JPH06105625B2 - 溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池Info
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- JPH06105625B2 JPH06105625B2 JP59269988A JP26998884A JPH06105625B2 JP H06105625 B2 JPH06105625 B2 JP H06105625B2 JP 59269988 A JP59269988 A JP 59269988A JP 26998884 A JP26998884 A JP 26998884A JP H06105625 B2 JPH06105625 B2 JP H06105625B2
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- fuel
- fuel gas
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- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
- H01M8/04074—Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
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- 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
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
- H01M2300/0051—Carbonates
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- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池の改良に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕 近年、次世代の燃料電池として溶融炭酸塩型燃料電池の
開発が進められている。溶融炭酸塩型燃料電池は、炭酸
塩からなる電解質を高温下で溶融状態にし、電極反応を
生起させるもので、リン酸型、固体電解質型等の他の燃
料電池に比べ、電極反応が起り易く、発電熱効率が高い
うえ、高価な貴金属触媒を必要としない等の特長を有し
ている。
開発が進められている。溶融炭酸塩型燃料電池は、炭酸
塩からなる電解質を高温下で溶融状態にし、電極反応を
生起させるもので、リン酸型、固体電解質型等の他の燃
料電池に比べ、電極反応が起り易く、発電熱効率が高い
うえ、高価な貴金属触媒を必要としない等の特長を有し
ている。
ところで、このような溶融炭酸塩型燃料電池では１つの
燃料電池で得られる起電力が1Vと低いため、高出力の発
電プラントを構成するには、複数の単位電池を直列に積
層して燃料電池本体を構成し、各単位電池の加算出力を
得るようにしなければばらない。したがって、この種の
燃料電池は、次のように構成される。
燃料電池で得られる起電力が1Vと低いため、高出力の発
電プラントを構成するには、複数の単位電池を直列に積
層して燃料電池本体を構成し、各単位電池の加算出力を
得るようにしなければばらない。したがって、この種の
燃料電池は、次のように構成される。
すなわち、各単位電池は一対の多孔質電極板（アノード
電極とカソード電極）と、これらの間に介在されたアル
カリ炭酸塩からなる電解質層とで構成される。これら単
位電池は、セパレータを介して積層される。セパレータ
は、各単位電池間の電気的な接続機能と、各電極板への
反応ガスの通路を形成する機能とを兼備えたものであ
る。
電極とカソード電極）と、これらの間に介在されたアル
カリ炭酸塩からなる電解質層とで構成される。これら単
位電池は、セパレータを介して積層される。セパレータ
は、各単位電池間の電気的な接続機能と、各電極板への
反応ガスの通路を形成する機能とを兼備えたものであ
る。
燃料電池本体の４つの側面には、反応ガスの分配、回収
機能を有するマニホールドが当てがわれている。そし
て、これらマニホールドのうちの一つに酸化剤ガスを供
給するとともに隣接するマニホールドに燃料ガスを供給
し、単位電池の両面に両ガスを直交するように通流さ
