JPS63205058A

JPS63205058A - 燃料電池装置

Info

Publication number: JPS63205058A
Application number: JP62035688A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Kotogami; 佳秀言上; Mitsuie Matsumura; 光家松村; Toshihide Tanaka; 俊秀田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1987-02-20
Publication date: 1988-08-24

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〕この発明は、燃料電池置市プラントを起動する場合に燃
料電池積層体を昇温する燃料電池装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

第３図は従来の燃料電池装置を示し、図において、単数
または複数の燃料電池よりなる燃料電池ｆ＊Ｊ一体（１
）、電池のアノード電極側にガスを供給するアノード人
口マニホールド（２）、カソード電極側にガスを供給す
るカッ〜ド入ロマニホールド（３）、燃料電池積層体（
１）と隣接し燃料電池積層体（１）を加熱する電気加熱
ヒータ板（４）、ヒータ・コントローラ（５）等により
燃料電池装置（１１）が構成されている。。

第４図に三愛市気技報、Ｖｏｌ　、　５９　、／Ｖｉ１
１　、（１９８５）に掲載されたＩＫＷ＃融炭酸塩形燃
料屯池装置の構成を示す、図の燃料電池積層体（１）両
端の電気加熱ヒータ板（４）を制御することによって、
運転温度までの加熱と運転中の保温を行うようになって
いる。

なお、第３図におけると同一符号は同一部分である。

次に動作について説明する。燃料電池発電プラントを起
動するには、燃料電池積層体（１）の昇温を行う必要が
あり、電気加熱ヒータ板（４）に通電し、電気エネルギ
ーを熱エネルギーに変えて瞬接する燃料車池撹りＩＩ！
＃体（１）の加熱を行う。その除、熱は、電気加熱ヒー
タ板（４）を熱伝導で、燃料電池積層体（１）内の各部
材を対流および熱伝導で伝達される。

燃料電池積層体（１）の昇温は燃料電池のタイプによっ
て決められた昇温パターンで行われ、それに応じたヒー
タ出力がヒータコントローラ（５）で調帯される。昇温
中、燃料電池績り一体（１）のアノード側にはアノード
入口マニホールド（２）より、たとえばＮ２ガス、　Ｎ
２　、ＣＯ２ガスが流され、アノード内各部材の酸化お
よび市、池にとって好ましくない化学反応を防いでいる
。他方、カソード側にもカソード入ロマニホールド（３
）より、たとえばＮ２　、　ＣＯ２、空気を流し、カソ
ード内各部材を運転雰囲気に保持しておく。

昇温か終り、運転温度に達すると、負荷をとる条件でア
ノード、カソードのガス量を設定し、所定の負荷をとる
。負荷状態は主に電池内においては発熱反応で、を池か
らの放熱、カソードΦガス冷却、または、その他の冷却
手段による冷却熱量と相殺して電池を一定温度に保つよ
うにヒータ出力を調整する。

このような電気加熱ヒータ（４）としては、通常、平板
型のシースヒータが用いられているが、特に溶融炭酸塩
形の燃料電池のような高温動作形の燃料電池の場合には
、動作温度がたとえば６００℃前後、またはそれ以上で
あって、シースヒータの使用限界温度に近い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のような従来の燃料電池装置では、起動時の燃料電
池積層体の昇温無負荷あるいは低負荷時の燃料電池積層
体の保温には一般的には電気加熱ヒータが用いられ、か
なりの電気エネルギーが消費されるという問題点があっ
た。

また、６００〜７００℃という高温での電気加熱ヒータ
の通電、ｖｔ４酸を避けるための絶縁が困難で、長期的
な寿命・ＧＴ頼性に欠けるという問題点もあった。

この発明は上記のような問題点を解消するためなされた
もので、電気エネルギーを消費せずに、燃料電池積層体
の昇温および保温を行うことが可能な燃料車１池装償を
得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は燃料電池積層体の昇温あるいは保温を行うた
めにｉ料電池積層体に隣接して内部で燃料ガスを触媒燃
焼させる触媒燃焼加熱器が設けられている。

〔作　用〕

この発明においては、触媒燃焼加熱器が燃料ガスと空気
を導入し、燃焼熱を隣接した燃料電池積層体の加熱に直
接オＩＪ用する。さらに、燃料電池積層体の温度を一定
に保つように燃焼加熱器に導入する空気量・燃料ガス量
を調整する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示し、燃料電池積層体（
１）と、この燃料電池積層体（１）に隣接して設けられ
た触媒燃焼加熱器（６）、融媒燃焼加熱器（６）からの
燃焼排ガスとの熱交侯器を有しているカソード入ロマニ
ホールド（３）、アノード入口マニホールド（２）等で
燃料電池装置（２１）が構成されている。

触媒燃焼加熱器（６）には、燃焼用の触媒（７）、燃焼
器内部の触媒燃焼部（８）、燃焼器内部の燃料ガスと空
気を均一に混合する混合部（９）および火炎の逆火を防
止する逆火防止要素（ｌＯ）等からなっている。

次に動作について説明する。燃料電池、特に高温動作形
の燃料電池、たとえば溶融炭酸塩形の燃料電池は、動作
時においては高温状態に保持する必要がある。したがっ
て、先に述べたように、動作温度までの加熱が起動時に
おいて必要となる。

また、電池の休止状態においても、部材の熱サイクルに
よる損傷を避けるため、あるいは起動時間を短くするた
め、動作温度付近に保持することが望ましい。さらには
、燃料電池装置（２１）の上下端部からの放熱による上
下端部の温度低下を避けるため、電池の動作状態におい
ても燃料筒、池装置（２１）の上下端部を若干、加熱保
温することが梁ましい。

触媒撚・焼却熱器（６）は以上のような要求を満たすた
めに設けられたもので、燃料電池積層体（１）に１舞接
して設けられ、加熱保温する機能を持たせたものである
。具体的には第１図においては、平板状の触媒燃焼加熱
器（６）が燃料電池積層体（１）の間に挿入されている
。このような触媒燃焼加熱器（６）は、第１図に示すよ
うに、内部に燃料ガスの触媒燃焼を促進する燃焼用触媒
（７）を保持し、同触媒燃焼加熱器（６）に導入された
燃料ガスをこの燃焼用触媒（７）上で酸化せしめ、その
ときに生じる酸化熱を外部に放出することにより加熱板
として機能する。

燃焼用触媒（７）としては、アルミナ、マグネシアなど
の多孔性担体の上に白金、パラジウムなどの貢金楓を担
持させたものが市販されていて利用可能であり、その形
状としては、第１図に示したような球、柱状などの粒状
のものや、担体０牙をハニカム状に成形することにより
、それ自身にガス流路のための穴を有したハニカム状の
モノリス型のもの、網状のものなどがある。

触媒燃焼加熱器（６）の温度の制御は、供給する燃料ガ
スの流量や燃料ガスの単位流量機りに供給される酸化ガ
ス（具体的には空気）の流量を調節することにより達成
される。ここで、燃焼用触媒（７）は、通常、耐熱性に
乏しく、高温、たとえば８００℃以上においては担持金
属のシンタリングが進み、活性が低下することが知られ
ている。したがって、常に触媒燃焼加熱器（６）の温度
の監視を行い、燃料ガスの流量、酸化ガスの流量を適宜
調整することが必要である。

先に述べたように燃料電池装置（２１）の上下端部にお
いては、放熱の影響によって中央部分に比べて温度が低
くなる傾向がある。したがって、電〜　池の保温という
点からは触媒燃焼加熱器（６）を燃料電池装置（２１）
の上下端部にも設けることが効果的である。そのために
、第１図に示すように、中央部分にも触媒燃焼加熱器（
６）を設ける場合には、上下端部に設けた触媒燃焼加熱
器（６）と互いに独立した燃料ガス、Ｖ比ガス供給系を
設け、独立して温度制御できるようにすれば、より好ま
しい温度制御を行うことができる。

また、燃料電池を用いた発電システムにおいては、未使
用の余剰の燃料ガスを利用できる場合がある。具体的に
は、たとえば内部改質形の燃料電池を用いた発電システ
ムにおいては、燃料布、池から排出された未利用の燃料
ガスは発電システムにおいては余剰の燃料となる。この
ような燃料ガスを触媒燃焼加熱器（６）の燃料ガスとし
て利用することにより、発電システム内において効率的
なエネルギーの利用を図ることができる。

なお、上記の実施例においては、触媒燃焼加熱器（６）
から排出された高温の排ガスでカソード入ロガスの予熱
も行っている。

なお、上記実施例では、燃料電池の昇温時、または定常
動作時および休止時における放熱を補うだめの温度維持
に関して、燃料電池の加熱を行う目的で特徴的な触媒燃
焼加熱器（６）を用いる場合について説明した。その他
の利用法としては、特に内部改質形の燃料電池において
、負荷電流を大きくするために供給炭化水素の流量を増
大した直後に見られる過渡的な燃料電池の温度低下を相
殺するための加熱装置として利用可能である。

また、同じく内部改質形の燃料電池に関する低負荷動作
時においては、燃料電池において改質反応による吸熱量
が電池反応による発熱量よりも大きくなり定常的な電池
の運転が難しいことか知られている。このような場合に
おいても、上記の触媒燃焼加熱器（６）を加熱装置とし
て用いることにより、さらに望ましくは燃料電池から排
出された未利用の燃料ガスをその燃料として用いること
により、発電、効率を低下せしめることなく低負荷運転
を実現することができる。

さらに、特に溶融炭酸塩形の燃料電池の場合にはカソー
ドガスとして二酸化炭素を必要とするため、触媒燃焼加
熱器（６）から排出された二酸化炭素を含む燃焼排ガス
を直接カソード入ロガスに混合φ供給してやればよい。

その場合には、カンード入ロガス中に含まれる二酸化炭
素分圧が増大して電池特性が向上するとともに、カソー
ド入ロガスの予熱が容易に効果的に得ることができると
いう利点もある。

第２図は他の実施例の触媒燃焼器（６ａ）を示し、混合
部（９）をガス分配パイプ（９ａ）で形成し、その上部
に逆火防止要素（１０）を介して触媒（７）を配置した
ものである。

触媒燃焼器を用いて燃料電、池積層体の加熱を行う場合
には、平面内に均一な加熱を行うことが望ましく、その
ような点からは第２図に示した構造のものが望ましいが
、少々厚みが厚（なる欠点がある。したがって、このよ
うな構造の触媒燃焼器（６ａ）は、たとえば燃料車池装
［（２１）の上下両端部罠配設するのに適している。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明は、触媒燃焼加熱器を使用する
ことにより、従来、電気ヒータで消費していた電気エネ
ルギーを節約でき、また電気ヒータ板を使用する場合と
同様に、電池果合体の昇温・保温を行うことができる効
果がある。

さらに従来の電気ヒータ板に見られたような漏電、断線
の心配がなく、長期的に信頼性の高い運転が可能になる
という効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の一部断面正面図、第２図
は他の実施例の一部の正断面図、第３図は従来の燃料電
池装置の一部断面正面図、第４図は同じく全体斜視図で
ある。（１）・ψ燃料電池積層体、（６）、（６ａ）・・触媒
燃焼加熱器、（２１）・・燃料電池装置。なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。１　；　燃゛ｆ＋電ｚｔ！櫂層体６　゛　　角ｔ１某マＥ月り力Ｏ冑ト琢２１　　：　　
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Claims

【特許請求の範囲】

（１）燃料ガスおよび酸化ガスが供給されることにより
動作する燃料電池よりなる燃料電池積層体と、この燃料
電池積層体に隣接して設けられ内部で燃料ガスを触媒燃
焼せしめることにより前記燃料電池積層体を加熱する機
能を有した触媒燃焼加熱器とを備えてなる燃料電池装置
。
（２）触媒燃焼加熱器が燃料電池積層体の積層方向にお
いて端部および中央部の少なくともいずれかに設けられ
ている特許請求の範囲第１項記載の燃料電池装置。
（３）燃料電池積層体から排出された未利用の燃料ガス
を触媒燃焼加熱器において燃焼せしめる特許請求の範囲
第１項記載の燃料電池装置。
（４）溶融炭酸塩形の燃料電池である特許請求の範囲第
１項記載の燃料電池装置。
（５）触媒燃焼加熱器から排出された燃焼排ガスに含ま
れる二酸化炭素および二酸化炭素の少なくともいずれか
を含むガスを燃料電池積層体に酸化ガスの一部として供
給する特許請求の範囲第４項記載の燃料電池装置。