JP2004356104A - セラミック管と金属との結合構造、及び燃料電池モジュール - Google Patents
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Abstract
ガスシール性を向上させた燃料電池セル管と金属との結合構造を提供する。
【解決手段】
燃料電池セル21を形成された燃料電池セル管3と、金属板14と、燃料電池セル管3と金属板14とを結合するシール構造8−2とを具備する燃料電池セル管と金属との結合構造を用いる。シール構造8−2は、シール層27と、第1リング26と、第2リング8−2の14とを備える。シール層27は、燃料電池セル管3と金属板14との間に介設されている。第1リング26は、シール層27と金属板14との間に介設されている。第2リング8−2の14は、第1リング26と金属板14との間に介設されている。シール層27は燃料電池セル管3及び第1リング26に対して接着性がある。第2リング8−2の14は金属板14に結合し、燃料電池セル管3の中心線方向に滑らかに曲がる曲面を有する。曲面は第1リング26に対して圧力的に面接触している。
【選択図】 図3
Description
この時、燃料供給室が大きい場合、燃料供給室に燃料ガスを供給する配管の入口からの距離に応じて、燃料ガスの濃度に分布が出ることがある。その場合、複数の燃料電池セル管の各々の中へ供給される燃料ガスの量は、その配管の入口から燃料電池セル管までの距離に応じて異なる状況が発生する可能性が考えられる。
この時、酸化剤ガスを供給する室が大きい場合、酸化剤ガスを供給する室へ酸化剤ガスを供給する配管の入口からの距離に応じて、酸化剤ガスの濃度に分布が出ることがある。その場合、複数の燃料電池セル管の各々の中へ供給される酸化剤ガスの量は、その配管の入口から燃料電池セル管までの距離に応じて異なる状況が発生する可能性が考えられる。
複数の燃料電池セル管(3)と第1金属板(14)及び第2金属板(15)との結合部(8−2、9−2)は、第1金属板(14)及び第2金属板(15)において千鳥格子状、蜂の巣状及び正方格子状のいずれかの場所に設けられる。
本実施例において、筒型のうち円筒型の燃料電池モジュールについて例を示して説明するが、他の筒型構造を有する燃料電池にも適用が可能である。なお、各実施の形態において同一又は相当部分には同一の符号を付して説明する。
本発明である燃料電池モジュールの第1の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
図1は、本発明である燃料電池モジュールの第1の実施の形態の構成を示す図(断面図)である。燃料電池モジュール33は、複数の燃料電池セル管3、空気室としての酸化剤ガス供給室7、第1燃料室としての供給室8、第2燃料室としての排出室9、第2断熱体としての断熱体A10−1、第1孔10−3を有する第1断熱体としての断熱体B10−2を備える。
第1燃料室としての供給室8は、側板12、側板13、第1燃料室の一側面としての第1管板である管板A14、燃料ガス供給口8−1及び(複数の)第1嵌合部8−2を有する。
第2燃料室としての排出室9は、側板17、側板16、第2燃料室の一側面としての第2管板である管板B15、燃料ガス排出口9−1及び(複数の)第2嵌合部9−2を有する。
空気室としての酸化剤ガス供給室7は、側板31と、管板A14、管板B15、酸化剤ガス供給口7−1及び酸化剤ガス排出口7−2、酸化剤ガス分配部7−3、を有する。
なお、図1の構成は、集電に関する構成について、省略している。
それにより、酸化剤ガス分配部7−3に供給された酸化剤ガス2は、直ぐに第1孔10−3から送出されるのではなく、酸化剤ガス分配部7−3内に暫く滞留し、その全体に行き渡る。そして、各第1孔10−3から断熱体B10−2により圧損を生じつつ、複数の燃料電池セル管3の外面の燃料電池セル21へ供給される。
従って、酸化剤ガス分配部7−3の酸化剤ガス2が、酸化剤ガス供給口7−1の近くの第1孔10−3(燃料電池セル管3)に多く流れ、遠くの第1孔10−3(燃料電池セル管3)へ到達する量が少なくなるという事態を回避できる。