せ、アノード側電極において、 H2＋▲CO3 2-▼→H2O＋CO2＋2e- なる反応を、またカソード側電極において、 1/2O2＋CO2＋2e-→▲CO3 2-▼ なる反応を生起せしめ、直流出力を得た後、それぞれの
対向するマニホールドからガスを排出させるようにして
いる。なお、各単位電池の周縁部には、上記両反応ガス
の燃料電池本体内部における交差混合を防止するため溶
融炭酸塩によるウエットシールが形成される。また、燃
料電池本体とマニホールドとの間にも、上記両ガスの漏
洩を防止するためのウエットシールが形成される。
機能を有するマニホールドが当てがわれている。そし
て、これらマニホールドのうちの一つに酸化剤ガスを供
給するとともに隣接するマニホールドに燃料ガスを供給
し、単位電池の両面に両ガスを直交するように通流さ
せ、アノード側電極において、 H2＋▲CO3 2-▼→H2O＋CO2＋2e- なる反応を、またカソード側電極において、 1/2O2＋CO2＋2e-→▲CO3 2-▼ なる反応を生起せしめ、直流出力を得た後、それぞれの
対向するマニホールドからガスを排出させるようにして
いる。なお、各単位電池の周縁部には、上記両反応ガス
の燃料電池本体内部における交差混合を防止するため溶
融炭酸塩によるウエットシールが形成される。また、燃
料電池本体とマニホールドとの間にも、上記両ガスの漏
洩を防止するためのウエットシールが形成される。
ところで、燃料電池本体は上記の化学反応によって電力
と同時に熱を発生する。この熱を除去しないと、溶融炭
酸塩型燃料電池の運転温度範囲である600〜700℃を超え
てしまい、効果的な電極反応を促すことが不可能にな
る。ところが、燃料電池本体は、４つの側面がマニホー
ルドで覆われているため熱除去能力が低く、しかも構造
上、外部冷却手段を付加することができない。
と同時に熱を発生する。この熱を除去しないと、溶融炭
酸塩型燃料電池の運転温度範囲である600〜700℃を超え
てしまい、効果的な電極反応を促すことが不可能にな
る。ところが、燃料電池本体は、４つの側面がマニホー
ルドで覆われているため熱除去能力が低く、しかも構造
上、外部冷却手段を付加することができない。
そこで、従来は酸化剤ガスを冷却材としても用い、この
酸化剤ガスを燃料電池本体内部に過剰に供給することに
よって燃料電池本体の内部を冷却するようにしていた。
酸化剤ガスを燃料電池本体内部に過剰に供給することに
よって燃料電池本体の内部を冷却するようにしていた。
しかしながら、この方法では次のような問題があった。
すなわち、燃料電池本体での反応速度を高めるには酸化
剤ガスを燃料電池本体に供給するに先立って、反応温度
近くまで予熱する必要がある。したがって、酸化剤ガス
を冷却材として使用する場合には、入口・出口温度差を
大きくすることができない。つまり、冷却効率が悪い。
これをカバーするには、酸化剤ガスを電極反応に寄与さ
せる量よりも遥かに過剰に供給しなければならないの
で、酸化剤ガスの利用率が低くなるのを免れ得ない。ま
た、酸化剤ガスの利用率が低くなる結果、酸化剤ガス中
の反応物質（O2，CO2）の分圧が低くなり、性能低下に
つながるという問題もあった。
すなわち、燃料電池本体での反応速度を高めるには酸化
剤ガスを燃料電池本体に供給するに先立って、反応温度
近くまで予熱する必要がある。したがって、酸化剤ガス
を冷却材として使用する場合には、入口・出口温度差を
大きくすることができない。つまり、冷却効率が悪い。
これをカバーするには、酸化剤ガスを電極反応に寄与さ
せる量よりも遥かに過剰に供給しなければならないの
で、酸化剤ガスの利用率が低くなるのを免れ得ない。ま
た、酸化剤ガスの利用率が低くなる結果、酸化剤ガス中
の反応物質（O2，CO2）の分圧が低くなり、性能低下に
つながるという問題もあった。
さらには、上記の方法では酸化剤ガスを燃料ガスよりも
大流量で供給しなければならないため、燃料電池本体内
部において酸化剤ガスと燃料ガスとの間に大きな圧力差
を生じる。このため、電解質が燃料ガス側に押しやら
れ、燃料ガスと酸化剤ガスの交差混合をが起り易く、効
率低下の原因となるという問題があった。
大流量で供給しなければならないため、燃料電池本体内
部において酸化剤ガスと燃料ガスとの間に大きな圧力差
を生じる。このため、電解質が燃料ガス側に押しやら
れ、燃料ガスと酸化剤ガスの交差混合をが起り易く、効
率低下の原因となるという問題があった。
本発明はこのような種々の問題に鑑みなされたものであ
り、その目的とするところは、酸化剤ガスの利用効率を
