JPS6177271A - 溶融炭酸塩燃料電池の電解質板製造用ヒ−タ−パネル - Google Patents

溶融炭酸塩燃料電池の電解質板製造用ヒ−タ−パネル

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JPS6177271A
JPS6177271A JP59197223A JP19722384A JPS6177271A JP S6177271 A JPS6177271 A JP S6177271A JP 59197223 A JP59197223 A JP 59197223A JP 19722384 A JP19722384 A JP 19722384A JP S6177271 A JPS6177271 A JP S6177271A
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芳浩 赤坂
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秀行 大図
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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。

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燃料電池の電解質板の製造に用いら
れるヒーターパネルの改良に関する。
〔発明の技術的背景〕
従来、高能率のエネルギー変換装置として燃料電池が広
く知られている。燃料電池は、使用する電解質によって
、リン酸塩型、溶融炭酸塩型、固体電解質型に分類され
る。なかでも、溶融炭酸塩燃料電池は、動作温度が高い
ため、電極反応が起り易く、高価な貴金属触媒を必要と
しないこと、また発電熱効率が高いことなどの大きな特
長を有している。
このような溶融炭酸塩燃料電池は、通常、対向配置され
た一対の多孔質電極板、すなわち酸化剤極と燃料極との
間にアルカリ炭酸塩を電解質とする電解質層を介在させ
て単位電池とし、通常この単位電池をインタコネクタを
介して複数積層することにより構成されている。そして
、運転時においては、上記アルカリ炭酸塩を500〜7
50℃の高温下で溶融状態にし、この炭酸塩と、各電極
板にそれぞれ拡散された酸化剤ガス及び燃料ガスとを反
応させて、電気化学的プロセスにより直流電力を得るよ
うにしている。
このような溶融度!!塩燃料電池の電解質層は、以下の
条件を満たしていることが必要である。すなわち、 (イ)溶融炭酸塩の保持能力が十分であることは勿論の
こと、作動温度で十分な機械的強度、特に圧縮強度を有
し、燃料電池内で電解質層の割れによるガスの交差混合
が生じないこと、(ロ)単位電池当りの内部抵抗を少な
くするため、各電極との接触が十分にとれ、かつ可能な
限り薄いこと、 (ハ)単位電池当りの出力を大きくするために大型化で
き、かつ燃料電池の高い量産性を確保できるように歩留
りが良いこと、 などである。
ところで、溶融炭酸塩燃料電池の、いわゆるペースト型
と称される電解質層は、電解質保持用の骨材と、炭酸塩
とを混合し、400〜50o℃、200〜500 ko
/ cnIの条件でホラ1−プレスして得た、いわゆる
電解質タイルと呼ばれる板状体として使用されている。
この電解質タイルは、従来第4図に示すようなステンレ
ス鋼からなるパネル本体1内に、数本の棒状の発熱体2
.3.4.5をパネル本体1の一辺と平行になるように
埋設したヒーターパネルを用いて製造されている。なお
、これらの発熱体2〜5には単一の電源により電圧が印
加されている。
〔背景技術の問題点〕
しかし、第4図に示・したようなヒーターパネルでは加
熱面内の中央部及び周辺部において、縦方向あるいは横
方向に大きな温度差が生じることがある。こうした温度
分布の不均一なヒーターパネルを用いてホップレスを行
なうと、加熱時に炭酸塩の不均一溶融及び不均一流動が
生じ、製造される電解質板内で密度分布が不均一となり
、特に温度の低い部分では気孔含有率が増加してしまう
ことがあった。このため、従来のヒーターパネルを用い
て製造された電解質板は、気孔含有率の高い部分で機械
的強度が低下し、大型化すると通常のハンドリングでも
容易に破損してしまう。したがって、電解質板の電池内
への組込みに注意を要するうえ、組込み後においても電
池の熱サイクルに起因する割れを生じ、ガスの交差混合
が発生しやすいという問題があった。
(発明の目的〕 本発明は上記欠点を解消するためになされたものであり
、密度の均一な電解質板を成形することができ、電解質
板の機械的強度を向上させ得る溶融炭酸塩燃料電池の電
解質板製造用ヒーターパネルを提供しようとするもので
ある。
〔発明の概要〕
本発明の溶融炭酸塩燃料電池の電解質板製造用ヒーター
パネルは、パネル本体内に発熱体を複数に分割して埋設
し、分割された各発熱体を独立して制御する機構を設け
たことを特徴とするものである。
このようなヒーターパネルによれば、発熱体の埋設箇所
とその他の箇所とで温度差が小さく、加熱時に炭酸塩の
不均一溶融及び不均一流動が生じないので、製造される
電解質板の相対密度を均一にすることができる。
なお、パネル本体として炭酸塩に対して化学的に安定で
、しかも第1表に示すように従来のステンレス鋼よりも
熱伝導性が良好で、熱膨張係数が小さい材質(炭化ホウ
素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素又はグ
ラファイト)を用いれば、ヒーターパネルの加熱面内の
温度の均一性を一層向上することができ、また電解質板
の板厚を均一にすることができる。
また、ヒーターパネルによるホットプレス成形時には中
心部に応力が集中し易いため、周辺部での応力の低さを
補うために、圧力をかけない状態では周辺部の温度が高
くなるような温度制御を行なうことが望ましい。上記の
ような温度制御は発熱体を例えば放射状あるいは同心円
状に埋設すると容易となる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
実施例1 市販の緻密質グラファイト(C)を用い、第1図に示す
ように360X360X30mのパネル本体11内に発
熱体12、・・・を放射状に分割して埋設したヒーター
パネルを作製した。これらの発熱体12、・・・は、図
示しない温度コントローラーにより独立して加熱状態を
制御できるようになっている。
このヒータープレートを最高使用温度800℃、最大許
容圧力10Q t / adのホットプレス装置に装着
した。そして、設定温度を485℃とし、ヒーターパネ
ルを昇温した場合、第2図に示す如く加熱面内での温度
は483〜485℃であり、温度差は2℃であった。
また、γ−L 1A102、L 12CO3及びに2 
CO3の各粉末を重量比で40:28:32の割合で混
合し、この混合粉末1500を電解質板成形用型に充填
し、ホットプレス装置を稼働して、465℃、300 
k(1/ ciの条件でホットプレスして約2.34#
Ill+厚の電解質板を得た。得られた電解質板を切出
して15X15mの小片とし、その相対密度(気孔が全
く存在しない場合の理論密度に対する実際の密度)及び
厚みを測定した。
相対密度及び厚みの平均値及び標準偏差を第2表に示す
実施例2 市販の緻密質グラフアイt−(C)を用い、第3図に示
すように360X360X30mmのパネル本体21内
に発熱体22、・・・を同心円状に分割して埋設したヒ
ーターパネルを作製した。これらの発熱体22、・・・
は、図示しない温度コントローラーにより独立して加熱
状態を制御できるようになっている。
このヒータープレートを用い、実施例1と同様な条件で
電解質板を製造し、得られた電解質板を実施例1と同様
に小片とし、その相対密度及び厚みを測定した。この結
果を第2表に示す。
比較例 第4図に示すようなステンレス鋼からなるパネル本体1
内に棒状の発熱体2を平行に配置して埋設したヒーター
パネルを用いて、実施例1と同様な条件でヒーターパネ
ルを昇温したところ、第5図に示す如く加熱面内での温
度は471〜484℃であり、温度差は13℃であった
また、このヒータープレートを用い、実施例1ど同様な
条件で電解質板を製造し、得られた電解質板を実施例1
と同様に小片とし、その相対密度及び厚みを測定した。
この結果を第2表に示す。
第1表 第2表 第2表に示すように実施例1では試験片の相対密度は9
4.7〜98.7%の間に分布し、平均値は95.8%
、標準偏差は0.81であった。
また、厚みのバラツキは190Iffn程度であり、平
均値は2.34m、標準偏差は0.09であった。
これらの値は実施例2でもほぼ同様である。すなわち、
実施例1及び2では相対密度、厚みともに第4図図示の
従来のヒーターパネルを用いた場合よりもバラツキが少
なくなっている。
本発明に係るヒーターパネルを用いた場合、相対密度の
バラツキが小さいのは、パネル本体に発熱体を分割して
埋設し、これらを独立して制御するようにしたことと、
パネル本体の熱伝導性が向上したことにより、加熱面内
で温度分布が均一となり、炭酸塩の不均一溶融及び不均
一流動が生じなかったためであると考えられる。この結
果、製造される電解質板を大型化しても機械的強度が向
上するためハンドリングが容易であり、稼動時の熱サイ
クルによっても割れを生じることがなく、ガスの交差混
合が生じない。
また、本発明に係るヒーターパネルを用いた場合、製造
される電解質板の厚みのバラツキが小さいのは、パネル
本体の熱伝導率が高いことに加えて、熱膨張率が小さい
ため、ホットプレス時においてもヒーターパネル自体の
平滑性を維持できるためであると考えられる。この結果
、燃料電池の運転初期における電解質板と各電極板との
密着性も良好となる。
また、本発明に係るヒーターパネルのパネル本体は炭M
塩に対して化学的に安定であるので、長期間稼働させて
もパネル表面での腐蝕は生じなかった。
更に、本発明に係るヒーターパネルはパネル本体の熱伝
導性が良好なので温度の立ち上がりがよく、密度が小さ
いため軽量であり、しかも熱容量が小さいためホットプ
レス時の必要電力を低減することもできる。
なお、上記実施例ではヒーターパネルのパネル本体とし
てグラファイトを用いた場合について説明したが、これ
に限らずパネル本体として炭化ホウ素、窒化ケイ素、窒
化アルミニウム、炭化ケイ素等を用いても実施例と同様
の効果を得ることができる。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く本発明の溶融炭酸塩燃料電池の電解質
板製造用ヒーター・パネルによれば、製造される電解質
板の密度を均一にして機械的強度を向上できるうえに厚
みを均一にして電極板との密着性を良好にできる等顕著
な効果を秦するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1における溶融炭酸塩燃料電池
の電解質板製造用ヒーターパネルの平面図、第2図は同
ヒーターパネルの稼働時の温度分布を示す説゛明図、第
3図は本発明の実施例2における溶融炭酸塩燃料電池の
電解質板製造用ヒーターパネルの平面図、第4図は従来
の溶融炭酸塩燃料電池の電解質板製造用ヒーターパネル
の平面図、第5図は同ヒーターパネルの稼働時の温度分
布を示す説明図である。 11.21・・・パネル本体、12.22・・・発熱体
。 第1図 第2図 第3図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)パネル本体に発熱体を埋設し、電解質粉末のホッ
    トプレスを行なう溶融炭酸塩燃料電池の電解質板製造用
    ヒーターパネルにおいて、パネル本体内に発熱体を複数
    に分割して埋設し、分割された各発熱体を独立して制御
    する機構を設けたことを特徴とする溶融炭酸塩燃料電池
    の電解質板製造用ヒーターパネル。
  2. (2)パネル本体が炭化ホウ素、窒化ケイ素、窒化アル
    ミニウム、炭化ケイ素又はグラファイトであることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の溶融炭酸塩燃料電
    池の電解質板製造用ヒーターパネル。
  3. (3)パネル本体内に発熱体を複数に分割して放射状に
    埋設したことを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第
    2項記載の溶融炭酸塩燃料電池の電解質板製造用ヒータ
    ーパネル。
  4. (4)パネル本体内に発熱体を複数に分割して同心円状
    に埋設したことを特徴とする特許請求の範囲第1項又は
    第2項記載の溶融炭酸塩燃料電池の電解質板製造用ヒー
    ターパネル。
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