JPH0349159A - 間接型内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、間接内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池に
関し、特に、間接型改質器の主要構成部品である触媒充
填部の構造に関するものである。

〔従来の技術〕

燃料電池は、水素のような酸化され易いガスと、酸素の
ような酸化性のあるガスとを電気化学反応プロセスを経
て反応させることにより直流電力を得るようにしたもの
である。燃料電池は、使用する電解質によって、リン酸
型、溶融炭酸塩型、固体電解質型等に大別される。

このうち、溶融炭酸塩型の燃料電池の主要構成は、以下
のようなものである。すなわち、一対のガス拡散電極間
に溶融した炭酸塩電解質層を介在させて単位電池が構成
されている。そして、複数の単位電池が、これら相互間
（ζ、両面に互いに直交する方向に燃料ガス通路及び、
酸化剤ガス通路が形成されたセパレータ板を介在させて
積層され、燃料電池積層体が構成されている。このよう
にして構成される溶融炭酸塩型燃料電池において、アノ
ードの電気化学反応において、活物質となるＨ８、ＣＯ
を原燃料（たとえば、メタンなどを中心とする炭化水素
）から製造する従来方式としては、一般に外部改質方式
と内部改質方式とが考えられている。外部改質方式電池
は、燃料電池積層体の外部で、原燃料である炭化水素か
ら燃料電池で消費する水素を生成するものである。一方
、内部改質方式電池は、燃料電池積層体の内部で、原燃
料である炭化水素から燃料電池で消費する水素および、
−酸化炭素を生成する改質反応と、水素より電気を生み
出す電気化学反応とを同時に進行させる機能を有した燃
料電池の一方式である。したがって、内部改質方式電池
は、吸熱反応である改質反応と発熱反応である燃料電池
反応とが、お互いの熱的な過不足を相補う形で組み合わ
されているという特長を有しており、内部改質方式の電
池を用いた燃料電池発電システムは、従来の外部改質方
式の燃料電池を用いた発電システムに比べて熱の有効利
用が容易に達成でき、高い発電効率が得られる。

なお、内部改質方式の電池は、構造・特徴により直接内
部改質方式と間接内部改質方式に大別される。すなわち
、直接内部改質方式電池は、改質触媒を燃料極（Ａｎｏ
ｄｅ）側のガス流路に設け、改質反応と電極反応とを並
列して進行させている。他方、間接内部改質方式電池で
は、燃料ガス流路とは分離しながら且つ熱的には、燃料
ガス流路に隣接する領域に改質部分を設けている。この
ことにより、改質反応に必要な反応熱として燃料電池で
の生成熱を利用する一方、改質反応と電極反応とをそれ
ぞれ独立して進行させている。

直接内部改質方式電池では、燃料ガス電極に隣接する燃
料ガス流路に改質触媒が保持された構造で、改質反応は
直接電池の中で行なわれる。直接内部改質方式電池の最
大の課題は、燃料ガスＷｔＳに保持される電解質による
改質触媒の被害現象であり、それは、このような直接型
の内部改質方式電池の構造に起因するものである。

上記の欠点を除くために改質反応と電極反応とを分離し
たのが間接内部改質方式電池である。間接型改質器は、
数セルの単位電池よりなる電池ユニットと交互に積層さ
れ積層体を構成する。

〔発明が解決しようとする課題〕

単位電池をセパレータ板を介して複数積層してなる燃料
電池本体（スタック）は、各々の単位電池の積層時の接
触抵抗を小さく、また、コンポーネント間の接触を良く
するために、通常は２〜５ｋｇｆ　／ａｄの面圧で締め
付けられている。積層体の積層方向おまび１面内の面圧
分布を均一に沿えることは、電池の特性向上のために非
常に重要である。゛間接内部改質方式の溶融炭酸塩型燃
料電池の主要構成部材の一つである改質器の構造を、ど
のような形式とするかは、上述した面圧分布の均一化の
点で大きな問題となる。

この発明は、上記のような問題点に鑑みなされたもので
、燃料ガスの供給と、８ｆ層体・・）積層方向あるいは
、面内方向の血圧分布の均一化をはかり特性の優れた間
接内部改質方式の溶融炭酸塩型燃料電池を得ることを目
的としたものである。

〔課題を解決するための手段〕

仁の発明の間接内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池は、
間接型改質器に改質触媒を充填した波板状構造部材を備
えるものである。

〔作用〕

この発明における間接内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電
池は、間接改質器の触媒充填部に波板状構造部材を用い
ることにより、燃料ガスの供給と、スタック本体の面圧
分布の均一化がはかれる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は、この発明の一実施例による間接内部改質方式溶融
炭酸塩型燃料電池の積層体にマニホールドを取付けたス
タック構造であり、原燃料（６）（たとえば、メタンな
どの天然ガス）を供給するための専用マニホールド部分
を一部切欠いて示している。この例では、数セルの単位
電池（１ａ）の上部に間接型改質器（２）を配置して、
その改質器の上に数セルの単位電池（ｘｂ）を置き燃料
電池積層体を構成するものである。

第２図は、第１図に示した本発明の一実施例による間接
内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池の原燃料ガス（６ａ
）〜（６ｄ）あるいは酸化剤ガス（９）を電池本体へ供
給するためのマニホールドａ〃、備を取りはずした燃料
電池積層体（３）を模式的に示す斜視図であり、間接型
改質器（８）を組み込んだセパレータ板（２）の燃料側
（アノード側）を一部切欠いた図である。この例では、
板状の間接型改質器（８）は、セパレータ板（２）の上
に配置され、単位電池（１ａ）〜（１ｅ）の数セル毎に
積層され、積層体を構成する。

第１図あるいは、第２図において、（１ａ）〜（１ｅ）
はｒ４極などのコンポーネントを包含する単位電池、（
２）はセパレータ板、（４）は間接型改質器（８）の改
質触媒（５）を充填保持する波板状構造部材、例えばイ
ンコネルよりなる波板型コルゲートフィン、（６）は原
燃料（たとえば、メタンなどの炭化水素）ガス、（７）
は改質触媒（５）で改質された水素リッチな改質ガス、
（９）は酸化剤ガス、（８０ａ）は原燃料（６）を改質
器（８）へ導く開口部、（８ａ）は積層体の一側面に一
口部（８０ａ）を有する原燃料ガス流路、（８ｂ）はこ
の流路より供給される原燃料ガス（６）を改質し、燃料
ガスを原燃料ガス流路の開口部（８０ａ）と同一側面に
ある開口部より放出する改質反応部を示す。また、ａυ
は酸化剤側（カソード側）ガスを電池本体へ供給するカ
ソード側マニホールド、興は燃料側（アノード側）のマ
ニホールド、（へ）は各マニホールドを電池積層体へ取
り付けるコイルバネ、ａ＜は電池積層体を保温するため
のヒータ板を示す。

第３図は、第１図あるいは第２図で示した間接型改質器
（８）を上部より見た断面図である。

図において、（ｓｏｂ）は改質反応部（８ｂ）の開口部
、（１２ａ）は原燃料ガス流路の開口部（８０ａ）と対
向配置され、原燃料ガス流路（８ａ）に原燃料ガス（６
）を供給する原燃料ガス供給マニホールド部、（１２ｂ
）は改質反応部（８ｂ）より放出される燃料ガス（７）
を各単位電池の燃料ガス流路に分配する分配マニホール
ド部、Ｑｔ９は改質器を原燃料ガス流路（８ａ）と改質
反応部（８ｂ）とに分離する仕切板、σηは原燃料ガス
（６）を水素リッチな改質ガスを生成するのに触媒充填
部へ導入するための原燃料ガスリターン部である。（１
８ａ）　。

（１８ｂ）は積層されるセルの層間のガスシールである
ウェットシール領域をハツチングで示した。また、０Ｉ
は電池反応後の燃料ガスである。なお、原燃料ガス供給
マニホールド部（１２ａ）および燃料ガス分配マニホー
ルド部（１２ｂ）は共に単位電池の複数セルにまたがっ
て、積層体の一側面に設けられており、燃料マニホール
ド＠を構成している。

