JPS5864771A - 燃料電池発電装置及びその作動方法 - Google Patents

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】 この発明は固体電解質燃料電池発電装置に関する。更に
詳しくは、この発明はこの檜の装置に対する反応剤の処
理方法を提供するものである。

発明の背景 高温度固体電解質燃料電池は通常発熱電気化学反応によ
り代表的にはり０θ℃以上の温度で化学エネルギーを直
流電気エネルギーに変換する。この反応はアノードとカ
ソードとの間に挾持された電解質と電極との境界面にお
いて起る。

この反応には比較的純粋な燃料、例えば水素と一酸化炭
素との混合物および酸素または空気のような酸化剤が含
まれる。燃料電池装置で水素と一酸化炭素混合物燃料が
使用される場合には前記燃料拡燃料電池集合体の上流側
の改質器から供給される。改質器では例えば炭化水素、
天然ガスまたはアルコールがスチームと吸熱反応により
反応して水素と一酸化炭素の混合物のような燃料電池に
適し九燃料が生成される。

燃料電池中の発熱反応及び他の電池により放出される熱
の除去にはかなシの冷却装置を使用することを必要とす
る。例えば比較的大量の冷却用空気が選定された隣接す
る電池要素に通される。これは全装置の効率を低下させ
る。同様に改ＪｉＬＳでの吸熱反応はかなりの量の熱入
力を必要とし、これも全体の効率を低下させる。

多くの改質器は供給が限定された例えは白金のような触
媒を用いて運転される。改質はニッケルのようなより少
量の外部から供給される物質の存在において起ることは
既知である。この目的のためにコバルトを使用できるこ
とも既知である。燃料電池の上流側の改質器は粒状の、
或は高表面積の触媒を使用する。ある種の燃料電池装置
はいわゆる間接燃料電池装置について考慮された。例え
ば「ツユエル・セルズ・フォア・パブリック・ユテイリ
テイ・エンド・インターストリアル・パワー」（ノイズ
・データ・コーポレーション発行　７９７７年）と題す
る書物の１．１図及び付随する記載にはニッケルアノー
ドで炭化水素燃料の改質から生成した水素及びＣＯを利
用するための有望な電池として溶融炭酸塩電解質電池に
言及している。この書物は°また電池での燃料電池系反
応から生じた過剰の熱量をｈ炭ガス化法への入熱として
利用することも言及している。米国％許第、７，４ＩＡ
　２．．３０４号もメタン（ＯＨ４）と水の蒸気との混
合物を二数化炭素及び水素に変換する、ニッケル電極を
備えた成体電解液燃料電池装置を記載している。

しかし技術上の問題からこのような設計の装置を実際稼
動できる装置にすることはできない。

代表的な問題は材料の適合性及び安定性、燃料電池へ及
び燃料電池から反応剤及び生成物の輸送の問題及び特に
全体の系の効率である。

こうして、系の効率を増大させ、且つ現存の設計の欠点
を無くした改善された燃料電池発電装置及びその運転法
を提供することが要望される。

」」ＲυＬ乱 この発明は各々が多孔質アノード及びカソードを備えた
、細長い環状固体酸化４１ｉ！Ｌ燃料亀池を多数相互に
連結したタイプの燃料電池発電装置の運転方法であって
カソードに隣接して酸化剤を流すことからなる燃料電池
発電装置の運転方法において、前記各電池のアノードが
触媒物質を備え、前記触媒物質の存在において水素及び
−酸化炭素の少なくとも７種に改質できる反応剤を前記
アノードに隣接して流すことを特徴とする運転方法にあ
る。

この発明はまた、発電室及び燃焼生成物室を含む、多数
の室を囲むハウジング、発電装置と燃焼生成物室とを隔
離する多孔質隔壁、多数の細長い環状燃料電池であって
、各燃料電池が多孔質アノード及びカソードを備え、且
つ前記発電室内に配置された電気化学的に活性な長さを
もつ燃料電池、環状燃料電池を通シカソードに隣接して
流れ及び多孔質隔壁を通って燃焼生成物室へガス状酸化
剤を流すための手段を備えた燃料電池発電装置において
、多孔質アノードが触媒物質を含み、燃料電池発電装置
が前記触媒・物質の存在において水素及び−酸化炭素の
少なくとも１種に改質できる反応剤を環状燃料電池を通
し、アノードに隣接して且つ前記多孔質隔壁を通って燃
焼生成物室へと流すための手段及び改質性媒体と酸化剤
との各々が燃焼生成物室へ入る前にそれらが互に直接接
触するのを隔離するための手段を備えることを特徴とす
る燃料電池発電装置にある。

