JPH01117278A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネル
ギーに変換させるエネルギ一部門で用いる燃料電池に関
するものである。

［従来の技術］ 現在までに提案されている燃料電池のうち、溶融炭酸塩
型燃料電池は、第３図に示す如く、電解質として溶融炭
酸塩を多孔質物質にしみ込ませてなる電解質板（タイル
）１の両面を、カソード（酸素極）２とアノード（燃料
極）３の画電極で挟み、カソード２側に酸化ガスＯＧを
供給すると共にアノード３側に燃料ガスＦＧを供給する
ことによりカソード２とアノード３との間で発生する電
位差により発電が行われるようにしたものを１セルとし
、各セルをセパレータ４を介して多層に積層させるよう
にしである。

燃料電池は、運転中に電解質板１及びカソード２、アノ
ード３の各電極で発熱するので、この熱を除去し電解質
板１を適正な温度範囲に保ち、更に電池内をできる限り
均一な温度分布にすることが燃料電池の性能と構造健全
性を維持するために必要である。

そのため、従来では、第４図に示す如く、電解質板１及
びカソード２、アノード３の電極を挟んで流れる酸化ガ
スＯＧと燃料ガスＦＧが並行流となるようにすると共に
、セパレータ４を挟んで流れる酸化ガスＯＧと燃料ガス
ＦＧとは対向流となるようにして、１セルごとに酸化ガ
スＯＧと燃料ガスＦＧの流れ方向が逆になるようにした
交換流方式が採用され、かかる交換流方式で電解質板１
を適正な温度範囲に保つようにしている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、上記交換流方式により燃料電池の冷却を行う
場合は、電解質板１の最高温度を低く抑えることに効果
的であるが、第５図に示す如く、燃料電池の排出側のガ
ス温度は相変らず高温であり、又、供給側のガスは発電
部で反応するに必要な温度まで昇温する必要がある（第
５図中、Ａはカソードガスの、Ｂはアノードガスの、Ｃ
はセルの８熱の移動を示す曲線である）。

従来の燃料電池では、第３図において、マニホールド部
と電極との間に熱交換部を設ける考え方は全くなかった
ため、供給側のガスを発電部で反応に必要な温度まで昇
温させるために、電池に設けられたガス供給側の流路孔
には予熱されて昇温されたガスを流す必要があると共に
、ガス排出側の流路孔では高温のままのガスが流される
ことになっていた。したがって、ガス′の供給側及び排
出側の各流路孔に接続される配管には高温のガスが流さ
れることになることからこれら配管に鉄系材料が使用で
きない等、配管設計が大変であると共に、供給側のガス
を予熱するガスの予熱器も必要とされていた。

そこで、本発明は、供給側のガスを発電部での反応に必
要な温度に昇温し且つ排出側でも高温のまま流す場合に
、上記ガスの供給側及び排出側の各流路孔を流れるガス
温度を低くできるようにして、配管設計を容易にすると
共に、ガスの予熱器を不要にし、更に、パツキンの信頼
性を高めてシールの信頼性を向上させることを目的とす
るものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記目的を達成するために、電解質板を挟む
ように両面にカソードとアノードを配した１セルをセパ
レータを介して多層に積層するようにし、且つ電解質板
及び電極を挟んで流れる酸化ガスと燃料ガスの並行流を
各セルごとに逆にしてセパレータを挟んで流れる酸化ガ
スと燃料ガスが対向流となるようにした燃料電池におい
て、上記カソード、アノードが配置された中央部分の発
電部の両端側に、ガスを対流させるようセパレータの表
裏両面に伝熱促進体を形成してなる予熱部を設けた構成
とする。

