JP2002203588A - Solid oxide type fuel cell - Google Patents

Solid oxide type fuel cell

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JP2002203588A
JP2002203588A JP2000402473A JP2000402473A JP2002203588A JP 2002203588 A JP2002203588 A JP 2002203588A JP 2000402473 A JP2000402473 A JP 2000402473A JP 2000402473 A JP2000402473 A JP 2000402473A JP 2002203588 A JP2002203588 A JP 2002203588A
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end plate
oxidant
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separator
fuel
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Withdrawn
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JP2000402473A
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Japanese (ja)
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Jun Akikusa
順 秋草
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To attain miniaturization of a fuel cell by making a pre-heater for fuel gas and the like, unnecessary. SOLUTION: A total of n pieces of separator 12 is sandwiched for every one, respectively, between a fuel electrode layer 11b of an i-th power generation cell among (n+1) pieces of generation cell, and an oxidizer electrode layer 11c of an (i+1)-th power generation cell. A porous fuel electrode collector 13 is sandwiched between the fuel electrode layer of the i-th power generation cells 11 and the j-th separator, and a porous oxidizer electrode collector 14 is sandwiched between an oxidizer electrode layer of the (i+1)-th power generation cell and the j-th separator. A 1st end plate 21 is The laminated to a 1st oxidizer electrode layer of the 1st power generation cell, and a 2nd end plate 22 is laminated to the fuel electrode layer of the (n+1)-th power generation cell. A fuel supplying passage 16 and an oxidizer supplying passage 17 are formed winding their ways in each separator, respectively, an oxidizer supplying passage 17 is formed winding its way in the 1st end plat, and further a fuel supplying passage 16 is formed winding its way in the 2nd end plate.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料極層及び酸化
剤極層にて固体電解質層を挟持して構成された発電セル
を有する固体酸化物型の燃料電池に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid oxide fuel cell having a power generation cell constituted by sandwiching a solid electrolyte layer between a fuel electrode layer and an oxidant electrode layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の燃料電池として、発電セ
ルがアノード、固体電解質及びカソードからなり、セパ
レート板が上記発電セルに交互に積層され、セパレート
板のうちのリブ付多孔質基材に形成されたリブが燃料ガ
ス及び酸化剤ガスを上記アノード及びカソードに個別に
分配するように構成された固体電解質型燃料電池が開示
されている(特開平3−129675号)。この燃料電
池では、上記リブが反応ガスをリブ付多孔質基材の中央
部から周縁部の反応ガス排出口に向って放射状に流すよ
うに構成される。また反応ガス排出口はセパレート板と
発電セルの積層体であるスタックの周縁部に均一に分布
するように配置される。更にスタックの中央部には燃料
ガス導入管及び酸化剤ガス導入管が積層方向に貫通して
設けられ、これらの導入管から反応ガスがセパレート板
に供給されるように構成される。このように構成された
固体電解質型燃料電池では、反応ガスがスタックの中央
部から周縁部に向って流れるので、発電セルとセパレー
ト板との間のガスシールが不要になる。また反応ガス排
出口から出た反応ガスは燃料電池の周囲で燃焼するけれ
ども、上記排出口の分布が均一であるため、燃料電池の
周囲の温度は均一に保たれるようになっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a fuel cell of this type, a power generation cell is composed of an anode, a solid electrolyte and a cathode, and separate plates are alternately stacked on the power generation cell. A solid oxide fuel cell in which the formed ribs distribute the fuel gas and the oxidizing gas individually to the anode and the cathode has been disclosed (JP-A-3-129675). In this fuel cell, the ribs are configured to flow the reactant gas radially from the center of the ribbed porous substrate toward the reactant gas outlet at the peripheral edge. Further, the reaction gas outlets are arranged so as to be evenly distributed around the periphery of the stack, which is a laminate of the separate plate and the power generation cell. Further, a fuel gas introduction pipe and an oxidizing gas introduction pipe are provided in the center of the stack so as to penetrate in the stacking direction, and the reaction gas is supplied to the separate plate from these introduction pipes. In the solid oxide fuel cell configured as described above, the reaction gas flows from the center of the stack toward the peripheral edge, so that a gas seal between the power generation cell and the separate plate is not required. Although the reaction gas discharged from the reaction gas discharge port burns around the fuel cell, the temperature distribution around the fuel cell is kept uniform because the distribution of the discharge port is uniform.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の特
開平3−129675号公報に示された固体電解質型燃
料電池では、燃料ガスを燃料ガス導入管に導入する前に
燃料電池外部の予熱器により予熱し、酸化剤ガスを酸化
剤ガス導入管に導入する前に燃料電池外部の予熱器によ
り予熱する必要があり、部品点数が増大するとともに装
置が大型化する不具合があった。また、上記従来の固体
電解質型燃料電池では、燃料ガス導入管及び酸化剤ガス
導入管が発電セル及びセパレート板の積層体であるスタ
ックの中央部に積層方向に貫通しているため、発電セル
の略中心に2個の孔を形成する必要があり、発電に寄与
する発電セルの表面積が上記2個の孔の面積分だけ小さ
くなって、発電効率が低下する不具合があった。また上
記従来の固体電解質型燃料電池では、アノード等とリブ
付多孔質基板とがリブのみで接触しているため、アノー
ド等のセパレート板との電子伝導性が低く、アノード等
とリブとが接触する部分近傍のみで反応が起こり易い。
即ち、上記リブ間の溝中央部分ではアノード等と接触し
ていないため、反応により生成した電子がリブに到達す
る前に、アノード等の電気抵抗により消滅してしまい、
発電セル全面で反応させることが難しい問題点もあっ
た。また、上記従来の固体電解質型燃料電池では、セパ
レート板のリブ付多孔質基材には反応ガスを所定の方向
に導くリブが形成されているため、発電に寄与する発電
セルの表面積がリブのアノード又はカソードへの接触面
積分だけ小さくなって、発電効率が低下する問題点もあ
った。更に、上記従来の固体電解質型燃料電池では、燃
料ガス導入管及び酸化剤ガス導入管を貫通させるための
通孔がスタックの中央部に形成されるため、燃料ガス導
入管及び酸化剤ガス導入管と上記通孔との隙間から燃料
ガス及び酸化剤ガスが漏れて混ざり燃焼してしまうおそ
れがあった。このため燃料電池の発電効率が低下する問
題点があった。なお、上記隙間にセラミックセメントを
充填する方法が固体電解質型燃料電池(特開平6−19
6198号)に記載されているけれども、完全にシール
することは難しかった。
However, in the conventional solid electrolyte fuel cell disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-129675, a preheater outside the fuel cell is introduced before the fuel gas is introduced into the fuel gas introduction pipe. Therefore, before the oxidizing gas is introduced into the oxidizing gas introducing pipe, it is necessary to preheat the fuel cell using a preheater outside the fuel cell, which increases the number of parts and increases the size of the apparatus. Further, in the conventional solid oxide fuel cell, the fuel gas introduction pipe and the oxidizing gas introduction pipe penetrate in the stacking direction at the center of the stack, which is a stack of the power generation cell and the separate plate. It is necessary to form two holes at substantially the center, and the surface area of the power generation cell contributing to power generation is reduced by the area of the two holes, resulting in a problem that power generation efficiency is reduced. Further, in the above-mentioned conventional solid oxide fuel cell, since the anode and the like and the porous substrate with ribs are in contact only with the ribs, the electron conductivity with the separate plate such as the anode is low, and the anode and the like contact the ribs. The reaction easily occurs only in the vicinity of the portion where the reaction occurs.
In other words, since the center of the groove between the ribs is not in contact with the anode or the like, before the electrons generated by the reaction reach the ribs, they disappear due to the electric resistance of the anode or the like,
There was also a problem that it was difficult to make the reaction take place over the entire power generation cell. Further, in the above-mentioned conventional solid oxide fuel cell, since the rib for guiding the reaction gas in a predetermined direction is formed on the ribbed porous substrate of the separate plate, the surface area of the power generation cell contributing to power generation is reduced. There is also a problem that the power generation efficiency is reduced due to the reduction by the contact area with the anode or the cathode. Furthermore, in the above-mentioned conventional solid oxide fuel cell, since a through hole for penetrating the fuel gas introduction pipe and the oxidant gas introduction pipe is formed in the center of the stack, the fuel gas introduction pipe and the oxidant gas introduction pipe are formed. There is a possibility that the fuel gas and the oxidizing gas leak from a gap between the fuel gas and the through-hole and mix and burn. Therefore, there is a problem that the power generation efficiency of the fuel cell is reduced. The method of filling the gap with ceramic cement is a solid oxide fuel cell (JP-A-6-19).
No. 6198), it was difficult to seal completely.

【0004】本発明の第1の目的は、燃料ガス及び酸化
剤ガスを予熱するための予熱器を不要にすることによ
り、部品点数を低減しかつ小型化を図ることができる、
固体酸化物型燃料電池を提供することにある。本発明の
第2の目的は、発電に寄与する発電セルの表面を全て発
電に寄与させることができ、また燃料ガス及び酸化剤ガ
スが発電セルに供給される前、即ち発電前に混ざって燃
焼することを防止でき、これらにより発電効率を向上で
きる、固体酸化物型燃料電池を提供することにある。本
発明の第3の目的は、起動時に昇温時間を短縮できると
ともに、均一な昇温により発電セルの損傷を防止でき
る、固体酸化物型燃料電池を提供することにある。本発
明の第4の目的は、燃料ガスの燃料極層内での流れを制
御することにより、燃料ガスと燃料極層との衝突回数を
増大することができ、また酸化剤ガスを酸化剤極層の全
体に略均一に流すことにより、発電セルを均一に加熱・
冷却できる、固体酸化物型燃料電池を提供することにあ
る。本発明の第5の目的は、ステンレス鋼製などのセパ
レータ、第1端板及び第2端板に燃料極集電体又は酸化
剤極集電体のいずれか一方又は双方を接合し、接合部分
が溶着されてその接合部分の酸化を防止することによ
り、セパレータ、第1端板又は第2端板と、燃料極集電
体又は酸化剤極集電体との長期的な電気的導通が得られ
る固体酸化物型燃料電池を提供することにある。本発明
の第6の目的は、燃料ガスを改質するための改質器を不
要にすることにより、部品点数を低減しかつ小型化を図
ることができる、固体酸化物型燃料電池を提供すること
にある。
A first object of the present invention is to eliminate the need for a preheater for preheating fuel gas and oxidizing gas, thereby reducing the number of parts and achieving downsizing.
An object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell. A second object of the present invention is to allow all surfaces of a power generation cell that contributes to power generation to contribute to power generation, and to mix and burn fuel gas and oxidizing gas before supply to the power generation cell, that is, before power generation. It is therefore an object of the present invention to provide a solid oxide fuel cell which can prevent the occurrence of the above and improve the power generation efficiency. A third object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell that can reduce the time required for temperature rise at the time of startup and can prevent damage to a power generation cell by uniform temperature rise. A fourth object of the present invention is to control the flow of the fuel gas in the fuel electrode layer so that the number of collisions between the fuel gas and the fuel electrode layer can be increased. Heating the power generation cell evenly by flowing the layer almost uniformly
It is to provide a solid oxide fuel cell that can be cooled. A fifth object of the present invention is to join one or both of a fuel electrode current collector and an oxidizer electrode current collector to a separator made of stainless steel or the like, a first end plate and a second end plate, and Is welded to prevent oxidation of the joint portion, thereby obtaining a long-term electrical connection between the separator, the first end plate or the second end plate, and the anode current collector or the oxidizer electrode current collector. To provide a solid oxide fuel cell. A sixth object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell capable of reducing the number of parts and reducing the size by eliminating the need for a reformer for reforming fuel gas. It is in.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
図1に示すように、酸化物イオン伝導体により形成され
た固体電解質層11aとこの固体電解質層11aの両面
に配設された燃料極層11b及び酸化剤極層11cとか
らなる発電セル11が(n+1)個(nは正の整数であ
る。)積層された固体酸化物型燃料電池10であって、
i番目(i=1,2,…,n)の発電セル11の燃料極
層11bとこの燃料極層11bに隣接する(i+1)番
目の発電セル11の酸化剤極層11cとの間に導電性材
料により板状に形成されたセパレータ12がそれぞれ1
枚ずつ合計n枚介装され、i番目の発電セル11の燃料
極層11bとj番目(j=1,2,…,n)のセパレー
タ12との間に導電性を有する多孔質の燃料極集電体1
3が介装され、(i+1)番目の発電セル11の酸化剤
極層11cとj番目のセパレータ12との間に導電性を
有する多孔質の酸化剤極集電体14が介装され、1番目
の発電セル11の酸化剤極層11cに酸化剤極集電体1
4を介して導電性材料により板状に形成された単一の第
1端板21が積層され、(n+1)番目の発電セル11
の燃料極層11bに燃料極集電体13を介して導電性材
料により板状に形成された単一の第2端板22が積層さ
れ、n枚のセパレータ12が燃料ガスをセパレータ12
外周面から導入して蛇行させながら略中心に流しかつセ
パレータ12の略中心から燃料極集電体13に向って吐
出させる燃料供給通路16と、酸化剤ガスをセパレータ
12外周面から導入して蛇行させながらセパレータ12
内を流しかつセパレータ12の酸化剤極集電体14に対
向する面から吐出させる酸化剤供給通路17とを有し、
単一の第1端板21が酸化剤ガスを第1端板21外周面
から導入して蛇行させながら第1端板21内を流しかつ
第1端板21の酸化剤極集電体14に対向する面から吐
出させる酸化剤供給通路27を有し、単一の第2端板2
2が燃料ガスを第2端板22外周面から蛇行させながら
略中心に流しかつ第2端板22の略中心から燃料極集電
体13に向って吐出させる燃料供給通路26を有するこ
とを特徴とする固体酸化物型燃料電池である。
According to the first aspect of the present invention,
As shown in FIG. 1, a power generation cell 11 including a solid electrolyte layer 11a formed of an oxide ion conductor and a fuel electrode layer 11b and an oxidant electrode layer 11c disposed on both surfaces of the solid electrolyte layer 11a is formed. (N + 1) (n is a positive integer) stacked solid oxide fuel cells 10,
Conduction between the fuel electrode layer 11b of the i-th (i = 1, 2,..., n) power generation cell 11 and the oxidant electrode layer 11c of the (i + 1) -th power generation cell 11 adjacent to the fuel electrode layer 11b. Each of the separators 12 formed of a conductive material in a plate shape has
A total of n fuel cells are interposed between the fuel electrode layer 11b of the i-th power generation cell 11 and the j-th (j = 1, 2,..., N) separator 12. Current collector 1
3, a porous oxidant electrode current collector 14 having conductivity is interposed between the oxidant electrode layer 11c of the (i + 1) -th power generation cell 11 and the j-th separator 12. The oxidant electrode current collector 1 is provided on the oxidant electrode layer 11c of the
4, a single first end plate 21 formed of a conductive material in a plate shape is laminated, and the (n + 1) -th power generation cell 11
A single second end plate 22 made of a conductive material is laminated on the fuel electrode layer 11b with the fuel electrode current collector 13 interposed therebetween, and the n separators 12
A fuel supply passage 16 that is introduced from the outer peripheral surface and flows to the approximate center while meandering, and is discharged from the approximate center of the separator 12 toward the anode current collector 13, and an oxidizing gas is introduced from the outer peripheral surface of the separator 12 to meander. Separator 12
An oxidizing agent supply passage 17 which flows through the inside and is discharged from a surface of the separator 12 facing the oxidizing electrode current collector 14,
The single first end plate 21 introduces the oxidizing gas from the outer peripheral surface of the first end plate 21 and flows in the first end plate 21 while meandering, and flows to the oxidizing electrode current collector 14 of the first end plate 21. A single second end plate 2 having an oxidant supply passage 27 for discharging from an opposing surface;
2 is characterized in that it has a fuel supply passage 26 for flowing the fuel gas to the approximate center while meandering from the outer peripheral surface of the second end plate 22 and discharging the fuel gas from the approximate center of the second end plate 22 toward the anode current collector 13. Is a solid oxide fuel cell.

【0006】この請求項1に記載された固体酸化物型燃
料電池では、燃料ガスを燃料供給通路16,26に導入
すると、燃料ガスは燃料供給通路16,26内を蛇行し
ながらセパレータ12及び第2端板22の略中心に向
う。運転中の燃料電池10は高温であるため、上記燃料
ガスは燃料供給通路16,26を通る間にセパレータ1
2及び第2端板22から熱を吸収し、燃料極層11bで
の反応に最適な温度に達する。この加熱された燃焼ガス
はセパレータ12及び第2端板22の略中心から燃料極
集電体13の中心に向って吐出し、燃料極集電体13内
を通過して燃料極層11bの略中心に供給され、更に燃
料極層11bの略中心から外周縁に向って流れる。一
方、酸化剤ガスを酸化剤供給通路17,27に導入する
と、酸化剤ガスは酸化剤供給通路17,27内を蛇行し
ながら流れる。運転中の燃料電池10は高温であるた
め、上記酸化剤ガスは酸化剤供給通路17,27を通る
間にセパレータ12及び第1端板21から熱を吸収し、
酸化剤極層11cでの反応に最適な温度に達する。この
加熱された酸化剤ガスはセパレータ12の酸化剤極集電
体14への対向面及び第1端板21の酸化剤極集電体1
4への対向面から吐出し、酸化剤極集電体14内を通過
して酸化剤極層11cに供給され、更に酸化剤極層11
c内を固体電解質層11aに沿って流れる。上記加熱さ
れた酸化剤ガスは酸化剤極層11cから電子を受け取っ
て速やかに酸化物イオンにイオン化され、この酸化物イ
オンは固体電解質層11a内を拡散移動して燃料極層1
1bとの界面近傍に到達する。これにより酸化物イオン
は上記加熱された燃料ガスと反応して速やかに反応生成
物を生じ、燃料極層11bに電子を放出するので、この
電子を燃料極集電体13から取り出すことにより電流が
発生し、電力が得られる。
In the solid oxide fuel cell according to the first aspect of the present invention, when the fuel gas is introduced into the fuel supply passages 16 and 26, the fuel gas meanders through the fuel supply passages 16 and 26 and the separator 12 and the second fuel gas. It faces substantially the center of the two end plates 22. Since the temperature of the fuel cell 10 during operation is high, the fuel gas flows through the fuel supply passages 16 and 26 while the separator 1
The heat is absorbed from the second and second end plates 22 and reaches a temperature optimum for the reaction in the fuel electrode layer 11b. The heated combustion gas is discharged from substantially the center of the separator 12 and the second end plate 22 toward the center of the anode current collector 13, passes through the inside of the anode current collector 13, and substantially passes through the anode layer 11 b. It is supplied to the center and further flows from the approximate center of the fuel electrode layer 11b toward the outer peripheral edge. On the other hand, when the oxidizing gas is introduced into the oxidizing agent supply passages 17 and 27, the oxidizing gas flows meandering in the oxidizing agent supply passages 17 and 27. Since the temperature of the fuel cell 10 during operation is high, the oxidant gas absorbs heat from the separator 12 and the first end plate 21 while passing through the oxidant supply passages 17 and 27,
The temperature reaches the optimum temperature for the reaction in the oxidant electrode layer 11c. The heated oxidant gas is supplied to the surface of the separator 12 facing the oxidant electrode current collector 14 and the oxidant electrode current collector 1 of the first end plate 21.
4 and is supplied to the oxidant electrode layer 11c through the inside of the oxidant electrode current collector 14, and further supplied to the oxidant electrode layer 11c.
It flows along the solid electrolyte layer 11a in c. The heated oxidant gas receives electrons from the oxidant electrode layer 11c and is quickly ionized into oxide ions, and the oxide ions diffuse and move in the solid electrolyte layer 11a, and move to the fuel electrode layer 1c.
1b. As a result, the oxide ions react with the heated fuel gas to quickly produce a reaction product and emit electrons to the fuel electrode layer 11b. Occurs and power is obtained.

【0007】請求項2に係る発明は、請求項1に係る発
明であって、更に図1〜図3に示すように、n枚のセパ
レータ12に形成された各酸化剤供給通路17が酸化剤
ガスをセパレータ12外周面から導入して蛇行させなが
らセパレータ12の酸化剤極集電体14に対向する面か
らシャワー状に略均一に吐出させるように構成され、単
一の第1端板21に形成された酸化剤供給通路27が酸
化剤ガスを第1端板21外周面から導入して蛇行させな
がら第1端板21の酸化剤極集電体14に対向する面か
らシャワー状に略均一に吐出させるように構成されたこ
とを特徴とする。請求項3に係る発明は、請求項2に係
る発明であって、更に図1〜図3に示すように、n枚の
セパレータ12に形成された酸化剤供給通路17が各セ
パレータ12の外周面に開口する単一の第1酸化剤穴1
7aと、この第1酸化剤穴17aに連通しセパレータ1
2内を蛇行する単一の第2酸化剤穴17bと、セパレー
タ12の酸化剤極集電体14に対向する面に所定の間隔
をあけかつ第2酸化剤穴17bに連通するように形成さ
れた多数の第3酸化剤穴17cとを有し、単一の第1端
板21に形成された酸化剤供給通路27が第1端板21
の外周面に開口する単一の第1酸化剤穴27aと、この
第1酸化剤穴27aに連通し第1端板21内を蛇行する
単一の第2酸化剤穴27bと、第1端板21の酸化剤極
集電体14に対向する面に所定の間隔をあけかつ第2酸
化剤穴27bに連通するように形成された多数の第3酸
化剤穴27cとを有することを特徴とする。この請求項
2又は3に記載された固体酸化物型燃料電池では、酸化
剤ガスが酸化剤供給通路17,27からシャワー状に酸
化剤極集電体14に向って略均一に吐出されるので、こ
の酸化剤ガスにより発電セル11を均一に加熱・冷却で
きる。また燃料電池10の発電中におけるジュール熱の
発生により、発電セル11が加熱されて設定温度より上
昇したときに、この設定温度より低い温度の酸化剤ガス
を上記酸化剤供給通路17,27から吐出させることに
より、発電セル11を均一に冷却できるので、発電セル
11の局所的な加熱又は冷却による損傷を防止できる。
The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein each of the oxidant supply passages 17 formed in the n sheets of separators 12 has an oxidant supply passage, as shown in FIGS. A gas is introduced from the outer peripheral surface of the separator 12 and is meandered while being discharged almost uniformly in a shower form from the surface of the separator 12 facing the oxidant electrode current collector 14. The formed oxidant supply passage 27 introduces the oxidant gas from the outer peripheral surface of the first end plate 21 and meanders, while showering substantially uniformly from the surface of the first end plate 21 facing the oxidant electrode current collector 14. Characterized in that it is configured to discharge the ink. The invention according to claim 3 is the invention according to claim 2, wherein the oxidizing agent supply passage 17 formed in the n sheets of separators 12 has an outer peripheral surface of each of the separators 12, as shown in FIGS. Single oxidizer hole 1 opening in
7a and the first oxidant hole 17a.
A single second oxidizing agent hole 17b meandering inside 2 and a surface of separator 12 facing oxidizing electrode current collector 14 are formed at a predetermined interval and communicate with second oxidizing agent hole 17b. Oxidant supply passages 27 formed in a single first end plate 21 having a large number of third oxidant holes 17c.
A single first oxidizing agent hole 27a opening in the outer peripheral surface of the first oxidizing agent hole, a single second oxidizing agent hole 27b communicating with the first oxidizing agent hole 27a and meandering in the first end plate 21; The plate 21 has a large number of third oxidant holes 27c formed at a predetermined interval on the surface facing the oxidant electrode current collector 14 so as to communicate with the second oxidant holes 27b. I do. In the solid oxide fuel cell according to the second or third aspect, the oxidizing gas is discharged from the oxidizing agent supply passages 17 and 27 in a shower shape to the oxidizing electrode current collector 14 substantially uniformly. The oxidant gas can uniformly heat and cool the power generation cell 11. In addition, when the power generation cell 11 is heated and rises above a set temperature due to generation of Joule heat during power generation of the fuel cell 10, an oxidant gas having a temperature lower than the set temperature is discharged from the oxidant supply passages 17 and 27. By doing so, the power generation cell 11 can be cooled uniformly, so that damage due to local heating or cooling of the power generation cell 11 can be prevented.

【0008】請求項4に係る発明は、請求項1に係る発
明であって、更に図6に示すように、n枚のセパレータ
52に形成された酸化剤供給通路57が各セパレータ5
2の外周面に開口する単一の第1酸化剤穴57aと、こ
の第1酸化剤穴57aに連通しセパレータ52内を蛇行
しながら略中心に向う単一の第2酸化剤穴57bと、こ
の第2酸化剤穴57bに連通しかつ酸化剤極集電体14
の略中心に臨む単一の第3酸化剤穴57cとを有し、第
1端板61に形成された酸化剤供給通路67が第1端板
61の外周面に開口する単一の第1酸化剤穴67aと、
この第1酸化剤穴67aに連通し第1端板61内を蛇行
しながら略中心に向う単一の第2酸化剤穴67bと、こ
の第2酸化剤穴67bに連通しかつ酸化剤極集電体14
の略中心に臨む単一の第3酸化剤穴67cとを有するこ
とを特徴とする。この請求項4に記載された固体酸化物
型燃料電池では、酸化剤供給通路57,67が比較的単
純な形状であるため、セパレータ52及び第1端板61
の製作工数を低減することができる。
The invention according to a fourth aspect is the invention according to the first aspect, and furthermore, as shown in FIG.
A single first oxidizing agent hole 57a opening on the outer peripheral surface of the second oxidizing agent hole 2, a single second oxidizing agent hole 57b communicating with the first oxidizing agent hole 57a and meandering in the separator 52 toward the center; The oxidant electrode current collector 14 communicates with the second oxidant hole 57b.
And a single third oxidant hole 57c facing substantially the center of the first end plate 61, and an oxidant supply passage 67 formed in the first end plate 61 is opened on the outer peripheral surface of the first end plate 61. An oxidant hole 67a;
A single second oxidizing agent hole 67b communicating with the first oxidizing agent hole 67a and meandering in the first end plate 61 and substantially toward the center; an oxidizing agent collector communicating with the second oxidizing agent hole 67b; Electric body 14
And a single third oxidizing agent hole 67c facing substantially the center of the hole. In the solid oxide fuel cell according to the fourth aspect, since the oxidant supply passages 57 and 67 have a relatively simple shape, the separator 52 and the first end plate 61 are provided.
Can reduce the number of manufacturing steps.

【0009】請求項5に係る発明は、請求項1ないし4
いずれかに係る発明であって、更に図1〜図3に示すよ
うに、燃料供給通路16,26及び酸化剤供給通路1
7,27のいずれにも連通しないようにn枚のセパレー
タ12、単一の第1端板21及び単一の第2端板22の
それぞれに複数の挿入穴12aが形成され、複数の挿入
穴12aにヒータ23又はヒータ23及び温度センサが
それぞれ挿入されたことを特徴とする。この請求項5に
記載された固体酸化物型燃料電池では、燃料電池10の
起動時に、ヒータ23に通電することにより発電セル1
1を速やかに昇温できるので、昇温時間を短縮できる。
また発電セル11が均一に昇温し、発電セル11の中心
と外周縁との温度差がなくなって均一に熱膨張するた
め、発電セル11の損傷を防止できる。更に温度センサ
の検出出力に基づいてヒータを制御すれば、セパレータ
等の温度をきめ細かく制御できる。
The invention according to claim 5 is the invention according to claims 1 to 4.
The fuel supply passages 16 and 26 and the oxidant supply passage 1 as shown in FIGS.
A plurality of insertion holes 12a are formed in each of the n separators 12, the single first end plate 21 and the single second end plate 22 so as not to communicate with any one of the insertion holes 7 and 27. The heater 23 or the heater 23 and the temperature sensor are respectively inserted into 12a. In the solid oxide fuel cell according to the fifth aspect, when the fuel cell 10 is started, the power is supplied to the heater 23 to generate the power generation cell 1.
Since the temperature of 1 can be raised quickly, the time required for raising the temperature can be shortened.
Further, since the temperature of the power generation cell 11 is uniformly increased and the temperature difference between the center and the outer peripheral edge of the power generation cell 11 is eliminated and the thermal expansion is performed uniformly, the damage of the power generation cell 11 can be prevented. Further, if the heater is controlled based on the detection output of the temperature sensor, the temperature of the separator and the like can be finely controlled.

【0010】請求項6に係る発明は、請求項1ないし4
いずれかに係る発明であって、更に燃料供給通路及び酸
化剤供給通路のいずれにも連通しないようにn枚のセパ
レータ、単一の第1端板及び単一の第2端板のそれぞれ
に複数の軽量化穴が形成されたことを特徴とする。この
請求項6に記載された固体酸化物型燃料電池では、軽量
化穴の形成によりセパレータ、第1端板及び第2端板の
重量を小さくできるので、燃料電池の軽量化を図ること
ができる。
The invention according to claim 6 is the invention according to claims 1 to 4
The invention according to any one of the above, further comprising a plurality of n separators, a single first end plate and a single second end plate, each of which is not connected to any of the fuel supply passage and the oxidant supply passage. Characterized in that a lightening hole is formed. In the solid oxide fuel cell according to the sixth aspect, the weight of the separator, the first end plate, and the second end plate can be reduced by forming the lightening holes, so that the weight of the fuel cell can be reduced. .

【0011】請求項7に係る発明は、請求項1ないし6
いずれかに係る発明であって、更に図1及び図4に示す
ように、n枚のセパレータ12の燃料極集電体13への
対向面及び単一の第2端板22の燃料極集電体13への
対向面に、各セパレータ12及び第2端板22の中心か
ら渦巻き状に延びる複数のスリット12b,22bがそ
れぞれ形成されたことを特徴とする。この請求項7に記
載された固体酸化物型燃料電池では、セパレータ12の
燃料極集電体13への対向面及び第2端板22の燃料極
集電体13への対向面に渦巻き状に複数のスリット12
b,22bをそれぞれ形成したので、燃料ガスがスリッ
ト12b,22bに沿って渦巻き状に流れ、燃料ガスの
反応経路が長くなる。この結果、燃料ガスと燃料極層1
1bとの衝突回数が増え、燃料電池10の出力を向上で
きる。
The invention according to claim 7 is the invention according to claims 1 to 6
As shown in FIGS. 1 and 4, the surfaces of the n separators 12 facing the anode current collector 13 and the anode current collection of the single second end plate 22 are further described. A plurality of slits 12b and 22b spirally extending from the center of each separator 12 and the second end plate 22 are formed on the surface facing the body 13, respectively. In the solid oxide fuel cell according to the seventh aspect, the separator 12 faces the anode current collector 13 and the second end plate 22 faces the anode current collector 13 in a spiral shape. Multiple slits 12
Since b and 22b are respectively formed, the fuel gas flows spirally along the slits 12b and 22b, and the reaction path of the fuel gas becomes longer. As a result, the fuel gas and the fuel electrode layer 1
The number of collisions with the fuel cell 1b increases, and the output of the fuel cell 10 can be improved.

【0012】請求項8に係る発明は、請求項1ないし6
いずれかに係る発明であって、更に図8に示すように、
n枚のセパレータ52の燃料極集電体13への対向面及
び単一の第2端板62の燃料極集電体13への対向面
に、各セパレータ52及び第2端板62の中心から放射
状に延びる複数のスリット52b,62bがそれぞれ形
成されたことを特徴とする。この請求項8に記載された
固体酸化物型燃料電池では、セパレータ52の燃料極集
電体13への対向面及び第2端板62の燃料極集電体1
3への対向面に放射状に複数のスリット52b,62b
をそれぞれ形成したので、燃料ガスがスリット52b,
62bに沿って放射状に流れ、燃料ガスの反応経路が比
較的長くなる。この結果、燃料ガスと燃料極層11bと
の衝突回数が比較的多くなり、燃料電池50の出力を向
上できる。
The invention according to claim 8 is the invention according to claims 1 to 6
The invention according to any of the above, and as shown in FIG.
From the center of each of the separators 52 and the second end plate 62 to the surface of the n sheets of the separator 52 facing the anode current collector 13 and the surface of the single second end plate 62 facing the anode current collector 13. A plurality of radially extending slits 52b, 62b are formed. In the solid oxide fuel cell according to the eighth aspect, the surface of the separator 52 facing the anode current collector 13 and the anode current collector 1 of the second end plate 62.
A plurality of slits 52b, 62b radially on the surface facing
Respectively, so that the fuel gas flows through the slits 52b,
The fuel gas flows radially along 62b, and the reaction path of the fuel gas becomes relatively long. As a result, the number of collisions between the fuel gas and the fuel electrode layer 11b becomes relatively large, and the output of the fuel cell 50 can be improved.

【0013】請求項9に係る発明は、請求項1ないし8
いずれかに係る発明であって、更に図7及び図8に示す
ように、n枚のセパレータ52の酸化剤極集電体14へ
の対向面及び単一の第1端板61の酸化剤極集電体14
への対向面に、各セパレータ52及び第1端板61の中
心から放射状に複数のスリット52b,61bがそれぞ
れ形成されたことを特徴とする。この請求項9に記載さ
れた固体酸化物型燃料電池では、セパレータ52の酸化
剤極集電体14への対向面及び第1端板61の酸化剤極
集電体14への対向面に放射状に複数のスリット52
b,61bをそれぞれ形成したので、酸化剤ガスがスリ
ット52b,61bに沿って放射状に流れ、酸化剤ガス
の反応経路が比較的長くなる。この結果、酸化剤ガスと
酸化剤極層11cとの衝突回数が比較的多くなり、燃料
電池50の出力を向上できる。
The invention according to claim 9 is the invention according to claims 1 to 8
As shown in FIGS. 7 and 8, the opposing surfaces of the n separators 52 facing the oxidant electrode current collector 14 and the oxidant electrodes of the single first end plate 61 are further described. Current collector 14
A plurality of slits 52b and 61b are formed radially from the center of each separator 52 and the first end plate 61 on the surface facing the. In the solid oxide fuel cell according to the ninth aspect, the surface of the separator 52 facing the oxidant electrode current collector 14 and the surface of the first end plate 61 facing the oxidant electrode current collector 14 are radiated. Multiple slits 52
Since the b and 61b are respectively formed, the oxidizing gas flows radially along the slits 52b and 61b, and the reaction path of the oxidizing gas becomes relatively long. As a result, the number of collisions between the oxidant gas and the oxidant electrode layer 11c becomes relatively large, and the output of the fuel cell 50 can be improved.

【0014】請求項10に係る発明は、請求項1ないし
9いずれかに係る発明であって、更に図1に示すよう
に、燃料極集電体13がニッケルめっき、銀めっき若し
くは銅めっきされたステンレス鋼、ニッケル基合金又は
クロム基合金、或いはニッケル、銀又は銅により形成さ
れ、酸化剤極集電体14が銀めっき若しくは白金めっき
されたステンレス鋼、ニッケル基合金又はクロム基合
金、或いは銀又は白金により形成され、n枚のセパレー
タ12、第1端板21及び第2端板22がステンレス
鋼、ニッケル基合金又はクロム基合金によりそれぞれ形
成され、燃料極集電体13が各セパレータ12及び第2
端板22にそれぞれ接合され、酸化剤極集電体14が各
セパレータ12及び第1端板21にそれぞれ接合された
ことを特徴とする。この請求項10に記載された固体酸
化物型燃料電池では、セパレータ12及び第1端板21
が高温で酸化剤ガス(高温酸化雰囲気)に曝されても、
セパレータ12及び酸化剤極集電体14の接合部分と、
第1端板21及び酸化剤極集電体14の溶着された接合
部分が溶着されているため、これらの接合部分の酸化を
防止できる。この結果、セパレータ12及び燃料極集電
体13の電気的導通と、第2端板22及び燃料極集電体
13の電気的導通のみならず、セパレータ12及び酸化
剤極集電体14の電気的導通と、第1端板21及び酸化
剤極集電体14の電気的導通を上記接合部分を通して長
期間保持できる。また予め燃料極集電体13を各セパレ
ータ12及び第2端板22にそれぞれ接合し、酸化剤極
集電体14を各セパレータ12及び第1端板21にそれ
ぞれ接合したので、燃料電池10の組立作業時間を短縮
し、組立作業性を向上できる。
The invention according to claim 10 is the invention according to any one of claims 1 to 9, wherein the anode current collector 13 is further plated with nickel, silver or copper as shown in FIG. Stainless steel, nickel-based alloy or chromium-based alloy, or stainless steel formed of nickel, silver or copper, and the oxidant electrode current collector 14 is plated with silver or platinum, nickel-based alloy or chromium-based alloy, or silver or The n number of separators 12, the first end plate 21 and the second end plate 22 are formed of stainless steel, a nickel-based alloy or a chromium-based alloy, respectively, and the anode current collector 13 is formed of platinum. 2
The oxidant electrode current collector 14 is joined to each of the end plates 22 and the separator 12 and the first end plate 21 respectively. In the solid oxide fuel cell according to claim 10, the separator 12 and the first end plate 21
Is exposed to oxidizing gas (high temperature oxidizing atmosphere) at high temperature,
A junction between the separator 12 and the oxidant electrode current collector 14,
Since the welded portions of the first end plate 21 and the oxidant electrode current collector 14 are welded, oxidation of these welded portions can be prevented. As a result, not only the electrical continuity of the separator 12 and the anode current collector 13 and the electrical continuity of the second end plate 22 and the anode current collector 13 but also the electrical connection of the separator 12 and the oxidant electrode current collector 14 are obtained. The electrical connection and the electrical connection between the first end plate 21 and the oxidant electrode current collector 14 can be maintained for a long period of time through the joint. Further, since the anode current collector 13 was previously joined to each of the separators 12 and the second end plate 22, and the oxidant electrode current collector 14 was joined to each of the separators 12 and the first end plate 21, respectively. The assembly work time can be shortened, and the assembly workability can be improved.

【0015】請求項11に係る発明は、請求項1ないし
10いずれかに係る発明であって、更に、n枚のセパレ
ータの表面、単一の第1端板の表面及び単一の第2端板
の表面にニッケルめっき,クロムめっき又は銀めっきが
それぞれ施されたことを特徴とする。この請求項11に
記載された固体酸化物型燃料電池では、セパレータ、第
1端板及び第2端板と、燃料極集電体及び酸化剤極集電
体との電気的導通を更に長期間保持できる。
An eleventh aspect of the present invention is the invention according to any one of the first to tenth aspects, further comprising a surface of n separators, a surface of a single first end plate, and a single second end plate. Nickel plating, chromium plating or silver plating is applied to the surface of the plate. In the solid oxide fuel cell according to the eleventh aspect, electrical continuity between the separator, the first end plate, and the second end plate, and the fuel electrode current collector and the oxidant electrode current collector is further extended. Can hold.

【0016】請求項12に係る発明は、請求項1ないし
11いずれかに係る発明であって、更に燃料供給通路に
燃料ガスが流通可能な密度で改質粒子が充填されたこと
を特徴とする。この請求項12に記載された固体酸化物
型燃料電池では、燃料ガスが燃料供給通路で改質粒子に
より改質されるので、従来、燃料電池外部に設けられて
いた改質器が不要になる。また上記改質粒子はNi、N
iO、Al23、SiO2、MgO、CaO、Fe
23、Fe34、V23、NiAl24、ZrO2、S
iC、Cr23、ThO2、Ce23、B23、Mn
2、ZnO、Cu、BaO及びTiO2からなる群より
選ばれた1種又は2種以上を含む元素又は酸化物により
形成されることが好ましい。
A twelfth aspect of the present invention is the invention according to any one of the first to eleventh aspects, further characterized in that the fuel supply passage is filled with modified particles at a density at which fuel gas can flow. . In the solid oxide fuel cell according to the twelfth aspect, since the fuel gas is reformed by the reformed particles in the fuel supply passage, the reformer conventionally provided outside the fuel cell becomes unnecessary. . The modified particles are Ni, N
iO, Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, CaO, Fe
2 O 3 , Fe 3 O 4 , V 2 O 3 , NiAl 2 O 4 , ZrO 2 , S
iC, Cr 2 O 3 , ThO 2 , Ce 2 O 3 , B 2 O 3 , Mn
It is preferably formed of an element or an oxide containing one or more selected from the group consisting of O 2 , ZnO, Cu, BaO and TiO 2 .

【0017】請求項14又は15に係る発明は、図1〜
図3に示すように、酸化剤供給通路17,27が酸化剤
ガスを外周面から導入して蛇行させながら酸化剤極集電
体14に対向する面からシャワー状に略均一に吐出させ
るように構成されたセパレータ又は第1端板である。請
求項16又は17に係る発明は、請求項14又は15に
係る発明であって、更に図1〜図3に示すように、酸化
剤供給通路17,27が外周面に開口する単一の第1酸
化剤穴17a,27aと、この第1酸化剤穴17a,2
7aに連通しかつ蛇行する単一の第2酸化剤穴17b,
27bと、酸化剤極集電体14に対向する面に所定の間
隔をあけかつ第2酸化剤穴17b,27bに連通するよ
うに形成された多数の第3酸化剤穴17c,27cとを
有するセパレータ又は第1端板である。この請求項14
ないし17いずれかに記載されたセパレータ又は第1端
板では、酸化剤ガスが酸化剤供給通路17,27からシ
ャワー状に酸化剤極集電体14に向って略均一に吐出さ
れるので、この酸化剤ガスにより発電セル11を均一に
加熱・冷却できる。また燃料電池10の発電中における
ジュール熱の発生により、発電セル11が加熱されて設
定温度より上昇したときに、この設定温度より僅かに低
い温度の酸化剤ガスを上記酸化剤供給通路17,27か
ら吐出させることにより、発電セル11を均一に冷却で
きるので、発電セル11の局所的な加熱又は冷却による
損傷を防止できる。
The invention according to claim 14 or 15 is shown in FIGS.
As shown in FIG. 3, the oxidizing agent supply passages 17 and 27 introduce the oxidizing gas from the outer peripheral surface and meander the oxidizing gas so that the oxidizing gas is discharged almost uniformly in a shower form from the surface facing the oxidizing electrode current collector 14. The configured separator or first end plate. The invention according to claim 16 or 17 is the invention according to claim 14 or 15, and furthermore, as shown in FIG. 1 to FIG. The first oxidizing agent holes 17a, 27a and the first oxidizing agent holes 17a, 27a
7a, a single second oxidant hole 17b meandering and meandering;
27b, and a plurality of third oxidant holes 17c, 27c formed at predetermined intervals on the surface facing the oxidant electrode current collector 14 and formed to communicate with the second oxidant holes 17b, 27b. It is a separator or a first end plate. Claim 14
In the separator or the first end plate described in any one of (1) to (17), the oxidizing gas is almost uniformly discharged from the oxidizing agent supply passages 17 and 27 in a shower shape toward the oxidizing electrode current collector 14. The power generation cell 11 can be uniformly heated and cooled by the oxidant gas. Also, when the power generation cell 11 is heated by the generation of Joule heat during the power generation of the fuel cell 10 and rises above the set temperature, the oxidant gas having a temperature slightly lower than the set temperature is supplied to the oxidant supply passages 17 and 27. Since the power generation cell 11 can be uniformly cooled by discharging the power generation cell, damage due to local heating or cooling of the power generation cell 11 can be prevented.

【0018】請求項18又は19に係る発明は、図1〜
図3に示すように、燃料供給通路16,26が燃料ガス
を外周面から導入して蛇行させながら略中心から燃料極
集電体13に向って吐出させるように構成されたセパレ
ータ又は第2端板である。この請求項18又は19に記
載されたセパレータ又は第2端板では、燃料供給通路1
6,26に導入された燃料ガスは燃料供給通路16,2
6内を蛇行しながらセパレータ12及び第2端板22の
略中心に向う。運転中の燃料電池10は高温であるた
め、上記燃料ガスは燃料供給通路16,26を通る間に
セパレータ12及び第2端板22から熱を吸収し、燃料
極層11bでの反応に最適な温度に達する。
The invention according to claim 18 or 19 is shown in FIGS.
As shown in FIG. 3, the fuel supply passages 16 and 26 introduce the fuel gas from the outer peripheral surface and meander and discharge the fuel gas from the approximate center toward the anode current collector 13 while discharging the fuel gas from the center. It is a board. In the separator or the second end plate according to claim 18 or 19, the fuel supply passage 1 is provided.
Fuel gas introduced into the fuel supply passages 16 and 26
6 while being meandering, the separator 6 and the second end plate 22 are directed substantially to the center. Since the temperature of the fuel cell 10 during operation is high, the fuel gas absorbs heat from the separator 12 and the second end plate 22 while passing through the fuel supply passages 16 and 26, and is optimal for the reaction in the fuel electrode layer 11b. Reach temperature.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】次に本発明の第1の実施の形態を
図面に基づいて説明する。図1〜図4に示すように、発
電セル11は円板状の固体電解質層11aと、この固体
電解質層11aの両面に配設された円板状の燃料極層1
1b及び空気極層11c(酸化剤極層)とからなり、固
体酸化物型燃料電池10は上記発電セル11を(n+
1)個積層することにより構成される。ここで、nは正
の整数である。i番目(i=1,2,…,n)の発電セ
ル11の燃料極層11bとこの燃料極層11bに隣接す
る(i+1)番目の発電セル11の空気極層11cとの
間には、導電性材料により上記燃料極層11b及び空気
極層11cの直径を1辺とする正方形板状に形成された
セパレータ12がそれぞれ1枚ずつ合計n枚介装され
る。またi番目の発電セル11の燃料極層11bとj番
目(j=1,2,…,n)のセパレータ12との間に
は、上記燃料極層11b及び空気極層11cと同一外径
の円板状に形成されかつ導電性を有する多孔質の燃料極
集電体13が介装され、(i+1)番目の発電セル11
の空気極層11cとj番目のセパレータ12との間に
は、上記燃料極層11b及び空気極層11cと同一外径
の円板状に形成されかつ導電性を有する多孔質の空気極
集電体14(酸化剤極集電体)が介装される。更に1番
目の発電セル11の空気極層11cには、空気極集電体
14を介して導電性材料によりセパレータ12と同一の
正方形状に形成された単一の第1端板21が積層され、
(n+1)番目の発電セル11の燃料極層11bには、
燃料極集電体13を介して導電性材料によりセパレータ
12と同一の正方形状に形成された単一の第2端板22
が積層される。なお、固体電解質層、燃料極層、空気極
層、燃料極集電体及び空気極集電体は円板状ではなく、
四角形板状、六角形板状、八角形板状等の多角形板状に
形成してもよい。また、セパレータ、第1端板及び第2
端板は正方形板状ではなく、円板状、或いは長方形板
状、六角形板状、八角形板状等の多角形板状に形成して
もよい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 to 4, the power generation cell 11 includes a disc-shaped solid electrolyte layer 11 a and disc-shaped fuel electrode layers 1 disposed on both surfaces of the solid electrolyte layer 11 a.
1b and an air electrode layer 11c (oxidizer electrode layer), and the solid oxide fuel cell 10
1) It is configured by stacking individual pieces. Here, n is a positive integer. Between the fuel electrode layer 11b of the i-th (i = 1, 2,..., n) power generation cell 11 and the air electrode layer 11c of the (i + 1) -th power generation cell 11 adjacent to the fuel electrode layer 11b, A total of n separators 12 each of which is formed of a conductive material and has a square plate shape with one side of the fuel electrode layer 11b and the air electrode layer 11c as one side are interposed. Further, between the fuel electrode layer 11b of the i-th power generation cell 11 and the j-th (j = 1, 2,..., N) separator 12, a fuel cell having the same outer diameter as the fuel electrode layer 11b and the air electrode layer 11c is provided. A (i + 1) -th power generation cell 11 is provided with a porous fuel electrode current collector 13 formed in a disc shape and having conductivity.
Is formed between the air electrode layer 11c and the j-th separator 12 in the form of a disk having the same outer diameter as the fuel electrode layer 11b and the air electrode layer 11c, and is a porous air electrode current collector having conductivity. A body 14 (oxidant electrode current collector) is interposed. Further, on the air electrode layer 11c of the first power generation cell 11, a single first end plate 21 formed in the same square shape as the separator 12 by a conductive material is stacked via the air electrode current collector 14. ,
In the fuel electrode layer 11b of the (n + 1) -th power generation cell 11,
A single second end plate 22 formed of the same square shape as the separator 12 by a conductive material via the anode current collector 13
Are laminated. The solid electrolyte layer, fuel electrode layer, air electrode layer, fuel electrode current collector and air electrode current collector are not disc-shaped,
It may be formed in a polygonal plate shape such as a square plate shape, a hexagonal plate shape, and an octagonal plate shape. In addition, the separator, the first end plate and the second
The end plate may be formed not in a square plate shape but in a disc shape, or a polygonal plate shape such as a rectangular plate shape, a hexagonal plate shape, and an octagonal plate shape.

【0020】固体電解質層11aは酸化物イオン伝導体
により形成される。具体的には、一般式(1):Ln1
A Ga B1 B2 B3 Oで示される酸化物イオン伝
導体である。但し、上記一般式(1)において、Ln1
はLa,Ce,Pr,Nd及びSmからなる群より選ば
れた1種又は2種以上の元素であって43.6〜51.
2重量%含まれ、AはSr,Ca及びBaからなる群よ
り選ばれた1種又は2種以上の元素であって5.4〜1
1.1重量%含まれ、Gaは20.0〜23.9重量%
含まれ、B1はMg,Al及びInからなる群より選ば
れた1種又は2種以上の元素であり、B2はCo,F
e,Ni及びCuからなる群より選ばれた1種又は2種
以上の元素であり、B3はAl,Mg,Co,Ni,F
e,Cu,Zn,Mn及びZrからなる群より選ばれた
1種又は2種以上の元素であり、B1とB3又はB2と
B3がそれぞれ同一の元素でないとき、B1は1.21
〜1.76重量%含まれ、B2は0.84〜1.26重
量%含まれ、B3は0.23〜3.08重量%含まれ、
B1とB3又はB2とB3がそれぞれ同一の元素である
とき、B1の含有量とB3の含有量の合計が1.41〜
2.70重量%であり、B2の含有量とB3の含有量の
合計が1.07〜2.10重量%である。
The solid electrolyte layer 11a is formed of an oxide ion conductor. Specifically, the general formula (1): Ln1
An oxide ion conductor represented by A Ga B1 B2 B3 O. However, in the above general formula (1), Ln1
Is one or more elements selected from the group consisting of La, Ce, Pr, Nd and Sm, and is 43.6 to 51.
A is one or more elements selected from the group consisting of Sr, Ca and Ba, and 5.4 to 1
1.1% by weight, and Ga is 20.0 to 23.9% by weight.
B1 is one or more elements selected from the group consisting of Mg, Al and In, and B2 is Co, F
e, one or more elements selected from the group consisting of Ni and Cu, and B3 is Al, Mg, Co, Ni, F
e, one or two or more elements selected from the group consisting of Cu, Zn, Mn and Zr, and when B1 and B3 or B2 and B3 are not the same element, B1 is 1.21
11.76% by weight, B2 0.840.81.26% by weight, B3 0.23〜3.08% by weight,
When B1 and B3 or B2 and B3 are the same element, the total of the content of B1 and the content of B3 is 1.41 to
2.70% by weight, and the total of the B2 content and the B3 content is 1.07 to 2.10% by weight.

【0021】また固体電解質層11aを一般式(2):
Ln11-x x Ga1-y-z-w B1yB2z B3w 3-d
示される酸化物イオン伝導体により形成してもよい。但
し、上記一般式(2)において、Ln1はLa,Ce,
Pr,Nd及びSmからなる群より選ばれた1種又は2
種以上の元素であって、AはSr,Ca及びBaからな
る群より選ばれた1種又は2種以上の元素であって、B
1はMg,Al及びInからなる群より選ばれた1種又
は2種以上の元素であって、B2はCo,Fe,Ni及
びCuからなる群より選ばれた1種又は2種以上の元素
であって、B3はAl,Mg,Co,Ni,Fe,C
u,Zn,Mn及びZrからなる群より選ばれた1種又
は2種以上の元素であって、xは0.05〜0.3、y
は0.025〜0.29、zは0.01〜0.15、w
は0.01〜0.15、y+z+wは0.035〜0.
3及びdは0.04〜0.3である。上記のような酸化
物イオン伝導体にて固体電解質層11aを形成すること
により、燃料電池10の発電効率を低下させずに、発電
運転を650±50℃と比較的低温で行うことが可能と
なる。
The solid electrolyte layer 11a is represented by the following general formula (2):
Ln1 1-x A x Ga 1 -yzw B1 y B2 z B3 w O in 3-d may be formed of an oxide ion conductor represented. However, in the general formula (2), Ln1 is La, Ce,
One or two selected from the group consisting of Pr, Nd and Sm
A is one or more elements selected from the group consisting of Sr, Ca, and Ba;
1 is one or more elements selected from the group consisting of Mg, Al and In, and B2 is one or more elements selected from the group consisting of Co, Fe, Ni and Cu Where B3 is Al, Mg, Co, Ni, Fe, C
one or more elements selected from the group consisting of u, Zn, Mn and Zr, wherein x is 0.05 to 0.3, y
Is 0.025 to 0.29, z is 0.01 to 0.15, w
Is 0.01-0.15, and y + z + w is 0.035-0.
3 and d are 0.04 to 0.3. By forming the solid electrolyte layer 11a with the oxide ion conductor as described above, the power generation operation can be performed at a relatively low temperature of 650 ± 50 ° C. without lowering the power generation efficiency of the fuel cell 10. Become.

【0022】燃料極層11bはNi等の金属により構成
されたり、又はNi−YSZ等のサーメットにより構成
されたり、或いはNiと一般式(3):Ce1-mm
2で表される化合物との混合体により多孔質に形成され
る。但し、上記一般式(3)において、DはSm,G
d,Y及びCaからなる群より選ばれた1種又は2種以
上の元素であり、mはD元素の原子比であり、0.05
〜0.4、好ましくは0.1〜0.3の範囲に設定され
る。
The fuel electrode layer 11b is made of a metal such as Ni, a cermet such as Ni-YSZ, or Ni and a general formula (3): Ce 1-m D m O.
It is formed porous by a mixture with the compound represented by 2 . However, in the above general formula (3), D is Sm, G
one or more elements selected from the group consisting of d, Y, and Ca; m is the atomic ratio of the D element;
To 0.4, preferably 0.1 to 0.3.

【0023】空気極層11cは一般式(4):Ln2
1-x Ln3x1-y Coy3+dで示される酸化物イオ
ン伝導体により多孔質に形成される。 但し、上記一般
式(4)において、Ln2はLa又はSmのいずれか一
方又は双方の元素であり、Ln3はBa,Ca又はSr
のいずれか一方又は双方の元素であり、EはFe又はC
uのいずれか一方又は双方の元素である。またxはLn
3の原子比であり、0.5を越え1.0未満の範囲に設
定される。yはCo元素の原子比であり、0を越え1.
0以下、好ましくは0.5以上1.0以下の範囲に設定
される。dは−0.5以上0.5以下の範囲に設定され
る。
The air electrode layer 11c has a general formula (4): Ln2
It is formed on the porous of an oxide ion conductor represented by 1-x Ln3 x E 1- y Co y O 3 + d. However, in the above general formula (4), Ln2 is one or both elements of La and Sm, and Ln3 is Ba, Ca or Sr
E is Fe or C
u is one or both elements. X is Ln
It is an atomic ratio of 3 and is set in a range of more than 0.5 and less than 1.0. y is the atomic ratio of the Co element, and exceeds 0 to 1.
0 or less, preferably 0.5 or more and 1.0 or less. d is set in a range from -0.5 to 0.5.

【0024】上記発電セル11の製造方法の一例をここ
に示す。先ず原料粉末として、La 23,SrCO3
Ga23,MgO,CoOの各粉末をLa0.8Sr0.2
0.8Mg0.15Co0.052.8となるように秤量して混合
した後に、1100℃で予備焼成して仮焼体を作製す
る。次いでこの仮焼体を粉砕した後に、所定のバイン
ダ、溶剤などを加えて混合することによりスラリーを調
製し、このスラリーをドクタブレード法によりグリーン
シートを作製する。次にこのグリーンシートを空気中で
十分に乾燥し、所定の寸法に切出した後に、1450℃
で焼結することにより固体電解質層11aを得る。この
固体電解質層11aの一方の面に、Niと(Ce0.8
0.2)O2が体積比で6:4となるように、NiO粉末
と(Ce0.8Sm0.2)O2粉末とを混合した後に、この
混合粉末を1100℃で焼付けることにより燃料極層1
1bを形成する。更に上記固体電解質層11aの他方の
面に(Sm0.5Sr0.5)CoO3を1000℃で焼付け
ることにより空気極層11cを形成する。このようにし
て発電セル11が作製される。
An example of a method for manufacturing the power generation cell 11 will now be described.
Shown in First, as raw material powder, La TwoOThree, SrCOThree,
GaTwoOThreeLa, MgO and CoO powders0.8Sr0.2G
a0.8Mg0.15Co0.05O2.8Weigh and mix so that
And then calcined at 1100 ° C to produce a calcined body
You. Next, after the calcined body is crushed,
Slurry by adding and mixing
The slurry is greened by the doctor blade method.
Make a sheet. Next, put this green sheet in the air
After drying sufficiently and cutting out to predetermined dimensions, 1450 ° C
To obtain the solid electrolyte layer 11a. this
On one surface of the solid electrolyte layer 11a, Ni and (Ce0.8S
m0.2) OTwoNiO powder so that the volume ratio becomes 6: 4.
And (Ce0.8Sm0.2) OTwoAfter mixing with the powder, this
By baking the mixed powder at 1100 ° C., the fuel electrode layer 1
1b is formed. Further, the other of the solid electrolyte layer 11a
(Sm0.5Sr0.5) CoOThreeBake at 1000 ° C
This forms the air electrode layer 11c. Like this
Thus, the power generation cell 11 is manufactured.

【0025】セパレータ12はステンレス鋼、ニッケル
基合金又はクロム基合金により形成されることが好まし
い。例えば、SUS316、インコネル600、ハステ
ロイX(Haynes Stellite社の商品名)、ヘインズアロ
イ214などが挙げられる。またセパレータ12には燃
料供給通路16と、空気供給通路17(酸化剤供給通
路)と、複数の挿入穴12aが形成される(図1〜図
3)。この実施の形態では、燃料供給通路16を含む水
平面は空気供給通路17を含む水平面より所定の距離だ
け上方に位置するように構成される。燃料供給通路16
はセパレータ12の第1辺12d中央に開口しセパレー
タ12の略中心に向う単一の第1燃料穴16aと、この
第1燃料穴16aに連通しセパレータ12内を蛇行しな
がらセパレータ12の略中心に向う単一の第2燃料穴1
6bと、この第2燃料穴16bに連通し燃料極集電体1
3の略中心に臨む単一の第3燃料穴16cとを有する
(図2)。また空気供給通路17はセパレータ12の第
3辺12f中央に開口しセパレータ12の略中心に向う
単一の第1空気穴17aと、この第1空気穴17aに連
通しセパレータ12内を蛇行しながら第1辺12dに向
う単一の第2空気穴17bと、セパレータ12の空気極
集電体14に対向する面に所定の間隔をあけかつ第2空
気穴17bに連通するように形成された多数の第3空気
穴17cとを有する。
The separator 12 is preferably made of stainless steel, a nickel-based alloy or a chromium-based alloy. For example, SUS316, Inconel 600, Hastelloy X (trade name of Haynes Stellite), Haines Alloy 214, and the like can be given. Further, a fuel supply passage 16, an air supply passage 17 (oxidant supply passage), and a plurality of insertion holes 12a are formed in the separator 12 (FIGS. 1 to 3). In this embodiment, the horizontal plane including the fuel supply passage 16 is configured to be located a predetermined distance above the horizontal plane including the air supply passage 17. Fuel supply passage 16
Is a single first fuel hole 16a opened at the center of the first side 12d of the separator 12 and substantially toward the center of the separator 12, and communicates with the first fuel hole 16a so as to meander through the inside of the separator 12. Single second fuel hole 1 facing
6b and the anode current collector 1 communicating with the second fuel hole 16b.
3 and a single third fuel hole 16c facing substantially the center (FIG. 2). The air supply passage 17 has a single first air hole 17a opened at the center of the third side 12f of the separator 12 and substantially toward the center of the separator 12, and communicates with the first air hole 17a to meander inside the separator 12. A single second air hole 17b facing the first side 12d, and a large number formed at a predetermined interval on the surface of the separator 12 facing the air electrode current collector 14 so as to communicate with the second air hole 17b. And a third air hole 17c.

【0026】第2燃料穴16bはセパレータ12の第1
辺12dに平行な複数の燃料用ストレート孔16dと、
これらの燃料用ストレート孔16dのうち互いに隣接す
る燃料用ストレート孔16dの端部を交互に連通するよ
うにセパレータ12の第2辺12e及び第4辺12gに
形成された複数の燃料用凹溝16eとからなり、これら
の燃料用凹溝16eはセパレータ12の第2辺16e及
び第4辺16gに一対の側板12c,12c(セパレー
タ12と同一材料により形成される。)を銀ろう付け、
レーザ溶接等にて接合することにより封止され、複数の
燃料用連通穴16fとなる(図2)。また第2空気穴1
7bはセパレータ12の第3辺12fに平行な複数の空
気用ストレート孔17dと、これらの空気用ストレート
孔17dのうち互いに隣接する空気用ストレート孔17
dの端部を交互に連通するようにセパレータ12の第2
辺12e及び第4辺12gに形成された複数の空気用凹
溝17eとからなり、これらの空気用凹溝17eは上記
一対の側板12c,12cにて封止され、複数の空気用
連通穴17fとなる(図3)。
The second fuel hole 16b is provided in the first
A plurality of fuel straight holes 16d parallel to the side 12d;
A plurality of fuel grooves 16e formed on the second side 12e and the fourth side 12g of the separator 12 so as to alternately communicate the ends of the adjacent fuel straight holes 16d among the fuel straight holes 16d. The fuel grooves 16e are formed by silver brazing a pair of side plates 12c, 12c (formed of the same material as the separator 12) to the second side 16e and the fourth side 16g of the separator 12.
It is sealed by joining by laser welding or the like, and becomes a plurality of fuel communication holes 16f (FIG. 2). Second air hole 1
7b is a plurality of straight holes 17d for air parallel to the third side 12f of the separator 12, and straight holes 17d adjacent to each other among the straight holes 17d for air.
d of the separator 12 so that the ends of the
It comprises a plurality of air grooves 17e formed on the side 12e and the fourth side 12g. These air grooves 17e are sealed by the pair of side plates 12c, 12c, and a plurality of air communication holes 17f. (FIG. 3).

【0027】第1燃料穴16aの基端には燃料供給パイ
プ18が接続され、第1空気穴17aの基端には空気供
給パイプ19が接続される(図2及び図3)。複数の挿
入穴12aは燃料供給通路16及び空気供給通路17の
いずれにも連通せず、かつ複数の燃料用ストレート孔1
6dの間と、複数の空気用ストレート孔17dの間に位
置するように、セパレータ12の第1辺12d及び第3
辺12fに平行にそれぞれ形成され、これらの挿入穴1
2aにはヒータ23がそれぞれ挿入される。またセパレ
ータ12の燃料極集電体13に対向する面には3本のス
リット12bがセパレータ12の略中心から渦巻き状に
それぞれ形成され(図4)、これらのスリット12bの
深さは全長にわたって同一となるように形成される。な
お、上記スリットは3本ではなく、2本又は4本以上で
あってもよい。また、スリットの深さはセパレータの中
心から離れるに従って次第に深く若しくは浅くなるよう
に形成してもよい。
A fuel supply pipe 18 is connected to a base end of the first fuel hole 16a, and an air supply pipe 19 is connected to a base end of the first air hole 17a (FIGS. 2 and 3). The plurality of insertion holes 12a do not communicate with either the fuel supply passage 16 or the air supply passage 17, and the plurality of fuel straight holes 1a.
6d and the first side 12d of the separator 12 and the third side 12d so as to be located between the plurality of straight holes 17d for air.
These insertion holes 1 are formed in parallel with the sides 12f, respectively.
The heaters 23 are respectively inserted into the 2a. On the surface of the separator 12 facing the anode current collector 13, three slits 12b are respectively formed in a spiral shape from substantially the center of the separator 12 (FIG. 4), and the depth of these slits 12b is the same over the entire length. It is formed so that The number of the slits is not limited to three, but may be two or four or more. Further, the depth of the slit may be formed so as to gradually increase or decrease as the distance from the center of the separator increases.

【0028】図1に戻って、燃料極集電体13はステン
レス鋼、ニッケル基合金又はクロム基合金、或いはニッ
ケル、銀又は銅により多孔質に形成され、ステンレス
鋼、ニッケル基合金又はクロム基合金により形成した場
合、ニッケルめっき、銀めっき若しくは銅めっきを施す
ことが好ましい。空気極集電体14はステンレス鋼、或
いは銀又は白金により多孔質に形成され、ステンレス
鋼、ニッケル基合金又はクロム基合金により形成した場
合、銀めっき若しくは白金めっきを施すことが好まし
い。なお、燃料ガスとして炭化水素を用いた場合には、
燃料極集電体はニッケルめっきされたステンレス鋼、ニ
ッケル基合金又はクロム基合金、或いはニッケルにより
形成され、燃料ガスとして水素を用いた場合には、燃料
極集電体は銀めっき若しくは銅めっきされたステンレス
鋼、ニッケル基合金又はクロム基合金、或いは銀又は銅
により形成される。上記燃料極集電体13の製造方法の
一例を下記に示す。先ずステンレス鋼などのアトマイズ
粉末とHPMC(水溶性樹脂結合剤)を混練した後に、
蒸留水及び添加剤(n−ヘキサン(有機溶剤)、DBS
(界面活性剤)、グリセリン(可塑剤)など)を加えて
混練して混合スラリーを調製する。次にこの混合スラリ
ーをドクタブレード法により成形体を作製した後に、所
定の条件で発泡、脱脂及び焼結して多孔質板を得る。更
にこの多孔質板を所定の寸法に切出して燃料極集電体1
3を作製する。なお、ステンレス鋼のアトマイズ粉末を
用いた場合には、表面にニッケルめっき、クロムめっき
又は銀めっきが施される。また上記空気極集電体14も
上記燃料極集電体13とほぼ同様にして作製される。
Returning to FIG. 1, the anode current collector 13 is made of stainless steel, a nickel-based alloy or a chromium-based alloy, or is made of nickel, silver or copper, and is made of stainless steel, a nickel-based alloy or a chromium-based alloy. When formed by nickel plating, it is preferable to apply nickel plating, silver plating or copper plating. The air electrode current collector 14 is formed of stainless steel, silver or platinum, and is preferably made of stainless steel, a nickel-based alloy, or a chromium-based alloy. When hydrocarbons are used as fuel gas,
The anode current collector is formed of nickel-plated stainless steel, a nickel-based alloy or a chromium-based alloy, or nickel.When hydrogen is used as a fuel gas, the anode current collector is plated with silver or copper. Formed of stainless steel, nickel-based alloy or chromium-based alloy, or silver or copper. An example of a method for manufacturing the anode current collector 13 will be described below. First, after kneading the atomized powder such as stainless steel and HPMC (water-soluble resin binder),
Distilled water and additives (n-hexane (organic solvent), DBS
(Surfactant), glycerin (plasticizer) and the like are added and kneaded to prepare a mixed slurry. Next, after forming a compact from the mixed slurry by a doctor blade method, foaming, degreasing and sintering are performed under predetermined conditions to obtain a porous plate. Further, the porous plate is cut into a predetermined size, and the anode current collector 1 is cut out.
3 is manufactured. When stainless steel atomized powder is used, the surface is plated with nickel, chrome, or silver. The air electrode current collector 14 is also manufactured in substantially the same manner as the fuel electrode current collector 13.

【0029】第1端板21及び第2端板22はセパレー
タ12と同一材料により、セパレータ12と同一の正方
形板状にかつセパレータ12より薄く形成される。第1
端板21には空気供給通路27及び複数の挿入穴(図示
せず)が形成され、第2端板22には燃料供給通路26
及び複数の挿入穴(図示せず)が形成される(図1)。
空気供給通路27は空気供給通路17と同一形状に形成
され、第1端板21の第3辺中央に開口し第1端板21
の略中心に向う単一の第1空気穴(図示せず)と、この
第1空気穴に連通し第1端板21内を蛇行しながら第1
辺に向う単一の第2空気穴27bと、第1端板21の空
気極集電体14に対向する面に所定の間隔をあけかつ第
2空気穴27bに連通するように形成された多数の第3
空気穴27cとを有する。また燃料供給通路26は燃料
供給通路16と同一形状に形成され、第2端板22の第
1辺中央に開口し第2端板22の略中心に向う単一の第
1燃料穴(図示せず)と、この第1燃料穴に連通し第2
端板22内を蛇行しながら第2端板22の略中心に向う
単一の第2燃料穴26bと、この第2燃料穴26bに連
通し燃料極集電体13の略中心に臨む単一の第3燃料穴
26cとを有する。
The first end plate 21 and the second end plate 22 are formed of the same material as the separator 12 in the same square plate shape as the separator 12 and thinner than the separator 12. First
An air supply passage 27 and a plurality of insertion holes (not shown) are formed in the end plate 21, and a fuel supply passage 26 is formed in the second end plate 22.
And a plurality of insertion holes (not shown) are formed (FIG. 1).
The air supply passage 27 is formed in the same shape as the air supply passage 17 and opens at the center of the third side of the first end plate 21 to open the first end plate 21.
And a single first air hole (not shown) facing the approximate center of the first end plate 21 communicating with the first air hole and meandering in the first end plate 21.
A single second air hole 27b directed to the side, and a plurality of air holes formed at predetermined intervals on the surface of the first end plate 21 facing the air electrode current collector 14 so as to communicate with the second air hole 27b. The third
And an air hole 27c. The fuel supply passage 26 is formed in the same shape as the fuel supply passage 16, and is opened at the center of the first side of the second end plate 22, and has a single first fuel hole (shown in FIG. ) And the second fuel hole
A single second fuel hole 26b that is meandering in the end plate 22 and substantially toward the center of the second end plate 22, and a single second fuel hole 26b that communicates with the second fuel hole 26b and faces substantially the center of the anode current collector 13; And a third fuel hole 26c.

【0030】第2空気穴27bは第2空気穴17bと同
様に形成され、第2燃料穴26bは第2燃料穴16bと
同様に形成される。図1の符号21cは第1端板21の
第2辺21e及び第4辺21gに銀ろう付け、レーザ溶
接等にて接合された一対の側板(第1端板と同一材料に
より形成される。)であり、これらの側板の接合により
第2空気穴27bが蛇行するように構成される。また図
1の符号22cは第2端板22の第2辺22e及び第4
辺22gに銀ろう付け、レーザ溶接等にて接合された一
対の側板(第2端板と同一材料により形成される。)で
あり、これらの側板の接合により第2燃料穴26bが蛇
行するように構成される。第1端板21の空気供給通路
27の基端には空気供給パイプ(図示せず)が接続さ
れ、第2端板22の燃料供給通路26の基端には燃料供
給パイプ(図示せず)が接続される。また第1端板21
の複数の挿入穴は空気供給通路27に連通しないように
第1端板21の第1辺に平行に形成され、これらの挿入
穴にはヒータがそれぞれ挿入される。また第2端板22
の複数の挿入穴は燃料供給通路26に連通しないように
第2端板22の第3辺に平行に形成され、これらの挿入
穴にはヒータがそれぞれ挿入される。第2端板22の上
面、即ち第2端板22の燃料極集電体13への対向面に
は複数のスリット22bが第2端板22の略中心から渦
巻き状に形成される(図1)。これらのスリット22b
の幅及び深さはスリット22bの全長にわたって同一と
なるようにそれぞれ形成される。なお、スリットの幅を
第2端板の中心から離れるに従って次第に広くなるよう
に形成したり、或いはスリットの深さを第2端板の中心
から離れるに従って次第に深く若しくは浅くなるように
形成してもよい。
The second air hole 27b is formed similarly to the second air hole 17b, and the second fuel hole 26b is formed similarly to the second fuel hole 16b. Reference numeral 21c in FIG. 1 denotes a pair of side plates (formed of the same material as the first end plate) joined to the second side 21e and the fourth side 21g of the first end plate 21 by silver brazing, laser welding, or the like. ), The second air holes 27b meander by joining these side plates. Further, reference numeral 22c in FIG. 1 denotes the second side 22e of the second end plate 22 and the fourth side 22e.
A pair of side plates (formed of the same material as the second end plate) joined to the side 22g by silver brazing, laser welding, or the like, and the second fuel holes 26b meander by joining these side plates. It is composed of An air supply pipe (not shown) is connected to a base end of the air supply passage 27 of the first end plate 21, and a fuel supply pipe (not shown) is connected to a base end of the fuel supply passage 26 of the second end plate 22. Is connected. Also, the first end plate 21
Are formed in parallel with the first side of the first end plate 21 so as not to communicate with the air supply passage 27, and heaters are inserted into these insertion holes, respectively. Also, the second end plate 22
Are formed parallel to the third side of the second end plate 22 so as not to communicate with the fuel supply passage 26, and heaters are inserted into these insertion holes, respectively. A plurality of slits 22b are formed in a spiral shape from substantially the center of the second end plate 22 on the upper surface of the second end plate 22, that is, on the surface of the second end plate 22 facing the anode current collector 13 (FIG. 1). ). These slits 22b
Are formed so as to have the same width and depth over the entire length of the slit 22b. The width of the slit may be formed so as to gradually increase as the distance from the center of the second end plate increases, or the depth of the slit may be formed so as to gradually increase or decrease as the distance from the center of the second end plate increases. Good.

【0031】またセパレータ12、第1端板21及び第
2端板22の四隅にはボルト(図示せず)を挿通可能な
通孔12cが形成される(図2及び図3)。(n+1)
個の発電セル11と、n枚のセパレータ12と、(n+
1)個の燃料極集電体13と、(n+1)個の空気極集
電体14と、単一の第1端板21と、単一の第2端板2
2とを積層したときに、上記セパレータ12、第1端板
21及び第2端板22の四隅に形成された通孔12cに
ボルトをそれぞれ挿通した後に、これらのボルトの先端
にナットをそれぞれ螺合することにより、燃料電池10
が上記積層した状態で固定されるようになっている。更
にセパレータ12及び第2端板22の燃料供給通路1
6,26には燃料ガスが流通可能な密度で改質粒子(図
示せず)が充填される。この改質粒子はNi、NiO、
Al23、SiO2、MgO、CaO、Fe23、Fe3
4、V23、NiAl24、ZrO2、SiC、Cr2
3、ThO2、Ce23、B23、MnO2、ZnO、
Cu、BaO及びTiO2からなる群より選ばれた1種
又は2種以上を含む元素又は酸化物により形成されるこ
とが好ましい。
At four corners of the separator 12, the first end plate 21 and the second end plate 22, through holes 12c through which bolts (not shown) can be inserted are formed (FIGS. 2 and 3). (N + 1)
Power generation cells 11, n separators 12, (n +
1) anode current collectors 13, (n + 1) cathode current collectors 14, a single first end plate 21, and a single second end plate 2
2 are stacked, bolts are respectively inserted into through holes 12c formed at the four corners of the separator 12, the first end plate 21 and the second end plate 22, and then nuts are screwed into the tips of these bolts. By combining, the fuel cell 10
Are fixed in the state of being stacked. Further, the fuel supply passage 1 of the separator 12 and the second end plate 22
Modified particles (not shown) are filled in the fuel cells 6 and 26 at a density at which the fuel gas can flow. The modified particles are Ni, NiO,
Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, CaO, Fe 2 O 3 , Fe 3
O 4 , V 2 O 3 , NiAl 2 O 4 , ZrO 2 , SiC, Cr 2
O 3 , ThO 2 , Ce 2 O 3 , B 2 O 3 , MnO 2 , ZnO,
It is preferably formed of an element or oxide containing one or more selected from the group consisting of Cu, BaO and TiO 2 .

【0032】このように構成された固体酸化物型燃料電
池10の動作を説明する。燃料ガス(例えば、メタンガ
ス(CH4))を水蒸気(H2O)とともに燃料供給パイ
プ18に導入すると、燃料ガス及び水蒸気は燃料供給通
路16,26内を蛇行しながらセパレータ12及び第2
端板22の略中心に向う。運転中の燃料電池10は高温
であるため、上記燃料ガスは燃料供給通路16,26を
通る間にセパレータ12及び第2端板22から熱を吸収
し、燃料極層11bでの反応に最適な温度に達するとと
もに、燃料供給通路16,26に充填された改質粒子に
より改質される(例えば、水素ガス(H2)に改質され
る。)。この加熱されかつ改質された燃料ガスはセパレ
ータ12及び第2端板22の略中心から燃料極集電体1
3の中心に向って吐出し、燃料極集電体13内の気孔を
通過して燃料極層11bの略中心に速やかに供給され、
更にスリット12b,22bにより案内されて燃料極層
11bの略中心から外周縁に向って渦巻き状に流れる。
The operation of the solid oxide fuel cell 10 thus configured will be described. When the fuel gas (for example, methane gas (CH 4 )) is introduced into the fuel supply pipe 18 together with the steam (H 2 O), the fuel gas and the steam meander in the fuel supply passages 16 and 26 and the separator 12 and the second
It faces substantially the center of the end plate 22. Since the temperature of the fuel cell 10 during operation is high, the fuel gas absorbs heat from the separator 12 and the second end plate 22 while passing through the fuel supply passages 16 and 26, and is optimal for the reaction in the fuel electrode layer 11b. Upon reaching the temperature, the fuel is reformed by the reformed particles filled in the fuel supply passages 16 and 26 (for example, reformed into hydrogen gas (H 2 )). The heated and reformed fuel gas flows from substantially the center of the separator 12 and the second end plate 22 to the anode current collector 1.
3 and is quickly supplied to the approximate center of the fuel electrode layer 11b through pores in the fuel electrode current collector 13,
Further, the fuel is guided by the slits 12b and 22b and spirally flows from the approximate center of the fuel electrode layer 11b toward the outer peripheral edge.

【0033】一方、空気(酸化剤ガス)を空気供給パイ
プ19に導入すると、空気は空気供給通路17,27内
を蛇行しながらセパレータ12の第1辺12d及び第1
端板21の第1辺に向う。運転中の燃料電池10は高温
であるため、上記空気は空気供給通路17,27を通る
間にセパレータ12及び第1端板21から熱を吸収し、
空気極層11cでの反応に最適な温度に達する。この加
熱された空気はセパレータ12及び第1端板21の多数
の第3空気穴17c,27cからシャワー状に空気極集
電体14に向って吐出する。これにより空気は空気極集
電体14内の気孔を通過して空気極層11cに略均一に
供給される。
On the other hand, when air (oxidizing gas) is introduced into the air supply pipe 19, the air meanders in the air supply passages 17, 27 and the first side 12d of the separator 12 and the first side.
It faces the first side of the end plate 21. Since the temperature of the fuel cell 10 during operation is high, the air absorbs heat from the separator 12 and the first end plate 21 while passing through the air supply passages 17 and 27,
The temperature reaches the optimum temperature for the reaction in the air electrode layer 11c. The heated air is discharged from the separator 12 and the third air holes 17 c and 27 c of the first end plate 21 toward the air electrode current collector 14 in a shower shape. As a result, the air passes through the pores in the cathode current collector 14 and is supplied to the cathode layer 11c substantially uniformly.

【0034】この空気極層11cに供給された空気は空
気極層11c内の気孔を通って固体電解質層11aとの
界面近傍に到達し、この部分で空気中の酸素は空気極層
11cから電子を受け取って、酸化物イオン(O2-)に
速やかにイオン化される。この酸化物イオンは燃料極層
11bの方向に向って固体電解質層11a内を拡散移動
し、燃料極層11bとの界面近傍に到達すると、この部
分で上記加熱された燃料ガスと反応して速やかに反応生
成物(例えば、H2O)を生じ、燃料極層11bに電子
を放出する。この電子を燃料極集電体13から取り出す
ことにより電流が発生し、電力が得られる。上記のよう
に燃料ガスがセパレータ12の略中央及び第2端板22
の略中央から吐出され、かつスリット12b,22bに
より案内されるので、燃料ガスの反応経路が長くなる。
この結果、燃料ガスがセパレータ12及び第2端板22
の外周縁に到達するまでに、燃料ガスが燃料極層13と
極めて多く衝突するので、上記反応回数が増え、燃料電
池10の性能向上を図ることができる。従って、セパレ
ータ12及び第2端板22の外径が大きくなればなるほ
ど、燃料ガスの反応経路が長くなり、これに伴って反応
回数が増え、燃料電池10の出力向上に繋がる。
The air supplied to the air electrode layer 11c passes through pores in the air electrode layer 11c and reaches the vicinity of the interface with the solid electrolyte layer 11a. At this portion, oxygen in the air releases electrons from the air electrode layer 11c. And is quickly ionized into oxide ions (O 2− ). The oxide ions diffuse and move in the solid electrolyte layer 11a in the direction of the fuel electrode layer 11b, and when they reach the vicinity of the interface with the fuel electrode layer 11b, they react with the heated fuel gas at this portion and quickly react. A reaction product (for example, H 2 O) is generated, and electrons are emitted to the fuel electrode layer 11b. By extracting these electrons from the anode current collector 13, a current is generated and electric power is obtained. As described above, the fuel gas flows substantially in the center of the separator 12 and the second end plate 22.
Of the fuel gas and guided by the slits 12b and 22b, the reaction path of the fuel gas becomes longer.
As a result, the fuel gas passes through the separator 12 and the second end plate 22.
Since the fuel gas collides with the fuel electrode layer 13 very much before reaching the outer peripheral edge of the fuel cell 10, the number of times of the reaction increases, and the performance of the fuel cell 10 can be improved. Therefore, as the outer diameters of the separator 12 and the second end plate 22 become larger, the reaction path of the fuel gas becomes longer, and accordingly, the number of reactions increases, which leads to an improvement in the output of the fuel cell 10.

【0035】一方、セパレータ12の下面及び第1端板
21の下面には多数の第3空気穴17cが所定の間隔を
あけて並んで形成されているため、空気がセパレータ1
2の下面及び第1端板21の下面から略均一に吐出され
る。この結果、空気により発電セル11を均一に加熱・
冷却できる。特に、燃料電池10の発電中におけるジュ
ール熱の発生により、発電セル11が加熱されて設定温
度(例えば、650℃)より上昇したときに、この設定
温度より僅かに低い温度(例えば、630)の空気を上
記空気供給通路17,27から吐出させることにより、
発電セル11を均一に冷却できるので、発電セル11の
局所的な加熱又は冷却による損傷を防止できる。
On the other hand, since a large number of third air holes 17c are formed at predetermined intervals on the lower surface of the separator 12 and the lower surface of the first end plate 21, air flows through the separator 1.
2 and the lower surface of the first end plate 21. As a result, the power generation cell 11 is uniformly heated by air.
Can be cooled. In particular, when the power generation cell 11 is heated by the generation of Joule heat during power generation of the fuel cell 10 and rises above a set temperature (for example, 650 ° C.), a temperature (for example, 630) slightly lower than this set temperature is set. By discharging air from the air supply passages 17 and 27,
Since the power generation cell 11 can be cooled uniformly, damage due to local heating or cooling of the power generation cell 11 can be prevented.

【0036】また従来の燃料電池、即ち発電セルの略中
心に燃料ガス導入管及び酸化剤ガス導入管の挿通用の2
個の孔が形成されるため、反応面積が小さくなるととも
に反応前に燃料ガスが空気に混ざって、発電効率が低下
する燃料電池と比較して、本発明の燃料電池10は発電
セル11の表面の全てが発電に寄与するとともに、反応
前に燃料ガスが空気と混ざることがないため、発電効率
が向上する。なお、(n+1)個の発電セル11は導電
性材料により形成されたセパレータ12、燃料極集電体
13及び空気極集電体14を介して直列に接続され、か
つ両端に導電性材料により形成された第1端板21及び
第2端板22が設けられているため、第1端板21及び
第2端板22から大きな電力を取出すことができる。
A conventional fuel cell, that is, a fuel gas introduction pipe and an oxidizing gas introduction pipe for inserting a fuel gas introduction pipe and a oxidizing gas introduction pipe approximately at the center of the power generation cell.
Since the pores are formed, the reaction area is small, and the fuel gas is mixed with the air before the reaction, so that the fuel cell 10 of the present invention has the surface of the power generation cell 11 as compared with the fuel cell in which the power generation efficiency is reduced. All contribute to power generation, and the fuel gas does not mix with air before the reaction, thereby improving power generation efficiency. The (n + 1) power generation cells 11 are connected in series via a separator 12, a fuel electrode current collector 13, and an air electrode current collector 14 formed of a conductive material, and formed at both ends by a conductive material. Since the provided first end plate 21 and second end plate 22 are provided, large electric power can be taken out from the first end plate 21 and the second end plate 22.

【0037】また燃料電池10の起動時には、ヒータ2
3に通電することにより発電セル11を速やかに昇温で
きるので、昇温時間を短縮できるとともに、発電セル1
1が均一に昇温し、発電セル11の中心と外周縁との温
度差がなくなって均一に熱膨張するため、発電セル11
の損傷を防止できる。なお、挿入穴にヒータを挿入しな
い場合、即ち挿入穴を軽量化穴とした場合には、セパレ
ータ、第1端板及び第2端板の重量を小さくできるの
で、燃料電池の軽量化を図ることができる。
When the fuel cell 10 is started, the heater 2
3, the temperature of the power generation cell 11 can be quickly raised by energizing the power generation cell 3.
1 is uniformly heated, and the temperature difference between the center and the outer peripheral edge of the power generation cell 11 is eliminated and the thermal expansion is performed uniformly.
Damage can be prevented. When the heater is not inserted into the insertion hole, that is, when the insertion hole is a lightening hole, the weight of the separator, the first end plate, and the second end plate can be reduced. Can be.

【0038】更にステンレス鋼、ニッケル基合金又はク
ロム基合金製のセパレータ12及び第2端板22の上面
に、ニッケルめっき、銀めっき若しくは銅めっきされた
ステンレス鋼、ニッケル基合金又はクロム基合金、或い
はニッケル、銀又は銅製の燃料極集電体13をそれぞれ
接合し、ステンレス鋼、ニッケル基合金又はクロム基合
金製のセパレータ12及び第2端板22の下面に、銀め
っき若しくは白金めっきされたステンレス鋼、ニッケル
基合金又はクロム基合金、或いは銀又は白金製の空気極
集電体14をそれぞれ接合すれば、セパレータ12及び
第1端板21が高温で空気に曝されても、即ちセパレー
タ12及び第1端板21が高温酸化雰囲気に曝されて
も、セパレータ12及び空気極集電体14の接合部分
と、第1端板22及び空気極集電体14の溶着された接
合部分が溶着されているため、これらの接合部分の酸化
を防止できる。この結果、セパレータ12及び燃料極集
電体13の電気的導通と、第2端板22及び燃料極集電
体13の電気的導通のみならず、セパレータ12及び空
気極集電体14の電気的導通と、第1端板21及び空気
極集電体14の電気的導通を上記接合部分を通して長期
間保持できるとともに、上記接合により燃料電池10の
組立作業時間を短縮し、組立作業性を向上できる。な
お、上記接合方法としては銀ろう付け、スポット溶接又
はレーザ溶接等が挙げられる。またステンレス鋼、ニッ
ケル基合金又はクロム基合金製の上記セパレータ12、
第1端板21及び第2端板22にニッケルめっき、クロ
ムめっき又は銀めっきを施せば、セパレータ12、第1
端板21及び第2端板22と、燃料極集電体13及び空
気極集電体14との電気的導通を更に長期間保持でき
る。
Further, on the upper surfaces of the separator 12 and the second end plate 22 made of stainless steel, nickel-based alloy or chromium-based alloy, nickel-plated, silver-plated or copper-plated stainless steel, nickel-based alloy or chromium-based alloy, or The nickel, silver or copper anode current collector 13 is joined to each other, and the stainless steel, the nickel-based alloy or the chromium-based alloy separator 12 and the lower surface of the second end plate 22 are silver-plated or platinum-coated stainless steel. If the air electrode current collector 14 made of nickel-based alloy or chromium-based alloy, or silver or platinum is joined, respectively, even if the separator 12 and the first end plate 21 are exposed to air at a high temperature, Even if the first end plate 21 is exposed to a high-temperature oxidizing atmosphere, the first end plate 22 and the joining portion of the separator 12 and the cathode collector 14 are connected to each other. Since welded joint portion Kikyoku collector 14 is welded, it can prevent oxidation of these joint parts. As a result, not only the electrical continuity between the separator 12 and the anode current collector 13 and the electrical continuity between the second end plate 22 and the anode current collector 13 but also the electrical connection between the separator 12 and the cathode current collector 14 are obtained. The continuity and the electrical continuity between the first end plate 21 and the air electrode current collector 14 can be maintained for a long period of time through the joining portion, and the joining can shorten the assembling work time of the fuel cell 10 and improve the assembling workability. . In addition, as said joining method, silver brazing, spot welding, laser welding, etc. are mentioned. In addition, stainless steel, nickel-based alloy or chromium-based alloy separator 12,
If nickel plating, chromium plating or silver plating is applied to the first end plate 21 and the second end plate 22, the separator 12, the first
Electrical continuity between the end plate 21 and the second end plate 22 and the fuel electrode current collector 13 and the air electrode current collector 14 can be maintained for a longer period.

【0039】図5〜図9は本発明の第2の実施の形態を
示す。図5〜図9において図1〜図4と同一符号は同一
部品を示す。この実施の形態では、セパレータ52に形
成された空気供給通路57が各セパレータ52の外周面
に開口する単一の第1空気穴57aと、この第1空気穴
57aに連通しセパレータ52内を蛇行しながら略中心
に向う単一の第2空気穴57bと、この第2空気穴57
bに連通しかつ空気極集電体14の略中心に臨む単一の
第3空気穴57cとを有する。また第1端板61に形成
された空気供給通路67は第1端板61の外周面に開口
する単一の第1空気穴67aと、この第1空気穴67a
に連通し第1端板61内を蛇行しながら略中心に向う単
一の第2空気穴67bと、この第2空気穴67bに連通
しかつ空気極集電体14の略中心に臨む単一の第3酸化
剤穴67cとを有する。この実施の形態では、燃料供給
通路16を含む水平面は空気供給通路17を含む水平面
と同一平面上に位置するように構成される。
FIGS. 5 to 9 show a second embodiment of the present invention. 5 to 9, the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 4 indicate the same parts. In this embodiment, the air supply passage 57 formed in the separator 52 has a single first air hole 57a opened on the outer peripheral surface of each separator 52, and the air supply passage 57 communicates with the first air hole 57a to meander inside the separator 52. And a single second air hole 57b facing substantially the center.
b and a single third air hole 57c facing substantially the center of the air electrode current collector 14. The air supply passage 67 formed in the first end plate 61 has a single first air hole 67a opened on the outer peripheral surface of the first end plate 61, and the first air hole 67a.
A single second air hole 67b communicating with the first end plate 61 and meandering substantially toward the center, and a single second air hole 67b communicating with the second air hole 67b and substantially facing the center of the air electrode current collector 14. And a third oxidizing agent hole 67c. In this embodiment, the horizontal plane including the fuel supply passage 16 is configured to be located on the same plane as the horizontal plane including the air supply passage 17.

【0040】第2燃料穴56bはセパレータ52の第1
辺52dに平行な複数の燃料用ストレート孔56dと、
これらの燃料用ストレート孔56dのうち互いに隣接す
る燃料用ストレート孔56dの端部を交互に連通するよ
うにセパレータ52の第2辺52e及び第4辺52gに
形成された複数の燃料用凹溝56eとからなり、これら
の燃料用凹溝56eはセパレータ52の第2辺56e及
び第4辺56gに一対の側板52c,52c(セパレー
タと同一材料により形成される。)を銀ろう付け、レー
ザ溶接等にて接合することにより封止され、複数の燃料
用連通穴56fとなる(図6及び図9)。また第2空気
穴57bはセパレータ52の第3辺52fに平行な複数
の空気用ストレート孔57dと、これらの空気用ストレ
ート孔57dのうち互いに隣接する空気用ストレート孔
57dの端部を交互に連通するようにセパレータ52の
第2辺52e及び第4辺52gに形成された複数の空気
用凹溝57eとからなり、これらの空気用凹溝57eは
上記一対の側板52c,52cにて封止され、複数の空
気用連通穴57fとなる。
The second fuel hole 56b is provided on the first
A plurality of fuel straight holes 56d parallel to the side 52d;
A plurality of fuel grooves 56e formed on the second side 52e and the fourth side 52g of the separator 52 so as to alternately communicate the ends of the adjacent fuel straight holes 56d among the fuel straight holes 56d. These fuel grooves 56e are formed by joining a pair of side plates 52c, 52c (formed of the same material as the separator) to the second side 56e and the fourth side 56g of the separator 52 by silver brazing, laser welding, or the like. To form a plurality of fuel communication holes 56f (FIGS. 6 and 9). The second air holes 57b alternately communicate the plurality of straight air holes 57d parallel to the third side 52f of the separator 52 and the ends of the straight air holes 57d adjacent to each other among the straight air holes 57d. And a plurality of air grooves 57e formed on the second side 52e and the fourth side 52g of the separator 52, and these air grooves 57e are sealed by the pair of side plates 52c, 52c. And a plurality of communication holes 57f for air.

【0041】第1燃料穴56aの基端には燃料供給パイ
プ18が接続され、第1空気穴57aの基端には空気供
給パイプ19が接続される(図6〜図9)。複数の挿入
穴52aは燃料供給通路56及び空気供給通路57のい
ずれにも連通せず、かつ複数の燃料用ストレート孔56
dの間と、複数の空気用ストレート孔57dの間に位置
するように、セパレータ52の第1辺52d及び第3辺
52fに平行にそれぞれ形成され、これらの挿入穴52
aにはヒータ63がそれぞれ挿入される(図6、図8及
び図9)。またセパレータ52の両面には複数のスリッ
ト52bがセパレータ52の略中心から放射状にそれぞ
れ形成される(図7〜図9)。これらのスリット52b
の幅及び深さはスリット52bの全長にわたって同一と
なるようにそれぞれ形成される。なお、スリットの幅を
セパレータの中心から離れるに従って次第に広くなるよ
うに形成したり、或いはスリットの深さをセパレータの
中心から離れるに従って次第に深く若しくは浅くなるよ
うに形成してもよい。
The fuel supply pipe 18 is connected to the base end of the first fuel hole 56a, and the air supply pipe 19 is connected to the base end of the first air hole 57a (FIGS. 6 to 9). The plurality of insertion holes 52a do not communicate with any of the fuel supply passage 56 and the air supply passage 57, and the plurality of fuel straight holes 56a.
d and between the plurality of straight holes 57d for air are formed in parallel with the first side 52d and the third side 52f of the separator 52, respectively.
The heaters 63 are inserted into a (FIGS. 6, 8 and 9). A plurality of slits 52b are formed on both surfaces of the separator 52 radially from substantially the center of the separator 52 (FIGS. 7 to 9). These slits 52b
Are formed so as to have the same width and depth over the entire length of the slit 52b. The width of the slit may be gradually increased as the distance from the center of the separator increases, or the depth of the slit may be gradually increased or decreased as the distance from the center of the separator increases.

【0042】第1端板61及び第2端板62はセパレー
タ52と同一材料により同一寸法に形成される。第1端
板61には空気供給通路67及び複数の挿入穴61aが
形成され、第2端板62には燃料供給通路66及び複数
の挿入穴62aが形成される(図5及び図8)。空気供
給通路67は空気供給通路57と同一形状に形成され、
第1端板61の第3辺61f中央に開口し第1端板61
の略中心に向う単一の第1空気穴67aと、この第1空
気穴67aに連通し第1端板61内を蛇行しながら第1
辺61dに向う単一の第2空気穴67bと、第1端板6
1の空気極集電体14に対向する面に所定の間隔をあけ
かつ第2空気穴67bに連通するように形成された多数
の第3空気穴67cとを有する。また燃料供給通路66
は燃料供給通路56と同一形状に形成され、第2端板6
2の第1辺62d中央に開口し第2端板62の略中心に
向う単一の第1燃料穴66aと、この第1燃料穴66a
に連通し第2端板62内を蛇行しながら第2端板62の
略中心に向う単一の第2燃料穴66bと、この第2燃料
穴66bに連通し空気極集電体14の略中心に臨む単一
の第3燃料穴66cとを有する。
The first end plate 61 and the second end plate 62 are formed of the same material and the same size as the separator 52. An air supply passage 67 and a plurality of insertion holes 61a are formed in the first end plate 61, and a fuel supply passage 66 and a plurality of insertion holes 62a are formed in the second end plate 62 (FIGS. 5 and 8). The air supply passage 67 is formed in the same shape as the air supply passage 57,
The first end plate 61 is opened at the center of the third side 61 f of the first end plate 61.
And a single first air hole 67a facing substantially the center of the first end plate 61 while communicating with the first air hole 67a.
A single second air hole 67b facing the side 61d;
A plurality of third air holes 67c formed at a predetermined interval on the surface facing the one air electrode current collector 14 so as to communicate with the second air holes 67b. Also, the fuel supply passage 66
Are formed in the same shape as the fuel supply passage 56, and the second end plate 6
A first fuel hole 66a opening at the center of the first side 62d of the second end plate 62 and substantially toward the center of the second end plate 62;
A single second fuel hole 66b communicating with the second end plate 62 and substantially to the center of the second end plate 62 while meandering in the second end plate 62, and a substantial portion of the air electrode current collector 14 communicating with the second fuel hole 66b. And a single third fuel hole 66c facing the center.

【0043】第2空気穴67bは第1端板61の第3辺
61fに平行な複数の空気用ストレート孔67dと、こ
れらの空気用ストレート孔67dのうち互いに隣接する
空気用ストレート孔67dの端部を交互に連通するよう
に第1端板61の第2辺61e及び第4辺61gに形成
された複数の空気用凹溝(図示せず)とからなり、これ
らの空気用凹溝は第1端板61の第2辺61e及び第4
辺61gに接合された一対の側板61c,61c(第1
端板61と同一材料により形成される。)を銀ろう付
け、レーザ溶接等にて接合することにより封止され、複
数の空気用連通穴(図示せず)となる(図5及び図
8)。また第2燃料穴66bは第2端板62の第1辺6
2dに平行な複数の燃料用ストレート孔66dと、これ
らの燃料用ストレート孔66dのうち互いに隣接する燃
料用ストレート孔66dの端部を交互に連通するように
第2端板62の第2辺62e及び第4辺62gに形成さ
れた複数の燃料用凹溝(図示せず)とからなり、これら
の燃料用凹溝66eは第2端板62の第2辺66e及び
第4辺66gに一対の側板62c,62c(第2端板6
2と同一材料により形成される。)を銀ろう付け、レー
ザ溶接等にて接合することにより封止され、複数の燃料
用連通穴(図示せず)となる。
The second air holes 67b are a plurality of straight air holes 67d parallel to the third side 61f of the first end plate 61, and the ends of the straight air holes 67d adjacent to each other among the straight air holes 67d. And a plurality of air grooves (not shown) formed on the second side 61e and the fourth side 61g of the first end plate 61 so as to communicate the parts alternately. The second side 61e of the one end plate 61 and the fourth side
A pair of side plates 61c, 61c (first
The end plate 61 is formed of the same material. ) Is joined by silver brazing, laser welding or the like to form a plurality of air communication holes (not shown) (FIGS. 5 and 8). The second fuel hole 66b is formed on the first side 6 of the second end plate 62.
A second side 62e of the second end plate 62 is formed so as to alternately communicate the plurality of fuel straight holes 66d parallel to 2d and the ends of the fuel straight holes 66d adjacent to each other among the fuel straight holes 66d. And a plurality of fuel grooves (not shown) formed on the fourth side 62g. These fuel grooves 66e are formed on the second side 66e and the fourth side 66g of the second end plate 62. Side plates 62c, 62c (second end plate 6)
2 and the same material. ) Are joined by brazing, laser welding or the like to form a plurality of fuel communication holes (not shown).

【0044】第1空気穴67aの基端には空気供給パイ
プ19が接続され、第1燃料穴66aの基端には燃料供
給パイプ18が接続される(図8)。第1端板61の複
数の挿入穴61aは空気供給通路67に連通せず、かつ
空気用ストレート孔67dの間に位置するように第1端
板61の第1辺61dに平行に形成され、これらの挿入
穴61aにはヒータ63がそれぞれ挿入される。また第
2端板62の複数の挿入穴62aは燃料供給通路66に
連通せず、かつ燃料用ストレート孔66dの間に位置す
るように第2端板62の第3辺62fに平行に形成さ
れ、これらの挿入穴62aにはヒータ63がそれぞれ挿
入される。第1端板61の下面、即ち第1端板61の空
気極集電体14への対向面には複数のスリット61bが
第1端板61の略中央から放射状に形成され、第2端板
62の上面、即ち第2端板62の燃料極集電体13への
対向面には複数のスリット62bが第2端板62の略中
心から放射状に形成される(図8)。これらのスリット
61b,62bの幅及び深さはスリット61b,62b
の全長にわたって同一となるようにそれぞれ形成され
る。なお、スリットの幅を第1端板及び第2端板の中心
から離れるに従って次第に広くなるように形成したり、
或いはスリットの深さを第1端板及び第2端板の中心か
ら離れるに従って次第に深く若しくは浅くなるように形
成してもよい。上記以外は第1の実施の形態と同一に構
成される。
The air supply pipe 19 is connected to the base end of the first air hole 67a, and the fuel supply pipe 18 is connected to the base end of the first fuel hole 66a (FIG. 8). The plurality of insertion holes 61a of the first end plate 61 are formed in parallel with the first side 61d of the first end plate 61 so as not to communicate with the air supply passage 67 and to be located between the straight holes 67d for air. The heaters 63 are inserted into these insertion holes 61a, respectively. The plurality of insertion holes 62a of the second end plate 62 are formed in parallel with the third side 62f of the second end plate 62 so as not to communicate with the fuel supply passage 66 and to be located between the fuel straight holes 66d. The heater 63 is inserted into each of the insertion holes 62a. A plurality of slits 61b are formed radially from substantially the center of the first end plate 61 on the lower surface of the first end plate 61, that is, on the surface of the first end plate 61 facing the air electrode current collector 14. A plurality of slits 62b are formed radially from substantially the center of the second end plate 62 on the upper surface of the second end plate 62, that is, on the surface of the second end plate 62 facing the anode current collector 13 (FIG. 8). The width and depth of these slits 61b, 62b are
Are formed so as to be the same over the entire length. In addition, the width of the slit is formed so as to gradually increase as the distance from the center of the first end plate and the second end plate,
Alternatively, the slit may be formed so that the depth of the slit gradually increases or decreases as the distance from the center of the first end plate and the center of the second end plate increases. Except for the above, the configuration is the same as that of the first embodiment.

【0045】このように構成された固体酸化物型燃料電
池50では、燃料ガス(例えば、メタンガス(C
4))を水蒸気(H2O)とともに燃料供給パイプ18
に導入すると、燃料ガス及び水蒸気は燃料供給通路5
6,66内を蛇行しながらセパレータ52及び第2端板
62の略中心に向う。運転中の燃料電池50は高温であ
るため、上記燃料ガスは燃料供給通路56,66を通る
間にセパレータ52及び第2端板62から熱を吸収し、
燃料極層11bでの反応に最適な温度に達するととも
に、燃料供給通路56,66に充填された改質粒子によ
り改質される(例えば、水素ガス(H2)に改質され
る。)。この加熱されかつ改質された燃料ガスはセパレ
ータ52及び第2端板62の略中心から燃料極集電体1
3の中心に向って吐出し、燃料極集電体13内の気孔を
通過して燃料極層11bの略中心に速やかに供給され、
更にスリット52b,62bにより案内されて燃料極層
11bの略中心から外周縁に向って放射状に流れる。
In the solid oxide fuel cell 50 configured as described above, the fuel gas (for example, methane gas (C
H 4 )) together with steam (H 2 O)
When the fuel gas and steam are introduced into the fuel supply passage 5,
6 and 66, it heads to the center of the separator 52 and the second end plate 62 while meandering. Since the temperature of the fuel cell 50 during operation is high, the fuel gas absorbs heat from the separator 52 and the second end plate 62 while passing through the fuel supply passages 56 and 66,
The temperature reaches an optimum temperature for the reaction in the fuel electrode layer 11b, and is reformed by the reformed particles filled in the fuel supply passages 56 and 66 (for example, reformed to hydrogen gas (H 2 )). The heated and reformed fuel gas is supplied from substantially the center of the separator 52 and the second end plate 62 to the anode current collector 1.
3 and is quickly supplied to the approximate center of the fuel electrode layer 11b through pores in the fuel electrode current collector 13,
Further, the fuel flows are guided by the slits 52b and 62b and radially flow from the approximate center of the fuel electrode layer 11b toward the outer peripheral edge.

【0046】一方、空気(酸化剤ガス)を空気供給パイ
プ19に導入すると、空気は空気供給通路57,67内
を蛇行しながらセパレータ52及び第1端板61の略中
心に向う。運転中の燃料電池50は高温であるため、上
記空気は空気供給通路57,67を通る間にセパレータ
52及び第1端板61から熱を吸収し、空気極層11c
での反応に最適な温度に達する。この加熱された空気は
セパレータ52及び第1端板61の略中心から空気極集
電体14の中心に向って吐出し、空気極集電体14内の
気孔を通過して空気極層11cの略中心に速やかに供給
され、更にスリットにより案内されて空気極層11cの
略中心から外周縁に向って放射状に流れる。この結果、
第1の実施の形態と同様に、燃料電池の発電効率が向上
する。またセパレータ52を第1の実施の形態のセパレ
ータより薄く形成できるので、燃料電池50を第1の実
施の形態の燃料電池より小型化することができる。上記
以外の動作は第1の実施の形態の動作と略同様であるの
で、繰返しの説明を省略する。
On the other hand, when the air (oxidizing gas) is introduced into the air supply pipe 19, the air is meandering in the air supply passages 57 and 67, and is directed substantially to the center of the separator 52 and the first end plate 61. Since the temperature of the fuel cell 50 during operation is high, the air absorbs heat from the separator 52 and the first end plate 61 while passing through the air supply passages 57 and 67, and the air electrode layer 11c
To the optimal temperature for the reaction at The heated air is discharged from substantially the center of the separator 52 and the first end plate 61 toward the center of the cathode current collector 14, passes through the pores in the cathode current collector 14, and forms the air electrode layer 11 c. It is quickly supplied to the approximate center, and further guided by the slit, and flows radially from the approximate center of the air electrode layer 11c to the outer peripheral edge. As a result,
As in the first embodiment, the power generation efficiency of the fuel cell is improved. Further, since the separator 52 can be formed thinner than the separator of the first embodiment, the fuel cell 50 can be smaller than the fuel cell of the first embodiment. Operations other than those described above are substantially the same as the operations of the first embodiment, and thus the repeated description will be omitted.

【0047】なお、上記第1及び第2実施の形態では、
酸化剤ガスとして空気を用いたが、酸素又はその他の酸
化剤ガスを用いてもよい。また、上記第1及び第2の実
施の形態では、セパレータをステンレス鋼、ニッケル基
合金又はクロム基合金により形成したが、ランタンクロ
マイト(La0.9Sr0.1CoO3)等の導電性を有する
セラミックにより形成してもよい。更に、上記第1及び
第2の実施の形態では、セパレータ、第1端板及び第2
端板の挿入穴にヒータをそれぞれ挿入したが、ヒータ及
び温度センサ(温度測定用熱電対)を交互に挿入しても
よい。この場合、温度センサの検出出力に基づいてヒー
タを制御することにより、セパレータ等の温度をきめ細
かく制御できる。
In the first and second embodiments,
Although air is used as the oxidizing gas, oxygen or another oxidizing gas may be used. In the first and second embodiments, the separator is formed of stainless steel, a nickel-based alloy or a chromium-based alloy, but is formed of a conductive ceramic such as lanthanum chromite (La 0.9 Sr 0.1 CoO 3 ). May be. Furthermore, in the first and second embodiments, the separator, the first end plate, and the second
Although the heaters are inserted into the insertion holes of the end plates, heaters and temperature sensors (thermocouples for temperature measurement) may be inserted alternately. In this case, the temperature of the separator and the like can be finely controlled by controlling the heater based on the detection output of the temperature sensor.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、
(n+1)個の発電セルのうちi番目の発電セルの燃料
極層と(i+1)番目の発電セルの酸化剤極層との間に
セパレータをそれぞれ1枚ずつ合計n枚介装し、燃料極
層及びセパレータ間に多孔質の燃料極集電体を介装し、
酸化剤極層及びセパレータ間に多孔質の酸化剤極集電体
を介装し、各セパレータに蛇行する燃料供給通路及び酸
化剤供給通路を形成し、1番目の発電セルの酸化剤極層
に積層された第1端板に蛇行する酸化剤供給通路を形成
し、更に(n+1)番目の発電セルの燃料極層に積層さ
れた第2端板に蛇行する燃料供給通路を形成したので、
燃料ガスが上記蛇行する燃料供給通路を通る間に加熱さ
れた後に、燃料極層の略中心から外周縁に向って流れ、
酸化剤ガスが上記蛇行する酸化剤供給通路を通る間に加
熱された後に、酸化剤極層内を固体電解質層に沿って流
れる。このとき上記加熱された酸化剤ガスは酸化剤極層
から電子を受取って速やかに酸化物イオンにイオン化さ
れ、この酸化物イオンは固体電解質層内を拡散移動して
燃料極層との界面近傍で上記加熱された燃料ガスと反応
して速やかに反応生成物を生じ、燃料極層に電子を放出
する。この結果、従来燃料ガス及び酸化剤ガスを予熱す
るために燃料電池外部に設けられていた予熱器が不要に
なるので、部品点数を低減しかつ燃料電池の小型化を図
ることができる。また発電セルの表面の全てが発電に寄
与するので、燃料ガス及び燃料極層の衝突回数と、酸化
剤ガス及び酸化剤極層との衝突回数が多くなり、発電効
率が向上する。
As described above, according to the present invention,
A total of n separators are interposed between the fuel electrode layer of the i-th power generation cell and the oxidant electrode layer of the (i + 1) -th power generation cell out of the (n + 1) power generation cells. A porous anode current collector is interposed between the layer and the separator,
A porous oxidant electrode current collector is interposed between the oxidant electrode layer and the separator, and a meandering fuel supply passage and an oxidant supply passage are formed in each separator, and the oxidant electrode layer of the first power generation cell is formed. A meandering oxidant supply passage was formed in the stacked first end plate, and a meandering fuel supply passage was formed in the second end plate stacked on the fuel electrode layer of the (n + 1) th power generation cell.
After the fuel gas is heated while passing through the meandering fuel supply passage, flows from the substantially center of the fuel electrode layer toward the outer peripheral edge,
After the oxidant gas is heated while passing through the meandering oxidant supply passage, it flows in the oxidant electrode layer along the solid electrolyte layer. At this time, the heated oxidant gas receives electrons from the oxidant electrode layer and is quickly ionized into oxide ions, and the oxide ions diffuse and move in the solid electrolyte layer and near the interface with the fuel electrode layer. It reacts with the heated fuel gas to quickly produce a reaction product and emits electrons to the fuel electrode layer. As a result, a preheater provided outside the fuel cell for preheating the fuel gas and the oxidizing gas in the related art becomes unnecessary, so that the number of parts can be reduced and the fuel cell can be downsized. In addition, since the entire surface of the power generation cell contributes to power generation, the number of collisions between the fuel gas and the fuel electrode layer and the number of collisions with the oxidant gas and the oxidant electrode layer increase, thereby improving power generation efficiency.

【0049】またセパレータ又は第1端板に形成された
各酸化剤供給通路が酸化剤ガスをセパレータ又は第1端
板の外周面から導入して蛇行しながらセパレータ又は第
1端板の酸化剤極集電体に対向する面からシャワー状に
略均一に吐出させるように構成すれば、酸化剤ガスが酸
化剤供給通路からシャワー状に酸化剤極集電体に向って
略均一に吐出されるので、この酸化剤ガスにより発電セ
ルを均一に加熱・冷却できる。また燃料電池の発電中に
おけるジュール熱の発生により、発電セルが加熱されて
設定温度より上昇したときに、この設定温度より僅かに
低い温度の酸化剤ガスを上記酸化剤供給通路から吐出さ
せることにより、発電セルを均一に冷却できるので、発
電セルの局所的な加熱又は冷却による損傷を防止でき
る。またセパレータ及び第1端板に形成された酸化剤供
給通路が単一の第1酸化剤穴と、蛇行しかつ略中心に向
う単一の第2酸化剤穴と、酸化剤極集電体の略中心に臨
む単一の第3酸化剤穴とをそれぞれ有するように構成す
れば、酸化剤供給通路が比較的短いため、セパレータ及
び第1端板の製作工数を低減することができるととも
に、酸化剤供給通路を燃料供給通路と略同一平面に形成
できるので、セパレータの厚さを薄くできる。
Each of the oxidizing agent supply passages formed in the separator or the first end plate introduces an oxidizing gas from the outer peripheral surface of the separator or the first end plate while meandering. If it is configured so as to be discharged almost uniformly in a shower shape from the surface facing the current collector, the oxidant gas is discharged almost uniformly from the oxidant supply passage toward the oxidant electrode current collector in a shower shape. The oxidant gas can uniformly heat and cool the power generation cell. Further, by generating Joule heat during power generation of the fuel cell, when the power generation cell is heated and rises above a set temperature, an oxidant gas having a temperature slightly lower than the set temperature is discharged from the oxidant supply passage. Since the power generation cell can be uniformly cooled, damage due to local heating or cooling of the power generation cell can be prevented. The oxidant supply passage formed in the separator and the first end plate has a single first oxidant hole, a meandering and single central oxidant hole facing the center, and an oxidant electrode current collector. If each of them has a single third oxidizing hole facing the center, the oxidizing agent supply passage is relatively short, so that the number of manufacturing steps for the separator and the first end plate can be reduced, and the Since the agent supply passage can be formed on substantially the same plane as the fuel supply passage, the thickness of the separator can be reduced.

【0050】また燃料供給通路及び酸化剤供給通路のい
ずれにも連通しないようにn枚のセパレータ、単一の第
1端板及び単一の第2端板のそれぞれに複数の挿入穴を
形成し、これらの挿入穴にヒータを挿入すれば、燃料電
池の起動時にヒータに通電することにより発電セルを速
やかに昇温できるので、昇温時間を短縮できる。また発
電セルが均一に昇温し、発電セルの中心と外周縁との温
度差がなくなって均一に熱膨張するため、発電セルの損
傷を防止できる。また複数の挿入穴にヒータ及び温度セ
ンサを挿入すれば、温度センサの検出出力に基づいてヒ
ータを制御することにより、セパレータ等の温度をきめ
細かく制御できる。また燃料供給通路及び酸化剤供給通
路のいずれにも連通しないようにn枚のセパレータ、単
一の第1端板及び単一の第2端板のそれぞれに複数の軽
量化穴を形成すれば、セパレータ、第1端板及び第2端
板の重量を小さくできるので、燃料電池の軽量化を図る
ことができる。
A plurality of insertion holes are formed in each of the n separators, the single first end plate and the single second end plate so as not to communicate with either the fuel supply passage or the oxidant supply passage. If the heaters are inserted into these insertion holes, the temperature of the power generation cells can be quickly raised by supplying power to the heaters when the fuel cell is started, so that the time required for the temperature increase can be shortened. In addition, the temperature of the power generation cell is uniformly increased, and the temperature difference between the center and the outer peripheral edge of the power generation cell is eliminated so that the power generation cell is uniformly thermally expanded. If a heater and a temperature sensor are inserted into the plurality of insertion holes, the temperature of the separator and the like can be finely controlled by controlling the heater based on the detection output of the temperature sensor. Further, if a plurality of lightening holes are formed in each of the n separators, the single first end plate and the single second end plate so as not to communicate with any of the fuel supply passage and the oxidant supply passage, Since the weight of the separator, the first end plate, and the second end plate can be reduced, the weight of the fuel cell can be reduced.

【0051】またn枚のセパレータの燃料極集電体への
対向面及び単一の第2端板の燃料極集電体への対向面
に、各セパレータ及び第2端板の中心から渦巻き状に延
びる複数のスリットをそれぞれ形成すれば、燃料ガスが
上記スリットに沿って渦巻き状に流れ、燃料ガスの反応
経路が長くなる。この結果、燃料ガスと燃料極層との衝
突回数が増え、燃料電池の出力を向上できる。またn枚
のセパレータの燃料極集電体への対向面及び単一の第2
端板の燃料極集電体への対向面に、各セパレータ及び第
2端板の中心から放射状に延びる複数のスリットをそれ
ぞれ形成すれば、燃料ガスが上記スリットに沿って放射
状に流れ、燃料ガスの反応経路が比較的長くなる。この
結果、燃料ガスと燃料極層との衝突回数が比較的多くな
り、燃料電池の出力を向上できる。またn枚のセパレー
タの酸化剤極集電体への対向面及び単一の第1端板の酸
化剤極集電体への対向面に、各セパレータ及び第1端板
の中心から放射状に複数のスリットをそれぞれ形成すれ
ば、酸化剤ガスが上記スリットに沿って放射状に流れ、
酸化剤ガスの反応経路が比較的長くなる。この結果、酸
化剤ガスと酸化剤極層との衝突回数が比較的多くなり、
燃料電池の出力を向上できる。
The surfaces of the n separators facing the anode current collector and the single second end plate facing the anode current collector are spirally arranged from the center of each separator and the second end plate. Is formed, the fuel gas flows spirally along the slits, and the reaction path of the fuel gas becomes longer. As a result, the number of collisions between the fuel gas and the fuel electrode layer increases, and the output of the fuel cell can be improved. Further, the surfaces of the n separators facing the anode current collector and the single second
By forming a plurality of slits radially extending from the center of each separator and the second end plate on the surface of the end plate facing the fuel electrode current collector, the fuel gas flows radially along the slits, Is relatively long. As a result, the number of collisions between the fuel gas and the fuel electrode layer becomes relatively large, and the output of the fuel cell can be improved. Also, a plurality of the n sheets of separators are provided radially from the center of each separator and the first end plate on the surface facing the oxidizer electrode current collector and the surface of the single first end plate facing the oxidizer electrode current collector. If each slit is formed, the oxidant gas flows radially along the slit,
The reaction path of the oxidizing gas becomes relatively long. As a result, the number of collisions between the oxidizing gas and the oxidizing electrode layer becomes relatively large,
The output of the fuel cell can be improved.

【0052】またニッケルめっきされたステンレス鋼製
などの燃料極集電体をステンレス鋼製などのセパレータ
及び第2端板に接合し、銀めっきされたステンレス鋼製
などの酸化剤極集電体をステンレス鋼製などのセパレー
タ及び第1端板に接合すれば、セパレータ及び第1端板
が高温で酸化剤ガスに曝されても、セパレータ及び酸化
剤極集電体の接合部分と、第1端板及び酸化剤極集電体
の溶着された接合部分が溶着されているため、これらの
接合部分の酸化を防止できる。この結果、セパレータ及
び燃料極集電体の電気的導通と、第2端板及び燃料極集
電体の電気的導通のみならず、セパレータ及び酸化剤極
集電体の電気的導通と、第1端板及び酸化剤極集電体の
電気的導通を上記接合部分を通して長期間保持できると
ともに、燃料電池の組立作業時間を短縮し、組立作業性
を向上できる。また各セパレータ、第1端板及び第2端
板の表面にニッケルめっき等を施せば、セパレータ、第
1端板又は第2端板と、燃料極集電体又は酸化剤極集電
体との電気的導通を更に長期間保持できる。更に燃料供
給通路に燃料ガスが流通可能な密度で改質粒子を充填す
れば、燃料ガスが燃料供給通路で改質粒子により改質さ
れるので、従来、燃料電池外部に設けられていた改質器
が不要になる。この結果、部品点数を低減できるととも
に、燃料電池の小型化を図ることができる。
A fuel electrode current collector made of nickel-plated stainless steel or the like is joined to a separator made of stainless steel or the like and the second end plate, and an oxidizer electrode current collector made of silver-plated stainless steel or the like is formed. When the separator and the first end plate are joined to the separator and the first end plate made of stainless steel or the like, even if the separator and the first end plate are exposed to the oxidant gas at a high temperature, the joint between the separator and the oxidant electrode current collector and the first end plate can be formed. Since the welded portions of the plate and the oxidant electrode current collector are welded, oxidation of these welded portions can be prevented. As a result, the electrical continuity between the separator and the anode current collector, the electrical continuity between the second end plate and the anode current collector, as well as the electrical continuity between the separator and the oxidant electrode current collector, The electrical continuity between the end plate and the oxidant electrode current collector can be maintained for a long period of time through the joining portion, and the assembling work time of the fuel cell can be shortened and the assembling workability can be improved. In addition, if the surfaces of each separator, the first end plate and the second end plate are plated with nickel or the like, the separator, the first end plate or the second end plate, and the fuel electrode current collector or the oxidant electrode current collector Electrical continuity can be maintained for a longer period. Furthermore, if the fuel supply passage is filled with the reformed particles at a density at which the fuel gas can flow, the fuel gas is reformed by the reformed particles in the fuel supply passage. A vessel is not required. As a result, the number of parts can be reduced, and the size of the fuel cell can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明第1実施形態の固体酸化物型燃料電池を
示す図2のA−A線断面図。
FIG. 1 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2 showing a solid oxide fuel cell according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のB−B線断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along line BB of FIG. 1;

【図3】図1のC−C線断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along line CC of FIG. 1;

【図4】図1のD−D線断面図。FIG. 4 is a sectional view taken along line DD of FIG. 1;

【図5】本発明の第2実施形態を示す図6のE−E線断
面図。
FIG. 5 is a sectional view taken along line EE of FIG. 6, showing a second embodiment of the present invention.

【図6】図5のF−F線断面図。FIG. 6 is a sectional view taken along line FF of FIG. 5;

【図7】図5のG−G線断面図。FIG. 7 is a sectional view taken along line GG of FIG. 5;

【図8】図7のH−H線断面図。FIG. 8 is a sectional view taken along line HH of FIG. 7;

【図9】その発電セル、燃料極集電体、空気極集電体及
びセパレータを含む燃料電池の要部分解斜視図。
FIG. 9 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell including the power generation cell, the anode current collector, the cathode current collector, and a separator.

【符号の説明】 10,50 固体酸化物型燃料電池 11 発電セル 11a 固体電解質層 11b 燃料極層 11c 空気極層(酸化剤極層) 12,52 セパレータ 12a,52a,61a,62a 挿入穴 12b,22b,52b,61b,62b スリット 13 燃料極集電体 14 空気極集電体(酸化剤極集電体) 16,26,56,66 燃料供給通路 17,27,57,67 空気供給通路(酸化剤供給通
路) 17a,57a,67a 第1空気穴(第1酸化剤穴) 17b,27b,57b,67b 第2空気穴(第2酸
化剤穴) 17c,27c,57c,67c 第3空気穴(第3酸
化剤穴) 21,61 第1端板 22,62 第2端板 23,63 ヒータ
[Description of Signs] 10,50 Solid oxide fuel cell 11 Power generation cell 11a Solid electrolyte layer 11b Fuel electrode layer 11c Air electrode layer (oxidant electrode layer) 12,52 Separator 12a, 52a, 61a, 62a Insertion hole 12b, 22b, 52b, 61b, 62b Slit 13 Fuel electrode current collector 14 Air electrode current collector (oxidizer electrode current collector) 16, 26, 56, 66 Fuel supply passage 17, 27, 57, 67 Air supply passage (oxidation 17a, 57a, 67a First air hole (first oxidant hole) 17b, 27b, 57b, 67b Second air hole (second oxidant hole) 17c, 27c, 57c, 67c Third air hole ( Third oxidant hole) 21, 61 First end plate 22, 62 Second end plate 23, 63 Heater

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸化物イオン伝導体により形成された固
体電解質層(11a)とこの固体電解質層(11a)の両面に配設
された燃料極層(11b)及び酸化剤極層(11c)とからなる発
電セル(11)が(n+1)個(nは正の整数である。)積
層された固体酸化物型燃料電池であって、 前記i番目(i=1,2,…,n)の発電セル(11)の燃
料極層(11b)とこの燃料極層(11b)に隣接する(i+1)
番目の発電セル(11)の酸化剤極層(11c)との間に導電性
材料により板状に形成されたセパレータ(12)がそれぞれ
1枚ずつ合計n枚介装され、 前記i番目の発電セル(11)の燃料極層(11b)と前記j番
目(j=1,2,…,n)のセパレータ(12)との間に導
電性を有する多孔質の燃料極集電体(13)が介装され、 前記(i+1)番目の発電セル(11)の酸化剤極層(11c)
と前記j番目のセパレータ(12)との間に導電性を有する
多孔質の酸化剤極集電体(14)が介装され、 前記1番目の発電セル(11)の酸化剤極層(11c)に酸化剤
極集電体(14)を介して導電性材料により板状に形成され
た単一の第1端板(21)が積層され、 前記(n+1)番目の発電セル(11)の燃料極層(11b)に
燃料極集電体(13)を介して導電性材料により板状に形成
された単一の第2端板(22)が積層され、 前記n枚のセパレータ(12)が燃料ガスをセパレータ(12)
外周面から導入して蛇行させながら略中心に流しかつ前
記セパレータ(12)の略中心から前記燃料極集電体(13)に
向って吐出させる燃料供給通路(16)と、前記酸化剤ガス
を前記セパレータ(12)外周面から導入して蛇行させなが
ら前記セパレータ(12)内を流しかつ前記セパレータ(12)
の酸化剤極集電体(14)に対向する面から吐出させる酸化
剤供給通路(17)とを有し、 前記単一の第1端板(21)が酸化剤ガスを前記第1端板(2
1)外周面から導入して蛇行させながら前記第1端板(21)
内を流しかつ前記第1端板(21)の酸化剤極集電体(14)に
対向する面から吐出させる酸化剤供給通路(27)を有し、 前記単一の第2端板(22)が燃料ガスを前記第2端板(22)
外周面から導入して蛇行させながら略中心に流しかつ前
記第2端板(22)の略中心から前記燃料極集電体(13)に向
って吐出させる燃料供給通路(26)を有することを特徴と
する固体酸化物型燃料電池。
1. A solid electrolyte layer (11a) formed of an oxide ion conductor and a fuel electrode layer (11b) and an oxidizer electrode layer (11c) disposed on both surfaces of the solid electrolyte layer (11a). A solid oxide fuel cell in which (n + 1) (n is a positive integer) power generation cells (11) are stacked, and the i-th (i = 1, 2,..., N) The fuel electrode layer (11b) of the power generation cell (11) and (i + 1) adjacent to the fuel electrode layer (11b)
A total of n sheets of separators (12) formed of a conductive material are interposed between the oxidant electrode layer (11c) of the i-th power generation cell (11) and the i-th power generation cell. A porous anode current collector (13) having conductivity between the anode layer (11b) of the cell (11) and the j-th (j = 1, 2,..., N) separator (12) The oxidant electrode layer (11c) of the (i + 1) -th power generation cell (11) is interposed.
And the j-th separator (12), a porous oxidant electrode current collector (14) having conductivity is interposed, and the oxidant electrode layer (11c) of the first power generation cell (11) is provided. ) Is laminated with a single first end plate (21) made of a conductive material via an oxidant electrode current collector (14), and the (n + 1) -th power generation cell (11) A single second end plate (22) formed in a plate shape of a conductive material is laminated on the fuel electrode layer (11b) via a fuel electrode current collector (13), and the n separators (12) Separator for fuel gas (12)
A fuel supply passageway (16) which is introduced from the outer peripheral surface and flows to the approximate center while meandering, and is discharged from the approximate center of the separator (12) toward the anode current collector (13); and The separator (12) is introduced from the outer peripheral surface and flows inside the separator (12) while meandering, and the separator (12)
An oxidant supply passage (17) for discharging the oxidant gas from a surface facing the oxidant electrode current collector (14), wherein the single first end plate (21) supplies oxidant gas to the first end plate. (2
1) The first end plate (21) while being introduced from the outer peripheral surface and meandering
An oxidant supply passage (27) for flowing through the inside and discharging from the surface of the first end plate (21) facing the oxidant electrode current collector (14), wherein the single second end plate (22 ) Supplies fuel gas to the second end plate (22).
A fuel supply passage (26) that is introduced from the outer peripheral surface, flows around the center while meandering, and discharges from the substantially center of the second end plate (22) toward the anode current collector (13). Characteristic solid oxide fuel cell.
【請求項2】 n枚のセパレータ(12)に形成された各酸
化剤供給通路(17)が酸化剤ガスを前記セパレータ(12)外
周面から導入して蛇行させながら前記セパレータ(12)の
酸化剤極集電体(14)に対向する面からシャワー状に略均
一に吐出させるように構成され、 単一の第1端板(21)に形成された酸化剤供給通路(27)が
前記酸化剤ガスを前記第1端板(21)外周面から導入して
蛇行させながら前記第1端板(21)の酸化剤極集電体(14)
に対向する面からシャワー状に略均一に吐出させるよう
に構成された請求項1記載の固体酸化物型燃料電池。
2. Each of the oxidant supply passages (17) formed in the n number of separators (12) introduces an oxidant gas from the outer peripheral surface of the separator (12) and oxidizes the separator (12) while meandering. An oxidizing agent supply passage (27) formed in a single first end plate (21) is formed so as to be discharged almost uniformly in a shower form from a surface facing the electrode current collector (14). The oxidant electrode current collector (14) of the first end plate (21) is introduced while introducing the agent gas from the outer peripheral surface of the first end plate (21) and meandering.
2. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the solid oxide fuel cell is configured to be discharged almost uniformly in a shower shape from a surface facing the fuel cell.
【請求項3】 n枚のセパレータ(12)に形成された酸化
剤供給通路(17)が各セパレータ(12)の外周面に開口する
単一の第1酸化剤穴(17a)と、この第1酸化剤穴(17a)に
連通し前記セパレータ(12)内を蛇行する単一の第2酸化
剤穴(17b)と、前記セパレータ(12)の酸化剤極集電体(1
4)に対向する面に所定の間隔をあけかつ前記第2酸化剤
穴(17b)に連通するように形成された多数の第3酸化剤
穴(17c)とを有し、 単一の第1端板(21)に形成された酸化剤供給通路(27)が
前記第1端板(21)の外周面に開口する単一の第1酸化剤
穴(27a)と、この第1酸化剤穴(27a)に連通し前記第1端
板(21)内を蛇行する単一の第2酸化剤穴(27b)と、前記
第1端板(21)の酸化剤極集電体(14)に対向する面に所定
の間隔をあけかつ前記第2酸化剤穴(27b)に連通するよ
うに形成された多数の第3酸化剤穴(27c)とを有する請
求項2記載の固体酸化物型燃料電池。
3. A single first oxidant hole (17a) formed in an n number of separators (12) with an oxidant supply passage (17) formed in the outer peripheral surface of each separator (12). A single second oxidant hole (17b) communicating with one oxidant hole (17a) and meandering in the separator (12); and an oxidant electrode current collector (1) of the separator (12).
A plurality of third oxidizing holes (17c) formed at predetermined intervals on the surface facing 4) and communicating with the second oxidizing holes (17b); A single first oxidant hole (27a) having an oxidant supply passage (27) formed in the end plate (21) opened on the outer peripheral surface of the first end plate (21); (27a) and a single second oxidizer hole (27b) meandering in the first end plate (21) and the oxidizer electrode current collector (14) of the first end plate (21). 3. The solid oxide fuel according to claim 2, comprising a plurality of third oxidant holes (27c) formed at predetermined intervals on the opposing surface and communicating with the second oxidant holes (27b). battery.
【請求項4】 n枚のセパレータ(52)に形成された酸化
剤供給通路(57)が各セパレータ(52)の外周面に開口する
単一の第1酸化剤穴(57a)と、この第1酸化剤穴(57a)に
連通し前記セパレータ(52)内を蛇行しながら略中心に向
う単一の第2酸化剤穴(57b)と、この第2酸化剤穴(57b)
に連通しかつ酸化剤極集電体(14)の略中心に臨む単一の
第3酸化剤穴(57c)とを有し、 第1端板(61)に形成された酸化剤供給通路(67)が前記第
1端板(61)の外周面に開口する単一の第1酸化剤穴(67
a)と、この第1酸化剤穴(67a)に連通し前記第1端板(6
1)内を蛇行しながら略中心に向う単一の第2酸化剤穴(6
7b)と、この第2酸化剤穴(67b)に連通しかつ前記酸化剤
極集電体(14)の略中心に臨む単一の第3酸化剤穴(67c)
とを有する請求項1記載の固体酸化物型燃料電池。
4. A single first oxidant hole (57a) formed in an n number of separators (52) with an oxidant supply passage (57) formed in the outer peripheral surface of each separator (52). A single second oxidizing agent hole (57b) communicating with the one oxidizing agent hole (57a) and meandering in the separator (52) toward the center, and a second oxidizing agent hole (57b)
And a single third oxidant hole (57c) facing the center of the oxidant electrode current collector (14), and an oxidant supply passage formed in the first end plate (61). 67) is a single first oxidizer hole (67) opening on the outer peripheral surface of the first end plate (61).
a) with the first oxidant hole (67a).
1) A single second oxidizer hole (6
7b) and a single third oxidant hole (67c) communicating with the second oxidant hole (67b) and substantially at the center of the oxidant electrode current collector (14).
The solid oxide fuel cell according to claim 1, comprising:
【請求項5】 燃料供給通路(16,26)及び酸化剤供給通
路(17,27)のいずれにも連通しないようにn枚のセパレ
ータ(12)、単一の第1端板(21)及び単一の第2端板(22)
のそれぞれに複数の挿入穴(12a,21a,22a)が形成され、
前記複数の挿入穴(12a,21a,22a)にヒータ(23)又はヒー
タ(23)及び温度センサがそれぞれ挿入された請求項1な
いし4いずれか記載の固体酸化物型燃料電池。
5. The n separators (12), the single first end plate (21) and the n-th separator (12) so as not to communicate with any of the fuel supply passages (16, 26) and the oxidant supply passages (17, 27). Single second end plate (22)
A plurality of insertion holes (12a, 21a, 22a) are formed in each of the
The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein a heater (23) or a heater (23) and a temperature sensor are respectively inserted into the plurality of insertion holes (12a, 21a, 22a).
【請求項6】 燃料供給通路及び酸化剤供給通路のいず
れにも連通しないようにn枚のセパレータ、単一の第1
端板及び単一の第2端板のそれぞれに複数の軽量化穴が
形成された請求項1ないし4いずれか記載の固体酸化物
型燃料電池。
6. An n number of separators and a single first separator so as not to communicate with any of the fuel supply passage and the oxidant supply passage.
5. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein a plurality of lightening holes are formed in each of the end plate and the single second end plate.
【請求項7】 n枚のセパレータ(12)の燃料極集電体(1
3)への対向面及び単一の第2端板(22)の燃料極集電体(1
3)への対向面に、各セパレータ(12)及び第2端板(22)の
中心から渦巻き状に延びる複数のスリット(12b,22b)が
それぞれ形成された請求項1ないし6いずれか記載の固
体酸化物型燃料電池。
7. An anode current collector (1) of n separators (12).
3) and the anode current collector (1) of the single second end plate (22).
7. A plurality of slits (12b, 22b) spirally extending from the center of each separator (12) and the second end plate (22) are formed on the surface facing 3), respectively. Solid oxide fuel cell.
【請求項8】 n枚のセパレータ(52)の燃料極集電体(1
3)への対向面及び単一の第2端板(62)の燃料極集電体(1
3)への対向面に、各セパレータ(52)及び第2端板(62)の
中心から放射状に延びる複数のスリット(52b,62b)がそ
れぞれ形成された請求項1ないし6いずれか記載の固体
酸化物型燃料電池。
8. An anode current collector (1) of n separators (52).
3) and the anode current collector (1) of the single second end plate (62).
The solid according to any one of claims 1 to 6, wherein a plurality of slits (52b, 62b) extending radially from the center of each separator (52) and the second end plate (62) are formed on the surface facing 3). Oxide fuel cell.
【請求項9】 n枚のセパレータ(52)の酸化剤極集電体
(14)への対向面及び単一の第1端板(61)の酸化剤極集電
体(14)への対向面に、各セパレータ(52)及び第1端板(6
1)の中心から放射状に延びる複数のスリット(52b,61b)
がそれぞれ形成された請求項1ないし8いずれか記載の
固体酸化物型燃料電池。
9. An oxidant electrode current collector for n separators (52).
The separator (52) and the first end plate (6) are provided on the surface facing the oxidant electrode current collector (14) of the single first end plate (61) and the single end plate (61).
Multiple slits (52b, 61b) extending radially from the center of 1)
The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 8, wherein is formed.
【請求項10】 燃料極集電体(13)がニッケルめっき、
銀めっき若しくは銅めっきされたステンレス鋼、ニッケ
ル基合金又はクロム基合金、或いはニッケル、銀又は銅
により形成され、 酸化剤極集電体(14)が銀めっき若しくは白金めっきされ
たステンレス鋼、ニッケル基合金又はクロム基合金、或
いは銀又は白金により形成され、 n枚のセパレータ(12)、単一の第1端板(21)及び単一の
第2端板(22)がステンレス鋼、ニッケル基合金又はクロ
ム基合金によりそれぞれ形成され、 前記燃料極集電体(13)が前記各セパレータ(12)及び前記
第2端板(22)にそれぞれ接合され、 前記酸化剤極集電体(14)が前記各セパレータ(12)及び前
記第1端板(21)にそれぞれ接合された請求項1ないし9
いずれか記載の固体酸化物型燃料電池。
10. The anode current collector (13) is nickel-plated,
Silver- or copper-plated stainless steel, nickel-based alloy or chromium-based alloy, or stainless steel formed of nickel, silver or copper, and oxidant electrode current collector (14) plated with silver or platinum, nickel-based Alloy or chromium-based alloy, or silver or platinum, n separators (12), single first end plate (21) and single second end plate (22) are made of stainless steel, nickel-based alloy Alternatively, the anode current collector (13) is formed of a chromium-based alloy, and the anode current collector (13) is joined to each of the separators (12) and the second end plate (22). The first separator (12) and the first end plate (21) are respectively joined to the first end plate (21).
The solid oxide fuel cell according to any one of the above.
【請求項11】 n枚のセパレータの表面、単一の第1
端板の表面及び単一の第2端板の表面にニッケルめっ
き,クロムめっき又は銀めっきがそれぞれ施された請求
項1ないし10いずれか記載の固体酸化物型燃料電池。
11. The surface of n separators, a single first
The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 10, wherein a surface of the end plate and a surface of the single second end plate are plated with nickel, chromium, or silver, respectively.
【請求項12】 燃料供給通路に燃料ガスが流通可能な
密度で改質粒子が充填された請求項1ないし11いずれ
か記載の固体酸化物型燃料電池。
12. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the fuel supply passage is filled with the modified particles at a density at which a fuel gas can flow.
【請求項13】 改質粒子がNi、NiO、Al23
SiO2、MgO、CaO、Fe23、Fe34、V2
3、NiAl24、ZrO2、SiC、Cr23、ThO
2、Ce23、B23、MnO2、ZnO、Cu、BaO
及びTiO2からなる群より選ばれた1種又は2種以上
を含む元素又は酸化物により形成された請求項12記載
の固体酸化物型燃料電池。
13. The modified particles may be Ni, NiO, Al 2 O 3 ,
SiO 2 , MgO, CaO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , V 2 O
3 , NiAl 2 O 4 , ZrO 2 , SiC, Cr 2 O 3 , ThO
2 , Ce 2 O 3 , B 2 O 3 , MnO 2 , ZnO, Cu, BaO
And one or element, or a solid oxide fuel cell according to claim 12 wherein formed by an oxide containing two or more selected from the group consisting of TiO 2.
【請求項14】 酸化剤供給通路(17)が酸化剤ガスを外
周面から導入して蛇行させながら酸化剤極集電体(14)に
対向する面からシャワー状に略均一に吐出させるように
構成されたセパレータ。
14. An oxidant supply passage (17) in which an oxidant gas is introduced from an outer peripheral surface and meandered so as to be discharged almost uniformly in a shower form from a surface facing the oxidant electrode current collector (14). Composed separator.
【請求項15】 酸化剤供給通路(27)が酸化剤ガスを外
周面から導入して蛇行させながら酸化剤極集電体(14)に
対向する面からシャワー状に略均一に吐出させるように
構成された第1端板。
15. An oxidant supply passage (27) in which an oxidant gas is introduced from the outer peripheral surface and meandered so as to be discharged almost uniformly in a shower form from a surface facing the oxidant electrode current collector (14). The configured first end plate.
【請求項16】 酸化剤供給通路(17)が外周面に開口す
る単一の第1酸化剤穴(17a)と、この第1酸化剤穴(17a)
に連通しかつ蛇行する単一の第2酸化剤穴(17b)と、酸
化剤極集電体(14)に対向する面に所定の間隔をあけかつ
前記第2酸化剤穴(17b)に連通するように形成された多
数の第3酸化剤穴(17c)とを有する請求項14記載のセ
パレータ。
16. A single first oxidizing agent hole (17a) having an oxidizing agent supply passage (17) opened on the outer peripheral surface, and the first oxidizing agent hole (17a).
A second oxidizing agent hole (17b) that is meandering and meanders, and a predetermined interval is provided between the surface facing the oxidant electrode current collector (14) and communicates with the second oxidizing agent hole (17b). 15. The separator according to claim 14, having a plurality of third oxidant holes (17c) formed so as to form the third oxidant hole.
【請求項17】 酸化剤供給通路(27)が外周面に開口す
る単一の第1酸化剤穴(27a)と、この第1酸化剤穴(27a)
に連通しかつ蛇行する単一の第2酸化剤穴(27b)と、酸
化剤極集電体(14)に対向する面に所定の間隔をあけかつ
前記第2酸化剤穴(27b)に連通するように形成された多
数の第3酸化剤穴(27c)とを有する請求項15記載の第
1端板。
17. A single first oxidant hole (27a) having an oxidant supply passage (27) opened on the outer peripheral surface, and the first oxidant hole (27a).
A second oxidizing agent hole (27b) communicating with and meandering, and a predetermined interval on a surface facing the oxidant electrode current collector (14) and communicating with the second oxidizing agent hole (27b). 16. The first end plate according to claim 15, having a plurality of third oxidant holes (27c) formed so as to be formed.
【請求項18】 燃料供給通路(16)が燃料ガスを外周面
から導入して蛇行させながら略中心から燃料極集電体(1
3)に向って吐出させるように構成されたセパレータ。
18. A fuel electrode current collector (1) is introduced from a substantially center while a fuel supply passage (16) introduces fuel gas from an outer peripheral surface and meanders.
A separator configured to discharge toward 3).
【請求項19】 燃料供給通路(26)が燃料ガスを外周面
から導入して蛇行させながら略中心から燃料極集電体(1
3)に向って吐出させるように構成された第2端板。
19. A fuel supply passage (26) introduces fuel gas from the outer peripheral surface and meanders the fuel gas from substantially the center thereof.
A second end plate configured to discharge toward 3).
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