JP2005100818A - Fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell of stable power generation performance, of easy maintenance and of a simple structure, in which a start-up time can be shortened and which is easy to manufacture. <P>SOLUTION: This is the fuel cell in which the fuel cell 62 and a gas tank 58 on which one end of the stem length direction of the fuel cells 62 is mounted and a plurality of the fuel cells 62 are erected are housed in the same chamber of a container 2, and in the vicinity of the tip part of the fuel cell 62, the gas which has passed from the gas tank 58 through the inside of the fuel cell 62 and the gas which has passed between the fuel cells 62 react and burn, and the tip part of the fuel cell 62 is made to be a non-power generation part A. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、支持体の表面に内側電極、固体電解質、外側電極を順次形成してなる燃料電池セルを収納容器内に収納した燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell in which a fuel cell formed by sequentially forming an inner electrode, a solid electrolyte, and an outer electrode on the surface of a support is housed in a housing container.

次世代エネルギーとして、近年、固体電解質形燃料電池セルを収納容器内に複数収容した燃料電池が種々提案されている。固体電解質形燃料電池セルは、例えば、ガス通路を有する酸素側電極の表面に、固体電解質、燃料側電極を順次形成して構成されており、燃料側電極側に燃料(水素)を流し、酸素側電極側に空気(酸素)を流して1000℃程度で発電される。   In recent years, various types of fuel cells in which a plurality of solid electrolyte fuel cells are accommodated in a storage container have been proposed as next-generation energy. A solid electrolyte fuel cell is configured, for example, by sequentially forming a solid electrolyte and a fuel side electrode on the surface of an oxygen side electrode having a gas passage. A fuel (hydrogen) is allowed to flow to the fuel side electrode side, Electric power is generated at about 1000 ° C. by flowing air (oxygen) to the side electrode side.

燃料電池は、従来、収納容器内を仕切板で複数の室に仕切り、仕切板で上記した固体電解質形燃料電池セルの上下端部を支持固定して構成されており、空気導入管により酸素側電極のガス通路に空気を、燃料側電極に燃料ガスを供給し、燃料電池セルの先端近傍において、酸素側電極のガス通路を通過した空気と、燃料電池セル間を通過した燃料ガスとを反応させて燃焼させ、この燃焼ガスを利用して、例えば、空気導入管内の空気を加熱して、固体電解質を用いた燃料電池セルの作動温度である1000℃程度に燃料電池セルを加熱し、起動時間を短縮させることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2001−218061号公報
Conventionally, a fuel cell is configured such that a storage container is partitioned into a plurality of chambers by partition plates, and the upper and lower ends of the solid oxide fuel cell unit are supported and fixed by the partition plates. Air is supplied to the gas passage of the electrode and fuel gas is supplied to the fuel side electrode, and the air passing through the gas passage of the oxygen side electrode reacts with the fuel gas passing between the fuel cells in the vicinity of the tip of the fuel cell. By using this combustion gas, for example, the air in the air introduction pipe is heated, and the fuel cell is heated to about 1000 ° C., which is the operating temperature of the fuel cell using the solid electrolyte, and started. It has been proposed to shorten the time (see, for example, Patent Document 1).
JP 2001-218061 A

しかしながら、従来の燃料電池では、燃料電池セルの先端近傍において燃焼するため、燃料電池セルの先端部が高熱となり、また、起動停止時の熱応力により、さらには先端部を仕切板で支持固定する必要があったため、先端部が破損したり、損傷し、先端部での発電が不安定となり、燃料電池の発電性能が低下したり、不安定となるという問題があった。   However, since the conventional fuel cell burns in the vicinity of the tip of the fuel cell, the tip of the fuel cell becomes hot, and the tip is further supported and fixed by the partition plate due to thermal stress at the time of starting and stopping. Since it was necessary, there was a problem that the tip portion was broken or damaged, and the power generation at the tip portion became unstable, and the power generation performance of the fuel cell was lowered or became unstable.

また、従来の燃料電池では、収納容器を仕切壁で仕切り、収納容器内にガス室を形成しており、この仕切壁の貫通孔に燃料電池セルの一端部を挿入固定していたため、収納容器内の仕切壁の貫通孔に燃料電池セルを一本一本配置し、セットする必要があり、燃料電池の製造に手間がかかるという問題があった。   Further, in the conventional fuel cell, the storage container is partitioned by the partition wall, the gas chamber is formed in the storage container, and one end portion of the fuel cell is inserted and fixed in the through hole of the partition wall. There is a problem in that it is necessary to arrange and set the fuel cells one by one in the through holes of the inner partition wall, and it takes time to manufacture the fuel cells.

さらに、例えば、1本の燃料電池セルが破損した場合、その燃料電池セルだけを取り替えることは殆ど不可能であり、燃料電池自体が故障となるという問題があった。   Furthermore, for example, when one fuel battery cell is damaged, it is almost impossible to replace only the fuel battery cell, and there is a problem that the fuel cell itself fails.

また、従来の燃料電池では、燃焼ガスで空気導入管内の空気を加熱し、この加熱した空気により燃料電池セルを間接的に加熱しているだけであり、未だ起動時間が長いという問題があった。   Further, in the conventional fuel cell, the air in the air introduction pipe is heated by the combustion gas, and the fuel cell is only indirectly heated by the heated air, and there is a problem that the start-up time is still long. .

さらに、燃料電池セルを支持固定するため、収納容器内を仕切板で複数の室に仕切っており、酸素側電極のガス通路を通過した空気と、燃料ガスとを反応させて燃焼させる室と、燃料電池セルの大部分が存在する室とは仕切られており、燃焼ガスによる熱が有効利用されていないという問題があった。   Furthermore, in order to support and fix the fuel cell, the storage container is partitioned into a plurality of chambers by a partition plate, and a chamber that causes the fuel gas to react with the air that has passed through the gas passage of the oxygen side electrode, There is a problem in that the heat generated by the combustion gas is not effectively used because it is separated from the chamber in which most of the fuel cells exist.

さらにまた、従来の燃料電池では、収納容器内を複数の仕切板で仕切る必要があったため、構造が複雑であり、製造工程が多いという問題があった。   Furthermore, in the conventional fuel cell, since the inside of the storage container needs to be partitioned by a plurality of partition plates, there is a problem that the structure is complicated and there are many manufacturing processes.

本発明は、発電性能が安定で、かつメンテナンスが容易であるとともに、起動時間を短縮化でき、簡単な構造で製造が容易な燃料電池を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a fuel cell that has stable power generation performance, is easy to maintain, can be shortened in start-up time, and is easy to manufacture with a simple structure.

本発明の燃料電池は、燃料電池セルと、該燃料電池セルの軸長方向一端部が取り付けられ、複数の前記燃料電池セルが立設されるガスタンクとを収納容器の同一室に収納するとともに、前記燃料電池セルの先端近傍において、前記ガスタンクから前記燃料電池セル内を通過したガスと、前記燃料電池セル間を通過したガスが反応して燃焼し、かつ前記燃料電池セルの先端部が非発電部とされていることを特徴とする。   The fuel cell of the present invention accommodates a fuel cell and a gas tank in which one end of the fuel cell in the axial length direction is attached and a plurality of the fuel cells are erected in the same chamber of a storage container, In the vicinity of the tip of the fuel cell, the gas passing through the fuel cell from the gas tank and the gas passing between the fuel cells react and burn, and the tip of the fuel cell does not generate electricity. It is characterized by being part.

本発明の燃料電池では、燃料電池セルがガスタンクに立設しており、燃料電池セルの先端近傍で燃焼するが、燃料電池セルの先端部が非発電部とされているため、燃料電池セルの先端部に何らかの支障が発生しても、発電性能に殆ど影響を与えることがなく、燃料電池セルの発電性能が安定化する。   In the fuel cell according to the present invention, the fuel cell stands upright in the gas tank and burns in the vicinity of the tip of the fuel cell, but since the tip of the fuel cell is a non-power generation part, Even if some trouble occurs at the tip, the power generation performance of the fuel cell is stabilized with little influence on the power generation performance.

また、燃料電池セルの一端部をガスタンクに取り付けて立設したため、燃料電池セルは収納容器に固定されるのではなく、収納容器内に収容されたガスタンクに保持固定されるため、ガスタンクに燃料電池セルを立設させて、収納容器内に収容するだけで燃料電池を作製することができ、また、例えば、1本の燃料電池セルが破損した場合、その燃料電池セルが立設したガスタンクを収納容器から取り出し、他の良品と取り替えることができ、メンテナンスが容易となる。   Further, since one end of the fuel cell is attached to the gas tank and is erected, the fuel cell is not fixed to the storage container but is held and fixed to the gas tank accommodated in the storage container. A fuel cell can be produced simply by placing a cell upright and storing it in a storage container. For example, when one fuel cell is damaged, a gas tank in which the fuel cell is set up is stored. It can be taken out of the container and replaced with other non-defective products, which facilitates maintenance.

さらに、収納容器の同一室に、ガスタンクに燃料電池セルを立設した状態で収納しているため、従来のような収納容器内を仕切る仕切板が不要となり、また、燃料電池セルと仕切板との封止も不要となるため簡単な構造となり、製造が容易となる。しかも、燃料電池セルの先端近傍において燃焼する燃焼ガスの熱が、収納容器の燃料電池セルが収納されている室全体を加熱するため、燃料電池セルを直接的に加熱でき、燃料電池セルが発電するまでの起動時間を短縮できる。   Furthermore, since the fuel cell is stored upright in the gas tank in the same chamber of the storage container, a conventional partition plate for partitioning the storage container becomes unnecessary, and the fuel cell and the partition plate Since no sealing is required, the structure is simple and the manufacturing is easy. In addition, the heat of the combustion gas that burns in the vicinity of the tip of the fuel cell heats the entire chamber of the storage container in which the fuel cell is stored, so that the fuel cell can be directly heated and the fuel cell generates power Start-up time can be shortened.

また、本発明の燃料電池は、燃料電池セルは、軸長方向にガス通過可能な支持体に、内側電極、固体電解質、外側電極を順次形成してなることを特徴とする。このような燃料電池では、内側電極とは別個に支持体を有しているので、支持体、内側電極として最適な特性を有するような組成等にそれぞれ制御することができ、最適な支持体、内側電極とすることができる。   In the fuel cell of the present invention, the fuel cell is formed by sequentially forming an inner electrode, a solid electrolyte, and an outer electrode on a support capable of passing gas in the axial direction. In such a fuel cell, since it has a support separately from the inner electrode, it can be controlled to a composition having optimum characteristics as the support and the inner electrode, respectively. It can be an inner electrode.

即ち、内側電極自体を支持体とする場合には、電極としての特性と支持体としての特性を兼ね備える必要があり、電極に必要な組成、例えばNi+YSZで燃料電池セルの中で最も占める体積が大きい支持体を構成すると、例えばYSZからなる固体電解質との熱膨張係数差が大きいため、作製時や運転時において固体電解質の剥離やクラックが発生する虞があったが、本発明では、内側電極とは別個に支持体を有するため、セル中で最も体積の大きい支持体を、支持体として要求される特性に組成等を調整、例えば、Ni+Yから構成することにより、熱膨張係数を固体電解質に近づけることができ、固体電解質の剥離等を防止できる。 That is, when the inner electrode itself is used as a support, it is necessary to combine the characteristics as an electrode with the characteristics as a support, and the composition required for the electrode, for example, Ni + YSZ, occupies the largest volume in the fuel cell. When the support is configured, the difference in thermal expansion coefficient from the solid electrolyte made of, for example, YSZ is large, so there is a possibility that the solid electrolyte may be peeled off or cracked during production or operation. Since the substrate has a separate support, the composition of the support having the largest volume in the cell is adjusted to the characteristics required for the support, for example, it is composed of Ni + Y 2 O 3 , so that the thermal expansion coefficient is solid. It can be brought close to the electrolyte, and the solid electrolyte can be prevented from peeling off.

また、本発明の燃料電池は、燃料電池セルは扁平状であり、幅方向に所定間隔を置いて形成され、かつ軸長方向に延びる複数のガス通路を有することを特徴とする。このような燃料電池では、扁平状の燃料電池セルを用いることにより、所定量発電するための容積を小さくでき、これにより加熱すべき燃料電池セル容積が小さくなり、燃料電池セルの加熱速度を早くでき、燃料電池セルが発電するまでの起動時間をさらに短縮化できる。   In the fuel cell of the present invention, the fuel cell has a flat shape, and has a plurality of gas passages formed at predetermined intervals in the width direction and extending in the axial length direction. In such a fuel cell, the volume for generating a predetermined amount can be reduced by using a flat fuel cell, thereby reducing the volume of the fuel cell to be heated and increasing the heating rate of the fuel cell. This can further shorten the startup time until the fuel cell generates power.

また、扁平状の燃料電池セルは、幅方向に所定間隔を置いて形成され、かつ軸長方向に延びる複数のガス通路を有するため、扁平状であっても燃料電池セル内を流れるガスを固体電解質に均一に供給することが可能となるとともに、一つの扁平状のガス通路を形成する場合に比較して燃料電池セルの強度を向上できる。   In addition, since the flat fuel cell has a plurality of gas passages formed at predetermined intervals in the width direction and extending in the axial length direction, the gas flowing in the fuel cell is solid even if it is flat. While being able to supply uniformly to electrolyte, the intensity | strength of a fuel cell can be improved compared with the case where one flat gas passage is formed.

さらに、本発明の燃料電池は、燃料電池セル先端角部は面取りされていることを特徴とする。このような燃料電池では、燃料電池セルの先端角部における応力集中を抑制でき、破損やクラック発生を抑制でき、発電性能の安定化をさらに促進できる。   Furthermore, the fuel cell of the present invention is characterized in that the tip end portion of the fuel cell is chamfered. In such a fuel cell, stress concentration at the tip corner of the fuel cell can be suppressed, breakage and cracking can be suppressed, and stabilization of power generation performance can be further promoted.

また、本発明の燃料電池は、燃料電池セルが、導電性を有する支持体の表面に、燃料側電極、固体電解質、酸素側電極を順次形成してなることを特徴とする。このような燃料電池では、燃料電池セルの先端近傍において燃焼する燃焼ガスの熱が、金属又は合金を主成分とする熱伝導が良好な支持体であり、燃料電池セルの大部分を占める導電性支持体を伝導し、燃料電池セルを内側から加熱することができ、これにより、燃料電池セルが発電するまでの起動時間をさらに短縮化できる。   The fuel cell of the present invention is characterized in that the fuel cell is formed by sequentially forming a fuel side electrode, a solid electrolyte, and an oxygen side electrode on the surface of a conductive support. In such a fuel cell, the heat of the combustion gas combusted in the vicinity of the tip of the fuel cell is a support having good heat conduction mainly composed of a metal or an alloy, and the conductivity that occupies most of the fuel cell. The support can be conducted and the fuel cell can be heated from the inside, whereby the startup time until the fuel cell generates electricity can be further shortened.