第４図はこの発明の一実施例に係る間接型改質器を示す
斜視図であり、この例では、改質器（８）はセパレータ
板（２）内へ組み込まれ、改質器（８）の上部に水素リ
ッチな改質ガス（７）を電池内へ供給する燃料ガス流路
（１９ａ）を配置し、その上部ｌζアノード電極ＱＣＪ
を設置して構成されている。このような間接型改質器（
８）において、改質触媒（５）を充填保持する構造部材
として、例えば第４図に示すような波板型の構造部材（
４）すなわちコルゲートフィンを用いたものである。な
お、この実施例では、改質器（８）の原燃料ガス流路（
８ａ）にも同様な波板型のコルゲートフィンを用いてい
る。

外部よりスタックに供給される原燃料ガス（６）は、ま
ず、間接型改質器（８）に供給される。間接型改質器（
８）において、改質反応に必要な反応熱は、電池ユニッ
トで発生した熱が熱伝導により間接型改質器（８）に与
えられ、改質触媒（５）の作用により水素リッチなガス
に変換される。改質後の燃料ガス（７）は、マニホール
ド（ロ）を経由して電池本体のアノード側流路に供給さ
れる。間接型では改質反応部が、燃料ガス流路とは分離
されて設けられるので、電解質の付着による改質触媒の
劣化という問題はない。

反面、改質反応と電池反応とを並行して行い低温におい
ても十分な改質を行い得るという内部改質特有の特徴に
制約が加わる。以上のような特徴をもつ間接内部改質方
式溶融炭酸塩型燃料電池において、間接型改質器の構成
部品として、波板型のコルゲートフィンを全面に配置し
、この一部に改質触媒を一様に充填配置した構造とした
。

このような構造をとることにより、スタックを締め付け
た時のスタックの積層方向、あるいは、匣内方向の面圧
分布が、全面的に均一に保持される。また、原燃料ガス
（６）は、このコルゲートフィン（４）を流路とし、コ
ルゲートフィン（４）に保持された改質触媒（５）によ
り、水素リッチな燃料ガス（７）に改質されるため、電
池全体として特性のよいスタックとすることが可能とな
る。

なお、上記実施例では波板状構造部材（４）が波板型の
コルゲートフィンである場合を示したが、これに限るも
のではなく、例えば第５図に示すように矩型のコルゲー
トフィンであってもよく、上記実施例と同様の効果を奏
する。

さらに、第６図に示すように、波板状構造部材（４〕を
中板に）を介して多段（第６図では２段）に積層しても
よい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明、によれば、改質器は、改質触
媒を充填した波板状構造部材を備えるので、燃料ガスの
供給とスタックの面圧分布の均一性に優れた間接内部改
質方式溶融炭酸塩型燃料電池が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は共にこの発明の一実施例による間接内
部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池を示すもので、第１図
はスタック構造を一部切欠いて示す斜視図、第２図はガ
ス供給のためのマニホールドを取りはずした電池積層体
を一部切欠いて模式的に示す斜視図、第３図は間接型改
質器を上部方向から見た断面図、第４図は間接型改質器
を側面上方から見た斜視図、第５図、第６図はそれぞれ
この発明の他の実施例に係る間接型改質器を示す斜視図
である。 図において％　　（Ｉａ）〜（１ｅ）は単位電池、（２
）はセパレータ板、（３）は電池積層体、（４）は波板
状構造部材、（５）は改質触媒、（６）、　　（６ａ）
　〜（６ｄ）は原燃料ガス、（７）は燃料ガス、（８）
は間接型改質器、（９）は酸化剤ガス、＠は中板である
。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 単位電池をセパレータ板を介して複数セル積層する燃料
   電池積層体、および上記単位電池の数セル毎に積層され
   、原燃料ガスを水素を主成分とする燃料ガスに改質する
   間接型改質器を備える間接内部改質方式溶融炭酸塩型燃
   料電池において、上記改質器は改質触媒を充填した波板
   状構造部材を備えるものであることを特徴とする間接内
   部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池。