JPH0775166B2 - 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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- JPH0775166B2 JPH0775166B2 JP59269973A JP26997384A JPH0775166B2 JP H0775166 B2 JPH0775166 B2 JP H0775166B2 JP 59269973 A JP59269973 A JP 59269973A JP 26997384 A JP26997384 A JP 26997384A JP H0775166 B2 JPH0775166 B2 JP H0775166B2
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- fuel
- gas flow
- oxidant
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- H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
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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。
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ならない。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ならない。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
れ、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、 1/202＋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
れ、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、 1/202＋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。
ところが、このように構成された燃料電池には次のよう
な欠点があった。
な欠点があった。
すなわち、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も低くなってし
まう。また、このように温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反応ガスが漏
洩してしまいという問題があった。特に、燃料ガス中の
水素のリークがコスト上から問題となった。
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も低くなってし
まう。また、このように温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反応ガスが漏
洩してしまいという問題があった。特に、燃料ガス中の
水素のリークがコスト上から問題となった。
また、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
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、上記のような構造であると、燃料電池本体の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も困
難である。このため、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の内部に過剰に通流
させなければならないため、酸化剤ガスの利用率が低い
という問題もあった。
時に熱を発生する。この熱を除去しないと、溶融炭酸塩
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、上記のような構造であると、燃料電池本体の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も困
難である。このため、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の内部に過剰に通流
させなければならないため、酸化剤ガスの利用率が低い
という問題もあった。
本発明はこのようなも第に鑑み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、
温度分布のばらつきを小さくすることができ、燃料ガ
ス、特に水素のリークを効果的に防止できるともに、酸
化剤ガスの利用率を高め得る溶融炭酸塩型燃料電池を提
供することにある。
の目的とするところは、単位電池内部の電流密度分布、
温度分布のばらつきを小さくすることができ、燃料ガ
ス、特に水素のリークを効果的に防止できるともに、酸
化剤ガスの利用率を高め得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、単位電池に対し、燃料ガスと酸化剤ガスとを
直交する方法ではなく向流させるようにするため、酸化
剤ガスは外部マニホールドによって燃料電池本体に供給
し、燃料ガスは内部マニホールドによって燃料電池本体
に供給するようにしている。
直交する方法ではなく向流させるようにするため、酸化
剤ガスは外部マニホールドによって燃料電池本体に供給
し、燃料ガスは内部マニホールドによって燃料電池本体
に供給するようにしている。
すなわち、本発明に係る溶融炭酸塩型燃料電池は、複数
の単位電池と、これら各単位電池間に介挿されて前記複
数の単位電池とで積層構造の燃料電池本体を構成すると
ともに、上記単位電池に隣接する一方の隣接面に燃料ガ
ス流路を有し、上記単位電池に隣接する他方の隣接面に
酸化剤ガス流路を有し、かつ上記燃料ガス流路の形成さ
れた形成面周縁部に上記燃料ガス流路を上記燃料電池本
体の側面部から遮断する突周壁を有したセパレータと、
前記燃料電池本体の一側面に当てがわれて前記酸化剤ガ
ス流路に酸化剤ガスを導入する酸化剤導入側外部マニホ
ールドと、前記燃料電池本体の前記一側面と対向する側
面に当てがわれて前記酸化剤ガス流路を経由した前記酸
化剤ガスを外部に導く酸化剤排出側外部マニホールド
と、前記燃料電池本体の内部で、前記酸化剤排出側外部
マニホールドの当てがわれた側面の近傍位置を上記側面
と平行する方向に等間隔に、かつ前記酸化剤ガス流路を
横切って積層方向に延びて前記燃料ガス流路に燃料ガス
を導く複数の燃料導入側内部マニホールド管と、前記燃
料電池本体の内部で、前記酸化剤導入側外部マニホール
ドの当てがわれた側面の近傍位置を上記側面と平行する
方向に等間隔に、かつ前記酸化剤ガス流路を横切って積
層方向に延びて前記燃料ガス流路を経由した燃料ガスを
外部に導く複数の燃料排出側内部マニホールド管とを具
備してなることを特徴としている。
の単位電池と、これら各単位電池間に介挿されて前記複
数の単位電池とで積層構造の燃料電池本体を構成すると
ともに、上記単位電池に隣接する一方の隣接面に燃料ガ
ス流路を有し、上記単位電池に隣接する他方の隣接面に
酸化剤ガス流路を有し、かつ上記燃料ガス流路の形成さ
れた形成面周縁部に上記燃料ガス流路を上記燃料電池本
体の側面部から遮断する突周壁を有したセパレータと、
前記燃料電池本体の一側面に当てがわれて前記酸化剤ガ
ス流路に酸化剤ガスを導入する酸化剤導入側外部マニホ
ールドと、前記燃料電池本体の前記一側面と対向する側
面に当てがわれて前記酸化剤ガス流路を経由した前記酸
化剤ガスを外部に導く酸化剤排出側外部マニホールド
と、前記燃料電池本体の内部で、前記酸化剤排出側外部
マニホールドの当てがわれた側面の近傍位置を上記側面
と平行する方向に等間隔に、かつ前記酸化剤ガス流路を
横切って積層方向に延びて前記燃料ガス流路に燃料ガス
を導く複数の燃料導入側内部マニホールド管と、前記燃
料電池本体の内部で、前記酸化剤導入側外部マニホール
ドの当てがわれた側面の近傍位置を上記側面と平行する
方向に等間隔に、かつ前記酸化剤ガス流路を横切って積
層方向に延びて前記燃料ガス流路を経由した燃料ガスを
外部に導く複数の燃料排出側内部マニホールド管とを具
備してなることを特徴としている。
本発明によれば、単位電池に対し燃料ガスと酸化剤ガス
とを向流させるようにしているので、単位電池内の電流
密度分布、温度分布を均一にすることができる。したが
って、積層構造の燃料電池本体の熱応力による変形やク
リープを回避することができ、反応ガスの漏洩を防止で
きる。特に燃料ガスは内部マニホールドによって供給さ
れるよので、外部への漏洩や水素のリークが生じ難い。
また、燃料導入側および燃料排出側の内部マニホールド
を燃料ガス流路の延びる方向と直交する方向に等間隔に
複数設けているので、内部マニホールドでの圧力損失の
増加を抑制できるとともに燃料ガス流路の各部に燃料ガ
スを均一に配分することが可能となる。さらに、上記構
成であると、電解質を貫通するように内部マニホールド
が設けられることになるが、内部マニホールドを、いわ
ゆる複数に分割しているので、貫通部を小径化すること
が可能となり、これによって貫通部において電解質にひ
び割れなどが生じるのを防止でき、格別なシール材を使
用しなくてもシール性能を十分に確保できる。また、上
記構成によれば、燃料ガスは燃料ガス流路に導入される
前に、酸化剤ガス流路を経由した高温の酸化剤ガスによ
り昇温され、一方、酸化剤ガスは酸化剤ガス流路に導入
される前に燃料ガス流路を経由した高温の燃料ガスによ
り昇温される。即ち、燃料ガスと酸化剤ガスの相互で熱
交換させることにより双方のガスを効率良く昇温させる
ことができるため、燃料電池本体の発電効率を向上させ
ることが可能となる。
とを向流させるようにしているので、単位電池内の電流
密度分布、温度分布を均一にすることができる。したが
って、積層構造の燃料電池本体の熱応力による変形やク
リープを回避することができ、反応ガスの漏洩を防止で
きる。特に燃料ガスは内部マニホールドによって供給さ
れるよので、外部への漏洩や水素のリークが生じ難い。
また、燃料導入側および燃料排出側の内部マニホールド
を燃料ガス流路の延びる方向と直交する方向に等間隔に
複数設けているので、内部マニホールドでの圧力損失の
増加を抑制できるとともに燃料ガス流路の各部に燃料ガ
スを均一に配分することが可能となる。さらに、上記構
成であると、電解質を貫通するように内部マニホールド
が設けられることになるが、内部マニホールドを、いわ
ゆる複数に分割しているので、貫通部を小径化すること
が可能となり、これによって貫通部において電解質にひ
び割れなどが生じるのを防止でき、格別なシール材を使
用しなくてもシール性能を十分に確保できる。また、上
記構成によれば、燃料ガスは燃料ガス流路に導入される
前に、酸化剤ガス流路を経由した高温の酸化剤ガスによ
り昇温され、一方、酸化剤ガスは酸化剤ガス流路に導入
される前に燃料ガス流路を経由した高温の燃料ガスによ
り昇温される。即ち、燃料ガスと酸化剤ガスの相互で熱
交換させることにより双方のガスを効率良く昇温させる
ことができるため、燃料電池本体の発電効率を向上させ
ることが可能となる。
かた、燃料ガス用の外部マニホールドが必要なくなるの
で、燃料電池本体の１つの対向する側面を燃料電池本体
の外部冷却用に利用できる。このため、従来のように酸
化剤ガスを冷却のために大量に流す必要がなくなり、酸
化剤ガスの利用率を高めることができる。
で、燃料電池本体の１つの対向する側面を燃料電池本体
の外部冷却用に利用できる。このため、従来のように酸
化剤ガスを冷却のために大量に流す必要がなくなり、酸
化剤ガスの利用率を高めることができる。
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。また、以後、説明を簡単
にするため、燃料電池本体１の側面で後述するところの
外部マニホールドが取付けられる一対の対向面をそれぞ
れA,A′面と定義し、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。また、以後、説明を簡単
にするため、燃料電池本体１の側面で後述するところの
外部マニホールドが取付けられる一対の対向面をそれぞ
れA,A′面と定義し、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、即ちアノード電極板7aと
カソード電極板7bとの間に電解質板８を介挿し、さらに
アノード電極板7aにアノード側集電板9aを添設するとと
もにカソード電極板7b側にカソード側集電板9bを添設し
て構成されている。電解質板８は、例えば炭酸リチウム
や炭酸カリウム等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′面を構成する両端部の近傍位置に
等間隔で複数の貫通孔10を設けたものとなっている。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
からなり、カソード側集電板9bは例えばステンレス鋼
（SUS316等）の海綿状金属からなるものである。
からなる一対の多孔質電極板、即ちアノード電極板7aと
カソード電極板7bとの間に電解質板８を介挿し、さらに
アノード電極板7aにアノード側集電板9aを添設するとと
もにカソード電極板7b側にカソード側集電板9bを添設し
て構成されている。電解質板８は、例えば炭酸リチウム
や炭酸カリウム等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′面を構成する両端部の近傍位置に
等間隔で複数の貫通孔10を設けたものとなっている。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
からなり、カソード側集電板9bは例えばステンレス鋼
（SUS316等）の海綿状金属からなるものである。
セパレータ５は、第３図に示すように構成されている。
すなわち、図中21は導電性材料で形成され、電解質層８
の貫通孔10と同軸関係にある燃料ガス通流用の貫通孔22
を有した薄板である。この薄板21のカソード側集電板9b
に対向する面のB,B′面側の縁部には、Ａ面からＡ′面
へと酸化剤ガスを通流せる酸化剤ガス流路Ｄを形成する
ための段付きの突条23が設けられている。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
端部でカソード電極板7bを支持するものである。一方、
上記薄板21のアノード側集電板9aと対向する面の周縁部
には、上記Ａ′面側の貫通孔22からＡ面側の貫通孔22へ
と燃料ガスを通流させる燃料ガス流路を形成するととも
に燃料電池本体１の側面から燃料ガスが漏洩するのを防
止するための環状突周壁24が設けられている。この環状
突周壁24は、その内周面でアノード側集電板9aおよびア
ノード電極板7aの位置を規制するが、燃料ガスの通流を
妨げないように貫通孔22の部分に切欠部25を形成したも
のとなっている。薄板21のＡ′面側の貫通孔22が形成さ
れた位置には、燃料ガス導入用の複数の内部マニホール
ド管26aがＡ′面と平行する方向に等間隔に突設されて
おり、同Ａ面側の貫通孔22が形成された位置には、燃料
ガス排出用の複数の内部マニホールド管26bがＡ面と平
行する方向に等間隔に突設されている。この内部マニホ
ールド管26a,26bは、例えばアルミナ等の絶縁性部材で
形成されており、その長さは、カソード側集電板9bとカ
ソード電極板7bと電解質層８の厚みを加えた長さに設定
されている。
すなわち、図中21は導電性材料で形成され、電解質層８
の貫通孔10と同軸関係にある燃料ガス通流用の貫通孔22
を有した薄板である。この薄板21のカソード側集電板9b
に対向する面のB,B′面側の縁部には、Ａ面からＡ′面
へと酸化剤ガスを通流せる酸化剤ガス流路Ｄを形成する
ための段付きの突条23が設けられている。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
端部でカソード電極板7bを支持するものである。一方、
上記薄板21のアノード側集電板9aと対向する面の周縁部
には、上記Ａ′面側の貫通孔22からＡ面側の貫通孔22へ
と燃料ガスを通流させる燃料ガス流路を形成するととも
に燃料電池本体１の側面から燃料ガスが漏洩するのを防
止するための環状突周壁24が設けられている。この環状
突周壁24は、その内周面でアノード側集電板9aおよびア
ノード電極板7aの位置を規制するが、燃料ガスの通流を
妨げないように貫通孔22の部分に切欠部25を形成したも
のとなっている。薄板21のＡ′面側の貫通孔22が形成さ
れた位置には、燃料ガス導入用の複数の内部マニホール
ド管26aがＡ′面と平行する方向に等間隔に突設されて
おり、同Ａ面側の貫通孔22が形成された位置には、燃料
ガス排出用の複数の内部マニホールド管26bがＡ面と平
行する方向に等間隔に突設されている。この内部マニホ
ールド管26a,26bは、例えばアルミナ等の絶縁性部材で
形成されており、その長さは、カソード側集電板9bとカ
ソード電極板7bと電解質層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,A′面には、溶融炭酸塩との間でウ
ェットシール部を構成する例えば角型環状のジルコニア
フェルト33a,33bを介して酸化剤ガスを導くための外部
マニホールド34a,34bが当てがわれている。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。
ェットシール部を構成する例えば角型環状のジルコニア
フェルト33a,33bを介して酸化剤ガスを導くための外部
マニホールド34a,34bが当てがわれている。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、前述したエンドプレート3a,3bのうち図中下端部
に位置するエンドプレート3bは、内部マニホールド管26
aに燃料ガスＰを導く燃料ガス導入路37aを内部に形成す
るとともに、内側マニホールド管26bから排出される燃
料ガスＰを外部に導く燃料ガス排出路37bを内部に形成
したものとなっている。そして、上記エンドプレート3b
のＡ′面側の端部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が接続されており、同Ａ面側の端
部には上記燃料ガス排出路37bからの排出ガスを外部に
導く排出管38bが接続されている。また、エンドプレー
ト3bの内側の面の中央部には導入ガスと排出ガスとの間
の分離を図るべくセパレータ５の下面に密着する凸部39
が突設されている。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。
に位置するエンドプレート3bは、内部マニホールド管26
aに燃料ガスＰを導く燃料ガス導入路37aを内部に形成す
るとともに、内側マニホールド管26bから排出される燃
料ガスＰを外部に導く燃料ガス排出路37bを内部に形成
したものとなっている。そして、上記エンドプレート3b
のＡ′面側の端部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が接続されており、同Ａ面側の端
部には上記燃料ガス排出路37bからの排出ガスを外部に
導く排出管38bが接続されている。また、エンドプレー
ト3bの内側の面の中央部には導入ガスと排出ガスとの間
の分離を図るべくセパレータ５の下面に密着する凸部39
が突設されている。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昇温させると電解
質が溶融し、突周壁24〜電解質層８の間，内部マニホー
ルド管26a,26b〜電解質層８の間がウェットシールされ
る。この状態で、燃料ガスＰを導入管38a、燃料ガス導
入路37aを介してセパレータ５の貫通孔22に導くと、燃
料ガスＰは、第４図に示すように、貫通孔22と導入側内
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を図中左向きに進行する。燃料ガスＰが排出
側内部マニホールド管26bに達すると、排出側内部マニ
ホールド管26bの内部に取込まれる。排出側内部マニホ
ールド管26bの内部に取込まれた燃料ガスＰは、貫通孔2
2と排出側内部マニホールド管26bとで形成された積層方
向に延びる排出側流路C2を図中下向きに進行し、燃料ガ
ス排出路37b、排出管38b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
に対して向流する向き、即ち図中右向きに進行し、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、各電極板7a,7bでは前述した電気化学的
反応が生起され、電気エネルギが発生する。
質が溶融し、突周壁24〜電解質層８の間，内部マニホー
ルド管26a,26b〜電解質層８の間がウェットシールされ
る。この状態で、燃料ガスＰを導入管38a、燃料ガス導
入路37aを介してセパレータ５の貫通孔22に導くと、燃
料ガスＰは、第４図に示すように、貫通孔22と導入側内
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を図中左向きに進行する。燃料ガスＰが排出
側内部マニホールド管26bに達すると、排出側内部マニ
ホールド管26bの内部に取込まれる。排出側内部マニホ
ールド管26bの内部に取込まれた燃料ガスＰは、貫通孔2
2と排出側内部マニホールド管26bとで形成された積層方
向に延びる排出側流路C2を図中下向きに進行し、燃料ガ
ス排出路37b、排出管38b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
に対して向流する向き、即ち図中右向きに進行し、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、各電極板7a,7bでは前述した電気化学的
反応が生起され、電気エネルギが発生する。
この実施例によれば、前述したウェットシールによって
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もない、そして、こ
の場合には、両反応ガスが向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
ることができる。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、酸化剤ガスの有
効利用を図ることができる。また、導入側内部マニホー
ルド管26aおよび排出側内部マニホールド管26bを燃料ガ
ス流路の延びる方向と直交する方向に等間隔に複数設け
ているので、これらマニホールド管26a,26bでの圧力損
失の増加を抑制できるとともに燃料ガス流路の各部に燃
料ガスを均一に配分することができる。さらに、上記構
成であると、電解質８を貫通するように導入側内部マニ
ホールド管26aおよび排出側内部マニホールド管26bを設
けることになるが、このように内部マニホールド管を、
いわゆる複数に分割しているので、貫通部を小径化する
ことが可能となり、これによって貫通部において電解質
８にひび割れなどが生じるのを防止でき、格別なシール
材を使用することなくシール性能を十分に確保できる。
また、この実施例によれば、導入側内部マニホールド管
26aが酸化剤排出側の外部マニホールド34bの近傍位置に
酸化剤ガス流路Ｄを横切って設けられ、一方、排出側内
部マニホールド管26bが酸化剤導入側の外部マニホール
ド34aの近傍位置に酸化剤ガス流路Ｄを横切って設けら
れているので、燃料ガスは燃料ガス流路に導入される前
に、酸化剤ガス流路を経由した交換の酸化剤ガスにより
昇温され、一方、酸化剤ガスは酸化剤ガス流路に導入さ
れる前に燃料ガス流路を経由した高温の燃料ガスにより
昇温される。即ち、燃料ガスと酸化剤ガスの相互で熱交
換させることにより双方のガスを効率良く昇温させるこ
とができるため、燃料電池本体の発電効率を向上させる
ことが可能となる。
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もない、そして、こ
の場合には、両反応ガスが向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
ることができる。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、酸化剤ガスの有
効利用を図ることができる。また、導入側内部マニホー
ルド管26aおよび排出側内部マニホールド管26bを燃料ガ
ス流路の延びる方向と直交する方向に等間隔に複数設け
ているので、これらマニホールド管26a,26bでの圧力損
失の増加を抑制できるとともに燃料ガス流路の各部に燃
料ガスを均一に配分することができる。さらに、上記構
成であると、電解質８を貫通するように導入側内部マニ
ホールド管26aおよび排出側内部マニホールド管26bを設
けることになるが、このように内部マニホールド管を、
いわゆる複数に分割しているので、貫通部を小径化する
ことが可能となり、これによって貫通部において電解質
８にひび割れなどが生じるのを防止でき、格別なシール
材を使用することなくシール性能を十分に確保できる。
また、この実施例によれば、導入側内部マニホールド管
26aが酸化剤排出側の外部マニホールド34bの近傍位置に
酸化剤ガス流路Ｄを横切って設けられ、一方、排出側内
部マニホールド管26bが酸化剤導入側の外部マニホール
ド34aの近傍位置に酸化剤ガス流路Ｄを横切って設けら
れているので、燃料ガスは燃料ガス流路に導入される前
に、酸化剤ガス流路を経由した交換の酸化剤ガスにより
昇温され、一方、酸化剤ガスは酸化剤ガス流路に導入さ
れる前に燃料ガス流路を経由した高温の燃料ガスにより
昇温される。即ち、燃料ガスと酸化剤ガスの相互で熱交
換させることにより双方のガスを効率良く昇温させるこ
とができるため、燃料電池本体の発電効率を向上させる
ことが可能となる。
本発明者らの実験によっても、この実施例の効果を確認
することができた。すなわち、本実施例の燃料電池に燃
料ガスとしてlow−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2
27mA/cm2と約15％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980K
とその温度差は170Kとなり、従来に比べ温度差を約19％
も低下させることができた。なお、本発明は上記した実
施例に限定さるものではない。たとえば上記実施例では
反応ガスを拡散するとともに集電機能を有した集電板9
a,9bとして海綿状金属を用いたが、たとえばセパレータ
５に同様の機能を有する溝を形成するようにしても良
い。
することができた。すなわち、本実施例の燃料電池に燃
料ガスとしてlow−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2
27mA/cm2と約15％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980K
とその温度差は170Kとなり、従来に比べ温度差を約19％
も低下させることができた。なお、本発明は上記した実
施例に限定さるものではない。たとえば上記実施例では
反応ガスを拡散するとともに集電機能を有した集電板9
a,9bとして海綿状金属を用いたが、たとえばセパレータ
５に同様の機能を有する溝を形成するようにしても良
い。
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
の概略構成を示す斜視図、第２図は上記燃料電池の燃料
電池本体を示す分解斜視図、第３図は上記燃料電池のセ
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……アノード電極
板、7b……カソード電極板、８……電解質層、9a……ア
ノード側集電板、9b……カソード側集電板、23……突
条、24……突周壁、26a,26b……内部マニホールド管、3
3a〜33d……ジルコニアフェルト、34a,34b……外部マニ
ホールド、Ｐ……燃料ガス、Ｑ……酸化剤ガス。
の概略構成を示す斜視図、第２図は上記燃料電池の燃料
電池本体を示す分解斜視図、第３図は上記燃料電池のセ
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……アノード電極
板、7b……カソード電極板、８……電解質層、9a……ア
ノード側集電板、9b……カソード側集電板、23……突
条、24……突周壁、26a,26b……内部マニホールド管、3
3a〜33d……ジルコニアフェルト、34a,34b……外部マニ
ホールド、Ｐ……燃料ガス、Ｑ……酸化剤ガス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−12572（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−155669（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−129788（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−146363（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】複数の単位電池と、これら各単位電池間に
介挿されて前記複数の単位電池とで積層構造の燃料電池
本体を構成するとともに、上記単位電池に隣接する一方
の隣接面に燃料ガス流路を有し、上記単位電池に隣接す
る他方の隣接面に酸化剤ガス流路を有し、かつ上記燃料
ガス流路の形成された形成面周縁部に上記燃料ガス流路
を上記燃料電池本体の側面部から遮断する突周壁を有し
たセパレータと、前記燃料電池本体の一側面に当てがわ
れて前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを導入する酸化剤
導入側外部マニホールドと、前記燃料電池本体の前記一
側面と対向する側面に当てがわれて前記酸化剤ガス流路
を経由した前記酸化剤ガスを外部に導く酸化剤排出側外
部マニホールドと、前記燃料電池本体の内部で、前記酸
化剤排出側外部マニホールドの当てがわれた側面の近傍
位置を上記側面と平行する方向に等間隔に、かつ前記酸
化剤ガス流路を横切って積層方向に延びて前記燃料ガス
流路に燃料ガスを導く複数の燃料導入側内部マニホール
ド管と、前記燃料電池本体の内部で、前記酸化剤導入側
外部マニホールドの当てがわれた側面の近傍位置を上記
側面と平行する方向に等間隔に、かつ前記酸化剤ガス流
路を横切って積層方向に延びて前記燃料ガス流路を経由
した燃料ガスを外部に導く複数の燃料排出側内部マニホ
ールド管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 |
|---|---|---|---|
| JP59269973A JPH0775166B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP59269973A JPH0775166B2 (ja) | 1984-12-21 | 1984-12-21 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61148766A JPS61148766A (ja) | 1986-07-07 |
| JPH0775166B2 true JPH0775166B2 (ja) | 1995-08-09 |
Family
ID=17479802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59269973A Expired - Fee Related JPH0775166B2 (ja) | 1984-12-21 | 1984-12-21 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0775166B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10307278B4 (de) * | 2003-02-20 | 2008-03-27 | Staxera Gmbh | Brennstoffzellenstapel |
| US8986905B2 (en) | 2008-11-11 | 2015-03-24 | Bloom Energy Corporation | Fuel cell interconnect |
| US9196909B2 (en) | 2011-11-18 | 2015-11-24 | Bloom Energy Corporation | Fuel cell interconnect heat treatment method |
| US9478812B1 (en) | 2012-10-17 | 2016-10-25 | Bloom Energy Corporation | Interconnect for fuel cell stack |
| US9368809B2 (en) | 2012-11-06 | 2016-06-14 | Bloom Energy Corporation | Interconnect and end plate design for fuel cell stack |
| CA2924499A1 (en) | 2013-10-01 | 2015-04-09 | Bloom Energy Corporation | Pre-formed powder delivery to powder press machine |
| WO2015130644A1 (en) | 2014-02-25 | 2015-09-03 | Bloom Energy Corporation | Composition and processing of metallic interconnects for sofc stacks |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58155669A (ja) * | 1982-03-11 | 1983-09-16 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 燃料電池の反応ガス給排装置 |
| JPS58146363U (ja) * | 1982-03-26 | 1983-10-01 | 富士電機株式会社 | 燃料電池のブロツク構造体 |
| US4444851A (en) * | 1982-06-28 | 1984-04-24 | Energy Research Corporation | Fuel cell stack |
-
1984
- 1984-12-21 JP JP59269973A patent/JPH0775166B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61148766A (ja) | 1986-07-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R370 | Written measure of declining of transfer procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |