JP2001176537A - 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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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 セル集合体と断熱ボードを収納するケーシン
グを具備した固体電解質型燃料電池において、ケーシン
グと断熱ボードの間にすき間が発生することを防止し、
発電性能や発電効率に優れる固体電解質型燃料電池を提
供すること。 【解決手段】 断熱ボードとケーシングを密着させる手
段を有することを特徴とする。
グを具備した固体電解質型燃料電池において、ケーシン
グと断熱ボードの間にすき間が発生することを防止し、
発電性能や発電効率に優れる固体電解質型燃料電池を提
供すること。 【解決手段】 断熱ボードとケーシングを密着させる手
段を有することを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型燃料
電池に関し、さらに詳細には円筒型のセルを複数配し電
気的に接続した固体電解質型燃料電池に関する。
電池に関し、さらに詳細には円筒型のセルを複数配し電
気的に接続した固体電解質型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】円筒型のセルを複数配し電気的に接続し
た固体電解質型燃料電池は、特公平１−５９７０５号等
に開示されている固体電解質型燃料電池の一タイプであ
る。この代表的な実施例を図７に示す。ケーシング６の
内部に、セル集合体４と、セル集合体で発電した電力を
取り出す集電板５と、セル集合体４と集電板５の周囲に
配された断熱ボード７を収納している。ケーシング６の
下方から燃料ガスが供給されセル１の外表面に接触す
る。一方、ケーシング６の上方からはセル１の内側に挿
入された導入管２を通じて酸化剤として空気が導入され
セル１の外表面に接触する。このように構成された固体
電解質型燃料電池を作動温度約１０００℃まで昇温する
と、セル１の内側の空気極側からセル１の外側の燃料極
側にＯ2-イオンが移動して、電気化学的反応が起こり発
電が行われる。
た固体電解質型燃料電池は、特公平１−５９７０５号等
に開示されている固体電解質型燃料電池の一タイプであ
る。この代表的な実施例を図７に示す。ケーシング６の
内部に、セル集合体４と、セル集合体で発電した電力を
取り出す集電板５と、セル集合体４と集電板５の周囲に
配された断熱ボード７を収納している。ケーシング６の
下方から燃料ガスが供給されセル１の外表面に接触す
る。一方、ケーシング６の上方からはセル１の内側に挿
入された導入管２を通じて酸化剤として空気が導入され
セル１の外表面に接触する。このように構成された固体
電解質型燃料電池を作動温度約１０００℃まで昇温する
と、セル１の内側の空気極側からセル１の外側の燃料極
側にＯ2-イオンが移動して、電気化学的反応が起こり発
電が行われる。
【０００３】このような従来の燃料電池の構成では、セ
ル集合体４はセラミック系材料、ケーシング６はインコ
ネルなどの耐熱合金金属材料、断熱ボード７はアルミナ
繊維などのセラミック系材料を使用することが一般的で
ある。ケーシング６は、セル集合体４、断熱ボード７な
どを収納し、常温から作動温度約１０００℃までの範囲
でこれらの荷重を支持する強度が要求されること、およ
び燃料電池外部との気密性を保持する機能が要求される
ことから金属材料を使用することが好ましい。また、断
熱ボード７は、燃料電池の作動温度を維持するための断
熱性とともに金属材料であるケーシング６とセル集合体
４および集電板５との電気的絶縁性を確保する機能が要
求されるためセラミック系の材料を使用することが好ま
しい。
ル集合体４はセラミック系材料、ケーシング６はインコ
ネルなどの耐熱合金金属材料、断熱ボード７はアルミナ
繊維などのセラミック系材料を使用することが一般的で
ある。ケーシング６は、セル集合体４、断熱ボード７な
どを収納し、常温から作動温度約１０００℃までの範囲
でこれらの荷重を支持する強度が要求されること、およ
び燃料電池外部との気密性を保持する機能が要求される
ことから金属材料を使用することが好ましい。また、断
熱ボード７は、燃料電池の作動温度を維持するための断
熱性とともに金属材料であるケーシング６とセル集合体
４および集電板５との電気的絶縁性を確保する機能が要
求されるためセラミック系の材料を使用することが好ま
しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述の燃料電池の組み
立て作業は、常温で行われる。図７は組立後の常温にお
ける状態を示す図である。その後、固体電解質型燃料電
池の作動温度である１０００℃近傍まで昇温されるが、
この昇温過程において、燃料電池を構成するそれぞれの
材料の線膨張率の違いにより、ケーシング６内の各部位
に隙間が発生する。特に、ケーシング６を構成する金属
材料の線膨張率が、セル１、断熱ボード７等のセラミッ
ク系の線膨張率よりもかなり大きいために、ケーシング
６と断熱ボード７との間に発生する隙間が顕著である。
ケーシングの材料であるインコネルの線膨張率は、約１
６μｍ／Ｋであり、典型的なセルの線膨張率１１μｍ／
Ｋに比べてかなり大きい。
立て作業は、常温で行われる。図７は組立後の常温にお
ける状態を示す図である。その後、固体電解質型燃料電
池の作動温度である１０００℃近傍まで昇温されるが、
この昇温過程において、燃料電池を構成するそれぞれの
材料の線膨張率の違いにより、ケーシング６内の各部位
に隙間が発生する。特に、ケーシング６を構成する金属
材料の線膨張率が、セル１、断熱ボード７等のセラミッ
ク系の線膨張率よりもかなり大きいために、ケーシング
６と断熱ボード７との間に発生する隙間が顕著である。
ケーシングの材料であるインコネルの線膨張率は、約１
６μｍ／Ｋであり、典型的なセルの線膨張率１１μｍ／
Ｋに比べてかなり大きい。
【０００５】作動温度１０００℃における状態を図８に
示すが、ケーシング６と断熱ボード７との間には、前述
の線膨張率の差に応じた隙間が発生している。発電時に
はケーシング６の下方から供給される燃料ガスの一部
が、この隙間に浸入し、セル１に接触しないままケーシ
ング６と断熱ボード７の間を上昇して、燃料ガスがロス
してしまうという問題が発生する。さらに、隙間に浸入
してケーシング６の上方に到達した燃料ガスは、反応に
寄与しないため水素リッチガスのままであるため、セル
１の内部に供給されてセル上方に到達した空気中の酸素
と接触することにより燃焼し、燃料電池内部の温度を局
部的に上昇させる。これらの結果、発電性能の低下、発
電効率の低下、温度分布の不均一等の重大な問題が発生
していた。
示すが、ケーシング６と断熱ボード７との間には、前述
の線膨張率の差に応じた隙間が発生している。発電時に
はケーシング６の下方から供給される燃料ガスの一部
が、この隙間に浸入し、セル１に接触しないままケーシ
ング６と断熱ボード７の間を上昇して、燃料ガスがロス
してしまうという問題が発生する。さらに、隙間に浸入
してケーシング６の上方に到達した燃料ガスは、反応に
寄与しないため水素リッチガスのままであるため、セル
１の内部に供給されてセル上方に到達した空気中の酸素
と接触することにより燃焼し、燃料電池内部の温度を局
部的に上昇させる。これらの結果、発電性能の低下、発
電効率の低下、温度分布の不均一等の重大な問題が発生
していた。
【０００６】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、本発明の目的は、ケーシングと断熱ボードの
間に隙間が発生することを防止し、発電性能や発電効率
に優れる固体電解質型燃料電池を提供することにある。
たもので、本発明の目的は、ケーシングと断熱ボードの
間に隙間が発生することを防止し、発電性能や発電効率
に優れる固体電解質型燃料電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】第一の発明は、セル集合
体の周囲に配された断熱ボードと、該セル集合体と該断
熱ボードを収納するケーシングを具備した固体電解質型
燃料電池において、温度変動に係わらず、前記断熱ボー
ドと前記ケーシングを密着させることを特徴とする固体
電解質型燃料電池である。
体の周囲に配された断熱ボードと、該セル集合体と該断
熱ボードを収納するケーシングを具備した固体電解質型
燃料電池において、温度変動に係わらず、前記断熱ボー
ドと前記ケーシングを密着させることを特徴とする固体
電解質型燃料電池である。
【０００８】温度変化に係わらず、断熱ボードとケーシ
ングを密着させることにより、常温で組み立てた固体電
解質型燃料電池を運転温度である１０００℃近傍まで昇
温させても断熱ボードとケーシングとの間に隙間が発生
しなくなるため、燃料電池の下方から供給される燃料
は、すべてセル集合体に供給され発電反応に寄与するこ
とができる。従って、燃料を有効に利用でき、発電性能
や発電効率に優れた発電が実現できる。
ングを密着させることにより、常温で組み立てた固体電
解質型燃料電池を運転温度である１０００℃近傍まで昇
温させても断熱ボードとケーシングとの間に隙間が発生
しなくなるため、燃料電池の下方から供給される燃料
は、すべてセル集合体に供給され発電反応に寄与するこ
とができる。従って、燃料を有効に利用でき、発電性能
や発電効率に優れた発電が実現できる。
【０００９】ここにおいて「密着」とは、実作動上運転
効率が極端に悪化するほどにはケーシングと断熱ボード
の間に隙間が空いていないことを意味する。従って、ケ
ーシングや断熱ボードの寸法精度により若干の隙間が空
いていたり、下部のみ密着していて上部は若干の隙間が
空いているような場合であっても、実作動上問題が無い
程度であれば、ここにいう「密着」の範疇に入るものと
する。
効率が極端に悪化するほどにはケーシングと断熱ボード
の間に隙間が空いていないことを意味する。従って、ケ
ーシングや断熱ボードの寸法精度により若干の隙間が空
いていたり、下部のみ密着していて上部は若干の隙間が
空いているような場合であっても、実作動上問題が無い
程度であれば、ここにいう「密着」の範疇に入るものと
する。
【００１０】第二の発明は、前記ケーシングと前記断熱
ボードを接着剤にて密着させてなる第一の発明記載の固
体電解質型燃料電池である。
ボードを接着剤にて密着させてなる第一の発明記載の固
体電解質型燃料電池である。
【００１１】燃料電池の組み立て時に、ケーシングと断
熱ボードの間に接着剤を充填して密着させることによ
り、作動温度１０００℃に昇温した後も隙間が発生する
ことがなくなるため、発電性能や発電効率に優れた発電
が実現できる。使用できる接着剤には耐熱性が要求され
るため、一般的にはセラミック系の接着剤が使用でき
る。
熱ボードの間に接着剤を充填して密着させることによ
り、作動温度１０００℃に昇温した後も隙間が発生する
ことがなくなるため、発電性能や発電効率に優れた発電
が実現できる。使用できる接着剤には耐熱性が要求され
るため、一般的にはセラミック系の接着剤が使用でき
る。
【００１２】本発明にいう「接着剤にて密着する」と
は、このように接着剤を充填することに限られるもので
はなく、例えば断熱ボードの所定の領域に接着剤を塗布
し密着させる場合や、接着層を形成する場合なども含む
概念である。
は、このように接着剤を充填することに限られるもので
はなく、例えば断熱ボードの所定の領域に接着剤を塗布
し密着させる場合や、接着層を形成する場合なども含む
概念である。
【００１３】第三の発明は、前記ケーシング内壁面及び
／又は断熱ボード外壁面に多条の溝加工を施してなる第
二の発明記載の固体電解質型燃料電池である。
／又は断熱ボード外壁面に多条の溝加工を施してなる第
二の発明記載の固体電解質型燃料電池である。
【００１４】前述のように、燃料電池の組み立て時に、
ケーシングと断熱ボードの間に接着剤を充填する際に、
ケーシングの内壁面または断熱ボードの外壁面のどちら
か一方もしくは両方に、多条の溝加工を施しておき、充
填された接着剤がこの溝に入り込みアンカー効果を発揮
することによって、第二の発明よりも密着性をさらに向
上させることができる。好ましくは、両方の壁面に溝加
工を施すことであるが、どちらか一方であっても相応の
効果を発揮することができる。溝の形状、寸法、数量な
どは、燃料電池の規模（ケーシングや断熱ボードのサイ
ズ）に応じて、適切に設定すれば良い。
ケーシングと断熱ボードの間に接着剤を充填する際に、
ケーシングの内壁面または断熱ボードの外壁面のどちら
か一方もしくは両方に、多条の溝加工を施しておき、充
填された接着剤がこの溝に入り込みアンカー効果を発揮
することによって、第二の発明よりも密着性をさらに向
上させることができる。好ましくは、両方の壁面に溝加
工を施すことであるが、どちらか一方であっても相応の
効果を発揮することができる。溝の形状、寸法、数量な
どは、燃料電池の規模（ケーシングや断熱ボードのサイ
ズ）に応じて、適切に設定すれば良い。
【００１５】第四の発明は、前記ケーシング内壁又は前
記断熱ボード外壁から突出した突起部分を、前記断熱ボ
ード又は前記ケーシングに設けた孔部に貫通させ、前記
突起部分先端を固定具により締結することで、前記ケー
シングと前記断熱ボードを密着させてなる第一の発明記
載の固体電解質型燃料電池である。
記断熱ボード外壁から突出した突起部分を、前記断熱ボ
ード又は前記ケーシングに設けた孔部に貫通させ、前記
突起部分先端を固定具により締結することで、前記ケー
シングと前記断熱ボードを密着させてなる第一の発明記
載の固体電解質型燃料電池である。
【００１６】ケーシングの材質は金属材料が一般的であ
るため、溶接などの手段により突起を設けることは比較
的容易である。一方、断熱ボードはセラミックの短繊維
を圧縮成型したものが一般的であるため、ケーシング側
の突起位置に合わせて貫通穴を設けて、固定具によって
締結することができる。一般的には、突起は雄ねじを有
するボルト状の物、固定具は雌ねじを有するナット等で
構成されるが、他の締結手段であっても構わない。突起
の詳細形状、寸法、数量などは、燃料電池の規模（ケー
シングや断熱ボードのサイズ）に応じて、適切に設定す
れば良い。
るため、溶接などの手段により突起を設けることは比較
的容易である。一方、断熱ボードはセラミックの短繊維
を圧縮成型したものが一般的であるため、ケーシング側
の突起位置に合わせて貫通穴を設けて、固定具によって
締結することができる。一般的には、突起は雄ねじを有
するボルト状の物、固定具は雌ねじを有するナット等で
構成されるが、他の締結手段であっても構わない。突起
の詳細形状、寸法、数量などは、燃料電池の規模（ケー
シングや断熱ボードのサイズ）に応じて、適切に設定す
れば良い。
【００１７】本発明は、これに限定されるものではな
く、例えば断熱ボードに機械的に棒状部材を固定し、ケ
ーシングに設けた孔を通して固定することにより同様の
作用効果を奏するものを製作することもできる。
く、例えば断熱ボードに機械的に棒状部材を固定し、ケ
ーシングに設けた孔を通して固定することにより同様の
作用効果を奏するものを製作することもできる。
