JPH01276566A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
- Publication number
- JPH01276566A JPH01276566A JP63104081A JP10408188A JPH01276566A JP H01276566 A JPH01276566 A JP H01276566A JP 63104081 A JP63104081 A JP 63104081A JP 10408188 A JP10408188 A JP 10408188A JP H01276566 A JPH01276566 A JP H01276566A
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- JP
- Japan
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- gas
- pressure
- fuel cell
- cell stack
- reaction
- Prior art date
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- Pending
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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
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04104—Regulation of differential pressures
-
- 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
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
-
- Y—GENERAL 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
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
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- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (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】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
この発明は、燃料電池に関する。
（従来の技術）
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
生起させるもので、リン酸型、固体電解質型等の他の燃
料電池に比べ、電極反応が起り易く、発電熱効率が高い
うえ、高価な貴金属触媒を必要としない等の特長を有し
ている。
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
生起させるもので、リン酸型、固体電解質型等の他の燃
料電池に比べ、電極反応が起り易く、発電熱効率が高い
うえ、高価な貴金属触媒を必要としない等の特長を有し
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１こは、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
橋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１こは、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
橋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成極板（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
０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、アノード０ＩＩＩ ｍ極において、 迅＋Ｃ０３′−→Ｈ２０＋ＣＯ１＋２＠−なる反応を、
またカソード側電極において１／２０１＋ＣＯ２＋２ｅ
→ＣＯ５２−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
るよりにしている。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間にも、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。
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
０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、アノード０ＩＩＩ ｍ極において、 迅＋Ｃ０３′−→Ｈ２０＋ＣＯ１＋２＠−なる反応を、
またカソード側電極において１／２０１＋ＣＯ２＋２ｅ
→ＣＯ５２−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
るよりにしている。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間にも、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、上記の燃料電池本体とマニホールドとの間の
ウェットシール部のシール性は完全でなく反応ガスとし
ての酸素ガスや水素ガス等が容器中に漏出しやすい。
ウェットシール部のシール性は完全でなく反応ガスとし
ての酸素ガスや水素ガス等が容器中に漏出しやすい。
また、電池積層体の温度が６００〜７００℃と高い為に
容器内に設置した電池積層体を保温材でおおっても容器
と電池積層体の窒素ガスやアルゴンガス等のカバーガス
温度は上昇する。
容器内に設置した電池積層体を保温材でおおっても容器
と電池積層体の窒素ガスやアルゴンガス等のカバーガス
温度は上昇する。
現在では第２図に示すように、窒素ガスやアルゴンガス
等のカバーガスはガス容器１から減圧弁２で減圧されて
容器３に流入する。電池積層体４は容器３に固定され、
かつ外周部を保温材５でおおわれている。電池積層体４
の熱により昇温したカバーガスは容器３上部から触媒装
置６を経てカバーガス中の水素を水ｆこ変換した後に大
気中に放出されている。
等のカバーガスはガス容器１から減圧弁２で減圧されて
容器３に流入する。電池積層体４は容器３に固定され、
かつ外周部を保温材５でおおわれている。電池積層体４
の熱により昇温したカバーガスは容器３上部から触媒装
置６を経てカバーガス中の水素を水ｆこ変換した後に大
気中に放出されている。
現在、単位電池の大きさは５００１角から１５０ｃＩＬ
角程度の大きさとなり、上記のように容器３内のカバー
ガスを大気放出すると大量のカバーガスが必要となり、
またカバーガスを容器３内に充填するのみでは漏れた水
素ガス濃度が高くなり、反応ガス中のｒｌに素ガスも同
時にカバーガス中に漏出すると水素ガスと酸素ガスの爆
発の危険性や水素ガスと酸素ガスの燃焼反応によりカバ
ーガス温度の上昇や一酸化炭素濃度の上昇等の問題があ
る。
角程度の大きさとなり、上記のように容器３内のカバー
ガスを大気放出すると大量のカバーガスが必要となり、
またカバーガスを容器３内に充填するのみでは漏れた水
素ガス濃度が高くなり、反応ガス中のｒｌに素ガスも同
時にカバーガス中に漏出すると水素ガスと酸素ガスの爆
発の危険性や水素ガスと酸素ガスの燃焼反応によりカバ
ーガス温度の上昇や一酸化炭素濃度の上昇等の問題があ
る。
（発明が解決しようとする課題）
上述のように加圧容器内のカバーガスを大気放出すると
大量のカバーガスが必要となり、またカバーガスを加圧
容器内に充填のみでは水素ガス濃度が高くなり、反応ガ
スの酸素も同時にカバーガス中に漏出すると水素ガスと
酸素ガスの爆発の危険性や水素ガスと酸素ガスの燃焼反
応Ｉこよりカバーガス温度の上昇や一酸化炭素濃度の上
昇等の問題がある。
大量のカバーガスが必要となり、またカバーガスを加圧
容器内に充填のみでは水素ガス濃度が高くなり、反応ガ
スの酸素も同時にカバーガス中に漏出すると水素ガスと
酸素ガスの爆発の危険性や水素ガスと酸素ガスの燃焼反
応Ｉこよりカバーガス温度の上昇や一酸化炭素濃度の上
昇等の問題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、カバーガスの量を少なくした！ま、容器
内ｆこ反応ガスが漏洩するのを防止できる溶融炭酸塩燃
料電池を提供することにある。
するところは、カバーガスの量を少なくした！ま、容器
内ｆこ反応ガスが漏洩するのを防止できる溶融炭酸塩燃
料電池を提供することにある。
（課題を解決するための手段）
本発明の溶融炭酸塩燃料電池においては、７ノード電極
とカソード電極との間に電解質層を介在させて構成され
た単位電池を導電性セパレータを介して複数積層してな
る燃料電池積層体と、単位電池に設けられた反応ガス流
路に反応ガスを導入する複数のマニホルドを備えた燃料
電池積層体を密閉加圧容器内に設けかつ、密閉加圧容器
と燃料電池積１体間にカバーガスを充填し、加圧容器内
のカバーガス圧力を燃料電池積層体の反応ガス入ロ側マ
Ｉホルト内圧力と同圧若しくは高くしたことを特徴とし
ている◎ また密閉加圧容器内のカバーガス圧力を燃料電池積層体
の反応ガス入口側ママホルト内圧力より０．１〜１０
ｋＰａ高くしたことを特徴としている。
とカソード電極との間に電解質層を介在させて構成され
た単位電池を導電性セパレータを介して複数積層してな
る燃料電池積層体と、単位電池に設けられた反応ガス流
路に反応ガスを導入する複数のマニホルドを備えた燃料
電池積層体を密閉加圧容器内に設けかつ、密閉加圧容器
と燃料電池積１体間にカバーガスを充填し、加圧容器内
のカバーガス圧力を燃料電池積層体の反応ガス入ロ側マ
Ｉホルト内圧力と同圧若しくは高くしたことを特徴とし
ている◎ また密閉加圧容器内のカバーガス圧力を燃料電池積層体
の反応ガス入口側ママホルト内圧力より０．１〜１０
ｋＰａ高くしたことを特徴としている。
また、密閉容器内カバーガスを炭酸ガスにしたことを特
徴としている。
徴としている。
（作用）
燃料電池のアノード側反応ガスは水素ガスと炭酸ガスの
混合ガス、カソード側反応ガスは空気と炭酸ガスの混合
ガスを用いる・ 加圧容器内のカバーガス圧力が燃料電池積層体側面の反
応ガス入ロ側マｆホルト内圧力より高い場合に燃料電池
本体とマｔホルト間のウェットシール部からカバーガス
が反応ガス中ｌこ流入する。
混合ガス、カソード側反応ガスは空気と炭酸ガスの混合
ガスを用いる・ 加圧容器内のカバーガス圧力が燃料電池積層体側面の反
応ガス入ロ側マｆホルト内圧力より高い場合に燃料電池
本体とマｔホルト間のウェットシール部からカバーガス
が反応ガス中ｌこ流入する。
このためにカバーガス中への水素ガスや２２ガスの流入
を防ぐことが出来る。しかしながら、カバーガスが大量
に反応ガス中に流入する場合は燃料電池性能を低下させ
る。この為にカバーガスと反応ガスとの圧力差をある値
（例えば、０１乃至１０ＫＰａ程度）以下にして、燃料
電池性能の低下を防ぐことができ、カバーガスｆこ炭酸
ガスを用いれば反応ガス内に流入しても性能にほとんど
影響を与えたい◇ （実施例） 第１図を参照して本発明の一実施例を説明する。
を防ぐことが出来る。しかしながら、カバーガスが大量
に反応ガス中に流入する場合は燃料電池性能を低下させ
る。この為にカバーガスと反応ガスとの圧力差をある値
（例えば、０１乃至１０ＫＰａ程度）以下にして、燃料
電池性能の低下を防ぐことができ、カバーガスｆこ炭酸
ガスを用いれば反応ガス内に流入しても性能にほとんど
影響を与えたい◇ （実施例） 第１図を参照して本発明の一実施例を説明する。
なお、第２図と同一部分ｌζは同一符号を付してそのＮ
Ｒ，Ｆ！Ａは省略する。加圧容器３の中に単位電池をセ
パレータを介して複数積層してなる溶融炭酸塩燃料電池
積層体４が設けられている。燃料電池積層体４の運転時
の作動温度が６００〜７００℃と高いために加圧容器３
と燃料電池積層体４との間には熱的に絶縁する保温材７
が設けられ、これにより燃料電池積層体４は固定され、
かつ燃料電池積層体４とマニホルド８の外周部を保温材
５で覆っている。
Ｒ，Ｆ！Ａは省略する。加圧容器３の中に単位電池をセ
パレータを介して複数積層してなる溶融炭酸塩燃料電池
積層体４が設けられている。燃料電池積層体４の運転時
の作動温度が６００〜７００℃と高いために加圧容器３
と燃料電池積層体４との間には熱的に絶縁する保温材７
が設けられ、これにより燃料電池積層体４は固定され、
かつ燃料電池積層体４とマニホルド８の外周部を保温材
５で覆っている。
第１図では燃料電池積層体４とマニホルド８の支持固定
方法については図示していない。加圧容器３に供給する
炭酸ガス等のカバーガスはガス容器１から減圧弁２を介
して圧力調整されながら所定の圧力（０，２〜０．８Ｍ
Ｐａａ度）まで昇圧する０燃料電池績層体４が運転状態
ｆこなると反応ガス入口側マニホルド８ａ圧力とカバー
ガス圧力の両者を検出して圧力制御装置９１こより減圧
弁２と圧力調整用バルブ１０を開閉してカバーガス圧力
を反応ガス入口側マニホルド８ａの圧力より高く調節す
るＱ本発明ではカバーガスの圧力を高めるために加圧容
器３は密閉されている。
方法については図示していない。加圧容器３に供給する
炭酸ガス等のカバーガスはガス容器１から減圧弁２を介
して圧力調整されながら所定の圧力（０，２〜０．８Ｍ
Ｐａａ度）まで昇圧する０燃料電池績層体４が運転状態
ｆこなると反応ガス入口側マニホルド８ａ圧力とカバー
ガス圧力の両者を検出して圧力制御装置９１こより減圧
弁２と圧力調整用バルブ１０を開閉してカバーガス圧力
を反応ガス入口側マニホルド８ａの圧力より高く調節す
るＱ本発明ではカバーガスの圧力を高めるために加圧容
器３は密閉されている。
このときのカバーガス圧力は反応ガス入口側マニホルド
８ａの圧力よりもわずかに高くすれば、シール部分から
の反応ガスの漏れが生じなくなる。
８ａの圧力よりもわずかに高くすれば、シール部分から
の反応ガスの漏れが生じなくなる。
また、あまり圧力差を大きくするとシール性能に悪影響
を与え反応ガス中に逆流する契合もあるため、圧力差０
．１乃至１０ＫＰａａ度に設定すればよまた、シール部
分からの漏れを完全に防止させるためｌこは、カバーガ
ス圧力と反応ガス入口側マニホルド８ａの圧力とを完全
に等しくすればよい。
を与え反応ガス中に逆流する契合もあるため、圧力差０
．１乃至１０ＫＰａａ度に設定すればよまた、シール部
分からの漏れを完全に防止させるためｌこは、カバーガ
ス圧力と反応ガス入口側マニホルド８ａの圧力とを完全
に等しくすればよい。
しかし、完全に一致させることは比較的困難であり、ま
た安全性の面からもカバーガス圧力を高くすることが望
ましい。安全性確保の面からは、カバーガス圧力をより
高く設定することが望ましいが、その場合には逆にカバ
ーガスがマニホルド８内に侵入し燃料電池の性能低下を
生じさせるズれがある力；、この実施例に示すようｌこ
カバーガスに炭酸ガスを用いれば、炭酸ガスは本来反応
ガス中に成分として含まれているものであり、圧力差を
１０ＫＰａ程度にとどめれば問題はほとんどない◇この
ように従来は、カバーガスを常時大気放出するためＩこ
大量のカバーガスを必要としたが、本発明ではカバーガ
スの圧力を反応ガス入口側マンホルドの反応ガスの圧力
よりもわずかに高く設定しておくだけでよく、大気放出
を行なわず密閉されているため流量を大幅に減少できる
。
た安全性の面からもカバーガス圧力を高くすることが望
ましい。安全性確保の面からは、カバーガス圧力をより
高く設定することが望ましいが、その場合には逆にカバ
ーガスがマニホルド８内に侵入し燃料電池の性能低下を
生じさせるズれがある力；、この実施例に示すようｌこ
カバーガスに炭酸ガスを用いれば、炭酸ガスは本来反応
ガス中に成分として含まれているものであり、圧力差を
１０ＫＰａ程度にとどめれば問題はほとんどない◇この
ように従来は、カバーガスを常時大気放出するためＩこ
大量のカバーガスを必要としたが、本発明ではカバーガ
スの圧力を反応ガス入口側マンホルドの反応ガスの圧力
よりもわずかに高く設定しておくだけでよく、大気放出
を行なわず密閉されているため流量を大幅に減少できる
。
また、上述したようｌこカバーガスに炭酸ガスを用いれ
ばカバーガスの圧力と反応ガスとの圧力差を、窒素ガス
やアルゴンガス等をカバーガスとした場合に比べて大き
くでき安全性が向上する。
ばカバーガスの圧力と反応ガスとの圧力差を、窒素ガス
やアルゴンガス等をカバーガスとした場合に比べて大き
くでき安全性が向上する。
なお、実施例においては、減圧弁２と圧力調整弁１０を
別々に用いたが、これを一つの弁で兼用させることもで
きる。
別々に用いたが、これを一つの弁で兼用させることもで
きる。
以上詳述したよつｌこ、本発明によればカバーガスの供
給量を従来より大幅ｆこ減少させ、かつ容器内ｌこ反応
ガスが漏れ出すのを防止することができる。
給量を従来より大幅ｆこ減少させ、かつ容器内ｌこ反応
ガスが漏れ出すのを防止することができる。
第１図は、本発明の溶融炭酸塩燃料電池の一実例を示す
概略構成図、第２図は、従来の溶融炭酸塩燃料電池の概
略構成図である。 １・・・ガス容器（ガス供給手段）、２・・・減圧弁、
３・・・加圧容器（容器］、４・・・燃料電池積層体、
７・・・セパレータ、８ ａ ＊ ８ ｂ 用マニホル
ド、９・・・圧力制御装ｆｆ１（圧力制御手段）、１０
川圧カ調整用バルブ（圧力制御手段）。
概略構成図、第２図は、従来の溶融炭酸塩燃料電池の概
略構成図である。 １・・・ガス容器（ガス供給手段）、２・・・減圧弁、
３・・・加圧容器（容器］、４・・・燃料電池積層体、
７・・・セパレータ、８ ａ ＊ ８ ｂ 用マニホル
ド、９・・・圧力制御装ｆｆ１（圧力制御手段）、１０
川圧カ調整用バルブ（圧力制御手段）。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 アノード電極とカソード電極との間に電解質層を介在さ
せてなる単位電池を導電性セパレータを介して複数積層
してなる燃料電池積層体と、この燃料電池積層体に設け
られた反応ガス流路に反応ガスを導入すると共に反応後
のガスを排出するためのマニホルドと、 前記燃料電池積層体及びマニホルドを外気から密閉する
ための容器と、 この容器内に反応に関与しないカバーガスを充填するガ
ス供給手段と、 前記反応ガスの圧力を検知する圧力検知手段と、この圧
力検知手段の情報に基いて前記カバーガスの圧力を前記
反応ガスの圧力と、同圧若しくは反応ガスの圧力よりも
高くするための圧力制御手段とを具備することを特徴と
する燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63104081A JPH01276566A (ja) | 1988-04-28 | 1988-04-28 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63104081A JPH01276566A (ja) | 1988-04-28 | 1988-04-28 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01276566A true JPH01276566A (ja) | 1989-11-07 |
Family
ID=14371193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63104081A Pending JPH01276566A (ja) | 1988-04-28 | 1988-04-28 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01276566A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6475651B1 (en) | 2000-07-31 | 2002-11-05 | Ballard Power Systems Inc. | Method and apparatus for detecting transfer leaks in fuel cells |
| JP2005285425A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 燃料電池装置およびその運転方法 |
| JP2007535098A (ja) * | 2004-04-23 | 2007-11-29 | ニューセルシス ゲーエムベーハー | 燃料電池をベースとする発電システムおよびその運転方法 |
-
1988
- 1988-04-28 JP JP63104081A patent/JPH01276566A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6475651B1 (en) | 2000-07-31 | 2002-11-05 | Ballard Power Systems Inc. | Method and apparatus for detecting transfer leaks in fuel cells |
| JP2005285425A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 燃料電池装置およびその運転方法 |
| JP2007535098A (ja) * | 2004-04-23 | 2007-11-29 | ニューセルシス ゲーエムベーハー | 燃料電池をベースとする発電システムおよびその運転方法 |
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