JPH0613095A - 内部改質溶融炭酸塩型燃料電池の昇温及び降温方法 - Google Patents

内部改質溶融炭酸塩型燃料電池の昇温及び降温方法

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JPH0613095A
JPH0613095A JP4171102A JP17110292A JPH0613095A JP H0613095 A JPH0613095 A JP H0613095A JP 4171102 A JP4171102 A JP 4171102A JP 17110292 A JP17110292 A JP 17110292A JP H0613095 A JPH0613095 A JP H0613095A
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JP
Japan
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fuel
gas
temperature
methanol
reforming
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JP4171102A
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Yasuo Miyake
泰夫 三宅
Toshihiko Saito
俊彦 斎藤
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0048Molten electrolytes used at high temperature
    • H01M2300/0051Carbonates
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 システムの大型化を防止し、しかも、安全性
の高い内部改質溶融炭酸塩型燃料電池の昇温及び降温方
法を提供することを目的とする。 【構成】 電池昇温時及び電池降温時における電池温度
が200℃〜550℃の範囲内にある場合に、メタノー
ルと水蒸気とを燃料改質部に供給することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内部改質方式溶融炭酸
塩型燃料電池の昇温及び降温方法に関する。
【0002】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は作動温度が約6
50℃と高温であり、通常燃料として使用される天然ガ
ス(主成分:メタン)の改質温度である800℃に近い
ため、電池スタック内で燃料の改質を行う内部改質方式
が可能である。この内部改質方式は、燃料改質装置(リ
フォーマ)が不要であるためコンパクト化が可能である
と共に、電池反応の際に生じる熱や水を、改質反応に必
要な熱や水として利用することができる等の優れた特長
があるため外部改質方式に比べて高い発電効率が期待で
きる。
【0003】この内部改質方式は、改質触媒を燃料極背
面の燃料ガス流路板に設置する直接内部改質方式と,電
池数セル毎に改質触媒を充填した改質容器を設置する間
接内部改質方式と,これらを組み合わせたハイブリッド
内部改質方式とに分類される。これらの内部改質溶融炭
酸塩型燃料電池は、発電所等の電力用として、また、都
心部のビル等のオンサイト・コージェネ用として使用さ
れている。
【0004】ところで、これらの内部改質溶融炭酸塩型
燃料電池は、燃料(天然ガスと水蒸気との混合ガス)を
燃料改質部(燃料極又は内部改質ユニット)に、酸化剤
(空気と炭酸ガスとの混合ガス)を酸化剤極にそれぞれ
供給し、電池作動温度である650℃前後で電気化学的
反応を行わせて電池発電を行っている。このように電池
温度が作動温度近傍にある場合には、燃料である天然ガ
スの改質が行われるため、改質反応によって生じる水素
含有ガスが燃料極に供給される。したがって、燃料極が
還元性雰囲気下に保たれるため、燃料極であるニッケル
粒子表面の酸化が防止される。しかしながら、電池の保
守点検や,緊急時等のように電池を降温させる場合、特
に電池温度が550℃以下になるまで降温させる場合に
は、燃料である天然ガスの改質反応が行われ難くなるた
め、還元性の水素含有ガスが燃料極に供給され難くな
る。したがって、燃料極であるニッケル粒子表面が酸化
されるため、電池特性が低下するという課題を有してい
た。同様に、電池を昇温させる場合、特に電池温度が5
50℃に達するまでは、燃料である天然ガスの改質反応
が行われ難くいため、燃料極であるニッケル粒子表面が
酸化され、電池特性が低下するという課題を有してい
た。尚、電池温度が200℃よりも低い場合には、燃料
極であるニッケル粒子表面が酸化され難いため、電池特
性が低下するというような問題は生じない。
【0005】そこで、従来は、電池外部に水素供給ボン
ベ等の水素供給手段を備え、電池温度が200℃〜55
0℃の範囲内にある場合に、前記水素供給手段によって
燃料改質部(燃料極又は内部改質ユニット)に水素ガス
を供給し、燃料極を還元性雰囲気に保ち、燃料極である
ニッケル粒子表面の酸化を防止しながら電池の昇温及び
降温を行っていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
方法によれば、水素供給ボンベ等の水素供給手段を電池
外部に設ける必要があるため、システムが大型化すると
いう課題を有する。また、水素供給ボンベ等の水素供給
手段を備えることは、安全管理上好ましくないという課
題も有していた。
【0007】本発明は上記課題に鑑み、システムの大型
化を防止し、しかも、安全性の高い内部改質溶融炭酸塩
型燃料電池の昇温及び降温方法を提供することを目的と
する。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、電池昇温時及び電池降温時における電池温度
が200℃〜550℃の範囲内にある場合に、メタノー
ルと水蒸気とを燃料改質部に供給することを特徴とす
る。
【0009】
【作用】上記方法によれば、電池昇温時,及び電池降温
時における電池温度が200℃〜550℃の範囲内にあ
る場合には、燃料改質部(即ち、燃料極又は内部改質ユ
ニット)にメタノール,及び水蒸気を供給することがで
きる。ここで、メタノールは、燃料である天然ガスが改
質され難くなる温度よりも低い温度、即ち、550℃以
下の温度でも改質されるため、メタノールの改質反応で
生じる水素を主成分とするガスを燃料極に供給すること
ができる。したがって、燃料極を還元性雰囲気に保つこ
とができるので、燃料極の酸化を防止することができ
る。その結果、従来のように、水素供給ボンベ等の水素
供給手段を電池外部に設ける必要がないので、システム
の大型化を防止することができ、且つ、安全性が向上す
る。
【0010】
【実施例】図1は本発明の一実施例に係る間接内部改質
溶融炭酸塩型燃料電池の配管系統の概念図であり、電解
質板1を挟んで燃料極2と酸化剤極3とを配置した単セ
ル4を、セパレータ(図示せず)を介して複数積層さ
れ、且つ、内部にニッケル系触媒5aが充填された改質
容器5が数セル(例えば、5セル)毎に介在されて成る
電池本体6(この図では便宜上、単セル4のみを示す)
と,前記改質容器5に燃料(メタンを主成分とする天然
ガスと,水蒸気との混合ガス)を供給する燃料供給通路
7と,この燃料供給通路7の途中に設けられる燃料供給
バルブ8と,電池昇温時,又は電池降温時における電池
温度が200℃〜550℃の範囲内にある場合にメタノ
ール水溶液を供給するメタノール供給通路9と,このメ
タノール供給通路9の途中に設けられるメタノール供給
バルブ10と,メタノール水溶液を貯蔵するメタノール
貯蔵タンク11と,前記改質容器5で水蒸気改質された
水素を主成分とする改質ガスを前記燃料極2に供給する
リターンマニホールド12と,前記燃料極2から排出さ
れた燃料排ガスを燃料排ガス燃焼器13に供給する燃料
排ガス通路14と,前記燃料排ガス燃焼器13に空気を
供給する燃焼空気供給管15と,前記燃焼排ガス燃焼器
13から排出される空気(余剰酸素,及び窒素)と炭酸
ガスとを主成分とする酸化剤ガスを前記酸化剤極3に供
給する酸化剤ガス供給通路16と,前記酸化剤極3から
排出される酸化剤排ガスを系外に排出する酸化剤排ガス
通路17とから主に構成されている。
【0011】上記単セル4は、図2に示すように、溶融
炭酸塩を含有する電解質板1の一方の面には、ニッケル
焼結体から成る燃料極2と,有孔金属体から成る集電体
18と,波状の反応ガス供給板19と,反応ガス分離板
20とが順に設けられる一方、電解質板1の他方の面に
は、ニッケル酸化物から成る酸化剤極3と,上記構造と
同一構造の集電体18と,反応ガス供給板19と,反応
ガス分離板20とが順に設けられている。
【0012】ここで、上記の如く構成された間接内部改
質溶融炭酸塩型燃料電池の昇温,及び降温方法について
説明する。先ず、燃料供給バルブ8を開成すると、燃料
供給管7を介して改質容器5に燃料ガス(メタンを主成
分とする天然ガスと,水蒸気との混合ガス)が供給され
る。この燃料ガスは、改質容器5内に充填された改質触
媒5aによって水素を主成分とする改質ガスに水蒸気改
質された後、リターンマニホールド12を介して燃料極
2に供給される。一方、燃焼空気供給管15,及び酸化
剤ガス供給通路16を介して、空気と炭酸ガスとを主成
分とする酸化剤ガスが酸化剤極3に供給される。燃料ガ
スと酸化剤ガスとが燃料極2,及び酸化剤極3にそれぞ
れ供給されると、電池作動温度である650℃近傍で電
気化学的反応が行われる。燃料極2での電池反応に寄与
した後の燃料排ガスは、燃料排ガス通路14を介して燃
料排ガス燃焼器13に供給される。燃料排ガス中の未反
応水素は、燃料排ガス燃焼器13によって、燃焼空気供
給管15を介して供給される空気によって水蒸気に酸化
される。その後、酸化剤ガス供給通路16を介して、空
気(余剰酸素,及び窒素)と炭酸ガスとを主成分とする
酸化剤ガスが前記酸化剤極3に供給され、電池反応に使
用された後、酸化剤排ガス通路17を介して系外に排出
される。
【0013】電池作動中(電池温度が650℃近傍にあ
る場合)は、燃料ガスである天然ガスが改質され、改質
反応で生じる水素を主成分とするガスが燃料極2に供給
