JP3063204B2 - Molten carbonate fuel cell - Google Patents

Molten carbonate fuel cell

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JP3063204B2
JP3063204B2 JP3081430A JP8143091A JP3063204B2 JP 3063204 B2 JP3063204 B2 JP 3063204B2 JP 3081430 A JP3081430 A JP 3081430A JP 8143091 A JP8143091 A JP 8143091A JP 3063204 B2 JP3063204 B2 JP 3063204B2
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JP
Japan
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flow path
oxidizing gas
fuel gas
fuel
cell
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一 斉藤
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石川島播磨重工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は溶融炭酸塩型燃料電池に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a molten carbonate fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、溶融炭酸塩型の燃料電池の研究開
発が行われている。
2. Description of the Related Art In recent years, research and development of a molten carbonate fuel cell have been conducted.

【0003】以下、図5から図8により溶融炭酸塩型の
燃料電池の一例の構造を説明する。
The structure of an example of a molten carbonate fuel cell will be described below with reference to FIGS.

【0004】1はLiCO3、K2CO3等の炭酸塩を多
孔質状物質に含浸させたり、あるいは、前記炭酸塩を保
持材と一緒にプレス成型した略水平な矩形形状の電解質
板、2は平面形状が電解質板1よりも小さく且つ該電解
質板1の上面に密着する平板状のアノード、3はアノー
ド2と略同形状で且つ前記電解質板1の下面に密着する
カソードであり、アノード2の上面には、平面形状がア
ノード2と略同形状で、板厚方向に貫通する多数の孔4
を有するパンチ板5が当接し、また、カソード3の下面
には、前記パンチ板5と略同形状のパンチ板6が当接し
ている。
[0004] 1 is a substantially horizontal rectangular electrolyte plate obtained by impregnating a porous substance with a carbonate such as LiCO 3 or K 2 CO 3 or pressing the carbonate together with a holding material. Is a flat plate-shaped anode whose planar shape is smaller than the electrolyte plate 1 and is in close contact with the upper surface of the electrolyte plate 1; On the upper surface of the substrate, a large number of holes 4 having a plane shape substantially the same as the anode 2 and penetrating in the plate thickness direction are provided.
A punch plate 5 having the same shape as that of the punch plate 5 contacts the lower surface of the cathode 3.

【0005】7は、アノード2及びパンチ板5を周方向
に取り囲む矩形枠板状のマスクプレート、8はカソード
3及びパンチ板6を周方向に取り囲む矩形枠板状のマス
クプレートであり、マスクプレート7の下面は前記電解
質板1の上面周縁部に、また、マスクプレート8の上面
は電解質板1の下面周縁部に密着している。
Reference numeral 7 denotes a rectangular frame-shaped mask plate surrounding the anode 2 and the punch plate 5 in the circumferential direction, and 8 denotes a rectangular frame plate-shaped mask plate surrounding the cathode 3 and the punch plate 6 in the circumferential direction. The lower surface 7 is in close contact with the peripheral edge of the upper surface of the electrolyte plate 1, and the upper surface of the mask plate 8 is in close contact with the peripheral edge of the lower surface of the electrolyte plate 1.

【0006】9は前記パンチ板5よりもやや平面形状が
大きい波板状部分を有するセパレータであり、該セパレ
ータ9の波板状部分の底部10は、パンチ板5の非穿孔
部分の上面及びマスクプレート7の上面に密着してい
て、セパレータ9の波板状部分の下面とパンチ板5との
間に、一端A側から他端B側へ向って略水平に延びる複
数の燃料ガス流路11を形成している。
Reference numeral 9 denotes a separator having a corrugated portion having a slightly larger planar shape than the punch plate 5. The bottom portion 10 of the corrugated portion of the separator 9 has an upper surface of a non-perforated portion of the punch plate 5 and a mask. A plurality of fuel gas flow paths 11 which are in close contact with the upper surface of the plate 7 and extend substantially horizontally from one end A to the other B between the lower surface of the corrugated portion of the separator 9 and the punch plate 5. Is formed.

【0007】一方、セパレータ9の上面には、前述した
パンチ板6、カソード3及びマスクプレート8が積層さ
れ、セパレータ9の波板状部分の頂部12は、パンチ板
6の非穿孔部分の下面及びマスクプレート8の下面に密
着していて、セパレータ9の波板状部分の上面とパンチ
板6との間に、一端A側から他端B側へ向って略水平に
延びる複数の酸化ガス流路13を形成している。
On the other hand, on the upper surface of the separator 9, the above-mentioned punch plate 6, the cathode 3 and the mask plate 8 are laminated. A plurality of oxidizing gas flow paths which are in close contact with the lower surface of the mask plate 8 and extend substantially horizontally from one end A side to the other end B side between the upper surface of the corrugated portion of the separator 9 and the punch plate 6. 13 are formed.

【0008】また、前記セパレータ9の外縁部に形成さ
れたシール部14は、マスクプレート7の上面外縁部及
びマスクプレート8の下面外縁部に密着している。
A seal 14 formed on the outer edge of the separator 9 is in close contact with the outer edge of the upper surface of the mask plate 7 and the outer edge of the lower surface of the mask plate 8.

