JPH08102328A - 溶融炭酸塩型燃料電池の作動方法 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池の作動方法Info
- Publication number
- JPH08102328A JPH08102328A JP6235081A JP23508194A JPH08102328A JP H08102328 A JPH08102328 A JP H08102328A JP 6235081 A JP6235081 A JP 6235081A JP 23508194 A JP23508194 A JP 23508194A JP H08102328 A JPH08102328 A JP H08102328A
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- JP
- Japan
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- cell
- temperature
- molten carbonate
- fuel cell
- carbonate fuel
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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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 カソードガスの供給配分をセル面内の高温部
で低温部よりも多くする溶融炭酸塩型燃料電池の作動方
法。好適には触媒の充填量を、燃料ガス入口側に比べ、
燃料ガス出口側で多くし、かつセル面内のカソードガス
流量を、アノードガス流路入口側に比べアノードガス流
路出口側で多くしたり、セル面内の最高温度と最低温度
との温度差を１５０℃以内に制御する。 【効果】 溶融炭酸塩型燃料電池の作動、運転時におい
て、電池性能に影響を与えることなく、温度分布のバラ
ツキを改善し、電池寿命を長期間維持しうる。
で低温部よりも多くする溶融炭酸塩型燃料電池の作動方
法。好適には触媒の充填量を、燃料ガス入口側に比べ、
燃料ガス出口側で多くし、かつセル面内のカソードガス
流量を、アノードガス流路入口側に比べアノードガス流
路出口側で多くしたり、セル面内の最高温度と最低温度
との温度差を１５０℃以内に制御する。 【効果】 溶融炭酸塩型燃料電池の作動、運転時におい
て、電池性能に影響を与えることなく、温度分布のバラ
ツキを改善し、電池寿命を長期間維持しうる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電池性能に影響を与え
ることなく、温度分布のバラツキを改善し、電池寿命を
長期間維持しうる溶融炭酸塩型燃料電池の作動方法に関
するものである。
ることなく、温度分布のバラツキを改善し、電池寿命を
長期間維持しうる溶融炭酸塩型燃料電池の作動方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、それに供給す
る燃料の改質方式により、改質装置を燃料電池本体とは
別に設ける外部改質方式と、電池内部で燃料を改質する
内部改質方式とに大別され、特に後者はシステムの小型
化、発電効率の向上などの点で優れている。さらに、内
部改質方式は、燃料ガス室内に改質触媒を配置する直接
内部改質式と、上記燃料ガス室と隣接する位置に触媒室
を設け、そこで改質されたガスを燃料ガス室に導く間接
内部改質式に分けられる。
る燃料の改質方式により、改質装置を燃料電池本体とは
別に設ける外部改質方式と、電池内部で燃料を改質する
内部改質方式とに大別され、特に後者はシステムの小型
化、発電効率の向上などの点で優れている。さらに、内
部改質方式は、燃料ガス室内に改質触媒を配置する直接
内部改質式と、上記燃料ガス室と隣接する位置に触媒室
を設け、そこで改質されたガスを燃料ガス室に導く間接
内部改質式に分けられる。
【０００３】ところで、溶融炭酸塩型燃料電池の作動時
において、通常原料ガスはセルの各供給部分に均等に供
給、分配されているが、その場合セル面内の温度分布が
大きいという問題があった。すなわち、この温度分布は
図１にその等温線で示されるように、各原料ガスすなわ
ち燃料ガス及び空気などの酸化剤ガスの流路についてみ
るといずれも入り口側の方が低温、出口側の方が高温で
あり、しかも両原料ガスの流路が最短で交差する一隅部
付近が最低温、該流路が最長で交差する他の一隅部付近
すなわち該流路が最短で交差する一隅部の対角側付近が
最高温となるものであって、その最高温度と最低温度と
の温度差は、電池の種類、電池の大きさ、運転条件など
により様々であるが、通常１５０℃以上と大きかった。
において、通常原料ガスはセルの各供給部分に均等に供
給、分配されているが、その場合セル面内の温度分布が
大きいという問題があった。すなわち、この温度分布は
図１にその等温線で示されるように、各原料ガスすなわ
ち燃料ガス及び空気などの酸化剤ガスの流路についてみ
るといずれも入り口側の方が低温、出口側の方が高温で
あり、しかも両原料ガスの流路が最短で交差する一隅部
付近が最低温、該流路が最長で交差する他の一隅部付近
すなわち該流路が最短で交差する一隅部の対角側付近が
最高温となるものであって、その最高温度と最低温度と
の温度差は、電池の種類、電池の大きさ、運転条件など
により様々であるが、通常１５０℃以上と大きかった。
【０００４】このような温度分布のバラツキのため、低
温部では電池性能の低下が生じ、また高温部では腐食な
どが進行しやすく電池寿命を長期間維持するのが困難と
なり、特に大型のスタック構造のものでは深刻な問題と
なる。このため、冷却ユニットを数セルごとに挟んだ
り、間接内部改質ユニットを数セルごとに挟むなどの措
置がなされているが、十分満足しうる成果は得られない
し、部材点数が多くなり、コスト高となるのを免れな
い。
温部では電池性能の低下が生じ、また高温部では腐食な
どが進行しやすく電池寿命を長期間維持するのが困難と
なり、特に大型のスタック構造のものでは深刻な問題と
なる。このため、冷却ユニットを数セルごとに挟んだ
り、間接内部改質ユニットを数セルごとに挟むなどの措
置がなされているが、十分満足しうる成果は得られない
し、部材点数が多くなり、コスト高となるのを免れな
い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情の下、電池性能に影響を与えることなく、温度分布
のバラツキを改善し、電池寿命を長期間維持しうる溶融
炭酸塩型燃料電池の作動方法を提供することを目的とし
てなされたものである。
事情の下、電池性能に影響を与えることなく、温度分布
のバラツキを改善し、電池寿命を長期間維持しうる溶融
炭酸塩型燃料電池の作動方法を提供することを目的とし
てなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、溶融炭酸
塩型燃料電池の作動方法を改善すべく、鋭意研究を重ね
た結果、カソードガスは通常空気等の酸化剤ガスであっ
て通常セル高温部より低い温度で電池に供給されること
から、所定高温の燃料ガスであるアノードガスや作動状
態の高温の電池に対して冷却能を有することに着目し、
カソードガスをセル面内で高温部に低温部よりも多く供
給することにより、上記目的を達成しうることを見出
し、これらの知見に基づいて本発明をなすに至った。
塩型燃料電池の作動方法を改善すべく、鋭意研究を重ね
た結果、カソードガスは通常空気等の酸化剤ガスであっ
て通常セル高温部より低い温度で電池に供給されること
から、所定高温の燃料ガスであるアノードガスや作動状
態の高温の電池に対して冷却能を有することに着目し、
カソードガスをセル面内で高温部に低温部よりも多く供
給することにより、上記目的を達成しうることを見出
し、これらの知見に基づいて本発明をなすに至った。
【０００７】すなわち、本発明は、カソードガスの供
給配分をセル面内の高温部で低温部よりも多くすること
を特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池の作動方法を提供す
るものである。好ましい態様としては、 溶融炭酸塩型燃料電池が外部マニホールドを配設した
スタック構造のものである前記項記載の作動方法、 カソードガスの供給配分を、カソードガス流路に少な
くともアノードガス入り口側と出口側とで圧損差をつけ
ることに調節する前記項又は項記載の作動方法、 カソードガスの供給配分を、外部マニホールド内に配
設された流れ調節部材で調節する前記項記載の作動方
法、 触媒の充填量を、燃料ガス入口側に比べ、燃料ガス出
口側で多くし、かつセル面内のカソードガス流量を、ア
ノードガス流路入口側に比べアノードガス流路出口側で
多くするようにしたことを特徴とする内部改質式溶融炭
酸塩型燃料電池の作動方法、 セル面内の最高温度と最低温度との温度差を１５０℃
以内に制御する前記項ないし項のいずれかに記載の
作動方法、 カソードガスの温度をアノードガス流路入口側でアノ
ードガス流路出口側より高くする前記項ないし項の
いずれかに記載の作動方法、が挙げられる。
給配分をセル面内の高温部で低温部よりも多くすること
を特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池の作動方法を提供す
るものである。好ましい態様としては、 溶融炭酸塩型燃料電池が外部マニホールドを配設した
スタック構造のものである前記項記載の作動方法、 カソードガスの供給配分を、カソードガス流路に少な
くともアノードガス入り口側と出口側とで圧損差をつけ
ることに調節する前記項又は項記載の作動方法、 カソードガスの供給配分を、外部マニホールド内に配
設された流れ調節部材で調節する前記項記載の作動方
法、 触媒の充填量を、燃料ガス入口側に比べ、燃料ガス出
口側で多くし、かつセル面内のカソードガス流量を、ア
ノードガス流路入口側に比べアノードガス流路出口側で
多くするようにしたことを特徴とする内部改質式溶融炭
酸塩型燃料電池の作動方法、 セル面内の最高温度と最低温度との温度差を１５０℃
以内に制御する前記項ないし項のいずれかに記載の
作動方法、 カソードガスの温度をアノードガス流路入口側でアノ
ードガス流路出口側より高くする前記項ないし項の
いずれかに記載の作動方法、が挙げられる。
【０００８】本発明方法においては、溶融炭酸塩型燃料
電池の作動時に、カソードガスは、セル面内の高温部に
対して低温部よりも多く供給配分される。その際、セル
面内の最高温度と最低温度との温度差を１５０℃以内に
制御するのが好ましく、またカソードガスの供給配分
は、好ましくはカソードガス流路に少なくともアノード
ガス入り口側と出口側とで圧損差をつけることによって
調節される。また、必要に応じ、カソードガスの温度を
アノードガス流路入口側でアノードガス流路出口側より
高くすると一層セル面内の温度分布の幅を小さくするこ
とができる。
電池の作動時に、カソードガスは、セル面内の高温部に
対して低温部よりも多く供給配分される。その際、セル
面内の最高温度と最低温度との温度差を１５０℃以内に
制御するのが好ましく、またカソードガスの供給配分
は、好ましくはカソードガス流路に少なくともアノード
ガス入り口側と出口側とで圧損差をつけることによって
調節される。また、必要に応じ、カソードガスの温度を
アノードガス流路入口側でアノードガス流路出口側より
高くすると一層セル面内の温度分布の幅を小さくするこ
とができる。
【０００９】本発明方法を有利に適用しうる溶融炭酸塩
型燃料電池としては、外部マニホールドを配設したスタ
ック構造のものや、内部改質式のものが挙げられる。溶
融炭酸塩型燃料電池として外部マニホールド配設スタッ
ク構造のものを用いる場合には、カソードガスの供給配
分は、好ましくは外部マニホールド内に配設された流れ
調節部材、例えばバッフル板などで調節される。また、
溶融炭酸塩型燃料電池として内部改質式のものを用いる
場合には、触媒の充填量を、燃料ガス入口側に比べ、燃
料ガス出口側で多くし、かつセル面内のカソードガス流
量を、アノードガス流路入口側に比べアノードガス流路
出口側で多くするように制御するのが好ましい。この内
部改質式燃料電池に用いられる触媒としては、イットリ
ア安定化ジルコニア（例えばイットリア含有量３モル％
のもの）にルテニウムを担持した触媒を用いるのが好ま
しい。
型燃料電池としては、外部マニホールドを配設したスタ
ック構造のものや、内部改質式のものが挙げられる。溶
融炭酸塩型燃料電池として外部マニホールド配設スタッ
ク構造のものを用いる場合には、カソードガスの供給配
分は、好ましくは外部マニホールド内に配設された流れ
調節部材、例えばバッフル板などで調節される。また、
溶融炭酸塩型燃料電池として内部改質式のものを用いる
場合には、触媒の充填量を、燃料ガス入口側に比べ、燃
料ガス出口側で多くし、かつセル面内のカソードガス流
量を、アノードガス流路入口側に比べアノードガス流路
出口側で多くするように制御するのが好ましい。この内
部改質式燃料電池に用いられる触媒としては、イットリ
ア安定化ジルコニア（例えばイットリア含有量３モル％
のもの）にルテニウムを担持した触媒を用いるのが好ま
しい。
【００１０】
【発明の効果】本発明の作動方法によれば、溶融炭酸塩
型燃料電池の作動、運転時において、電池性能に影響を
与えることなく、温度分布のバラツキを改善し、電池寿
命を長期間維持しうるという顕著な効果が奏される。
型燃料電池の作動、運転時において、電池性能に影響を
与えることなく、温度分布のバラツキを改善し、電池寿
命を長期間維持しうるという顕著な効果が奏される。
【００１１】
【実施例】次に実施例によって本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定される
ものではない。
明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定される
ものではない。
【００１２】実施例１ 溶融炭酸塩型燃料電池として、図２の斜視概略図及びそ
の部分拡大説明図に示すように、Ｎｉ合金粉末の多孔質
焼結体のアノード１１と、炭酸リチウム／炭酸カリウム
（６２：３８モル比）の混合塩を含むアルミン酸リチウ
ムの電解質板１３とＮｉＯの多孔質焼結体のカソード１
２が積層されたセルを基本構造とし、該セルと、ガス流
路溝１５ａ，１５ｂを設けたステンレス製のセパレータ
１４を交互に積層した電池スタック１の側面４箇所にマ
ニホールド２を取り付けたものを用いた。電極は８２ｃ
ｍ×５５ｃｍの矩形状であり、アノード側の流路溝には
予め粒径約１．５ｍｍのイットリアを３モル％含有させ
たジルコニア担体にルテニウムを１．０重量％になるよ
うに担持した触媒を図４に示すとおりセル面内の充填量
の分布状態が傾斜状となるように充填した。
の部分拡大説明図に示すように、Ｎｉ合金粉末の多孔質
焼結体のアノード１１と、炭酸リチウム／炭酸カリウム
（６２：３８モル比）の混合塩を含むアルミン酸リチウ
ムの電解質板１３とＮｉＯの多孔質焼結体のカソード１
２が積層されたセルを基本構造とし、該セルと、ガス流
路溝１５ａ，１５ｂを設けたステンレス製のセパレータ
１４を交互に積層した電池スタック１の側面４箇所にマ
ニホールド２を取り付けたものを用いた。電極は８２ｃ
ｍ×５５ｃｍの矩形状であり、アノード側の流路溝には
予め粒径約１．５ｍｍのイットリアを３モル％含有させ
たジルコニア担体にルテニウムを１．０重量％になるよ
うに担持した触媒を図４に示すとおりセル面内の充填量
の分布状態が傾斜状となるように充填した。
【００１３】この電池の立上げを以下のとおり行った。
先ず、アノード側；Ｈ2／Ｎ2＝１８．４／１６９（Ｌ／
ｍｉｎ）、カソード側；空気／ＣＯ2＝３０４／１３０
（Ｌ／ｍｉｎ）のガス条件で４００℃まで１０℃／時間
で昇温した。次いで、アノード側；Ｈ2／ＣＯ2／Ｎ2／
Ｈ2Ｏ＝１８．４／４．５／１３７／２８．２（Ｌ／ｍ
ｉｎ）、カソード側；空気／ＣＯ2＝３０４／１３０
（Ｌ／ｍｉｎ）のガス条件で６００℃まで１０℃／分で
昇温した。その後、アノード側；Ｃ3Ｈ8／Ｈ2／ＣＯ2／
Ｈ2Ｏ＝１７／２５／１３８／１２０（Ｌ／ｍｉｎ）
（燃料利用率７０％）、カソード側；空気／ＣＯ2／Ｎ2
／Ｈ2Ｏ＝１１８４／３３９／１０１６／１８３（Ｌ／
ｍｉｎ）のガスをそれぞれのガス入口温度を６００℃と
して供給した。
先ず、アノード側；Ｈ2／Ｎ2＝１８．４／１６９（Ｌ／
ｍｉｎ）、カソード側；空気／ＣＯ2＝３０４／１３０
（Ｌ／ｍｉｎ）のガス条件で４００℃まで１０℃／時間
で昇温した。次いで、アノード側；Ｈ2／ＣＯ2／Ｎ2／
Ｈ2Ｏ＝１８．４／４．５／１３７／２８．２（Ｌ／ｍ
ｉｎ）、カソード側；空気／ＣＯ2＝３０４／１３０
（Ｌ／ｍｉｎ）のガス条件で６００℃まで１０℃／分で
昇温した。その後、アノード側；Ｃ3Ｈ8／Ｈ2／ＣＯ2／
Ｈ2Ｏ＝１７／２５／１３８／１２０（Ｌ／ｍｉｎ）
（燃料利用率７０％）、カソード側；空気／ＣＯ2／Ｎ2
／Ｈ2Ｏ＝１１８４／３３９／１０１６／１８３（Ｌ／
ｍｉｎ）のガスをそれぞれのガス入口温度を６００℃と
して供給した。
【００１４】実施例２ 実施例１と同様に作動状態とした電池について、図５に
示すように、セルのアノードガス流路のほぼ中間部でカ
ソードガス流路をアノードガス流路前段相当部と後段相
当部とに二分し、カソードガス流量の割合を前者と後者
で０．８：１．２とした。このようにして電池を作動さ
せた結果、１５０ｍＡ／ｃｍ2での平均セル電圧は６５
１ｍＶであった。また、セル面内の最高温度７４１℃と
最低温度６０１℃の温度差は１４１℃と従来より小さく
なった。
示すように、セルのアノードガス流路のほぼ中間部でカ
ソードガス流路をアノードガス流路前段相当部と後段相
当部とに二分し、カソードガス流量の割合を前者と後者
で０．８：１．２とした。このようにして電池を作動さ
せた結果、１５０ｍＡ／ｃｍ2での平均セル電圧は６５
１ｍＶであった。また、セル面内の最高温度７４１℃と
最低温度６０１℃の温度差は１４１℃と従来より小さく
なった。
【００１５】実施例３ カソードガス流量の割合０．８：１．２を０．７：１．
３とした以外は実施例２と同様にして所定電池を作動さ
せた結果、１５０ｍＡ／ｃｍ2での平均セル電圧は６５
１ｍＶであった。また、セル面内の最高温度７３２℃と
最低温度６０１℃の温度差は１３１℃と従来より小さく
なった。
３とした以外は実施例２と同様にして所定電池を作動さ
せた結果、１５０ｍＡ／ｃｍ2での平均セル電圧は６５
１ｍＶであった。また、セル面内の最高温度７３２℃と
最低温度６０１℃の温度差は１３１℃と従来より小さく
なった。
【００１６】比較例 カソードガスのセル面内への供給配分をアノードガス流
路の入り口側から出口側にかけて均等にした以外は実施
例と同様に所定電池を作動させた結果、１５０ｍＡ／ｃ
ｍ2での平均セル電圧は６５０ｍＶと前記各実施例とほ
ぼ同じであった。しかし、セル面内の最高温度と最低温
度の温度差は１７１℃と大きかった。
路の入り口側から出口側にかけて均等にした以外は実施
例と同様に所定電池を作動させた結果、１５０ｍＡ／ｃ
ｍ2での平均セル電圧は６５０ｍＶと前記各実施例とほ
ぼ同じであった。しかし、セル面内の最高温度と最低温
度の温度差は１７１℃と大きかった。
【図１】 溶融炭酸塩型燃料電池の従来の作動時のセル
面内の温度分布を示す等温図。
面内の温度分布を示す等温図。
【図２】 本発明の各例で用いる溶融炭酸塩型燃料電池
の斜視概略図。
の斜視概略図。
【図３】 図２の部分拡大説明図。
【図４】 本発明の各例で用いる溶融炭酸塩型燃料電池
のセル面内の触媒充填量の分布状態を示す説明図。
のセル面内の触媒充填量の分布状態を示す説明図。
【図５】 本発明の実施例２におけるカソードガス流量
の配分を示す説明図。
の配分を示す説明図。
───────────────────────────────────────────────────── 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 (3)
- 【請求項１】 カソードガスの供給配分をセル面内の高
温部で低温部よりも多くすることを特徴とする溶融炭酸
塩型燃料電池の作動方法。 - 【請求項２】 触媒の充填量を、燃料ガス入口側に比
べ、燃料ガス出口側で多くし、かつセル面内のカソード
ガス流量を、アノードガス流路入口側に比べアノードガ
ス流路出口側で多くするようにしたことを特徴とする内
部改質式溶融炭酸塩型燃料電池の作動方法。 - 【請求項３】 セル面内の最高温度と最低温度との温度
差を１５０℃以内に制御することを特徴とする請求項１
又は２記載の溶融炭酸塩型燃料電池の作動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6235081A JPH08102328A (ja) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | 溶融炭酸塩型燃料電池の作動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6235081A JPH08102328A (ja) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | 溶融炭酸塩型燃料電池の作動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08102328A true JPH08102328A (ja) | 1996-04-16 |
Family
ID=16980790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6235081A Pending JPH08102328A (ja) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | 溶融炭酸塩型燃料電池の作動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08102328A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010050199A1 (ja) * | 2008-10-29 | 2010-05-06 | パナソニック株式会社 | 燃料電池、燃料電池システム及び燃料電池の運転方法 |
-
1994
- 1994-09-29 JP JP6235081A patent/JPH08102328A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010050199A1 (ja) * | 2008-10-29 | 2010-05-06 | パナソニック株式会社 | 燃料電池、燃料電池システム及び燃料電池の運転方法 |
| US8492043B2 (en) | 2008-10-29 | 2013-07-23 | Panasonic Corporation | Fuel cell, fuel cell system, and method for operating fuel cell |
| JP5425092B2 (ja) * | 2008-10-29 | 2014-02-26 | パナソニック株式会社 | 燃料電池、燃料電池システム及び燃料電池の運転方法 |
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