高め、燃料ガスと酸化剤ガスとの間の交差混合を防止で
き、しかも酸化剤ガスおよび燃料ガスを自動的に予熱で
きる溶融炭酸塩型燃料電池を提供することにある。
り、その目的とするところは、酸化剤ガスの利用効率を
高め、燃料ガスと酸化剤ガスとの間の交差混合を防止で
き、しかも酸化剤ガスおよび燃料ガスを自動的に予熱で
きる溶融炭酸塩型燃料電池を提供することにある。
本発明は、電解質層を挾んで一対の多孔質電極板を配置
するとともに各多孔質電極板の外面側にセパレータをそ
れぞれ配置し、一方のセパレータの多孔質電極板との接
触面に燃料ガス通路を設け、他方のセパレータの多孔質
電極板との接触面に酸化剤ガス通路を設けてなる単位電
池を複数積層して構成された燃料電池本体と、前記各セ
パレータに設けられた前記燃料ガス通路および前記酸化
剤ガス通路に燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ通流
させる手段とを備えた溶融炭酸塩型燃料電池において、
前記燃料電池本体を構成している複数の単位電池を積層
方向に所定数ずつにブロック化し、各ブロックの上・下
端部および中間部に設けられた上部・下部冷却板および
中間冷却板と、これら上部・下部冷却板内および中間冷
却板内にそれぞれ形成された流路と、前記燃料ガスを前
記各ブロックの前記下部冷却板に設けられた前記流路を
経由させた後に、上記各ブロックを構成している各単位
電池の前記燃料ガス通路に流し、上記燃料ガス通路を通
った燃料ガスを前記上部冷却板に設けられた前記流路を
経由させて排出させる第１のガス案内手段と、前記酸化
剤ガスを前記各ブロックの前記中間冷却板に設けられた
前記流路を経由させて前記各単位電池の前記酸化剤ガス
通路に通流させた後に排出させる第２のガス案内手段と
を具備してなることを特徴としている。
するとともに各多孔質電極板の外面側にセパレータをそ
れぞれ配置し、一方のセパレータの多孔質電極板との接
触面に燃料ガス通路を設け、他方のセパレータの多孔質
電極板との接触面に酸化剤ガス通路を設けてなる単位電
池を複数積層して構成された燃料電池本体と、前記各セ
パレータに設けられた前記燃料ガス通路および前記酸化
剤ガス通路に燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ通流
させる手段とを備えた溶融炭酸塩型燃料電池において、
前記燃料電池本体を構成している複数の単位電池を積層
方向に所定数ずつにブロック化し、各ブロックの上・下
端部および中間部に設けられた上部・下部冷却板および
中間冷却板と、これら上部・下部冷却板内および中間冷
却板内にそれぞれ形成された流路と、前記燃料ガスを前
記各ブロックの前記下部冷却板に設けられた前記流路を
経由させた後に、上記各ブロックを構成している各単位
電池の前記燃料ガス通路に流し、上記燃料ガス通路を通
った燃料ガスを前記上部冷却板に設けられた前記流路を
経由させて排出させる第１のガス案内手段と、前記酸化
剤ガスを前記各ブロックの前記中間冷却板に設けられた
前記流路を経由させて前記各単位電池の前記酸化剤ガス
通路に通流させた後に排出させる第２のガス案内手段と
を具備してなることを特徴としている。
本発明によれば、まず酸化剤ガスについては、中間冷却
板に設けられた流路を経由した後にブロックを構成して
いる各単位電池の酸化剤ガス通路を通流することにな
る。つまり、酸化剤ガスは、中間冷却板に設けられた流
路を通流する間に中間冷却板、すなわちブロックの中心
部から熱を奪って、ブロックの中心部を冷却し、熱を奪
ったことによって温度上昇した状態でブロックを構成し
ている各単位電池の酸化剤ガス通路を通流する。したが
って、低温の酸化剤ガスの使用が可能（従来は反応速度
を高めるために所定温度に加熱された酸化剤ガスを使用
している）となり、それだけブロックの中心部を良好に
冷却でき、また同時に反応速度を高めるに十分な温度の
酸化剤ガスを各単位電池の酸化剤ガス通路に通流させる
ことができ、従来のように酸化剤ガスを大量に供給する
必要がなくなる。
板に設けられた流路を経由した後にブロックを構成して
いる各単位電池の酸化剤ガス通路を通流することにな
る。つまり、酸化剤ガスは、中間冷却板に設けられた流
路を通流する間に中間冷却板、すなわちブロックの中心
部から熱を奪って、ブロックの中心部を冷却し、熱を奪
ったことによって温度上昇した状態でブロックを構成し
ている各単位電池の酸化剤ガス通路を通流する。したが
って、低温の酸化剤ガスの使用が可能（従来は反応速度
を高めるために所定温度に加熱された酸化剤ガスを使用
している）となり、それだけブロックの中心部を良好に
冷却でき、また同時に反応速度を高めるに十分な温度の
酸化剤ガスを各単位電池の酸化剤ガス通路に通流させる
ことができ、従来のように酸化剤ガスを大量に供給する
必要がなくなる。
このように、本発明によれば酸化剤ガスを本来の反応に
寄与する分だけ供給するようにしても燃料電池本体の冷
却は損われないため、酸化剤ガスの利用率を高めること
ができる。また、酸化剤ガスを大量に供給する必要がな
くなるため、酸化剤ガスと燃料ガスとの間の圧力差も低
減でき、両ガスの交差混合の発生確率も少なくすること
ができる。
寄与する分だけ供給するようにしても燃料電池本体の冷
却は損われないため、酸化剤ガスの利用率を高めること
ができる。また、酸化剤ガスを大量に供給する必要がな
くなるため、酸化剤ガスと燃料ガスとの間の圧力差も低
減でき、両ガスの交差混合の発生確率も少なくすること
ができる。
一方、燃料ガスについては、上・下冷却板のうちの下部
冷却板に設けられた流路を経由した後に、ブロックを構
成している各単位電池の燃料ガス通路を流れ、その後に
上・下冷却板のうちの上部冷却板に設けられた流路を経
由して流れる。すなわち、下部冷却板の流路には低温の
燃料ガスが流れ込み、上部冷却板の流路には単位電池の
燃料ガス通路を通過したことによって加熱された高温の
燃料ガスが流れ込むことになる。下部冷却板の上面は発
熱する単位電池に接しており、下面は隣接している下方
のブロックの上部冷却板に接しているので、下部冷却板
の流路を流れる燃料ガスは、下部冷却板を介して上面に
接している単位電池や下面に接している上冷却板を冷却
し、熱を奪ったことによって温度上昇、つまり予熱され
た状態で単位電池の燃料ガス通路に流れ込むことにな
る。燃料電池本体に燃料ガスを供給するときには、反応
速度を高めるために燃料ガスを予熱する必要があるが、
本発明の構成では、上記のように積層方向に隣接するブ
ロックの上部・下部冷却板を介してこれから供給する燃
料ガスと排出する燃料ガスとを熱交換させ、これによっ
て上部・下部冷却板に接している要素の冷却と燃料ガス
の予熱とを同時に自動的に行なわせることができる。
冷却板に設けられた流路を経由した後に、ブロックを構
成している各単位電池の燃料ガス通路を流れ、その後に
上・下冷却板のうちの上部冷却板に設けられた流路を経
由して流れる。すなわち、下部冷却板の流路には低温の
燃料ガスが流れ込み、上部冷却板の流路には単位電池の
燃料ガス通路を通過したことによって加熱された高温の
燃料ガスが流れ込むことになる。下部冷却板の上面は発
熱する単位電池に接しており、下面は隣接している下方
のブロックの上部冷却板に接しているので、下部冷却板
の流路を流れる燃料ガスは、下部冷却板を介して上面に
接している単位電池や下面に接している上冷却板を冷却
し、熱を奪ったことによって温度上昇、つまり予熱され
た状態で単位電池の燃料ガス通路に流れ込むことにな
る。燃料電池本体に燃料ガスを供給するときには、反応
速度を高めるために燃料ガスを予熱する必要があるが、
本発明の構成では、上記のように積層方向に隣接するブ
ロックの上部・下部冷却板を介してこれから供給する燃
料ガスと排出する燃料ガスとを熱交換させ、これによっ
て上部・下部冷却板に接している要素の冷却と燃料ガス
の予熱とを同時に自動的に行なわせることができる。
なお、冷却板の内部を通流する反応ガスの流量を、たと
えば弁やオリフィスなどを使って中心部ほど多くなるよ
うに工夫すれば、燃料電池本体の積層方向の温度分布を
ほぼ均一にすることが可能である。
えば弁やオリフィスなどを使って中心部ほど多くなるよ
うに工夫すれば、燃料電池本体の積層方向の温度分布を
ほぼ均一にすることが可能である。
以下、第１図〜第６図を参照して本発明の第１の実施例
に係る溶融炭酸塩型燃料電池について説明する。
に係る溶融炭酸塩型燃料電池について説明する。
第１図は、この実施例に係る燃料電池の外観を示すもの
で、図中１は、全体が長方形でかつ側部の３つの稜部2
a,2b,2cを僅か平坦に形成した燃料電池本体である。こ
の燃料電池本体１は、複数の電池ブロック３を図中縦方
向に積層したものである。この燃料電池本体１の対向す
る１つの側面には、酸化剤ガスの導入・排出用のマニホ
ールド4a,4bが取付けられている。これら酸化剤ガス用
のマニホールド4a,4bには酸化剤ガスの導入管5aまたは
同排出管5bが接続されている。また、これら側面と隣接
する側面で、各電池ブロック３の側面には燃料ガスの導
入・排出用マニホールド6a,6bが取付けられている。
で、図中１は、全体が長方形でかつ側部の３つの稜部2
a,2b,2cを僅か平坦に形成した燃料電池本体である。こ
の燃料電池本体１は、複数の電池ブロック３を図中縦方
向に積層したものである。この燃料電池本体１の対向す
る１つの側面には、酸化剤ガスの導入・排出用のマニホ
ールド4a,4bが取付けられている。これら酸化剤ガス用
のマニホールド4a,4bには酸化剤ガスの導入管5aまたは
同排出管5bが接続されている。また、これら側面と隣接
する側面で、各電池ブロック３の側面には燃料ガスの導
入・排出用マニホールド6a,6bが取付けられている。
第２図は上記電池ブロック３の１つを取出して示したも
のである。すなわち、この電池ブロック３は、上部冷却
板11と中間冷却板12との間および中間冷却板12と下部冷
却板13との間に、これら冷却板11〜13とそれぞれ熱的に
接続されるように単位電池積層体14を介在させて構成さ
れたものである。
のである。すなわち、この電池ブロック３は、上部冷却
板11と中間冷却板12との間および中間冷却板12と下部冷
却板13との間に、これら冷却板11〜13とそれぞれ熱的に
接続されるように単位電池積層体14を介在させて構成さ
れたものである。
単位電池積層体14は、第３図に示すように、複数の単位
電池15をセパレータ16を介して積層されたものである。
単位電池15は、ニッケル合金系からなる一対の多孔質電
極板（カソード電極とアノード電極）17a,17bの間に電
解質板18を介挿して構成されている。電解質板18は、例
えば炭酸リチウムや炭酸カリウムなどを混合してなる炭
酸塩電解質をリチウムアルミネートなどのセラミック系
保持材で保持してなるものである。セパレータ16は導電
性材料で形成された板状体の両面に、互いに直交する方
向に延びる複数本の溝19a,19bを形成し、これら溝19a,1
9bをそれぞれ酸化剤ガスＱと燃料ガスＰの流路としてい
る。
電池15をセパレータ16を介して積層されたものである。
単位電池15は、ニッケル合金系からなる一対の多孔質電
極板（カソード電極とアノード電極）17a,17bの間に電
解質板18を介挿して構成されている。電解質板18は、例
えば炭酸リチウムや炭酸カリウムなどを混合してなる炭
酸塩電解質をリチウムアルミネートなどのセラミック系
保持材で保持してなるものである。セパレータ16は導電
性材料で形成された板状体の両面に、互いに直交する方
向に延びる複数本の溝19a,19bを形成し、これら溝19a,1
9bをそれぞれ酸化剤ガスＱと燃料ガスＰの流路としてい
る。
第４図は下部冷却板13を、第５図は中間冷却板12を、ま
た第６図は上部冷却板11をそれぞれ示す平面図である。
即ち、これら各冷却板11〜13は全体が四角形に形成され
ており、前述した燃料電池本体１の稜部2aを構成する隅
部13a,12a,11a、同稜部2bを構成する隅部13b,12b,11bお
よび同稜部2cを構成する隅部13c,12c,11cが僅か平坦に
形成され、かつ内部にガス流路21,22,23をそれぞれ形成
したものとなっている。これらガス流路21〜23は、反応
ガスと単位電池積層体14との間の熱交換効率を良好にす
るため、それぞれ蛇行屈曲して形成されている。そし
て、下部冷却板13の隅部13aには、燃料ガスの導入管24
が接続されており、また、燃料電池本体１の燃料ガス導
入側のマニホールド6aが取付けられる側面を構成する辺
部13dには、燃料ガスの排出管25が接続されている。こ
の排出管25は、第２図にも示すように、例えばアルミ
ナ、金属などの多孔質体からなるものであり、その先端
部が上部冷却板11まで延出し、燃料ガスＰを電池積層体
14に均一に供給し得る構造となっている。また、上部冷
却板11は、第６図に示すように、燃料電池本体１の燃料
ガス排出側のマニホールド6bが取付けられた側面に排出
ガスの導入口26を有し、隅部11cに排出管27を接続した
ものとなっている。さらに中間冷却板12は、隅部12bに
空気Ｃの導入管28を接続し、燃料電池本体１の、酸化剤
ガスの導入用のマニホールド4aが取付けられた側面を構
成する辺部に上記空気Ｃの排出管29を接続したものとな
っている。そして、上記空気Ｃの排出管29も前記燃料ガ
スＰの排出管25と同様多孔質体で構成され、排出ガスが
均一に分散される工夫がなされている。