［作　　用］ セパレータを挟んで対向流となっている酸化ガスの供給
側（入口側）では、燃料ガスの排出側が対応し、酸化ガ
スの排出側では、燃料ガスの供給側が対応している。酸
化ガスを冷却用ガスとして用いるため酸化ガスの流量が
燃料ガスの流量よりも多くしであるが、各ガスの供給側
と排出側には、セパレータの両面に多くの伝熱促進体が
設けられていて、この部分にガスが流れる。各ガスの排
出側の温度は高いので、酸化ガスの供給側では、予熱部
で供給される酸化ガスと隣接する排出側の燃料ガスが積
極的に熱交換されて酸化ガスが予熱されると共に、燃料
ガスの供給側の更に隣りにある排出側の酸化ガスによっ
ても上記供給側の酸化ガスは予熱される。

この場合、酸化ガスの流量が多いので、はとんど酸化ガ
ス同士で熱交換されている状態になる。

同様に酸化ガスの排出側では、高温の酸化ガスと低温の
燃料ガスとがセパレータを介して熱交換して燃料ガスは
予熱され、酸化ガスは降温されて排出される。これによ
り供給されるガスは昇温されて発電部に導かれ、排出さ
れるガスは降温されて排出され、供給側及び排出側の配
管に高耐熱材料でない安価な金属材料が使用できる等、
設計が容易になる。

［実　施　例］ 以下−１本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図に示す如く、電解質板１の両面をカソ−ド２とア
ノード３とで挟み、カソード２側に酸化ガスを供給し、
アノード３側に燃料ガスを供給するようにしである１セ
ルを、セパレータ４を介して多層に積層するようにしで
ある構成において、電解質板１のガス流れ方向の両端外
方に絶縁材（アルミナファイバ、溶融塩、等）５を各セ
ルごとに配し、且つ電解質板１を挟むようにカソード２
とアノード３が配置されている発電部■のガス流れ方向
両端にカバープレート６．７を各セルごとに配し、上記
周辺部に絶縁材５及びカバープレート６．７を配した各
セルを多層に積層するときの仕切り板となるセパレータ
４に、上記カバープレート６．７を固定させ、各セルの
カバープレート６．７がセパレータ４の両面のガス通路
形成用凹凸の凸部に接して支持されるようにする。又、
上記セパレータ４と、該セパレータ４に固定したカバー
プレート６．７のガス流れ方向の周辺部には、酸化ガス
ＯＧ及び燃料ガスＦＧの各供給用及び排出用の流路孔８
，１０及び９，１１を設け、各セパレータ４の上記各流
路孔を設けたマニホールド部と前記発電部工との間に、
表裏両面共に発電部■におけるガス通路形成用の凹凸の
ピッチよりも狭いピッチとして多数の凹凸を形成し、カ
バープレート６．７に接するスペーサ兼伝熱促進体１２
の数を多く且つ不連続に設けてガスが拡散されて流され
るようにしたガスの予熱部■とし、表裏両面の各予熱部
■が異なるガスの供給側と排出側の所定の流路孔に切欠
き１３にて連通し、交換流方式の酸化ガスＯＧは各セル
のカソード２側へ、又、燃料ガスＦＧは各セルのアノー
ド３側へそれぞれ導かれて反対側から排出され、この間
に両端の予熱部で両ガスの熱交換が行われるようにする
。１４は絶縁材５の周辺のマニホールド部に用いるアス
ベスト級のパツキンである。

今、第１図では、成るセルにおけるカソード２側へ酸化
ガスＯＧが供給される状態を示しており、当該セルの下
側に位置するセパレータ４の上面（表面）に、酸化ガス
供給流路孔８が切欠き１３にて開口させられ、該供給側
の流路孔８からの酸化ガスＯＧのみがセパレータ４の表
面側を流れるようにしである場合が示されている。

燃料電池のセルを挟んで並行流となる酸化ガスと燃料ガ
スは、ともに発電部で昇温されて高温の状態で排出側に
導かれる。本発明では、発電部工の両端に予熱部■を設
けた構成としであるため、１セルごとにガスの流れ方向
が逆になっても、各酸化ガスの供給側では、予熱部■に
おけるセパレータ４両面の多数のスペーサ兼伝熱促進体
１２により高温の排出側燃料ガスＦＧと低温の酸化ガス
ＯＧとの間で積極的に熱交換が行われ、燃料ガスＦＧは
予熱部■で降温されて排出され、酸化ガスＯＧは予熱部
■で昇温されて発電部■へ導かれる。

