JP2007180023A - Solid-oxide fuel cell power generator - Google Patents

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道夫 堀内
Yasue Tokutake
安衛 徳武
Shigeaki Suganuma
茂明 菅沼
Jun Yoshiike
潤 吉池
Fumimasa Katagiri
史雅 片桐
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-oxide fuel cell power generator which uses a simple structure eliminating the need for closeness, and directly gasifies a solid fuel to make it available as a cell fuel for electric generation. <P>SOLUTION: This solid-oxide fuel cell power generator contains solid-oxide fuel cells C1 and C2, each having a plane solid electrolyte substrate 1 on which a cathode electrode layer 2 and an anode electrode layer 3 have been formed. In addition, it contains a pair of fuel cells with a solid fuel F between the anode electrode layers of the solid-oxide fuel cells C1 and C2, and provides a heat supply unit for heating the pair of fuel cells. The solid fuel is directly gasified by this heating to produce fuel seeds which feed to the anode electrode layer for electric generation by the solid-oxide fuel cell. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体酸化物型燃料電池を用いた発電装置に関し、特に、カソード電極層とアノード電極層が形成された固体電解質基板を有する2枚の固体酸化物型燃料電池の間に固体燃料を挟み込み、この燃料電池対を加熱できるようにし、密閉を必要としない簡単な構造によって、固体燃料を気相化し燃料電池の燃料にして発電できる固体電解質燃料電池発電装置に関する。   The present invention relates to a power generator using a solid oxide fuel cell, and more particularly, to provide a solid fuel between two solid oxide fuel cells having a solid electrolyte substrate on which a cathode electrode layer and an anode electrode layer are formed. The present invention relates to a solid electrolyte fuel cell power generator capable of generating electric power by converting a solid fuel into a gas phase by using a simple structure that can be sandwiched and heated and does not require sealing.

近年においては、種々の発電形式の燃料電池が開発されており、この中に、固体電解質を用いた形式の固体酸化物型燃料電池がある。この固体酸化物型燃料電池の一例として挙げると、イットリア(Y23)が添加された安定化ジルコニアからなる焼成体を酸素イオン伝導型の固体電解質層として用いたものがある。この固体電解質層の一面にカソード電極層を、そして、その反対面にアノード電極層を形成し、このカソード電極層側に酸素又は酸素含有気体が供給され、さらに、アノード電極層には、メタン等の燃料ガスが供給されるようになっている。 In recent years, various power generation type fuel cells have been developed, and among these, there are solid oxide fuel cells using a solid electrolyte. As an example of this solid oxide fuel cell, there is one using a fired body made of stabilized zirconia to which yttria (Y 2 O 3 ) is added as an oxygen ion conduction type solid electrolyte layer. A cathode electrode layer is formed on one surface of the solid electrolyte layer, and an anode electrode layer is formed on the opposite surface. Oxygen or an oxygen-containing gas is supplied to the cathode electrode layer side. The fuel gas is supplied.

この燃料電池内では、カソード電極層に供給された酸素(O2)が、カソード電極層と固体電解質層のとの境界で酸素イオン(O2-)にイオン化され、この酸素イオンが、固体電解質層によってアノード電極層に伝導され、アノード電極層に供給された、例えば、メタン(CH4)ガスと反応し、そこで、水(H2O)、二酸化炭素(CO2)、水素(H2)、一酸化炭素(CO)が生成される。この反応において、酸素イオンが、電子を放出するため、カソード電極層とアノード電極層との間に電位差が生じる。そこで、カソード電極層とアノード電極層とにリード線を取り付ければ、アノード電極層の電子が、リード線を介してカソード電極層側に流れ、燃料電池として発電することになる。なお、この燃料電池の駆動温度は、約1000℃である。 In this fuel cell, oxygen (O 2 ) supplied to the cathode electrode layer is ionized into oxygen ions (O 2− ) at the boundary between the cathode electrode layer and the solid electrolyte layer, and this oxygen ion is converted into a solid electrolyte. The layer is conducted to the anode electrode layer and reacts with, for example, methane (CH 4 ) gas supplied to the anode electrode layer, where water (H 2 O), carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen (H 2 ) , Carbon monoxide (CO) is produced. In this reaction, since oxygen ions release electrons, a potential difference is generated between the cathode electrode layer and the anode electrode layer. Therefore, if lead wires are attached to the cathode electrode layer and the anode electrode layer, electrons in the anode electrode layer flow to the cathode electrode layer side via the lead wires, and power is generated as a fuel cell. The driving temperature of this fuel cell is about 1000 ° C.

しかし、この形式の燃料電池による発電装置では、カソード電極層側に、酸素又は酸素含有ガス供給チャンバーを、そして、アノード電極層側に、燃料ガス供給チャンバーを夫々分離したセパレート型チャンバーを用意しなければならず、しかも、高温下で、酸化性雰囲気と還元性雰囲気とに晒されるため、燃料電池としての耐久性を向上することが困難であった。   However, in this type of fuel cell power generator, an oxygen or oxygen-containing gas supply chamber must be prepared on the cathode electrode layer side, and a separate chamber separated from the fuel gas supply chamber on the anode electrode layer side. In addition, since it is exposed to an oxidizing atmosphere and a reducing atmosphere at high temperatures, it is difficult to improve the durability of the fuel cell.

一方、固体電解質層の対向した面に、カソード電極層とアノード電極層とを設けた固体酸化物型燃料電池を形成し、この燃料電池を、燃料ガス、例えば、メタンガスと、酸素ガスとが混合された混合燃料ガス中に置いて、カソード電極層とアノード電極層との間に起電力を発生させる形式の燃料電池が開発されている。この形式の燃料電池では、カソード電極層とアノード電極層との間に起電力を発生する原理は、上述したセパレート型チャンバー形式の燃料電池の場合と同様であるが、固体酸化物型燃料電池全体を実質的に同一雰囲気にすることができるため、混合燃料ガスが供給されるシングル型チャンバーとすることができ、燃料電池の耐久性を向上できる。   On the other hand, a solid oxide fuel cell having a cathode electrode layer and an anode electrode layer formed on opposite surfaces of the solid electrolyte layer is formed, and this fuel cell is mixed with fuel gas, for example, methane gas and oxygen gas. A type of fuel cell has been developed in which an electromotive force is generated between the cathode electrode layer and the anode electrode layer in the mixed fuel gas. In this type of fuel cell, the principle of generating an electromotive force between the cathode electrode layer and the anode electrode layer is the same as that of the fuel cell of the separate chamber type described above, but the whole solid oxide fuel cell Can be made into a single type chamber to which a mixed fuel gas is supplied, and the durability of the fuel cell can be improved.

しかし、このシングル型チャンバーの燃料電池による発電装置においても、約1000℃の高温下で駆動しなければならないので、混合燃料ガスの爆発の危険性がある。この危険性を回避するために、酸素濃度を発火限界よりも低い濃度にすると、メタン等の燃料の炭化が進み、電池性能が低下するという問題が生じた。そのため、混合燃料ガスの爆発を防止しつつ、燃料の炭化の進行を防止し得る酸素濃度の混合燃料ガスを使用できるシングル型チャンバーの燃料電池の発電装置が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。   However, this power generator using a single-chamber fuel cell must also be driven at a high temperature of about 1000 ° C., so there is a risk of explosion of the mixed fuel gas. In order to avoid this danger, when the oxygen concentration is lower than the ignition limit, the carbonization of fuel such as methane progresses and the battery performance deteriorates. For this reason, a single-chamber fuel cell power generator that can use a mixed fuel gas having an oxygen concentration that can prevent the progress of carbonization of the fuel while preventing the explosion of the mixed fuel gas has been proposed (for example, Patent Document 1). See).

一方、この提案された燃料電池の発電装置は、チャンバー内に収納された複数の固体酸化物型燃料電池によって積層構成された形式のものであったが、固体酸化物型燃料電池を火炎中、或いは、その近傍に配置し、火炎の熱によって固体酸化物型燃料電池をその動作温度に保持させて、発電を行う装置が提案されている。   On the other hand, this proposed fuel cell power generator was of a type in which a plurality of solid oxide fuel cells housed in a chamber were stacked to form a solid oxide fuel cell in a flame, Alternatively, there has been proposed an apparatus that is disposed in the vicinity of the solid oxide fuel cell and generates electric power by holding the solid oxide fuel cell at its operating temperature by the heat of flame.