【0009】このように、図5から図8に示す燃料電池
では、セパレータ9,9間の電解質板1、アノード2、
カソード3等により燃料電池の一構成単位であるセル1
5を形成し、該セル15を複数積層したスタック16を
構成している。
As described above, in the fuel cells shown in FIGS. 5 to 8, the electrolyte plate 1 between the separators 9, the anode 2,
Cell 1 which is a constituent unit of the fuel cell by cathode 3 and the like
5 are formed to form a stack 16 in which a plurality of the cells 15 are stacked.

【0010】また、各セル15の一端A側には、セパレ
ータ9、マスクプレート7、電解質板1、マスクプレー
ト8を略垂直に貫通し、前記燃料ガス流路11の一端に
連通する燃料ガス入口流路17と、前記酸化ガス流路1
3の一端に連通する酸化ガス入口流路18とが穿設さ
れ、また、各セル15の他端B側には、セパレータ9、
マスクプレート7、電解質板1、マスクプレート8を略
垂直に貫通し、前記燃料ガス流路11の他端に連通する
燃料ガス出口流路19と、前記酸化ガス流路13の他端
に連通する酸化ガス出口流路20とが穿設されている。
At one end A of each cell 15, a fuel gas inlet penetrating through the separator 9, the mask plate 7, the electrolyte plate 1, and the mask plate 8 substantially vertically, and communicating with one end of the fuel gas passage 11. The flow path 17 and the oxidizing gas flow path 1
An oxidizing gas inlet flow path 18 communicating with one end of each cell 3 is formed, and a separator 9,
The fuel gas passage 11 penetrates the mask plate 7, the electrolyte plate 1, and the mask plate 8 substantially vertically, and communicates with the other end of the fuel gas passage 11 and the other end of the oxidizing gas passage 13. An oxidizing gas outlet channel 20 is provided.

【0011】なお、実際は、燃料ガス流路11、酸化ガ
ス流路13の流路断面積は、燃料ガス入口流路17、燃
料ガス出口流路19、酸化ガス入口流路18、酸化ガス
出口流路20の流路断面積に比べて小さくなっている。
In practice, the cross-sectional areas of the fuel gas passage 11 and the oxidizing gas passage 13 are as follows: the fuel gas inlet passage 17, the fuel gas outlet passage 19, the oxidizing gas inlet passage 18, and the oxidizing gas outlet passage. It is smaller than the cross-sectional area of the passage 20.

【0012】上述した構成を有する燃料電池では、各セ
ル15の電解質板1を600℃程度に加熱したうえ、ス
タック16の最下段のセル15の燃料ガス入口流路17
にH2等の燃料ガスを、また、酸化ガス入口流路18に
CO2を含んだ空気等の酸化ガスを供給すると、燃料ガ
スは各セル15の燃料ガス入口流路17から燃料ガス流
路11へ流入してパンチ板5の孔4からアノード2に接
触し、また、酸化ガスは各セル15の酸化ガス入口流路
18から酸化ガス流路13へ流入してパンチ板6の孔4
からカソード3に接触し、各セル15の電解質板1を介
して行われる反応によって電解質板1内に炭酸イオンの
移動が生じ、アノード2とカソード3との間に生じる電
位差により発電が行われ、更に、燃料ガス流路11を通
過した燃料ガスは、燃料ガス出口流路19を経てスタッ
ク16の最下段のセル15から外部へ排出され、同様
に、酸化ガス流路13を通過した酸化ガスは、酸化ガス
出口流路20を経てスタック16の最下段のセル15か
ら外部へ排出される。
In the fuel cell having the above-described structure, the electrolyte plate 1 of each cell 15 is heated to about 600 ° C., and the fuel gas inlet passage 17 of the lowermost cell 15 of the stack 16 is heated.
When a fuel gas such as H 2 is supplied to the fuel cell and an oxidizing gas such as air containing CO 2 is supplied to the oxidizing gas inlet channel 18, the fuel gas flows from the fuel gas inlet channel 17 of each cell 15 to the fuel gas channel 17. The oxidizing gas flows into the oxidizing gas flow channel 13 from the oxidizing gas inlet flow channel 18 of each cell 15 and flows into the oxidizing gas flow channel 13 through the hole 4 of the punch plate 6.
From the anode 3 and the reaction carried out through the electrolyte plate 1 of each cell 15 causes the movement of carbonate ions in the electrolyte plate 1, and the electric power is generated by the potential difference generated between the anode 2 and the cathode 3, Further, the fuel gas that has passed through the fuel gas flow path 11 is discharged to the outside from the lowermost cell 15 of the stack 16 through the fuel gas outlet flow path 19, and similarly, the oxidizing gas that has passed through the oxidizing gas flow path 13 Is discharged from the lowermost cell 15 of the stack 16 to the outside via the oxidizing gas outlet flow path 20.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した燃
料電池が稼働状態であるときの各セル15によって構成
される燃料電池内の温度分布は、前述した電解質板1を
介して行われる反応により、図9に示す如く、燃料ガ
ス、酸化ガスが流入する一端A側から、燃料ガス、酸化
ガスが外部へ排出される他端B側へ近づくほど高くな
り、セル15の一端A側と他端B側とでは約100℃の
温度差が生じる。
However, the temperature distribution in the fuel cell constituted by each cell 15 when the above-mentioned fuel cell is in operation is determined by the reaction carried out through the electrolyte plate 1 described above. As shown in FIG. 9, as the fuel gas and the oxidizing gas flow from one end A side to the other end B side where the fuel gas and the oxidizing gas are discharged to the outside, the height increases. There is a temperature difference of about 100 ° C. with the side.

【0014】このため、燃料電池の他端B側寄りでは、
高温影響により電解質板1の炭酸塩に熱分解が生じやす
くなって炭酸塩の減少を招き、結果的には燃料電池の寿
命が短くなる。
Therefore, near the other end B side of the fuel cell,
Due to the high temperature, thermal decomposition of the carbonate of the electrolyte plate 1 is likely to occur, resulting in a decrease in the carbonate, and as a result, the life of the fuel cell is shortened.

【0015】本発明は上述した問題点を解決するもの
で、燃料電池のセル内における温度分布の均一化を図る
ことを目的としている。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and has as its object to make the temperature distribution in a fuel cell uniform.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明は、電解質板の一
側に配設され且つ周縁部をマスクプレートによって包囲
されたアノードと、前記電解質板の他側に配設され且つ
周縁部をマスクプレートによって包囲されたカソードと
を備えたセルを、複数積層するとともに、隣接するセル
の間に波板状部分を有するセパレータを介在させて前記
アノードとセパレータとの間にセルの一端側から他端側
ヘ向って略水平に延びる燃料ガス流路を、また、前記カ
ソードとセパレータとの間にセルの一端側から他端側へ
向って略水平に延びる酸化ガス流路を形成し、更に、前
記マスクプレート、電解質板を略垂直に貫通して燃料ガ
ス流路、酸化ガス流路のガス流通方向上流側端部に連通
する燃料ガス入口流路、酸化ガス入口流路と、前記マス
クプレート、電解質板を略垂直に貫通して燃料ガス流
路、酸化ガス流路のガス流通方向下流側端部に連通する
燃料ガス出口流路、酸化ガス出口流路とを形成した溶融
炭酸塩型燃料電池において、燃料ガス入口流路及び酸化
ガス入口流路が一端側でそれぞれ別個に連通し且つ燃料
ガス出口流路及び酸化ガス出口流路が他端側でそれぞれ
別個に連通するように複数のセルを積層して、外部から
各燃料ガス入口流路、燃料ガス流路、燃料ガス出口流路
を経て外部へ至る下部燃料ガス流通経路と外部から各酸
化ガス入口流路、酸化ガス流路、酸化ガス出口流路を経
て外部へ至る下部酸化ガス流通経路とを備えた下部スタ
ックを形成し、燃料ガス出口流路及び酸化ガス出口流路
が一端側でそれぞれ別個に連通し且つ燃料ガス入口流路
及び酸化ガス入口流路が他端側でそれぞれ別個に連通
るように複数のセルを積層して、各燃料ガス入口流路、
燃料ガス流路、燃料ガス出口流路を経て外部へ至る上部
燃料ガス流通経路と外部から各酸化ガス入口流路、酸化
ガス流路、酸化ガス出口流路を経て外部へ至る上部酸化
ガス流通経路とを備えた上部スタックを形成し、下部ス
タックの最上段に位置するセルの燃料ガス入口流路と上
部スタックの最下段に位置するセルの燃料ガス入口流路
を接続する燃料ガスバイパス流路、及び下部スタックの
最上段に位置するセルの酸化ガス入口流路と上部スタッ
クの最下段に位置するセルの酸化ガス入口流路を接続
酸化ガスバイパス流路を備えた中間分配器を、前記下
部スタックと上部スタックとの間に介在させている。
According to the present invention, there is provided an anode provided on one side of an electrolyte plate and having a peripheral portion surrounded by a mask plate, and an anode provided on the other side of the electrolyte plate and having a peripheral portion provided with a mask. A cell having a cathode surrounded by a plate, a plurality of cells are stacked, and a separator having a corrugated portion is interposed between adjacent cells, and one end of the cell to the other end between the anode and the separator. A fuel gas flow path extending substantially horizontally toward the side, and an oxidizing gas flow path extending substantially horizontally from one end of the cell to the other end between the cathode and the separator, further comprising: A fuel gas passage, an oxidizing gas inlet passage that penetrates the mask plate and the electrolyte plate substantially vertically, and communicates with the upstream end of the oxidizing gas passage in the gas flow direction; In a molten carbonate fuel cell, a fuel gas flow path, a fuel gas outlet flow path communicating with the downstream end of the oxidizing gas flow direction in the gas flow direction, and an oxidizing gas outlet flow path formed substantially vertically through the plate. The fuel gas inlet flow path and the oxidizing gas inlet flow path communicate with each other separately on one end side;
The gas outlet channel and the oxidizing gas outlet channel are
Laminate multiple cells so that they communicate separately, and
Each fuel gas inlet channel, fuel gas channel, fuel gas outlet channel
Through the lower fuel gas flow path to the outside through the
Through the oxidizing gas inlet channel, oxidizing gas channel, and oxidizing gas outlet channel.
Forming a lower stack having a lower oxidizing gas flow path to the outside and a fuel gas outlet flow path and an oxidizing gas outlet flow path separately communicating at one end side , and a fuel gas inlet flow path.
And by stacking a plurality of cells oxidizing gas inlet passage at the other end to separately communicating to <br/> so that each respective fuel gas inlet passage,
Upper part reaching outside through fuel gas flow path and fuel gas outlet flow path
Each oxidizing gas inlet channel from the fuel gas distribution channel and the outside, oxidation
Upper oxidation to the outside via gas flow path and oxidizing gas outlet flow path
A fuel gas bypass forming an upper stack having a gas flow path and connecting a fuel gas inlet flow path of a cell located at the uppermost stage of the lower stack and a fuel gas inlet flow passage of a cell located at the lowermost stage of the upper stack; The flow path and the oxidizing gas inlet flow path of the cell located at the top of the lower stack are connected to the oxidizing gas inlet flow path of the cell located at the bottom of the upper stack .
That the intermediate distributor with an oxidizing gas bypass passage, is interposed between the lower stack and the top stack.

【0017】[0017]

【作用】本発明の溶融炭酸塩型燃料電池においては、外
部から供給される燃料ガスの略半分が下部スタックの燃
料ガス流路を一端側から他端側へ向って流通するととも
に、外部から供給される燃料ガスの略半分が下部スタッ
クの酸化ガス流路を一端側から他端側へ向って流通す
る。
According to the molten carbonate fuel cell of the present invention,
Approximately half of the fuel gas supplied from the
Flow from one end to the other end
Approximately half of the fuel gas supplied from the outside
Flow through the oxidizing gas flow path from one end to the other end.
You.

【0018】また、外部から供給され且つ下部スタック
に流入しなかった残りの燃料ガスが上部スタックの燃料
ガス流路を他端側から一端側へ向って流通するととも
に、外部から供給され且つ下部スタックに流入しなかっ
た残りの酸化ガスが上部スタックの酸化ガス流路を他端
側から一端側へ向って流通し、これにより、発電に伴う
温度勾配が、下部スタックと上部スタックとで逆にな
る。
Also, the externally supplied and lower stack
The remaining fuel gas that did not flow into the
The gas flows from the other end to the one end.
At the outside, and does not flow into the lower stack
The remaining oxidizing gas flows through the upper stack oxidizing gas flow path at the other end.
Flows from one side to the other end, thereby
The temperature gradient is reversed between the lower and upper stacks.
You.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0020】図1から図3は本発明の一実施例であり、
図中、図5から図9と同一の符号を付した部分は同一物
を表わしている。
FIGS. 1 to 3 show one embodiment of the present invention.
In the drawing, the portions denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 5 to 9 represent the same components.

【0021】また、燃料電池の一構成単位であるセル1
5の構造は図5、図6に示すものと同一であり、セル1
5の構造に関する詳細な説明は省略する。
The cell 1 which is a constituent unit of the fuel cell
5 has the same structure as that shown in FIGS.
A detailed description of the structure of No. 5 is omitted.

【0022】21は燃料ガス入口流路17、酸化ガス入
口流路18が一端A側に、且つ燃料ガス出口流路19、
酸化ガス出口流路20が他端B側に位置するように複数
のセル15を積層した下部スタック、22は燃料ガス出
口流路19、酸化ガス出口流路20が一端A側に、且つ
燃料ガス入口流路17、酸化ガス入口流路18が他端B
側に位置するように複数のセル15を積層した上部スタ
ックであり、下部スタック21と上部スタック22との
間に、中間分配器23を介在させている。
Reference numeral 21 denotes a fuel gas inlet passage 17, an oxidizing gas inlet passage 18 on one end A side, and a fuel gas outlet passage 19,
A lower stack 22 in which a plurality of cells 15 are stacked such that the oxidizing gas outlet passage 20 is located on the other end B side is a fuel gas outlet passage 19, the oxidizing gas outlet passage 20 is on one end A side, and the fuel gas The inlet channel 17 and the oxidizing gas inlet channel 18 are at the other end B
This is an upper stack in which a plurality of cells 15 are stacked so as to be located on the side, and an intermediate distributor 23 is interposed between a lower stack 21 and an upper stack 22.

【0023】また、上部スタック22の最下部に位置す
るセル15の下側のセパレータ9bの一端A側には、他
のセパレータ9のようなシール部14が形成されておら
ず、セパレータ9bとパンチ板6との間に形成される酸
化ガス流路13bは、セパレータ9bの一端とマスクプ
レート8との間に形成される間隙30を介してセル15
外部と連通している。
Further, on one end A side of the separator 9b below the cell 15 located at the lowermost part of the upper stack 22, the seal portion 14 like the other separator 9 is not formed, and the separator 9b and the punch 9 The oxidizing gas channel 13b formed between the plate 6 and the plate 6 is connected to the cell 15 via a gap 30 formed between one end of the separator 9b and the mask plate 8.
Communicates with the outside world.

【0024】中間分配器23は、セパレータ9と略同形
状のセパレータ9aの上面及び下面に仕切板24,25
を取付けた構造を有し、仕切板24はセパレータ9aの
波板状部分の頂部12a及びシール部14aに、また、
仕切板25はセパレータ9aの波板状部分の底部10a
及びシール部14に密着していて、セパレータ9aと仕
切板25との間には燃料ガスバイパス流路11aが、ま
た、セパレータ9aと仕切板24との間には酸化ガスバ
イパス流路13aが形成されている。
The intermediate distributor 23 includes partition plates 24, 25 on the upper and lower surfaces of a separator 9a having substantially the same shape as the separator 9.
The partition plate 24 is provided on the top 12a and the seal portion 14a of the corrugated plate-like portion of the separator 9a,
The partition plate 25 is provided at the bottom 10a of the corrugated plate-like portion of the separator 9a.
A fuel gas bypass channel 11a is formed between the separator 9a and the partition plate 25, and an oxidizing gas bypass channel 13a is formed between the separator 9a and the partition plate 24. Have been.

【0025】仕切板25の下面は、下部スタック21の
最上部に位置するセル15の上側のセパレータ9の頂部
12及びシール部14に密着して、仕切板25とセパレ
ータ9との間に酸化ガス流路13を形成しており、仕切
板25の一端A側に穿設した上下に貫通する孔26,2
7を介して、前記燃料ガスバイパス流路11a、酸化ガ
スバイパス流路13aの一端が、下部スタック21の最
上部に位置するセル15の燃料ガス入口流路17、酸化
ガス入口流路18に連通している。
The lower surface of the partition plate 25 is in close contact with the top portion 12 and the seal portion 14 of the separator 9 above the cell 15 located at the top of the lower stack 21, and an oxidizing gas is interposed between the partition plate 25 and the separator 9. The flow path 13 is formed, and holes 26 and 2 penetrating up and down are formed on one end A side of the partition plate 25.
7, one end of the fuel gas bypass channel 11a and one end of the oxidizing gas bypass channel 13a communicate with the fuel gas inlet channel 17 and the oxidizing gas inlet channel 18 of the cell 15 located at the top of the lower stack 21. doing.

【0026】また、仕切板24の上面は、上部スタック
22の最下部に位置するセル15のセパレータ9bの底
部10及びシール部14に密着して、仕切板24とセパ
レータ9bとの間に燃料ガス流路11bを形成しており
仕切板24の他端B側に穿設した上下に貫通する孔2
8,29を介して、前記燃料ガスバイパス流路11a、
酸化ガスバイパス流路13aの他端が、上部スタック2
2の最下部に位置するセル15の燃料ガス入口流路1
7、酸化ガス入口流路18に連通している。
The upper surface of the partition plate 24 is in close contact with the bottom 10 and the sealing portion 14 of the separator 9b of the cell 15 located at the lowermost part of the upper stack 22, and the fuel gas is interposed between the partition plate 24 and the separator 9b. A hole 2 which forms a flow path 11b and is formed on the other end B side of the partition plate 24 and penetrates vertically.
8, 29, the fuel gas bypass channel 11a,
The other end of the oxidizing gas bypass channel 13a is
Fuel gas inlet channel 1 of cell 15 located at the bottom of
7. It communicates with the oxidizing gas inlet channel 18.

【0027】また、燃料ガス流路11bは、前述した酸
化ガス流路13bと同様に、セパレータ9bの一端と仕
切板24との間に形成される間隙31を介してセル15
外部と連通している。
The fuel gas flow channel 11b is connected to the cell 15 via a gap 31 formed between one end of the separator 9b and the partition plate 24, similarly to the oxidizing gas flow channel 13b.
Communicates with the outside world.

【0028】以下、本実施例の作動を説明する。Hereinafter, the operation of this embodiment will be described.

【0029】燃料電池によって発電を行う際には、各セ
ル15の電解質板1を所定の温度に加熱したうえ、下部
スタック21の最下段のセル15の燃料ガス入口流路1
7にH2等の燃料ガスを、また、酸化ガス入口流路18
にCO2を含んだ空気等の酸化ガスを供給すると、燃料
ガスの略半分は下部スタック21を構成する各セル15
の燃料ガス入口流路17から燃料ガス流路11へ流入し
て該燃料ガス流路11を一端A側から他端B側へ向って
流れ、また、酸化ガスの略半分は各セル15の酸化ガス
入口流路18から酸化ガス流路13へ流入して該酸化ガ
ス流路13を一端A側から他端B側へ向って流れ、電解
質板1を介して行われる反応によって電解質板1内に炭
酸イオンの移動が生じ、アノード2とカソード3との間
に生じる電位差により発電が行われる。
When power is generated by the fuel cell, the electrolyte plate 1 of each cell 15 is heated to a predetermined temperature, and the fuel gas inlet channel 1 of the lowermost cell 15 of the lower stack 21 is heated.
7, a fuel gas such as H 2 , and an oxidizing gas inlet passage 18.
When an oxidizing gas such as air containing CO 2 is supplied to the fuel cell, almost half of the fuel gas is supplied to each cell 15 constituting the lower stack 21.
Flows from the fuel gas inlet channel 17 into the fuel gas channel 11 and flows through the fuel gas channel 11 from one end A side to the other end B side. The gas flows into the oxidizing gas flow channel 13 from the gas inlet flow channel 18 and flows through the oxidizing gas flow channel 13 from one end A to the other end B, and enters into the electrolyte plate 1 by a reaction performed through the electrolyte plate 1. The movement of carbonate ions occurs, and electric power is generated by a potential difference generated between the anode 2 and the cathode 3.

【0030】更に、燃料ガス流路11、酸化ガス流路1
3を通過した燃料ガス、酸化ガスは、下部スタック21
を構成するセル15の燃料ガス出口流路19、酸化ガス
出口流路20を経て下部スタック21の最下段のセル1
5から外部へ排出される。
Further, the fuel gas passage 11 and the oxidizing gas passage 1
The fuel gas and the oxidizing gas that have passed through
Through the fuel gas outlet flow path 19 and the oxidizing gas outlet flow path 20 of the cell 15 constituting the lower stack 21 of the lower stack 21
5 to the outside.

【0031】一方、下部スタック21に供給した燃料ガ
ス、酸化ガスのうち、下部スタック21を構成する各セ
ル15の燃料ガス流路11、酸化ガス流路13に流入し
なかった残りのガスは、中間分配器23の燃料ガスバイ
パス流路11a、酸化ガスバイパス流路13aへ流入し
て燃料ガスバイパス流路11a、酸化ガスバイパス流路
13aを一端A側から他端B側へ向って流れ、上部スタ
ック22の各セル15の燃料ガス入口流路17、酸化ガ
ス入口流路18から燃料ガス流路11,11b、酸化ガ
ス流路13,13bへ流入して、燃料ガス流路11,1
1b、酸化ガス流路13,13bを他端B側から一端A
側へ向って流れ、下部スタック21と同様に電解質板1
を介して行われる反応によって電解質板1内に炭酸イオ
ンの移動が生じ、アノード2とカソード3との間に生じ
る電位差により発電が行われる。
On the other hand, of the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the lower stack 21, the remaining gas that has not flowed into the fuel gas passage 11 and the oxidizing gas passage 13 of each cell 15 constituting the lower stack 21 is The gas flows into the fuel gas bypass channel 11a and the oxidizing gas bypass channel 13a of the intermediate distributor 23, and flows from the one end A side to the other end B side through the fuel gas bypass channel 11a and the oxidizing gas bypass channel 13a. The fuel gas flows from the fuel gas inlet channel 17 and the oxidizing gas inlet channel 18 of each cell 15 of the stack 22 to the fuel gas channels 11 and 11b and the oxidizing gas channels 13 and 13b.
1b, the oxidizing gas passages 13 and 13b are moved from the other end B side to one end A
Flows towards the side and the electrolyte plate 1
The carbon dioxide ions move in the electrolyte plate 1 due to the reaction performed through the anode, and power is generated by the potential difference generated between the anode 2 and the cathode 3.

【0032】更に、燃料ガス流路11,11b、酸化ガ
ス流路13,13bを通過した燃料ガス、酸化ガスは、
上部スタック22の最下段に位置するセル15の一端A
側に形成された間隙31,30から外部へ排出される。
Further, the fuel gas and the oxidizing gas that have passed through the fuel gas passages 11 and 11b and the oxidizing gas passages 13 and 13b are:
One end A of the cell 15 located at the bottom of the upper stack 22
It is discharged to the outside from the gaps 31 and 30 formed on the side.

【0033】従って、本実施例の燃料電池では、図4に
示す如く、下部スタック21を構成するセル15におい
ては、該セル15内の温度が一端A側から他端B側へ向
うほど高くなる傾向を呈し、また、上部スタック22を
構成するセル15においては、該セル15内の温度が他
端B側から一端A側へ向うほど高くなる傾向を呈して、
下部スタック21と上部スタック22の温度勾配が逆に
なり、燃料電池全体としては、セル15内の温度が従来
の燃料電池のセル15の他端における温度(700℃程
度)よりも低い温度(650℃程度)に平均化され、燃
料電池の温度上昇が抑制される。
Therefore, in the fuel cell of this embodiment, as shown in FIG. 4, in the cells 15 constituting the lower stack 21, the temperature inside the cells 15 increases from one end A to the other end B. In the cells 15 constituting the upper stack 22, the temperature in the cells 15 tends to increase from the other end B side toward the one end A side.
The temperature gradient of the lower stack 21 and the upper stack 22 is reversed, and the temperature inside the cell 15 is lower than the temperature (about 700 ° C.) at the other end of the cell 15 of the conventional fuel cell (about 700 ° C.). C), and the temperature rise of the fuel cell is suppressed.

