JPH08321318A

JPH08321318A - 溶融炭酸塩型燃料電池の電解質補給装置

Info

Publication number: JPH08321318A
Application number: JP7151209A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Shimizu; 康清水; Hideji Nagata; 秀治永田; Yoichi Seta; 曜一瀬田; Setsuo Inuzuka; 節男犬塚; Seigo Watanabe; 誠吾渡辺
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Industrial Technology Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Industrial Technology Corp
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 1996-12-03

Abstract

(57)【要約】【目的】構造が簡単で、電解質マトリックスの広い範
囲に対して同時に炭酸塩を供給補給できるようにし、し
かも燃料電池の積層後に炭酸塩を供給補給できるように
することである。【構成】電解質マトリックスの周縁の端面がスタック
外部の雰囲気に露出するように単電池とセパレータとを
積層してスタック１５を構成し、そのスタック１５を炭
酸塩浴槽２２に収納する。炭酸塩浴槽２２には予め炭酸
塩を収納するか、又は炭酸塩の補給の際に炭酸塩給排管
２３から炭酸塩を供給し、炭酸塩の補給が完了すると、
炭酸塩給排管２３から炭酸塩浴槽２２に残留する炭酸塩
を排出する。これにより、炭酸塩は電解質マトリックス
の露出部分から浸透して電解質マトリックスに供給さ
れ、さらにアノード電極及びカソード電極に供給され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電解質として溶融炭酸
塩を用いた溶融炭酸塩型燃料電池の電解質補給装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、溶融炭酸塩型燃料電池は電解質
層を挾んだ一対の電極に燃料がスと酸化剤ガスを供給し
て電池反応をさせるものであり、一対の電極をガスの流
路となるセパレータを介して複数個積層して構成され
る。そして、電解質としてＬｉ2ＣＯ3 （炭酸リチウ
ム）とＫ2 ＣＯ3 （炭酸カリウム）との共晶塩を用いて
おり、電解質マトリックスにはこの共晶炭酸塩が含浸さ
れる。

【０００３】電解質マトリックスを挾んだ一対の電極か
らなる単電池及びセパレータ各１個分を重ねたものを単
セルと呼ぶ。図６に、溶融炭酸塩型燃料電池の単電池及
びセパレータを各１個分を重ねた単セルを示す。

【０００４】単電池１は電解質マトリックス２をアノー
ド電極３とカソード電極４とで挟んで構成され、セパレ
ータ５はインターコネクタ６をアノードエッジ板７とカ
ソードエッジ板８とで挟んで構成される。セパレータ５
の内部にはガス流路を確保し、隣接する単電池同士を電
気的に接続するアノード集電板９とカソード集電板１０
が設けられ、それぞれ燃料ガス１１と酸化剤ガス１２が
供給される。ガスがセパレータ内を流れる際に、燃料ガ
ス１１はアノード電極３の表面において、酸化剤ガス１
２はカソード電極４の表面において電池反応を生じ、電
解質である炭酸塩を介して両電極間に炭酸イオン（ＣＯ
3 2-）の授受が行われて電池外部に電気出力を得る。

【０００５】図６は単電池１およびセパレータ５を各１
個分を重ねた単セルを示すが、電池積層体はこの単セル
を繰り返し積層して構成される。このとき、インターコ
ネクタ６はアノードエッジ板７及びカソードエッジ板８
と一体構成となる。

【０００６】単電池１に供給される燃料ガス１１及び酸
化剤ガス１２は、単電池１の周囲に設けられたそれぞれ
別のマニホールドによって給排される。図６ではマニホ
ールドがセパレータ５の内部に設けられた内部マニホー
ルド型の溶融炭酸塩型燃料電池であり、単電池１を挾ん
で向き合うアノードエッジ板７及びカソードエッジ板８
が電気絶縁性のマニホールドリング１３により接続され
る。

【０００７】図７は、図６のＡ−Ａ線での断面図であ
る。図７では単電池１が２個積層されたものを示してい
る。図７から分かるようにアノード集電板９及びカソー
ド集電板１０は、アノード電極３とカソード電極４に接
触する部分と、ガス流路を形成する突起部分とから構成
されている。一般に、電極に接触する部分を集電板とい
い、突起部分を集電板サポートというが、本発明ではこ
れらが一体となったものを集電板と称している。図中の
１１Ａは燃料ガス流路、１２Ａは酸化剤ガス流路であ
る。

