JPH01311572A - 溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池Info
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- JPH01311572A JPH01311572A JP63141098A JP14109888A JPH01311572A JP H01311572 A JPH01311572 A JP H01311572A JP 63141098 A JP63141098 A JP 63141098A JP 14109888 A JP14109888 A JP 14109888A JP H01311572 A JPH01311572 A JP H01311572A
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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
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
-
- 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
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- Y02E60/50—Fuel cells
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は燃料極より排出されるガスをガス分離して、排
出ガスを再利用する溶融炭酸塩型燃料電池に関する。
出ガスを再利用する溶融炭酸塩型燃料電池に関する。
従来の技術
炭化水素を燃料ガスとして用いる燃料電池、特に溶融炭
酸塩型燃料電池において、燃料極より排出されるガスは
、炭酸ガス、水蒸気等の他、未反応の水素ガスを含んで
いる。また供給する空気極ガスとして、−殻内に大気中
の空気を使用し、同時に炭酸イオンの補充を行うため炭
酸ガスを空気に添加している。各種に於ける反応は次式
で表される。
酸塩型燃料電池において、燃料極より排出されるガスは
、炭酸ガス、水蒸気等の他、未反応の水素ガスを含んで
いる。また供給する空気極ガスとして、−殻内に大気中
の空気を使用し、同時に炭酸イオンの補充を行うため炭
酸ガスを空気に添加している。各種に於ける反応は次式
で表される。
燃料極 Ｈ２＋ ＣＯ３２−−−−＋ Ｈ２Ｏ＋ ＣＯ
，＋ ２ｅ−（ＣＯ＋ Ｃ０ａ２− −一→ ２ＧＯ
２＋ ２ｅ−）空気極 １／２０２＋ ＣＯ２＋ ２
ｅ−−−→Ｃ０，２゜燃料極より排出される混合ガスを
燃焼させ、改質器の熱源として用いたり、水素ガスを燃
焼により水蒸気として除去し炭酸ガスを分離したりする
方法は、燃料の再利用効率が低く好ましくない。
，＋ ２ｅ−（ＣＯ＋ Ｃ０ａ２− −一→ ２ＧＯ
２＋ ２ｅ−）空気極 １／２０２＋ ＣＯ２＋ ２
ｅ−−−→Ｃ０，２゜燃料極より排出される混合ガスを
燃焼させ、改質器の熱源として用いたり、水素ガスを燃
焼により水蒸気として除去し炭酸ガスを分離したりする
方法は、燃料の再利用効率が低く好ましくない。
現在のところ燃料極より排出されるガスは、何等のガス
分離もされず未処理の状態で放出されている。一方、空
気極に供給する炭酸ガスも現段階では、供給源が確立さ
れていない。
分離もされず未処理の状態で放出されている。一方、空
気極に供給する炭酸ガスも現段階では、供給源が確立さ
れていない。
ところで水素分離用゛素子の開発は目覚しいものがある
が、使用条件、環境に厳しい制約があり、特に高温での
使用例はほとんどない。例えば金属水素化物を用いたも
のでは水素分離性あるいは分離速度に問題があり、その
他高分子等では耐熱性に劣る等の問題がある。また従来
の水素分離用素子は加圧系あるいは密閉系を必要とする
。
が、使用条件、環境に厳しい制約があり、特に高温での
使用例はほとんどない。例えば金属水素化物を用いたも
のでは水素分離性あるいは分離速度に問題があり、その
他高分子等では耐熱性に劣る等の問題がある。また従来
の水素分離用素子は加圧系あるいは密閉系を必要とする
。
発明が解決しようとする課題
高エネルギー変換を可能にする燃料電池において、燃料
極より排出されるガスの再利用は極めて有効な燃料回収
手段でありながら、ガス分離技術の困難さから現在のと
ころ排ガス中の水素を分離して再利用することはなされ
ていない。また現状で高濃度の炭酸ガスを得ようとする
と、バッチ式の炭酸ガス分離、回収装置が必要で、それ
に伴う大規模化、コスト高が問題となっている。
極より排出されるガスの再利用は極めて有効な燃料回収
手段でありながら、ガス分離技術の困難さから現在のと
ころ排ガス中の水素を分離して再利用することはなされ
ていない。また現状で高濃度の炭酸ガスを得ようとする
と、バッチ式の炭酸ガス分離、回収装置が必要で、それ
に伴う大規模化、コスト高が問題となっている。
課題を解決するための手段
本発明は、高温で使用可能な水素分離素子を用い、燃料
極より排出されるガスを水素に富むガスと炭酸ガス等に
分離し、各々のガスを燃料極、空気極に供給する装置で
ある。
極より排出されるガスを水素に富むガスと炭酸ガス等に
分離し、各々のガスを燃料極、空気極に供給する装置で
ある。
作用
高温で水素透過性能を有するＺｒ系の金属′水素化物膜
を用いた水素分離用素子が、高温で燃料極より排出され
るガスを水素に富むガスと炭酸ガス等に分離し、その水
素に富むガスを燃料極に、また炭酸ガス等を空気極に再
供給することが、無駄のないエネルギー変換を可能とす
る。
を用いた水素分離用素子が、高温で燃料極より排出され
るガスを水素に富むガスと炭酸ガス等に分離し、その水
素に富むガスを燃料極に、また炭酸ガス等を空気極に再
供給することが、無駄のないエネルギー変換を可能とす
る。
実施例
本発明による実施例は燃料極より排出されたガス１１を
ガス分離装置１に流通させ、分離された水素に富むガス
２を燃料極３に、炭酸ガス等４を空気極５に供給できる
システムで、その構成図を第１図に示す。本実施例では
、ガス分離装置として水素分離用素子６を第２図に示す
構造で構成した。燃料極より排出されたガス７は、内管
８に入り水素°分離用素子６が水素ガスを選択的に吸収
し、外管９に透過する。透過した水素ガスは若干の炭酸
ガスを含んでいるが燃料ガスとしては十分である。
ガス分離装置１に流通させ、分離された水素に富むガス
２を燃料極３に、炭酸ガス等４を空気極５に供給できる
システムで、その構成図を第１図に示す。本実施例では
、ガス分離装置として水素分離用素子６を第２図に示す
構造で構成した。燃料極より排出されたガス７は、内管
８に入り水素°分離用素子６が水素ガスを選択的に吸収
し、外管９に透過する。透過した水素ガスは若干の炭酸
ガスを含んでいるが燃料ガスとしては十分である。
一方内管の先端より放出される濃縮された炭酸ガス等を
、更に水素分離用素子６”により分離し、分離した炭酸
ガス等を空気極に供給する。本実施例の水素分離用素子
は、母体の１多孔体パイプ上にジルコニウムニッケル系
の金属水素化物をスパッタ蒸着により、約１０μｍの厚
さで成膜したものである。燃料極より排出されるガスは
約５００℃〜７００℃の高温ガスであり、ジルコニウム
−ニッケル系の水素透過の操作温度とほぼ一致する。
、更に水素分離用素子６”により分離し、分離した炭酸
ガス等を空気極に供給する。本実施例の水素分離用素子
は、母体の１多孔体パイプ上にジルコニウムニッケル系
の金属水素化物をスパッタ蒸着により、約１０μｍの厚
さで成膜したものである。燃料極より排出されるガスは
約５００℃〜７００℃の高温ガスであり、ジルコニウム
−ニッケル系の水素透過の操作温度とほぼ一致する。
この素子の性能評価として水素ガスｌＱｍｏ１％、炭酸
ガス４８＋ｎｏ１％、水蒸気４２ｍ１０１％の標準ガス
を用意し、前記の構造を持ったガス分離装置に６００℃
、６００ ｃｃ／Ｍｉｎの流量で流通させ、外管出口の
ガス組成比をガスクロマトグラフ分析し°たところ、水
素ガス８４ｍｏ１％、炭酸ガス３２ｍｏ１％、水蒸気４
ｉｏ１％となった。同様に、混合ガス比Ｈ２： ＣＯ
２： Ｈ２０＝２０： ４３： ３７ で行ったところ
分離後のガス比は、Ｈｌ： Ｃｏｗ： Ｈ＊Ｏ：”
８５： １３： ２ となり本実施例で明らかな
ように、水素分離用素子を用いた場合、選択分離性は８
０％以上に達し、電池起電力、電池寿命等の電池性能特
性に全く問題なく、燃料の再利用はほぼ完全に行われた
。結果的にエネルギー変換効率が１１％向上した。更に
水素分離用素子を用いたガス分離装置は、構造が簡単で
部品数も少なく、組立やす°いという特徴を有し、エネ
ルギー補償も不必要である。
ガス４８＋ｎｏ１％、水蒸気４２ｍ１０１％の標準ガス
を用意し、前記の構造を持ったガス分離装置に６００℃
、６００ ｃｃ／Ｍｉｎの流量で流通させ、外管出口の
ガス組成比をガスクロマトグラフ分析し°たところ、水
素ガス８４ｍｏ１％、炭酸ガス３２ｍｏ１％、水蒸気４
ｉｏ１％となった。同様に、混合ガス比Ｈ２： ＣＯ
２： Ｈ２０＝２０： ４３： ３７ で行ったところ
分離後のガス比は、Ｈｌ： Ｃｏｗ： Ｈ＊Ｏ：”
８５： １３： ２ となり本実施例で明らかな
ように、水素分離用素子を用いた場合、選択分離性は８
０％以上に達し、電池起電力、電池寿命等の電池性能特
性に全く問題なく、燃料の再利用はほぼ完全に行われた
。結果的にエネルギー変換効率が１１％向上した。更に
水素分離用素子を用いたガス分離装置は、構造が簡単で
部品数も少なく、組立やす°いという特徴を有し、エネ
ルギー補償も不必要である。
なお、上記実施例では水素分離用素子としてＺｒを含む
金属水素化物を用いた例を示したが、その他の金属水素
化物または水素吸蔵合金を用いてもよい。実施例で、合
金Φ成膜にスパッタ蒸着を示したが、その他の成膜法、
例えば熱蒸着法、イオンブレーティング法であってもよ
い。また、合金を膜キした実施４例を示しであるが、合
金の形状は、塊状状態あるいは粉末でもよく、粉末に他
物質、例えば、Ｃｕ、アルミナをコーティングしたもの
でもよい。
金属水素化物を用いた例を示したが、その他の金属水素
化物または水素吸蔵合金を用いてもよい。実施例で、合
金Φ成膜にスパッタ蒸着を示したが、その他の成膜法、
例えば熱蒸着法、イオンブレーティング法であってもよ
い。また、合金を膜キした実施４例を示しであるが、合
金の形状は、塊状状態あるいは粉末でもよく、粉末に他
物質、例えば、Ｃｕ、アルミナをコーティングしたもの
でもよい。
また、ガス分離装置の本実施例は、少なくとも水素に富
むガスと炭酸ガス等の分離システムについて示゛したが
、燃料極排出ガスの成分は水素ガスと多成分、例えば、
メタンガス、ＣＯ等の混合ガスの分離システムでもよく
、分離されるガスも一成分のみでも混合成分でもよい。
むガスと炭酸ガス等の分離システムについて示゛したが
、燃料極排出ガスの成分は水素ガスと多成分、例えば、
メタンガス、ＣＯ等の混合ガスの分離システムでもよく
、分離されるガスも一成分のみでも混合成分でもよい。
発明の効果
本発明は、構造が簡単でエネルギー補償も不必要な水素
分離用素子を用いることにより、燃料極より排出される
ガスを水素に富むガスと炭酸ガス等に分離し、水素に富
むガスを燃料極に、また炭酸ガス等を空気極に供給でき
るため、燃料極排出ガスの有効利用が図られ、エネルギ
ー高利用化、高効率化に寄与できる。
分離用素子を用いることにより、燃料極より排出される
ガスを水素に富むガスと炭酸ガス等に分離し、水素に富
むガスを燃料極に、また炭酸ガス等を空気極に供給でき
るため、燃料極排出ガスの有効利用が図られ、エネルギ
ー高利用化、高効率化に寄与できる。
第１図は本発明の一実施例の燃料電池におけるガス分離
装置のシステム構成図、第２図は同装置の構造図である
。 １・・・・ガス分離装置、２・・・・水素に富むガス、
３・・・・燃料極、４・・・・炭酸ガス等、５・・・・
空気極、６．６′ ・・・・水素分離用素子、７・・・
燃料極より排出された混合ガス、８・・・・内管、９・
・・・外管、１０・・・・ガス混合器、１１・・・・供
給空気極ガス、１２・・・・供給燃料極ガス、１３・・
・・水素、炭酸混合ガス、１４・・・・空気、１５・・
・・空気極排出ガス。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男はか１名第１図
装置のシステム構成図、第２図は同装置の構造図である
。 １・・・・ガス分離装置、２・・・・水素に富むガス、
３・・・・燃料極、４・・・・炭酸ガス等、５・・・・
空気極、６．６′ ・・・・水素分離用素子、７・・・
燃料極より排出された混合ガス、８・・・・内管、９・
・・・外管、１０・・・・ガス混合器、１１・・・・供
給空気極ガス、１２・・・・供給燃料極ガス、１３・・
・・水素、炭酸混合ガス、１４・・・・空気、１５・・
・・空気極排出ガス。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男はか１名第１図
Claims (3)
- （１）燃料極より排出されるガスを、金属水素化物もし
くは水素吸蔵合金を含んだ水素分離用素子を用いて水素
に富んだガスと炭酸ガスを含んだガスに分離し、水素に
富んだガスを燃料極に、炭酸ガスを含んだガスを空気極
に供給することを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。 - （２）金属水素化物もしくは水素吸蔵合金は、Ｚｒ、Ｍ
ｇ、Ｌａの元素のうち少なくとも一種を含むことを特徴
とする請求項１記載の溶融炭酸塩型燃料電池。 - （３）水素分離用素子は薄膜もしくは厚膜であることを
特徴とする請求項１記載の溶融炭酸塩型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63141098A JP2802072B2 (ja) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63141098A JP2802072B2 (ja) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01311572A true JPH01311572A (ja) | 1989-12-15 |
| JP2802072B2 JP2802072B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=15284145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63141098A Expired - Fee Related JP2802072B2 (ja) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2802072B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8343671B2 (en) | 2007-12-28 | 2013-01-01 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Fuel cell system having recycle fuel conduit in fluid communication with fuel cell assembly and carbon dioxide removal unit |
| US8530101B2 (en) | 2007-08-08 | 2013-09-10 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Anode exhaust recycle system |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS609064A (ja) * | 1983-06-28 | 1985-01-18 | Toshiba Corp | 溶融炭酸塩型燃料電池ガス分離器 |
| JPS61114478A (ja) * | 1984-11-06 | 1986-06-02 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池装置 |
| JPS62140375A (ja) * | 1985-12-13 | 1987-06-23 | Hitachi Ltd | 内部改質型溶融炭酸塩燃料システムの起動方法 |
-
1988
- 1988-06-08 JP JP63141098A patent/JP2802072B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS609064A (ja) * | 1983-06-28 | 1985-01-18 | Toshiba Corp | 溶融炭酸塩型燃料電池ガス分離器 |
| JPS61114478A (ja) * | 1984-11-06 | 1986-06-02 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池装置 |
| JPS62140375A (ja) * | 1985-12-13 | 1987-06-23 | Hitachi Ltd | 内部改質型溶融炭酸塩燃料システムの起動方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8530101B2 (en) | 2007-08-08 | 2013-09-10 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Anode exhaust recycle system |
| US8343671B2 (en) | 2007-12-28 | 2013-01-01 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Fuel cell system having recycle fuel conduit in fluid communication with fuel cell assembly and carbon dioxide removal unit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2802072B2 (ja) | 1998-09-21 |
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