JP5061450B2 - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池 Download PDF

Info

Publication number
JP5061450B2
JP5061450B2 JP2005319627A JP2005319627A JP5061450B2 JP 5061450 B2 JP5061450 B2 JP 5061450B2 JP 2005319627 A JP2005319627 A JP 2005319627A JP 2005319627 A JP2005319627 A JP 2005319627A JP 5061450 B2 JP5061450 B2 JP 5061450B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
fuel cell
gas
reformer
reforming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005319627A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2007128716A (ja
Inventor
勝哉 平田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kansai Electric Power Co Inc
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Kansai Electric Power Co Inc
Mitsubishi Materials Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kansai Electric Power Co Inc, Mitsubishi Materials Corp filed Critical Kansai Electric Power Co Inc
Priority to JP2005319627A priority Critical patent/JP5061450B2/ja
Priority to EP06822794.1A priority patent/EP1953858B1/en
Priority to US12/084,480 priority patent/US8034496B2/en
Priority to PCT/JP2006/321865 priority patent/WO2007052704A1/ja
Publication of JP2007128716A publication Critical patent/JP2007128716A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5061450B2 publication Critical patent/JP5061450B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • 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
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/2432—Grouping of unit cells of planar configuration
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0838—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel
    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Description

本発明は、内部改質式の燃料電池に関し、詳しくは、転化率の高い燃料改質を行うことにより発電効率の向上を図った燃料電池に関するものである。
燃料電池に導入する反応用ガスとして都市ガス等の炭化水素系の燃料ガスを用いる場合は、この炭化水素系ガス（原燃料ガス）を水素リッチなガスに改質するための燃料改質器が必要となる。
この燃料改質器は、水蒸気と原燃料ガスとを混合させて混合ガスとした後、例えば、３５０℃以上の高温雰囲気下において両者を反応させることにより、水素を生成するものである。
すなわち、改質反応（水蒸気改質）は、先ず、原燃料ガスであるメタンと水蒸気とが反応して水素と一酸化炭素とが発生し、さらに、この一酸化炭素と水蒸気とが反応することにより、二酸化酸素とともに水素が発生する。
これを反応式で示せば、以下の通りである。
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→Ｈ2＋ＣＯ
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2
上述の改質反応は吸熱反応であって、残留メタンが１％以下といった転化率の良い改質反応を行うには、燃料改質器内の改質触媒を少なくとも６４０℃、望ましくは７００℃以上に加熱する必要があることから、内部改質式の燃料電池では、改質反応に必要な熱エネルギーを燃料電池スタックから排出される高温排ガスより得るようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１９０３４号公報
ところで、固体酸化物形燃料電池を例にとると、作動温度が１０００℃前後の高温作動型では、燃料改質に要する熱エネルギーを回収するのは比較的容易であるが、作動温度が７００℃前後の低温作動型では、先の高温型に比べて排出される熱エネルギーの量も少ないことから、吸熱反応に必要な十分な熱回収を行うことが難しくなる。燃料改質器に対して十分な熱エネルギーが供給されない場合は、改質反応が不十分となり、水素リッチな改質ガスが得られなくなる虞がある。
改質不十分で改質ガス中にメタンが多量に存在すると、発電セル内において改質ガス中の炭素が析出して電池性能が急激に低下するため、効率的な発電を行えなくなるという問題が生じる。
本発明は、このような問題に鑑みて成されたもので、燃料電池スタックからの排熱を効率良く回収できる転化率の高い燃料改質器を備えた高効率の燃料電池を提供することを目的としている。
すなわち、請求項１に記載の本発明は、ハウジング内に、固体電解質層の一方の表面に燃料極層が配置され、他方の表面に酸化剤極層が配置された発電セルとセパレータとを交互に積層した直方体状の燃料電池スタックを複数配置するとともに、上記燃料極層に炭化水素ガスと水蒸気との混合ガスを改質した燃料ガスおよび上記酸化剤極層に酸化剤ガスを供給することにより発電反応を生じさせる燃料電池において、前記燃料電池スタックを、前記ハウジング内の少なくとも平面方向に４基方眼状に配設すると共に、これら燃料電池スタックの対向側面間に、改質触媒を充填し上記燃料電池スタックからの放熱を受熱して上記混合ガスを改質する扁平箱型の複数の燃料改質器を平面視において十字状に配設し、前記燃料改質器は、各々の上端部に前記燃料ガスのガス入口部が設けられ、かつ各々の下端部に前記燃料ガスのガス出口部が設けられていることを特徴としている。
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の燃料電池において、前記燃料改質器は、前記燃料電池スタックの対向側面間に収まる十字形状であることを特徴としている。
また、請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載の燃料電池において、前記燃料改質器の前記ガス入口部分に前記改質触媒が非充填の第１のバッファ領域を設けたことを特徴としている。
また、請求項４に記載の本発明は、請求項２または請求項３の何れかに記載の燃料電池において、前記燃料改質器の前記ガス出口部分に前記改質触媒が非充填の第２のバッファ領域を設けたことを特徴としている。
また、請求項５に記載の本発明は、請求項１から請求項４までの何れかに記載の燃料電池において、前記燃料電池は、発電反応に使用されなかった残余のガスを発電セルの外周部より放出するシールレス構造の固体酸化物形燃料電池であることを特徴としている。
請求項１、２に記載の発明によれば、複数の燃料電池スタックに囲まれて放射熱の熱溜まりとなるハウジング内の中央部分に燃料改質器が配設されているため、燃料改質器は対面する各々スタック側部からの放射熱を有効に受熱し、十分な改質温度にて転化率の高い燃料改質が行われるようになり、残留メタンの極めて少ない水素リッチな改質ガスを得ることができ、これにより、高効率発電が可能となる。
また、請求項３に記載の発明によれば、燃料改質器のガス入口部分に第１のバッファ領域を設けることにより、ガス入口部より導入された混合ガス（例えば、都市ガスと水蒸気の混合ガス）がこの第１バッファ領域内を広く拡散して十字形の各改質器内（触媒層内）に、満遍なく均一に供給されるようになり、改質器内の全ての改質触媒を有効に活用した効率的な改質を行うことが可能となる。
また、請求項４に記載の発明によれば、燃料改質器のガス出口部分に第２のバッファ領域を設けることにより、吸熱反応による冷却作用により燃料電池スタックが不必要に冷却されるのを防止できると共に、十字形の各改質器において発生した改質ガスが、一旦、この第２のバッファ領域内に貯留されることにより、改質ガスは各燃料電池スタックに均等に供給されるようになり、核燃料電池スタックにおいてバランスのとれた発電が行われるようになる。
以下、図１〜図４に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明が適用された固体酸化物形燃料電池の内部構成を示し、図２は本発明に係る燃料改質器の平面を示し、図３は同、燃料改質器の側面を示し、図４は燃料電池スタックの要部構成を示している。
図１において、符号１は固体酸化物形燃料電池、符号２は内壁に断熱材１８を付装したハウジング（缶体）、符号３は積層方向を縦にしてハウジング２の内部に配設した燃料電池スタックである。本実施形態では、ハウジング２内の平面方向に（ハウジング２の中央部に中心を持つ同一円上に）方眼状に４基、さらに高さ方向に４段、合計１６基の燃料電池スタック３を集合・配置した高出力の燃料電池１（燃料電池モジュール）である。
上述の燃料電池スタック３は、図４に示すように、固体電解質層４の両面に燃料極層５および空気極層（酸化剤極層）６を配した発電セル７と、燃料極層５の外側の燃料極集電体８と、空気極層６の外側の空気極集電体（酸化剤極集電体）９と、各集電体８、９の外側のセパレータ１０を順番に多数積層した構造を有する。
固体電解質層４はイットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等で構成され、燃料極層５はＮｉ等の金属あるいはＮｉ−ＹＳＺ等のサーメットで構成され、空気極層６はＬａＭｎＯ3、ＬａＣｏＯ3等で構成され、燃料極集電体８はＮｉ等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、空気極集電体９はＡｇ等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、セパレータ１０はステンレス等で構成されている。
セパレータ１０は、発電セル７間を電気的に接続すると共に、発電セル７に反応用ガスを供給する機能を有し、燃料ガスマニホールド１３より供給される燃料ガスをセパレータ１０の外周面から導入してセパレータ１０の燃料極集電体８に対向するほぼ中央部から吐出する燃料ガス通路１１と、酸化剤ガスマニホールド１４より供給される酸化剤ガスをセパレータ１０の外周面から導入してセパレータ１０の空気極集電体９に対向する面のほぼ中央部から吐出する酸化剤ガス通路１２を備えている。
この固体酸化物形燃料電池１は、発電セル７の外周部にガス漏れ防止シールを設けないシールレス構造とされており、運転時には、図４に示すように、燃料ガス通路１１および酸化剤ガス通路１２を通してセパレータ１０の略中心部から発電セル７に向けて吐出される燃料ガスおよび酸化剤ガス（空気）を、発電セル７の外周方向に拡散させながら燃料極層５および空気極層６の全面に良好な分布で行き渡らせて発電反応を生じさせると共に、発電反応で消費されなかった残余のガス（排ガス）を発電セル７の外周部から外に自由に放出するようになっている。そして、図１に示すように、ハウジング２の上部には、ハウジング２の内部空間に放出された高温度の排ガスを外部に排出するための排気管１９ａが設けられている。
また、ハウジング２内には、上記した１６基の燃料電池スタック３の他、燃料熱交換器２０やその後段（下流側）の燃料改質器３０、および空気予熱用の空気熱交換器４０等が配設されている。燃料熱交換器２０には、燃料ガス供給管１５と給水管１７が接続され、空気熱交換器４０には酸化剤ガス供給管１６が接続されている。これらの熱交換器類２０、４０や燃料改質器３０は燃料電池スタック３からの十分な熱伝達および輻射熱が得られるよう、それぞれ燃料電池スタック３の近傍の適所に配設され、ハウジング２内において効率的な熱回収が成されるように考慮されている。
ところで、燃料電池１の発電効率を向上させる一手段として、上述の燃料改質器３０における改質温度を上昇させて転化率を上げることが有効であることは、既述した通りである。
そこで、本実施形態では、上記燃料改質器３０を一体型の十字形状とし、図２に示すように、ハウジング２の中央部に中心を持つ同一円上にそれぞれ方眼状に配設された各々燃料電池スタック３の対向側面間の隙間を利用して配置すると共に、ハウジング２の底部に設けたスタック架台３７の上に上記複数の燃料電池スタック３と設置面を同一にして載置・固定している。
この燃料改質器３０において、扁平箱形の各翼部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの上端部には各々ガス入口３１が設けられ、各翼部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの下端部には各々ガス出口３４が設けられており、上端部のガス入口３１の各々が上部配管３８にて上記した燃料熱交換器２０に接続されていると共に、下端部のガス出口３４の各々が下部配管３９にて図４に示す燃料ガスマニホールド１３に接続されている。
図３に示すように、燃料改質器３０の内部には改質触媒３３が充填されているが、改質器上部のガス入口３１部分および改質器下部のガス出口３４部分には改質触媒３３が充填されない空間領域（第１のバッファ領域３２および第２のバッファ領域３５）が設けられている。尚、改質触媒３３の充填領域と上下の非充填領域（すなわち、バッファ領域３２、３５）とは、通気性の良いパンチングプレート３６にて区画されており、このパンチングプレート３６にて区画形成された領域内に改質触媒３３が充填されている。
この改質触媒３３としては、粒状の担体の表面に活性成分として、例えば、Ｎｉ系やＲｕ系の炭化水素触媒を付着したペレット触媒や、触媒自体をハニカム構造（蜂の巣構造）としたハニカム触媒等を用いることができる。
上記構成において、運転時には原燃料ガスである炭化水素ガス（例えば、都市ガス）と水蒸気の混合ガスが燃料熱交換器２０において予熱されて高温の混合ガスとなって上部配管３８を通して燃料改質器３０に誘導されると共に、各翼部３０ａ〜３０ｄのガス入口３１より各改質器内に導入される。導入ガスはそれぞれの翼部３０ａ〜３０ｄにおいて、改質触媒３３に接触して炭化水素ガスの水蒸気改質反応が行われる。この改質反応は吸熱反応であって、改質反応に必要な熱（６５０〜８００℃）は、燃料電池スタック３からの排熱を回収して得られる。
燃料改質器３０の改質反応で得られた改質ガスは下流部の各ガス出口３４より各下部配管３９を通して各燃料電池スタック３の燃料ガスマニホールド１３に導入される。各燃料電池スタック３における反応用ガスの流れは図４に示した通りである。
ここで、本実施形態の燃料改質器３０では、少なくとも平面方向４基の燃料電池スタック３に囲まれて、その放射熱の熱溜まりとなるハウジング２の中央部分に燃料改質器３０が配設されているため、燃料改質器３０は、この熱溜まり空間において対面する各々スタック側部からの放射熱を有効に受熱し、十分な改質温度を回収して転化率の高い燃料改質が行われるようになる。これにより、残留メタンの極めて少ない水素リッチな改質ガスを得て発電セル７に供給することが可能となり、高効率発電が可能となる。
特に、シールレス構造の固体酸化物形燃料電池１では、ハウジング２内に燃料電池スタック３の側部から高温の排ガスが自由に放出されるため、排熱回収には極めて都合が良く、よって、燃料改質器３０（改質触媒３３）の出口温度を安定改質が可能な６５０℃以上に確保することができ、これにより、残留メタン１％以下を実現・維持することが可能となる。
また、燃料改質器３０の上部のガス入口３１部分に第１のバッファ領域３２を設けることにより、ガス入口３１より導入された混合ガスがこのバッファ領域３２内を四方に広く拡散して十字形の各翼部３０ａ〜３０ｄ内の改質触媒３３に満遍なく均一に供給されるようになり、改質器内における全ての改質触媒を有効に活用した効率的な改質を行うことができる。
加えて、燃料改質器３０の下部のガス出口３４部分に第２のバッファ領域３５を設けることにより、この空間部分がスタック架台３７への伝熱を抑制するため、吸熱反応時の冷却作用でスタック架台３７を介して燃料電池スタック３が底部側より不必要に冷却されてしまうのを防止できると共に、各翼部３０ａ〜３０ｄ内において発生した改質ガスが、一旦、この第２のバッファ領域内に貯留された後、各下部配管３９に分配・導入されることにより、改質ガスはこれら各下部配管３９を通して各燃料電池スタック３に均等に供給されるようになり、各燃料電池スタック３においてバランスの良い発電が行われるようになる。
以上、本実施形態では、燃料改質器３０を燃料電池スタック３の対向側面間に収まる十字形状としたが、スタックの対向側面間に各々扁平箱形の燃料改質器を個々に配設する構成とすることもできる。
また、燃料電池１については、平面方向４基配置の燃料電池スタック３を縦方向に４段積み上げた構成を説明したが、積層段数はこれに限るものではないことは勿論であり、要は、燃料電池スタック３に囲まれて放射熱の熱溜まりとなる中央部分に上記燃料改質器３０が配設される構造であれば良い。
本発明に係る固体酸化物形燃料電池の内部構造を示す断面図。 本発明に係る燃料改質器の上面図。 本発明に係る燃料改質器の側面図。 本発明に係る燃料電池スタックの要部概略構成図で、運転時のガスの流れを示す。
符号の説明
１ 燃料電池（固体酸化物形燃料電池）
２ ハウジング
３ 燃料電池スタック
７ 発電セル
３０ 燃料改質器
３１ ガス入口
３２ 第１のバッファ領域
３３ 改質触媒
３４ ガス出口
３５ 第２のバッファ領域

Claims (5)

  1. ハウジング内に、固体電解質層の一方の表面に燃料極層が配置され、他方の表面に酸化剤極層が配置された発電セルとセパレータとを交互に積層した直方体状の燃料電池スタックを複数配置するとともに、上記燃料極層に炭化水素ガスと水蒸気との混合ガスを改質した燃料ガスおよび上記酸化剤極層に酸化剤ガスを供給することにより発電反応を生じさせる燃料電池において、
    前記燃料電池スタックを、前記ハウジング内の少なくとも平面方向に４基方眼状に配設すると共に、これら燃料電池スタックの対向側面間に、改質触媒を充填し上記燃料電池スタックからの放熱を受熱して上記混合ガスを改質する扁平箱型の複数の燃料改質器を平面視において十字状に配設し、
    前記燃料改質器は、各々の上端部に前記燃料ガスのガス入口部が設けられ、かつ各々の下端部に前記燃料ガスのガス出口部が設けられていることを特徴とする燃料電池。
  2. 前記燃料改質器は、前記燃料電池スタックの対向側面間に収まる十字形状であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
  3. 前記燃料改質器の前記ガス入口部分に前記改質触媒が非充填の第１のバッファ領域を設けたことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
  4. 前記燃料改質器の前記ガス出口部分に前記改質触媒が非充填の第２のバッファ領域を設けたことを特徴とする請求項２または請求項３の何れかに記載の燃料電池。
  5. 前記燃料電池は、発電反応に使用されなかった残余のガスを発電セルの外周部より放出するシールレス構造の固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れかに記載の燃料電池
JP2005319627A 2005-11-02 2005-11-02 燃料電池 Expired - Fee Related JP5061450B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005319627A JP5061450B2 (ja) 2005-11-02 2005-11-02 燃料電池
EP06822794.1A EP1953858B1 (en) 2005-11-02 2006-11-01 Fuel cell
US12/084,480 US8034496B2 (en) 2005-11-02 2006-11-01 Fuel cell
PCT/JP2006/321865 WO2007052704A1 (ja) 2005-11-02 2006-11-01 燃料電池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005319627A JP5061450B2 (ja) 2005-11-02 2005-11-02 燃料電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007128716A JP2007128716A (ja) 2007-05-24
JP5061450B2 true JP5061450B2 (ja) 2012-10-31

Family

ID=38005857

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005319627A Expired - Fee Related JP5061450B2 (ja) 2005-11-02 2005-11-02 燃料電池

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8034496B2 (ja)
EP (1) EP1953858B1 (ja)
JP (1) JP5061450B2 (ja)
WO (1) WO2007052704A1 (ja)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5109253B2 (ja) * 2005-12-05 2012-12-26 三菱マテリアル株式会社 燃料電池
JP5109252B2 (ja) * 2005-12-05 2012-12-26 三菱マテリアル株式会社 燃料電池
JP5219441B2 (ja) * 2007-09-13 2013-06-26 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 燃料電池システム
JP5113465B2 (ja) * 2007-09-18 2013-01-09 日本電信電話株式会社 平板型燃料電池スタック及びモジュール
JP2009245630A (ja) * 2008-03-28 2009-10-22 Mitsubishi Materials Corp 改質器及びそれを用いた平板型の固体酸化物形燃料電池
JP5262241B2 (ja) * 2008-03-31 2013-08-14 三菱マテリアル株式会社 固体酸化物形燃料電池
KR101446195B1 (ko) 2008-05-08 2014-10-01 주식회사 동진쎄미켐 직접 메탄올 연료전지용 이산화탄소 제거장치
DE112009003594T5 (de) * 2008-12-12 2012-05-24 Ezelleron Gmbh Brennstoffzellensystem mit Reformer
DE102011077695A1 (de) 2011-06-17 2012-12-20 Siemens Aktiengesellschaft Elektrischer Energiespeicher
JP6264544B2 (ja) * 2014-02-03 2018-01-24 Toto株式会社 固体酸化物型燃料電池装置
JP2015146266A (ja) * 2014-02-03 2015-08-13 Toto株式会社 固体酸化物型燃料電池装置
JP2016177881A (ja) * 2015-03-18 2016-10-06 富士電機株式会社 燃料電池モジュール
JP6715707B2 (ja) 2016-07-06 2020-07-01 日立造船株式会社 燃料電池システム
JP7144369B2 (ja) * 2019-07-10 2022-09-29 日立造船株式会社 燃料電池システム

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4877693A (en) * 1985-12-23 1989-10-31 Energy Research Corporation Fuel cell apparatus for internal reforming
CA1278335C (en) * 1985-12-23 1990-12-27 Bernard S. Baker Fuel cell apparatus with internal reforming
JPS62154548A (ja) * 1985-12-27 1987-07-09 株式会社小糸製作所 白熱電球
JPS63232275A (ja) * 1987-03-20 1988-09-28 Mitsubishi Electric Corp 積層型燃料電池
EP0398111A1 (de) * 1989-05-18 1990-11-22 Asea Brown Boveri Ag Vorrichtung zur Umwandlung chemischer Energie von Kohlenwasserstoffen in elektrische Energie mittels eines elektrochemischen Hochtemperaturprozesses
JPH0831322B2 (ja) * 1989-09-20 1996-03-27 株式会社日立製作所 内部改質型燃料電池およびそれを用いた発電プラント
US4983471A (en) * 1989-12-28 1991-01-08 Westinghouse Electric Corp. Electrochemical cell apparatus having axially distributed entry of a fuel-spent fuel mixture transverse to the cell lengths
US5340664A (en) * 1993-09-29 1994-08-23 Ceramatec, Inc. Thermally integrated heat exchange system for solid oxide electrolyte systems
JPH07272741A (ja) * 1994-03-31 1995-10-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 円筒型固体電解質型燃料電池のモジュール構造
DE4438555C1 (de) * 1994-10-28 1996-03-07 Mtu Friedrichshafen Gmbh Brennstoffzellenanordnung mit Reformierungseinrichtung
DE19812155C2 (de) * 1998-03-20 2002-11-14 Forschungszentrum Juelich Gmbh Anordnung zur Energieumwandlung, umfassend mindestens zwei Brennstoffzellenstapel und mindestens eine Reformereinheit, sowie eine Verwendung der Anordnung
US6200696B1 (en) * 1999-02-16 2001-03-13 Energy Research Corporation Internal reforming fuel cell assembly with simplified fuel feed
US7001684B2 (en) * 2003-01-24 2006-02-21 General Electric Company Systems for planar fuel cell interconnect units
DE10310642A1 (de) * 2003-03-12 2004-09-23 Forschungszentrum Jülich GmbH Hochtemperatur-Brennstoffzellensystem
JP2005019034A (ja) 2003-06-24 2005-01-20 Mitsubishi Materials Corp 固体酸化物形燃料電池
US7422810B2 (en) 2004-01-22 2008-09-09 Bloom Energy Corporation High temperature fuel cell system and method of operating same
US7335432B2 (en) * 2004-04-30 2008-02-26 Motorola, Inc. Solid oxide fuel cell portable power source

Also Published As

Publication number Publication date
US8034496B2 (en) 2011-10-11
US20090136813A1 (en) 2009-05-28
EP1953858B1 (en) 2014-06-18
EP1953858A1 (en) 2008-08-06
EP1953858A4 (en) 2009-11-25
JP2007128716A (ja) 2007-05-24
WO2007052704A1 (ja) 2007-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5061450B2 (ja) 燃料電池
CA2397682C (en) Multipurpose reversible electrochemical system
JP5109252B2 (ja) 燃料電池
JP5109253B2 (ja) 燃料電池
AU2002219941A1 (en) Multipurpose reversible electrochemical system
JP4956946B2 (ja) 燃料電池
JP2009099437A (ja) 燃料電池モジュール
JP4797352B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池
JP2005327553A (ja) 固体酸化物形燃料電池
JP4501367B2 (ja) 燃料電池
JP4513282B2 (ja) 燃料電池
US20060046118A1 (en) Fuel cell stack having improved cooling structure
JP2007005134A (ja) 水蒸気発生器および燃料電池
JP4544055B2 (ja) 燃料電池
JP2008251237A (ja) 燃料電池
JP5228342B2 (ja) 燃料改質器および燃料電池
JP2005019034A (ja) 固体酸化物形燃料電池
JP2006059549A (ja) 燃料電池発電装置
JP5077384B2 (ja) 燃料電池
JP4706191B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池
JP6187209B2 (ja) 燃料電池装置
JP3240785B2 (ja) 内部改質燃料電池
KR101912209B1 (ko) 일체형 고체산화물연료전지 발전시스템
JP2009245631A (ja) 燃料電池スタック及びこれを用いた固体酸化物形燃料電池
JP2015130318A (ja) 燃料電池装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20081031

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111004

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111202

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120710

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120723

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150817

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees