JPH0349163A - 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、電池積層体への燃料ガス供給方法の改善に
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、だ融成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
に、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、７ノー
ドの電気化学反応において活物質となるＨ７、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、−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１．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
ｉ４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燈料電池反応とが、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・でおり、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た１料電
池での生成熱を利用する一方、改質反応と「Ｌ極反応と
をそれぞれ独立【、４て進行させている。

直接内部改質方式電池では、燃料ガスな極に隣接する燃
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［？ｌ
ｉ：ｉの最大の課題は、燃料ガス電極に保持される電解
質による改質触媒の被害現象でありやそれ（汗、ζ、の
ような直接型の内部改質方式電池の構造に直置するもの
でＪする。

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）る。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述した間接内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池の間接
型改質器に原燃料である炭化水素（たとえば、メタンな
どの天然ガス）を供給する方法としては、間接型改質器
ごとにチューブなどを用いることが想像できるが、ガス
供給チューブと間接型改質器との接続が煩雑になる。あ
るいは、ガス供給チューブと間接型改質器の溶接部分の
腐食対策が必要となるなどの問題も生じる。また、間接
型改質器の構造上のシンプルさに欠けるなどの問題点を
含んでいる。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、構造がシンプルで燃料電池積層体の組立が
容易な間接改質方式溶融炭酸塩型燃料電池を提供するこ
とを目的としたものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る間接内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池
は、改質器を、燃料電池積層体の一側面に開口部を有す
る原燃料ガス流路と、この流路より供結さ１する原燃料
ガスを改質した燃料ガスを上記同一側面に放出する改質
反応部とに分離すると共に、複数層の上記開ｒ′：Ｊ部
と対向配置され複数の上記原燃料ガス流路に原燃料ガス
を供給するマニホールド部と、上記改質反応部より放出
される燃料ガスを上記各単位電池の燃料ガス流路に分配
するマニホールド部とを有する燃料マニホールドを上記
燃料電池積層体の一側面に備えたものである。

〔作用〕 このような間接内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池によ
れば、改質器を原燃料ガス流路と改質反応部とに分離す
ると共に、燃料マニホールドを原燃料ガス供給マニホー
Ｊｌ−ド部と燃料ガス分配マニホールド部とで構成する
ので、スタックの組立性に優れるとともに、間接型改質
器のシンプルさに特徴を有し、ガスの供給が非常に容易
となる。

〔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ｃＩυ、曹を取りはずした燃
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）は電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）を保持するコルゲートフィン、（６）
は原燃料（ｔことえば、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、（ａＯａ）は原燃料（６）
を改質器（８）へ導く開口部、（８ａ）は積層体の一側
面に開口部（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（ＳＯａ）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
、０υは酸化剤側（カソード側）のガスを電池本体へ供
給するカソード側マニホールド、（２）は燃料側（アノ
ード側ンのマニホールド、θＪ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。α４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％　（８０ｂ）は改質反応部（８ｂ）の開口
部、（１２ａ）は原燃料ガス流路の開口部（ＳＯａ）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、（１２
ｂ）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、（１ｂ）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、Ｑη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。

（１８ａ）（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、０１）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
料マニホールド曹を構成している。

このような構造を有するものにおいて、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
して単位電池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、原燃料ガス
（６）をどのような形式で間接改質器（８）に供給する
かは、設計上のキーポイントとなる。

この例では、燃料入口側の燃料マニホールドＱ４を２つ
の独立した室に分け、原燃料ガス供給マニホールド部（
１２ａ）と、水素リッチな改質ガス分配マニホールド部
（１２ｂ）とした。このような、燃料ガス供給構造をと
ることにより、構造が簡単で、ガス供給が容易であると
ともに、燃料電池スタックの組立が非常に容易となる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、改質器を、燃料電池
積層体の一側面に開口部を有する原燃料ガス流路と、こ
の流路より供給される原燃料ガスを改質した燃料ガスを
上記同一側面に放出する改質反応部とに分離すると共に
、複数層の上記開口部と対向配置され複数の上記原燃料
ガス流路に原燃料ガスを供給するマニホールド部と、上
記改質反応部より放出される燃料ガスを上記各単位電池
の燃料ガス流路に分配するマニホールド部とを有する燃
料マニホールドを上記燃料電池積層体の一側面に備えた
ので、構造が簡単で、ガス供給の容易性と、スタックの
組立性に優れた間接内部改質方式溶融炭酸塩型燃料電池
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３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である。 図において％　　（ｌａ）〜（１ｅ）は単位電池、（２
）はセパレータ板、（３）は電池積層体、（５月よ改質
触媒、（６）。 （６ａ）〜（６ｄ）は原燃料、（７）は水素リッチな燃
料ガス、（８）は間接型改質器、（８ａ）は原燃料ガス
流路、（８ｂ）は改質反応部、（ｓｏａ）、　（ｓｏｂ
）は開口部、（９）は酸化剤ガス、αυはカソード側マ
ニホールド、（２）はアノード側マニホールド、　（１
２ａ）は原燃料供給マニホールド部、（１２ｂ）は分配
マニホールド部、（ｌｔ９は仕切板である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、上記改質器を、上記燃料電池積層体の
   一側面に開口部を有する原燃料ガス流路と、この流路よ
   り供給される原燃料ガスを改質した燃料ガスを上記同一
   側面に放出する改質反応部とに分離すると共に、 複数層の上記開口部と対向配置され複数の上記原燃料ガ
   ス流路に原燃料ガスを供給するマニホールド部と、上記
   改質反応部より放出される燃料ガスを上記各単位電池の
   燃料ガス流路に分配するマニホールド部とを有する燃料
   マニホールドを上記燃料電池積層体の一側面に備えたこ
   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
   。