JP2000182645A - 固体電解質型燃料電池モジュール - Google Patents
固体電解質型燃料電池モジュールInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 インターコネクタレス燃料電池により、高電
圧、小電流の出力が取り出せる燃料電池モジュールを構
成する。 【解決手段】 インターコネクタレスの固体電解質型燃
料電池10の所定数体を行列状に配置して１アセンブリ12
とし、複数のアセンブリを１つの発電室11に収容し、そ
れぞれによって発電を行う。発電作用によって各アセン
ブリに属する固体電解質型燃料電池それぞれの空気極10
3に生じる電荷は空気極間に配置した、波形に褶曲する
空気極側集電部材33によって上方の空気極側集電板36ま
で導出して集電し、また各アセンブリに属する固体電解
質型燃料電池それぞれの燃料極101に生じる電荷は共通
する燃料極側集電板34によって集電する。複数のアセン
ブリ各々の空気極側集電板36とそれに隣接する他のアセ
ンブリの燃料極側集電板39との間を順に直列接続するこ
とによって、全燃料電池アセンブリを直列接続して直流
電力を得る。
圧、小電流の出力が取り出せる燃料電池モジュールを構
成する。 【解決手段】 インターコネクタレスの固体電解質型燃
料電池10の所定数体を行列状に配置して１アセンブリ12
とし、複数のアセンブリを１つの発電室11に収容し、そ
れぞれによって発電を行う。発電作用によって各アセン
ブリに属する固体電解質型燃料電池それぞれの空気極10
3に生じる電荷は空気極間に配置した、波形に褶曲する
空気極側集電部材33によって上方の空気極側集電板36ま
で導出して集電し、また各アセンブリに属する固体電解
質型燃料電池それぞれの燃料極101に生じる電荷は共通
する燃料極側集電板34によって集電する。複数のアセン
ブリ各々の空気極側集電板36とそれに隣接する他のアセ
ンブリの燃料極側集電板39との間を順に直列接続するこ
とによって、全燃料電池アセンブリを直列接続して直流
電力を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インターコネクタ
レス固体電解質型燃料電池を用いる固体電解質型燃料電
池モジュールに関する。
レス固体電解質型燃料電池を用いる固体電解質型燃料電
池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦ
Ｃ）の実用機に適用される固体電解質型燃料電池モジュ
ールの開発が進められている。特開平１０−０１２２５
８号公報には、内部改質型固体電解質型燃料電池モジュ
ールが提案されている。この従来の固体電解質型燃料電
池モジュールは、外部に改質反応器を設けずに、モジュ
ール内で燃料ガスと水蒸気との改質反応を行わせ、その
後燃料電池スタックに供給し、発電に利用しようとする
ものである。
Ｃ）の実用機に適用される固体電解質型燃料電池モジュ
ールの開発が進められている。特開平１０−０１２２５
８号公報には、内部改質型固体電解質型燃料電池モジュ
ールが提案されている。この従来の固体電解質型燃料電
池モジュールは、外部に改質反応器を設けずに、モジュ
ール内で燃料ガスと水蒸気との改質反応を行わせ、その
後燃料電池スタックに供給し、発電に利用しようとする
ものである。
【０００３】この従来の固体電解質型燃料電池モジュー
ルでは、個々の固体電解質型燃料電池に図１２に示すよ
うなインターコネクタ１を備えた縦縞方式固体電解質型
燃料電池を使用している。このインターコネクタ１を有
する縦縞方式固体電解質型燃料電池は、多孔質基体管２
の外側に順に、空気極３、固体電解質４、燃料極５をＥ
ＶＤ法その他の方法で積層し、かつ隣接する固体電解質
型燃料電池との直列接続のために、燃料極５とは絶縁し
た形でインターコネクタ１を埋込み、このインターコネ
クタ１を内層の空気極３に接続した構造である。
ルでは、個々の固体電解質型燃料電池に図１２に示すよ
うなインターコネクタ１を備えた縦縞方式固体電解質型
燃料電池を使用している。このインターコネクタ１を有
する縦縞方式固体電解質型燃料電池は、多孔質基体管２
の外側に順に、空気極３、固体電解質４、燃料極５をＥ
ＶＤ法その他の方法で積層し、かつ隣接する固体電解質
型燃料電池との直列接続のために、燃料極５とは絶縁し
た形でインターコネクタ１を埋込み、このインターコネ
クタ１を内層の空気極３に接続した構造である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
インターコネクタを有する固体電解質型燃料電池を採用
した固体電解質型燃料電池モジュールの場合、燃料極
５、固体電解質４とインターコネクタ１との境界部分で
は材質に差があり、特に燃料電池モジュールは８００〜
１０００℃という高温度条件で発電するので、熱膨張率
の差により破損が発生しやすい問題点があった。
インターコネクタを有する固体電解質型燃料電池を採用
した固体電解質型燃料電池モジュールの場合、燃料極
５、固体電解質４とインターコネクタ１との境界部分で
は材質に差があり、特に燃料電池モジュールは８００〜
１０００℃という高温度条件で発電するので、熱膨張率
の差により破損が発生しやすい問題点があった。
【０００５】そこでインターコネクタレスの固体電解質
型燃料電池を採用して燃料電池モジュールを構成する技