【0034】このように、下部スタック21において
は、各セル15の電解質板1の他端B側寄り部分の温度
上昇を、また、上部スタック22においては、各セル1
5の電解質板1の一端A側寄り部分の温度上昇をそれぞ
れ抑制することができるので、熱分解による炭酸塩の減
少を防止して燃料電池の寿命を延すことが可能となる。
As described above, in the lower stack 21, the temperature rise of the portion of each cell 15 near the other end B side of the electrolyte plate 1, and in the upper stack 22, each cell 1
Since it is possible to suppress the temperature rise in the portion near the one end A side of the electrolyte plate 1 of No. 5, it is possible to prevent the reduction of the carbonate due to the thermal decomposition and extend the life of the fuel cell.

【0035】なお、本発明の溶融炭酸塩型燃料電池は上
述した実施例のみに限定されるものではなく、セパレー
タの形状を変更すること、その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲において種々変更を加え得ることは勿論であ
る。
It should be noted that the molten carbonate fuel cell of the present invention is not limited to the above-described embodiment, but may be modified by changing the shape of the separator and other various changes without departing from the gist of the present invention. Of course, it can be added.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の溶融炭酸
塩型燃料電池によれば、下部スタックの各セル内を流通
する燃料ガス、酸化ガスの流通方向と、上部スタックの
各セル内を流通する燃料ガス、酸化ガスの流通方向とが
中間分配器によって逆方向になるので、下部スタックと
上部スタックの温度勾配が逆になる傾向を呈し、その結
果、各セルの温度が低くなるように平均化されるため、
電解質板の温度上昇を抑制することができ、熱分解によ
る炭酸塩の減少を防止して燃料電池の寿命を延すことが
可能になるという優れた効果を奏し得る。
As described above, according to the molten carbonate fuel cell of the present invention, the flow direction of the fuel gas and the oxidizing gas flowing through each cell of the lower stack, and the flow direction of each cell of the upper stack are determined. Since the flowing direction of the flowing fuel gas and the oxidizing gas is reversed by the intermediate distributor, the temperature gradient of the lower stack and the upper stack tends to be reversed, and as a result, the temperature of each cell decreases. To be averaged,
It is possible to suppress a rise in the temperature of the electrolyte plate, prevent a decrease in carbonate due to thermal decomposition, and prolong the life of the fuel cell.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の溶融炭酸塩型燃料電池の中間分配器の
詳細図である。
FIG. 1 is a detailed view of an intermediate distributor of a molten carbonate fuel cell according to the present invention.

【図2】図1(a)のII−II矢視図である。FIG. 2 is a view taken in the direction of arrows II-II in FIG.

【図3】本発明の溶融炭酸塩型燃料電池の全体図であ
る。
FIG. 3 is an overall view of a molten carbonate fuel cell according to the present invention.

【図4】本発明の溶融炭酸塩型燃料電池における温度分
布を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a temperature distribution in the molten carbonate fuel cell of the present invention.

【図5】従来の溶融炭酸塩型燃料電池の詳細図である。FIG. 5 is a detailed view of a conventional molten carbonate fuel cell.

【図6】図5(a)のVI−VI矢視図である。FIG. 6 is a view taken in the direction of arrows VI-VI in FIG.

【図7】従来の溶融炭酸塩型燃料電池の平面図である。FIG. 7 is a plan view of a conventional molten carbonate fuel cell.

【図8】従来の溶融炭酸塩型燃料電池の全体図である。FIG. 8 is an overall view of a conventional molten carbonate fuel cell.

【図9】従来の溶融炭酸塩型燃料電池における温度分布
を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a temperature distribution in a conventional molten carbonate fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電解質板 2 アノード 3 カソード 11,11b 燃料ガス流路 11a 燃料ガスバイパス流路 13,13b 酸化ガス流路 13a 酸化ガスバイパス流路 15 セル 17 燃料ガス入口流路 18 酸化ガス入口流路 19 燃料ガス出口流路 20 酸化ガス出口流路 21 下部スタック 22 上部スタック 23 中間分配器 Reference Signs List 1 electrolyte plate 2 anode 3 cathode 11, 11b fuel gas flow path 11a fuel gas bypass flow path 13, 13b oxidizing gas flow path 13a oxidizing gas bypass flow path 15 cell 17 fuel gas inlet flow path 18 oxidizing gas inlet flow path 19 fuel gas Outlet channel 20 Oxidizing gas outlet channel 21 Lower stack 22 Upper stack 23 Intermediate distributor

