JPH09320619A - 溶融炭酸塩型燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩型燃料電池Info
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- JPH09320619A JPH09320619A JP8134599A JP13459996A JPH09320619A JP H09320619 A JPH09320619 A JP H09320619A JP 8134599 A JP8134599 A JP 8134599A JP 13459996 A JP13459996 A JP 13459996A JP H09320619 A JPH09320619 A JP H09320619A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ネルンストロスによる電池性能の低下がな
く、燃料の高利用率運転が可能であり、炭酸ガスリサイ
クル系を必要とせず、急速な負荷変動にも容易に応答で
き、発電装置の構成がシンプルであり、コストが低減で
きる、溶融炭酸塩型燃料電池を提供する。 【解決手段】 電解質板１１を燃料極１２と空気極１３
で挟持してセルを構成し、電解質板に微細な貫通孔１１
ａを多数設け、この貫通孔を通して燃料極側から空気極
側に未反応ガスと燃料極の反応で生成したガスを流し、
これにより、アノード反応で必要な炭酸イオンと、カソ
ード反応で必要な炭酸ガスをセル内で直接循環させる。
また、電力負荷出力に応じて燃料の流量制御を行い、負
荷出力に応じたガス量を燃料極側から空気極側に流す。
く、燃料の高利用率運転が可能であり、炭酸ガスリサイ
クル系を必要とせず、急速な負荷変動にも容易に応答で
き、発電装置の構成がシンプルであり、コストが低減で
きる、溶融炭酸塩型燃料電池を提供する。 【解決手段】 電解質板１１を燃料極１２と空気極１３
で挟持してセルを構成し、電解質板に微細な貫通孔１１
ａを多数設け、この貫通孔を通して燃料極側から空気極
側に未反応ガスと燃料極の反応で生成したガスを流し、
これにより、アノード反応で必要な炭酸イオンと、カソ
ード反応で必要な炭酸ガスをセル内で直接循環させる。
また、電力負荷出力に応じて燃料の流量制御を行い、負
荷出力に応じたガス量を燃料極側から空気極側に流す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料の有する化学
エネルギーを電気エネルギーに直接変換する溶融炭酸塩
型燃料電池に関する。
エネルギーを電気エネルギーに直接変換する溶融炭酸塩
型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、図４に模式的
に示すように、薄い平板状の電解質板１を燃料極（アノ
ード）２と空気極（カソード）３で挟んだセル４と、こ
のセル４を間に挟持するセパレータ５とからなる。セパ
レータ５は、個々のセル４では電圧が低い（０．８Ｖ前
後）ため、これを積層して高い電圧を得るために用いら
れる。
に示すように、薄い平板状の電解質板１を燃料極（アノ
ード）２と空気極（カソード）３で挟んだセル４と、こ
のセル４を間に挟持するセパレータ５とからなる。セパ
レータ５は、個々のセル４では電圧が低い（０．８Ｖ前
後）ため、これを積層して高い電圧を得るために用いら
れる。
【０００３】セパレータ５の上下面には、図示しないマ
ニホールドを介して、燃料極２に水素を含むアノードガ
ス，空気極３に酸素を含むカソードガスが供給され、高
温（約６５０℃前後）において、各セル４で化学反応に
より発電し、セル面に垂直な方向（図で上下方向）に電
流が取り出される。また、この温度において、電解質板
１に含まれている電解質（溶融炭酸塩）は溶けており、
この溶融塩とセパレータとの濡れにより、セパレータ間
のガスシールを保持するようになっている。
ニホールドを介して、燃料極２に水素を含むアノードガ
ス，空気極３に酸素を含むカソードガスが供給され、高
温（約６５０℃前後）において、各セル４で化学反応に
より発電し、セル面に垂直な方向（図で上下方向）に電
流が取り出される。また、この温度において、電解質板
１に含まれている電解質（溶融炭酸塩）は溶けており、
この溶融塩とセパレータとの濡れにより、セパレータ間
のガスシールを保持するようになっている。
【０００４】図５は、上述した燃料電池を用い天然ガス
を燃料とする発電装置の模式的構成図である。この図に
おいて、６はセル４を積層した溶融炭酸塩型燃料電池
（以下、単に燃料電池という）、７は天然ガスを燃料と
する改質器（リフォーマ）、８ａはガスブロア、８ｂは
空気圧縮機である。天然ガスは改質器７の改質管内で水
素を含むアノードガスに改質され燃料電池５のアノード
側に供給され、発電に供される。燃料電池６を出た排ガ
ス（アノード排ガス）は、改質器７の燃焼室で燃焼して
改質管内の天然ガスを改質し、排ガスは酸素を含むカソ
ードガスに混入される。ガスブロア８ａは、アノード側
で発生した二酸化炭素（ＣＯ2 ）を空気極に供給する機