術の開発が進められているが、インターコネクタレスの
固体電解質型燃料電池の場合には、燃料電池アセンブリ
内で隣接する燃料電池間を電気的に接続するために、従
来のインターコネクタに代わる技術を必要とする。
型燃料電池を採用して燃料電池モジュールを構成する技
術の開発が進められているが、インターコネクタレスの
固体電解質型燃料電池の場合には、燃料電池アセンブリ
内で隣接する燃料電池間を電気的に接続するために、従
来のインターコネクタに代わる技術を必要とする。
【０００６】本発明はこのような技術的課題を解決する
ためになされたもので、インターコネクタレスの固体電
解質型燃料電池を使用した固体電解質型モジュールにあ
って、長時間運転が可能であり、かつ高効率で発電電力
を取り出すことができる固体電解質型燃料電池モジュー
ルを提供することを目的とする。
ためになされたもので、インターコネクタレスの固体電
解質型燃料電池を使用した固体電解質型モジュールにあ
って、長時間運転が可能であり、かつ高効率で発電電力
を取り出すことができる固体電解質型燃料電池モジュー
ルを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、外側
から内側へ順に空気極、固体電解質、燃料極が積層さ
れ、燃料極の内側に集電兼用の燃料供給管が挿入され
た、インターコネクタレスの固体電解質型燃料電池の所
定数体を行列状に配置して１アセンブリとし、複数のア
センブリを発電室に収容し、当該発電室の上方に燃料排
出室、燃料供給室を形成し、その全体を断熱材で包囲
し、前記アセンブリ各々において、隣接対向する固体電
解質型燃料電池間に空気極側集電部材を配置し、当該空
気極側集電部材の側面に前記隣接対向する固体電解質型
燃料電池それぞれの空気極を共通に、電気的に接触さ
せ、前記アセンブリ各々において、前記空気極側集電部
材の端部それぞれを空気極側集電板に、前記燃料供給管
それぞれを燃料極側集電板にそれぞれ共通に、電気的に
接続した構造の固体電解質型燃料電池モジュールにおい
て、前記空気極側集電部材を前記空気極の軸方向に沿っ
て褶曲させ、多点で前記空気極に弾性的に接触する構造
にしたものである。
から内側へ順に空気極、固体電解質、燃料極が積層さ
れ、燃料極の内側に集電兼用の燃料供給管が挿入され
た、インターコネクタレスの固体電解質型燃料電池の所
定数体を行列状に配置して１アセンブリとし、複数のア
センブリを発電室に収容し、当該発電室の上方に燃料排
出室、燃料供給室を形成し、その全体を断熱材で包囲
し、前記アセンブリ各々において、隣接対向する固体電
解質型燃料電池間に空気極側集電部材を配置し、当該空
気極側集電部材の側面に前記隣接対向する固体電解質型
燃料電池それぞれの空気極を共通に、電気的に接触さ
せ、前記アセンブリ各々において、前記空気極側集電部
材の端部それぞれを空気極側集電板に、前記燃料供給管
それぞれを燃料極側集電板にそれぞれ共通に、電気的に
接続した構造の固体電解質型燃料電池モジュールにおい
て、前記空気極側集電部材を前記空気極の軸方向に沿っ
て褶曲させ、多点で前記空気極に弾性的に接触する構造
にしたものである。
【０００８】請求項１の発明の固体電解質型燃料電池モ
ジュールでは、インターコネクタレスの固体電解質型燃
料電池の所定数体を行列状に配置して１アセンブリと
し、複数のアセンブリを１つの発電室に収容し、それぞ
れによって発電を行う。各アセンブリの発電によって当
該アセンブリに属する固体電解質型燃料電池それぞれの
空気極に生じる電荷は、隣接対向する固体電解質型燃料
電池間に配置した空気極側集電部材によって空気極側集
電板まで導出してそこに集電し、また当該アセンブリに
属する固体電解質型燃料電池それぞれの燃料極に生じる
電荷は共通する燃料極側集電板によって集電する。そし
て空気極側集電部材を空気極の軸方向に沿って褶曲さ
せ、多点で空気極に弾性的に接触する構造とすることに
より、空気極側集電部材の各空気極に対する電気的接触
を確実にして集電作用を効果的に行う。
ジュールでは、インターコネクタレスの固体電解質型燃
料電池の所定数体を行列状に配置して１アセンブリと
し、複数のアセンブリを１つの発電室に収容し、それぞ
れによって発電を行う。各アセンブリの発電によって当
該アセンブリに属する固体電解質型燃料電池それぞれの
空気極に生じる電荷は、隣接対向する固体電解質型燃料
電池間に配置した空気極側集電部材によって空気極側集
電板まで導出してそこに集電し、また当該アセンブリに
属する固体電解質型燃料電池それぞれの燃料極に生じる
電荷は共通する燃料極側集電板によって集電する。そし
て空気極側集電部材を空気極の軸方向に沿って褶曲さ
せ、多点で空気極に弾性的に接触する構造とすることに
より、空気極側集電部材の各空気極に対する電気的接触
を確実にして集電作用を効果的に行う。
【０００９】請求項２の発明は、請求項１の固体電解質
型燃料電池モジュールにおいて、前記空気極側集電部材
を、前記空気極と同じ材質の素材で構成したものであ
り、発電時の８００〜１０００℃という高温度条件下で
の耐久性を維持する。
型燃料電池モジュールにおいて、前記空気極側集電部材
を、前記空気極と同じ材質の素材で構成したものであ
り、発電時の８００〜１０００℃という高温度条件下で
の耐久性を維持する。
【００１０】請求項３の発明は、請求項１の固体電解質
型燃料電池モジュールにおいて、前記空気極側集電部材