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電解質板の一側に配設され且つ周縁部を
マスクプレートによって包囲されたアノードと、前記電
解質板の他側に配設され且つ周縁部をマスクプレートに
よって包囲されたカソードとを備えたセルを、複数積層
するとともに、隣接するセルの間に波板状部分を有する
セパレータを介在させて前記アノードとセパレータとの
間にセルの一端側から他端側ヘ向って略水平に延びる燃
料ガス流路を、また、前記カソードとセパレータとの間
にセルの一端側から他端側へ向って略水平に延びる酸化
ガス流路を形成し、更に、前記マスクプレート、電解質
板を略垂直に貫通して燃料ガス流路、酸化ガス流路のガ
ス流通方向上流側端部に連通する燃料ガス入口流路、酸
化ガス入口流路と、前記マスクプレート、電解質板を略
垂直に貫通して燃料ガス流路、酸化ガス流路のガス流通
方向下流側端部に連通する燃料ガス出口流路、酸化ガス
出口流路とを形成した溶融炭酸塩型燃料電池において、
燃料ガス入口流路及び酸化ガス入口流路が一端側でそれ
ぞれ別個に連通し且つ燃料ガス出口流路及び酸化ガス出
口流路が他端側でそれぞれ別個に連通するように複数の
セルを積層して、外部から各燃料ガス入口流路、燃料ガ
ス流路、燃料ガス出口流路を経て外部へ至る下部燃料ガ
ス流通経路と外部から各酸化ガス入口流路、酸化ガス流
路、酸化ガス出口流路を経て外部へ至る下部酸化ガス流
通経路とを備えた下部スタックを形成し、燃料ガス出口
流路及び酸化ガス出口流路が一端側でそれぞれ別個に連
通し且つ燃料ガス入口流路及び酸化ガス入口流路が他端
側でそれぞれ別個に連通するように複数のセルを積層し
、各燃料ガス入口流路、燃料ガス流路、燃料ガス出口
流路を経て外部へ至る上部燃料ガス流通経路と外部から
各酸化ガス入口流路、酸化ガス流路、酸化ガス出口流路
を経て外部へ至る上部酸化ガス流通経路とを備えた上部
スタックを形成し、下部スタックの最上段に位置するセ
ルの燃料ガス入口流路と上部スタックの最下段に位置す
るセルの燃料ガス入口流路を接続する燃料ガスバイパス
流路、及び下部スタックの最上段に位置するセルの酸化
ガス入口流路と上部スタックの最下段に位置するセルの
酸化ガス入口流路を接続する酸化ガスバイパス流路を
えた中間分配器を、前記下部スタックと上部スタックと
の間に介在させたことを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電
池。
1. An anode disposed on one side of an electrolyte plate and having a peripheral portion surrounded by a mask plate, and a cathode disposed on the other side of the electrolyte plate and having a peripheral portion surrounded by a mask plate. A plurality of provided cells are stacked, and a separator having a corrugated portion is interposed between adjacent cells and extends substantially horizontally from one end of the cell to the other end between the anode and the separator. A fuel gas flow path, and an oxidizing gas flow path extending substantially horizontally from one end of the cell to the other end between the cathode and the separator, and further, the mask plate and the electrolyte plate are substantially vertically The fuel gas flow path, the fuel gas inlet flow path communicating with the gas flow direction upstream end of the oxidizing gas flow path, the oxidizing gas inlet flow path, the mask plate, the electrolyte plate substantially perpendicularly penetrates the fuel In a molten carbonate fuel cell formed with a gas flow path, a fuel gas outlet flow path communicating with the downstream end of the oxidizing gas flow direction in the gas flow direction, and an oxidizing gas outlet flow path,
Fuel gas inlet passage and the oxidizing gas inlet passage which at one end side
The fuel gas outlet flow path and the oxidizing gas output
A plurality of cells are stacked so that the mouth flow path communicates separately on the other end side, and each fuel gas inlet flow path, fuel gas
Lower fuel gas that reaches the outside through the
Flow paths and external oxidizing gas inlet channels, oxidizing gas flows
Oxidizing gas flow to the outside through the passage and oxidizing gas outlet channel
And a fuel gas outlet flow path and an oxidizing gas outlet flow path are separately connected at one end side.
The other end of the fuel gas inlet passage and the oxidizing gas inlet passage
A plurality of cells are stacked so as to communicate with each other separately on each side, and each fuel gas inlet passage, fuel gas passage, fuel gas outlet
Upper fuel gas flow path to the outside via the flow path and from outside
Each oxidizing gas inlet channel, oxidizing gas channel, oxidizing gas outlet channel
Forming an upper stack having an upper oxidizing gas flow path extending to the outside through a fuel gas inlet flow path of a cell located at the uppermost stage of the lower stack and a fuel gas inlet flow path of a cell located at the lowermost stage of the upper stack. A fuel gas bypass flow path connecting the passages, and an oxidizing gas bypass flow path connecting the oxidizing gas inlet flow path of the cell located at the top of the lower stack and the oxidizing gas inlet flow path of the cell located at the bottom of the upper stack Be prepared
A molten carbonate fuel cell, wherein the obtained intermediate distributor is interposed between the lower stack and the upper stack.
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