【０００８】また、電解質マトリックス２はアノード集
電板９及びカソード集電板１０よりも一回り大きく構成
されており、電解質マトリックス２の周縁の端面がスタ
ック外部の雰囲気に露出するように、セパレータ５のア
ノードエッジ板７とカソードエッジ板８とで挟んで取り
付けられている。この部分は溶融炭酸塩によって接触面
が濡らされ、セパレータ５内外のガスがシールされてお
り、ウエットシール１４と呼ばれる。

【０００９】スタックは締付装置にて上下から締め付け
られることにより、単電池１とセパレータ５との電気的
接触を良好に保つと共に、ウエットシール１４において
ガスのシールが良好に保たれる。この締付装置は、通
常、スタック上下に設けられた締付板と、この上下の締
付板の間に介装された伸縮自在の締付ベローズとからな
る。

【００１０】次に、電解質マトリックス２は金属酸化物
の粒子からなる多孔質構造を有する骨格の隙間に炭酸塩
が満たされたものである。炭酸塩は常温では固体である
が、発電運転温度の６５０度の温度においては溶融状態
となる。アノード電極３およびカソード電極４は、金属
あるいは金属酸化物の多孔質体であり、炭酸塩はアノー
ド電極３とカソード電極４との気孔の隙間にも一部満た
される。

【００１１】この溶融炭酸塩型燃料電池の運転時には、
アノード電極３及びカソード電極４にそれぞれ供給され
た燃料ガス１１および酸化剤ガス１２が、溶融した炭酸
塩とアノード電極３及びカソード電極４との界面で電気
化学反応を生じ発電される。このような溶融炭酸塩型燃
料電池の安定な発電のためには、アノード電極３やカソ
ード電極４及び電解質マトリックス２中の電解質が、発
電中絶えず適量に保持されている必要がある。

【００１２】通常、この電解質は、燃料電池の組立時に
酸化剤あるいは燃料ガス供給用のガス流路に充填された
り、炭酸塩のシートの形で組み込まれ、燃料電池の昇温
過程において炭酸塩の溶融温度以上でアノード電極３や
カソード電極４及び電解質マトリックス２中に含浸され
る。溶融した炭酸塩はその表面張力、及び、電解質マト
リックス２の骨格粒子と溶融炭酸塩との界面張力によっ
て、電解質マトリックス２内に保持される。電解質の含
浸された燃料電池は発電温度でアノード電極３やカソー
ド電極４及び電解質マトリックス２のそれぞれに電解質
が適量バランスして分配されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、炭酸塩のシ
ートを単電池１の間に挟み込んだ場合には、炭酸塩の溶
融時に電池反応部において、燃料電池の積層高さがその
収縮するので、マニホールド部分の積層高さがその収縮
に追随しないと、ウエットシール１４からのガス漏れや
電池反応部の電気的接触の不良が生じることがあった。

【００１４】また、ガス流路に炭酸塩を充填した場合に
は、炭酸塩が単電池１に含浸されるまで、そのガス流路
にガスを流すことができない。特に、アノード集電板サ
ポートに炭酸塩を充填した場合には、燃料電池の昇温時
に燃料ガスを流すことができないので、炭酸塩を未含浸
の単電池１を通過する酸化剤ガス１２によりアノード電
極３が酸化されて劣化するという危険性があった。

【００１５】さらに、当面、４万時間の寿命を目標とす
る溶融炭酸塩型燃料電池は、炭酸塩がその長期に渡って
電解質マトリックス２内に安定に保持される必要がある
が、炭酸塩は次に３つの主な理由で逸失する。

【００１６】第１に、発電運転中においては溶融炭酸塩
は液状であるため、アノード電極３やカソード電極４の
両電極及び電解質マトリックス２の微構造の変化などに
より、次第にセパレータ５などの表面に流出する。

