JPH05174858A - Manifold fastening structure for fusion carbonate type fuel cell - Google Patents

Manifold fastening structure for fusion carbonate type fuel cell

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JPH05174858A
JPH05174858A JP3333580A JP33358091A JPH05174858A JP H05174858 A JPH05174858 A JP H05174858A JP 3333580 A JP3333580 A JP 3333580A JP 33358091 A JP33358091 A JP 33358091A JP H05174858 A JPH05174858 A JP H05174858A
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fuel gas
anode
passage
fuel
gas passage
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Koji Yasuo
耕司 安尾
Mamoru Kimoto
衛 木本
Masato Nishioka
正人 西岡
Toshihiko Saito
俊彦 齋藤
Sanehiro Furukawa
修弘 古川
Yasuhiko Ito
靖彦 伊藤
Kimihiko Okudo
公彦 尾久土
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To enhance durability, improve electrical characteristics such as volt age and internal resistance, and concurrently prevent gas from leaking by deal ing with chemical, physical and structural disorders produced by operations continued for a long time at high temperatures. CONSTITUTION:A fuel gas passage is partitioned by an U-shaped anode side corrugated plate 5, so that the passage is divided into two, that is, a first and a second fuel gas passage 48 and 49. The locating position of modified medium 1 from the fuel gas inlet port and the range of a distance for arrangement in both the fuel gas passages 48 and 49 are made constant respectively.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は燃料電池、特に溶融炭酸
塩型燃料電池に関する。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to fuel cells, and more particularly to molten carbonate fuel cells.

【0002】[0002]

【従来の技術】原料燃料ガスを改質触媒により水素リッ
チな改質燃料ガスに改質後使用する内部改質式の溶融炭
酸塩型燃料電池には、改質触媒を燃料電池本体部、すな
わち発電部の間に設けられたガス改質専用の改質容器に
装備する間接式と燃料電池本体部内に装備する直接式と
がある。この場合、前者では、改質反応とアノード反応
とが別々に進行するので改質反応で生じた水素が逐次消
費されないが、後者では、上記両反応が近接して起こる
ので、水素が逐次消費され、改質反応が促進されるとい
う利点がある。(なお、以下では改質前の「原料燃料ガ
ス」、改質後の「改質燃料ガス」とも改質反応の有無等
で特に区別する必要がある場合を除き、単に「燃料ガ
ス」という。) 図1に従来の技術に係る直接内部改質式溶融炭酸塩型燃
料電池の主要部を示す。本図において、1はアルミナに
ニッケルが担持された円柱状の改質触媒、2は酸化ニッ
ケルを主成分とするカソード、3はニッケルを主成分と
するアノード、4はリチウムアルミネートと電解質(炭
酸リチウム、炭酸カリウム)からなる電解質板であり、
これらが燃料電池の発電部を構成する。発電部の上記構
造の下で更に、カソードの背面には二本矢印で示す方向
に酸化剤ガス(多くの場合空気と二酸化炭素の混合ガス
であるが「O2 」で示す。以下の図においても、図示方
法は同じ)たるカソードガスが、アノードの背面には燃
料ガスたるアノードガス(本図では示していないが、以
下図示する場合には、一本矢印と図13を除き「C
4 」で示す。)が相直交する方向に流れている。そし
て、改質触媒が、供給されてくるメタン等の原料燃料ガ
スを水素ガスに改質し、更にその水素ガスと酸化剤ガス
中の酸素とが溶融炭酸塩を介して反応することにより発
電がなされる。なお、5はアノード側の燃料ガスの整
流、適度な流れの乱をつくってアノードへの新しい燃料
ガスの接触を保持し、併せて改質触媒の支持、取付けを
目的とするコルゲート板、6はカソード枠、7はアノー
ド枠、8はステンレス製パンチング板よりなるカソード
側集電板、9はニッケル製パンチング板よりなるアノー
ド側集電板、10はステンレス製の整流等を目的とする
カソード側コルゲート板であり、これらは上記発電に直
結する構成材(1〜4)と共に、いわば燃料電池本体を
構成するものである。
2. Description of the Related Art In an internal reforming type molten carbonate fuel cell in which a raw material fuel gas is reformed into a hydrogen-rich reformed fuel gas by a reforming catalyst, the reforming catalyst is used in a main body of the fuel cell. There are an indirect type installed in a reforming container dedicated to gas reforming provided between power generation sections and a direct type installed in a fuel cell main body section. In this case, in the former case, the reforming reaction and the anode reaction proceed separately, so that the hydrogen generated in the reforming reaction is not successively consumed, but in the latter case, since both the above reactions occur in close proximity, the hydrogen is successively consumed. The advantage is that the reforming reaction is accelerated. (Hereinafter, the "raw material fuel gas" before reforming and the "reforming fuel gas" after reforming will be simply referred to as "fuel gas" unless it is necessary to distinguish them depending on the presence or absence of a reforming reaction. FIG. 1 shows a main part of a direct internal reforming molten carbonate fuel cell according to the prior art. In the figure, 1 is a columnar reforming catalyst in which nickel is supported on alumina, 2 is a cathode whose main component is nickel oxide, 3 is an anode whose main component is nickel, 4 is lithium aluminate and an electrolyte (carbonic acid). Lithium, potassium carbonate) is an electrolyte plate,
These constitute the power generation section of the fuel cell. Under the above structure of the power generation section, further, on the back surface of the cathode, an oxidant gas (in most cases, a mixed gas of air and carbon dioxide, which is indicated by "O 2 ". Also, the cathode gas which is the same as the illustrated method is the anode gas which is the fuel gas on the back surface of the anode (not shown in this figure, but in the following illustration, the single arrow and “C
H 4 ”. ) Are flowing in mutually orthogonal directions. The reforming catalyst reforms the supplied raw material fuel gas such as methane to hydrogen gas, and the hydrogen gas and oxygen in the oxidant gas react with each other through the molten carbonate to generate power. Done. Incidentally, 5 is a corrugated plate for the purpose of rectifying the fuel gas on the anode side, maintaining a proper flow disturbance to keep the new fuel gas in contact with the anode, and also for supporting and mounting the reforming catalyst. Cathode frame, 7 anode frame, 8 cathode side current collector plate made of stainless steel punching plate, 9 anode side current collector plate made of nickel punching plate, 10 cathode side corrugate for rectification of stainless steel, etc. The plates are, so to speak, together with the above-mentioned components (1 to 4) directly connected to power generation, constitute the fuel cell main body.

【0003】ただし、上記燃料電池本体は唯一個のみで
は電圧が低くあまり実用的でないため、これを複数個直
列に積層して使用することが多い。その場合、通常スタ
ックと言われているこの単位セルの積層体は、最上層の
単位セルのカソード枠6と最下層の単位セルのアノード
枠7とを除いて、上層の単位セルのアノード枠の平面部
7aとその直下の単位セルのカソート枠6の平面部6a
とは一体となってガス分離板を構成し、アノード枠7の
側壁部7bとカソード枠6の側壁部6bとはスタック側
壁の一部(以下、単に「スタック側壁」という。)兼ス
ペーサとなる。その上で、スタックの各単位セルに原料
燃料ガス、酸化剤ガスを導入する手段としては、図2に
示すようにマニホールド21と呼ばれる箱状の部材を用
いて各単位セルにそれぞれのガスを導入する方式がとら
れている。なお、ここに図2はマニホールドの水平断面
の概念を示す。
However, since the voltage of the above-mentioned fuel cell main body is low and not practical because it is only one, it is often used by laminating a plurality of fuel cell bodies in series. In this case, the stack of unit cells, which is usually called a stack, has the same structure as the anode frame of the upper unit cell except the cathode frame 6 of the upper unit cell and the anode frame 7 of the lower unit cell. The flat surface portion 7a and the flat surface portion 6a of the sort cell frame 6 of the unit cell immediately below the flat surface portion 7a
Together form a gas separation plate, and the side wall portion 7b of the anode frame 7 and the side wall portion 6b of the cathode frame 6 serve as a part of a stack side wall (hereinafter, simply referred to as "stack side wall") and a spacer. .. Then, as a means for introducing the raw material fuel gas and the oxidant gas into each unit cell of the stack, a box-shaped member called a manifold 21 as shown in FIG. 2 is used to introduce each gas into each unit cell. Has been adopted. 2 shows the concept of the horizontal section of the manifold.

【0004】なお、図3、図8、図10及び図12は後
に説明する実施例の図ではあるが、図8と図12は単位
セルの積層状態を概念的に示し、また図3と図10はマ
ニホールドの取付け状態の外観を概念的に示す。これは
構造上外部マニホールドと呼ばれ、スタック本体の側面
にスタック本体を取り囲むような形で設置される。又、
このマニホールドの設置には図3(A)、(B)に示す
ようにマニホールド締め付け板31と称する板バネ機構
を有するものを用いてマニホールド本体32をスタック
33側面に押しつける構造をとっている。なお、本図に
おいて、34はガスケット、35は絶縁板、61は不足
する改質反応用熱を供給するヒータを格納しているヒー
タ板である。
Although FIGS. 3, 8, 10 and 12 are diagrams of an embodiment described later, FIGS. 8 and 12 conceptually show the stacked state of the unit cells, and FIGS. Reference numeral 10 conceptually shows the appearance of the mounted state of the manifold. This is structurally called an external manifold, and is installed on the side surface of the stack body so as to surround the stack body. or,
As shown in FIGS. 3A and 3B, a manifold having a leaf spring mechanism called a manifold clamping plate 31 is used to install the manifold, and the manifold main body 32 is pressed against the side surface of the stack 33. In the figure, 34 is a gasket, 35 is an insulating plate, and 61 is a heater plate that stores a heater for supplying insufficient reforming reaction heat.

【0005】更に、燃料電池はいわば高温の化学反応容
器であるため、高温での化学反応すなわち発電が順調に
持続され、また副次的な化学反応、物理化学的反応、熱
変形等による各部の劣化等を防止するため各種の手段が
講じられている。具体的には、改質反応改善の目的で原
料燃料ガス入口部分では他の部分よりも改質触媒とアノ
ードとの間の集電板の開孔率を小さくする、燃料ガス中
に混入した溶融炭酸塩が改質触媒を劣化させるのを防止
する目的でカソード枠、アノード枠の両側面にシール部
を構成する、アノードの焼結防止の目的でアノードにC
r等の焼結防止剤を添加する、マニホールドの熱歪によ
るガス漏れ防止のためマニホールド締め付け具を採用す
る等である。
Further, since the fuel cell is a high-temperature chemical reaction vessel, the chemical reaction at high temperature, that is, power generation, is smoothly maintained, and the secondary chemical reaction, physicochemical reaction, thermal deformation, etc. Various measures are taken to prevent deterioration and the like. Specifically, in order to improve the reforming reaction, the porosity of the collector plate between the reforming catalyst and the anode at the feed fuel gas inlet is made smaller than at other parts, and the melt mixed in the fuel gas is melted. To prevent the carbonate from deteriorating the reforming catalyst, seal portions are formed on both sides of the cathode frame and the anode frame. To prevent sintering of the anode, C is added to the anode.
For example, a sintering inhibitor such as r is added, and a manifold clamp is used to prevent gas leakage due to thermal strain of the manifold.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術に係る燃料電池、特に溶融炭酸塩型燃料電池において
は、以下の問題点があった。 (1)直接内部改質型では、原料燃料ガスの改質反応の
大部分が、燃料ガスの入口側で行われるため、この部分
での改質触媒の劣化が他の部分に比べて顕著となる。こ
のため、中央及び燃料ガス出口側の改質触媒が機能する
にも拘わらず電池電圧が低下する。加えて、改質反応は
吸熱反応であり、このため燃料ガス入口側での温度低下
が著しくなり、その影響は発電部にまで及ぶ。これらの
ことから、電池電圧が低下すると共に、改質触媒の劣化
等により電池寿命が短くなる。
However, the fuel cell according to the prior art, particularly the molten carbonate fuel cell, has the following problems. (1) In the direct internal reforming type, most of the reforming reaction of the raw material fuel gas is carried out at the inlet side of the fuel gas, so that the deterioration of the reforming catalyst in this part is more remarkable than in other parts. Become. For this reason, the cell voltage drops despite the fact that the reforming catalysts at the center and the fuel gas outlet side function. In addition, the reforming reaction is an endothermic reaction, so that the temperature drop on the fuel gas inlet side becomes significant, and the effect extends to the power generation section. For these reasons, the battery voltage is lowered, and the battery life is shortened due to deterioration of the reforming catalyst.