【００１８】第五の発明は、前記ケーシングの内壁面に
形成された凸部又は凹部であって、該凸部又は該凹部は
第一の幅よりも狭い第二の幅を持つ断面を有するもの
と、前記断熱ボード外壁面に形成された凹部又は凸部で
あって、該凹部又は該凸部は第一の幅よりも狭い第二の
幅を持つ断面を有するものと、を嵌合させることで、前
記ケーシングと前記断熱ボードを密着させてなる第一の
発明記載の固体電解質型燃料電池。
形成された凸部又は凹部であって、該凸部又は該凹部は
第一の幅よりも狭い第二の幅を持つ断面を有するもの
と、前記断熱ボード外壁面に形成された凹部又は凸部で
あって、該凹部又は該凸部は第一の幅よりも狭い第二の
幅を持つ断面を有するものと、を嵌合させることで、前
記ケーシングと前記断熱ボードを密着させてなる第一の
発明記載の固体電解質型燃料電池。
【００１９】前述のように、一般的にケーシングには金
属材料が使用されるため、溶接などの手段により凸部を
設けることは比較的容易である。一方、断熱ボードには
ケーシング側の凸部形状に合わせて凹部を形成し、これ
らの凸部と凹部とを合致させるようにケーシングに断熱
ボードを密着させる。
属材料が使用されるため、溶接などの手段により凸部を
設けることは比較的容易である。一方、断熱ボードには
ケーシング側の凸部形状に合わせて凹部を形成し、これ
らの凸部と凹部とを合致させるようにケーシングに断熱
ボードを密着させる。
【００２０】本発明は、これに限定されるものではな
く、例えば断熱ボードに機械的に凸部を固定し、ケーシ
ングに設けた凹部と嵌合することにより同様の作用効果
を奏するものを製作することもできる。
く、例えば断熱ボードに機械的に凸部を固定し、ケーシ
ングに設けた凹部と嵌合することにより同様の作用効果
を奏するものを製作することもできる。
【００２１】本発明によれば、例えば線膨張率の大きい
金属材料を用いたケーシング側を凸部とした場合には、
作動温度１０００℃においては、凸部と凹部の嵌合部は
「締まりばめ」状態となるため密着性は非常に向上す
る。凸部と凹部の形状、寸法、数量などは、燃料電池の
規模（ケーシングや断熱ボードのサイズ）に応じて適切
に設定すれば良い。
金属材料を用いたケーシング側を凸部とした場合には、
作動温度１０００℃においては、凸部と凹部の嵌合部は
「締まりばめ」状態となるため密着性は非常に向上す
る。凸部と凹部の形状、寸法、数量などは、燃料電池の
規模（ケーシングや断熱ボードのサイズ）に応じて適切
に設定すれば良い。
【００２２】第六の発明は、前記断熱ボードを、前記ケ
ーシング内壁面とその内壁面と直行する内壁面に設けら
れた突起にて保持させてなる第一の発明記載の固体電解
質型燃料電池である。
ーシング内壁面とその内壁面と直行する内壁面に設けら
れた突起にて保持させてなる第一の発明記載の固体電解
質型燃料電池である。
【００２３】例えば、断熱ボードとケーシングの密着面
に隣接する断熱ボードの側面に、切り欠きを設けて、そ
の切り欠きに対応する位置に設けられたケーシング内壁
面の突起とを嵌合させることにより、断熱ボードをケー
シング内壁面に密着させることができる。上記の断熱ボ
ードと対向する断熱ボードや隣接する断熱ボードも同様
にして密着させることができる。
に隣接する断熱ボードの側面に、切り欠きを設けて、そ
の切り欠きに対応する位置に設けられたケーシング内壁
面の突起とを嵌合させることにより、断熱ボードをケー
シング内壁面に密着させることができる。上記の断熱ボ
ードと対向する断熱ボードや隣接する断熱ボードも同様
にして密着させることができる。
【００２４】第七の発明は、セル集合体の周囲に配され
た断熱ボードと、該セル集合体と該断熱ボードを収納す
るケーシングを具備した固体電解質型燃料電池におい
て、温度変動に係わらず、前記断熱ボードを略一定力で
前記ケーシングに押し付けることを特徴とする固体電解
質型燃料電池である。
た断熱ボードと、該セル集合体と該断熱ボードを収納す
るケーシングを具備した固体電解質型燃料電池におい
て、温度変動に係わらず、前記断熱ボードを略一定力で
前記ケーシングに押し付けることを特徴とする固体電解
質型燃料電池である。
【００２５】温度変化に係わらず、断熱ボードを略一定
力でケーシングに押し付けることにより、常温で組み立
てた固体電解質型燃料電池を運転温度である１０００℃
近傍まで昇温させても断熱ボードとケーシングとの間に
隙間が発生しなくなるため、燃料電池の下方から供給さ
れる燃料は、すべてセル集合体に供給され発電反応に寄
与することができる。従って、燃料を有効に利用でき、
発電性能や発電効率に優れた発電が実現できる。押し付
け手段としては、一般にばねが用いられるが、本発明に
おいても、コイルばね、板ばねなどを用いて、後述の突
っ張り治具と同等の効果を得ることができる。
力でケーシングに押し付けることにより、常温で組み立
てた固体電解質型燃料電池を運転温度である１０００℃
近傍まで昇温させても断熱ボードとケーシングとの間に
隙間が発生しなくなるため、燃料電池の下方から供給さ
れる燃料は、すべてセル集合体に供給され発電反応に寄
与することができる。従って、燃料を有効に利用でき、
