JPH10308231A - リン酸型燃料電池 - Google Patents

リン酸型燃料電池

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JPH10308231A
JPH10308231A JP9116600A JP11660097A JPH10308231A JP H10308231 A JPH10308231 A JP H10308231A JP 9116600 A JP9116600 A JP 9116600A JP 11660097 A JP11660097 A JP 11660097A JP H10308231 A JPH10308231 A JP H10308231A
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JP
Japan
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phosphoric acid
porous carbon
exhaust gas
fuel cell
porous
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Application number
JP9116600A
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English (en)
Inventor
Nobuhiko Kususe
暢彦 楠瀬
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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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Abstract

(57)【要約】 【課題】腐食のないリン酸トラップを用いることによ
り、リン酸型燃料電池排出ガス系統の腐食を防止して、
信頼性と経済性に優れるリン酸型燃料電池を得る。 【解決手段】炭素を主成分とする多孔質体4が燃料電池
排出ガス流路部7内に設けられたリン酸トラップを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明はリン酸型燃料電池
の構造に係り、特に燃料電池排出ガス中のリン酸を捕集
するリン酸トラップに関する。
【0002】
【従来の技術】リン酸型燃料電池はリン酸を電解質とし
て用い、燃料ガスと酸化剤ガスを電気化学的に反応させ
てその化学的エネルギーを電気的エネルギーに変換する
発電装置の一種である。図4はリン酸型燃料電池スタッ
クの構造を示す斜視図である。
【0003】単電池11とガス不透過性のセパレータ1
2が交互に複数枚積層され、冷却板13が組み合わされ
て燃料電池スタック14が得られる。貴金属を担持した
触媒粉末をポリテトラフロロエチレンで結着した電極触
媒層15を多孔質なカーボン電極基材16上に積層して
電極を形成し、リン酸電解質マトリックス17をこの電
極の二つで挟んで単電池11が構成される。燃料電池ス
タック14には水素を主成分とする燃料ガスと空気であ
る酸化剤ガスが供給される。反応ガスは単電池11で電
気化学的に反応し反応生成物として通常水蒸気が発生す
る。
【0004】排出ガス中には水蒸気とともに未反応の反
応ガスが含まれる。このために燃料排出ガスは未反応燃
料の有効利用を図るために改質装置の加熱用として、あ
るいは再度燃料ガスとして循環して使用される。また排
出ガスは熱交換器に導入され熱回収が図られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら燃料電池
排出ガス中にはリン酸の蒸気やミストが含まれているた
めに熱交換器や改質装置あるいは配管系統等を腐食す
る。熱交換器や改質装置あるいは配管系統等の腐食防止
対策としては耐リン酸性の良好なフッ素樹脂で製作する
かまたは被覆することが一般的である。さらに配管の途
中にステンレスのフィルタを設置して異物とともにリン
酸を除去する方法もある。しかしながら上述の方法では
フッ素樹脂製品が高価である上に高温で長時間使用する
とクリープ変形を起こして寸法や形状が変化するという
問題があり、ステンレスのフィルタを使用する場合はス
テンレスのフィルタが腐食して運転時間とともに圧力損
失が増加するという問題があった。ステンレスフィルタ
の腐食による目詰まりを防止するためには一定期間毎に
フィルタの洗浄や交換が不可欠であった。
【0006】この発明は上述の点に鑑みてなされその目
的は、腐食のないリン酸トラップを用いることにより、
リン酸型燃料電池排出ガス系統の腐食を防止して信頼性
と経済性に優れるリン酸型燃料電池を提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の目的はこの発明に
よれば燃料電池排出ガス流路部内に炭素を主成分とする
多孔質体からなるリン酸トラップを備えることにより達
成される。上述の発明において、多孔質体は排出ガス流
路部内に篏入された多孔質炭素板であること,多孔質体
は多孔質炭素シートであり排出ガス流路部内に対向して
迷路状に配置され排出ガスが排出ガス流路部内を蛇行通
流するものであること,またはリン酸トラップは近傍に
冷却用コンデンサを備えることが有効であり、前記した
多孔質炭素板の外周面が、前記多孔質炭素板よりも細孔
径の小さい炭素を主成分とする多孔質炭素環の内周面に
面接触することが良い。
【0008】炭素を主成分とする多孔質体には排出ガス
中のリン酸蒸気が凝縮し、あるいはリン酸ミストが捕集
される。多孔質体は炭素が主成分であるためにリン酸に
より腐食しない。排出ガス流路部内に多孔質炭素板を篏
入すると炭素板の内部の細孔に排出ガスが直接的に通流
する。排出ガス流路部内に対向して迷路状に配置された
多孔質炭素シートは排出ガスの流路をジグザグにして排
出ガスの通流を容易にする。排出ガスはこのとき多孔質
炭素シートに外表面接触する。冷却用コンデンサを備え
るとリン酸トラップの温度が低くなりリン酸の凝縮が起