た第６図は上部冷却板11をそれぞれ示す平面図である。
即ち、これら各冷却板11〜13は全体が四角形に形成され
ており、前述した燃料電池本体１の稜部2aを構成する隅
部13a,12a,11a、同稜部2bを構成する隅部13b,12b,11bお
よび同稜部2cを構成する隅部13c,12c,11cが僅か平坦に
形成され、かつ内部にガス流路21,22,23をそれぞれ形成
したものとなっている。これらガス流路21〜23は、反応
ガスと単位電池積層体14との間の熱交換効率を良好にす
るため、それぞれ蛇行屈曲して形成されている。そし
て、下部冷却板13の隅部13aには、燃料ガスの導入管24
が接続されており、また、燃料電池本体１の燃料ガス導
入側のマニホールド6aが取付けられる側面を構成する辺
部13dには、燃料ガスの排出管25が接続されている。こ
の排出管25は、第２図にも示すように、例えばアルミ
ナ、金属などの多孔質体からなるものであり、その先端
部が上部冷却板11まで延出し、燃料ガスＰを電池積層体
14に均一に供給し得る構造となっている。また、上部冷
却板11は、第６図に示すように、燃料電池本体１の燃料
ガス排出側のマニホールド6bが取付けられた側面に排出
ガスの導入口26を有し、隅部11cに排出管27を接続した
ものとなっている。さらに中間冷却板12は、隅部12bに
空気Ｃの導入管28を接続し、燃料電池本体１の、酸化剤
ガスの導入用のマニホールド4aが取付けられた側面を構
成する辺部に上記空気Ｃの排出管29を接続したものとな
っている。そして、上記空気Ｃの排出管29も前記燃料ガ
スＰの排出管25と同様多孔質体で構成され、排出ガスが
均一に分散される工夫がなされている。
次にこのように構成された燃料電池の動作について説明
する。
する。
いま、燃料ガスＰの導入管24から低温の燃料ガスＰを供
給すると、燃料ガスＰは、下部冷却板11のガス流路21を
蛇行進行して同板13の排出管25から排出される。下部冷
却板13は、その上面に単位電池積層体14が接するととも
に、その下面に隣接した下方の電池ブロック３の上部冷
却板11が接している。上面に接している単位電池積層体
14は発熱しており、下面に接している上部冷却板11のガ
ス流路23には後述するように下方の電池ブロック３を通
過して加熱された燃料ガスが通流している。このため、
下部冷却板13のガス流路21を通流する燃料ガスは予熱さ
れる。同時に、下部冷却板13の上面に接している単位電
池積層体14や下面に接している上部冷却板11が冷却され
る。排出管25から排出される燃料ガスＰは、マニホール
ド6aに集められ、セパレータ16の溝19bを介して単位電
池積層体14の内部に導入される。十分に予熱された燃料
ガスＰは、ここで前述した電気化学的反応に供され、ま
た温度上昇した後、対向するマニホールド6bに集めら
れ、さらに上部冷却板11の導入口26から同板11の内部に
導入される。冷却板11の内部に導入された燃料ガスＰ
は、隣接する電池ブロック３の冷却板13を通流する燃料
ガスＰを予熱する。
給すると、燃料ガスＰは、下部冷却板11のガス流路21を
蛇行進行して同板13の排出管25から排出される。下部冷
却板13は、その上面に単位電池積層体14が接するととも
に、その下面に隣接した下方の電池ブロック３の上部冷
却板11が接している。上面に接している単位電池積層体
14は発熱しており、下面に接している上部冷却板11のガ
ス流路23には後述するように下方の電池ブロック３を通
過して加熱された燃料ガスが通流している。このため、
下部冷却板13のガス流路21を通流する燃料ガスは予熱さ
れる。同時に、下部冷却板13の上面に接している単位電
池積層体14や下面に接している上部冷却板11が冷却され
る。排出管25から排出される燃料ガスＰは、マニホール
ド6aに集められ、セパレータ16の溝19bを介して単位電
池積層体14の内部に導入される。十分に予熱された燃料
ガスＰは、ここで前述した電気化学的反応に供され、ま
た温度上昇した後、対向するマニホールド6bに集めら
れ、さらに上部冷却板11の導入口26から同板11の内部に
導入される。冷却板11の内部に導入された燃料ガスＰ
は、隣接する電池ブロック３の冷却板13を通流する燃料
ガスＰを予熱する。
一方、導入管28から中間冷却板12の内部に低温の空気Ｃ
を導入すると、空気Ｃは、ガス通路22を蛇行進行して排
出管29から酸化剤ガス導入用のマニホールド4aの内部に
集められる。この間、空気Ｃは隣接する単位電池積層体