【００１７】第２に、溶融炭酸塩は腐食性が強く、金属
製のセパレータ５の材料を腐食し、その腐食のために消
費される。

【００１８】第３に、炭酸塩は燃料ガス１１あるいは酸
化剤ガス１２の中に揮発してガスと共に排出される。

【００１９】これらの理由による炭酸塩の逸失を抑制す
るために、炭酸塩の保持力に優れた電解質マトリックス
２の開発や炭酸塩に腐食されにくいセパレータ５の材料
の開発、あるいは単電池１の局所的な温度上昇を抑制し
て炭酸塩の揮発を防ぐ運転技術の開発などが行われてい
る。

【００２０】炭酸塩は、電解質マトリックス２の骨格に
比べて気孔径の大きいアノード電極３及びカソード電極
４の両電極から、まず優先的に失われる。アノード電極
３及びカソード電極４内の炭酸塩が不足すると、これら
電極表面に炭酸塩とガスとが共存する３相界面、すなわ
ち、電池反応を生じる表面の面積が減少して、燃料電池
に内部抵抗が増大する。さらに、炭酸塩の逸失が進み、
電解質マトリックス２内の炭酸塩が不足すると、電解質
マトリックス２に気孔が生じ、燃料電池の内部抵抗が増
大する。また、燃料ガス１１と酸化剤ガス１２とが直接
混ざりあって燃焼するようになり、ガスが無駄に失われ
ると共に、燃焼による温度上昇で電解質マトリックス２
の劣化を早めることになる。

【００２１】そこで、上述した開発とは別に、炭酸塩の
逸失分を補給する試みも成されている。例えば、実開昭
６２−１２７６７０号公報のものでは、スタックを貫通
する電解質供給路を設け、スタックの上部から電解質を
流し込む構造の燃料電池が提案されている。この電解質
供給路は、ウエットシール部分において電解質マトリッ
クスとエッジ板とを貫通して設けられ、この電解質供給
路に流し込まれた電解質が電解質マトリックスに吸収さ
れるようにしている。また、ウエットシール部において
各セパレータの表面に溝が設けられ、電解質マトリック
スとエッジ板とを貫通する電解質供給路より、この溝に
電解質が供給され、溝から電解質が電解質マトリックス
に吸収されるようにしている。しかし、このような構造
のものでは、電解質供給路と溝とを設けるスペースを必
要とし、また構造が複雑となり電解質の供給箇所が限ら
れていた。

【００２２】本発明の目的は、構造が簡単で、電解質マ
トリックスの広い範囲に対して同時に炭酸塩を供給補給
できるようにし、しかも燃料電池の積層後においても炭
酸塩を供給補給できるようにした溶融炭酸塩型燃料電池
の電解質補給装置を得ることである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、単電
池とセパレータとを積層して構成したスタックを収納し
電解質マトリックスに供給補給する炭酸塩を一時貯蔵す
るための炭酸塩浴槽と、炭酸塩浴槽に貯蔵された炭酸塩
の供給及び排出を行うための炭酸塩給排管とを備えてい
る。

【００２４】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、炭酸塩浴槽に供給する炭酸塩を貯蔵するための炭酸
塩供給容器と、炭酸塩浴槽と炭酸塩給排管及び炭酸塩供
給容器を加熱するためのヒータとを追加して設けたもの
である。

【００２５】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、炭酸塩供給容器から炭酸塩浴槽に炭酸塩を供給する
ための供給手段を設けたものである。

【００２６】請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３
の発明において、炭酸塩浴槽は、スタックのユニットご
とに分割して設けたものである。

【００２７】請求項５の発明は、請求項４の発明におい
て、ユニットごとに設けた炭酸塩浴槽をカスケードに接
続配管で接続し、最上部のユニットの炭酸塩浴槽に炭酸
塩供給容器からの炭酸塩供給配管を接続し、最下部のユ
ニットの炭酸塩浴槽に炭酸塩供給容器への炭酸塩排出配
管を接続したものである。

【００２８】

【作用】請求項１の発明においては、電解質マトリック
スの周縁の端面がスタック外部の雰囲気に露出するよう
に単電池とセパレータとを積層してスタックを構成し、
そのスタックを炭酸塩浴槽に収納する。炭酸塩浴槽には
予め炭酸塩を収納するか、又は炭酸塩の補給の際に炭酸
塩給排管から炭酸塩を供給し、炭酸塩の補給が完了する
と、炭酸塩給排管から炭酸塩浴槽に残留する炭酸塩を排
出する。これにより、炭酸塩は電解質マトリックスの露
出部分から浸透して電解質マトリックスに供給され、さ
らにアノード電極及びカソード電極に供給される。

