JPH08153528A - Molten carbonate fuel cell - Google Patents

Molten carbonate fuel cell

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Publication number
JPH08153528A
JPH08153528A JP6316103A JP31610394A JPH08153528A JP H08153528 A JPH08153528 A JP H08153528A JP 6316103 A JP6316103 A JP 6316103A JP 31610394 A JP31610394 A JP 31610394A JP H08153528 A JPH08153528 A JP H08153528A
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JP
Japan
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mist
molten carbonate
carbonate
gas
fuel gas
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Application number
JP6316103A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Shimizu
康 清水
Yoichi Seta
曜一 瀬田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH08153528A publication Critical patent/JPH08153528A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PURPOSE: To enable carbonate to be replenished into a cell in a short time by supplying carbonate mist produced by a molten carbonate mist generator into the gas passage of a separator, and causing the mist to be captured by a current collector plate and a collector. CONSTITUTION: A molten carbonate mist feeder 40 for feeding molten carbonate mist to a fuel gas passage 19 is provided; i.e., the feeder 40 has a molten carbonate mist generator 18 in a fuel gas supply manifold 42. The generator 18 produces a mist of molten carbonate in a gas phase, and the mist is allowed to pass through the manifold on the flow of fuel gas 11, fed to the fuel gas passage 19 within a separator, and captured mainly by an anode current collector plate located within the passage 19, and fine droplets of the molten carbonate mist are flocculated and absorbed by an anode 3.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電解質として溶融炭酸
塩を用いた溶融炭酸塩型燃料電池に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a molten carbonate fuel cell using molten carbonate as an electrolyte.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、燃料電池は電極上で生じる電気
化学的反応を直接電気出力に変換する装置であり、この
電気化学的反応を行わせるために、電解質マトリックス
を挟んで向き合う一対の電極に燃料ガスと酸化剤ガスと
をそれぞれ継続的に供給するように構成されている。す
なわち、電解質マトリックスを両電極で挟んだ板状の単
電池と、燃料ガスと酸化剤ガスとを分離して一対の両電
極に導くガス流路を形成するセパレータとを交互に積層
して燃料電池は構成されている。
2. Description of the Related Art In general, a fuel cell is a device for directly converting an electrochemical reaction occurring on an electrode into an electric output, and in order to perform this electrochemical reaction, a pair of electrodes facing each other with an electrolyte matrix interposed therebetween is used. The fuel gas and the oxidant gas are continuously supplied. That is, a plate-shaped unit cell in which an electrolyte matrix is sandwiched between both electrodes and a separator that separates a fuel gas and an oxidant gas and forms a gas flow path that leads to a pair of both electrodes are alternately laminated to form a fuel cell. Is configured.

【0003】電解質として炭酸リチウムと炭酸カリウム
との共晶塩を用いた燃料電池は溶融炭酸塩型燃料電池と
呼ばれ、溶融炭酸塩型燃料電池の単電池にはこの共晶炭
酸塩が含浸される。また、電解質マトリックスは金属酸
化物の粒子からなる多孔質構造を有する。その多孔質構
造の骨格の隙間に炭酸リチウムと炭酸カリウムとの共晶
塩である炭酸塩が満たされる。この炭酸塩は常温では固
体であるが、発電運転温度の650℃においては溶融状
態となる。つまり、液状炭酸塩の表面張力及び骨格粒子
と液状炭酸塩との界面張力によって、炭酸塩は多孔質構
造の骨格内に保持される。
A fuel cell using a eutectic salt of lithium carbonate and potassium carbonate as an electrolyte is called a molten carbonate fuel cell, and a single cell of the molten carbonate fuel cell is impregnated with this eutectic carbonate. It Further, the electrolyte matrix has a porous structure composed of metal oxide particles. Carbon dioxide, which is a eutectic salt of lithium carbonate and potassium carbonate, is filled in the gaps in the skeleton of the porous structure. This carbonate is solid at room temperature, but becomes molten at the power generation operating temperature of 650 ° C. That is, the carbonate is retained in the skeleton of the porous structure due to the surface tension of the liquid carbonate and the interfacial tension between the skeleton particles and the liquid carbonate.

【0004】一方、アノード電極およびカソード電極
は、金属あるいは金属酸化物の多孔質体であり、炭酸塩
はアノード電極とカソード電極との気孔の隙間の一部に
も満たされる。そして、発電運転時には、アノード電極
及びカソード電極にそれぞれ供給された燃料ガス及び酸
化剤ガスは、アノード電極及びカソード電極との界面
で、溶融した炭酸塩と電気化学反応を生じて発電され
る。つまり、燃料ガスはアノード電極の表面において、
酸化剤ガスはカソード電極の表面において電池反応を生
じ、炭酸塩を介して両電極間に炭酸塩イオンの授受が行
われて外部に電気出力を得る。
On the other hand, the anode electrode and the cathode electrode are porous bodies of metal or metal oxide, and the carbonate also fills a part of the pores between the anode electrode and the cathode electrode. Then, during the power generation operation, the fuel gas and the oxidant gas respectively supplied to the anode electrode and the cathode electrode cause an electrochemical reaction with the molten carbonate at the interface between the anode electrode and the cathode electrode to generate power. That is, the fuel gas is on the surface of the anode electrode,
The oxidant gas causes a cell reaction on the surface of the cathode electrode, and carbonate ions are exchanged between the electrodes via the carbonate to obtain an electric output to the outside.

【0005】単電池およびセパレータ各1個分を重ねた
ものを単セル呼ぶ。図8に、溶融炭酸塩型燃料電池の単
電池及びセパレータを各1個分を重ねた単セルを示す。
単電池1は、電解質マトリックス2と、その両面に密着
して配置されるアノード電極3及びカソード電極4とか
ら構成されている。また、セパレータ5は、基本的に、
インターコネクタ6、アノードエッジ板7、カソードエ
ッジ板8からなり、アノードエッジ板7にはアノード集
電板9が収納され、カソードエッジ板8にはカソード集
電板10が収納される。したがって、アノード集電板9
及びカソード集電板10もセパレータ5の構成要素であ
る。なお、インターコネクタ6は、アノードエッジ板7
及びカソードエッジ板8と周縁部を接合されて一体構成
となる。したがって、アノード集電板9及びカソード集
電板10もインターコネクタ6を挟んで相対することに
なる。
A stack of a single battery and one separator is called a single cell. FIG. 8 shows a single cell of a molten carbonate fuel cell and a single cell in which one separator is stacked.
The unit cell 1 is composed of an electrolyte matrix 2 and an anode electrode 3 and a cathode electrode 4 which are arranged in close contact with both surfaces of the electrolyte matrix 2. Further, the separator 5 is basically
It comprises an interconnector 6, an anode edge plate 7, and a cathode edge plate 8. The anode edge plate 7 houses an anode current collector plate 9, and the cathode edge plate 8 houses a cathode current collector plate 10. Therefore, the anode current collector 9
The cathode current collector plate 10 is also a component of the separator 5. The interconnector 6 is the anode edge plate 7
Also, the cathode edge plate 8 and the peripheral portion are joined to form an integral structure. Therefore, the anode current collector plate 9 and the cathode current collector plate 10 also face each other with the interconnector 6 interposed therebetween.

【0006】次に、単電池1の電気化学反応部分の周囲
には、ガス供給排出用のマニホールドが設けられる。図
8は、マニホールドがセパレータ5の内部に設けられた
内部マニホールド型のものを示しており、単電池1を挟
んで向き合うアノードエッジ板7及びカソードエッジ板
8が電気絶縁性のマニホールドリング13により接続さ
れる。燃料電池スタックは、このような単セルを複数個
繰り返し積層して構成される。
Next, a manifold for gas supply and discharge is provided around the electrochemical reaction portion of the unit cell 1. FIG. 8 shows an internal manifold type in which the manifold is provided inside the separator 5, and the anode edge plate 7 and the cathode edge plate 8 facing each other with the unit cell 1 sandwiched therebetween are connected by an electrically insulating manifold ring 13. To be done. The fuel cell stack is configured by repeatedly stacking a plurality of such single cells.

【0007】また、図9に示すように、アノード集電板
9は、アノード電極3の電極面を支持するアノード集電
部9aと、このアノード集電部9aから突起して設けら
れ燃料ガス11の流路を形成すると共にアノード集電部
9aを支持するためのアノード集電部サポート9bとか
らなる。同様に、カソード集電板10もカソード電極4
の電極面を支持するカソード集電部10aと、カソード
集電部10aから突起して設けられ酸化剤ガス12の流
路を形成すると共にカソード集電部10aを支持するた
めのカソード集電部サポート10bとからなる。
Further, as shown in FIG. 9, the anode current collecting plate 9 has an anode current collecting portion 9a for supporting the electrode surface of the anode electrode 3 and a fuel gas 11 provided so as to project from the anode current collecting portion 9a. And an anode current collector support 9b for supporting the anode current collector 9a. Similarly, the cathode current collector 10 also has the cathode electrode 4
Collector part 10a for supporting the electrode surface of the cathode collector part, and a cathode collector part support for supporting the cathode collector part 10a while forming a flow path for the oxidant gas 12 provided so as to project from the cathode collector part 10a. And 10b.

【0008】これらアノード集電部9aとアノード集電
部サポート9b、又はカソード集電部10aとカソード
集電部サポート10bは、図9に示すように一体的に設
けられる場合と、独立した要素で構成される場合とがあ
る。いずれの場合にも燃料ガス11と酸化剤ガス12
は、セパレータ5の内部のアノード集電部サポート9b
及びカソード集電部サポート10bのそれぞれのガス流
路を流れることになる。
The anode current collector 9a and the anode current collector support 9b, or the cathode current collector 10a and the cathode current collector support 10b are independent elements, as shown in FIG. It may be configured. In either case, the fuel gas 11 and the oxidant gas 12
Is an anode current collector support 9b inside the separator 5.
And the cathode current collector support 10b.

【0009】このように構成された溶融炭酸塩型燃料電
池は、一般に、当面は4万時間の寿命を目標とされてい
る。したがって、電解質である炭酸塩がその長期に渡っ
て電解質マトリックス内に安定に保持される必要があ
る。
The molten carbonate fuel cell thus constructed is generally targeted for a life of 40,000 hours for the time being. Therefore, it is necessary that the electrolyte carbonate is stably retained in the electrolyte matrix for a long period of time.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところが、電解質マト
リックスに含浸した炭酸塩は次の3つの主な理由で逸失
する。第1に、発電運転中に溶融炭酸塩は液状であるた
め、両電極および電解質マトリックスの微構造の変化な
どによって経時的にセパレータなどの表面に流出してし
まう。第2に、溶融炭酸塩は腐食性が強く、金属性のセ
パレータ材料を腐食し、その腐食に消費されてしまう。
第3に、炭酸塩は燃料ガスあるいは酸化剤ガスの中に揮
発して、これらガスと共に排出されてしまう。
However, the carbonate impregnated in the electrolyte matrix is lost due to the following three main reasons. First, since the molten carbonate is in a liquid state during the power generation operation, it will flow out to the surface of the separator or the like over time due to changes in the microstructure of both electrodes and the electrolyte matrix. Second, molten carbonate is highly corrosive, corrodes metallic separator materials, and is consumed by the corrosion.
Thirdly, carbonate is volatilized in the fuel gas or the oxidant gas and is discharged together with these gases.

【0011】これらの理由による炭酸塩の逸失を抑える
ために、炭酸塩の保持力に優れる電解質マトリックスの
開発、炭酸塩に腐食されにくいセパレータ材料の開発、
あるいは、単電池の局所的な温度上昇を抑えて炭酸塩の
揮発を防ぐ運転技術の開発などが行われている。
In order to prevent the loss of carbonate due to these reasons, the development of an electrolyte matrix excellent in carbonate retention, the development of a separator material which is not easily corroded by carbonate,
Alternatively, development of an operation technique that suppresses the local temperature rise of the unit cell to prevent the volatilization of carbonate is being carried out.

【0012】炭酸塩の逸失は、まず電解質マトリックス
の骨格に比べて気孔径の大きい電極から先行して失われ
る。電極内の炭酸塩が不足すると、電池の内部抵抗が増
大する。すなわち、電極表面に炭酸塩とガスとが共存す
る3相界面、つまり電池反応を生じる表面積が減少して
電池の内部抵抗が増大する。さらに、炭酸塩の逸失が進
み電解質マトリックス内の炭酸塩が不足すると、電解質
マトリックス中に気孔が生じて電池内部抵抗の増大す
る。また、燃料ガスと酸化剤ガスとが直接混ざり会って
燃焼するようになり、ガスが無駄に失われるばかりでな
く、燃焼による温度上昇で電解質マトリックスの劣化も
早めることになる。
The loss of carbonate is first preceded by the electrode having a larger pore size than the skeleton of the electrolyte matrix. The lack of carbonate in the electrodes increases the internal resistance of the battery. That is, the three-phase interface where carbonate and gas coexist on the electrode surface, that is, the surface area that causes a battery reaction is reduced, and the internal resistance of the battery is increased. Further, when the loss of the carbonate progresses and the amount of the carbonate in the electrolyte matrix becomes insufficient, pores are generated in the electrolyte matrix and the internal resistance of the battery increases. Further, the fuel gas and the oxidant gas are directly mixed and burned, and not only the gas is wastefully lost, but also the temperature rise due to the combustion accelerates the deterioration of the electrolyte matrix.

【0013】そこで、炭酸塩の逸失抑制の開発とは別
に、炭酸塩の逸失分を補給する試みも成されている。例
えば、特公平6−22147号公報には、炭酸塩が逸失
した後、電池温度を炭酸塩の凝縮温度をわずかに越える
程度の温度に下げ、炭酸塩蒸気を燃料ガスあるいは酸化
剤ガスの供給路より電池内に供給して、過飽和蒸気を凝
縮させる方法を提案している。
Therefore, apart from the development of the carbonate loss control, attempts have been made to replenish the lost amount of carbonate. For example, in Japanese Examined Patent Publication No. 6-22147, after the carbonate is lost, the battery temperature is lowered to a temperature just above the condensation temperature of the carbonate, and the carbonate vapor is supplied to a fuel gas or oxidant gas supply channel. A method is proposed in which the supersaturated vapor is condensed by supplying it into the battery.

【0014】しかしながら、この方法で炭酸塩を補給す
るには、炭酸塩が逸失するまでにかかった発電時間に相
当する時間、あるいはそれを以上の長時間を要する。す
なわち、飽和蒸気圧分の炭酸塩がガス中に揮発するもの
とすれば、蒸気生成装置の温度は650度であり、溶融
炭酸塩型燃料電池の作動温度程度であるから、電池内で
揮発した分の炭酸塩を補給するだけでも、揮発して逸失
するまでにかかったのと同程度の時間がかかる。
However, in order to replenish the carbonate by this method, it takes a time corresponding to the power generation time taken until the carbonate is lost, or a longer time than that. That is, if it is assumed that the carbonate of saturated vapor pressure is volatilized in the gas, the temperature of the steam generator is 650 degrees, which is about the operating temperature of the molten carbonate fuel cell, and therefore volatilized in the cell. It takes as much time as it takes to volatilize and lose even if you replenish only a minute of carbonate.

【0015】したがって、本発明の目的は、炭酸塩を短
時間に電池に補給することができる溶融炭酸塩型燃料電
池を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to provide a molten carbonate fuel cell capable of supplying carbonate to the cell in a short time.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の溶融炭酸塩型燃
料電池は、電解マトリックスをアノード電極及びカソー
ド電極で挟んで構成した板状の単電池とこの単電池のア
ノード電極には燃料ガス流路を介して燃料ガスをカソー
ド電極には酸化剤ガス流路を介して酸化剤ガスをそれぞ
れ分離して導くセパレータとを交互に積層してなる燃料
電池スタックと、燃料ガス流路に燃料ガスを供給するた
めの燃料ガス供給配管と、酸化剤ガス流路に酸化剤ガス
を供給するための酸化剤ガス供給配管と、燃料ガス供給
配管又は酸化剤ガス供給配管の少なくともいずれか一方
に設けられセパレータ内の燃料ガス流路又は酸化剤ガス
流路の少なくともいずれか一方に溶融炭酸塩ミストを供
給するための溶融炭酸塩ミスト供給装置とを備えてい
る。
The molten carbonate fuel cell of the present invention comprises a plate-shaped unit cell having an electrolytic matrix sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode, and a fuel gas flow to the anode electrode of the unit cell. A fuel cell stack through which a fuel gas is introduced into the cathode electrode, and a separator which guides the oxidant gas to the cathode electrode by separating the oxidant gas through an oxidant gas flow path, and a fuel cell stack in which the fuel gas is introduced into the fuel gas flow path. Fuel gas supply pipe for supplying, oxidant gas supply pipe for supplying oxidant gas to the oxidant gas flow path, separator provided in at least one of the fuel gas supply pipe and the oxidant gas supply pipe And a molten carbonate mist supply device for supplying the molten carbonate mist to at least one of the fuel gas passage and the oxidant gas passage.