能を有するため、炭酸ガスリサイクルブロアと呼ぶ。
を燃料とする発電装置の模式的構成図である。この図に
おいて、６はセル４を積層した溶融炭酸塩型燃料電池
（以下、単に燃料電池という）、７は天然ガスを燃料と
する改質器（リフォーマ）、８ａはガスブロア、８ｂは
空気圧縮機である。天然ガスは改質器７の改質管内で水
素を含むアノードガスに改質され燃料電池５のアノード
側に供給され、発電に供される。燃料電池６を出た排ガ
ス（アノード排ガス）は、改質器７の燃焼室で燃焼して
改質管内の天然ガスを改質し、排ガスは酸素を含むカソ
ードガスに混入される。ガスブロア８ａは、アノード側
で発生した二酸化炭素（ＣＯ2 ）を空気極に供給する機
能を有するため、炭酸ガスリサイクルブロアと呼ぶ。
【０００５】図５に示したように、アノードガス（燃料
ガスまたは改質ガス）は燃料電池６の燃料極反応室に供
給され燃料極２で電極反応（アノード反応）を行い、そ
の排ガスは燃焼後、空気と混合して空気極反応室に供給
される。空気極３では、電極反応（カソード反応）を行
い、同時に電池で発生する熱の除去も行い高温排ガスと
してエネルギーは回収される。なお、上述した燃料極
２、電解質板１、空気極３は、電池性能を出すため充分
良好な接触を維持している。また、電解質板１は電解液
を多孔質中に充分保持しクロスリークを生じさせないよ
うにしている。
ガスまたは改質ガス）は燃料電池６の燃料極反応室に供
給され燃料極２で電極反応（アノード反応）を行い、そ
の排ガスは燃焼後、空気と混合して空気極反応室に供給
される。空気極３では、電極反応（カソード反応）を行
い、同時に電池で発生する熱の除去も行い高温排ガスと
してエネルギーは回収される。なお、上述した燃料極
２、電解質板１、空気極３は、電池性能を出すため充分
良好な接触を維持している。また、電解質板１は電解液
を多孔質中に充分保持しクロスリークを生じさせないよ
うにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図６は、燃料電池の各
セル４の出入口におけるガス組成例を示している。従来
の燃料電池では、アノードガスは燃料極反応室の入口
（図で左端）に供給され、燃料極２に沿って流れてアノ
ード反応により水素及び一酸化炭素が消費され、反対側
の反応室の出口（図で右端）から未反応ガスと反応生成
物（ＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏ）を伴い排出される。従って、燃料
極２の雰囲気燃料濃度は、入口から出口にかけ燃料消費
と共に低下し、燃料濃度の低下により起電圧が低下す
る。この燃料濃度の低下による起電圧の低下をネルンス
トロスと呼ぶ。ネルンストロスは、燃料利用率を大きく
する程、大きくなる問題点がある。
セル４の出入口におけるガス組成例を示している。従来
の燃料電池では、アノードガスは燃料極反応室の入口
（図で左端）に供給され、燃料極２に沿って流れてアノ
ード反応により水素及び一酸化炭素が消費され、反対側
の反応室の出口（図で右端）から未反応ガスと反応生成
物（ＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏ）を伴い排出される。従って、燃料
極２の雰囲気燃料濃度は、入口から出口にかけ燃料消費
と共に低下し、燃料濃度の低下により起電圧が低下す
る。この燃料濃度の低下による起電圧の低下をネルンス
トロスと呼ぶ。ネルンストロスは、燃料利用率を大きく
する程、大きくなる問題点がある。
【０００７】また、空気極３ではカソード反応に炭酸ガ
スを必要とするため、上述したようにアノード排ガスが
空気圧縮機８ｂからの空気に混入されているが、空気極
に供給されるガスは、燃焼後の排ガスと混合されるため
空気極で必要な酸素、炭酸ガスの濃度は薄く燃料極と同
様にネルンストロスが大きい問題点がある。すなわち、
従来の溶融炭酸塩型燃料電池では、ネルンストロスによ
る電池性能の低下が避けられず、そのため燃料の高利用
率運転ができない問題点があった。
スを必要とするため、上述したようにアノード排ガスが
空気圧縮機８ｂからの空気に混入されているが、空気極
に供給されるガスは、燃焼後の排ガスと混合されるため
空気極で必要な酸素、炭酸ガスの濃度は薄く燃料極と同
様にネルンストロスが大きい問題点がある。すなわち、
従来の溶融炭酸塩型燃料電池では、ネルンストロスによ
る電池性能の低下が避けられず、そのため燃料の高利用
率運転ができない問題点があった。
【０００８】また、上述したように従来の溶融炭酸塩型
燃料電池を用いた発電装置では、燃料極で発生した炭酸
ガスを酸素極に供給するために炭酸ガスリサイクル系を
必要とするが、このため発電出力が変化する過渡時に、
負荷応答速度が制約される問題点があった。すなわち、
発電反応による燃料極で発生する炭酸ガス量と空気極で
の消費量が等しいにも係わらず、過渡時の配管容量によ
る炭酸ガスリサイクルの遅れで負荷変動に対応した運転
がきわめて難しい問題点があった。
燃料電池を用いた発電装置では、燃料極で発生した炭酸