【００２９】請求項２の発明においては、請求項１の発
明の作用に加えて、炭酸塩供給容器に貯蔵した炭酸塩を
ヒータで加熱して液体状にし、炭酸塩給排管を介して炭
酸塩浴槽に供給する。炭酸塩の補給が完了すると炭酸浴
槽に残留する炭酸塩を炭酸塩給排管を介して炭酸塩供給
容器に戻す。

【００３０】請求項３の発明においては、請求項２の発
明の作用に加え、炭酸塩供給容器から炭酸塩を炭酸塩浴
槽に供給する際には、供給手段で調節しながら供給す
る。

【００３１】請求項４の発明においては、請求項乃至請
求項３の発明の作用に加え、スタックのユニットごとに
分割して設けられた炭酸塩浴槽に炭酸塩を供給する。し
たがって、短時間で炭酸塩の補給が行える。

【００３２】請求項５の発明においては、請求項４の発
明の作用に加え、ユニットごとに設けた炭酸塩浴槽をカ
スケードに接続配管で接続し、最上部のユニットの炭酸
塩浴槽に炭酸塩供給配管を介して炭酸塩供給容器からの
炭酸塩を供給し、接続配管を介して、順次、最下部のユ
ニットの炭酸塩浴槽まで炭酸塩を供給し、炭酸塩の補給
が完了すると、最下部のユニットの炭酸塩浴槽から炭酸
塩排出配管を介して炭酸塩供給容器に炭酸塩を戻す。

【００３３】

【実施例】本発明の実施例を説明する。図１は本発明の
第１の実施例を示す説明図である。この第１の実施例
は、電解質マトリックスの周縁の端面がスタック外部の
雰囲気に露出するように構成されたスタック１５を炭酸
塩浴槽２２に収納し、この炭酸塩浴槽２２に炭酸塩を供
給して炭酸塩を補給するようにしたものである。

【００３４】図１において、溶融塩浴槽２２に溶融炭酸
塩型燃料電池のスタックを収納した状態を模式的に表し
ている。スタック１５は単セルを複数積層したものであ
り、スタック１５の上部には上部電流端子板１６が設け
られ、スタック１５の下部には下部電流端子板１７が設
けられている。すなわち、電気的に直列に接続された単
セルは上部電流端子板１６及び下部電流端子板１７によ
り外部に電気出力を取り出せるようになっている。上部
電流端子板１６の上部及び下部電流端子板１７の下部に
は、電気絶縁と断熱を兼ねた電気絶縁材１８が設けられ
ている。そして、締付ロッド１９で間隔を保って、スタ
ック１５及び電気絶縁材１８を締付板２０の間に収め
る。この場合、内部にガスが封入され伸縮可能な締付ベ
ローズ２１で上部より押圧して、スタック１５を締め付
けている。なお、締付ロッド１９、締付板２０及び締付
ベローズ２１をまとめて締付装置と呼び、溶融炭酸塩型
燃料電池で一般的に使用されている。

【００３５】また、炭酸塩浴槽２２には炭酸塩給排管２
３を備え、外部より溶融炭酸塩を供給排出することがで
きるようにし、炭酸塩浴槽２２の周囲は断熱材２４で覆
い、炭酸塩浴槽２２を炭酸塩の溶融温度以上の温度に保
持できるようにしている。このように、本発明では、ス
タック１５を収納する炭酸塩浴槽２２を備えており、ス
タック１５は、電解質マトリックス２に溶融炭酸塩吸収
させることができるように組み立てられる。すなわち、
スタック１５の終縁部に電解質マトリックス２の端面が
露出するようにスタック１５を組み立てる。そして、そ
のスタック１５を炭酸塩浴槽２２に収納し、その状態で
溶融炭酸塩を炭酸塩浴槽２２に満す。そうすると、溶融
炭酸塩は電解質マトリックス２の端面より吸収され、時
間の経過と共に電解質マトリックス２の内部まで浸透
し、全体にむら無く行き渡わたることになる。さらに、
電解質マトリックス２を両面から挟んでいるアノード電
極３及びカソード電極４にも、電解質マトリックス２を
介して溶融炭酸塩が吸収されるので、単電池１に適切に
炭酸塩を供給することができる。