【0017】そして、溶融炭酸塩ミスト供給装置は、供
給すべき溶融炭酸塩を貯蔵する炭酸塩リザーバーと、溶
融炭酸塩を運ぶためのキャリアガスを貯蔵するガス加熱
器と、溶融炭酸塩リザーバーからの溶融炭酸塩をミスト
状に分散してガス加熱器からのキャリアガスで燃料ガス
流路又は酸化剤ガス流路に供給するためのベンチュリー
型ミスト生成装置とから構成されている。
The molten carbonate mist supply device includes a carbonate reservoir for storing the molten carbonate to be supplied, a gas heater for storing a carrier gas for carrying the molten carbonate, and a molten carbonate reservoir. It is composed of a venturi-type mist generating device for dispersing molten carbonate in the form of mist and supplying the carrier gas from the gas heater to the fuel gas passage or the oxidant gas passage.

【0018】この場合のベンチュリー型ミスト生成装置
は、溶融炭酸塩ミストを運ぶキャリアガスが供給される
ノズルと、このノズルの出口に設けられ流路断面が絞ら
れたスロート部を有するベンチュリーと、スロート部に
設けられ溶融炭酸塩が供給される溶融炭酸塩供給口とを
備えている。
The venturi-type mist generating device in this case is a nozzle to which a carrier gas carrying molten carbonate mist is supplied, a venturi having a throat portion provided at the outlet of the nozzle and having a narrowed flow passage cross section, and a throat. And a molten carbonate supply port to which molten carbonate is supplied.

【0019】一方、請求項4の発明では、溶融炭酸塩ミ
スト供給装置は、供給すべき溶融炭酸塩を貯蔵する炭酸
塩リザーバーと、溶融炭酸塩リザーバーからの溶融炭酸
塩をミスト状に分散して燃料ガス流路又は酸化剤ガス流
路に供給するためのジェットエジェクター型ミスト生成
装置とから構成される。
On the other hand, in the invention of claim 4, the molten carbonate mist supply device disperses the carbonate reservoir for storing the molten carbonate to be supplied and the molten carbonate from the molten carbonate reservoir in a mist form. And a jet ejector type mist generating device for supplying to the fuel gas flow path or the oxidant gas flow path.

【0020】この場合のジェットエジェクター型ミスト
生成装置は、炭酸塩リザーバーからの供給された溶融炭
酸塩を噴射するためのノズルと、このノズル内に設けら
れ溶融炭酸塩に回転流を与える螺旋翼と、この螺旋翼で
回転流を与えられた溶融炭酸塩をミスト状に分散して噴
射する噴射口とを備えている。
The jet ejector type mist generating device in this case comprises a nozzle for injecting the molten carbonate supplied from the carbonate reservoir, and a spiral blade provided in the nozzle for giving a rotating flow to the molten carbonate. An injection port for injecting the molten carbonate, which is given a rotating flow by the spiral blade, in a mist form.

【0021】また、セパレータ内部の燃料ガス流路又は
酸化剤ガス流路に溶融炭酸塩ミストの流れ方向を転換す
るミスト捕集器を設けている。このミスト捕集器は、複
数個のじゃま板で構成され、また、アノード電極及びカ
ソード電極に隣接してセパレータ内に設けられるアノー
ド集電板及びカソード集電板に一体的に設けらる。
Further, a mist collector for changing the flow direction of the molten carbonate mist is provided in the fuel gas passage or the oxidant gas passage inside the separator. This mist collector is composed of a plurality of baffle plates, and is integrally provided on the anode current collector plate and the cathode current collector plate provided in the separator adjacent to the anode electrode and the cathode electrode.

【0022】[0022]

【作用】炭酸塩ミスト生成装置により生成された溶融炭
酸塩ミストは、ガス流と共にセパレータ内のガス流路に
運ばれ、集電板やミスト捕集器などに付着し捕捉され
る。補足された溶融炭酸塩はアノード電極またはカソー
ド電極に吸収され、単電池内に含浸される。これによ
り、炭酸塩の逸失した単電池に炭酸塩が補給される。
The molten carbonate mist produced by the carbonate mist producing device is carried to the gas flow path in the separator together with the gas flow, and adheres to and is captured by the current collector plate or the mist collector. The captured molten carbonate is absorbed by the anode electrode or the cathode electrode and impregnated into the unit cell. As a result, the carbonate is replenished to the single cell from which the carbonate has been lost.

【0023】特に、ベンチュリー型ミスト生成装置およ
びジェットエジェクター型ミスト生成装置は、気相中に
おける濃度が高い炭酸塩ミストが精製されるので、単電
池への炭酸塩の補給を容易にできる。
Particularly, in the venturi type mist generating device and the jet ejector type mist generating device, since carbonate mist having a high concentration in the gas phase is purified, it is possible to easily replenish the unit cell with the carbonate.

【0024】また、セパレータ内のガス流路にミスト捕
集器を設けると、ミスト捕集器が効果的に炭酸塩ミスト
を捕捉し、セパレータを通過して排出される炭酸塩ミス
トの量が大幅に少なくなる。
Further, if a mist collector is provided in the gas passage in the separator, the mist collector effectively captures the carbonate mist, and the amount of carbonate mist discharged through the separator is greatly increased. Less.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図1は本
発明の溶融炭酸塩型燃料電池の構成図である。燃料電池
スタックは、単電池とセパレータとが交互に複数個積層
されて構成されるが、図1では、説明を簡単にするため
に単電池1が1個、すなわち1個のセル14の場合を示
している。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a configuration diagram of a molten carbonate fuel cell of the present invention. The fuel cell stack is configured by alternately stacking a plurality of unit cells and separators, but in FIG. 1, in order to simplify the description, a case where one unit cell 1, that is, one cell 14 is used. Shows.

【0026】単電池1は、電解マトリックス2をアノー
ド電極3及びカソード電極4で挟んで板状に構成されて
いる。この単電池1のアノード電極3側には、セパレー
タに形成された燃料ガス流路19が位置し、カソード電
極4側には、セパレータに形成された酸化剤ガス流路2
0が位置する。
The unit cell 1 is formed in a plate shape with the electrolytic matrix 2 sandwiched between the anode electrode 3 and the cathode electrode 4. A fuel gas passage 19 formed in the separator is located on the anode electrode 3 side of the unit cell 1, and an oxidant gas passage 2 formed in the separator is formed on the cathode electrode 4 side.
0 is located.

【0027】セル14の燃料ガス流路19には、燃料ガ
ス供給配管42を通って、燃料ガス11が供給され単電
池1のアノード3電極に導かれる。そして、燃料ガスス
クラバー15を通過させて排出させる。同様に、セル1
4の酸化剤ガス流路20には、酸化剤ガス供給配管43
を通って、酸化剤ガス12が供給され単電池1のカソー
ド電極4に導かれる。そして、酸化剤ガススクラバー1
6を通過させて排出させる。通常、セル14から排出さ
れた酸化剤ガスは、一部をリサイクルブロワー17によ
ってセル14の上流に戻し有効成分を再利用する。な
お、燃料ガススクラバー15と酸化剤ガススクラバー1
6は、それそれのガス中に含まれる炭酸塩を捕捉し除去
するものである。
The fuel gas 11 is supplied to the fuel gas passage 19 of the cell 14 through the fuel gas supply pipe 42 and is guided to the anode 3 electrode of the unit cell 1. Then, the fuel gas scrubber 15 is passed and discharged. Similarly, cell 1
4, the oxidant gas supply pipe 43
The oxidant gas 12 is supplied to the cathode electrode 4 of the unit cell 1 through the gas. And oxidizer gas scrubber 1
Pass 6 and discharge. Usually, a part of the oxidant gas discharged from the cell 14 is returned to the upstream of the cell 14 by the recycle blower 17 to reuse the active ingredient. The fuel gas scrubber 15 and the oxidant gas scrubber 1
6 captures and removes the carbonate contained in the gas.

