JP2002063916A - 固体電解質型燃料電池及びモジュール - Google Patents

固体電解質型燃料電池及びモジュール

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JP2002063916A
JP2002063916A JP2000251157A JP2000251157A JP2002063916A JP 2002063916 A JP2002063916 A JP 2002063916A JP 2000251157 A JP2000251157 A JP 2000251157A JP 2000251157 A JP2000251157 A JP 2000251157A JP 2002063916 A JP2002063916 A JP 2002063916A
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fuel cell
solid oxide
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porous base
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Toshihiro Tani
俊宏 谷
Osao Kudome
長生 久留
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、コスト低減、信頼性の向上を図るこ
とを課題とする。 【解決手段】筒状の多孔性基体管11と、この多孔性基
体管11内に配置された燃料注入管12と、前記多孔性
基体管11の外周面に直列に接続して形成されたリター
ン型の複数の単電池素子14とを具備することを特徴と
する固体電解質型燃料電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型燃料
電池及びモジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】周知の如く、固体電解質型燃料電池とし
ては平板型と円筒型のものが知られて折り、円筒型は縦
縞型と横縞型に分類される。図5(A)〜(C)は円筒
型で且つ横縞型の固体電解質型燃料電池であり、図5
(A)は同燃料電池の斜視図、図5(B)は同燃料電池
の縦断面図、図5(C)は同燃料電池を構成する単電池
素子の回路図を示す。
【0003】図中の付番1は、両端が開口された多孔性
基体管を示す。この多孔性基体管1内には、セラミック
製の燃料注入管2が配置されている。前記多孔性基体管
1の一方の開口部(下側)には、気密性を有するキャッ
プ3が冠着されている。前記多孔性基体管1の外周面に
は、複数の単電池素子4が上方側から下方側に向って直
列に接続された状態で形成されている。ここで、複数の
単電池素子4の上方側は例えばプラスであり、下方側は
マイナスである。前記多孔性基体管1と燃料注入管2の
上端部間は集電部5となっている。この集電部5には燃
料注入管2の上端が掛止され、また燃料注入管2の内側
に入った水素(H)ガスが下部を経て外に抜けるよう
にガス穴(図示せず)が形成されている。前記燃料注入
管2の内側には、上部から下部、キャップ3を経て多孔
性基体管1の外まで達する集電棒6が設けられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、こうした図
5の構成の固体電解質型燃料電池においては、多孔性基
体管1の両方の端部より集電する必要があった。また、
多孔性基体管1と燃料注入管2の上端部間には、燃料注
入管1の上端部を掛止したり水素ガス通過用のガス穴を
有した集電部5を設けるため、部品点数が多く、コスト
高となるとともに信頼性に欠けるという問題があった。
【0005】本発明はこうした事情を考慮してなされた
もので、筒状の多孔性基体管と、この多孔性基体管内に
配置された燃料注入管と、前記多孔性基体管の外周面に
直列に接続して形成されたリターン型の複数の単電池素
子とを具備構成とすることにより、従来と比べ集電棒を
不要にでき、コスト低減、信頼性の向上を図ることがで
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。
【0006】また、本発明は、一端側が閉じられた筒状
の多孔性基体管と、前記多孔性基体管の外周面に直列に
接続して形成されたリターン型の複数の単電池素子と、
前記多孔性基体管の閉じられた側の先端に形成された気
密層とを具備した構成とすることにより、従来と比べ集
電棒、キャップを不要にでき、一層コスト低減、信頼性
の向上を図ることが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。
【0007】更に、本発明は、一端側が閉じられた筒状
の多孔性基体管と、前記多孔性基体管の外周面に直列に
接続して形成されたリターン型の複数の単電池素子と、
前記多孔性基体管の閉じられた側の先端に形成された触
媒付き燃焼部とを具備した構成とすることにより、従来
と比べ集電棒、キャップを不要にでき、一層コスト低
減、信頼性の向上を図ることができる他、単電池素子の
立ち上げを向上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。
【0008】更には、本発明は、仕切板により燃焼ガス
が供給される燃焼室と酸化性ガスが供給される空気室に
仕切られた反応室と、この反応室内に開口部端が仕切板
に掛止するように複数個配置された、第3の発明の固体
電解質型燃料電池とを具備し、固体電解質型燃料電池の
先端の触媒付き燃焼部で燃焼ガスと酸化性ガスとが反応
して燃焼する構成とすることにより、電池の放熱量を抑
制しえ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。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願第1の発明は、筒状
の多孔性基体管と、この多孔性基体管内に配置された燃
料注入管と、前記多孔性基体管の外周面に直列に接続し
て形成されたリターン型の複数の単電池素子とを具備す
ることを特徴とする固体電解質型燃料電池である。
【0010】本願第2の発明は、一端側が閉じられた筒
状の多孔性基体管と、前記多孔性基体管の外周面に直列
に接続して形成されたリターン型の複数の単電池素子
と、前記多孔性基体管の閉じられた側の先端に形成され
た気密層とを具備することを特徴とする固体電解質型燃
料電池である。
【0011】本願第3の発明は、一端側が閉じられた筒
状の多孔性基体管と、前記多孔性基体管の外周面に直列
に接続して形成されたリターン型の複数の単電池素子
と、前記多孔性基体管の閉じられた側の先端に形成され
た触媒付き燃焼部とを具備することを特徴とする固体電
解質型燃料電池である。
【0012】本願第4の発明は、仕切板により燃焼ガス
が供給される燃焼室と酸化性ガスが供給される空気室に
仕切られた反応室と、この反応室内に開口部端が仕切板
に掛止するように複数個配置された、第3の発明の固体
電解質型燃料電池とを具備し、固体電解質型燃料電池の
先端の触媒付き燃焼部で燃焼ガスと酸化性ガスとが反応
して燃焼することを特徴とする固体電解質型モジュール
である。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳述する。
本発明において、多孔性基体管としては、両端が開口し
た筒状の構成のもの、あるいは一端側が閉じられた筒状
の構成のものが挙げられる。前者の場合は、多孔性基体
管の一端側に燃料ガスの通過を阻止するために気密性を
有するキャップを設けることが好ましい。後者の場合
は、一端側に燃料ガスの通過を阻止するためにセラミッ
ク製の気密層を形成することが好ましい。また、後者の
場合、一端側に多孔質の触媒層を形成し、更に単電池素
子寄りの多孔性基体管の周面に気密層を形成することが
好ましい。
【0014】前記触媒層を構成する燃焼触媒としては、
例えばPd,Pt,Rh等の貴金属、Co,Cr
等の卑金属酸化物等が挙げられる。触媒は前記多
孔性基体管の先端に直接担持させてもよいし、あるいは
ガラスウール,セラミック繊維等の熱容量の小さいマッ
トや布に担持させた状態で使用することも考えられる。
触媒層を設けることにより、低温でも燃料が燃焼するの
で、電池の立ち上げを良くすることができる。
【0015】本発明において、多孔性基体管、キャップ
及び燃料注入管の材質としては、例えばYSZ(イット
リア安定化ジルコニア)、CSZ(カルシア安定化ジル
コニア)が挙げられる。
【0016】本発明において、リターン型の複数の単電
池素子とは、例えば、図1(A),(B)に示すように
多孔質基体管の上部側から下部側に向って直列に接続
し、さらに下部側から上部側に向って直列に接続する構
成の複数の単電池素子を示す。
【0017】
【実施例】以下、本発明の各実施例について図面を参照
して説明する。但し、下記実施例に述べられる各構成部
材の材料や寸法等は一例を示すもので、本発明の権利範
囲を特定するものではない。
【0018】(実施例1)図1(A),(B),(C)
を参照する。ここで、図1(A)は本実施例1に係る固
体電解質型燃料電池の概略的な斜視図、図1(B)は前
記燃料電池の一構成部材である単電池素子の接続状況を
示す回路図、図1(C)は前記燃料電池の縦断面図を示
す。
【0019】図中の付番11は、両端が開口されたYS
Z製の多孔性基体管を示す。この多孔性基体管11内に
は、YSZ製の燃料注入管12が配置されている。前記
多孔性基体管11の一方の開口部(下側)には、気密性
を有するYSZ製のキャップ13が冠着されている。前
記多孔性基体管11の外周面には、複数の単電池素子1
4が直列に接続された状態で形成されている。ここで、
単電池素子14の接続は、図1(A),(B)に示すよ
うに多孔性基体管(チューブ)11の上部側から下部側
に向って接続し、さらに下部側から上部側に向って接続
するリターン型の構成をとっている。前記単電池素子1
4は、例えばスクリーン印刷によって形成されている。
【0020】上記実施例1に係る固体電解質型燃料電池
は、多孔性基体管11と、この多孔性基体管11の内側
に配置された燃料注入管12と、前記多孔性基体管11
の外周面に直列に接続された複数のリターン型の単電池
素子14と、前記多孔性基体管11の下端部に冠着され
た気密性を有するキャップ13とを具備した構成となっ
ている。従って、多孔性基体管11の一端側(上部側)
から集電が可能となり、従来と比べ集電棒を不要にで
き、コスト低減を図ることができる。また、従来ように
集電部を設けたり集電棒を設ける必要がないため、部品
点数が減り、信頼性を向上できる。
【0021】(実施例2)図2を参照する。但し、図1
と同部材は同付番を付して説明を省略する。図中の付番
21は、一方の端部(下端部)が閉じたYSZ製の多孔
性基体管を示す。この多孔性基体管21の下端部の外周
面には、YSZ製の気密層22が形成されている。
【0022】上記実施例2に係る固体電解質型燃料電池
は、下端部が閉じた多孔性基体管21と、この多孔性基
体管21の内側に配置された燃料注入管12と、前記多
孔性基体管11の外周面に直列に接続された複数のリタ
ーン型の単電池素子14とを具備した構成となってい
る。従って、実施例1と比べ、集電棒の他キャップを不
要にでき、一層コスト低減、信頼性の向上を図ることが
できる。また、多孔性基体管21の下端部に気密層22
が形成されているため、Hガスが多孔性基体管21の
下端部から漏れるのを回避できる。
【0023】(実施例3)図3(A),(B)を参照す
る。ここで、図3(A)は本実施例3に係る固体電解質
型燃料電池の断面図、図3(B)は図3(A)の燃料電
池の先端部の詳細を示す説明図である。なお、図1、図
2と同部材は同付番を付して説明を省略する。
【0024】図中の付番23は、多孔性基体管21の先
端部(下端部)に形成された触媒付き燃焼部を示す。こ
こで、燃焼部23は、図3(B)に示すように多孔性基
体管21の先端部に低温でも燃えやすい燃焼触媒24を
表面のみならず、内部にまで担持させた構成になってい
る。燃焼触媒24の担持は、例えばPtを含む溶液内に
多孔性基体管21の先端部を浸漬し、焼成することによ
り形成することができる。前記燃焼部23と単電池素子
14間の多孔性基体管21の外周面には、気密層22が
形成されている。
【0025】実施例3によれば、多孔性基体管21の先
端部に、低温でも燃えやすい燃焼触媒24を担持した燃
焼触媒24を担持した燃焼部23が設けられているた
め、実施例2と比べ燃焼を起こすことができ、単電池素
子14の立ち上げを良くすることができる。
【0026】(実施例4)図4を参照する。但し、図
1、図3と同部材は同符号を付して説明を省略する。図
中の付番31は反応容器を示す。この反応容器31は、
仕切板32により、燃料供給室31aと空気供給室31
bとに仕切られている。前記仕切板32には複数の開口
部33が形成され、これらの開口部33に図3に示す固
体電解質燃料電池(SOFC)34の上端部が掛止され
ている。
【0027】こうした構成の燃焼装置においては、反応
容器31の燃料供給室31aに供給されたHガス(燃
焼ガス)は多孔性基体管21内に送られ、途中で電池反
応に使用されるが、残りのHガスは多孔質基体管21
の下端部に送られ、燃焼部23で空気供給室31bに送
られた空気(酸化性ガス)と反応して燃焼が行われる。
しかるに、小型電池は放熱量が大きいので、燃焼部23
の燃焼によりその放熱量を抑制することができる。
【0028】なお、上記実施例4では、SOFCとして
図3の構成のものを使用した場合について述べたが、こ
れに限らず、図1もしくは図2に示すSOFCを用いて
も良い。
【0029】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、筒
状の多孔性基体管と、この多孔性基体管内に配置された
燃料注入管と、前記多孔性基体管の外周面に直列に接続
して形成されたリターン型の複数の単電池素子とを具備
構成とすることにより、従来と比べ集電棒を不要にで
き、コスト低減、信頼性の向上を図ることができる固体
電解質型燃料電池を提供できる。
【0030】また、本発明によれば、一端側が閉じられ
た筒状の多孔性基体管と、前記多孔性基体管の外周面に
直列に接続して形成されたリターン型の複数の単電池素
子と、前記多孔性基体管の閉じられた側の先端に形成さ
れた気密層とを具備した構成とすることにより、従来と
比べ集電棒、キャップを不要にでき、一層コスト低減、
信頼性の向上を図ることができる固体電解質型燃料電池
を提供できる。
【0031】更に、本発明によれば、一端側が閉じられ
た筒状の多孔性基体管と、前記多孔性基体管の外周面に
直列に接続して形成されたリターン型の複数の単電池素
子と、前記多孔性基体管の閉じられた側の先端に形成さ
れた触媒付き燃焼部とを具備した構成とすることによ
り、従来と比べ集電棒、キャップを不要にでき、一層コ
スト低減、信頼性の向上を図ることができる他、単電池
素子の立ち上げを向上できる固体電解質型燃料電池を提
供できる。
【0032】更には、本発明によれば、仕切板により燃
焼ガスが供給される燃焼室と酸化性ガスが供給される空
気室に仕切られた反応室と、この反応室内に開口部端が
仕切板に掛止するように複数個配置された、第3の発明
の固体電解質型燃料電池とを具備し、固体電解質型燃料
電池の先端の触媒付き燃焼部で燃焼ガスと酸化性ガスと
が反応して燃焼する構成とすることにより、電池の放熱
量を抑制しえる固体電解質型モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係る固体電解質型燃料電池
の説明図。
【図2】本発明の実施例2に係る固体電解質型燃料電池
の説明図。
【図3】本発明の実施例3に係る固体電解質型燃料電池
の説明図。
【図4】本発明の実施例4に係る固体電解質型モジュー
ルの説明図。
【図5】従来の固体電解質型燃料電池の説明図。
【符号の説明】
11、21…多孔性基体管、 12…燃料注入管、 13…キャップ、 14…単電池素子、 22…気密層、 23…触媒付き燃焼部、 24…燃焼触媒、 31…反応容器、 32…仕切板、 33…固体電解質型燃料電池(SOFC)。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 筒状の多孔性基体管と、この多孔性基体
    管内に配置された燃料注入管と、前記多孔性基体管の外
    周面に直列に接続して形成されたリターン型の複数の単
    電池素子とを具備することを特徴とする固体電解質型燃
    料電池。
  2. 【請求項2】 前記多孔性基体管は、一端側が閉じられ
    た構成であ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。
  3. 【請求項3】 前記多孔性基体管は両端が開口されてお
    り、一端側が気密性を有するキャップで閉じられている
    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。
  4. 【請求項4】 一端側が閉じられた筒状の多孔性基体管
    と、前記多孔性基体管の外周面に直列に接続して形成さ
    れたリターン型の複数の単電池素子と、前記多孔性基体
    管の閉じられた側の先端に形成された気密層とを具備す
    ることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
  5. 【請求項5】 一端側が閉じられた筒状の多孔性基体管
    と、前記多孔性基体管の外周面に直列に接続して形成さ
    れたリターン型の複数の単電池素子と、前記多孔性基体
    管の閉じられた側の先端に形成された触媒付き燃焼部と
    を具備することを特徴とする固体電解質型燃料電池。
  6. 【請求項6】 前記多孔性基体管の閉じられた側の先端
    でかつ前記燃焼部と単電池素子間に気密層が形成されて
    いることを特徴とする請求項5記載の固体電解質型燃料
    電池。
  7. 【請求項7】 仕切板により燃焼ガスが供給される燃焼
    室と酸化性ガスが供給される空気室に仕切られた反応室
    と、この反応室内に開口部端が仕切板に掛止するように
    複数個配置された、請求項5記載の固体電解質型燃料電
    池とを具備し、固体電解質型燃料電池の先端の触媒付き
    燃焼部で燃焼ガスと酸化性ガスとが反応して燃焼するこ
    とを特徴とする固体電解質型燃料電池モジュール。
JP2000251157A 2000-08-22 2000-08-22 固体電解質型燃料電池及びモジュール Withdrawn JP2002063916A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006253090A (ja) * 2005-03-14 2006-09-21 Shinko Electric Ind Co Ltd 固体酸化物型燃料電池
JP2009021195A (ja) * 2007-07-13 2009-01-29 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP2010232042A (ja) * 2009-03-27 2010-10-14 Hitachi Ltd 燃料電池発電モジュール
JP2011076809A (ja) * 2009-09-30 2011-04-14 Tokyo Gas Co Ltd 固体酸化物形燃料電池セルスタック及びその作製方法
JP2013171789A (ja) * 2012-02-22 2013-09-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体酸化物形燃料電池

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