14を冷却するとともに、これら単位電池積層体14によっ
て予熱される。マニホールド4aには導入管5aを介して炭
酸ガス強化のための酸化剤ガスＱが導入されており、こ
のガスＱと空気Ｃとを混合してなる酸化剤混合ガスＣ＋
Ｑは、セパレータ16の溝19aを介して単位電池積層体14
の内部に導入される。十分に予熱された酸化剤混合ガス
Ｃ＋Ｑは、ここで前述した電気化学的反応に供され、対
向するマニホールド4bに集められ、さらに排出管5bを介
して外部に排出される。
を導入すると、空気Ｃは、ガス通路22を蛇行進行して排
出管29から酸化剤ガス導入用のマニホールド4aの内部に
集められる。この間、空気Ｃは隣接する単位電池積層体
14を冷却するとともに、これら単位電池積層体14によっ
て予熱される。マニホールド4aには導入管5aを介して炭
酸ガス強化のための酸化剤ガスＱが導入されており、こ
のガスＱと空気Ｃとを混合してなる酸化剤混合ガスＣ＋
Ｑは、セパレータ16の溝19aを介して単位電池積層体14
の内部に導入される。十分に予熱された酸化剤混合ガス
Ｃ＋Ｑは、ここで前述した電気化学的反応に供され、対
向するマニホールド4bに集められ、さらに排出管5bを介
して外部に排出される。
このような本実施例に係る燃料電池によれば、低温の燃
料ガスＰと空気Ｑとを導入することによって、燃料電池
本体１の内部の効果的な冷却と、これらガスの予熱とを
同時に行なうことができる。したがって、冷却のために
酸化剤ガスＱを余計に流す必要がないので、前述した各
種の効果を奏することができる。そして、この場合に
は、燃料電池本体１が複数の電池ブロック３に分割さ
れ、各ブロック３毎に燃料ガス供給・排出用のマニホー
ルド6a,6bを設けているので、積層体の熱的な収縮等に
よるマニホールドフランジ部でのガスの漏れを効果的に
防止できる。
料ガスＰと空気Ｑとを導入することによって、燃料電池
本体１の内部の効果的な冷却と、これらガスの予熱とを
同時に行なうことができる。したがって、冷却のために
酸化剤ガスＱを余計に流す必要がないので、前述した各
種の効果を奏することができる。そして、この場合に
は、燃料電池本体１が複数の電池ブロック３に分割さ
れ、各ブロック３毎に燃料ガス供給・排出用のマニホー
ルド6a,6bを設けているので、積層体の熱的な収縮等に
よるマニホールドフランジ部でのガスの漏れを効果的に
防止できる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではな
い。たとえば冷却板の数、流路形状などは本発明の要旨
を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
い。たとえば冷却板の数、流路形状などは本発明の要旨
を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
第１図〜第６図は本発明の第１の実施例に係る溶融炭酸
塩型燃料電池を示す図であり、第１図は外観を示す斜視
図、第２図は同燃料電池の１つの電池ブロックを取出し
て示す斜視図、第３図は同電池ブロックの単位電池積層
体の構成を示す斜視図、第４図は同燃料電池の下部冷却
板を示す平面図、第５図は同燃料電池の中間冷却板を示
す平面図、第６図は同燃料電池の上部冷却板を示す平面
図である。１ …燃料電池本体、３…電池ブロック、4a,4b,6a,6b…
マニホールド、11…上部冷却板、12…中間冷却板、13…
下部冷却板、14…単位電池積層体、15…単位電池、16…
セパレータ、17a…アノード電極板、17b…カソード電極
板、18…電解質層、Ｃ…空気、Ｐ…燃料ガス、Ｑ…酸化
剤ガス。
塩型燃料電池を示す図であり、第１図は外観を示す斜視
図、第２図は同燃料電池の１つの電池ブロックを取出し
て示す斜視図、第３図は同電池ブロックの単位電池積層
体の構成を示す斜視図、第４図は同燃料電池の下部冷却
板を示す平面図、第５図は同燃料電池の中間冷却板を示
す平面図、第６図は同燃料電池の上部冷却板を示す平面
図である。１ …燃料電池本体、３…電池ブロック、4a,4b,6a,6b…
マニホールド、11…上部冷却板、12…中間冷却板、13…
下部冷却板、14…単位電池積層体、15…単位電池、16…
セパレータ、17a…アノード電極板、17b…カソード電極
板、18…電解質層、Ｃ…空気、Ｐ…燃料ガス、Ｑ…酸化
剤ガス。
Claims (1)
- 【請求項１】電解質層を挟んで一対の多孔質電極板を配
置するとともに各多孔質電極板の外面側にセパレータを
