JPS61148768A - 溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池Info
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- JPS61148768A JPS61148768A JP59269988A JP26998884A JPS61148768A JP S61148768 A JPS61148768 A JP S61148768A JP 59269988 A JP59269988 A JP 59269988A JP 26998884 A JP26998884 A JP 26998884A JP S61148768 A JPS61148768 A JP S61148768A
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- cooling plate
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- fuel gas
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
- H01M8/04074—Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
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- H—ELECTRICITY
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- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
- H01M2300/0051—Carbonates
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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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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕゛
本発明は□、溶融炭酸塩型燃料電池の改良に関する。
゛ 〔発明の技術的背景とその問題点〕 ゛近年、次世
代の燃料電池として溶融炭酸塩型燃料電池の開発が進め
られている。溶融炭酸塩型燃料電池は、炭酸塩からなる
電解質を高温下で溶融状態にし、電極反応を生−起ｄせ
るもので、リン酸型、固体電解質型等の他の燃料電池に
比べ、電極反応が起り易″り、′発電熱効率が高いうえ
、高価な貴会−触媒を必−としない城の特長を有してい
る。
゛ 〔発明の技術的背景とその問題点〕 ゛近年、次世
代の燃料電池として溶融炭酸塩型燃料電池の開発が進め
られている。溶融炭酸塩型燃料電池は、炭酸塩からなる
電解質を高温下で溶融状態にし、電極反応を生−起ｄせ
るもので、リン酸型、固体電解質型等の他の燃料電池に
比べ、電極反応が起り易″り、′発電熱効率が高いうえ
、高価な貴会−触媒を必−としない城の特長を有してい
る。
ところで、このような溶融炭酸塩型燃料電池では１つの
燃料電池で得゛られる起電力が１■と低いため、高出力
”の発電プラントを構成するには、複数の単位電゛池を
直列に積層して燃料電池本体を構成し、各単位電池の加
算出力を得るようにしなければならない。したがって、
この種の燃料電池は、次のように構成される。
燃料電池で得゛られる起電力が１■と低いため、高出力
”の発電プラントを構成するには、複数の単位電゛池を
直列に積層して燃料電池本体を構成し、各単位電池の加
算出力を得るようにしなければならない。したがって、
この種の燃料電池は、次のように構成される。
すなわち、各単位電池は一対の多孔質電極板（アノード
電極とカソード電極）と、これらの間に介在されたアル
カリ炭酸塩からなる電解質層とで構成される。これら単
位電池は、セパレータを介して積層される。セパレータ
は、各単位電池間の電気的な接続機能と、各電極板への
反応ガスの通路を形成する機能とを兼備えたものである
。
電極とカソード電極）と、これらの間に介在されたアル
カリ炭酸塩からなる電解質層とで構成される。これら単
位電池は、セパレータを介して積層される。セパレータ
は、各単位電池間の電気的な接続機能と、各電極板への
反応ガスの通路を形成する機能とを兼備えたものである
。
燃料電池本体の４つの側面には、反応ガスの分配、回収
機能を有するマニホールドが当てがわれている。そして
、これらマニホールドのうちの一つに酸化剤ガスを供給
するとともに隣接するマニホールドに燃料ガスを供給し
、単位電池の両面に両ガスを直交するように通流させ、
アノード側電極において、 Ｈ２＋ＧＯ３２−−＋Ｈ２０＋ＣＯ２＋２６−なる反応
を、またカソード側電極において、１／２０２ ＋ＧＯ
２＋２ｅ−−＋００ｇ ２−なる反応を生起せしめ、直
流出力を得た後、それぞれの対向するマニホールドから
ガスを排出させるようにしている。なお、各単位電池の
周縁部には、上記両反応ガスの燃料電池本体内部におけ
る交差混合を防止するため溶融炭酸塩によるウェットシ
ールが形成される。また、燃料電池本体とマニホールド
との闇にも、上記両ガスの漏洩を防止するためのウェッ
トシールが形成される。
機能を有するマニホールドが当てがわれている。そして
、これらマニホールドのうちの一つに酸化剤ガスを供給
するとともに隣接するマニホールドに燃料ガスを供給し