ところで、上述のシングル型チャンバーの燃料電池による発電装置では、従来の固体酸化物型燃料電池の発電装置のように、燃料と空気を厳粛に分離する必要がない代わりに、機密封止構造を採用せざるを得ない。そして、高温下で駆動できるように、複数の板状固体酸化物型燃料電池が耐熱性高電気伝導性を有するインターコネクト材を用いて積層接続され、起電力を上げていた。そのため、板状固体酸化物型燃料電池によるシングル型チャンバーの燃料電池発電装置は、大掛かりな構造となり、コストが嵩むという問題がある。また、このシングル型チャンバーの燃料電池発電装置の稼動に際しては、高温になるまで徐々に昇温して、固体酸化物型燃料電池の割れを防止しているので、起電するまでの時間が長く、手間がかかるものである。   By the way, the above-mentioned single-chamber fuel cell power generator employs a confidential sealing structure instead of the need for a strict separation of fuel and air, unlike the conventional solid oxide fuel cell power generator. I have to. Then, a plurality of plate-like solid oxide fuel cells are stacked and connected using an interconnect material having heat resistance and high electrical conductivity so as to be driven at a high temperature, and the electromotive force is increased. Therefore, a single-chamber fuel cell power generator using a plate-like solid oxide fuel cell has a large structure and has a problem of increasing costs. Also, when operating this single-chamber fuel cell power generator, the temperature is gradually raised to a high temperature to prevent the solid oxide fuel cell from cracking. It ’s time consuming.

これに対して、上述の発電装置における固体酸化物型燃料電池では、火炎を直接利用する形態が採用されており、この形態の燃料電池は、固体電解質燃料電池セルを密封構造の容器に収容する必要がなく、開放型であるという特徴を持っている。そのため、この燃料電池では、起電時間が短縮でき、構造が簡単なので、燃料電池の小型軽量化、低コスト化に有利であるといえる。そして火炎を直接利用する点で、一般の燃焼装置や焼却装置等に組み込むことが可能となり、電力供給装置として利用することが期待されている。   On the other hand, in the solid oxide fuel cell in the above-described power generation apparatus, a form in which a flame is directly used is employed, and the fuel cell in this form accommodates the solid electrolyte fuel cell in a sealed container. It is not necessary and has the feature of being an open type. Therefore, in this fuel cell, since the electromotive time can be shortened and the structure is simple, it can be said that this fuel cell is advantageous in reducing the size and weight of the fuel cell and reducing the cost. In terms of direct use of the flame, it can be incorporated into a general combustion device, an incinerator, or the like, and is expected to be used as a power supply device.

しかしながら、この形態の燃料電池発電装置では、管状の固体電解質層の外面にアノード電極層が形成されているので(例えば、特許文献2を参照)、主に、そのアノード電極層の下半分に火炎によるラジカル成分が供給されず、管状の固体電解質層の外面に形成されたアノード電極層全面を有効に利用することができない。そのため、発電効率が低いものであった。   However, in the fuel cell power generator of this embodiment, since the anode electrode layer is formed on the outer surface of the tubular solid electrolyte layer (see, for example, Patent Document 2), the flame is mainly formed in the lower half of the anode electrode layer. As a result, the entire surface of the anode electrode layer formed on the outer surface of the tubular solid electrolyte layer cannot be used effectively. Therefore, the power generation efficiency was low.

そこで、この発電効率を高めた固体酸化物型燃料電池による発電装置が提案されている(例えば、特許文献3を参照)。この提案された発電装置が、図12に示されている。ここで利用される固体酸化物型燃料電池Cの具体的構成について説明する。固体酸化物型燃料電池Cは、固体電解質基板1の一面側にカソード電極層2が、他面側にアノード電極層3が設けられ、全体が平板状に形成されている。   Therefore, a power generation device using a solid oxide fuel cell with improved power generation efficiency has been proposed (see, for example, Patent Document 3). This proposed power generator is shown in FIG. A specific configuration of the solid oxide fuel cell C used here will be described. The solid oxide fuel cell C is provided with a cathode electrode layer 2 on one surface side of the solid electrolyte substrate 1 and an anode electrode layer 3 on the other surface side, and is formed in a flat plate shape as a whole.

この様に、カソード電極層2とアノード電極層3とが、平板状の固体電解質基板1に形成されているので、アノード電極層3が、ガスバーナー4によって発生された火炎fで晒される側となれば、アノード電極層3側が燃料リッチ状態になり、必然的に、カソード電極層2は、大気側に向くことになり、酸素リッチ状態となる。発電した出力は、カソード電極層2に取り付けられたリード線L1と、アノード電極層3に取り付けられたリード線L2との間から取り出される。   Since the cathode electrode layer 2 and the anode electrode layer 3 are thus formed on the flat solid electrolyte substrate 1, the anode electrode layer 3 is exposed to the flame f generated by the gas burner 4. Then, the anode electrode layer 3 side becomes a fuel-rich state, and the cathode electrode layer 2 inevitably goes to the atmosphere side, and becomes an oxygen-rich state. The generated output is taken out between the lead wire L1 attached to the cathode electrode layer 2 and the lead wire L2 attached to the anode electrode layer 3.

そのため、管状の固体電解質燃料電池の場合に比べて、この固体酸化物型燃料電池Cは、平板状に形成されているので、ムラなく火炎を当てることが可能となり、さらに、アノード電極層3を火炎側に向けて配置しているので、火炎中に存在する、例えば、炭化水素、水素、ラジカル(OH、CH、C2、O2H、CH3)などを燃料種として有効に利用しやすくしている。 Therefore, as compared with the case of the tubular solid electrolyte fuel cell, the solid oxide fuel cell C is formed in a flat plate shape, so that it is possible to apply a flame without unevenness. Since it is arranged toward the flame side, it is easy to effectively use, for example, hydrocarbons, hydrogen, radicals (OH, CH, C 2 , O 2 H, CH 3 ) present in the flame as fuel species. is doing.

以上に説明した固体酸化物型燃料電池の発電装置では、ガスバーナーによって発生した火炎fが直接、アノード電極層3を晒すことにより、火炎fが、固体酸化物型燃料電池Cの作動温度を維持する加熱源となるとともに、固体酸化物型燃料電池の発電に必要な燃料種の供給源になっている。ここで、火炎fは、予混気体の燃焼によって発生されているが、図13に示されるように、固体燃料を燃焼させて、この火炎fを発生するようにしても、固体酸化物型燃料電池を発電装置に適用することもできる。   In the solid oxide fuel cell power generator described above, the flame f generated by the gas burner directly exposes the anode electrode layer 3 so that the flame f maintains the operating temperature of the solid oxide fuel cell C. And a supply source of fuel species necessary for power generation of the solid oxide fuel cell. Here, the flame f is generated by the combustion of the premixed gas. However, as shown in FIG. 13, the solid oxide fuel may be generated by burning the solid fuel to generate the flame f. The battery can also be applied to a power generator.

図13の発電装置に使用される固体酸化物型燃料電池Cには、図12に示された固体酸化物型燃料電池を用いることができ、固体酸化物型燃料電池Cは、平板状の固体電解質基板1と、その両面に形成されたカソード電極層(空気極層)2とアノード電極層(燃料極層)3とが形成される。そして、その固体酸化物型燃料電池Cは、燃焼装置5の上部に載置されるようになっている。   The solid oxide fuel cell C shown in FIG. 12 can be used as the solid oxide fuel cell C used in the power generation apparatus of FIG. Electrolyte substrate 1, cathode electrode layer (air electrode layer) 2 and anode electrode layer (fuel electrode layer) 3 formed on both surfaces thereof are formed. The solid oxide fuel cell C is placed on top of the combustion device 5.

この燃焼装置5は、その内部に、固体燃料Fを収容できる燃焼室を備え、燃焼室内には、固体燃料を保持するための火格子などの保持体6が設けられている。図13では、固体燃料として、木質材が供給されている。そして、燃焼装置5の上部は、固体酸化物型燃料電池Cを支持し、アノード電極層3を燃焼室に臨ませ、火炎で晒されるようにするための火炎開口部が備えられている。また、燃焼装置5の前面には、固体燃料Fを燃焼室内に供給するための固体燃料供給開口部が開けられ、さらに、固体燃料保持体6の下側に、空気を供給するための空気取入開口部も開けられている。   The combustion apparatus 5 includes a combustion chamber in which the solid fuel F can be stored, and a holding body 6 such as a grate for holding the solid fuel is provided in the combustion chamber. In FIG. 13, a wood material is supplied as a solid fuel. And the upper part of the combustion apparatus 5 is equipped with the flame opening part which supports the solid oxide fuel cell C, makes the anode electrode layer 3 face a combustion chamber, and is exposed with a flame. Further, a solid fuel supply opening for supplying the solid fuel F into the combustion chamber is opened in the front surface of the combustion device 5, and an air intake for supplying air to the lower side of the solid fuel holder 6 is also provided. The entrance opening is also opened.

