JPS61285676A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPS61285676A JPS61285676A JP60128768A JP12876885A JPS61285676A JP S61285676 A JPS61285676 A JP S61285676A JP 60128768 A JP60128768 A JP 60128768A JP 12876885 A JP12876885 A JP 12876885A JP S61285676 A JPS61285676 A JP S61285676A
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- Japan
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- fuel cell
- anode
- molten carbonate
- fuel
- vaporizer
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- H—ELECTRICITY
- 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
- H01M8/06—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
- H01M8/0612—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
- 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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- H—ELECTRICITY
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- 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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Electrochemistry (AREA)
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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、特別な改質器を設けることなしにアルコール
を改質して燃料として用いるようにした溶融炭酸塩型燃
料電池に関する。
を改質して燃料として用いるようにした溶融炭酸塩型燃
料電池に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点］
溶融炭酸塩型燃料電池は、多孔質で導電性のカソードお
よびアノード間にアルカリ炭酸塩からなる電解質層を配
して単セルを構成し、この単セルを導電性のセパレータ
板を介して複数積層して構成される。炭酸塩は電池運転
状態の６００〜７００℃で溶融状態となり、アノードお
よびカソードの孔に侵入する。従ってアノードおよびカ
ソードに反応ガスを供給することにより、これら電極内
部で電極金属、溶融炭酸塩および反応ガスからなる三相
界面を形成する。この状態でアノード、カソード間を外
部負荷回路に接続すると、アノード側では燃料の酸化反
応が、またカソード側では酸化剤の還元反応が生じ、電
解質中を炭酸イオンが流れるとともに外部負荷回路中を
電子が流れるので、この結果として電力を発生させるこ
とができる。
よびアノード間にアルカリ炭酸塩からなる電解質層を配
して単セルを構成し、この単セルを導電性のセパレータ
板を介して複数積層して構成される。炭酸塩は電池運転
状態の６００〜７００℃で溶融状態となり、アノードお
よびカソードの孔に侵入する。従ってアノードおよびカ
ソードに反応ガスを供給することにより、これら電極内
部で電極金属、溶融炭酸塩および反応ガスからなる三相
界面を形成する。この状態でアノード、カソード間を外
部負荷回路に接続すると、アノード側では燃料の酸化反
応が、またカソード側では酸化剤の還元反応が生じ、電
解質中を炭酸イオンが流れるとともに外部負荷回路中を
電子が流れるので、この結果として電力を発生させるこ
とができる。
ところで、溶融炭酸塩型燃料電池で使用される燃料とし
て、石炭をガス化したものや、天然ガス、アルコール類
等が用いられるが、天然ガスやアルコール類をそのまま
用いても反応速度が遅く実用上十分な電力を得ることが
できない。したがって、アルコール類等を燃料として用
いるには、水蒸気改質によって予め水素リッチなガスに
改質しておくことが必要となる。
て、石炭をガス化したものや、天然ガス、アルコール類