、単位電池の両面に両ガスを直交するように通流させ、
アノード側電極において、 Ｈ２＋ＧＯ３２−−＋Ｈ２０＋ＣＯ２＋２６−なる反応
を、またカソード側電極において、１／２０２ ＋ＧＯ
２＋２ｅ−−＋００ｇ ２−なる反応を生起せしめ、直
流出力を得た後、それぞれの対向するマニホールドから
ガスを排出させるようにしている。なお、各単位電池の
周縁部には、上記両反応ガスの燃料電池本体内部におけ
る交差混合を防止するため溶融炭酸塩によるウェットシ
ールが形成される。また、燃料電池本体とマニホールド
との闇にも、上記両ガスの漏洩を防止するためのウェッ
トシールが形成される。
ところで、燃料電池本体は上記の化学反応によって電力
と同時に熱を発生する。この熱を除去しないと、溶融炭
酸塩型燃料電池の運転温度範囲である６００〜７００℃
を超えてしまい、効果的な電極反応を促すことが不可能
になる。ところが、燃料電池本体は、４つの側面がマニ
ホールドで覆われているため熱除去能力が低く、しかも
構造上、外部冷却手段を付加することができない。
と同時に熱を発生する。この熱を除去しないと、溶融炭
酸塩型燃料電池の運転温度範囲である６００〜７００℃
を超えてしまい、効果的な電極反応を促すことが不可能
になる。ところが、燃料電池本体は、４つの側面がマニ
ホールドで覆われているため熱除去能力が低く、しかも
構造上、外部冷却手段を付加することができない。
そこで、従来は酸化剤ガスを冷却材としても用い、この
酸化剤ガスを燃料電池本体内部に過剰に供給することに
よって燃料電池本体の内部を冷却するようにしていた。
酸化剤ガスを燃料電池本体内部に過剰に供給することに
よって燃料電池本体の内部を冷却するようにしていた。
しかしながら、この方法では次のような問題があった。
すなわち、燃料電池本体での反応速度を高めるには酸化
剤ガスを燃料電池本体に供給するに先立って、反応温度
近くまで予熱する必要がある。したがって、酸化剤ガス
を冷却材として使用する場合には、入口・出口温度差を
大きくすることができない。つまり、冷却効率が悪い。
剤ガスを燃料電池本体に供給するに先立って、反応温度
近くまで予熱する必要がある。したがって、酸化剤ガス
を冷却材として使用する場合には、入口・出口温度差を
大きくすることができない。つまり、冷却効率が悪い。
これをカバーするには、酸化剤ガスを電極反応に寄与さ
せる量よりも遥かに過剰に供給しなければならないので
、酸化剤ガスの利用率が低くなるのを免れ得ない。また
、酸化剤ガスの利用率が低くなる結果、酸化剤ガス中の
反応物質（０２、ＣＯ２）の分圧が低くなり、性能低下
につながるという問題もあった。
せる量よりも遥かに過剰に供給しなければならないので
、酸化剤ガスの利用率が低くなるのを免れ得ない。また
、酸化剤ガスの利用率が低くなる結果、酸化剤ガス中の
反応物質（０２、ＣＯ２）の分圧が低くなり、性能低下
につながるという問題もあった。
さらには、上記の方法では酸化剤ガスを燃料ガスよりも
大流量で供給しなければならないため、燃料電池本体内
部において酸化剤ガスと燃料ガスとの間に大きな圧力差
を生じる。このため、電解質が燃料ガス側に押しやられ
、燃料ガスと酸化剤ガスの交差混合をか起り易く、効率
低下の原因となるという問題があった。
大流量で供給しなければならないため、燃料電池本体内
部において酸化剤ガスと燃料ガスとの間に大きな圧力差
を生じる。このため、電解質が燃料ガス側に押しやられ
、燃料ガスと酸化剤ガスの交差混合をか起り易く、効率
低下の原因となるという問題があった。
本発明はこのような種々の問題に鑑みなされたものであ
り、その目的とするところは、酸化剤ガスの利用効率を
高め、燃料ガスと酸化剤ガスとの間の交差混合を防止で
きる溶融炭酸塩型燃料電池を提供することにある。
り、その目的とするところは、酸化剤ガスの利用効率を
高め、燃料ガスと酸化剤ガスとの間の交差混合を防止で
きる溶融炭酸塩型燃料電池を提供することにある。
本発明は、複数の単位電池を積層してなる燃料電池本体
と、上記各単位電池の反応ガス流路に反応ガスを導くマ
ニ、ホールドとを備えた燃料電池において、所定の前記
単位電池間に、内部に前記反応ガスの流路を形成した冷
却板を介在させ、この冷却板に外部から反応ガスを導入
し、冷却板内部を上記反応ガスが通流することによって
前記燃料電池本体が冷却され、同時に上記反応ガスが予
熱される構造にしたことを特徴としている。
と、上記各単位電池の反応ガス流路に反応ガスを導くマ
ニ、ホールドとを備えた燃料電池において、所定の前記
単位電池間に、内部に前記反応ガスの流路を形成した冷
却板を介在させ、この冷却板に外部から反応ガスを導入
し、冷却板内部を上記反応ガスが通流することによって
前記燃料電池本体が冷却され、同時に上記反応ガスが予
熱される構造にしたことを特徴としている。
〔発明の効果〕
本発明によれば、燃料電池本体に反応ガスを導入するの
に先立って、上記反応ガスを一度冷却板の内部に通流さ
せるようにしているので、これによって燃料電池本体は
冷却され、逆に反応ガスは予熱される。つまり（この場
合には供給する反応ガスの温度は低くても良いので冷却
効率が良く、従来のように酸化剤ガスを大量に供給する
必要がなくなる。
に先立って、上記反応ガスを一度冷却板の内部に通流さ
せるようにしているので、これによって燃料電池本体は
冷却され、逆に反応ガスは予熱される。つまり（この場
合には供給する反応ガスの温度は低くても良いので冷却
効率が良く、従来のように酸化剤ガスを大量に供給する
必要がなくなる。
このように、本発明によれば酸化剤ガスを本来の反応に
寄与する分だけ供給するようにしても燃料電池本体の冷
却は損われないため、酸化剤ガスの利用率を高めること
ができる。また、酸化剤ガスを大量に供給する必要がな
くなるため、酸化剤ガスと燃料ガスとの間の圧力差も低
減でき、両ガスの交差混合の発生確率も少なくすること
ができる。
寄与する分だけ供給するようにしても燃料電池本体の冷
却は損われないため、酸化剤ガスの利用率を高めること
ができる。また、酸化剤ガスを大量に供給する必要がな
くなるため、酸化剤ガスと燃料ガスとの間の圧力差も低
減でき、両ガスの交差混合の発生確率も少なくすること
ができる。
更には、従来より低温の反応ガスを供給できるので、供
給ガス結合部の材料制約が少なくなるという利点も有し
ている。
給ガス結合部の材料制約が少なくなるという利点も有し
ている。
なお、冷却板の内部を通流する反応ガスの流量を、たと
えば弁やオリスイスなどによって中心部程多くなるよう
に工夫すれば、温度分布を均一にすることが可能である
。
えば弁やオリスイスなどによって中心部程多くなるよう
に工夫すれば、温度分布を均一にすることが可能である
。
（発明の実施例〕
以下、第１図〜第６図を参照して本発明の第１の実施例
に係る溶融炭酸塩型燃料電池について説明する。
に係る溶融炭酸塩型燃料電池について説明する。
第１図は、この実施例に係る燃料電池の外観を示すもの
で、図中１は、全体が長方形でかつ側部の３つの稜部２
ａ、 ２ｂ、 ２Ｃを僅か平坦に形成した燃料電池本体
である。この燃料電池本体りは、複数の電池ブロック３
を図中縦方向に積層したものである。この燃料電池本体
１９対向する１つの側面には、酸化剤ガスの導入・排出
用のマニホールド４ａ、 ４ｂが取付けられている。こ
れら酸化剤ガス用のマニホールド４ａ、 ４ｂには酸化
剤ガスの導入管５ａまたは同排出管５ｂが接続されてい
る。また、これら側面と隣接する側面で、各電池ブロッ
ク３の側面には燃料ガスの導入・排出用マニホールド６
ａ。
で、図中１は、全体が長方形でかつ側部の３つの稜部２
ａ、 ２ｂ、 ２Ｃを僅か平坦に形成した燃料電池本体
である。この燃料電池本体りは、複数の電池ブロック３
を図中縦方向に積層したものである。この燃料電池本体
１９対向する１つの側面には、酸化剤ガスの導入・排出
用のマニホールド４ａ、 ４ｂが取付けられている。こ
れら酸化剤ガス用のマニホールド４ａ、 ４ｂには酸化
剤ガスの導入管５ａまたは同排出管５ｂが接続されてい
る。また、これら側面と隣接する側面で、各電池ブロッ
ク３の側面には燃料ガスの導入・排出用マニホールド６
ａ。
６ｂが取付けられている。
第２図は上記電池ブロック３の１つを取出して示したも
のである。すなわち、この電池ブロック３は、上部冷却
板１１と中間冷却板１２との閤および中間冷却板１２と
下部冷却板１３との間に、これら冷却板１１〜１３とそ
れぞれ熱的に接続されるように単位電池積層体１４を介
在させて構成されたものである。
のである。すなわち、この電池ブロック３は、上部冷却
板１１と中間冷却板１２との閤および中間冷却板１２と
下部冷却板１３との間に、これら冷却板１１〜１３とそ
れぞれ熱的に接続されるように単位電池積層体１４を介
在させて構成されたものである。
単位電池積層体１４は、第３図に示すように、複数の単
位電池１５をセパレータ１６を介して積層されたもので
ある。単位電池１５は、ニッケル合金系からなる一対の
多孔質電橋板（カソード電極とアノード電極） １７ａ
、 １７ｂの間に電解質板１８を介挿して構成されて
いる。電解質板１８は、例えば炭酸リチウムや炭酸カリ
ウムなどを混合してなる炭酸塩電解質をリチウムアルミ
ネートなどのセラミック系保持材で保持してなるもので
ある。セパレータ１Ｇは導電性材料で形成された板状体
の両面に、互いに直交する方向に延びる複数本の溝１９
ａ 、 １９ｂを形成し、これら溝１９ａ 、 １９ｂ
をそれぞれ酸化剤ガスＱと燃料ガスＰの流路としている
。
位電池１５をセパレータ１６を介して積層されたもので
ある。単位電池１５は、ニッケル合金系からなる一対の
多孔質電橋板（カソード電極とアノード電極） １７ａ
、 １７ｂの間に電解質板１８を介挿して構成されて
いる。電解質板１８は、例えば炭酸リチウムや炭酸カリ
ウムなどを混合してなる炭酸塩電解質をリチウムアルミ
ネートなどのセラミック系保持材で保持してなるもので
ある。セパレータ１Ｇは導電性材料で形成された板状体
の両面に、互いに直交する方向に延びる複数本の溝１９
ａ 、 １９ｂを形成し、これら溝１９ａ 、 １９ｂ
をそれぞれ酸化剤ガスＱと燃料ガスＰの流路としている
。
第４図は下部冷却板１３を、第５図は中間冷却板１２を
、また第６図は上部冷却板１１をそれぞれ示す平面図で
ある。即ち、これら各冷却板１１〜１３は全体が四角形
に形成されており、前述した燃料電池本体１の稜部２ａ
を構成する隅部１３ａ 、 １２ａ 、 １１ａ 。
、また第６図は上部冷却板１１をそれぞれ示す平面図で
ある。即ち、これら各冷却板１１〜１３は全体が四角形
に形成されており、前述した燃料電池本体１の稜部２ａ
を構成する隅部１３ａ 、 １２ａ 、 １１ａ 。
同稜部２ｂを構成する隅部１３ｂ 、 １２ｂ 、 Ｉ
ｌｂおよび同稜部２Ｃを構成する隅部１３ｃ 、 １２
ｃ 、 ｌｌｃが僅か平坦に形成され、かつ内部にガス
流路２１．２２．２３をそれぞれ形成したものとなって
いる。これらガス流路２１〜２３は、反応ガスと単位電
池積層体１４との閣の熱交換効率を良好にするため、そ
れぞれ蛇行屈曲して形成されている。そして、下部冷却
板１３の隅部１３ａには、燃料ガスの導入管２４が接続
されており、また、燃料電池本体１ｐ燃料ガス導入側の
マニホールド６ａが取付けられる側面を構成する辺部１
３ｄには、燃料ガスの排出管２５が接続されている。こ
の排出管２５は、第２図にも示すように、例えばアルミ
ナ、金属などの多孔質体からなるものであり、その先端
部が上部冷却板１１まで延出し、燃料ガスＰを電池積層
体１４に均一に供給し得る構造となっている。また、上
部冷却板１１は、第６図に示すように、燃料電池本体エ
ル燃料ガス排出側のマニホールド６ｂが取付けられた側
面に排出ガスの導入０２６を有し、隅部１１ｃに排出！
２１を接続したものとなっている。ざらに中間冷却板１
２は、隅部１２ｂに空気Ｃの導入管２８を接続し、燃料
電池本体上ｐ、酸化剤ガスの導入用のマニホールド４ａ
が取付けられに゛側面を構成する辺部に上記空気Ｃの排
出管２９を接続し゛たもめ′となっている。そして、上
′記空気Ｃの排出管７つも前記燃料ガスＰの排出管２６
ど同様多孔質体で構成され、排出′ガスが均一に分散さ
れる工□芙がなされている。
ｌｂおよび同稜部２Ｃを構成する隅部１３ｃ 、 １２
ｃ 、 ｌｌｃが僅か平坦に形成され、かつ内部にガス
流路２１．２２．２３をそれぞれ形成したものとなって
いる。これらガス流路２１〜２３は、反応ガスと単位電
池積層体１４との閣の熱交換効率を良好にするため、そ
れぞれ蛇行屈曲して形成されている。そして、下部冷却
板１３の隅部１３ａには、燃料ガスの導入管２４が接続
されており、また、燃料電池本体１ｐ燃料ガス導入側の
マニホールド６ａが取付けられる側面を構成する辺部１
３ｄには、燃料ガスの排出管２５が接続されている。こ
の排出管２５は、第２図にも示すように、例えばアルミ
ナ、金属などの多孔質体からなるものであり、その先端
部が上部冷却板１１まで延出し、燃料ガスＰを電池積層
体１４に均一に供給し得る構造となっている。また、上
部冷却板１１は、第６図に示すように、燃料電池本体エ
ル燃料ガス排出側のマニホールド６ｂが取付けられた側
面に排出ガスの導入０２６を有し、隅部１１ｃに排出！
２１を接続したものとなっている。ざらに中間冷却板１
２は、隅部１２ｂに空気Ｃの導入管２８を接続し、燃料
電池本体上ｐ、酸化剤ガスの導入用のマニホールド４ａ
が取付けられに゛側面を構成する辺部に上記空気Ｃの排
出管２９を接続し゛たもめ′となっている。そして、上
′記空気Ｃの排出管７つも前記燃料ガスＰの排出管２６
ど同様多孔質体で構成され、排出′ガスが均一に分散さ
れる工□芙がなされている。
次にこのように構成された燃料電池の動作について説明
する。“ いま、燃料ガスＰの導入管２４から低温の燃料ガスｐ４
供給′すると、′燃料ガス′Ｐは、下部冷却板１１のガ
ス流鯖２１を蛇行進行して同板１３の排出管２５かｄｉ
出ぎれる。下部冷却板１３は、その上面に単位電池積層
体１−４が接するとともに、隣接する電池ブロック３の
上部冷却板１１がその下面に接しており、己かもこれら
ｉ、共社内部に高温ガスが通流したら発熱したらしてい
る。したがって、この下部冷却板１３メ内部を一流する
燃料ガスＰは予熱され、これにｉする単位電池積層体１
４は冷却される。排出管２５から排出される燃料ガスＰ
は、マニホールド６ａに集めへれ、セパレータ１６の溝
１・９ｂを介して単位電池積層体１４の内部に導入され
る。十分に予熱された燃料ガスＰは、ここで前述した電
気化学的反応に供され、゛′対向するマニホールド６ｂ
に集められ、さらに上部冷却板１１の導入口２６から同
板１１の内部に導入される。冷却板１１の内部に導入さ
れた燃料ガスＰは、隣接する電池ブロック３の冷却板１
３を通流す６燃料ガスＰを予熱する。
する。“ いま、燃料ガスＰの導入管２４から低温の燃料ガスｐ４
供給′すると、′燃料ガス′Ｐは、下部冷却板１１のガ
ス流鯖２１を蛇行進行して同板１３の排出管２５かｄｉ
出ぎれる。下部冷却板１３は、その上面に単位電池積層
体１−４が接するとともに、隣接する電池ブロック３の
上部冷却板１１がその下面に接しており、己かもこれら
ｉ、共社内部に高温ガスが通流したら発熱したらしてい
る。したがって、この下部冷却板１３メ内部を一流する
燃料ガスＰは予熱され、これにｉする単位電池積層体１
４は冷却される。排出管２５から排出される燃料ガスＰ
は、マニホールド６ａに集めへれ、セパレータ１６の溝
１・９ｂを介して単位電池積層体１４の内部に導入され
る。十分に予熱された燃料ガスＰは、ここで前述した電
気化学的反応に供され、゛′対向するマニホールド６ｂ
に集められ、さらに上部冷却板１１の導入口２６から同
板１１の内部に導入される。冷却板１１の内部に導入さ
れた燃料ガスＰは、隣接する電池ブロック３の冷却板１
３を通流す６燃料ガスＰを予熱する。
一方、導入管２８から中間冷却板１２の内部に低温の空
気Ｃを導入すると、空気Ｃは、ガス流路２２を蛇行進行
して排出管２９から酸化剤ガス導入用のマニホールド４
ａの内部に集められる。この間、空気Ｃは隣接する単位
電池積層体１４を冷却するとともに、これら単位電池積
層体１４によって予熱される。
気Ｃを導入すると、空気Ｃは、ガス流路２２を蛇行進行
して排出管２９から酸化剤ガス導入用のマニホールド４
ａの内部に集められる。この間、空気Ｃは隣接する単位
電池積層体１４を冷却するとともに、これら単位電池積
層体１４によって予熱される。
−二ホールド４ａには導入管５ａ４介Ｃて炭酸ガス強化
のための酸化剤ガスＱが導入されており、このガスＱと
空気Ｃとを混合してなる酸化剤混合ガスＣ＋Ｑは、セパ
レータ１６の満１９ａを介して単位電池積層体１４の内
部に導入される。十分に予熱された酸化剤混合ガスＣ−
１−Ｑは、ここで前述した電気化学的反応に供され、対
向するマニホールド４ｂに集められ、さらに排出管５ｂ
を介して外部に排出される。
のための酸化剤ガスＱが導入されており、このガスＱと
空気Ｃとを混合してなる酸化剤混合ガスＣ＋Ｑは、セパ
レータ１６の満１９ａを介して単位電池積層体１４の内
部に導入される。十分に予熱された酸化剤混合ガスＣ−
１−Ｑは、ここで前述した電気化学的反応に供され、対
向するマニホールド４ｂに集められ、さらに排出管５ｂ
を介して外部に排出される。
このような本実施例に係る燃料電池によれば；低温め燃
料ガスＰと空気Ｑとを導入することにょうて一燃料電池
本体上の内部め効果的な浴部と、これらガスの予熱とを
同時に行ムうことができる。
料ガスＰと空気Ｑとを導入することにょうて一燃料電池
本体上の内部め効果的な浴部と、これらガスの予熱とを
同時に行ムうことができる。
したがって、冷却のために麹化剤ガスａ４余計に流す必
要がないので、前述した各種の効果を奏することができ
る。そして、この場合には、燃料電池本体上が複数の電
池ブロック３に分割され、各ブロック３毎に燃料ガス供
給・排出用のマニホールド６ａ、 ６ｂを設けているの
で、積層体の熱的な収縮等によるマニホールドフランジ
部でのガスの漏れを効果的に防止できる。また、隣接す
るブロック−で冷却板１１．１３が接触しているので、
両者の間で熱交換が行なえ、反応ガスの速やかな予熱が
可能になる。
要がないので、前述した各種の効果を奏することができ
る。そして、この場合には、燃料電池本体上が複数の電
池ブロック３に分割され、各ブロック３毎に燃料ガス供
給・排出用のマニホールド６ａ、 ６ｂを設けているの
で、積層体の熱的な収縮等によるマニホールドフランジ
部でのガスの漏れを効果的に防止できる。また、隣接す
るブロック−で冷却板１１．１３が接触しているので、
両者の間で熱交換が行なえ、反応ガスの速やかな予熱が
可能になる。
次に、第７図〜第１０図を参照して本発明の第２の実施
例について説明する。
例について説明する。
この実施例は燃料ガスの供給用マニホールドに内部マニ
ホールドを用いたものである。すなわち、第７図におい
て、Ｊ−は全体が長方形モかつ積層構造の燃料電池本体
である。この燃料電池本体３１は、エンドプレートを兼
用する上部冷却板３３ａおよび下部冷却板３３ｂの間に
複電の単位電池３４を合パレ以後、説明を簡単にｉるた
め、燃料電池本体３１の側ｉで後述するところの外部マ
ニホールドが取付けらｉる一対の対向面をそれセれＡ、
Ａ′ｍと定義し、これらに隣接する一対の対向面をＢ
、Ｂ’面と定義する。 ゛ ′単位
電池３４は、第８図にも示すように、アノード電極板３
７ａとカソード電極板３７ｂとの間に電解質板３８を介
挿し、さらにアノード側集電板３７ａにアノード側集電
板３９ａを添設するとともにカソード電極板３７ｂ側に
カソード側集電板３９ｂを添設して構成されている。電
解質板３８には、Ａ、Ａ’面を構成する両端部の近傍位
置に等間隔で複数の貫通孔４０が形成されている。また
、アノード側集電板３９ａは例えばニッケルの海綿状金
属からなり、力ソード側集電板３９ｂは例えばステンレ
ス鋼（ＳｔＪ’８３１６等）の海綿状金属からなるもの
である。
ホールドを用いたものである。すなわち、第７図におい
て、Ｊ−は全体が長方形モかつ積層構造の燃料電池本体
である。この燃料電池本体３１は、エンドプレートを兼
用する上部冷却板３３ａおよび下部冷却板３３ｂの間に
複電の単位電池３４を合パレ以後、説明を簡単にｉるた
め、燃料電池本体３１の側ｉで後述するところの外部マ
ニホールドが取付けらｉる一対の対向面をそれセれＡ、
Ａ′ｍと定義し、これらに隣接する一対の対向面をＢ
、Ｂ’面と定義する。 ゛ ′単位
電池３４は、第８図にも示すように、アノード電極板３
７ａとカソード電極板３７ｂとの間に電解質板３８を介
挿し、さらにアノード側集電板３７ａにアノード側集電
板３９ａを添設するとともにカソード電極板３７ｂ側に
カソード側集電板３９ｂを添設して構成されている。電
解質板３８には、Ａ、Ａ’面を構成する両端部の近傍位
置に等間隔で複数の貫通孔４０が形成されている。また
、アノード側集電板３９ａは例えばニッケルの海綿状金
属からなり、力ソード側集電板３９ｂは例えばステンレ
ス鋼（ＳｔＪ’８３１６等）の海綿状金属からなるもの
である。
セパレータ３５は、第９図に示すよう′に構成されてい
る。すなわち、図中５１は導電性材料で形成され、電解
質層３８の貫通孔４０と同軸関係にある燃料ガス通流用
の貫通孔５２を有した薄板である。この薄板５１のカソ
ード側集電板３９ｂに対向する面のＢ。
る。すなわち、図中５１は導電性材料で形成され、電解
質層３８の貫通孔４０と同軸関係にある燃料ガス通流用
の貫通孔５２を有した薄板である。この薄板５１のカソ
ード側集電板３９ｂに対向する面のＢ。
Ｂ′面側の縁部には、Ａ面からＡ′面へと酸化剤ガスを
通流させる酸化剤ガス′流路りを形成するための段付き
の突条５３が設けられて”いる。この突条５３はまた、
その段部でカソ−ド側集電板３９ｂを支持し、その上端
部でカソード電極板３７ｂを支持するものである。一方
、上記薄板５１のアノード側集電板３９ａと対向する面
の周縁部には、上記Ａ′面側の貫通孔５２からＡ面側の
貫通孔５２へと燃料ガス゛を通流させる燃料ガス流路を
形成するとともに燃料電池本体と−の側面から燃料ガス
が漏洩するのを防止するための環状突周壁５４が設けら
れている。”この−状突周壁５４は、その内周面でアノ
ード側集電板３９ａおよびアノードＮ極板３７’ａの位
置を規制するが、燃料ガスの通流を妨げないように貫通
孔５２の部分に切欠部５５を形成したものとなっている
。
通流させる酸化剤ガス′流路りを形成するための段付き
の突条５３が設けられて”いる。この突条５３はまた、
その段部でカソ−ド側集電板３９ｂを支持し、その上端
部でカソード電極板３７ｂを支持するものである。一方
、上記薄板５１のアノード側集電板３９ａと対向する面
の周縁部には、上記Ａ′面側の貫通孔５２からＡ面側の
貫通孔５２へと燃料ガス゛を通流させる燃料ガス流路を
形成するとともに燃料電池本体と−の側面から燃料ガス
が漏洩するのを防止するための環状突周壁５４が設けら
れている。”この−状突周壁５４は、その内周面でアノ
ード側集電板３９ａおよびアノードＮ極板３７’ａの位
置を規制するが、燃料ガスの通流を妨げないように貫通
孔５２の部分に切欠部５５を形成したものとなっている
。
薄板５１のＡ′面側の貫通孔５２が形成された位−には
、燃料ガス導入用の複数の内部マニホールド管５６ａが
突設されており、同Ａ面側の貫通孔５２が形成された位
置には、燃料ガス排出用の複数の内部マニホールド菅５
６ｂが突設されている。この内部マニホールド管５６ａ
、 ５６ｂは、例えばアルミナ等の絶縁性部材で形成
されており、その長さは、カソード側集電板３９ｂとカ
ソード電極板３７ｂと電解質層３８の厚みを加えた長さ
に設定されている。
、燃料ガス導入用の複数の内部マニホールド管５６ａが
突設されており、同Ａ面側の貫通孔５２が形成された位
置には、燃料ガス排出用の複数の内部マニホールド菅５
６ｂが突設されている。この内部マニホールド管５６ａ
、 ５６ｂは、例えばアルミナ等の絶縁性部材で形成
されており、その長さは、カソード側集電板３９ｂとカ
ソード電極板３７ｂと電解質層３８の厚みを加えた長さ
に設定されている。
燃料電池本体社のＡ、Ａ’面には、溶融炭酸塩との間で
ウェットシール部を構成する例えば角型環状のジルコニ
アフェルト６３ａ 、 ６３ｂを介して酸化剤ガスを導
くための外部マニホールド６４ａ。
ウェットシール部を構成する例えば角型環状のジルコニ
アフェルト６３ａ 、 ６３ｂを介して酸化剤ガスを導
くための外部マニホールド６４ａ。
６４ｂが当てがわれでいる。外部マニホ−ルド６４ａに
は、酸化剤ガスＱの導入管６５８゛が設けられており、
外部マニホールド６４ｂには、酸化剤がスＱの排出管６
５ｂが゛設けられている。 ゛また、前述
した冷却板３３ａ 、 ３３ｂには、それぞれ内部に燃
料ガスＰのガス流路７１．７２が形成されている。そし
て、ガス流路７１は、一方においては燃料ガスの導入管
１３に接続され、他方においては燃料電池本体３１内部
の燃料ガス流路に接続されている。また、ガス流路７２
は、一方においては燃料電池本体Ｊ−の内部の燃料ガス
流路に接続され、他方においてはガス排出管７４に接続
されている。そして下部冷却板３３ｂはガスケット７５
を介してセパレータ３５に接続されている。
・このように構成された燃料電池の組立て状態を第１０
図に断面で示す。
は、酸化剤ガスＱの導入管６５８゛が設けられており、
外部マニホールド６４ｂには、酸化剤がスＱの排出管６
５ｂが゛設けられている。 ゛また、前述
した冷却板３３ａ 、 ３３ｂには、それぞれ内部に燃
料ガスＰのガス流路７１．７２が形成されている。そし
て、ガス流路７１は、一方においては燃料ガスの導入管
１３に接続され、他方においては燃料電池本体３１内部
の燃料ガス流路に接続されている。また、ガス流路７２
は、一方においては燃料電池本体Ｊ−の内部の燃料ガス
流路に接続され、他方においてはガス排出管７４に接続
されている。そして下部冷却板３３ｂはガスケット７５
を介してセパレータ３５に接続されている。
・このように構成された燃料電池の組立て状態を第１０
図に断面で示す。
いま、燃料電池を所定の動作温度まで昇温させると電解
質が溶融し、突周壁５４〜電解質層３８の間。
質が溶融し、突周壁５４〜電解質層３８の間。
内部マニホールド管５６ａ 、 ５６ｂ〜電解質！ｍ３
８の間がウェットシールされる。この状態で、燃料ガス
Ｐを導入管７３から冷却板３３ａの内部のガス流路７１
に導入すると、燃料ガスＰは、燃料電池本体月−を冷却
するとともに予熱さ、れる。十分に予熱された燃料ガス
Ｐは、貫通孔５２と導入側内部マニホールド管２６ａと
で形成された積層方向に延びる導入側流路Ｒ１を図中下
向きに進行する。この進行の過程で燃料ガスＰは、アノ
ード側集電板３９ａに分離導入され、該集電板３９ａを
図中左向きに進行する。
８の間がウェットシールされる。この状態で、燃料ガス
Ｐを導入管７３から冷却板３３ａの内部のガス流路７１
に導入すると、燃料ガスＰは、燃料電池本体月−を冷却
するとともに予熱さ、れる。十分に予熱された燃料ガス
Ｐは、貫通孔５２と導入側内部マニホールド管２６ａと
で形成された積層方向に延びる導入側流路Ｒ１を図中下
向きに進行する。この進行の過程で燃料ガスＰは、アノ
ード側集電板３９ａに分離導入され、該集電板３９ａを
図中左向きに進行する。
燃料ガスＰが排出側内部マニホールド管５６ｂに達する
と、排出側内部マニホールド管５６ｂの内部に取込まれ
る。排出側内部マニホールド管５６ｂの内部に取込まれ
た燃料ガスＰは、貫通孔５２と排出側内部マニホールド
管５６ｂとで形成された積層方向に延びる排出側流路Ｒ
２を図中下向きに進行し、冷却板３３ｂのガス流路７２
、排出管７４を介して外部に排出される。一方、酸化剤
ガスＱを導入管６５ａを介して外部マニホールド６４ｂ
に導くと、酸化剤ガスＱは、セパレータ３５の酸化剤ガ
ス流路りに導入され、カソード側集電板３９ｂ内を燃料
ガスＰに対して向流する向き、即ち図中右向きに進行し
、対向する外部マニホールド６４ｂ排出管６５ｂを介し
て外部に排出される。このように両ガスＰ、Ｑが集電板
３９ａ 、 ３９ｂ内をそれぞれ通流すると、各電極板
３７ａ 、 ３７ｂでは前述した電気化学的反応が生起
され、電気エネルギが発生する。
と、排出側内部マニホールド管５６ｂの内部に取込まれ
る。排出側内部マニホールド管５６ｂの内部に取込まれ
た燃料ガスＰは、貫通孔５２と排出側内部マニホールド
管５６ｂとで形成された積層方向に延びる排出側流路Ｒ
２を図中下向きに進行し、冷却板３３ｂのガス流路７２
、排出管７４を介して外部に排出される。一方、酸化剤
ガスＱを導入管６５ａを介して外部マニホールド６４ｂ
に導くと、酸化剤ガスＱは、セパレータ３５の酸化剤ガ
ス流路りに導入され、カソード側集電板３９ｂ内を燃料
ガスＰに対して向流する向き、即ち図中右向きに進行し
、対向する外部マニホールド６４ｂ排出管６５ｂを介し
て外部に排出される。このように両ガスＰ、Ｑが集電板
３９ａ 、 ３９ｂ内をそれぞれ通流すると、各電極板
３７ａ 、 ３７ｂでは前述した電気化学的反応が生起
され、電気エネルギが発生する。
この実施例においても、前述した効果を得ることができ
る。また、ウェットシールによって燃料ガスＰと酸化剤
ガスＱとの間は完全にシールされ、燃料ガスＰが外部に
漏れることもなく、しかも、この場合には、両反応ガス
が向流するように流れるので、電流密度分布、温度分布
を従来の方式に比べて均一にすることができる。また、
この実施例ではＢ、Ｂ’面に外部冷却手段を付加するこ
とができるので、冷却効率を更に高めることができ、そ
の分だけ酸化剤ガスの有効利用を図ることができる。
る。また、ウェットシールによって燃料ガスＰと酸化剤
ガスＱとの間は完全にシールされ、燃料ガスＰが外部に
漏れることもなく、しかも、この場合には、両反応ガス
が向流するように流れるので、電流密度分布、温度分布
を従来の方式に比べて均一にすることができる。また、
この実施例ではＢ、Ｂ’面に外部冷却手段を付加するこ
とができるので、冷却効率を更に高めることができ、そ
の分だけ酸化剤ガスの有効利用を図ることができる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではな
い。たとえば冷却板の数、流路形状などは本発明の要旨
を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
い。たとえば冷却板の数、流路形状などは本発明の要旨
を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
第１図〜第６図は本発明の第１の実施例に係る溶融炭酸
塩型燃料電池を示す図であり、第１図は外観を示す斜視
図、第２図は同燃料電池の１つの電池ブロックを取出し
て示す斜視図、第３図は同電池ブロックの単位電池積層
体の構成を示す斜視図、第４図は同燃料電池の下部冷却
板を示す平面図、第５図は同燃料電池の中間冷却板を示
す平面図、第６図は同燃料電池の上部冷却板を示す平面
図、第７図〜第１０図は本発明の第２の実施例を示す図
であり、第７図は概略構成を示す斜視図、第８図は燃料
電池本体を示す斜視図、第９図（ａ）はセパレータの上
面を示す斜視図、第９図（ｂ）は上記セパレータの裏面
を示す斜視図、第１０図は燃料電池本体の積層構造を示
す縦断面図である。 １．３１・・・燃料電池本体、３・・・電池ブロック、
４ａ。 ４ｂ、 ６ａ、 ｓｂ・マニホールド、１１．３３８
・・・上部冷却板、１２・・・中間冷却板、１３．３３
ｂ・・・下部冷却板、１４・・・単位電池積層体、１５
．３４・・・単位電池、１６．３５・・・セパレータ、
１７ａ 、 ３７ａ−・・アノード電極板、１１ｂ。 ３７ｂ−・・カソード電極板、１８．３８−・・電解質
層、３９ａ・・・アノード側集電板、３９ｂ・・・カソ
ード側集電板、５６ａ 、 ５６ｂ−・・内部マニホー
ルド管、６４ａ 、 ６４ｂ ・・・外部マニホールド
、Ｃ・・・空気、Ｐ・・・燃料ガス、Ｑ・・・酸化剤ガ
ス。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第１ 図 Ｐ 第８図 第 ９ 図 （ａ）
塩型燃料電池を示す図であり、第１図は外観を示す斜視
図、第２図は同燃料電池の１つの電池ブロックを取出し
て示す斜視図、第３図は同電池ブロックの単位電池積層
体の構成を示す斜視図、第４図は同燃料電池の下部冷却
板を示す平面図、第５図は同燃料電池の中間冷却板を示
す平面図、第６図は同燃料電池の上部冷却板を示す平面
図、第７図〜第１０図は本発明の第２の実施例を示す図
であり、第７図は概略構成を示す斜視図、第８図は燃料
電池本体を示す斜視図、第９図（ａ）はセパレータの上
面を示す斜視図、第９図（ｂ）は上記セパレータの裏面
を示す斜視図、第１０図は燃料電池本体の積層構造を示
す縦断面図である。 １．３１・・・燃料電池本体、３・・・電池ブロック、
４ａ。 ４ｂ、 ６ａ、 ｓｂ・マニホールド、１１．３３８
・・・上部冷却板、１２・・・中間冷却板、１３．３３
ｂ・・・下部冷却板、１４・・・単位電池積層体、１５
．３４・・・単位電池、１６．３５・・・セパレータ、
１７ａ 、 ３７ａ−・・アノード電極板、１１ｂ。 ３７ｂ−・・カソード電極板、１８．３８−・・電解質
層、３９ａ・・・アノード側集電板、３９ｂ・・・カソ
ード側集電板、５６ａ 、 ５６ｂ−・・内部マニホー
ルド管、６４ａ 、 ６４ｂ ・・・外部マニホールド
、Ｃ・・・空気、Ｐ・・・燃料ガス、Ｑ・・・酸化剤ガ
ス。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第１ 図 Ｐ 第８図 第 ９ 図 （ａ）
Claims (3)
- （１）複数の単位電池を積層してなる燃料電池本体と、
上記各単位電池の反応ガス流路に反応ガスを導くマニホ
ールドとを備えた溶融炭酸塩型燃料電池において、所定
の前記単位電池間に介在し、内部に前記反応ガスの流路
を形成するとともに外部から供給された前記反応ガスを
上記流路を介して前記マニホールドに導く冷却板を具備
してなることを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。 - （２）前記冷却板は四角形をなし、その隅部から前記反
応ガスを導入し、その辺部から前記反応ガスを排出する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の溶融炭酸
塩型燃料電池。 - （３）前記冷却板は四角形をなし、その辺部から前記反
応ガスを導入し、その隅部から前記反応ガスを排出する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の溶融炭酸
塩型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59269988A JPH06105625B2 (ja) | 1984-12-21 | 1984-12-21 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59269988A JPH06105625B2 (ja) | 1984-12-21 | 1984-12-21 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61148768A true JPS61148768A (ja) | 1986-07-07 |
| JPH06105625B2 JPH06105625B2 (ja) | 1994-12-21 |
Family
ID=17479999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59269988A Expired - Lifetime JPH06105625B2 (ja) | 1984-12-21 | 1984-12-21 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06105625B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05144449A (ja) * | 1991-11-18 | 1993-06-11 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| WO2002075833A3 (de) * | 2001-03-17 | 2003-10-09 | Bayerische Motoren Werke Ag | Brennstoffzelle mit integriertem wärmetauscher |
| JP2006506778A (ja) * | 2002-11-14 | 2006-02-23 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 液体冷却式燃料電池スタック |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5776766A (en) * | 1980-10-31 | 1982-05-13 | Hitachi Ltd | Fuel cell powder generator |
| JPS58119167A (ja) * | 1982-01-11 | 1983-07-15 | Toshiba Corp | 燃料電池装置 |
-
1984
- 1984-12-21 JP JP59269988A patent/JPH06105625B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5776766A (en) * | 1980-10-31 | 1982-05-13 | Hitachi Ltd | Fuel cell powder generator |
| JPS58119167A (ja) * | 1982-01-11 | 1983-07-15 | Toshiba Corp | 燃料電池装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05144449A (ja) * | 1991-11-18 | 1993-06-11 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| WO2002075833A3 (de) * | 2001-03-17 | 2003-10-09 | Bayerische Motoren Werke Ag | Brennstoffzelle mit integriertem wärmetauscher |
| US7226682B2 (en) | 2001-03-17 | 2007-06-05 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Fuel cell with integrated heat exchanger |
| JP2006506778A (ja) * | 2002-11-14 | 2006-02-23 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 液体冷却式燃料電池スタック |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06105625B2 (ja) | 1994-12-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |