JP2000268839A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
とすることができ、排気ガスを再利用して発電システム
としてのエネルギー効率を向上できるとともに、排気管
への熱的負荷を軽減できる固体電解質型燃料電池を提供
する。 【解決手段】反応容器1内に燃焼室仕切板5を用いて燃
焼室Bと反応室Cを形成し、複数の有底筒状の固体電解
質型燃料電池セル9を、燃焼室仕切板5に形成された複
数のセル挿入孔6に、開口部10が燃焼室仕切板5から
燃焼室B側に突出するようにそれぞれ挿入固定するとと
もに、反応容器1に酸素含有ガス供給管17と燃料ガス
供給管13を設け、さらに反応容器1に燃焼室Bに開口
する排気管19を設けてなり、酸素含有ガス供給管17
を排気管19に沿って設けた。
Description
電池に関し、特に、反応容器内に燃焼室仕切板を用いて
燃焼室と反応室を形成した固体電解質型燃料電池に関す
る。
すように、反応容器51内に、空気室仕切板53、燃焼
室仕切板55、燃料ガス室仕切板57を用いて酸素含有
ガス室A、燃焼室B、反応室C、燃料ガス室Dが形成さ
れている。
状の固体電解質型燃料電池セル59は、燃焼室仕切板5
5に形成された複数のセル挿入孔60にそれぞれ挿入固
定され、その開口部61は燃焼室仕切板55から燃焼室
B内に突出しており、その内部には空気室仕切板53に
固定された空気導入管63の一端が挿入されている。
燃焼室Bに導入するための余剰燃料ガス噴出孔64が形
成されており、燃料ガス室仕切板57には、燃料ガスを
反応室C内に供給するための供給孔が形成されている。
なる燃料ガスを導入する燃料ガス供給管65、例えば空
気からなる酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給管
67、燃焼室B内で燃焼したガスを排出するための排気
管69が形成されている。
し、酸素含有ガス供給管67は酸素含有ガス室Aに開口
し、排気管69は燃焼室Bに開口している。
のポーラスな空気極の表面に固体電解質層が形成され、
この固体電解質層の表面に燃料極層が形成され、さら
に、集電体層が空気極層と固体電解質層に接合されて構
成されている。
含有ガス室Aからの空気を、空気導入管63を介して固
体電解質型燃料電池セル59内にそれぞれ供給し、か
つ、燃料ガス室Dからの燃料ガスを複数の固体電解質型
燃料電池セル59間に供給し、反応室Cにて反応させ、
余剰の空気と余剰の燃料ガスを燃焼室Bにて燃焼させ、
燃焼したガスが排気管69から外部に排出される。
池セル59内に供給された空気がポーラスな空気極層を
固体電解質層に向けて拡散し、また燃料ガスが固体電解
質型燃料電池セル59の外側から固体電解質層に向けて
拡散し、この固体電解質にて生じる。
固体電解質型燃料電池は、高温の燃焼ガスを全て排気管
69から排出していたため、エネルギー損失が大きかっ
た。更に、発電用酸化剤ガスである空気の予熱が、燃焼
室B内を通る空気導入管63のみと限られていたために
十分ではなかった。また燃焼室B及び排気管69は、高
温の燃焼ガスに曝されるため熱的負荷が大きく、燃焼室
Bを形成するための反応容器の劣化が著しいという問題
があった。
して予熱を十分とすることができ、排気ガスを再利用で
きるため発電システムとしてのエネルギー効率を向上で
きるとともに、排気管への熱的負荷を軽減できる固体電
解質型燃料電池を提供することを目的とする。
料電池は、反応容器内に燃焼室仕切板を用いて燃焼室と
反応室を形成し、複数の有底筒状の固体電解質型燃料電
池セルを、前記燃焼室仕切板に形成された複数のセル挿
入孔に、開口部が前記燃焼室仕切板から前記燃焼室側に
突出するようにそれぞれ挿入固定するとともに、前記反
応容器に酸素含有ガス供給管と燃料ガス供給管を設け、
さらに前記反応容器に前記燃焼室の燃焼ガスを排出する
排気管を設けてなり、前記酸素含有ガス供給管の酸素含
有ガスを前記固体電解質型燃料電池セル内にそれぞれ供
給し、かつ、前記燃料ガス供給管の燃料ガスを前記反応
室内の前記固体電解質型燃料電池セル間に供給して反応
させる固体電解質型燃料電池であって、前記酸素含有ガ
ス供給管を前記排気管に沿って設けたものである。
挿入されており、前記排気管内を燃焼ガスが、前記酸素
含有ガス供給管と前記排気管との間を酸素含有ガスが流
れることが望ましい。また、酸素含有ガス供給管が、燃
焼室を形成する反応容器の外面に沿った反応容器当接部
を有することが望ましい。
ガス供給管を排気管に沿って設けたので、従来、酸素含
有ガスの予熱は、燃焼室内の空気導入管のみで行われて
いたが、排気管表面においても熱交換ができることとな
り、予熱区間を延長でき、酸素含有ガスの予熱を十分行
うことができる。また、従来、排気ガスとして外部に放
出していた、燃焼ガスの熱エネルギーを酸素含有ガスの
予熱として再利用でき、発電システムとしてのエネルギ
ー効率を向上できる。さらに、高温の排気管と、低温の
酸素含有ガス供給管との間で熱交換することにより、排
気管の表面を冷却することができ、排気管の熱的負荷を
軽減でき、排気管の寿命を向上することができる。