【００３６】次に、スタック１５へ炭酸塩を供給する手
順を説明する。まず、炭酸塩を充填せずに積層したスタ
ック１５を炭酸塩浴槽２２に収納して締付装置で締め付
けて燃料電池を組み立てる。炭酸塩浴槽２２には粉末の
炭酸塩を充填して、炭酸塩浴槽２２を断熱材２４で覆
い、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路に高温のガスを流
してスタック１５全体を昇温する。

【００３７】スタック１５の温度が炭酸塩の溶融温度に
達すると、炭酸塩浴槽２２内の炭酸塩粉末は溶融を始
め、スタック１５縁周の電解質マトリックス２の端面よ
りその溶融炭酸塩の吸収が開始される。スタック１５の
電圧が所定の電圧になるまでスタック１５を溶融温度に
保持し、所定の電圧に達したところで適量の炭酸塩が各
単電池１に供給されたものと判断し、溶融炭酸塩を炭酸
塩浴槽２２から速やかに排出させて炭酸塩の供給を終了
する。

【００３８】炭酸塩浴槽２２に充填した粉末の炭酸塩
は、溶解すると見掛けの体積が減少するので、それを考
慮してスタック１５の高さよりも高く充填する。また、
粉末では充填しにくいスタック１５の隙間にも溶融炭酸
塩は流れ込むので、その分の炭酸塩液位の降下も考慮し
てスタックの高さよりも高く充填する。これにより、予
め炭酸塩をスタック１５内に充填することなく、単電池
１に炭酸塩を充填することができる。

【００３９】次に、発電運転中に逸失した炭酸塩を補給
する手順を説明する。炭酸塩浴槽２２には窒素ガスを充
填して、スタック１５を窒素ガス雰囲気中で約６４０℃
までで昇温する。その後、アノード側ガス流路には水素
８０％と炭酸ガス２０％からなる燃料ガスを、カソード
側ガス流路には空気７０％と炭酸ガス３０％からなる酸
化剤ガスをそれぞれ所定量だけ供給し、燃料電池を電流
端子板より外部の不可に接続し発電を継続する。

【００４０】この場合、発電中の電池電圧は炭酸塩の逸
失により時間の経過と共に次第に低下するので、電池電
圧が所定の電圧を割ったところで炭酸塩が逸失と判断し
発電を中断する。そして、燃料電池を開路状態にして、
炭酸塩浴槽２２を素早く溶融炭酸塩で満す。この状態で
は、スタック１５の温度は発電時の約６５０℃のままに
なっており、炭酸塩浴槽２２に満たされた炭酸塩は、電
解質マトリックス２を通して単電池１全体に炭酸塩が補
給される。炭酸塩を補給するときには開路電圧を監視し
ており、開路電圧が所定の値を越えたところで炭酸塩の
補給が完了したと判断し、炭酸塩浴槽２２より素早く炭
酸塩を排出する。そして、電池電圧が安定するのを待っ
て発電を再開する。この炭酸塩の補給により電池性能は
初期の電池性能の約９８％まで回復させることができ
る。

【００４１】この第１の実施例によれば、スタック１５
は従来の形状をそのまま使用することができる。すなわ
ち、スタック１５の構造に変更を加える必要がなく、か
つ電解質マトリックス２の広い範囲から、同時に炭酸塩
を素早く単電池１に供給や補給をすることができる。

【００４２】次に、本発明の第２の実施例を説明する。
図２は本発明の第２の実施例を示す説明図である。この
第２の実施例は、第１の実施例に対し、炭酸塩浴槽２２
に供給する炭酸塩を貯蔵するための炭酸塩供給容器２５
と、炭酸塩浴槽２２と炭酸塩給排管２３及び炭酸塩供給
容器２２を加熱するためのヒータ２６とを追加して設け
たものである。すなわち、炭酸塩供給容器２５に貯蔵し
た炭酸塩をヒータ２６で加熱して液体状にし、炭酸塩給
排管２３を介して炭酸塩浴槽２２に供給する。炭酸塩の
補給が完了すると炭酸浴槽２２に残留する炭酸塩を炭酸
塩給排管２３を介して炭酸塩供給容器２５に戻すように
したものである。

【００４３】図２において、炭酸塩供給容器２５を設け
た溶融炭酸塩型燃料電池を模式的に示している。スタッ
ク１５は、図１に示すスタック１５と同様に締付装置に
より締め付けられ断熱材２４に覆われているが、説明を
簡略にするためにそれらを図より省略している。スタッ
ク１５を収納する炭酸塩浴槽２２は、図２では省略され
ているが図１に示すように、その底部がスタック１５と
共に締付装置によって締め付けられるように配設されて
いる。また、炭酸塩浴槽２２の底部には、溶融炭酸塩２
７を供給排出するための炭酸塩給排管２３を介して、溶
融炭酸塩２７を溜める炭酸塩供給容器２５が接続されて
いる。そして、これら炭酸塩浴槽２２、炭酸塩供給排出
管２３及び炭酸塩供給容器２５には、加熱用のヒーター
２６が設けられ、炭酸塩を溶融温度以上の温度に保持で
きるようにしている。

【００４４】図２には、溶融炭酸塩２７が炭酸塩浴槽２
２と炭酸塩供給容器２５の双方に半分づつ満たされた状
態を示しているが、炭酸塩供給容器２５は上下に移動可
能であり、この炭酸塩供給容器２５の上下位置により、
炭酸塩浴槽２２の炭酸塩液位調節する。すなわち、炭酸
塩供給容器２５を図２の位置より上げることにより、炭
酸塩供給容器２５内の溶融炭酸塩２７を炭酸塩浴槽２２
内へ流入させることができ、また、炭酸塩容器２５の位
置を下げることにより、炭酸塩供給容器２５内の溶融炭
酸塩２７を炭酸塩供給容器２５へ戻すことができる。ま
た、炭酸塩供給排出管２３は屈曲自在に作られている。

【００４５】次に、この第２の実施例において溶融炭酸
塩２７を補給するときの手順を説明する。電池電圧が所
定の電圧を割ったところで、電池内部の炭酸塩が逸失し
たものと判断し、発電を中断し炭酸塩の補給を開始す
る。まず、炭酸塩供給容器２５を炭酸塩浴槽２２の底部
より低い位置に移動させ、炭酸塩の粉末を炭酸塩供給容
器２５に満す。そして、ヒーター２６に通電して炭酸塩
供給容器２５、炭酸塩供給排出管２３内の炭酸塩を溶融
させた後、炭酸塩供給容器２５を素早く上に移動させ、
溶融炭酸塩２７を炭酸塩浴槽２２に送る。これにより、
溶融炭酸塩２７はスタック１５の周囲に露出した電解質
マトリックス２の端面より単電池１全体に補給される。
溶融炭酸塩２７を補給するときには開路電圧を監視して
おり、開路電圧が所定の値を越えたところで溶融炭酸塩
２７の補給は完了したと判断し、その補給を終了とす
る。つまり、炭酸塩供給容器２５の位置を下げ炭酸塩浴
槽２２より素早く溶融炭酸塩２７を排出する。

【００４６】この第２の実施例によれば、第１の実施例
の効果に加え、ヒータ２６で液体状にした溶融炭酸塩を
２７を炭酸塩浴槽２２に供給するので、溶融炭酸塩２７
を素早く単電池１に補給することができる。この補給方
法は、燃料電池の発電運転開始前に炭酸塩を供給する場
合にも適用することができる。

【００４７】図３に本発明の第３の実施例の説明図を示
す。この第３の実施例は、図２に示した第２の実施例に
対し、炭酸塩供給容器２５から炭酸塩浴槽２２に溶融炭
酸塩２７を供給するための供給手段を追加して設けたも
のである。供給手段としてはガス供給管２８からのガス
圧にて、炭酸塩供給容器２５から溶融炭酸塩２７を炭酸
塩浴槽２２に供給する。

【００４８】すなわち、図３に示す通り、炭酸塩供給容
器２５は炭酸塩浴槽２２の底部よりも低い位置に固定し
ておく。そして、溶融炭酸塩２７を炭酸供給容器２５よ
り炭酸塩浴槽２２へ供給するときには、ガス供給管２８
より加圧ガスを供給して、炭酸塩供給容器２５内を加圧
して溶融炭酸塩２７を圧送する。溶融炭酸塩２７を炭酸
塩浴槽２２より炭酸塩供給容器２５へ戻したいときには
炭酸塩供給容器２５内のガス圧を下げることになる。

【００４９】この第３の実施例によれば、第２の実施例
に加え、炭酸塩供給容器２５は固定のままで炭酸浴槽２
２に溶融炭酸塩２７を供給することができるので、操作
が簡単になる。また、この補給方法はガス圧で溶融炭酸
塩２７を供給補給するので構造が簡単であり、駆動部分
がないので長期に渡って信頼性も高い。

【００５０】次に、図４に本発明の第４の実施例を示
す。この第４の実施例は、第１の実施例乃至第３の実施
例に対し、炭酸塩浴槽２２をスタック１５のユニット２
９ごとに分割して設けたものである。スタック１５のユ
ニット２９ごとに分割して設けられたユニット炭酸塩浴
槽３０に炭酸塩を供給する。

【００５１】すなわち、スタック１５を複数のユニット
２９に分割して、ここにユニット炭酸塩浴槽３０をそれ
ぞれ設ける。炭酸塩の供給補給方法は第１の実施例乃至
第３の実施例と同様であるが、この第４の実施例の場合
には、個々のユニット炭酸塩浴槽３０に炭酸塩をより短
時間に満たすことができるので、ユニット２９内の上下
の単セルのユニット炭酸塩浴槽３０に浸かる時間をより
一様にすることができる。したがって、炭酸塩補給量の
固体差、つまり各々の単セルごと炭酸塩の供給補給量の
差を小さくすることができる。

【００５２】図５に本発明の第５の実施例を示す。この
第５の実施例は第４の実施例に対し、ユニット２９ごと
に設けたユニット炭酸塩浴槽３０をカスケードに接続配
管３１で接続し、最上部のユニット２９ａのユニット炭
酸塩浴槽３０ａに炭酸塩供給容器２５からの炭酸塩供給
配管２３Ａを接続し、最下部のユニット２９ｃのユニッ
ト炭酸塩浴槽３０ｃに炭酸塩供給容器への炭酸塩排出配
管２３Ｂを接続したものである。そして、ユニット２９
ごとに設けたユニット炭酸塩浴槽３０をカスケードに接
続配管３１で接続し、最上部のユニット２９ａのユニッ
ト炭酸塩浴槽３０ａに炭酸塩供給配管２３Ａを介して炭
酸塩供給容器２５からの炭酸塩を供給し、接続配管３１
ａ、３１ｂを介して、順次、最下部のユニット２９ｃの
ユニット炭酸塩浴槽３０ｃまで炭酸塩を供給し、炭酸塩
の補給が完了すると、最下部のユニット２９ｃの炭酸塩
浴槽３０ｃから炭酸塩排出配管２３Ｂを介して炭酸塩供
給容器２５に炭酸塩を戻す。

【００５３】すなわち、この第５の実施例では、ユニッ
ト炭酸塩浴槽３０の上下隣接するもの同志を接続配管３
１で接続し、最上部のユニット炭酸塩浴槽３０ａから最
下部のユニット炭酸塩浴槽３０ｃまで、順次、炭酸塩を
供給する。このようにすると、ユニット炭酸塩浴槽３０
の全体に供給する炭酸塩の量は、分割していない炭酸塩
浴槽２２に供給する炭酸塩の量より少なくすることがで
き、炭酸塩の保管に効果的である。

【００５４】以上の第１の実施例乃至第５の実施例で
は、炭酸塩を補給するときに燃料電池の運転を中断した
が、燃料電池の発電を継続したまま行うことも可能であ
る。

【００５５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、燃
料電池の積層後に炭酸塩を単電池に供給することができ
るので、電解質シートの消失による電池反応部とマニホ
ールド部の積層高さのずれや、燃料電池の昇温時にガス
を供給できないことによるアノード電極の酸化などを避
けることができる。

【００５６】また、燃料電池の運転によって、逸失した
炭酸塩を単電池に補給することができる。その補給に当
たってはスタック全体を溶融炭酸塩が覆うことになるの
で、炭酸塩の供給口となる電解質マトリックスの端面が
広くなり、炭酸塩の補給は効率的に行うことができる。
また、炭酸塩浴槽に満たす炭酸塩の容量が大きいので、
炭酸塩を均質に短時間に補給することが可能になる。

【００５７】さらに、炭酸塩浴槽を設けるだけで、構造
が簡単であり、従来の溶融炭酸塩型燃料電池をそのまま
使用することができるので、どのような溶融炭酸塩型燃
料電池にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す説明図。

【図２】本発明の第２の実施例を示す説明図。

【図３】本発明の第３の実施例を示す説明図。

【図４】本発明の第４の実施例を示す説明図。

【図５】本発明の第５の実施例を示す説明図。

【図６】溶融炭酸塩型燃料電池の単電池及びセパレータ
を各１個分を重ねた単セルを示す分解斜視図。

【図７】図６のＡ−Ａせんでの断面図。

【符号の説明】

１単電池２電解質マトリックス３アノード電極４カソード電極５セパレータ６インターコネクタ７アノードエッジ板８カソードエッジ板９アノード集電板１０カソード集電板１１燃料ガス１１Ａ燃料ガス流路１２酸化剤ガス１２Ａ酸化剤ガス流路１３マニホールドリング１４ウイットシール１５スタック１６上部電流端子板１７下部電流端子板１８電気絶縁材１９締付ロッド２０締付板２１締付ベローズ２２炭酸塩浴槽２３炭酸塩給排管２３Ａ炭酸塩供給管２３Ｂ炭酸塩排出管２４断熱材２５炭酸塩供給容器２６ヒータ２７溶融炭酸塩２８ガス供給管２９ユニット３０ユニット炭酸塩浴槽３１接続配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者瀬田曜一神奈川県横浜市鶴見区末広町２−４株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者犬塚節男神奈川県横浜市鶴見区末広町２−４株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者渡辺誠吾神奈川県横浜市鶴見区末広町２−４株式会社東芝京浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電解質マトリックスをアノード電極及び
カソード電極で挟んで形成された平板状の単電池と、こ
の単電池の前記アノード電極には燃料ガスを前記カソー
ド電極には酸化剤ガスを導くガス流路を形成すると共に
隣り合う前記単電池同士を電気的に接続するセパレータ
とを交互に積層してスタックを構成し、前記電解質マト
リックスの周縁の端面が前記スタック外部の雰囲気に露
出するように前記電解質マトリックスを前記セパレータ
のアノードエッジ板とカソードエッジ板とで挟んで取り
付けた溶融炭酸塩型燃料電池の電解質補給装置におい
て、前記スタックを収納し前記電解質マトリックスに供
給補給する前記炭酸塩を一時貯蔵するための炭酸塩浴槽
と、前記炭酸塩浴槽に貯蔵された前記炭酸塩の供給及び
排出を行うための炭酸塩給排管とを備えたことを特徴と
する溶融炭酸塩型燃料電池の電解質補給装置。
【請求項２】前記炭酸塩浴槽に供給する前記炭酸塩を
貯蔵するための炭酸塩供給容器と、前記炭酸塩浴槽と前
記炭酸塩給排管及び前記炭酸塩供給容器を加熱するため
のヒータとを追加して設けた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の電解質補給装置。
【請求項３】前記炭酸塩供給容器から前記炭酸塩浴槽
に前記炭酸塩を供給するための供給手段を設けたことを
特徴とする請求項２に記載の溶融炭酸塩型燃料電池の電
解質補給装置。
【請求項４】前記炭酸塩浴槽は、前記スタックのユニ
ットごとに分割して設けられたことを特徴とする請求項
１乃至請求項３に記載の溶融炭酸塩型燃料電池の電解質
補給装置。
【請求項５】前記ユニットごとに設けた炭酸塩浴槽を
カスケードに接続配管で接続し、最上部のユニットの炭
酸塩浴槽に前記炭酸塩供給容器からの炭酸塩供給配管を
接続し、最下部のユニットの炭酸塩浴槽に前記炭酸塩供
給容器への炭酸塩排出配管を接続したことを特徴とする
請求項４に記載の溶融炭酸塩型燃料電池の電解質補給装
置。