JPH01189869A - 加圧型燃料電池 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は溶融炭酸塩の加圧型燃料電池に関する。

（従来の技術） 近年、次世代の燃料電池として溶融炭酸塩型燃料電池の
開発が進められている。溶融炭酸塩型燃料電池は、炭酸
塩からなる電解質を高温下で溶融状態にし、電極反応を
生起させるもので、リン酸型、固体電解質型等の他の燃
料電池に比べ、電極反応が起り易く、発電熱効率が高い
うえ、高価な貴金属触媒を必要としない等の特長を有し
ている０ ところで、このような溶融炭酸塩型燃料電池では１つの
燃料電池で得られる起電力が１ｖと低いため、高出力の
発電プラントを構成するには、複数の単位電池を直列に
積層して燃料電池本体を構成し、各単位電池の加算出力
を得るようにしなければならない。したがって、この種
の燃料電池は、次のように構成される。

すなわち、各単位電池は一対の多孔質電極板（γノード
電極とカソード電極）と、これら０間に介在されたアル
カリ炭酸塩からなる電解質層とで構成される。これら単
位電池は、セパレータを介して積層される。セパレータ
は、各単位電池間の電気的な接続機能と、各電極板への
反応ガスの通路を形成する機能とを兼備えたものである
。

燃料電池本体の４つの側面には、反応ガスの分配、回収
機能を有するマニホールドが当てがわれている。そして
、これらマニホールドのうちの一つに酸化剤ガスを供給
するとともに隣接するマニホールドに燃料ガスを供給し
、アノード側電極において、 Ｈ，＋ＣＯ，”−→Ｈ，Ｏ＋ＣＯ，＋２ｅ−なる反応を
、またカソード側電極において、１　／　２０１　　＋
　ＣＯ！　　＋　２６−→ＣＯＨ”　−なる反応を生起
せしめ、直流出力を得た後、それぞれの対向するマニホ
ールドからガスを排出させるようにしている。なお、各
単位電池の周縁部には、上記両反応ガスの燃料電池本体
内部における交差混合を防止するため溶融炭酸塩による
ウェットシールが形成される。また、燃料電池本体とマ
ニホールドとの間にも、上記両ガスの漏洩を防止するた
めのウェットシールが形成される。ところで上記のウェ
ットシール部のシール性は完全でなくアノード側電極に
供給される水素ガスは漏出しやすい。また電池積層体の
温度が６００〜７００　ＱＣと高い為に加圧容器内に設
置した電池積層体に保温材でおおっても加圧容器と電池
積層体間のカバーガス温度は上昇する。

従来例を第４図に示す。窒素ガスやアルゴンガス等のパ
ージガスはガス容器１から減圧弁２で減圧されて加圧容
器３に流入する。電池積層体４は加圧容器３に固定され
、かつ外周部を保温材５でおおわれている。電池積層体
４の熱により昇温したパージガスは加圧容器上部から触
媒装置６を経てパージガス中の水素を水に変換した後に
大気中に放出したりしていた。

（発明が解決しようとする課題） 現在、単位電池の大きさは５９ｃｍ角から１５０ｃｍ角
程度の大吉さとなり、従来のような加圧容器内のパージ
ガスを大気放出すると大量のパージガスが必要となり、
またパージガスを加圧容器内に充填のみでは水素濃度が
高くなり、反応ガスの酸素も同時にパージガス中に漏出
すると水素と酸素の爆発の危険性や水素と酸素の燃焼反
応によりパージガス温度の上昇や一酸化炭素濃度の上昇
等の問題がある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） パージガスを供給系と循環系に分離し、循環系として熱
交換器と水素吸蔵合金、送風機を設け、熱交換器で温度
を下げ、水素吸蔵合金に水素成分のみを吸蔵させて、送
風機にて加圧容器にもどすパージガスの循環系を形成さ
せる。また、加圧容器からもれ出したパージガスを補う
ためにガス容器からパージガスを補充する。

（作用） 水素吸蔵合金としては、ＭｇＮ　ｉｓ　ＬａＮ　ｉ　ｓ
　。

ＴｉＦｅ等の金属水素化物等である。水素吸蔵合金でパ
ージガス中の水素成分のみを吸蔵させて送風機に吸込み
、加圧容器内に吐出する。この時にパージガス温度が高
い場合に熱交換器にてパージガスを冷却した後に水素吸
蔵合金にパージガスを流通させる。以上のようにパージ
ガスは燃料電池運転中に熱交換器、水素吸蔵合金、送凰
時、加圧容器の順に流路を流通し、加圧容器中の水素濃
度を一定値以下に保つ。また水素吸蔵合金の水素吸蔵性
能が低下すると別の水素吸蔵合金に流路を変更し、連続
的に水素吸蔵性能を一定値以上に保つ、水素ガスを多量
吸蔵した水素吸蔵合金は吸蔵した水素を大気放出または
触媒で水に変換または、ガス容器中に流入させる。

（実施例） 第１図の実施例を用いて説明する。加圧容器３の中に単
位電池をセパレータで介して複数積層してなる燃料電池
積層体４が設けられている。燃料電池積層体４の運転時
の温度が６００〜７００℃と高いために加圧容器３と燃
料電池積層体４との間には熱的に絶縁する保温材５を介
して固定されかつす料電池積層体４の外周部を保温材５
でおおう。第１図では燃料電池積層体４に供給される反
応ガス供給系やマニホルド等は図示してない。

加圧容器３に供給する窒素ガスやアルゴンガス等のパー
ジガスはガス容器１から減圧弁２を介して圧力を調整し
ながら所定の圧力（０，２〜０．８ＭＰａ程度）まで昇
圧する。次に加圧容器３内のパージガス圧力が所定の圧
力に達すると減圧弁２は閉じられる。バルブｖ１、ｖ２
、ｖ３、ｖ５が閉じ送風機８に通電して、加圧容器３、
バルブＶ４、Ｖ６、水素吸蔵合金７　ａ　ｓ送風機８の
流路をパージガスが流通する。水素吸蔵合金７ａの水素
吸蔵性能が低下し始めるとバルブ■１、ｖ３を開け、バ
ルブ■４、■６を閉じて、水素吸蔵合金７ｂにパージガ
スを流通させる。水素吸蔵合金７ａの吸蔵水素は触媒を
介して大気放出や直接の大気放出又はガス容器に回収し
たりする。水素吸蔵合金７ｂの水素吸蔵性能が低下する
と水素吸蔵合金７ａにパージガスを流通させるように水
素吸蔵合金７ａと７ｂは交互に用いる。減圧弁２は加圧
容器３内のパージガス圧力により開閉し、パージガス圧
力を調整する。

第２図は第２の実施例を示す。第２図は第１図に熱交換
器９を付加し、熱交換器９に冷却水１０を流通させてパ
ージガスを冷却するものである。

第３図は第３の実施例を示す。第３図は第２図にバルブ
ｖ７を水素吸蔵合金７ａ１７ｂに並列に設けたものであ
る。加圧容器３内の水素濃度が一定値以下の場合にバル
ブ■７を開けてパージガスを流通させる。

また、送風機８を加圧容器内水素濃度を測定することに
上り運転停止を行ってもよい。

〔発明の効果〕

本発明の実施例によりガス容器から加圧容器中に流通す
るパージガス量は常時パージガスを大気放出する従来方
法に比べて大幅に減少できる。

また、燃料電池運転時の加圧容器へのパージガス流入撮
が少ないために加圧容器中の圧力制御は容易となる。

この他に第１図はパージガス温度が低い場合に利用でき
、構成が簡易である。第２図はパージガス温間が高い場
合（１００〜３００°Ｃ）にパージガス温度を熱交換器
にて３０〜６０°Ｃに下げ、水素吸蔵合金にパージガス
中の水素ガスを吸蔵させるもので、加圧容器中のパージ
ガス温度を下げ、計θす線の電気絶縁を容易にする。第
３図は加圧容器内の水素ガス濃度により水素吸蔵合金を
バイパスさせてパージガスを流通させて、送風機の消費
電力を下げることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示す構成図、第２図
は第２の実施例を示す構成図、第３図は第３の実施例を
示す構成図、第４図は従来の構成図である。 １・・ガス容器、 ３・・・加圧容器、 ４・・・燃料電池積層体、 ５・・・保温材、 ７ａ、７ｂ・・・水素吸蔵合金、 ８・・・送風機、 ９・・・熱交換器。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　　　松　　山　　光　　之 第　　３　　図 第　　４　　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アノード電極とカソード電極との間に電解質層を
   介在させて構成された単位電池を導電性セパレータを介
   して複数積層してなる燃料電池積層体とその本体側面に
   当てがわれた前記単位電池に設けられた反応ガス流路に
   反応ガスを導入する複数のマニホールドを備えた燃料電
   池積層体を加圧容器内に設け、かつ、加圧容器と燃料電
   池積層体間に窒素ガスやアルゴンガス等のカバーガスを
   充填し、加圧容器に連結する水素吸蔵合金、送風機を流
   通する流路を設け、燃料電池積層体の運転時に燃料電池
   積層体より漏出する水素ガスと水素吸蔵合金に吸蔵し、
   加圧容器内の水素ガス濃度を一定値以下に保つことを特
   徴とする加圧型燃料電池。
2. （２）加圧容器に連結する熱交換器、水素吸蔵合金、送
   風機を流通する流路を設け燃料電池積層体の運転時燃料
   電池積層体より漏出する水素ガスを水素吸蔵合金に吸蔵
   し、加圧容器内の水素ガス濃度を一定値以下に保つこと
   を特徴とする請求項１記載の加圧型燃料電池。