JPS62176066A - 高温作動型燃料電池 - Google Patents

高温作動型燃料電池

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JPS62176066A
JPS62176066A JP61014864A JP1486486A JPS62176066A JP S62176066 A JPS62176066 A JP S62176066A JP 61014864 A JP61014864 A JP 61014864A JP 1486486 A JP1486486 A JP 1486486A JP S62176066 A JPS62176066 A JP S62176066A
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JP
Japan
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fuel
fuel cell
combustion chamber
reformer
cell
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JP61014864A
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English (en)
Inventor
Toshiro Nishi
敏郎 西
Nobuaki Murakami
信明 村上
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination 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
    • H01M8/0625Combination 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
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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】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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶融塩型又は固体電解質型等の高温作動型燃
料電池に関するものである。
〔従来の技術〕
19世紀の前半、グローブ卿によって発明された燃料電
池は幾多の変遷を経て現在実用化の段階を迎えている。
燃料電池は化学エネルギーを直接電気エネルギーに転換
する装置であり、アノード、カソード及び゛電解質を主
たる構成要素とする。このうち電解質としては通常水溶
液、溶融塩などが用いられるが、イオン性電気伝導を示
す固体物質を用いる固体電解質燃料電池(5nlid 
0xideiFue1(!all、以下臼OII′Cと
呼ぶ)も近年急速な進歩をとげている。
上記の溶融塩型及び固体電解質型は、りん酸塩型(1!
解質として水溶液であるりん酸塩液を用いるもの)と比
較し、 1)白金等の貴金属触媒を必要としない、2)エネルギ
ー変換効率が高い、 3)石炭ガス化ガスのような低質な燃料も使用可能であ
る、 4)燃料の直接改質も可能である、 等の利点をもつ。
〔発明が解決しようとする問題点〕
溶融塩型あるいは固体電解質型燃料電池では、作動温度
が高いために、燃料極での直接改質が可能であるという
利点を有するが、改質反応が吸熱反応であり、ヒートバ
ランスが難しいこと、及び燃料極でカーボンが生成しゃ
すいことから、りん酸型燃料電池のように改質装置を電
池本体とは別に配設した燃料電池の如き、安定した運転
ができないという問題が生じる。また、溶融塩型あるい
は固体電解質燃料電池では、改質装置と電池本体を離し
て別に配設することは、ヒートロスが大キク、効率の悪
い燃料電池となるという問題がある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、上記問題点を高温耐熱性の燃料改質触媒を充
填した改質装置を燃焼室に配し、燃料電池を上記燃焼室
と連設された空気室に配し、(改質装置を燃料電池の直
前に配し)、また燃料電池で消費された残りの燃料を前
記燃焼室へ導き燃焼させる手段を配すことにより解決す
るものである。
すなわち本発明は、入口側に燃料導入管が配設され高温
耐熱性の燃料改質触媒が充填された改質装置と、同改質
装置の出口側に配設され前記改質装置にて改質された燃
料が供給される燃料電池と、前記改質装置を内部に収納
する燃焼室と、同燃焼室と連設され前記燃料電池2内部
に収納する空気室と、同空気室へ開口するごとく配設さ
れた空気導入管と、前記空気室と燃焼室との間に配設さ
れたバイパス管と、前記燃料電池で消費された残りの燃
料を前記燃焼室へ導き燃焼させる手段と、前記燃焼室に
開口するごとく配設された排ガス排出管とからなること
を特徴とする高温作動型燃料電池に関する。
〔作用〕
本発明においては、燃料が改質装置で改質された後、燃
料電池に送られ消費される。ここで消費された残シの燃
料が燃焼室にて燃焼される。
この燃焼は、例えば後述の第1実施例ではバーナで、第
2実施例では燃焼触媒で行わせる。
従って、改質装置における燃料の水蒸気改質反応(On
Hm+H,O−+ a、−4−co −・−・−吸熱反
応)は燃焼熱により促進されるとともに燃料′電池も高
温に加熱されるため、本発明に係る高温作動型の燃料電
池[溶融塩型(運転温度:約650℃)、固体電解質型
(運転温度:約1.000 ℃)]は効果的に作動し、
効率よく電力を発生する。
〔実施例〕
第1実施例 以下、本発明の第1実施例を第1図を参照して説明する
図において、1は燃料導入管、2は同燃料導入管が入口
側に配設された改質装置、3は同改質装置2内に充填さ
れた高温耐熱性の燃料改質触媒で、ここではアルミナに
バリウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属等の金f
J[化物を混合し焼成した高温耐熱性の担体に、ニッケ
ル等の燃料改質用の金Mを担持させた触媒を使用した。
4は前記改質装置2の出口側に配設された改質燃料管、
5は同改質燃料管4を入口側に配設された高温作動型の
燃料電池であり、例えば炭酸リチウムと炭酸カリウムの
混合アルカリ炭酸塩を電解質とする溶融塩型又はジルコ
ニア等のセラミックスの薄膜を電解質とする固体電解質
型である。
6は前記改質装置2と改質燃料管4を内部に収納する燃
焼室であシ、前記燃料電池5の燃料入口側端部は同燃焼
室内に露出している。
7は同燵焼室6に連設され内部に前記燃料電池50大部
分を収納する空気室、8は前記燃料電池5の燃料入口側
端部外周面に配設された熱伝導性の良好な隔壁で前記燃
焼室6と空気室7とを区画するものである。
9は前記燃焼室6と空気室7の内周面に形成された断熱
壁、10は前記空気室7内に開口するごとく配設された
空気導入管、11は前記空気室7と燃焼室6との間に配
設されたバイパス管、12は前記燃料電池5で消費され
た残りの燃料を前記燃焼室6内へ導く燃料輸送管、15
は同燃料輸送管12の出口開口部に配設されたバーナ、
14は前記燃焼室6に開口するごとく配設された排ガス
排出管である。
このような構成において、本発明高温作動型撚#+電池
の作動要領について説明する。
天然ガス等の燃料は燃料導入管1から高温耐熱性の燃料
改質触媒3が充填された改質装置2内へ導かれ、下記(
1)式の水蒸気改質反応で水素含有ガスが生成される。
(!nHm+H,O→%+ co  −(1)生成され
た水素含有ガスは改質燃料管4から燃料電池5内の燃料
極(マイナス極)へ送り込まねる。一方、空気導入管1
0がら空気室7内へ与かれた空気は酸化剤として燃料電
池5内の酸素極(プラス極)へ送り込まれる。
例えば、約1000℃で作動する固体電解質撚#+電池
の場合、第2図に示すように、酸素がポーラスな電極(
酸素極)に侵入し、酸素イオンに解離して電解質内を移
動後、燃料極で水素あるいは一酸化炭素と反応し、下記
(2)〜(4)式の反応が進行し、発進する。
プラス環(酸素極)   : 1/202+2e−→び
− −−−・−・−(2)また、約650℃で作動する
溶融塩型醒解質燃料電池の場合は、炭酸リチウムと炭酸
カリウムからなる薄膜を電解質とするもので、発電時に
この薄膜の中を炭酸イオンが移動する。
第1図に示す燃料1と池5は、第2図に示す発電原理を
有する電池が積層されたもので、1!&科に接する極を
マイナス、酸素に接する極をプラスとし、発電された電
気は積層されたセルの両端から集電する(図示省略)。
燃料電池5で消費された残りの燃料は、燃料輸送管12
から燃焼室6へ導かれバーナ15で燃焼されその燃焼熱
により断熱壁9でとりかこまれた改質装置2を加熱して
改質反応と促進するとともに、−側が燃焼室61内に露
出しだ燃料電池5を直接加熱し又熱伝導性の良好な隔壁
8を介して間接的に加熱し高温作動型燃料電池に適した
温度に維持する。
当然のことながら、燃料導入管1、改質燃料管4及び空
気導入管10は燃焼室6内で加熱されているので、燃料
、空気ともに予熱され、それぞれ改質装置2内、燃料電
池5内の反応を促進する。
なお、燃料電池5で消費された残りの空気はバイパス管
11を介して空気室7から燃焼室6へ送られ燃焼室6内
で燃焼に使用される。
燃焼排ガスは排出管14から排出される。
第2実施例 以下、本発明の第2実施例を第3図を参照して説明する
第5図r(おいて、第1図と相違する点は次の通りであ
る。
図において、15は燃焼室6内に充填された燃焼触媒で
、ここではアルミナにバリウム、マグネシウム等のアル
カリ土類金属等の金属酸化物を混合し、焼成した高温耐
熱性の担体自体(すなわち、MgとA/の複合酸化物で
あるニーシライト等)、その担体に白金等の燃料燃焼用
の金属を担持させたもの、α−アルミナ、α−アルミナ
に白金を担持させたもの等を使用した。
従って、燃焼室6内において、燃料輸送管12から導か
れる燃料電池5で消費された残りの燃料は、第1図の如
きバーナ13がなくても自然着火によ抄燃焼され、しか
も温度分布は均一で保熱性が良好である。
〔発明の効果〕
第1実施例の効果:以上詳述したように第1実施例に示
した本発明によれば、高温耐熱性の燃料改質触媒を充填
した改質装置は燃焼室内に配し、改質装置を燃料電池の
直前に配設したことによりヒートロスが少なく(改質燃
料管4が短いため)、改質触媒の劣化もないため長寿命
で高効率な燃料電池を提供できる利点がある。
又、改質装置は燃焼室内、燃料電池は燃焼室と一体的に
形成した空気室内に配したことによりコンパクトで運転
容易な燃料電池を提供できる利点がある。
第2実施例の効果:第1実施例の効果以外に、燃焼室内
に燃焼触媒が充填しであるため燃焼バーナは不要で自然
燃焼が可能であり、保熱性も良好であるためスタートア
ップが容易な燃料電池を提供できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例を示す概略説明図、第2図
は本発明の発電原理を模式的に示す図、第5図は本発明
の第2実施例を示す概略説明図である。 復代理人  内 1)  明 復代理人  萩 原 亮 − 復代理人  安 西 篤 夫 第1図 第2図 02(酸1ヒ剤)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 入口側に燃料導入管が配設され高温耐熱性の燃料改質触
    媒が充填された改質装置と、同改質装置の出口側に配設
    され前記改質装置にて改質された燃料が供給される燃料
    電池と、前記改質装置を内部に収納する燃焼室と、同燃
    焼室と連設され前記燃料電池を内部に収納する空気室と
    、同空気室へ開口するごとく配設された空気導入管と、
    前記空気室と燃焼室との間に配設されたバイパス管と、
    前記燃料電池で消費された残りの燃料を前記燃焼室へ導
    き燃焼させる手段と、前記燃焼室に開口するごとく配設
    された排ガス排出管とからなることを特徴とする高温作
    動型燃料電池。
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