この発明は反応剤カス金その場で改質し、それによって
良好な装置効率を達成し電池の冷却要求を低下させるこ
とからなる燃料電池を主要要素とする装置の運転方法を
提供する亀のである。好適な方法は、本質的に発熱電気
化学発電反応と吸熱改質反応と金相利協同的に組合わせ
るものである。好適な形態では１９１０年７２月２２日
出願に係る米国特許願シリアルナンノ（コ／　９．／　
ｔ　、を号に一層詳細に記載のタイプの固体電解質のい
わゆるシールレス燃料電池発電装置は多数の室を囲む）
・ウジングを備える。多孔質の隔壁により発電室と予熱
用燃焼生成物室とは隔離される。

発電装置室内に電気化学的に活性な長さをもつ細長い環
状の燃料電池は炭化水素、天然ガス及びアルコールのよ
うなガス状反応剤媒体に対する高温接触改質器として部
分的に働く物質を含むアノードを備える。この電池はま
た改質作用を呈する電気化学的に不活性な長さの部分を
も備える。アノードは管状の燃料電池の外側のｗＬ極で
あることが好ましく、多孔質のニッケルまたはコバルト
の外側表面を備える。改質性媒体が硫黄化合物を含んで
いる時にはコＩくルトが特に有利である。

空気のような酸化剤はカソードに隣接して燃料電池内を
流れ、次いで酸素が減衰した形態で燃焼生成物室へ流れ
る。改質性ガス状反応媒体はスチームと混合されて６Ｑ
９”Ｃ（／２００″Ｆ）程度の温度の混合物を造る。こ
の混合物は次いで発電装置内の充気室へ供給され、充気
室から分配板を通って前記混合物がアノードの外側表面
及び前記不活性表面を囲むように燃料電池の活性な長さ
の部分を含む室へ供給される。

混−合物の若干は不活性表長さに沿って改質され、混合
物は次いでアノードに拡散し、そこでスチームと共に触
媒作用を受けて例えば水素とＣＯとになる。酸素はカソ
ードから固体電解質を通ってアノードへ輸送され、ここ
で酸素は水素及び−酸化炭素のような改質反応生成物と
化合する。

これらの反応の過剰の反応剤及び化学生成物は多孔質材
料を通って最終的に予熱燃焼室に輸送され、燃焼室でそ
れらは燃焼されて導入される酸化剤を予熱する働きをす
る。

この発明の利点、性質及び更に他の特性については図を
参照して行う以下の１載から−１−明らかとなろう。

さて、ｔｉ＆１図〜第図画第一図すると、ガス密ハウジ
ングｌコを備えた燃料電池発電装置は１０で示される。

ハウジングｌ−は発′ｆｔ室／４（及び燃焼生成物室１
６すなわち予熱室／　Ａ　ｆ！ｃ含む多数の家を包曲す
る。改質性（改質処理できる）反応剤混合−分配室１９
もハウジング内に備えられる。また酸化剤導入室／ｌも
ハウジングｌ−内にある。或は導管コク中に酸化剤上分
配する他の手段を使用できる。ハウジング／コは低密度
アルンナ絶縁材のような断熱材ココで金棒を内張すした
鋼からなるのが好ましい７・・ウジングｌλ及び断熱材
ココを貰逼して改質性媒体導入口λｊ１空気導入口λ６
及び燃焼生成物排出ローｇならびＫｔ＆用の孔が備えら
れる。

発電室／ダはハウジング／コの壁３ｏと多孔貴隔壁Ｊコ
との間に延びろ、予熱室／１は多孔質隔壁３２と管支持
シート３グのような管支持Ｍ遺体間に延びろ。酸化剤導
入室／ｌは管支持−／−）ＪＩＩとハウジングの端部壁
３６との間に姑びａ０混合−分配室／？Ｖｉ端部壁３１
と壁３０との間に延び心。橡３０は多孔質で呈／ｆから
改質性ガス媒体が通過でき、好適には改質性ガス媒体を
発１１富ｌダヘ所定のように分配するための穿孔２／を
備える。