発電性能や発電効率に優れた発電が実現できる。押し付
け手段としては、一般にばねが用いられるが、本発明に
おいても、コイルばね、板ばねなどを用いて、後述の突
っ張り治具と同等の効果を得ることができる。
【００２６】第八の発明は、セル集合体の周囲に配され
た断熱ボードと、該セル集合体と該断熱ボードを収納す
るケーシングを具備した固体電解質型燃料電池におい
て、前記断熱ボードの互いに相対する面を、前記ケーシ
ングの線膨張率と略同一の線膨張率を有する部材（ケー
シングの線膨張率に等しいか若干大きい材質で構成され
た突っ張り治具など）にて押し付けて保持したことを特
徴とする固体電解質型燃料電池である。
た断熱ボードと、該セル集合体と該断熱ボードを収納す
るケーシングを具備した固体電解質型燃料電池におい
て、前記断熱ボードの互いに相対する面を、前記ケーシ
ングの線膨張率と略同一の線膨張率を有する部材（ケー
シングの線膨張率に等しいか若干大きい材質で構成され
た突っ張り治具など）にて押し付けて保持したことを特
徴とする固体電解質型燃料電池である。
【００２７】例えば、ケーシング内で対向する一対の断
熱ボードの内壁面間に、ケーシングの線膨張率に等しい
か若干大きい材質で構成された突っ張り治具を設置する
ことにより、作動温度１０００℃に達した状態でも、突
っ張り治具により断熱ボードをケーシング内壁面に押し
付けて密着させることができる。なお、上記の対向する
一対の断熱ボードと交差して対向する他の一対の断熱ボ
ードも同様の突っ張り治具を設置することにより、押し
付けて密着させることができる。突っ張り治具の形状、
寸法、数量などは、燃料電池の規模（ケーシングや断熱
ボードのサイズ）に応じて適切に設定することができ
る。
熱ボードの内壁面間に、ケーシングの線膨張率に等しい
か若干大きい材質で構成された突っ張り治具を設置する
ことにより、作動温度１０００℃に達した状態でも、突
っ張り治具により断熱ボードをケーシング内壁面に押し
付けて密着させることができる。なお、上記の対向する
一対の断熱ボードと交差して対向する他の一対の断熱ボ
ードも同様の突っ張り治具を設置することにより、押し
付けて密着させることができる。突っ張り治具の形状、
寸法、数量などは、燃料電池の規模（ケーシングや断熱
ボードのサイズ）に応じて適切に設定することができ
る。
【００２８】なお、上記各発明に係る要素を相互に組み
合わせて、それぞれの効果を高め、各種設計条件に応じ
た固体電解質型燃料電池を作ることも可能である。
合わせて、それぞれの効果を高め、各種設計条件に応じ
た固体電解質型燃料電池を作ることも可能である。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明をよ
り具体的に説明する。図１は、本発明の一実施例を略示
する固体電解質型燃料電池の側面断面図である。従来の
図７に対応して表示したものである。
り具体的に説明する。図１は、本発明の一実施例を略示
する固体電解質型燃料電池の側面断面図である。従来の
図７に対応して表示したものである。
【００３０】ケーシング６の内部に、円筒型のセル１を
複数配し電気的に接続したセル集合体４と、該セル集合
体の電力を取り出す集電板５と、前記セル集合体４と集
電板５の周囲に配された断熱ボード７が収納されてい
る。セル１はセラミック、ケーシング６は耐熱合金イン
コネル、断熱ボード７はアルミナ短繊維を圧縮成型した
ものである。ケーシング６と断熱ボード７の間にはセラ
ミック系接着剤を充填した充填層１１が形成されてい
る。ケーシング６の内壁面に密着して設置された断熱ボ
ード７に囲まれた内側の空間に、必要な発電容量分のセ
ル集合体４と電力を取り出すための集電板５が収納され
ている。ケーシング６の下方からは燃料が供給される。
一方、各々のセル１に挿入された導入管２から酸化剤と
して空気が供給される。
複数配し電気的に接続したセル集合体４と、該セル集合
体の電力を取り出す集電板５と、前記セル集合体４と集
電板５の周囲に配された断熱ボード７が収納されてい
る。セル１はセラミック、ケーシング６は耐熱合金イン
コネル、断熱ボード７はアルミナ短繊維を圧縮成型した
ものである。ケーシング６と断熱ボード７の間にはセラ
ミック系接着剤を充填した充填層１１が形成されてい
る。ケーシング６の内壁面に密着して設置された断熱ボ
ード７に囲まれた内側の空間に、必要な発電容量分のセ
ル集合体４と電力を取り出すための集電板５が収納され
ている。ケーシング６の下方からは燃料が供給される。
一方、各々のセル１に挿入された導入管２から酸化剤と
して空気が供給される。
【００３１】このように構成された固体電解質型燃料電
池を、動作温度１０００℃まで昇温した場合、断熱ボー
ド７とケーシング６が接着剤の充填層１１によって密着
されているため、断熱ボード７とケーシング６との間に
隙間が発生しなくなる。従って、ケーシング６の下方か
ら供給される燃料は、すべてセル集合体４に供給され発
電反応に寄与することができる。
池を、動作温度１０００℃まで昇温した場合、断熱ボー
ド７とケーシング６が接着剤の充填層１１によって密着
されているため、断熱ボード７とケーシング６との間に
隙間が発生しなくなる。従って、ケーシング６の下方か
ら供給される燃料は、すべてセル集合体４に供給され発
電反応に寄与することができる。
【００３２】図２は、ケーシング６と断熱ボード７の間
の充填層１１の密着効果をより増大させるための一実施
例を示す拡大断面図である。
の充填層１１の密着効果をより増大させるための一実施
例を示す拡大断面図である。
【００３３】ケーシング６の内壁面および断熱ボード７
の外壁面、すなわち接着剤が接する面に予め多条のＶ型
の溝加工を施している。燃料電池の組み立て時に充填さ
れたセラミック系の接着剤は、各々の壁面のＶ溝の中ま
で充満して一体化した充填層１１を形成する。このよう
なＶ溝に入り込んだ充填層は、アンカー効果を発揮し密
着性がさらに向上する。好ましくは、両方の壁面に溝加
工を施すことであるが、どちらか一方であっても相応の
効果を発揮することができる。溝の形状は、Ｖ溝に限ら
ずＵ溝、角溝などが採用できるが、ケーシングや断熱ボ
ードの強度低下を招かない程度の寸法、数量を採用する
ことが肝要である。
の外壁面、すなわち接着剤が接する面に予め多条のＶ型
の溝加工を施している。燃料電池の組み立て時に充填さ
れたセラミック系の接着剤は、各々の壁面のＶ溝の中ま
で充満して一体化した充填層１１を形成する。このよう
なＶ溝に入り込んだ充填層は、アンカー効果を発揮し密
着性がさらに向上する。好ましくは、両方の壁面に溝加
工を施すことであるが、どちらか一方であっても相応の
効果を発揮することができる。溝の形状は、Ｖ溝に限ら
ずＵ溝、角溝などが採用できるが、ケーシングや断熱ボ
ードの強度低下を招かない程度の寸法、数量を採用する
ことが肝要である。
【００３４】図３は、ケーシング６の内壁面に突起１３
を設け、この突起が貫通する穴を形成した断熱ボード７
を密着させて取り付けた後、固定具１４により締結する
ことによる密着手段の一実施例を示す拡大断面図であ
る。突起１３は、ケーシングと同じ材質である耐熱合金
インコネルの雄ねじを用い、ケーシング６の内壁面に溶
接により取り付けられている。固定具１４は、同様に耐
熱合金インコネルの雌ねじを用いている。なお、断熱ボ
ード７の内壁側には、セル集合体４を収納するため、突
起１３の先端や固定具１４が、内壁面から突出しないよ
うに凹部を設けている。
を設け、この突起が貫通する穴を形成した断熱ボード７
を密着させて取り付けた後、固定具１４により締結する
ことによる密着手段の一実施例を示す拡大断面図であ
る。突起１３は、ケーシングと同じ材質である耐熱合金
インコネルの雄ねじを用い、ケーシング６の内壁面に溶
接により取り付けられている。固定具１４は、同様に耐
熱合金インコネルの雌ねじを用いている。なお、断熱ボ
ード７の内壁側には、セル集合体４を収納するため、突
起１３の先端や固定具１４が、内壁面から突出しないよ
うに凹部を設けている。
【００３５】図４は、ケーシングの内壁面の凸部１５
と、断熱ボード外壁面の凹部１６とを嵌合させる密着手
段の一実施例を示す拡大断面図である。凸部１５は、ケ
ーシングと同じ材質である耐熱合金インコネルを用い、
ケーシング６に溶接により取り付けている。断熱ボード
の凹部１６は、凸部１５の形状に合わせて断熱ボード７
の外壁面に形成し、凸部１５と凹部１６とを嵌合して密
着させる。
と、断熱ボード外壁面の凹部１６とを嵌合させる密着手
段の一実施例を示す拡大断面図である。凸部１５は、ケ
ーシングと同じ材質である耐熱合金インコネルを用い、
ケーシング６に溶接により取り付けている。断熱ボード
の凹部１６は、凸部１５の形状に合わせて断熱ボード７
の外壁面に形成し、凸部１５と凹部１６とを嵌合して密
着させる。
【００３６】図５は、断熱ボード７の対向する内壁面の
間に設置された突っ張り治具１７によって略一定力で押
しつける密着手段の一実施例を示す拡大断面図である。
ケーシング６の対向する一対の内壁面に一対の断熱ボー
ド７が内接して設置されている。各々の断熱ボード７の
内壁面に設けられた対向する凹部１８に、突っ張り治具
１７が取り付けられており、断熱ボード７をケーシング
６に密着させている。突っ張り治具１７は、ケーシング
６と同じ耐熱合金インコネルで製作されているため、動
作温度１０００℃における膨張量はケーシングと同等と
なる。従って、断熱ボード７とケーシング６との密着効
果は維持される。また、前述の対向する一対の断熱ボー
ド７と交差して対向する他の一対の断熱ボード１９も、
図５に示すように、突っ張り治具２０を用いることによ
って密着させることができる。
間に設置された突っ張り治具１７によって略一定力で押
しつける密着手段の一実施例を示す拡大断面図である。
ケーシング６の対向する一対の内壁面に一対の断熱ボー
ド７が内接して設置されている。各々の断熱ボード７の
内壁面に設けられた対向する凹部１８に、突っ張り治具
１７が取り付けられており、断熱ボード７をケーシング
６に密着させている。突っ張り治具１７は、ケーシング
６と同じ耐熱合金インコネルで製作されているため、動
作温度１０００℃における膨張量はケーシングと同等と
