JPH0831321B2 - 内部改質型溶融炭酸塩燃料電池 - Google Patents
内部改質型溶融炭酸塩燃料電池Info
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- JPH0831321B2 JPH0831321B2 JP60279184A JP27918485A JPH0831321B2 JP H0831321 B2 JPH0831321 B2 JP H0831321B2 JP 60279184 A JP60279184 A JP 60279184A JP 27918485 A JP27918485 A JP 27918485A JP H0831321 B2 JPH0831321 B2 JP H0831321B2
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- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
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- H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
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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
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は燃料電池に関し、特に燃料ガスの改質と発電
を同時に行わせる内部改質型の溶融炭酸塩燃料電池に係
る。
を同時に行わせる内部改質型の溶融炭酸塩燃料電池に係
る。
燃料電池は一般に電解質を燃流極と酸化剤極で挟んだ
構造になつている。燃料極には例えば水素を、酸化剤極
には酸素をそれぞれ供給して両極間から直流電力を取り
出す。溶融炭酸塩型燃料電池では、炭酸リチウム、炭酸
カリウム等の混合溶融塩が電解質として使用され、炭酸
イオン（CO3 2-）が電荷担体となる。燃料極にはニツケ
ルを主体とする多孔質板が、酸化剤極には多孔質酸当ニ
ツケル板が用いられる。電池運転温度は約650℃であ
る。
構造になつている。燃料極には例えば水素を、酸化剤極
には酸素をそれぞれ供給して両極間から直流電力を取り
出す。溶融炭酸塩型燃料電池では、炭酸リチウム、炭酸
カリウム等の混合溶融塩が電解質として使用され、炭酸
イオン（CO3 2-）が電荷担体となる。燃料極にはニツケ
ルを主体とする多孔質板が、酸化剤極には多孔質酸当ニ
ツケル板が用いられる。電池運転温度は約650℃であ
る。
溶融炭酸塩燃料電池には、燃料極と接する燃料ガス流
路に燃料ガスの改質触媒、例えば炭化水素の水蒸気改質
触媒（例えば粒子状、ペレツト状、塊状あるいは平板状
ニツケル）を装填し、水蒸気とともに炭化水素ガスを直
接供給してH2に改質し、生成したH2を燃料として電気エ
ネルギを得る方式、いわゆる内部改質型と呼ばれる電池
がある。
路に燃料ガスの改質触媒、例えば炭化水素の水蒸気改質
触媒（例えば粒子状、ペレツト状、塊状あるいは平板状
ニツケル）を装填し、水蒸気とともに炭化水素ガスを直
接供給してH2に改質し、生成したH2を燃料として電気エ
ネルギを得る方式、いわゆる内部改質型と呼ばれる電池
がある。
炭化水素ガスとして天然ガスの主成分であるメタン
（CH4）を供給する場合、（１），（２）式の反応によ
りCH4はH2に改質される。
（CH4）を供給する場合、（１），（２）式の反応によ
りCH4はH2に改質される。
CH4＋H2O3H2＋CO …（１） CO＋H2OH2＋CO2 …（２） 生成したH2を燃料として燃料極では（３）式の反応を
生じ、一方の酸化剤極にはO2,CO2が供給されて（４）式
の反応を生じ、その結果として2e-が生成と、これを電
気エネルギー（直流電力）として外部に取り出す。
生じ、一方の酸化剤極にはO2,CO2が供給されて（４）式
の反応を生じ、その結果として2e-が生成と、これを電
気エネルギー（直流電力）として外部に取り出す。
H2＋CO3 2-→H2O＋CO2＋2e- …（３） 従来、（３）式の電池反応によつて生成する水蒸気を
（１），（２）式の反応に再利用するために、及び未反
応の水素を再利用するために、第３図に示すように燃料
極排ガス12の一部をメタン11に混合してリサイクル供給
するシステムが考えられている（例えば特開昭49−7928
号）。すなわち、第３図は内部改質型溶融塩燃料電池シ
ステムを簡略化して示した図であるが、メタン11は燃料
極排ガス12の一部であるリサイクル排ガス13と混合され
て、水蒸気改質触媒５が装填された燃料ガス流路４に供
給される。メタン11は該流路４においてリサイクル排ガ
ス中の水蒸気と上記（１），（２）式の反応を生じて
H2,CO2,COに転換される。またリサイクル排ガス13にはH
2も含まれるので、供給入口部においても発電が行わ
れ、H2の利用率の向上にも寄与する。なお、１は電解質
板、２は燃料極、３は酸化剤極、６は酸化ガス流路、14
はO2とCO2を含む酸化ガスである。
（１），（２）式の反応に再利用するために、及び未反