こりやすくなる。多孔質炭素板の外周面が細孔径のより
細かい炭素を主成分とする多孔質炭素環の内周面に面接
触すると、多孔質炭素板内に凝縮し、あるいは捕集され
たリン酸が、毛管現象により、接触面を介して細孔径の
より細かい炭素を主成分とする多孔質炭素環の方へ物質
移動する。
【0009】
【発明の実施の形態】リン酸トラップは燃料電池排出ガ
スの流路部内に設けられた炭素を主成分とする多孔質体
である。多孔質体は気孔率が70%以上のものであり、
シート状,板状,ペレット状等の形で用いられる。流路
部はリン酸型燃料電池の排出ガスマニホルドまたは排出
ガスマニホルド後段の排出ガス管である。これらの多孔
質体を疎あるいは密に流路部内部に充填すると排出ガス
は多孔質体相互の間隙を通流する。排出ガスはこの際に
多孔質体の外表面に接触する。また流路部内に多孔質体
を篏入すると排出ガスは多孔質体内部の細孔を直接的に
通流する。排出ガスはこの際に多孔質体の内表面に接触
する。リン酸の凝縮によるトラップ効果を増進するため
にリン酸トラップは必要に応じてコンデンサ等により冷
却される。
【0010】
【実施例】次にこの発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 実施例1 図1はこの発明の実施例に係るリン酸型燃料電池を示す
水平断面図である。図2はこの発明の実施例に係るリン
酸型燃料電池を示すx−x矢視断面図である。
【0011】燃料電池スタック14には燃料ガス供給マ
ニホルド1A,燃料ガス排出マニホルド1B,酸化剤ガ
ス供給マニホルド1C,酸化剤ガス排出マニホルド1D
がそれぞれ装着されている。燃料排出ガスは熱交換器3
A,酸化剤排出ガスは熱交換器3Bを経由して排出され
る。燃料ガス排出マニホルド1B,酸化剤ガス排出マニ
ホルド1Dの後段の排出ガス管7に多孔質炭素板(ERG
社製DUOCEL, 厚さ10mm, 気孔率90%,平均細孔径60μ
m) 4と多孔質炭素環( 昭和電工製SR-200E,厚さ10mm,
気孔率60%,平均細孔径30μm) 5がフッ素樹脂コーテ
ィング8を介し、排出ガス管7内部に篏入され、リン酸
トラップが形成される。多孔質炭素板4の外周面は多孔
質炭素環5の内周面に嵌め込まれて面接触している。多
孔質炭素板4と多孔質炭素環5は多孔質体であり排出ガ
スはこれらの内部を直接的に通流する。このとき排出ガ
ス中のリン酸蒸気やリン酸ミストが多孔質炭素板4と多
孔質炭素環5の炭素繊維や炭素塊等の表面,細孔部に凝
縮しまたは捕集される。多孔質炭素環5の平均細孔径は
多孔質炭素板4の平均細孔径より小さいので多孔質炭素
板4内に凝縮しまたは捕集されたリン酸は毛管現象によ
り多孔質炭素環5へ移動し多孔質炭素環5の内部はリン
酸で流路閉塞することがなく安定した排出ガスの通流が
可能となる。また多孔質炭素環5の気孔率は多孔質炭素
板4の気孔率よりも大きく多孔質炭素環5は凝縮しまた
は捕集されたリン酸のリザーバとして機能する。多孔質
炭素環5は排出管7の長さ方向に延伸してリザーバ機能
を高めることもできる。上述のリン酸トラップには冷却
用にコンデンサ6を装着する。このコンデンサ6の冷却
水は燃料電池スタックの冷却水を分岐して用いることが
でき、リン酸トラップを冷却してリン酸蒸気の凝縮を促
進する。 実施例2 図3はこの発明の異なる実施例に係るリン酸型燃料電池
を示す水平断面図である。
【0012】燃料ガス排出マニホルド1B,酸化剤ガス
排出マニホルド1Dには多孔質炭素シート(東レ株式会
社製TGP-090,厚さ0.3mm,気孔率75%)2が交互に平行に
配置される。排出ガスは多孔質炭素シート2の間隙を通
流する。排出ガスは多孔質炭素シート2の内部に拡散す
る。排出ガス中のリン酸は多孔質炭素シート2の外表面
に接触してリン酸蒸気やリン酸ミストが炭素繊維や炭素
塊等の表面,細孔部に凝縮しまたは捕集される。多孔質
炭素シート2にリン酸が凝縮しあるいは捕集されても排
出ガスは多孔質炭素シート2相互の間隙を通流するから
流路閉塞や圧力損失の問題を生じない。
【0013】
【発明の効果】この発明によれば燃料電池排出ガス流路
部内に炭素を主成分とする多孔質体からなるリン酸トラ
ップを備えるので、排出ガス中のリン酸蒸気,ミストが
多孔質体を腐食することなく多孔質体に凝縮し、あるい
は捕集され、改質装置,熱交換器等のリン酸型燃料電池
排出ガス系のリン酸による腐食が防止され信頼性と経済
性に優れるリン酸型燃料電池が得られる。
【0014】多孔質炭素板を排出ガス流路部内に篏入す
ると排出ガスは多孔質炭素板内を直接的に通流し効率良
くリン酸の凝縮,捕集が行われる。多孔質炭素板の外周
面が、前記多孔質炭素板よりも細孔径の小さい炭素を主
成分とする多孔質炭素環の内周面に面接触すると、多孔
質炭素板内に凝縮し,捕集されたリン酸が細孔径のより
細かい炭素を主成分とする多孔質炭素環へ移動し多孔質
炭素板内におけるリン酸による流路閉塞が起こらない。
【0015】多孔質炭素シートが排出ガス流路部内で対
向して迷路状に配置され排出ガスが排出ガス流路部内を
蛇行通流すると排出ガスが多孔質炭素シートに外表面接
触し、流路閉塞や圧力損失の問題を生ずることなくリン
酸がシート状炭素に凝縮し、捕集される。冷却用コンデ
ンサがリン酸トラップに装着されると冷却効果により排
出ガス中のリン酸蒸気が多孔質体に良く凝縮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例に係るリン酸型燃料電池を示
す水平断面図
【図2】この発明の実施例に係るリン酸型燃料電池を示
す図1におけるx−x矢視断面図
【図3】この発明の異なる実施例に係るリン酸型燃料電
池を示す水平断面図
【図4】リン酸型燃料電池スタックの構造を示す斜視図
【符号の説明】
1A 燃料ガス供給マニホルド 1B 燃料ガス排出マニホルド 1C 酸化剤ガス供給マニホルド 1D 酸化剤ガス排出マニホルド 2 多孔質炭素シート 3A 熱交換器 3B 熱交換器 4 多孔質炭素板 5 多孔質炭素環 6 コンデンサ 7 排出ガス管 8 フッ素樹脂コーティング 11 単電池 12 セパレータ 13 冷却板 14 燃料電池スタック 15 電極触媒層 16 カーボン電極基材 17 電解質マトリックス

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料電池排出ガス流路部内に炭素を主成分
    とする多孔質体からなるリン酸トラップを備えることを
    特徴とするリン酸型燃料電池。
  2. 【請求項2】多孔質体は排出ガス流路部内に篏入された
    多孔質炭素板である請求項1に記載のリン酸型燃料電
    池。
  3. 【請求項3】多孔質炭素板の外周面が、前記多孔質炭素
    板よりも細孔径の小さい炭素を主成分とする多孔質炭素
    環の内周面に面接触する請求項2に記載のリン酸型燃料
    電池。
  4. 【請求項4】多孔質体は多孔質炭素シートであり排出ガ
    ス流路部内に対向して迷路状に配置され排出ガスが排出
    ガス流路部内を蛇行通流する請求項1に記載のリン酸型
    燃料電池。
  5. 【請求項5】リン酸トラップ近傍に冷却用コンデンサを
    備える請求項1に記載のリン酸型燃料電池。
JP9116600A 1997-05-07 1997-05-07 リン酸型燃料電池 Pending JPH10308231A (ja)

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JP9116600A JPH10308231A (ja) 1997-05-07 1997-05-07 リン酸型燃料電池

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003036216A1 (fr) * 2001-10-25 2003-05-01 Showa Denko K.K. Echangeur thermique, procede de fluoration dudit echangeur thermique ou de ses elements constitutifs, et procede de fabrication associe
WO2007117809A3 (en) * 2006-04-06 2008-07-24 Plug Power Inc Fuel cell system with acid trap
JP2009071816A (ja) * 2007-09-11 2009-04-02 Thomson Licensing ネットワーク資源管理方法及びネットワーク管理装置
US8158290B2 (en) * 2006-04-21 2012-04-17 Plug Power, Inc. Recovering a reactant from a fuel cell exhaust flow

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WO2003036216A1 (fr) * 2001-10-25 2003-05-01 Showa Denko K.K. Echangeur thermique, procede de fluoration dudit echangeur thermique ou de ses elements constitutifs, et procede de fabrication associe
WO2007117809A3 (en) * 2006-04-06 2008-07-24 Plug Power Inc Fuel cell system with acid trap
US8158290B2 (en) * 2006-04-21 2012-04-17 Plug Power, Inc. Recovering a reactant from a fuel cell exhaust flow
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