固体燃料としては、木質材の他に、手軽に入手が可能な、例えば、木質材のチップ又はペレットや、パラフィン、オレフィン、アルコールなどが挙げられる。ここで、燃焼装置5の燃焼室内に固体燃料Fが供給され、この固体燃料の燃焼により、火炎fが発生される。この発生された火炎fが、開口部に臨む固体酸化物型燃料電池Cのアノード電極層3にあたり、カソード電極層2には、外気の空気が供給される。これにより、火炎f中のラジカル成分と空気中の酸素とが反応して、リード線L1とリード線L2との間に起電力が発生し、固体酸化物型燃料電池利用の発電装置として機能する。   As the solid fuel, in addition to the wood material, for example, wood material chips or pellets, paraffin, olefin, alcohol and the like can be easily obtained. Here, the solid fuel F is supplied into the combustion chamber of the combustion device 5, and a flame f is generated by the combustion of the solid fuel. The generated flame f hits the anode electrode layer 3 of the solid oxide fuel cell C facing the opening, and outside air is supplied to the cathode electrode layer 2. As a result, the radical component in the flame f reacts with oxygen in the air, and an electromotive force is generated between the lead wire L1 and the lead wire L2, thereby functioning as a power generator using the solid oxide fuel cell. .

特開2003−92124号公報JP 2003-92124 A 特開平6−196176号公報JP-A-6-196176 特開2004−139936号公報JP 2004-139936 A

ところで、上述した固体酸化物型燃料電池利用の発電装置では、通常、燃料極には、気相燃料が供給される。シングル型チャンバーの発電装置に収納された固体酸化物型燃料電池であれば、混合燃料ガスが供給され、火炎直接利用の固体酸化物型燃料電池発電装置の場合にあっては、アノード電極層に、気体燃料又は固体燃料の燃焼により発生した火炎の中に含まれる燃焼ガス又は未燃焼ガスが供給されている。   Incidentally, in the above-described power generation apparatus using a solid oxide fuel cell, gas phase fuel is usually supplied to the fuel electrode. In the case of a solid oxide fuel cell housed in a single-chamber power generator, a mixed fuel gas is supplied, and in the case of a solid oxide fuel cell power generator for direct flame use, the anode electrode layer The combustion gas or the unburned gas contained in the flame generated by the combustion of the gaseous fuel or the solid fuel is supplied.

しかしながら、シングル型チャンバーによる発電装置の場合のように、装置に供給する混合ガスに含める燃料ガスを固体燃料から生成しようとすると、時間とエネルギーを要し、特別な生成装置を用意しなければならない。また、火炎直接利用の固体酸化物型燃料電池発電装置の場合にあっては、固体燃料を燃焼させた火炎を発電に利用する点では、シングル型チャンバーによる発電装置の場合より、手軽で、簡単に、固体燃料を装置内で気相化できて有利であるが、固体燃料の燃焼による火炎の安定化、燃料極への燃料供給効率に問題がある。そして、発電装置内に燃焼装置を設けなければならない点で、発電装置の小型化に問題があり、発電出力アップを図ることができない。   However, if a fuel gas to be included in a mixed gas supplied to the apparatus is generated from solid fuel as in the case of a power generation apparatus using a single chamber, it takes time and energy, and a special generation apparatus must be prepared. . In addition, in the case of a solid oxide fuel cell power generator that uses flame directly, it is easier and simpler than the case of a power generator using a single chamber, in that a flame obtained by burning solid fuel is used for power generation. In addition, although it is advantageous that the solid fuel can be vaporized in the apparatus, there are problems in the stabilization of the flame by the combustion of the solid fuel and the efficiency of supplying the fuel to the fuel electrode. And since a combustion device must be provided in the power generation device, there is a problem in miniaturization of the power generation device, and it is impossible to increase the power generation output.

そこで、本発明は、カソード電極層とアノード電極層が形成された固体電解質基板を有する2枚の固体酸化物型燃料電池の間に固体燃料を挟み込み、この燃料電池対を加熱できるようにし、密閉を必要としない簡単な構造によって、固体燃料を直接気相化しつつ燃料電池の燃料にして発電できる固体酸化物型燃料電池発電装置を提供することを目的とする。   In view of this, the present invention provides a solid fuel sandwiched between two solid oxide fuel cells each having a solid electrolyte substrate on which a cathode electrode layer and an anode electrode layer are formed, so that the fuel cell pair can be heated and sealed. It is an object of the present invention to provide a solid oxide fuel cell power generator capable of generating power by using a simple structure that does not require the fuel as fuel for a fuel cell while directly vaporizing the solid fuel.

