JP2003272696A - 固体酸化物形燃料電池セルスタック及びそれを用いた発電方法 - Google Patents
固体酸化物形燃料電池セルスタック及びそれを用いた発電方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高発電効率の固体酸化物形燃料電池セルスタッ
ク及びそれを用いた発電方法を提供すること。 【解決手段】炭化水素の部分酸化反応（吸熱反応）を行
って発電行うＰＯＳＯＦＣセル１と、該反応により生成
した一酸化炭素及び水素を含有するガスを燃料として、
一酸化炭素及び水素の酸化反応（発熱反応）を行って発
電するＳＯＦＣセル２とを連結して積層した構成の固体
酸化物形燃料電池セルスタックであって、少なくとも１
つのＰＯＳＯＦＣセル１は２つのＳＯＦＣセル２の間に
挟まれていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池セ
ルスタック５を構成する。
ク及びそれを用いた発電方法を提供すること。 【解決手段】炭化水素の部分酸化反応（吸熱反応）を行
って発電行うＰＯＳＯＦＣセル１と、該反応により生成
した一酸化炭素及び水素を含有するガスを燃料として、
一酸化炭素及び水素の酸化反応（発熱反応）を行って発
電するＳＯＦＣセル２とを連結して積層した構成の固体
酸化物形燃料電池セルスタックであって、少なくとも１
つのＰＯＳＯＦＣセル１は２つのＳＯＦＣセル２の間に
挟まれていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池セ
ルスタック５を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体酸化物形燃料電
池セルスタック及びそれを用いた発電方法に関する。
池セルスタック及びそれを用いた発電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fu
el Cell、以下、ＳＯＦＣと略す）は、多種の燃料電池
のなかでもっとも高効率で作動するタイプの燃料電池で
あり、実用化が期待されている。ＳＯＦＣの燃料には天
然ガスなどの炭化水素系のガスが用いられるが、ＳＯＦ
Ｃでは、これらのガスを通常水蒸気とともに、下記式
（１）に示す反応により水素や一酸化炭素に改質した
後、電池反応として、下記式（２）及び（３）に示すＨ
２とＣＯの電気化学的酸化反応（発熱反応）を行わせる
ことによって発電を行う。
el Cell、以下、ＳＯＦＣと略す）は、多種の燃料電池
のなかでもっとも高効率で作動するタイプの燃料電池で
あり、実用化が期待されている。ＳＯＦＣの燃料には天
然ガスなどの炭化水素系のガスが用いられるが、ＳＯＦ
Ｃでは、これらのガスを通常水蒸気とともに、下記式
（１）に示す反応により水素や一酸化炭素に改質した
後、電池反応として、下記式（２）及び（３）に示すＨ
２とＣＯの電気化学的酸化反応（発熱反応）を行わせる
ことによって発電を行う。
【０００３】
ＣｎＨ２ｎ＋２＋ｎＨ２Ｏ → ｎＣＯ＋(２ｎ＋１)Ｈ２ （１）
Ｈ２＋Ｏ２− → Ｈ２Ｏ＋２ｅ− （２）
ＣＯ＋Ｏ２− → ＣＯ２＋２ｅ− （３）
一方、電池反応として吸熱反応である炭化水素の電気化
学的部分酸化反応を用いるＳＯＦＣ（Partial Oxidatio
n ＳＯＦＣ、以下、ＰＯＳＯＦＣと略す)は、非常に高
いエネルギー変換効率をもつ燃料電池であると同時に、
炭化水素をＨ２及びＣＯへと変換する改質器と位置付け
られる。この改質反応は、例えば、 ＣＨ４＋Ｏ２− → ＣＯ＋２Ｈ２＋２ｅ− （４） で表され、この式（４）に示す炭化水素の電気化学的部
分酸化反応は吸熱反応であり、従来の水蒸気改質反応よ
りエクセルギー的にロスが少ないため、水蒸気改質反応
を利用した改質器をＰＯＳＯＦＣに置き換えたＰＯＳＯ
ＦＣ-ＳＯＦＣシステムは、原理的に高いエネルギー変
換効率が実現できると期待されている。吸熱反応と発熱
反応を組み合わせたＰＯＳＯＦＣ-ＳＯＦＣシステムを
実現しようとすると、ＳＯＦＣの発電に伴い発生するジ
ュール熱をＰＯＳＯＦＣに供給して発電を行うことが熱
的に有利である。
学的部分酸化反応を用いるＳＯＦＣ（Partial Oxidatio
n ＳＯＦＣ、以下、ＰＯＳＯＦＣと略す)は、非常に高
いエネルギー変換効率をもつ燃料電池であると同時に、
炭化水素をＨ２及びＣＯへと変換する改質器と位置付け
られる。この改質反応は、例えば、 ＣＨ４＋Ｏ２− → ＣＯ＋２Ｈ２＋２ｅ− （４） で表され、この式（４）に示す炭化水素の電気化学的部
分酸化反応は吸熱反応であり、従来の水蒸気改質反応よ
りエクセルギー的にロスが少ないため、水蒸気改質反応
を利用した改質器をＰＯＳＯＦＣに置き換えたＰＯＳＯ
ＦＣ-ＳＯＦＣシステムは、原理的に高いエネルギー変
換効率が実現できると期待されている。吸熱反応と発熱
反応を組み合わせたＰＯＳＯＦＣ-ＳＯＦＣシステムを
実現しようとすると、ＳＯＦＣの発電に伴い発生するジ
ュール熱をＰＯＳＯＦＣに供給して発電を行うことが熱
的に有利である。
【０００４】特開２０００−２６８８３２号公報には、
図９に示すような、発熱体であるＳＯＦＣサブスタック
８と吸熱体であるＰＯＳＯＦＣサブスタック７とを重ね
て配置し、ＳＯＦＣサブスタック８からＰＯＳＯＦＣサ
ブスタック７へ熱を供給する構成のセルスタックが開示
されている。
図９に示すような、発熱体であるＳＯＦＣサブスタック
８と吸熱体であるＰＯＳＯＦＣサブスタック７とを重ね
て配置し、ＳＯＦＣサブスタック８からＰＯＳＯＦＣサ
ブスタック７へ熱を供給する構成のセルスタックが開示
されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし図９では、サブ
スタック（７及び８）内がすべて同一種類のセルであ
り、このＳＯＦＣサブスタック８からＰＯＳＯＦＣサブ
スタック７ヘの熱の供給方法では、特に小規模のセルス
タックではサブスタック数が少ないため、発熱体である
ＳＯＦＣサブスタック８と吸熱体であるＰＯＳＯＦＣサ
ブスタック７との間の伝熱面積をこれ以上増やすことが
できないため、熱の供給効率が十分には高くならないと
いう問題があった。
スタック（７及び８）内がすべて同一種類のセルであ
り、このＳＯＦＣサブスタック８からＰＯＳＯＦＣサブ
スタック７ヘの熱の供給方法では、特に小規模のセルス
タックではサブスタック数が少ないため、発熱体である
ＳＯＦＣサブスタック８と吸熱体であるＰＯＳＯＦＣサ
ブスタック７との間の伝熱面積をこれ以上増やすことが
できないため、熱の供給効率が十分には高くならないと
いう問題があった。
【０００６】本発明の目的は、上記の問題を解決し、高
発電効率の固体酸化物形燃料電池セルスタック及びそれ
を用いた発電方法を提供することにある。
発電効率の固体酸化物形燃料電池セルスタック及びそれ
を用いた発電方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、請求項１に記載のように、吸熱
反応により発電を行う第１の種類の固体酸化物形燃料電
池セルと、発熱反応により発電を行う第２の種類の固体
酸化物形燃料電池セルとを連結して積層した構成の固体
酸化物形燃料電池セルスタックであって、少なくとも１
つの前記第１の種類の固体酸化物形燃料電池セルは２つ
の前記第２の種類の固体酸化物形燃料電池セルの間に挟
まれていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池セル
スタックを構成する。
に、本発明においては、請求項１に記載のように、吸熱
反応により発電を行う第１の種類の固体酸化物形燃料電
池セルと、発熱反応により発電を行う第２の種類の固体
酸化物形燃料電池セルとを連結して積層した構成の固体
酸化物形燃料電池セルスタックであって、少なくとも１
つの前記第１の種類の固体酸化物形燃料電池セルは２つ
の前記第２の種類の固体酸化物形燃料電池セルの間に挟
まれていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池セル
スタックを構成する。
【０００８】また、本発明においては、請求項２に記載
のように、同一四辺形平板形状を有する前記第１および
第２の種類の固体酸化物形燃料電池セルを、それぞれの
四辺形の辺を揃えて、連結して積層してなる、四角柱形
状を有する請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池セル
スタックであって、前記第１および第２の種類の固体酸
化物形燃料電池セルへ供給され排出される酸化剤ガスの
供給口及び排出口が該固体酸化物形燃料電池セルスタッ
クの同一側面にあり、前記第２の種類の固体酸化物形燃
料電池セルへ供給され排出される燃料ガスの供給口及び
排出口が該固体酸化物形燃料電池セルスタックの同一側
面にあることを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルス
タックを構成する。
のように、同一四辺形平板形状を有する前記第１および
第２の種類の固体酸化物形燃料電池セルを、それぞれの
四辺形の辺を揃えて、連結して積層してなる、四角柱形
状を有する請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池セル
スタックであって、前記第１および第２の種類の固体酸
化物形燃料電池セルへ供給され排出される酸化剤ガスの
供給口及び排出口が該固体酸化物形燃料電池セルスタッ
クの同一側面にあり、前記第２の種類の固体酸化物形燃
料電池セルへ供給され排出される燃料ガスの供給口及び
排出口が該固体酸化物形燃料電池セルスタックの同一側
面にあることを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルス
タックを構成する。
【０００９】また、本発明においては、請求項３に記載
のように、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池セル
スタックにおいて、前記第１および第２の種類の固体酸
化物形燃料電池セルのすべては、各固体酸化物形燃料電
池セル間に設けられたインターコネクタを介して、直列
に電気的接続されていることを特徴とする固体酸化物形
燃料電池セルスタックを構成する。
のように、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池セル
スタックにおいて、前記第１および第２の種類の固体酸
化物形燃料電池セルのすべては、各固体酸化物形燃料電
池セル間に設けられたインターコネクタを介して、直列
に電気的接続されていることを特徴とする固体酸化物形
燃料電池セルスタックを構成する。
【００１０】また、本発明においては、請求項４に記載
のように、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池セル
スタックにおいて、前記第１の種類の固体酸化物形燃料
電池セルと前記第２の種類の固体酸化物形燃料電池セル
とは、それぞれ、別々に直列に電気的接続されているこ
とを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルスタックを構
成する。
のように、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池セル
スタックにおいて、前記第１の種類の固体酸化物形燃料
電池セルと前記第２の種類の固体酸化物形燃料電池セル
とは、それぞれ、別々に直列に電気的接続されているこ
とを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルスタックを構
成する。
【００１１】また、本発明においては、請求項５に記載
のように、請求項１、２、３または４に記載の固体酸化
物形燃料電池セルスタックを用い、前記第１の種類の固
体酸化物形燃料電池セルにおいて炭化水素の部分酸化反
応を行って発電をし、該反応により生成した一酸化炭素
及び水素を含有するガスを燃料として前記第２の種類の
固体酸化物形燃料電池セルにおいて一酸化炭素及び水素
の酸化反応を行って発電をすることを特徴とする、固体
酸化物形燃料電池セルスタックを用いた発電方法を構成
する。
のように、請求項１、２、３または４に記載の固体酸化
物形燃料電池セルスタックを用い、前記第１の種類の固
体酸化物形燃料電池セルにおいて炭化水素の部分酸化反
応を行って発電をし、該反応により生成した一酸化炭素
及び水素を含有するガスを燃料として前記第２の種類の
固体酸化物形燃料電池セルにおいて一酸化炭素及び水素
の酸化反応を行って発電をすることを特徴とする、固体
酸化物形燃料電池セルスタックを用いた発電方法を構成
する。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、上記第１
の種類の固体酸化物形燃料電池セルがＰＯＳＯＦＣセル
であり、上記第２の種類の固体酸化物形燃料電池セルが
ＳＯＦＣセルである場合について説明する。
の種類の固体酸化物形燃料電池セルがＰＯＳＯＦＣセル
であり、上記第２の種類の固体酸化物形燃料電池セルが
ＳＯＦＣセルである場合について説明する。
【００１３】我々は上記課題を解決するために、同一セ
ルスタック内にＳＯＦＣセルとＰＯＳＯＦＣセルを混在
させることを提案する。すなわち、吸熱反応により発電
を行う固体酸化物形燃料電池セルと、発熱反応により発
電を行う固体酸化物形燃料電池セルが同一セルスタック
内で、もっとも伝熱面積が大きくなるように配置されて
いることを特徴とするセルスタックを提案する。
ルスタック内にＳＯＦＣセルとＰＯＳＯＦＣセルを混在
させることを提案する。すなわち、吸熱反応により発電
を行う固体酸化物形燃料電池セルと、発熱反応により発
電を行う固体酸化物形燃料電池セルが同一セルスタック
内で、もっとも伝熱面積が大きくなるように配置されて
いることを特徴とするセルスタックを提案する。
【００１４】また、上記セルスタック内のセルはセル間
のインターコネクタを介してすべて直列に接続されてい
るか、または発熱反応により発電を行う固体酸化物形然
科電池セルと吸熱反応により発電を行う固体酸化物形燃
料電池セルを別々に直列に電気的接続されていることを
特徴とするセルスタックを提案する。
のインターコネクタを介してすべて直列に接続されてい
るか、または発熱反応により発電を行う固体酸化物形然
科電池セルと吸熱反応により発電を行う固体酸化物形燃
料電池セルを別々に直列に電気的接続されていることを
特徴とするセルスタックを提案する。
【００１５】また、上記吸熱反応により発電を行う固体
酸化物形燃料電池セルで炭化水素の部分酸化反応を行わ
せ、該反応により生成したＣＯ及びＨ２を含有するガス
を燃料として、上記発熱反応により発電を行う固体酸化
物形然科電池セルでＣＯ及びＨ２の酸化反応を行わせる
ことを特徴とするセルスタックを提案する。
酸化物形燃料電池セルで炭化水素の部分酸化反応を行わ
せ、該反応により生成したＣＯ及びＨ２を含有するガス
を燃料として、上記発熱反応により発電を行う固体酸化
物形然科電池セルでＣＯ及びＨ２の酸化反応を行わせる
ことを特徴とするセルスタックを提案する。
【００１６】さらに、平板形の固体酸化物形燃料電池セ
ルスタックへのガス供給方法において、酸化剤ガスの導
入と排出、ならびに、ＣＯ及びＨ２を含有する燃料ガス
の導入と排出を、それぞれ、セルスタック側面４個のう
ちの１個において行うことを特徴とするセルスタックを
提案する。
ルスタックへのガス供給方法において、酸化剤ガスの導
入と排出、ならびに、ＣＯ及びＨ２を含有する燃料ガス
の導入と排出を、それぞれ、セルスタック側面４個のう
ちの１個において行うことを特徴とするセルスタックを
提案する。
【００１７】以下に、本発明を実施の形態例によって説
明する。
明する。
【００１８】［実施の形態１］図１は本発明の第１の実
施の形態例を示すものである。図１では、固体酸化物形
燃料電池セルスタックであるセルスタック５内に第１の
種類の固体酸化物形燃料電池セルであるＰＯＳＯＦＣセ
ル１の枚数と第２の種類の固体酸化物形燃料電池セルで
あるＳＯＦＣセル２の枚数が１：２の比率で混在してお
り、ＰＯＳＯＦＣセル１とＳＯＦＣセル２との間の伝熱
面積がもっとも大きくなるように、連結して積層配置し
た。すなわち、ＰＯＳＯＦＣセル１は、１枚毎に、２枚
のＳＯＦＣセル２の間に挟まれている。
施の形態例を示すものである。図１では、固体酸化物形
燃料電池セルスタックであるセルスタック５内に第１の
種類の固体酸化物形燃料電池セルであるＰＯＳＯＦＣセ
ル１の枚数と第２の種類の固体酸化物形燃料電池セルで
あるＳＯＦＣセル２の枚数が１：２の比率で混在してお
り、ＰＯＳＯＦＣセル１とＳＯＦＣセル２との間の伝熱
面積がもっとも大きくなるように、連結して積層配置し
た。すなわち、ＰＯＳＯＦＣセル１は、１枚毎に、２枚
のＳＯＦＣセル２の間に挟まれている。
【００１９】セルスタック５において、まず、ドライＣ
Ｈ４が各ＰＯＳＯＦＣセル１に供給され、発電を伴う部
分酸化反応によりＨ２とＣＯに変換される。ＰＯＳＯＦ
Ｃセル１を出たＨ２、ＣＯを含有するガスは、各ＳＯＦ
Ｃセル２に供給され、Ｈ２及びＣＯの酸化反応により発
電が行われる。
Ｈ４が各ＰＯＳＯＦＣセル１に供給され、発電を伴う部
分酸化反応によりＨ２とＣＯに変換される。ＰＯＳＯＦ
Ｃセル１を出たＨ２、ＣＯを含有するガスは、各ＳＯＦ
Ｃセル２に供給され、Ｈ２及びＣＯの酸化反応により発
電が行われる。
【００２０】その結果、発熱体であるＳＯＦＣセル２か
ら吸熱体であるＰＯＳＯＦＣセル１へ、それぞれ熱が移
動する。セル間には、熱的なやり取りはあるが電気的に
は絶縁されている壁または電気的な接続も許すインター
コネクタ３がある。電気的に絶縁されている壁３を使用
するときは、別の電気ケーブル等（図示せず）を使用し
て、ＳＯＦＣセル２のみとＰＯＳＯＦＣセル１のみを別
々に直列に接続することにより、ＳＯＦＣセル２の単セ
ル電圧とＰＯＳＯＦＣセル１の単セル電圧を個別に制御
できる。また、インターコネクタ３が設けられていると
きは、インターコネクタ３を介して、各固体酸化物形燃
料電池セルを直列に電気的接続することができる。
ら吸熱体であるＰＯＳＯＦＣセル１へ、それぞれ熱が移
動する。セル間には、熱的なやり取りはあるが電気的に
は絶縁されている壁または電気的な接続も許すインター
コネクタ３がある。電気的に絶縁されている壁３を使用
するときは、別の電気ケーブル等（図示せず）を使用し
て、ＳＯＦＣセル２のみとＰＯＳＯＦＣセル１のみを別
々に直列に接続することにより、ＳＯＦＣセル２の単セ
ル電圧とＰＯＳＯＦＣセル１の単セル電圧を個別に制御
できる。また、インターコネクタ３が設けられていると
きは、インターコネクタ３を介して、各固体酸化物形燃
料電池セルを直列に電気的接続することができる。
【００２１】図２に示すように、上記のセルスタック５
よりも、ＳＯＦＣセル２の割合を増やした構成も利用で
きる。このようにして、需要と供給の熱バランスを理想
に近づけることができる。
よりも、ＳＯＦＣセル２の割合を増やした構成も利用で
きる。このようにして、需要と供給の熱バランスを理想
に近づけることができる。
【００２２】図３に示すように、ＰＯＳＯＦＣセル１で
のドライＣＨ４の改質を１００％行わせず、ＰＯＳＯＦ
Ｃセル１からの排燃料を改質器４に導入し、水蒸気改質
反応により未反応のＣＨ４をすべてＨ２とＣＯに改質し
た後、ＳＯＦＣセル２に導入してもよい。
のドライＣＨ４の改質を１００％行わせず、ＰＯＳＯＦ
Ｃセル１からの排燃料を改質器４に導入し、水蒸気改質
反応により未反応のＣＨ４をすべてＨ２とＣＯに改質し
た後、ＳＯＦＣセル２に導入してもよい。
【００２３】セル間に電気的に絶縁の壁３を使用した場
合の、８枚のＰＯＳＯＦＣセル１と１６枚のＳＯＦＣセ
ル２とからなるセルスタック５の発電効率を、数値計算
によって求めた。図１のように配置（ＳＯＦＣセル-Ｐ
ＯＳＯＦＣセル-ＳＯＦＣセル-ＳＯＦＣセル-ＰＯＳＯ
ＦＣセル-ＳＯＦＣセル- ・・・・各々が入れ子の状態
になるように）した場合のセルスタックの発電効率は６
０％であり、図９（従来例）のように配置（ＳＯＦＣセ
ル１６枚-ＰＯＳＯＦＣセル８枚）した場合のセルスタ
ックの発電効電は５７％であった。同じ計算条件で、水
蒸気改質反応を用いた改質器４を利用した２４枚のＳＯ
ＦＣセル２からなるセルスタック５の発電効率は５４％
であったので、どちらの場合も発電効率は上昇している
が、図１のようにＰＯＳＯＦＣセル１とＳＯＦＣセル２
を多くの伝熱面積で配置した場合のほうがより熱を有効
に利用でき、セルスタックの発電効率が高くなることが
わかった。
合の、８枚のＰＯＳＯＦＣセル１と１６枚のＳＯＦＣセ
ル２とからなるセルスタック５の発電効率を、数値計算
によって求めた。図１のように配置（ＳＯＦＣセル-Ｐ
ＯＳＯＦＣセル-ＳＯＦＣセル-ＳＯＦＣセル-ＰＯＳＯ
ＦＣセル-ＳＯＦＣセル- ・・・・各々が入れ子の状態
になるように）した場合のセルスタックの発電効率は６
０％であり、図９（従来例）のように配置（ＳＯＦＣセ
ル１６枚-ＰＯＳＯＦＣセル８枚）した場合のセルスタ
ックの発電効電は５７％であった。同じ計算条件で、水
蒸気改質反応を用いた改質器４を利用した２４枚のＳＯ
ＦＣセル２からなるセルスタック５の発電効率は５４％
であったので、どちらの場合も発電効率は上昇している
が、図１のようにＰＯＳＯＦＣセル１とＳＯＦＣセル２
を多くの伝熱面積で配置した場合のほうがより熱を有効
に利用でき、セルスタックの発電効率が高くなることが
わかった。
【００２４】請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池セ
ルスタックの特徴は、少なくとも１つの前記第１の種類
の固体酸化物形燃料電池セル（この場合にはＰＯＳＯＦ
Ｃセル１）は２つの前記第２の種類の固体酸化物形燃料
電池セル（この場合にはＳＯＦＣセル２）の間に挟まれ
ていることであるが、本実施の形態例のように、すべて
のＰＯＳＯＦＣセル１が１枚毎に、それぞれ、２枚のＳ
ＯＦＣセル２の間に挟まれていることが好ましい。
ルスタックの特徴は、少なくとも１つの前記第１の種類
の固体酸化物形燃料電池セル（この場合にはＰＯＳＯＦ
Ｃセル１）は２つの前記第２の種類の固体酸化物形燃料
電池セル（この場合にはＳＯＦＣセル２）の間に挟まれ
ていることであるが、本実施の形態例のように、すべて
のＰＯＳＯＦＣセル１が１枚毎に、それぞれ、２枚のＳ
ＯＦＣセル２の間に挟まれていることが好ましい。
【００２５】［実施の形態例２］図１０に示すような通
常のマニホールド６を使用して、炭化水素とＣＯ及びＨ
２を含有するガスと酸化剤ガス（ここでは空気）の３種
のガスをセルスタックに導入するのは難しい。特に平板
形燃料電池セルスタック５の場合、セルの厚さはせいぜ
い数ｍｍであり、本発明のようにセルごとに異なるガス
を導入するためには、数ｍｍ毎にガスシールを精度よく
設けなければならない。
常のマニホールド６を使用して、炭化水素とＣＯ及びＨ
２を含有するガスと酸化剤ガス（ここでは空気）の３種
のガスをセルスタックに導入するのは難しい。特に平板
形燃料電池セルスタック５の場合、セルの厚さはせいぜ
い数ｍｍであり、本発明のようにセルごとに異なるガス
を導入するためには、数ｍｍ毎にガスシールを精度よく
設けなければならない。
【００２６】図４は、上記３種のガスを供給可能にする
ガス供給方法の一例である。
ガス供給方法の一例である。
【００２７】上記の場合と同様に、ＰＯＳＯＦＣセル１
とＳＯＦＣセル２とが同一四辺形平板形状を有し、それ
ぞれの四辺形の辺を揃えて、連結して積層して、四角柱
形状（この場合には直方体形状）を有するセルスタック
５（図示せず、図１〜３参照）を構成している。
とＳＯＦＣセル２とが同一四辺形平板形状を有し、それ
ぞれの四辺形の辺を揃えて、連結して積層して、四角柱
形状（この場合には直方体形状）を有するセルスタック
５（図示せず、図１〜３参照）を構成している。
【００２８】図４において、ＳＯＦＣセル２は、ＣＯ及
びＨ２を含有する燃料ガスを、セルスタック５の１つの
側面（図においては左側の側面）において、供給され排
出する。また、図において、ＰＯＳＯＦＣセル１及びＳ
ＯＦＣセル２は酸化剤ガスである空気を、セルスタック
５の１つの側面（図においては右側の側面）において、
供給され排出する。
びＨ２を含有する燃料ガスを、セルスタック５の１つの
側面（図においては左側の側面）において、供給され排
出する。また、図において、ＰＯＳＯＦＣセル１及びＳ
ＯＦＣセル２は酸化剤ガスである空気を、セルスタック
５の１つの側面（図においては右側の側面）において、
供給され排出する。
【００２９】図５は、空気流路の面と、ＣＯ及びＨ２を
含有するガス流路の面とを取り出して示した図である。
セルスタック５側面４面のうち、２面（図４では手前側
と後ろ側）ではドライＣＨ４が通常どおり片方の面から
導入され、もう一方の面からＣＯとＨ２と未反応のＣＨ
４からなるガスが排出される。残りの２面（図４では左
右の面）をそれぞれＣＯ及びＨ２を含有するガス用と空
気用とし、流路は片端封じにして、導入も排出も同じ面
から行う。図５の流路は一例であり、同じ面からガス導
入と排出を行えれば、流路はいかなる構造でもよい。
含有するガス流路の面とを取り出して示した図である。
セルスタック５側面４面のうち、２面（図４では手前側
と後ろ側）ではドライＣＨ４が通常どおり片方の面から
導入され、もう一方の面からＣＯとＨ２と未反応のＣＨ
４からなるガスが排出される。残りの２面（図４では左
右の面）をそれぞれＣＯ及びＨ２を含有するガス用と空
気用とし、流路は片端封じにして、導入も排出も同じ面
から行う。図５の流路は一例であり、同じ面からガス導
入と排出を行えれば、流路はいかなる構造でもよい。
【００３０】このように、上記のセルスタック５におい
ては、ＰＯＳＯＦＣセル１は、炭化水素の流路として、
四辺形の一側面に供給口を有し、他の一側面に排出口を
有する流路を有し、かつ酸化剤ガス（空気）の流路とし
て、上記炭化水素用の供給口及び排出口が配置されてい
ない四辺形の一側面の同一側面に供給口及び排出口を有
する流路を有し、ＳＯＦＣセル２は、ＣＯ及びＨ２を含
有するガスの流路として、四辺形の一側面の同一側面に
供給口及び排出口を有する流路を有し、かつ酸化剤ガス
（空気）の流路として、上記ＣＯ及びＨ２を含有するガ
スの供給口及び排出口が配置されていない四辺形の一側
面同一側面に供給口及び排出口を有する流路を有する構
成が実現している。
ては、ＰＯＳＯＦＣセル１は、炭化水素の流路として、
四辺形の一側面に供給口を有し、他の一側面に排出口を
有する流路を有し、かつ酸化剤ガス（空気）の流路とし
て、上記炭化水素用の供給口及び排出口が配置されてい
ない四辺形の一側面の同一側面に供給口及び排出口を有
する流路を有し、ＳＯＦＣセル２は、ＣＯ及びＨ２を含
有するガスの流路として、四辺形の一側面の同一側面に
供給口及び排出口を有する流路を有し、かつ酸化剤ガス
（空気）の流路として、上記ＣＯ及びＨ２を含有するガ
スの供給口及び排出口が配置されていない四辺形の一側
面同一側面に供給口及び排出口を有する流路を有する構
成が実現している。
【００３１】図６はガス供給方法の他の一例であり、図
７は図６のＣＨ４流路の面とＣＯ及びＨ２を含有するガ
ス流路の面を取り出した図である。空気は図５と同じ流
れ方をする。ＣＯ及びＨ２を含有するガス流路は片端封
じにして折り返されるが、ＣＨ４流路はすべての流路の
下流端部で合流し、導入面の隣面に排出される。ＣＯ及
びＨ２を含有するガスと空気の導入・排出の面につける
マニホールドには、円筒形の燃料電池セルスタックでよ
く使われる図８のようなタイプのマニホールド６を使用
すれば、容易に実現できる（図には空気の場合を示
す）。このマニホールド６は導入ガスと排出ガスの熱交
換も効率的に行うことができ、セルスタック５の発電効
率の向上につながる。
７は図６のＣＨ４流路の面とＣＯ及びＨ２を含有するガ
ス流路の面を取り出した図である。空気は図５と同じ流
れ方をする。ＣＯ及びＨ２を含有するガス流路は片端封
じにして折り返されるが、ＣＨ４流路はすべての流路の
下流端部で合流し、導入面の隣面に排出される。ＣＯ及
びＨ２を含有するガスと空気の導入・排出の面につける
マニホールドには、円筒形の燃料電池セルスタックでよ
く使われる図８のようなタイプのマニホールド６を使用
すれば、容易に実現できる（図には空気の場合を示
す）。このマニホールド６は導入ガスと排出ガスの熱交
換も効率的に行うことができ、セルスタック５の発電効
率の向上につながる。
【００３２】なお、本実施の形態例ではＣＨ４は導入と
排出を異なる側面で行うとしたが、他のガスと同様に、
同じ側面で行ってもよい。
排出を異なる側面で行うとしたが、他のガスと同様に、
同じ側面で行ってもよい。
【００３３】以上に説明したように、吸熱反応により発
電を行う固体酸化物形燃料電池であるＰＯＳＯＦＣセル
と発熱反応により発電を行う固体酸化物形燃料電池であ
るＳＯＦＣセルを、同じセルスタック内に混在させ、も
っとも伝熱面積が大きくなるように配置することによっ
て、熱をより有効に利用して、セルスタックの発電効率
を向上させることができる。また、平板形燃料電池セル
スタックであっても、ガスの供給方法を工夫すれば、吸
熱反応により発電を行う固体酸化物形燃料電池であるＰ
ＯＳＯＦＣセルと発熱反応により発電を行う固体酸化物
形燃料電池であるＳＯＦＣセルからなるセルスタックを
容易に実現可能である。
電を行う固体酸化物形燃料電池であるＰＯＳＯＦＣセル
と発熱反応により発電を行う固体酸化物形燃料電池であ
るＳＯＦＣセルを、同じセルスタック内に混在させ、も
っとも伝熱面積が大きくなるように配置することによっ
て、熱をより有効に利用して、セルスタックの発電効率
を向上させることができる。また、平板形燃料電池セル
スタックであっても、ガスの供給方法を工夫すれば、吸
熱反応により発電を行う固体酸化物形燃料電池であるＰ
ＯＳＯＦＣセルと発熱反応により発電を行う固体酸化物
形燃料電池であるＳＯＦＣセルからなるセルスタックを
容易に実現可能である。
【００３４】
【発明の効果】本発明の実施により、高発電効率の固体
酸化物形燃料電池セルスタック及びそれを用いた発電方
法を提供することが可能となる。
酸化物形燃料電池セルスタック及びそれを用いた発電方
法を提供することが可能となる。
【図１】本発明に係るセルスタックの一例を示す図であ
る。
る。
【図２】本発明に係るセルスタックの一例を示す図であ
る。
る。
【図３】本発明に係るセルスタックの一例を示す図であ
る。
る。
【図４】本発明のセルスタックヘのガスの供給方法の一
例を示す図である。
例を示す図である。
【図５】本発明のセルスタックヘのガスの供給方法の一
例を示す図である。
例を示す図である。
【図６】本発明のセルスタックヘのガスの供給方法の一
例を示す図である。
例を示す図である。
【図７】本発明のセルスタックヘのガスの供給方法の一
例を示す図である。
例を示す図である。
【図８】本発明のセルスタックヘのガスの供給方法に適
用可能なマニホールドの例を示す図である。
用可能なマニホールドの例を示す図である。
【図９】従来のＰＯＳＯＦＣ-ＳＯＦＣセルスタックを
示す図である。
示す図である。
【図１０】従来の平板形燃料電池セルスタックのマニホ
ールドを示す図である。
ールドを示す図である。
１…ＰＯＳＯＦＣセル、２…ＳＯＦＣセル、３…壁また
はインターコネクタ、４…改質器、５…セルスタック、
６…マニホールド、７…ＰＯＳＯＦＣサブスタック、８
…ＳＯＦＣサブスタック。
はインターコネクタ、４…改質器、５…セルスタック、
６…マニホールド、７…ＰＯＳＯＦＣサブスタック、８
…ＳＯＦＣサブスタック。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｍ 8/12 Ｈ０１Ｍ 8/12
(72)発明者 武 哲夫
東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日
本電信電話株式会社内
Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 EE11
5H027 AA06 BA02 DD05 KK51
Claims (5)
- 【請求項１】吸熱反応により発電を行う第１の種類の固
体酸化物形燃料電池セルと、発熱反応により発電を行う
第２の種類の固体酸化物形燃料電池セルとを連結して積
層した構成の固体酸化物形燃料電池セルスタックであっ
て、少なくとも１つの前記第１の種類の固体酸化物形燃
料電池セルは２つの前記第２の種類の固体酸化物形燃料
電池セルの間に挟まれていることを特徴とする固体酸化
物形燃料電池セルスタック。 - 【請求項２】同一四辺形平板形状を有する前記第１およ
び第２の種類の固体酸化物形燃料電池セルを、それぞれ
の四辺形の辺を揃えて、連結して積層してなる、四角柱
形状を有する請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池セ
ルスタックであって、前記第１および第２の種類の固体
酸化物形燃料電池セルへ供給され排出される酸化剤ガス
の供給口及び排出口が該固体酸化物形燃料電池セルスタ
ックの同一側面にあり、前記第２の種類の固体酸化物形
燃料電池セルへ供給され排出される燃料ガスの供給口及
び排出口が該固体酸化物形燃料電池セルスタックの同一
側面にあることを特徴とする固体酸化物形燃料電池セル
スタック。 - 【請求項３】請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池セ
ルスタックにおいて、前記第１および第２の種類の固体
酸化物形燃料電池セルのすべては、各固体酸化物形燃料
電池セル間に設けられたインターコネクタを介して、直
列に電気的接続されていることを特徴とする固体酸化物
形燃料電池セルスタック。 - 【請求項４】請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池セ
ルスタックにおいて、前記第１の種類の固体酸化物形燃
料電池セルと前記第２の種類の固体酸化物形燃料電池セ
ルとは、それぞれ、別々に直列に電気的接続されている
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルスタック。 - 【請求項５】請求項１、２、３または４に記載の固体酸
化物形燃料電池セルスタックを用い、前記第１の種類の
固体酸化物形燃料電池セルにおいて炭化水素の部分酸化
反応を行って発電をし、該反応により生成した一酸化炭
素及び水素を含有するガスを燃料として前記第２の種類
の固体酸化物形燃料電池セルにおいて一酸化炭素及び水
素の酸化反応を行って発電をすることを特徴とする、固
体酸化物形燃料電池セルスタックを用いた発電方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002078623A JP3842157B2 (ja) | 2002-03-20 | 2002-03-20 | 固体酸化物形燃料電池セルスタック及びそれを用いた発電方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002078623A JP3842157B2 (ja) | 2002-03-20 | 2002-03-20 | 固体酸化物形燃料電池セルスタック及びそれを用いた発電方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003272696A true JP2003272696A (ja) | 2003-09-26 |
| JP3842157B2 JP3842157B2 (ja) | 2006-11-08 |
Family
ID=29206101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002078623A Expired - Fee Related JP3842157B2 (ja) | 2002-03-20 | 2002-03-20 | 固体酸化物形燃料電池セルスタック及びそれを用いた発電方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3842157B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014197492A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-16 | 日本特殊陶業株式会社 | 燃料電池 |
| WO2016006309A1 (ja) * | 2014-07-10 | 2016-01-14 | 株式会社 村田製作所 | 燃料電池ユニット |
| JP2018092907A (ja) * | 2016-12-02 | 2018-06-14 | Toto株式会社 | 燃料電池セルスタック装置 |
-
2002
- 2002-03-20 JP JP2002078623A patent/JP3842157B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014197492A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-16 | 日本特殊陶業株式会社 | 燃料電池 |
| WO2016006309A1 (ja) * | 2014-07-10 | 2016-01-14 | 株式会社 村田製作所 | 燃料電池ユニット |
| JP2018092907A (ja) * | 2016-12-02 | 2018-06-14 | Toto株式会社 | 燃料電池セルスタック装置 |
| JP7002900B2 (ja) | 2016-12-02 | 2022-02-04 | 森村Ｓｏｆｃテクノロジー株式会社 | 燃料電池セルスタック装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3842157B2 (ja) | 2006-11-08 |
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