隔壁は掘々のタイプの構造のものでよく、付加的な支持
体及び流れ邪魔板を備えていてもよい。図示の多孔質隔
壁Ｊコ及び管支持シートＪ４１は封止された構造である
ことを必要としるい。多孔室隔壁３．２は、特に、大気
圧より僅かに高い圧力で運転される発電室／４’と大気
圧より僅かに低い圧力で運転される予熱ｍ／ｌとの間に
矢印３ｇで示すような流れを可能となすように設計され
る。第１図でＬ発電装ｆｆｊ１０は水平姿勢で示しであ
るが、垂直姿勢または他の姿勢で運転することもできる
。

高温度の細長い固体酸化物電解質環状燃料電池ダ０は予
熱室１６と発電室ｌ弘との間に延びる。これらの電池は
予熱ｉｉＬ／Ａに端部開ロダコ及び発ｖＬ］／　ｌＩの
不活性長さに閉烏端ダｑを伽える。燃料電池は管状であ
るのが好ましく、管状の多孔質支持体に支持された一つ
の電極間に挾持された固体阪化物電解質を備える。谷電
池は電気化学的に活性な長さ参６及び不活性な長さａｔ
を備える。他の一気化学的に不活性な長さは閉基端４１
ダを備えた部分で、電池の全長のかなりの部分にわたっ
て延びることかできる。

を６性な長さダルは発電室／ダ内に含まれる。長さダｌ
は電気化学的に不活性である。不活性な長さｌＩ亭は約
ｊＯＯ℃以上の高めた温度でガス媒体を水素または一酸
化炭素のような生成物に改質できる。材料からなる。こ
のような生成物は活性な電池における電気化学反応のた
めの燃料である。管状電池の不活性な長さ、特に長さｌ
Ｉ４１１よ下鈎に空気ａｔ極（カソード）を備えないよ
うに、或はカソードへの電気接点を備えないように迫ら
れるが、しかし長さシダは密な電解質層及び多孔質鳩を
備え、電解質の先端、すなわち改質性ガス媒体と接触し
た宿性電池区域における燃料紙極である。

第Ｓ図は活性な長さの断面を示す。内部区域から順次半
径方向に外−に向うてこの断面には多孔實管状支持体亭
５１カソードのような多孔質ｗＩＬ他ダク、同体電解質
ダタ及び７ノードのような第コ多孔質電極Ｓ／を備える
。同様に、第６図は不活性な長さシダの断面を示す、内
部区域から順次半径方向に外−へ断面は多孔質絶縁支持
体ダ３２１♂・１体重解質ダブ１及び第コ多孔質電極Ｓ
／を備えろ。ここでは固体電解質ダブ′　はその体積を
活性な長さにおける多孔質電極Ｑ７及び電解質４ｔ９の
代シに配置される。第５図の切欠かれた区域は隣りの電
池への直列電気接続が行われる場所を示す。

各電池は約ｌボルトの電圧を発生し、多数の電池が好ま
しくは直列−並列の四角形の配列で電気的に接続される
。説明のために、前記配列は電池の横列ＳＯ及び縦列！
、２からなるものとして記載できる。横列ＳＯの各電池
はその活性な長さダ６に沿って次の隣シの電池に好まし
くはそれらの外側周Ｉ＃部での直接接触によって電気的
に接続する。改質性媒体が各電池のまわ９に流れ空気の
ような酸化剤が各電池内を流れる第１図に示す好適な構
造ではアノードは各電池の外側電極で、カソードは内側
にある電極である。こうして、横列内の電池相互の接続
は並列である。

縦列５コ中の各電池は次の隣りの電池参〇に直列に電気
的に接続される。好適な構造ではこの接続は一つの電池
の内側のカソードから次に続く電池の外側の７ノードヘ
接続要素！ダにより行われる。

縞１図及び第一図に示す構造ではアノードは外−の電極
で、カソードは内側の電極である。

第３図に示す構造では以下に更に詳細に説明するように
カソードは外側の電極で、７ノードは内側の電極である
。Ｗｃ１図と第１図の構造ではアノードすなわち７ノー
ドを囲む多孔質味面は不活性な長さと同じように高めｆ
ｃｗＪ作亀度でガス媒体を接触改質して水素′−または
一酸化炭素のような！他用燃料に変えることができる材
料からなる。好適な材料はニッケル、ニッケル含有化合
物、コバルト及びコバルト含有化合一でおる・他の触媒
物質も使用できる。