また、酸化剤ガス2を分配する際、燃料電池セル管3の位置によるアンバランスを回避することが出来る。それにより、管板B15での温度のアンバランスを抑制することが可能となる。更に、酸化剤ガス分配部7−3の幅(断熱体B10−2と管板B15との距離)を小さくすることが出来、燃料電池セル管3の長さを短くすることが可能となる。
燃料電池セル管3は、その外面上に、発電を行う燃料電池セル21と、電力を取り出すリード膜23(後述)とを有する。多孔質セラミックスの円筒型の基体管である。燃料電池セル管3は、一端部を供給室8の管板A14に、開放されて嵌合されている。同様に、他端部は排出室9の管板B15に、開放されて嵌合されている。材質は、安定化ジルコニアに例示される。
そして、酸化剤ガス2の供給を受けるための酸化剤ガス供給口7−1、供給された酸化剤ガス2が流通し各燃料電池セル管3へ酸化剤ガス2を分配する酸化剤ガス分配部7−3(管板B15と断熱体B10−2とに挟まれた領域)、及び、使用済みの酸化剤ガス2の排出を行なうための酸化剤ガス排出口7−2を有する。
断熱体B10−2は、管板B15と断熱体B10−2とに挟まれた領域(酸化剤ガス分配部7−3)において、供給された酸化剤ガス2の流路を形成し、その流通を制限している。
一方、断熱体A10−1は、管板A14と断熱体A10−1とは、概ね重なっている。
また、断熱体10は、燃料電池セル管3の発電部21(後述)側の熱を遮断し、管板A14及び管板B15、あるいは、第1嵌合部及び第2嵌合部を、熱的に保護する。材料としては、多孔質シリカ、多孔質アルミナ、シリカ、アルミナ、マグネシアなどを主成分とする断熱材に例示される。
図4は、断熱体B10−2の構成を示す斜視図である。断熱体B10−2は、断熱部10−2a及び断熱部10−2c、第1断熱部としての断熱部10−2bを備える。
断熱部10−2aは、管板B15と共に酸化剤ガス2の流路を形成する。そして、酸化剤ガス2の断熱部10−2b及び断熱部10−2cを保持し、断熱体B10−2の形状を維持するための支持板である。断熱部10−2aは、所定の強度が必要であるので、断熱材を含むボードや金属板が好ましい。また、高温酸化雰囲気での使用であるので、シリカ、アルミナ、マグネシアのような断熱材を含むボードやステンレス鋼のような耐熱/耐酸化性金属の板がより好ましい。
断熱部10−2aは、千鳥格子状に開口した燃料電池セル管3用の孔10−3aを有する。孔10−3aの直径は、燃料電池セル管3の直径よりもやや大きい。燃料電池セル管3と断熱体10の孔との隙間を酸化剤ガス2が通過するためである。
断熱部10−2bは、その内部を酸化剤ガスが圧損を生じながら(流量を制限されながら)透過可能なように、多孔質の材料であることが好ましい。また、燃料電池セル管3の外面と接するため、燃料電池セル管3を損傷しないように、また、燃料電池セル管3の熱伸縮による動きを妨げず、摺動可能に接するように、
柔軟性や弾性のある材料であることが好ましい。更に、断熱性を有し、高温酸化雰囲気で使用可能なように、耐熱/耐酸化性を有する断熱材であることが好ましい。そのような材料として、シリカ、アルミナ、マグネシアのような断熱材を含むフエルト状断熱材や、ガラスウール状断熱材が例示される。
断熱部10−2cは、断熱性を有し、高温酸化雰囲気で使用可能なように、耐熱/耐酸化性を有する断熱材であることが好ましい。そのような材料として、シリカ、アルミナ、マグネシアを含む断熱材、それらの断熱材含むフエルト状断熱材や、ガラスウール状断熱材が例示される。
また、本発明における燃料電池の燃料電池セル管3の配置及びその本数が、図4に示すような配置に限定されるものではない。
断熱体A10−1は、燃料電池セル管3の外面と接するため、燃料電池セル管3を損傷しないように、また、燃料電池セル管3の熱伸縮による動きを妨げず可動的に接するように、柔軟性や弾性のある材料であることが好ましい。更に、断熱性を有し、高温酸化雰囲気で使用可能なように、耐熱/耐酸化性を有する断熱材であることが好ましい。そのような材料として、シリカ、アルミナ、マグネシアのような断熱材を含むフエルト状断熱材や、ガラスウール状断熱材が例示される。
また、酸化剤ガス2は、酸素、空気、あるいはそれらを含む混合ガスである。
第2嵌合部9−2は、燃料電池セル21と発電部22とリード膜23’とを含む燃料電池セル管3、管板B15、シール剤24’、第2嵌合リング26’及び充填材27’を備える。その周辺の酸化剤ガス2の流れを断熱体B10−2が制限している。
発電部22は、燃料電池セル管3上の燃料電池セル21が複数ある領域である。ここで、発電がなされ、それと同時に、セルの抵抗損などにより熱が発生し高温になっている。
なお、第2嵌合リング26’の表面と管板B15の第2嵌合部9−2の内面とのすり合わせが非常に高精度の場合には、シール剤を用いない場合もある。
また、断熱部10−2bは、燃料電池セル管3に密接している。ただし、断熱部10−2bは、柔軟性/弾性があり、燃料電池セル管3とは、可動的(摺動可能)に接している。そして、燃料電池セル管3の動きに対して拘束せず、損傷を与えない。
断熱部10−2cは、孔10−3cの内径=d+2×ΔRである。
図5に、管板B15の正面図(図1は、断面図(図5のCC’断面)である)を示す。図5にあるように、管板B15は千鳥格子状に第2嵌合リング26’(及び燃料電池セル管3)用の孔32が開口している。
ただし、本発明における燃料電池の燃料電池セル管3の配置及びその本数が、図5に限定されるものではない。その他の配置の例としては、蜂の巣状、正方格子状などがある。
また、孔32近傍の管板B15の弾性変形に伴い、その周辺部に強い反力が発生する。そのため、管板B15全体として、弾性変形能を有しながらも、管板B15は、燃料電池セル管3に拘束されているので、薄板管板(管板B15)の面外変形が抑えられる。すなわち、管板B15は、燃料電池セル管3の拘束力により、大きな荷重(複数の燃料電池セル管3)に対しても、変形することなくその形状を維持することが出来る。そして、複数の第2嵌合リング26’及びそれに接続している複数の燃料電池セル管3を強力に保持することが可能となる。
摺動可能になると、熱膨張係数の違いにより、熱による伸びの相違が発生した場合でも、滑りで吸収することが可能となる。
第1嵌合部8−2は、燃料電池セル21と発電部22とリード膜23とを含む燃料電池セル管3、管板A14、シール剤24、第1嵌合リング26及び充填材27を備える。その周辺の酸化剤ガス2の流れを断熱体A10−1が制限している。
図1において、供給室8内に水素と水蒸気とを含むの燃料ガス1が、ガス供給口8−1から供給される。燃料ガス1は、予熱されている(例えば、250℃程度)。その後、燃料ガス1は、燃料電池セル管3の一端部(第1嵌合部8−2)から、ばらつきの無い流量で流入する。
燃料ガス1は、断熱体A10−1付近を移動する途中で、燃料電池セル管3の有する熱や外面近傍の高温の酸化剤ガス2と熱交換を行う。そして、温度を上げて行き、断熱体A10−1付近に達する(例えば、600℃程度)。そして、そこから発電部22に達するまでに更に昇温される。
発電部22において、燃料ガス1は、燃料電池セル21に供給され、発電に寄与する。その際、燃料電池セル21は発熱するが、その熱は、燃料電池セル管3の外面を流れる酸化剤ガス2により持ち去られるので、燃料電池セル21の温度は900℃〜1000℃に保持される。そして、燃料ガス1も、温度が上昇しない。燃料ガス1のうち、発電に用いられなかった燃料ガス1及び発電により発生した水蒸気は、断熱体B10−2付近に達する。
燃料ガス1は、断熱体B10−2付近から第2嵌合部9−2付近で、燃料電池セル管3の基体管を介して、燃料電池セル管3の外面に沿って流れる低温の酸化剤ガス2と熱交換を行う。そして、温度を下げて行き、燃料電池セル管3の他端部に達する(例えば、600℃程度)。そして、他端部から排出室9へ送出される。
送出された使用済みの燃料ガス1は、排出室9で混合され、燃料ガス排出口9−1から排出される。
図1において、予熱された(例えば550℃)酸素を含む酸化剤ガス2が、酸化剤ガス供給口7−1から酸化剤ガス供給室7に入る。そして、断熱体B10−2と管板B15とに挟まれ形成される酸化剤ガス分配部7−3を、管板B15に沿って移動する。
排出室9側の複数の燃料電池セル管3のいずれかに達した酸化剤ガス2は、第2嵌合部9−2近傍において、断熱体B10−2の(第1)内面と燃料電池セル管3の(第1)外面との間の第1孔10−3に入る。その際、断熱部10−2bにより流入量が制限され、断熱部10−2bの酸化剤ガス2の流入側と流出側とで圧力差(圧損)が生じる。そのため、酸化剤ガス供給口7−1の近傍の第1孔10−3に酸化剤ガス2が偏って多く流入することが無く、全ての第1孔10−3に実質的に均等に流入する。
酸化剤ガス2は、第2嵌合部9−2付近から断熱体B10−2付近で、燃料電池セル管3の基体管を介して、燃料電池セル管3の内面に沿って流れる高温の燃料ガス1と熱交換を行う。そして、温度を上げて行き、断熱体B10−2付近に達する(例えば、850℃)。そして、そこから発電部22に達するまでに更に昇温される。
発電部22において、酸化剤ガス2は、燃料電池セル21に供給され、発電に寄与する。その際、燃料電池セル21は発熱するが、その熱は、酸化剤ガス2により持ち去られるので、燃料電池セル21の温度は900℃〜1000℃に保持される。また、酸化剤ガス2は、燃料電池セル21から発電によって生じた熱量を奪いながら温度を上昇させていく。そして、発電に用いられなかった酸化剤ガス2は、断熱体A10−1付近に達する。
酸化剤ガス2は、断熱体A10−1の発電部22側に沿って進む。そして、酸化剤ガス供給室7の酸化剤ガス排出口7−2から外部へ排出される。
本発明である燃料電池モジュールの第2の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
図1は、本発明である燃料電池モジュールの第1の実施の形態の構成を示す図(断面図)である。燃料電池モジュール33は、複数の燃料電池セル管3、空気室としての酸化剤ガス供給室7、第1燃料室としての供給室8、第2燃料室としての排出室9、第2断熱体としての断熱体A10−1、第1断熱体としての断熱体B10−2を備える。
第1燃料室としての供給室8は、側板12、側板13、第1燃料室の一側面としての第1管板である管板A14、燃料ガス供給口8−1及び(複数の)第1嵌合部8−2を有する。
第2燃料室としての排出室9は、側板17、側板16、第2燃料室の一側面としての第2管板である管板B15、燃料ガス排出口9−1及び(複数の)第2嵌合部9−2を有する。
空気室としての酸化剤ガス供給室7は、側板31と、管板A14、管板B15、酸化剤ガス供給口7−1及び酸化剤ガス排出口7−2、酸化剤ガス分配部7−3を有する。
なお、図1の構成は、集電に関する構成について、省略している。
第2嵌合部9−2は、燃料電池セル21と発電部22とリード膜23’とを含む燃料電池セル管3、管板B15、シール剤24’、第1嵌合リング26’及び充填材27’、環状断熱体35−2を備える。その周辺の酸化剤ガス2の流れを断熱体B10−2が制限している。
図7は、環状断熱体35−2の外観を示す図である。環状断熱体35−2は、図7に示すように環状であり、その内径は、燃料電池セル管3の直径と同等又はやや小さい。外径は断熱体B10−2の第1孔10−3と同等又はやや大きい。第1孔10−3の内面と燃料電池セル管3の外面との隙間を酸化剤ガス2が通過する際に、その隙間を塞ぐことにより、環状断熱体35−2内にガスを通過させるためである。
環状断熱体35−2は、その内部を酸化剤ガスが圧損を生じながら(流量を制限されながら)透過可能なように、多孔質の材料であることが好ましい。また、その内面が燃料電池セル管3の外面と接するため、燃料電池セル管3を損傷しないように柔軟性や弾性のある材料であることが好ましい。更に、断熱性を有し、高温酸化雰囲気で使用可能なように、耐熱/耐酸化性を有する断熱材であることが好ましい。そのような材料として、シリカ、アルミナ、マグネシアのような断熱材を含むフエルト状断熱材や、ガラスウール状断熱材が例示される。
その他の図6の各構成は、図2と同様であるのでその説明を省略する。
実施例2の場合も、実施例1の場合と同様の効果を得ることが出来る。
本発明である燃料電池モジュールの第3の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
図8は、本発明である燃料電池モジュールの第3の実施の形態の構成を示す図(断面図)である。燃料電池モジュール33は、複数の燃料電池セル管3、空気室としての酸化剤ガス供給室7、第1燃料室としての供給室8、第2燃料室としての排出室9、第2孔10−3’を有する第2断熱体としての断熱体A10−1、第1孔10−3を有する第1断熱体としての断熱体B10−2を備える。
第1燃料室としての供給室8は、側板12、側板13、第1燃料室の一側面としての第1管板である管板A14、燃料ガス供給口8−1及び(複数の)第1嵌合部8−2を有する。
第2燃料室としての排出室9は、側板17、側板16、第2燃料室の一側面としての第2管板である管板B15、燃料ガス排出口9−1及び(複数の)第2嵌合部9−2を有する。
空気室としての酸化剤ガス供給室7は、側板31と、管板A14、管板B15、酸化剤ガス供給口7−1及び酸化剤ガス排出口7−2、酸化剤ガス分配部7−3、酸化剤ガス収集部7−4を有する。
なお、図8の構成は、集電に関する構成について、省略している。
それにより、酸化剤ガス収集部7−4に供給された酸化剤ガス2は、酸化剤ガス供給室7の断熱体A10−1の発電部側において、断熱体A10−1の全体に行き渡る。そして、各第2孔10−3’から断熱体A10−2により圧損を生じつつ、複数の燃料電池セル管3の外面の燃料電池セル21へ供給される。
従って、酸化剤ガス収集部7−4の全体へバランス良くガスを侵入させることができる。更に、酸化剤ガス収集部7−4の幅(断熱体A10−1と管板A14との距離)を小さくすることが出来、燃料電池セル管3の長さを短くすることが可能となる。
空気室としての酸化剤ガス供給室7は、燃料電池セル管3に酸化剤ガス2を供給する。供給室8(の管板A14)と排出室9(の管板B15)との間にあり、それらと隔離され、燃料電池セル管3を含んでいる。ステンレスや耐熱合金などの金属製である。管板A14及び管板B15の近傍の内部に、それらと概ね平行に板状の断熱体10(断熱体A10−1及び断熱体B10−2)を固定している。
そして、酸化剤ガス2の供給を受けるための酸化剤ガス供給口7−1、供給された酸化剤ガス2が流通し各燃料電池セル管3へ酸化剤ガス2を分配する酸化剤ガス分配部7−3(管板B15と断熱体B10−2とに挟まれた領域)、各燃料電池セル管3で使用された酸化剤ガス2が収集される酸化剤ガス収集部7−4(管板A14と断熱体A10−1とに挟まれた領域)、及び、使用済みの酸化剤ガス2の排出を行なうための酸化剤ガス排出口7−2を有する。
断熱体10は、管板B15と断熱体B10−2とに挟まれた領域(酸化剤ガス分配部7−3)において、供給された酸化剤ガス2の流路を形成し、その流通を制限している。同様に、管板A14と断熱体A10−1とに挟まれた領域(酸化剤ガス収集部7−4)において、収集された酸化剤ガス2の流路を形成し、その流通を制限している。
また、断熱体10は、燃料電池セル管3の発電部21(後述)側の熱を遮断し、管板A14及び管板B15、あるいは、第1嵌合部及び第2嵌合部を、熱的に保護する。材料としては、多孔質シリカ、多孔質アルミナ、シリカ、アルミナ、マグネシアなどを主成分とする断熱材に例示される。
また、本発明における燃料電池の燃料電池セル管3の配置及びその本数が、図4に示すような配置に限定されるものではない。
また、管板B15の詳細については、実施例1(図5)と同様であるので、その説明を省略する。
第1嵌合部8−2は、燃料電池セル21と発電部22とリード膜23とを含む燃料電池セル管3、管板A14、シール剤24、第2嵌合リング26及び充填材27を備える。その周辺の酸化剤ガス2の流れを断熱体A10−1が制限している。
図8において、供給室8内に水素と水蒸気とを含むの燃料ガス1が、ガス供給口8−1から供給される。燃料ガス1は、予熱されている(例えば、250℃程度)。その後、燃料ガス1は、燃料電池セル管3の一端部(第1嵌合部8−2)から、ばらつきの無い流量で流入する。
燃料ガス1は、第1嵌合部8−2付近から断熱体A10−1付近で、燃料電池セル管3の基体管を介して、燃料電池セル管3の外面に沿って流れる高温の酸化剤ガス2と熱交換を行う。そして、温度を上げて行き、断熱体A10−1付近に達する(例えば、600℃程度)。そして、そこから発電部22に達するまでに更に昇温される。
発電部22において、燃料ガス1は、燃料電池セル21に供給され、発電に寄与する。その際、燃料電池セル21は発熱するが、その熱は、燃料電池セル管3の外面を流れる酸化剤ガス2により持ち去られるので、燃料電池セル21の温度は900℃〜1000℃に保持される。そして、燃料ガス1も、温度が上昇しない。燃料ガス1のうち、発電に用いられなかった燃料ガス1及び発電により発生した水蒸気は、断熱体B10−2付近に達する。
燃料ガス1は、断熱体B10−2付近から第2嵌合部9−2付近で、燃料電池セル管3の基体管を介して、燃料電池セル管3の外面に沿って流れる低温の酸化剤ガス2と熱交換を行う。そして、温度を下げて行き、燃料電池セル管3の他端部に達する(例えば、600℃程度)。そして、他端部から排出室9へ送出される。
送出された使用済みの燃料ガス1は、排出室9で混合され、燃料ガス排出口9−1から排出される。
図8において、予熱された(例えば550℃)酸素を含む酸化剤ガス2が、酸化剤ガス供給口7−1から酸化剤ガス供給室7に入る。そして、断熱体B10−2と管板B15とに挟まれ形成される酸化剤ガス分配部7−3を、管板B15に沿って移動する。
排出室9側の複数の燃料電池セル管3のいずれかに達した酸化剤ガス2は、第2嵌合部9−2近傍において、断熱体B10−2の(第1)内面と燃料電池セル管3の(第1)外面との間の第1孔10−3に入る。その際、断熱部10−2bにより流入量が制限され、断熱部10−2bの酸化剤ガス2の流入側と流出側とで圧力差(圧損)が生じる。そのため、酸化剤ガス供給口7−1の近傍の第1孔10−3に酸化剤ガス2が偏って多く流入することが無く、全ての第1孔10−3に実質的に均等に流入する。
酸化剤ガス2は、第2嵌合部9−2付近から断熱体B10−2付近で、燃料電池セル管3の基体管を介して、燃料電池セル管3の内面に沿って流れる高温の燃料ガス1と熱交換を行う。そして、温度を上げて行き、断熱体B10−2付近に達する(例えば、850℃)。そして、そこから発電部22に達するまでに更に昇温される。
発電部22において、酸化剤ガス2は、燃料電池セル21に供給され、発電に寄与する。その際、燃料電池セル21は発熱するが、その熱は、酸化剤ガス2により持ち去られるので、燃料電池セル21の温度は900℃〜1000℃に保持される。また、酸化剤ガス2は、燃料電池セル21から発電によって生じた熱量を奪いながら温度を上昇させていく。そして、発電に用いられなかった酸化剤ガス2は、断熱体A10−1付近に達する。
酸化剤ガス2は、断熱体A10−1の(第2)内面と燃料電池セル管3の(第2)外面との間の第2孔10−3’に入る。その際、断熱部10−1bにより流入量が制限され、断熱部10−1bの酸化剤ガス2の流入側と流出側とで圧力差(圧損)が生じる。そのため、酸化剤ガス2は、全ての第2孔10−3’に実質的に均等に流入する。
酸化剤ガス2は、断熱体A10−1付近から第1嵌合部8−2付近で、燃料電池セル管3の基体管を介して、燃料電池セル管3の内面に沿って流れる低温の燃料ガス1と熱交換を行う。そして、温度を下げて行き、第1嵌合部8−2付近の酸化剤ガス収集部7−4に達する(例えば、600℃程度)。
その後、酸化剤ガス2は、断熱体A10−1と管板A14とで形成された空間(酸化剤ガス収集部7−4)に沿って移動し、酸化剤ガス供給室7の酸化剤ガス排出口7−2から外部へ排出される。
また、酸化剤ガス2は、酸化剤ガス供給室7において、酸化剤ガス収集部7−4に入るために、断熱体A10−1の(第2)内面とそれに対応する位置の燃料電池セル管3の(第2)外面との間の第2孔10−3’に入る際、断熱部10−1bにより流入量が制限される。従って、酸化剤ガス2が酸化剤ガス排出口7−1の近傍の第2孔10−3’に偏って多く流入することが無くなる。そして、全ての第2孔10−3’に実質的に均等に流入させることが可能となる。
図10は、図8の燃料電池セル管3の1本分の第1嵌合部8−2及びその周辺について拡大した図である。本図面においては、集電に関する構成について、省略している。
第1嵌合部8−2は、燃料電池セル21と発電部22とリード膜23とを含む燃料電池セル管3、管板A14、シール剤24、第2嵌合リング26及び充填材27を備える。その周辺の酸化剤ガス2の流れを断熱体A10−1が制限している。
なお、断熱部10−1a〜断熱部10−1cを合わせた断熱体A10−1を第2断熱体ともいう。また、環状断熱体35−1を第4断熱体ともいう。
また、燃料電池セル管3を両端で支持している。そのため、燃料電池セル管3の構造が簡単となりメンテナンスがし易く、コストも低減する。
2 酸化剤ガス
3 燃料電池セル管
7 酸化剤ガス供給室
7−1 酸化剤ガス供給口
7−2 酸化剤ガス排出口
7−3 酸化材ガス分配部
7−4 酸化材ガス収集部
8 供給室
8−1 燃料ガス供給口
8−2 第1嵌合部
9 排出室
9−1 燃料ガス排出口
9−2 第2嵌合部
10 断熱体
10−1 断熱体A
10−1a 断熱部
10−1b 断熱部
10−1c 断熱部
10−2 断熱体B
10−2a 断熱部
10−2b 断熱部
10−2c 断熱部
10−3 第1孔
10−3’ 第2孔
10−3(’)a 孔
10−3(’)b 孔
10−3(’)c 孔
12 側板
13 側板
14 管板A
15 管板B
16 側板
17 側板
21 燃料電池セル
22 発電部
23(’) リード膜
24(’) シール剤
26 第1嵌合リング
26’ 第2嵌合リング
27(’) 充填材
31 側板
32 孔
33 燃料電池モジュール
35−1〜2 環状断熱体
Claims (8)
- セラミック管と、
金属板と、
前記セラミック管と前記金属板とを結合するシール構造と
を具備し、
前記シール構造は、
前記セラミック管と前記金属板との間に介設される第1シール層と、
前記第1シール層と前記金属板との間に介設される第1リングと、
前記第1リングと前記金属板との間に介設される第2リングと
を備え、
前記第1シール層は前記セラミック管及び前記第1リングに対して接着性があり、
前記第2リングは前記金属板に結合し、前記セラミック管の中心線方向に滑らかに曲がる曲面を有し、
前記曲面は前記第1リングに対して圧力的に面接触している
セラミック管と金属との結合構造。 - 請求項1に記載のセラミック管と金属との結合構造において、
前記第2リングは前記金属板の一部分である
セラミック管と金属との結合構造。 - 請求項1又は2に記載のセラミック管と金属との結合構造において、
前記第1リングは円筒形である
セラミック管と金属との結合構造。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のセラミック管と金属との結合構造において、
前記第1リングと前記第2リングとの間の隙間を埋めるように設けられた第2シール層を更に備える
セラミック管と金属との結合構造。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載のセラミック管と金属との結合構造において、
前記セラミック管は内部に燃料電池用の燃料ガス又は酸化剤ガスが通される
セラミック管と金属との結合構造。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載のセラミック管と金属との結合構造において、
前記セラミック管は、表面に燃料電池セルを形成された管としての燃料電池セル管である
セラミック管と金属との結合構造。 - 複数の燃料電池セル管と、
前記複数の燃料電池セル管内へ燃料電池用ガスとしての燃料ガス又は酸化剤ガスを供給するガス供給室と、
前記複数の燃料電池セル管内を通過した前記燃料電池用ガスを受け取るガス受取室と
を具備し、
前記複数の燃料電池セル管の各々の一端部が前記ガス供給室の一側面としての第1金属板に結合され、請求項6に記載のセラミック管と金属との結合構造を形成し、
前記複数の燃料電池セル管の他端部が前記ガス受取室の一側面としての第2金属板に結合され、請求項6に記載の前記セラミック管と金属との結合構造を形成する
燃料電池モジュール。 - 請求項7に記載の燃料電池モジュールにおいて、
前記複数の燃料電池セル管と前記第1金属板及び前記第2金属板との結合部は、前記第1金属板及び前記第2金属板において千鳥格子状、蜂の巣状及び正方格子状のいずれかの場所に設けられる
燃料電池モジュール。
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JP2007134096A (ja) * | 2005-11-09 | 2007-05-31 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
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-
2004
- 2004-07-06 JP JP2004199758A patent/JP4043457B2/ja not_active Expired - Lifetime
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