媒燃焼させるものであ
る。前述のようにカソード出口ガス中には、O2がその
まま変化せずに含まれているので、上記の炭化水素系の
物質が触媒燃焼手段の触媒燃焼反応により、無害な物質
(H2O、CO2など)に変換される。
造する場合の製造工程の1つで、この工程の目的は、電
池本体を構成する部品の1つである電解質板を焼き固め
て溶融炭酸塩を含浸させることにある。焼成工程のため
の焼成用ガスは、アノード入口ガスとしてCO2が供給
され、カソード入口ガスとしてCO2とO2との混合ガス
が供給される。そして、この焼成工程において、そのま
ま大気へ排出することができない種々の有害物質が電解
質板から発生する。例えば、メタン(CH4)、エチレン
(C2H4)、エタン(C2H6)、プロピレン(C3H
6)、n-ブチルアルデヒド(CH3CH2CH2CHO)、n-ブ
チルアルコール(C4H9OH)等の炭化水素系の物質であ
る。従って、アノード出口ガスやカソード出口ガスの中
に含まれたこれらの物質を、本発明のガスヘッダに設置
した触媒燃焼手段に流入し、触媒燃焼させるものであ
る。前述のようにカソード出口ガス中には、O2がその
まま変化せずに含まれているので、上記の炭化水素系の
物質が触媒燃焼手段の触媒燃焼反応により、無害な物質
(H2O、CO2など)に変換される。
【0011】
【実施例】以下、本発明による実施例について図面を参
照し説明する。図1は、本発明による一実施例のガスヘ
ッダの外観図を示す図である。ガスヘッダ8は、内部が
3層構造になっており、アノードガス室9と、カソード
ガス室12と、触媒燃焼手段15とからなる。アノード
ガス室9にアノード入口配管10が取付けられており、
そこからアノード入口ガス11がアノードガス室9へ供
給される。カソードガス室12にカソード入口配管13
が取付けられており、そこからカソード入口ガス14が
カソードガス室12へ供給される。尚、アノードガス室
9とアノードガスヘッダ、および、カソードガス室12
とカソードガスヘッダは、同一のものであっても可であ
る。そして、触媒燃焼手段15で燃焼した排ガス17が
排ガス配管16から排出される。動作については、図2
〜図4に示すガスヘッダ8の内部構造と一緒に説明す
る。
照し説明する。図1は、本発明による一実施例のガスヘ
ッダの外観図を示す図である。ガスヘッダ8は、内部が
3層構造になっており、アノードガス室9と、カソード
ガス室12と、触媒燃焼手段15とからなる。アノード
ガス室9にアノード入口配管10が取付けられており、
そこからアノード入口ガス11がアノードガス室9へ供
給される。カソードガス室12にカソード入口配管13
が取付けられており、そこからカソード入口ガス14が
カソードガス室12へ供給される。尚、アノードガス室
9とアノードガスヘッダ、および、カソードガス室12
とカソードガスヘッダは、同一のものであっても可であ
る。そして、触媒燃焼手段15で燃焼した排ガス17が
排ガス配管16から排出される。動作については、図2
〜図4に示すガスヘッダ8の内部構造と一緒に説明す
る。
【0012】図2は、図1のアノードガス室9の内部構
造と、アノード入口ガス11およびアノード出口ガス2
1の流れを示す図である。アノード入口配管10から入
ったアノード入口ガス11は、アノードガス室9と図示
されていないセル積層部1とを連通しているマニホール
ド穴7aから、該セル積層部1へ供給される。そしてセ
ル積層部1で、電気化学的な反応としての発電反応をし
終わって、別のマニホールド穴7bからアノードガス室
9に戻って来てアノード出口ガス21となる。さらにア
ノード出口ガス21は、アノードガス室9と触媒燃焼手
段15との連通穴18から触媒燃焼手段15へ供給され
る。
造と、アノード入口ガス11およびアノード出口ガス2
1の流れを示す図である。アノード入口配管10から入
ったアノード入口ガス11は、アノードガス室9と図示
されていないセル積層部1とを連通しているマニホール
ド穴7aから、該セル積層部1へ供給される。そしてセ
ル積層部1で、電気化学的な反応としての発電反応をし
終わって、別のマニホールド穴7bからアノードガス室
9に戻って来てアノード出口ガス21となる。さらにア
ノード出口ガス21は、アノードガス室9と触媒燃焼手
段15との連通穴18から触媒燃焼手段15へ供給され
る。
【0013】図3は、図1のカソードガス室12の内部
構造と、カソード入口ガス14およびカソード出口ガス
24の流れを示す図である。カソード入口配管13から
入ったカソード入口ガス14は、カソードガス室12と
図示されていないセル積層部1とを連通しているマニホ
ールド穴7cから、セル積層部1へ供給される。そし
て、セル積層部1で発電反応した後、別のマニホールド
穴7dからカソードガス室12に戻って来て、カソード
出口ガス24となる。さらに、カソード出口ガス24
は、カソードガス室12と触媒燃焼手段15との連通穴
19から触媒燃焼手段15へ供給される。
構造と、カソード入口ガス14およびカソード出口ガス
24の流れを示す図である。カソード入口配管13から
入ったカソード入口ガス14は、カソードガス室12と
図示されていないセル積層部1とを連通しているマニホ
ールド穴7cから、セル積層部1へ供給される。そし
て、セル積層部1で発電反応した後、別のマニホールド
穴7dからカソードガス室12に戻って来て、カソード
出口ガス24となる。さらに、カソード出口ガス24
は、カソードガス室12と触媒燃焼手段15との連通穴
19から触媒燃焼手段15へ供給される。
【0014】図4は、触媒燃焼手段15の内部構造と、
アノード出口ガス21およびカソード出口ガス24の流
れを示す図である。連通穴18から触媒燃焼手段15へ
入り込んで来たアノード出口ガス21と連通穴19から
触媒燃焼手段15へ入り込んで来たカソード出口ガス2
4が触媒20が封入された燃焼反応室22へ供給され、
燃焼反応室22で触媒の働きによって燃焼反応(発熱反
応)し反応熱が発生する。そして、燃焼した排ガス17
は排ガス配管16から排出される。以上が、ガスヘッダ
の構成と動作である。
アノード出口ガス21およびカソード出口ガス24の流
れを示す図である。連通穴18から触媒燃焼手段15へ
入り込んで来たアノード出口ガス21と連通穴19から
触媒燃焼手段15へ入り込んで来たカソード出口ガス2
4が触媒20が封入された燃焼反応室22へ供給され、
燃焼反応室22で触媒の働きによって燃焼反応(発熱反
応)し反応熱が発生する。そして、燃焼した排ガス17
は排ガス配管16から排出される。以上が、ガスヘッダ
の構成と動作である。
【0015】次に、加熱源として機能する触媒燃焼手段
15の動作について説明する。通常の定格負荷による発
電運転時の場合、作用で説明したように、アノード出口
ガス21およびカソード出口ガス24中に、数%程度で
はあるが、 それぞれH2成分とO2成分とが残留してい
る。特に、カソード入口ガス14は、セル積層部1の温
度分布を調節するために多量に供給されるので、カソー
ド出口ガス24中の残留O2成分が多く、該残留O2成分
とアノード出口ガス24中のH2成分とが触媒20で充
分に反応し、反応した後の排ガス17中に可燃性ガスで
あるH2成分が含まれない位に燃焼が促進される。
15の動作について説明する。通常の定格負荷による発
電運転時の場合、作用で説明したように、アノード出口
ガス21およびカソード出口ガス24中に、数%程度で
はあるが、 それぞれH2成分とO2成分とが残留してい
る。特に、カソード入口ガス14は、セル積層部1の温
度分布を調節するために多量に供給されるので、カソー
ド出口ガス24中の残留O2成分が多く、該残留O2成分
とアノード出口ガス24中のH2成分とが触媒20で充
分に反応し、反応した後の排ガス17中に可燃性ガスで
あるH2成分が含まれない位に燃焼が促進される。
【0016】上記のように本発明は、発電反応し終えた
アノードガスおよびアノードガスを利用し触媒燃焼手段
15で燃焼反応させ、該反応熱(触媒燃焼熱)を加熱源と
して燃料電池スタックを加熱し、電池運転温度を維持す
るものである。従って、加熱専用の燃料ガスの供給が不
要であり、かつ、ガスヘッダから連通穴を介し隣接した
触媒燃焼手段に、反応し終えたアノードガスおよびアノ
ードガスが、直接、入る構造であるので、加熱専用のガ
ス配管が不要となり配管構造が簡素化される。また、燃
料電池の負荷電力量に応じて、アノードガスおよびカソ
ードガスが増えれば、その分残留成分が増え、燃焼反応
により発生する触媒燃焼熱も増加するので、加熱源の制
御が自動的に為されることになり、制御機構も簡素化さ
れる。なお、定格負荷より小さい負荷、即ち、部分負荷
による発電運転時の場合は、発電反応量を減らすため
に、アノード入口ガスとカソード入口ガスの量を減らす
のが通常の運転方法である。この場合、残留するH2成
