(57)【要約】【課題】燃料電池の改質器を別途に設置することなく燃料極流路と空気極流路との間に内部改質流路を備えることにより、燃料電池の体積が減少し、構成が簡単になるうえ、その結果製造コストを節減することが可能な溶融炭酸塩燃料電池の分離板の提供。【解決手段】４枚の鋼板からなり、前記鋼板の縁部を互いに接合することにより内側に３層の隔離された空間部が設けられる溶融炭酸塩燃料電池の分離板において、第１層空間部には酸化剤ガスの流動経路を形成する空気極流路が設けられ、第２層空間部には前記空気極流路とは隔離されて燃料ガスの流動経路を形成する燃料極流路が設けられ、前記第１層空間部と前記第２層空間部との間の第３層空間部には前記燃料ガスを改質する内部改質流路が設けられたことを特徴とする、溶融炭酸塩燃料電池の分離板を提供する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
４枚の鋼板からなり、前記鋼板の縁部を互いに接合することにより内側に３層の隔離された空間部が設けられる溶融炭酸塩燃料電池の分離板において、
第１層空間部には酸化剤ガスの流動経路を形成する空気極流路が設けられ、第２層空間部には前記空気極流路とは隔離されて燃料ガスの流動経路を形成する燃料極流路が設けられ、前記第１層空間部と前記第２層空間部との間の第３層空間部には前記燃料ガスを改質する内部改質流路が設けられたことを特徴とする、溶融炭酸塩燃料電池の分離板。
【請求項２】
前記縁部には、前記酸化剤ガスが流入するマニホルドと、前記酸化剤ガスが流出するマニホルドと、前記燃料ガスが流入するマニホルドと、前記燃料ガスが流出するマニホルドと、前記内部改質流路と前記燃料極流路が分岐する改質ガス交換マニホルドが設けられることを特徴とする、請求項１に記載の溶融炭酸塩燃料電池の分離板。
【請求項３】
前記内部改質流路を通過した改質燃料ガスは、前記改質ガス交換マニホルドから逆戻りして前記燃料極流路に流入することを特徴とする、請求項２に記載の溶融炭酸塩燃料電池の分離板。
【請求項４】
前記内部改質流路には、前記燃料ガスを改質する触媒層が担持されていることを特徴とする、請求項１に記載の溶融炭酸塩燃料電池の分離板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融炭酸塩燃料電池の分離板に係り、さらに詳しくは、分離板の内部に内部改質流路を備えて従来の燃料電池に比べて体積を減らすことができ、構成が簡単であって製造コストを節減することができる溶融炭酸塩燃料電池の分離板に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池(Fuel cell)は、反応物の酸化、還元による化学エネルギーを電気エネルギーに変える発電装置である。既存の他の化学エネルギーとは異なり、燃料電池は、副産物として排出されるものが水（Ｈ2Ｏ）だけなので公害および騒音が殆どないうえ、反応が簡単であることから、次世代代替エネルギーとして脚光を浴びている。
【０００３】
特に、燃料電池の中でも、溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ：Molten Carbonate Fuel Cell）は、炭酸塩の溶融物を電解質として用いて作動温度が６5０℃以上であるため、電気化学反応の速度が速くて低温型燃料電池とは異なり白金などの貴金属触媒を必要とせず、電気と高温を共に利用する場合には６０％以上の熱効率を期待することができるから、石炭ガス化による複合熱併合発電が可能である。
【０００４】
溶融炭酸塩燃料電池の単位セルは、電気化学反応が起こる燃料極（アノード, anode）および空気極（カソード, cathode）、燃料ガスと酸化剤ガスの流路を形成する分離板、電荷を捕集する集電板、積層の便宜のためにシート状に製作される電解質板、並びに溶融された炭酸塩を収容するマトリックスから構成される。溶融炭酸塩燃料電池は、燃料極に燃料ガスを供給し且つ空気極に酸化剤ガスを供給すると、それぞれの電極で電気化学反応が起こって直流電力を得ることができる。
【０００５】
このような単位セルの電圧は定格放電の際に約０．7〜１．２Ｖと低いため、実際発電では、基本構成である単位セルを多数積層して電圧を高め、セル面積を増加させて高出力化を達成する。このように単位セルを多段積層した構造をスタック(stack)という。
【０００６】
このようなスタックが溶融炭酸塩燃料電池の発電効率、寿命および性能を決定するため、スタックを構成する分離板の形状および分離板内への燃料供給方法が非常に重要である。
【０００７】
一方、溶融炭酸塩燃料電池は、メタンガスと水蒸気から水素リッチガスを生成する、吸熱反応である水蒸気改質反応と共に、発熱反応である電気化学反応(燃料極−酸化反応、空気極−還元反応)が行われるので、水蒸気改質反応において必要とする熱を電気化学反応の発熱反応によって供給するように、燃料を改質するための改質器が使用される。
【０００８】
ところが、従来の溶融炭酸塩燃料電池は、前述の改質器が燃料電池の外部に別途に設置され、分離板で連結されることにより、体積が大きくなり且つ構成が複雑になるという問題点があった。具体的には、従来の溶融炭酸塩燃料電池は、燃料電池の外部に設置される改質器から燃料ガスを改質し、これを分離板で連結してスタック内に燃料ガスを供給したが、このため、その体積が大きくなり、改質器と分離板との連結のための構成が複雑になって設置が難しくなり、その結果製造コストが増加するという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するために提案されたもので、その目的とするところは、燃料電池の改質器を別途に設置することなく燃料極流路と空気極流路との間に内部改質流路を備えることにより、燃料電池の体積が減少し、構成が簡単になるうえ、その結果製造コストを節減することが可能な溶融炭酸塩燃料電池の分離板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、４枚の鋼板からなり、前記鋼板の縁部を互いに接合することにより内側に３層の隔離された空間部が設けられる溶融炭酸塩燃料電池の分離板において、第１層空間部には酸化剤ガスの流動経路を形成する空気極流路が設けられ、第２層空間部には前記空気極流路とは隔離されて燃料ガスの流動経路を形成する燃料極流路が設けられ、前記第１層空間部と前記第２層空間部との間の第３層空間部には前記燃料ガスを改質する内部改質流路が設けられたことを特徴とする、溶融炭酸塩燃料電池の分離板を提供する。
【００１１】
ここで、前記縁部には、前記酸化剤ガスが流入するマニホルドと、前記酸化剤ガスが流出するマニホルドと、前記燃料ガスが流入するマニホルドと、前記燃料ガスが流出するマニホルドと、前記内部改質流路と前記燃料極流路が分岐する改質ガス交換マニホルドが設けられる。
【００１２】
また、前記内部改質流路を通過した改質燃料ガスは、前記改質ガス交換マニホルドから逆戻りして前記燃料極流路に流入することが好ましい。
【００１３】
この際、前記内部改質流路には、前記燃料ガスを改質する触媒層が担持されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上述したように、本発明に係る溶融炭酸塩燃料電池の分離板は、内部改質流路を備えて従来の燃料電池に比べて体積を減らすことができるという効果があり、構造が簡単であって製造コストを節減することができるという利点がある。
【００１５】
また、本発明に係る溶融炭酸塩燃料電池の分離板は、内部に改質流路が設けられてスタックの高温を吸熱反応の改質反応熱として利用することができるため、スタック内部の過昇温を防止することにより、燃料電池の寿命を延長し且つ性能を向上させることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の理解を助けるために好適な実施例を提供する。ところが、下記の実施例は本発明をより容易に理解するために提供されるもので、本発明を限定するものではない。
【００１７】
次に、添付図面を参照して本発明について詳細に説明する。図１〜図９は本発明に係る溶融炭酸塩燃料電池の分離板を示すもので、図１は酸化剤ガスの流れを示すための構成図、図２は空気極入口マニホルドの断面図、図３は空気極出口マニホルドの断面図、図４は燃料ガスの流れを示すための構成図、図５は燃料極入口マニホルドの断面図、図６は改質ガス交換マニホルドの断面図、図７は改質燃料ガスの流れを示すための構成図、図８は燃料ガス出口マニホルドの断面図、図９はガス漏れ止めマニホルドの断面図である。
【００１８】
本発明に係る溶融炭酸塩燃料電池に備えられる分離板１０は、４枚の鋼板からなり、内側には３層の流路が設けられ、縁部には６つのマニホルドが設けられる。具体的に、分離板１０は、４枚の鋼板からなるが、４枚の鋼板の縁部を互いに接合することにより内側に３層の空間部が設けられるように製造する。前記分離板１０の内側に設けられた空間部は、一部遮断または開口され、ガスの流れる流路を形成する。このような分離板１０は、内側には空気極流路１００、内部改質流路２００および燃料極流路３００が設けられ、縁部には、ガス流入のための燃料ガラス入口マニホルド２、ガス流出のための燃料ガス出口マニホルド１、酸化剤ガス入口マニホルド３、酸化剤ガス出口マニホルド４、改質ガス交換マニホルド５、およびガス漏れ止めマニホルド６が設けられる。
【００１９】
図１〜図３は本発明に係る酸化剤ガスの流れを示すための構成図および断面図である。
【００２０】
図１に示すように、二酸化炭素（ＣＯ2）と空気の混合ガスからなる酸化剤ガス(Oxidant Gas)は、酸化剤ガス入口マニホルド３を介して流入して空気極流路１００で空気極の電極と還元反応した後、酸化剤ガス出口マニホルド４を介して排出される。
【００２１】
具体的に、図２に示すように、前記酸化剤ガス入口マニホルド３（Ｃ−Ｃ）では、流入した酸化剤ガスが他のガスと混合されることを防止するために、燃料極流路３００および内部改質流路２００が遮断され、流入した酸化剤ガスは開口された空気極流路１００を介してのみ流れる。図３に示すように、空気極流路１００を介して流入して流れる酸化剤ガスは、空気極流路を通過し、空気極と還元反応した後、酸化剤ガス出口マニホルド４（Ｄ−Ｄ）を介して排出される。この際、燃料極流路３００および内部改質流路２００は酸化剤ガスが流入しないように遮断される。
【００２２】
図４および図５は本発明に係る燃料ガスの流れを示すための構成図および断面図である。図４に示すように、燃料ガス入口マニホルド２を介して流入する燃料ガス(Reforming Gas)は、内部改質流路２００に流入して改質ガス交換マニホルド５へ移動する。具体的に、図５に示すように、前記燃料ガス入口マニホルド２（Ｂ−Ｂ）では、流入した燃料ガスが他のガスと混合されることを防止するために、燃料極流路３００および空気極流路１００が遮断され、流入した燃料ガスは開口された内部改質流路２００に流入する。
【００２３】
ここで、燃料ガスは、メタンガスと水蒸気とが混合されたものが好ましい。このような燃料ガスは、内部改質流路２００内で水蒸気改質反応によって水素リッチガスに転換される。ここで、内部改質流路２００にはニッケルを主材料とする触媒層（図示せず）が担持されている。このような内部改質流路に触媒層を適切に分布させると、溶融炭酸塩燃料電池の不均一な温度を制御してスタックの温度条件を適切に維持することができる。具体的に、これは燃料ガスおよび酸化剤ガスが燃料極および空気極でほぼ同時に酸化還元反応するため、相互間に発生する吸熱および発熱により、スタックに加えられる温度が均一に制御されるので、燃料電池は適正の温度を保つことができるという効果がある。
【００２４】
このように転換された改質燃料ガス(Reformated Gas)は、図６に示すように、内部改質流路２００に沿って流れた後、改質ガス交換マニホルド５（Ｅ−Ｅ）で燃料極流路３００に流入する。図６に示すように、改質ガス交換マニホルド５では、前記内部改質流路２００に流れる改質燃料ガスが酸化剤ガスと混合されないように空気極流路１００が遮断される。したがって、前記内部改質流路２００を介して流れる改質燃料ガスは、燃料極流路３００に逆戻りして流れる。
【００２５】
図７および図８は本発明に係る改質燃料ガスの流れを示すための構成図および断面図である。図７に示すように、燃料極流路３００に流入した改質燃料ガスは、燃料極流路３００に沿って燃料ガス出口マニホルド１を介して燃料極に排出される。具体的には、図８に示すように、前記燃料ガス出口マニホルド１（Ａ−Ａ）では、流入した改質燃料ガスが他のガスと混合されることを防止するために内部改質流路２００および空気極流路１００が遮断され、流入した改質燃料ガスは開口された燃料極流路３００を介して流れ、燃料極と酸化反応した後、燃料ガス出口マニホルド１を介して排出される。
【００２６】
図９は本発明に係るガス漏れ止めマニホルド６を示す断面図である。図９に示すように、ガス漏れ止めマニホルド６（Ｆ−Ｆ）では、ガスの流れを遮断するために、空気極流路１００、内部改質流路２００および燃料極流路３００が遮断される。
【００２７】
前述したように、本発明に係る溶融炭酸塩燃料電池の分離板は、燃料極流路を介して流入した燃料ガスを内部改質流路で改質して燃料極に排出し、空気極流路に流入した酸化剤ガスを空気極の電極と反応させて排出することにより、外部に設置される改質器が不要であって燃料電池の体積を減らすことができ、構成が簡単であって製造コストを節減することができるという利点がある。
【００２８】
また、溶融炭酸塩燃料電池の分離板に内部改質流路を形成すると、スタックの不均一な温度を制御して安定なスタックを維持することができる。具体的に、燃料電池では燃料極および空気極で酸化還元反応が起こりながら吸熱および発熱作用が発生するが、この際、発熱量が吸熱量より多いため、スタックは高温の不均一な温度によって不安定な状態を維持する。ところが、燃料電池の分離板内に内部改質流路を形成すると、前記スタックの高温を吸熱反応である改質反応の熱として利用することができるため、スタック内部の過昇温を防止して燃料電池の寿命を延長し且つ性能を向上させることができる。
【００２９】
一方、本発明は、前述した好適な実施例に限定されないことは言うまでもない。当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の要旨から外れない範囲内において各種改良、変更、代替または付加を加えて実施し得ることは理解できるであろう。このような改良、変更、代替または付加による実施が特許請求の範囲に属するものであれば、それらの技術思想も本発明に属するものと見なすべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る溶融炭酸塩燃料電池の分離板における酸化剤ガスの流れを示すための構成図である。
【図２】同分離板における空気極入口マニホルドの断面図である。
【図３】同分離板における空気極出口マニホルドの断面図である。
【図４】同分離板における燃料ガスの流れを示すための構成図である。
【図５】同分離板における燃料極入口マニホルドの断面図である。
【図６】同分離板における改質ガス交換マニホルドの断面図である。
【図７】同分離板における改質燃料ガスの流れを示すための構成図である。
【図８】同分離板における燃料ガス出口マニホルドの断面図である。
【図９】同分離板におけるガス漏れ止めマニホルドの断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    燃料ガス出口マニホルド
２    燃料ガス入口マニホルド
３    酸化剤ガス入口マニホルド
４    酸化剤ガス出口マニホルド
５    改質ガス交換マニホルド
６    ガス漏れ止めマニホルド
１０    溶融炭酸塩燃料電池の分離板
１００    空気極流路
２００    内部改質流路
３００    燃料極流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008166284.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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