本発明の燃料電池では、燃料電池セルがガスタンクに立設しており、燃料電池セルの先端近傍で燃焼するが、燃料電池セルの先端部が非発電部とされているため、燃料電池セルの先端部に何らかの支障が発生しても、発電性能に殆ど影響を与えることがなく、燃料電池セルの発電性能が安定化する。   In the fuel cell according to the present invention, the fuel cell stands upright in the gas tank and burns in the vicinity of the tip of the fuel cell, but since the tip of the fuel cell is a non-power generation part, Even if some trouble occurs at the tip, the power generation performance of the fuel cell is stabilized with little influence on the power generation performance.

また、燃料電池セルの一端部をガスタンクに取り付けて立設したため、燃料電池セルは収納容器に固定されるのではなく、収納容器内に収容されたガスタンクに保持固定されるため、ガスタンクに燃料電池セルを立設させて、収納容器内に収容するだけで燃料電池を作製することができ、また、例えば、1本の燃料電池セルが破損した場合、その燃料電池セルが立設したガスタンクを収納容器から取り出し、他の良品と取り替えることができ、メンテナンスが容易となる。   Further, since one end of the fuel cell is attached to the gas tank and is erected, the fuel cell is not fixed to the storage container but is held and fixed to the gas tank accommodated in the storage container. A fuel cell can be produced simply by placing a cell upright and storing it in a storage container. For example, when one fuel cell is damaged, a gas tank in which the fuel cell is set up is stored. It can be taken out of the container and replaced with other non-defective products, which facilitates maintenance.

さらに、収納容器の同一室に、ガスタンクに燃料電池セルを立設して収納しているため、従来のような収納容器内を仕切る仕切板が不要となり、また、燃料電池セルと仕切板との封止も不要となるため簡単な構造となり、製造が容易となる。しかも、燃料電池セルの先端近傍において燃焼する燃焼ガスの熱が、収納容器の燃料電池セルが収納されている室全体を加熱するため、燃料電池セルを迅速に加熱でき、燃料電池セルが発電するまでの起動時間を短縮できる。   Furthermore, since the fuel cell is installed in a gas tank in the same chamber of the storage container, a conventional partition plate for partitioning the storage container becomes unnecessary, and the fuel cell and the partition plate Since sealing is not necessary, the structure is simple and manufacturing is easy. Moreover, since the heat of the combustion gas that burns in the vicinity of the tip of the fuel cell heats the entire chamber of the storage container in which the fuel cell is stored, the fuel cell can be quickly heated, and the fuel cell generates power. Can shorten the startup time.

本発明の燃料電池を図1及び図2を参照して説明すると、燃料電池は略直方体形状の収納容器2を具備している。この収納容器2の6個の壁面には適宜の断熱材料から形成された断熱壁、即ち上断熱壁4、下断熱壁6、右側断熱壁8、左側断熱壁10、前断熱壁(図示していない)及び後断熱壁(図示していない)が配設されている。収納容器2内には発電・燃焼室12が規定されている。   The fuel cell of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The fuel cell includes a storage container 2 having a substantially rectangular parallelepiped shape. On the six wall surfaces of the storage container 2, heat insulating walls formed of appropriate heat insulating materials, that is, an upper heat insulating wall 4, a lower heat insulating wall 6, a right heat insulating wall 8, a left heat insulating wall 10, and a front heat insulating wall (not shown) No) and a rear heat insulation wall (not shown). A power generation / combustion chamber 12 is defined in the storage container 2.

前断熱壁及び/又は後断熱壁は着脱自在或いは開閉自在に装着されており、前断熱壁及び/又は後断熱壁を離脱或いは開動せしめることによって発電・燃焼室12内にアクセスすることができる。所望ならば、各断熱壁の外面に金属板製でよい外壁を配設することができる。   The front heat insulation wall and / or the rear heat insulation wall are detachably or detachably mounted, and the power generation / combustion chamber 12 can be accessed by detaching or opening the front heat insulation wall and / or the rear heat insulation wall. If desired, an outer wall, which may be made of a metal plate, can be disposed on the outer surface of each heat insulating wall.

収納容器2内の下端部には下部ガス室14が配置され、上端部には上部ガス室16が配設されている。下部ガス室14は上下方向寸法が比較的小さい直方体形状のケース15内に規定されており、同様に上部ガス室16も上下方向寸法が比較的小さい直方体形状のケース17内に規定されている。収納容器2内の左右両側部には上下方向に延在する連通ガス室18が配設されている。かかる連通ガス室18は横方向(図1において左右方向)寸法が比較的小さい直方体形状のケース19内に規定されている。   A lower gas chamber 14 is disposed at the lower end in the storage container 2, and an upper gas chamber 16 is disposed at the upper end. The lower gas chamber 14 is defined in a rectangular parallelepiped case 15 having a relatively small vertical dimension, and the upper gas chamber 16 is similarly defined in a rectangular parallelepiped case 17 having a relatively small vertical dimension. A communication gas chamber 18 extending in the vertical direction is disposed on both the left and right sides of the storage container 2. The communication gas chamber 18 is defined in a rectangular parallelepiped case 19 having a relatively small size in the lateral direction (left-right direction in FIG. 1).

連通ガス室18の各々の上面には前後方向に間隔をおいて3個の連通筒20が付設されており、かかる連通筒20を介して連通ガス室18の各々が上部ガス室16の下面両側部に連通されている。連通ガス室18の各々の下端部内側は下部ガス室14の両側面に直接的に連結されている。   Three communication cylinders 20 are attached to the upper surface of each communication gas chamber 18 at intervals in the front-rear direction, and each of the communication gas chambers 18 is provided on both sides of the lower surface of the upper gas chamber 16 via the communication cylinder 20. It communicates with the department. The inner sides of the lower ends of the communication gas chambers 18 are directly connected to both side surfaces of the lower gas chamber 14.

従って、上部ガス室16の両側部は連通ガス室18を介して下部ガス室14の両側部に連通せしめられている。下部ガス室14の上面には横方向(図1において左右方向)に間隔をおいて上方に突出する5個の中空ガス噴出板22が配設されている。かかるガス噴出板22の下端は下部ガス室14内に連通せしめられており、上部にはガス噴出孔(図示していない)が形成されている。   Accordingly, both side portions of the upper gas chamber 16 are communicated with both side portions of the lower gas chamber 14 via the communication gas chamber 18. On the upper surface of the lower gas chamber 14, five hollow gas ejection plates 22 projecting upward at intervals in the lateral direction (left-right direction in FIG. 1) are arranged. The lower end of the gas ejection plate 22 communicates with the lower gas chamber 14, and a gas ejection hole (not shown) is formed in the upper part.

収納容器2の両側部、更に詳しくは右側断熱壁8の内側及び左側断熱壁10の内側には、全体として平板形状である熱交換器24が配設されている。熱交換器24の各々は実質上鉛直に延在する中空平板形態のケース26から構成されている。   A heat exchanger 24 having a flat plate shape as a whole is disposed on both sides of the storage container 2, more specifically, inside the right heat insulation wall 8 and inside the left heat insulation wall 10. Each of the heat exchangers 24 is constituted by a case 26 having a hollow flat plate shape extending substantially vertically.

かかるケース26内にはその横方向中間に位置する仕切板28が配設されており、ケース26内は内側に位置する排出路30と外側に位置する流入路32とに区画されている。排出路30内には上下方向に間隔をおいて5枚の仕切壁34及び36が配置されている。更に詳述すると、排出路30内には、その前縁はケース26の前壁(図示していない)から後方に離隔して位置するがその後縁はケース26の後壁(図示していない)に接続されている形態の仕切壁34と、その前縁はケース26の前壁に接続されているがその後縁はケース26の後壁から前方に離隔して位置せしめられている仕切壁36とが交互に配置されており、かくして燃焼ガス排出路30はジグザグ形態にせしめられている。   A partition plate 28 located in the middle in the lateral direction is disposed in the case 26, and the inside of the case 26 is partitioned into a discharge path 30 positioned on the inner side and an inflow path 32 positioned on the outer side. Five partition walls 34 and 36 are arranged in the discharge path 30 at intervals in the vertical direction. More specifically, in the discharge passage 30, the front edge is located rearwardly away from the front wall (not shown) of the case 26, but the rear edge is the rear wall (not shown) of the case 26. And a partition wall 36 whose front edge is connected to the front wall of the case 26 but whose rear edge is spaced forward from the rear wall of the case 26. Are alternately arranged, and thus the combustion gas discharge passage 30 is zigzag-shaped.

同様に、流入路32内にも上下方向に間隔をおいて5枚の仕切壁38及び40、即ちその前縁はケース26の前壁(図示していない)から後方に離隔して位置するがその後縁はケース26の後壁(図示していない)に接続されている形態の仕切壁38と、その前縁はケース26の前壁に接続されているがその後縁はケース26の後壁から前方に離隔して位置せしめられている仕切壁40とが交互に配置されており、かくして流入路32もジグザグ形態にせしめられている。   Similarly, the five partition walls 38 and 40, that is, the front edges thereof are also spaced apart from the front wall (not shown) of the case 26 in the inflow path 32 with a space in the vertical direction. The rear wall is connected to the rear wall (not shown) of the case 26, and the front edge of the partition wall 38 is connected to the front wall of the case 26. The partition walls 40 spaced apart from the front are alternately arranged, and thus the inflow passage 32 is also zigzag-shaped.

ケース26の内側壁の上端部には排出開口42が形成されており、排出路30は排出開口42を介して発電・燃焼室12と連通せしめられている。図示の実施形態においては、熱交換器24の各々と上記連通ガス室18との間及び連通ガス室18の内面にも断熱部材44及び46が配設されているが、かかる断熱部材44及び46の上端は排出開口42の下縁と実質上同高乃至これより幾分下方に位置せしめられており、排出開口42は断熱部材44及び46の上方に残留せしめられている空間並びに連通ガス室18の上端に配設された3個の連通筒20間の空間を通して発電・燃焼室12に連通せしめられている。   A discharge opening 42 is formed at the upper end of the inner wall of the case 26, and the discharge path 30 is communicated with the power generation / combustion chamber 12 through the discharge opening 42. In the illustrated embodiment, heat insulating members 44 and 46 are disposed between each of the heat exchangers 24 and the communication gas chamber 18 and on the inner surface of the communication gas chamber 18. The upper end of the exhaust gas is positioned substantially at the same level as or slightly below the lower edge of the discharge opening 42, and the discharge opening 42 is left above the heat insulating members 44 and 46 and the communication gas chamber 18. Is connected to the power generation / combustion chamber 12 through a space between the three communication cylinders 20 disposed at the upper end.

ケース26の上壁における外側部には流入開口48が形成されており、流入路32はかかる流入開口48を介して上部ガス室16に連通せしめられている。熱交換器24の各々の後方には上下方向に細長く延びる二重筒体50(図1にその上端部のみを図示している)が配設されており、かかる二重筒体50は外側筒部材52と内側筒部材54とから構成されている。排出路30の下端部は外側筒部材52と内側筒部材54との間に規定されている排出路の下端部に接続されており、流入路32の下端部は内側筒部材54内に規定されている流入路に接続されている。   An inflow opening 48 is formed on the outer side of the upper wall of the case 26, and the inflow path 32 is communicated with the upper gas chamber 16 through the inflow opening 48. A double cylinder 50 (only the upper end portion thereof is shown in FIG. 1) extending in the vertical direction is disposed behind each of the heat exchangers 24. The double cylinder 50 is an outer cylinder. The member 52 and the inner cylinder member 54 are configured. The lower end of the discharge path 30 is connected to the lower end of the discharge path defined between the outer cylinder member 52 and the inner cylinder member 54, and the lower end of the inflow path 32 is defined in the inner cylinder member 54. Connected to the inflow channel.

而して、図示の燃料電池における上述したとおりの構成は、本出願人の出願にかかる特願2003−295790の明細書及び図面に開示されている燃料電池組立体と実質上同一であるので、上述した構成の詳細については上記特願2003−295790の明細書及び図面に委ね、本明細書においては説明を省略する。   Thus, the configuration as described above in the illustrated fuel cell is substantially the same as the fuel cell assembly disclosed in the specification and drawings of Japanese Patent Application No. 2003-295790 filed by the present applicant. The details of the configuration described above will be referred to the specification and drawings of the above Japanese Patent Application No. 2003-295790, and description thereof will be omitted in this specification.

上述した下部ガス室14の上面上には4個の発電ユニット56a、56b、56c及び56dが配置されている。発電ユニット56a、56b、56c及び56dは、夫々、上述したガス噴出板22間に位置せしめられている。図1及び図2と共に、図3を参照して説明を続けると、発電ユニット56aは前後方向(図1において紙面に垂直な方向)に細長く延びる直方体形状の燃料ガスケース(ガスタンク)58aを具備している。   Four power generation units 56a, 56b, 56c and 56d are arranged on the upper surface of the lower gas chamber 14 described above. The power generation units 56a, 56b, 56c, and 56d are respectively positioned between the gas ejection plates 22 described above. 3 together with FIGS. 1 and 2, the power generation unit 56a includes a rectangular parallelepiped fuel gas case (gas tank) 58a extending in the front-rear direction (a direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1). ing.

燃料ガス室59aを規定している燃料ガスタンク58aの上面上にはセルスタック60aが装着されている。セルスタック60aは上下方向に細長く延びる直立セル62を燃料ガスタンク58aの長手方向(即ち前後方向)に複数個縦列配置して構成されている。   A cell stack 60a is mounted on the upper surface of the fuel gas tank 58a defining the fuel gas chamber 59a. The cell stack 60a is configured by arranging a plurality of upright cells 62 extending in the vertical direction in the longitudinal direction of the fuel gas tank 58a (that is, in the front-rear direction).

図4に明確に図示する如く、セル62の各々は扁平状であり、支持体64、内側電極である燃料極側電極66、固体電解質68、外側電極である酸素側電極70、及びインターコネクタ72から構成されている。   As clearly shown in FIG. 4, each of the cells 62 is flat and has a support 64, a fuel electrode side electrode 66 as an inner electrode, a solid electrolyte 68, an oxygen side electrode 70 as an outer electrode, and an interconnector 72. It is composed of

支持体64は上下方向に細長く延びる板状片であり、平坦な両面と半円形状の両側面を有する。支持体64にはこれを鉛直方向に貫通する複数個(図示の場合は4個)の燃料ガス通路74が形成されている。即ち、支持体64には、幅方向に所定間隔を置いて、かつ軸長方向に延びる燃料ガス通路74が形成されている。   The support 64 is a plate-like piece that is elongated in the vertical direction, and has both flat surfaces and both sides of a semicircular shape. The support body 64 is formed with a plurality (four in the illustrated case) of fuel gas passages 74 penetrating the support body 64 in the vertical direction. That is, the support body 64 is formed with a fuel gas passage 74 extending in the axial length direction at a predetermined interval in the width direction.

燃料電池セル62の各々は、その下端部が燃料ガスタンク58aの上壁上に、例えば耐熱性に優れたセラミック接着剤によって接合され、燃料ガスタンク58aに立設している。このように、燃料電池セル62が燃料ガスタンク58aに何ら支持されることなく立設しており、従来のような仕切板等が不要であるため、ガス封止箇所を減少できるとともに、燃料電池の構造を簡略化でき、製造が容易となる。   Each of the fuel cells 62 has a lower end portion joined to the upper wall of the fuel gas tank 58a by, for example, a ceramic adhesive having excellent heat resistance, and is erected on the fuel gas tank 58a. As described above, the fuel cell 62 is erected without being supported by the fuel gas tank 58a, and a conventional partition plate or the like is not necessary. The structure can be simplified and the manufacture becomes easy.

燃料ガスタンク58aの上壁には図1において紙面に垂直な方向に間隔をおいて左右方向に延びる複数個のスリット(図示していない)が形成されており、支持体64の各々に形成されている燃料ガス通路74がスリットの各々に、従って燃料ガス室59aに連通せしめられる。   On the upper wall of the fuel gas tank 58a, a plurality of slits (not shown) extending in the left-right direction are formed at intervals in the direction perpendicular to the paper surface in FIG. A fuel gas passage 74 is in communication with each of the slits and thus with the fuel gas chamber 59a.

インターコネクタ72は支持体64の片面(図4のセルスタック60aにおいて上面)上に配設されている。燃料側電極66は支持体64の他面(図4のセルスタック60aにおいて下面)及び両側面に配設されており、その両端はインターコネクタ72の両端に接合せしめられている。固体電解質68は燃料側電極66の全体を覆うように配設され、その両端はインターコネクタ72の両端に接合せしめられている。酸素側電極70は、固体電解質68の主部上、即ち支持体64の他面を覆う部分上に配置され、支持体64を挟んでインターコネクタ72に対向して位置せしめられている。   The interconnector 72 is disposed on one side of the support 64 (upper surface in the cell stack 60a in FIG. 4). The fuel side electrode 66 is disposed on the other surface (the lower surface in the cell stack 60a of FIG. 4) and both side surfaces of the support 64, and both ends thereof are joined to both ends of the interconnector 72. The solid electrolyte 68 is disposed so as to cover the entire fuel side electrode 66, and both ends thereof are joined to both ends of the interconnector 72. The oxygen-side electrode 70 is disposed on the main part of the solid electrolyte 68, that is, on the portion covering the other surface of the support 64, and is positioned to face the interconnector 72 with the support 64 interposed therebetween.

セルスタック60aにおける隣接するセル62間には集電部材76が配設されており、一方のセル62のインターコネクタ72と他方のセル62の酸素側電極70とを接続している。セルスタック60aの両端、即ち図4において上端及び下端に位置するセル62の片面及び他面にも集電部材76が配設されている。セルスタック60aの両端に位置する集電部材76には電力取出手段(図示していない)が接続されており、かかる電力取出手段は収納容器2の前壁(図示していない)及び/又は後壁(図示していない)を通して収納容器2外に延在せしめられている。所望ならば、セルスタック60a、60b、60c及び60dの各々に電力取出手段を配設することに代えて、適宜の接続手段によってセルスタック60a、60b、60c及び60dを相互に直列接続し、4個のセルスタック60a、60b、60c及び60dに関して共通の電力取出手段を配設することもできる。   A current collecting member 76 is disposed between adjacent cells 62 in the cell stack 60a, and connects the interconnector 72 of one cell 62 and the oxygen side electrode 70 of the other cell 62. Current collecting members 76 are disposed on both ends of the cell stack 60a, that is, on one side and the other side of the cell 62 positioned at the upper and lower ends in FIG. Electric power extraction means (not shown) is connected to the current collecting members 76 located at both ends of the cell stack 60a. The electric power extraction means is connected to the front wall (not shown) and / or the rear of the storage container 2. It extends outside the storage container 2 through a wall (not shown). If desired, the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d are connected in series with each other by appropriate connection means instead of disposing the power extraction means in each of the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d. Common power extraction means may be provided for the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d.

セル62について更に詳述すると、支持体64は燃料ガスを燃料側電極66まで透過させるためにガス透過性であること、そしてまたインターコネクタ72を介して集電するために導電性であることが要求され、かかる要求を満足する多孔質の導電性セラミック(若しくはサーメット)から形成することができる。   More specifically about the cell 62, the support 64 is gas permeable to allow fuel gas to permeate to the fuel side electrode 66, and is also conductive to collect current through the interconnector 72. It can be formed from a porous conductive ceramic (or cermet) that is required and satisfies such requirements.

燃料側電極66及び/又は固体電解質70との同時焼成により支持体64を製造するためには、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから支持体64を形成することが好ましい。所要ガス透過性を備えるために開気孔率が30%以上、特に35乃至50%の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は300S/cm以上、特に440C/cm以上であるのが好ましい。   In order to manufacture the support 64 by simultaneous firing with the fuel side electrode 66 and / or the solid electrolyte 70, it is preferable to form the support 64 from an iron group metal component and a specific rare earth oxide. In order to provide the required gas permeability, it is preferable that the open porosity is in the range of 30% or more, in particular 35 to 50%, and the conductivity is also 300 S / cm or more, in particular 440 C / cm or more. Is preferred.

燃料側電極66は多孔質の導電性セラミック、例えば希土類元素が固溶しているZrO(安定化ジルコニアを称されている)とNi及び/又はNiOとから形成することができる。 The fuel side electrode 66 can be formed of a porous conductive ceramic, for example, ZrO 2 (referred to as stabilized zirconia) in which a rare earth element is dissolved and Ni and / or NiO.

固体電解質68は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有するものであることが必要であり、通常、3〜15モル%の希土類元素が固溶したZrOから形成されている。 The solid electrolyte 68 has a function as an electrolyte for bridging electrons between electrodes, and at the same time needs to have a gas barrier property in order to prevent leakage between the fuel gas and the oxygen-containing gas. Usually, it is formed from ZrO 2 in which 3 to 15 mol% of a rare earth element is dissolved.

酸素側電極70は所謂ABO型のペロブスカイト型酸化物からなる導電セラミックから形成することができる。酸素側電極70はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が20%以上、特に30〜50%の範囲にあることが好ましい。 The oxygen side electrode 70 can be formed of a conductive ceramic made of a so-called ABO 3 type perovskite oxide. The oxygen side electrode 70 is required to have gas permeability, and the open porosity is preferably 20% or more, particularly preferably in the range of 30 to 50%.

燃料電池セル62の燃焼する側の先端部は、図5(a)に示すように、酸素側電極70が形成されておらず、固体電解質68が露出しており、非発電部Aとされている。緻密な固体電解質68が形成されているため、燃料電池セル62の先端部からの燃料ガスの漏出を防止できる。尚、非発電部は、酸素側電極70だけでなく、固体電解質68及び/又は燃料側電極66を形成しないことで形成しても良い。また、非発電部に何らかの保護層を形成することにより、さらに燃料電池セル62の先端部を保護できる。   As shown in FIG. 5 (a), the oxygen-side electrode 70 is not formed at the front end portion on the combustion side of the fuel cell 62, the solid electrolyte 68 is exposed, and the non-power generation portion A is formed. Yes. Since the dense solid electrolyte 68 is formed, leakage of the fuel gas from the tip of the fuel cell 62 can be prevented. The non-power generation unit may be formed not by forming not only the oxygen side electrode 70 but also the solid electrolyte 68 and / or the fuel side electrode 66. In addition, the tip of the fuel cell 62 can be further protected by forming some kind of protective layer in the non-power generation part.

また、燃料電池セル62の燃焼する側の先端角部、即ち燃料電池セル62の外周面と端面との角が、図5(b)に示すように、面取りされて面取部Yが形成されている。これにより、燃料電池セル62の先端角部における応力集中を抑制でき、破損やクラック発生を抑制でき、発電性能の安定化をさらに促進できる。   In addition, as shown in FIG. 5 (b), the chamfered portion Y is formed by chamfering the front end corner of the fuel cell 62 on the burning side, that is, the angle between the outer peripheral surface and the end surface of the fuel cell 62. ing. Thereby, stress concentration at the tip corner of the fuel cell 62 can be suppressed, damage and cracks can be suppressed, and stabilization of power generation performance can be further promoted.

インターコネクタ72は導電性セラミックから形成することができるが、水素ガスでよい燃料ガス及び空気でよい酸素含有ガスと接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、このためにランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO系酸化物)が好適に使用される。インターコネクト72は支持体64に形成された燃料ガス通路74を通る燃料ガス及び支持体64の外側を流動する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、93%以上、特に95%以上の相対密度を有していることが望まれる。 Although the interconnector 72 can be formed from a conductive ceramic, it needs to have reduction resistance and oxidation resistance because of contact with a fuel gas that may be hydrogen gas and an oxygen-containing gas that may be air. In addition, a lanthanum chromite perovskite oxide (LaCrO 3 oxide) is preferably used. The interconnect 72 must be dense in order to prevent leakage of the fuel gas passing through the fuel gas passage 74 formed in the support 64 and the oxygen-containing gas flowing outside the support 64, particularly 93% or more, It is desirable to have a relative density of 95% or higher.

集電部材76は弾性を有する金属又は合金から形成された適宜の形状の部材或いは金属繊維又は合金繊維から成るフェルトに所要表面処理を加えた部材から構成することができる。   The current collecting member 76 can be composed of a member having an appropriate shape formed of a metal or alloy having elasticity, or a member obtained by adding a required surface treatment to a felt made of metal fiber or alloy fiber.

図1乃至図3を参照して説明を続けると、発電ユニット56aは、セルスタック60aの上方を前後方向に細長く延びる長方体形状(或いは円筒形状)であるのが好都合である改質ケース78aも具備している。改質ケース78aの前端部下面には燃料ガス送給管80aの一端即ち上端が接続されている。   Continuing the description with reference to FIGS. 1 to 3, the power generation unit 56a is advantageously a rectangular shape (or a cylindrical shape) that is elongated in the front-rear direction above the cell stack 60a. It also has. One end, that is, the upper end of the fuel gas supply pipe 80a is connected to the lower surface of the front end portion of the reforming case 78a.

燃料ガス送給管80aは下方に延び、次いで湾曲して後方に延び、燃料ガス送給管80aの他端は上記燃料ガスケース58aの前面に接続されている。改質ケース78aの後面には被改質ガス供給管82aの一端が接続されている。被改質ガス供給管82aは実質上水平に延び、収納容器2の後壁(図示していない)を通って収納容器2外に延出している。   The fuel gas supply pipe 80a extends downward, then curves and extends rearward, and the other end of the fuel gas supply pipe 80a is connected to the front surface of the fuel gas case 58a. One end of a reformed gas supply pipe 82a is connected to the rear surface of the reforming case 78a. The to-be-reformed gas supply pipe 82a extends substantially horizontally and extends out of the storage container 2 through the rear wall (not shown) of the storage container 2.

被改質ガス供給管82aは都市ガス等の炭化水素ガスでよい被改質ガス供給源(図示していない)に接続されており、被改質ガス供給管82aを介して改質ケース78aに被改質ガスが供給される。改質ケース78a内には燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質するための適宜の改質触媒が収容されている。   The to-be-reformed gas supply pipe 82a is connected to a to-be-reformed gas supply source (not shown) which may be a hydrocarbon gas such as city gas, and is connected to the reforming case 78a through the to-be-reformed gas supply pipe 82a. A gas to be reformed is supplied. An appropriate reforming catalyst for reforming the fuel gas into a hydrogen-rich fuel gas is accommodated in the reforming case 78a.

図示の実施形態においては、改質ケース78aは燃料ガス送給管80aを介して燃料ガスタンク58aに接続され、これによって所要位置に保持されているが、所要ならば、図3に二点鎖線で図示する如く、例えば上記被改質ガス供給管82aの下面と燃料ガスタンク58aの後端部上面或いは後面との間に適宜の支持部材84aを付設することもできる。   In the illustrated embodiment, the reforming case 78a is connected to the fuel gas tank 58a via the fuel gas supply pipe 80a, and is thereby held at a required position. If necessary, the reforming case 78a is shown by a two-dot chain line in FIG. As shown in the figure, for example, an appropriate support member 84a may be provided between the lower surface of the reformed gas supply pipe 82a and the upper surface or rear surface of the rear end portion of the fuel gas tank 58a.

発電ユニット56cは上述した発電ユニット56aと実質上同一である。発電ユニット56b及び56dは、発電ユニット56a及び56cに対して前後方向が逆に配置されていること、従って改質ケース78b及び78dと燃料ガスケース58b及び58dとを接続する燃料ガス送給管(図示していない)が後側に配置され、被改質ガス供給管82b及び82dが改質ケース78b及び78dの前面から収納容器2の前壁(図示していない)を通って延出せしめられていることを除いて発電ユニット56a及び56cと同一である。   The power generation unit 56c is substantially the same as the power generation unit 56a described above. The power generation units 56b and 56d are disposed opposite to the power generation units 56a and 56c in the front-rear direction, and accordingly, the fuel gas supply pipes connecting the reforming cases 78b and 78d and the fuel gas cases 58b and 58d ( (Not shown) is disposed on the rear side, and the reformed gas supply pipes 82b and 82d are extended from the front surfaces of the reforming cases 78b and 78d through the front wall (not shown) of the storage container 2. Except that the power generation units 56a and 56c are the same.

発電ユニット56a、56b、56c及び56dの各々は、図1及び図2を参照することによって明確に理解されるとおり、ガス噴射板22間にて下部ガス室14を規定するケース15の上面上に載置され、ボルトの如き適宜の固定手段(図示していない)によって所定位置に固定される。   Each of the power generation units 56a, 56b, 56c and 56d is on the upper surface of the case 15 which defines the lower gas chamber 14 between the gas injection plates 22, as will be clearly understood by referring to FIGS. It is placed and fixed in place by appropriate fixing means (not shown) such as a bolt.

上述したとおりの燃料電池においては、被改質ガスが被改質ガス供給管(図2に2本の被改質ガス供給管82b及び828dを図示し、図3に1本の被改質ガス供給管82aを図示している)を介して改質ケース78a、78b、78c及び78dに供給され、改質ケース78a、78b、78c及び78d内において水素リッチな燃料ガスに改質された後に、燃料ガス送給管(図2に2本の燃料ガス送給管80a及び80cを図示している)を通して燃料ガスタンク58a、58b、58c及び58d内に規定されている燃料ガス室59a、59b、59c及び59dに供給され、次いでセルスタック60a、60b、60c及び60dに供給される。   In the fuel cell as described above, the gas to be reformed is a gas to be reformed pipe (two reformed gas supply pipes 82b and 828d are shown in FIG. 2, and one gas to be reformed is shown in FIG. After being supplied to reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d via reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d via reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d, Fuel gas chambers 59a, 59b, 59c defined in the fuel gas tanks 58a, 58b, 58c and 58d through the fuel gas feed pipes (two fuel gas feed pipes 80a and 80c are shown in FIG. 2). And 59d and then to the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d.

一方、空気でよい酸素含有ガスは二重筒体50の内側筒部材54内に規定されている流入路を通して熱交換器24の流入路32に供給され、次いで上部ガス室16及び連通ガス室18を通して下部ガス室14に供給され、そしてガス噴出板22の噴出孔からセルスタック60a、60b、60c及び60dに向けて噴射される。   On the other hand, oxygen-containing gas, which may be air, is supplied to the inflow path 32 of the heat exchanger 24 through the inflow path defined in the inner cylinder member 54 of the double cylinder 50, and then the upper gas chamber 16 and the communication gas chamber 18. The gas is supplied to the lower gas chamber 14 through the gas injection plate 22 and is injected toward the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d from the injection holes of the gas injection plate 22.

セルスタック60a、60b、60c及び60dの各々においては、酸素側電極において、
1/2O+2e→ O2−(固体電解質)
の電極反応が生成され、燃料側電極において、
2−(固体電解質)+H→ HO+2e
の電極反応が生成されて発電される。
In each of the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d, in the oxygen side electrode,
1 / 2O 2 + 2e → O 2− (solid electrolyte)
The electrode reaction of
O 2− (solid electrolyte) + H 2 → H 2 O + 2e
The electrode reaction is generated and power is generated.

発電に使用されることなくセルスタック60a、60b、60c及び60dから上方に流動した燃料ガス及び酸素含有ガスは、起動時に発電・燃焼室12内に配設されている点火手段(図示していない)によって点火されて燃焼される。周知の如く、セルスタック60a、60b、60c及び60dにおける発電に起因して、そしてまた燃料ガスと酸素含有ガスとの燃焼に起因して発電・燃焼室12内は例えば1000℃程度の高温になる。改質ケース78a、78b、78c及び78dは発電・燃焼室12内に配設され、セルスタック60a、60b、60c及び60dの直ぐ上方に位置せしめられており、燃焼炎によって直接的にも加熱され、かくして発電・燃焼室12内に生成される高温が被改質ガスの改質に効果的に利用される。   The fuel gas and oxygen-containing gas that have flowed upward from the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d without being used for power generation are igniting means (not shown) disposed in the power generation / combustion chamber 12 at the time of startup. ) Is ignited and burned. As is well known, the temperature in the power generation / combustion chamber 12 becomes high, for example, about 1000 ° C. due to power generation in the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d, and also due to combustion of fuel gas and oxygen-containing gas. . The reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d are disposed in the power generation / combustion chamber 12, and are positioned immediately above the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d, and are directly heated by the combustion flame. Thus, the high temperature generated in the power generation / combustion chamber 12 is effectively used for reforming the reformed gas.

発電・燃焼室12内に生成された燃焼ガスは熱交換器24に形成されている排出開口42から排出路30に流入し、ジグザグ状に延在する排出路30を流動した後に二重筒体50の外側筒部材52と内側筒部材54との間に規定されている排出路を通して排出される。燃焼ガスが二重筒体50における排出路を流動する際には、二重筒体50における流入路を酸素含有ガスが流動し、燃焼ガスと酸素含有ガスとの間で熱交換が行われる。   The combustion gas generated in the power generation / combustion chamber 12 flows into the discharge passage 30 from the discharge opening 42 formed in the heat exchanger 24, and flows through the discharge passage 30 extending in a zigzag shape. 50 is discharged through a discharge passage defined between the outer cylinder member 52 and the inner cylinder member 54. When the combustion gas flows through the discharge path in the double cylinder 50, the oxygen-containing gas flows through the inflow path in the double cylinder 50, and heat exchange is performed between the combustion gas and the oxygen-containing gas.

そしてまた、燃焼ガスが熱交換器24の排出路30をジグザグ状に流動せしめられる際には、酸素含有ガスが熱交換器24の流入路32をジグザグ状に流動せしめられる。かくして燃焼ガスと酸素含有ガスとの間で効果的に熱交換されて酸素含有ガスが余熱される。酸素含有ガスは上部ガス室16、連通ガス室18及び下部ガス室14を通る際にも発電・燃焼室12内の高温によって加熱される。   In addition, when the combustion gas is caused to flow in the exhaust passage 30 of the heat exchanger 24 in a zigzag manner, the oxygen-containing gas is caused to flow in the inflow passage 32 of the heat exchanger 24 in a zigzag manner. Thus, heat is effectively exchanged between the combustion gas and the oxygen-containing gas, and the oxygen-containing gas is preheated. The oxygen-containing gas is heated by the high temperature in the power generation / combustion chamber 12 even when passing through the upper gas chamber 16, the communication gas chamber 18, and the lower gas chamber 14.

長期間に渡って発電を遂行することによってセルスタック60a、60b、60c及び60dの一部或いは全部が劣化した場合には、収納容器2の前壁(図示していない)或いは後壁(図示していない)を離脱或いは開動せしめ、発電ユニット56a、56b、56c及び56dの一部或いは全部を収納容器2内から取り出す。   When a part or all of the cell stacks 60a, 60b, 60c, and 60d deteriorate due to power generation over a long period of time, the front wall (not shown) or the rear wall (not shown) of the storage container 2 is shown. The power generation units 56a, 56b, 56c and 56d are partly or entirely removed from the storage container 2.

そして、発電ユニット56a、56b、56c及び56dの一部或いは全部を新しいものに交換して、或いは発電ユニット56a、56b、56c及び56dの一部或いは全部におけるセルスタック60a、60b、60c及び60dのみを新しいものに交換して、再び収納容器2内の所要位置に装着すればよい。発電ユニット56a、56b、56c及び56dの一部あるいは全部における改質ケース78a、78b、78c及び78d内に収容されている改質触媒を交換することが必要な場合にも、発電ユニット56a、56b、56c及び56dの一部或いは全部を収納容器2内から取り出し、発電ユニット56a、56b、56c及び56dの一部或いは全部における改質ケース78a、78b、78c及び78d自体を新しいものに或いは改質ケース78a、78b、78c及び78d内の改質触媒のみを新しいものに交換すればよい。   Then, replace some or all of the power generation units 56a, 56b, 56c and 56d with new ones, or only the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d in some or all of the power generation units 56a, 56b, 56c and 56d. May be replaced with a new one and mounted again at a required position in the storage container 2. Even when it is necessary to replace the reforming catalyst accommodated in the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d in some or all of the power generation units 56a, 56b, 56c and 56d, the power generation units 56a, 56b , 56c and 56d are taken out from the storage container 2 and the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d themselves in the power generation units 56a, 56b, 56c and 56d are replaced with new ones or reformed. Only the reforming catalyst in the cases 78a, 78b, 78c and 78d may be replaced with a new one.

改質ケース78a、78b、78c及び78d内の改質触媒の交換を充分容易に遂行し得るようになすために、所望ならば改質ケース78a、78b、78c及び78dの一部を開閉自在な扉にせしめることができる。   In order to be able to perform the replacement of the reforming catalyst in the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d sufficiently easily, a part of the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d can be opened and closed if desired. It can be put on the door.

そして、本発明の燃料電池では、燃料電池セル62が燃料ガスタンク58に立設しており、燃料電池セル62の先端近傍で燃焼するが、燃料電池セル62の先端部が非発電部Aとされているため、燃料電池セル62の先端部に何らかの支障が発生しても、発電性能に殆ど影響を与えることがなく、発電性能を安定化できる。   In the fuel cell of the present invention, the fuel cell 62 is erected on the fuel gas tank 58 and burns in the vicinity of the tip of the fuel cell 62, but the tip of the fuel cell 62 is the non-power generation part A. Therefore, even if any trouble occurs at the tip of the fuel cell 62, the power generation performance can be stabilized without substantially affecting the power generation performance.

また、燃料電池セル62の上端近傍において燃焼する燃焼ガスの熱が、収納容器2の燃料電池セル62が収納されている室全体を加熱するため、燃料電池セル62を迅速に加熱でき、燃料電池セル62が発電するまでの起動時間を短縮できる。   Further, since the heat of the combustion gas combusted in the vicinity of the upper end of the fuel cell 62 heats the entire chamber of the storage container 2 in which the fuel cell 62 is stored, the fuel cell 62 can be heated quickly, and the fuel cell The startup time until the cell 62 generates power can be shortened.

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、上記形態では、燃料電池セル62を直列に接続した例について説明したが、並列接続しても良いことは勿論である。また、燃料側電極66を内側電極としたが、酸素側電極を内側電極としても良い。   In addition, this invention is not limited to the said form, A various change is possible in the range which does not change the summary of invention. For example, in the above embodiment, the example in which the fuel cells 62 are connected in series has been described, but it is needless to say that they may be connected in parallel. Further, although the fuel side electrode 66 is an inner electrode, the oxygen side electrode may be an inner electrode.

また、例えば、略直方体の収納容器を備えた燃料電池に関連せしめて本発明を説明したが、本出願人の出願にかかる特願2000−292234の明細書及び図面に開示されている多重筒状体から構成された収納容器の如き他の適宜の形態の収納容器を備えた燃料電池にも本発明を適用することができることは勿論である。   Further, for example, the present invention has been described in relation to a fuel cell provided with a substantially rectangular parallelepiped storage container. However, the multiple cylindrical shape disclosed in the specification and drawings of Japanese Patent Application No. 2000-292234 relating to the application of the present applicant. Of course, the present invention can also be applied to a fuel cell having a storage container of another appropriate form such as a storage container composed of a body.

さらに、上記例では、酸素含有ガスを、上部ガス室16、連通ガス室18及び下部ガス室14、ガス噴出板22を介して各燃料電池セル62に供給した場合について説明したが、一端を上部ガス室に接続した酸素含有ガス供給管を、セルスタック間に、燃焼領域を挿通して設けても良い。収納容器内に仕切板が配置されている従来の場合には、この仕切板を酸素含有ガス供給管が挿通して酸素含有ガスを燃料電池セル間に供給する必要があったため、燃焼ガスによる酸素含有ガス供給管の加熱が一部でしか行われなかったが、本発明では、仕切板がなく、燃料電池セル全体と酸素含有ガス供給管が同一室に配置されることになるため、燃焼ガスにより酸素含有ガス供給管全体を加熱することができ、酸素含有ガス供給管内の酸素含有ガスを加熱し、これにより燃料電池セルを外側から加熱でき、燃料電池セルが発電するまでの起動時間をさらに短縮化できる。   Further, in the above example, the case where the oxygen-containing gas is supplied to each fuel cell 62 through the upper gas chamber 16, the communication gas chamber 18, the lower gas chamber 14, and the gas ejection plate 22 has been described. An oxygen-containing gas supply pipe connected to the gas chamber may be provided between the cell stacks through the combustion region. In the conventional case where the partition plate is disposed in the storage container, it is necessary to supply the oxygen-containing gas between the fuel cells by inserting the oxygen-containing gas supply pipe through the partition plate. Although the heating of the contained gas supply pipe was performed only partially, in the present invention, there is no partition plate, and the entire fuel cell and the oxygen containing gas supply pipe are disposed in the same chamber, so the combustion gas The entire oxygen-containing gas supply pipe can be heated by heating the oxygen-containing gas in the oxygen-containing gas supply pipe, whereby the fuel battery cell can be heated from the outside, and the startup time until the fuel battery cell generates power is further increased. Can be shortened.

本発明に従って構成された燃料電池の好適実施形態を示す断面図。1 is a cross-sectional view illustrating a preferred embodiment of a fuel cell configured according to the present invention. 図1の燃料電池を、一部を省略して示す斜面図。FIG. 2 is a perspective view showing the fuel cell of FIG. 1 with a part thereof omitted. 図1の燃料電池に使用されている発電ユニットの好適実施形態を示す斜面図。The slope view which shows suitable embodiment of the electric power generation unit currently used for the fuel cell of FIG. 図3の発電ユニットにおけるセルスタックを示す断面図。Sectional drawing which shows the cell stack in the electric power generation unit of FIG. (a)は燃料電池セル先端近傍で燃焼している状態を示す側面図、(b)は燃料電池セルの先端部を拡大して示す側面図。(A) is a side view showing a state of burning near the tip of a fuel cell, (b) is a side view showing an enlarged tip of the fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

2:収納容器
12:発電・燃焼室
58:燃料ガスタンク
62:燃料電池セル
64:支持体
66:燃料側電極(内側電極)
68:固体電解質
70:酸素側電極(外側電極)
74:燃料ガス通路
A:非発電部
Y:面取部
2: Storage container 12: Power generation / combustion chamber 58: Fuel gas tank 62: Fuel cell 64: Support body 66: Fuel side electrode (inner electrode)
68: Solid electrolyte 70: Oxygen side electrode (outer electrode)
74: Fuel gas passage A: Non-power generation part Y: Chamfering part

Claims (5)

燃料電池セルと、該燃料電池セルの軸長方向一端部が取り付けられ、複数の前記燃料電池セルが立設されるガスタンクとを収納容器の同一室に収納するとともに、前記燃料電池セルの先端近傍において、前記ガスタンクから前記燃料電池セル内を通過したガスと、前記燃料電池セル間を通過したガスが反応して燃焼し、かつ前記燃料電池セルの先端部が非発電部とされていることを特徴とする燃料電池。 A fuel battery cell and a gas tank in which one end portion in the axial length direction of the fuel battery cell is attached and a plurality of the fuel battery cells are erected are stored in the same chamber of the storage container, and in the vicinity of the tip of the fuel battery cell The gas passing through the fuel cell from the gas tank and the gas passing between the fuel cells react and burn, and the tip of the fuel cell is a non-power generation unit. A fuel cell. 燃料電池セルは、軸長方向にガス通過可能な支持体に、内側電極、固体電解質、外側電極を順次形成してなることを特徴とする請求項1記載の燃料電池。 2. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell is formed by sequentially forming an inner electrode, a solid electrolyte, and an outer electrode on a support capable of passing gas in the axial direction. 燃料電池セルは扁平状であり、幅方向に所定間隔を置いて形成され、かつ軸長方向に延びる複数のガス通路を有することを特徴とする請求項1又は2記載の燃料電池。 3. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell is flat and has a plurality of gas passages formed at predetermined intervals in the width direction and extending in the axial length direction. 燃料電池セル先端角部は面取りされてい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。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the corner portion of the fuel cell is chamfered. 燃料電池セルが、導電性を有する支持体の表面に、燃料側電極、固体電解質、酸素側電極を順次形成してな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。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the fuel cell is formed by sequentially forming a fuel side electrode, a solid electrolyte, and an oxygen side electrode on a surface of a conductive support. .
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