分とO2成分の量が減り、加熱源としての触媒燃焼熱量
が減るので、各入口ガス量を必要発電反応量より若干増
加させ、電池運転温度を維持する運転方法で対応する。
アノードガスおよびアノードガスを利用し触媒燃焼手段
15で燃焼反応させ、該反応熱(触媒燃焼熱)を加熱源と
して燃料電池スタックを加熱し、電池運転温度を維持す
るものである。従って、加熱専用の燃料ガスの供給が不
要であり、かつ、ガスヘッダから連通穴を介し隣接した
触媒燃焼手段に、反応し終えたアノードガスおよびアノ
ードガスが、直接、入る構造であるので、加熱専用のガ
ス配管が不要となり配管構造が簡素化される。また、燃
料電池の負荷電力量に応じて、アノードガスおよびカソ
ードガスが増えれば、その分残留成分が増え、燃焼反応
により発生する触媒燃焼熱も増加するので、加熱源の制
御が自動的に為されることになり、制御機構も簡素化さ
れる。なお、定格負荷より小さい負荷、即ち、部分負荷
による発電運転時の場合は、発電反応量を減らすため
に、アノード入口ガスとカソード入口ガスの量を減らす
のが通常の運転方法である。この場合、残留するH2成
分とO2成分の量が減り、加熱源としての触媒燃焼熱量
が減るので、各入口ガス量を必要発電反応量より若干増
加させ、電池運転温度を維持する運転方法で対応する。
【0017】一方、燃料電池の高温保管運転時の場合
は、燃料電池から電流を取り出す回路が遮断される。従
って、セル積層部では発電反応は起こらず、発電運転時
と同じように供給された各入口ガスがそのまま各出口ガ
スとなる。従って、各出口ガスの触媒燃焼によって高温
保管運転に必要な触媒燃焼熱量が充分に得られる。しか
し、触媒燃焼熱量が多すぎる場合は、ガス中のH2成分
とO2成分のうち、どちらか一方のガスが全て燃焼した
場合に発生する触媒燃焼熱量が、高温保管運転に必要な
熱量となるように、一方または両方の入口ガス量を調整
する運転方法で対応する。
は、燃料電池から電流を取り出す回路が遮断される。従
って、セル積層部では発電反応は起こらず、発電運転時
と同じように供給された各入口ガスがそのまま各出口ガ
スとなる。従って、各出口ガスの触媒燃焼によって高温
保管運転に必要な触媒燃焼熱量が充分に得られる。しか
し、触媒燃焼熱量が多すぎる場合は、ガス中のH2成分
とO2成分のうち、どちらか一方のガスが全て燃焼した
場合に発生する触媒燃焼熱量が、高温保管運転に必要な
熱量となるように、一方または両方の入口ガス量を調整
する運転方法で対応する。
【0018】ところで、溶融炭酸塩型燃料電池の燃料電
池スタックを製造する時、各部品を製作し、各部品を組
み合わせて燃料電池スタックとし、燃料電池スタックを
焼成するという工程を経る。この最終工程としての焼成
工程は、燃料電池スタックを常温から作動温度の650℃
程度まで昇温する工程であり、電解質板を多孔質セラミ
ックス化し、溶融炭酸塩を含浸させる工程である。そし
て焼成工程で、電解質板からメタン、エチレン、エタ
ン、プロピレン、n-ブチルアルデヒド、n-ブチルアルコ
ール等の炭化水素系の有害物質(ガス等)が飛散する。こ
れらのガス等をそのまま大気へ放出することには問題が
あり、何らかの処理が必要になる。これらのガス等を無
害物質に処理する方法として、触媒の作用で化学反応さ
せて処理する方法がある。上記の化学反応処理方法の場
合、通常、溶融炭酸塩型燃料電池の製造設備ラインに焼
成工程から出るガス処理用の触媒燃焼反応装置を設置す
る。そこで、上記に示す炭化水素系のガス等も化学反応
処理することのできる触媒が封入された本発明による触
媒燃焼手段を用いれば、焼成工程の専用のガス処理装置
を設置する必要がなく、設備費の軽減に繋がる。
池スタックを製造する時、各部品を製作し、各部品を組
み合わせて燃料電池スタックとし、燃料電池スタックを
焼成するという工程を経る。この最終工程としての焼成
工程は、燃料電池スタックを常温から作動温度の650℃
程度まで昇温する工程であり、電解質板を多孔質セラミ
ックス化し、溶融炭酸塩を含浸させる工程である。そし
て焼成工程で、電解質板からメタン、エチレン、エタ
ン、プロピレン、n-ブチルアルデヒド、n-ブチルアルコ
ール等の炭化水素系の有害物質(ガス等)が飛散する。こ
れらのガス等をそのまま大気へ放出することには問題が
あり、何らかの処理が必要になる。これらのガス等を無
害物質に処理する方法として、触媒の作用で化学反応さ
せて処理する方法がある。上記の化学反応処理方法の場
