JPH0265070A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPH0265070A JPH0265070A JP63215428A JP21542888A JPH0265070A JP H0265070 A JPH0265070 A JP H0265070A JP 63215428 A JP63215428 A JP 63215428A JP 21542888 A JP21542888 A JP 21542888A JP H0265070 A JPH0265070 A JP H0265070A
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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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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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。
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
本発明は燃料極より排出されるガスをガス分離ｔ７て、
排出ガスを再利用する燃料電池、特に溶融炭酸塩型燃料
電池に関する。
排出ガスを再利用する燃料電池、特に溶融炭酸塩型燃料
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、一般的に大気中
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
で現される。
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、一般的に大気中
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
で現される。
燃料極Ｈ＠＋ ＣＯ２２−−−−＋ Ｈ２Ｏ＋ Ｃｏｇ
＋ ２ｅ−（ＣＯ＋ ＣＯ３” −−−＋
２ＣＯ２＋ ２ｅ−）空気極１／２０２ ＋ ００２
＋ ２ｅ−−−→ＣＯ３２−発明が解決しようとす
る課題 しかしながら、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。
＋ ２ｅ−（ＣＯ＋ ＣＯ３” −−−＋
２ＣＯ２＋ ２ｅ−）空気極１／２０２ ＋ ００２
＋ ２ｅ−−−→ＣＯ３２−発明が解決しようとす
る課題 しかしながら、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。
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、その地
鳥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。
、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、その地
鳥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。
また、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仔効な燃
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。
、燃料極より排出されるガスの再利用は極めて仔効な燃
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。
本発明はこのような問題点に鑑み発明されたものであっ
て、燃料極より排出されるガスをガス分離して排出ガス
を再利用できる燃料電池、特に溶融炭酸塩型燃料電池を
提供することを目的とする。
て、燃料極より排出されるガスをガス分離して排出ガス
を再利用できる燃料電池、特に溶融炭酸塩型燃料電池を
提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
上記の目的を達成するための本発明の燃料電池は、燃料
極の排出ガス管路の少なくとも一部を外管と内管とから
なる二重管で構成し、外部から排出ガスを導入する内管
を水素のみを選択的に透過しうる水素分離用素子で形成
するとともに外管に水素が除かれたりト出ガスの導出口
を形成したことを特徴とし、望ましくは水素分離素子が
多孔質セラミックスもしくは多孔質ガラスで構成され、
更に望ましくは多孔質セラミックスもしくは多孔質ガラ
スとしては、Ｓ １０２． Ａ ｌ ２０３． も
しくはＣａＯを母体主組成とし＊ Ｂ２Ｏ３，Ｎａ２
ｏ、Ｐ２Ｏ６＋ Ｃ１１１０２１ＳｒＯ２＋ ＹｂＯ
２＋ Ｎｂ２Ｏ５の組成のうち少なくとも一種を含み
、また、望ましくは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。
極の排出ガス管路の少なくとも一部を外管と内管とから
なる二重管で構成し、外部から排出ガスを導入する内管
を水素のみを選択的に透過しうる水素分離用素子で形成
するとともに外管に水素が除かれたりト出ガスの導出口
を形成したことを特徴とし、望ましくは水素分離素子が
多孔質セラミックスもしくは多孔質ガラスで構成され、
更に望ましくは多孔質セラミックスもしくは多孔質ガラ
スとしては、Ｓ １０２． Ａ ｌ ２０３． も
しくはＣａＯを母体主組成とし＊ Ｂ２Ｏ３，Ｎａ２
ｏ、Ｐ２Ｏ６＋ Ｃ１１１０２１ＳｒＯ２＋ ＹｂＯ
２＋ Ｎｂ２Ｏ５の組成のうち少なくとも一種を含み
、また、望ましくは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。
作用
高温で水素選択透過性能を有する多孔質セラミックスを
用いた水素分離用素子からなる円管によって、高温、循
環系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によって排出ガ
スの再利用をはかるとともに無駄のないエネルギー変換
を可能とする。
用いた水素分離用素子からなる円管によって、高温、循
環系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によって排出ガ
スの再利用をはかるとともに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をガス混合器１０を経由させて燃料極３に、炭酸ガス
等４をガス混合器１０’を経由させて空気極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。第２図によれば燃料極より排出さ
れたガス７は、内管８に入り水素分離用素子６が水素ガ
スを選択的に透過吸収し、外管９内に入り込む。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。第１の
実施例の水素分離用素子は、５ｒ０２−Ｃｅ０２系の多
孔質セラミックスを、円筒状に成形加工したものである
。燃料極より排出されるガスは約５００°Ｃ〜７００°
Ｃの高温ガスであり、５ｒ０２−ＣｅＯ８系のセラミッ
クスは、この温度に充分耐えうるちのである。この素子
の性能評価として水素ガス１０ｍｏ１％、炭酸ガス４８
ｍｏ１％、水蒸気４２１１１０１％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°Ｃ＋６０
０ｃｃ／旧ｎ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５６ｍ
ｏ１％、炭酸ガス４０ｍｏ１％、水蒸気４ｍｏ１％とな
った。
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をガス混合器１０を経由させて燃料極３に、炭酸ガス
等４をガス混合器１０’を経由させて空気極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。第２図によれば燃料極より排出さ
れたガス７は、内管８に入り水素分離用素子６が水素ガ
スを選択的に透過吸収し、外管９内に入り込む。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。第１の
実施例の水素分離用素子は、５ｒ０２−Ｃｅ０２系の多
孔質セラミックスを、円筒状に成形加工したものである
。燃料極より排出されるガスは約５００°Ｃ〜７００°
Ｃの高温ガスであり、５ｒ０２−ＣｅＯ８系のセラミッ
クスは、この温度に充分耐えうるちのである。この素子
の性能評価として水素ガス１０ｍｏ１％、炭酸ガス４８
ｍｏ１％、水蒸気４２１１１０１％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°Ｃ＋６０
０ｃｃ／旧ｎ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５６ｍ
ｏ１％、炭酸ガス４０ｍｏ１％、水蒸気４ｍｏ１％とな
った。
同様に、混合ガス比Ｈ２： Ｃ０２： Ｈ２Ｏ＝ ２
０ ： ４３： ３７で行ったところ分離後のガス比は
、Ｈ２： ＣＯ２： Ｈ２０＝７２： ２５：
３ となった。
０ ： ４３： ３７で行ったところ分離後のガス比は
、Ｈ２： ＣＯ２： Ｈ２０＝７２： ２５：
３ となった。
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７０％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１
０％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。
合、選択分離性は７０％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１
０％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。
以上、本実施例は特に溶融炭酸塩型燃料電池の場合につ
いて述べているが、その他の燃料電池、例えば、リン酸
型燃料電池、アルカリ型燃料電池、固体電解質型燃料電
池で用いてももちろんよい。
いて述べているが、その他の燃料電池、例えば、リン酸
型燃料電池、アルカリ型燃料電池、固体電解質型燃料電
池で用いてももちろんよい。
また水素分離用素子として５ｒＯ２−ＣｅＯ□を含むセ
ラミックスを用いた例を示したが、その他のセラミック
スを用いてもよい。実施例で、セラミックスのみの分離
素子を示したが、素子はセラミックスに金屑を担持させ
たもの、あるいは金属をコーティング成膜した複合材料
であってもよい。
ラミックスを用いた例を示したが、その他のセラミック
スを用いてもよい。実施例で、セラミックスのみの分離
素子を示したが、素子はセラミックスに金屑を担持させ
たもの、あるいは金属をコーティング成膜した複合材料
であってもよい。
なお、上記ガス分離装置は、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。
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、また炭酸ガス等の他の成分ガスを空
気極に供給できるため、燃料極排出ガスの有効再利用が
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、また炭酸ガス等の他の成分ガスを空
気極に供給できるため、燃料極排出ガスの有効再利用が
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における燃料電池の構成図、
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・
・φ燃料極、４Φ・・炭酸ガス等、５・・・空気極、８
．６’ ・・・水素分離用素子、７・φ・燃料極より
排出された混合ガス、８令・・内情、９−ｍ−外管、１
０−・番ガス混合器、 １１・・會供給空気極ガス、１
２・・Φ供給燃料極ガス、１３・・・水素、炭酸混合ガ
ス、１４・舎・空気、１５・舎・空気極排出ガス。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか１名第１図 ｆ゛゛γス分１亀櫻１ ３−・−際、ｆ′ｔ−極 ３− 註歳石ｉ
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・
・φ燃料極、４Φ・・炭酸ガス等、５・・・空気極、８
．６’ ・・・水素分離用素子、７・φ・燃料極より
排出された混合ガス、８令・・内情、９−ｍ−外管、１
０−・番ガス混合器、 １１・・會供給空気極ガス、１
２・・Φ供給燃料極ガス、１３・・・水素、炭酸混合ガ
ス、１４・舎・空気、１５・舎・空気極排出ガス。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか１名第１図 ｆ゛゛γス分１亀櫻１ ３−・−際、ｆ′ｔ−極 ３− 註歳石ｉ
Claims (4)
- （１）燃料極の排出ガス管路の少なくとも一部を外管と
内管とからなる二重管で構成し、外部から排出ガスを導
入する内管を水素のみを選択的に透過しうる水素分離用
素子で形成するとともに外管に水素が除かれた排出ガス
の導出口を形成したことを特徴とする燃料電池。 - （２）水素分離用素子を多孔質セラミックスもしくは多
孔質ガラスで構成された請求項１に記載の燃料電池。 - （３）多孔質セラミックスもしくは多孔質ガラスは、Ｓ
ｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３、もしくはＣａＯを母体主組
成とし、Ｂ＿２Ｏ＿３、Ｎａ＿２Ｏ、Ｐ＿２Ｏ＿６、Ｃ
ｅＯ＿２、ＳｒＯ＿２、ＹｂＯ＿２、Ｎｂ＿２Ｏ＿６の
組成のうち少なくとも一種を含むことを特徴とする請求
項２に記載の燃料電池。 - （４）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に記載の燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63215428A JPH0265070A (ja) | 1988-08-30 | 1988-08-30 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63215428A JPH0265070A (ja) | 1988-08-30 | 1988-08-30 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0265070A true JPH0265070A (ja) | 1990-03-05 |
Family
ID=16672174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63215428A Pending JPH0265070A (ja) | 1988-08-30 | 1988-08-30 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0265070A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003517185A (ja) * | 1999-12-17 | 2003-05-20 | シュティヒティン・エネルギーオンデルツォイク・セントラム・ネーデルランド | 低温燃料電池アセンブリーとその操作方法 |
Citations (2)
| 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 |
-
1988
- 1988-08-30 JP JP63215428A patent/JPH0265070A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| 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 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003517185A (ja) * | 1999-12-17 | 2003-05-20 | シュティヒティン・エネルギーオンデルツォイク・セントラム・ネーデルランド | 低温燃料電池アセンブリーとその操作方法 |
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