電池により発生した直流電気エネルギーは好適には第１
横列５θ中の各電池弘θと電気的接続を保つように配設
された導電金属板ｊ４またはフェルトパッドのような第
１集寛部材と最終横列の各電池と接続するように配設さ
れた同様な第一集電部材（図示せず）により集電されろ
。

導！Ｉよｊは集電部材に備えられる。

導！−〇は管支持シー）Ｊｌの一端において、好ましく
はゆるく支持される。この管支持シートＪ４！は好まし
くは小部鋼製で、導管コＯｆ）′ｔわりにゆるく嵌合す
る孔を備え、それによって導管、２０の自由熱膨張を可
能としている。導管２０はアルミナから造られるのが好
ましく、管支持シートは低密度アルミナのような断熱材
６．２で被覆される。酸化剤は管支持シート３ダを通っ
て洩れ出してもよい。

導管−〇は管支持シート３亭から燃料電池ダＯの端部開
口４Ｉａ中に砥び、１本の導管−〇は１個の燃料電池□
□□対応する。各導管−〇は燃料電池の活性な長さダ６
に延び、好ましくは燃料電池の閉基端部近くに延びる缶
導管は反応剤媒体を燃料電池４Ｉｏ内へ放出するための
手段を備える。

多孔質隔ＩＩＪコは減衰した燃料が通過できるが、好ま
しくは各燃料電池ｔｉｏを囲むセラミッククールのよう
な多孔質挿入物を儂えたセラミック板部材または繊維質
アルミナフェルトからなる好ましくは多孔質セラミック
調節壁である。

電池の動作中、空気のような酸化剤は空気導入口２６を
通って酸素導人家／ｌへ入る。室／Ｉｔは各導管−〇の
導入マニホルドとして働く。

空気はハウジングに入る前に慣用の手段によって予め加
熱されて約ｓｏｏ”ｃ〜７００”ＣのＩｉ度及び大気圧
以上の圧力で導管へ入る。空気は予熱室１４を通って導
管内を流れ、ここで空気は約９００℃の温度に更に加熱
される。ｔ２気は導管の長さを貫流して更に約ｔｏｏｏ
”ｃｌｃ加熱されて燃料電池＋０中に放出される。燃料
電池内で空気は活性な長さ４を乙に沿って燃料電池カソ
ードで電気化学的に反応して電池の端部開口クコに近ず
くにつれて酸素金蓋が若干減衰する。減衰した空気り燃
焼生成物富すなわち予熱室／６へ放出される。

第ダ図に概略図として示すように、燃料電池で電気化学
反応をするのに有用な燃料に改質できる媒体を供給する
手段１例えば容器ダク′及び導管４１９“が備えられる
。加熱Ｗ！；／’及び導管Ｓ３を含む、スチームのよう
な改質操作に有用な他方の反応剤を供給装置も更に使用
される。改質性媒体は好ましくはガスで、メタン（ＣＢ
、）　　のような炭化水素、エチルアルコール（Ｃ、Ｈ
、ＯＨ）のようなアルコール及び天然ガスのような組成
物であることができる〜スチームと改質性媒体とは混合
器ｊ５のような混合装置で合体され、導管３りを通って
混合−分配！ｌデヘ流れる。スチームと改質性媒体とは
混合−分配Ｂｉｔへ入る前に好ましくは約１！０℃（ｌ
コｏｏ下）に加熱される。

ｇ／？からスチーム−改質性媒体混合物は壁３０を通っ
て発電室／４Ｉ及び燃料電池のまわりに流れる。前記混
合物は最ｉｕａ科電池の不活性な長さダ亭と接触し、混
合物の一部が改質されて有用な燃料に転化される。働料
、他の改質生成物及び改質性混合物は活性な長さに流れ
て。

ここで更に改質が行われ、同時に電気化学的発電反応が
生起する。

改質性媒体は電解質と５Ｉ接するアノード表面に拡散し
、その一部はスチームとの接触反応によりＨ！及びＣｏ
に転化される。また、アノード表面では酸素が電解質を
通ってアノードに運ばれ、ここで酸素は改質生成物のＨ
ｌ及びＣｏの大部分と結合する。酸素はまた未改質媒体
の着干、例えばアノードに存在するメタンとも直接化合
する。酸素との反応：コＨ，＋Ｏ，＝コＨ１Ｏ；コＣＯ
＋０．＝コｃｏ、　；　ＣＨ，＋コＯ，＝Ｃ’０２＋、
ｌ　Ｈ，Ｏから生ずる燃焼生成物は燃料電極間の発電室
へ拡散し。

ここからそれらは発電室の排出端部へ運ばれる。

該海部からそれらは排出端部に存在する未反応Ｈ，、Ｃ
ｏ　　及び微量のＣＨ，と共に多孔質ｇｉ１１１３コを
通って燃焼生成物室／６中に放出される。多孔質隔ｌ１
１３コはそれを通過する時に僅かな圧力低下を生ずるが
、好ましくは空気排気物から酸素を排除し、発電室へ逆
流させる。同様に、反応剤と冷却媒体の両方の作用をす
る空気は酸化剤導入＠／Ｉへ入り、導管−〇を通り電池
に流れ、ここで空気からの酸素は空気電極（カソード）
により取り上げられ、電解質中へ運ばれる。

０、が部分的に減衰した空気排気は多孔室隔壁を通って
働錦区域に入り、ここで燃料排気中に　・存在するＨ、
　、Ｃｏ及びＣＨ，と化合して導管２０を通る空気を更
に加熱する。

ここに例示した装置は下記のパラメータに基ずくもので
ある：電極面積ＪＯｃａＸｌｌＸ／、！ｃｘ＝ｌダ／、
Ｊ　’ｃｘ”　（０，／　Ｊ平方フィート）、６θＯξ
リボルト、電流ダ３０４アンペア／　ｍ”（４’　００
アンペア／平方フイート）、電気出力４！ｔｇｌｌｋｃ
ａｚ／ｋＩＩＣＨａ　（／　／　ｇ　！　Ｊ　ＢＴＵ／
ボンドＣＨ４）の場合メタンめ供給速度はＯ０参ｔｘｔ
ｏ−”ｋ１７時間（Ｏ，デ／ｘ１０　　ボンド／時間）
である、メタン流速が０．４Ｉ／Ｘ／　０−″に＆／待
時間　ｏ、デ／Ｘ１０−”ボンド／時間）の流速の場合
、燃料電池アノードの約Ｏ，Ｊ−１（ｌ汐インチ）の環
で０．３０ｓｃｓｉ秒（０，０／　フィート７秒）（、
／／■匈間（４ＩＪフイ一ト／時間）〕の平４ｍ速が得
られ、Ｒｅ８ｃナン／（＋＊　０．１−である。メタン
のタデ、デー転化のための管長は３ｏ、５ｃｓｃ／−イ
ンチ〕燃料電池管のコ、５ダｌ以下である。これは下記
の質量移動の計算Ｉ及び■に基ず（ものである：■、管
中に完全に確立された流れの層対流係教は下記により与
えられる： Ｓｔ　＝　Ｊ、Ａ　Ｊ　Ｒｏｓｅ ｓｔ　（質量移動スタントン＆）＝互 Ｒｅ　（レイノルズ数］＝す ■ ｈ　（質量移動対流係数フィート／秒〕Ｕ　（管中の平
均流速） ■　（動粘度　平方フィート７秒〕　　−スタントン数
は管中に完全に発達した流れに対して適用できる。スタ
ントン数は管の入日区域の方が大きいから、Ｊ、４　Ｊ
　Ｒｅ８ｃ　　の使用は控え目のもので、ＣＨ，を！Ｉ
Ｉ、＋ＣＯに１００％改質するために必要な管長の計算
に対する上限に意味する。

改質反応が起っている管の長さに沿ってメタンの濃度〔
断面積平均値ρ１６．０コ１ｗ／ｍ’（ボンド／立方）
フィート〕を分析すると、もし壁に到達した全部のメタ
ンがＨ，＋　ｃｏに接触改質されると管長に沿った断面
上の平均メタン濃度は ρ（Ｘ点でのＣＨ、）　＝Ｊ０（ｚ−ＱでのＣＨ，）ｅ
ｘｐ（−ｘ） ｕ であると計算できる。

Ｒｅ８ｃ数はｕＤ／Ｉ）Ｂから評価できる。ここにＤ□
はスチーム中のメタンの拡散係数である。

これはｕ　Ｄ／ｖＸ　ｖ／Ｄ　、＊から得られる。標準
操作によって得た０１ｍの推定値はコ、／　ｌ　ｃｓ”
／＄　（０、コ５ｘｔｏ　’平方フィート／秒）である
。

ρろｍＯ，００／におゆるＩの値はＪ、７１ｃｍ（１イ
ンチ）以下である。

■、スチームー炭化水素改質触媒を使用する天然ガス／
スチーム改質器の工業例に下記のデータが適用されるニ ブラントの履　　クンガス 供給原料　　　　天然ガス 触媒体積　　　　　約ｊ、４４　ｍ”（２００立方フイ
ート）触媒寸法　　　　ｔ、　ｑｔ　ｘ　ｔ、　９　ｔ
　ｃｔａｆＲ（３／亭×３／ダインチ） 管　　　最　　　　　　約月 管内径　　　　ｌコ、７ｃｓＣ！ｒインチ）管径に対す
る主改質器空間速度のデータは既知の改質器のデータか
ら入手できる。

／−０り１内径管はｌコｏｏ標準ｍ’　Ｈｌ　／ｎＭＪ
／触媒ｍ’（／コｏＯ標準立方フィート（ＳＣ’Ｆ）Ｈ
／時間／触媒立方フィート〕の空間速度をもち／、？／
ＱＩＸ八デ／ｃへの環は−１７ｍ’／ｍ’　（クダ立方
フィート／立方フィート）の単位体積当りの推定表面積
をもち、これは空間速度をダ、テ亭標準ｍ’　Ｈｌ　／
時間／ｍ１　　触媒面積（／　ｂ、ａ　　８０Ｆ　Ｈ，
／時間／平方フィート触媒面積）に転換できる。燃料電
池の燃料電極面積は約０．０／コ−：ａ”　（０，／　
Ｊ平方フィート）である、こう、てこの面積に適用され
る転換された空間速度は毎時亭、Ｓ亭×ｌＯｋ＃のＨ，
１に生成する。水側の燃料電池へのメタンの供給原料は
毎時ｏ、ｉｓり×ｌＯゆのＨ２（０，３×１０’ボンド
Ｈ２）シか生成しないから壁触媒は必要量より３倍も大
きい。こうしてメタンを改質するための燃料電池の活性
長さに沿った露出触媒表面の能力はメタンの供給速度の
３倍の大きさである。

同様に、アルコールを主成分とする燃料系も使用できる
。例えばエチルアルコールとスチームとはニッケルまた
はコバルト表面で一般にＣ，Ｈ，ＯＨ＋Ｈ，Ｏ→コＣＯ
＋、７−ｉＨｌにより改質される。この反応はエチルア
ルコールのコークス化を起さないようにするためには化
学量論量より過剰緻のスチーム量を必要とする。

類似の方法が第３図の装置構造でも実施できることは明
らかである。いずれの構造でも燃焼生成物による予熱１
１／！は燃焼熱により。

ならびに顕熱により反応剤を予熱するのに役立つ。電池
と接触改質性表面とは電解質を通って生起する発熱電気
化学的反応により更に加熱される。

さて、第３図を参照すると、燃料アノードは環状燃料電
池の内側に位置し、酸化剤カソードは外側に配置される
。上述のように側御された漏洩配列すなわち無封止配列
が使用される。第３図では断熱され、封止されたハウジ
ング／／コ内に亭っの主要な室すなわち酸化剤導入ｉｆ
／　／　ｔ、発電ｍｌ／　／　４＜、燃焼生成物室／／
１及び改質性媒体マニホルド導入−分配ｆ１ｔｉデがあ
る。

様化剤予熱導管ｌコＯは管支持シー）　／、７１に取付
げられ、燃料予熱導管ｌ−″／！ｉｌｌコ管支持シート
１３３に取付けられる。断熱材を含めて取付は方は第１
図及びｔＪ−図について記載したのと同様で前記導管の
熱膨張及び漏洩が可能である。燃料導管ｌコｌは環状燃
料電池／４１０中に延び、空気導ｉｆ／コσは電池間に
配置される。空気導管ｌ−〇は電池の選定された辞の間
に配置された横９列として配列でき１例えばＪ縦列の電
池を前述のように直列−並列に接続でき、空気導管の縦
列によって３縦列の他の群から電気的に分離できる。

この場合に、周縁集電板を３ｗｉ列の各群に結合できる
。或はまた、電池を相互に接続し、相互接続した電池の
全セットの周縁に空気導管を置くこともできる。更に、
電池の直径が空気導管の直径に比して大きいときは空気
導管は例えば一群をなす正方形に配列したり個の電池の
間の間隙に配置することができる。

動作中、空気のような予熱された酸化剤は酸化剤導入室
／／１に入り、導管ｌコ０に分配される。空気は導管ｌ
コ０を通って更に予熱され、発電室／／４４に放出され
、ここで空気は燃料電池／４ＩＯのまわりに流れ、電気
化学反応が生起する。燃料電池は活性長さを備える。減
衰した空気は次いで多孔質ｍＭｉ／３λを通り、燃焼生
成物室／／Ａに入り減衰した燃料と一緒になって直接燃
焼する。相対的に高圧力の発電室／／ダと相対的に低圧
力の燃焼生成物室／／Ａとを接続する逆戻り導管も使用
できる。

予熱された改質性媒体は導入室／／１に入り、導ｇｌλ
ｌを流れて更に予熱される。上記媒体は次いで燃料電池
／４ＩＯ中に放出され、逆方向に流れ、続いて行われる
電気化学反応に使用できる燃料に改質される。未改質ガ
ス媒体のような残存生成物と共に減衰した燃料は燃料生
成１１５１１／／Ａへ放出される。燃焼生成物室／／Ａ
では減衰した燃料、減衰した酸化剤、管支持シート／Ｊ
！ｒを流れる改質性媒体、ｍ１ｌｌ／Ｊ−を通る酸化剤
及び他の生成物例えば過剰の水の蒸気は直接燃焼反応し
て熱を発生する。この反応による熱は減衰した生成物中
に含まれる顕熱と共に導管／Ｊ／に入る改質性媒体を予
熱する。排出ロｌコＩｔ通って燃焼生成物と共に放出さ
れる過剰のエネルギーは発電装置の下流側の装置で使用
するのが有利である。

これまで記述した示例の改質−発電装置は発電装置へ供
給されるメタン１ｋｇ当り約３３３３キロカロリ（ｋｃ
ａｌ）　（Ａ　００　ｏ　ＢＴＵ　／ポンドメタン）の
改質器の熱ｔ−吸収する。もし外部改質器の設計を使用
すればＪＪＪＪｋｃａｌ（ｔ、ｏｏｏＢＴＵ）は通常ア
ノード排ガスの燃焼によって供給され、燃料電池へ供給
された燃料の約コＯ嗟〜コ！嘩が改質性ガスをＨｌとＣ
Ｏとに改質するのに使用される。この発明による燃料電
池−改質器合体設計では３３３３ｋｃｅｒＬ（１０００
ＢＴＵ）の熱量は燃料電池で発生した熱により供給され
るから、ｆｊ−またはそれ以上のような実質上全部の改
質されたガスが発電に使用される。こうして、装置の電
気的効率はコＳ−程度増大する。加うるに、３３３３ｋ
ｃａｌ　（４０ＤＯＢＴＵ　）の改質反応はカソード冷
却用空気を約ダＯ−減少させる。

この発明の精神及び範囲を逸脱することな（多べの改変
が上述の配列が可能であるから上述のすべてのことはこ
の発明を説明するためのもので、これらに制限すること
を意図するものではない。

【図面の簡単な説明】

第７図は示例のためのこの発明が適用できるタイプの燃
料電池発電装置の破断斜視図、第２図は＃ｌ１図の発電
装置の部分縦断面図、第３図は他の示例の発電装置の部
分縦断面図、第ダ図はこの発明の好適実施態様による１
反応剤供給方法を説明するブロック図、ｔｌｌｒ図は燃
料電池の活性長さの部分の縦断面図、第４図は燃料電池
の不活性長さの部分の縦断面図である６図中：１０−−
燃料電池発電装置、ｌコ・・ハウジング、／Ｑ・−発電
室、／６・・燃焼生成物室（予熱室）、　　／ｌ−ｍＩ
ＩＩ化剤導入室、ｌデ・嗜反応剤混合−分配室、−０・
・導管、コｌ・・穿孔、−１会・断熱材、コ！・・改質
性媒体導入口、一番・嘩空気導入口、コＩ−−燃焼生成
物排出口、３０・・（ハウジング）ＩＩＩ、Ｊ／・・ｆ
ａＦＭＩＬ　Ｊコ・・多孔質ｗｉ壁、３ダ・・管支持シ
ート１．ｙｉｓ＠１ｌｌＥ壁、参〇〇〇固体酸化物電解
質環状燃料電池（電池）、ダコ　・・端部開口、シダ・
・閉塞端（不活性な長さ）、ダＳ・・多孔質管状支持体
、４１４・・活性な長さ、ｌＩｔ・・電極（カソード）
、４Ｉ？’　・・容器。 ４１ｔ・・不活性な長さ、亭デ、ダデ′　・・固体電解
質、ダブ・・導管、３０・・電池の横列。 ｓｔ’　・−加熱器、ｊｌ・・多孔質電極（アノード）
、！−−−電池の縦列、ｊｔＪ−・導管、！参・・接続
要素、ｊｊ・・混合器、！６・・導電金属板、３り・・
導管、ｊｆｆ・・導線、６Ｊ・・断熱材、／／２・・ハ
ウジング、／／４Ｉ・・発電池、／／４・・燃焼生成物
室、／／り・・導入−分配室、／／ざ・・酸化剤導入室
。 ｌコＯ・−（空気）導管、ｌｊｌ・・（燃料予熱）導管
、／３コー・多孔質Ｎ壁、／Ｊ’ｌ・・管支持シート、
／３！・・（＠コ〕管支持シート、ｌダＯ・・燃料電池
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／　各々が多孔質アノードとカソードとを含む多数の相
   互に接続した細長い環状固体酸化物燃料電池を備えたタ
   イプの燃料電池発電装置の　　　　　　゛ 少運転方法であって、カソードに隣接して酸化剤を流す
   ことからなる運転方法において、各電池のアノードが触
   媒物質を含み、前記触に隣接して流すことからなる燃料
   電池発電装置の運転方法。 コ　反応剤が炭化水素１．アルコール及び天然ガスの少
   なくとも／ｍである特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３　触媒物質がニッケル及びコバルトの少なくとも１種
   である特許請求の範囲第１項またｒま第一項記載の方法
   。 弘　炭化水素がメタンである特許請求の範囲第一項記載
   の方法。 Ｓ　アノードがコバルトを含み、反応剤が硫黄含有改質
   性反応剤である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ム　水素及び−酸化炭素の少なくとも１種に改質できる
   媒体をスチームと混合して？　００　’Ｃ以上の温度の
   混合物を造り、アノードに隣接して混合物を流す特許請
   求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の方法。 ７　発電室及び燃焼生成物室を含む多数の室を囲む・・
   ウジング、発電室と燃焼生成物室を隔離する多孔質隔壁
   、多数の細長い環状燃料電池、各燃料電池は多孔質アノ
   ードとカソードとを備え且つ発電室内に配置され走電気
   化学的に活性な長さを備えるものとし、環状燃料電池を
   通り、カソードに隣接しながら多孔質隔壁を通って燃焼
   生成物室へガス状酸化物を流すための手段を備えてなる
   燃料電池発電装置において、多孔質アノードが触媒物質
   を含み、燃料電池発電装置が前記触媒物質の存在におい
   て水素及び−酸化炭素の少なくとも１種の改質できる反
   応剤を前記環状燃料電池を通りアノードに隣接して流れ
   多孔質隔壁を流れて燃焼生成物室へと流すための手段と
   改質性媒体と酸化剤とが燃焼生成物室へ入る前に直接互
   に接触しないように融離するための手段を備えてなるこ
   とを特徴とする、燃料電池発電装置。 に　触媒物質がニッケル及びコバルトの少なくとも１種
   である特許請求の範囲第７項記載の装置。 デ　活性な長さがニッケル及びコバルトの少なくとも７
   種を含む多孔質外側表面を備え、燃料電池がニッケル及
   びコバルトの少なくとも１種を含む多孔質外側表面を備
   える不活性な長さを備え、改質性反応剤は発電室を通り
   燃料電池の不活性な長さのまわりを流れ次いで活性な長
   さのまわりを流れ多孔質隔壁を通って燃焼生成物室へ流
   れる特許請求の範囲第７あって該延長物に沿ってカソー
   ドを備えない延長物である特許請求の範囲第９項記載の
   装置。 ／ｉ　　電気化学的に活性な長さが順次中心区域から半
   径方向に外側へ向って多孔質管状支持体、多孔質カソー
   ド、固体電解質及び多孔質アノードを備え、前記不活性
   な長さが順次中心区域から半径方向に外側へ向って多孔
   質管状支持体、固体電解質及び多孔質アノードを備える
   特許請求の範囲第を項または第９項または第７０項記載
   の装置。 ｌユ　各環状燃料電池が中心区域から半径方向に外側に
   向って多孔質管状支持体、多孔質アノード、固体電解質
   及び多孔質カソードを備える特許請求の範囲第７項また
   は第を項記載の装置。