合、通常、溶融炭酸塩型燃料電池の製造設備ラインに焼
成工程から出るガス処理用の触媒燃焼反応装置を設置す
る。そこで、上記に示す炭化水素系のガス等も化学反応
処理することのできる触媒が封入された本発明による触
媒燃焼手段を用いれば、焼成工程の専用のガス処理装置
を設置する必要がなく、設備費の軽減に繋がる。
【0019】即ち、焼成用ガスを燃料電池のセル積層部
に供給して燃料電池スタックを焼成し、焼成し終わった
炭化水素系のガス等を 燃料電池スタックに設けられた
触媒燃焼手段に導き、該触媒燃焼手段の触媒で該ガス等
を、例えば、燃焼反応で、化学反応処理するものであ
る。この時、炭化水素系のガス等を触媒燃焼させるに必
要な量の、O2成分を含んでいる焼成用ガスが供給され
るものとする。従って、焼成工程のガス処理のために何
ら特別の設備を加えることなく、触媒燃焼手段を流用
し、炭化水素系のガス等の処理ができる。本発明による
構造であれば、自動的に焼成反応し終わった炭化水素系
のガス等が触媒燃焼手段に導かれることは言うまでもな
い。なお、発電反応の出口ガスの燃焼反応と炭化水素系
のガス等の化学反応の両方に兼用できる触媒として、P
d、Pt、等の貴金属系の触媒、あるいはCo3O4、MnO
2、CuO、NiO等の酸化物系の触媒などがある。
に供給して燃料電池スタックを焼成し、焼成し終わった
炭化水素系のガス等を 燃料電池スタックに設けられた
触媒燃焼手段に導き、該触媒燃焼手段の触媒で該ガス等
を、例えば、燃焼反応で、化学反応処理するものであ
る。この時、炭化水素系のガス等を触媒燃焼させるに必
要な量の、O2成分を含んでいる焼成用ガスが供給され
るものとする。従って、焼成工程のガス処理のために何
ら特別の設備を加えることなく、触媒燃焼手段を流用
し、炭化水素系のガス等の処理ができる。本発明による
構造であれば、自動的に焼成反応し終わった炭化水素系
のガス等が触媒燃焼手段に導かれることは言うまでもな
い。なお、発電反応の出口ガスの燃焼反応と炭化水素系
のガス等の化学反応の両方に兼用できる触媒として、P
d、Pt、等の貴金属系の触媒、あるいはCo3O4、MnO
2、CuO、NiO等の酸化物系の触媒などがある。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、溶融炭酸塩型燃料電池
を用いた発電設備において、加熱用ガス配管や加熱用制
御機構を設置することなく、発電運転時および高温保管
運転時に燃料電池を加熱することができる効果がある。
を用いた発電設備において、加熱用ガス配管や加熱用制
御機構を設置することなく、発電運転時および高温保管
運転時に燃料電池を加熱することができる効果がある。
【0021】また、溶融炭酸塩型燃料電池の焼成工程に
おいて発生する有害物質等を燃料電池自体で無害物質に
処理することができるので、専用の有害物質等の処理設
備を設置する必要がなくなるという効果もある。
おいて発生する有害物質等を燃料電池自体で無害物質に
処理することができるので、専用の有害物質等の処理設
備を設置する必要がなくなるという効果もある。
【図1】本発明による一実施例のガスヘッダの外観図を
示す図である。
示す図である。
【図2】図1のアノードガス室9の内部構造と、アノー
ド入口ガス11およびアノード出口ガス21の流れを示
す図である。
ド入口ガス11およびアノード出口ガス21の流れを示
す図である。
【図3】図1のカソードガス室12の内部構造と、カソ
ード入口ガス14およびカソード出口ガス24の流れを
示す図である。
ード入口ガス14およびカソード出口ガス24の流れを
示す図である。
【図4】触媒燃焼手段15の内部構造と、アノード出口
ガス21およびカソード出口ガス24の流れを示す図で
ある。
ガス21およびカソード出口ガス24の流れを示す図で
ある。
【図5】溶融炭酸塩型燃料電池の燃焼電池スタックを説
明する図である。
明する図である。
1…セル積層部、2…アノードガスヘッダ、3…カソー
ドガスヘッダ、4…電解質板、5…電極、6…セパレー
タ、7,7a,7b,7c,7d…マニホールド穴、8
…ガスヘッダ、9…アノードガス室、10…アノード入
口配管、11…アノード入口ガス、12…カソードガス
室、13…カソード入口配管、14…カソード入口ガ
ス、15…触媒燃焼手段、16…排ガス配管、17…排
ガス、18,19…連通穴、20…触媒、21…アノー