【0007】また、この対策として燃料ガス入口部分で
は他の部分よりも改質触媒とアノードとの間の集電板の
開孔率を小さくした場合には、入口部分でのアノード反
応が抑制されるためアノード反応により生じるH2 Oガ
スが不足し、炭素が折出し易くなり、ひいては燃料ガス
がアノードに供給され難くなり、電池特性が劣化する。 (2)同じく、直接内部改質型燃料電池では、たとえア
ノード枠、カソード枠の両側面にシール部を設けても、
溶融炭酸塩の燃料ガスへの混入を完全には防止できず、
このため、アノード電極シール面等から滲み出してくる
若しくは燃料ガス中に混入してくる電解質が改質触媒に
付着し改質触媒の劣化が著しい。
Further, as a countermeasure against this, if the porosity of the collector plate between the reforming catalyst and the anode is made smaller at the fuel gas inlet portion than at other portions, the anode reaction at the inlet portion is suppressed. Therefore, the H 2 O gas generated by the anode reaction becomes insufficient, carbon easily breaks out, and it becomes difficult to supply the fuel gas to the anode, and the cell characteristics deteriorate. (2) Similarly, in the direct internal reforming fuel cell, even if the seal portions are provided on both side surfaces of the anode frame and the cathode frame,
It is not possible to completely prevent the mixture of molten carbonate into the fuel gas,
For this reason, the electrolyte oozing out from the sealing surface of the anode electrode or the like or mixed in the fuel gas adheres to the reforming catalyst, resulting in significant deterioration of the reforming catalyst.

【0008】ひいては、電池電圧が低下すると共に、電
池寿命が短くなる。 (3)アノードは、高温かつ圧力の高い燃料ガス雰囲気
中でその主成分たるニッケル粒子焼結体が、その表面が
金属状態であるため、焼結凝集が進行し厚みが減少す
る。そして、この減少はH2 Oガスの多い出口側ほど甚
だしく、このためアノードの厚みが不均一となり、アノ
ードと電解質板や集電板との電気的接触が不良となるこ
とにより内部抵抗が増大し、ひいては電池の性能が十分
に発揮されなくなる。といって、焼結防止剤を過度に混
入すれば、アノードの焼結による製造そのものが困難と
なる。 (4)電極面積が大きく(2000cm2 以上)、この
ため積層数が20セル程度となる外部マニホールド式燃
料電池のスタックにおいては、マニホールド自身も大型
になる。その結果、従来技術に係るマニホールド締め付
け板による締め付け方式ではその寸法歪みを吸収しきれ
ない。そして長時間の連続運転下ではマニホールド締め
付け圧の不均等が生じ、これが原因でガス漏洩等の不具
合が生じる。
As a result, the battery voltage drops and the battery life shortens. (3) Since the surface of the anode is a nickel particle sintered body, which is the main component, in a fuel gas atmosphere of high temperature and high pressure, sintering agglomeration proceeds and the thickness decreases. This decrease is remarkable on the outlet side where the amount of H 2 O gas is large, and therefore the thickness of the anode becomes non-uniform, and the electrical contact between the anode and the electrolyte plate or current collector plate becomes poor, so that the internal resistance increases. As a result, the battery performance will not be fully exhibited. However, if the sintering inhibitor is excessively mixed, the production itself by sintering the anode becomes difficult. (4) In the stack of the external manifold type fuel cell in which the electrode area is large (2000 cm 2 or more), and the number of stacked layers is about 20 cells, the manifold itself is also large. As a result, the dimensional strain cannot be completely absorbed by the conventional fastening method using the manifold fastening plate. Under a continuous operation for a long time, the manifold tightening pressure becomes uneven, which causes a problem such as gas leakage.

【0009】勿論、この対策として別途締め付け具にて
マニホールド背面部を押え、また締め付け圧を効率よく
マニホールドフランジ部に伝えることにより締め付ける
構造が採用されたりもするが、金属製締め付け具の場合
にはマニホールド背面部は電池本体に近接しており電解
質の飛散・付着による腐食が生じ、高耐腐食性セラミッ
ク製締め付け具の場合には、現在のセラミックでは熱膨
張が小さく熱衝撃に弱いため実用には難がある。
Of course, as a countermeasure against this, there may be adopted a structure in which the rear surface of the manifold is pressed by a separate tightening tool, and the tightening pressure is efficiently transmitted to the manifold flange section, but in the case of a metal tightening tool. The rear part of the manifold is close to the battery body, causing corrosion due to the scattering and adhesion of electrolyte, and in the case of highly corrosion-resistant ceramic fasteners, the current ceramic has small thermal expansion and is vulnerable to thermal shock, so it is not suitable for practical use. There are difficulties.

【0010】本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池の物理
的、構造的、化学的に複雑、しかも高温下で長時間運転
されるという宿命から生じる上記一連の課題を解決する
目的でなされたものである。
The present invention has been made for the purpose of solving the above-mentioned series of problems resulting from the fate that a molten carbonate fuel cell is physically, structurally, and chemically complicated and is operated at high temperature for a long time. Is.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、特に(1)の課題を解決するため請求項1の発明に
係る内部改質式溶融炭酸塩型燃料電池においては、アノ
ードとカソードとが電解質板を挟んで配置されるととも
に、上記アノードの背面側にはアノードに供給する燃料
ガス通路が設けられる一方、上記カソードの背面側には
カソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通路が設け
られた内部改質式溶融炭酸塩型燃料電池において、前記
燃料ガス通路は、アノード側に設けられ且つ原料燃料ガ
ス入口側通路内でLoを原料燃料ガスの入口から改質燃
料ガスとなって出る出口までの距離とした場合に、原料
燃料ガスの入口から0.7Loまでの範囲の距離にある
通路に改質触媒が配置された第1燃料ガス通路と、この
第1燃料ガス通路より反アノード方向(背面側)に設け
られ且つ第1燃料ガス通路とガスの往来自由その上燃料
ガス出口側通路内原料燃料ガス入口から0.3Lo以上
Lo以下の範囲に改質触媒が配置された第2ガス通路と
を有していることを特徴としている。
In order to achieve the above object, and particularly to solve the problem (1), in the internal reforming molten carbonate fuel cell according to the invention of claim 1, an anode and a cathode are provided. Are disposed with an electrolyte plate in between, and a fuel gas passage for supplying the anode is provided on the back side of the anode, while an oxidant gas passage for supplying an oxidant gas to the cathode is provided on the back side of the cathode. In the provided internal reforming molten carbonate fuel cell, the fuel gas passage is provided on the anode side, and Lo is transformed into the reforming fuel gas from the raw material fuel gas inlet in the raw material fuel gas inlet side passage. When the distance to the outlet is defined as the first fuel gas passage in which the reforming catalyst is arranged in the passage at a distance from the inlet of the raw material fuel gas to 0.7Lo, The reforming catalyst is provided in the direction opposite to the anode (on the back side) and is free to move in and out of the first fuel gas passage, and the reforming catalyst is arranged within the range of 0.3 Lo or more and Lo or less from the raw material fuel gas inlet in the fuel gas outlet passage It is characterized by having a second gas passage.

【0012】特に上記(1)の課題を解決するため請求
項2の発明に係る内部改質式溶融炭酸塩型燃料電池にお
いては、アノードとカソードとが電解質板を挟んで配置
されるとともに、上記アノードの背面側にはアノードに
燃料ガスを供給する燃料ガス通路が設けられる一方、上
記カソードの背面側にはカソードに酸化剤ガスを供給す
る酸化剤ガス通路が設けられた溶融炭酸塩型燃料電池に
おいて、アノード側には酸化剤ガス出口側に位置しかつ
改質触媒が配置された第1燃料ガス通路と同じく酸化剤
ガス入口側に位置した前記第1燃料ガス通路を出た改質
燃料ガスが流入するその流路の幅が前記第1燃料ガスの
通路の2〜5倍の範囲内の第2燃料ガス通路とを有して
いることを特徴としている。
In particular, in order to solve the above problem (1), in the internal reforming molten carbonate fuel cell according to the invention of claim 2, the anode and the cathode are arranged with the electrolyte plate sandwiched therebetween, and A molten carbonate fuel cell in which a fuel gas passage for supplying a fuel gas to the anode is provided on the back side of the anode and an oxidant gas passage for supplying an oxidant gas to the cathode is provided on the back side of the cathode. The reformed fuel gas exiting the first fuel gas passage located on the oxidant gas outlet side on the anode side and the reforming catalyst located on the oxidant gas inlet side on the anode side Has a second fuel gas passage having a width in the range of 2 to 5 times the width of the first fuel gas passage.

【0013】特に上記(2)の課題を解決するため請求
項3の発明に係る直接内部改質式溶融炭酸塩型燃料電池
においては、アノードとカソードとが電解質板を挟んで
配置されるとともに、上記アノードの背面側には、燃料
ガスを改質する改質触媒を備えた燃料ガス通路と、燃料
ガスと酸化剤ガスとを分離するためのガス分離板とが順
に設けられ、且つ上記ガス分離板の両側面にはシール面
が形成された直接内部改質式溶融炭酸塩型燃料電池にお
いて、前記燃料ガス通路とガス分離板との間に改質触媒
を保護するための保護板を設けたことを特徴としてい
る。
In particular, in order to solve the above-mentioned problem (2), in the direct internal reforming molten carbonate fuel cell according to the invention of claim 3, the anode and the cathode are arranged so as to sandwich the electrolyte plate, and A fuel gas passage provided with a reforming catalyst for reforming the fuel gas and a gas separation plate for separating the fuel gas and the oxidant gas are sequentially provided on the back side of the anode, and the gas separation is performed. In a direct internal reforming molten carbonate fuel cell in which sealing surfaces are formed on both sides of the plate, a protective plate for protecting the reforming catalyst is provided between the fuel gas passage and the gas separation plate. It is characterized by

【0014】特に上記(3)の課題を解決するため請求
項4の発明に係る溶融炭酸塩型燃料電池用アノードにお
いては、炭酸塩を保持した電解質板をアノードとカソー
ドではさみ込んで保持しアノードに燃料ガスを、カソー
ドに酸化剤ガスを供給して発電を行う溶融炭酸塩型燃料
電池において、アノードの焼結防止剤である第2成分金
属、あるいは金属酸化物の含有量を燃料ガス流れ方向に
沿って変化させた事を特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problem (3), in the molten carbonate fuel cell anode according to the invention of claim 4, an electrolyte plate holding a carbonate is sandwiched between the anode and the cathode and held. In a molten carbonate fuel cell in which fuel gas is supplied to the anode and oxidant gas is supplied to the cathode to generate power, the content of the second component metal or metal oxide, which is the sintering inhibitor of the anode, is determined by the flow direction of the fuel gas. It is characterized by changing along.

【0015】特に、上記(4)の課題を解決するため請
求項5の発明に係る溶融炭酸塩型燃料電池用締め付け具
においては、マニホールド背面部を直接押しつける構造
を有することと、自らの熱膨張をマニホールド締めつけ
圧力に変換しえる構造を有することと、高熱膨張性セラ
ミック製であることとを特徴としている。
In particular, in order to solve the above-mentioned problem (4), the fastener for molten carbonate fuel cell according to the invention of claim 5 has a structure for directly pressing the rear face of the manifold and its own thermal expansion. Is characterized by having a structure capable of converting into a manifold tightening pressure and being made of high thermal expansion ceramic.

【0016】[0016]

【作用】以上の構成により、請求項1の発明においては
アノード側に原料燃料ガスの入口側に改質触媒を充填し
た第1燃料ガス通路と改質燃料ガスの出口側に改質触媒
を充填した第2燃料ガス通路とを設けているため、原料
燃料ガスは両通路に分配され、燃料ガスの入口部は大部
分の燃料ガスが第1燃料ガス通路から供給され、中央部
は両燃料ガス通路から供給され、さらに出口部は大部分
が第2燃料ガス通路から供給される。
With the above construction, in the invention of claim 1, the anode side is filled with the reforming catalyst at the inlet side of the raw fuel gas, and the reforming catalyst is filled at the outlet side of the reforming fuel gas. Since the second fuel gas passage is provided, the raw fuel gas is distributed to both passages, most of the fuel gas is supplied to the inlet portion of the fuel gas from the first fuel gas passage, and the fuel gas is provided to the center portion of both fuel gas passages. The fuel is supplied from the passage, and most of the outlet is supplied from the second fuel gas passage.

【0017】請求項2の発明においては、第1燃料ガス
通路入口から供給された燃料ガスは高温の酸化剤廃ガス
からの吸熱により大幅に温度低下することなく改質され
た後に、他スタック面に取付けた閉鎖マニホールドによ
り第2燃料ガス通路に反転供給される。請求項3の発明
においては、燃料ガス通路とガス分離板との間に設けら
れた保護板がシール面等からの溶融炭酸塩の浸透を防止
する。請求項4の発明においては、燃料ガス流れ方向に
沿って含有量の多い焼結防止剤がアノードの燃料ガスの
流れ方向に沿った不均一な焼結の進行を防止する。請求
項5の発明においては、高熱膨張性セラミック製の締め
付け具が自らの熱膨張を変換した圧力によりマニホール
ド背面部を直接押しつける。
According to the second aspect of the present invention, the fuel gas supplied from the inlet of the first fuel gas passage is reformed by the endotherm from the high temperature oxidant waste gas without being significantly lowered in temperature, and then the other stack surface. A closed manifold attached to the second fuel gas passage reversely supplies the second fuel gas passage. According to the third aspect of the invention, the protective plate provided between the fuel gas passage and the gas separation plate prevents penetration of the molten carbonate from the sealing surface or the like. In the invention of claim 4, the sintering inhibitor having a large content along the fuel gas flow direction prevents the progress of uneven sintering along the fuel gas flow direction of the anode. In the invention of claim 5, the fastener made of high thermal expansion ceramic directly presses the rear surface of the manifold by the pressure obtained by converting its thermal expansion.

【0018】[0018]

【実施例】【Example】

(第1実施例)以下に、請求項1に係る発明を実施例に
基づき説明する。図4は、本発明に係る直接内部改質型
溶融炭酸塩燃料電池スタックの単位セルの一実施例の原
料燃料ガス入口近くの原料燃料ガスの流れ方向に直交す
る垂直断面図である。本図において、4は電解質板であ
り、この下面にはアノード3が設けられ、上面には酸化
ニッケルの焼結体から成るカソード2が設けられてい
る。上記カソード2の上面側には、カソード側集電板8
と波板状を成し酸化剤ガス(本実施例においては空気と
炭酸ガスとの混合ガス)の通路を構成するカソード側コ
ルゲート板10と、カソード枠6とが順に設けられてい
る。すなわち、以上の構成は図1に示した従来技術に係
るものと同一である。次に、本発明に係る部分の構成に
ついて説明する。
(First Embodiment) The invention according to claim 1 will be described below based on an embodiment. FIG. 4 is a vertical cross-sectional view orthogonal to the flow direction of the raw fuel gas near the inlet of the raw fuel gas of the unit cell of the direct internal reforming molten carbonate fuel cell stack according to the present invention. In the figure, reference numeral 4 is an electrolyte plate, on the lower surface of which an anode 3 is provided, and on the upper surface thereof, a cathode 2 made of a sintered body of nickel oxide is provided. On the upper surface side of the cathode 2, a cathode side current collector plate 8
A cathode-side corrugated plate 10 which has a corrugated plate shape and constitutes a passage for an oxidant gas (a mixed gas of air and carbon dioxide gas in this embodiment), and a cathode frame 6 are sequentially provided. That is, the above configuration is the same as that of the conventional technique shown in FIG. Next, the configuration of the portion according to the present invention will be described.

【0019】前記アノード3の下面側には、アノード側
集電板9と、波板状を成し上記カソード側コルゲート板
10と垂直方向に燃料ガスの通路を構成するアノード側
コルゲート板5と、アノード枠7とが順に積層されてい
る。このため、アノード側コルゲート板5とアノード側
集電板9及びアノード3とにより第1燃料ガス通路48
が構成され、同じくアノード側コルゲード板5とアノー
ド枠平面部7aとにより第2燃料ガス通路49が構成さ
れる。そして、上記両燃料通路は図示しないコルゲート
板の孔部より燃料ガスの往来を可能としている。更に、
改質触媒1は図5に示すように、第1燃料ガス通路48
には、燃料ガス入口側すなわち、原料燃料ガス入口から
の距離が0以上0.6Lo以下である範囲に充填され、
一方第2燃料ガス通路49においては、燃料ガス出口側
すなわち、原料ガス入口からの距離が0.4Lo以上L
o以下の範囲に充填されている。
On the lower surface side of the anode 3, an anode side current collector plate 9 and an anode side corrugated plate 5 which has a corrugated plate shape and forms a fuel gas passage in a direction perpendicular to the cathode side corrugated plate 10. The anode frame 7 is sequentially stacked. Therefore, the first fuel gas passage 48 is formed by the anode-side corrugated plate 5, the anode-side collector plate 9 and the anode 3.
Similarly, the anode-side corrugated plate 5 and the anode frame flat surface portion 7a constitute a second fuel gas passage 49. Further, both of the fuel passages enable the passage of fuel gas through the holes of the corrugated plate (not shown). Furthermore,
As shown in FIG. 5, the reforming catalyst 1 includes the first fuel gas passage 48.
Is filled in the fuel gas inlet side, that is, in the range where the distance from the raw material fuel gas inlet is 0 or more and 0.6 Lo or less,
On the other hand, in the second fuel gas passage 49, the distance from the fuel gas outlet side, that is, the raw material gas inlet is 0.4 Lo or more L
It is filled in the following range.

【0020】また、このため、図4においては、第2燃
料ガス通路49内の改質触媒は表れていない。この際、
第1燃料ガスの通路にはそのガス入口先端から0.6L
oまでの距離の範囲内に改質触媒を入れているのは、従
来技術に係わる燃料電池においては、改質反応は燃料ガ
ス通路の入口先端から全体の30%入った部分まででほ
とんど終了していることと本実施例においては燃料ガス
通路を2つに分割していることとを考慮の上、両通路で
の適切な改質反応の分担がなされるべく30%の倍とし
たものである。ただし、実際には第1燃料ガス通路と第
2燃料ガス通路とで、燃料ガスの往来があること等のた
め、この0.6Loという数値は両通路における燃料ガ
スの往来の程度等その他の条件によっては多少増加又は
減少があってもよく、あるいは第1燃料ガス通路と第2
燃料ガス通路の改質触媒充填部の重複があってもよいの
は勿論である。そして、上記電解質板4、アノード3、
カソード2、両集電板8、9、各コルゲート板5、1
0、カソード枠6及びアノード枠7により単位セルPが
構成され、この単位セルPを多数積層し、上下端板(図
示せず)で積層方向に締め付けることにより電池スタッ
クが構成される。
For this reason, the reforming catalyst in the second fuel gas passage 49 is not shown in FIG. On this occasion,
0.6L from the gas inlet tip in the passage of the first fuel gas
In the fuel cell according to the prior art, the reforming reaction is almost completed from the inlet tip of the fuel gas passage to 30% of the whole in the fuel cell according to the prior art. In consideration of the fact that the fuel gas passage is divided into two in this embodiment, the fuel gas passage is divided by 30% so as to appropriately share the reforming reaction in both passages. is there. However, in reality, since the fuel gas flows between the first fuel gas passage and the second fuel gas passage, the value of 0.6 Lo is another condition such as the degree of the passage of fuel gas in both passages. There may be some increase or decrease depending on the first fuel gas passage and the second fuel gas passage.
Of course, the reforming catalyst filling portions of the fuel gas passage may overlap. Then, the electrolyte plate 4, the anode 3,
Cathode 2, both collector plates 8 and 9, corrugated plates 5 and 1
0, the cathode frame 6 and the anode frame 7 constitute a unit cell P, and a large number of the unit cells P are laminated and fastened in the stacking direction by upper and lower end plates (not shown) to form a battery stack.

【0021】更に燃料ガス吸入部には燃料ガス供給マニ
ホールドが、酸化剤ガス吸入部には酸化剤ガス供給マニ
ホールドが、それぞれ連結されている(図4ではともに
示さず)。なお、これらの積層及び補強構造、各単位セ
ルへの均等な燃料ガスの流入等については、従来技術に
係る溶融炭酸塩型燃料電池と同じであるため、その説明
は省略する。
Further, a fuel gas supply manifold is connected to the fuel gas suction portion, and an oxidant gas supply manifold is connected to the oxidant gas suction portion (not shown in FIG. 4). The stacking and reinforcing structure, the uniform flow of the fuel gas into each unit cell, and the like are the same as those of the molten carbonate fuel cell according to the related art, and thus the description thereof will be omitted.

【0022】さて、以上のガス流路構成のもとで、ガス
供給マニホールドから各アノード3の背面側原料燃料ガ
ス入口部に供給された原料燃料ガスは、第1燃料ガス通
路48と第2燃料ガス通路内49とに導かれた上で改質
触媒1により改質燃料ガスに改質され、しかる後アノー
ド3に供給されて電池反応を生じる。この際、本実施例
においては、アノード側において、燃料ガスの入口側に
改質触媒1を充填した第1燃料ガス通路48と燃料ガス
の出口側に改質触媒1を充填した第2燃料ガス通路49
とを設け、更に両ガス通路のガスの往来の割合が適当で
あるため、原料燃料ガスは両通路に分配された後、燃料
ガスの入口部においては発電に必要な改質燃料ガスが第
1燃料ガス通路48から供給され、中央部においては両
燃料ガス通路48、49から供給され、さらに出口部に
おいては大部分が第2燃料ガス通路49から供給され
る。従って、入口部近辺におけるアノード反応の抑制が
なくなり、ひいては燃料ガス入口部近辺でH2 Oガスが
不足するようなことがない。その結果、燃料ガス通路へ
の炭素の折出、燃料ガス通路の詰まりを抑制することが
できる。
Now, under the above gas flow path configuration, the raw material fuel gas supplied from the gas supply manifold to the rear side raw material fuel gas inlet of each anode 3 is the first fuel gas passage 48 and the second fuel gas. After being introduced into the gas passage 49, it is reformed into reformed fuel gas by the reforming catalyst 1 and then supplied to the anode 3 to cause a cell reaction. At this time, in the present embodiment, on the anode side, the first fuel gas passage 48 filled with the reforming catalyst 1 at the fuel gas inlet side and the second fuel gas filled with the reforming catalyst 1 at the fuel gas outlet side are provided. Passage 49
Further, since the ratio of the gas passing through both gas passages is appropriate, the raw fuel gas is distributed to both passages, and then the reformed fuel gas necessary for power generation is first supplied to the fuel gas inlet portion. It is supplied from the fuel gas passage 48, is supplied from both fuel gas passages 48 and 49 at the central portion, and is largely supplied from the second fuel gas passage 49 at the outlet portion. Therefore, the suppression of the anode reaction in the vicinity of the inlet is eliminated, and eventually the H 2 O gas does not run short in the vicinity of the fuel gas inlet. As a result, it is possible to prevent the carbon from leaking into the fuel gas passage and clogging of the fuel gas passage.

【0023】また、原料燃料ガスは両通路に分配される
ので、燃料ガスの入口側、出口側とも改質反応が均一と
なる。このため改質触媒の劣化や改質反応部近辺の温度
分布の不均一を抑制することができ、ひいては電池電圧
の低下、燃料ガス入口側での温度の低下、電池寿命の短
縮等の抑制が可能となる。以上、本請求項1に係わる発
明を実施例にもとづき説明したが、本発明は何も上記実
施例に限定されるものでないのは勿論である。すなわ
ち、例えば第1燃料ガス通路と第2燃料ガス通路の流路
断面積を1:1でなく多少変化させる、第1燃料ガス通
路入口にある改質触媒のため原料燃料ガスが第1燃料ガ
ス通路に流入し難い場合には第2燃料ガス通路に外形が
改質触媒に似た流路抵抗的な物を設ける、逆に第1燃料
ガス通路出口に流路抵抗的な物を設けて過度の改質ガス
の流出を抑制する等の手段が講じられてもよい。
Further, since the raw material fuel gas is distributed to both passages, the reforming reaction becomes uniform on both the inlet side and the outlet side of the fuel gas. Therefore, it is possible to suppress deterioration of the reforming catalyst and uneven temperature distribution in the vicinity of the reforming reaction portion, which in turn suppresses a decrease in battery voltage, a decrease in temperature at the fuel gas inlet side, and a decrease in battery life. It will be possible. The invention according to claim 1 has been described above based on the embodiments, but it goes without saying that the invention is not limited to the above embodiments. That is, for example, the raw material fuel gas is the first fuel gas because the reforming catalyst at the inlet of the first fuel gas passage changes the flow passage cross-sectional areas of the first fuel gas passage and the second fuel gas passage to some extent instead of 1: 1. When it is difficult to flow into the passage, a passage-resistant material similar in shape to the reforming catalyst is provided in the second fuel gas passage, and conversely, a passage-resistant material is provided at the outlet of the first fuel gas passage. Means such as suppressing the outflow of the reformed gas may be taken.

【0024】ただし、これらは燃料電池が高温かつ形状
も複雑であるため、両ガス通路の燃料ガスの往来用孔の
設定等共に個々のプラントで実験により最適なものを見
つける手法が採られる。 (実験11)上記実施例では図5に示すように第2燃料
ガス通路49の出口は開放としているが、本発明の性能
実験においては、ニッケルウール若しくは上記スタック
側壁等のようなもので閉塞し、最終的には出口近くから
第1燃料ガス通路へ流入させることにより、第2燃料ガ
ス通路49から燃料ガスが直接排出されるのを防止する
構造のもの(このようなスタック(セル)を、以下
(A)スタックと称する。)にて行った。なお比較例と
しては、第2燃料ガス通路が設けられていない他は上記
(A)スタックと同じ構造のスタック(セル)(以下
(X)スタックと称する。)を使用した。
However, since the fuel cell has a high temperature and the shape thereof is complicated, a method of finding the optimum one by experiments in individual plants is adopted for the setting of the passage holes for the fuel gas in both gas passages. (Experiment 11) In the above-mentioned embodiment, the outlet of the second fuel gas passage 49 is open as shown in FIG. 5, but in the performance experiment of the present invention, it is blocked by nickel wool or the above-mentioned stack side wall. Of the structure that prevents the fuel gas from being directly discharged from the second fuel gas passage 49 by finally flowing into the first fuel gas passage from the vicinity of the outlet (such a stack (cell), Hereinafter, this is performed in (A) stack. As a comparative example, a stack (cell) having the same structure as the above (A) stack except that the second fuel gas passage was not provided (hereinafter referred to as (X) stack) was used.

【0025】(A)スタックと(X)スタックとの燃料
ガスの入口からの距離LのLoに対する比と温度との関
係の測定結果を図6に示す。尚、上記Lは燃料ガスの入
口から測定位置までの距離である。また、実験条件は、
原料燃料ガス内の水蒸気とメタンとの比率は3:1、電
流密度は150mA/cm2 、電池の設定温度は650
℃であり、また電極有効面積250cm2 、積層数4セ
ルのスタックを用いた。
FIG. 6 shows the measurement results of the relationship between the ratio of the distance L from the fuel gas inlet of the (A) stack and the (X) stack to the Lo and the temperature. The above L is the distance from the fuel gas inlet to the measurement position. The experimental conditions are
The ratio of water vapor to methane in the raw fuel gas is 3: 1, the current density is 150 mA / cm 2 , and the set temperature of the battery is 650.
A ° C., also the electrode effective area 250 cm 2, was used a stack of laminated number 4 cells.

【0026】図6から明らかなように、比較例の(X)
スタックでは燃料ガスの入口付近で温度が大巾に低下
し、入口から遠くなるに連れて上昇しているのに対し
て、(A)スタックでは温度が略均一であるのがわか
る。さて、改質反応は吸熱反応であり、改質反応が進行
している部分では温度が低下するということを考慮した
場合、(A)スタックでは改質反応が均一化されている
のがわかる。
As is apparent from FIG. 6, (X) of the comparative example.
It can be seen that in the stack, the temperature drastically decreases near the inlet of the fuel gas and rises with increasing distance from the inlet, whereas in the stack (A), the temperature is substantially uniform. Now, considering that the reforming reaction is an endothermic reaction and the temperature decreases in the portion where the reforming reaction is progressing, it can be seen that the reforming reaction is uniformized in the stack (A).

【0027】(実験12)上記本発明の(A)スタック
と比較例の(X)スタックとの平均電圧の経時変化の測
定結果を図7に示す。尚、実験条件は、上記(実験1
1)と同じである。本図から明らかなように、比較例の
(X)スタックでは初期電圧は約700時間までしか維
持されないのに対して、(A)スタックでは初期電圧が
約1300時間まで維持されることが認められる。
(Experiment 12) FIG. 7 shows the results of measurement of changes with time in the average voltage of the (A) stack of the present invention and the (X) stack of the comparative example. The experimental conditions are as described above (Experiment 1
Same as 1). As is clear from this figure, the initial voltage of the (X) stack of the comparative example is maintained only for about 700 hours, while the initial voltage of the (A) stack is maintained for about 1300 hours. ..

【0028】加えて、(A)スタックは(X)スタック
に比べて、電圧の低下が緩慢であることも認められる。 (第2実施例)以下に、請求項2に係る発明を実施例に
基づき説明する。図8は本発明の一実施例である内部改
質式溶融炭酸塩型燃料電池の単位セルの分解斜視図であ
る。
In addition, it is also recognized that the voltage drop of the (A) stack is slower than that of the (X) stack. (Second Embodiment) The invention according to claim 2 will be described below based on an embodiment. FIG. 8 is an exploded perspective view of a unit cell of an internal reforming molten carbonate fuel cell which is an embodiment of the present invention.

【0029】本図において、2はカソード、3はアノー
ド、4は電解質板、5はアノード側コルゲート板、7c
はガス分離板、8はカソード側集電板、9はアノード側
集電板、12、13はスタック側壁兼スペーサであり、
それらの基本的構造は従来技術に係るものと同じであ
る。このため、それらの説明は省略する。次に、本発明
に係る部分について説明する。
In the figure, 2 is a cathode, 3 is an anode, 4 is an electrolyte plate, 5 is an anode-side corrugated plate, and 7c.
Is a gas separation plate, 8 is a cathode side current collecting plate, 9 is an anode side current collecting plate, 12 and 13 are stack side walls and spacers,
Their basic structure is the same as in the prior art. Therefore, their description is omitted. Next, the part relating to the present invention will be described.

【0030】アノード側コルゲート板5はアノード3、
ガス分離板7Cと共に、第1燃料ガス通路51及び第2
燃料ガス通路52を構成し、両通路内にはコルゲート板
9の上下に亘ってチップ状の改質触媒1が充填保持され
ている。また、第1燃料ガス通路51と第2燃料ガス通
路52とを分離する境界部分にはリチウムアルミネート
を主成分とする炭酸塩吸収材53を充填保持している。
ガス通路の幅の比は、第1燃料ガス通路/第2燃料ガス
通路=1/5〜1/2が好ましく、本実施例では1/3
としている。なお、好ましい両ガス通路の幅の比が2〜
5であるのは、従来技術に係わる燃料電池では、燃料ガ
ス通路先端から全体の30%までの距離で改質反応がほ
ぼ終了していること、第1燃料ガス通路幅が広いと酸化
剤廃ガスの熱の高くない部分にも位置することとなるこ
とと、両ガス通路、そして特に第1燃料ガス通路におけ
る燃料ガスの均一な流れを考慮したものである。そし
て、第1燃料ガス通路51は酸化剤ガス出口側に位置
し、第2燃料ガス通路52は酸化剤ガス入口側に位置す
る。
The anode side corrugated plate 5 is the anode 3,
Together with the gas separation plate 7C, the first fuel gas passage 51 and the second fuel gas passage 51
The fuel gas passage 52 is formed, and the chip-shaped reforming catalyst 1 is filled and held in both passages above and below the corrugated plate 9. Further, a carbonate absorbing material 53 containing lithium aluminate as a main component is filled and held in a boundary portion separating the first fuel gas passage 51 and the second fuel gas passage 52.
The ratio of the widths of the gas passages is preferably 1/5 to 1/2 of the first fuel gas passage / the second fuel gas passage, and is 1/3 in this embodiment.
I am trying. In addition, a preferable ratio of the widths of both gas passages is 2 to
The reason for No. 5 is that in the fuel cell according to the prior art, the reforming reaction is almost completed within a distance of 30% from the tip of the fuel gas passage. This is because the gas is located in a portion where the heat of the gas is not high, and the uniform flow of the fuel gas in both gas passages, and particularly in the first fuel gas passage is taken into consideration. The first fuel gas passage 51 is located on the oxidant gas outlet side, and the second fuel gas passage 52 is located on the oxidant gas inlet side.

【0031】以上の構造のもとで原料燃料ガスは第1燃
料ガス通路51入口より導入される。次に、燃料ガスの
流れについて説明する。図9は、本実施例の燃料ガスの
流れを示す平面的概念図である。本図において、電池ス
タックの一周面には、ガス流れの上下方向に並行して配
列された第1燃料ガス通路51と第2燃料ガス通路52
とが開口しており、第1燃料ガス通路51の入口側に、
原料燃料ガス供給用マニホールド21aが取り付けら
れ、スタックの他周面には、第1燃料ガス通路51の出
口側と、第2燃料ガス通路52の入口側を連通するよう
改質燃料ガスの供給用の閉鎖マニホールド21bが夫々
取付けられている。また、原料燃料ガス供給用マニホー
ルド21aと並置して第2燃料ガス通路52の出口側に
燃料廃ガスの排出用マニホールド21cが取付けられて
いる。
Under the above structure, the raw material fuel gas is introduced from the inlet of the first fuel gas passage 51. Next, the flow of fuel gas will be described. FIG. 9 is a schematic plan view showing the flow of fuel gas according to the present embodiment. In the figure, a first fuel gas passage 51 and a second fuel gas passage 52, which are arranged parallel to each other in the vertical direction of the gas flow, are provided on one circumferential surface of the cell stack.
Are opened, and on the inlet side of the first fuel gas passage 51,
A raw fuel gas supply manifold 21a is attached, and for supplying reformed fuel gas to the other peripheral surface of the stack so that the outlet side of the first fuel gas passage 51 and the inlet side of the second fuel gas passage 52 communicate with each other. The closed manifolds 21b are attached respectively. Further, a fuel waste gas discharge manifold 21c is attached to the outlet side of the second fuel gas passage 52 in parallel with the raw fuel gas supply manifold 21a.

【0032】更に、他方の対向周面には各々酸化剤ガス
の供給用及び排出用のマニホールド22a及び22bが
取付けられる。なお、図10は本実施例の斜視方向外観
図である。ただし、本請求項の発明に直接には関係ない
マニホールド締め付け具、ヒータ等は図が煩雑となるた
め省略してある。
Further, manifolds 22a and 22b for supplying and discharging the oxidant gas are attached to the other opposing peripheral surfaces, respectively. Note that FIG. 10 is an external perspective view of this embodiment. However, the manifold fasteners, heaters, etc., which are not directly related to the invention of this claim, are omitted because the drawings are complicated.

【0033】次に本実施例の作動を説明する。原料燃料
ガスは、マニホールド21aより第1燃料ガス通路51
に供給され、電池(図示せず)から供給される反応熱
(約650℃)の他に高温のカソード廃ガス熱の下で改
質がなされる。そして第1燃料ガス通路51で生成した
改質燃料ガスは閉鎖マニホールド21bにより反転して
第2燃料ガス通路52に導入され、各カソードに供給さ
れた上でカソードガスと反応し、電力を発生する。しか
る後、反応済のアノード廃ガスは排出用マニホールド2
1cから電池外に排出される。
Next, the operation of this embodiment will be described. The raw fuel gas is supplied from the manifold 21a to the first fuel gas passage 51.
Reforming is performed under the heat of the cathode exhaust gas at a high temperature in addition to the reaction heat (about 650 ° C.) that is supplied to the reactor and is supplied from a battery (not shown). Then, the reformed fuel gas generated in the first fuel gas passage 51 is inverted by the closed manifold 21b and introduced into the second fuel gas passage 52, supplied to each cathode, and then reacted with the cathode gas to generate electric power. .. After that, the reacted anode waste gas is discharged into the manifold 2
It is discharged from the battery 1c to the outside of the battery.

【0034】この際、第1燃料ガス通路51において、
発電により高温となった酸化剤排(廃)ガスからの熱供
給を受けて原料燃料ガスのほとんど全てが吸熱反応であ
る改質反応による大幅な温度低下なしに改質される。し
かし改質触媒1の劣化等で未改質の原料燃料ガスが存在
する場合やあるいは第1/第2燃料ガス通路の境界部よ
り漏洩する原料燃料ガスの存在を考慮して、第2燃料ガ
ス通路52にも改質触媒1が充填されている。
At this time, in the first fuel gas passage 51,
Receiving heat from the oxidant exhaust (waste) gas that has become high temperature due to power generation, almost all of the raw material fuel gas is reformed without a drastic temperature decrease due to the reforming reaction which is an endothermic reaction. However, in consideration of the presence of unreformed raw fuel gas due to deterioration of the reforming catalyst 1 or the presence of raw fuel gas leaking from the boundary of the first / second fuel gas passage, the second fuel gas The passage 52 is also filled with the reforming catalyst 1.

【0035】なお、本実施例では触媒の炭酸塩被毒防止
の立場から第1燃料ガス通路と第2燃料ガス通路の境界
部にあたるコルゲート板の上下に亘って炭酸塩吸収剤を
充填保持する構造としているが、インコネル若しくはN
iメッキを施した耐還元腐食性材料等にて製作された金
属製スペーサを配する構造としてもよいのは勿論であ
る。
In this embodiment, from the standpoint of preventing carbonate poisoning of the catalyst, the carbonate absorbent is filled and held above and below the corrugated plate, which is the boundary between the first fuel gas passage and the second fuel gas passage. Inconel or N
It goes without saying that a metal spacer made of a material such as i-plated reduction corrosion resistant material may be provided.

【0036】また、両ガス通路の幅の比は、個々の燃料
電池で実験により2〜5の範囲内で最適な値が求められ
るのは勿論である。 (第3実施例)請求項3に係る発明を実施例に基づいて
説明する。図11及び図12は本発明に係わる直接内部
改質型溶融炭酸塩燃料電池の一実施例を示すものであ
り、図11は単位セルの模式的断面図、図12はスタッ
クの要部分解斜視図である。
As a matter of course, the ratio of the widths of the two gas passages can be determined to be an optimum value within the range of 2 to 5 by experiments in individual fuel cells. (Third Embodiment) The invention according to claim 3 will be described based on an embodiment. 11 and 12 show an embodiment of a direct internal reforming molten carbonate fuel cell according to the present invention. FIG. 11 is a schematic sectional view of a unit cell, and FIG. 12 is an exploded perspective view of a main part of a stack. It is a figure.

【0037】図11及び図12において、1は改質触
媒、2はカソード、3はアノード、4は電解質板、5は
アノード側コルゲート板、6はカソード枠、7はアノー
ド枠、8はカソード側集電板、9はアノード側集電板、
10はカソード側コルゲート板であり、図12において
12及び13は各々直方体状に構成された燃料ガス側及
び酸化剤ガス側スタック側壁兼スペーサ、7cはカソー
ド枠とアノード枠の平面部が一体となったガス分離板で
あり、これらは従来技術に係るものと同じであるため、
その説明は省略する。
In FIGS. 11 and 12, 1 is a reforming catalyst, 2 is a cathode, 3 is an anode, 4 is an electrolyte plate, 5 is an anode side corrugated plate, 6 is a cathode frame, 7 is an anode frame, and 8 is a cathode side. Collector plate, 9 is a collector plate on the anode side,
Reference numeral 10 is a cathode side corrugated plate, 12 and 13 in FIG. 12 are fuel gas side and oxidant gas side stack side walls and spacers, each of which has a rectangular parallelepiped shape, and 7c is a flat portion of the cathode frame and the anode frame integrated with each other. Gas separation plates, which are the same as those of the related art,
The description is omitted.

【0038】24は板厚0.1〜0.2mmのニッケル製
薄板にて製作された水(液)密性が充分な保護板であ
り、本発明の要部を構成するものである。次に、本発明
に密接に関係する燃料電池スタックのシール機構につい
て説明する。燃料電池スタックは、上記図11に示す単
位セルを図12に示す要領で多数積層し、上下端板(図
示せず)で積層方向に締め付けることにより構成され
る。ただし、従来の技術において説明したごとく、カソ
ード枠6とアノード枠7とは、積層途中の単位セルでは
一体となってガス分離板7cとスタック側壁兼スペーサ
12、13を構成する。本実施例においてはガス分離板
7cの上面の両側部には、燃料ガスの流れ方向に沿っ
て、直方体状のスタック側壁兼スペーサ12が固定され
る一方、下面の両側部には、酸化剤ガスの流れ方向(燃
料ガスの流れ方向と直交)に沿って、直方体状のスタッ
ク側壁兼スペーサ13が固定されている。そして、両ス
タック側壁兼スペーサ12、13は燃料ガス及び酸化剤
ガスの流路を形成するための流路側壁の役割をも果た
す。これにより、上記ガス分離板7cは、燃料ガスと酸
化剤ガスとを分離するセパレータ部7cと、スタック側
壁兼スペーサ12、13を前記電解質板に押圧すること
により形成されるウエットシール面14、15とを有す
ることになる。
Reference numeral 24 denotes a protective plate made of a nickel thin plate having a plate thickness of 0.1 to 0.2 mm and having a sufficient water (liquid) tightness, which constitutes an essential part of the present invention. Next, the fuel cell stack sealing mechanism closely related to the present invention will be described. The fuel cell stack is constructed by stacking a large number of the unit cells shown in FIG. 11 as shown in FIG. 12 and tightening them in the stacking direction with upper and lower end plates (not shown). However, as described in the prior art, the cathode frame 6 and the anode frame 7 integrally form the gas separation plate 7c and the stack side walls and spacers 12 and 13 in the unit cell in the middle of stacking. In this embodiment, a rectangular parallelepiped stack sidewall / spacer 12 is fixed to both sides of the upper surface of the gas separating plate 7c along the flow direction of the fuel gas, while oxidizer gas is attached to both sides of the lower surface. A rectangular parallelepiped stack side wall / spacer 13 is fixed along the flow direction (orthogonal to the fuel gas flow direction). The stack side walls and spacers 12 and 13 also serve as flow path side walls for forming the flow paths of the fuel gas and the oxidant gas. As a result, the gas separation plate 7c is formed by pressing the separator portion 7c for separating the fuel gas and the oxidant gas and the stack side walls and spacers 12, 13 against the electrolyte plate 14, 15. And will have.

