JPH02226667A - 燃料電池を用いた発電装置 - Google Patents

燃料電池を用いた発電装置

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JPH02226667A
JPH02226667A JP1045449A JP4544989A JPH02226667A JP H02226667 A JPH02226667 A JP H02226667A JP 1045449 A JP1045449 A JP 1045449A JP 4544989 A JP4544989 A JP 4544989A JP H02226667 A JPH02226667 A JP H02226667A
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武憲 渡部
Tetsuya Hirata
哲也 平田
Mutsumi Ogose
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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、溶融炭酸塩などを電解質とした燃料電池に係
り、特にセルスタックと燃料を改質してアノードガスと
する改質器とを一体にした燃料電池を用いた発電装置に
関するものである。
［従来の技術］ 燃料電池の原理は、水の電気分解の逆の反応であり、ア
ノードガス中の水素とカソードガス中の酸素とを電解質
を用いて化学的に反応させて電気と水を収り出すもので
ある。燃料電池の主構成体は、電解質板を多孔質のアノ
ード板とカソード板で挟んで形成したセルエレメントと
そのセルエレメントにアノード及びカソードガスの流路
を形成するセパレータプレートとを交互に積層したセル
スタックと、天然ガスなどを水蒸気で改質してアノード
ガスとする改質器と、熱交換器などからなる。先ず天然
ガスなどを水蒸気と共に改質器の改質室に供給して、水
素リッチのアノードガスとし、そのアノードガスをセパ
レータプレートのアノード側流路に供給し、他方カソー
ド側流路には、改質室を加熱して改質温度を維持するた
めの燃焼室から排出された排ガスに空気を混入してカソ
ードガスとして供給することで発電がなされる。
現在この電解質としては燐酸を使用したものや溶融炭酸
塩を用いたものなど、種々の燃料電池が提案されている
。
電解質として溶融炭酸塩を用いた場合、アノード側の反
応とカソード側の反応は下式のように行われる。
カソード・＝　１／２０２　＋ＣＯ２＋　２　ｅ→Ｃ０
，２− アノード・・・Ｈ２＋ＣＯ）”− −Ｈ２０＋　ＣＯ２＋２ｅ また改質反応は下式のように行われる。
ＣＨ，十Ｈ２０→ＣＯ＋　３　Ｈｘ ＣＯ＋Ｈ２０→Ｃ０，２＋Ｈ２ この燃料電池においては、セルスタックや改質器はプレ
ート型で極力小形化できるようにされる。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、セルスタックや改質器を小形化してもセ
ルスタックや改質器への各ガスの給排のためのガス配管
などが複雑に入り組み易くなる傾向にある。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、燃料電池
を極力小形化できしかもガス配管などが簡便にできる燃
料電池を用いた発電装置を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記の目的を達成するために、セルエレメン
トとセパレータプレートとを交互に多段に積層してセル
スタックを形成すると共にそのセルスタックの任意の段
のセパレータプレート間に燃料ガスを改質してアノード
ガスとする改質器プレートを介設し、他方燃料を改質し
てアノードガスとする改質器を多数のプレートを積層し
て形成し、この改質器とセルスタックとをホルダーを介
して一体に重ねると共にそのセルスタック、改質器及び
ホルダーに各種ガスの給排通路を形成したものである。
［作用］ 上記の構成によれば、セルスタックと改質器とを一体型
としその中に各種ガスの給排通路を形成することで、ガ
ス配管が簡便にできる。
［実施例］ 以下、本発明の好適実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
先ず、第１図により本発明の発電装置の全体の基本的構
成を説明する。
第１図において１０は、セルスタックで、セルエレメン
ト１１とセパレータプレート１２とを多段に積層して形
成され、そのセパレータプレート１２の両側にアノード
流路１３とカソード流路１４とが形成され、また任意の
段に第１改質器プレート１５が介設される。１６はプレ
ート型の改質器で、第２改質室１７と燃焼室１８と分散
室１９からなり、これらは後述するようにそれぞれ第２
改質室１７、燃焼室１８、分散室１９を形成するプレー
ト２０．２１．２２の積層体で形成される。２３はプレ
ート型熱交換器で、このプレート型熱交換器２３、プレ
ート型の改質器１６及びセルスタック１０が一体に積層
されると共にその積層体に後述する各種ガスの給排用通
路が形成される。また、２４は熱交換器、２５は脱硫器
、２６は圧縮機、２７はボイラー、２８は軟水化装置、
２９はへラダー、３０．３１はエジェクター３２はイン
バータである。
この発電装置においての各ガスの流れを説明する。
先ず都市ガス、天然ガスなどの原料ガスは、脱硫装置２
５でイオウ分が除去され、エジェクター３０からライン
３３よりプレート型熱交換器２３の予熱室３４に入る。
−力水（Ｈ，Ｏ）は、軟水化装置２８で軟水化され、ボ
イラ２７で蒸気にされた後、ライン３６よりエジェクタ
ー３０に入り、原料ガスと共にライン３３よりプレート
型熱交換器２３の予熱室３４に入る。予熱された後の原
料ガスは、通路３７を通ってセルスタック１０の第１改
質器プレート内の改質室１５ａ内に入り、そこで約８０
％程度改質された後、通路３８を通って改質器１６の第
２改質プレート２０の改質室１７に入り末友地分が改質
されてアノードガスとされ、通路３９を通り、プレート
型熱交換器２３の加熱室４０に流れ、予熱室３４の原料
ガスを予熱する。その後アノードガスは通路４１より、
セルスタック１０の各アノード流路１３内に供給される
。
空気は、圧縮機２６で昇圧された後、ヘッダー２９を介
して、ライン４２より熱交換器２４の予熱室４３に入り
、そこで加熱された後、ライン４４より通路５６を介し
て改質器１６の燃焼プレート２１の燃焼室１８内に入る
。他方セルスタック１０のアノード流路１３より未反応
の水素を含むガスは、通路４５より改質器１６の分散プ
レート２２の分散室１９に入り、そこから燃焼室１８に
入る。燃焼室１８では分散室１９から入った未反応の水
素を含むガスがその燃焼室１８に供給された空気で燃焼
され、その燃焼熱で、第２改質室１７を加熱し、その改
質温度を維持する。燃焼室１８からの排ガスは、通路４
６を通ってエジェクタ３１に入り、そこで、ヘッダー２
９からライン３５を通った空気と混合されて通路４７に
入り、その通路４７からカソード流路１４に供給された
後、通路４９を介して熱交換器２４の加熱室５０を通り
、ボイラ２７に供給され、軟水装置２８からの給水を加
熱した後、ライン５１から排気される。
セルスタック１０においては、各セルエレメント１１の
両側のアノード及びカソード流路１３゜１４にガスが供
給されることで、上述した反応が行われて発電が行われ
、積層したセルエレメント１１の最外層のアノード及び
カソードから重畳された電気が取り出され、インバータ
３２にて交流にされる。
次に、セルスタック１０．改質器１６．プレート型熱交
換器２３の詳細な構造を第２〜４図により説明する。
第２図は、セルスタック１０の詳細を示す。
先ずセルエレメント１１は、多孔質板に電解質を染み込
ませた電解質タイル６０の両側にアノード板６１．カソ
ード板６２を挾み、その両側に多孔打抜板６３．６３を
挾み、更にマスク板６４゜６４を設けて形成される。こ
のセルエレメント１１とセパレータプレート１２とが交
互に積層されてセルスタック１０が形成されると共にそ
の任意の段のセパレータプレート１２の間にセルエレメ
ント１１に代えて第１改質器プレート１５が投けられる
。このセルエレメント１１．セパレータプレート１２及
び第１改質器プレート１５の周囲には第１図で説明した
通路３７，３８．４１゜４５．４６．４７及び通路５６
を形成するための穴６５°、６６．６７が穿設されてい
る。
セパレータプレート１２は第５図に示すように波形状に
形成され、積層時その表裏にアノード流路１３とカソー
ド流路１４を形成する。
第１改質器プレート１５は、通路３７．３８を形成する
穴６５．６５に整合して貫通する筒状の改質室６８が形
成され、第６図に示すように、その改質室６８の開口部
に盲ｌ！６９が設けられると共にその改質室６８内に改
質触媒７０が充填される。
改質器１６は、第３図に示すように、分散室１９が形成
された分散プレート８０の両側に多孔打抜プレート８１
を挟み、その両多孔打抜プレート８１に燃焼室１８が形
成された燃焼プレート８２を重ね、その燃焼グレート８
２に伝熱プレート８３を介して第２改質室１７が形成さ
れた第２改質器プレート８４を重ね、これを１ユニツト
として仕切プレート８５にて多段に積層して形成される
。各プレート８０，８１，８２，８３，８４゜８５の周
囲には上記セルスタック１０と同様穴６５．６６．６７
が穿設され、これら穴６５゜６６．６７で、通路３７，
３８，３９．４１゜４４．４５．４６が形成されると共
に対応する室１７．１８．１９へ各ガスを流すべく給排
口（図示せず）が形成されている。
グレート型熱交換器２３は第４図に示すように、フィン
プレート９０とマスクプレート９１とを交互に重ねて形
成され、その積層体の上下に仕切プレート９２が設けら
れる。このプレート型熱交換器２３にも同様穴６５，６
６．６７が穿設され、通路３７．３９．４１．５２．５
３．５４．５５が形成される。
これらグレート型熱交換器２３．改質器１６゜セルスタ
ック１０は、順に重ね合わされる。
すなわち、これらプレート型熱交換器２３．改質器１６
．セルスタック１０の通路３７．３８゜３９．４１，４
５．４７，４９，５２，５３゜５４．５５．５６とはホ
ルダーｉｏｏ、１０１゜１０２．１０３を介して接続さ
れるようになっている。
これを第７図により説明する。第７図において、各プレ
ート内に形成される流路１３．１４及び室１５．１７，
１８，１９，３４．４０は、説明の便宜上、長辺側に穿
設した六６６．６７間の方向と、短辺側に穿設した穴６
５間の方向とに別けて示している。さて第７図において
、通路３７３８．３９．５５は、短辺側に穿設した穴６
５で形成され、また通路４５，４６，５２．５３は長辺
側に穿設した丸穴６６で形成され、通路４１゜４７．４
９．５４．５６は長穴６７で形成される。
先ず下部ホルダー１００は、ライン３３とプレート型熱
交換器２３の通路５２を接続するボート７１、通路５５
と通路４１を接続するボート７２及び通路５３．５４と
通路３７を接続するボート７３を有し、また通路３９の
下＠３９ａを閉じるように形成される。
グレート型熱交換器２３と改質器１６間のホルダー１０
１は、プレート型熱交換器２３の通路５２．５３．５４
．５５の上端５２ｂ、５３ｂ。
５４ｂ、５５ｂ及び改質器１６の通路３８，４５゜４６
．５６の下端３８ａ、４５ａ、４６ａ５６ａを閉じ、ま
たプレート型熱交換器２３と改質器１６の通路３７，３
９．４１を接続するボート７４，７５．７６を有する。
改質器１６とセルスタック１０間のホルダー１０２は、
改質器１６とセルスタック１０の双方の通路３７，３８
．４１．４５を接続するボート９３．９４，９５．９６
を有し、また熱交換器２４の予熱室４３からのライン４
４と改質器１６の通路５６を接続するボート９７．セル
スタック１０の通路４５と熱交換器２４の加熱室５０へ
のライン８６を接続するボート９８を有し、更にエジェ
クタ３１とセルスタック１０の通路４７を接続するボー
ト８７及び改質器１６の通路４６とエジェクタ３１を接
続するボート８８を有すると共に改質器１６の通路３９
の上端３９ａを閉じる。
上部ホルダー１０３はセルスタック１０の各通路３７，
３８，４１．４５，４７．４９の上端３７ｂ、３８ｂ、
４１ｂ、４５ｂ、４７ｂ。
４９ｂを閉じるようになっている。
このようにホルダー１００．１０１，１０２゜１０３に
各通路を接続しなり閉じなりすることで、積層体に接続
するライン数を極力少なくできる。
第８図は本発明の燃料電池を用いた発電装置の配置例を
示し図において第１〜７図で説明したものと同一のもの
は同一符号を付した。
すなわち図において、１０はセルスタック、１６は改質
器、２３はプレート型熱交換器２３で、これらはホルダ
ー１００，１０１，１０２゜１０３で一体に積層される
と共に上部の押さえ板１１０と締め付はボルト・ナツト
１１２で密に締付けられる。２７はボイラ、２４は熱交
換器、２５は脱硫装置、２６は圧縮機、２８は軟水化装
置、２９はヘッダー、３０．３１はエジェクタ、３２は
インバータである。また１１３は本タンク、１１４は水
ボンダ、１１５は補助燃焼装置、１１６はコントローラ
ー　１１７は上述した各機器を収納する収納ボックスで
ある。
上述の実施例においては、セルスタック１０と改質器１
６とプレート型熱交換器２３とをホルダー１００〜１０
３で一体に積層しかつ各グレートの周囲に穴６５，６６
．６７を穿設しこの穴で各種通路を形成すると共にホル
ダー１００〜１０３でこれら通路を適宜つないだり閉じ
たりするようにしたが、これら通路の配置例は一例であ
り、このほか種々変更することが可能である。すなわち
、例えば、セルスタック１０の各カソード流路１４は一
段おきにその流れが互い違いにすなわち上下のカソード
流路１４でのカソードガスの流れが向流となるように各
通路を形成してもよい、またグレート型熱交換器２３も
一体に積層したが必ずしも一体に組み込む必要はない。
［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなように本発明によれば次
のごとき優れた効果を発揮する。
（１）セルスタックの任意の段のセパレータプレート間
に燃料ガスを改質してアノードガスとする改質器プレー
トを介設したので、改質温度をそのセルスタックの温度
で維持することができる。
（２）改質器とセルスタックとをホルダーを介して一体
に重ねると共にそのセルスタック、改質器及びホルダー
に各種ガスの給排通路を形成したので、積層体への配管
接続が簡便になる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図、第２図は
第１図のセルスタックの分解組立斜視図、第３図は第１
図の改質器の分解組立斜視図、第４図は第１図のプレー
ト型熱交換器の分解組立斜視図、第５図は第１図のセル
エレメントの部分詳細斜視図、第６図は第１図の第１改
質器プレートの部分詳細断面図、第７図は本発明におい
て積層体の各通路の接続状態を説明する概念図、第８図
は本発明の燃料電池を用いた発電装置の外観図である。 図中、１０はセルスタック、１１はセルエレメント、１
２はセパレータプレート、１５は第１改質器プレート、
１６は改質器、１００〜１０３はホルダーである。 特許出願人　　石川島播＠重工業株式会社代理人弁理士
　　絹　　　谷　　　信　　　雄（外１名） 第１図 第２図 嶋４図 第７図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １、セルエレメントとセパレータプレートとを交互に多
    段に積層してセルスタックを形成すると共にそのセルス
    タックの任意の段のセパレータプレート間に燃料ガスを
    改質してアノードガスとする改質器プレートを介設し、
    他方燃料を改質してアノードガスとする改質器を多数の
    プレートを積層して形成し、該改質器とセルスタックと
    をホルダーを介して一体に重ねると共にそのセルスタッ
    ク、改質器及びホルダーに各種ガスの給排通路を形成し
    たことを特徴とする燃料電池を用いた発電装置。
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