ド出口ガス、22…燃焼反応室 24…カソード出口ガス
ドガスヘッダ、4…電解質板、5…電極、6…セパレー
タ、7,7a,7b,7c,7d…マニホールド穴、8
…ガスヘッダ、9…アノードガス室、10…アノード入
口配管、11…アノード入口ガス、12…カソードガス
室、13…カソード入口配管、14…カソード入口ガ
ス、15…触媒燃焼手段、16…排ガス配管、17…排
ガス、18,19…連通穴、20…触媒、21…アノー
ド出口ガス、22…燃焼反応室 24…カソード出口ガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 宏 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 平6−84536(JP,A) 特開 平5−343083(JP,A) 特開 平2−186565(JP,A) 実開 昭63−188865(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (1)
- 【請求項1】電解質板と電極とセパレータとが順次積層
されたセル積層部と、該セル積層部で電気化学的に反応
させるためのアノードガスおよびカソードガスを給排す
るガスヘッダとから構成される燃料電池スタックを備
え、該燃料電池スタックに、前記反応し終えた前記アノ
ードガスと前記カソードガスとを触媒の作用で燃焼反応
させる触媒燃焼手段を設けた溶融炭酸塩型燃料電池にお
いて、該触媒燃焼手段が触媒焼成で発生する有害物質
を、化学反応処理する燃焼反応室を有することを特徴と
する溶融炭酸塩型燃料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7173821A JP3003842B2 (ja) | 1995-07-11 | 1995-07-11 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7173821A JP3003842B2 (ja) | 1995-07-11 | 1995-07-11 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0927339A JPH0927339A (ja) | 1997-01-28 |
JP3003842B2 true JP3003842B2 (ja) | 2000-01-31 |
Family
ID=15967781
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7173821A Expired - Fee Related JP3003842B2 (ja) | 1995-07-11 | 1995-07-11 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3003842B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4969028B2 (ja) * | 2004-07-29 | 2012-07-04 | 三洋電機株式会社 | 燃料電池モジュールおよび燃料電池システム |
JP4929571B2 (ja) * | 2004-09-07 | 2012-05-09 | カシオ計算機株式会社 | 燃料電池のセパレータ及び燃料電池装置 |
JP5620174B2 (ja) * | 2010-07-21 | 2014-11-05 | 京セラ株式会社 | 燃料電池モジュールおよび燃料電池装置 |
KR20160064187A (ko) * | 2013-09-30 | 2016-06-07 | 엑손모빌 리서치 앤드 엔지니어링 컴퍼니 | 연료 전지 합성 가스 생산을 향상시키기 위한 캐쏘드 연소 방법 |
JP2017076538A (ja) * | 2015-10-15 | 2017-04-20 | Fdk株式会社 | 空気二次電池の空気極の製造方法及び空気−水素二次電池 |
-
1995
- 1995-07-11 JP JP7173821A patent/JP3003842B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0927339A (ja) | 1997-01-28 |
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