に、ＳＵＳ、Ｎｉ−Ｃｒ系合金又はＣｒ−Ｆｅ系合金を
基材とし、その表面にＬａＣｒＯｘ系酸化物又はＬａＭ
ｎＯｘ系酸化物の保護層を形成した部材を用いたもので
あり、燃料電池モジュールの運転中は、空気極側部材は
８００〜１０００℃という高温度の強酸化雰囲気中であ
るが、空気極側集電部材の基材にＳＵＳ、Ｎｉ−Ｃｒ系
合金又はＣｒ−Ｆｅ系合金を用いていてもその表面をＬ
ａＣｒＯｘ層で保護することによってＳＵＳ、Ｎｉ−Ｃ
ｒ系合金又はＣｒ−Ｆｅ系合金の劣化を防ぎ、材料全体
としては大部分をＳＵＳ、Ｎｉ−Ｃｒ系合金又はＣｒ−
Ｆｅ系合金にして安価にし、かつＬａＣｒＯｘの保護層
によって耐酸化性、耐熱性も維持する。
型燃料電池モジュールにおいて、前記空気極側集電部材
に、ＳＵＳ、Ｎｉ−Ｃｒ系合金又はＣｒ−Ｆｅ系合金を
基材とし、その表面にＬａＣｒＯｘ系酸化物又はＬａＭ
ｎＯｘ系酸化物の保護層を形成した部材を用いたもので
あり、燃料電池モジュールの運転中は、空気極側部材は
８００〜１０００℃という高温度の強酸化雰囲気中であ
るが、空気極側集電部材の基材にＳＵＳ、Ｎｉ−Ｃｒ系
合金又はＣｒ−Ｆｅ系合金を用いていてもその表面をＬ
ａＣｒＯｘ層で保護することによってＳＵＳ、Ｎｉ−Ｃ
ｒ系合金又はＣｒ−Ｆｅ系合金の劣化を防ぎ、材料全体
としては大部分をＳＵＳ、Ｎｉ−Ｃｒ系合金又はＣｒ−
Ｆｅ系合金にして安価にし、かつＬａＣｒＯｘの保護層
によって耐酸化性、耐熱性も維持する。
【００１１】請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれ
かの固体電解質型燃料電池モジュールにおいて、前記空
気極側集電部材を、プラチナペーストを介して前記空気
極に接触させたものであり、各固体電解質型燃料電池の
空気極と空気極側集電部材との間の接触抵抗をプラチナ
ペーストによって低減し、効率良く集電する。
かの固体電解質型燃料電池モジュールにおいて、前記空
気極側集電部材を、プラチナペーストを介して前記空気
極に接触させたものであり、各固体電解質型燃料電池の
空気極と空気極側集電部材との間の接触抵抗をプラチナ
ペーストによって低減し、効率良く集電する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１は本発明の１つの実施の形態の
構造図であり、この実施の形態の固体電解質型燃料電池
モジュールは、発電室１１に固体電解質型燃料電池１０
を複数本、ここでは行列状に配置された４本の燃料電池
１０を１アセンブリとした燃料電池アセンブリ１２と、
発電室１１の燃料電池１０に燃料ガス２２としての天然
ガス及び蒸気を供給する燃料供給室１３と、燃料電池反
応により発生した燃料排ガス及び未反応ガスを排出燃料
２５として外部へ排出する燃料排出室１４と、発電室１
１に供給する空気２４と排出空気２６との熱交換を行う
熱交換器１７とを備え、これらを断熱材１９によって包
囲した構造である。
基づいて詳説する。図１は本発明の１つの実施の形態の
構造図であり、この実施の形態の固体電解質型燃料電池
モジュールは、発電室１１に固体電解質型燃料電池１０
を複数本、ここでは行列状に配置された４本の燃料電池
１０を１アセンブリとした燃料電池アセンブリ１２と、
発電室１１の燃料電池１０に燃料ガス２２としての天然
ガス及び蒸気を供給する燃料供給室１３と、燃料電池反
応により発生した燃料排ガス及び未反応ガスを排出燃料
２５として外部へ排出する燃料排出室１４と、発電室１
１に供給する空気２４と排出空気２６との熱交換を行う
熱交換器１７とを備え、これらを断熱材１９によって包
囲した構造である。
【００１３】固体電解質型燃料電池１０としては、図２
に示したインターコネクタレスのものを使用する。この
固体電解質型燃料電池１０は、内側から順に燃料極１０
１、固体電解質１０２、空気極１０３を形成し、中心部
に燃料噴出のために多孔質にした集電兼用の燃料供給管
１０４を挿入し、この燃料供給管１０４と燃料極１０１
との間に燃料改質機能を持つ導電性フェルト１０５を充
填した構造であり、８００〜１０００℃の高温度条件下
で燃料供給管１０４に燃料ガス２２を供給し、外周に空
気２４を流通させることによって発電反応させる。
に示したインターコネクタレスのものを使用する。この
固体電解質型燃料電池１０は、内側から順に燃料極１０
１、固体電解質１０２、空気極１０３を形成し、中心部
に燃料噴出のために多孔質にした集電兼用の燃料供給管
１０４を挿入し、この燃料供給管１０４と燃料極１０１
との間に燃料改質機能を持つ導電性フェルト１０５を充
填した構造であり、８００〜１０００℃の高温度条件下
で燃料供給管１０４に燃料ガス２２を供給し、外周に空
気２４を流通させることによって発電反応させる。
【００１４】なお、燃料ガス２２として供給される天然
ガスと水蒸気とは、従来と同様に本モジュールに導入さ
れる前に改質処理したものであってもよく、また特開平
１０−０１２２５８号公報に記載されているように集電
兼用の燃料供給管１０４の上端部にプレリフォーマを設
置し、ここで改質処理する構成にしてもよく、特に限定
されることはない。
ガスと水蒸気とは、従来と同様に本モジュールに導入さ
れる前に改質処理したものであってもよく、また特開平
１０−０１２２５８号公報に記載されているように集電
兼用の燃料供給管１０４の上端部にプレリフォーマを設
置し、ここで改質処理する構成にしてもよく、特に限定
されることはない。
【００１５】各アセンブリ１２に属する固体電解質型燃
料電池１０それぞれの最外殻をなす空気極１０３の上端
部は、発電室１１と燃料排出室１４とを仕切る絶縁性仕
切部材３１に固定、支持されており、また各固体電解質
型燃料電池１０の燃料供給管１０４の上端部は、燃料排
出室１４と燃料供給室１３とを仕切る絶縁性仕切部材３
２に固定、支持されている。
料電池１０それぞれの最外殻をなす空気極１０３の上端
部は、発電室１１と燃料排出室１４とを仕切る絶縁性仕
切部材３１に固定、支持されており、また各固体電解質
型燃料電池１０の燃料供給管１０４の上端部は、燃料排
出室１４と燃料供給室１３とを仕切る絶縁性仕切部材３
２に固定、支持されている。
【００１６】図１及び図３に詳しく示されているよう
に、発電室１１内の各燃料電池アセンブリ１２におい
て、隣接する固体電解質型燃料電池１０の間に、スペー
サを兼用する空気極側集電部材３３が配置されている。
この空気極側集電部材３３は空気極１０３と同材質の部
材（例えば、ＬａＣｒＯｘ，ＬａＭｎＯｘ、あるいは安
価なランタンコンセントレートを用いた酸化物ＬｎＣｒ
Ｏｘ，ＬｎＭｎＯｘ）で構成されている。そして燃料電
池１０の長さ方向に沿って波形に褶曲し、隣接する空気
極１０３それぞれの表面に多点で弾性的に接触させてあ
る。また各空気極１０３との接触抵抗を下げるために、
両者の接触面にはプラチナペースト３４を介在させてあ
る。
に、発電室１１内の各燃料電池アセンブリ１２におい
て、隣接する固体電解質型燃料電池１０の間に、スペー
サを兼用する空気極側集電部材３３が配置されている。
この空気極側集電部材３３は空気極１０３と同材質の部
材（例えば、ＬａＣｒＯｘ，ＬａＭｎＯｘ、あるいは安
価なランタンコンセントレートを用いた酸化物ＬｎＣｒ
Ｏｘ，ＬｎＭｎＯｘ）で構成されている。そして燃料電
池１０の長さ方向に沿って波形に褶曲し、隣接する空気
極１０３それぞれの表面に多点で弾性的に接触させてあ
る。また各空気極１０３との接触抵抗を下げるために、
両者の接触面にはプラチナペースト３４を介在させてあ
る。
【００１７】図４及び図５に詳しく示されているよう
に、空気極側集電部材３３の上端部には、集電端部３５
が設けられている。絶縁性仕切部材３１の上面側、すな
わち、燃料排出室１４に面する側には、各燃料電池アセ
ンブリ１２に属する燃料電池１０それぞれの空気極１０
３の上端部を共通に電気的に接続する空気極側集電板３
６が設けられており、空気極側集電部材３３の上端の集
電端部３５と電気的に接続されている。また図４に示す
ように、導電性を改善するために空気極１０３と同材質
の集電端部３５の表面にニッケルコーティング膜３７を
形成し、このニッケルコーティング膜３７に空気極側集
電板３６を接触させ、ニッケルペースト３８によって両
者間を固定している。
に、空気極側集電部材３３の上端部には、集電端部３５
が設けられている。絶縁性仕切部材３１の上面側、すな
わち、燃料排出室１４に面する側には、各燃料電池アセ
ンブリ１２に属する燃料電池１０それぞれの空気極１０
３の上端部を共通に電気的に接続する空気極側集電板３
６が設けられており、空気極側集電部材３３の上端の集
電端部３５と電気的に接続されている。また図４に示す
ように、導電性を改善するために空気極１０３と同材質
の集電端部３５の表面にニッケルコーティング膜３７を
形成し、このニッケルコーティング膜３７に空気極側集
電板３６を接触させ、ニッケルペースト３８によって両
者間を固定している。
【００１８】図１及び図６に示すように、絶縁性仕切部
材３２の下面側、すなわち、燃料排出室１４に面する側
には、各燃料電池アセンブリ１２に属する燃料電池１０
それぞれの燃料供給管１０４の上端部を共通に電気的に
接続する燃料極側集電板３９が設けられている。したが
って、各燃料電池アセンブリ１２において、これらの空
気極側集電板３６と燃料極側集電板３９とは同じ燃料排
出室１４内において上下に対向している。そして、図１
に示した固体電解質型燃料電池モジュールが、図５及び
図６に示すように４つのアセンブリ１２から構成されて
いる場合、図７の等価的な電気回路に示すように、第１
のアセンブリの空気極側集電板１＋とそれに隣接する第
２のアセンブリの燃料極側集電板２−とを接続線４０に
よって接続し、同様にして各アセンブリの空気極側集電
板を隣接するアセンブリの燃料極側集電板と順繰りに直
列接続することにより、最終的に４つのアセンブリを直
列接続した形にする。直列接続の端位置となる第１のア
センブリの燃料極側集電板１−、第４のアセンブリの空
気極側集電部材４＋それぞれには、外部に電力を取り出
すための出力端子４１，４２が接続してある。
材３２の下面側、すなわち、燃料排出室１４に面する側
には、各燃料電池アセンブリ１２に属する燃料電池１０
それぞれの燃料供給管１０４の上端部を共通に電気的に
接続する燃料極側集電板３９が設けられている。したが
って、各燃料電池アセンブリ１２において、これらの空
気極側集電板３６と燃料極側集電板３９とは同じ燃料排
出室１４内において上下に対向している。そして、図１
に示した固体電解質型燃料電池モジュールが、図５及び
図６に示すように４つのアセンブリ１２から構成されて
いる場合、図７の等価的な電気回路に示すように、第１
のアセンブリの空気極側集電板１＋とそれに隣接する第
２のアセンブリの燃料極側集電板２−とを接続線４０に
よって接続し、同様にして各アセンブリの空気極側集電
板を隣接するアセンブリの燃料極側集電板と順繰りに直
列接続することにより、最終的に４つのアセンブリを直
列接続した形にする。直列接続の端位置となる第１のア
センブリの燃料極側集電板１−、第４のアセンブリの空
気極側集電部材４＋それぞれには、外部に電力を取り出
すための出力端子４１，４２が接続してある。
【００１９】次に、上記構成の固体電解質型燃料電池モ
ジュールの動作を説明する。燃料ガス２２は外部で改質
された状態で燃料供給室１３に供給され、燃料供給管１
０４それぞれから各固体電解質型燃料電池１０内に供給
され、あるいは燃料供給管１０４の上端部のプレリフォ
ーマで改質された後に燃料供給管１０４それぞれから各
固体電解質型燃料電池１０内に供給され、発電に使用さ
れる。そして発電に使用された後、燃料排出室１６に集
められ、排出燃料２５として系外に排気される。
ジュールの動作を説明する。燃料ガス２２は外部で改質
された状態で燃料供給室１３に供給され、燃料供給管１
０４それぞれから各固体電解質型燃料電池１０内に供給
され、あるいは燃料供給管１０４の上端部のプレリフォ
ーマで改質された後に燃料供給管１０４それぞれから各
固体電解質型燃料電池１０内に供給され、発電に使用さ
れる。そして発電に使用された後、燃料排出室１６に集
められ、排出燃料２５として系外に排気される。
【００２０】一方、空気２４はモジュールの下部に設け
られた空気熱交換器１７により排出空気２６との間で再
生熱交換を行い、予熱された後、発電室１１に供給され
る。ここで、空気２４は発電室１１内で発電に供され、
その後、８００〜１０００℃に加熱された排出空気２６
は空気排出管１８に集められ、熱交換器１７に送られ、
ここで熱交換した後に外部に排気される。
られた空気熱交換器１７により排出空気２６との間で再
生熱交換を行い、予熱された後、発電室１１に供給され
る。ここで、空気２４は発電室１１内で発電に供され、
その後、８００〜１０００℃に加熱された排出空気２６
は空気排出管１８に集められ、熱交換器１７に送られ、
ここで熱交換した後に外部に排気される。
【００２１】このような固体電解質型燃料電池モジュー
ルの発電作用で、各固体電解質型燃料電池１０の空気極
１０３側に生じるマイナス電荷は空気極側集電部材３３
によって上部の空気極側集電板３６まで導出され、ここ
でアセンブリ１２ごとに集電され、同時に燃料極１０１
側に生じるマイナス電荷は燃料供給管１０４によって上
部の燃料極側集電板３９まで導出され、ここでアセンブ
リ１２ごとに集電される。そして、集電されたすべての
電荷は直列接続された４つのアセンブリ１２を直流とし
て流れ、最終的に出力端子４１，４２から直流電力とし
て取り出される。
ルの発電作用で、各固体電解質型燃料電池１０の空気極
１０３側に生じるマイナス電荷は空気極側集電部材３３
によって上部の空気極側集電板３６まで導出され、ここ
でアセンブリ１２ごとに集電され、同時に燃料極１０１
側に生じるマイナス電荷は燃料供給管１０４によって上
部の燃料極側集電板３９まで導出され、ここでアセンブ
リ１２ごとに集電される。そして、集電されたすべての
電荷は直列接続された４つのアセンブリ１２を直流とし
て流れ、最終的に出力端子４１，４２から直流電力とし
て取り出される。
【００２２】ここで、各固体電解質型燃料電池１０単体
の起電圧Ｖ、電流Ｉとすると、各アセンブリ１２単位で
は４体の燃料電池１０が並列接続された形になるので、
起電圧Ｖ、電流４Ｉであり、この４つのアセンブリ１２
が直列接続された形で最終出力が得られるので、出力端
子４１，４２間から取り出される直流電力は、起電圧４
Ｖ、電流４Ｉである。
の起電圧Ｖ、電流Ｉとすると、各アセンブリ１２単位で
は４体の燃料電池１０が並列接続された形になるので、
起電圧Ｖ、電流４Ｉであり、この４つのアセンブリ１２
が直列接続された形で最終出力が得られるので、出力端
子４１，４２間から取り出される直流電力は、起電圧４
Ｖ、電流４Ｉである。
【００２３】このようにして、この実施の形態の固体電
解質型燃料電池モジュールでは、固体電解質型燃料電池
の複数体を行列状に配置して１アセンブリ１２とし、複
数のアセンブリで１モジュールを構成し、各アセンブリ
において、隣接対向する燃料電池列間にスペーサを兼用
する空気極側集電部材３３を配置して各空気極１０３と
電気的に接触させ、その上端の集電端部３５を集電板３
６によって接続し、同時に各アセンブリ１２において燃
料供給管１０４それぞれの上端部を燃料極側集電板３９
によって並列に接続し、しかもアセンブリ１２間では接
続線４０によって直列接続する構成にしたので、インタ
ーコネクタレス構造の固体電解質型燃料電池を用いても
高電圧、小電流の直流電力を取り出すことができ、しか
もインターコネクタレスの燃料電池を使用できるために
燃料電池単体が発電時の高温度条件下でも熱膨張率の差
に起因する損傷を受けにくく、長時間の連続運転が可能
となる。
解質型燃料電池モジュールでは、固体電解質型燃料電池
の複数体を行列状に配置して１アセンブリ１２とし、複
数のアセンブリで１モジュールを構成し、各アセンブリ
において、隣接対向する燃料電池列間にスペーサを兼用
する空気極側集電部材３３を配置して各空気極１０３と
電気的に接触させ、その上端の集電端部３５を集電板３
６によって接続し、同時に各アセンブリ１２において燃
料供給管１０４それぞれの上端部を燃料極側集電板３９
によって並列に接続し、しかもアセンブリ１２間では接
続線４０によって直列接続する構成にしたので、インタ
ーコネクタレス構造の固体電解質型燃料電池を用いても
高電圧、小電流の直流電力を取り出すことができ、しか
もインターコネクタレスの燃料電池を使用できるために
燃料電池単体が発電時の高温度条件下でも熱膨張率の差
に起因する損傷を受けにくく、長時間の連続運転が可能
となる。
【００２４】しかもこの実施の形態の固体電解質型燃料
電池モジュールでは、空気極側集電部材３３を燃料電池
１０の長さ方向に沿って波形に褶曲させ、各空気極１０
３と多点で弾性的に接触させているので、温度の昇降に
よる部材の膨張収縮を形状にて吸収し、空気極１０３の
表面にストレートな集電部材を密着させた構造の場合よ
りも発電室１１での空気２４の流れを阻害することが少
なく、それだけ空気極１０３の空気２４に対する接触面
積が広がり、発電効率が改善される。
電池モジュールでは、空気極側集電部材３３を燃料電池
１０の長さ方向に沿って波形に褶曲させ、各空気極１０
３と多点で弾性的に接触させているので、温度の昇降に
よる部材の膨張収縮を形状にて吸収し、空気極１０３の
表面にストレートな集電部材を密着させた構造の場合よ
りも発電室１１での空気２４の流れを阻害することが少
なく、それだけ空気極１０３の空気２４に対する接触面
積が広がり、発電効率が改善される。
【００２５】なお、上記の実施の形態では４体の固体電
解質型燃料電池１０によって１アセンブリ１２を構成
し、４アセンブリ１２で１モジュールを構成したが、特
にこれらの数値は限定されるものではなく、発電規模に
応じて変更、対応することできる。
解質型燃料電池１０によって１アセンブリ１２を構成
し、４アセンブリ１２で１モジュールを構成したが、特
にこれらの数値は限定されるものではなく、発電規模に
応じて変更、対応することできる。
【００２６】また、空気極側集電部材３３は、図８に示
すように、安価で導電性の良いＳＵＳ、Ｎｉ−Ｃｒ系合
金又はＣｒ−Ｆｅ系合金、例えば、ＣｒＦｅ５Ｙ2Ｏ3を
基材３３Ａとし、その表面全体に空気極１０３と同材質
で耐熱性のある部材、ＬａＣｒＯｘ系酸化物のコーティ
ング層３３Ｂを形成した構造のものを使用することがで
きる。これによって製品コストを下げ、しかも長期間の
使用が可能となる。
すように、安価で導電性の良いＳＵＳ、Ｎｉ−Ｃｒ系合
金又はＣｒ−Ｆｅ系合金、例えば、ＣｒＦｅ５Ｙ2Ｏ3を
基材３３Ａとし、その表面全体に空気極１０３と同材質
で耐熱性のある部材、ＬａＣｒＯｘ系酸化物のコーティ
ング層３３Ｂを形成した構造のものを使用することがで
きる。これによって製品コストを下げ、しかも長期間の
使用が可能となる。
【００２７】また空気極側集電部材３３を、図９に示す
構造とすることもできる。図９に示す構造では、ＳＵ
Ｓ、Ｎｉ−Ｃｒ系合金又はＣｒ−Ｆｅ系合金の基材３４
Ａの表面全体（集電端部３５の全表面を含め）にＬａＣ
ｒＯｘ系酸化物又はＬａＭｎＯｘ系酸化物のコーティン
グ層３４Ｂを形成したものであり、集電端部３５の集電
板３６に対する接合構造は図４に示した上記の実施の形
態と同様である。また図１０に示した構造は、ＳＵＳ、
Ｎｉ−Ｃｒ系合金又はＣｒ−Ｆｅ系合金の基材３４Ａの
表面の、集電端部３５を残したほぼ全体にＬａＭｎＯｘ
系酸化物のコーティング層３４Ｂ１を形成し、集電端部
３５に相当する部分の表面にはＬａＣｒＯｘ系酸化物の
コーティング層３４Ｂ２を形成し、このＬａＣｒＯｘ系
酸化物のコーティング層３４Ｂ２の部分の表面に上記の
実施の形態と同様にニッケル層３７を形成し、このニッ
ケル層３７に空気極側集電板３６を接触させ、さらにニ
ッケルペースト３８によって両者間を固定した構造であ
る。
構造とすることもできる。図９に示す構造では、ＳＵ
Ｓ、Ｎｉ−Ｃｒ系合金又はＣｒ−Ｆｅ系合金の基材３４
Ａの表面全体（集電端部３５の全表面を含め）にＬａＣ
ｒＯｘ系酸化物又はＬａＭｎＯｘ系酸化物のコーティン
グ層３４Ｂを形成したものであり、集電端部３５の集電
板３６に対する接合構造は図４に示した上記の実施の形
態と同様である。また図１０に示した構造は、ＳＵＳ、
Ｎｉ−Ｃｒ系合金又はＣｒ−Ｆｅ系合金の基材３４Ａの
表面の、集電端部３５を残したほぼ全体にＬａＭｎＯｘ
系酸化物のコーティング層３４Ｂ１を形成し、集電端部
３５に相当する部分の表面にはＬａＣｒＯｘ系酸化物の
コーティング層３４Ｂ２を形成し、このＬａＣｒＯｘ系
酸化物のコーティング層３４Ｂ２の部分の表面に上記の
実施の形態と同様にニッケル層３７を形成し、このニッ
ケル層３７に空気極側集電板３６を接触させ、さらにニ
ッケルペースト３８によって両者間を固定した構造であ
る。
【００２８】また、集電部材３３の形状は図１１に示す
ような変形波形にすることもできる。これによって空気
極１０との弾性的な接触性がより高まり、集電効率を高
めることができる。
ような変形波形にすることもできる。これによって空気
極１０との弾性的な接触性がより高まり、集電効率を高
めることができる。
【００２９】
【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
インターコネクタレスの固体電解質型燃料電池の所定数
体を行列状に配置して１アセンブリとし、複数のアセン
ブリを１つの発電室に収容し、それぞれによって発電を
行い、各アセンブリの発電によって当該アセンブリに属
する固体電解質型燃料電池それぞれの空気極に生じる電
荷は、隣接対向する固体電解質型燃料電池間に配置した
空気極側集電部材によって端部の空気極側集電板まで導
出してそこに集電し、また当該アセンブリに属する固体
電解質型燃料電池それぞれの燃料極に生じる電荷は共通
する燃料極側集電板によって集電するようにした固体電
解質型燃料電池モジュールにあって、空気極側集電部材
を空気極の軸方向に沿って褶曲させ、多点で空気極に弾
性的に接触する構造としたので、空気極側集電部材の各
空気極に対する電気的接触を確実にして集電作用を効果
的に行うことができ、しかも空気極側集電部材をストレ
ートなものにして空気極表面と密着させる構造の場合よ
りも空気極表面に対する空気の流通を良くし、発電反応
をより良く起こさせることができ、発電効率を高めるこ
とができる。
インターコネクタレスの固体電解質型燃料電池の所定数
体を行列状に配置して１アセンブリとし、複数のアセン
ブリを１つの発電室に収容し、それぞれによって発電を
行い、各アセンブリの発電によって当該アセンブリに属
する固体電解質型燃料電池それぞれの空気極に生じる電
荷は、隣接対向する固体電解質型燃料電池間に配置した
空気極側集電部材によって端部の空気極側集電板まで導
出してそこに集電し、また当該アセンブリに属する固体
電解質型燃料電池それぞれの燃料極に生じる電荷は共通
する燃料極側集電板によって集電するようにした固体電
解質型燃料電池モジュールにあって、空気極側集電部材
を空気極の軸方向に沿って褶曲させ、多点で空気極に弾
性的に接触する構造としたので、空気極側集電部材の各
空気極に対する電気的接触を確実にして集電作用を効果
的に行うことができ、しかも空気極側集電部材をストレ
ートなものにして空気極表面と密着させる構造の場合よ
りも空気極表面に対する空気の流通を良くし、発電反応
をより良く起こさせることができ、発電効率を高めるこ
とができる。
【００３０】請求項２の発明によれば、請求項１の固体
電解質型燃料電池モジュールにおいて、空気極側集電部
材を空気極と同じ材質の素材で構成したので、発電時の
８００〜１０００℃という高温度、強酸化雰囲気条件下
での耐久性を維持することができる。
電解質型燃料電池モジュールにおいて、空気極側集電部
材を空気極と同じ材質の素材で構成したので、発電時の
８００〜１０００℃という高温度、強酸化雰囲気条件下
での耐久性を維持することができる。
【００３１】請求項３の発明によれば、請求項１の固体
電解質型燃料電池モジュールにおいて、空気極側集電部
材を、ＳＵＳ、Ｎｉ−Ｃｒ系合金又はＣｒ−Ｆｅ系合金
を基材とし、その表面にＬａＣｒＯｘ系酸化物又はＬａ
ＭｎＯｘ系酸化物の保護層を形成した部材で構成したの
で、燃料電池モジュールの運転中は、空気極側部材は８
００〜１０００℃という高温度の強酸化雰囲気である
が、空気極側集電部材の基材にＳＵＳ、Ｎｉ−Ｃｒ系合
金又はＣｒ−Ｆｅ系合金を用いていてもその表面をＬａ
ＣｒＯｘ系酸化物又はＬａＭｎＯｘ系酸化物の保護層で
保護することによってＳＵＳ、Ｎｉ−Ｃｒ系合金又はＣ
ｒ−Ｆｅ系合金の劣化を防ぎ、材料全体としては大部分
をＳＵＳ、Ｎｉ−Ｃｒ系合金又はＣｒ−Ｆｅ系合金とし
て安価にし、かつＬａＣｒＯｘ系酸化物又はＬａＭｎＯ
ｘ系酸化物の保護層によって耐久性も維持することがで
きる。
電解質型燃料電池モジュールにおいて、空気極側集電部
材を、ＳＵＳ、Ｎｉ−Ｃｒ系合金又はＣｒ−Ｆｅ系合金
を基材とし、その表面にＬａＣｒＯｘ系酸化物又はＬａ
ＭｎＯｘ系酸化物の保護層を形成した部材で構成したの
で、燃料電池モジュールの運転中は、空気極側部材は８
００〜１０００℃という高温度の強酸化雰囲気である
が、空気極側集電部材の基材にＳＵＳ、Ｎｉ−Ｃｒ系合
金又はＣｒ−Ｆｅ系合金を用いていてもその表面をＬａ
ＣｒＯｘ系酸化物又はＬａＭｎＯｘ系酸化物の保護層で
保護することによってＳＵＳ、Ｎｉ−Ｃｒ系合金又はＣ
ｒ−Ｆｅ系合金の劣化を防ぎ、材料全体としては大部分
をＳＵＳ、Ｎｉ−Ｃｒ系合金又はＣｒ−Ｆｅ系合金とし
て安価にし、かつＬａＣｒＯｘ系酸化物又はＬａＭｎＯ
ｘ系酸化物の保護層によって耐久性も維持することがで
きる。
【００３２】請求項４の発明によれば、請求項１〜３の
いずれかの固体電解質型燃料電池モジュールにおいて、
空気極側集電部材を、プラチナペーストを介して空気極
に接触させたので、各固体電解質型燃料電池の空気極と
空気極側集電部材との間の接触抵抗をプラチナペースト
によって低減し、効率良く集電することができる。
いずれかの固体電解質型燃料電池モジュールにおいて、
空気極側集電部材を、プラチナペーストを介して空気極
に接触させたので、各固体電解質型燃料電池の空気極と
空気極側集電部材との間の接触抵抗をプラチナペースト
によって低減し、効率良く集電することができる。
【図１】本発明の１つの実施の形態の構造断面図。
【図２】上記の実施の形態における固体電解質型燃料電
池の断面図。
池の断面図。
【図３】上記の実施の形態における燃料電池アセンブリ
の断面斜視図。
の断面斜視図。
【図４】上記の実施の形態における空気極側集電部材の
上端部の接続構造を示す断面図。
上端部の接続構造を示す断面図。
【図５】図１におけるＶ−Ｖ線断面図。
【図６】図１におけるVI−VI線断面図。
【図７】上記の実施の形態における発電作用の等価回
路。
路。
【図８】本発明の第２の実施の形態における空気極側集
電部材の上端部の接続構造を示す断面図。
電部材の上端部の接続構造を示す断面図。
【図９】本発明の第３の実施の形態における空気極側集
電部材の上端部の接続構造を示す断面図。
電部材の上端部の接続構造を示す断面図。
【図１０】本発明の第４の実施の形態における空気極側
集電部材の上端部の接続構造を示す断面図。
集電部材の上端部の接続構造を示す断面図。
【図１１】本発明の第４の実施の形態における空気極側
集電部材の構造を示す断面図。
集電部材の構造を示す断面図。
【図１２】従来例で使用されている縦縞方式固体電解質
型燃料電池の斜視図。
型燃料電池の斜視図。
１０ 固体電解質型燃料電池 １１ 発電室 １２ 燃料電池アセンブリ １３ 燃料供給室 １４ 燃料排出室 １７ 熱交換器 １８ 空気排出管 ２２ 燃料ガス ２４ 空気 ２５ 排出燃料 ２６ 排出空気 ３１ 仕切部材 ３２ 仕切部材 ３３ 空気極側集電部材 ３３Ａ 基材 ３３Ｂ，３３Ｂ１，３３Ｂ２ コーティング層 ３４ プラチナペースト ３５ 集電端部 ３６ 空気極側集電板 ３７ ニッケル層 ３８ ニッケルペースト ３９ 燃料極側集電板 ４０ 接続線 ４１ 出力端子 ４２ 出力端子 １０１ 燃料極 １０２ 固体電解質 １０３ 空気極 １０４ 燃料供給管 １０５ 導電性フェルト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 正義 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 永田 雅克 東京都江東区木場１−５−１ 株式会社フ ジクラ内 (72)発明者 望月 正孝 東京都江東区木場１−５−１ 株式会社フ ジクラ内 (72)発明者 岩澤 力 東京都江東区木場１−５−１ 株式会社フ ジクラ内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC06 CV02 CV06 CX04 CX06 CX09 CX10 EE02 EE08 EE13
Claims (4)
- 【請求項１】 外側から内側へ順に空気極、固体電解
質、燃料極が積層され、燃料極の内側に集電兼用の燃料
供給管が挿入された、インターコネクタレスの固体電解
質型燃料電池の所定数体を行列状に配置して１アセンブ
リとし、複数のアセンブリを発電室に収容し、当該発電
室の上方に燃料排出室、燃料供給室を形成し、その全体
を断熱材で包囲し、 前記アセンブリ各々において、隣接対向する固体電解質
型燃料電池間に空気極側集電部材を配置し、当該空気極
側集電部材の側面に前記隣接対向する固体電解質型燃料
電池それぞれの空気極を共通に、電気的に接触させ、 前記アセンブリ各々において、前記空気極側集電部材の
端部それぞれを空気極側集電板に、前記燃料供給管それ
ぞれを燃料極側集電板にそれぞれ共通に、電気的に接続
した構造の固体電解質型燃料電池モジュールにおいて、 前記空気極側集電部材を前記空気極の軸方向に沿って褶
曲させ、多点で前記空気極に弾性的に接触する構造にし
たことを特徴とする固体電解質型燃料電池モジュール。 - 【請求項２】 前記空気極側集電部材を、前記空気極と
同じ材質の素材で構成したことを特徴とする請求項１に
記載の固体電解質型燃料電池モジュール。 - 【請求項３】 前記空気極側集電部材に、ＳＵＳ、Ｎｉ
−Ｃｒ系合金又はＣｒ−Ｆｅ系合金を基材とし、その表
面にＬａＣｒＯｘ系酸化物又はＬａＭｎＯｘ系酸化物の
保護層を形成した部材を用いたことを特徴とする請求項
１に記載の固体電解質型燃料電池モジュール。 - 【請求項４】 前記空気極側集電部材を、プラチナペー
ストを介して前記空気極に接触させたことを特徴とする
請求項１〜３のいずれかに記載の固体電解質型燃料電池
モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10356749A JP2000182645A (ja) | 1998-12-15 | 1998-12-15 | 固体電解質型燃料電池モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10356749A JP2000182645A (ja) | 1998-12-15 | 1998-12-15 | 固体電解質型燃料電池モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000182645A true JP2000182645A (ja) | 2000-06-30 |
Family
ID=18450586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10356749A Pending JP2000182645A (ja) | 1998-12-15 | 1998-12-15 | 固体電解質型燃料電池モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000182645A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1998
- 1998-12-15 JP JP10356749A patent/JP2000182645A/ja active Pending
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