等が用いられるが、天然ガスやアルコール類をそのまま
用いても反応速度が遅く実用上十分な電力を得ることが
できない。したがって、アルコール類等を燃料として用
いるには、水蒸気改質によって予め水素リッチなガスに
改質しておくことが必要となる。
メタノールを例にとると、水蒸気改質の際の反応式は次
式に示される。
式に示される。
ＣＨ３０Ｈ＋Ｈ２０→ＣＯ２＋３Ｈ２
従来、上記の反応は、気化したメタノールと水とを改質
器に供給し、この改質器に例えば銅またはニッケルを主
体とした触媒を使用して、２００〜３００℃の十分な温
度に維持した条件下で行わせることが考えられていた。
器に供給し、この改質器に例えば銅またはニッケルを主
体とした触媒を使用して、２００〜３００℃の十分な温
度に維持した条件下で行わせることが考えられていた。
しかし、改質器を燃料電池本体の外部に配置すると、改
質反応に必要な熱エネルギーの供給手段を燃料電池の外
部に設置しなければならないうえ、改質器を所定の温度
に保つのに必要な熱が外部に放熱されることによる温度
的な損失も大きくなる。
質反応に必要な熱エネルギーの供給手段を燃料電池の外
部に設置しなければならないうえ、改質器を所定の温度
に保つのに必要な熱が外部に放熱されることによる温度
的な損失も大きくなる。
このため、改質器を燃料電池の内部に配置して、発電時
のジュール熱を改質器の保温に利用した、いわゆる内部
改質型の燃料電池も提案されている。
のジュール熱を改質器の保温に利用した、いわゆる内部
改質型の燃料電池も提案されている。
しかし、この場合でも燃料ガスの流路には、なんらかの
形で触媒金属を配置させな（ではならず、燃料ガス供給
系統、特に電極やセパレータなどの構造の複雑化や、電
極の反応面積の低下等を招くという問題があった。
形で触媒金属を配置させな（ではならず、燃料ガス供給
系統、特に電極やセパレータなどの構造の複雑化や、電
極の反応面積の低下等を招くという問題があった。
この発明は、上記の問題点を解決し、アルコールを燃料
とする溶融炭酸塩型燃料電池にあって、燃料ガス供給系
統の簡素化を図った溶融炭酸塩型燃料電池を提供するこ
とを目的とする。
とする溶融炭酸塩型燃料電池にあって、燃料ガス供給系
統の簡素化を図った溶融炭酸塩型燃料電池を提供するこ
とを目的とする。
本発明は、特に改質器を設けずに、燃料ガスの導入経路
にアルコールを気化させる気化器を配置するとともに、
該気化器で気化されたアルコールを燃料電池本体のアノ
ードに直接供給するようにしたことを特徴としている。
にアルコールを気化させる気化器を配置するとともに、
該気化器で気化されたアルコールを燃料電池本体のアノ
ードに直接供給するようにしたことを特徴としている。
すなわち、本発明者等は、アノード側にアルコール水溶
液の蒸気を直接供給して発電実験を行った。その結果、
燃料ガスの供給経路でアルコールと水とを気化し、その
蒸気を供給することにより、特に改質器を介さずども燃
料電池からは十分な電力を取出せることが確認できた。
液の蒸気を直接供給して発電実験を行った。その結果、
燃料ガスの供給経路でアルコールと水とを気化し、その
蒸気を供給することにより、特に改質器を介さずども燃
料電池からは十分な電力を取出せることが確認できた。
これは、アルコール水溶液が気化されると極めて改質し
易い状態になることに加え、燃料電池の内部で発生する
ジュール熱が燃料改質を促進すること、およびアノード
に使用される金属が触媒として改質反応に寄与している
こと等に起因すると考えられる。
易い状態になることに加え、燃料電池の内部で発生する
ジュール熱が燃料改質を促進すること、およびアノード
に使用される金属が触媒として改質反応に寄与している
こと等に起因すると考えられる。
本発明は、このような事実に着目してなされたものであ
る。
る。
この発明によれば、改質器を使用していないので、燃料
ガスの供給系が簡単になり、しかも内部改質のための特
別の手段が必要ないことから、電極等の構造の簡単化が
図れ、また十分な反応面積を確保することができる。
ガスの供給系が簡単になり、しかも内部改質のための特
別の手段が必要ないことから、電極等の構造の簡単化が
図れ、また十分な反応面積を確保することができる。
以下、本発明の詳細を図示の一実施例に基づいて説明す
る。
る。
第１図において、燃料源１には、メタノールと水とを１
：２に混合した混合液りが貯蔵されている。この燃料源
１から供給される混合液りは、ポンプ２によって汲み上
げられ、流量調整弁３を介して燃料電池本体４の燃料ガ
ス供給系統に供給される。
：２に混合した混合液りが貯蔵されている。この燃料源
１から供給される混合液りは、ポンプ２によって汲み上
げられ、流量調整弁３を介して燃料電池本体４の燃料ガ
ス供給系統に供給される。
一方、ブロア５からは、Ａｉｒ／ＣＯ２からなる酸化剤