【0028】図1に示す本発明の実施例では、燃料ガス
流路19に溶融炭酸塩ミストを供給するための溶融炭酸
塩ミスト供給装置40を設けている。すなわち、溶融炭
酸塩ミスト供給装置40は、燃料ガス供給配管42の途
中に溶融炭酸塩ミスト生成装置18を有している。この
溶融炭酸塩ミスト生成装置18は、溶融炭酸塩のミスト
を気相中に生成するもので、溶融炭酸塩ミストは燃料ガ
ス11の流れに伴ってマニホールドを通過してセパレー
タ内の燃料ガス流路19に運ばれ、主に燃料ガス流路1
9にあるアノード集電板に捕捉され、溶融炭酸塩ミスト
の微細滴が凝集してアノード電極3に吸収される。
In the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, a molten carbonate mist supply device 40 for supplying the molten carbonate mist to the fuel gas passage 19 is provided. That is, the molten carbonate mist supply device 40 has the molten carbonate mist generation device 18 in the middle of the fuel gas supply pipe 42. The molten carbonate mist generator 18 generates mist of molten carbonate in the gas phase, and the molten carbonate mist passes through the manifold as the fuel gas 11 flows and passes through the fuel gas passage in the separator. It is carried to 19 and mainly fuel gas flow path 1
The fine droplets of the molten carbonate mist are collected by the anode current collector plate 9 and aggregated and absorbed by the anode electrode 3.

【0029】この様に、図1に示す本発明の実施例で
は、燃料ガス供給配管42の途中に溶融炭酸塩ミスト生
成装置18を設けているが、酸化剤ガス供給配管43に
設けても良い。この場合も同様に、溶融炭酸塩ミストは
酸化剤ガス12の流れに伴ってマニホールドを通過して
セパレータ内の酸化剤ガス流路20に運ばれ、主に酸化
剤ガス流路20にあるカソード集電板に捕捉され、溶融
炭酸塩ミストの微細滴が凝集してカソード電極4に吸収
される。
As described above, in the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the molten carbonate mist generator 18 is provided in the middle of the fuel gas supply pipe 42, but it may be provided in the oxidant gas supply pipe 43. . Also in this case, similarly, the molten carbonate mist passes through the manifold along with the flow of the oxidant gas 12 and is conveyed to the oxidant gas flow passage 20 in the separator, and mainly the cathode collector in the oxidant gas flow passage 20. The fine droplets of the molten carbonate mist are captured by the electric plate and aggregated and absorbed by the cathode electrode 4.

【0030】次に、発明者らが行った実験について説明
する。まず、燃料電池における溶融炭酸塩の逸失を行
い、その後に、溶融炭酸塩ミスト生成装置18にて溶融
炭酸塩ミストを補給したときの条件および手順について
説明する。
Next, the experiments conducted by the inventors will be described. First, the conditions and procedures when the molten carbonate mist is lost in the fuel cell and then the molten carbonate mist generator 18 is replenished with the molten carbonate mist will be described.

【0031】溶融炭酸塩の逸失は、以下のようにして行
った。セル14を不活性ガスである窒素ガスの雰囲気の
中で、燃料電池の運転温度である約650度まで昇温し
た。その後、アノード側の燃料ガス流路19には水素8
0%と炭酸ガス20%からなる燃料ガスを、カソード側
の酸化剤ガス流路20には空気70%と炭酸ガス30%
からなる酸化剤ガスを所定量供給した。そして、電池を
外部の負荷に接続し発電を行った。そうすると、発電中
の電池電圧は時間と共に次第に低下する傾向を示し、電
池電圧が所定の電圧を割ったところで、炭酸塩が逸失し
たものと判断し、発電を中止した。
Loss of molten carbonate was carried out as follows. The cell 14 was heated up to about 650 ° C. which is the operating temperature of the fuel cell in an atmosphere of nitrogen gas which is an inert gas. After that, hydrogen 8 is added to the fuel gas flow path 19 on the anode side.
Fuel gas consisting of 0% and carbon dioxide gas 20%, air 70% and carbon dioxide gas 30% in the oxidant gas flow path 20 on the cathode side.
A predetermined amount of oxidant gas consisting of was supplied. Then, the battery was connected to an external load to generate power. Then, the battery voltage during power generation tended to gradually decrease with time, and when the battery voltage fell below a predetermined voltage, it was determined that carbonate had been lost, and power generation was stopped.

【0032】次に、溶融炭酸塩ミストの補給は、以下の
ように行った。燃料電池を開路状態にして、燃料ガス1
1および酸化剤ガス12を窒素ガスに切り替えて、セル
14内の燃料ガス流路19及び酸化剤ガス20内のガス
を不活性ガスである窒素ガスに置換した後、炭酸塩ミス
ト生成装置18を作動して燃料ガス側の窒素ガス中に炭
酸塩ミストを生成させた。セル14内の温度は発電時の
約650度のままになっており、窒素ガスと共に燃料ガ
ス流路19を通過する炭酸塩ミストは単電池に含浸され
る。炭酸塩ミストの一部はセル14を通過し燃料ガスス
クラバー15で捕集された。このような手順により単電
池に炭酸塩を補給した。
Next, the molten carbonate mist was replenished as follows. With the fuel cell open, fuel gas 1
1 and the oxidant gas 12 are switched to nitrogen gas, and the gas in the fuel gas passage 19 and the oxidant gas 20 in the cell 14 is replaced with nitrogen gas which is an inert gas, and then the carbonate mist generator 18 is set. When activated, a carbonate mist was produced in the nitrogen gas on the fuel gas side. The temperature inside the cell 14 remains at about 650 degrees at the time of power generation, and the carbonate mist passing through the fuel gas flow path 19 together with the nitrogen gas is impregnated into the unit cell. A part of the carbonate mist passed through the cell 14 and was collected by the fuel gas scrubber 15. Carbon dioxide was replenished to the unit cell by such a procedure.

【0033】この後、窒素ガスに代えて燃料ガス11お
よび酸化剤ガス12を再びセル14に供給し、電圧が安
定するのを待って、発電を再開した。この炭酸塩補給に
より、電池性能は初期の電池性能の98%まで回復させ
ることができた。
After that, the fuel gas 11 and the oxidant gas 12 were supplied again to the cell 14 instead of the nitrogen gas, and after waiting for the voltage to stabilize, the power generation was restarted. By this carbonate supplement, the battery performance could be restored to 98% of the initial battery performance.

【0034】図2は、本発明の炭酸塩ミスト生成装置1
8として使用したベンチュリー型ミスト生成装置21を
示すものである。このベンチュリー型ミスト生成装置2
1は、ガスの高速流によって溶融炭酸塩をミスト化する
ものであり、高濃度の溶融炭酸塩ミストが得られる。す
なわち、このベンチュリー型ミスト生成装置21は、溶
融炭酸塩ミストを電池内に運ぶキャリアガス22を供給
するノズル23を備え、そのノズル出口には流路断面が
絞られたスロート部を有するベンチュリー24を備え、
そのフロート部には溶融した炭酸塩を供給する炭酸塩供
給口25を備えたものである。キャリアガス22として
は不活性ガスである窒素ガスを用い、予め炭酸塩の溶融
温度以上に加熱しておく。また、ベンチュリー型ミスト
生成装置21もヒーターによって炭酸塩の溶融温度以上
の温度に保持しておく。
FIG. 2 shows a carbonate mist generator 1 of the present invention.
9 shows a Venturi type mist generator 21 used as No. 8. This Venturi type mist generator 2
No. 1 is for making a molten carbonate mist by a high-speed flow of gas, and a high-concentration molten carbonate mist can be obtained. That is, the venturi-type mist generator 21 includes a nozzle 23 that supplies a carrier gas 22 that carries molten carbonate mist into the battery, and a venturi 24 that has a throat portion with a narrowed flow passage cross section at the nozzle outlet. Prepare,
The float portion is provided with a carbonate supply port 25 for supplying the molten carbonate. Nitrogen gas, which is an inert gas, is used as the carrier gas 22 and is heated in advance to the melting temperature of the carbonate or higher. The venturi-type mist generator 21 is also kept at a temperature higher than the melting temperature of the carbonate by a heater.

【0035】キャリアガス22はベンチュリー24によ
って絞られて高速流になり、炭酸塩供給口25から供給
された溶融炭酸塩をミスト上に分散させる。この溶融炭
酸塩ミストはキャリアガス22によって電池内に運ば
れ、集電板などに捕捉される。そして、単電池に含浸さ
れることによって炭酸塩を電池に補給することになる。
このベンチュリー型ミスト生成装置21では高濃度の溶
融炭酸塩ミストが得られるので、より短時間に炭酸塩を
補給することができる。また、ベンチュリー型ミスト生
成装置21は、溶融炭酸塩をキャリアガス22の高速流
に随伴させるので、炭酸塩の供給にはポンプのような駆
動力を必要としない。したがって、金属に対して腐食性
の強い炭酸塩をポンプのように複雑な機構部を有する駆
動装置に晒させることがないので、信頼性を高めること
ができる。
The carrier gas 22 is squeezed by the venturi 24 to become a high-speed flow, and the molten carbonate supplied from the carbonate supply port 25 is dispersed on the mist. The molten carbonate mist is carried into the battery by the carrier gas 22 and captured by the current collector plate or the like. Then, by impregnating the single cell, the carbonate is supplied to the cell.
Since a high concentration molten carbonate mist is obtained in this Venturi type mist generator 21, the carbonate can be replenished in a shorter time. Further, since the Venturi-type mist generator 21 causes the molten carbonate to accompany the high-speed flow of the carrier gas 22, the driving force such as a pump is not required to supply the carbonate. Therefore, the carbonate, which is highly corrosive to metals, is not exposed to the driving device having a complicated mechanism portion such as a pump, so that the reliability can be improved.

【0036】図3は、ベンチュリー型ミスト生成装置2
1を、燃料電池の燃料ガス供給配管42中に組み込んだ
本発明の実施例を示す構成例である。すなわち、この実
施例では、溶融炭酸塩ミスト供給装置40は、供給すべ
き溶融炭酸塩を貯蔵する炭酸塩リザーバーと29、溶融
炭酸塩を運ぶためのキャリアガスを加熱するガス加熱器
31と、溶融炭酸塩リザーバー29からの溶融炭酸塩を
ミスト状に分散してガス加熱器31からのキャリアガス
22で燃料ガス流路19に供給するためのベンチュリー
型ミスト生成装置21とからなる
FIG. 3 shows a Venturi type mist generator 2.
1 is a configuration example showing an embodiment of the present invention in which No. 1 is incorporated in a fuel gas supply pipe 42 of a fuel cell. That is, in this embodiment, the molten carbonate mist supply device 40 includes a carbonate reservoir 29 for storing the molten carbonate to be supplied, a gas heater 31 for heating a carrier gas for carrying the molten carbonate, and a melting device. And a venturi-type mist generation device 21 for dispersing the molten carbonate from the carbonate reservoir 29 into a mist and supplying the carrier gas 22 from the gas heater 31 to the fuel gas passage 19.

【0037】燃料電池スタック26は、図8に示す単電
池1とセパレータ5とが交互に複数個積層されて構成さ
れる。燃料電池スタック26は締付装置27によって上
下から締め付けられて容器28の中に設置される。燃料
ガス供給配管24の中にベンチュリー型ミスト生成装置
21を配設し、炭酸塩リザーバー29に収められた炭酸
塩がベンチュリー24のスロート部にある炭酸塩供給口
25よりベンチュリー型ミスト生成装置21に送られ
る。炭酸塩リザーバー29内は窒素ガスによって加圧さ
れ、溶融炭酸塩は炭酸塩供給口25より高圧で押し出さ
れる。この場合、炭酸塩リザーバー29およびベンチュ
リー型ミスト生成装置21までの配管は、電気ヒーター
30にて炭酸塩の溶融温度以上の温度に保たれている。
The fuel cell stack 26 is constructed by alternately stacking a plurality of unit cells 1 and separators 5 shown in FIG. The fuel cell stack 26 is tightened from above and below by a tightening device 27 and installed in a container 28. The venturi-type mist generator 21 is arranged in the fuel gas supply pipe 24, and the carbonate contained in the carbonate reservoir 29 is supplied to the venturi-type mist generator 21 from the carbonate supply port 25 at the throat of the venturi 24. Sent. The inside of the carbonate reservoir 29 is pressurized by nitrogen gas, and the molten carbonate is pushed out through the carbonate supply port 25 at high pressure. In this case, the pipes to the carbonate reservoir 29 and the Venturi-type mist generating device 21 are kept at a temperature equal to or higher than the melting temperature of carbonate by the electric heater 30.

【0038】一方、キャリアガス22は電気ヒーターを
ガス流路中に設けたガス加熱器31を通してベンチュリ
ー型ミスト生成装置21のスロート部で高速流となり、
炭酸塩供給口25より高圧で押し出された炭酸塩を伴っ
てノズルより噴出する。このとき、キャリアガス22は
ブロワーによってガス加熱器31に供給され、ガス加熱
器31によって、燃料電池の運転温度である約650℃
に加熱される。また、ガス加熱器31およびベンチュリ
ー型ミスト生成装置21までの配管は保温材により外気
より断熱されている。
On the other hand, the carrier gas 22 becomes a high-speed flow at the throat part of the venturi-type mist generator 21 through the gas heater 31 provided with an electric heater in the gas flow path,
The carbonate is ejected from the nozzle together with the carbonate extruded at a high pressure from the carbonate supply port 25. At this time, the carrier gas 22 is supplied to the gas heater 31 by the blower, and the gas heater 31 causes the operating temperature of the fuel cell to be about 650 ° C.
To be heated. The pipes to the gas heater 31 and the venturi-type mist generator 21 are insulated from the outside air by a heat insulating material.

【0039】この様にして、キャリアガス22により分
散された炭酸塩ミストは、キャリアガス22のガス流に
よって燃料ガス供給マニホールドに送られ、マニホール
ドから各単セルのガス流路に送られる。なお、燃料ガス
側に炭酸塩ミストを供給するときは、酸化剤ガス側には
窒素ガスを供給して、単電池を挟んで両側の圧力差が大
きくならないようにする。また、マニホールドなどに付
着した炭酸塩は凝集して流れ落ち炭酸塩回収容器32に
溜められる。以上の説明では、ベンチュリー型ミスト生
成装置21を、燃料電池の燃料ガス供給配管42中に組
み込んだものを示したが、酸化剤ガス供給配管43中に
組み込むように構成することも可能である。
In this way, the carbonate mist dispersed by the carrier gas 22 is sent to the fuel gas supply manifold by the gas flow of the carrier gas 22, and sent from the manifold to the gas passage of each single cell. When the carbonate mist is supplied to the fuel gas side, nitrogen gas is supplied to the oxidant gas side so that the pressure difference between the both sides of the unit cell does not become large. Further, the carbonate adhering to the manifold or the like aggregates and flows down, and is stored in the carbonate recovery container 32. In the above description, the venturi-type mist generation device 21 is shown as being incorporated in the fuel gas supply pipe 42 of the fuel cell, but it may be incorporated in the oxidant gas supply pipe 43.

【0040】次に、図4は、本発明の炭酸塩ミスト生成
装置18として使用するジェットエジェクター型ミスト
生成装置33の構成を示すものである。このジェットエ
ジェクター型ミスト生成装置33は、ノズルから噴射さ
れる溶融炭酸塩を気相中に分散させミスト化するもので
あり、ベンチュリー型ミスト生成装置21と同様に高濃
度のミストが得られる。このジェットエジェクター型ミ
スト生成装置33は、微細な噴射口34を有するノズル
35を備え、ノズル35にはその出口付近に、噴射する
溶融炭酸塩に回転流を与える螺旋翼36を備えている。
螺旋翼36により回転流を与えられた溶融炭酸塩は、ノ
ズル出口で絞られて高速で噴射口より噴き出す。図4中
に噴き出した炭酸塩37の様子を示す。
Next, FIG. 4 shows the construction of a jet ejector type mist generator 33 used as the carbonate mist generator 18 of the present invention. The jet ejector type mist generating device 33 disperses the molten carbonate sprayed from the nozzle in the gas phase to form a mist, and like the venturi type mist generating device 21, a high-concentration mist can be obtained. The jet ejector type mist generating device 33 is provided with a nozzle 35 having a fine injection port 34, and the nozzle 35 is provided with a spiral blade 36 near the outlet of the nozzle 35 for giving a rotating flow to the molten carbonate to be injected.
The molten carbonate given the rotating flow by the spiral blade 36 is squeezed at the nozzle outlet and spouts from the jet port at high speed. FIG. 4 shows the state of the carbonate 37 spouted.

【0041】ここで、ジェットエジェクター型ミスト生
成装置33は燃料ガス供給配管42内あるいは酸化剤ガ
ス供給配管43内に設けられる。この場合、燃料ガス1
1中あるいは酸化剤ガス12中に直接溶融炭酸塩ミスト
を噴射することになる。つまり、溶融炭酸塩ミストは気
相中のガス、すなわち、燃料ガス11あるいは酸化剤ガ
スと共に電池内に運ばれ、集電板などに捕捉され単電池
に含浸され、炭酸塩を電池に補給する。
Here, the jet ejector type mist generator 33 is provided in the fuel gas supply pipe 42 or the oxidant gas supply pipe 43. In this case, fuel gas 1
The molten carbonate mist will be directly injected into 1 or into the oxidizing gas 12. That is, the molten carbonate mist is carried into the battery together with the gas in the gas phase, that is, the fuel gas 11 or the oxidant gas, is captured by the current collector plate and the like and is impregnated in the unit cell to supply the carbonate to the cell.

【0042】この場合、燃料ガス11あるいは酸化剤ガ
ス12によって、ノズル35全体が炭酸塩の溶融温度以
上の温度に保たれることになる。このジェットエジェク
ター型ミスト生成装置33も高濃度のミストが得られる
ので、より短時間に炭酸塩を補給することができる。ま
た、このジェットエジェクター型ミスト生成装置33は
燃料ガスあるいは酸化剤ガスに直接噴射することができ
るので、燃料電池の発電運転中に炭酸塩を補給すること
ができる。
In this case, the fuel gas 11 or the oxidant gas 12 keeps the entire nozzle 35 at a temperature above the melting temperature of carbonate. Since the jet ejector type mist generator 33 can also obtain a high-concentration mist, the carbonate can be replenished in a shorter time. Further, since the jet ejector type mist generator 33 can directly inject the fuel gas or the oxidant gas, it is possible to replenish the carbonate during the power generation operation of the fuel cell.

【0043】図5は、ジェットエジェクター型ミスト生
成装置33を、燃料電池の燃料ガス供給配管42の中に
組み込んだ本発明の実施例を示す構成図である。この実
施例では、溶融炭酸塩ミスト供給装置40は、供給すべ
き溶融炭酸塩を貯蔵する炭酸塩リザーバー29と、溶融
炭酸塩リザーバー29からの溶融炭酸塩をミスト状に分
散して燃料ガス流路19に供給するためのジェットエジ
ェクター型ミスト生成装置33とからなる。
FIG. 5 is a constitutional view showing an embodiment of the present invention in which the jet ejector type mist generating device 33 is incorporated in the fuel gas supply pipe 42 of the fuel cell. In this embodiment, the molten carbonate mist supply device 40 includes a carbonate reservoir 29 for storing the molten carbonate to be supplied and a molten carbonate from the molten carbonate reservoir 29 dispersed in a mist form to form a fuel gas flow path. And a jet ejector type mist generator 33 for supplying the mist.

【0044】燃料電池スタック26は、単電池1とセパ
レータ5とが交互に複数個積層されて構成される。燃料
電池スタック26は締付装置27によって上下から締め
付けられて容器28の中に設置される。そして、燃料ガ
ス供給配管42の中にジェットエジェクター型ミスト生
成装置33を配設し、炭酸塩リザーバー29に収められ
た炭酸塩が噴射口より押し出される。炭酸塩リザーバー
29内は窒素ガスによって加圧され、炭酸塩噴射中は高
圧に保たれる。この場合、炭酸塩リザーバー29および
ジェットエジェクター型ミスト生成装置33までの配管
は、電気ヒーター30にて炭酸塩の溶融温度以上の温度
に保たれている。
The fuel cell stack 26 is constructed by alternately stacking a plurality of unit cells 1 and separators 5. The fuel cell stack 26 is tightened from above and below by a tightening device 27 and installed in a container 28. Then, the jet ejector type mist generating device 33 is arranged in the fuel gas supply pipe 42, and the carbonate contained in the carbonate reservoir 29 is pushed out from the injection port. The inside of the carbonate reservoir 29 is pressurized by nitrogen gas, and is maintained at a high pressure during the carbonate injection. In this case, the pipes to the carbonate reservoir 29 and the jet ejector type mist generating device 33 are kept at a temperature higher than the melting temperature of carbonate by the electric heater 30.

【0045】この様にして、燃料ガス11中に分散され
た炭酸塩ミストは燃料ガス11と共に燃料ガス供給マニ
ホールドに送られ、マニホールドから各単セルのガス流
路に送られる。マニホールドなどに付着した炭酸塩は凝
集して流れ落ち炭酸塩回収容器32に溜められる。な
お、以上の説明では、ベンチュリー型ミスト生成装置2
1を、燃料電池の燃料ガス供給配管42中に組み込んだ
ものを示したが、酸化剤ガス供給配管43中に組み込む
ように構成することも可能である。
In this way, the carbonate mist dispersed in the fuel gas 11 is sent to the fuel gas supply manifold together with the fuel gas 11, and sent from the manifold to the gas passage of each single cell. Carbonate adhering to the manifold or the like aggregates and flows down, and is stored in the carbonate recovery container 32. In the above description, the venturi-type mist generation device 2 is used.
Although the fuel cell No. 1 is incorporated in the fuel gas supply pipe 42 of the fuel cell, the fuel cell No. 1 may be incorporated in the oxidant gas supply pipe 43.

【0046】次に、燃料電池内に送られた溶融炭酸塩ミ
ストを効果的に捕捉するためのミスト捕集器について説
明する。アノード集電板9やカソード集電板10は、図
9に例示されるように燃料ガス11や酸化剤ガス12の
流れの抵抗にならないように構成される。したがって、
溶融炭酸塩ミストはこれらアノード集電板9やカソード
集電板10に付着することもあるし、付着せずに排出さ
れてしまうこともある。この場合、主に、溶融炭酸塩ミ
ストの重力により、燃料電池内のガス流路の底面に付着
する捕捉効果に期待することになる。この場合、ガス流
速が大きい場合や流路長が短い場合、あるいは溶融炭酸
塩ミスト径が小さい場合には捕捉効率が悪くなる。
Next, a mist collector for effectively trapping the molten carbonate mist sent into the fuel cell will be described. The anode current collector plate 9 and the cathode current collector plate 10 are configured so as not to resist the flow of the fuel gas 11 and the oxidant gas 12, as illustrated in FIG. Therefore,
The molten carbonate mist may adhere to the anode current collector plate 9 or the cathode current collector plate 10, or may be discharged without adhering. In this case, mainly due to the gravity of the molten carbonate mist, the trapping effect that adheres to the bottom surface of the gas flow path in the fuel cell is expected. In this case, if the gas flow velocity is high, the flow path length is short, or the molten carbonate mist diameter is small, the trapping efficiency becomes poor.

【0047】そこで、本発明では、溶融炭酸塩ミストを
効果的に捕捉するために、電池内のガス流路に慣性力式
のミスト捕集器を設けている。このミスト捕集器はガス
の流れ方向を遮る複数のじゃま板を備え、溶融炭酸塩ミ
ストの慣性力を利用してミストをじゃま板に付着させ捕
集するものである。慣性力式のミスト捕集器の実施例を
図6に示す。図6では、ミスト捕集器38として、じゃ
ま板39を設けたものを示している。じゃま板39はガ
ス流路の全幅に亘って、図6のように千鳥配列に並べら
れる。溶融炭酸塩ミストを含んだガスは、図6の矢印の
ように流れ、じゃま板39の各列を通過毎に溶融炭酸塩
ミストをじゃま板39に衝突させる。すなわち、ガスの
流れ方向が変わるときに、慣性力で直進しようとする炭
酸塩ミストはじゃま板に衝突する。この様な構成の慣性
力式のミスト捕集器38は炭酸塩ミストを効果的に捕捉
することができる。
Therefore, in the present invention, in order to effectively capture the molten carbonate mist, an inertial force type mist collector is provided in the gas passage in the battery. This mist collector is provided with a plurality of baffles that block the flow direction of gas, and uses the inertial force of the molten carbonate mist to attach the mists to the baffles and collect them. An embodiment of an inertial force type mist collector is shown in FIG. In FIG. 6, a baffle plate 39 is provided as the mist collector 38. The baffles 39 are arranged in a staggered arrangement as shown in FIG. 6 over the entire width of the gas flow path. The gas containing the molten carbonate mist flows as shown by the arrow in FIG. 6, and the molten carbonate mist collides with the baffle plate 39 each time it passes through each row of the baffle plates 39. That is, when the gas flow direction changes, the carbonate mist that attempts to go straight by the inertial force collides with the baffle plate. The inertial force type mist collector 38 having such a structure can effectively capture the carbonate mist.

【0048】じゃま板39に捕捉された炭酸塩は、次第
に凝集し重力によって下に流れ落ちる。あるいは電極の
毛管作用により電極に吸収される。これにより、単電池
に炭酸塩を補給することができる。このような慣性力式
ミスト捕集器をガス流路の流れ方向の一箇所あるいは複
数箇所に設けることにより、より効果的に炭酸塩のミス
トを捕集することができ、無駄に排出される炭酸塩ミス
トの量を大幅に減らすことができる。
The carbonates captured by the baffle plate 39 gradually aggregate and flow down due to gravity. Alternatively, it is absorbed by the electrode due to the capillary action of the electrode. As a result, carbonate can be replenished to the unit cell. By providing such an inertial force type mist collector at one place or a plurality of places in the flow direction of the gas flow path, the carbonate mist can be collected more effectively, and the carbon dioxide discharged in vain. The amount of salt mist can be significantly reduced.

【0049】ここで、この様な慣性力式のミスト捕集器
38をガス流路に部分的に設けると、その部分に優先的
に炭酸塩が補給されるので、単電池全面に均等に補給し
たい場合には好ましくない場合が生じる。そこで、図7
に示すように、ミスト捕集器38を、セパレータ内に設
けられるアノード集電板9又はカソード集電板10に一
体的に設けるようにしても良い。すなわち、図6に示す
各列のじゃま板39をアノード集電板9又はカソード集
電板10上に突起41で構成し、その間隔を拡げた構成
とする。これにより、炭酸塩ミストの衝突効率が下が
り、より均等に単電池全体に炭酸塩を補給することが可
能となる。
Here, when such an inertial force type mist collector 38 is partially provided in the gas flow path, the carbonate is preferentially replenished in that portion, so that the entire surface of the unit cell is uniformly replenished. If you want to do so, there are cases where it is not preferable. Therefore, FIG.
As shown in, the mist collector 38 may be provided integrally with the anode current collector 9 or the cathode current collector 10 provided in the separator. That is, the baffle plates 39 in each row shown in FIG. 6 are configured by the projections 41 on the anode current collector plate 9 or the cathode current collector plate 10 and the intervals thereof are widened. As a result, the collision efficiency of the carbonate mist is lowered, and it becomes possible to more uniformly replenish the entire cell with the carbonate.

【0050】図7中に矢印で示す方向にガスを流すと、
ガスは突起41同士の間を縫って流れるが、その時、流
れ方向を変えるので、炭酸塩ミストはその慣性力によっ
て突起41に付着する。アノード集電板9又はカソード
集電板10としては、図7中下面を電極側に、上面をイ
ンターコネクタ側に配置することになるので、電極面を
支持させながら、突起41を電流の通路として機能させ
ることになる。この様な集電板9、10では、炭酸塩ミ
ストを各突起41に捕捉させることができ、集電板全体
に均等に炭酸塩を捕集させることができる。ひいては単
電池全体に均等に炭酸塩を補給することができる。
When the gas is made to flow in the direction shown by the arrow in FIG. 7,
The gas sewes between the protrusions 41 and flows, but at that time, the flow direction is changed, so that the carbonate mist adheres to the protrusions 41 by its inertial force. As the anode current collector plate 9 or the cathode current collector plate 10, the lower surface in FIG. 7 is arranged on the electrode side, and the upper surface is arranged on the interconnector side. Therefore, while supporting the electrode surface, the projection 41 serves as a current path. It will work. In the current collectors 9 and 10 as described above, the carbonate mist can be captured by each projection 41, and the carbonate can be evenly collected over the entire current collector. As a result, the carbonate can be evenly supplied to the entire unit cell.

【0051】ここで、慣性力式のミスト捕集器38をガ
ス流路に設けることは、ガスの圧力損失を大きくするの
で、炭酸塩の補給時のみならず電池の発電中も圧力損失
が大きくなる。図1に示すように酸化剤ガス12は、リ
サイクルブロワー17で循環させるのに対して、燃料ガ
ス11は循環させないので、燃料ガス流量は酸化剤ガス
流量に比べて十分に小さく、燃料ガスの圧力損失は問題
にならない。したがって、ミスト捕集器38は酸化剤ガ
ス流路に設けるよりも燃料ガス流路中に設けた方が燃料
電池の機能を損なうことが少ない。
Since the inertial force type mist collector 38 is provided in the gas flow path, the pressure loss of the gas is increased. Therefore, the pressure loss is increased not only when the carbonate is replenished but also during the power generation of the battery. Become. As shown in FIG. 1, the oxidant gas 12 is circulated by the recycle blower 17, whereas the fuel gas 11 is not circulated. Therefore, the fuel gas flow rate is sufficiently smaller than the oxidant gas flow rate, and the fuel gas pressure is low. Loss is not a problem. Therefore, the mist collector 38 is less likely to impair the function of the fuel cell when it is provided in the fuel gas passage than in the oxidant gas passage.

【0052】このように、本発明の溶融炭酸塩型燃料電
池は電池の運転によって逸失した炭酸塩を電池の外部か
らミストの形で補給することができる。また、炭酸塩の
供給量を容易に大きくすることができるので、短時間の
補給が可能になる。
As described above, the molten carbonate fuel cell of the present invention can replenish the carbonate lost by the operation of the cell from the outside of the cell in the form of mist. Further, since the amount of carbonate supplied can be easily increased, it becomes possible to replenish in a short time.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、溶
融炭酸塩ミスト生成装置により生成した炭酸塩ミスト
を、セパレータ内のガス流路に供給し、集電板やミスト
捕集器で捕捉させるので、燃料電池の運転によって逸失
した炭酸塩を単電池に効率的に補給することができる。
また、本発明では炭酸塩を液相で補給することができる
ので、蒸気のように気相で補給するのに比べ、補給時間
を大幅に短縮することができる。したがって、炭酸塩の
補給のために電池の発電を中断する時間を短くすること
ができる。
As described above, according to the present invention, the carbonate mist produced by the molten carbonate mist producing device is supplied to the gas passage in the separator, and the carbonate mist is collected by the collector plate or the mist collector. Since it is captured, the carbonate lost by the operation of the fuel cell can be efficiently replenished to the unit cell.
Further, in the present invention, since the carbonate can be replenished in the liquid phase, the replenishment time can be significantly shortened as compared with the case of replenishing in the gas phase like vapor. Therefore, it is possible to shorten the time for interrupting the power generation of the battery for replenishing the carbonate.

【0054】また、溶融炭酸塩の補給により、溶融炭酸
塩型燃料電池は性能を長時間に亘って維持し、長寿命を
達成することができる。
Further, by supplying the molten carbonate, the molten carbonate fuel cell can maintain the performance for a long time and achieve a long life.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の溶融炭酸塩型燃料電池の構成図FIG. 1 is a structural diagram of a molten carbonate fuel cell of the present invention.

【図2】本発明の炭酸塩ミスト生成装置として使用する
ベンチュリー型ミスト生成装置の説明図
FIG. 2 is an explanatory view of a venturi-type mist generator used as the carbonate mist generator of the present invention.

【図3】本発明の溶融炭酸塩ミスト生成装置としてベン
チュリー型ミスト生成装置を燃料電池の燃料ガス供給配
管の中に組み込んだ実施例を示す構成図
FIG. 3 is a configuration diagram showing an embodiment in which a venturi-type mist generator as a molten carbonate mist generator of the present invention is incorporated in a fuel gas supply pipe of a fuel cell.

【図4】本発明の炭酸塩ミスト生成装置として使用する
ジェットエジェクター型ミスト生成装置の説明図
FIG. 4 is an explanatory view of a jet ejector type mist generator used as the carbonate mist generator of the present invention.

【図5】本発明の溶融炭酸塩ミスト生成装置としてジェ
ットエジェクター型ミスト生成装置を燃料電池の燃料ガ
ス供給配管の中に組み込んだ実施例を示す構成図
FIG. 5 is a configuration diagram showing an embodiment in which a jet ejector type mist generating device as a molten carbonate mist generating device of the present invention is incorporated in a fuel gas supply pipe of a fuel cell.

【図6】本発明のミスト捕集器としてじゃま板を用いた
場合の説明図
FIG. 6 is an explanatory diagram when a baffle plate is used as the mist collector of the present invention.

【図7】本発明のミスト捕集器を一体型としたアノード
集電板又はカソード集電板の斜視図
FIG. 7 is a perspective view of an anode current collector plate or a cathode current collector plate in which the mist collector of the present invention is integrated.

【図8】溶融炭酸塩型燃料電池の単電池及びセパレータ
を各1個分を重ねた単セルを示す分解斜視図
FIG. 8 is an exploded perspective view showing a single cell of a molten carbonate fuel cell and a single cell in which one separator is stacked.

【図9】アノード集電板及びカソード集電板の斜視図FIG. 9 is a perspective view of an anode current collector plate and a cathode current collector plate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 単電池 2 電解質マトリックス 3 アノード電極 4 カソード電極 5 セパレータ 9 アノード集電板 10 カソード集電板 11 燃料ガス 12 酸化剤ガス 14 セル 18 溶融炭酸塩ミスト生成装置 19 燃料ガス流路 20 酸化剤ガス流路 21 ベンチュリー型ミスト生成装置 26 燃料電池スタック 29 炭酸塩リザーバー 33 ジェットエジェクター型ミスト生成装置 38 ミスト捕集器 39 じゃま板 40 溶融炭酸塩ミスト供給装置 42 燃料ガス供給配管 43 酸化剤ガス供給配管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single cell 2 Electrolyte matrix 3 Anode electrode 4 Cathode electrode 5 Separator 9 Anode current collector plate 10 Cathode current collector plate 11 Fuel gas 12 Oxidant gas 14 Cell 18 Molten carbonate mist generator 19 Fuel gas flow path 20 Oxidant gas flow Line 21 Venturi type mist generator 26 Fuel cell stack 29 Carbonate reservoir 33 Jet ejector type mist generator 38 Mist collector 39 Baffle plate 40 Molten carbonate mist supply device 42 Fuel gas supply pipe 43 Oxidant gas supply pipe

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電解マトリックスをアノード電極及びカ
ソード電極で挟んで構成した板状の単電池とこの単電池
の前記アノード電極には燃料ガス流路を介して燃料ガス
を前記カソード電極には酸化剤ガス流路を介して酸化剤
ガスをそれぞれ分離して導くセパレータとを交互に積層
してなる燃料電池スタックと、前記燃料ガス流路に燃料
ガスを供給するための燃料ガス供給配管と、前記酸化剤
ガス流路に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給
配管と、前記燃料ガス供給配管又は前記酸化剤ガス供給
配管の少なくともいずれか一方に設けられ前記セパレー
タ内の前記燃料ガス流路又は前記酸化剤ガス流路の少な
くともいずれか一方に溶融炭酸塩ミストを供給するため
の溶融炭酸塩ミスト供給装置とを備えたことを特徴とす
る溶融炭酸塩型燃料電池。
1. A plate-shaped unit cell in which an electrolytic matrix is sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode, and a fuel gas is passed through a fuel gas channel to the anode electrode of the unit cell, and an oxidant is fed to the cathode electrode. A fuel cell stack in which separators for separating and guiding oxidant gases through gas passages are alternately stacked, a fuel gas supply pipe for supplying fuel gas to the fuel gas passages, and the oxidation An oxidant gas supply pipe for supplying an oxidant gas to the agent gas flow passage, and the fuel gas flow passage in the separator provided in at least one of the fuel gas supply pipe or the oxidant gas supply pipe or A molten carbonate mist supply device for supplying a molten carbonate mist to at least one of the oxidant gas flow paths. battery.
【請求項2】 前記溶融炭酸塩ミスト供給装置は、供給
すべき溶融炭酸塩を貯蔵する炭酸塩リザーバーと、前記
溶融炭酸塩を運ぶためのキャリアガスを加熱するための
ガス加熱器と、前記溶融炭酸塩リザーバーからの溶融炭
酸塩をミスト状に分散して前記ガス加熱器からのキャリ
アガスで前記燃料ガス流路又は前記酸化剤ガス流路に供
給するためのベンチュリー型ミスト生成装置とからなる
ことを特徴とする請求項1に記載の溶融炭酸塩型燃料電
池。
2. The molten carbonate mist supply device, a carbonate reservoir for storing the molten carbonate to be supplied, a gas heater for heating a carrier gas for carrying the molten carbonate, and the melt. And a venturi-type mist generating device for dispersing molten carbonate from the carbonate reservoir in the form of mist and supplying the carrier gas from the gas heater to the fuel gas passage or the oxidant gas passage. The molten carbonate fuel cell according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記ベンチュリー型ミスト生成装置は、
前記溶融炭酸塩ミストを運ぶ前記キャリアガスが供給さ
れるノズルと、このノズルの出口に設けられ流路断面が
絞られたスロート部を有するベンチュリーと、前記スロ
ート部に設けられ前記溶融炭酸塩が供給される溶融炭酸
塩供給口とを備えたことを特徴とする請求項2に記載の
溶融炭酸塩型燃料電池。
3. The venturi type mist generating device,
A nozzle to which the carrier gas for carrying the molten carbonate mist is supplied, a venturi having a throat portion with a narrowed flow passage section provided at the outlet of the nozzle, and the molten carbonate provided to the throat portion The molten carbonate fuel cell according to claim 2, further comprising:
【請求項4】 前記溶融炭酸塩ミスト供給装置は、供給
すべき溶融炭酸塩を貯蔵する炭酸塩リザーバーと、前記
溶融炭酸塩リザーバーからの溶融炭酸塩をミスト状に分
散して前記燃料ガス流路又は前記酸化剤ガス流路に供給
するためのジェットエジェクター型ミスト生成装置とか
らなることを特徴とする請求項1に記載の溶融炭酸塩型
燃料電池。
4. The molten carbonate mist supply device includes a carbonate reservoir for storing the molten carbonate to be supplied, and the molten carbonate from the molten carbonate reservoir dispersed in a mist form to form the fuel gas flow path. Alternatively, the molten carbonate fuel cell according to claim 1, comprising a jet ejector type mist generating device for supplying to the oxidant gas flow path.
【請求項5】 前記ジェットエジェクター型ミスト生成
装置は、前記炭酸塩リザーバーからの供給された前記溶
融炭酸塩を噴射するためのノズルと、このノズル内に設
けられ前記溶融炭酸塩に回転流を与える螺旋翼と、この
螺旋翼で回転流を与えられた前記溶融炭酸塩をミスト状
に分散して噴射する噴射口とを備えたことを特徴とする
請求項4に記載の溶融炭酸塩型燃料電池。
5. The jet ejector type mist generator is provided with a nozzle for injecting the molten carbonate supplied from the carbonate reservoir, and a rotary flow provided in the nozzle for providing the molten carbonate. The molten carbonate fuel cell according to claim 4, further comprising: a spiral blade and an injection port for dispersing and injecting the molten carbonate, which is given a rotating flow by the spiral blade, in a mist form. .
【請求項6】 前記セパレータ内部の前記燃料ガス流路
又は前記酸化剤ガス流路に前記溶融炭酸塩ミストの流れ
方向を転換するミスト捕集器を設けたことを特徴とする
請求項1乃至請求項5に記載の溶融炭酸塩型燃料電池。
6. The mist collector for changing the flow direction of the molten carbonate mist is provided in the fuel gas passage or the oxidant gas passage inside the separator. Item 5. A molten carbonate fuel cell according to item 5.
【請求項7】 前記ミスト捕集器は、複数個のじゃま板
で構成されたことを特徴とする請求項6に記載の溶融炭
酸塩型燃料電池。
7. The molten carbonate fuel cell according to claim 6, wherein the mist collector comprises a plurality of baffles.
【請求項8】 前記ミスト捕集器は、前記アノード電極
及びカソード電極に隣接して前記セパレータ内に設けら
れるアノード集電板及びカソード集電板に一体的に設け
られたことを特徴とする請求項6に記載の溶融炭酸塩型
燃料電池。
8. The mist collector is integrally provided on an anode current collector plate and a cathode current collector plate provided in the separator adjacent to the anode electrode and the cathode electrode. Item 7. A molten carbonate fuel cell according to item 6.
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