JPH0652877A - 燃料電池プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料電池プラント内部に電池スタックから大
量に排出される反応生成物を一時蓄える場所を設けるこ
とにより、燃料電池プラントの小型化が可能となる燃料
電池プラントを提供することである。 【構成】 電池スタック３，リフォーマー４，インバー
ター（図示せず）等の機器類及び配管、熱交換器等を、
一つのフラットパッケージ容器２内に入れて作成する。
これは、Ｈ形鋼等により骨組みし、しっかりしたベース
１上に配設する。ベース１は、骨組みの間にできた空間
をステンレス鋼で囲い、耐食性が具備されて電池から出
る生成水を受けることができる様に構成する。これによ
り、ベース１にドレンタンクが兼用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発電に伴い、室温で液
体となる反応生成物を排出する燃料電池に係り、内部に
前記反応生成物を蓄える容器を設けた燃料電池プラント
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、燃料の有している化学的エネル
ギーを直接電気エネルギーに変換するものとして、燃料
電池が知られている。この燃料電池は、通常、多孔質電
極基体に蓄積された電解質を挟んで、燃料極（アノー
ド）及び酸化剤極（カソード）の一対の多孔質電極を配
置すると共に、アノードの背面に水素などの燃料ガスを
接触させ、また、カソードの背面に酸素等の酸化剤ガス
を接触させ、この時に起こる電気化学的反応により発生
する電気エネルギーを、上記一対の電極から取り出すよ
うにしたものである。

【０００３】また、この電解質としては、溶融炭酸塩、
アルカリ溶液、酸性溶液等が用いられるが、以下に、代
表的な燃料電池としてリン酸を電解質とする燃料電池に
ついて説明する。

【０００４】すなわち、図５に示した様に、対向して配
置されたアノード６及びカソード８の間に電解質層７が
設けられている。この電解質層７は、マトリックス層を
形成する繊維質シートまたは鉱物質粉末にリン酸を含浸
して形成されている。また、前記アノード６及びカソー
ド８は炭素質の多孔性の電極であり、通常、電解質層７
に接する面に白金触媒が塗布されている。さらに、アノ
ード６の背面側には、水素を含む燃料ガスが流れる第１
の空間５が、また、カソード８の背面側には、酸化剤ガ
ス（普通は空気）が流れる第２の空間９が形成されてい
る。

【０００５】この様に構成されたリン酸型燃料電池は、
以下に述べる様に作用する。すなわち、第１の空間５に
流入した水素ガスは、アノード６の気孔中に拡散して触
媒層に達する。ここで、水素ガスは次式の様に触媒の作
用によって水素イオンと電子に解離する。

【０００６】

【化１】Ｈ₂ →２Ｈ⁺ ＋２ｅ この水素イオンは電解質層７に入り、濃度拡散及び電界
作用によってカソード８に向かって泳動する。一方、水
素ガスの解離によって分離した電子はカソード８に流れ
込む。カソード８ではアノード６から泳動してきた水素
イオンと、酸化剤ガスとして第２の空間９から供給さ
れ、さらに、カソード８の気孔を拡散してきた酸素と、
アノード６から外部の電力負荷を通って仕事をし、電池
のカソード８に戻ってきた電子の３つが触媒表面で次式
の反応を起こす。

【０００７】

【化２】４Ｈ⁺ ＋４ｅ＋Ｏ₂ →２Ｈ₂ Ｏ この様にして、水素が酸化されて水になる反応と、この
時の化学的エネルギーが電気エネルギーとなって、外部
の電気負荷中で電気エネルギーを与える電池としての全
反応が完了する。

【０００８】ところで、通常燃料電池は、上記アノード
６，カソード８，電解質層７から成る単位電池を、セパ
レータを介して複数個積層させて、電池スタックとして
構成されている。この様に単位電池を積層するに際して
は、各単位電池間の電気的接続経路を確保すると同時
に、各単位電池に反応ガスを供給し、また、反応生成物
を除去するガス通路を確保する必要がある。反応生成物
である水（以下、生成水）は、ガス通路により反応ガス
と共に燃料電池外へ排出される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の様な
構成を有する従来の燃料電池の設けられた燃料電池プラ
ントには、以下に述べる様な解決すべき課題があった。

【００１０】すなわち、電池内部で発生する生成水は、
燃料電池の反応が進むに連れて、その総量が大量となっ
てくる。一般に、水素を燃料とし、酸素を酸化剤とする
燃料電池の場合、１分間１Ａを流しただけで、１つの単
位電池からは、

【数１】（１×１８×６０）／（９６５００×２） ＝５．６×１０^-3(g） …（１） の生成水が出ることになる。通常、電池負荷は数百Ａか
ら２０００Ａになるので、（１）から、単位電池から出
る生成水は数ｇになる。そして、電池スタックは発電出
力に応じて単位電池が数十枚から数百枚積層されるの
で、生成水はさらに加算され、１分間で数百ｇに達する
ことになる。このように、燃料電池からは多量の生成水
が排出されることになる。

【００１１】ところが、生成水は燃料電池内及び燃料電
池プラント内では無用であり、速やかに燃料電池プラン
トの系外へ排除する必要がある。しかし、電池から出て
くる生成物は純粋な水ではなく、電解質等を微量に含む
場合がある。例えば、リン酸形燃料電池では、生成水の
中にリン酸が含まれ酸性を示す。従って、環境上これら
の生成水をそのまま下水に流すわけにはいかず、何等か
の処理を行う必要がある。このため、生成水を一旦どこ
かに蓄える必要であり、リン酸形の場合は、その容器と
してドレンタンクが、燃料電池とは別に燃料電池プラン
ト内部に配設されている。従って、それだけ燃料電池プ
ラントとして大型化することになる。

【００１２】ここで、一般に燃料電池には、メガワット
級の出力を出す通称電力用と呼ばれるプラントと、数十
ＫＷから１０００ＫＷ程度までの出力を出すオンサイト
型と呼ばれるものが有る。オンサイト型は、電力用と異
なり、通常常圧で運転される。また、電力用に比べ、電
気を消費する場所に近接した場所に設置されて使用さ
れ、これは、例えば、ビルや集合住宅、病院等の施設内
に置くことを目的としている。従って、小型化が特に望
まれる燃料電池プラントである。

【００１３】従って、上述の様に、オンサイト型燃料電
池は、小型化が特に望まれるにもかかわらず、燃料電池
の反応により多量に排出される生成水を蓄えるためのド
レンタンクが必要なために、小型化が困難となってい
る。

【００１４】さらに、生成水を排出させるためには、電
池スタックの出口から排出されるのが最も有効である
が、全ての生成水をここから確実に排出することは難し
い。すなわち、反応ガス中に残った生成水は、時として
プラント配管内で露結して反応ガスの流れを妨げること
がり、これを防止するために要所要所にドレイン抜きが
設けられている。従って、これらドレインの排出先も考
慮する必要がある。

【００１５】本発明は、上記のような従来技術の欠点を
解決するために提案されたもので、その目的は、燃料電
池プラント内部に電池スタックから大量に排出される反
応生成物を一時蓄える場所を設けることにより、燃料電
池プラントの小型化が可能となる燃料電池プラントを提
供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池プラン
トでは、燃料とそれを酸化する酸化剤からなる反応で電
気を取り出し、反応生成物として室温において液体とな
る物質を生成する燃料電池において、燃料電池を支持す
るためのベースを備え、前記ベースに生成された液体を
蓄える容器を設けたことを特徴とする。

【００１７】

【作用】以上の構成を有する本発明において、燃料電池
を支持するためのベースに、電池から排出された液体を
蓄える容器が設けられることにより、従来燃料電池と別
に設けていた容器を撤去することができ、燃料電池プラ
ントが小型化される。また、前記ベースは、プラント内
の最下部に位置させることができるので、液体の容器へ
の流れがスムーズとなる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体
的に説明する。

【００１９】（１）第１実施例 … 図１ 図１は、リン酸電解質を使用したオンサイト形の燃料電
池プラントで、電池スタック３，リフォーマー４，イン
バーター（図示せず）等の機器類が、一つのフラットパ
ッケージ容器２内に入れて作成されている。フラットパ
ッケージ容器２内には、上記に示す機器の他に配管、熱
交換器等が入るため、これらはＨ形鋼等を使って骨組み
されたしっかりしたベース１上に配設されている。ベー
ス１は、骨組みの間にできた空間がステンレス鋼で囲わ
れ、耐食性が具備されて電池から出る生成水を受けるこ
とができる様に構成されている。また、燃料電池の反応
により生成される生成水は、このベース１内に構成した
空間に排出させる様に構成されている。

【００２０】以上の様に構成される本実施例では、電池
スタック３での電気化学的反応により発生する生成水
は、電池スタック３を支持するベース内部に排出され
る。このベース内部で、ｐＨ等が調整され、安全な状態
に処理されて、燃料電池プラントから排出される。

【００２１】従って、本実施例では、従来技術では使わ
れていなかった燃料電池プラント下部のベース内の空間
を、ドレンタンクとして使用することができるため、生
成水排出のための容器を別に配設する必要がなくなり、
燃料電池プラントの小型化を計ることができる。さら
に、ドレンタンク兼用のベース１が燃料電池プラント下
部となる位置に構成されるので、電池スタック３をベー
ス１上のどの位置に設けても、生成水を最短距離でスム
ーズに排水することができる。これにより、従来設けら
れていたドレイン抜き等が必要なくなり、配管の簡素化
が計られ、燃料電池プラントをより小型化することが可
能となる。

【００２２】（２）第２実施例 … 図２ 本発明は、オンサイト形の燃料電池プラントに限定され
ず、電力用等の高出力燃料電池プラントも、ベースにド
レインタンクを兼用させることもできる。

【００２３】すなわち、通常数十ＫＷから１０００ＫＷ
程度までの出力を出すオンサイト形燃料電池では、常圧
で運転されるため、燃料電池スタックは保温材に巻かれ
た状態でベースの上に配設されている。一方、電力用等
の高出力燃料電池プラントでは、加圧下で運転される。
このため、図２に示す様に、電池スタック１１は圧力容
器１０に収納されて、ベース１２上に設置されている。
この圧力容器１０は、通常電池を加圧するための容器
で、不活性ガスを充満させて使用される。ベース１２
は、内部をドレインタンクとして構成させる。この様に
圧力容器の下部のベース１２がドレンタンクと兼用され
る構成により、高出力燃料電池プラントにおいも、燃料
電池プラントの小型化を計ることができる。

【００２４】（３）第３実施例 … 図３ また、電池スタックは単数に限定されず、図３に示した
ように、燃料電池プラントに複数の電池スタック１１を
有するものにも、同様にドレンタンクを兼用させたベー
ス１２を設けることが可能である。この場合、複数の電
池スタック１１は、同一ベース１２上に配設させる。こ
れにより、電力用等の高出力燃料電池プラントの場合、
圧力容器１０下部が各電池スタック１１共通のドレンタ
ンクとして使用されることから、各圧力容器内の圧力を
同一にする効果もあり、小型化と共に、圧力容器の圧力
調整操作が容易となる燃料電池プラントを提供できる。

【００２５】（４）第４実施例 … 図４ さらに、ベースは、ドレンタンクと兼用とすることに限
定されない。すなわち、図４に示すように、圧力容器１
０に収納された電池スタック１１は、天板及びそれを支
持する側板から構成されたベース１３に支持されてい
る。従って、ベース１３の天板下部には空間が設けられ
た構成となる。この空間部分にドレンタンク１４が配設
されている。この様に構成されることにより、電池スタ
ック１１の下部の空間を有効に使用でき、従来技術で必
要とされたドレンタンク１４の配設スペースが必要なく
なり、燃料電池プラントを小型かすることができる。ま
た、ドレンタンク１４を燃料電池プラントの最下部に位
置させることができるので、ドレンの流れをスムーズに
行うことができる。

【００２６】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、具体的な各部材の形状、或いは各々の
取付け位置及び方法は適宜変更可能である。また、電解
質はリン酸に限定されず、各種電解質を使用した燃料電
池プラントにおいても同様の効果を得ることができる。

【００２７】

【発明の効果】上述の様に、本発明によれば、燃料電池
から排出される反応生成物を一時蓄える場所として、プ
ラントの最下部に当たるベースの空間を利用することに
よって、配管の簡素化と共にプラントの小型化を計るこ
とができる燃料電池プラントを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池プラントの一実施例を示す構
成図。

【図２】高出力形の燃料電池プラントの実施例を示す構
成図。

【図３】電池スタックを複数設けた場合の実施例を示す
構成図。

【図４】ドレンタンクがベースの内部に設けられた実施
例を示す構成図。

【図５】一般的な燃料電池の構成を示す原理図。

【符号の説明】

１ … ベース ２ … フラットパッケージ容器 ３ … 電池スタック ４ … リフォーマー ５ … 第１の空間 ６ … アノード ７ … 電解質層 ８ … カソード ９ … 第２の空間 １０ … 圧力容器 １１ … 電池スタック １２ … ベース １３ … ベース １４ … ドレンタンク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料とそれを酸化する酸化剤からなる反
   応で電気を取り出し、反応生成物として室温において液
   体となる物質を生成する燃料電池を備える燃料電池プラ
   ントにおいて、 燃料電池を支持するためのベースを備え、 前記ベースに、燃料電池により生成された液体を蓄える
   容器が設けられたことを特徴とする燃料電池プラント。