ガスＱが流量調整弁６を介して前記燃料電池本体４の酸
化剤ガス供給系統に送られている。
ガスＱが流量調整弁６を介して前記燃料電池本体４の酸
化剤ガス供給系統に送られている。
燃料電池本体４は、次のように構成されている。
すなわち、図中１１は燃料電池積層体である。
この燃料電池積層体１１は、第２図にも示すように、ア
ルカリ炭酸塩からなる電解質層１２の一方の面にアノー
ド１３を配置するとともに他方の面にカソード１４を配
置して単セル１５を構成し、この単セル１５を導電性の
セパレータ１６を介して複数積層して構成されている。
ルカリ炭酸塩からなる電解質層１２の一方の面にアノー
ド１３を配置するとともに他方の面にカソード１４を配
置して単セル１５を構成し、この単セル１５を導電性の
セパレータ１６を介して複数積層して構成されている。
セパレータ１６は、単セル１５間の電気的な接続と、そ
の両面に形成された互いに直交する複数の溝１７．１８
を介しての反応ガスの各電極への分配機能とを兼ね備え
たものである。燃料電池積層体１１の積層方向両端には
、エンドプレート１９が配置されており、これらエンド
プレート１９は、締付は機構２０によって所定の圧力で
締付は固定されている。
の両面に形成された互いに直交する複数の溝１７．１８
を介しての反応ガスの各電極への分配機能とを兼ね備え
たものである。燃料電池積層体１１の積層方向両端には
、エンドプレート１９が配置されており、これらエンド
プレート１９は、締付は機構２０によって所定の圧力で
締付は固定されている。
燃料電池積層体１１の一対の対向する側面には、燃料ガ
スＰの分配・排出用のマニホールド２１゜２２が当てが
われ、これと隣接する一対の側面には酸化剤ガスの分配
・回収用の図示しないマニホールドが当てがわれている
。
スＰの分配・排出用のマニホールド２１゜２２が当てが
われ、これと隣接する一対の側面には酸化剤ガスの分配
・回収用の図示しないマニホールドが当てがわれている
。
燃料ガス供給側のマニホールド２１は、内部が複数に分
岐されており、その分岐部２３の出口部分にはアルコー
ル水溶液を気化させるための多孔質体からなる気化器２
４が配置されている。気化器２４と燃料電池積層体１１
との間には気化器２４で気化されたガスを整流させるた
めの整流板２５が配置されている。一方、燃料ガス排出
側のマニホールド２２の内部にも整流板２６が配置され
ている。
岐されており、その分岐部２３の出口部分にはアルコー
ル水溶液を気化させるための多孔質体からなる気化器２
４が配置されている。気化器２４と燃料電池積層体１１
との間には気化器２４で気化されたガスを整流させるた
めの整流板２５が配置されている。一方、燃料ガス排出
側のマニホールド２２の内部にも整流板２６が配置され
ている。
このように構成された溶融炭酸塩型燃料電池において、
燃料源１からポンプ２および流量調整弁２を介してマニ
ホールド２１に供給されたメタノール／水混合液りは、
分岐部２３で分岐されて気化器２４に送られる。気化器
２４には、燃料電池積層体１１の発電時の熱が熱伝導お
よび輻射により伝えられているため、常に十分な高温に
維持されており、気化は速やかに行われる。このガスは
、前述したセパレータ１６の溝１７を通流する過程でア
ノード１３の内部に拡散され、このアノード１３の内部
での改質反応によって燃料ガスに改質され、同時に起電
反応に供される。起電反応に供した燃料ガスＰは、整流
板２６およびマニホールド２２を介して外部に排出され
る。
燃料源１からポンプ２および流量調整弁２を介してマニ
ホールド２１に供給されたメタノール／水混合液りは、
分岐部２３で分岐されて気化器２４に送られる。気化器
２４には、燃料電池積層体１１の発電時の熱が熱伝導お
よび輻射により伝えられているため、常に十分な高温に
維持されており、気化は速やかに行われる。このガスは
、前述したセパレータ１６の溝１７を通流する過程でア
ノード１３の内部に拡散され、このアノード１３の内部
での改質反応によって燃料ガスに改質され、同時に起電
反応に供される。起電反応に供した燃料ガスＰは、整流
板２６およびマニホールド２２を介して外部に排出され
る。
一方、これとは直交する向きで燃料電池積層体１１に供
給された酸化剤ガスＱは、セパレータ１６の溝１８を通
流する過程でカソード１４の内部に拡散され、ここで電
極反応に供される。反応に供されたガスＱは、図示しな
い排出側のマニホールドを介して外部に排出される。
給された酸化剤ガスＱは、セパレータ１６の溝１８を通
流する過程でカソード１４の内部に拡散され、ここで電
極反応に供される。反応に供されたガスＱは、図示しな
い排出側のマニホールドを介して外部に排出される。
上記の構成によれば、特に改質器を設けていないことか
ら、燃料ガス供給系の構造が極めて簡単になる。そして
、この場合には気化器２４として多孔質体を用いている
ので、供給されたメタノール／水混合液りへの熱伝達が
十分に行われ、効率良く気化させることができる。
ら、燃料ガス供給系の構造が極めて簡単になる。そして
、この場合には気化器２４として多孔質体を用いている
ので、供給されたメタノール／水混合液りへの熱伝達が
十分に行われ、効率良く気化させることができる。
また、気化器２４は、マニホールド２１の内部に配置さ
れているので、燃料電池積層体１１の発電時のジュール
熱を熱伝導および輻射によって十分に伝えることができ
、常に所定の温度、例えば２００〜３００℃に維持させ
ておくことが可能となる。さらには、混合液りの連続供
給が可能であるので、従来の加熱平板上への滴下による
気化方法と比べ脈動が少なく、この脈動による電圧振動
を１ｒｎＶ以下に低減させることが可能となった。
れているので、燃料電池積層体１１の発電時のジュール
熱を熱伝導および輻射によって十分に伝えることができ
、常に所定の温度、例えば２００〜３００℃に維持させ
ておくことが可能となる。さらには、混合液りの連続供
給が可能であるので、従来の加熱平板上への滴下による
気化方法と比べ脈動が少なく、この脈動による電圧振動
を１ｒｎＶ以下に低減させることが可能となった。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、第２図に示すように、多孔質体からなる気
化器２４の内部に葉脈状の穴２７をくり抜いておき、上
部の液供給管２８からアルコールと水との混合液を供給
することにより、これを表面張力と重力とによって多孔
質体に中に拡散させて気化させるようにすることも考え
られる。
い。例えば、第２図に示すように、多孔質体からなる気
化器２４の内部に葉脈状の穴２７をくり抜いておき、上
部の液供給管２８からアルコールと水との混合液を供給
することにより、これを表面張力と重力とによって多孔
質体に中に拡散させて気化させるようにすることも考え
られる。
このような構造にすれば、多孔質体中への液の拡散がよ
り速やかに行われ、より大容量の気化が可能になる。
り速やかに行われ、より大容量の気化が可能になる。
また、気化器の保温手段が十分であれば、気化器を燃料
電池本体の内部ではなく、外部に設けるようにしても本
発明の効果は奏される。また、気化器が多孔質体ではな
く粒状体、管状体などで構成されていても良い。
電池本体の内部ではなく、外部に設けるようにしても本
発明の効果は奏される。また、気化器が多孔質体ではな
く粒状体、管状体などで構成されていても良い。
要するに本発明のその要旨を逸脱しない範囲で種々変更
して実施することができる。
して実施することができる。
第１図は本発明の一実施例に係る溶融炭酸塩型燃料電池
の構成を示す図、第２図は同燃料電池の燃料電池積層体
の一部を示す分解斜視図。第３図は本発明の他の実施例
に係る溶融炭酸塩型燃料電池の気化器の構成を示す断面
図である。 １・・・燃料源、２・・・ポンプ、３，６・・・流量調
整弁、４・・・燃料電池本体、５・・・ブロア、１１・
・・燃料電池積層体、１２・・・電解質層、１３・・・
アノード、１４・・・カソード、１５・・・単セル、１
６・・・セパレータ、１７．１８・・・溝、１９・・・
エンドプレート、２０・・・締付は機構、２１．２２・
・・マニホールド、２３・・・分岐部、２４・・・気化
器、２５．２６・・・整流板、２７・・・穴、２８・・
・液供給管、し・・・混合液、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 第２図
の構成を示す図、第２図は同燃料電池の燃料電池積層体
の一部を示す分解斜視図。第３図は本発明の他の実施例
に係る溶融炭酸塩型燃料電池の気化器の構成を示す断面
図である。 １・・・燃料源、２・・・ポンプ、３，６・・・流量調
整弁、４・・・燃料電池本体、５・・・ブロア、１１・
・・燃料電池積層体、１２・・・電解質層、１３・・・
アノード、１４・・・カソード、１５・・・単セル、１
６・・・セパレータ、１７．１８・・・溝、１９・・・
エンドプレート、２０・・・締付は機構、２１．２２・
・・マニホールド、２３・・・分岐部、２４・・・気化
器、２５．２６・・・整流板、２７・・・穴、２８・・
・液供給管、し・・・混合液、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 第２図
Claims (8)
- （１）アノードとカソードとの間に炭酸塩からなる電解
質を配置して燃料電池本体を構成し、前記アノードに燃
料ガスを供給するとともに前記カソードに酸化剤ガスを
供給して発電させるようにした溶融炭酸塩型燃料電池に
おいて、前記燃料ガスの導入経路にアルコールを気化さ
せる気化器を配置するとともに、該気化器で気化された
アルコールを前記アノードに直接供給するようにしたこ
とを特徴とする溶融炭酸塩型燃料電池。 - （２）前記気化器は、多孔質体で形成されたものである
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）前記燃料電池本体は、複数の単セルを積層してな
る積層体と、この積層体の側面に当てがわれて前記アノ
ードに燃料ガスを分配するマニホールドとを具備したも
のであり、かつ前記気化器は、前記マニホールドの内部
に配置されたものであることを特徴とする特許請求の範
囲第１項若しくは第２項記載の溶融炭酸塩型燃料電池。 - （４）前記多孔質体は、金属で形成されたものであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の溶融炭酸塩
型燃料電池。 - （５）前記多孔質体は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒのうちの少な
くとも一つを含むものであることを特徴とする特許請求
の範囲第４項記載の溶融炭酸塩型燃料電池。 - （６）前記多孔質体は、セラミックスで形成されたもの
であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の溶
融炭酸塩型燃料電池。 - （７）前記気化器は、前記燃料電池本体と熱的に結合さ
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
溶融炭酸塩燃料電池。 - （８）前記アルコールとしてメタノールまたはエタノー
ルを使用するものであ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 |
|---|---|---|---|
| JP60128768A JPS61285676A (ja) | 1985-06-13 | 1985-06-13 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60128768A JPS61285676A (ja) | 1985-06-13 | 1985-06-13 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61285676A true JPS61285676A (ja) | 1986-12-16 |
Family
ID=14992990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60128768A Pending JPS61285676A (ja) | 1985-06-13 | 1985-06-13 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61285676A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05190192A (ja) * | 1992-01-16 | 1993-07-30 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池発電装置 |
| US6099983A (en) * | 1996-10-18 | 2000-08-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Fuel cell containing a fuel supply means, gas generating means and temperature control means operated to prevent the deposition of carbon |
| JP2005067990A (ja) * | 2003-08-28 | 2005-03-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 改質原料用蒸発器 |
| WO2007105291A1 (ja) * | 2006-03-13 | 2007-09-20 | Fujitsu Limited | 燃料電池 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60236465A (ja) * | 1984-04-30 | 1985-11-25 | 株式会社東芝 | 溶融炭酸塩燃料電池の作動方法 |
-
1985
- 1985-06-13 JP JP60128768A patent/JPS61285676A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2007105291A1 (ja) * | 2006-03-13 | 2007-09-20 | Fujitsu Limited | 燃料電池 |
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