【0039】上記構造のもとで、本発明に係る保護板2
4の幅はガス分離板7cの分離部より狭くしており、こ
のため保護板24の折り曲げ部24aと補強部材12と
の間に隙間が生じる。この隙間にリチウムアルミネート
から成るチップ状の炭酸塩吸収剤53を充填保持してい
る。次に、この作用について説明する。保護板により電
解質板4に含浸された溶融炭酸塩がアノード側コルゲー
ト板5部に浸透するのを抑制し、ひいてはアノード側コ
ルゲート板5内に充填保持された改質触媒1が劣化する
のを抑制できる。さらに、保護板24は炭酸塩に対し濡
れ性の悪い(少い)ニッケル製であるため改質触媒のニ
ッケル表面に付着等した炭酸塩による劣化を一層抑制で
きる。また、上記のごとく保護板24の折り曲げ部24
aと12との間の隙間に溶融塩吸収剤が充填保持されて
いるため、例え溶融炭酸塩が本来ならシール部を介して
アノード側コルゲート板5部に浸透するような状態にな
っても溶融塩吸収剤によって吸収されてしまう。このた
め改質触媒1の劣化を一層抑制できる。またこの際、薄
板であるため折り曲げ加工が容易なだけでなく熱膨張、
熱収縮を無理なく吸収しえ、しかも軽量であるため重量
による荷重も発生しない。
Under the above structure, the protective plate 2 according to the present invention
The width of 4 is made narrower than the separation portion of the gas separation plate 7c, so that a gap is created between the bent portion 24a of the protection plate 24 and the reinforcing member 12. A chip-shaped carbonate absorbent 53 made of lithium aluminate is filled and held in this gap. Next, this operation will be described. The protective plate prevents the molten carbonate impregnated in the electrolyte plate 4 from penetrating into the anode-side corrugated plate 5, and thus suppresses the deterioration of the reforming catalyst 1 filled and held in the anode-side corrugated plate 5. it can. Furthermore, since the protective plate 24 is made of nickel, which has poor (low) wettability with respect to carbonate, deterioration due to carbonate adhering to the nickel surface of the reforming catalyst can be further suppressed. In addition, as described above, the bent portion 24 of the protective plate 24
Since the molten salt absorbent is filled and held in the gap between a and 12, even if the molten carbonate would otherwise permeate into the anode side corrugated plate 5 through the seal, the molten carbonate would melt. It will be absorbed by the salt absorbent. Therefore, the deterioration of the reforming catalyst 1 can be further suppressed. At this time, since it is a thin plate, it is not only easy to bend,
It can absorb heat contraction reasonably, and because it is lightweight, no load due to weight is generated.

【0040】なお、溶融塩吸収剤としてはリチウムアル
ミネートに限定されるものではなく、その他溶融炭酸塩
に対して安定な多孔性の吸収体であればよい。また、上
記実施例では、保護板24の折り曲げ部24aと燃料ガ
ス側スタック側壁兼スペーサ12との間の隙間は両側に
設けられているが、一端は燃料ガス側スタック側壁兼ス
ペーサ固定した上で片側部にのみ隙間が形成される構造
であってもよいのは勿論である。
The molten salt absorbent is not limited to lithium aluminate, and any other porous absorbent that is stable with respect to molten carbonate may be used. Further, in the above embodiment, the gap between the bent portion 24a of the protection plate 24 and the fuel gas side stack side wall / spacer 12 is provided on both sides, but one end is fixed to the fuel gas side stack side wall / spacer. Of course, the structure may be such that the gap is formed only on one side.

【0041】(第4実施例)請求項4に係る発明を実施
例に基づき説明する。図13は本発明に係る内部改質式
溶融炭酸塩型燃料電池の模式断面図である。本図におい
て、1は改質触媒、2はカソード、4は電解質板、5は
アノード側コルゲート板、6はカソード枠、7はアノー
ド枠、8はカソード側集電板、9はアノード側集電板、
10はカソード側コルゲート板であり、これらは従来技
術に係るものと同じである。このため、その説明は省略
する。
(Fourth Embodiment) The invention according to claim 4 will be described based on an embodiment. FIG. 13 is a schematic sectional view of an internal reforming molten carbonate fuel cell according to the present invention. In the figure, 1 is a reforming catalyst, 2 is a cathode, 4 is an electrolyte plate, 5 is an anode side corrugated plate, 6 is a cathode frame, 7 is an anode frame, 8 is a cathode side current collecting plate, and 9 is an anode side current collecting plate. Board,
Reference numeral 10 denotes a cathode side corrugated plate, which are the same as those in the related art. Therefore, the description thereof is omitted.

【0042】3は本発明の要部たるアノードである。な
お、本実施例ではアノード3を一本矢印で示す燃料ガス
流れの上流部と下流部に2分割して焼結防止剤の含有量
を変えている。そして、上流側アノード3aはNi/5
Cr合金粉末をドクターブレード法により成形し、水素
雰囲気中1000℃で1〜2時間焼結して製造したNi
/5Cr多孔質板を使用している。一方、下流側アノー
ド3bは、Ni/10Cr合金粉末を同様の手法で製造
したNi/10Cr多孔質板を使用している。
Reference numeral 3 is an anode which is a main part of the present invention. In this embodiment, the content of the sintering inhibitor is changed by dividing the anode 3 into two parts, an upstream part and a downstream part of the fuel gas flow indicated by a single arrow. The upstream anode 3a is Ni / 5.
Ni produced by forming Cr alloy powder by a doctor blade method and sintering at 1000 ° C. for 1-2 hours in a hydrogen atmosphere.
A / 5Cr porous plate is used. On the other hand, the downstream side anode 3b uses a Ni / 10Cr porous plate made of Ni / 10Cr alloy powder by the same method.

【0043】このアノードと、カルボニルニッケル粉末
を不活性雰囲気中で焼結したカソード及び、共晶塩(L
2 CO3 /K2 CO3 =62/38mol%)を含浸
したリチウムアルミネートマトリックスからなる電解質
板を用いて燃料電池単位セルを作製している。 (実験41)以上の構成の電池の動作の実験結果を下に
示す。
This anode, a cathode obtained by sintering carbonyl nickel powder in an inert atmosphere, and a eutectic salt (L
i 2 CO 3 / K 2 CO 3 = 62/38 mol%) is used to prepare a fuel cell unit cell using an electrolyte plate made of a lithium aluminate matrix. (Experiment 41) Experimental results of the operation of the battery having the above configuration are shown below.

【0044】[0044]

【表1】 [Table 1]

【0045】はアノードにH2 /CO2 /H2 O(=7
2/18/10%)の燃料ガスを供給し、作動温度65
0℃で、燃料ガス利用率75%、電流密度150mA/
cm2 の条件で運転した場合のアノード入口および出口
におけるガス組成である。電池反応によりH2 Oが生成
されるため、H2 O量は燃料ガス入口では10%である
が出口では45%となる。
The anode is H 2 / CO 2 / H 2 O (= 7
2/18/10%) fuel gas is supplied, operating temperature 65
At 0 ° C, fuel gas utilization rate is 75%, current density is 150 mA /
It is a gas composition at the anode inlet and outlet when operated under the condition of cm 2 . Since H 2 O is produced by the cell reaction, the amount of H 2 O is 10% at the fuel gas inlet but 45% at the outlet.

【0046】燃料ガス流れ下流部では上流部と比較して
2 O量が多いため、アノードの厚み減少が促進され易
い雰囲気になっているが、下流部においては焼結防止剤
たるCrの含有量の多いアノードを用いているため機械
的強度が高く、焼結の進行による厚みの減少が抑制され
る。これにより、燃料ガス流れ方向に沿って生じるH2
O量差による燃料ガス流れ上流部と下流部の厚み減少の
不均一による電池特性の劣化が改善された。
Since the amount of H 2 O in the downstream portion of the fuel gas flow is larger than that in the upstream portion, the atmosphere is apt to promote the reduction of the thickness of the anode, but the downstream portion contains Cr as a sintering inhibitor. Since a large amount of anode is used, the mechanical strength is high and the reduction in thickness due to the progress of sintering is suppressed. As a result, H 2 generated along the fuel gas flow direction
The deterioration of the cell characteristics due to the non-uniformity of the thickness reduction in the upstream and downstream portions of the fuel gas flow due to the difference in O amount was improved.

【0047】以上実施例等に基づき請求項4の発明を説
明したが、本発明は何も上記実施例に限定されないのは
勿論である。すなわち、本実施例では、アノードを燃料
ガス流れ上流部と下流部とに2分割したが、燃料ガス流
れ方向に沿って順次焼結防止剤含有量を変化させれば、
燃料ガス中のH2 O量により対応した機械的強度が得ら
れ、更に良い結果をもたらす。
Although the invention of claim 4 has been described based on the embodiments and the like, it goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiments. That is, in the present embodiment, the anode was divided into two parts, the upstream part and the downstream part of the fuel gas flow. However, if the content of the sintering inhibitor is changed sequentially along the fuel gas flow direction,
Corresponding mechanical strength can be obtained by the amount of H 2 O in the fuel gas, resulting in better results.

【0048】また、本実施例では、アノードの主成分に
Ni、第2成分にCrを用いたが、主成分にCuあるい
はNi及びCuの合金または混合物、第2成分としてC
o、Al、Zrの金属または金属酸化物あるいはこれら
の混合物を用いても同様の結果をもたらす。要は、アノ
ードの製造にあたっての適度な焼結性の確保、燃料電池
運転中の焼結の補償等を考慮の上、個々の燃料電池で最
適な材料、分割等が選択される。
In this embodiment, Ni was used as the main component of the anode and Cr was used as the second component, but Cu or an alloy or mixture of Ni and Cu was used as the main component, and C was used as the second component.
Similar results are obtained when using a metal or metal oxide of o, Al, Zr, or a mixture thereof. In short, the optimum material, division, etc. are selected for each fuel cell in consideration of ensuring appropriate sinterability in manufacturing the anode, compensation for sintering during fuel cell operation, and the like.

【0049】(第5実施例)請求項5の発明に係る溶融
炭酸塩型燃料電池用締め付け具を実施例に基づき説明す
る。図14はその取付け状態の斜視方向外観図であり、
図15は側面図である。両図において、61は電池のみ
にては不足する改質反応熱を供給するヒータを囲うヒー
タ板、21はマニホールド、21dはマニホールド背面
部、34はガスケット、35は絶縁板であり、これらは
従来技術のものと同じであるためその説明は省略する。
(Fifth Embodiment) A fastener for a molten carbonate fuel cell according to the invention of claim 5 will be described with reference to an embodiment. FIG. 14 is a perspective view of the attached state,
FIG. 15 is a side view. In both figures, 61 is a heater plate surrounding a heater that supplies the heat of reforming reaction which is insufficient for only the battery, 21 is a manifold, 21d is a manifold rear part, 34 is a gasket, and 35 is an insulating plate. The description is omitted because it is the same as the technology.

【0050】36は本発明に係る横方向締め付け具であ
り、37はボルト、38はナットであり、共に横方向締
め付け具と一体になって機能発揮する。本実施例で用い
た締め付け具の材質はZrO2 50vol%にMgF2
50vol%を混合、焼結した高熱膨張性セラミックで
あり図14及び図15に示したごとく概L型の形状に加
工している。ただし、最頂部のみはボルト37を通す孔
を設ける必要上肉厚となっている。
Reference numeral 36 is a lateral tightening tool according to the present invention, 37 is a bolt, and 38 is a nut, both of which function as a unit with the lateral tightening tool. The material of the tightening tool used in this example is ZrO 2 50 vol% and MgF 2
It is a highly thermal expansive ceramic obtained by mixing and sintering 50 vol%, and is processed into a substantially L shape as shown in FIGS. 14 and 15. However, only the topmost portion has a wall thickness because it is necessary to provide a hole for the bolt 37 to pass through.

【0051】その設置方法は従来のものと同じで、ヒー
タ板61の側面に立設したボルト37を介してナット3
8を規定トルクで締め付ける事によりなしている。昇温
時ヒーター板61は外向き、すなわち締め付け具36方
向に膨張しボルト37を介してマニホールド21を取り
付けている締め付け具36も外向き、すなわち、反ヒー
タ板61の方向に移動する。このため、締め付け具36
は締め付け圧がゆるむ方向に移動するが締め付け具36
の有する形状のため、締め付け具36の腕36a(L型
の下の一部)はヒーター板61方向に膨張する。このた
めマニホールド締め付け圧の減少は微小なものとなる。
The installation method is the same as that of the conventional one, that is, the nut 3 is inserted through the bolt 37 standing on the side surface of the heater plate 61.
This is done by tightening 8 with the specified torque. When the temperature rises, the heater plate 61 expands outward, that is, expands in the direction of the tightening tool 36, and the tightening tool 36 attached to the manifold 21 via the bolts 37 also moves outward, that is, in the direction of the anti-heater plate 61. Therefore, the tightening tool 36
Moves in the direction in which the tightening pressure loosens, but the tightening tool 36
Because of the shape of the arm 36a, the arm 36a (a part of the lower part of the L shape) of the tightening tool 36 expands toward the heater plate 61. Therefore, the manifold tightening pressure is reduced only slightly.

【0052】降温時にはこの逆の作用となり、このため
過大な熱応力等が発生することがなく、ひいては締め付
け具の破損等をも防止することができる。なお、本実施
例では締め付け具は概L型としたが、これはボルトの熱
膨張、収縮を補償しえるものであれば、これに限定され
ない。例えば「L」の下の「一」部がずっと長い等でも
よいのは勿論である。
When the temperature is lowered, the opposite effect is exerted. Therefore, excessive thermal stress is not generated, and damage of the tightening tool can be prevented. In addition, although the tightening tool is approximately L-shaped in the present embodiment, it is not limited to this as long as it can compensate for thermal expansion and contraction of the bolt. Of course, for example, the "one" part under "L" may be much longer.

【0053】(実験51)電極面積3000cm2 、積
層数20セルの溶融炭酸塩型燃料電池を従来と同様の手
法により作動させることにより本発明に係る締め付け具
の性能実験を行った。約1000時間の運転中、マニホ
ールドからのガス漏洩は増加せず降温後の観察において
もマニホールドのゆるみは等はなく、マニホールドクラ
ンプの破損も見られなかった。
(Experiment 51) A performance test of the fastener according to the present invention was conducted by operating a molten carbonate fuel cell having an electrode area of 3000 cm 2 and a stack number of 20 cells in the same manner as in the prior art. During the operation for about 1000 hours, the gas leakage from the manifold did not increase, and there was no slack in the manifold and no damage to the manifold clamp when observed after cooling.

【0054】以上のことから長時間の運転中に安定かつ
効率の良い締め付け圧を保持することが可能であること
を確認した。又、ナットと締め付け具の間に締め付け圧
をより適切に保持する目的で耐高温性ニッケル合金製の
バネ座金等の耐高温性弾性体をはさみ込んだものでは同
等以上の効果が有ることも確認された。
From the above, it was confirmed that it is possible to maintain a stable and efficient tightening pressure during long-term operation. It was also confirmed that a high temperature resistant elastic body such as a spring washer made of high temperature resistant nickel alloy was inserted between the nut and the tightening tool to maintain the tightening pressure more appropriately. Was done.

【0055】尚、この高熱膨張性セラミックは上記実施
例の他にAl2 3 、ZrO2 、BaTiO3 のいずれ
か1種にCaF2 、MgF2 、AlF3 、ScF3 、Y
3 、LaF3 のいずれか1種を混合、焼結する事によ
って得られるものでもよい。
In addition to the above-mentioned embodiment, this high thermal expansion ceramic contains CaF 2 , MgF 2 , AlF 3 , ScF 3 , Y in any one of Al 2 O 3 , ZrO 2 and BaTiO 3.
It may be obtained by mixing and sintering any one of F 3 and LaF 3 .

【0056】[0056]

【発明の効果】以上説明したように請求項1の発明によ
れば、原料燃料ガスは両通路に分配されるので、燃料ガ
スの入口側、出口側に関わらず改質反応が均一となる。
したがって、燃料ガス入口側で温度が低下したりする電
池温度の遍在をなくせる。また、燃料ガスの電池面内で
の分配を均一にでき、改質反応を電池面で均等に行わ
せ、触媒の劣化の遍在をなくせる。また、燃料ガスの入
口側、出口側での圧力損失も小さくてすむ。さらに、入
口部においてアノード反応が抑制されるようなことがな
いので、入口部において水蒸気が不足するようなことも
ない。この結果、炭素の折出が抑制され、燃料ガス通路
が詰まるのを抑制することができる。このため、内部改
質型燃料電池の電池寿命と電池特性とを飛躍的に向上さ
せることができる。
As described above, according to the invention of claim 1, the raw material fuel gas is distributed to both passages, so that the reforming reaction becomes uniform regardless of the inlet side and the outlet side of the fuel gas.
Therefore, it is possible to eliminate the ubiquity of the cell temperature, which is a temperature drop on the fuel gas inlet side. Further, the distribution of the fuel gas within the cell surface can be made uniform, the reforming reaction can be carried out uniformly on the cell surface, and the uneven distribution of catalyst deterioration can be eliminated. Further, the pressure loss on the inlet side and the outlet side of the fuel gas can be small. Furthermore, since the anode reaction is not suppressed at the inlet portion, there is no shortage of water vapor at the inlet portion. As a result, it is possible to suppress carbon from protruding and to prevent clogging of the fuel gas passage. Therefore, the cell life and cell characteristics of the internal reforming fuel cell can be dramatically improved.

【0057】請求項2の発明によれば、アノード側の燃
料ガス通路を2つに分割し、第1燃料ガス通路入口から
供給された原料燃料ガスは改質された後に他スタック面
に取付けた閉鎖マニホールドにより第2燃料ガス通路に
反転供給されるため、改質反応による吸熱の大きい部分
が、高温の酸化剤ガス排出側に位置することとなり、ひ
いては改質反応が円滑に行われる。
According to the invention of claim 2, the fuel gas passage on the anode side is divided into two, and the raw material fuel gas supplied from the inlet of the first fuel gas passage is reformed and then attached to the other stack surface. Since it is reversely supplied to the second fuel gas passage by the closed manifold, a portion having a large endotherm due to the reforming reaction is located on the high temperature oxidant gas discharge side, and the reforming reaction is smoothly performed.

【0058】その結果、電池面内の温度分布の遍在を防
し、電池特性の向上を図ることができる。請求項3の発
明によれば、浸透が生じ易いシール面の近傍での溶融塩
の浸透を抑制することができるので、改質触媒が劣化し
にくくなる。この結果、改質触媒の触媒能が長時間維持
されるので、燃料電池の電池特性の向上と電池の長寿命
化とを図ることができる。
As a result, it is possible to prevent the temperature distribution on the surface of the battery from becoming uneven and to improve the battery characteristics. According to the invention of claim 3, since permeation of the molten salt in the vicinity of the seal surface where permeation is likely to occur can be suppressed, the reforming catalyst is less likely to deteriorate. As a result, the catalytic ability of the reforming catalyst is maintained for a long time, so that the cell characteristics of the fuel cell can be improved and the life of the cell can be extended.

【0059】請求項4の発明によれば、アノードの燃料
ガス流れ方向に沿っての不均一な厚み減少を防止するこ
とができ、ひいてはアノードの厚み不均一によるアノー
ドと電解質板や集電板との接触不良、そしてそれによる
電気抵抗の増大、電池性能の劣化の防止を図ることがで
きる。請求項5の発明によれば、より安定なマニホール
ド締め付け圧を供給し、高温での運転中においても締め
付け圧の減少及び熱応力の発生がなく、また化学的劣
化、物理的、機械の損傷のない締め付け具を提供するこ
とにより、長時間の高温運転にわたってガス漏洩等の防
止を図ることができる。
According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to prevent a non-uniform thickness reduction of the anode along the fuel gas flow direction, and thus, the anode and the electrolyte plate or the current collector plate due to the non-uniform thickness of the anode. It is possible to prevent contact failure of the battery, increase of electric resistance due to the contact failure, and deterioration of battery performance. According to the invention of claim 5, a more stable manifold tightening pressure is supplied, the tightening pressure is not reduced and thermal stress is not generated even during operation at high temperature, and chemical deterioration, physical damage, and mechanical damage are prevented. By providing a non-fastening tool, it is possible to prevent gas leakage and the like over a long period of high temperature operation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】従来技術に係わる直接内部改質式溶融炭酸塩型
燃料電池の単位セルの垂直方向断面の概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a vertical cross section of a unit cell of a direct internal reforming molten carbonate fuel cell according to a conventional technique.

【図2】従来技術に係わる直接内部改質式溶融炭酸塩型
燃料電池の外部マニホールドの概念図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram of an external manifold of a direct internal reforming molten carbonate fuel cell according to the related art.

【図3】従来技術に係わる直接内部改質式溶融炭酸塩型
燃料電池のマニホールド締め付け具の取り付け図であ
る。
FIG. 3 is a mounting view of a manifold fastener of a direct internal reforming molten carbonate fuel cell according to the prior art.

【図4】請求項1の発明に係る直接内部改質式溶融炭酸
塩型燃料電池の一実施例の分解斜視図である。
FIG. 4 is an exploded perspective view of an embodiment of a direct internal reforming molten carbonate fuel cell according to the invention of claim 1.

【図5】上記実施例における改質触媒の配置を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing an arrangement of reforming catalysts in the above embodiment.

【図6】上記実施例と従来技術に係るものとの温度分布
の比較実験結果である。
FIG. 6 is a comparison experimental result of temperature distributions of the above-described example and the related art.

【図7】上記実施例と従来技術に係るものとの電圧、時
間曲線の比較実験結果である。
FIG. 7 is a result of comparison experiment of voltage-time curves of the above-described example and the related art.

【図8】請求項2の発明に係る内部改質式溶融炭酸塩型
燃料電池の一実施例の分解斜視図である。
FIG. 8 is an exploded perspective view of an embodiment of an internal reforming molten carbonate fuel cell according to the invention of claim 2;

【図9】上記実施例における燃料ガスの流れを示す平面
的概念図である。
FIG. 9 is a plan conceptual diagram showing a flow of fuel gas in the above-mentioned embodiment.

【図10】上記実施例の斜視方向外観図である。FIG. 10 is an external perspective view of the above embodiment.

【図11】請求項3の発明に係る直接内部改質式溶融炭
酸塩型燃料電池の一実施例の模式断面図である。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a direct internal reforming molten carbonate fuel cell according to the invention of claim 3.

【図12】上記実施例の分割斜視図である。FIG. 12 is a divided perspective view of the above embodiment.

【図13】請求項4の発明に係る内部改質式溶融炭酸塩
型燃料電池の模式断面図である。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of an internal reforming molten carbonate fuel cell according to the invention of claim 4.

【図14】請求項5の発明に係る溶融炭酸塩型燃料電池
用マニホールド締め付け具の取付け状態の斜視方向外観
図である。
FIG. 14 is an external perspective view of a molten carbonate fuel cell manifold fastening device according to the fifth aspect of the present invention in a mounted state.

【図15】上記実施例の側面図である。FIG. 15 is a side view of the above embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 改質触媒 2 カソード 3 アノード 3a 上流側アノード 3b 下流側アノード 4 電解質板 5 アノード側コルゲート板 6 カソード枠 6a カソード枠平面部 6b カソード枠側壁部 7 アノード枠 7a アノード枠平面部 7b アノード枠側壁部 7c ガス分離板 8 カソード側集電板 9 アノード側集電板 10 カソード側コルゲート板 12 燃料ガス側スタック側壁(兼スペーサー) 13 酸化剤ガス側スタック側壁(兼スペーサー) 14 カソード側ウェットシール面 15 アノード側ウェットシール面 21 マニホールド 21a 原料燃料ガス用マニホールド 21b 閉鎖マニホールド 21c アノード廃ガス用マニホールド 21d マニホールド背面部 22a 酸化剤ガス供給用マニホールド 22b 酸化剤ガス排出用マニホールド 24 保護板 24a 保護板折り曲げ部 31 マニホールド締め付け板 32 マニホールド本体 33 スタック側面 34 ガスケット 35 絶縁板 36 セラミックス製マニホールド締め付け具 36a セラミックス製マニホールド締め付け具の腕 37 ボルト 38 ナット 48 第1燃料ガス通路 49 第2燃料ガス通路 51 第1燃料ガス通路 52 第2燃料ガス通路 53 炭酸塩吸収剤 61 ヒータ板 1 Reforming Catalyst 2 Cathode 3 Anode 3a Upstream Anode 3b Downstream Anode 4 Electrolyte Plate 5 Anode Side Corrugated Plate 6 Cathode Frame 6a Cathode Frame Plane 6b Cathode Frame Sidewall 7 Anode Frame 7a Anode Frame Plane 7b Anode Frame Sidewall 7c Gas separation plate 8 Cathode side current collector plate 9 Anode side current collector plate 10 Cathode side corrugated plate 12 Fuel gas side stack side wall (also spacer) 13 Oxidant gas side stack side wall (also spacer) 14 Cathode side wet seal surface 15 Anode Side wet seal surface 21 Manifold 21a Raw material fuel gas manifold 21b Closed manifold 21c Anode waste gas manifold 21d Manifold rear surface 22a Oxidizing gas supply manifold 22b Oxidizing gas discharge manifold 24 Plate 24a Protective Plate Bent Part 31 Manifold Tightening Plate 32 Manifold Main Body 33 Stack Side Surface 34 Gasket 35 Insulating Plate 36 Ceramic Manifold Tightening Tool 36a Ceramic Manifold Tightening Arm 37 Bolt 38 Nut 48 First Fuel Gas Passage 49 Second Fuel Gas Passage 51 First fuel gas passage 52 Second fuel gas passage 53 Carbonate absorbent 61 Heater plate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齋藤 俊彦 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機株 式会社内 (72)発明者 古川 修弘 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機株 式会社内 (72)発明者 伊藤 靖彦 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機株 式会社内 (72)発明者 尾久土 公彦 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機株 式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Toshihiko Saito 2-18 Keihan Hondori, Moriguchi Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Nobuhiro Furukawa 2-18 Keiyo Hondori, Moriguchi Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Yasuhiko Ito 2-18 Keihan Hondori, Moriguchi Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Kimihiko Okuchi 2-18 Keihan Hondori, Moriguchi Sanyo Electric Co., Ltd.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アノードとカソードとが電解質板を挟ん
で配置されるとともに、上記アソードの背面側にはアノ
ードに供給する燃料ガス通路が設けられる一方、上記カ
ソードの背面側にはカソードに酸化剤ガスを供給する酸
化剤ガス通路が設けられた内部改質式溶融炭酸塩型燃料
電池において、 前記燃料ガス通路は、アノード側に設けられ且つ燃料ガ
ス入口側通路内でLoを原料燃料ガスの入口から改質燃
料ガスとなって出る出口までの距離とした場合に、原料
燃料ガスの入口から0.7Loまでの範囲の距離にある
通路に改質触媒が配置された第1燃料ガス通路と、 上記第1燃料ガス通路より反アノード方向(背面側)に
設けられ且つ第1燃料ガス通路とガスの往来自由その上
燃料ガス出口側通路内で原料燃料ガス入口から0.3L
o以上Lo以下の距離の範囲に改質触媒が配置された第
2ガス通路とを有していることを特徴とする内部改質式
溶融炭酸塩型燃料電池。
1. An anode and a cathode are arranged so as to sandwich an electrolyte plate, and a fuel gas passage for supplying the anode is provided on the back side of the assault, while an oxidizer is added to the cathode on the back side of the cathode. In an internal reforming molten carbonate fuel cell provided with an oxidant gas passage for supplying gas, the fuel gas passage is provided on the anode side, and Lo is an inlet of a raw material fuel gas in a fuel gas inlet side passage. The first fuel gas passage in which the reforming catalyst is arranged in the passage in the range of 0.7 Lo from the inlet of the raw material fuel gas, when the distance from the outlet to the reformed fuel gas is It is provided in the direction opposite to the anode (on the back side) from the first fuel gas passage, and the gas can freely move in and out of the first fuel gas passage, and 0.3 L from the raw fuel gas inlet in the fuel gas outlet passage.
An internal reforming molten carbonate fuel cell, characterized in that it has a second gas passage in which a reforming catalyst is arranged in a range of a distance from o to Lo.
【請求項2】 アノードとカソードとが電解質板を挟ん
で配置されるとともに、上記アノードの背面側にはアノ
ードに燃料ガスを供給する燃料ガス通路が設けられる一
方、上記カソードの背面側にはカソードに酸化剤ガスを
供給する酸化剤ガス通路が設けられた内部改質式溶融炭
酸塩型燃料電池において、 アノード側には酸化剤ガス出口側に位置しかつ改質触媒
が配置された第1燃料ガス通路と、 同じく酸化剤ガス入口側に位置した前記第1燃料ガス通
路を出た改質燃料ガスが流入するその流路の幅が前記第
1燃料ガス通路の2〜5倍の範囲内の第2燃料ガス通路
とを有していることを特徴とする内部改質式溶融炭酸塩
型燃料電池。
2. An anode and a cathode are arranged with an electrolyte plate in between, and a fuel gas passage for supplying a fuel gas to the anode is provided on the back side of the anode, while a cathode is provided on the back side of the cathode. In the internal reforming molten carbonate fuel cell in which an oxidant gas passage for supplying the oxidant gas is provided in the first fuel, the anode side is the first fuel located on the oxidant gas outlet side and the reforming catalyst is disposed. The width of the gas passage and the passage through which the reformed fuel gas exits from the first fuel gas passage, which is also located on the oxidant gas inlet side, is 2 to 5 times the width of the first fuel gas passage. An internal reforming molten carbonate fuel cell having a second fuel gas passage.
【請求項3】 アノードとカソードとが電解質板を挟ん
で配置されるとともに、上記アノードの背面側には燃料
ガスを改質する改質触媒を備えた燃料ガス通路と、燃料
ガスと酸化剤ガスとを分離するためのガス分離板とが順
に設けられ、且つ上記ガス分離板の両側面にはシール面
が形成された直接内部改質式溶融炭酸塩型燃料電池にお
いて、 前記燃料ガス通路とガス分離板との間に改質触媒を保護
するための保護板を設けたことを特徴とする直接内部改
質式溶融炭酸塩型燃料電池。
3. An anode and a cathode are arranged with an electrolyte plate sandwiched between them, and a fuel gas passage provided with a reforming catalyst for reforming the fuel gas on the back side of the anode, a fuel gas and an oxidant gas. In the direct internal reforming molten carbonate fuel cell in which a gas separation plate for separating the gas separation plate is provided in sequence, and seal surfaces are formed on both side surfaces of the gas separation plate, the fuel gas passage and the gas A direct internal reforming molten carbonate fuel cell, characterized in that a protective plate for protecting the reforming catalyst is provided between the separating plate and the separating plate.
【請求項4】 アノードとカソードとが電解質板を挟ん
で配置されるとともに、上記アノードの背面側にはアノ
ードに燃料ガスを供給する燃料ガス通路が設けられる一
方、上記カソードの背面側にはカソードに酸化剤ガスを
供給する酸化剤ガス通路が設けられた内部改質式溶融炭
酸塩型燃料電池においてアノードの焼結防止剤である第
2成分金属、あるいは金属酸化物の含有量を燃料ガス流
れ方向に沿って変化させた事を特徴とする内部改質式溶
融炭酸塩型燃料電池用アノード。
4. An anode and a cathode are arranged with an electrolyte plate in between, and a fuel gas passage for supplying a fuel gas to the anode is provided on the back side of the anode, while a cathode is provided on the back side of the cathode. In the internal reforming molten carbonate fuel cell in which the oxidant gas passage for supplying the oxidant gas is provided, the content of the second component metal or metal oxide, which is the sintering inhibitor of the anode, is changed to the fuel gas flow. An internal reforming molten carbonate fuel cell anode characterized by being changed along the direction.
【請求項5】 マニホールド背面部を直接押しつける構
造を有することと、自らの熱膨張をマニホールド締めつ
け圧力に変換しえる構造を有することと、 高熱膨張性セラミック製であることとを特徴とする溶融
炭酸塩型燃料電池用締め付け具。
5. A molten carbon dioxide characterized by having a structure for directly pressing the rear surface of the manifold, having a structure capable of converting its own thermal expansion into a pressure for tightening the manifold, and being made of a highly thermally expansive ceramic. Fasteners for salt fuel cells.
JP3333580A 1991-12-17 1991-12-17 Manifold fastening structure for fusion carbonate type fuel cell Pending JPH05174858A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5472800A (en) * 1993-07-30 1995-12-05 Sanyo Electric Co., Ltd. High-temperature fuel cell with external manifolds
US5776421A (en) * 1995-07-19 1998-07-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Reforming reactor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5472800A (en) * 1993-07-30 1995-12-05 Sanyo Electric Co., Ltd. High-temperature fuel cell with external manifolds
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