JPS6134865A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

燃料電池発電装置

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JPS6134865A
JPS6134865A JP59158261A JP15826184A JPS6134865A JP S6134865 A JPS6134865 A JP S6134865A JP 59158261 A JP59158261 A JP 59158261A JP 15826184 A JP15826184 A JP 15826184A JP S6134865 A JPS6134865 A JP S6134865A
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JP
Japan
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fuel
fuel cell
chamber
power generation
catalyst
Prior art date
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Pending
Application number
JP59158261A
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English (en)
Inventor
Kazuhito Koyama
一仁 小山
Narihisa Sugita
杉田 成久
Haruichiro Sakaguchi
坂口 晴一郎
Koji Shiina
孝次 椎名
Yoshiki Noguchi
芳樹 野口
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS6134865A publication Critical patent/JPS6134865A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は燃料電池発電装置に係り、特に、電池本体内に
設けた触媒を有する冷却通路において燃料の改質を行う
内部改質型燃料電池を用いた発電装置に関する。
〔発明の背景〕
燃料電池に使用する燃料は、電池の反応に適したガスに
改質する必要がある。一般に、このガスの改質は、触媒
を介して行っており、燃料の種類により触媒も異なって
くる。
ところで、従来、内部改質型燃料電池及び発電装置ニツ
イテは、ENERGY RESEARCHC0RPOR
ATION+7JP、S、FAT11!Lらによる技術
文献“INTERNAL REFORMINGFORN
ATURAL GAS FUHLEDに0LTEN c
AuBosAra F(IELCELLS”(文献番号
GRI−8010126,1981年)に論じられてい
る。この文献中の燃料電池システムは、癒料電池システ
ムにおける燃料の多様化に対する内部改質について、何
も考慮していない。このため。
複数の異なる燃料を用いる場合には、電池本体である電
池スタックを分解して触媒を入れ替えるか、あるいは触
媒を保持した通路を新たに設けるか。
また燃料電池を交換する必要があるという問題があった
〔発明の目的〕
本発明は、触媒を入れ替えることなく複数の燃料を改質
することができる燃料電池発電装置を提供することを目
的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、燃料を電池の反応に適したガスに改質する改
質部内に、触媒作用が異なる複数の触媒を混在させ、2
種類以上の燃料の各々に対して改質を行うことができる
ように構成したものである。
〔発明の実施例〕
本発明に係る燃料電池発電装置の好ましい実施例を添付
図面に従って詳説する。
第2図は、本発明に係る燃料電池発電装置の一実施例の
概略を示したものであって、溶融炭酸塩を電解質とする
溶融炭酸塩型燃料電池発電装置の概略を示したものであ
る。第2図において、電池本体である電池スタック10
は、電解質12゜14の一側に酸化極16,18を介し
て空気や酸素等の酸化剤が供給される酸化室20.22
と、電解質12,14の他側に燃料極24,26を介し
て燃料室28.30とが形成され、酸化剤室22と燃料
室28との間に触媒32を保持した冷却通路34が設け
られた構造をしており、このような構造のものが何段に
も積層されて構成されている。酸化剤室20.22の一
端側には、空気又は酸素等の酸化剤が熱交換!#38に
おいて熱媒体40により温められた後供給され、他端側
から排ガス42が排出される。燃料室2,8.30の一
端側に供給される改質ガス44は、混合燃料46が熱交
換[48において熱媒体50により加熱され。
冷却通路34に供給されて改質されたものであって、燃
料室28.30の他側から排ガス52となって出ていく
混合燃料46は、燃料切換装置54を介して供給された
メタン、プロパン等の炭化水素系燃料56又はメタノー
ルなどの燃料58と、停止弁60、切換装置W62とを
介して供給される酸化剤36又は純水64との混合物で
ある。
冷却通路34内に保持させた触媒32は、第1図に示す
ように触媒作用を異にする2種類以上の触媒32 a 
g 32 b y 32 cを混合したものからなって
いる。これらの触媒は、例えばNi系触媒とCu−8t
系触媒、Z n −Fe、 O,系触媒とからなってお
り、この他にCu−Nt、CuO−Zn0−An 、0
.、Cu−Zn及びpt系触媒を用いることができる。
上記の如く構成した実施例の作用は次の通りである。燃
料56はメタン、プロパンなどの炭化水素系の燃料であ
り、もう一つの燃料58はメタノールである。一方、空
気あるいは酸素などの酸化剤36又は純水64は、必要
に応じて、切換装置62により切換えて供給され、停止
弁60を経由して燃料56あるいは燃料58と合流し、
混合燃料46となる。混合燃料46は、熱媒体50を熱
源とする熱交換器48において、気化及び電池温度の6
50〜700℃程度に昇温された後、電池スタック10
内の冷却通路34へ送り込まれ、触媒32によって改質
され、水素及び−酸化炭素を多量に含む改質ガス44と
なる。改質ガス44は、燃料室28.30へ送られ、そ
れぞれ燃料極24゜26において電極反応を行い、排ガ
ス52として外部へ放出される。酸化剤36は、熱媒体
40を熱源とする熱交換器38において電池温度の65
0〜700℃程度に昇温され、酸化剤室20゜22、へ
送られ、酸化極16,18において電極反応を行い、排
ガス42として外部へ放出される。
本実施例によれば、冷却通路34中に触媒作用の異なる
複数の触媒32a、32b、32cを保持させであるた
め、燃料を改質する手段として部分酸化あるいは水蒸気
改質もしくはそれら両方を使うことができる。従って、
必要に応じて発電装置のエネルギーコントロールを柔軟
に行うことができるという効果がある。また、冷却通路
34内の混合燃料46の改質は、吸熱反応であるため、
内部改質反応による吸熱作用により電池スタック10の
温度上昇を抑制するとともに、改質反応に電池の余熱を
使用するので、システムの熱効率が向上するという効果
、及び改質器を必要としないので機器が少なくなり、コ
スト低減が図れるという効果がある。
前記実施例においては冷却通路34内の複数の触媒32
a、32b、32cが粒状をでiし、分散した状態にお
いて冷却通路34内に充填されたものを示したが、第3
図に示すようにしてもよい。
即ち、第3図に示した複数の触媒32a、32b。
32cは、冷却通路34の内壁にそれぞれ溶射などの方
法により散布、付着させた場合を示したものである。こ
のように触媒32 a、32 b、32 cを冷却通路
34の壁面に付着させることにより、一層吸熱反応の効
率を上げることができる。
第4図は、本発明の他の実施例を示しており、第2図と
同一部分には同一符号を付して示してあり、第1図と異
にする箇所を含む部分を取り上げて説明する。この実施
例では、酸化剤室20゜22より出た排ガス42の保有
する熱量を使用するため、混合燃料46を予熱する熱交
換器66が設置しである。混合燃料46は、熱交換器6
6において排ガス42により予熱され、その後熱交換器
48へ導入される。これにより、第1図に示した実施例
における効果に加えて、排ガス42より混合燃料46へ
伝達する熱量の分だけ熱媒体50の保有すべき熱量が少
なくてすむので、さらに発電装置全体の熱効率が向上す
るという効果がある。
第5図は、第4図の実施例で示した酸化室20゜22よ
り出た排ガス42を使用して熱回収を行う代わりに、燃
料室28.30から出た排ガス52を使用して熱回収を
行う実施例を示している。燃料室28.30から出た排
ガス52を熱交換器66に導き、混合燃料46と熱交換
させることにより、第1図に示した実施例より発電装置
全体の熱効率が向上する。
第6図は、第4図に示した実施例を改良したものである
。第4図と異にすg箇所を含む部分を取り上げて説明す
る。この実施例では、燃料室28゜30から出た排ガス
52を、熱交換器48に新たに取り付けたバーナ部68
の燃料として使用し、その酸化剤とし空気あるいは酸素
などの酸化剤36を分岐させた酸化剤70を使用し、流
量調整弁72を経由してバーナ部68へ導入され、排ガ
ス74として外部へ放出させる。つまり、排ガス52の
燃焼熱により混合燃料46を電池スタック10の動作温
度である6i0〜700℃程度の温度まで昇温させる。
これによって、第4図に示した熱媒体50が不要となり
、しかもバーナ部68の燃料電池からの排ガス52を使
用しているので、第4図の実施例以上に発電装置全体の
熱効率の向上を図れるという効果がある。
第7図は、さらに第6図に示した実施例を改良したもの
である。この実施例では、バーナ部68より放出される
排ガス74の熱を有効利用しようというもので、酸化剤
36が熱媒体40を熱源とする熱交換器38を通る手前
に、熱交換器76を設置し、排ガス74の熱を酸化剤3
6に供給させている。これにより、全体の熱効率が一層
向上するという効果が加わる。
第8図は、第7図の実施例を電池スタック10へ供給す
る改質ガス44の保温に重点を置いて改良したものであ
る。この実施例では、バーナ部68より出た排ガス74
が、改質された改質ガス44の保温用熱源として用いる
ための熱交換器78を設置し、熱交換87Bにおいて改
質ガス44と熱交換させている。これにより、改質され
温度の降下した改質ガスの温度を電池作動温度程度に維
持できるため、電池性能が安定し、温度変化が減するこ
とから電池寿命が伸びると考えられる。
第9図は、第8図の実施例に外部改質器を付は加えたも
のである。この実施例では、電池スタック10の冷却通
路34内で改質された改質ガスが完全に改質されていな
い場合に、熱交換器78の次段に新設した外部改質器8
0により改質率を高めて、より水素及び−酸化炭素の多
い改質ガスとして燃料室28.30に供給しようとする
ものである。なお、外部改質器80を加熱するために外
部改質器84にバーナ部84が設けられる。バーナ部8
4の酸化剤86は酸化剤36より分岐して得られ、流量
調整弁88を経てバーナ部84内へ導入される。一方、
バーナ部84の燃料90は、燃料室28.30からの排
ガス52を分岐して得られる燃料92を流量調整弁94
を経由させることによって供給される。なお、バーナ部
84の燃料90は、補助燃料96.98をそれぞれ流量
調整弁100,102を経由させて得られる補助燃料1
04と、燃料92とを合流させて得てもよい。
これにより、燃料室28.30に送り込まれる改質ガス
82は、確実に改質率の高い、すなわち水素及び−酸化
炭素の濃度の高い燃料となり、電池スタック10の発電
性能を高めるという効果をもつ。
以上、溶融炭酸塩型燃料電池システムに限定して述べた
が、さらに電池作動温度の高い固体電解質型燃料電池シ
ステムにおいても、燃料を炭化水素系ガスあるいはナフ
サなどの液状燃料として、それぞれを効果的番;改質さ
せうる触媒を共存させた形の内部改質を行えるを考えら
れ、本発明は溶融炭酸塩型燃料電池システムに限られる
ものではない。また、外部改質型の燃料電池発電装置に
も適用できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば燃料改質部の触媒
を交換することなく複数の燃料のそれぞれに対し改質を
行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る実施例の内部改質型燃料電池の冷
却通路内に充填した触媒の状態を示す図、第2図は本発
明に係る燃料電池発電装置の実施例の内部改質型燃料電
池発電装置の概略構成図、第3図は複数の触媒を冷却通
路に保持させる方法の他の実施例の説明図、第4図は本
発明に係る燃料電池発電装置の他の実施例を示す図であ
って酸化室の排ガスにより混合燃料を予熱する例を示す
概略構成図、第5図は燃料室の排ガスにより混合燃料を
予熱する例を示す概略構成図、第6図は本発゛明に係る
燃料電池発電装置の燃料室排ガスを混合燃料を加熱する
熱交換器の燃料とする実施例の概略構成図、第7図は混
合燃料を加熱する熱交換器の排ガスにより酸化剤を予熱
する例を示す概略構、、2゜m品5′”′v−1警ト した改質ガスをさらに改質する例を示す概略構成図であ
る。 10・・・電池スタック、12.14・・・電解質、1
6゜18・・・酸化極、20,22・・・酸化剤室、2
4゜26・・・燃料極、28,30・・・燃料室、32
,32a。 32b、32cm触媒、34−・・冷却通路、44゜8
2・・・改質ガス、46・・・混合燃料、56.58・
・・燃料、74・・・純水。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、電解質の一側に燃料極を介して設けた燃料室と、前
    記電解質の他側に酸化極を介して設けた酸化剤室とから
    なるセルユニットを複数積層した電池本体と、 燃料を触媒を用いて前記燃料室に供給する改質ガスに改
    質する改質部と、 前記酸化剤室に酸化剤を供給する酸化剤供給装置と、 を有する燃料電池発電装置において、 前記改質部内の触媒は、触媒作用の異なる複数の触媒が
    混在していることを特徴とする燃料電池発電装置。 2、前記改質部は、前記電池本体に設けた前記触媒を有
    する冷却通路であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項に記載の燃料電池発電装置。
JP59158261A 1984-07-27 1984-07-27 燃料電池発電装置 Pending JPS6134865A (ja)

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