それぞれ配置し、一方のセパレータの多孔質電極板との
接触面に燃料ガス通路を設け、他方のセパレータの多孔
質電極板との接触面に酸化剤ガス通路を設けてなる単位
電池を複数積層して構成された燃料電池本体と、前記各
セパレータに設けられた前記燃料ガス通路および前記酸
化剤ガス通路に燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ通
流させる手段とを備えた溶融炭酸塩型燃料電池におい
て、 前記燃料電池本体を構成している複数の単位電池を積層
方向に所定数ずつにブロック化し、各ブロックの上・下
端部および中間部に設けられた上部・下部冷却板および
中間冷却板と、これら上部・下部冷却板内および中間冷
却板内にそれぞれ形成された流路と、前記燃料ガスを前
記各ブロックの前記下部冷却板に設けられた前記流路を
経由させた後に、上記各ブロックを構成している各単位
電池の前記燃料ガス通路に流し、上記燃料ガス通路を通
った燃料ガスを前記上部冷却板に設けられた前記流路を
経由させて排出させる第１のガス案内手段と、前記酸化
剤ガスを前記各ブロックの前記中間冷却板に設けられた
前記流路を経由させて前記各単位電池の前記酸化剤ガス
通路に通流させた後に排出させる第２のガス案内手段と
を具備してなることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59269988A JPH06105625B2 (ja) | 1984-12-21 | 1984-12-21 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59269988A JPH06105625B2 (ja) | 1984-12-21 | 1984-12-21 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61148768A JPS61148768A (ja) | 1986-07-07 |
| JPH06105625B2 true JPH06105625B2 (ja) | 1994-12-21 |
Family
ID=17479999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59269988A Expired - Lifetime JPH06105625B2 (ja) | 1984-12-21 | 1984-12-21 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06105625B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05144449A (ja) * | 1991-11-18 | 1993-06-11 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| WO2002075833A2 (de) * | 2001-03-17 | 2002-09-26 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Brennstoffzelle mit integriertem wärmetauscher |
| US20040096715A1 (en) * | 2002-11-14 | 2004-05-20 | 3M Innovative Properties Company | Liquid cooled fuel cell stack |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5776766A (en) * | 1980-10-31 | 1982-05-13 | Hitachi Ltd | Fuel cell powder generator |
| JPS58119167A (ja) * | 1982-01-11 | 1983-07-15 | Toshiba Corp | 燃料電池装置 |
-
1984
- 1984-12-21 JP JP59269988A patent/JPH06105625B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61148768A (ja) | 1986-07-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |