JPH02253563A

JPH02253563A - 溶融炭酸塩型燃料電池

Info

Publication number: JPH02253563A
Application number: JP1071993A
Authority: JP
Inventors: Tooru Kaiji; 海治　徹
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-03-27
Filing date: 1989-03-27
Publication date: 1990-10-12

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）本発明は溶融炭酸塩型燃料電池に関するものである。

（従来の技術）従来、燃料の有している化学的エネルギーを直接電気的
エネルギーに変換するものとして燃料電池が知られてい
る。この燃料電池は、通常、電解質層を挟んで、燃料極
（以下、アノードと称す）及び酸化剤極（以下、カソー
ドと称す）の一対の電極を配置すると共に、アノードに
燃料ガスを、また、カソードに酸化剤ガスをそれぞれ供
給し、この時に起こる電気化学的反応を利用して上記電
極間から電気エネルギーを取り出すようにしたものであ
り、上記燃料ガスと酸化剤ガスが供給されている限り、
高い変換効率で電気エネルギーを取り出すことができる
ものである。

この様な燃料電池としては種々のものがあるが、リン酸
水溶液を電解質としたリン酸型燃料電池に次いで実用化
が期待されているものとして、溶融炭酸塩型燃料電池が
ある。この溶融炭酸塩型燃料電池は、溶融した炭酸塩を
電解質として保持した電解質層を挟んで、アノード及び
カソードの一対の電極を配置して成り、リン酸型燃料電
池、固体電解質型燃料電池などに比べて電池反応が起こ
りやすく、発電効率が高い上、高価な貴金属触媒を必要
としないなどの特徴を有している。

ところで、この様な溶融炭酸塩型燃料電池を用いて高出
力の発電プラントを構成するためには、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。

第４図に従来の溶融炭酸塩型燃料電池の構成例を示した
。即ち、各単位電池３は、一対の多孔質電極板５ａ、５
ｂと、これらの間に介在させたアルカリ炭酸塩から成る
電解質層２とセパレータ４とから構成されている。また
、前記セパレータ４には、画電極に燃料ガスあるいは酸
化剤ガスを供給するためのガス流路６ａ、６ｂが形成さ
れている。

この様に構成された単位電池３を複数個積層して燃料電
池本体１が構成され、その４つの側面に、反応ガスの分
配、回収機能を有するマニホールド８ａ〜８ｄが配設さ
れている。このマニホールド８の内の一つに設けられた
酸化剤ガス人口Ｐ１から酸化剤ガスを供給すると共に、
隣接するマニホールドに設けられた燃料ガス入口Ｑ１か
ら燃料ガスを供給し、燃料電池本体１内で両反応ガスを
電気化学的に反応させて直流出力を得た後、それぞれと
対向するマニホールドに設けられた酸化剤ガス出口Ｐ２
及び燃料ガス出口Ｑ２から外部に排出するように構成さ
れている。即ち、燃料ガスは燃料ガス人口Ｑ＋が設けら
れたマニホールド８ａに入り、ガス流路６ａを通って、
単位電池３の１辺分だけの長さをアノード５ａと接触し
ながら燃料ガス出口Ｑ２が設けられたマニホールド８Ｃ
へ排出される。一方、酸化剤ガスは酸化剤ガス入口Ｐ１
が設けられたマニホールド８ｄに入り、ガス流路６ｂを
通って、カソード５ｂと接触しながら酸化剤ガス出口Ｐ
２が設けられたマニホールド８ｂへ排出される。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上述した様な構成を有する従来の溶融炭
酸塩型燃料電池においては、以下に述べる様な解決すべ
き課題があった。即ち、溶融炭酸塩型燃料電池の作動温
度である６５０℃で燃料ガス及び酸化剤ガスを流す際に
、両ガスがガス流路６ａ、６ｂ内を通過する時の流速は
、その流量及び体積が一定であるため、燃料ガス及び酸
化剤ガスの圧力が常圧の時に比べて、加圧した時の方が
小さくなる。

この様にガス流路における流速が小さくなると、レイノ
ルズ数も小さくなり、ガス流によるガスの乱流性が落ち
、電極中への反応ガスの拡散性が悪くなる。その結果、
電池出力が低下するという欠点があった。

そこで、ガス流路５ａ、　６ｂの断面積を小さくするこ
とが考えられるが、その加工寸法には限界があるため、
ガス圧力の増加によるガス流速の低下を防止することは
できなかった。

本発明は、以上の欠点を解消するために提案されたもの
で、その目的は、反応ガスを加圧した場合においても安
定した流速が得られる、信頼性の高い溶融炭酸塩型燃料
電池を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、溶融した炭酸塩を電解質とした電解質層を挟
んで、燃料極及び酸化剤極の一対の電極を配置して成る
単位電池を、反応ガス流路の一部を構成するセパレータ
を介して複数積層して積層電池を構成し、前記燃料極に
は燃料ガスを、酸化剤極には酸化剤ガスを供給して成る
溶融炭酸塩型燃料電池において、セパレータに形成され
る燃料ガス流路または酸化剤ガス流路の少なくとも一方
に仕切り板を配設して、ガス流路を２分割し、その内部
を流れる反応ガスがＵターンできるように構成し、また
、前記燃料ガス流路と酸化剤ガス流路とを互いに直交す
る方向に形成したことを特徴とするものである。

（作用）本発明の溶融炭酸塩型燃料電池によれば、セパレータに
形成される燃料ガス流路または酸化剤ガス流路の少なく
とも一方に仕切り板を配設して、ガス流路を２分割した
ので、ガス流路の断面積が従来の約半分となり、内部を
流れる反応ガスの流速を速くすることができる。

また、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を互いに直交す
るように配設したので、従来のマニホールドを適用する
ことができる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を第１図に基づいて具体的に説
明する。なお、第４図に示した従来型と同一の部材には
同一の符号を付して、説明は省略する。

本実施例においては、第１図に示した様に、電解質層２
を挟んで一対の多孔質電極であるアノード５ａ及びカソ
ード５ｂが配設され、画電極に反応ガスを供給するため
のガス流路が形成されたアノード側セパレータ１１及び
カソード側セパレータ１２が、各電極５ａ、５ｂと接し
て配設されている。また、これらのセパレータ１１．１
２には、それぞれその中央部に仕切り板１１ａ、１２ａ
が設けられ、この仕切り板１１ａ、１２ａを挟んでそれ
ぞれ２つのガス流路１１ｂ、ｌｌｃ及び１２ｂ、１２Ｃ
が形成されている。

この様な構成を有する本実施例の溶融炭酸塩型燃料電池
においては、酸化剤ガス人口Ｐ１より供給された酸化剤
ガスは、カソード側セパレータ１２に形成された一方の
ガス流路１２ｂを通り、カソード５ｂと接触しながら反
対側に出て、そこでＵターンし、他方のガス流路１２ｃ
を通って、酸化剤ガス出口Ｐ２へと排出される。一方、
燃料ガス人口Ｑ１より供給された燃料ガスは、アノード
側セパレータ１１に形成された一方のガス流路１１ｂを
通り、アノード５ａと接触しながら反対側に出て、そこ
でＵターンし、他方のガス流路１１Ｃを通って、酸化剤
ガス出口Ｑ２へと排出される。

この様に、ガス流路が仕切り板１１ａ、１２ａで仕切ら
れているため、ガス流路の断面積は従来の約半分、長さ
はＵターンしているため約２倍となるので、ガス流速は
従来に比べて大きくなる。

その結果、電極中への反応ガスの拡散性が良好となり、
電池出力も増大する。

また、アノード側セパレータ１１に形成されるガス流路
１１ｂ、ｌｉｅと、カソード側セパレータ１２に形成さ
れるガス流路１２ｂ、１２ｃとが互いに直交する方向に
形成されているため、従来から用いられていたマニホー
ルドをそのまま使用することができる。

この様に、本実施例によれば、燃料ガス及び酸化剤ガス
をＵターンさせることにより、ガス流速を速くすること
ができるので、電池出力が増大し、燃料電池の高性能化
を実現することができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、第２図に示した様に、酸化剤ガスのみをＵターンさ
せ、燃料ガスはそのまま一方向へ流しても良い。また、
第３図に示した様に、燃料ガスのみをＵターンさせ、酸
化剤ガスはそのまま一方向へ流しても良い。この様に一
方向へ流ス場合には、必ずしもガス流路に仕切り板を設
ける必要はない。

［発明の効果］以上述べた様に、本発明によれば、セパレータに形成さ
れる燃料ガス流路または酸化剤ガス流路の少なくとも一
方に仕切り板を配設して、ガス流路を２分割し、その内
部を流れる反応ガスがＵターンできるように構成し、ま
た、前記燃料ガス流路と酸化剤ガス流路とを互いに直交
する方向に形成するという簡単な手段によって、反応ガ
スを加圧した場合においても安定した流速が得られる、
信頼性の高い溶融炭酸塩型燃料電池を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の溶融炭酸塩型燃料電池を構成する単位
電池の一実施例を示す斜視図、第２図及び第３図は本発
明の他の実施例を示す斜視図、第４図は従来の溶融炭酸
塩型燃料電池を構成する単位電池の一例を示す斜視図で
ある。１・・・燃料電池本体、２・・・電解質層、３・・・単
位電池、４・・・セパレータ、５ａ・・・アノード、５
ｂ・・・カソード、６　ａ　＊　　５　ｂ・・・ガス流
路、８・・・マニホールド、１１・・・アノード側セパ
レータ、ｌｌａ・・・仕切り板、ｌｌｂ、ｌｌｃ・・・
ガス流路、１２・・・カソード側セパレータ、１２ａ・
・・仕切り板、１２ｂ、１２Ｃ・・・ガス流路。

Claims

【特許請求の範囲】溶融した炭酸塩を電解質とした電解質層を挟んで、燃料
極及び酸化剤極の一対の電極を配置して成る単位電池を
、反応ガス流路の一部を構成するセパレータを介して複
数積層して積層電池を構成し、前記燃料極には燃料ガス
を、酸化剤極には酸化剤ガスを供給して成る溶融炭酸塩
型燃料電池において、前記セパレータに形成される燃料ガス流路または酸化剤
ガス流路の少なくとも一方に仕切り板を配設して、ガス
流路を２分割し、その内部を流れる反応ガスがＵターン
できるように構成し、また、前記燃料ガス流路と酸化剤
ガス流路とを互いに直交する方向に形成したことを特徴
とする溶融炭酸塩型燃料電池。