ガスを酸素極に供給するために炭酸ガスリサイクル系を
必要とするが、このため発電出力が変化する過渡時に、
負荷応答速度が制約される問題点があった。すなわち、
発電反応による燃料極で発生する炭酸ガス量と空気極で
の消費量が等しいにも係わらず、過渡時の配管容量によ
る炭酸ガスリサイクルの遅れで負荷変動に対応した運転
がきわめて難しい問題点があった。
【０００９】更に、炭酸ガスリサイクル系を必要とする
ため、配管設備、ブロワ設備が必要になり、発電装置の
構成が複雑となり、コストが高くなる問題点があった。
ため、配管設備、ブロワ設備が必要になり、発電装置の
構成が複雑となり、コストが高くなる問題点があった。
【００１０】本発明は、上述した種々の問題点を解決す
るために創案されたものである。すなわち、本発明の目
的は、ネルンストロスによる電池性能の低下がなく、燃
料の高利用率運転が可能であり、炭酸ガスリサイクル系
を必要とせず、急速な負荷変動にも容易に応答でき、発
電装置の構成がシンプルであり、コストが低減できる、
溶融炭酸塩型燃料電池を提供することにある。
るために創案されたものである。すなわち、本発明の目
的は、ネルンストロスによる電池性能の低下がなく、燃
料の高利用率運転が可能であり、炭酸ガスリサイクル系
を必要とせず、急速な負荷変動にも容易に応答でき、発
電装置の構成がシンプルであり、コストが低減できる、
溶融炭酸塩型燃料電池を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、電解質
板を燃料極と空気極で挟持してセルを構成する溶融炭酸
塩型燃料電池において、電解質板に微細な貫通孔を多数
設け、該貫通孔を通して、燃料極側から空気極側に未反
応ガスと燃料極の反応で生成したガスを流す、ことを特
徴とする溶融炭酸塩型燃料電池が提供される。
板を燃料極と空気極で挟持してセルを構成する溶融炭酸
塩型燃料電池において、電解質板に微細な貫通孔を多数
設け、該貫通孔を通して、燃料極側から空気極側に未反
応ガスと燃料極の反応で生成したガスを流す、ことを特
徴とする溶融炭酸塩型燃料電池が提供される。
【００１２】上記本発明の構成によれば、電解質板に設
けられた貫通孔を通して燃料極側から空気極側に未反応
ガスと燃料極の反応で生成したガスが流れるので、燃料
極全面にわたって新鮮な燃料に晒させることができ、燃
料濃度の低下に起因するネルンストロスによる電池性能
の低下をなくし、燃料の高利用率運転が可能となる。ま
た、電解質板の貫通孔を通して、燃料極側での反応によ
り発生した炭酸ガスを空気極側に直接供給できるので、
従来の炭酸ガスリサイクル系が不要となり、かつ発電反
応による燃料極で発生する炭酸ガス量と空気極での消費
量が等しいので、急速な負荷変動にも容易に応答でき
る。更に、炭酸ガスリサイクル系が不要となるため、発
電装置の構成がシンプルとなり、コストを低減すること
ができる。
けられた貫通孔を通して燃料極側から空気極側に未反応
ガスと燃料極の反応で生成したガスが流れるので、燃料
極全面にわたって新鮮な燃料に晒させることができ、燃
料濃度の低下に起因するネルンストロスによる電池性能
の低下をなくし、燃料の高利用率運転が可能となる。ま
た、電解質板の貫通孔を通して、燃料極側での反応によ
り発生した炭酸ガスを空気極側に直接供給できるので、
従来の炭酸ガスリサイクル系が不要となり、かつ発電反
応による燃料極で発生する炭酸ガス量と空気極での消費
量が等しいので、急速な負荷変動にも容易に応答でき
る。更に、炭酸ガスリサイクル系が不要となるため、発
電装置の構成がシンプルとなり、コストを低減すること
ができる。
【００１３】本発明の好ましい実施形態によれば、電力
負荷出力に応じて燃料の流量制御をすることで、前記貫
通孔には、燃料極側で反応によって生成されるガスや、
燃料極側に供給されながら反応に使われなかった未反応
ガスの全量が流れ、圧損に相当した燃料極側と空気極側
との差圧が生じる。この構成により、電力負荷出力に応
じて常に必要な燃料流量をセルに供給することにより、
未反応のまま空気極側に流れる燃料ガス量を数％以下に
抑え、燃料の高利用率運転と同時に、残留可燃ガスによ
る発熱を抑制することができる。
負荷出力に応じて燃料の流量制御をすることで、前記貫
通孔には、燃料極側で反応によって生成されるガスや、
燃料極側に供給されながら反応に使われなかった未反応
ガスの全量が流れ、圧損に相当した燃料極側と空気極側
との差圧が生じる。この構成により、電力負荷出力に応
じて常に必要な燃料流量をセルに供給することにより、
未反応のまま空気極側に流れる燃料ガス量を数％以下に
抑え、燃料の高利用率運転と同時に、残留可燃ガスによ
る発熱を抑制することができる。
【００１４】本発明の好ましい別の実施形態によれば、
負荷出力に応じて燃料極側圧力を空気側圧力より高く保
持し、該差圧により前記貫通孔には、燃料極側で反応に
よって生成されるガスや、燃料極側に供給されながら反
応に使われなかった未反応ガスの全量が流れる。この構
成により、例えば発電しないＯＣＶ時には差圧をほぼ０
にして、燃料の消費を抑え、発電時には発電出力に応じ
て差圧を高めて常に必要な燃料流量をセルに供給するこ
とにより、未反応のまま空気極側に流れる燃料ガス量を
数％以下に抑え、燃料の高利用率運転と同時に、残留可
燃ガスによる発熱を抑制することができる。
負荷出力に応じて燃料極側圧力を空気側圧力より高く保
持し、該差圧により前記貫通孔には、燃料極側で反応に
よって生成されるガスや、燃料極側に供給されながら反
応に使われなかった未反応ガスの全量が流れる。この構
成により、例えば発電しないＯＣＶ時には差圧をほぼ０
にして、燃料の消費を抑え、発電時には発電出力に応じ
て差圧を高めて常に必要な燃料流量をセルに供給するこ
とにより、未反応のまま空気極側に流れる燃料ガス量を
数％以下に抑え、燃料の高利用率運転と同時に、残留可
燃ガスによる発熱を抑制することができる。
【００１５】また、燃料極側に改質触媒を備え、該改質
触媒により改質したガスを、前記貫通孔を通して、燃料
極側から空気極側に未反応ガスと燃料極の反応で生成し
たガスを流すことが好ましい。この構成により、内部改
質型の燃料電池を簡単な構成で実現することができ、外
部改質器を不要とし、発電装置を更にシンプルにするこ
とができる。
触媒により改質したガスを、前記貫通孔を通して、燃料
極側から空気極側に未反応ガスと燃料極の反応で生成し
たガスを流すことが好ましい。この構成により、内部改
質型の燃料電池を簡単な構成で実現することができ、外
部改質器を不要とし、発電装置を更にシンプルにするこ
とができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付して重複した説明を省略す
る。図１は、本発明による溶融炭酸塩型燃料電池のセル
構造を示す模式図である。この図に示すように、本発明
の溶融炭酸塩型燃料電池は、電解質板１１を燃料極１２
と空気極１３で挟持してセル１４を構成する燃料電池で
あり、電解質板１１に微細な貫通孔１１ａを多数設け、
この貫通孔１１ａを通して、燃料極側から空気極側に未
反応ガスと燃料極の反応で生成したガスを流すようにな
っている。
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付して重複した説明を省略す
る。図１は、本発明による溶融炭酸塩型燃料電池のセル
構造を示す模式図である。この図に示すように、本発明
の溶融炭酸塩型燃料電池は、電解質板１１を燃料極１２
と空気極１３で挟持してセル１４を構成する燃料電池で
あり、電解質板１１に微細な貫通孔１１ａを多数設け、
この貫通孔１１ａを通して、燃料極側から空気極側に未
反応ガスと燃料極の反応で生成したガスを流すようにな
っている。
【００１７】上述したように、燃料極のネルンストロス
を小さくさせるためには電極全面に渡って新鮮な燃料に
晒させる事が必要である。そのため、本発明では、電解
質板１１を従来のように燃料極側と空気極側の隔壁とせ
ず、電解質板１１に微細な貫通孔１１ａを多数設けて、
燃料極側から空気極側に未反応ガスと燃料極の反応で生
成したガスを流すようにしたものである。燃料極１２及
び空気極１３は、従来からポーラスであるため、電解質
板１１に貫通孔１１ａを設け、燃料極側と空気極側との
間に差圧を付けるとガスが電解質板１１を通して直接流
れるようになる。
を小さくさせるためには電極全面に渡って新鮮な燃料に
晒させる事が必要である。そのため、本発明では、電解
質板１１を従来のように燃料極側と空気極側の隔壁とせ
ず、電解質板１１に微細な貫通孔１１ａを多数設けて、
燃料極側から空気極側に未反応ガスと燃料極の反応で生
成したガスを流すようにしたものである。燃料極１２及
び空気極１３は、従来からポーラスであるため、電解質
板１１に貫通孔１１ａを設け、燃料極側と空気極側との
間に差圧を付けるとガスが電解質板１１を通して直接流
れるようになる。
【００１８】図１に示すように、燃料極１２におけるア
ノード反応では、水素と炭酸イオンとの反応により、水
蒸気と二酸化炭素が発生する。この水蒸気と二酸化炭素
は、電解質板１１の貫通孔１１ａを通して直接空気極１
３に供給される。空気極１３におけるカソード反応で
は、カソードガス中の酸素と二酸化炭素との反応により
炭酸イオンが発生する。この炭酸イオンは電解質板１１
の電解液を通って燃料極１２に直接供給される。従っ
て、本発明の構成によれば、アノード反応で必要な炭酸
イオンと、カソード反応で必要な炭酸ガスがセル内で直
接循環することになる。また、図１において、燃料極１
２及び空気極１３を構成する粒子を○形で示しており、
発電による電子はこの粒子を通して流れる。
ノード反応では、水素と炭酸イオンとの反応により、水
蒸気と二酸化炭素が発生する。この水蒸気と二酸化炭素
は、電解質板１１の貫通孔１１ａを通して直接空気極１
３に供給される。空気極１３におけるカソード反応で
は、カソードガス中の酸素と二酸化炭素との反応により
炭酸イオンが発生する。この炭酸イオンは電解質板１１
の電解液を通って燃料極１２に直接供給される。従っ
て、本発明の構成によれば、アノード反応で必要な炭酸
イオンと、カソード反応で必要な炭酸ガスがセル内で直
接循環することになる。また、図１において、燃料極１
２及び空気極１３を構成する粒子を○形で示しており、
発電による電子はこの粒子を通して流れる。
【００１９】図１における燃料極１２での反応は、流路
側から燃料ガス（水素，一酸化炭素）を電解質側からの
炭酸イオンを受け入れ多孔質電極内で反応するまでは従
来と同じであるが、反応生成物や未反応ガスが従来は燃
料極流路に戻されたが、本発明では近傍の電解質の微細
な貫通孔１１ａを通過し空気極１３に到達する。この構
成により、ガス流れが一方向であるため燃料極１２の表
面を常に新鮮な高濃度の燃料に晒すことが可能となりネ
ルンストロスを小さくできる。また、燃料は、高利用率
で運転することにより未燃分の空気極１３への流出を抑
えるのがよい。
側から燃料ガス（水素，一酸化炭素）を電解質側からの
炭酸イオンを受け入れ多孔質電極内で反応するまでは従
来と同じであるが、反応生成物や未反応ガスが従来は燃
料極流路に戻されたが、本発明では近傍の電解質の微細
な貫通孔１１ａを通過し空気極１３に到達する。この構
成により、ガス流れが一方向であるため燃料極１２の表
面を常に新鮮な高濃度の燃料に晒すことが可能となりネ
ルンストロスを小さくできる。また、燃料は、高利用率
で運転することにより未燃分の空気極１３への流出を抑
えるのがよい。
【００２０】空気極１３での反応は、電解質板１１の微
細な貫通孔１１ａを通過した高濃度の炭酸ガスと空気極
流路側からの酸素の取り入れで多孔質内で反応し燃料極
１２に必要な炭酸イオンを生成する。電解質板１１の微
細な貫通孔１１ａを通過した未燃分の燃料は空気極１３
で燃焼することになるが高燃料利用率での運転と電極全
面での薄められた燃焼となるため電池へ影響を少なくす
ることができる。また、従来と比較すると、反応ガス濃
度、特に炭酸ガス濃度を高くできるため、空気極１３で
もネルンストロスを小さくできる。
細な貫通孔１１ａを通過した高濃度の炭酸ガスと空気極
流路側からの酸素の取り入れで多孔質内で反応し燃料極
１２に必要な炭酸イオンを生成する。電解質板１１の微
細な貫通孔１１ａを通過した未燃分の燃料は空気極１３
で燃焼することになるが高燃料利用率での運転と電極全
面での薄められた燃焼となるため電池へ影響を少なくす
ることができる。また、従来と比較すると、反応ガス濃
度、特に炭酸ガス濃度を高くできるため、空気極１３で
もネルンストロスを小さくできる。
【００２１】電解質板１１に微細な貫通孔１１ａを設け
る手段は、粗い粒子を混入する手段やポアフォーマの混
合等が考えられる。ポアフォーマは、加熱時に気化する
高分子材料等で構成し、燃料電池の加熱時に気化させて
その部分に空洞（貫通孔１１ａ）を形成することができ
る。微細貫通孔１１ａは、例えば直径１００μｍの微細
貫通孔が電解質板１１の空孔体積の５％程度あると１気
圧１５０ｍＡ／ｃｍ2の負荷で約１ｍの水頭圧として加
わることとなる。
る手段は、粗い粒子を混入する手段やポアフォーマの混
合等が考えられる。ポアフォーマは、加熱時に気化する
高分子材料等で構成し、燃料電池の加熱時に気化させて
その部分に空洞（貫通孔１１ａ）を形成することができ
る。微細貫通孔１１ａは、例えば直径１００μｍの微細
貫通孔が電解質板１１の空孔体積の５％程度あると１気
圧１５０ｍＡ／ｃｍ2の負荷で約１ｍの水頭圧として加
わることとなる。
【００２２】図２は、本発明による溶融炭酸塩型燃料電
池を用いた発電装置の模式的構成図である。この図に示
すように、本発明の溶融炭酸塩型燃料電池では、燃料極
反応室を通過したガス（アノード排ガス）の出口がな
く、燃料極側から排ガスを出さず、燃料極側に供給した
ガスは、燃料極側で反応によって生成されるガスや、燃
料極側に供給されながら反応に使われなかった未反応ガ
スの全量を電解質板に設けた微細な貫通孔１１ａからカ
ソード側に流すようになっている。
池を用いた発電装置の模式的構成図である。この図に示
すように、本発明の溶融炭酸塩型燃料電池では、燃料極
反応室を通過したガス（アノード排ガス）の出口がな
く、燃料極側から排ガスを出さず、燃料極側に供給した
ガスは、燃料極側で反応によって生成されるガスや、燃
料極側に供給されながら反応に使われなかった未反応ガ
スの全量を電解質板に設けた微細な貫通孔１１ａからカ
ソード側に流すようになっている。
【００２３】更に、図２（Ａ）に示すように、燃料流量
調節弁１７で負荷出力によって燃料流量を制御し、燃料
極側で反応によって生成されるガスや、燃料極側に供給
されながら反応に使われなかった未反応ガスの全量を電
解質板に設けた微細な貫通孔１１ａからカソード側に流
すようになっている。また、他の制御方法としては、図
２（Ｂ）に示すように、燃料極側と空気極側との差圧を
検出する差圧計１６と、この差圧計１６の出力によりガ
ス量を制御する流量調節弁１７とを備え、燃料極側圧力
を空気側圧力より高く保持し、この差圧により負荷出力
に応じたガス量を燃料極側から空気極側に流すこともで
きる。
調節弁１７で負荷出力によって燃料流量を制御し、燃料
極側で反応によって生成されるガスや、燃料極側に供給
されながら反応に使われなかった未反応ガスの全量を電
解質板に設けた微細な貫通孔１１ａからカソード側に流
すようになっている。また、他の制御方法としては、図
２（Ｂ）に示すように、燃料極側と空気極側との差圧を
検出する差圧計１６と、この差圧計１６の出力によりガ
ス量を制御する流量調節弁１７とを備え、燃料極側圧力
を空気側圧力より高く保持し、この差圧により負荷出力
に応じたガス量を燃料極側から空気極側に流すこともで
きる。
【００２４】これらの構成により、例えば発電しないＯ
ＣＶ時には差圧をほぼ０にして、燃料の消費を抑え、発
電時には発電出力に応じて差圧を高めて常に必要な燃料
流量をセルに供給することにより、未反応のまま空気極
側に流れる燃料ガス量を数％以下に抑え、燃料の高利用
率運転と同時に、残留可燃ガスによる発熱を抑制するこ
とができる。
ＣＶ時には差圧をほぼ０にして、燃料の消費を抑え、発
電時には発電出力に応じて差圧を高めて常に必要な燃料
流量をセルに供給することにより、未反応のまま空気極
側に流れる燃料ガス量を数％以下に抑え、燃料の高利用
率運転と同時に、残留可燃ガスによる発熱を抑制するこ
とができる。
【００２５】図３は、本発明による溶融炭酸塩型燃料電
池の別の実施形態を示す図である。この図に模式的に示
すように、燃料極側に多孔流路板１９と改質触媒１８を
備え、多孔流路板１９により電流の取出しを確保し、改
質触媒１８により改質したガスを、前記貫通孔１１ａを
通して燃料極側から空気極側に未反応ガスと燃料極の反
応で生成したガスを流すことにより、内部改質型の燃料
電池を簡単な構成で実現することができ、外部改質器を
不要とし、発電装置を更にシンプルにすることができ
る。
池の別の実施形態を示す図である。この図に模式的に示
すように、燃料極側に多孔流路板１９と改質触媒１８を
備え、多孔流路板１９により電流の取出しを確保し、改
質触媒１８により改質したガスを、前記貫通孔１１ａを
通して燃料極側から空気極側に未反応ガスと燃料極の反
応で生成したガスを流すことにより、内部改質型の燃料
電池を簡単な構成で実現することができ、外部改質器を
不要とし、発電装置を更にシンプルにすることができ
る。
【００２６】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。また、本発明は溶融炭酸塩型燃料電
池に限らず他の型の燃料電池にも当てはめることができ
る。
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。また、本発明は溶融炭酸塩型燃料電
池に限らず他の型の燃料電池にも当てはめることができ
る。
【００２７】
【発明の効果】上述したように、本発明による溶融炭酸
塩型燃料電池は、ネルンストロスの低減により電池性
能が向上する、炭酸ガスリサイクル系が不要となり炭
酸ガスの遅れがなく運転が簡単である、貫流型で制御
が簡単である、高燃料利用率運転ができる、装置が
シンプルとなりコストが低減できる、内部リフォーミ
ング型にも適用できる、等の特徴を有する。
塩型燃料電池は、ネルンストロスの低減により電池性
能が向上する、炭酸ガスリサイクル系が不要となり炭
酸ガスの遅れがなく運転が簡単である、貫流型で制御
が簡単である、高燃料利用率運転ができる、装置が
シンプルとなりコストが低減できる、内部リフォーミ
ング型にも適用できる、等の特徴を有する。
【００２８】すなわち、本発明の溶融炭酸塩型燃料電池
は、ネルンストロスによる電池性能の低下がなく、燃料
の高利用率運転が可能であり、炭酸ガスリサイクル系を
必要とせず、急速な負荷変動にも容易に応答でき、発電
装置の構成がシンプルであり、コストが低減できる、等
の優れた効果を有する。
は、ネルンストロスによる電池性能の低下がなく、燃料
の高利用率運転が可能であり、炭酸ガスリサイクル系を
必要とせず、急速な負荷変動にも容易に応答でき、発電
装置の構成がシンプルであり、コストが低減できる、等
の優れた効果を有する。
【図１】本発明による溶融炭酸塩型燃料電池のセル構造
を示す模式図である。
を示す模式図である。
【図２】本発明による燃料電池を用いた発電装置の模式
的構成図である。
的構成図である。
【図３】本発明による燃料電池の別の実施形態図であ
る。
る。
【図４】溶融炭酸塩型燃料電池の模式図である。
【図５】天然ガスを燃料とする従来の発電装置の模式的
構成図である。
構成図である。
【図６】セルの出入口におけるガス組成例を示す図であ
る。
る。
１ 電解質板 ２ 燃料極（アノード） ３ 空気極（カソード） ４ セル ５ セパレータ ６ 燃料電池 ７ 改質器（リフォーマ） ８ａ ガスブロア（炭酸ガスリサイクルブロア） ８ｂ 空気圧縮機 １１ 電解質板 １１ａ 貫通孔 １２ 燃料極 １３ 空気極 １４ セル １６ 差圧計 １７ 流量調節弁 １８ 改質触媒 １９ 多孔流路板
Claims (4)
- 【請求項１】 電解質板を燃料極と空気極で挟持してセ
ルを構成する溶融炭酸塩型燃料電池において、 電解質板に微細な貫通孔を多数設け、該貫通孔を通し
て、燃料極側から空気極側に未反応ガスと燃料極の反応
で生成したガスを流す、ことを特徴とする溶融炭酸塩型
燃料電池。 - 【請求項２】 電力負荷出力に応じて燃料の流量制御を
することで、前記貫通孔には、燃料極側で反応によって
生成されるガスや、燃料極側に供給されながら反応に使
われなかった未反応ガスの全量が流れ、圧損に相当した
燃料極側と空気極側との差圧が生じる、ことを特徴とす
る請求項１に記載の溶融炭酸塩型燃料電池。 - 【請求項３】 負荷出力に応じて燃料極側圧力を空気側
圧力より高く保持し、該差圧により前記貫通孔には、燃
料極側で反応によって生成されるガスや、燃料極側に供
給されながら反応に使われなかった未反応ガスの全量が
流れる、ことを特徴とする請求項１に記載の溶融炭酸塩
型燃料電池。 - 【請求項４】 燃料極側に改質触媒を備え、該改質触媒
により改質したガスを、前記貫通孔を通して、燃料極側
から空気極側に未反応ガスと燃料極の反応で生成したガ
スを流す、ことを特徴とする請求項１に記載の溶融炭酸
塩型燃料電池。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13459996A JP3575650B2 (ja) | 1996-05-29 | 1996-05-29 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
| ES97108150T ES2241014T3 (es) | 1996-05-29 | 1997-05-20 | Pila de combustible de carbonato fundido. |
| DE69733041T DE69733041T2 (de) | 1996-05-29 | 1997-05-20 | Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle beinhaltend Elektrolytplatte mit feinen Gaskanälen |
| EP97108150A EP0810684B1 (en) | 1996-05-29 | 1997-05-20 | Molten carbonate fuel cell comprising electolyte plate having fine through holes |
| US08/864,189 US5897972A (en) | 1996-05-29 | 1997-05-28 | Molten carbonate fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13459996A JP3575650B2 (ja) | 1996-05-29 | 1996-05-29 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09320619A true JPH09320619A (ja) | 1997-12-12 |
| JP3575650B2 JP3575650B2 (ja) | 2004-10-13 |
Family
ID=15132171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13459996A Expired - Fee Related JP3575650B2 (ja) | 1996-05-29 | 1996-05-29 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5897972A (ja) |
| EP (1) | EP0810684B1 (ja) |
| JP (1) | JP3575650B2 (ja) |
| DE (1) | DE69733041T2 (ja) |
| ES (1) | ES2241014T3 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011222152A (ja) * | 2010-04-05 | 2011-11-04 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 燃料電池セル及び燃料電池スタック若しくは燃料電池装置 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6124053A (en) * | 1998-07-09 | 2000-09-26 | Fuel Cell Technologies, Inc. | Fuel cell with internal combustion chamber |
| US6793711B1 (en) | 1999-12-07 | 2004-09-21 | Eltron Research, Inc. | Mixed conducting membrane for carbon dioxide separation and partial oxidation reactions |
| US6878479B2 (en) * | 2001-06-13 | 2005-04-12 | The Regents Of The University Of California | Tilted fuel cell apparatus |
| US7348087B2 (en) | 2003-07-28 | 2008-03-25 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fuel cell with integral manifold |
| US7846601B2 (en) * | 2004-10-08 | 2010-12-07 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Fuel cell design and control method to facilitate self heating through catalytic combustion of anode exhaust |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4643955A (en) * | 1983-04-15 | 1987-02-17 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | Molten carbonate fuel cell reduction of nickel deposits |
| US4714661A (en) * | 1986-07-08 | 1987-12-22 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Molten carbonate fuel cell |
| JPS6452385A (en) * | 1987-08-22 | 1989-02-28 | Fuji Electric Res | Electrolyte plate of molten carbonate fuel cell |
| JP3350167B2 (ja) * | 1993-09-03 | 2002-11-25 | 株式会社東芝 | 溶融炭酸塩型燃料電池 |
| JPH07282822A (ja) * | 1994-04-08 | 1995-10-27 | Hitachi Ltd | 燃料電池及び補修方法 |
| US5422195A (en) * | 1994-05-04 | 1995-06-06 | Energy Research Corporation | Carbonate fuel cell with direct recycle of anode exhaust to cathode |
| JPH0812303A (ja) * | 1994-07-05 | 1996-01-16 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | プレートリフォーマ |
-
1996
- 1996-05-29 JP JP13459996A patent/JP3575650B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-05-20 ES ES97108150T patent/ES2241014T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1997-05-20 EP EP97108150A patent/EP0810684B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-05-20 DE DE69733041T patent/DE69733041T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-05-28 US US08/864,189 patent/US5897972A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011222152A (ja) * | 2010-04-05 | 2011-11-04 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 燃料電池セル及び燃料電池スタック若しくは燃料電池装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69733041D1 (de) | 2005-05-25 |
| JP3575650B2 (ja) | 2004-10-13 |
| EP0810684A2 (en) | 1997-12-03 |
| ES2241014T3 (es) | 2005-10-16 |
| EP0810684A3 (en) | 2002-07-03 |
| EP0810684B1 (en) | 2005-04-20 |
| DE69733041T2 (de) | 2005-09-29 |
| US5897972A (en) | 1999-04-27 |
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