応の水素を再利用するために、第３図に示すように燃料
極排ガス12の一部をメタン11に混合してリサイクル供給
するシステムが考えられている（例えば特開昭49−7928
号）。すなわち、第３図は内部改質型溶融塩燃料電池シ
ステムを簡略化して示した図であるが、メタン11は燃料
極排ガス12の一部であるリサイクル排ガス13と混合され
て、水蒸気改質触媒５が装填された燃料ガス流路４に供
給される。メタン11は該流路４においてリサイクル排ガ
ス中の水蒸気と上記（１），（２）式の反応を生じて
H2,CO2,COに転換される。またリサイクル排ガス13にはH
2も含まれるので、供給入口部においても発電が行わ
れ、H2の利用率の向上にも寄与する。なお、１は電解質
板、２は燃料極、３は酸化剤極、６は酸化ガス流路、14
はO2とCO2を含む酸化ガスである。
しかしながら、従来の方式はシステムが複雑であり、
さらに排ガスをリサイクルするための高容量のブロアー
及び動力を必要とする欠点がある。更にリサイクル排ガ
スは高温で作業している燃料電池の外部を通してもどさ
れるため気体温度が低下し、再利用するたるには予熱器
が必要となる等設備が高価になる。
さらに排ガスをリサイクルするための高容量のブロアー
及び動力を必要とする欠点がある。更にリサイクル排ガ
スは高温で作業している燃料電池の外部を通してもどさ
れるため気体温度が低下し、再利用するたるには予熱器
が必要となる等設備が高価になる。
本発明の目的は、システムで簡単で、再利用排ガスの
ためのブロアー乃至予熱器を必要としないか、又は必要
としてもその規模を小さくできる内部改質型の溶融炭酸
塩燃料電池を提供することにある。
ためのブロアー乃至予熱器を必要としないか、又は必要
としてもその規模を小さくできる内部改質型の溶融炭酸
塩燃料電池を提供することにある。
本発明は燃料ガス流路入口部に絞り機構を設け、更に
燃料ガス流路内部にリサイクルガス流路部を設け、上記
リサイクルガス流路部一端を上記絞り機構に接続し、他
端を開放の状態で燃料ガス流路下流部に設置した内部改
質型溶融炭酸塩燃料電池である。
燃料ガス流路内部にリサイクルガス流路部を設け、上記
リサイクルガス流路部一端を上記絞り機構に接続し、他
端を開放の状態で燃料ガス流路下流部に設置した内部改
質型溶融炭酸塩燃料電池である。
燃料ガス導管から燃料ガス流路内に燃料ガスを供給す
る際、絞り機構部では流速が高速化されるために負圧効
果によつて流路内のガス圧と絞り機構部のガス圧に大き
な差が生じる。従つて、リサイクルガス流路部の一端を
絞り機構に接続し、他端を開放状態で燃料ガス流路下流
部近傍に設けると、流路下流部のH2O,CO,H2,CO2等から
なる燃料極ガスは絞り部に吸引され、ここで新たな燃料
ガスに高温状態で混合され、再利用される。
る際、絞り機構部では流速が高速化されるために負圧効
果によつて流路内のガス圧と絞り機構部のガス圧に大き
な差が生じる。従つて、リサイクルガス流路部の一端を
絞り機構に接続し、他端を開放状態で燃料ガス流路下流
部近傍に設けると、流路下流部のH2O,CO,H2,CO2等から
なる燃料極ガスは絞り部に吸引され、ここで新たな燃料
ガスに高温状態で混合され、再利用される。
以下、本発明の実施例にもとづき更に詳述する。
実施例１ 第１図は本発明の内部改質型溶融炭酸塩燃料電池を単
電池の形で示した断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ部上
面断面図である。
電池の形で示した断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ部上
面断面図である。
燃料電池は電解質板１、該電解質板を挟む燃料極２及
び酸化剤極３からなり、さらに燃料極２に接して燃料ガ
ス流路４が燃料流路板７によつて、酸化剤極３に接して
酸化ガス流路６が酸化剤極と酸化ガス流路板８によつて
それぞれ形成される。図示されていないが、それぞれの
電極のガス流路側に特別に集電板を設けることも行なわ
れている。燃料ガス流路４には炭化水素ガス（メタン）
11の水蒸気改質触媒５が装填される。また燃料ガス流路
の入口部，出口部に炭化水素ガスマニホールド19、炭化
水素ガス導管20及び排ガスマニホールド21、排ガス導管
22が接続される。
び酸化剤極３からなり、さらに燃料極２に接して燃料ガ
ス流路４が燃料流路板７によつて、酸化剤極３に接して
酸化ガス流路６が酸化剤極と酸化ガス流路板８によつて
それぞれ形成される。図示されていないが、それぞれの
電極のガス流路側に特別に集電板を設けることも行なわ
れている。燃料ガス流路４には炭化水素ガス（メタン）
11の水蒸気改質触媒５が装填される。また燃料ガス流路
の入口部，出口部に炭化水素ガスマニホールド19、炭化
水素ガス導管20及び排ガスマニホールド21、排ガス導管
22が接続される。
燃料ガス流路４の入口には炭化水素ガス11の供給ノズ
ル23が複数個設けられる。本実施例では、該供給ノズル
23の途中を断面縮少して絞り部24を有する絞り機構にし
てある。絞り部24には、リサイクルガス流路の一端25が
開孔して接続されている。
ル23が複数個設けられる。本実施例では、該供給ノズル
23の途中を断面縮少して絞り部24を有する絞り機構にし
