JP2005129314A - Fuel cell - Google Patents
Fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005129314A JP2005129314A JP2003362490A JP2003362490A JP2005129314A JP 2005129314 A JP2005129314 A JP 2005129314A JP 2003362490 A JP2003362490 A JP 2003362490A JP 2003362490 A JP2003362490 A JP 2003362490A JP 2005129314 A JP2005129314 A JP 2005129314A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- fuel cell
- cell
- gas
- current collecting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
本発明は、燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell.
次世代エネルギーとして、近年、複数の燃料電池セルを収納容器内に収納した燃料電池が種々提案されている。 In recent years, various fuel cells in which a plurality of fuel battery cells are stored in a storage container have been proposed as next-generation energy.
従来の固体電解質型燃料電池は、複数の燃料電池セルを収納容器内に収納し、燃料電池セル同士を集電部材により電気的に直列又は並列に接続して構成されており、発電は燃料電池セルに酸素含有ガス及び燃料ガスを供給して600〜1000℃程度の高温で行われていた。 A conventional solid oxide fuel cell is configured by storing a plurality of fuel cells in a storage container and electrically connecting the fuel cells to each other in series or in parallel by a current collecting member. It was performed at a high temperature of about 600 to 1000 ° C. by supplying an oxygen-containing gas and a fuel gas to the cell.
そして、燃料電池セル間の電気的な接続を行う集電部材は、従来、繊維状の金属が集合した金属フェルト状のものが用いられていた。このような金属フェルトではセル間の接続が経時的に劣化する等の理由から、本出願人は、集電部材として板状金属を用いたものを出願した(例えば特許文献1参照)。この特許文献1では、燃料ガスタンクに複数の燃料電池セルを立設し、これらの燃料電池セル間に板状の集電部材を介装した燃料電池が記載されている。
しかしながら、上記した燃料電池では、隣設する燃料電池セル間に集電部材を介装し、その集電部材の弾性力で隣設する燃料電池セルの側面を、隣設する燃料電池セルを広げるようにして押圧し、電気的な接続を確保していたため、燃料電池セルを押し広げるような力が作用し、燃料電池セルの固定部に力が作用し、折損したり、セルスタックが口開きするという問題があった。特に、燃料電池セル間の電気的な接続を確保するため、集電部材の弾性力を強くした場合にはその傾向が強い。 However, in the fuel cell described above, a current collecting member is interposed between adjacent fuel cells, and the side surface of the adjacent fuel cell is widened by the elastic force of the current collecting member. Since the electrical connection was ensured in this way, a force that spreads the fuel cell acts, the force acts on the fixed part of the fuel cell, breaks, and the cell stack opens. There was a problem to do. In particular, when the elastic force of the current collecting member is increased in order to ensure electrical connection between the fuel cells, the tendency is strong.
本発明は、燃料電池セルの折損を防止できるとともに、セルスタックの口開きを防止できる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 capable of preventing breakage of a fuel cell and preventing opening of a cell stack.
本発明の燃料電池は、複数の燃料電池セルを所定間隔をおいて立設した状態でマニホールドに固定し、隣設する前記燃料電池セル間に集電部材を介装してなるセルスタックを具備するとともに、前記セルスタックの先端部に、該先端部を取り囲む枠体を設けてなることを特徴とする。 A fuel cell according to the present invention includes a cell stack in which a plurality of fuel cells are fixed to a manifold in a state of being erected at a predetermined interval, and a current collecting member is interposed between the adjacent fuel cells. In addition, a frame body surrounding the tip is provided at the tip of the cell stack.
本発明の燃料電池では、集電部材の弾性力で隣設する燃料電池セルの側面を押し広げるようにして、燃料電池セル間を電気的に接続しているため、燃料電池セルの電気的な接続を確保できるとともに、セルスタックの先端部に、該先端部を取り囲む枠体を設けたので、集電部材の弾性力で燃料電池セルの側面を押し広げるようにしたとしても、枠体によりセルスタックの口開きを阻止して燃料電池セルの変形が抑制され、燃料電池セルの固定部における折損を確実に防止できる。 In the fuel cell of the present invention, the fuel cells are electrically connected so as to expand the side surfaces of the adjacent fuel cells by the elastic force of the current collecting member. Since the frame that surrounds the tip of the cell stack is provided at the tip of the cell stack as well as securing the connection, even if the side surface of the fuel cell is pushed and widened by the elastic force of the current collecting member, Opening of the stack is prevented, deformation of the fuel cell is suppressed, and breakage at the fixed portion of the fuel cell can be reliably prevented.
また、本発明の燃料電池は、燃料電池セルは、先端部に発電に寄与しない不活性部を有しており、該不活性部を枠体が取り囲んでいることを特徴とする。このような燃料電池では、燃料電池セルの発電する部分では、枠体が当接していないため、発電性能に影響を与えることがない。 Moreover, the fuel cell of the present invention is characterized in that the fuel cell has an inactive portion that does not contribute to power generation at the tip, and a frame surrounds the inactive portion. In such a fuel cell, the power generation performance is not affected because the frame body is not in contact with the power generation portion of the fuel cell.
さらに、本発明の燃料電池は、枠体は、セルスタックの周囲を取り囲む枠部と、燃料電池セルの先端面に当接する当接部とからなることを特徴とする。このような燃料電池では、枠体が燃料電池セルの先端面に当接する当接部を有しているため、枠体をセルスタックの先端部に確実に位置せしめることができる。 Furthermore, the fuel cell according to the present invention is characterized in that the frame body includes a frame portion that surrounds the periphery of the cell stack and an abutting portion that abuts on the front end surface of the fuel cell. In such a fuel cell, since the frame body has a contact portion that contacts the front end surface of the fuel cell, the frame body can be reliably positioned at the front end portion of the cell stack.
また、本発明の燃料電池は、燃料電池セルの一端部は、セル支持板に設けられたセル挿入孔に挿入固定されていることを特徴とする。また、燃料電池セルの一端部は、配列した状態で一体的に接合固定され、セル支持板に立設していることを特徴とする。さらに、セル支持板はマニホールドの一部を構成していることを特徴とする。 The fuel cell of the present invention is characterized in that one end of the fuel cell is inserted and fixed in a cell insertion hole provided in the cell support plate. In addition, one end of the fuel cell is integrally joined and fixed in an arrayed state, and is erected on the cell support plate. Further, the cell support plate constitutes a part of the manifold.
このような燃料電池では、例えば、セル支持板の挿入孔に燃料電池セルの一端部を挿入固定したり、複数の燃料電池セルの一端部を接合剤を充填して固化し、一体的に接合固定することにより、セルスタックを容易に形成でき、このようなセルスタックのセル支持板をマニホールドの天板とすることにより、燃料電池セルをマニホールドに容易に立設することができる。 In such a fuel cell, for example, one end portion of the fuel cell is inserted and fixed in the insertion hole of the cell support plate, or one end portion of the plurality of fuel cells is solidified by filling with a bonding agent. By fixing, the cell stack can be easily formed. By using the cell support plate of such a cell stack as the top plate of the manifold, the fuel cell can be easily erected on the manifold.
また、本発明の燃料電池は、集電部材は板状であることを特徴とする。このような燃料電池では、板状の集電部材を用いているため、燃料電池セルを押し広げようとする力が大きいため、本発明を好適に用いることができる。 The fuel cell of the present invention is characterized in that the current collecting member is plate-shaped. In such a fuel cell, since a plate-shaped current collecting member is used, the force to push and spread the fuel cell is large, and thus the present invention can be suitably used.
また、板状の集電部材を用いることにより、燃料電池セルの側面とは面接触となり、従来のようなフェルト状の集電部材よりも燃料電池セルに当接する面積が大きくなり、集電特性を向上できる。また、集電部材は板状であるため弾性力も大きく、振動等が生じたとしても燃料電池セルとの十分な接触を長期間確保できる。 In addition, by using a plate-shaped current collecting member, it comes into surface contact with the side surface of the fuel cell, and the area contacting the fuel cell is larger than that of the conventional felt-shaped current collecting member. Can be improved. Further, since the current collecting member is plate-shaped, the elastic force is large, and even if vibration or the like occurs, sufficient contact with the fuel cell can be ensured for a long time.
