JPH0752651B2 - 溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents
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- JPH0752651B2 JPH0752651B2 JP61042935A JP4293586A JPH0752651B2 JP H0752651 B2 JPH0752651 B2 JP H0752651B2 JP 61042935 A JP61042935 A JP 61042935A JP 4293586 A JP4293586 A JP 4293586A JP H0752651 B2 JPH0752651 B2 JP H0752651B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、電解質に溶融炭酸塩を用いた溶融炭酸塩型燃
料電池の改良に関する。
料電池の改良に関する。
（従来の技術） 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
得る必要がある。
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
得る必要がある。
すなわち、単位電池は一対の多孔質電極板（アノードお
よびカソード）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が、これら単位電
池は、導電性の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ともに、ア
ノードへの燃料ガスの通路とカソードへの酸化剤ガスの
通路とを形成する機能をも備えたものである。
よびカソード）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が、これら単位電
池は、導電性の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ともに、ア
ノードへの燃料ガスの通路とカソードへの酸化剤ガスの
通路とを形成する機能をも備えたものである。
このような積層構造の燃料電池本体の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、両ガスを直交フローさせることによ
って、アノード側において、 H2＋CO3 2-→H2Ｏ＋CO2＋2e- なる反応を、またカソード側において、 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
の燃料電池本体の内部における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。
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、両ガスを直交フローさせることによ
って、アノード側において、 H2＋CO3 2-→H2Ｏ＋CO2＋2e- なる反応を、またカソード側において、 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
の燃料電池本体の内部における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。
ところが、上記の構成では燃料ガスと酸化剤ガスとを直
交する方向で流すようにしているため、単位電池内の電
流密度分布や温度分布のばらつきが大きい。このため、
局所的な効率低下を招き、全体の電流密度の低下が問題
となった。また、このように電流密度が場所的に不均一
であると、積層構造の燃料電池本体に熱応力が作用して
クリープが発生したり、積層体が変形したりして燃料ガ
スが漏洩するという不具合もあった。
交する方向で流すようにしているため、単位電池内の電
流密度分布や温度分布のばらつきが大きい。このため、
局所的な効率低下を招き、全体の電流密度の低下が問題
となった。また、このように電流密度が場所的に不均一
であると、積層構造の燃料電池本体に熱応力が作用して
クリープが発生したり、積層体が変形したりして燃料ガ
スが漏洩するという不具合もあった。
（発明が解決しようとする問題点） 以上のように、従来の溶融炭酸塩型燃料電池は、電流密
度や温度の場所的なばらつきが大きく、反応効率が低下
したり、熱応力によって反応ガスが漏洩するという問題
があった。
度や温度の場所的なばらつきが大きく、反応効率が低下
したり、熱応力によって反応ガスが漏洩するという問題
があった。
本発明はこのような問題に基づきなされたものであり、
その目的とするところは、単位電池内部の電流密度分布
や温度分布のばらつきを抑制し、反応効率の向上化およ
び燃料ガスの漏洩防止を図れる溶融炭酸塩型燃料電池を
提供することにある。
その目的とするところは、単位電池内部の電流密度分布
や温度分布のばらつきを抑制し、反応効率の向上化およ
び燃料ガスの漏洩防止を図れる溶融炭酸塩型燃料電池を
提供することにある。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明に係る溶融炭酸塩型
燃料電池は、単位電池とセパレータとを交互に積層して
構成された燃料電池本体と、前記セパレータの前記単位
電池に隣接する一方の面に形成されて前記燃料電池本体
の一側面からこれに相対する対向側面に向かって酸化剤
ガスを通流させる酸化剤ガス流路と、前記セパレータの
前記単位電池に隣接する他方の面に形成されて前記燃料
電池本体の前記一側面と前記対向側面との間で、かつ上
記対向側面寄りの位置を始点とし、上記始点から上記一
側面および上記対向側面の近傍まで燃料ガスを通流させ
る燃料ガス流路と、前記燃料電池本体の前記一側面に設
けられて前記各酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを導く導入
側酸化剤ガスマニホールドと、前記燃料電池本体の前記
対向側面に設けられて前記各酸化剤ガス流路を通った酸
化剤ガスを導く排出側酸化剤ガスマニホールドと、前記
燃料電池本体内に積層方向に形成されて前記各燃料ガス
流路の前記始点に燃料ガスを導く導入側燃料ガスマニホ
ールドと、前記燃料電池本体内で前記一側面および前記
対向側面の近傍位置に積層方向に形成されて前記各燃料
ガス流路を通った燃料ガスを外部へ排出する排出側燃料
ガスマニホールドとを備えている。
燃料電池は、単位電池とセパレータとを交互に積層して
構成された燃料電池本体と、前記セパレータの前記単位
電池に隣接する一方の面に形成されて前記燃料電池本体
の一側面からこれに相対する対向側面に向かって酸化剤
ガスを通流させる酸化剤ガス流路と、前記セパレータの
前記単位電池に隣接する他方の面に形成されて前記燃料
電池本体の前記一側面と前記対向側面との間で、かつ上
記対向側面寄りの位置を始点とし、上記始点から上記一
側面および上記対向側面の近傍まで燃料ガスを通流させ
る燃料ガス流路と、前記燃料電池本体の前記一側面に設
けられて前記各酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを導く導入
側酸化剤ガスマニホールドと、前記燃料電池本体の前記
対向側面に設けられて前記各酸化剤ガス流路を通った酸
化剤ガスを導く排出側酸化剤ガスマニホールドと、前記
燃料電池本体内に積層方向に形成されて前記各燃料ガス
流路の前記始点に燃料ガスを導く導入側燃料ガスマニホ
ールドと、前記燃料電池本体内で前記一側面および前記
対向側面の近傍位置に積層方向に形成されて前記各燃料
ガス流路を通った燃料ガスを外部へ排出する排出側燃料
ガスマニホールドとを備えている。
上記構成から判るように、本発明に係る溶融炭酸塩型燃
料電池では、導入側燃料ガスマニホールドが燃料ガス流
路に通じている位置を境にして一方側では酸化剤ガスと
燃料ガスとを逆向きに通流（向流）させ、他方側では酸
化剤ガスと燃料ガスとを同じ向きに通流（並流）させる
ようにしている。
料電池では、導入側燃料ガスマニホールドが燃料ガス流
路に通じている位置を境にして一方側では酸化剤ガスと
燃料ガスとを逆向きに通流（向流）させ、他方側では酸
化剤ガスと燃料ガスとを同じ向きに通流（並流）させる
ようにしている。
（作用） 酸化剤ガスが燃料電池本体の一側面から他方の側面に向
けて通流すると、燃料ガスとの向流によって生ずる電気
化学的反応で酸化剤ガスは徐々に消費される。酸化剤ガ
スがいくらか消費された燃料電池本体の中央部、正確に
は燃料ガス流路の始点位置からは濃度の最も高い燃料ガ
スとの並流によって反応が促進される。この結果、電流
密度は燃料電池本体の中央が最も高く、外側になだらか
に低くなっていく。温度は反応の度合によって決まるた
め、温度分布も上記電流密度に比例する。
けて通流すると、燃料ガスとの向流によって生ずる電気
化学的反応で酸化剤ガスは徐々に消費される。酸化剤ガ
スがいくらか消費された燃料電池本体の中央部、正確に
は燃料ガス流路の始点位置からは濃度の最も高い燃料ガ
スとの並流によって反応が促進される。この結果、電流
密度は燃料電池本体の中央が最も高く、外側になだらか
に低くなっていく。温度は反応の度合によって決まるた
め、温度分布も上記電流密度に比例する。
（実施例） 以下、図面を参照して本発明の一実施例に係る溶融炭酸
塩型燃料電池について説明する。
塩型燃料電池について説明する。
第１図において、１は全体が長方形でかつ積層構造の燃
料電池本体である。この燃料電池本体１は、エンドプレ
ート3a,3bの間に、複数の単位電池４をセパレータ５を
介して積層して構成されている。なお、以後、説明の便
宜上、燃料電池本体１の側面で後述する外部マニホール
ドが取付けられる一対の対向面をA,A′面、これらに隣
接する一対の対向面をB,B′面と定義する。
料電池本体である。この燃料電池本体１は、エンドプレ
ート3a,3bの間に、複数の単位電池４をセパレータ５を
介して積層して構成されている。なお、以後、説明の便
宜上、燃料電池本体１の側面で後述する外部マニホール
ドが取付けられる一対の対向面をA,A′面、これらに隣
接する一対の対向面をB,B′面と定義する。
単位電池４は、第２図にも示すように、ニッケル合金系
からなる一対の多孔質電極板、即ちアノード7aとカソー
ド7bとの間に電解質板８を介装し、さらにアノード7aに
アノード側集電板9aを添設し、カソード7bにカソード側
集電板9bを添設して構成されている。アノード7aおよび
アノード側集電板9aは、Ａ面側とＡ′面側とに２分され
ており、各分割体は所定の隙間Ｓを介して配置されてい
る。電解質板８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
り、A,A′面近傍位置及び中央部に、Ｂ−Ｂ′方向に等
間隔で複数の貫通孔10b,10c,10aを設けたものとなって
いる。なお、貫通孔10aは、A,A′面の間で、Ａ′面寄り
の位置に設けられている。また、アノード側集電板9aは
例えばニッケルの海綿状金属で形成され、カソード側集
電板9bは例えばステンレス鋼（SUS316等）の海綿状金属
で構成されている。
からなる一対の多孔質電極板、即ちアノード7aとカソー
ド7bとの間に電解質板８を介装し、さらにアノード7aに
アノード側集電板9aを添設し、カソード7bにカソード側
集電板9bを添設して構成されている。アノード7aおよび
アノード側集電板9aは、Ａ面側とＡ′面側とに２分され
ており、各分割体は所定の隙間Ｓを介して配置されてい
る。電解質板８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
り、A,A′面近傍位置及び中央部に、Ｂ−Ｂ′方向に等
間隔で複数の貫通孔10b,10c,10aを設けたものとなって
いる。なお、貫通孔10aは、A,A′面の間で、Ａ′面寄り
の位置に設けられている。また、アノード側集電板9aは
例えばニッケルの海綿状金属で形成され、カソード側集
電板9bは例えばステンレス鋼（SUS316等）の海綿状金属
で構成されている。
セパレータ５は、第３図に示すように構成されている。
図中21は導電性材料で形成された薄板である。この薄板
21には、電解質板８の貫通孔10a〜10cに対応する各位置
に燃料ガス通流用の貫通孔22a〜22cが形成されている。
この薄板21のカソード側の面には、B,B′面を構成する
側縁部に、Ａ面からＡ′面へ延びる段付きの突条23が設
けられている。この突条23は、酸化剤ガス流路Ｄを形成
するためのもので、B,B′面から酸化剤ガスが漏洩する
のを防止する機能を有する。この突条23は、また、その
段部でカソード側集電板9bを支持し、その上端部でカソ
ード7bを支持する。一方、上記薄板21のアノード側の面
の周縁部には、環状突周壁24が設けられている。この環
状突周壁24は、燃料ガス流路Ｅを形成するためのもの
で、燃料電池本体１の側面から燃料ガスが漏洩するのを
防止する。環状突周壁24は、また、その内周面でアノー
ド側集電板9a及びアノード7aの位置を規制する。また、
薄板21の中央の貫通孔22a周囲には、Ｂ−Ｂ′面かけて
突条25が突設されている。この突条25は、中央の貫通孔
22aから燃料ガス流路Ｅに導入される燃料ガスを分散さ
せるもので、一定間隔で設けた切欠きを部25aから燃料
ガスを燃料ガス流路Ｅに導入する。なお、この突条25を
多孔質体で形成すれば特に切欠き25aを必要とせず、よ
り分散機能も増す。一方、薄板21のアノード側の面に
は、中央部の貫通孔22aの周縁部に内部マニホールド管2
6aが、A,A′面近傍の貫通孔22b,22cの周縁部に内部マニ
ホールド管26b,26cがそれぞれ突設されている。内部マ
ニホールド管26aは導入側燃料ガスマニホールドを構成
し、内部マニホールド管26b,26cは排出側燃料ガスマニ
ホールドを構成する。これら内部マニホールド管26a〜2
6cは、例えばアルミナなどの絶縁性部材で形成されてお
り、その長さはカソード側集電板9bとカソード7bと電解
質板８の厚みを加えた長さに設定されている。
図中21は導電性材料で形成された薄板である。この薄板
21には、電解質板８の貫通孔10a〜10cに対応する各位置
に燃料ガス通流用の貫通孔22a〜22cが形成されている。
この薄板21のカソード側の面には、B,B′面を構成する
側縁部に、Ａ面からＡ′面へ延びる段付きの突条23が設
けられている。この突条23は、酸化剤ガス流路Ｄを形成
するためのもので、B,B′面から酸化剤ガスが漏洩する
のを防止する機能を有する。この突条23は、また、その
段部でカソード側集電板9bを支持し、その上端部でカソ
ード7bを支持する。一方、上記薄板21のアノード側の面
の周縁部には、環状突周壁24が設けられている。この環
状突周壁24は、燃料ガス流路Ｅを形成するためのもの
で、燃料電池本体１の側面から燃料ガスが漏洩するのを
防止する。環状突周壁24は、また、その内周面でアノー
ド側集電板9a及びアノード7aの位置を規制する。また、
薄板21の中央の貫通孔22a周囲には、Ｂ−Ｂ′面かけて
突条25が突設されている。この突条25は、中央の貫通孔
22aから燃料ガス流路Ｅに導入される燃料ガスを分散さ
せるもので、一定間隔で設けた切欠きを部25aから燃料
ガスを燃料ガス流路Ｅに導入する。なお、この突条25を
多孔質体で形成すれば特に切欠き25aを必要とせず、よ
り分散機能も増す。一方、薄板21のアノード側の面に
は、中央部の貫通孔22aの周縁部に内部マニホールド管2
6aが、A,A′面近傍の貫通孔22b,22cの周縁部に内部マニ
ホールド管26b,26cがそれぞれ突設されている。内部マ
ニホールド管26aは導入側燃料ガスマニホールドを構成
し、内部マニホールド管26b,26cは排出側燃料ガスマニ
ホールドを構成する。これら内部マニホールド管26a〜2
6cは、例えばアルミナなどの絶縁性部材で形成されてお
り、その長さはカソード側集電板9bとカソード7bと電解
質板８の厚みを加えた長さに設定されている。
燃料電池本体１のＡ面には、角形環状のジルコニアフェ
ルト33aを介して導入側酸化剤ガスマニホールドである
外部マニホールド34aが当てがわれている。また、燃料
電池本体１のＡ′面には、角形環状のジルコニアフェル
ト33bを介して排出側酸化剤ガスマニホールドである外
部マニホールド34bが当てがわれている。ジルコニアフ
ェルト33a,33bは、燃料電池本体１の側面との各外部マ
ニホールド34a,34bとの間でウエットシールを構成する
際の保持材として機能する。外部マニホールド34aに
は、酸化剤ガスＱの導入管35aが設けられており、外部
マニホールド34bには、酸化剤ガスＱの排出管35bが設け
られている。
ルト33aを介して導入側酸化剤ガスマニホールドである
外部マニホールド34aが当てがわれている。また、燃料
電池本体１のＡ′面には、角形環状のジルコニアフェル
ト33bを介して排出側酸化剤ガスマニホールドである外
部マニホールド34bが当てがわれている。ジルコニアフ
ェルト33a,33bは、燃料電池本体１の側面との各外部マ
ニホールド34a,34bとの間でウエットシールを構成する
際の保持材として機能する。外部マニホールド34aに
は、酸化剤ガスＱの導入管35aが設けられており、外部
マニホールド34bには、酸化剤ガスＱの排出管35bが設け
られている。
また、燃料電池本体１の下側に位置するエンドプレート
3bの中央部には、内部マニホールド管26aに燃料ガスＰ
を導く燃料ガス導入路37aが形成されており、また、エ
ンドプレート3bのA,A′面近傍部には、内部マニホール
ド管26b,26cから排出された燃料ガスＰを外部に導く燃
料ガス排出路37bが形成されている。そして、エンドプ
レート3bには、上記燃料ガス導入路37aに燃料ガスＰを
導く導入管38aと、上記燃料ガス排出路37b,37cからの排
出ガスを外部に導く排出管38b,38cが接続されている。
さらに、エンドプレート3bの上面には、燃料ガス導入路
37aの出口周縁部に突周壁39が形成されており、この突
周壁39が上部のセパレータ５の下面と密着することによ
って導入ガスと排出ガスとの間の分離を図るようにして
いる。このエンドプレート3bは、ガスケット40を介して
セパレータ５に接続されている。
3bの中央部には、内部マニホールド管26aに燃料ガスＰ
を導く燃料ガス導入路37aが形成されており、また、エ
ンドプレート3bのA,A′面近傍部には、内部マニホール
ド管26b,26cから排出された燃料ガスＰを外部に導く燃
料ガス排出路37bが形成されている。そして、エンドプ
レート3bには、上記燃料ガス導入路37aに燃料ガスＰを
導く導入管38aと、上記燃料ガス排出路37b,37cからの排
出ガスを外部に導く排出管38b,38cが接続されている。
さらに、エンドプレート3bの上面には、燃料ガス導入路
37aの出口周縁部に突周壁39が形成されており、この突
周壁39が上部のセパレータ５の下面と密着することによ
って導入ガスと排出ガスとの間の分離を図るようにして
いる。このエンドプレート3bは、ガスケット40を介して
セパレータ５に接続されている。
このように構成された燃料電池の組立て状態を第４図に
断面で示す。
断面で示す。
いま、燃料電池を所定の動作温度まで上昇させると、電
解質が溶融し、突周壁24と電解質板８との間、内部マニ
ホールド管26a〜26cと電解質板８との間がそれぞれウエ
ットシールされる。この状態で燃料ガスＰを導入管38
a、燃料ガス導入路37aを介してセパレータ５の貫通孔22
aに導くと、燃料ガスＰは、第４図に示すように、貫通
孔22aと内部マニホールド管26aとで形成された積層方向
に延びる導入側流路C1を図中上向きに進行する。この進
行の過程で燃料ガスＰは、アノード側集電板9aに分離導
入され、該集電板9aをＡ面およびＡ′面に向けて進行す
る。燃料ガスＰが排出側内部マニホールド管26b,26cに
達すると、排出側内部マニホールド管26b,26cの内部に
取込まれる。排出側内部マニホールド管26b,26cに取込
まれた燃料ガスＰは、貫通孔22b,22cと排出側内部マニ
ホールド管26b,26cとで形成された積層方向に延びる排
出側流路C2,C3を図中下向きに進行し、燃料ガス排出路3
7b,37c、排出管38b,38cを介して外部に排出される。一
方、酸化剤ガスＱを導入管35aを介してマニホールド34b
に導くと、酸化剤ガスＱは、セパレータ５の酸化剤ガス
流路Ｄに導入され、カソード側集電板9b内を燃料ガスＰ
に対して初め向流する向き、後で並流する向きに進行
し、対向する外部マニホールド34b,排出管35bを介して
外部に排出される。このように両ガスP,Qが集電板9a,9b
内をそれぞれ通流すると、アノード7a.カソード7bでは
前述した電気化学的反応が生起され、電気エネルギーが
発生する。
解質が溶融し、突周壁24と電解質板８との間、内部マニ
ホールド管26a〜26cと電解質板８との間がそれぞれウエ
ットシールされる。この状態で燃料ガスＰを導入管38
a、燃料ガス導入路37aを介してセパレータ５の貫通孔22
aに導くと、燃料ガスＰは、第４図に示すように、貫通
孔22aと内部マニホールド管26aとで形成された積層方向
に延びる導入側流路C1を図中上向きに進行する。この進
行の過程で燃料ガスＰは、アノード側集電板9aに分離導
入され、該集電板9aをＡ面およびＡ′面に向けて進行す
る。燃料ガスＰが排出側内部マニホールド管26b,26cに
達すると、排出側内部マニホールド管26b,26cの内部に
取込まれる。排出側内部マニホールド管26b,26cに取込
まれた燃料ガスＰは、貫通孔22b,22cと排出側内部マニ
ホールド管26b,26cとで形成された積層方向に延びる排
出側流路C2,C3を図中下向きに進行し、燃料ガス排出路3
7b,37c、排出管38b,38cを介して外部に排出される。一
方、酸化剤ガスＱを導入管35aを介してマニホールド34b
に導くと、酸化剤ガスＱは、セパレータ５の酸化剤ガス
流路Ｄに導入され、カソード側集電板9b内を燃料ガスＰ
に対して初め向流する向き、後で並流する向きに進行
し、対向する外部マニホールド34b,排出管35bを介して
外部に排出される。このように両ガスP,Qが集電板9a,9b
内をそれぞれ通流すると、アノード7a.カソード7bでは
前述した電気化学的反応が生起され、電気エネルギーが
発生する。
第５図（ａ）は燃料電池のＡ面からＡ′面に至るまでの
水平方向位置と反応ガスの濃度との関係を示す図であ
る。燃料ガス濃度は中央部で最も高く、酸化剤ガスはＡ
面近傍で最も高い。従って、電流密度は、第５図（ｂ）
に示すように中心部が最も高く、A,A′面側にかけてな
だらかに低下している。なお、参考までに燃料ガスを
Ａ′面側からＡ面側に向けて流した向流方式の燃料電池
の電流密度分布を点線で示した。この図からも明らかな
ように、本実施例の向流・並流併合方式では電流密度の
ばらつきは向流方式よりも少なくなっている。
水平方向位置と反応ガスの濃度との関係を示す図であ
る。燃料ガス濃度は中央部で最も高く、酸化剤ガスはＡ
面近傍で最も高い。従って、電流密度は、第５図（ｂ）
に示すように中心部が最も高く、A,A′面側にかけてな
だらかに低下している。なお、参考までに燃料ガスを
Ａ′面側からＡ面側に向けて流した向流方式の燃料電池
の電流密度分布を点線で示した。この図からも明らかな
ように、本実施例の向流・並流併合方式では電流密度の
ばらつきは向流方式よりも少なくなっている。
このように本実施例によれば、両反応ガスが酸化剤入口
側では向流するように流れ、酸化剤出口側では並流する
ように流れるので、電流密度分布、温度分布を従来の方
式に比べて均一にすることができ、反応効率の向上化、
熱応力の減少を図ることができる。
側では向流するように流れ、酸化剤出口側では並流する
ように流れるので、電流密度分布、温度分布を従来の方
式に比べて均一にすることができ、反応効率の向上化、
熱応力の減少を図ることができる。
なお、本実施例によれば、前述したウエットシール部に
よって燃料ガスＰと酸化剤ガスＱとの間は完全にシール
され、かつ燃料ガスＰが外部に漏れることはない。ま
た、この実施例では、B,B′面に外部冷却手段を付加す
ることができるので、酸化剤ガスを冷却材として過剰に
供給す必要がなくなる。このため、酸化剤ガスの有効利
用を図ることができる。
よって燃料ガスＰと酸化剤ガスＱとの間は完全にシール
され、かつ燃料ガスＰが外部に漏れることはない。ま
た、この実施例では、B,B′面に外部冷却手段を付加す
ることができるので、酸化剤ガスを冷却材として過剰に
供給す必要がなくなる。このため、酸化剤ガスの有効利
用を図ることができる。
本発明者等の実験によっても、この実施例の効果を確認
することができた。即ち、本実施例の燃料電池に燃料ガ
スとして1ow−BTU、酸化剤ガスとしてair/CO2＝70/30を
用い、入口ガス温度を800K、燃料ガス利用率を25％、平
均単セル電圧を0.85Vの条件で運転した。その結果、電
流密度のばらつきが小さくなり、その平均電流密度が従
来は198mA/cm2であったのに対し、本実施例では230mA/c
m2と約16％も向上した。また、従来は酸化剤ガスの入口
部で810K、出口部で1020Kと210Kの温度差があったのに
対し、本実施例では入口部で810K、出口部で970Kと、そ
の温度差は160Kとなり、従来に比べて温度差を約30％も
低下させることができた。
することができた。即ち、本実施例の燃料電池に燃料ガ
スとして1ow−BTU、酸化剤ガスとしてair/CO2＝70/30を
用い、入口ガス温度を800K、燃料ガス利用率を25％、平
均単セル電圧を0.85Vの条件で運転した。その結果、電
流密度のばらつきが小さくなり、その平均電流密度が従
来は198mA/cm2であったのに対し、本実施例では230mA/c
m2と約16％も向上した。また、従来は酸化剤ガスの入口
部で810K、出口部で1020Kと210Kの温度差があったのに
対し、本実施例では入口部で810K、出口部で970Kと、そ
の温度差は160Kとなり、従来に比べて温度差を約30％も
低下させることができた。
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。たとえば上記実施例では反応ガスを拡張するととも
に集電機能を有した集電板9a,9bとして海綿状金属を用
いたが、例えばセパレータ５に同様の機能を有する溝を
形成しても良い。
い。たとえば上記実施例では反応ガスを拡張するととも
に集電機能を有した集電板9a,9bとして海綿状金属を用
いたが、例えばセパレータ５に同様の機能を有する溝を
形成しても良い。
また、外部冷却手段の付加方法として、冷却剤ガスをB,
B′面に設けた外部マニホールドを通じて酸化剤ガスと
直交する方向に流す方法が基準となるが、冷却剤ガスと
酸化剤ガスをリターンフローで流しても良い。なお、燃
料ガス流路の導入口は状況に応じて最も最適な位置に設
定すれば良い。上記の実施例では燃料ガス導入口をＡ′
面寄りに配置している。
B′面に設けた外部マニホールドを通じて酸化剤ガスと
直交する方向に流す方法が基準となるが、冷却剤ガスと
酸化剤ガスをリターンフローで流しても良い。なお、燃
料ガス流路の導入口は状況に応じて最も最適な位置に設
定すれば良い。上記の実施例では燃料ガス導入口をＡ′
面寄りに配置している。
［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、単位電池内部の電
流密度分布や温度分布のばらつきを抑制し、反応効率の
向上化及び燃料ガスの漏洩防止を図れる溶融炭酸塩型燃
料電池を提供することができる。
流密度分布や温度分布のばらつきを抑制し、反応効率の
向上化及び燃料ガスの漏洩防止を図れる溶融炭酸塩型燃
料電池を提供することができる。
第１図は本発明の一実施例に係る溶融炭酸塩型燃料電池
の概略構成を示す分解斜視図、第２図は上記燃料電池に
おける燃料電池本体を示す分解斜視図、第３図は上記燃
料電池におけるセパレータを示す斜視図であり、同図
（ａ）は上面を、同図（ｂ）は下面をそれぞれ示す図、
第４図は同燃料電池の部分断面図、第５図は同燃料電池
の水平方向位置と排ガス濃度および電流密度との関係図
である。１ ……燃料電池本体、3a,3b……エンドプレート、４…
…単位電池、５……セパレータ、7a……アノード、7b…
…カソード、８……電解質板、9a……アノード集電板、
9b……カソード集電板、26a〜26c……内部マニホールド
管、34a,34b……外部マニホールド、Ｐ……燃料ガス、
Ｑ……酸化剤ガス。
の概略構成を示す分解斜視図、第２図は上記燃料電池に
おける燃料電池本体を示す分解斜視図、第３図は上記燃
料電池におけるセパレータを示す斜視図であり、同図
（ａ）は上面を、同図（ｂ）は下面をそれぞれ示す図、
第４図は同燃料電池の部分断面図、第５図は同燃料電池
の水平方向位置と排ガス濃度および電流密度との関係図
である。１ ……燃料電池本体、3a,3b……エンドプレート、４…
…単位電池、５……セパレータ、7a……アノード、7b…
…カソード、８……電解質板、9a……アノード集電板、
9b……カソード集電板、26a〜26c……内部マニホールド
管、34a,34b……外部マニホールド、Ｐ……燃料ガス、
Ｑ……酸化剤ガス。
Claims (1)
- 【請求項１】単位電池とセパレータとを交互に積層して
構成された燃料電池本体と、前記セパレータの前記単位
電池に隣接する一方の面に形成されて前記燃料電池本体
の一側面からこれに相対する対向側面に向かって酸化剤
ガスを通流させる酸化剤ガス流路と、前記セパレータの
前記単位電池に隣接する他方の面に形成されて前記燃料
電池本体の前記一側面と前記対向側面との間で、かつ上
記対向側面寄りの位置を始点とし、上記始点から上記一
側面および上記対向側面の近傍まで燃料ガスを通流させ
る燃料ガス流路と、前記燃料電池本体の前記一側面に設
けられて前記各酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを導く導入
側酸化剤ガスマニホールドと、前記燃料電池本体の前記
対向側面に設けられて前記各酸化剤ガス流路を通った酸
化剤ガスを導く排出側酸化剤ガスマニホールドと、前記
燃料電池本体内に積層方向に形成されて前記各燃料ガス
流路の前記始点に燃料ガスを導く導入側燃料ガスマニホ
ールドと、前記燃料電池本体内で前記一側面および前記
対向側面の近傍位置に積層方向に形成されて前記各燃料
ガス流路を通った燃料ガスを外部へ排出する排出側燃料
ガスマニホールド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 (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61042935A JPH0752651B2 (ja) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
| NL8602823A NL8602823A (nl) | 1985-11-08 | 1986-11-07 | Gesmolten carbonaatbrandstofcel. |
| US06/927,942 US4708916A (en) | 1985-11-08 | 1986-11-07 | Molten carbonate fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61042935A JPH0752651B2 (ja) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62202465A JPS62202465A (ja) | 1987-09-07 |
| JPH0752651B2 true JPH0752651B2 (ja) | 1995-06-05 |
Family
ID=12649869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61042935A Expired - Fee Related JPH0752651B2 (ja) | 1985-11-08 | 1986-02-28 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0752651B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6484579A (en) * | 1987-09-28 | 1989-03-29 | Hitachi Ltd | Fuel cell |
| KR100418626B1 (ko) | 2001-10-17 | 2004-02-14 | 한국전력공사 | 용융탄산염형 연료전지 |
-
1986
- 1986-02-28 JP JP61042935A patent/JPH0752651B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62202465A (ja) | 1987-09-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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