JPH06196184A - 燃料電池用触媒充填器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単かつ短時間の作業で改質触媒を充填する。 【構成】燃料ガス流路内に流路形成板７を配設し、該流
路形成板７によって仕切られる空間に改質触媒９を充填
してなる内部改質型の溶融炭酸塩燃料電池に使用される
触媒充填器であって、改質触媒９を挿入するための多数
の貫通孔１６ｃを有する触媒保持プレート１６と、触媒
保持プレート１６の下面に摺動自在に保持される移動プ
レート１７とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内部改質型の溶融炭酸
塩燃料電池（ＭＣＦＣ）に好適に用いられる触媒充填器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＣＦＣは、溶融アルカリ炭酸塩からな
る電解質をリチウムアルミネート等の電解質保持材に保
持させた電解質板と、この電解質板の両面にそれぞれ当
接されるアノードおよびカソードとを有し、アノード側
に燃料ガスを供給し、カソード側に酸化剤ガスをそれぞ
れ供給することにより発電を行う。前記燃料ガスとして
は、例えば炭化水素と水蒸気を、主に水素および一酸化
炭素に改質したガスを用いる。

【０００３】ここで、ＭＣＦＣは、燃料ガスの改質方式
により、燃料改質装置を燃料電池の外部に設ける外部改
質型と、燃料改質装置を特別に設けずに燃料電池の内部
で燃料を改質する内部改質型に分けられ、内部改質型
は、改質反応に必要な触媒の配置方法によって、直接式
と間接式に分けられる。直接式は、電池内のアノードに
接する燃料ガス室内に触媒を配置し、燃料ガスの改質反
応とアノードでの電気化学反応を一箇所で進行させる方
式であり、間接式は、アノードに接する燃料ガス室と隣
接する位置に改質触媒室を設け、そこで燃料ガスを改質
し燃料ガス室に供給する方式である。この内部改質型
は、外部に燃料改質装置を設ける必要がないのでシステ
ム全体が小型になり、とくに直接式は、改質反応とアノ
ード反応が近接して起こるので、水素が逐次消費される
とともに、燃電池内で発生した水蒸気と熱を移動させる
ことなくその場で使用するので高い効率が得られる。

【０００４】図５は、本発明が適用される内部改質型Ｍ
ＣＦＣのうち、とくに直接式の１例を示す斜視図であ
る。この燃料電池は、電池ユニットＵをセパレータ１を
介して多数積層した構造となっており、１つの電池ユニ
ットＵは、電解質板２を間に挟むようにしてアノード３
とカソード４が配設され、アノード３側にはシール部材
１０により燃料ガス流路５が形成され、カソード４側に
にはシール部材１１により酸化剤ガス流路６が形成され
ている。燃料ガス流路５と酸化剤ガス流路６には、それ
ぞれ波板状の流路形成板７、８が配設され、燃料ガス流
路５内の流路形成板７によって仕切られる空間には、多
数の改質触媒９が充填されている。

【０００５】上記ＭＣＦＣの動作について説明すると、
燃料ガス流路５に炭化水素等の燃料ガスと水蒸気が供給
されると、改質触媒９上での改質反応により、炭化水素
は水蒸気と反応して水素、一酸化炭素および炭酸ガスに
変換される。生成された水素は、多孔性のアノード３内
を拡散し、電解質板２を介してカソード４から移動して
きた炭酸イオンと下式のように反応する。

【０００６】Ｈ₂＋ＣＯ₃ ^2- →Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂＋２ｅ^- 他方、カソード４には空気と炭酸ガスとの混合ガスが供
給され、二酸化炭素と酸素は多孔性のカソード４内を拡
散し、下式のように反応する。

【０００７】ＣＯ₂ ＋１／２Ｏ₂ ＋２ｅ^- →ＣＯ₃ ^2- このようにして、炭化水素等の燃料ガスと空気等の酸化
剤ガスの持つ化学エネルギーを電気化学的な反応によっ
て直接電気エネルギーに変換し電力を得ることができ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、直接式の内
部改質型ＭＣＦＣにおいては、燃料ガス流路５内におい
て、燃料ガスを効率よく水素、一酸化炭素および炭酸ガ
スに改質させるために、燃料ガスを改質触媒９と均一に
接触させる必要があり、そのために、流路形成板７によ
って仕切られる燃料ガス流路の空間内に改質触媒９を偏
ることなく均一な間隔で配置し充填させることが重要な
課題である。しかしながら、従来は、電池ユニットごと
に改質触媒を一個づつピンセットで摘んで流路形成板７
によって仕切られる空間内の所定の位置に配置、充填す
る方法をとっており、しかもこの作業を数１０〜数１０
０の電池ユニットに対して行わなければならないため、
改質触媒の充填工程が極めて面倒な作業となり、かつ、
多大の時間を要するという問題を有している。

【０００９】本発明は上記問題を解決するものであっ
て、燃料ガス流路内に流路形成板を配設し、該流路形成
板によって仕切られる空間に改質触媒を充填してなる直
接式内部改質型のまたは間接式内部改質型の溶融炭酸塩
燃料電池に使用される触媒充填器であって、簡単かつ短
時間の作業で改質触媒を充填することができる燃料電池
用触媒充填器を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そのために本発明の燃料
電池用触媒充填器は、燃料ガス流路５内に流路形成板７
を配設し、該流路形成板７によって仕切られる空間に改
質触媒９を充填してなる直接式内部改質型の溶融炭酸塩
燃料電池に使用される触媒充填器であって、改質触媒９
を挿入するための多数の貫通孔１６ｃを有する触媒保持
プレート１６と、触媒保持プレート１６の下面に摺動自
在に保持される移動プレート１７とからなることを特徴
とする。なお、前記移動プレートの先端を斜めに切断し
た形状としてもよい。ここで、上記構成に付加した番号
は、本発明の理解を容易にするために図面と対比させる
ものであり、これにより本発明の構成が何ら限定される
ものではない。

【００１１】

【作用】本発明においては、例えば図１（Ａ）に示すよ
うに、触媒充填器１５の触媒保持プレート１６の表面に
多数の改質触媒９を載せ、改質触媒９が全ての貫通孔１
６ｃ内に挿入されるようにした後、残りの改質触媒を払
い除き、触媒充填器１５の下部に、貫通孔１６ｃの位置
が流路形成板７の触媒充填位置に対応するように、流路
形成板７を治具により固定した後、移動プレート１７を
引き抜いていけば、改質触媒９が順次、図１（Ｂ）に示
す流路形成板７の凹部１９内に落下し充填されることに
なる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図１（Ａ）は、本発明の燃料電池用触媒充填器
の１実施例を示す斜視図である。なお、本発明は図５で
説明した燃料ガス流路５内に流路形成板７を配設し、該
流路形成板７によって仕切られる空間に改質触媒９を充
填してなる直接式内部改質型の又は図示しない間接式内
部改質型の溶融炭酸塩燃料電池に使用されるものであ
る。

【００１３】図１（Ａ）において、本発明の燃料電池用
触媒充填器１５は、触媒保持プレート１６と、その下面
に配設される移動プレート１７とからなり、移動プレー
ト１７は、触媒保持プレート１６の両側に一体に形成さ
れたフランジ１６ａ、１６ｂ内に摺動自在に保持されて
いる。触媒保持プレート１６の表面には、多数の貫通孔
１６ｃが形成されている。この貫通孔１６ｃには、後述
する改質触媒が挿入されるもので、貫通孔１６ｃの配置
は、充填すべき流路形成板７の触媒充填位置に対応する
ように形成されている。なお、図１においては、触媒充
填器１５を縮小して模式的に示しているが、実際には貫
通孔１６ｃの数は流路形成板７の大きさと触媒充填数に
応じて設定される。

【００１４】触媒充填器１５の下部には、流路形成板７
が図示しない治具により固定される。図１（Ｂ）の流路
形成板７は、凹部１９と凸部２０が形成された多数のプ
レート１８ａ、１８ｂ、…、１８ｎをガス流方向Ａに対
して、各プレートの凹部１９と凸部２０を交互にずらし
て配置することにより、改質触媒９の充填室が形成され
ており、図ではプレート１８ａの充填室（凹部１９）に
改質触媒９が充填された状態を示している。なお、流路
形成板７は、図の例に限定されるものではなく、前記図
５で示した単純な波型形状のもの、或いはリブ形状のも
の等種々の例に適用可能であるが、電池の組立または作
動中に充填触媒が流路溝に沿って移動、偏積するのを防
ぐため、接着剤によって固定するなどの対策が必要とな
る。

【００１５】上記構成からなる本発明の触媒充填器の使
用方法を図２とともに説明する。先ず、触媒充填器１５
の触媒保持プレート１６の表面に多数の改質触媒９を載
せ、改質触媒９が全ての貫通孔１６ｃ内に挿入されるよ
うにした後、残りの改質触媒を払い除く。そのために、
改質触媒９の形状は球状またはシリンダ状など粒形状が
好ましい。次に、触媒充填器１５の下部に、貫通孔１６
ｃの位置が流路形成板７の触媒充填位置に対応するよう
に、流路形成板７を図示しない治具により固定する。そ
の後、移動プレート１７を図２のＢ方向に引き抜いてい
けば、改質触媒９が順次、流路形成板７の凹部１９内に
落下し充填されることになる。

【００１６】改質触媒９を流路形成板７の凸部２０内に
も充填する場合には、前記凹部１９内に充填された改質
触媒９を、例えばスプレー式接着剤により固定した後、
流路形成板７を反転させ、前述と同様の作業を繰り返す
ことにより、改質触媒９を充填することができる。さら
に他の方法としては、始めに凸部２０側に充填した後、
上部にセパレータ板１を重ねて反転させ、凹部１９に充
填する方法も可能である。

【００１７】図３は本発明の他の実施例を示している。
本実施例においては、移動プレート１７側に、触媒保持
プレート１６の貫通孔１６ｃと同じパターンの貫通孔１
７ｃを形成しておき、触媒保持プレート１６上に改質触
媒９を載せるときには、貫通孔１６ｃを移動プレート１
７で塞いでおき、移動プレート１７をＢ方向に、貫通孔
１６ｃと貫通孔１７ｃが合致するように移動させれば、
改質触媒９が同時に流路形成板７の凹部１９内に落下し
充填されることになる。

【００１８】図４は、前記移動プレートの例を示す平面
図である。図（Ａ）は、図２に示した平坦状の移動プレ
ート１７を示し、図（Ｂ）は、図３に示した貫通孔１７
ｃを設けた例を示し、図（Ｃ）は、先端１列のみに貫通
孔１７ｃを設けた例を示している。これらの実施例にお
いては、移動プレート１７を引き抜いていくと、同じ列
の触媒が同時に落下するため、触媒が充填室（凹部１
９）に充填されたか否かの確認がしにくく、とくに充填
器の幅が広い場合に問題となる。

【００１９】そこで、図（Ｄ）に示すように、移動プレ
ートの先端部を斜めに切断した形状とし、かつ、斜めに
切断した切り口は触媒保持プレート１６の貫通孔１６ｃ
を２列以上にまたがらないようにし、触媒保持プレート
１６上の触媒１列が１個づつ順番に落下するようにす
る。従って、触媒が充填されたか否かの確認がし易くな
り、とくに充填器の幅が広い場合に、操作性を向上さ
せ、作業時間を短縮させることができるとともに、所定
位置への確実な充填を可能にする。また、図（Ｅ）に示
すように、移動プレートの先端部を斜めに階段状に形成
してもよいし、図（Ｆ）に示すように、移動プレートの
貫通孔１７ｃを斜めに配列させるようにしてもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、改質触媒を挿入するための多数の貫通孔を有す
る触媒保持プレートと、該触媒保持プレートの下面に摺
動自在に保持される移動プレートとからなる触媒充填器
により、簡単かつ短時間の作業で改質触媒を充填するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は本発明の燃料電池用触媒充填器の
１実施例を示す斜視図、図１（Ｂ）は流路形成板の斜視
図である。

【図２】本発明の触媒充填器の使用方法を説明する為の
一部断面図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す一部断面図である。

【図４】本発明における移動プレートの例を示す平面図
である。

【図５】本発明が適用されるＭＣＦＣの１例を示す斜視
図である。

【符号の説明】

Ｕ…電池ユニット、１…セパレータ、２…電解質板、３
…アノード ４…カソード、５…燃料ガス流路、６…酸化剤ガス流
路、７、８…流路形成板 ９…改質触媒、１５…燃料電池用触媒充填器、１６…触
媒保持プレート １６ａ、１６ｂ…フランジ、１６ｃ…貫通孔、１７…移
動プレート １７ｃ…貫通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲さい▼合 彰 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡一丁目３番１ 号 東燃株式会社総合研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料ガス流路内に流路形成板を配設し、該
   流路形成板によって仕切られる空間に改質触媒を充填し
   てなる内部改質型の溶融炭酸塩燃料電池に使用される触
   媒充填器であって、改質触媒を挿入するための多数の貫
   通孔を有する触媒保持プレートと、該触媒保持プレート
   の下面に摺動自在に保持される移動プレートとからなる
   ことを特徴とする燃料電池用触媒充填器。
2. 【請求項２】前記移動プレートの先端を斜めに切断した
   形状とすることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池
   用触媒充填器。