JP2003272668A - Fuel battery cell and cell stack as well as fuel battery - Google Patents

Fuel battery cell and cell stack as well as fuel battery

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JP2003272668A
JP2003272668A JP2002070154A JP2002070154A JP2003272668A JP 2003272668 A JP2003272668 A JP 2003272668A JP 2002070154 A JP2002070154 A JP 2002070154A JP 2002070154 A JP2002070154 A JP 2002070154A JP 2003272668 A JP2003272668 A JP 2003272668A
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fuel cell
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solid electrolyte
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel battery cell, and a cell stack as well as a fuel battery, capable of improving a power-generating capacity per unit cell, easy to manufacture, with improved reliability, and capable of reducing a stack volume per a given power generation volume. <P>SOLUTION: A circular solid electrolyte 37 is fitted around an outer periphery face of a planiform fuel side electrode 35 so as to surround the fuel side electrode 35, and a circular oxygen side electrode 39 is fitted on an outer periphery face of the solid electrolyte 37 so as to surround the solid electrolyte 37. The planiform shape is structured of a pair of flat parts 34a formed almost in parallel and an arc-shaped part 35b connecting both end parts of the flat parts 34a. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、燃料電池セル及び
セルスタック並びに燃料電池に関し、発電量を向上でき
る燃料電池セル及びセルスタック並びに燃料電池に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell, a cell stack and a fuel cell, and more particularly to a fuel cell, a cell stack and a fuel cell capable of improving power generation.

【0002】[0002]

【従来技術】次世代エネルギーとして、近年、燃料電池
セルのスタックを収納容器内に収容した燃料電池が種々
提案されている。
2. Description of the Related Art In recent years, various fuel cells in which a stack of fuel cells are housed in a container have been proposed as next-generation energy.

【0003】図8は従来の固体電解質型燃料電池セルの
セルスタックを示すもので、このセルスタックは、複数
の燃料電池セル1(1a、1b)を集合させ、一方の燃
料電池セル1aと他方の燃料電池セル1bとの間に金属
フェルトからなる集電部材5を介在させ、一方の燃料電
池セル1aの内側電極7と他方の燃料電池セル1bの外
側電極11とを電気的に直列に接続して構成されてい
た。
FIG. 8 shows a cell stack of a conventional solid oxide fuel cell unit. In this cell stack, a plurality of fuel cell units 1 (1a, 1b) are assembled into one fuel cell unit 1a and the other fuel cell unit 1a. The current collecting member 5 made of metal felt is interposed between the fuel cell 1b and the other fuel cell 1b, and the inner electrode 7 of one fuel cell 1a and the outer electrode 11 of the other fuel cell 1b are electrically connected in series. Was configured.

【0004】燃料電池セル1(1a、1b)は、円筒状
の内側電極7の外周面に、固体電解質9、外側電極11
を順次設けて構成されており、固体電解質9、外側電極
11から露出した内側電極7には、外側電極11に接続
しないようにインターコネクタ13が設けられている。
In the fuel cell 1 (1a, 1b), a solid electrolyte 9 and an outer electrode 11 are provided on the outer peripheral surface of a cylindrical inner electrode 7.
The inner connector 7 exposed from the solid electrolyte 9 and the outer electrode 11 is provided with an interconnector 13 so as not to be connected to the outer electrode 11.

【0005】このインターコネクタ13は、内側電極7
の内部を流れるガスと、外側電極11の外側を流れるガ
スとを確実に遮断するため、また、燃料ガス及び酸素含
有ガスで変質しにくい緻密な導電性セラミックスが用い
られている。
The interconnector 13 has an inner electrode 7
In order to reliably shut off the gas flowing inside the gas from the gas flowing outside the outer electrode 11, a dense conductive ceramic is used which is not easily altered by the fuel gas and the oxygen-containing gas.

【0006】一方の燃料電池セル1aと他方の燃料電池
セル1bとの電気的接続を具体的に説明すると、一方の
燃料電池1aの内側電極7を、該内側電極7に設けられ
たインターコネクタ13、集電部材5を介して、他方の
燃料電池セル1bの外側電極11に接続することにより
行われていた。
The electrical connection between one fuel cell 1a and the other fuel cell 1b will be specifically described. The inner electrode 7 of one fuel cell 1a is connected to the interconnector 13 provided on the inner electrode 7. It was carried out by connecting to the outer electrode 11 of the other fuel cell 1b through the current collecting member 5.

【0007】図9は従来のインタコネクタレス形式の固
体電解質型燃料電池セルのセルスタックを示すもので、
このセルスタックは、複数の燃料電池セル2(2a、2
b)を集合させて構成されており、セル2は、円筒状の
内側電極17の全周面に固体電解質19を形成し、この
固体電解質19の全周面に外側電極21w形成して構成
されている。
FIG. 9 shows a cell stack of a conventional solid electrolyte type fuel cell of an interconnectorless type.
This cell stack includes a plurality of fuel cells 2 (2a, 2a
b) is assembled, and the cell 2 is formed by forming the solid electrolyte 19 on the entire circumferential surface of the cylindrical inner electrode 17 and forming the outer electrode 21w on the entire circumferential surface of the solid electrolyte 19. ing.

【0008】左右それぞれの燃料電池セル列では、一方
の燃料電池セル2aと他方の燃料電池セル2bとの間
に、外側電極21同士を連結する金属フェルトなどから
なる集電部材23が介在され、内側電極17同士が導通
されており、左側の燃料電池セル列の外側電極21と右
側の燃料電池セル列の内側電極17とが電気的に接続さ
れていた。
In each of the left and right fuel battery cell rows, a current collecting member 23 made of metal felt or the like for connecting the outer electrodes 21 is interposed between the one fuel battery cell 2a and the other fuel battery cell 2b. The inner electrodes 17 were electrically connected to each other, and the outer electrode 21 of the left fuel cell array and the inner electrode 17 of the right fuel cell array were electrically connected.

【0009】図10は、扁平状の固体電解質型燃料電池
セルのセルスタックを示すもので、このセルスタック
は、複数の燃料電池セル3(3a、3b)を集合させ、
一方の燃料電池セル3aと他方の燃料電池セル3bとの
間に金属フェルトなどからなる集電部材25を介在さ
せ、一方の燃料電池セル3aの内側電極27と他方の燃
料電池セル3bの外側電極31とを電気的に接続して構
成されていた。
FIG. 10 shows a cell stack of a flat solid oxide fuel cell unit. This cell stack is formed by assembling a plurality of fuel cell units 3 (3a, 3b).
A current collecting member 25 made of metal felt or the like is interposed between one fuel battery cell 3a and the other fuel battery cell 3b, and an inner electrode 27 of one fuel battery cell 3a and an outer electrode of the other fuel battery cell 3b. 31 was electrically connected.

【0010】燃料電池セル3(3a、3b)は、扁平状
の内側電極27の外周面に、固体電解質29、外側電極
31を順次設けて構成されており、固体電解質29、外
側電極31から露出した内側電極27には、外側電極3
1に接続しないようにインターコネクタ33が設けられ
ている。内側電極27内には複数のガス通過孔32が形
成されている。
The fuel cell 3 (3a, 3b) is formed by sequentially providing a solid electrolyte 29 and an outer electrode 31 on the outer peripheral surface of a flat inner electrode 27, and is exposed from the solid electrolyte 29 and the outer electrode 31. The outer electrode 3 is attached to the inner electrode 27
An interconnector 33 is provided so as not to be connected to 1. A plurality of gas passage holes 32 are formed in the inner electrode 27.

【0011】一方の燃料電池セル3aと他方の燃料電池
セル3bとの電気的接続は、一方の燃料電池セル3aの
内側電極27を、該内側電極27に設けられたインター
コネクタ33、集電部材25を介して、他方の燃料電池
セル3bの外側電極31に接続することにより行われて
いた。
The electrical connection between the one fuel battery cell 3a and the other fuel battery cell 3b is performed by connecting the inner electrode 27 of the one fuel battery cell 3a to the interconnector 33 provided on the inner electrode 27 and a current collecting member. It was carried out by connecting to the outer electrode 31 of the other fuel cell 3b via 25.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図8の
燃料電池セルでは、インターコネクタ13が形成された
部分は発電しないため、全周の約20%が発電に寄与し
ないという欠点がある。
However, in the fuel cell of FIG. 8, since the portion where the interconnector 13 is formed does not generate power, there is a drawback that about 20% of the entire circumference does not contribute to power generation.

【0013】また、図9のインタコネクタレス形式の燃
料電池セルでは、図6のセルと比較するとセルの全周に
内側電極、固体電解質、外側電極が形成されているため
発電領域が広くとれるという長所があるものの、その効
果は図6の場合よりも20%程度向上するだけであり、
飛躍的に単セル当たりの発電量を増加させるには至らな
い。
Further, in the fuel cell of the interconnectorless type shown in FIG. 9, the inner electrode, the solid electrolyte and the outer electrode are formed on the entire circumference of the cell as compared with the cell shown in FIG. Although it has advantages, its effect is only improved by about 20% compared to the case of FIG.
It does not lead to a dramatic increase in the amount of power generation per unit cell.

【0014】さらに、図10の扁平状の燃料電池セルで
は、図8のセルと比較すると単セルを大きくできるため
単セル当たりの発電量は増加するが、インタコネクタが
形成された部分は発電しないため、全周の約40%は発
電に寄与せず、この形状の利点を十分に利用していなか
った。
Further, in the flat fuel cell of FIG. 10, the unit cell can be made larger than that of the cell of FIG. 8 so that the power generation amount per unit cell increases, but the portion where the interconnector is formed does not generate power. Therefore, about 40% of the entire circumference did not contribute to power generation, and the advantage of this shape was not fully utilized.

【0015】また、図8、図10ではインターコネクタ
13、33を有しているが、インターコネクタ13、3
3は、内側電極7、27の内部を流れるガスと、外側電
極11、31の外側を流れるガスとを確実に遮断し、ま
た燃料ガス及び酸素含有ガスで変質しないという特性が
要求されるため、製造に手間がかかり、また、ガス漏出
等の可能性も捨てきれず、長期信頼性が低いという問題
があった。
Further, although the interconnectors 13 and 33 are provided in FIGS. 8 and 10, the interconnectors 13 and 3 are provided.
3 is required to reliably block the gas flowing inside the inner electrodes 7 and 27 and the gas flowing outside the outer electrodes 11 and 31 and to be not deteriorated by the fuel gas and the oxygen-containing gas. There is a problem in that long-term reliability is low because it takes time to manufacture and the possibility of gas leakage cannot be abandoned.

【0016】また、固体電解質型燃料電池(SOFC)
においては固体電解質の特性上、600〜1000℃と
いう高温に発電セルを加熱する必要があるため、被加熱
部の容積を小さくする必要がある。被加熱部の容積が小
さいほど起動時や定常運転時にセルを加熱するために消
費するエネルギーを小さくすることができるため、起動
が早くなったり、発電効率を高くすることが可能とな
る。これらの理由により、特に固体電解質型燃料電池
(SOFC)においては単セルの発電量のみならず、所
定発電量当たりのスタック容積減少も重要な要素とな
る。
Further, a solid oxide fuel cell (SOFC)
In the above, since it is necessary to heat the power generation cell to a high temperature of 600 to 1000 ° C. due to the characteristics of the solid electrolyte, it is necessary to reduce the volume of the heated portion. The smaller the volume of the heated portion, the smaller the energy consumed for heating the cell at the time of start-up or steady operation, so that the start-up becomes faster and the power generation efficiency can be increased. For these reasons, particularly in a solid oxide fuel cell (SOFC), not only the power generation amount of a single cell but also the reduction of the stack volume per a predetermined power generation amount is an important factor.

【0017】即ち、図9の円筒型でインターコネクタレ
ス形式のセルを用いる場合においては、若干の改善は有
るものの、所定量発電するためには多くのセルを必要と
し、その分スタック容積が大きくなり、また多くのセル
を必要とするため信頼性が低下する傾向がある。
That is, when the cylindrical type interconnectorless type cell of FIG. 9 is used, although there are some improvements, a large number of cells are required to generate a predetermined amount of power, and the stack volume is large accordingly. In addition, since many cells are required, the reliability tends to decrease.

【0018】図10の扁平状の燃料電池セルでは、大型
化(幅を大きく)することによりセル一本当たりの発電
量を増加させることができるが、インターコネクタ33
形成により全周の約40%が非発電部であるため、所定
量発電するためには多くのセルを必要とし、スタック容
積が大きくなり、その分接続信頼性が低下する傾向にあ
る。
In the flat fuel cell shown in FIG. 10, the amount of power generation per cell can be increased by increasing the size (widening the width) of the fuel cell.
Since about 40% of the entire circumference is a non-power generation portion due to the formation, many cells are required to generate a predetermined amount of power, the stack volume increases, and the connection reliability tends to decrease accordingly.

【0019】本発明は、単セル当たりの発電量を向上で
きるとともに、製造が容易で、信頼性を向上でき、しか
も所定発電量当たりのスタック容積を小さくできる燃料
電池セル及びセルスタック並びに燃料電池を提供するこ
とを目的とする。
The present invention provides a fuel cell, a cell stack, and a fuel cell that can improve the amount of power generation per unit cell, can be easily manufactured, can improve reliability, and can reduce the stack volume per predetermined amount of power generation. The purpose is to provide.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池セル
は、扁平状の内側電極の外面に、該内側電極を取り巻く
ように環状の固体電解質を設け、該固体電解質の外面
に、該固体電解質を取り巻くように環状の外側電極を設
けてなることを特徴とする。
In the fuel cell of the present invention, an annular solid electrolyte is provided on the outer surface of a flat inner electrode so as to surround the inner electrode, and the solid electrolyte is provided on the outer surface of the solid electrolyte. It is characterized in that an annular outer electrode is provided so as to surround the.

【0021】このような燃料電池セルでは、内側電極の
外周面に環状の固体電解質、外側電極を順次形成し、イ
ンターコネクタを形成しない形状としたので、製造が容
易であり、また、セル全周を発電部とすることができ、
セル全周を有効に用いて発電させ、燃料電池セル1本当
たりの発電量が増加し、その結果、所定発電量当たりに
必要となるセル数を減少させることができる。また、セ
ル本数が減少することに伴い、セル間の接続の総数が減
少することになり故障発生の原因となりうる接続部の総
数を減らすことができるため信頼性が向上する。
In such a fuel cell, since the annular solid electrolyte and the outer electrode are sequentially formed on the outer peripheral surface of the inner electrode and the interconnector is not formed, the manufacturing is easy and the entire circumference of the cell is Can be the power generation section,
It is possible to effectively use the entire circumference of the cells to generate power, and increase the amount of power generation per fuel cell, and as a result, it is possible to reduce the number of cells required per predetermined amount of power generation. Further, as the number of cells decreases, the total number of connections between cells decreases, and the total number of connecting parts that may cause a failure can be reduced, so that reliability is improved.

【0022】また、扁平状の内側電極に固体電解質、外
側電極を形成し、扁平状のセルを形成することにより、
セルを大型化(幅を広く)して燃料電池セル1本当たり
の発電量を増加できるが、このようにセルを大型化した
としても、所定量発電するために必要なスタック容積を
従来よりも小さくでき、これにより燃料電池をコンパク
ト化できるとともに、必要とされる被加熱部容積を減少
でき、起動時や定常運転時にセル加熱用として用いるエ
ネルギーを最小限とでき、起動を早くできるとともに、
発電効率を向上できる。
Further, by forming a solid electrolyte and an outer electrode on a flat inner electrode to form a flat cell,
The amount of power generation per fuel cell can be increased by making the cell larger (wider), but even if the cell is made larger in this way, the stack volume required to generate a certain amount of power will be larger than in the past. The size of the fuel cell can be made smaller, and the volume of the heated part required can be reduced, the energy used for heating the cell at the time of startup or steady operation can be minimized, and the startup can be accelerated.
The power generation efficiency can be improved.

【0023】また、本発明の燃料電池セルは、ほぼ平行
に形成された一対の平坦部と、該平坦部の端部同士を連
結する弧状部とから構成された扁平状であることが望ま
しい。
Further, the fuel cell of the present invention is preferably a flat shape composed of a pair of flat portions formed substantially parallel to each other and an arcuate portion connecting the end portions of the flat portions.

【0024】このような構成の燃料電池セルでは、所定
量発電するために必要なスタック容積を最小にすること
ができるとともに、弧状部における固体電解質、外部電
極に発生する応力を抑制でき、剥離やクラック発生を抑
制できる。
In the fuel cell having such a structure, the stack volume required to generate a predetermined amount of power can be minimized, and the stress generated in the solid electrolyte and the external electrode in the arcuate portion can be suppressed, resulting in peeling and peeling. Generation of cracks can be suppressed.

【0025】即ち、燃料電池セルは、収納容器内に、隣
設するセルの平坦部同士を対向して配列されるが、例え
ば平坦部同士を接続する場合(並列接続)、導電部材を
介してのセル間の接続を平坦部全体で行うことができる
ことから、接続信頼性を向上できるとともに、信頼性が
向上するためセル間の距離を小さくでき、一方、直列接
続する場合、平坦部同士が接続しないように所定間隔を
置いて配列させる必要があるが、セルの対向面が平坦で
あるため、セル間の距離を小さくでき、スタック容積を
小さくできる。
That is, the fuel cells are arranged in the storage container so that the flat portions of the adjacent cells are opposed to each other. For example, when the flat portions are connected (parallel connection), they are connected via a conductive member. Since the cells can be connected in the entire flat part, the connection reliability can be improved, and the reliability can be improved to reduce the distance between the cells. On the other hand, when connecting in series, the flat parts are connected to each other. However, since the facing surfaces of the cells are flat, the distance between the cells can be reduced and the stack volume can be reduced.

【0026】また、本発明の燃料電池セルは、短径R1
と長径R2の比率R2/R1が2以上であることが望ま
しい。これにより、セル1本当たりの発電量を増加でき
るため、所定量発電するために必要なセル本数を減少で
き、セル間の接続部を減少できる。
The fuel cell of the present invention has a minor axis R1.
It is desirable that the ratio R2 / R1 of the long diameter R2 is 2 or more. As a result, the amount of power generation per cell can be increased, so that the number of cells required to generate a predetermined amount of power can be reduced and the number of connections between cells can be reduced.

【0027】また、短径R1が10mm以下であること
が望ましい。これにより、所定量発電するために必要な
スタック容積をさらに小さくできる。
It is desirable that the minor axis R1 is 10 mm or less. As a result, the stack volume required to generate a predetermined amount of power can be further reduced.

【0028】また、本発明の燃料電池セルは、内側電極
には、少なくとも1以上のガス通過孔が軸長方向に形成
されていることが望ましい。これにより、内側電極にお
けるガスの流通を確保できる。
In the fuel cell of the present invention, it is desirable that at least one gas passage hole is formed in the inner electrode in the axial direction. This ensures the gas flow in the inner electrode.

【0029】また、本発明の燃料電池セルは、内側電極
のガス通過孔内には、該内側電極と導通する導電部材が
設けられていることが望ましい。燃料電池セルの外面に
は、セル同士を連結するインターコネクタを形成しない
インターコネクタレス形式であるが、導電部材を内側電
極に電気的に接続させることにより、内側電極から導電
部材を介して電流を取り出すことができる。
Further, in the fuel cell of the present invention, it is desirable that a conductive member which is electrically connected to the inner electrode is provided in the gas passage hole of the inner electrode. The outer surface of the fuel cell is an interconnectorless type in which an interconnector that connects the cells is not formed, but by electrically connecting the conductive member to the inner electrode, a current is transmitted from the inner electrode through the conductive member. You can take it out.

【0030】また、内側電極のガス通過孔内には長尺状
導電部材が挿入され、該長尺状導電部材と前記内側電極
内面との間には、前記長尺状導電部材と前記内側電極と
を導通させる接続用導電部材が設けられていることが望
ましい。これにより、内側電極と導通する接続用導電部
材を介して長尺状導電部材から電流を取り出すことがで
きる。
A long conductive member is inserted into the gas passage hole of the inner electrode, and the long conductive member and the inner electrode are provided between the long conductive member and the inner surface of the inner electrode. It is desirable to provide a conductive member for connection for electrically connecting with. Thereby, the electric current can be taken out from the elongated conductive member via the conductive member for connection which is electrically connected to the inner electrode.

【0031】本発明のセルスタックは、上記燃料電池セ
ルを複数集合してなるものである。このようなセルスタ
ックでは、セル一本当たりの発電量を大きくできるた
め、所定量発電するために必要なセル数を少なくでき、
また、セル形状が扁平状であるため、所定発電量を得る
ためのスタック容積を小さくできる。
The cell stack of the present invention comprises a plurality of the above fuel cells. In such a cell stack, since the amount of power generation per cell can be increased, the number of cells required to generate a predetermined amount of power can be reduced,
Moreover, since the cell shape is flat, the stack volume for obtaining a predetermined amount of power generation can be reduced.

【0032】また、本発明の燃料電池は、上記燃料電池
セルを収納容器内に複数収納してなるものである。この
ような燃料電池では、小型化でき、製造コストの低下、
発電効率、実装性、実装信頼性の向上、メンテナンス性
を向上させることができる。
Further, the fuel cell of the present invention comprises a plurality of the above-mentioned fuel cells stored in a storage container. In such a fuel cell, downsizing can be achieved and manufacturing cost can be reduced.
It is possible to improve power generation efficiency, mountability, mount reliability, and maintainability.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】図1は本発明の燃料電池セルを示
すもので、(a)は横断面図、(b)は斜視図である。
本発明の燃料電池セル34はインターコネクタレス形状
で扁平状とされており、扁平状で多孔質な金属を主成分
とする燃料側電極(内側電極)35の外周面全面に、緻
密質な固体電解質37を形成し、この固体電解質37の
外周面全面に多孔質な導電性セラミックスからなる酸素
側電極(外側電極)39を順次積層して構成されてお
り、燃料側電極35が支持体となっている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a fuel cell of the present invention. (A) is a cross-sectional view and (b) is a perspective view.
The fuel cell 34 of the present invention has a flat shape with no interconnector, and a dense solid material is formed on the entire outer peripheral surface of the fuel-side electrode (inner electrode) 35 containing a flat and porous metal as a main component. An electrolyte 37 is formed, and an oxygen-side electrode (outer electrode) 39 made of porous conductive ceramics is sequentially laminated on the entire outer peripheral surface of the solid electrolyte 37. The fuel-side electrode 35 serves as a support. ing.

【0034】即ち、燃料電池セル34は、扁平状の燃料
側電極35の外面に、この燃料側電極35を取り巻くよ
うに環状の固体電解質37を設け、この固体電解質37
の外面に、固体電解質37を取り巻くように環状の酸素
側電極39を設けて構成されている。燃料側電極35に
は、軸長方向に一つの燃料ガス通過孔41が形成されて
いる。尚、燃料電池を作製する場合は、セルを支持固定
するが、この支持固定される部分については、酸素側電
極39を形成しなくても良い。
That is, in the fuel cell 34, an annular solid electrolyte 37 is provided on the outer surface of the flat fuel-side electrode 35 so as to surround the fuel-side electrode 35.
An annular oxygen-side electrode 39 is provided on the outer surface of the so as to surround the solid electrolyte 37. The fuel electrode 35 has one fuel gas passage hole 41 formed in the axial direction. It should be noted that when manufacturing a fuel cell, the cells are supported and fixed, but the oxygen side electrode 39 may not be formed in this supported and fixed portion.

【0035】燃料側電極35は、ほぼ平行に対向するよ
うに設けられた一対の平坦部35aと、幅方向両端に設
けられ、一対の平坦部35aの端部同士を滑らかに連結
する弧状部35bとから構成されており、これらの弧状
部35bは外方へ向けて突出する円弧状とされている。
燃料側電極35の内部には、断面形状が、外形形状に相
似する一つのガス通過孔41が形成されていることにな
る。
The fuel-side electrode 35 is provided with a pair of flat portions 35a provided so as to face each other substantially in parallel, and an arcuate portion 35b provided at both ends in the width direction so as to smoothly connect the end portions of the pair of flat portions 35a. And the arcuate portions 35b are arcuate shapes projecting outward.
Inside the fuel-side electrode 35, one gas passage hole 41 having a cross-sectional shape similar to the outer shape is formed.

【0036】燃料電池セル34は、燃料側電極35の形
状に応じて、外形形状が、ほぼ平行に形成された一対の
平坦部34aと、これらの平坦部34aの両端にそれぞ
れ形成され、一対の平坦部34aの端部同士を連結する
弧状部34bとから構成されている。
The fuel cell unit 34 has a pair of flat portions 34a whose outer shapes are formed substantially parallel to each other and a pair of flat portions 34a formed at both ends of the flat portions 34a, depending on the shape of the fuel-side electrode 35. It is composed of an arc-shaped portion 34b that connects the ends of the flat portion 34a.

【0037】図2は本発明の他の燃料電池セル43を示
すもので、(a)は横断面図、(b)は斜視図である。
この燃料電池セル43では、燃料側電極44に複数の燃
料ガス通過孔45が軸長方向に形成されている以外は、
図1と同様の構造を有している。尚、符号46は固体電
解質、47は酸素側電極、43aは燃料電池セル43の
平坦部、43bは燃料電池セル43の弧状部、44aは
燃料側電極44の平坦部、44bは燃料側電極44の弧
状部を示している。
2A and 2B show another fuel cell 43 of the present invention. FIG. 2A is a transverse sectional view and FIG. 2B is a perspective view.
In this fuel battery cell 43, except that a plurality of fuel gas passage holes 45 are formed in the fuel side electrode 44 in the axial direction,
It has the same structure as in FIG. Reference numeral 46 is a solid electrolyte, 47 is an oxygen side electrode, 43a is a flat portion of the fuel cell 43, 43b is an arcuate portion of the fuel cell 43, 44a is a flat portion of the fuel side electrode 44, and 44b is a fuel side electrode 44. Shows the arcuate portion of.

【0038】図3は本発明のさらに他の燃料電池セル4
9を示すもので、この燃料電池セル49では、燃料側電
極51の軸長方向における一部の外周面に、環状の固体
電解質53、酸素側電極55が形成されている以外は、
図2と同様の構造を有している。従って、燃料電池セル
49の一方側端から燃料側電極51が突出している。
尚、符号57は燃料ガス通過孔、49aは燃料電池セル
49の平坦部、49bは燃料電池セル49の弧状部を示
している。
FIG. 3 shows another fuel cell 4 according to the present invention.
In this fuel cell 49, except that an annular solid electrolyte 53 and an oxygen side electrode 55 are formed on a part of the outer peripheral surface of the fuel side electrode 51 in the axial direction,
It has the same structure as in FIG. Therefore, the fuel-side electrode 51 projects from one end of the fuel cell 49.
Reference numeral 57 indicates a fuel gas passage hole, 49a indicates a flat portion of the fuel cell 49, and 49b indicates an arc-shaped portion of the fuel cell 49.

【0039】燃料側電極35、44、51は、Ni、C
o、Ti、Ruのうちいずれか一種の金属又は金属酸化
物、もしくはこれらの合金又は合金酸化物を主成分とす
るものであり、これら以外に、外面の固体電解質37、
46、55への接合強度を向上し、固体電解質37、4
6、55の熱膨張係数に近似させるため、固体電解質材
料を含有することが望ましい。金属又は金属酸化物とし
ては、コストの観点からNi又はNiOが望ましい。
尚、燃料側電極を金属酸化物で形成した場合には、還元
雰囲気で還元して発電することになる。
The fuel side electrodes 35, 44, 51 are made of Ni, C
o, Ti, or Ru containing any one kind of metal or metal oxide, or an alloy or alloy oxide thereof as a main component, and other than these, a solid electrolyte 37 on the outer surface,
46, 55 to improve the bonding strength, solid electrolyte 37, 4
In order to approximate the thermal expansion coefficient of 6,55, it is desirable to contain a solid electrolyte material. As the metal or metal oxide, Ni or NiO is desirable from the viewpoint of cost.
When the fuel-side electrode is made of metal oxide, it is reduced in a reducing atmosphere to generate electricity.

【0040】上記した図1乃至図3の燃料電池セルの短
径R1と長径R2の比率R2/R1は2以上であること
が望ましい。これにより、所定量発電するために必要な
セル本数を減少できる。特に、R2/R1は4以上、さ
らには8以上であることが望ましい。
The ratio R2 / R1 of the minor axis R1 and the major axis R2 of the fuel cell of FIGS. 1 to 3 is preferably 2 or more. As a result, the number of cells required to generate a predetermined amount of power can be reduced. In particular, R2 / R1 is preferably 4 or more, and more preferably 8 or more.

【0041】尚、燃料電池セル34、43、49は、上
記したように、一対の平坦部34a、43a、49a
と、これらの平坦部34a、43a、49aの両端を滑
らかに連結する弧状部34b、43b、49bとからな
る扁平な楕円状に形成されているため、一対の平坦部3
4a、43a、49a間の距離を短径R1とし、この短
径R1に直交する方向の長さで最大距離を長径R2とし
た。
The fuel cells 34, 43, 49 have a pair of flat portions 34a, 43a, 49a as described above.
And the flat portions 34a, 43a, 49a are formed into a flat elliptical shape including arc-shaped portions 34b, 43b, 49b that smoothly connect both ends of the flat portions 34a, 43a, 49a.
The distance between 4a, 43a and 49a was defined as the minor axis R1, and the maximum distance in the direction perpendicular to this minor axis R1 was defined as the major axis R2.

【0042】燃料電池セルの短径R1は10mm以下で
あることが望ましい。これにより、燃料電池セルの容積
を小さくでき、体積当たりの出力密度を向上できる。特
に、8mm以下、さらには6mm以下が望ましい。
The minor axis R1 of the fuel cell is preferably 10 mm or less. As a result, the volume of the fuel cell unit can be reduced and the power density per volume can be improved. In particular, it is preferably 8 mm or less, more preferably 6 mm or less.

【0043】この燃料側電極35、44、51の外面に
設けられた固体電解質37、46、55は、3〜15モ
ル%のY、希土類元素を含有した部分安定化あるいは安
定化ZrO2からなる緻密質なセラミックスが用いられ
ている。燃料側電極35、44、51と固体電解質3
7、46、55との間には、接合強度を向上するため緻
密層からなる接合層を介在させても良い。この固体電解
質37、46、55の厚みは、ガス透過を防止するとい
う点から10〜100μmであることが望ましい。
The solid electrolytes 37, 46, 55 provided on the outer surfaces of the fuel side electrodes 35, 44, 51 are made of partially stabilized or stabilized ZrO 2 containing 3 to 15 mol% Y and a rare earth element. Dense ceramics are used. Fuel-side electrodes 35, 44, 51 and solid electrolyte 3
A bonding layer composed of a dense layer may be interposed between 7, 46 and 55 to improve the bonding strength. The thickness of the solid electrolytes 37, 46 and 55 is preferably 10 to 100 μm from the viewpoint of preventing gas permeation.

【0044】酸素側電極39、47、55は、LaMn
3系材料、LaFeO3系材料、LaCoO3系材料の
少なくとも一種の多孔質の導電性セラミックスから構成
されている。酸素側電極39、47、55は、600〜
1000℃程度の比較的低温での電気伝導性が高いとい
う点からLaFeO3系材料が望ましい。酸素側電極3
9、47、55の厚みは、集電性という点から30〜1
00μmであることが望ましい。
The oxygen side electrodes 39, 47 and 55 are made of LaMn.
It is composed of at least one kind of porous conductive ceramics of O 3 based material, LaFeO 3 based material, and LaCoO 3 based material. The oxygen side electrodes 39, 47, 55 are 600-
The LaFeO 3 -based material is desirable because it has high electric conductivity at a relatively low temperature of about 1000 ° C. Oxygen side electrode 3
The thickness of 9, 47, 55 is 30 to 1 from the viewpoint of current collecting property.
It is preferably 00 μm.

【0045】以上のような燃料電池セルの製造方法につ
いて説明する。先ず、例えば、NiO粉末と、Yを含有
したZrO2(YSZ)粉末と、有機バインダーと、溶
媒とを混合した燃料側電極材料を押出成形して、軸長方
向に燃料ガス通過孔が形成された扁平状の燃料側電極成
形体を作製し、これを乾燥する。
A method for manufacturing the above fuel cell will be described. First, for example, a fuel-side electrode material obtained by mixing NiO powder, ZrO 2 (YSZ) powder containing Y, an organic binder, and a solvent is extruded to form a fuel gas passage hole in the axial direction. A flat fuel-side electrode molded body is prepared and dried.

【0046】次に、例えば、YSZ粉末と、有機バイン
ダーと、溶媒とを混合した、固体電解質材料を用いてシ
ート状成形体を作製し、このシート状成形体を、燃料側
電極成形体上に、その両端間が重なり合い離間すること
のないように巻き付け、乾燥する。
Next, for example, a sheet-shaped molded body is prepared by using a solid electrolyte material in which YSZ powder, an organic binder and a solvent are mixed, and the sheet-shaped molded body is formed on the fuel-side electrode molded body. Wrap and dry so that both ends overlap and do not separate.

【0047】次に、積層成形体を脱バインダ処理し、酸
素含有雰囲気中で1300〜1600℃で同時焼成し、
この積層体を、例えば、LaFeO3系材料と、溶媒を
含有するペースト中に浸漬し、固体電解質の表面に酸素
側電極成形体をディッピングにより形成し、1000〜
1300℃で焼き付けることにより、本発明の燃料電池
セルを作製できる。
Next, the laminated compact was subjected to binder removal treatment and co-fired at 1300 to 1600 ° C. in an oxygen-containing atmosphere,
This laminated body is dipped in a paste containing, for example, a LaFeO 3 material and a solvent, and an oxygen-side electrode molded body is formed on the surface of the solid electrolyte by dipping.
The fuel cell of the present invention can be produced by baking at 1300 ° C.

【0048】尚、燃料側電極成形体の表面に固体電解質
のシート状成形体を形成し、さらに酸素側電極成形体を
形成した後、同時焼成しても良い。また、燃料側電極成
形体を上記固体電解質材料を含有するスラリー中にディ
ップし、乾燥し、さらにこれを上記酸素側電極材料を含
有するスラリー中にてディップし、乾燥し、同時焼成し
ても良い。
A solid electrolyte sheet-shaped compact may be formed on the surface of the fuel-side electrode compact, and then an oxygen-side electrode compact may be formed, followed by simultaneous firing. Also, the fuel-side electrode molded body is dipped in a slurry containing the solid electrolyte material and dried, and further, this is dipped in a slurry containing the oxygen-side electrode material, dried, and co-fired. good.

【0049】以上のように構成された燃料電池セルで
は、扁平状の燃料側電極35、41、47の外面に、こ
の燃料側電極35、44、51を取り巻くように環状の
固体電解質37、46、55を設け、この固体電解質3
7、46、55の外面に、固体電解質37、46、55
を取り巻くように環状の酸素側電極39、47、55を
設け、燃料側電極35、44、51の外周面に環状の固
体電解質37、46、55、酸素側電極39、47、5
5を形成し、インターコネクタを形成しない形状とした
ので、製造が容易であり、また、セル全周を発電部とす
ることができ、セル全周を有効に用いて発電させ、燃料
電池セル1体当たりの発電量が増加し、その結果、所定
量の発電量を得るために必要となるセル数を減少させる
ことができる。
In the fuel cell constructed as described above, the annular solid electrolytes 37, 46 are formed on the outer surfaces of the flat fuel-side electrodes 35, 41, 47 so as to surround the fuel-side electrodes 35, 44, 51. , 55, and the solid electrolyte 3
On the outer surface of 7, 46, 55, the solid electrolytes 37, 46, 55
The annular oxygen-side electrodes 39, 47, 55 are provided so as to surround the fuel-side electrodes, and the annular solid electrolytes 37, 46, 55, the oxygen-side electrodes 39, 47, 5 are provided on the outer peripheral surfaces of the fuel-side electrodes 35, 44, 51.
5 is formed without forming the interconnector, the manufacturing is easy, and the entire circumference of the cell can be used as a power generation portion. The amount of power generation per body is increased, and as a result, the number of cells required to obtain a predetermined amount of power generation can be reduced.

【0050】また、セル本数が減少することに伴い、セ
ル間の接続の総数が減少することになり、故障発生の原
因となりうる接続部数を減らすことができるため実装信
頼性を向上できる。
Further, as the number of cells decreases, the total number of connections between cells also decreases, and the number of connecting parts that may cause a failure can be reduced, so that mounting reliability can be improved.

【0051】さらに、扁平状の燃料側電極35、44、
51に固体電解質37、46、55、酸素側電極39、
47、55を形成し、扁平状のセルを形成することによ
り、所定量発電するために必要なスタック容積を従来よ
りも小さくでき、必要とされる被加熱部容積を減少で
き、起動時や定常運転時にセル加熱用として必要なエネ
ルギーを小さくできる。
Further, the flat fuel side electrodes 35, 44,
51 is a solid electrolyte 37, 46, 55, an oxygen side electrode 39,
By forming 47 and 55 and forming flat cells, the stack volume required to generate a predetermined amount of power can be made smaller than before, the required heated part volume can be reduced, and at the time of startup or steady operation. The energy required for heating the cell during operation can be reduced.

【0052】図1の燃料電池セルを用いて形成された本
発明のセルスタックを図4に示す。この図4に示すよう
に、セルスタックは、上記図1の燃料電池セルが複数集
合して構成されている。このセルスタックの燃料電池セ
ル34は、図4及び図5(b)に示すように、燃料側電
極35の燃料ガス通過孔41内中央部に内側長尺状導電
部材61が挿入され、この内側長尺状導電部材61と燃
料側電極35内面との間には、内側長尺状導電部材61
と燃料側電極35とを導通させる接続用導電部材63が
設けられている。
FIG. 4 shows a cell stack of the present invention formed by using the fuel cell of FIG. As shown in FIG. 4, the cell stack is composed of a plurality of the fuel cells shown in FIG. As shown in FIGS. 4 and 5B, in the fuel cell 34 of this cell stack, an inner elongated conductive member 61 is inserted into the center portion of the fuel gas passage hole 41 of the fuel-side electrode 35. An inner elongated conductive member 61 is provided between the elongated conductive member 61 and the inner surface of the fuel electrode 35.
A conductive member 63 for connection is provided to electrically connect the fuel electrode 35 to the fuel electrode 35.

【0053】内側長尺状導電部材61は、導電性を有す
る棒状、又は板状とされ、接続用導電部材63はNiフ
ェルトから形成され、燃料ガスが通過できるようになっ
ている。尚、内側長尺状導電部材61、接続用導電部材
63は必ずしもNiで形成する必要はない。
The inner elongated conductive member 61 has a conductive rod shape or a plate shape, and the connecting conductive member 63 is made of Ni felt so that fuel gas can pass therethrough. The inner elongated conductive member 61 and the connecting conductive member 63 do not necessarily need to be made of Ni.

【0054】また、燃料電池セル34の平坦部34aに
該当する酸素側電極39の外面には、外側長尺状導電部
材65が設けられ、電気的に接続している。外側長尺状
導電部材65は、酸素側電極39の一部に形成してもよ
く、全面に形成しても良い。
An outer elongated conductive member 65 is provided on the outer surface of the oxygen-side electrode 39 corresponding to the flat portion 34a of the fuel cell 34 and is electrically connected thereto. The outer long conductive member 65 may be formed on a part of the oxygen-side electrode 39 or may be formed on the entire surface.

【0055】隣接する燃料電池セル34同士は、一方の
燃料電池セル34の内側長尺状導電部材61と、他方の
燃料電池セル34の外側長尺状導電部材65を接続する
ことにより、燃料電池セル34が電気的に直列に接続さ
れている。
Adjacent fuel cells 34 are connected to each other by connecting an inner long conductive member 61 of one fuel cell 34 and an outer long conductive member 65 of the other fuel cell 34 to each other. The cells 34 are electrically connected in series.

【0056】外側長尺状導電部材65は、発電時におい
て、耐熱性、耐酸化性、電気伝導性を有するという点か
ら、Pt、Ag、Ni基合金、Fe−Cr鋼合金の少な
くとも一種からなることが望ましい。
The outer elongated conductive member 65 is made of at least one of Pt, Ag, Ni-based alloy and Fe-Cr steel alloy from the viewpoint of having heat resistance, oxidation resistance and electric conductivity during power generation. Is desirable.

【0057】尚、図5(a)に示すように、内側長尺状
導電部材を挿入することなく、燃料側電極35の燃料ガ
ス通過孔41内に、Niフェルトからなる接続用導電部
材63を設けても良いが、集電性という観点から、図5
(b)に示すように内側長尺状導電部材61を挿入する
ことが望ましい。
As shown in FIG. 5A, the connecting conductive member 63 made of Ni felt is inserted into the fuel gas passage hole 41 of the fuel electrode 35 without inserting the inner elongated conductive member. Although it may be provided, from the viewpoint of current collection property, as shown in FIG.
It is desirable to insert the inner elongated conductive member 61 as shown in (b).

【0058】また、図5(c)に示すように、内側長尺
状導電部材61の両端を、燃料電池セル34の両端から
外方に向けて突出させることもできる。この場合には、
セルの両側から電流を取り出すことができる。
Further, as shown in FIG. 5C, both ends of the inner elongated conductive member 61 may be projected outward from both ends of the fuel cell unit 34. In this case,
Current can be drawn from both sides of the cell.

【0059】図2に示す燃料電池セル43についても図
4及び図5に示すようなセルスタック構造を採用でき
る。この場合、複数の燃料ガス通過孔45の全てに内側
長尺状導電部材を挿入しても良く、一部の燃料ガス通過
孔45に挿入しても良い。また、図3に示す燃料電池セ
ル49については、燃料側電極51の一方が露出してい
るため、図4及び図5に示すようなセルスタック構造以
外に、内側長尺状導電部材、接続用導電部材を用いるこ
となく、燃料側電極51を用いて電力を取り出すことも
できる。
The fuel cell 43 shown in FIG. 2 may also have the cell stack structure shown in FIGS. 4 and 5. In this case, the inner elongated conductive member may be inserted into all of the plurality of fuel gas passage holes 45, or may be inserted into some of the fuel gas passage holes 45. Further, in the fuel cell 49 shown in FIG. 3, since one of the fuel-side electrodes 51 is exposed, in addition to the cell stack structure as shown in FIGS. Electric power can be taken out by using the fuel side electrode 51 without using a conductive member.

【0060】本発明の燃料電池は、上記したセルスタッ
クが収納容器内に収容されて構成されている。即ち、収
納容器には、セルスタックに酸素含有ガス(空気)を導
入する供給管、燃料ガスを導入する供給管が配置されて
おり、酸素含有ガスを燃料電池セルの酸素側電極に沿っ
て流すとともに、燃料ガスを燃料側電極に沿って流し、
例えば1000℃程度に加熱することにより燃料電池セ
ルが発電を開始する。
The fuel cell of the present invention is constructed by accommodating the above cell stack in an accommodating container. That is, the storage container is provided with a supply pipe for introducing an oxygen-containing gas (air) and a supply pipe for introducing a fuel gas into the cell stack, and the oxygen-containing gas flows along the oxygen-side electrode of the fuel cell unit. At the same time, the fuel gas is caused to flow along the fuel side electrode,
For example, the fuel cell unit starts power generation by heating to about 1000 ° C.

【0061】尚、本発明は上記形態に限定されるもので
はなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可
能である。例えば、酸素側電極を内側電極としても良
い。
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. For example, the oxygen-side electrode may be the inner electrode.

【0062】[0062]

【実施例】先ず、平均粒径0.5μmのNiO粉末と、
Yを8モル%含有した平均粒径0.5μmのZrO
2(YSZ)粉末と、ポアー剤、PVAからなる有機バ
インダーと、水からなる溶媒とを混合した燃料側電極材
料を押出成形して、扁平状燃料側電極成形体を作製し、
これを乾燥した。
EXAMPLES First, NiO powder having an average particle size of 0.5 μm,
ZrO containing 8 mol% Y and having an average particle size of 0.5 μm
2 (YSZ) powder, an organic binder composed of a pore agent and PVA, and a solvent composed of water are mixed by extrusion molding to prepare a flat fuel-side electrode molded body,
It was dried.

【0063】次に、上記YSZ粉末と、アクリル樹脂か
らなる有機バインダーと、トルエンからなる溶媒とを混
合した固体電解質材料を用いてシート状成形体を作製
し、このシート状成形体を、燃料側電極成形体上に、そ
の両端間が重なり離間しないように巻き付け、乾燥し、
燃料側電極成形体に固体電解質のシート状成形体が積層
された積層成形体を作製した。
Next, a sheet-shaped molded body was prepared using a solid electrolyte material obtained by mixing the YSZ powder, an organic binder made of an acrylic resin, and a solvent made of toluene. Wrap it on the electrode molded body so that both ends overlap and do not separate, and dry,
A laminated molded body was produced by stacking a sheet-shaped molded body of a solid electrolyte on the fuel-side electrode molded body.

【0064】次に、この積層成形体を脱バインダー処理
し、大気中にて1500℃で同時焼成した。この積層体
を、平均粒径2μmのLa0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8
3粉末と、ノルマルパラフィンからなる溶媒を含有する
ペースト中に浸漬し、固体電解質の表面に酸素側電極成
形体をディッピングにより作製し1150℃で焼き付
け、酸素側電極を形成し、図1に示すような本発明の燃
料電池セルを作製した。
Next, the laminated molded body was subjected to a binder removal treatment and cofired at 1500 ° C. in the atmosphere. This laminated body was laminated with La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O having an average particle diameter of 2 μm.
3 powder and dipping in a paste containing a solvent consisting of normal paraffin, an oxygen-side electrode molded body is prepared by dipping on the surface of the solid electrolyte and baked at 1150 ° C. to form an oxygen-side electrode, as shown in FIG. A fuel cell of the present invention was produced.

【0065】尚、燃料側電極の短径及び長径を変化させ
ることにより、燃料電池セルの短径R1及び長径R2を
変化させ、R2/R1比の異なる燃料電池セルを作製し
た。
By changing the minor axis and major axis of the fuel electrode, the minor axis R1 and major axis R2 of the fuel cell were varied to produce fuel cell cells having different R2 / R1 ratios.

【0066】次に、酸素側電極に耐酸化性を有するPt
系金属からなる外側長尺状導電部材を接続し、さらに作
成したセルの燃料側電極内の燃料ガス通過孔中央部に内
側長尺状導電部材を挿入し、この内側長尺状導電部材と
燃料側電極とをNiフェルトからなる接続用導電部材で
接続し、図5(b)に示すようなセルを作製した。
Next, Pt having an oxidation resistance for the oxygen side electrode
An outer long conductive member made of a system metal is connected, and an inner long conductive member is inserted in the center of the fuel gas passage hole in the fuel side electrode of the created cell. The side electrode was connected with a connecting conductive member made of Ni felt to fabricate a cell as shown in FIG. 5 (b).

【0067】作製した燃料電池セルを900℃に加熱
し、燃料側電極内の燃料ガス通過孔に水素ガスを流通さ
せ、燃料電池セルの外側には空気を流通させ、セル1本
当たりの発電量を測定した。この測定結果に基づき、
1.5KWの発電量を得るために必要なセル本数、及び
必要なセル本数により構成されるセルスタックの容積を
求めた。この際、電気的な短絡を防止するため、或いは
作製上の観点から、セル外周に6mmの空間が必要であ
るとの設定で算出した。これらの結果を図6に示す。
The produced fuel cell was heated to 900 ° C., hydrogen gas was passed through the fuel gas passage hole in the fuel side electrode, and air was passed outside the fuel cell to generate electricity per cell. Was measured. Based on this measurement result,
The number of cells required to obtain a power generation amount of 1.5 KW and the volume of the cell stack formed by the required number of cells were determined. At this time, in order to prevent an electrical short circuit, or from the viewpoint of fabrication, a space of 6 mm was required on the outer circumference of the cell, and the calculation was performed. The results are shown in FIG.

【0068】図6は、短径R1と、R2/R1比とセル
スタックの容積との関係を示すもので、直径が4mmの
円筒形状のセルで1.5KWの発電量を得るために必要
なセル本数を用いた場合のスタック容積を100000
とした。図6においてR2/R1=1のポイントは円筒
形状のセルの結果を示すものである。
FIG. 6 shows the relationship between the minor axis R1, the R2 / R1 ratio and the volume of the cell stack, which is necessary for obtaining a power generation amount of 1.5 KW in a cylindrical cell having a diameter of 4 mm. The stack volume when using the number of cells is 100,000
And In FIG. 6, the point of R2 / R1 = 1 shows the result of the cylindrical cell.

【0069】図6の結果より短径R1が20mmの場合
にはR2/R1比の増加に伴い容積は増加する傾向にあ
り、セルスタックの被加熱部の容積を小さくする効果は
なく、熱効率はむしろ低下する傾向にあることが判る。
R1が10mmの場合ではR2/R1比の増加に伴い若
干ではあるが容積が減少することがわかる。
From the results shown in FIG. 6, when the minor axis R1 is 20 mm, the volume tends to increase with an increase in the R2 / R1 ratio, there is no effect of reducing the volume of the heated portion of the cell stack, and the thermal efficiency is Rather, it can be seen that it tends to decline.
It can be seen that when R1 is 10 mm, the volume is slightly reduced as the R2 / R1 ratio is increased.

【0070】さらに、R1が8mm以下の場合にはR2
/R1比の増加に伴い容積は減少することが明らかであ
る。R1が4mmのセルにおいてはR2/R1比が8の
とき円筒形状に比べ約35%の容積を削減できることが
判る。従って、この結果より、R1を10mm以下に
し、R2/R1比を2以上にすることでスタック容積を
小さくできることが判る。
Further, when R1 is 8 mm or less, R2
It is clear that the volume decreases with increasing / R1 ratio. It can be seen that in the cell with R1 of 4 mm, when the R2 / R1 ratio is 8, the volume can be reduced by about 35% as compared with the cylindrical shape. Therefore, from this result, it is understood that the stack volume can be reduced by setting R1 to 10 mm or less and the R2 / R1 ratio to 2 or more.

【0071】図7に短径R1と、R2/R1比とセル本
数の関係を示す。図7によればR1が大きいほどセル本
数は少なくなることがわかる。しかしながら、R1が2
0mmの場合においては図6の結果から容積を削減する
効果がない。
FIG. 7 shows the relationship between the minor axis R1, the R2 / R1 ratio and the number of cells. It can be seen from FIG. 7 that the larger the R1, the smaller the number of cells. However, R1 is 2
In the case of 0 mm, there is no effect of reducing the volume from the result of FIG.

【0072】R1が10mm以下のセルについてはR
1、R2/R1比が大きくなるに従ってセル本数が減少
する傾向にあるが、R1が4mmのセルの場合、R2/
R1比が8の場合、セル本数はR2/R1が1の時と比
較して1/5以下になり、大幅にセル本数を減少できる
ことが判る。従って図6、図7の結果から、R1を10
mm以下とし、R2/R1比を2以上とする、すなわち
セル形状を扁平とすることで被加熱部の容積を減少さ
せ、さらにセル本数を減少させることを同時に達成でき
る。例えば、R1が4mmのセルの場合、R2/R1比
を8とした場合には、R2/R1比が1のセルを用いた
場合に比較して容積を70%とすることができ、セル本
数も1/5以下にすることができる。
For cells with R1 of 10 mm or less, R
1, the number of cells tends to decrease as the R2 / R1 ratio increases, but in the case of a cell with R1 of 4 mm, R2 /
It can be seen that when the R1 ratio is 8, the number of cells is 1/5 or less compared to when R2 / R1 is 1, and the number of cells can be significantly reduced. Therefore, from the results of FIG. 6 and FIG.
It is possible to reduce the volume of the heated portion and further reduce the number of cells at the same time by setting the ratio to be equal to or less than mm and setting the R2 / R1 ratio to 2 or more, that is, by making the cell shape flat. For example, in the case of a cell with R1 of 4 mm, when the R2 / R1 ratio is 8, the volume can be 70% compared with the case where a cell with an R2 / R1 ratio of 1 is used. Can be reduced to 1/5 or less.

【0073】[0073]

【発明の効果】本発明の燃料電池セルでは、セル形状を
扁平状とし、インタコネクタレス形式を採用すること
で、製造が容易で、セル単体としての発電量を向上でき
るとともに、所望の発電量に対してセル本数、セル発電
部およびその周辺部材を含む加熱を必要とする容積を同
時に減少させることが可能となり、製造コストの低下、
発電効率、実装性、実装信頼性の向上、メンテナンス性
を向上させることができる。
EFFECTS OF THE INVENTION In the fuel cell of the present invention, the cell shape is made flat and the interconnectorless type is adopted, so that the production is easy and the power generation amount as a single cell can be improved, and the desired power generation amount can be obtained. On the other hand, it is possible to simultaneously reduce the number of cells, the volume that requires heating including the cell power generation unit and its peripheral members, and reduce the manufacturing cost.
It is possible to improve power generation efficiency, mountability, mount reliability, and maintainability.

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

【図1】ガス通過孔が一つの本発明の燃料電池セルを示
すもので、(a)は横断面図、(b)は斜視図である。
FIG. 1 shows a fuel cell of the present invention having one gas passage hole, (a) is a cross-sectional view and (b) is a perspective view.

【図2】ガス通過孔が複数形成された本発明の燃料電池
セルを示すもので、(a)は横断面図、(b)は斜視図
である。
2A and 2B show a fuel cell of the present invention in which a plurality of gas passage holes are formed, wherein FIG. 2A is a cross-sectional view and FIG. 2B is a perspective view.

【図3】ガス通過孔が複数形成されるとともに、内側電
極が突出している本発明の燃料電池セルを示す斜視図で
ある。
FIG. 3 is a perspective view showing a fuel cell of the present invention in which a plurality of gas passage holes are formed and inner electrodes are projected.

【図4】本発明のセルスタックを示す横断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cell stack of the present invention.

【図5】(a)はガス通過孔内に接続用導電部材を挿入
した燃料電池セルの縦断面図、(b)はガス通過孔内に
内側長尺状導電部材及び接続用導電部材を配置した燃料
電池セルの縦断面図、(c)は内側長尺状導電部材を両
側に突出させた燃料電池セルの縦断面図である。
FIG. 5 (a) is a vertical cross-sectional view of a fuel cell in which a conductive member for connection is inserted in a gas passage hole, and FIG. 5 (b) shows an inner elongated conductive member and a conductive member for connection arranged in the gas passage hole. 2C is a vertical cross-sectional view of the fuel cell, and FIG. 3C is a vertical cross-sectional view of the fuel cell in which the inner long conductive member is projected on both sides.

【図6】燃料電池セルの短径R1と長径R2との比(R
2/R1)と、容積との関係を示すグラフである。
FIG. 6 is a ratio of the minor axis R1 and the major axis R2 of the fuel cell (R
2 is a graph showing the relationship between 2 / R1) and volume.

【図7】燃料電池セルの短径R1と長径R2との比(R
2/R1)と、セル本数との関係を示すグラフである。
FIG. 7: Ratio (R of short diameter R1 and long diameter R2 of fuel cell)
2 is a graph showing the relationship between 2 / R1) and the number of cells.

【図8】インターコネクタが形成された円筒状の燃料電
池セルを複数接続した従来のセルスタックを示す横断面
図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a conventional cell stack in which a plurality of cylindrical fuel battery cells having interconnectors are connected.

【図9】インターコネクタレスの燃料電池セルを複数並
列接続した従来のセルスタックを示す横断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a conventional cell stack in which a plurality of fuel cells without interconnectors are connected in parallel.

【図10】インターコネクタが形成された扁平状の燃料
電池セルを複数直列に接続した従来のセルスタックを示
す横断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a conventional cell stack in which a plurality of flat fuel cell units having interconnectors are connected in series.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

34、43、49・・・燃料電池セル 34a、43a、49a・・・セルの平坦部 34b、43b、49b・・・セルの弧状部 35、44、51・・・燃料側電極(内側電極) 37、46、53・・・固体電解質 39、47、55・・・酸素側電極(外側電極) 41、45、57・・・ガス通過孔 61・・・内側長尺状導電部材 63・・・接続用導電部材 R1・・・短径 R2・・・長径 34, 43, 49 ... Fuel cell 34a, 43a, 49a ... Flat parts of cells 34b, 43b, 49b ... Arc-shaped portions of cells 35, 44, 51 ... Fuel side electrode (inner electrode) 37, 46, 53 ... Solid electrolyte 39, 47, 55 ... Oxygen side electrode (outer side electrode) 41, 45, 57 ... Gas passage hole 61 ... Inner long conductive member 63 ... Connection conductive member R1 ... Short diameter R2 ... long diameter

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】扁平状の内側電極の外面に、該内側電極を
取り巻くように環状の固体電解質を設け、該固体電解質
の外面に、該固体電解質を取り巻くように環状の外側電
極を設けてなることを特徴とする燃料電池セル。
1. A flat inner electrode is provided with an annular solid electrolyte surrounding the inner electrode, and an outer surface of the solid electrolyte is provided with an annular outer electrode surrounding the solid electrolyte. A fuel battery cell characterized by the above.
【請求項2】ほぼ平行に形成された一対の平坦部と、該
平坦部の端部同士を連結する弧状部とから構成された扁
平状であることを特徴とする請求項1記載の燃料電池セ
ル。
2. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell has a flat shape composed of a pair of flat portions formed substantially in parallel with each other and an arc-shaped portion connecting end portions of the flat portions. cell.
【請求項3】短径R1と長径R2の比率R2/R1が2
以上であることを特徴とする請求項1又は2記載の燃料
電池セル。
3. The ratio R2 / R1 of the short diameter R1 and the long diameter R2 is 2.
It is above, The fuel cell of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
【請求項4】短径R1が10mm以下であることを特徴
とする請求項1乃至3のうちいずれかに記載の燃料電池
セル。
4. The fuel cell according to claim 1, wherein the minor axis R1 is 10 mm or less.
【請求項5】内側電極には、少なくとも1以上のガス通
過孔が軸長方向に形成されていることを特徴とする請求
項1乃至4のうちいずれかに記載の燃料電池セル。
5. The fuel cell according to claim 1, wherein at least one gas passage hole is formed in the axial direction in the inner electrode.
【請求項6】内側電極のガス通過孔内には、該内側電極
と導通する導電部材が設けられていることを特徴とする
請求項5記載の燃料電池セル。
6. The fuel cell according to claim 5, wherein a conductive member that is electrically connected to the inner electrode is provided in the gas passage hole of the inner electrode.
【請求項7】内側電極のガス通過孔内には長尺状導電部
材が挿入され、該長尺状導電部材と前記内側電極内面と
の間には、前記長尺状導電部材と前記内側電極とを導通
させる接続用導電部材が設けられていることを特徴とす
る請求項5又は6記載の燃料電池セル。
7. An elongated conductive member is inserted into the gas passage hole of the inner electrode, and the elongated conductive member and the inner electrode are provided between the elongated conductive member and the inner surface of the inner electrode. 7. The fuel battery cell according to claim 5, further comprising a conductive member for connection for electrically connecting the fuel cell and the fuel cell.
【請求項8】請求項1乃至7のうちいずれかに記載の燃
料電池セルを複数集合してなることを特徴とするセルス
タック。
8. A cell stack comprising a plurality of the fuel cells according to any one of claims 1 to 7 assembled together.
【請求項9】請求項1乃至7のうちいずれかに記載の燃
料電池セルを収納容器内に複数収納してなることを特徴
とする燃料電池。
9. A fuel cell comprising a plurality of fuel battery cells according to claim 1 housed in a housing container.
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