されるため、燃料極2であるニッケル粒子表面の酸化は
防止されている。ここで、電池の保守点検や,緊急時等
のように電池を降温させる場合、特に電池温度が550
℃以下になるまで降温させる場合には、燃料である天然
ガスの改質反応が行われ難くなるため、還元性の水素含
有ガスが燃料極2に供給され難くなる。この場合は、燃
料供給バルブ8を閉成して燃料ガスの供給を停止させる
一方、メタノール供給バルブ10を開成してメタノール
貯蔵タンク11に貯蔵されたメタノール水溶液をメタノ
ール供給通路9を介して改質容器5に供給する。ここ
で、メタノールは、燃料である天然ガスが改質され難く
なる温度よりも低い温度、即ち、550℃以下の温度で
も改質されるため、メタノールの改質反応で生じる水素
を主成分とするガスを燃料極2に供給することができ
る。したがって、燃料極2を還元性雰囲気に保つことが
できるので、燃料極2の酸化を防止することができる。
そして、更に降温し続けて電池温度が200℃よりも低
い温度になると、燃料極2であるニッケル粒子表面は酸
素存在下でも酸化され難くなる。この場合は、メタノー
ル供給バルブ10を閉成して、メタノール水溶液の供給
を停止する。
【0014】以上は電池降温時について説明したが、電
池昇温時についても、電池降温時と全く逆の方法で運転
を行う必要があり、電池温度が200℃程度になるまで
は、窒素ガス等の不活性ガスを供給して電池を昇温させ
る。電池温度が200℃〜550℃程度の範囲内にある
場合には、燃料である天然ガスの改質反応が行われ難く
なるため、還元性の水素含有ガスが燃料極2に供給され
難くなる。この場合は、不活性ガスの供給を停止する一
方、メタノール供給バルブ10を開成してメタノール貯
蔵タンク11に貯蔵されたメタノール水溶液をメタノー
ル供給通路9を介して改質容器5に供給する。ここで、
メタノールは、燃料である天然ガスが改質され難くなる
温度よりも低い温度、即ち、550℃以下の温度でも改
質されるため、メタノールの改質反応で生じる水素を主
成分とするガスを燃料極2に供給することができる。し
たがって、燃料極2を還元性雰囲気に保つことができる
ので、燃料極2の酸化を防止することができる。そし
て、更に、昇温し続けて電池温度が550℃を越える場
合には、メタノール供給バルブ10を閉成して、メタノ
ール水溶液の供給を停止する一方、燃料供給バルブ8を
開成して燃料供給管7を介して改質容器5に燃料ガス
(メタンを主成分とする天然ガスと,水蒸気との混合ガ
ス)を供給する。ここで、電池温度が550℃を越える
場合には、燃料ガスである天然ガスが改質されるので、
改質反応で生じる水素を主成分とするガスが燃料極2に
供給され、燃料極2であるニッケル粒子表面の酸化が防
止されている。 〔その他の事項〕 上記実施例においては、間接内部改質溶融炭酸塩型
燃料電池を使用したが、直接内部改質溶融炭酸塩型燃料
電池や,ハイブリッド方式内部改質溶融炭酸塩型燃料電
池等を用いることも可能である。 メタノール貯蔵タンク11からメタノール水溶液を
供給したが、メタノールと,水蒸気とをそれぞれ別の経
路で供給することも可能である。
【0015】
【発明の効果】以上の本発明方法によれば、従来のよう
に、水素ボンベ等の水素ガス供給手段を外部に備えるこ
となく、簡易な液体であるメタノールを使用することに
より、燃料極であるニッケル粒子表面の酸化を防止する
ことができる。したがって、システムの大型化を防止
し、且つ、安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る間接内部改質溶融炭酸
塩型燃料電池の配管系統の概念図である。
【図2】本発明の一実施例に係る間接内部改質溶融炭酸
塩型燃料電池の単セルの模式図である。
【符号の説明】
2 燃料極 9 メタノール供給通路 10 メタノール供給バルブ 11 メタノール貯蔵タンク

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電池昇温時及び電池降温時における電
    池温度が200℃〜550℃の範囲内にある場合に、メ
    タノールと水蒸気とを燃料改質部に供給することを特徴
    とする内部改質溶融炭酸塩型燃料電池の昇温及び降温方
    法。
JP4171102A 1992-06-29 1992-06-29 内部改質溶融炭酸塩型燃料電池の昇温及び降温方法 Pending JPH0613095A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006294508A (ja) * 2005-04-13 2006-10-26 Mitsubishi Materials Corp 燃料電池発電装置および運転停止方法
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JP2010153098A (ja) * 2008-12-24 2010-07-08 Nippon Oil Corp 間接内部改質型固体酸化物形燃料電池の停止方法

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