なる。従って、断熱ボード７とケーシング６との密着効
果は維持される。また、前述の対向する一対の断熱ボー
ド７と交差して対向する他の一対の断熱ボード１９も、
図５に示すように、突っ張り治具２０を用いることによ
って密着させることができる。
【００３７】略一定力で押し付ける手段としてコイルば
ねや板ばね等を用いることも可能である。
ねや板ばね等を用いることも可能である。
【００３８】図６は、断熱ボード７の一部に設けられた
切り欠き２２と、ケーシングに設けられた突起２３とを
嵌合させることによる密着手段の一実施例を示す拡大断
面図である。ケーシング６の対向する一対の内壁面に一
対の断熱ボード７が内接して設置されている。各々の断
熱ボード７には切り欠き２２が設けられている。一方、
ケーシングの内壁面には、この切り欠き２２に対応する
位置に突起２３が設置されている。このように構成され
た固体電解質型燃料電池を、動作温度１０００℃まで昇
温した場合、図６のＡ寸法分の線膨張率の差だけ断熱ボ
ード７とケーシング７との間にすき間が発生することに
なるが、Ａ寸法は数ｍｍから十数ｍｍ程度とすることが
可能なため、すき間の幅は実用上ほとんど影響を与えな
い程度のものとなる。可能な限りＡ寸法を小さくするこ
とが望ましい。
切り欠き２２と、ケーシングに設けられた突起２３とを
嵌合させることによる密着手段の一実施例を示す拡大断
面図である。ケーシング６の対向する一対の内壁面に一
対の断熱ボード７が内接して設置されている。各々の断
熱ボード７には切り欠き２２が設けられている。一方、
ケーシングの内壁面には、この切り欠き２２に対応する
位置に突起２３が設置されている。このように構成され
た固体電解質型燃料電池を、動作温度１０００℃まで昇
温した場合、図６のＡ寸法分の線膨張率の差だけ断熱ボ
ード７とケーシング７との間にすき間が発生することに
なるが、Ａ寸法は数ｍｍから十数ｍｍ程度とすることが
可能なため、すき間の幅は実用上ほとんど影響を与えな
い程度のものとなる。可能な限りＡ寸法を小さくするこ
とが望ましい。
【００３９】また、前述の対向する一対の断熱ボード７
と交差して対向する他の一対の断熱ボード２４も、図６
に示すように、切り欠き２５と突起２６とを設置するこ
とにより密着させることができる。
と交差して対向する他の一対の断熱ボード２４も、図６
に示すように、切り欠き２５と突起２６とを設置するこ
とにより密着させることができる。
【図１】 本発明の一実施例に係る固体電解質型燃料電
池の側面断面図である。
池の側面断面図である。
【図２】 本発明の密着手段の一実施例を示す拡大側面
断面図である。
断面図である。
【図３】 本発明の密着手段の他の一実施例を示す拡大
側面断面図である。
側面断面図である。
【図４】 本発明の密着手段の他の一実施例を示す拡大
側面断面図である。
側面断面図である。
【図５】 本発明の密着手段の他の一実施例を示す横断
面図である。
面図である。
【図６】 本発明の密着手段の他の一実施例を示す横断
面図である。
面図である。
【図７】 従来の固体電解質型燃料電池の構造例を示す
図である。
図である。
【図８】 従来の固体電解質型燃料電池の作動温度にお
ける状態を示す図である。
ける状態を示す図である。
１ セル ２ 導入管 ３ 導電部材 ４ セル集合体 ５ 集電板 ６ ケーシング ７ 断熱ボード ８ 隙間 １１ 充填層 １２ 溝 １３ 突起 １４ 固定具 １５ 凸部 １６ 凹部 １７、２０ 突っ張り治具 １８、２１ 突っ張り治具固定溝 １９ 断熱ボード ２２、２５ 切り欠き ２３、２６ 突起 ２４ 断熱ボード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB00 CV02 CX07 CX10 HH03
Claims (8)
- 【請求項１】 セル集合体の周囲に配された断熱ボード
と、該セル集合体と該断熱ボードを収納するケーシング
を具備した固体電解質型燃料電池において、温度変動に
かかわらず、前記断熱ボードと前記ケーシングを密着さ
せることを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項２】 前記ケーシングと前記断熱ボードを接着
剤にて密着させてなる請求項１記載の固体電解質型燃料
電池。 - 【請求項３】 前記ケーシング内壁面及び／又は断熱ボ
ード外壁面に多条の溝加工を施してなる請求項２記載の
固体電解質型燃料電池。 - 【請求項４】 前記ケーシング内壁又は前記断熱ボード
外壁から突出した突起部分を、前記断熱ボード又は前記
ケーシングに設けた孔部に貫通させ、前記突起部分先端
を固定具により締結することで、前記ケーシングと前記
断熱ボードを密着させてなる請求項１記載の固体電解質
型燃料電池。 - 【請求項５】 前記ケーシングの内壁面に形成された凸
部又は凹部であって、該凸部又は該凹部は第一の幅より
も狭い第二の幅を持つ断面を有するものと、前記断熱ボ
ード外壁面に形成された凹部又は凸部であって、該凹部
又は該凸部は第一の幅よりも狭い第二の幅を持つ断面を
有するものと、を嵌合させることで、前記ケーシングと
前記断熱ボードを密着させてなる請求項１記載の固体電
解質型燃料電池。 - 【請求項６】 前記断熱ボードを、前記ケーシング内壁
面と、その内壁面と直行する内壁面に設けられた突起に
て保持させてなる請求項１記載の固体電解質型燃料電
池。 - 【請求項７】 セル集合体の周囲に配された断熱ボード
と、該セル集合体と該断熱ボードを収納するケーシング
を具備した固体電解質型燃料電池において、温度変動に
かかわらず、前記断熱ボードを略一定力で前記ケーシン
グに押し付けることを特徴とする固体電解質型燃料電
池。 - 【請求項８】 セル集合体の周囲に配された断熱ボード
と、該セル集合体と該断熱ボードを収納するケーシング
を具備した固体電解質型燃料電池において、前記断熱ボ
ードの互いに相対する面を、前記ケーシングの線膨張率
と略同一の線膨張率を有する部材にて保持したことを特
徴とする固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36252799A JP2001176537A (ja) | 1999-12-21 | 1999-12-21 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36252799A JP2001176537A (ja) | 1999-12-21 | 1999-12-21 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001176537A true JP2001176537A (ja) | 2001-06-29 |
Family
ID=18477085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36252799A Pending JP2001176537A (ja) | 1999-12-21 | 1999-12-21 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001176537A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005158530A (ja) * | 2003-11-26 | 2005-06-16 | Kyocera Corp | 燃料電池組立体 |
| JP2006107813A (ja) * | 2004-10-01 | 2006-04-20 | Toto Ltd | 固体酸化物型燃料電池 |
| JP2006252916A (ja) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Toto Ltd | 固体酸化物型燃料電池 |
| JP2007141767A (ja) * | 2005-11-22 | 2007-06-07 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| JP2008234911A (ja) * | 2007-03-19 | 2008-10-02 | Hitachi Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP2015049966A (ja) * | 2013-08-30 | 2015-03-16 | Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 | 燃料電池 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54121960U (ja) * | 1978-02-15 | 1979-08-25 | ||
| JPS5775395U (ja) * | 1980-10-25 | 1982-05-10 | ||
| JPH06168734A (ja) * | 1992-11-30 | 1994-06-14 | Tonen Corp | 外部マニホールド式高温型燃料電池 |
| JPH07178774A (ja) * | 1993-08-31 | 1995-07-18 | General Electric Co <Ge> | 光ディスク射出成形用断熱性金型構造 |
| JPH08253941A (ja) * | 1995-03-16 | 1996-10-01 | Sekisui House Ltd | 住宅用基礎の外断熱構造 |
| JPH09139225A (ja) * | 1995-11-13 | 1997-05-27 | Toshiba Corp | 燃料電池の締め付け装置 |
| JPH10247511A (ja) * | 1997-02-28 | 1998-09-14 | Kyushu Electric Power Co Inc | 円筒形セルタイプ固体電解質型燃料電池 |
-
1999
- 1999-12-21 JP JP36252799A patent/JP2001176537A/ja active Pending
Patent Citations (7)
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