入し、排気管内に燃焼ガスを、酸素含有ガス供給管と排
気管との間に酸素含有ガスを流すことにより、酸素含有
ガスの予熱をさらに十分行うことができるとともに、排
気管の熱的負荷をさらに軽減することができる。
室を形成する反応容器の外面に沿った反応容器当接部を
有することにより、酸素含有ガスの予熱を、燃焼室を形
成する反応容器の表面においても行うことができ、酸素
含有ガスの予熱をさらに十分行うことができるととも
に、燃焼室を形成する高温の反応容器の表面と、低温の
酸素含有ガスとの間で熱交換することにより、反応容器
の表面を冷却することができ、反応容器における熱的負
荷を軽減でき、反応容器の寿命を向上することができ
る。
は、図1に示すように、反応容器1内に、空気室仕切板
3、燃焼室仕切板5、燃料ガス室仕切板7を用いて酸素
含有ガスA、燃焼室B、反応室C、燃料ガス室Dが形成
されている。
の固体電解質型燃料電池セル9は、燃焼室仕切板5に形
成された複数のセル挿入孔6にそれぞれ挿入固定され、
その開口部10は燃焼室仕切板5から燃焼室B内に突出
しており、その内部には、空気室仕切板3に挿入固定さ
れた空気導入管11の一端が挿入されている。
余剰の燃料ガスを燃焼室Bに導入するための多数の余剰
燃料ガス噴出孔12が形成されており、燃料ガス室仕切
板7には、図1に示したように、燃料ガスを反応室C内
に供給するための多数の供給孔14が形成されている。
なる燃料ガスを導入する燃料ガス導入管13、空気から
なる酸素含有ガスを導入する酸素含有ガス供給管17、
燃焼室B内で燃焼したガスを排出するための排気管19
が設けられている。即ち、燃料ガス導入管13の一端は
燃料ガス室Dに開口しており、酸素含有ガス供給管17
の一端は酸素含有ガス室Aに開口し、排気管19の一端
は燃焼室Bに開口している。
至図5に示すように、酸素含有ガス供給管17内に排気
管19が挿入された二重管部a、燃焼室Bを形成する反
応容器1の外周面に沿って環状に形成された反応容器当
接部b、予熱された酸素含有ガスを酸素含有ガス室Aに
導入する導入部cとから構成されている。
19の一端の開口位置と対向する位置に開口している。
は、排気管19内を燃焼ガスが、酸素含有ガス供給管1
7と排気管19との間を酸素含有ガスが流れることにな
る。
積をできるだけ大きくするという点から、酸素含有ガス
供給管17の内壁面と排気管19の外周面との隙間
d1 、反応容器1の外周面と反応容器当接部bの内面と
の間隔d2 は、10mm以下であることが望ましい。
尚、セル9は、図6に示すように、例えば、支持管とし
てのLaMnO3 系空気極層25と、この空気極層25
の表面に形成されたY2 O3 安定化ZrO2 からなる固
体電解質層26と、固体電解質層26の表面に形成され
たNi−ジルコニア系の燃料極層27と、空気極層25
と電気的に接続されるLaCrO3 系よりなるインター
コネクタ28とから構成されている。
のインターコネクタ28を、他方のセル9の燃料極層2
7にNi金属繊維等の接続部材31を介して、他方のセ
ル9の燃料極層27に接続して、複数のセル9が電気的
に接続され、スタック33が構成されており、このよう
なスタック33が、図1に示したように、反応容器1内
に収容されて固体電解質型燃料電池が構成されている。
反応容器1内には、一つのセル9のインターコネクタ2
8に接続された電極35と、他方のセル9の燃料極層2
7に接続された電極37が配置されており、これらの電
極35、37を介して電力が取り出される。
ば空気を酸素含有ガス供給管17から空気導入管11を
介してセル9内に導入するとともに、燃料ガス供給管1
3から例えば水素を導入し、燃料ガス室仕切板7の分散
孔で分散してセル9の外部に導入することにより行わ
れ、余剰の空気と燃料ガスは燃焼室B内で燃焼させら
れ、排気管19から外部に排出される。
れを説明すると、水素ガス(燃料ガス)はセル下方から
導入され、発電により酸化されながら上方へと進む。一
方空気(酸化含有ガス)は空気導入管11を介してセル
上方よりセル内部下方へ導入される。そしてセル内部下
方より上部へと流れる。セル上部より排出された空気は
発電で消費されなかった水素ガスと反応し、燃焼室B内
で燃焼する。
電池では、酸素含有ガス供給管17内に排気管19を挿
入し、排気管19内に燃焼ガスを、酸素含有ガス供給管
17と排気管19との間に酸素含有ガスを流すことによ
り、排気管19外表面において排気管19内の燃焼ガス
と、酸素含有ガス供給管17内の酸素含有ガスとの間で
熱交換できることとなり、予熱区間を大幅に延長でき、
酸素含有ガスの予熱を十分行うことができるとともに、
従来、排気ガスとして外部に放出していた燃焼ガスの熱
エネルギーを酸素含有ガスの予熱として再利用でき、発
電システムとしてのエネルギー効率を向上できる。
することにより、排気管19の外表面を冷却することが
でき、排気管19の熱的負荷を軽減でき、排気管19の
寿命を向上することができる。
管部aと、反応容器1の外周面に沿って形成された反応
容器当接部bと、導入部cとから構成したので、酸素含
有ガスの予熱を、燃焼室Bの側面を形成する反応容器1
の表面においても行うことができ、酸素含有ガスの予熱
をさらに十分行うことができるとともに、燃焼室Bを形
成する高温の反応容器1の表面と、低温の酸素含有ガス
との間で熱交換することにより、反応容器1の表面を冷
却することができ、反応容器1における熱的負荷を軽減
でき、反応容器1の寿命を向上することができる。
を、二重管部aと、反応容器1の外周に沿って形成され
た反応容器当接部bと、導入部cとから構成した例につ
いて説明したが、本発明では、上記実施例に限定される
ものではなく、例えば、図8に示すように、酸素含有ガ
ス供給管17を、排気管19に沿った(当接した)状態
で形成された当接部eと、当接部eから、予熱された酸
素含有ガスを酸素含有ガス室Aに導入する導入部fとか
ら構成しても良い。
7に、燃焼室Bの側面を形成する反応容器1の外周面全
体に沿って形成された反応容器当接部bを形成した例に
ついて説明したが、反応容器当接部は、反応容器1の外
周全体に形成される必要はなく、例えば、半周でも良
い。
素含有ガス供給管を排気管に沿って設けたので、酸素含
有ガスの予熱区間を延長でき、酸素含有ガスの予熱を十
分行うことができるとともに、燃焼ガスによる熱エネル
ギアーを回収して、発電システムとしてのエネルギー効
率を向上でき、さらに、高温の排気管の表面と低温の酸
素含有ガス供給管の表面で熱交換することにより、排気
管の表面を冷却することができ、排気管の熱的負荷を軽
減し、排気管の寿命を向上することができる。
る。
(a)は側面図、(b)は平面図である。
傍を示す斜視図である。
ある。
状態を示す側面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】反応容器内に燃焼室仕切板を用いて燃焼室
と反応室を形成し、複数の有底筒状の固体電解質型燃料
電池セルを、前記燃焼室仕切板に形成された複数のセル
挿入孔に、開口部が前記燃焼室仕切板から前記燃焼室側
に突出するようにそれぞれ挿入固定するとともに、前記
反応容器に酸素含有ガス供給管と燃料ガス供給管を設
け、さらに前記反応容器に前記燃焼室の燃焼ガスを排出
する排気管を設けてなり、前記酸素含有ガス供給管の酸
素含有ガスを前記固体電解質型燃料電池セル内にそれぞ
れ供給し、かつ、前記燃料ガス供給管の燃料ガスを前記
反応室内の前記固体電解質型燃料電池セル間に供給して
反応させる固体電解質型燃料電池であって、前記酸素含
有ガス供給管を前記排気管に沿って設けたことを特徴と
する固体電解質型燃料電池。 - 【請求項2】酸素含有ガス供給管内に排気管が挿入され
ており、前記排気管内を燃焼ガスが、前記酸素含有ガス
供給管と前記排気管との間を酸素含有ガスが流れること
を特徴とする請求項1記載の固体電解質型燃料電池。 - 【請求項3】酸素含有ガス供給管が、燃焼室を形成する
反応容器の外面に沿った反応容器当接部を有することを
特徴とする請求項1または2記載の固体電解質型燃料電
池。
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JP (1) | JP3686773B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2003077496A (ja) * | 2001-08-30 | 2003-03-14 | Kyocera Corp | 固体電解質型燃料電池 |
EP1408571A2 (en) * | 2002-10-09 | 2004-04-14 | Nissan Motor Co., Ltd. | Container structure for fuel cell |
US7425382B2 (en) | 2003-07-15 | 2008-09-16 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fuel cell assembly |
-
1999
- 1999-03-17 JP JP07191299A patent/JP3686773B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003077496A (ja) * | 2001-08-30 | 2003-03-14 | Kyocera Corp | 固体電解質型燃料電池 |
EP1408571A2 (en) * | 2002-10-09 | 2004-04-14 | Nissan Motor Co., Ltd. | Container structure for fuel cell |
EP1408571A3 (en) * | 2002-10-09 | 2005-09-21 | Nissan Motor Co., Ltd. | Container structure for fuel cell |
US7425382B2 (en) | 2003-07-15 | 2008-09-16 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fuel cell assembly |
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