てある。絞り部24には、リサイクルガス流路の一端25が
開孔して接続されている。
第２図には絞り部24に対しリサイクルガス流路の一端
25が２本接続されているが、場合によつて１本でも差し
つかえない。さらにリサイクルガス流路26の他端は燃料
ガス流路下流領域に開放されて設置されている。リサイ
クルガス流路26燃料流路板７と同一部材の削り出し、あ
るいは別部材であるパイプ等によつて形成される。
25が２本接続されているが、場合によつて１本でも差し
つかえない。さらにリサイクルガス流路26の他端は燃料
ガス流路下流領域に開放されて設置されている。リサイ
クルガス流路26燃料流路板７と同一部材の削り出し、あ
るいは別部材であるパイプ等によつて形成される。
燃料ガス流路４の出口には燃料極排ガスの排出口28が
複数個設けられる。
複数個設けられる。
次に、本実施例の燃料電池の作用について説明する。
炭化水素ガイ11たとえばメタンは水蒸気15とともに燃料
ガス導管20及びマニホールド19を通り、複数の供給ノズ
ル23を通つて燃料ガス流路４に供給される。燃料ガス流
路４において、改質触媒５の存在下及び電池反応によつ
て生じる熱の供給を受けてメタンガス及び水蒸気は
（１），（２）式によつて改質され、H2,CO,CO2を生じ
る。同時に生成したH2,COを消費して、（３）式による
発電が行われる。その結果、H2O,CO2が生成する。すな
わち燃料ガス流路下流領域ではそれらの濃度はより高く
なる。
炭化水素ガイ11たとえばメタンは水蒸気15とともに燃料
ガス導管20及びマニホールド19を通り、複数の供給ノズ
ル23を通つて燃料ガス流路４に供給される。燃料ガス流
路４において、改質触媒５の存在下及び電池反応によつ
て生じる熱の供給を受けてメタンガス及び水蒸気は
（１），（２）式によつて改質され、H2,CO,CO2を生じ
る。同時に生成したH2,COを消費して、（３）式による
発電が行われる。その結果、H2O,CO2が生成する。すな
わち燃料ガス流路下流領域ではそれらの濃度はより高く
なる。
上述のようにして、メタンが供給ノズル23を通つて燃
料ガス流路４に供給される時、供給ノズル23の絞り部24
を通過するガスはその流路が高くなる結果として負圧を
生じ、リサイクルガス流路25,26を通して、燃料ガス流
路下流領域のH2O,CO2,H2,CO及び未反応のメタンを含む
燃料極ガス16を吸引する。吸引された燃料極ガス16は絞
り部24において炭酸水素ガスと混合して燃料ガス流路に
リサイクルされる。H2O,H2COを含む燃料極ガス16がリサ
イクル供給されることにより、外部からの供給水蒸気15
の量が少なくてすむ。またメタンの転化が十分に行われ
ていない燃料ガス入口領域H2,COを供給できるので発電
量の増加と均一化が行われ、かつH2,COの利用率が向上
される。
料ガス流路４に供給される時、供給ノズル23の絞り部24
を通過するガスはその流路が高くなる結果として負圧を
生じ、リサイクルガス流路25,26を通して、燃料ガス流
路下流領域のH2O,CO2,H2,CO及び未反応のメタンを含む
燃料極ガス16を吸引する。吸引された燃料極ガス16は絞
り部24において炭酸水素ガスと混合して燃料ガス流路に
リサイクルされる。H2O,H2COを含む燃料極ガス16がリサ
イクル供給されることにより、外部からの供給水蒸気15
の量が少なくてすむ。またメタンの転化が十分に行われ
ていない燃料ガス入口領域H2,COを供給できるので発電
量の増加と均一化が行われ、かつH2,COの利用率が向上
される。
一方、燃料ガスのリサイクルは流路４内で自動的に行
なわれるため高温状態のリサイクルガスが燃料ガスに混
入されるため燃料ガス温度を下げることなく、むしろ高
める方向に作用するため電池性能を低下させることはな
い。
なわれるため高温状態のリサイクルガスが燃料ガスに混
入されるため燃料ガス温度を下げることなく、むしろ高
める方向に作用するため電池性能を低下させることはな
い。
実施例２ 第４図は本発明の他の実施例であり、第２図と同一部
分は同一符号で示した。第２図と異なるのは、燃料ガス
流路下流領域の燃料極ガス16を吸引するための絞り部24
を、燃料ガス流路入口部の供給ノズル23より炭化水素ガ
ス導管20側に設けたことである。これにより絞り部24の
設置が一箇所ですみ、単純化できるとともに絞り部の加
工工数を減らすことができる。
分は同一符号で示した。第２図と異なるのは、燃料ガス
流路下流領域の燃料極ガス16を吸引するための絞り部24
を、燃料ガス流路入口部の供給ノズル23より炭化水素ガ
ス導管20側に設けたことである。これにより絞り部24の
設置が一箇所ですみ、単純化できるとともに絞り部の加
工工数を減らすことができる。
本発明によれば簡単な手段で燃料ガス流路下流領域の
燃料極ガスをリサイクルでき、ブロアー、予熱器等が不
要か、又は本発明の実施例では図示乃至言及しなかつた
が従来のフロアー、予熱器等が必要としたとしても従来
の設備に比べ小さな容量のものですむ。
燃料極ガスをリサイクルでき、ブロアー、予熱器等が不
要か、又は本発明の実施例では図示乃至言及しなかつた
が従来のフロアー、予熱器等が必要としたとしても従来
の設備に比べ小さな容量のものですむ。
第１図は本発明の燃料電池の要部拡大縦断面図、第２図