さらに、集電部材は板状であるため、高温となった場合でも、従来のフェルト状の集電部材よりも焼結しにくく、燃料電池セルとの十分な接触を長期間確保できる。 Furthermore, since the current collecting member is plate-shaped, even when the temperature is high, it is harder to sinter than the conventional felt-shaped current collecting member, and sufficient contact with the fuel cell can be ensured for a long time.
本発明の燃料電池は、集電部材の弾性力で隣設する燃料電池セルの側面を押し広げるようにして、燃料電池セル間を電気的に接続しているため、燃料電池セルの電気的な接続を確保できるとともに、セルスタックの先端部に枠体が嵌められているため、集電部材の弾性力で燃料電池セルの側面を押し広げるようにしたとしても、枠体によりセルスタックの口開きを阻止して、燃料電池セルの折損を確実に防止できる。さらに、枠体によりセルスタックの口開きが抑制されているため、燃料電池セル間の集電部材が燃料電池セルに強く当接し、電気的な接続を長期にわたって維持できる。 Since the fuel cell of the present invention electrically connects the fuel cells by pushing the side surfaces of the adjacent fuel cells by the elastic force of the current collecting member and electrically connecting the fuel cells, Connection can be secured and the frame is fitted to the tip of the cell stack, so even if the side surface of the fuel cell is pushed and expanded by the elastic force of the current collector, the frame opens the cell stack. Can be prevented and the breakage of the fuel cell can be surely prevented. Furthermore, since the opening of the cell stack is suppressed by the frame, the current collecting member between the fuel cells strongly contacts the fuel cells, and the electrical connection can be maintained for a long time.
以下、本発明の燃料電池を図面を参照して詳述する。 Hereinafter, a fuel cell of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1及び図2を参照して説明すると、図示の燃料電池は略直方体形状のハウジング2を具備している。このハウジング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。ハウジング2内には発電・燃焼室12が規定されている。
Referring to FIGS. 1 and 2, the illustrated fuel cell includes a substantially rectangular
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 /
ハウジング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。ハウジング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
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
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
ハウジング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
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
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
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
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
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マニホールド58aを具備している。
Four
燃料ガス室59aを規定している燃料ガスマニホールド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を燃料ガスマニホールド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。図4に明確に図示する如く、セル62の各々は電極支持基板64、内側電極層である燃料極層66、固体電解質層68、外側電極層である酸素極層70、及びインターコネクタ72から構成されている。
A
電極支持基板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。電極支持基板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。セル62の各々は、後述するように、燃料ガスマニホールド58aの上壁(天板)に、例えば耐熱性に優れたガラスによって接合され、セル62の燃料ガス通路74は、燃料ガス室59aに連通せしめられる。
The
インターコネクタ72は電極支持基板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。燃料極層66は電極支持基板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。固体電解質層68は燃料極層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。酸素極層70は、固体電解質層68の主部上、即ち電極支持基板64の他面を覆う部分上に配置され、電極支持基板板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
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の酸素極層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、後述するように端部側集電部材109が配設されている。
A current collecting
セル62について更に詳述すると、電極支持基板64は燃料ガスを燃料極層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
燃料極層66及び/又は固体電解質層70との同時焼成により電極支持基板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電極支持基板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
燃料極層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ZrO2(安定化ジルコニアと称されている)とNi及び/又はNiOとから形成することができる。
The
固体電解質層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ZrO2から形成されている。
The
酸素極層70は所謂ABO3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。酸素極層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内50%の範囲にあることが好ましい。
The
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(LaCrO3系酸化物)が好適に使用される。インターコネクト72は電極支持基板64に形成された燃料ガス通路74を通る燃料ガス及び電極支持基板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
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板状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が、特に板状であることが望ましい。
The current collecting
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
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マニホールド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、ハウジング2の後壁(図示していない)を通ってハウジング2外に延出している。
The fuel
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
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を介して燃料ガスマニホールド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の下面と燃料ガスマニホールド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
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と燃料ガスマニホールド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の前面からハウジング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
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
さらに、本発明の燃料電池では、上記したように、又、図5に示すように、複数の燃料電池セル62が所定間隔をおいて立設した状態で、その下端部が燃料ガスマニホールド58に接合固定されており、隣設する燃料電池セル62間には集電部材76を介装してなるセルスタック60を具備している。
Further, in the fuel cell of the present invention, as described above and as shown in FIG. 5, the lower end portion of the
そして、セルスタック60の先端部には、この先端部を取り囲むセラミック製の絶縁体からなる枠体92が設けられている。
A
この枠体92は、セルスタック60の周囲を取り囲む枠部92aと、燃料電池セル62の先端面に当接する当接部92bとから構成されている。当接部92bは、燃料電池セル62先端面における幅方向両端部に当接している。これにより、枠体92をセルスタック60の先端部に確実に位置せしめることができる。また、中空ガス噴出板22から燃料電池セル62間に噴出された酸素含有ガスは、燃料電池セル62間には集電部材76が介装されているため、燃料電池セル62間を通過するよりセルスタック60間を通過しやすく、このため、酸素含有ガスが燃料電池セル62の幅方向両端部側を通過しやすくなり、この酸素含有ガスが燃料電池セル62の先端面に回り込み、燃料電池セル62の電極支持基板64を酸化させて膨張させ、幅方向端部にクラック等が発生する危険性があるが、燃料電池セル62の幅方向端部に枠体92の当接部が当接しているため、燃料電池セル62の幅方向端部を保護でき、酸化を防止してセル62におけるクラック発生を抑制できる。
The
また、燃料電池セル62は、先端部に発電に寄与しない不活性部62aを有しており、この不活性部62aに枠体92が当接したり、取り囲んでいる。即ち、燃料電池セル62は、固体電解質68を一対の電極66、70で挟持している発電部62bと、挟持していない不活性部62aを有しており、発電部62bは燃料電池セル62の長さ方向中央部に形成され、燃焼する燃料電池セル62の先端部は不活性部62aとされている。この不活性部62aに枠体92が位置しているため、発電性能に与えることがない。
Further, the
尚、図1〜3では、枠体92の記載を省略し、図5(a)(b)では、集電部材を省略した。また、セル配列方向側の枠体92には、燃料電池セル62の先端面には燃料ガス通過孔が存在するため、燃料ガスの流通を妨げないように当接部92bを有しない方が望ましい。形成するとしても、燃料ガス通過孔の燃料ガスの通過を妨げない幅とする必要がある。
1-3, the description of the
セル62の下端部は、セル支持板97に設けられたセル挿入孔99に挿入され、固定されており、このセル支持板97が、燃料ガスマニホールド58の天板を構成している。この場合には構造を簡略化でき、製造が容易となる。尚、燃料ガスマニホールドの上面にセル支持板を固定してもよい。この場合には、燃料ガスマニホールド内のガス気密性を高めることができる。この場合、燃料ガスマニホールドの天板には貫通孔が形成されており、この貫通孔とセルの燃料ガス通路74とが連通している。
The lower end portion of the
尚、複数の燃料電池セルを一列に配列させ、この状態で下端部を一体的に接合固定し、セルをセル支持板に立設させてもよい。この場合には、例えば、複数の整列した燃料電池セルの下端部を型枠内に収容し、この型枠内にガラスペースとを流し込み、加熱硬化させ、型枠を除去することにより作製できるため、セルスタックを容易に形成できる。 A plurality of fuel cells may be arranged in a line, and the lower ends may be integrally bonded and fixed in this state, and the cells may be erected on the cell support plate. In this case, for example, the lower end portions of a plurality of aligned fuel cells can be accommodated in a mold, and a glass pace can be poured into the mold, heated and cured, and the mold can be removed. The cell stack can be easily formed.
燃料電池セル62は、ガラス、セラミック等の絶縁材料により燃料ガスマニホールド58のセル挿入孔99内に接合固定されている。接合は、燃料電池セル62をセル挿入孔99に挿入した状態で、その隙間に、ガラスペースト等を充填し、加熱することにより作製できる。
The
以上のように構成された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82d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)を通して燃料ガスマニホールド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 configured as described above, the gas to be reformed is a gas to be reformed supply pipe (FIG. 2 shows two
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
セルスタック60a、60b、60c及び60dの各々においては、酸素極において、
1/2O2+2e−→O2−(固体電解質)
の電極反応が生成され、燃料極において、
O2−(固体電解質)+H2→H2O+2e−
の電極反応が生成されて発電される。
In each of the
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
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 /
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
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、ハウジング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ハウジング2内から取り出す。
When a part or all of the
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、再びハウジング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の一部或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ハウジング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
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
そして、本発明の燃料電池では、バネ性を有する板状集電部材76が燃料電池セル62間を押し広げるようにして対向する燃料電池セル62の平坦な側面間を機械的に接続することにより、燃料電池セル62とは面接触となり、従来のようなフェルト状の集電部材よりも燃料電池セル62に当接する面積が大きくなり、集電特性を向上できる。また、集電部材76は板状であるため弾性力も大きく、振動等が生じたとしても燃料電池セル62との十分な接触を長期間確保できる。
In the fuel cell of the present invention, the plate-like current collecting
また、集電部材76は板状であるため、ハウジング2内が高温となった場合でも、従来のフェルト状の集電部材よりも焼結しにくく、また、燃料電池セル62との十分な接触を長期間確保できる。さらに、集電部材76が板状であるため、一方の燃料電池セル62のインターコネクタ72と他方の燃料電池セル62の酸素側電極70との間に板状集電部材76を容易にかつ確実に介装できる。
Further, since the current collecting
さらに、集電部材76の弾性力で隣設する燃料電池セル62の側面を押し広げるようにして、燃料電池セル62間を電気的に接続しているため、燃料電池セル62の電気的な接続を確保できるとともに、セルスタック60の先端部に枠体92が嵌められているため、集電部材76の弾性力で燃料電池セル62の側面を押し広げるようにしたとしても、枠体92によりセルスタック60の口開きを阻止して、燃料電池セル62の固定部における折損を確実に防止できる。さらに、枠体92によりセルスタック60の口開きが抑制されているため、燃料電池セル62間の集電部材76が燃料電池セル62に強く当接し、電気的な接続を長期にわたって維持できる。
Further, since the
以上、添付図面を参照して本発明の好適実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能であることは多言するまでもない。例えば、特定の熱交換器を備えた略直方体のハウジング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ハウジングの如き他の適宜の形態のハウジングを備えた燃料電池にも本発明を適用することができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to such embodiments, and various modifications and corrections can be made without departing from the scope of the present invention. It goes without saying that this is possible. For example, the present invention has been described in relation to a fuel cell having a substantially rectangular parallelepiped housing with a specific heat exchanger. The present invention can also be applied to a fuel cell provided with another appropriate form of housing such as a housing formed of multiple cylindrical bodies.
また、上記形態では、図4に示したような扁平状で、複数の燃料ガス通過孔74を有する燃料電池セル62を用いて説明したが、燃料電池セルは燃料ガス通路が一つであっても良く、燃料電池セルの形状は円筒等、特に限定されるものではない。
In the above embodiment, the
さらに、上記例では、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68を内側電極としても良い。
Furthermore, in the above example, the example in which the
また、本発明では、図6に示すように、セルスタックの配列方向の両端にセルスタック保持部材121を設け、このセルスタック保持部材121の下端部を燃料ガスマニホールドの側面に螺子等で螺着し、セルスタック保持部材121毎枠体92で取り囲んでも良い。この場合、セルスタック保持部材121と最外側に位置する燃料電池セル62との間には端部側集電部材109を介装し、この端部側集電部材109を介して電流を外部に引き出すことができる。また、セルスタック保持部材121を導電材料から構成することにより、このセルスタック保持部材121を介して電流をひきだすことができる。さらに、この場合には、セルスタック60をセルスタック保持部材121により確実に保持できる。
In the present invention, as shown in FIG. 6, cell
また、図7に示すように、セルスタック保持部材131の下端部をマニホールド58の挿入孔に挿入固定しても良い。この場合には、セルスタック保持部材の固定を図6よりも強化できる。
Further, as shown in FIG. 7, the lower end portion of the cell
さらに、図8に示すように、セルスタック保持部材141の下端部をガスマニホールド58に固定することなく、最外側の燃料電池セル62の側面に当接するだけでも良い。
Further, as shown in FIG. 8, the lower end portion of the cell stack holding member 141 may be merely brought into contact with the side surface of the
尚、図6〜図8では、板状のセルスタック保持部材121,131、141を用いたが、燃料電池セル62へガスを十分に供給するという点から、セルスタック保持部材に貫通孔を形成し、この貫通孔を介してガスを電極に供給するようにしても良い。
6 to 8, the plate-shaped cell
58(58a、68b、58c及び58d):燃料ガスマニホールド
60(60a、60b、60c及び60d):セルスタック
62:燃料電池セル
76:集電部材
92:枠体
92a:枠部
92b:当接部
97:セル支持板
99:セル挿入孔
58 (58a, 68b, 58c and 58d): Fuel gas manifold 60 (60a, 60b, 60c and 60d): Cell stack 62: Fuel cell 76: Current collecting member 92:
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003362490A JP4443184B2 (en) | 2003-10-22 | 2003-10-22 | Fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003362490A JP4443184B2 (en) | 2003-10-22 | 2003-10-22 | Fuel cell |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005129314A true JP2005129314A (en) | 2005-05-19 |
JP4443184B2 JP4443184B2 (en) | 2010-03-31 |
Family
ID=34642137
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003362490A Expired - Fee Related JP4443184B2 (en) | 2003-10-22 | 2003-10-22 | Fuel cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4443184B2 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007157352A (en) * | 2005-11-30 | 2007-06-21 | Kyocera Corp | Fuel cell cell stack and fuel cell |
JP2008084657A (en) * | 2006-09-27 | 2008-04-10 | Kyocera Corp | Fuel cell |
JP2012043808A (en) * | 2011-10-24 | 2012-03-01 | Kyocera Corp | Fuel battery cell stack, and fuel battery |
JP2019050125A (en) * | 2017-09-11 | 2019-03-28 | 日本碍子株式会社 | Cell stack device |
-
2003
- 2003-10-22 JP JP2003362490A patent/JP4443184B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007157352A (en) * | 2005-11-30 | 2007-06-21 | Kyocera Corp | Fuel cell cell stack and fuel cell |
JP2008084657A (en) * | 2006-09-27 | 2008-04-10 | Kyocera Corp | Fuel cell |
JP2012043808A (en) * | 2011-10-24 | 2012-03-01 | Kyocera Corp | Fuel battery cell stack, and fuel battery |
JP2019050125A (en) * | 2017-09-11 | 2019-03-28 | 日本碍子株式会社 | Cell stack device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4443184B2 (en) | 2010-03-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5235291B2 (en) | Fuel cell | |
JP5300172B2 (en) | Fuel cell | |
JP4789451B2 (en) | Fuel cell | |
JP5312419B2 (en) | Fuel cell | |
JP4758074B2 (en) | Fuel cell assembly and fuel cell | |
JP5177945B2 (en) | Fuel cell assembly | |
JP4863600B2 (en) | Fuel cell assembly | |
JP4986390B2 (en) | Fuel cell assembly | |
JP2007157352A (en) | Fuel cell cell stack and fuel cell | |
JP5033324B2 (en) | Fuel cell stack and fuel cell | |
JP4986376B2 (en) | Fuel cell assembly | |
JP5004411B2 (en) | Fuel cell | |
JP5156169B2 (en) | Fuel cell assembly | |
JP4587709B2 (en) | Fuel cell | |
JP5078216B2 (en) | Fuel cell | |
JP4443184B2 (en) | Fuel cell | |
JP4616549B2 (en) | Fuel cell assembly | |
JP4814497B2 (en) | Fuel cell | |
JP5253484B2 (en) | Fuel cell | |
JP5496241B2 (en) | Fuel cell | |
JP4986377B2 (en) | Fuel cell assembly | |
JP4481580B2 (en) | Solid oxide fuel cell assembly | |
JP2005346989A (en) | Current-collecting member, fuel battery cell stack, and fuel battery | |
JP5456121B2 (en) | Fuel cell | |
JP5451808B2 (en) | Fuel cell assembly |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060912 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090821 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090929 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091120 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20091215 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100112 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130122 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140122 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |