JPH01239773A - 内部マニホールド型燃料電池発電装置 - 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の発
電装置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、たとえば、
溶融炭酸塩型燃料電池は、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）を、カ
ソード（酸素極）とアノード（燃料極）で両面から挟み
、カンード側に酸化ガスを供給すると共にアノード側に
燃料カスを供給することによりカソードとアノードとの
間で発生する電位差により発電か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を介して多層に積
層し全体を締め付けてスタックとし、発電システム系統
に組み込まれて使用されるようにしである。

上記溶融炭酸塩型燃料電池による発電装置では、これま
でに、燃料ガスとして天然ガスを用いる場合、都市ガス
を用いる場合、石炭を用いる場合等が提案されており、
天然ガスを燃料とする場合は天然ガスを改質し、都市カ
スを燃料とする場合は都市ガスを改質し、又、石炭を燃
籾とする場合は石炭をガス化して精製している。

溶融炭酸塩型燃料電池の燃料として都市カスの如き硫黄
分の入った常温のガス体を利用する燃料電池の発電シス
テムとしては、第５図に示す構成のものが知られている
。すなわら、燃料電池１のアノード３に供給するための
都市ガス１Ｇをライン４により改質器５に導入され、こ
こで改質されてアノード３にライン６により供給される
ようにし、上記改質器５の入口側のライン４の途中には
、ガス中の硫黄分を除去するための脱硫器７が組み込ま
れていると共に、天然ガス予熱器（熱交換器）８と９が
上記脱硫器７の上流側と下流側に配置され、上記アノー
ド３から排出されたカスは、上記天然ガス予熱器８．９
の順に通過する間に改質器５に入る都市ガス船と熱交換
を行った後に改質器５の燃焼室内に導入されるようにし
である。又、燃料電池のカソード２に酸化ガスを供給す
るため、空気Ａを圧縮機１０で圧縮した後、空気予熱器
１１、タービン１２、空気予熱器１３を経てライン１４
によりカソード２に供給すると共に、一部を分岐ライン
１５により改質器５の燃焼室内に供給するようにし、上
記カソード２から排出されたガスは、分岐されて一方は
空気予熱器１３、過熱器１６、蒸発器１７を通して排出
されるようにしてあり、水Ｈ２０は蒸発器１７で蒸気に
なり過熱器１６で過熱されて前記ライン４に供給し、該
ライン４のガスとともに改質器５に入るようにし、改質
器５の燃焼室出口から排出された炭酸ガスを含むガスは
、ライン１４を流れるガスとともにカソード２に供給さ
れるようにしである。１８は圧縮機である。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記した従来の燃料電池の発電装置では、燃
料電池１、改質器５、熱交換器としての天然ガス予熱器
８，９を互に配管で接続することによって発電システム
系統中に点在させているため、多くの配管を必要とする
と共に、スペース的にも広いスペースを必要としていた
。

特に、病院、ホテル等の発電装置として用いる場合は、
高発電効率、高負荷追従性はもとより、コンパクト性が
重要視されるが、上）ホの従来の方式ではかかるコンバ
ク１〜化の要求を満足させることができない。

そこで、本発明は、燃料電池発電装置の主要構成要素で
ある燃料電池のスタックと、改質器と、熱交換器とを積
み重ねて積層させることにより配管をなくし全体のコン
パクト化を図ることを目的とするものである。

［課題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、改質器で改質さ
れたガスを燃料電池スタックのアノードに供給し、該ア
ノードから排出されたガスを上記改質器の燃焼室に導入
するようにし、又、上記改質器の燃焼室を出たガスに空
気を混ぜて燃料電池スタックのカソードに供給するよう
にしてある燃料電池発電装置において、上記改質器と、
燃料用ガスを改質器に導く前に予熱する熱交換器と、燃
料電池スタックとを積み重ね、且つ上記改質器、熱交換
器、燃料電池スタック間を流れるガスの流路を内部に形
成してなる構成とする。

［作　　用］ 改質器で改質されて燃料電池スタックのアノードに供給
されるガスや、アノードから改質器の燃焼室側に入るガ
スや、改質器の燃焼室から燃料電池スタックのカソード
に供給されるガス、更に改質器に導入される燃料用ガス
、上記カソードに供給される空気は、積み重ねられてい
る改質器、熱交換器、燃料電池スタック間に連通ずるよ
うに設けられた内部マニホールドにより流されるため、
ガスの配管が不要となり、コンパクト化できる。

［実　施　例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の燃料電池発電装置の組立状態を、又、
第２図及び第３図はガスの流路構成をそれぞれ示す。

本発明の燃料電池スタックは、燃料電池スタックとして
、燃料電池の１セルを構成するカソ−ド２とアノード３
のほかに、カソード２内の熱をとるための冷却部１９を
カソード２に接近させて設けたものを図示しないセパレ
ータを介して多層に積層してなる燃料電池スタック■を
、熱交換器としてプレート型熱交換器■を、又、改質器
として改質室２０と燃焼室２１を有するプレート型改質
器■をそれぞれ用い、これらを積み重ねたときに内部マ
ニホールド方式でガスが流せるにうに、上記燃料電池ス
タック■には、改質されたガスをアノード３に導くよう
にする流路孔ａとアノード３から排出されたガスを流す
流路孔ｄ、改質器の燃焼室を出たガスを空気と混合させ
てカソード２に導くようにする流路孔すとカソード２か
ら排出されたガスを流ず流路孔Ｃ１予熱された燃料用ガ
スを冷却部１９へ導くようにする流路孔ｆと排出するた
めの流路孔ｅをそれぞれ設け、上記プレート型熱交換器
■には、燃料用ガスの給排用の流路孔す、ａと改質され
たガスを上記燃焼用ガスと熱交換させるために給排させ
る流路孔ｂ’　、ａ＠設けるほか、冷却器１９から排出
された燃料用ガスを流す流路孔ｅとカソード２及びアノ
ード３から排出されたガスを流す流路孔ｃ、ｄとを各々
貫通させて設け、又、上記プレート型改質器■には、燃
料用カスを改質室２０に導くようにする流路孔Ｃと改質
されたガスを排出させる流路孔ａ、燃焼室２１にガスを
導入させる流路孔ｄと排出さぜる流路孔すと該排出させ
る流路孔すに空気を導入させる流路孔ｆをそれぞれ設け
、上記同じ符号で示した各流路孔は第３図に示す如く周
辺部の同じ位置にあるようにする。

上記スタック■とプレー２ト型熱交換器■とプレート型
改質器■を積み重ねた際に、改質器■の改質室２０から
出たガスを熱交換器Ｈに導いて燃料用ガスと熱交換させ
た後、スタックエのアノード３に導くようにすると共に
、該アノード３から排出ざ′れたガスが改質器■の燃焼
室２１を経た後、空気と混合させられてスタックのカソ
ード２にエゼクタ−２２を介して供給され、且つ該カソ
ード２から排出されたガスが外部へ排出されるようにし
、一方、上記熱交換されて予熱された燃料用ガスは冷却
部１９を通った後に改質器■の改質室２０に導入される
ようにするために１、流路孔ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを有し
且つスタック■側の流路孔ｆと熱交換器■側の流路孔ａ
′　とを連通させるための流路孔９を有する向変更マニ
ホールドＩＶを、燃料電池スタック■と熱交換器■との
間に介在させ、又、燃料用ガスの導入口２３と熱交換器
■の流路孔すとを連通さぜる流路孔ｈ、空気の導入口２
４と改質器■の流路孔［とを連通させる流路孔ｉ、熱交
換器■の流路孔ｂ′　と改質器■の流路孔ａとを連通さ
せる流路孔ｊ、熱交換器■の流路孔ｅと改質器■の流路
孔Ｃとを連通させる流路孔ｋ、改質器■の流路孔すとエ
ビフタ−２２とを連通させるための流路孔１、更に流路
孔ｄと、カソードガスを外部へ導く流路孔ｍを有するガ
ス出入ロマニボールドＶを、熱交換器■と改質器■との
間に介在させ、配管なしでガスが各流路孔を流れるよう
にして発電システムを構成させるようにする。

なお、プレート型改質器■は、本特許出願人により出願
されており（実願昭６２−１４５４０４号）、詳細説明
は省略するが、その概念を示すと第４図のとおりであり
、改質用触媒２５を充填した改質室２０と燃焼用触媒２
６を充填した燃焼室２１とを伝熱隔壁２７を挟んで一体
化してユニットとじ、該ユニットの燃焼室２１同士を向
い合わせて重ね合わせ、且つ両燃焼室２１に別々に燃料
を流入させるように多数の分散孔３０を有する燃料分散
板２８．２９を両面側に配した燃料供給室３１を、上記
両燃焼室２１間に挟み込んで上記ユニットを対称形とし
、上記燃料供給室には燃料Ｆの供給流路孔のみを開口さ
せ、両燃焼室内に空気への供給流路孔と燃焼ガスの排出
流路孔を開口させ、更に両改質室２０に改質ガスの給排
用の流路孔が開口させである。

本発明の燃料電池発電装置では、燃料電池スタック■と
熱交換器■と改質器■を積み重ねて第２図叩示す如く内
部にガスの給排用の流路孔が連通形成されるようにしで
あるため、今、燃４’ｊｌ用ガスの導入口２３より導入
された燃料用カスは、外部の配管を通ることなく、ガス
出入口マニホールドＶの流路孔ｈ、熱交換器■の流路孔
ｂ、向変更マニホールドＩｖの流路孔ｇからスタックエ
の冷却部１９に入り、ここで電池を冷却ざじた後、向変
更マニホールドＩＶの流路孔ｅ、熱交換器■の流路孔ｅ
、カス出入口マニホールドＶの流路孔ｋを経て改質器■
の流路孔Ｃより改質室２０に入り改質される。

改質されたガスは、流路孔ａよりカス出入口マニホール
ドＶの流路孔ｊを経て熱交換器■に入り、燃料用カスの
予熱に供せられる。熱交換５Ｉ■を出た改質後のガスは
、向変更マニホールドＩＶの流路孔ａを経て流路孔ａよ
りスタック■のアノード３に供給され、アノード３から
排出されたカスは、流路孔ｄ、向変更マニホールドＩｖ
の流路孔ｄ、熱交換器■の流路孔ｄ、ガス出入口マニホ
ールドＶの流路孔ｄを順に流下して改質器■の流路孔ｄ
より燃焼室２１に導入される。

改質器■の燃焼室２１から出たガスには、途中て空気導
入口２４より導入されて流路孔［により導かれた空気と
混合させられて流路孔すよりガス出入口マニホールドＶ
の流路孔１、エピフタ−２２、向変更マニホールドＩＶ
の流路孔すを経てスタックエの流路孔すよりカソード２
に供給される。この際、カソード２へはエセクター２２
により昇圧されて供給されるため、アノード３とカソー
ド２側の圧力バランスを図ることができる。上記カソー
ド２から排出されたガスは、流路孔Ｃ１向変更マニボー
ルドＩＶの流路孔Ｃ１熱交換器■の流路孔Ｃ、ガス出入
口マニホールド■の流路孔ｍを経て外部へ排出される。

なお、本発明においてエゼクタ−２２を用いているのは
、発電システムを小型のものに１−るためであり、大型
の発電システムにおいて用いているコンプレッサに代わ
るものである。又、スタックエ、熱交換器■、改質器■
の積層の順序は図示以外としてもよい。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明の燃料電池発電装置によれば、燃
料電池スタックと熱交換器と改質器を積み重ねて一体化
し、且つ内部マニホールド方式にカスを流すようにして
発電システム系統を構成するようにしておるので、燃料
電池スタックと熱交換器と改質器を互に配管にで接続し
ていた従来方式における上記の配管を省略することがで
きてコンパクトにすることができ、小ざいスペースでも
容易に設置可能となる、等の優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料電池発電装置の斜視図、第２図は
本発明の燃料電池発電装置のカスの流路構成を示す図、
第３図はすべての流路孔の位置を示す平面図、第４図は
本発明の燃料電池発電装置におけるプレー１〜型改質器
の概念図、第５図は従来の燃料電池発電装置の系統図で
ある。 ■・・・燃料電池スタック、■・・・プレート型熱交換
器、■・・・プレート型改質器、２・・・カソード、：
λ・・・アノード、２０・・・改質室、２１・・・燃焼
室、２２・・・］ニヒクター、ａ、ａ’　、ｂ、ｂ’　
　、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ。 １、ｍ・・・流路孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）改質器で改質されたガスを燃料電池スタックのアノ
   ードに供給し、該アノードから排出されたガスを上記改
   質器の燃焼室に導入するようにし、又、上記改質器の燃
   焼室を出たガスに空気を混ぜて燃料電池スタックのカソ
   ードに供給するようにしてある燃料電池発電装置におい
   て、上記改質器と、燃料電池スタックと、燃料用ガスを
   予熱するための熱交換器とを積み重ね、且つ上記改質器
   、燃料電池スタック、熱交換器へガスを流すための流路
   をこれらの内部に形成してなることを特徴とする燃料電
   池発電装置。