は第１図のＡ−Ａ部上面断面図、第３図は従来の燃料電
池の燃料ガス供給系を示す図、第４図は本発明の他の燃
料電池の要部拡大上面断面図である。 １……電解質板、２……燃料極、３……酸化剤極、４…
…燃料ガス流路、５……改質触媒、11……炭化水素ガ
ス、20……炭化水素ガス導管、23……供給ノズル、24…
…絞り部、25……ガス導管、26……リサイクルガス流
路。
は第１図のＡ−Ａ部上面断面図、第３図は従来の燃料電
池の燃料ガス供給系を示す図、第４図は本発明の他の燃
料電池の要部拡大上面断面図である。 １……電解質板、２……燃料極、３……酸化剤極、４…
…燃料ガス流路、５……改質触媒、11……炭化水素ガ
ス、20……炭化水素ガス導管、23……供給ノズル、24…
…絞り部、25……ガス導管、26……リサイクルガス流
路。
Claims (3)
- 【請求項１】燃料電極と接する燃料ガス流路に燃料ガス
改質触媒を充填した内部改質型溶融炭酸塩燃料電池にお
いて、燃料ガス流路入口部に絞り機構を設けると共に、
上記燃料ガス流路内部にリサイクルガス流路を設け、上
記リサイクルガス流路の一端を上記絞り機構に接続し他
端を開放の状態で上記燃料ガス流路の下流部に設置した
ことを特徴とする内部改質型溶融炭酸塩燃料電池。 - 【請求項２】絞り機構が燃料ガス流路入口部の燃料ガス
供給ノズル部に設けられていることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の内部改質型溶融炭酸塩燃料電池。 - 【請求項３】絞り機構が燃料ガス流路入口部の燃料ガス
供給ノズル部より燃料ガス導管側に設けられたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の内部改質型溶融炭
酸塩燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60279184A JPH0831321B2 (ja) | 1985-12-13 | 1985-12-13 | 内部改質型溶融炭酸塩燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60279184A JPH0831321B2 (ja) | 1985-12-13 | 1985-12-13 | 内部改質型溶融炭酸塩燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62140374A JPS62140374A (ja) | 1987-06-23 |
| JPH0831321B2 true JPH0831321B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=17607611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60279184A Expired - Lifetime JPH0831321B2 (ja) | 1985-12-13 | 1985-12-13 | 内部改質型溶融炭酸塩燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0831321B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19646579C2 (de) * | 1996-11-12 | 2002-01-24 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Brennstoffzellenstapel mit integriertem Reformer |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4833820A (ja) * | 1971-09-01 | 1973-05-14 | ||
| JPS5128631A (ja) * | 1974-09-04 | 1976-03-11 | Fuji Electric Co Ltd | |
| JPS6032255A (ja) * | 1983-07-29 | 1985-02-19 | Mitsubishi Electric Corp | 内部改質形燃料電池 |
-
1985
- 1985-12-13 JP JP60279184A patent/JPH0831321B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4833820A (ja) * | 1971-09-01 | 1973-05-14 | ||
| JPS5128631A (ja) * | 1974-09-04 | 1976-03-11 | Fuji Electric Co Ltd | |
| JPS6032255A (ja) * | 1983-07-29 | 1985-02-19 | Mitsubishi Electric Corp | 内部改質形燃料電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62140374A (ja) | 1987-06-23 |
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