JP2007066583A - Fuel battery cell, cell stack, and fuel battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel battery cell capable of sufficiently taking out current from an electrode layer and to provide a cell stack, and a fuel battery. <P>SOLUTION: A high conductivity layer 91 having higher conductivity than an air electrode layer 70 electrically connected to the air electrode layer 70 is installed in a solid electrolyte layer 66 in which the air electrode layer 70 is formed on the outer surface and a fuel electrode layer 66 is formed on the inner surface to form a fuel battery cell, a plurality of fuel battery cells are arranged in prescribed intervals, and an interconnector 72 of a fuel cell 62 on one side and the air electrode layer 70 of an adjoined fuel battery cell 62 on the other side are electrically connected through the high conductivity layer 91 electrically connected to the air electrode layer 70 and a current collecting member 76 between the fuel battery cell 62 on one side and the fuel battery cell 62 on the other side. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体電解質層の内外面にそれぞれ多孔質の電極層を有する柱状の燃料電池セル及びセルスタック並びに燃料電池に関する。   The present invention relates to a columnar fuel cell, a cell stack, and a fuel cell each having a porous electrode layer on the inner and outer surfaces of a solid electrolyte layer.

次世代エネルギーとして、近年、複数の燃料電池セルからなるスタックを収納容器内に収容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 stack of a plurality of fuel battery cells is housed in a container have been proposed as next-generation energy.

図8は従来の中空平板型の固体電解質形燃料電池セルのセルスタックを示すもので、このセルスタックは、複数の燃料電池セル223(223a、223b)を集合させ、一方の燃料電池セル223aと他方の燃料電池セル223bとの間に、金属部材などからなる集電部材225を介在させ、一方の燃料電池セル223aの外側電極(空気極層)228と他方の燃料電池セル223bの内側電極(燃料極層)227とを電気的に接続して構成されていた。   FIG. 8 shows a cell stack of a conventional hollow plate type solid oxide fuel cell. This cell stack aggregates a plurality of fuel cells 223 (223a, 223b), and one fuel cell 223a A current collecting member 225 made of a metal member or the like is interposed between the other fuel battery cell 223b, and the outer electrode (air electrode layer) 228 of one fuel battery cell 223a and the inner electrode of the other fuel battery cell 223b ( The fuel electrode layer) 227 is electrically connected.

燃料電池セル223(223a、223b)は、扁平状の内側電極227の外周面に、固体電解質層229、外側電極228を順次設けて構成されており、固体電解質層229、外側電極228から露出した内側電極227には、外側電極228に接続しないようにインターコネクタ230が設けられている。内側電極227内にはガス流路を構成する複数のガス通過孔232が形成されている。   The fuel cell 223 (223a, 223b) is configured by sequentially providing a solid electrolyte layer 229 and an outer electrode 228 on the outer peripheral surface of the flat inner electrode 227, and is exposed from the solid electrolyte layer 229 and the outer electrode 228. The inner electrode 227 is provided with an interconnector 230 so as not to be connected to the outer electrode 228. In the inner electrode 227, a plurality of gas passage holes 232 constituting a gas flow path are formed.

一方の燃料電池セル223aと他方の燃料電池セル223bとの電気的接続は、他方の燃料電池セル223bの内側電極227を、該内側電極227に設けられたインターコネクタ230、集電部材225を介して、一方の燃料電池セル223aの外側電極228に接続することにより行われていた(例えば特許文献1、2参照)。
特開平1−169878号公報 特開2003−282101号公報
The electrical connection between one fuel cell 223a and the other fuel cell 223b is made by connecting the inner electrode 227 of the other fuel cell 223b via the interconnector 230 and the current collecting member 225 provided on the inner electrode 227. This is done by connecting to the outer electrode 228 of one fuel cell 223a (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
JP-A-1-169878 JP 2003-282101 A

しかしながら、上記従来の燃料電池セルでは、外側電極(空気極層)228は、多孔質の導電性セラミック材料から構成されているため、未だ導電率が低く、この外側電極228に接続される集電部材225による集電特性が低くなるという問題があった。   However, in the conventional fuel cell described above, the outer electrode (air electrode layer) 228 is made of a porous conductive ceramic material, so that the conductivity is still low, and the current collector connected to the outer electrode 228 is low. There was a problem that the current collection characteristic by the member 225 was lowered.

また、燃料電池セルの外側電極228には、集電部材225が接合材料により接合されるが、外側電極228は多孔質であり、外側電極228が固体電解質層229から剥離し易く、もしくは集電部材225が外側電極層228から剥離し易いという問題があった。これにより、集電部材225による集電特性が低くなるという問題があった。   In addition, the current collecting member 225 is joined to the outer electrode 228 of the fuel cell by a joining material. However, the outer electrode 228 is porous and the outer electrode 228 is easily peeled off from the solid electrolyte layer 229 or the current collecting member. There was a problem that the member 225 was easily peeled from the outer electrode layer 228. Thereby, there existed a problem that the current collection characteristic by the current collection member 225 became low.

本発明は、電極層からの電流を十分に引き出すことができる燃料電池セル及びセルスタック並びに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, a cell stack, and a fuel cell that can sufficiently draw current from an electrode layer.

本発明の燃料電池セルは、固体電解質層の内外面にそれぞれ多孔質の電極層を有する柱状の燃料電池セルであって、前記固体電解質層に、前記電極層に電気的に接続し該電極層よりも高い導電率を有する高導電率層を接合して設けたことを特徴とする。   The fuel cell of the present invention is a columnar fuel cell having porous electrode layers on the inner and outer surfaces of the solid electrolyte layer, respectively, and is electrically connected to the electrode layer and connected to the electrode layer. The present invention is characterized in that a high conductivity layer having a higher conductivity is provided by bonding.

このような燃料電池セルでは、例えば、固体電解質層に、酸素極層に接続しかつこの酸素極層よりも高い導電率を有する高導電率層を接合して設けたので、多孔質で導電性セラミックスからなり、導電性が低い酸素極層を用いたとしても、発生した電流が高導電率層を流れ、この高導電率を介して十分に引き出すことができる。   In such a fuel cell, for example, a high conductivity layer connected to the oxygen electrode layer and having a higher conductivity than that of the oxygen electrode layer is joined to the solid electrolyte layer. Even if an oxygen electrode layer made of ceramics and having low conductivity is used, the generated current flows through the high conductivity layer and can be sufficiently extracted through this high conductivity.

本発明では、外側電極に電気的に接続する高導電率層を設ける場合以外に、内側電極に電気的に接続する高導電率層を設ける場合、外側電極、内側電極の両方にそれぞれ電気的に接続する高導電率層を設ける場合も含む。特に、電気抵抗が大きい酸素極層に接続する高導電率層を設けることが望ましいが、燃料極層においても、この燃料極層よりも高い導電率を有する高導電率層を電気的に接続して設けることにより、発生した電流を燃料電池セルから有効に引き出すことができる。   In the present invention, when providing a high conductivity layer that is electrically connected to the inner electrode, in addition to providing a high conductivity layer that is electrically connected to the outer electrode, both the outer electrode and the inner electrode are electrically This includes the case where a high conductivity layer to be connected is provided. In particular, it is desirable to provide a high conductivity layer connected to the oxygen electrode layer having a large electrical resistance. However, also in the fuel electrode layer, a high conductivity layer having a higher conductivity than the fuel electrode layer is electrically connected. The generated current can be effectively extracted from the fuel battery cell.

また、高導電率層が固体電解質層に接合されているため、高導電率層の燃料電池セルからの剥離を防止でき、これにより、酸素極層の固体電解質層からの剥離や、集電部材の剥離を防止できる。   In addition, since the high conductivity layer is joined to the solid electrolyte layer, the high conductivity layer can be prevented from being peeled off from the fuel battery cell, whereby the oxygen electrode layer can be peeled off from the solid electrolyte layer, or the current collecting member. Can be prevented from peeling.

即ち、従来、一方の燃料電池セルの酸素極層と他方の燃料電池セルのインターコネクタとの間に集電部材を介装し、集電部材と酸素極層、インターコネクタが接合材料により接合されていたが、酸素極層自身は酸素を取り込む必要があるため、多孔質であり、酸素極層の強度が十分ではなく、結果的に集電部材と酸素極層、酸素極層と固体電解質層との接合強度が不十分となり、集電部材の剥離等が発生しやすいという問題があった。また、燃料電池セルはその製造工程や発電中に反りや傾斜が発生したり、熱膨張の差による変位が発生する場合があり、この場合に、集電部材の酸素極層への接合強度が不十分であると、集電部材がセルから剥離してしまい、燃料電池の電圧劣化の原因となるという問題があった。   That is, conventionally, a current collecting member is interposed between the oxygen electrode layer of one fuel cell and the interconnector of the other fuel cell, and the current collecting member, the oxygen electrode layer, and the interconnector are joined by a joining material. However, since the oxygen electrode layer itself needs to take in oxygen, it is porous and the strength of the oxygen electrode layer is not sufficient. As a result, the current collector and the oxygen electrode layer, the oxygen electrode layer and the solid electrolyte layer There was a problem that the bonding strength with the electrode became insufficient, and the current collecting member was easily peeled off. In addition, the fuel cell may be warped or tilted during the manufacturing process or power generation, or may be displaced due to a difference in thermal expansion. In this case, the bonding strength of the current collecting member to the oxygen electrode layer is low. If insufficient, there is a problem that the current collecting member is peeled off from the cell and causes voltage degradation of the fuel cell.

さらに、酸素極層は多孔質であり、固体電解質層との接合が十分でないため、例えば、導電性セラミックスからなる酸素極層にAgペーストを塗布して酸素極層の上層部に高導電率層を形成することも考えられるが、この場合においては、固体電解質層とは多孔質の酸素極層が接合されることになり、高導電率層が剥離し易いが、本発明によれば、高導電率層が、空気極層を介在せずに固体電解質層に接合しているため、高導電率層の固体電解質層からの剥離を防止でき、これにより酸素極層の固体電解質からの剥離も防止できる。   Furthermore, since the oxygen electrode layer is porous and is not sufficiently bonded to the solid electrolyte layer, for example, an Ag paste is applied to the oxygen electrode layer made of conductive ceramics, and the high conductivity layer is formed on the upper layer of the oxygen electrode layer. In this case, a porous oxygen electrode layer is joined to the solid electrolyte layer, and the high conductivity layer is easily peeled off. Since the conductivity layer is bonded to the solid electrolyte layer without interposing the air electrode layer, it is possible to prevent the high conductivity layer from peeling off from the solid electrolyte layer, thereby preventing the oxygen electrode layer from peeling off from the solid electrolyte layer. Can be prevented.

このような燃料電池セルを、後述するように、複数所定間隔を置いて配置し、一方の燃料電池セルのインターコネクタと、隣設する他方の燃料電池セルの外側電極とを、該外側電極に電気的に接続した高導電率層、及び前記一方の燃料電池セルと前記他方の燃料電池セル間の集電部材を介して電気的に接続してセルスタックを構成する場合があるが、この場合には、高導電率層が固体電解質層に接合し、この高導電率層に集電部材が接合されることになるため、高導電率層を酸素極層よりも緻密質とすることができ、高導電率層の固体電解質層への接合強度、集電部材への接合強度を高くすることが可能となり、集電部材により、一方の燃料電池セルの酸素極層と他方のインターコネクタとを確実に接合することができる。   As will be described later, a plurality of such fuel cells are arranged at a predetermined interval, and an interconnector of one fuel cell and an outer electrode of the other adjacent fuel cell are connected to the outer electrode. There is a case where a cell stack is configured by electrically connecting via an electrically connected high conductivity layer and a current collecting member between the one fuel cell and the other fuel cell. In this case, the high conductivity layer is bonded to the solid electrolyte layer, and the current collecting member is bonded to the high conductivity layer. Therefore, the high conductivity layer can be made denser than the oxygen electrode layer. It is possible to increase the bonding strength of the high conductivity layer to the solid electrolyte layer and the bonding strength to the current collecting member, and the current collecting member allows the oxygen electrode layer of one fuel cell to be connected to the other interconnector. It can be reliably joined.

また、本発明の燃料電池セルは、中空平板型又は円筒型の燃料電池セルであって、前記固体電解質層の外面に外側電極層を設け、該外側電極層に前記高導電率層が電気的に接続していることを特徴とする。   The fuel cell of the present invention is a hollow plate type or cylindrical type fuel cell, wherein an outer electrode layer is provided on the outer surface of the solid electrolyte layer, and the high conductivity layer is electrically connected to the outer electrode layer. It is characterized by being connected to.

このような燃料電池セルでは、外側電極層に高導電率層を容易に設けることができる。本発明では、外側電極層が酸素極層であり、この酸素極層に高導電率層を電気的接続して設けることが望ましい。   In such a fuel cell, a high conductivity layer can be easily provided on the outer electrode layer. In the present invention, the outer electrode layer is an oxygen electrode layer, and it is desirable that a high conductivity layer is electrically connected to the oxygen electrode layer.

さらに、本発明の燃料電池セルは、中空平板型又は円筒型の燃料電池セルであって、前記固体電解質層の内面に内側電極層を、外面に外側電極層を設け、該外側電極層に前記高導電率層を電気的に接続し、かつ、前記内側電極層に電気的に接続するインターコネクタを設けたことを特徴とする。   Further, the fuel cell of the present invention is a hollow flat plate type or cylindrical type fuel cell, wherein an inner electrode layer is provided on the inner surface of the solid electrolyte layer, an outer electrode layer is provided on the outer surface, and the outer electrode layer is provided with the above-mentioned An interconnector for electrically connecting the high conductivity layer and electrically connecting to the inner electrode layer is provided.

このような燃料電池セルでは、上記したように、セルスタックを構成する場合に、高導電率層が固体電解質層に接合し、この高導電率層に集電部材が接合されることになるため、高導電率層を緻密質とすることができ、高導電率層の固体電解質層への接合強度、集電部材への接合強度を高くすることが可能となり、集電部材により、一方の燃料電池セルの酸素極層と他方のインターコネクタとを確実に接合することができる。   In such a fuel cell, as described above, when configuring a cell stack, the high conductivity layer is joined to the solid electrolyte layer, and the current collecting member is joined to the high conductivity layer. The high conductivity layer can be made dense, and the bonding strength of the high conductivity layer to the solid electrolyte layer and the bonding strength to the current collecting member can be increased. The oxygen electrode layer of the battery cell and the other interconnector can be reliably bonded.

また、本発明の燃料電池セルは、中空平板型又は円筒型の燃料電池セルであって、環状の固体電解質層の全周面に、該固体電解質層を取り囲むように前記外側電極層、前記高導電率層が設けられていることを特徴とする。いわゆるインターコネクタレスタイプの燃料電池セルにも、本発明を適用することができる。   The fuel cell of the present invention is a hollow flat plate type or cylindrical type fuel cell, and the outer electrode layer and the high electrode layer are formed on the entire circumference of the annular solid electrolyte layer so as to surround the solid electrolyte layer. A conductivity layer is provided. The present invention can also be applied to so-called interconnector-less fuel cells.

このようなインターコネクタレスタイプの燃料電池セルでは、柱状の燃料電池セルの端部にて、隣設する燃料電池セル同士を電気的に接続するものであるが、従来、例えば、多孔質の導電性セラミックスからなる酸素極層を発生した電流が流れるため、酸素極層の抵抗が未だ大きいことに起因して、燃料電池セルの一方の端部で発生した電流を他方の端部まで流す際の電気抵抗が大きく、発電性能が低下する傾向にあったが、本発明では、軸長方向に形成された軸長方向高導電率層を設けることにより、燃料電池セルの一方の端部で発生した電流は、高導電率層を介して他方の端部まで効率良く流れ、電気抵抗が小さくなり、発電性能を向上することができる。   In such an interconnector-less fuel cell, the adjacent fuel cells are electrically connected to each other at the end of the columnar fuel cell. When the current generated at one end of the fuel cell flows to the other end due to the fact that the resistance of the oxygen electrode layer is still high, Although the electric resistance was large and the power generation performance tended to decrease, in the present invention, it was generated at one end of the fuel cell by providing the axial length direction high conductivity layer formed in the axial direction. The current efficiently flows to the other end through the high conductivity layer, the electric resistance is reduced, and the power generation performance can be improved.

さらに、本発明の燃料電池セルは、前記高導電率層は、軸長方向に形成された軸長方向高導電率層であることを特徴とする。このような燃料電池セルでは、燃料電池セルの軸長方向端部にて発生した電流を、軸長方向高導電率層により有効に引き出すことができる。   Furthermore, the fuel cell of the present invention is characterized in that the high conductivity layer is an axial length direction high conductivity layer formed in the axial length direction. In such a fuel cell, the current generated at the axial end portion of the fuel cell can be effectively extracted by the high axial conductivity layer.

さらにまた、本発明の燃料電池セルは、前記外側電極層の周方向に、前記軸長方向高導電率層に接続された周方向高導電率層が形成されていることを特徴とする。このような燃料電池セルでは、燃料電池セルの周方向で発生した電流を、周方向高導電率層、軸長方向高導電率層を介して効果的に引き出すことができる。   Furthermore, the fuel cell of the present invention is characterized in that a circumferential high conductivity layer connected to the axial length high conductivity layer is formed in the circumferential direction of the outer electrode layer. In such a fuel cell, the current generated in the circumferential direction of the fuel cell can be effectively drawn out through the circumferential high conductivity layer and the axial length high conductivity layer.

本発明のセルスタックは、上記燃料電池セルを複数所定間隔を置いて配置し、一方の燃料電池セルのインターコネクタと、隣設する他方の燃料電池セルの外側電極とを、該外側電極に電気的に接続した高導電率層、及び前記一方の燃料電池セルと前記他方の燃料電池セル間の集電部材を介して電気的に接続してなることを特徴とする。このようなセルスタックでは、上記したように、高導電率層の固体電解質層への接合強度、集電部材への接合強度を高くすることが可能となり、集電部材により、一方の燃料電池セルの酸素極層と他方のインターコネクタとを確実に接合することができる。   In the cell stack of the present invention, a plurality of the fuel cells are arranged at a predetermined interval, and an interconnector of one fuel cell and an outer electrode of the other adjacent fuel cell are electrically connected to the outer electrode. The electrically connected high conductivity layers and the current collecting member between the one fuel cell and the other fuel cell are electrically connected. In such a cell stack, as described above, it becomes possible to increase the bonding strength of the high conductivity layer to the solid electrolyte layer and the bonding strength to the current collecting member. The oxygen electrode layer and the other interconnector can be reliably bonded.

また、本発明のセルスタックは、上記燃料電池セルを複数所定間隔を置いて配置し、一方の燃料電池セルの内側電極と、隣設する他方の燃料電池セルの外側電極を、該外側電極に接続された高導電率層、及び前記一方の燃料電池セルと前記他方の燃料電池セル間の集電部材を介して、前記燃料電池セルの端部にて電気的に接続してなることを特徴とする。このようなセルスタックでは、上記したように、軸長方向に形成された軸長方向高導電率層を設けることにより、燃料電池セルの一方の端部で発生した電流は、高導電率層を介して他方の端部まで流れ、一方の燃料電池セルと他方の燃料電池セル間の集電部材を介して電気的に接続するため、燃料電池セル間の電気抵抗が小さくなり、発電性能を向上することができる。   In the cell stack of the present invention, a plurality of the fuel cells are arranged at a predetermined interval, and the inner electrode of one fuel cell and the outer electrode of the other adjacent fuel cell are connected to the outer electrode. It is electrically connected at an end portion of the fuel cell through a connected high conductivity layer and a current collecting member between the one fuel cell and the other fuel cell. And In such a cell stack, as described above, by providing an axial length direction high conductivity layer formed in the axial length direction, a current generated at one end of the fuel cell is allowed to flow through the high conductivity layer. To the other end and electrically connected via the current collecting member between one fuel cell and the other fuel cell, reducing the electrical resistance between the fuel cells and improving the power generation performance can do.

本発明の燃料電池は、収納容器内に上記セルスタックを収納してなることを特徴とする。このような燃料電池では、セルスタックにおける電気抵抗が小さいため、発電性能を向上できる。   The fuel cell of the present invention is characterized in that the cell stack is housed in a housing container. In such a fuel cell, since the electric resistance in the cell stack is small, the power generation performance can be improved.

本発明の燃料電池セルでは、固体電解質層に、電極層に接続しかつこの電極層よりも高い導電率を有する高導電率層を接合して設けたので、発生した電流が高導電率層を流れ、この高導電率層を介して引き出すことができ、電極層からの電流を十分に引き出すことができる。   In the fuel cell according to the present invention, the solid electrolyte layer is provided with the high conductivity layer connected to the electrode layer and having a higher conductivity than the electrode layer. The current can be drawn out through this high conductivity layer, and the current from the electrode layer can be drawn out sufficiently.

以下、本発明の燃料電池を、図1〜4を用いて説明する。図1は燃料電池の断面図、図2は燃料電池の上方平面図、図3は燃料電池内に収容される発電ユニット集合体を示す斜面図、図4はセルスタックの横断面図である。   Hereinafter, the fuel cell of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a cross-sectional view of the fuel cell, FIG. 2 is a top plan view of the fuel cell, FIG. 3 is a perspective view showing a power generation unit assembly housed in the fuel cell, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the cell stack.

本発明の燃料電池は略直方体形状のハウジング(収納容器)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9、前断熱壁10及び後断熱壁11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。   The fuel cell of the present invention includes a substantially rectangular parallelepiped housing (storage container) 2. The six wall surfaces of the housing 2 are heat insulating walls formed of an appropriate heat insulating material, 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 9, a front heat insulating wall 10, and a rear heat insulating wall. 11 is disposed. A power generation / combustion chamber 12 is defined in the housing 2.

前断熱壁10及び/又は後断熱壁11は着脱自在或いは開閉自在に装着されており、前断熱壁10及び/又は後断熱壁11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 10 and / or the rear heat insulation wall 11 is detachably or removably attached, and the front heat insulation wall 10 and / or the rear heat insulation wall 11 is detached or opened to access the power generation / combustion chamber 12. be able to. 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.

ハウジング2内の上端部には空気室(ガス室)16が配設されている。空気室16は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。空気室16には、発電・燃焼室に向かって空気(酸素含有ガス)を送り込むための空気導入管(ガス供給手段)22が連通している。空気導入管22は複数本あり、その形状は円筒や中空板構造などが考えられる。空気導入管22は後述するセルスタック間に配置されており、セルの下端部において開口し、この開口部から空気が噴出する構造となっている。空気導入管22はセラミックスなどの耐熱性の高い材料で作製するのが好適である。   An air chamber (gas chamber) 16 is disposed at the upper end of the housing 2. The air chamber 16 is defined in a rectangular parallelepiped case 17 having a relatively small vertical dimension. The air chamber 16 communicates with an air introduction pipe (gas supply means) 22 for sending air (oxygen-containing gas) toward the power generation / combustion chamber. There are a plurality of air introduction pipes 22 and the shape thereof may be a cylinder or a hollow plate structure. The air introduction pipe 22 is disposed between the cell stacks described later, and has an opening at the lower end portion of the cell, and air is ejected from the opening portion. The air introduction tube 22 is preferably made of a material having high heat resistance such as ceramics.

また、空気室16には、低温ガス供給管18からなる低温ガス供給手段が設けられており、この低温ガス供給管18は、上断熱壁4を貫通し、外部に延設されている。   The air chamber 16 is provided with a low-temperature gas supply means including a low-temperature gas supply pipe 18. The low-temperature gas supply pipe 18 penetrates the upper heat insulating wall 4 and extends to the outside.

この低温ガス供給管18は、空気室16内に供給されるガスと同一種、即ち、低温の空気を空気室16内に供給するものであり、低温ガス供給管18により供給される空気は、予熱された空気の温度よりも低温である必要がある。特には、室温程度が望ましい。   The low-temperature gas supply pipe 18 supplies the same type of gas as that supplied into the air chamber 16, that is, low-temperature air, into the air chamber 16. The air supplied through the low-temperature gas supply pipe 18 is It must be cooler than the temperature of the preheated air. In particular, about room temperature is desirable.

低温ガス供給管18は、図2に示すように、発電ユニット56a、56b、56c及び56d、即ち、燃料電池セル集合体の中央部を冷却するような空気室16の位置に接続されている。   As shown in FIG. 2, the low temperature gas supply pipe 18 is connected to a position of the air chamber 16 that cools the power generation units 56a, 56b, 56c, and 56d, that is, the central portion of the fuel cell assembly.

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9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 housing 2, more specifically, inside the right heat insulating wall 8 and inside the left heat insulating wall 9. 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3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。なお、所望ならばジグザグ形態の流路以外の形態でも良い。   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. Three 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. If desired, a form other than the zigzag flow path may be used.

同様に、流入路32内にも上下方向に間隔をおいて3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。なお、所望ならばジグザグ形態の流路以外の形態でも良い。   Similarly, the three 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. If desired, a form other than the zigzag flow path may be used.

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の各々と発電・燃焼室12との間には断熱部材44が配設されているが、かかる断熱部材44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の上方に残留せしめられている空間を通して発電・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, a heat insulating member 44 is disposed between each of the heat exchangers 24 and the power generation / combustion chamber 12, and the upper end of the heat insulating member 44 is substantially the same as the lower edge of the discharge opening 42. The discharge opening 42 is communicated with the power generation / combustion chamber 12 through a space remaining above the heat insulating member 44.

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を介して空気室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 air 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.

上述した発電・燃焼室の下部には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、上述した空気導入管22間に位置せしめられている。図1、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58aを具備している。   Four power generation units 56a, 56b, 56c and 56d are arranged in the lower part of the above-described power generation / combustion chamber. The power generation units 56a, 56b, 56c, and 56d are respectively positioned between the air introduction pipes 22 described above. 3 together with FIGS. 1 and 2, the power generation unit 56a includes a rectangular parallelepiped fuel gas case 58a extending in the front-rear direction (direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1).

燃料ガス室を規定している燃料ガスケース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板状でかつ柱状の直立セル62を燃料ガスケース58aの長手方向(即ち図1では紙面に垂直な方向)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 case 58a that defines the fuel gas chamber. The cell stack 60a is configured by arranging a plurality of plate-like and column-like upright cells 62 extending vertically in the vertical direction in the longitudinal direction of the fuel gas case 58a (that is, the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1).

セル62は、図4に示すように、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を具備して構成されている。   As shown in FIG. 4, the cell 62 includes an electrode support substrate 64, a fuel electrode layer 66 that is an inner electrode layer, a solid electrolyte layer 68, an oxygen electrode layer 70 that is an outer electrode layer, and an interconnector 72. Has been.

電極支持基板64は細長く延びる柱状(薄板柱状片)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にはこれを軸長方向に貫通する複数個(図示の場合は6個)の燃料ガス通路74が形成されている。電極支持基板64の各々は燃料ガスケース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る。   The electrode support substrate 64 has an elongated columnar shape (thin plate columnar piece), and has both flat surfaces and semicircular side surfaces. The electrode support substrate 64 is formed with a plurality (six in the illustrated example) of fuel gas passages 74 penetrating the electrode support substrate 64 in the axial direction. Each of the electrode support substrates 64 is bonded to the upper wall of the fuel gas case 58a by, for example, a ceramic adhesive having excellent heat resistance.

燃料ガスケース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、電極支持基板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に連通せしめられる。   On the upper wall of the fuel gas case 58a, a plurality of slits (not shown) extending in the left-right direction are formed at intervals in a direction perpendicular to the paper surface in FIG. A fuel gas passage 74 is communicated with the fuel gas chamber according to each of the slits.

インターコネクタ72は電極支持基板64の片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 interconnector 72 is disposed on one side of the electrode support substrate 64. The fuel electrode layer 66 is disposed on the other surface and both side surfaces of the electrode support substrate 64, and both ends thereof are joined to both ends of the interconnector 72. The solid electrolyte layer 68 is disposed so as to cover the entire fuel electrode layer 66, and both ends thereof are joined to both ends of the interconnector 72. The oxygen electrode layer 70 is disposed on the main part of the solid electrolyte layer 68, that is, on the portion covering the other surface of the electrode support substrate 64, and is positioned to face the interconnector 72 with the electrode support substrate plate 64 interposed therebetween. Yes.

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集電部材76が配設され、セルスタック60aの両端に位置する集電部材76には導電部材が接続され、かかる導電部材により、セルスタック60a、60b、60c及び60dは相互に直列接続されている。   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 electrode layer 70 of the other cell 62. Current collecting members 76 are disposed at both ends of the cell stack 60a, that is, one side and the other side of the cell 62 located at the upper end and the lower end in FIG. 4, and the current collecting members 76 located at both ends of the cell stack 60a are electrically conductive members. The cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d are connected in series with each other by the conductive member.

セル62について更に詳述すると、図5に示すように、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。   The cell 62 will be described in more detail. As shown in FIG. 5, the electrode support substrate 64 is gas permeable to allow the fuel gas to permeate to the fuel electrode layer 66, and also collects current via the interconnector 72. Therefore, it is required to be conductive, and it can be formed from a porous conductive ceramic (or cermet) that satisfies such a requirement.

燃料極層66及び/又は固体電解質層68との同時焼成によりセル62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440S/cm以上であるのが好ましい。   In order to manufacture the cell 62 by co-firing with the fuel electrode layer 66 and / or the solid electrolyte layer 68, it is preferable to form the electrode support substrate 64 from the iron group metal component and the specific rare earth oxide. In order to provide the required gas permeability, it is preferred 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 S / cm or more. Is preferred.

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 electrode layer 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、燃料ガスと空気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 layer 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 fuel gas and air. In general, it is formed from ZrO 2 in which 3 to 15 mol% of a rare earth element is dissolved.

酸素極層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30〜50%の範囲にあることが好ましい。 The oxygen electrode layer 70 can be formed of a conductive ceramic made of a so-called ABO 3 type perovskite oxide. The oxygen electrode layer 70 needs to have gas permeability, and the open porosity is preferably 20% or more, particularly preferably in the range of 30 to 50%.

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。インターコネクタ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の外側を流動する空気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 a reduction resistance and an oxidation resistance in order to come into contact with a fuel gas and air that may be hydrogen gas. A perovskite oxide (LaCrO 3 oxide) is preferably used. The interconnector 72 must be dense in order to prevent leakage of fuel gas passing through the fuel gas passage 74 formed in the electrode support substrate 64 and air flowing outside the electrode support substrate 64, and is 93% or more. In particular, it is desired to have a relative density of 95% or more.

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できる。   The current collecting member 76 can be constituted by a member having an appropriate shape formed from 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.

そして、本発明の燃料電池セルは、固体電解質層68に、酸素極層70に電気的に接続しこの酸素極層70よりも高い導電率を有する軸長方向高導電率層91が接合して設けられている。即ち、酸素極層70は、図6(a)に示すように、支持基板64の一方側主面に、セル幅方向に所定間隔をおいて、長さ方向(軸長方向)延設された2本の酸素極層70aから構成されており、その間の固体電解質層68には、図6(b)に示すように、軸長方向高導電率層91が接合して形成され、2本の酸素極層70aの内側部分と軸長方向高導電率層91の外側部分は接続され、電気的に導通している。   In the fuel cell of the present invention, the solid electrolyte layer 68 is electrically connected to the oxygen electrode layer 70, and the axial length direction high conductivity layer 91 having a higher conductivity than the oxygen electrode layer 70 is joined. Is provided. That is, as shown in FIG. 6A, the oxygen electrode layer 70 is extended on the one main surface of the support substrate 64 in the length direction (axial length direction) at a predetermined interval in the cell width direction. As shown in FIG. 6B, the axially high conductivity layer 91 is joined to the solid electrolyte layer 68 between the two oxygen electrode layers 70a. The inner part of the oxygen electrode layer 70a and the outer part of the axial-direction high conductivity layer 91 are connected and are electrically connected.

このような軸長方向高導電率層91により、軸長方向高導電率層91の両側に形成された酸素極層70aで発生した電流が、中央の軸長方向高導電率層91に流れ込み、この軸長方向高導電率層91を介して、有効に引き出すことができる。また、軸長方向高導電率層91は固体電解質層68に十分な強度できる、例えば、材料、緻密度等を選択できるため、この軸長方向高導電率層91に接合された酸素極層70aの固体電解質層68からの剥離を防止できる。   By such an axial length direction high conductivity layer 91, the current generated in the oxygen electrode layer 70a formed on both sides of the axial length direction high conductivity layer 91 flows into the central axial length direction high conductivity layer 91, This axial length direction high conductivity layer 91 can be effectively extracted. Further, since the axial length direction high conductivity layer 91 can have sufficient strength for the solid electrolyte layer 68, for example, the material, the density, etc. can be selected, the oxygen electrode layer 70a joined to the axis length direction high conductivity layer 91 can be selected. The peeling from the solid electrolyte layer 68 can be prevented.

尚、図6(c)に示すように、酸素極層70の両側に軸長方向高導電率層91を設けてもよい。この場合には、軸長方向高導電率層91からの電流の引き出しをさらに良好に行うことができるとともに、酸素極層70の固体電解質層68からの剥離をさらに防止できる。   In addition, as shown in FIG. 6C, the axial length direction high conductivity layer 91 may be provided on both sides of the oxygen electrode layer 70. In this case, current can be drawn from the axial length direction high conductivity layer 91 more satisfactorily, and peeling of the oxygen electrode layer 70 from the solid electrolyte layer 68 can be further prevented.

また、図6(d)に示すように、複数の周方向高導電率層93が、軸長方向高導電率層91の両側から燃料電池セルの周方向に延設されている。周方向高導電率層93も、固体電解質層68に接合しているものであり、その周囲は酸素極層70と電気的に接続している。周方向高導電率層93は、酸素極層70に、例えば、Agペーストを塗布し、酸素極上に形成することもできるが、軸長方向高導電率層91と同様、固体電解質層68に接合して設けることにより、周方向高導電率層93の接合強度を高め、酸素極層70の固体電解質層68からの剥離をさらに防止できる。   Further, as shown in FIG. 6D, a plurality of circumferential high conductivity layers 93 are extended from both sides of the axial length high conductivity layer 91 in the circumferential direction of the fuel cell. The circumferential high conductivity layer 93 is also bonded to the solid electrolyte layer 68, and its periphery is electrically connected to the oxygen electrode layer 70. The circumferential high conductivity layer 93 can be formed on the oxygen electrode layer 70 by, for example, applying an Ag paste to the oxygen electrode layer. Accordingly, the bonding strength of the circumferential high conductivity layer 93 can be increased, and the peeling of the oxygen electrode layer 70 from the solid electrolyte layer 68 can be further prevented.

このような燃料電池セルでは、燃料電池セルの周方向で発生した電流を、周方向高導電率層93、軸長方向高導電率層91を介して効果的に引き出すことができる。特に、支持基板64の一方側主面に形成されている酸素極層70が、他方側主面まで延設されている場合には、他方側主面の酸素極層70から軸長方向高導電率層91までの距離が長いため、周方向高導電率層93を向けることにより効果的に集電することができる。   In such a fuel cell, the current generated in the circumferential direction of the fuel cell can be effectively drawn out through the circumferential high conductivity layer 93 and the axial length high conductivity layer 91. In particular, when the oxygen electrode layer 70 formed on one main surface of the support substrate 64 extends to the other main surface, it is highly conductive in the axial direction from the oxygen electrode layer 70 on the other main surface. Since the distance to the rate layer 91 is long, current can be collected effectively by directing the circumferential high conductivity layer 93.

高伝導率層91、93は、酸素極層70、70aよりも高い導電率を有するもので、貴金属材料、例えばAg、又はAgと酸素極材料の混合材料、若しくは、酸素極層70を構成する材料と同一成分からなり、酸素極層よりも緻密度の高い導電性セラミックから構成することができる。具体的には、高伝導率層91は、例えば、Agと酸素極材料を1:9から5:5の重量比で混合した材料を用いることができる。   The high conductivity layers 91 and 93 have higher conductivity than the oxygen electrode layers 70 and 70 a, and constitute a noble metal material, for example, Ag, a mixed material of Ag and oxygen electrode material, or the oxygen electrode layer 70. It can be composed of a conductive ceramic made of the same component as the material and having a higher density than the oxygen electrode layer. Specifically, for the high conductivity layer 91, for example, a material in which Ag and an oxygen electrode material are mixed at a weight ratio of 1: 9 to 5: 5 can be used.

酸素極層70よりも軸長方向高導電率層91、周方向高導電率層93が高導電率であるか否かについては、燃料電池セルの酸素極層70に、抵抗測定器の両端子を所定距離をおいて当接して所定間隔における酸素極層70の抵抗を測定し、一方、高導電率層91,93にも、同様にして抵抗測定器の両端子を所定距離をおいて当接して所定間隔における高導電率層91,93の抵抗を測定し、これらの抵抗を比較することにより、導電率の比較を行うことができる。   As to whether or not the axial direction high conductivity layer 91 and the circumferential direction high conductivity layer 93 have higher conductivity than the oxygen electrode layer 70, both terminals of the resistance measuring device are connected to the oxygen electrode layer 70 of the fuel cell. Are contacted at a predetermined distance to measure the resistance of the oxygen electrode layer 70 at a predetermined interval, while the high conductivity layers 91 and 93 are similarly applied to both terminals of the resistance measuring device at a predetermined distance. By comparing the resistances of the high conductivity layers 91 and 93 in contact with each other at a predetermined interval and comparing these resistances, the conductivity can be compared.

本発明のセルスタックは、図4(a)に示すように、上記した本発明の燃料電池セル62を複数所定間隔を置いて配置し、一方の燃料電池セルのインターコネクタ72と、隣設する他方の燃料電池セル62の酸素極層70を、軸長方向高導電率層91、及び一方の燃料電池セルと他方の燃料電池セル間の集電部材76を介して電気的に接続して構成されている。即ち、断面矩形状の棒状集電部材76を、軸長方向高導電率層91とインターコネクタ72との間に介装し、これを導電性ペーストにより接合することにより構成されている。尚、一方のセルの周方向高導電率層93と、他方のセルのインターコネクタ72とを集電部材76で接合することもできる。   In the cell stack of the present invention, as shown in FIG. 4A, a plurality of the above-described fuel cells 62 of the present invention are arranged at predetermined intervals, and are adjacent to the interconnector 72 of one fuel cell. The oxygen electrode layer 70 of the other fuel battery cell 62 is configured to be electrically connected through the axial length direction high conductivity layer 91 and the current collecting member 76 between one fuel battery cell and the other fuel battery cell. Has been. That is, the rod-shaped current collecting member 76 having a rectangular cross section is interposed between the axial direction high conductivity layer 91 and the interconnector 72, and this is joined by a conductive paste. In addition, the circumferential high electrical conductivity layer 93 of one cell and the interconnector 72 of the other cell can be joined by the current collecting member 76.

この図4(a)では、集電部材76を、Ag等を含有する導電性ペーストを用いて軸長方向高導電率層91及びインターコネクタ72に接合する場合を示すもので、接合は、例えばAgペーストを軸長方向高導電率層91、インターコネクタ72の表面に塗布し、このAgペーストが塗布された部分に集電部材76が押圧固定されるように介装し、この状態で熱処理することにより、集電部材76を軸長方向高導電率層91、72に接合することができる。尚、図4(b)に示すように、金属又は合金等の導電性板からなる集電部材76を用い、この集電部材76を、インターコネクタ72、軸長方向高導電率層91に接合しても良い。   FIG. 4A shows a case where the current collecting member 76 is joined to the axial direction high conductivity layer 91 and the interconnector 72 using a conductive paste containing Ag or the like. The Ag paste is applied to the surface of the high-conductivity layer 91 in the axial length direction and the interconnector 72, and the current collecting member 76 is interposed and pressed in the portion where the Ag paste is applied, and heat treatment is performed in this state. Thus, the current collecting member 76 can be bonded to the axial direction high conductivity layers 91 and 72. As shown in FIG. 4B, a current collecting member 76 made of a conductive plate such as a metal or an alloy is used, and this current collecting member 76 is joined to the interconnector 72 and the high-conductivity layer 91 in the axial direction. You may do it.

さらに、支持基板64の主面に軸長方向高導電率層91を設けたが、発電性能が低い支持基板64の半円形状の曲面部に軸長方向高導電率層を設けることができる。この場合には、支持基板64の主面の面積を狭めることがないため、発電性能の高い部分の酸素極層の面積を最大限に確保することができ、発電性能を向上することができる。   Furthermore, although the axial length direction high conductivity layer 91 is provided on the main surface of the support substrate 64, the axial length direction high conductivity layer can be provided on the semicircular curved surface portion of the support substrate 64 having low power generation performance. In this case, since the area of the main surface of the support substrate 64 is not reduced, the area of the oxygen electrode layer in the portion with high power generation performance can be ensured to the maximum, and the power generation performance can be improved.

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 FIG. 3, the power generation unit 56 a also includes a reforming case 78 a that is preferably a rectangular shape (or a cylindrical shape) that is elongated in the front-rear direction above the cell stack 60 a. ing. One end, that is, the upper end of the fuel gas supply pipe 80a is connected to the front surface 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は改質ケースから下方に延び、ハウジング2の下を通ってハウジング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 82 a extends downward from the reforming case, and extends under the housing 2 and out of the housing 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を介して燃料ガスケース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に一点鎖線で図示する如く、例えば上記被改質ガス供給管82aの下面と燃料ガスケース58aの後端部下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 case 58a via the fuel gas supply pipe 80a, and is thereby held in a required position. As shown in the figure, for example, an appropriate support member 84a can be provided between the lower surface of the reformed gas supply pipe 82a and the lower surface or rear surface of the rear end portion of the fuel gas case 58a.

図3において説明すると、発電ユニット56cは上述した発電ユニット56aと実質上同一であり、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が改質ケースから下方に延び、ハウジング2の下を通ってハウジング2外に延出している。   Referring to FIG. 3, the power generation unit 56c is substantially the same as the power generation unit 56a described above, and the power generation units 56b and 56d are disposed in the front-rear direction opposite to the power generation units 56a and 56c. Fuel gas supply pipes (not shown) connecting the quality cases 78b and 78d and the fuel gas cases 58b and 58d are arranged on the rear side, and the reformed gas supply pipes 82b and 82d are located downward from the reforming case. It extends under the housing 2 and extends out of the housing 2.

上述したとおりの燃料電池組立体においては、被改質ガスが被改質ガス供給管82a、82b、82c、82d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80a、80b、80c、80dを通して燃料ガスケース58a、58b、58c及び58d内に規定されている燃料ガス室に供給され、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 assembly as described above, the gas to be reformed is supplied to the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d via the gas to be reformed supply pipes 82a, 82b, 82c and 82d, and the reforming case 78a. , 78b, 78c and 78d, the fuel defined in the fuel gas cases 58a, 58b, 58c and 58d through the fuel gas supply pipes 80a, 80b, 80c and 80d after being reformed into hydrogen-rich fuel gas. It is supplied to the gas chamber and then supplied to the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d.

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、
1/2O+2e→O2−(固体電解質)
の電極反応が生成され、燃料極において、
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, at the oxygen 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空気は、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空気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。   Fuel gas and air that have flown upward from the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d without being used for power generation are ignited by an ignition means (not shown) disposed in the power generation / combustion chamber 12 at the time of startup. It is ignited and burned. As is well known, the power generation / combustion chamber 12 has a high temperature of, 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 air. 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における流入路を空気が流動し、燃焼ガスと空気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, air flows through the inflow path in the double cylinder 50, and heat exchange is performed between the combustion gas and air.

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、空気が熱交換器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空気との間で効果的に熱交換されて空気が予熱される。   Further, when the combustion gas is caused to flow in the exhaust passage 30 of the heat exchanger 24 in a zigzag manner, the air 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 air to preheat the air.

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10或いは後壁11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 cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d deteriorates by performing power generation over a long period of time, the front wall 10 or the rear wall 11 of the housing 2 is detached or opened, and the power generation unit Part or all of 56a, 56b, 56c and 56d is taken out from the housing 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 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 housing 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 removed from the housing 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 reforming cases. Only the reforming catalyst in 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.

一方、空気は二重筒体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、熱交換器24を通過して予熱(加熱)された空気は、空気室16に一旦貯留され、空気導入管22を通って燃焼・発電室12のセルスタック間に供給される。この際、空気導入管22はセルスタック60の燃料電池セル62の上端の燃料ガス通路74近傍で燃焼する燃焼ガス雰囲気中を通過する。従って、空気室16の予熱空気はセルスタック60a、60b、60c及び60d上部の燃焼領域でさらに加熱され、高温に暖められた空気がセルに供給される。   On the other hand, 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 is preheated (heated) through the heat exchanger 24. Is temporarily stored in the air chamber 16 and supplied between the cell stacks of the combustion / power generation chamber 12 through the air introduction pipe 22. At this time, the air introduction pipe 22 passes through the combustion gas atmosphere that burns in the vicinity of the fuel gas passage 74 at the upper end of the fuel cell 62 of the cell stack 60. Accordingly, the preheated air in the air chamber 16 is further heated in the combustion region above the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d, and the air heated to a high temperature is supplied to the cells.

通常運転時は前記熱交換器24で予熱された空気が空気室16に導入され、この空気室16から空気導入管22を用いて燃焼・発電室12へ空気が導入されるが、発電室の温度が想定以上に上昇した場合は、前記熱交換器24を通らない低温ガス供給管18を通ってきた低温の空気が空気室16に導入され、熱交換器24を通過して予熱された空気と混合されて、空気室16の空気温度がある程度低下する。この空気を発電室12、即ち、セルスタック間に供給することにより、通常運転時より温度の低い空気がセルスタック間に導入されるので、発電室12、即ち燃料電池セルの過度に上昇した温度が低下されるので、発電室内の温度を適宜にコントロールできる良好な燃料電池組立体が提供される。   During normal operation, air preheated by the heat exchanger 24 is introduced into the air chamber 16, and air is introduced from the air chamber 16 into the combustion / power generation chamber 12 using the air introduction pipe 22. When the temperature rises more than expected, the low-temperature air that has passed through the low-temperature gas supply pipe 18 that does not pass through the heat exchanger 24 is introduced into the air chamber 16 and preheated through the heat exchanger 24. And the air temperature of the air chamber 16 is reduced to some extent. By supplying this air between the power generation chambers 12, that is, between the cell stacks, air having a lower temperature than that during normal operation is introduced between the cell stacks. Therefore, a good fuel cell assembly that can appropriately control the temperature in the power generation chamber is provided.

また、空気室16内の空気温度は、低温ガス供給管18から供給された外気と、熱交換器24を通過して予熱された空気と混合されるため、室温ほど低温の空気ではないので、熱い燃料電池セル60に供給しても、燃料電池セル60のクラックや熱衝撃破壊を引き起こすなどの不具合を避けることが出来るので、燃料電池発電システム全体の機能劣化が抑えられ寿命が延ばすことができる。   Moreover, since the air temperature in the air chamber 16 is mixed with the outside air supplied from the low temperature gas supply pipe 18 and the air preheated through the heat exchanger 24, the air temperature is not as low as room temperature. Even if the fuel cell 60 is supplied to the hot fuel cell 60, it is possible to avoid problems such as cracks and thermal shock destruction of the fuel cell 60, so that the function deterioration of the entire fuel cell power generation system can be suppressed and the life can be extended. .

図7は、本発明の他のインターコネクタレスタイプの燃料電池セルを示すもので、このセルは、図7(a)(b)に示すように、中空平板型の燃料電池セルであって、環状の固体電解質層168の全周面に、この固体電解質層168を取り囲むように酸素極層170が形成され、この酸素極層170に接続するように軸長方向高導電率層191が設けられている。即ち、固体電解質層168の外周面には、軸長方向高導電率層191が形成された部分を除き、酸素極層170が形成されており、軸長方向高導電率層191が形成された部分を除き、発電することになる。   FIG. 7 shows another interconnector-less type fuel cell according to the present invention, and this cell is a hollow plate type fuel cell as shown in FIGS. An oxygen electrode layer 170 is formed on the entire circumferential surface of the annular solid electrolyte layer 168 so as to surround the solid electrolyte layer 168, and an axial length direction high conductivity layer 191 is provided so as to be connected to the oxygen electrode layer 170. ing. That is, the oxygen electrode layer 170 is formed on the outer peripheral surface of the solid electrolyte layer 168 except for the portion where the axial length direction high conductivity layer 191 is formed, and the axial length direction high conductivity layer 191 is formed. Except for the part, it will generate electricity.

このような燃料電池セルでは、上端部で発生した電流は、軸長方向高導電率層191を介して下端部まで流れ、従来のように多孔質の導電性セラミックからなる酸素極層を介して、下端部まで電流が流れることがないため、電気抵抗が小さくなり、発電性能を向上することができる。   In such a fuel cell, the current generated at the upper end flows to the lower end via the axial direction high conductivity layer 191 and passes through the oxygen electrode layer made of a porous conductive ceramic as in the prior art. Since no current flows to the lower end, the electric resistance is reduced, and the power generation performance can be improved.

尚、図7に示す燃料電池セルでは、全周面で発電するため、一方側の主面にのみ軸長方向高導電率層191が形成されていると、他方側の主面で発電した電流が、酸素極層170を通って一方側の主面の軸長方向高導電率層191まで流れる必要があるため、図4(d)に示すような、複数の周方向高導電率層93を、軸長方向高導電率層191に接続して設けることにより、他方側の主面で発電した電流を周方向高導電率層93を介して一方主面の軸長方向高導電率層191まで流すことでき、電気抵抗を小さくして発電性能を向上することができる。   In the fuel cell shown in FIG. 7, since power is generated on the entire circumferential surface, if the axial length direction high conductivity layer 191 is formed only on one main surface, the current generated on the other main surface is generated. However, since it is necessary to flow through the oxygen electrode layer 170 to the high-conductivity layer 191 in the axial direction of the main surface on one side, a plurality of peripheral high-conductivity layers 93 as shown in FIG. By connecting to the axial direction high conductivity layer 191, current generated on the other main surface is passed through the circumferential high conductivity layer 93 to the axial length direction high conductivity layer 191. The electric power can be reduced and the electric resistance can be reduced to improve the power generation performance.

さらに、図7に示す燃料電池セルでは、一方側の主面にのみ軸長方向高導電率層191を形成した例について説明したが、他方側主面にも同様に軸長方向高導電率層191を設けることにより、他方側主面で発生した電流を他方側主面の軸長方向高導電率層を介して流すことができ、電気抵抗を小さくして、発電性能を向上することができる。   Further, in the fuel cell shown in FIG. 7, the example in which the axial length direction high conductivity layer 191 is formed only on one main surface has been described, but the axial length direction high conductivity layer is similarly formed on the other side main surface. By providing 191, the current generated on the other main surface can be passed through the high conductivity layer in the axial direction of the other main surface, and the electric resistance can be reduced and the power generation performance can be improved. .

図7(c)に、上記インターコネクタレスタイプの燃料電池セルを用いたセルスタックを示す。このセルスタックは、図3の燃料ガスケース58a〜58dの上蓋121に形成された貫通孔内に燃料電池セルがそれぞれ挿入固定されている。そして、一方の燃料電池セルの燃料極支持体164と、隣設する他方の燃料電池セルの酸素極層170を、酸素極層170に接続された軸長方向高導電率層191、及び一方の燃料電池セルと他方の燃料電池セル間の集電部材123を介して、燃料電池セルの下端部にて電気的に接続して構成されている。   FIG. 7C shows a cell stack using the interconnector-less fuel cell. In this cell stack, fuel cells are inserted and fixed in through holes formed in the upper lid 121 of the fuel gas cases 58a to 58d in FIG. Then, the fuel electrode support 164 of one fuel cell and the oxygen electrode layer 170 of the other fuel cell adjacent to each other are connected to the oxygen electrode layer 170 in the axial length direction high conductivity layer 191, It is configured to be electrically connected at the lower end of the fuel cell via a current collecting member 123 between the fuel cell and the other fuel cell.

即ち、燃料電池セルは上蓋121の貫通孔に挿入固体されており、一方のセルの軸長方向高導電率層191には、上蓋121に例えばAgペーストを塗布して形成された集電部材123が接続され、この集電部材123は、他方のセルの固体電解質層168の一部が除去され、その除去された部分を介して他方の燃料電池セルの燃料極層166、支持体164に電気的に接続されている。   That is, the fuel cell is inserted into the through hole of the upper lid 121 and solidified, and the current collecting member 123 formed by applying, for example, Ag paste to the upper lid 121 in the axially long high conductivity layer 191 of one cell. The current collecting member 123 is electrically connected to the fuel electrode layer 166 and the support 164 of the other fuel cell through the removed part of the solid electrolyte layer 168 of the other cell. Connected.

そして、上蓋121及び集電部材123はガラス層125により被覆され、保護されている。このようなセルスタックでは、上記したように、軸長方向に形成された軸長方向高導電率層191を設けることにより、燃料電池セルの一方の端部(上端部)で発生した電流は、高導電率層191を介して他方の端部(下端部)まで流れ、一方の燃料電池セルと他方の燃料電池セル間の集電部材123を介して電気的に接続するため、燃料電池セル間の電気抵抗が小さくなり、発電性能を向上することができる。   The upper lid 121 and the current collecting member 123 are covered and protected by a glass layer 125. In such a cell stack, as described above, by providing the axial direction high conductivity layer 191 formed in the axial direction, the current generated at one end (upper end) of the fuel cell is It flows to the other end portion (lower end portion) through the high conductivity layer 191 and is electrically connected through the current collecting member 123 between one fuel cell and the other fuel cell. The electric resistance of the battery can be reduced, and the power generation performance can be improved.

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。   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.

例えば、セルスタックの上方に特定の改質ケースを備えた燃料電池組立体に関連せしめて本発明を説明したが、改質ケースがセルスタックの上方以外の場合でも、本発明を適用することが出来る。   For example, the present invention has been described in relation to a fuel cell assembly having a specific reforming case above the cell stack. However, the present invention can be applied even when the reforming case is not located above the cell stack. I can do it.

また、上記形態では、空気室に低温ガス供給手段を設け、空気供給管により、燃料電池セルの外面に空気を供給する場合について説明したが、本発明は、空気供給管により燃料電池セルの内部に空気を供給するようにしても良いことは勿論である。尚、この場合、燃料電池セルの内側には空気極が、外側には燃料極が形成されることは言うまでもない。   Further, in the above embodiment, a case has been described in which low temperature gas supply means is provided in the air chamber, and air is supplied to the outer surface of the fuel cell by the air supply pipe. Of course, air may be supplied to the air. In this case, it goes without saying that an air electrode is formed inside the fuel cell and a fuel electrode is formed outside.

尚、上記実施形態では、燃料電池セルの側面同士を集電部材76で電気的に接続するために、図6(a)〜(d)に示すように軸長方向高導電率層91を用いた例について説明したが、本発明では、図6(e)に示すように、複数の円形状の高導電率層92を設けた場合でも、上記形態とほぼ同様の効果を得ることができる。   In the above embodiment, in order to electrically connect the side surfaces of the fuel cells with the current collecting member 76, the axially long high-conductivity layer 91 is used as shown in FIGS. 6 (a) to 6 (d). In the present invention, as shown in FIG. 6 (e), even when a plurality of circular high conductivity layers 92 are provided, the same effect as in the above embodiment can be obtained.

また、上記形態では、中空平板型の燃料電池セルについて説明したが、円筒型燃料電池セルに本発明を適用できることは勿論である。   In the above embodiment, the hollow flat plate fuel cell has been described, but the present invention can of course be applied to a cylindrical fuel cell.

さらに、上記形態では、固体電解質層68,168の外面に酸素極層を設けた場合について説明したが、本発明では、固体電解質層の外面に燃料極層を設けた場合であっても良い。   Further, in the above embodiment, the case where the oxygen electrode layer is provided on the outer surface of the solid electrolyte layers 68 and 168 has been described. However, in the present invention, the fuel electrode layer may be provided on the outer surface of the solid electrolyte layer.

さらにまた、上記形態では、固体電解質層68,168の外面に酸素極層を設け、この酸素極層に電気的に接続する高導電率層を設けた場合について説明したが、固体電解質層68,168の内面に燃料極層に電気的に接続する高導電率層を、固体電解質内面に接合して設けた場合でも、上記形態とほぼ同様の効果を得ることができる。さらに、固体電解質層68,168の外面の酸素極層、内面の燃料極層にそれぞれ電気的に接続する高導電率層を設けた場合でも、上記形態とほぼ同様の効果を得ることができる。   Furthermore, in the above embodiment, the case where the oxygen electrode layer is provided on the outer surface of the solid electrolyte layers 68 and 168 and the high conductivity layer electrically connected to the oxygen electrode layer is provided has been described. Even when a high conductivity layer electrically connected to the fuel electrode layer is provided on the inner surface of 168 so as to be joined to the inner surface of the solid electrolyte, substantially the same effect as in the above embodiment can be obtained. Further, even when a high conductivity layer that is electrically connected to the oxygen electrode layer on the outer surface and the fuel electrode layer on the inner surface of the solid electrolyte layers 68 and 168 is provided, substantially the same effect as in the above embodiment can be obtained.

また、上記例では、支持基板上に燃料極層、固体電解質層、酸素極層を形成した場合について説明したが、燃料極層が支持体の場合であっても、本発明を適用できる。   In the above example, the case where the fuel electrode layer, the solid electrolyte layer, and the oxygen electrode layer are formed on the support substrate has been described. However, the present invention can be applied even when the fuel electrode layer is a support.

さらに、上記例では、インターコネクタに集電部材を接合した例について説明したが、インターコネクタ表面にP型半導体等の中間層を形成し、この中間層を介して集電部材を接合しても良い。   Furthermore, in the above example, the example in which the current collecting member is joined to the interconnector has been described, but an intermediate layer such as a P-type semiconductor is formed on the surface of the interconnector, and the current collecting member is joined via this intermediate layer. good.

平均粒径0.5μmのNiO粉末と、Y粉末(平均粒径は0.6〜0.9μm)を、NiOがNi換算で48体積%、Yが52体積%になるようにして混合し、この混合粉末に、ポアー剤、有機バインダーと、水とを混合して形成した支持基板用坏土を押出成形し、これを乾燥し、脱バインダー処理し、扁平状の支持基板用成形体を作製し、これを乾燥した。この後、1000℃で仮焼し、支持基板仮焼体を作製した。 NiO powder having an average particle size of 0.5 μm and Y 2 O 3 powder (average particle size is 0.6 to 0.9 μm), NiO is 48% by volume in terms of Ni, and Y 2 O 3 is 52% by volume. In this way, the mixed powder is extruded into a support substrate clay formed by mixing a pore agent, an organic binder, and water, dried, debindered, and flattened. A molded body for a substrate was prepared and dried. Then, it calcined at 1000 degreeC and produced the support substrate calcined body.

次に、8モル%Yを含有するZrO(YSZ)粉末と、NiO粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合したスラリーを用いて燃料極層形成用シートを作製し、これを支持基板仮焼体の所定位置に積層し、1000℃で仮焼し、支持基板仮焼体の表面に燃料極層仮焼体を形成した。 Next, a ZrO 2 (YSZ) powder containing 8 mol% Y 2 O 3, and NiO powder, an organic binder, using a slurry obtained by mixing a solvent to prepare a fuel electrode layer forming sheet, it It laminated | stacked on the predetermined position of the support substrate calcined body, and calcined at 1000 degreeC, and the fuel electrode layer calcined body was formed in the surface of a support substrate calcined body.

一方、上記YSZ粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合した浸漬液を作製し、この浸漬液中に支持基板仮焼体を浸漬し、引き上げることにより燃料極層仮焼体の表面に固体電解質材料の塗布膜を形成し、乾燥することにより固体電解質層成形体を形成した。   On the other hand, an immersion liquid in which the YSZ powder, an organic binder, and a solvent are mixed is prepared. A coating film of the material was formed and dried to form a solid electrolyte layer molded body.

次に、平均粒径2μmのLaCrO系酸化物粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合したスラリーを用いて、インターコネクタ用シートを作製し、このシートを支持基板仮焼体が露出した部分に積層し、支持基板仮焼体、燃料極層仮焼体、インターコネクタ用シート、及び固体電解質層成形体からなる焼結用積層シートを作製した。次に、この焼結用積層シートを脱バインダ処理し、大気中にて1500℃で同時焼成した。 Next, a sheet for an interconnector is prepared using a slurry obtained by mixing LaCrO 3 oxide powder having an average particle diameter of 2 μm, an organic binder, and a solvent, and the support substrate calcined body is exposed to the sheet. A sintered laminated sheet comprising a support substrate calcined body, a fuel electrode layer calcined body, an interconnector sheet, and a solid electrolyte layer molded body was produced. Next, the laminated sheet for sintering was subjected to binder removal treatment and co-fired at 1500 ° C. in the air.

得られた焼結体を、平均粒径2μmのLa0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8(LSCFという)粉末と、溶媒をからなるペースト中に浸漬し、焼結体に形成されている固体電解質層の表面に、図6(a)に示すように、2条の酸素極層用コーティング層を設け、さらに上記ペーストを焼結体に形成されているインターコネクタの外面に塗布し、P型半導体用コーティング層を設け、1150℃で焼き付け、この後、2条の酸素極層間に、これらの酸素極層の側部が重畳するように、Ag−Pd(9:1)と上記LSCF粉末を1:1の重量比で含有する導電性ペーストを塗布し、900℃で焼き付け、図6(b)に示すような燃料電池セルを作製した。 The obtained sintered body was immersed in a paste made of La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 (referred to as LSCF) powder having an average particle diameter of 2 μm and a solvent, and sintered. On the surface of the solid electrolyte layer formed on the body, as shown in FIG. 6 (a), two coating layers for the oxygen electrode layer are provided, and the paste is formed on the sintered body. It is applied to the outer surface, provided with a P-type semiconductor coating layer, baked at 1150 ° C., and then Ag—Pd (9: 9) so that the side portions of these oxygen electrode layers overlap each other between the two oxygen electrode layers. A conductive paste containing 1) and the above LSCF powder in a weight ratio of 1: 1 was applied and baked at 900 ° C. to produce a fuel cell as shown in FIG.

作製した燃料電池セルの長さは145mm、幅は26mm、厚みは3.2mm、燃料極層の厚みは10μm、酸素極層の厚みは120μm、インターコネクタの厚みは50μm、P型半導体層の厚みは100μmであった。また、軸長方向高導電率層の厚みは120μmであり、その幅は3mm、長さは125mmであり、その両側の酸素極層はそれぞれ幅が11mmで、長さが125mmであった。   The produced fuel cell has a length of 145 mm, a width of 26 mm, a thickness of 3.2 mm, a fuel electrode layer thickness of 10 μm, an oxygen electrode layer thickness of 120 μm, an interconnector thickness of 50 μm, and a P-type semiconductor layer thickness. Was 100 μm. Further, the axially long high conductivity layer had a thickness of 120 μm, a width of 3 mm and a length of 125 mm, and the oxygen electrode layers on both sides thereof had a width of 11 mm and a length of 125 mm.

作製した燃料電池セルについて、抵抗測定器を用いて、高導電率層の長さ方向両端間における抵抗を測定したところ、0.083Ωであった。また、同様に酸素極層の長さ方向両端間における抵抗は、4.2Ωであった。   With respect to the produced fuel cell, the resistance between both ends in the length direction of the high conductivity layer was measured using a resistance measuring instrument, and found to be 0.083Ω. Similarly, the resistance between both ends in the length direction of the oxygen electrode layer was 4.2Ω.

これらの燃料電池セルを5本と、矩形棒状の集電部材を用いて、図4(a)に示すようなセルスタックを作製し、このセルスタックにおける発電量を測定した。発電条件は、空気極1cm当たりの電流密度を0.3Aとし、このとき、セル5本トータルの出力は、33.0Wとなった。 A cell stack as shown in FIG. 4 (a) was prepared using five of these fuel cells and a rectangular rod-shaped current collecting member, and the amount of power generation in this cell stack was measured. The power generation conditions were such that the current density per 1 cm 2 of the air electrode was 0.3 A, and the total output of 5 cells was 33.0 W.

また、1000時間発電後において、軸長方向高導電率層と集電部材、固体電解質層との接合状況、固体電解質と空気極層との接合状況を確認したところ、剥離箇所は見られなかった。   Also, after 1000 hours of power generation, when the axial length direction high conductivity layer and the current collecting member, the joining state of the solid electrolyte layer and the joining state of the solid electrolyte and the air electrode layer were confirmed, no peeled portion was found. .

一方、軸長方向高導電率層を形成せずに、空気極層の幅を25mm、長さを125mmとし、集電部材と空気極層を接合する以外は図4(a)と同様に作製した比較例のセルスタックでは、上記条件での発電量は30.0Wであり、300時間発電後には、集電部材と空気極層との接合箇所、空気極と固体電解質との間で一部剥離が見られた。   On the other hand, it is produced in the same manner as FIG. 4A except that the high conductivity layer in the axial direction is not formed, the width of the air electrode layer is 25 mm, the length is 125 mm, and the current collecting member and the air electrode layer are joined. In the cell stack of the comparative example, the amount of power generation under the above conditions is 30.0 W, and after 300 hours of power generation, a part of the junction between the current collecting member and the air electrode layer, and part between the air electrode and the solid electrolyte Peeling was observed.

本発明の燃料電池を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the fuel cell of this invention. 図1の平面図。The top view of FIG. 図1の燃料電池に使用されている発電ユニット集合体を示す斜面図。FIG. 2 is a perspective view showing a power generation unit assembly used in the fuel cell of FIG. 1. セルスタックを示すもので、(a)矩形棒状の集電部材を用いたセルスタック、(b)は導電性板をリボン状に成形した集電部材を用いたセルスタックを示す横断面図。The cell stack which shows a cell stack, (a) The cell stack using a rectangular rod-shaped current collection member, (b) is a cross-sectional view which shows the cell stack using the current collection member which shape | molded the electroconductive board in the ribbon shape. 本発明の燃料電池セルを示す斜視図。The perspective view which shows the fuel battery cell of this invention. 燃料電池セルの側面図であり、(a)は空気極層が2つに分割されている状態を示し、(b)は2つに分割された空気極層間に軸長方向高導電率層を設けた状態を示し、(c)は空気極層の両側に軸長方向高導電率層を設けた状態を示し、(d)は軸長方向高導電率層と周方向高導電率層を設けた状態を示す側面図、(e)は高導電率層を点在させた状態を示す側面図。It is a side view of a fuel cell, (a) shows the state where the air electrode layer is divided into two, (b) shows the axial length direction high conductivity layer between the two divided air electrode layers. (C) shows the state where the axial length direction high conductivity layer is provided on both sides of the air electrode layer, and (d) shows the state where the axial length direction high conductivity layer and the circumferential direction high conductivity layer are provided. The side view which shows the state which showed the state, (e) is a side view which shows the state which scattered the high electrical conductivity layer. インターコネクタレスタイプの燃料電池セルを示すもので、(a)は燃料電池セルの横断面図、(b)は(a)の側面図、(c)は複数の(a)の燃料電池セルを電気的に接続した状態を示す縦断面図。1 shows a fuel cell of an interconnector-less type, in which (a) is a cross-sectional view of the fuel cell, (b) is a side view of (a), and (c) is a plurality of (a) fuel cells. The longitudinal cross-sectional view which shows the state connected electrically. 従来のセルスタックを示す横断面図。The cross-sectional view which shows the conventional cell stack.

符号の説明Explanation of symbols

2:ハウジング(収納容器)
60a、60b、60c及び60d:セルスタック
62:燃料電池セル
66、166:燃料極層
68、168:固体電解質層
70、70a、170:空気極層
72:インターコネクタ
76、123:集電部材
91、92、93、191:高導電率層
2: Housing (storage container)
60a, 60b, 60c and 60d: cell stack 62: fuel cell 66, 166: fuel electrode layer 68, 168: solid electrolyte layer 70, 70a, 170: air electrode layer 72: interconnector 76, 123: current collecting member 91 , 92, 93, 191: High conductivity layer

Claims (9)

固体電解質層の内外面にそれぞれ多孔質の電極層を有する柱状の燃料電池セルであって、前記固体電解質層に、前記電極層に電気的に接続し該電極層よりも高い導電率を有する高導電率層を接合して設けたことを特徴とする燃料電池セル。 Columnar fuel cells each having a porous electrode layer on the inner and outer surfaces of the solid electrolyte layer, wherein the solid electrolyte layer is electrically connected to the electrode layer and has a higher conductivity than the electrode layer. A fuel cell having a conductive layer bonded thereto. 中空平板型又は円筒型であって、前記固体電解質層の外面に外側電極層を設け、該外側電極層に前記高導電率層が電気的に接続していることを特徴とする請求項1記載の燃料電池セル。 2. A hollow flat plate type or a cylindrical type, wherein an outer electrode layer is provided on an outer surface of the solid electrolyte layer, and the high conductivity layer is electrically connected to the outer electrode layer. Fuel cell. 中空平板型又は円筒型であって、前記固体電解質層の内面に内側電極層を、外面に外側電極層を設け、該外側電極層に前記高導電率層を電気的に接続し、かつ、前記内側電極層にインターコネクタを電気的に接続して設けたことを特徴とする請求項2記載の燃料電池セル。 A hollow flat plate type or a cylindrical type, wherein an inner electrode layer is provided on an inner surface of the solid electrolyte layer, an outer electrode layer is provided on an outer surface, the high conductivity layer is electrically connected to the outer electrode layer, and The fuel cell according to claim 2, wherein an interconnector is electrically connected to the inner electrode layer. 中空平板型又は円筒型であって、環状の固体電解質層の全周面に、該固体電解質層を取り囲むように前記外側電極層、前記高導電率層が設けられていることを特徴とする請求項2記載の燃料電池セル。 A hollow flat plate type or a cylindrical type, wherein the outer electrode layer and the high conductivity layer are provided on the entire circumferential surface of the annular solid electrolyte layer so as to surround the solid electrolyte layer. Item 3. The fuel cell according to Item 2. 前記高導電率層は、軸長方向に形成された軸長方向高導電率層であ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セル。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the high conductivity layer is an axial length direction high conductivity layer formed in an axial length direction. 前記外側電極層の周方向に、前記軸長方向高導電率層に接続された周方向高導電率層が形成されていることを特徴とする請求項5記載の燃料電池セル。 The fuel cell according to claim 5, wherein a circumferential high conductivity layer connected to the axial length high conductivity layer is formed in a circumferential direction of the outer electrode layer. 請求項3記載の燃料電池セルを複数所定間隔を置いて配置し、一方の燃料電池セルのインターコネクタと、隣設する他方の燃料電池セルの外側電極層とを、該外側電極層に電気的に接続した高導電率層、及び前記一方の燃料電池セルと前記他方の燃料電池セル間の集電部材を介して電気的に接続してなることを特徴とするセルスタック。 A plurality of fuel cells according to claim 3 are arranged at predetermined intervals, and an interconnector of one fuel cell and an outer electrode layer of the other fuel cell adjacent to the fuel cell are electrically connected to the outer electrode layer. A cell stack comprising: a high-conductivity layer connected to the substrate; and a current collecting member between the one fuel cell and the other fuel cell. 請求項4記載の燃料電池セルを複数所定間隔を置いて配置し、一方の燃料電池セルの内側電極層と、隣設する他方の燃料電池セルの外側電極層とを、該外側電極層に接続された高導電率層、及び前記一方の燃料電池セルと前記他方の燃料電池セル間の集電部材を介して、前記燃料電池セルの端部にて電気的に接続してなることを特徴とするセルスタック。 5. A plurality of fuel cells according to claim 4 are arranged at predetermined intervals, and an inner electrode layer of one fuel cell and an outer electrode layer of the other adjacent fuel cell are connected to the outer electrode layer. And an electrical connection at the end of the fuel cell via a current collecting member between the one fuel cell and the other fuel cell. Cell stack. 収納容器内に請求項7又は8記載のセルスタックを収納してなることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell comprising the cell stack according to claim 7 or 8 stored in a storage container.
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