JP2004200021A - Connection structure of gas supply pipe for solid oxide fuel cell - Google Patents
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Abstract
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におけるガス供給管の接続構造に係わり、特に、平板積層型の固体酸化物形燃料電池において、ディストリビュータとセパレータを接続するガス供給管の接続構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
前記固体酸化物形燃料電池(SOFC)は第三世代の発電用燃料電池として開発が進んでいる。現在、この固体酸化物形燃料電池は、円筒型、モノリス型、及び平板積層型の3種類が提案されており、何れも酸化物イオン伝導体から成る固体電解質を両側から空気極(カソード)と燃料極(アノード)で挟み込んだ積層構造を有する。この積層体から成る発電セルが、間に燃料極集電体と空気極集電体を挟みセパレータと交互に積層されて、燃料電池スタックが構成されている。
【0003】
固体酸化物形燃料電池では、空気極側に酸素 (空気) が、燃料極側に燃料ガス(H2 、CO、等) が供給される。空気極と燃料極は、ガスが固体電解質との界面に到達することができるように、いずれも多孔質の層とされている。
空気極側に供給された酸素は、空気極層内の気孔を通って固体電解質層との界面近傍に到達し、この部分で空気極から電子を受け取って酸化物イオン(O2-)にイオン化される。この酸化物イオンは、燃料極の方向に向かって固体電解質層内を拡散移動する。燃料極との界面近傍に到達した酸化物イオンは、この部分で、燃料ガスと反応して反応生成物(H2 O、CO2 等)を生じ、燃料極に電子を放出する。この電子を外部に起電力として取り出すことができる。
【0004】
因みに、燃料に水素を用いた場合の電極反応は次のようになる。
空気極: 1/2 O2 + 2e- → O2-
燃料極: H2 + O2- → H2 O+2e-
全体 : H2 + 1/2 O2 → H2 O
【0005】
図8は燃料電池スタックの構成を示している。
この燃料電池スタック1は、固体電解質層の両面に燃料極層と空気極層(酸化剤極層)を配した発電セル5と、発電セル外側の燃料極集電体6と空気極集電体7と、各集電体6、7の外側のセパレータ8をそれぞれ順番に積層した構造を有する。
【0006】
前記固体電解質層はイットリアを添加した安定化ジルコニア(YSZ)等で構成され、前記燃料極層はNi、Co等の金属あるいはNi−YSZ、Co−YSZ等のサーメットで構成され、前記空気極層はLaMnO3 、LaCoO3 等で構成され、前記燃料極集電体6はNi基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、前記空気極集電体7はAg基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、前記セパレータ8はステンレス等で構成されている。
【0007】
セパレータ8は、発電セル5間を電気接続すると共に、発電セル5に対してガスを供給する機能を有するもので、その内部に、燃料ガスをセパレータ8の外周面から導入してセパレータ8の燃料極集電体6に対向する面のほぼ中央部から吐出させる燃料ガス通路と、酸化剤ガスをセパレータ8の外周面から導入してセパレータ8の空気極集電体7に対向する面から吐出させる酸化剤ガス通路を有している。
【0008】
また 燃料電池スタック1の側方には、各セパレータ8の燃料ガス通路に燃料ガス供給管13を通して燃料ガスを供給する燃料用ディストリビュータ15と、各セパレータ8の酸化剤ガス通路に酸化剤ガス供給管14を通して酸化剤ガス(空気)を供給する酸化剤用ディストリビュータ16とが、発電セル5の積層方向に延在して設けられている。
尚、上記構成の平板積層型の固体酸化物形燃料電池では、燃料電池スタック1およびこれらディストリビュータ15、16が断熱材や耐熱金属あるいはセラミックス等から構成される函体に収納されて燃料電池モジュールとしてモジュール化されている。
【0009】
ところで、前記ディストリビュータ15、16は、構造上金属で作製されているため、各セル間の電気的絶縁を確保するには、各セパレータとディストリビュータとが電気的に絶縁された状態で流路接続される必要があった。このため、従来では、図8のように、各セパレータ8とディストリビュータ15、16を繋ぐ各金属製のガス供給13、14は、途中にセラミックス製の継ぎ手17を介在して接続される構造となっており、さらに、継ぎ手17からのガスリークを防止するため、接続部分をガラスにて封止していた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のようにセラミックス継ぎ手17によるガス供給管の接続構造は、全ての継ぎ手部分を個々にガラス封止する等、組立作業が煩雑であるという構造上の問題や、下記(1)、(2)のような性能に係わる問題を有していた。すなわち、(1)燃料電池モジュール内の各部の温度は燃料電池本体部分の作動温度と同じで、運転中は少なくとも600℃以上の高温となることから、起動・停止の昇温、降温動作を繰り返すとガス供給管の熱膨張によりガラス封止が破損し、ガスリークが発生する問題や、(2)急激に降温するとセラミックス継ぎ手自体が破損し、ガスリークが発生するといった問題である。
ガスリークが発生すると発電出力の低下につながる。
【0011】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みて成されたもので、構造が簡単で、且つ、優れたガスシール性を維持できるガス供給管の接続構造を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項1に記載の本発明は、燃料電池モジュール内のディストリビュータと内部にガス通路を有するセパレータを接続するガス供給管の接続構造であって、前記セパレータの外周部よりガス通路に耐熱性の絶縁管を嵌入すると共に、当該絶縁管の内部に前記ガス供給管を、その軸線方向にスライド可能に、且つ、接続部分からのガス漏洩量がガス導入量の2%以下となる嵌め合いを持って差し込み嵌合する構造とした。
【0013】
また、請求項2に記載の本発明は、燃料電池モジュール内のディストリビュータと内部にガス通路を有するセパレータを接続するガス供給管の接続構造であって、前記セパレータの外周部に前記ガス通路と連通する連結部を外方向に延設すると共に、当該連結部にその通孔と連通する連結管を立設し、当該連結管に耐熱性の絶縁管を嵌入すると共に、絶縁管の内部に前記ガス供給管を、その軸線方向にスライド可能に、且つ、接続部分からのガス漏洩量がガス導入量の2%以下となる嵌め合いを持って差し込み嵌合する構造とした。
【0014】
また、請求項3に記載の本発明は、請求項1または請求項2の何れかに記載の固体酸化物形燃料電池のガス供給管の接続構造において、前記ガス供給管を前記セパレータの外部で輪状に曲成した。
【0015】
請求項1または請求項2に記載の構成では、接続は単に絶縁管の内部にガス供給管の先端を差し込むだけで良く、従来のような継ぎ手機構やガラス封止は不要であるから、構造は極めて単純であり、且つ、ガス供給管からセパレータ内に導入されたガスは背圧の小さい集電体側に優先的に流れるため、性能低下に繋がるガスリークは発生しない。ガス漏洩量を2%以下としたのは、ガスが2%以上漏洩すると良好な電池出力が得られる燃料利用率の目標値85%を確保できなくなり、電池性能の低下を招くからである。
また、請求項3に記載の構成では、高温下におけるガス供給管の熱膨張変化が吸収され、ガス供給管やその接続部に無理な力が掛からないため、部材の変形や破損が防止でき、安定した出力特性が得られるようになる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図1〜図6に基づいて説明する。尚、説明を簡略化するため、以下の説明において従来と共通する部分については同一の符号を用いた。
ここで、図1、図2は本発明に係るガス供給管の接続構造の第1実施形態を示し、図3、図4はこのガス供給管の接続構造による燃料電池モジュールの組み立て方法を示し、図5はガス供給管の接続構造の第2実施形態を示し、図6はこのガス供給管の接続構造による燃料電池モジュールの組み立て方法を示している。
【0017】
図示のように、本発明が適用された燃料電池スタック1は、固体電解質層の両面に燃料極層と空気極層を配した発電セル5と、燃料極層の外側に配した燃料極集電体6と、空気極層の外側に配した空気極集電体7と、各集電体6、7の外側に配したセパレータ8とで単セルを構成し、これを多数積層してスタック化したもので、構成は図8に示す平板積層型の固体酸化物形燃料電池スタックと同様であるが、本発明の場合セパレータ8とガス供給管13、14の接続構造が相違している。
【0018】
セパレータ8は、厚さ約3.5mm、直径130Φ程のステンレス材より成る円板であって、図1、図3に示すように、内部に、燃料用ディストリビュータ15からの燃料ガスを燃料ガス供給管13によりセパレータ8の外周面から導入して中央のガス吐出孔11から吐出する燃料ガス通路9と、酸化剤用ディストリビュータ16からの酸化剤ガスを酸化剤ガス供給管14によりセパレータ8の外周面から導入して中央のガス吐出孔12から吐出する酸化剤ガス通路10とを有している。
【0019】
また、これらガス供給管13、14として直径2Φ程度のステンレス製チューブが用いられており、セパレータ8と各々ディストリビュータ15、16を電気的に絶縁された状態で流路接続する際、その片端は各々ディストリビュータ15、16の側壁に直接溶着する接続構造を採っているが、第1実施形態では、セパレータ側の端部は以下のような接続構造にて接続されている。
【0020】
例えば、燃料ガス供給管13の接続構造について説明すれば、セパレータ8の外周部より燃料ガス通路9にセラミックスのような優れた耐熱性を有する素材で成る絶縁管18を嵌入し、この絶縁管18の内部に燃料ガス供給管13を差し込む構造としている。この際、高温下において燃料ガス供給管13の熱膨張変化を吸収できるよう、ガス供給管の軸線方向にスライド可能となり、且つ、電池性能に影響を与えないガスシール性、即ち、熱膨張する前の状態で燃料ガス供給管13と絶縁管18の隙間からセパレータ外に漏洩するガス量が、燃料用ディストリビュータ15からのガス導入量の2%以下となるように燃料ガス供給管13と絶縁管18の嵌め合いを設定している。
【0021】
即ち、本実施形態では、燃料ガス供給管13が熱膨張により最大に拡径した状態で絶縁管18の内壁との隙間がほぼ無くなるように設定されている。これにより、絶縁管18と燃料ガス供給管13に径方向の無理な力が掛からないようにでき、且つ、熱膨張による燃料ガス供給管13の軸線方向の延びに対しても、ガス供給管が自由にスライドすることにより熱膨張変化を無理なく吸収できるので、接続部分の変形や破損が防止できる。因みに、この場合、絶縁管18の内径と燃料ガス供給管13の外径との差は0.14〜0.16mm程度に設定されている。
【0022】
尚、酸化剤ガス供給管14の接続構造も上記と同様、絶縁管18と酸化剤ガスガス供給管14の2重管構造による差し込み式である。酸化剤ガス供給管14と絶縁管18の嵌め合いにおいても、熱膨張変化に対してスライド可能な状態と、良好なガスシール性を確保している。
【0023】
次に、図2に示す実施形態は、セパレータ8のガスの導入機構を3孔式としたものであって、このセパレータ8は、内部に、1本の燃料ガス通路9と2本の酸化剤ガス通路10、10を設けて燃料ガスの供給量に十分見合う多量の空気を低い背圧で空気極集電体側へ供給できるように構成した例である。燃料ガス通路9と酸化剤ガス通路10、10には、各ディストリビュータ15、16からのガス供給管13、14が上記した本実施形態の接続機構によって接続されている。
【0024】
上記構成のガス供給管の接続構造を用いると、燃料電池モジュールの組み立ては極めて容易に行える。例えば、図3に示すように、燃料ガスの流路接続では、金属製の燃料用ディストリビュータ15の壁面に縦一列に設けた多数の通孔15aに燃料ガス供給管13の一端を嵌合して予め溶接により固着させておき、他端をセパレータ8の外側部より少々突出する絶縁管18に差し込むだけで良い。これにより、燃料用ディストリビュータ15から分岐される多数の燃料ガス供給管13が一度に各々対応するセパレータ8のガス通路にスライド可能に接続される。尚、酸化剤ガスの流路接続も同様の要領で行えば良い。
【0025】
また、図4には、各ディストリビュータ15、16とセパレータ8を流路接続するガス供給管13、14の途中を輪状に曲成した例が示されており、この場合も、組み立ては図3の場合と同様に行うことができる。しかも、本構成では、高温下での熱膨張で生じるガス供給管13、14の軸線方向の延びにより接続部に加わる無理な力をこの輪状部13a、14aの弾性で吸収することができ、且つ、組み立ての際のガス供給管端部とセパレータ側部のガス通路口との位置的なズレもこの弾性で吸収できるため、組み立て性もより一層向上する。
【0026】
上記構成の燃料電池モジュールでは、外部から供給された酸化剤ガス(空気)は酸化剤用ディストリビュータ16を介し、複数の酸化剤ガス供給管14から各セパレータ8の酸化剤ガス通路10に導入され、通路末端部のガス吐出孔12より吐出して対面する空気極集電体7に供給され、これを通過して発電セル5の空気極層に達する。
一方、外部から供給された燃料ガスは、燃料用ディストリビュータ15を介し、複数の燃料ガス供給管13から各セパレータ8の燃料ガス通路9に導入され、通路末端のガス吐出孔11より吐出して対面する燃料極集電体6に供給される。
【0027】
ここで、各ガス供給管13、14から導入される燃料ガスや酸化剤ガスは多孔質金属で成る背圧の小さい各集電体側に優先的に流れ、管路抵抗の大きいガス供給管と絶縁管との間の僅かな隙間には流れ込まないので、ガスリークを2%以下に抑制するのは容易であり、よって、電池性能は十分確保可能である。
【0028】
次に、本発明のガス供給管の接続構造の第2実施形態を説明する。
【0029】
第2実施形態では、図5に示すように、セパレータ8の外周部に、燃料ガス通路9と連通する矩形状の燃料ガス用連結部19と、酸化剤ガス通路10と連通する矩形状の酸化剤ガス用連結部20を各々外方向に対向状態に延設すると共に、それぞれの通孔19a、20aに連通するように、これら連結部上にステンレス製の 燃料ガス用連結管21と酸化剤ガス用連結管22が、それぞれ、溶接により垂直状態(縦方向)に固着してある。
そして、これら連結管21、22の内部に耐熱性に優れるセラミックス製の絶縁管18を嵌入し、各絶縁管18の内部に燃料ガス供給管13および酸化剤ガス供給管14を差し込む構造としている。尚、差し込みの際の各ガス供給管13、14と絶縁管18の嵌め合いは第1実施形態と同様で、高温下において各ガス供給管13、14の熱膨張を吸収できるようガス供給管の軸線方向にスライド可能であり、且つ、熱膨張する前の状態で燃料ガス供給管13と絶縁管18の隙間からセパレータ外に漏洩するガス量が、ディストリビュータ15、16からのガス導入量の2%以下となるような優れたガスシール性を有するものである。
【0030】
酸化剤ガス用連結管22は、酸化剤ガス用連結部20の通孔20aを介して酸化剤ガス通路10に連通されているため、図5(b)に示すように、酸化剤ガス供給管14の端部を上方より酸化剤ガス用連結部20の絶縁管18に差し込むことにより、酸化剤ガス供給管14が垂直方向に接続された状態で酸化剤ガス通路10に連通される。
外部から供給された酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給管14から酸化剤ガス用連結部20の通孔20aを介して酸化剤ガス通路10に導入され、通路末端部の酸化剤ガスの吐出孔12より吐出して対面する空気極集電体7に供給されるようになっている。
【0031】
一方、燃料ガス用連結管21は、燃料ガス用連結部19の通孔19aを介して燃料ガス通路9に連通されており、燃料ガス供給管13の端部を上方より燃料ガス用連結部19の絶縁管18に差し込むことにより、燃料ガス供給管13が垂直方向に連結された状態で燃料ガス通路9に連通される。
外部からの燃料ガスは、燃料ガス供給管13から燃料ガス用連結部19の通孔19aを介して燃料ガス通路9に導入され、通路末端の燃料ガスの吐出孔11より吐出して対面する燃料極集電体6に供給されるようになっている。
【0032】
次に、上記構成のガス供給管の接続構造を用いた燃料電池モジュールの組み立てを図6に示す。
【0033】
本実施形態では、積層方向に隣接する各連結部19、20の位置が周方向に連続的にずれるように個々のセパレータ8を配置して円筒状にスタック化されている。そして、燃料電池スタック1の周上に突設した各々連結部19、20の連結管21、22に各々燃料ガス供給管13および酸化剤ガス供給管14の一端が縦方向より差し込み接続される。
尚、これらガス供給管13、14の他端は、それぞれ燃料電池スタック1の上部に配設された図示しない燃料用ディストリビュータ15および酸化剤用ディストリビュータ16の側壁に溶接等により一列円弧状に固着されている。この場合も、図4に示すような輪状に曲成されたガス供給管を使用することは勿論可能である。
【0034】
このように、各ガス供給管13、14を縦接続構造とすることにより、セパレータ8の厚みを薄くすることができ、セパレータ8の薄型化による燃料電池スタック1の小型化、軽量化が可能となる。
【0035】
【実施例】
上記した本発明の効果を確認するため、図3に示す構造のセパレータを用いて本発明(実施例)、比較例、従来例の各単セルを作製し、各々について下記の条件にて発電試験を行い、その結果を図7に示した。尚、発電試験は、起動(750℃まで温度昇温した後10時間発電)と停止(室温まで降温)を3回繰り返し、4回目の昇温時に実施した。
【0036】
[実施例]
セパレータと各ガス供給管の接続構造を図3の構造とした。
【0037】
[比較例]
セパレータと各ガス供給管の接続を溶接とした。
【0038】
[従来例]
図8の構成のセラミックス継ぎ手を用い、ガス供給管と継ぎ手の隙間をガラス封止によりガスシールした。
【0039】
図7に示すように、従来例の場合は、出力電流が35A以上になるとその最大値が急激に低下している。これは、起動・停止の昇降温を繰り返すことにより継ぎ手部分のガラス封止が破損し、ガスリークが発生したためである。
これに対し、実施例と比較例は、出力電流が35A以上においても良好な電池性能が得られており、これより、本発明のガス供給管の接続構造が溶接による接続と略同程度の優れたガスシール性を確保できることが確認された。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、絶縁管の内部にガス供給管の先端部を差し込むだけの極めて単純な構造であるから、燃料電池モジュールの組み立ては容易である。また、高温下におけるガス供給管の熱膨張変化を効率的に吸収できる接続構造であるから、部材の変形や破損を防止し長期に亘って優れたガスシール性を維持することができる。これにより、ガスリークを防止し、安定した電池性能が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るガス供給管の接続構造の第1実施形態を示し、(a)は平面図、(b)はA−A断面図。
【図2】図1とは別のガス供給管の接続構造を示し、(a)は平面図、(b)はB−B断面図。
【図3】本発明に係るガス供給管の接続構造による燃料電池モジュールの組み立て方法を示す斜視図。
【図4】図3とは別のガス供給管の接続構造による燃料電池モジュール組み立て方法を示す斜視図。
【図5】本発明に係るガス供給管の接続構造の第2実施形態を示し、(a)は平面図、(b)はC−C断面図。
【図6】図5のガス供給管の接続構造による燃料電池モジュールの組み立て方法を示す斜視図。
【図7】燃料電池の出力特性を示す図。
【図8】従来の燃料電池モジュールの構成を示す分解斜視図。
【符号の説明】
8 セパレータ
9 燃料ガス通路
10 酸化剤ガス通路
15 燃料用ディストリビュータ
16 酸化剤用ディストリビュータ
18 絶縁管
19 燃料ガス用連結部
19a 通孔
20 酸化剤ガス用連結部
20a 通孔
21 燃料ガス用連結管
22 酸化剤ガス用連結管[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a connection structure of a gas supply pipe in a solid oxide fuel cell, and more particularly, to a connection structure of a gas supply pipe connecting a distributor and a separator in a plate-stacked solid oxide fuel cell. .
[0002]
[Prior art]
The solid oxide fuel cell (SOFC) is being developed as a third-generation fuel cell for power generation. At present, three types of solid oxide fuel cells, a cylindrical type, a monolith type, and a flat plate type, have been proposed. In each case, a solid electrolyte made of an oxide ion conductor is connected to an air electrode (cathode) from both sides. It has a laminated structure sandwiched between fuel electrodes (anodes). The power generation cells composed of the stacked body are alternately stacked with the separator with the fuel electrode current collector and the air electrode current collector interposed therebetween to form a fuel cell stack.
[0003]
In a solid oxide fuel cell, oxygen (air) is supplied to the air electrode side, and fuel gas (H 2 , CO, etc.) is supplied to the fuel electrode side. Both the air electrode and the fuel electrode are porous layers so that the gas can reach the interface with the solid electrolyte.
Oxygen supplied to the air electrode side passes through pores in the air electrode layer and reaches the vicinity of the interface with the solid electrolyte layer, where electrons are received from the air electrode and ionized into oxide ions (O 2− ). Is done. The oxide ions diffuse and move in the solid electrolyte layer toward the fuel electrode. Oxide ions that have reached the vicinity of the interface with the fuel electrode react with the fuel gas at this portion to generate reaction products (H 2 O, CO 2, etc.), and emit electrons to the fuel electrode. The electrons can be extracted to the outside as an electromotive force.
[0004]
Incidentally, the electrode reaction when hydrogen is used as the fuel is as follows.
The air electrode: 1/2 O 2 + 2e - → O 2-
The fuel electrode: H 2 + O 2- → H 2 O + 2e -
Whole: H 2 +1/2 O 2 → H 2 O
[0005]
FIG. 8 shows the configuration of the fuel cell stack.
The
[0006]
The solid electrolyte layer is made of stabilized zirconia (YSZ) to which yttria is added, and the fuel electrode layer is made of a metal such as Ni or Co or a cermet such as Ni-YSZ or Co-YSZ. Is composed of LaMnO 3 , LaCoO 3, etc., the fuel electrode
[0007]
The
[0008]
Further, on the side of the
In the flat-stacked solid oxide fuel cell having the above-described configuration, the
[0009]
By the way, since the
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the connection structure of the gas supply pipe by the
When a gas leak occurs, the power generation output is reduced.
[0011]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and has as its object to provide a gas supply pipe connection structure that has a simple structure and can maintain excellent gas sealing properties.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention according to
[0013]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a connecting structure of a gas supply pipe for connecting a distributor in a fuel cell module and a separator having a gas passage therein, wherein an outer peripheral portion of the separator communicates with the gas passage. The connecting portion extending outwardly, a connecting tube communicating with the through hole is erected at the connecting portion, a heat-resistant insulating tube is fitted into the connecting tube, and the gas is inserted into the insulating tube. The supply pipe is configured to be slidable in the axial direction and to be inserted and fitted with a fitting in which the amount of gas leakage from the connection portion is 2% or less of the gas introduction amount.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the connection structure of the gas supply pipe of the solid oxide fuel cell according to the first or second aspect, the gas supply pipe is provided outside the separator. It was bent in a ring.
[0015]
In the configuration according to
Further, in the configuration according to the third aspect, a change in thermal expansion of the gas supply pipe at a high temperature is absorbed, and no excessive force is applied to the gas supply pipe or its connection portion, so that deformation and breakage of the member can be prevented, Stable output characteristics can be obtained.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In order to simplify the description, in the following description, the same reference numerals are used for the same parts as those in the related art.
Here, FIGS. 1 and 2 show a first embodiment of a gas supply pipe connection structure according to the present invention, and FIGS. 3 and 4 show a method of assembling a fuel cell module using this gas supply pipe connection structure. FIG. 5 shows a second embodiment of the gas supply pipe connection structure, and FIG. 6 shows a method of assembling a fuel cell module using the gas supply pipe connection structure.
[0017]
As shown in the figure, a
[0018]
The
[0019]
In addition, stainless steel tubes having a diameter of about 2Φ are used as the
[0020]
For example, the connection structure of the fuel
[0021]
That is, in the present embodiment, the gap between the fuel
[0022]
The connection structure of the oxidizing
[0023]
Next, in the embodiment shown in FIG. 2, the gas introducing mechanism of the
[0024]
When the gas supply pipe connection structure having the above configuration is used, the fuel cell module can be assembled extremely easily. For example, as shown in FIG. 3, in the fuel gas flow path connection, one end of the fuel
[0025]
FIG. 4 shows an example in which the
[0026]
In the fuel cell module having the above configuration, the oxidizing gas (air) supplied from the outside is introduced into the oxidizing
On the other hand, the fuel gas supplied from the outside is introduced into the
[0027]
Here, the fuel gas and the oxidizing gas introduced from the
[0028]
Next, a second embodiment of the gas supply pipe connection structure of the present invention will be described.
[0029]
In the second embodiment, as shown in FIG. 5, a rectangular fuel
A ceramic insulating
[0030]
Since the oxidizing
The oxidizing gas supplied from the outside is introduced into the oxidizing
[0031]
On the other hand, the fuel
Fuel gas from the outside is introduced into the
[0032]
Next, assembling of a fuel cell module using the gas supply pipe connection structure having the above configuration is shown in FIG.
[0033]
In the present embodiment, the
The other ends of the
[0034]
As described above, by forming the
[0035]
【Example】
In order to confirm the above-mentioned effects of the present invention, each single cell of the present invention (Example), a comparative example, and a conventional example were produced using a separator having the structure shown in FIG. And the results are shown in FIG. In addition, the power generation test was repeated three times of starting (power generation for 10 hours after raising the temperature to 750 ° C.) and stopping (lowering the temperature to room temperature) at the fourth heating.
[0036]
[Example]
The connection structure between the separator and each gas supply pipe was the structure shown in FIG.
[0037]
[Comparative example]
The connection between the separator and each gas supply pipe was welded.
[0038]
[Conventional example]
Using the ceramic joint having the configuration shown in FIG. 8, the gap between the gas supply pipe and the joint was gas-sealed by glass sealing.
[0039]
As shown in FIG. 7, in the case of the conventional example, when the output current exceeds 35 A, the maximum value sharply decreases. This is because the glass seal of the joint portion was broken by repeated temperature rise and fall of start and stop, and gas leak occurred.
On the other hand, in the example and the comparative example, good battery performance was obtained even when the output current was 35 A or more. From this, the connection structure of the gas supply pipe of the present invention was almost as good as the connection by welding. It was confirmed that the improved gas sealability could be secured.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the fuel cell module is easily assembled because it has a very simple structure in which the tip of the gas supply pipe is inserted into the inside of the insulating pipe. In addition, since the connection structure can efficiently absorb a change in thermal expansion of the gas supply pipe at a high temperature, deformation and breakage of members can be prevented, and excellent gas sealing properties can be maintained over a long period of time. As a result, gas leakage is prevented, and stable battery performance can be obtained.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show a first embodiment of a gas supply pipe connection structure according to the present invention, wherein FIG. 1A is a plan view, and FIG.
2A and 2B show a connection structure of a gas supply pipe different from that of FIG. 1, wherein FIG. 2A is a plan view and FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing a method of assembling a fuel cell module using a gas supply pipe connection structure according to the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing a method of assembling a fuel cell module using a gas supply pipe connection structure different from that of FIG. 3;
5A and 5B show a second embodiment of a gas supply pipe connection structure according to the present invention, wherein FIG. 5A is a plan view, and FIG.
FIG. 6 is a perspective view showing a method of assembling a fuel cell module using the gas supply pipe connection structure of FIG. 5;
FIG. 7 is a diagram showing output characteristics of a fuel cell.
FIG. 8 is an exploded perspective view showing a configuration of a conventional fuel cell module.
[Explanation of symbols]
Claims (3)
前記セパレータの外周部よりガス通路に耐熱性の絶縁管を嵌入すると共に、当該絶縁管の内部に前記ガス供給管を、その軸線方向にスライド可能に、且つ、接続部分からのガス漏洩量がガス導入量の2%以下となる嵌め合いを持って差し込み嵌合したことを特徴とする固体酸化物形燃料電池のガス供給管の接続構造。A connection structure of a gas supply pipe connecting a distributor in the fuel cell module and a separator having a gas passage therein,
A heat-resistant insulating tube is fitted into the gas passage from the outer periphery of the separator, and the gas supply tube is slidable in the axial direction inside the insulating tube, and the amount of gas leakage from the connection portion is gas. A connection structure for connecting a gas supply pipe of a solid oxide fuel cell, wherein the gas supply pipe is inserted and fitted with a fitting of not more than 2% of the introduced amount.
前記セパレータの外周部に前記ガス通路と連通する連結部を外方向に延設すると共に、当該連結部にその通孔と連通する連結管を立設し、
当該連結管に耐熱性の絶縁管を嵌入すると共に、絶縁管の内部に前記ガス供給管を、その軸線方向にスライド可能に、且つ、接続部分からのガス漏洩量がガス導入量の2%以下となる嵌め合いを持って差し込み嵌合したことを特徴とする固体酸化物形燃料電池のガス供給管の接続構造。A connection structure of a gas supply pipe connecting a distributor in the fuel cell module and a separator having a gas passage therein,
A connecting portion communicating with the gas passage extends outward in the outer peripheral portion of the separator, and a connecting pipe communicating with the through hole is erected on the connecting portion.
A heat-resistant insulating pipe is fitted into the connecting pipe, the gas supply pipe is slidable in the axial direction inside the insulating pipe, and the amount of gas leakage from the connection portion is 2% or less of the gas introduction amount. A connection structure of a gas supply pipe of a solid oxide fuel cell, wherein the gas supply pipe is connected and fitted with the following fit.
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WO2010016247A1 (en) * | 2008-08-07 | 2010-02-11 | パナソニック株式会社 | Fuel cell stack and fuel cell system employing the same |
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