JPH1167258A - 燃料電池 - Google Patents
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- JPH1167258A JPH1167258A JP9231278A JP23127897A JPH1167258A JP H1167258 A JPH1167258 A JP H1167258A JP 9231278 A JP9231278 A JP 9231278A JP 23127897 A JP23127897 A JP 23127897A JP H1167258 A JPH1167258 A JP H1167258A
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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
Abstract
(57)【要約】
【課題】 改質反応を抑制することなく、燃料電池全体
の冷却効率の向上および燃料電池内の温度分布の均一化
を図ることができる燃料電池を提供する。 【解決手段】 燃料電池１の積層体２は、単セル１０，
２０と、単セル１０，２０間に配置されたセパレータ１
４，１５，２４，２５とを備えている。単セル１０，２
０は電解質層１１，２１と、電解質層１１，２１の両側
に配置された燃料極１２，２２および酸化剤極１３，２
３とを有している。単セル１０，２０とセパレータ１
４，１５，２４，２５との間には燃料流路１４ａ，２４
ａおよび酸化剤流路１５ａ，２５ａが形成されている。
単セル２０の燃料流路２４ａは単セル１０の燃料流路１
４ａと連通路４０を介して接続され、単セル１０では燃
料流路１４ａの流れ方向と酸化剤流路１５ａの流れ方向
とが対向し、単セル２０では燃料流路２４ａの流れ方向
と酸化剤流路２５ａの流れ方向とが並行するようになっ
ている。
の冷却効率の向上および燃料電池内の温度分布の均一化
を図ることができる燃料電池を提供する。 【解決手段】 燃料電池１の積層体２は、単セル１０，
２０と、単セル１０，２０間に配置されたセパレータ１
４，１５，２４，２５とを備えている。単セル１０，２
０は電解質層１１，２１と、電解質層１１，２１の両側
に配置された燃料極１２，２２および酸化剤極１３，２
３とを有している。単セル１０，２０とセパレータ１
４，１５，２４，２５との間には燃料流路１４ａ，２４
ａおよび酸化剤流路１５ａ，２５ａが形成されている。
単セル２０の燃料流路２４ａは単セル１０の燃料流路１
４ａと連通路４０を介して接続され、単セル１０では燃
料流路１４ａの流れ方向と酸化剤流路１５ａの流れ方向
とが対向し、単セル２０では燃料流路２４ａの流れ方向
と酸化剤流路２５ａの流れ方向とが並行するようになっ
ている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池に係り、と
りわけメタノールを燃料とする溶融炭酸塩型の燃料電池
に関する。
りわけメタノールを燃料とする溶融炭酸塩型の燃料電池
に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気化学反応により化学エネルギーを直
接電気エネルギーに変換する燃料電池は、高効率でかつ
低公害性の発電装置としてその将来性が期待されてい
る。
接電気エネルギーに変換する燃料電池は、高効率でかつ
低公害性の発電装置としてその将来性が期待されてい
る。
【０００３】このような燃料電池の燃料としては一般
に、天然ガス、メタノールまたは石炭等が用いられてい
る。しかしながら、これらの燃料は通常そのままでは電
池反応に利用することができないので、水との反応によ
り水素を含有する燃料に改質されてから電池反応に供さ
れる。
に、天然ガス、メタノールまたは石炭等が用いられてい
る。しかしながら、これらの燃料は通常そのままでは電
池反応に利用することができないので、水との反応によ
り水素を含有する燃料に改質されてから電池反応に供さ
れる。
【０００４】ここで、このような改質反応は通常、燃料
電池の外部に設けられた改質器、または燃料電池内の改
質触媒層等において行われる。しかしながら、燃料とし
てメタノールを用いる場合には、ニッケル系金属等から
なる燃料極上で直接メタノールの改質反応を行うことが
できるので、外部改質器または改質触媒層等のような改
質反応のための特別な構成は必要とされない。
電池の外部に設けられた改質器、または燃料電池内の改
質触媒層等において行われる。しかしながら、燃料とし
てメタノールを用いる場合には、ニッケル系金属等から
なる燃料極上で直接メタノールの改質反応を行うことが
できるので、外部改質器または改質触媒層等のような改
質反応のための特別な構成は必要とされない。
【０００５】図４はこのような直接内部改質方式を採用
する従来の燃料電池を説明するための分解斜視図であ
る。なお図４においては、複数の単セルが積層された積
層体の一部が分解して示されているが、実際の運転時に
は各部材がシール等により密着されて一体となる。
する従来の燃料電池を説明するための分解斜視図であ
る。なお図４においては、複数の単セルが積層された積
層体の一部が分解して示されているが、実際の運転時に
は各部材がシール等により密着されて一体となる。
【０００６】図４に示すように、従来の燃料電池の積層
体は、複数の単セル３０と、複数の単セル３０間に配置
されたセパレータ３４，３５とを備えている。
体は、複数の単セル３０と、複数の単セル３０間に配置
されたセパレータ３４，３５とを備えている。
【０００７】ここで、各単セル３０は電解質層３１と、
電解質層３１の両側に配置された燃料極３２および酸化
剤極３３とを有している。
電解質層３１の両側に配置された燃料極３２および酸化
剤極３３とを有している。
【０００８】また、セパレータ３４，３５はその片面に
複数の溝を有し、単セル３０とセパレータ３４，３５と
が密着した際に単セル３０とセパレータ３４との間に燃
料極３２に燃料を供給するための燃料流路３４ａが形成
され、また単セル３０とセパレータ３５との間に酸化剤
極３３に酸素および二酸化炭素を含む空気等の酸化剤を
供給するための酸化剤流路３５ａが形成されるようにな
っている。
複数の溝を有し、単セル３０とセパレータ３４，３５と
が密着した際に単セル３０とセパレータ３４との間に燃
料極３２に燃料を供給するための燃料流路３４ａが形成
され、また単セル３０とセパレータ３５との間に酸化剤
極３３に酸素および二酸化炭素を含む空気等の酸化剤を
供給するための酸化剤流路３５ａが形成されるようにな
っている。
【０００９】さらに、各単セル３０およびセパレータ３
４，３５の両端部にはマニホールド孔３６ａ，…，３９
ａが穿設され、単セル３０とセパレータ３４，３５とが
密着した際にマニホールド３６，…，３９が形成される
ようになっている。具体的には、各単セル３０およびセ
パレータ３４，３５の一方の端部には各単セル３０の燃
料流路３４ａにメタノールおよび水（以下単にメタノー
ルと総称する）を供給するための第１のマニホールド３
６と、各単セル３０の酸化剤流路３５ａから酸化剤を排
出するための第２のマニホールド３７とが形成されてい
る。また、この一方の端部に対向する他方の端部には各
単セル３０の酸化剤流路３５ａに酸化剤を供給するため
の第３のマニホールド３８と、各単セル３０の燃料流路
３４ａから燃料を排出するための第４のマニホールド３
９とが形成されている。
４，３５の両端部にはマニホールド孔３６ａ，…，３９
ａが穿設され、単セル３０とセパレータ３４，３５とが
密着した際にマニホールド３６，…，３９が形成される
ようになっている。具体的には、各単セル３０およびセ
パレータ３４，３５の一方の端部には各単セル３０の燃
料流路３４ａにメタノールおよび水（以下単にメタノー
ルと総称する）を供給するための第１のマニホールド３
６と、各単セル３０の酸化剤流路３５ａから酸化剤を排
出するための第２のマニホールド３７とが形成されてい
る。また、この一方の端部に対向する他方の端部には各
単セル３０の酸化剤流路３５ａに酸化剤を供給するため
の第３のマニホールド３８と、各単セル３０の燃料流路
３４ａから燃料を排出するための第４のマニホールド３
９とが形成されている。
【００１０】図４において、第１のマニホールド３６お
よび第３のマニホールド３８にはそれぞれ外部からメタ
ノールおよび酸化剤が供給され、このうちメタノールは
各単セル３０の燃料流路３４ａに供給され、酸化剤は各
単セル３０の酸化剤流路３５ａに供給される。
よび第３のマニホールド３８にはそれぞれ外部からメタ
ノールおよび酸化剤が供給され、このうちメタノールは
各単セル３０の燃料流路３４ａに供給され、酸化剤は各
単セル３０の酸化剤流路３５ａに供給される。
【００１１】このとき各単セル３０の燃料流路３４ａで
は、次式（１）（２）で表される改質反応により水素を
含有する燃料が生成され、次いで、このようにして生成
された燃料と、酸化剤極３３側から電解質層３１を介し
て伝搬された炭酸イオンとの間で次式（３）で表される
電池反応が進行する。また酸化剤流路３５ａでは、酸化
剤に含まれる酸素および二酸化炭素と、燃料極３２側か
ら送られた電子との間で次式（４）で表される電池反応
が進行する。
は、次式（１）（２）で表される改質反応により水素を
含有する燃料が生成され、次いで、このようにして生成
された燃料と、酸化剤極３３側から電解質層３１を介し
て伝搬された炭酸イオンとの間で次式（３）で表される
電池反応が進行する。また酸化剤流路３５ａでは、酸化
剤に含まれる酸素および二酸化炭素と、燃料極３２側か
ら送られた電子との間で次式（４）で表される電池反応
が進行する。
【化１】
【００１２】なお、このような反応のうち上式（３）
（４）で表される電池反応は発熱反応であるので、燃料
電池の温度を所定の作動温度に保つためには燃料電池全
体を冷却する必要がある。このため、図４に示すような
従来の燃料電池では通常、酸化剤流路３５ａに供給され
る酸化剤を冷却剤として利用し、酸化剤の流量を調整す
ることにより燃料電池の温度を調節している。
（４）で表される電池反応は発熱反応であるので、燃料
電池の温度を所定の作動温度に保つためには燃料電池全
体を冷却する必要がある。このため、図４に示すような
従来の燃料電池では通常、酸化剤流路３５ａに供給され
る酸化剤を冷却剤として利用し、酸化剤の流量を調整す
ることにより燃料電池の温度を調節している。
【００１３】一方、上式（１）（２）で表される改質反
応は吸熱反応であるので、電池反応で生じる熱は改質反
応が行われる燃料流路３４ａの入口側に集められること
が望ましい。
応は吸熱反応であるので、電池反応で生じる熱は改質反
応が行われる燃料流路３４ａの入口側に集められること
が望ましい。
【００１４】ここで、冷却剤として利用される酸化剤
は、電池反応で生じる熱を吸収しながら酸化剤流路３５
ａの入口側から出口側に向かって熱を輸送していくの
で、図４に示すような直接内部改質方式を採用する従来
の燃料電池では一般に、各単セル３０における燃料流路
３４ａの流れ方向と酸化剤流路３５ａの流れ方向とが対
向するようにし、改質反応が行われる燃料流路３４ａの
入口側に、電池反応で生じた熱を吸収して高温となった
酸化剤が流れる酸化剤流路３５ａの出口側が配置される
ようにしている。
は、電池反応で生じる熱を吸収しながら酸化剤流路３５
ａの入口側から出口側に向かって熱を輸送していくの
で、図４に示すような直接内部改質方式を採用する従来
の燃料電池では一般に、各単セル３０における燃料流路
３４ａの流れ方向と酸化剤流路３５ａの流れ方向とが対
向するようにし、改質反応が行われる燃料流路３４ａの
入口側に、電池反応で生じた熱を吸収して高温となった
酸化剤が流れる酸化剤流路３５ａの出口側が配置される
ようにしている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、直接
内部改質方式を採用する従来の燃料電池では、各単セル
３０における燃料流路３４ａの流れ方向と酸化剤流路３
５ａの流れ方向とが対向するようにし、改質反応が行わ
れる燃料流路３４ａの入口側に、電池反応で生じた熱を
吸収して高温となった酸化剤が流れる酸化剤流路３５ａ
の出口側が配置されるようにしている。
内部改質方式を採用する従来の燃料電池では、各単セル
３０における燃料流路３４ａの流れ方向と酸化剤流路３
５ａの流れ方向とが対向するようにし、改質反応が行わ
れる燃料流路３４ａの入口側に、電池反応で生じた熱を
吸収して高温となった酸化剤が流れる酸化剤流路３５ａ
の出口側が配置されるようにしている。
【００１６】しかしながら、このような流路配置は改質
反応のための効率的な熱の輸送という点からは好ましい
ものであるが、改質がなされた後の燃料と酸化剤との間
の電池反応にとっては必ずしも好ましいものではない。
すなわち、改質がなされた後の燃料は下流側にいくにつ
れて濃度および発熱量が小さくなるので、効率的な冷却
および温度分布の均一化等を考慮した場合には、発熱量
の大きな上流側の燃料との間ではより低温の酸化剤が熱
のやりとりをするよう燃料と酸化剤とを並行して流すこ
とが好ましい。
反応のための効率的な熱の輸送という点からは好ましい
ものであるが、改質がなされた後の燃料と酸化剤との間
の電池反応にとっては必ずしも好ましいものではない。
すなわち、改質がなされた後の燃料は下流側にいくにつ
れて濃度および発熱量が小さくなるので、効率的な冷却
および温度分布の均一化等を考慮した場合には、発熱量
の大きな上流側の燃料との間ではより低温の酸化剤が熱
のやりとりをするよう燃料と酸化剤とを並行して流すこ
とが好ましい。
【００１７】このため、燃料流路３４ａの流れ方向と酸
化剤流路３５ａの流れ方向とが対向する従来の燃料電池
では、電池反応で生じた熱を改質反応のために効率良く
利用することはできるが、燃料電池全体の冷却効率を十
分に高めることができず、また燃料電池内の温度分布が
不均一になりやすいので、冷却のための動力エネルギー
の増加および電流密度分布の不均一等により発電効率が
低下してしまうという問題がある。
化剤流路３５ａの流れ方向とが対向する従来の燃料電池
では、電池反応で生じた熱を改質反応のために効率良く
利用することはできるが、燃料電池全体の冷却効率を十
分に高めることができず、また燃料電池内の温度分布が
不均一になりやすいので、冷却のための動力エネルギー
の増加および電流密度分布の不均一等により発電効率が
低下してしまうという問題がある。
【００１８】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、改質反応を抑制することなく、燃料電池全
体の冷却効率の向上および燃料電池内の温度分布の均一
化を図ることができる燃料電池を提供することを目的と
する。
ものであり、改質反応を抑制することなく、燃料電池全
体の冷却効率の向上および燃料電池内の温度分布の均一
化を図ることができる燃料電池を提供することを目的と
する。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明は、電解質層と、
前記電解質層の両側に配置された燃料極および酸化剤極
とを有する複数の単セルと、前記複数の単セル間に配置
されたセパレータとを備え、前記各単セルは隣接するセ
パレータとの間で前記燃料極に燃料を供給するための燃
料流路と、前記酸化剤極に酸化剤を供給するための酸化
剤流路とを形成し、前記複数の単セルは燃料流路の流れ
方向と酸化剤流路の流れ方向とが対向する第１の単セル
と、燃料流路の流れ方向と酸化剤流路の流れ方向とが並
行する第２の単セルとからなり、前記第２の単セルの燃
料流路は前記第１の単セルの燃料流路と連通することを
特徴とする燃料電池である。
前記電解質層の両側に配置された燃料極および酸化剤極
とを有する複数の単セルと、前記複数の単セル間に配置
されたセパレータとを備え、前記各単セルは隣接するセ
パレータとの間で前記燃料極に燃料を供給するための燃
料流路と、前記酸化剤極に酸化剤を供給するための酸化
剤流路とを形成し、前記複数の単セルは燃料流路の流れ
方向と酸化剤流路の流れ方向とが対向する第１の単セル
と、燃料流路の流れ方向と酸化剤流路の流れ方向とが並
行する第２の単セルとからなり、前記第２の単セルの燃
料流路は前記第１の単セルの燃料流路と連通することを
特徴とする燃料電池である。
【００２０】本発明によれば、外部から供給されたメタ
ノールおよびメタノールの改質により生成された燃料
が、第１の単セルにて酸化剤と対向して流れた後、第２
の単セルにて酸化剤と並行して流れるので、メタノール
の改質が行われる第１の単セルでは改質反応のための効
率的な熱の輸送が実現されるとともに、燃料と酸化剤と
の間の電池反応のみが行われる第２の単セルでは燃料と
酸化剤とが並行して流れることにより電池反応が効率的
に行われる。その結果、燃料電池全体の冷却効率を十分
に高めるとともに燃料電池内の温度分布を均一化するこ
とができ、このため冷却のための動力エネルギーの低減
および電流密度分布の均一化等が実現されて燃料電池の
発電効率を向上させることができる。
ノールおよびメタノールの改質により生成された燃料
が、第１の単セルにて酸化剤と対向して流れた後、第２
の単セルにて酸化剤と並行して流れるので、メタノール
の改質が行われる第１の単セルでは改質反応のための効
率的な熱の輸送が実現されるとともに、燃料と酸化剤と
の間の電池反応のみが行われる第２の単セルでは燃料と
酸化剤とが並行して流れることにより電池反応が効率的
に行われる。その結果、燃料電池全体の冷却効率を十分
に高めるとともに燃料電池内の温度分布を均一化するこ
とができ、このため冷却のための動力エネルギーの低減
および電流密度分布の均一化等が実現されて燃料電池の
発電効率を向上させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１および図２は本発明に
よる燃料電池の一実施の形態を示す図である。
施の形態について説明する。図１および図２は本発明に
よる燃料電池の一実施の形態を示す図である。
【００２２】まず、図２により、燃料電池の全体構成に
ついて説明する。図２に示すように、燃料電池１は、複
数の単セル１０，２０が積層された積層体２と、積層体
２の上面および下面に配置され積層体２から電気を取り
出すための取出し電極３ａ，３ｂと、スプリング４を介
して積層体２および取出し電極３を固定する固定部５
ａ，５ｂとを備えている。
ついて説明する。図２に示すように、燃料電池１は、複
数の単セル１０，２０が積層された積層体２と、積層体
２の上面および下面に配置され積層体２から電気を取り
出すための取出し電極３ａ，３ｂと、スプリング４を介
して積層体２および取出し電極３を固定する固定部５
ａ，５ｂとを備えている。
【００２３】また積層体２には、各単セル１０，２０に
メタノールおよび酸化剤を供給するための配管６，８
と、各単セル１０，２０から未反応の酸化剤および燃料
を排出するための配管７，９とが接続されている。
メタノールおよび酸化剤を供給するための配管６，８
と、各単セル１０，２０から未反応の酸化剤および燃料
を排出するための配管７，９とが接続されている。
【００２４】次に、図１により、図２に示す積層体２の
詳細な構成について説明する。なお図１においては、積
層体２の一部が分解して示されているが、実際の運転時
には各部材がシール等により密着されて一体となる。
詳細な構成について説明する。なお図１においては、積
層体２の一部が分解して示されているが、実際の運転時
には各部材がシール等により密着されて一体となる。
【００２５】図１に示すように、燃料電池１の積層体２
は、燃料の流れ方向が異なる第１および第２の単セル１
０，２０と、第１および第２の単セル１０，２０間に配
置されたセパレータ１４，１５，２４，２５とからなる
複合構造が上下方向に複数積層されることにより構成さ
れている。
は、燃料の流れ方向が異なる第１および第２の単セル１
０，２０と、第１および第２の単セル１０，２０間に配
置されたセパレータ１４，１５，２４，２５とからなる
複合構造が上下方向に複数積層されることにより構成さ
れている。
【００２６】ここで、第１および第２の単セル１０，２
０は電解質層１１，２１と、電解質層１１，２１の両側
に配置された燃料極１２，２２および酸化剤極１３，２
３とを有している。
０は電解質層１１，２１と、電解質層１１，２１の両側
に配置された燃料極１２，２２および酸化剤極１３，２
３とを有している。
【００２７】また、セパレータ１４，１５，２４，２５
はその片面に複数の溝を有し、第１および第２の単セル
１０，２０とセパレータ１４，１５，２４，２５とが密
着した際に第１および第２の単セル１０，２０とセパレ
ータ１４，２４との間に燃料極１２，２２に燃料を供給
するための燃料流路１４ａ，２４ａが形成され、また第
１および第２の単セル１０，２０とセパレータ１５，２
５との間に酸化剤極１３，２３に酸素および二酸化炭素
を含む空気等の酸化剤を供給するための酸化剤流路１５
ａ，２５ａが形成されるようになっている。
はその片面に複数の溝を有し、第１および第２の単セル
１０，２０とセパレータ１４，１５，２４，２５とが密
着した際に第１および第２の単セル１０，２０とセパレ
ータ１４，２４との間に燃料極１２，２２に燃料を供給
するための燃料流路１４ａ，２４ａが形成され、また第
１および第２の単セル１０，２０とセパレータ１５，２
５との間に酸化剤極１３，２３に酸素および二酸化炭素
を含む空気等の酸化剤を供給するための酸化剤流路１５
ａ，２５ａが形成されるようになっている。
【００２８】さらに、第１および第２の単セル１０，２
０、およびセパレータ１４，１５，２４，２５の両端部
にはマニホールド孔１６ａ，…，１９ａおよび連通孔４
０ａが穿設され、第１および第２の単セル１０，２０と
セパレータ１４，１５，２４，２５とが密着した際にマ
ニホールド１６，…，１９および連通路４０が形成され
るようになっている。
０、およびセパレータ１４，１５，２４，２５の両端部
にはマニホールド孔１６ａ，…，１９ａおよび連通孔４
０ａが穿設され、第１および第２の単セル１０，２０と
セパレータ１４，１５，２４，２５とが密着した際にマ
ニホールド１６，…，１９および連通路４０が形成され
るようになっている。
【００２９】具体的には、第１および第２の単セル１
０，２０、およびセパレータ１４，１５，２４，２５の
一方の端部には第１の単セル１０の燃料流路１４ａにメ
タノールおよび水（以下単にメタノールと総称する）を
供給するための第１のマニホールド１６と、第１および
第２の単セル１０，２０の酸化剤流路１５ａ，２５ａか
ら酸化剤を排出するための第２のマニホールド１７と、
第２の単セル２０の燃料流路２４ａから燃料を排出する
ための第４のマニホールド１９とが形成されている。
０，２０、およびセパレータ１４，１５，２４，２５の
一方の端部には第１の単セル１０の燃料流路１４ａにメ
タノールおよび水（以下単にメタノールと総称する）を
供給するための第１のマニホールド１６と、第１および
第２の単セル１０，２０の酸化剤流路１５ａ，２５ａか
ら酸化剤を排出するための第２のマニホールド１７と、
第２の単セル２０の燃料流路２４ａから燃料を排出する
ための第４のマニホールド１９とが形成されている。
【００３０】また、この一方の端部に対向する他方の端
部には第１および第２の単セル１０，２０の酸化剤流路
１５ａ，２５ａに酸化剤を供給するための第３のマニホ
ールド１８と、第１の単セル１０の燃料流路１４ａと第
２の単セル２０の燃料流路２４ａとを接続するための連
通路４０とが形成されている。
部には第１および第２の単セル１０，２０の酸化剤流路
１５ａ，２５ａに酸化剤を供給するための第３のマニホ
ールド１８と、第１の単セル１０の燃料流路１４ａと第
２の単セル２０の燃料流路２４ａとを接続するための連
通路４０とが形成されている。
【００３１】なお、本実施の形態に用いられる燃料電池
としては高温型の燃料電池が好ましく、特に溶融炭酸塩
型の燃料電池が好ましい。ここで、このような溶融炭酸
塩型の燃料電池を用いる場合には、電解質層１１，２１
としてアルカリ金属炭酸塩、例えば炭酸リチウムと炭酸
カリウムの混合塩を多孔質セラミックスに保持させたも
のを用いることが好ましく、また燃料極１２，２２とし
てニッケル系金属、酸化剤極１３，２３として酸化ニッ
ケルを用いることが好ましい。さらに、作動温度は６５
０℃程度とすることが好ましい。
としては高温型の燃料電池が好ましく、特に溶融炭酸塩
型の燃料電池が好ましい。ここで、このような溶融炭酸
塩型の燃料電池を用いる場合には、電解質層１１，２１
としてアルカリ金属炭酸塩、例えば炭酸リチウムと炭酸
カリウムの混合塩を多孔質セラミックスに保持させたも
のを用いることが好ましく、また燃料極１２，２２とし
てニッケル系金属、酸化剤極１３，２３として酸化ニッ
ケルを用いることが好ましい。さらに、作動温度は６５
０℃程度とすることが好ましい。
【００３２】次に、このような構成からなる本実施の形
態の作用について説明する。図１において、第１のマニ
ホールド１６および第３のマニホールド１８にはそれぞ
れ外部からメタノールおよび酸化剤が供給され、このう
ちメタノールは第１の単セル１０の燃料流路１４ａに供
給され、酸化剤は第１および第２の単セル１０，２０の
酸化剤流路１５ａ，２５ａに供給される。また、第１の
単セル１０の燃料流路１４ａに供給されたメタノール
は、水素を含有する燃料に改質された後、連通路４０を
介して第２の単セル２０の燃料流路２４ａに供給され
る。
態の作用について説明する。図１において、第１のマニ
ホールド１６および第３のマニホールド１８にはそれぞ
れ外部からメタノールおよび酸化剤が供給され、このう
ちメタノールは第１の単セル１０の燃料流路１４ａに供
給され、酸化剤は第１および第２の単セル１０，２０の
酸化剤流路１５ａ，２５ａに供給される。また、第１の
単セル１０の燃料流路１４ａに供給されたメタノール
は、水素を含有する燃料に改質された後、連通路４０を
介して第２の単セル２０の燃料流路２４ａに供給され
る。
【００３３】このとき第１の単セル１０の燃料流路１４
ａでは、外部から供給されたメタノールが酸化剤流路１
５ａにおける酸化剤の流れと対向して流れ、上式（１）
（２）で表される改質反応により水素を含有する燃料ガ
スが生成され、次いで、このようにして生成された燃料
と、酸化剤極１３側から電解質層１１を介して伝搬され
た炭酸イオンとの間で上式（３）で表される電池反応が
進行する。また酸化剤流路１５ａでは、酸化剤に含まれ
る酸素および二酸化炭素と、燃料極１２側から送られた
電子との間で上式（４）で表される電池反応が進行す
る。
ａでは、外部から供給されたメタノールが酸化剤流路１
５ａにおける酸化剤の流れと対向して流れ、上式（１）
（２）で表される改質反応により水素を含有する燃料ガ
スが生成され、次いで、このようにして生成された燃料
と、酸化剤極１３側から電解質層１１を介して伝搬され
た炭酸イオンとの間で上式（３）で表される電池反応が
進行する。また酸化剤流路１５ａでは、酸化剤に含まれ
る酸素および二酸化炭素と、燃料極１２側から送られた
電子との間で上式（４）で表される電池反応が進行す
る。
【００３４】また第２の単セル２０の燃料流路２４ａで
は、第１の単セル１０にて改質がなされた後の燃料が酸
化剤流路２５ａにおける酸化剤の流れと並行して流れ、
このようにして流れる燃料と、酸化剤極２３側から電解
質層２１を介して伝搬された炭酸イオンとの間で上式
（３）で表される電池反応が進行する。また酸化剤流路
２５ａでは、酸化剤に含まれる酸素および二酸化炭素
と、燃料極２２側から送られた電子との間で上式（４）
で表される電池反応が進行する。
は、第１の単セル１０にて改質がなされた後の燃料が酸
化剤流路２５ａにおける酸化剤の流れと並行して流れ、
このようにして流れる燃料と、酸化剤極２３側から電解
質層２１を介して伝搬された炭酸イオンとの間で上式
（３）で表される電池反応が進行する。また酸化剤流路
２５ａでは、酸化剤に含まれる酸素および二酸化炭素
と、燃料極２２側から送られた電子との間で上式（４）
で表される電池反応が進行する。
【００３５】このように本実施の形態によれば、外部か
ら供給されたメタノールおよびメタノールの改質により
生成された燃料が、第１の単セル１０にて酸化剤と対向
して流れた後、第２の単セル２０にて酸化剤と並行して
流れるので、メタノールの改質が行われる第１の単セル
１０では改質反応のための効率的な熱の輸送が実現され
るとともに、燃料と酸化剤との間の電池反応のみが行わ
れる第２の単セル２０では燃料と酸化剤とが並行して流
れることにより電池反応が効率的に行われる。その結
果、燃料電池全体の冷却効率を十分に高めるとともに燃
料電池内の温度分布を均一化することができ、このため
冷却のための動力エネルギーの低減および電流密度分布
の均一化等が実現されて燃料電池の発電効率を向上させ
ることができる。
ら供給されたメタノールおよびメタノールの改質により
生成された燃料が、第１の単セル１０にて酸化剤と対向
して流れた後、第２の単セル２０にて酸化剤と並行して
流れるので、メタノールの改質が行われる第１の単セル
１０では改質反応のための効率的な熱の輸送が実現され
るとともに、燃料と酸化剤との間の電池反応のみが行わ
れる第２の単セル２０では燃料と酸化剤とが並行して流
れることにより電池反応が効率的に行われる。その結
果、燃料電池全体の冷却効率を十分に高めるとともに燃
料電池内の温度分布を均一化することができ、このため
冷却のための動力エネルギーの低減および電流密度分布
の均一化等が実現されて燃料電池の発電効率を向上させ
ることができる。
【００３６】なお上述した実施の形態においては、第１
の単セル１０の酸化剤流路１５ａに供給される酸化剤の
流量と、第２の単セル２０の酸化剤流路２５ａに供給さ
れる酸化剤の流量とを第１および第２の単セル１０，２
０に供給される燃料の量や反応条件等の相違に応じて異
ならせてもよく、これにより上述した作用効果をさらに
効果的に奏することができる。ここで、このような流量
の変更は例えば、第３のマニホールド１８から酸化剤流
路１５ａ，２５ａに分岐する部分での流入口の大きさを
変えること等により行うことができる。
の単セル１０の酸化剤流路１５ａに供給される酸化剤の
流量と、第２の単セル２０の酸化剤流路２５ａに供給さ
れる酸化剤の流量とを第１および第２の単セル１０，２
０に供給される燃料の量や反応条件等の相違に応じて異
ならせてもよく、これにより上述した作用効果をさらに
効果的に奏することができる。ここで、このような流量
の変更は例えば、第３のマニホールド１８から酸化剤流
路１５ａ，２５ａに分岐する部分での流入口の大きさを
変えること等により行うことができる。
【００３７】また上述した実施の形態においては、燃料
の流れ方向が異なる第１および第２の単セル１０，２０
が隣接して配置されているが、第１および第２の単セル
１０，２０は必ずしも交互に配置される必要はなく、例
えば図３（ａ）に示すような配置としてもよい。なお、
このように配置される場合には、隣接した２つの第１の
単セル１０から排出された燃料を１つの連通路を介して
２つの第２の単セル２０のそれぞれに供給する他、各第
１の単セル１０に対応して設けられた別個の連通路を介
して対応する各第２の単セル２０に燃料を供給するよう
にしてもよい。さらに、図３（ｂ）に示すように１つの
第１の単セル１０から複数の第２の単セル２０に対して
燃料が供給されるようにしたり、１つの第２の単セル２
０に対して複数の第１の単セル１０から燃料が供給され
るようにしてもよい。なお、図３（ｂ）に示すように１
つの第１の単セル１０から２つの第２の単セル２０に対
して燃料が供給される場合には、２つの第２の単セル２
０間では出力電圧がほぼ同一となるので、図１に示す燃
料電池に比べて燃料電池全体での出力電圧のばらつきを
抑制することができる。
の流れ方向が異なる第１および第２の単セル１０，２０
が隣接して配置されているが、第１および第２の単セル
１０，２０は必ずしも交互に配置される必要はなく、例
えば図３（ａ）に示すような配置としてもよい。なお、
このように配置される場合には、隣接した２つの第１の
単セル１０から排出された燃料を１つの連通路を介して
２つの第２の単セル２０のそれぞれに供給する他、各第
１の単セル１０に対応して設けられた別個の連通路を介
して対応する各第２の単セル２０に燃料を供給するよう
にしてもよい。さらに、図３（ｂ）に示すように１つの
第１の単セル１０から複数の第２の単セル２０に対して
燃料が供給されるようにしたり、１つの第２の単セル２
０に対して複数の第１の単セル１０から燃料が供給され
るようにしてもよい。なお、図３（ｂ）に示すように１
つの第１の単セル１０から２つの第２の単セル２０に対
して燃料が供給される場合には、２つの第２の単セル２
０間では出力電圧がほぼ同一となるので、図１に示す燃
料電池に比べて燃料電池全体での出力電圧のばらつきを
抑制することができる。
【００３８】さらに上述した実施の形態においては、セ
パレータ１４，１５，２４，２５の表面に複数の溝を設
けることにより燃料流路１４ａ，２４ａおよび酸化剤流
路１５ａ，２５ａを形成しているが、燃料流路１４ａ，
２４ａおよび酸化剤流路１５ａ，２５ａの形成の仕方は
これに限定されるものではなく、燃料極１２，２２およ
び酸化剤極１３，２３の表面に溝を設けたり、セパレー
タ１４，１５，２４，２５と燃料極１２，２２および酸
化剤極１３，２３との間に波板を挿入するようにしても
よい。
パレータ１４，１５，２４，２５の表面に複数の溝を設
けることにより燃料流路１４ａ，２４ａおよび酸化剤流
路１５ａ，２５ａを形成しているが、燃料流路１４ａ，
２４ａおよび酸化剤流路１５ａ，２５ａの形成の仕方は
これに限定されるものではなく、燃料極１２，２２およ
び酸化剤極１３，２３の表面に溝を設けたり、セパレー
タ１４，１５，２４，２５と燃料極１２，２２および酸
化剤極１３，２３との間に波板を挿入するようにしても
よい。
【００３９】さらにまた上述した実施の形態においては
各セパレータ１４，１５，２４，２５に第１のマニホー
ルド孔１６ａ、第２のマニホールド孔１７ａ、第３のマ
ニホールド孔１８ａおよび第４のマニホールド孔１９ａ
が１つずつ穿設されているが、マニホールドが穿設され
る形態はこれに限定されるものではなく、各セパレータ
１４，１５，２４，２５に第１のマニホールド孔１６
ａ、第２のマニホールド孔１７ａ、第３のマニホールド
孔１８ａまたは第４のマニホールド孔１９ａが複数穿設
されるようにしてもよい。
各セパレータ１４，１５，２４，２５に第１のマニホー
ルド孔１６ａ、第２のマニホールド孔１７ａ、第３のマ
ニホールド孔１８ａおよび第４のマニホールド孔１９ａ
が１つずつ穿設されているが、マニホールドが穿設され
る形態はこれに限定されるものではなく、各セパレータ
１４，１５，２４，２５に第１のマニホールド孔１６
ａ、第２のマニホールド孔１７ａ、第３のマニホールド
孔１８ａまたは第４のマニホールド孔１９ａが複数穿設
されるようにしてもよい。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、燃
料電池全体の冷却効率を十分に高めるとともに燃料電池
内の温度分布を均一化することができ、このため冷却の
ための動力エネルギーの低減および電流密度分布の均一
化等が実現されて燃料電池の発電効率を向上させること
ができる。
料電池全体の冷却効率を十分に高めるとともに燃料電池
内の温度分布を均一化することができ、このため冷却の
ための動力エネルギーの低減および電流密度分布の均一
化等が実現されて燃料電池の発電効率を向上させること
ができる。
【図１】本発明による燃料電池の一実施の形態を説明す
るための分解斜視図。
るための分解斜視図。
【図２】燃料電池の全体構成を示す斜視図。
【図３】燃料電池の変形列を示す図。
【図４】従来の燃料電池を説明するための分解斜視図。
１ 燃料電池 ２ 積層体 １０，２０ 単セル １１，２１ 電解質層 １２，２２ 燃料極 １３，２３ 酸化剤極 １４，１５，２４，２５ セパレータ １４ａ，２４ａ 燃料流路 １５ａ，２５ａ 酸化剤流路 １６ 第１のマニホールド １７ 第２のマニホールド １８ 第３のマニホールド １９ 第４のマニホールド ４０ 連通路
Claims (5)
- 【請求項１】電解質層と、前記電解質層の両側に配置さ
れた燃料極および酸化剤極とを有する複数の単セルと、 前記複数の単セル間に配置されたセパレータとを備え、 前記各単セルは隣接するセパレータとの間で前記燃料極
に燃料を供給するための燃料流路と、前記酸化剤極に酸
化剤を供給するための酸化剤流路とを形成し、 前記複数の単セルは燃料流路の流れ方向と酸化剤流路の
流れ方向とが対向する第１の単セルと、燃料流路の流れ
方向と酸化剤流路の流れ方向とが並行する第２の単セル
とからなり、 前記第２の単セルの燃料流路は前記第１の単セルの燃料
流路と連通することを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】前記各単セルおよび前記セパレータは互い
に対向する一方および他方の端部を有し、 前記一方の端部には前記第１の単セルの燃料流路にメタ
ノールを供給するための第１のマニホールドと、前記第
１および第２の単セルの酸化剤流路から酸化剤を排出す
るための第２のマニホールドとが形成され、 前記他方の端部には前記第１および第２の単セルの酸化
剤流路に酸化剤を供給するための第３のマニホールド
と、前記第２の単セルの燃料流路と前記第１の単セルの
燃料流路とを連通する連通路とが形成されていることを
特徴とする請求項１記載の燃料電池。 - 【請求項３】前記一方の端部には前記第２の単セルの燃
料流路から燃料を排出するための第４のマニホールドが
さらに形成されていることを特徴とする請求項２記載の
燃料電池。 - 【請求項４】前記第１の単セルの酸化剤流路に供給され
る酸化剤の流量と、前記第２の単セルの酸化剤流路に供
給される酸化剤の流量とが異なることを特徴とする請求
項１乃至３のいずれか記載の燃料電池。 - 【請求項５】前記燃料電池は溶融炭酸塩型の燃料電池で
あることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の
燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9231278A JPH1167258A (ja) | 1997-08-27 | 1997-08-27 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9231278A JPH1167258A (ja) | 1997-08-27 | 1997-08-27 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1167258A true JPH1167258A (ja) | 1999-03-09 |
Family
ID=16921105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9231278A Withdrawn JPH1167258A (ja) | 1997-08-27 | 1997-08-27 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1167258A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999052166A3 (en) * | 1998-04-07 | 2000-01-20 | Univ Delft Tech | Method of converting a carbon-comprising material, method of operating a fuel cell stack, and a fuel cell |
| JP2003092129A (ja) * | 2001-09-14 | 2003-03-28 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池スタックおよびその反応ガス供給方法 |
| US6858338B2 (en) * | 2001-03-06 | 2005-02-22 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Solid polymer electrolyte fuel cell assembly, fuel cell stack, and method of supplying reaction gas in fuel cell |
| CN1310360C (zh) * | 2002-11-28 | 2007-04-11 | 株式会社东芝 | 直接型燃料电池发电装置 |
| US20100009238A1 (en) * | 2007-01-29 | 2010-01-14 | Sogo Goto | Fuel cell and separator constituting the same |
| JP2012532429A (ja) * | 2009-07-06 | 2012-12-13 | トプサー・フューエル・セル・アクチエゼルスカベット | 燃料電池スタック又は電解質セルスタックにおける組み合わされたフローパターン |
| JP2013527564A (ja) * | 2010-04-15 | 2013-06-27 | セラミック・フューエル・セルズ・リミテッド | 燃料電池スタックにおける熱管理 |
| WO2014068168A1 (en) | 2012-10-31 | 2014-05-08 | Elcogen Oy | Method and arrangement for feeding reactants into a fuel cell stack and an electrolyzer stack |
-
1997
- 1997-08-27 JP JP9231278A patent/JPH1167258A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999052166A3 (en) * | 1998-04-07 | 2000-01-20 | Univ Delft Tech | Method of converting a carbon-comprising material, method of operating a fuel cell stack, and a fuel cell |
| US6607853B1 (en) | 1998-04-07 | 2003-08-19 | Technische Universitiet Delft | Method of converting a carbon-comprising material, method of operating a fuel cell stack, and a fuel cell |
| US6858338B2 (en) * | 2001-03-06 | 2005-02-22 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Solid polymer electrolyte fuel cell assembly, fuel cell stack, and method of supplying reaction gas in fuel cell |
| JP2003092129A (ja) * | 2001-09-14 | 2003-03-28 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池スタックおよびその反応ガス供給方法 |
| JP4612977B2 (ja) * | 2001-09-14 | 2011-01-12 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタックおよびその反応ガス供給方法 |
| CN1310360C (zh) * | 2002-11-28 | 2007-04-11 | 株式会社东芝 | 直接型燃料电池发电装置 |
| US20100009238A1 (en) * | 2007-01-29 | 2010-01-14 | Sogo Goto | Fuel cell and separator constituting the same |
| US8993188B2 (en) * | 2007-01-29 | 2015-03-31 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaishi | Fuel cell and separator constituting the same |
| JP2012532429A (ja) * | 2009-07-06 | 2012-12-13 | トプサー・フューエル・セル・アクチエゼルスカベット | 燃料電池スタック又は電解質セルスタックにおける組み合わされたフローパターン |
| JP2013527564A (ja) * | 2010-04-15 | 2013-06-27 | セラミック・フューエル・セルズ・リミテッド | 燃料電池スタックにおける熱管理 |
| US9373862B2 (en) | 2010-04-15 | 2016-06-21 | Chaozhou Three-Circle (Group) Co., Ltd. | Thermal management in a fuel cell stack |
| WO2014068168A1 (en) | 2012-10-31 | 2014-05-08 | Elcogen Oy | Method and arrangement for feeding reactants into a fuel cell stack and an electrolyzer stack |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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