JPH01134867A - 積層形燃料電池 - 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〕 この発明は、積層形燃料電池、特にその電解質の加減手
段に関するものである。

〔従来の技術〕

周知の通シ、燃料電池は、対向して配置された燃料電極
と酸化剤電極との間に電解質マトリックスを配し、燃料
ガス及び酸化剤ガスを供給して運転される一種の発電装
置である。

燃料ｖ１池は、用いられる電解質の種類によって、リン
酸形、硫酸形、アルカリ形、溶融炭酸塩形などに分類さ
れる。

以下１例えばリン酸形の燃料電池を対象として説明する
が、他の種類の燃料電池に関しても同様である。

リン酸形燃料電池における電解質の補給手段としては１
例えば、特開昭５８−１６４１５２号公報に開示されて
いる手段がある。

これはリン酸なミスト化して、燃料ガス供給マニホール
ドから燃料ガス流路へ供給して各セルに吸収させて補給
するというものである。しかし。

この方法には、燃料ガス供給系及び排出系の排管。

フランジ、流路な含め全域にわたってリン酸のミストが
付着し、ステンレス網や鋼管などの腐食した）、燃料ガ
ス流路にこのミストかたまって液滴として残シ、流路を
閉塞してしまって燃料ガスの均一の流れを阻害するなど
の欠点があシ、また、リン酸補給時には、必ず運転を中
止する必要があシ、再び運転を開始するまで、リン酸補
給が適切であったかどうかがわからないという問題点も
あった。

また、特開昭５９−１０６２７３号公報にも、これと似
た方法で１反応ガスマニホールド内にリン酸蒸気発生手
段を設けたものも開示されているが、これも同じ様な欠
点を有している。

この他に、従来例としては、特開昭６０−２２５３６５
号公報に開示された補給方法がある。

この方法は、各セルに電解質補給路（外部リザーバ）を
設け、底部に電解質を下方に滴下させるに適する小孔を
備え、上面が開口した容器状体として形成された電解質
受けを、その内部が電解質補給路に通じるように、セル
スタックの側面に突出させて上下方向に整列させたもの
で、セルスタックの最上部の電解質受けに電解質を供給
することによシ、電解質を順次滴下させて、セルスタッ
ク内の全セルに電解質を補給するようにしているもので
あって、反応ガス供給用マニホールドとは別個に、電解
質補給機構全体が共通の保護カバーによシ密封的に覆わ
れている。

このような外部リザーバを用いた補給方法は。

他にも例えば特開昭５８−６１５７４号、特開昭５９−
８３３５７号、特開昭６０−２４９２５８号、特開昭５
８−４２１７９号、特開昭６０−２１６４６５号、特開
昭５９−１３６１６５号、特開昭５８−１６５２６５号
の各公報などにも明示されている。

これらの方法は、いずれも重力を利用してリン酸を順次
上部のセルから下部のセルへ滴下してゆくというもので
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来のリン酸を滴下して補給する積層形燃
料電池に共通した問題点の第１は、１個の積層形燃料電
池で通常数１００セルにも及ぶ多数のセル数の各々のセ
ルに対し、複雑なリン酸補給機構を設ける必要があシ、
このために要する手間とコストが大きいということであ
る。

第２の問題点は、各セルごとに補給されるリン酸量があ
なたまかせなので、不均一になシやすい点にある。従っ
て、セルによっては補給量が多過ぎてセルがフラッディ
ングを起むし運転不能になることも十分にあシうる。

更に、第３の問題点は、補給量が多過ぎた場合には、と
れを減する手段がなく、リン酸を加えることのみであシ
、加減する手法ではないことである。従ってリン酸を加
え過ぎた場合には、運転不能となってしまう。

以上のように、従来のこの種の積層形燃料電池には、主
として上記３点の問題点を有しておシ。

従って、リン酸等の電解質の加減は困難であった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、低コストで電解質の加減の容易な積層形燃
料電池を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る積層形燃料電池は、各セルごとに電解質
加減ガス流路を独立して設けていると共に、共通の電解
質加減ガス供給マニホールド及び電解質加減ガス排出マ
ニホールドを独立して設けておシ、上記電解質ガス流路
に温度制御された電解質加減ガスを流すように構成して
いるものである。

〔作用〕

この発明における積層形燃料電池は、上記のように構成
されているので、電解質加減ガス流路に供給される電解
質加減ガス中に含まれる電解質が多い場合には、各セル
に電解質を供給し、また。

電解質が少ない場合には、逆に各セルの電解質を電解質
加減ガス中に取り込んで、各セルの電解質を下げて各セ
ルの電解質の加減を容易にしている。

〔実施例〕

以下、この発明をその一実施例を示す図に基づいて説明
する。

第１図はこの発明の電解質の加減方法について示した構
成図であシ、符号（１）は電解質加減ガスを電極に供給
するための電解質加減ガス流路であシ、（２）はこの電
解質加減ガス流路（１）　Ｋ電解質加減ガスを供給する
ための電解質加減ガス供給マニホールド、（３）は電解
質加減ガス流路（［）から電解質加減ガスを排出する電
解質加減ガス排出マニホールド、また、（４）は燃料ガ
ス排出マニホールド、（５）は電解質加減ガスループ（
以下、ループと称す）であって、（６）は電解質加減ガ
スルーズ（３）に設けられている電解質加減ガスタンク
、（７）は電解質タンク、（８）は水タンク、（９）は
窒Ｘ（Ｎ２）タンク、（１０）は電解質加減ガスループ
（６）Ｋ設けられて同ガスを循環させるリサイクルブロ
ワ−１（１１）は各部の温度を調節するためのヒーター
、（１２）はパルプ、（１３）は電解質加減ガスの排出
口、（１４）は燃料単電池を積層して構成した積層体で
あって、その平面を示している。

また、第２図は、電解質加減ガス供給マニホールド（２
）Ｉｌｌから見出側面図であって、符号（１５）はマト
リックス層と触媒層とから成る。アクティブコンポーネ
ント、　　（１６）は燃料電極基材、　（１７）は酸化
剤電極基材、（１８）はアノード側リザーブプレート、
　　（１９）はカソード側リザーブプレート、（２０）
はガス分離板であるセパレータ、　（２１）はエンドグ
レート、（２２）はセパレータ（２０）を酸化剤ガス出
口側マニホールド内に！Ｉり出した受は体である。なお
（２３）は燃料ガス流路、（２４）は酸化剤ガス流路で
ある。

電解質の加減機構以外のコンポーネントの作用について
、例えば、多孔質な基材から成るリザーブプレートにつ
いては、特開昭８２−１６０６６２号公報Ｋ、また、受
は体（２２）については、＊開昭５９　＝　ｌ　Ｕ　８
２７８号公報に詳しく開示されている。

次に電解質の加減機構の作用について説明する。

常時はパルプ（１２）が閉じられて、ループ（５）内に
Ｎ２ガスで満たされている。

まず、電解質をセルに加える場合には、パルプ（１２）
を開いて、リサイクルブロワー（１０）を動かし、リサ
イクルを開始する。

一方、水タンク（８）、電解質タンク（７）及び電解質
加減ガスタンク（６）をヒーター（１１）によシ加熱し
、リン酸蒸気を含む水蒸気を発生させる。

このときの電解質加減ガスの温度は２６０℃〜３００℃
が望ましく、この範囲の温度であれば、かなυ多くの量
のリン酸蒸気を含むことかできる。なお、リン酸蒸気量
と温度との関係については、アールエッチ　ブラウン　
アンド　カールトン　キューウィツト（ＥＡＲＬ　Ｈ，
ＢＲＯＷＮ　ａｎｄ　ＣＡＲＬＴＯＮ　Ｑ、　Ｖｌ／Ｈ
ＩＴＴ　）によってインダストリアル　アンド　エンジ
ニアリング　ケミストリー、ボリューム４４．ナンバー
　３　　Ｐ　８１５　（１９５２）　（ＩＮＤＵＳＴＲ
ＩＡＬ　ＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＣＨＥＭＩＳ
ＴＲＹ　ＶＯＬ、４４４３　Ｐ６Ｌ５（１９５２）によ
り報告されている。

このようにして発生させた電解質加減ガスは。

リサイクルによって電解質加減ガス流路（１）を繰り返
し通過し、その際に７ノード側リザーブグレー）（１８
）や燃料電極基材（１６）に電解質が吸収され、徐々に
、セルへの電解質補給が進行する。

このとき、積層形燃料電池は運転していても、あるいは
、休止していてもよく、運転しながら電解質補給を行な
えばセル特性をモニターしながら補給できるので、補給
し過ぎる心配はない。運転しながら補給する場合には、
セルの温度は１９０〜２６０℃位であシ、また、運転休
止中の場合には、意温〜１２０℃位となるが、最高の２
０５℃でも、リン酸蒸気はｔＵ以下となる温度であるの
で、２６０℃〜３００℃で供給された電解質加減ガスに
含まれるリン酸の大部分は電解質加減ガス流路（１）内
で凝結して多孔質部材である燃料電極基材（１Ｂ）やア
ノード側リザーブプレー）　（１８）からセル全体へ浸
透する。

なお、２５０℃〜３００℃という高温のリン酸を含む水
蒸気は、そのまま直接燃料ガス流路（２３）や酸化剤ガ
ス流路（２４）から供給すると、触媒層に決定的なダメ
ージを与え、フラッディングを生ずることになるが、電
解質加減ガス流路（１）はアクティブコンポーネント（
１５）に直接接していないので、セルにダメージを与え
る心配がない。これがこの発明の大ぎな利点の一つであ
る。なお。

はんの少量補給したい場合には、２００〜２５０℃の低
温を選ぶことができる。また、各セルへの電解質の供給
はガスの形態で行なわれるので１反応ガスの場合と同様
に、各セルに均等に供給することができる。

次にセルの電解質を減する場合について述べると、この
場合には、水蒸気のみを高温でリサイクルあるいはシン
グルループで、排出口（１３）から排出し、その際、リ
ザーブグレー）（１Ｂ）や燃料電極基材（１８）から電
解質が奪われて、結果的にセル内の電解質が減じられる
。電解質は、リサイクルの途中で、凝集器などによシ凝
結除去してもよい。この手段も電極を運転中に行なうこ
とができ、電池特性をモニターしながら、セルの電解質
を減することができる。

従って、この発明によれば、セルの電解質の加減を自在
にしかも低コストで容易に行なうことができ、セル内の
電解質量を自由にコントロールすることかできる。

なお、電解質加減ガス供給及び排出マニホールド（２）
（３）内には、受は体（２２）が設けられていてもよく
、この場合は、積層体側面をしだたシ落ちる可能性が低
くなる。

また、セルへの電解質の補給の後、低温で水蒸気をリサ
イクルさせれば、セルの電解質を奪うことなく、ループ
（５）内の洗浄を行なうことかできる。

なお、上記実施例では、電解質加減ガス供給及ヒ排出マ
ニホールド（２）（３）を、燃料ガスマニホールドの横
に設けたものを示したが、酸化剤ガスマニホールドの横
に設けてもよく１反応ガスマニホールド内に２重に設け
てもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれは、各セルごとに電ｊＩ
ｌ＃質加減ガス流路を設け１反応ガスマニホールドとは
異なる共通の電解質加減ガス供給及び排出マニホールド
を設けて、これに温反制御された電解質加減ガスを流す
ように構成しているので、各セルの電解質の加減を低コ
ストで、しかも、容易に行ない得る積層形燃料電池が得
られる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施ＰＪ　Ｋよる積層形燃料電池
を示す構成図、第２図は第１図の側面図である。 （１）・・電解質加減ガス流路、（２）・・電解質加減
ガス供給マニホールド、（３）・・電解質加減ガス排出
マニホールド、（６）・・電解質加減ガスループ【ルー
プ）、（６）・・電解質加減ガスタンク、（７）・・電
解質タンク、（８）・・水タンク、（９）・・Ｎタンク
、　（１０）・・リサイクルブロワ−１（１１）・・ヒ
ーター、（１３）・・排出口、（１４）・・積層体、　
（１５）・・アクテイプコンボーネン）、（１８）・φ
燃料電極基材、（１７）・・酸化剤電極基材、（１８）
・・アノード側リザーブプレート、（１９）・・カソー
ド側すザーブプジ゛−ト、（２０）・・ガス分離板（セ
パレータ）、（２３）・・燃料ガス流路、　（２４）・
・酸化剤ガス流路。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　曾　我　道　照ｉ・　、； 第１図 １　、を角早ｔγ加ンヤ汀°スｆＫ ２　ｇ！ｆ＃箪加、Ａグ又オに糸色マニ爪−！１Ｆ′第
２図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料電幾と電解質マトリックスと酸化剤電極とを
   有して上記電極周縁部をシール材で構成した単電池、ガ
   ス分離板、上記燃料電池とガス分離板との間で両者のい
   ずれか一方の面に複数の溝にて形成した凹凸状の燃料ガ
   ス流路部、及び、上記酸化剤電極とガス分離板との間で
   両者のいずれか一方の面に複数の溝にて形成した凹凸状
   の酸化剤ガス流路部を備え、上記単電池とガス分離板と
   を交互に複数個積層して積層体を構成する積層形燃料電
   池において、各セルごとに、電解質加減ガス流路が反応
   ガス流路とは別個に設けられていると共に、反応ガスマ
   ニホールドとは別個の共通の電解質加減ガス供給マニホ
   ールド及び排出マニホールドが設けられており、上記電
   解質加減ガス流路に流される電解質加減ガスは温度制御
   されている電解質加減ガスであることを特徴とする積層
   形燃料電池。
2. （２）電解質加減ガスは電解質と水蒸気とから成る特許
   請求の範囲第１項記載の積層形燃料電池。
3. （３）電解質加減ガスはリサイクルブロワーによつてリ
   サイクルされる電解質加減ガスである特許請求の範囲第
   １項又は第２項記載の積層形燃料電池。
4. （４）リサイクルのループには、水蒸気の発生器及び電
   解質の蒸気発生器を備えている特許請求の範囲第３項記
   載の積層形燃料電池。
5. （５）電解質はリン酸であり、電解質加減ガスは３００
   ℃以下に温度制御されている特許請求の範囲第１項ない
   し第４項のいずれかに記載の積層形燃料電池。