次に、酸化ガスＯＧの排出側でも、酸化ガスＯＧは発電
部■より高温の状態で予熱部■、へ導かれ、一方、セパ
レータ４を挟んで流れる燃料ガスは、低温であるが、予
熱部■で酸化ガスとの間の熱交換により昇温されて発電
部へ導かれ、酸化ガスは降温されて排出される。

上記各セルごとの酸化ガスと燃料ガスの流れ方向におけ
る温度変化は、第２図に示すとおりであり、発電部■の
両端に予熱部■を設け、ここで流入ガスと流出ガスを積
極的に熱交換させることになる。たとえば、第２図の左
側の予熱部■でみると、カソードガスＡの供給側では、
カソードガスＡは隣接する排出側のアノードガスＢによ
り加熱されると共に排出側のカソードガスＡによっても
加熱されることになる。このように、１つの電池の中で
、流入するガスの温度を昇温させることから従来の第５
図の場合に比して低温の状態で導入できることになり、
又、流出するガスの温度は降温させることから低温の状
態で排出できることになる。これによりガスの供給及び
排出の管路は耐熱性を考慮する必要がなくなって高耐熱
材料でない安価な金属材料の使用が可能となって配管設
計が容易になると共に、供給側のガスを予熱する手段を
別個設ける必要もなくなる。

なお、本発明の燃料電池は、上記した実施例のものに限
定されるものではなく、たとえば、予熱部■を形成する
セパレータ４の両端部では、ガスの流れを悪くして熱交
換効率を高めるようにできればコルゲート方式、スプリ
ットタイプフィン、その仙図示以外の形状のものでよく
、又、絶縁材５は省略してもよいこと、その池水発明の
要旨を逸脱しない範囲内で種々変更をｈａえ（ｑること
、等は勿論である。

［発明の効果］ 以上述べた如く、本発明の燃料電池によれば、電解質板
の両面にカソードとアノードで挟むように配した１セル
をセパレータを介して多層に積層し、１セルを挟んで酸
化ガスと燃料ガスが並行流となるようにし、これを１セ
ルごとに逆方向となるようにした構成において、内部の
発電部のガス流れ方向両端に、セパレータを介して積極
的に熱交換を行わせるようにした予熱部を設け、供給側
の低温のガスを予熱部で昇温させ、又、排出側の高温の
ガスを降温させることを１つの電池の中で行わせるよう
にしであるので、供給側及び排出側のガスは低温で取り
扱えるので、配管として鉄系の材料が使用できることに
なって配管設計が容易になると共に、供給されるガスの
予熱器が不要になり、又、パツキンに信頼性のあるアス
ベスト系のものが使用できてシールの信頼性が向上する
、等の優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本癲明の実施例を示す部分の断面図、第２図は
本発明による交換流方式の熱の移動を示１図、第３図は
従来の燃料電池の一例を示す断面図、第４図は交換流方
式のガスの流れ方向を示す斜視図、第５図は第４図の場
合の熱の移動を示す図である。 １・・・電解質板、２・・・カソード、３・・・アノー
ド、４・・・セパレータ、６，７・・・カバープレート
、１２・・・スペーサ兼伝熱促進体、■・・・発電部、
■・・・予熱部。 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）電解質板を挟むように両面にカソードとアノードを
   配した１セルをセパレータを介して多層に積層するよう
   にし、且つ電解質板及び電極を挟んで流れる酸化ガスと
   燃料ガスの並行流を１セルごとに逆にしてセパレータを
   挟んで流れる酸化ガスと燃料ガスが対向流となるように
   した燃料電池において、上記カソード、アノードが配置
   された電池中央部の発電部のガス流れ方向両端側に、セ
   パレータの両面に多数の伝熱促進体を設けてなる予熱部
   を形成し、供給されるガスも排出されるガスも予熱部を
   通るようにしてなることを特徴とする燃料電池。