以上の課題を解決するために、本発明の固体酸化物型燃料電池発電装置では、カソード電極層とアノード電極層が形成された固体電解質基板を有する第1及び第2固体酸化物型燃料電池と、前記第1及び第2固体酸化物型燃料電池を加熱する熱供給装置とが、備えられ、前記第1固体酸化物型燃料電池の前記アノード電極層と前記第2固体酸化物型燃料電池の前記アノード電極層との間に、固体燃料を挟み込むこととした。   In order to solve the above problems, in the solid oxide fuel cell power generator of the present invention, the first and second solid oxide fuel cells each having a solid electrolyte substrate on which a cathode electrode layer and an anode electrode layer are formed; A heat supply device for heating the first and second solid oxide fuel cells, the anode electrode layer of the first solid oxide fuel cell, and the second solid oxide fuel cell. Solid fuel was sandwiched between the anode electrode layer.

そして、前記固体燃料を挟み込んだ前記第1固体酸化物型燃料電池及び前記第2固体酸化物型燃料電池による第1燃料電池対が、断熱容器内に収納され、該断熱容器の下部に、前記熱供給装置が配置され、該下部から空気が供給されることとした。   And the 1st fuel cell pair by the said 1st solid oxide fuel cell and the said 2nd solid oxide fuel cell which pinched | interposed the said solid fuel is accommodated in a heat insulation container, The lower part of this heat insulation container WHEREIN: A heat supply device was arranged, and air was supplied from the lower part.

前記第1燃料電池対が、垂直に配置され、前記熱供給装置が、前記燃料電池対の下方に配置されることとし、さらには、前記第1燃料電池対の複数組が、互いに間隔を保持して前記断熱容器に収納され、該間隔を保持する加圧固定部材が、前記複数組の燃料電池対の間に挿入されることとした。   The first fuel cell pair is disposed vertically, the heat supply device is disposed below the fuel cell pair, and the plurality of sets of the first fuel cell pairs are spaced from each other. Then, the pressure fixing member that is housed in the heat insulating container and maintains the interval is inserted between the plurality of pairs of fuel cells.

また、高熱伝導体層が、前記断熱容器の内面に形成されることとし、さらに、前記燃料電池対の上方に、前記第1固体酸化物型燃料電池及び前記第2固体酸化物型燃料電池のみによる第2燃料電池対が配置されることとした。   Also, a high thermal conductor layer is formed on the inner surface of the heat insulating container, and only the first solid oxide fuel cell and the second solid oxide fuel cell are disposed above the fuel cell pair. The second fuel cell pair according to is arranged.

また、前記熱供給装置は、火炎による熱を前記燃料電池対に供給するようにし、前記熱供給装置は、前記第1燃料電池対の下方に配置された固体酸化物型燃料電池のアノード電極層を直接曝す火炎を供給することとした。   The heat supply device supplies heat from the flame to the fuel cell pair, and the heat supply device is an anode electrode layer of a solid oxide fuel cell disposed below the first fuel cell pair. It was decided to supply a flame that would be exposed directly.

本発明に用いられる前記固体燃料は、細かく粉砕され水中に分散された有機固形物を耐熱性ネットに略一定厚さに、且つ、前記アノード電極層の表面形状に合わせた大きさに付着させることにより平板状に作成されることとした。   The solid fuel used in the present invention is made by adhering finely pulverized organic solids dispersed in water to a heat-resistant net with a substantially constant thickness and a size matching the surface shape of the anode electrode layer. It was decided to be made into a flat plate shape.

また、本発明の固体酸化物型燃料電池発電装置では、前記第1及び第2固体酸化物型燃料電池の各々は、前記固体電解質基板の全周縁部で前記カソード電極層の端縁部から前記アノード電極層の端縁部に渡って被覆し、該端縁部から所定幅を有する酸化物枠体を有し、前記カソード電極層と前記アノード電極層の少なくとも一方の全面にメッシュ状金属又はワイヤ状金属が埋設又は固着され、前記各酸化物枠体は、当該固体酸化物型燃料電池を保持する保持部を備えていることとした。   Further, in the solid oxide fuel cell power generator according to the present invention, each of the first and second solid oxide fuel cells is formed from the edge of the cathode electrode layer at the entire peripheral edge of the solid electrolyte substrate. An oxide frame that covers the edge of the anode electrode layer and has a predetermined width from the edge, and has a mesh-like metal or wire on at least one of the cathode electrode layer and the anode electrode layer. The metal-like metal is embedded or fixed, and each of the oxide frames has a holding portion for holding the solid oxide fuel cell.

前記カソード電極層と前記アノード電極層とに埋設又は固着された前記メッシュ状金属又はワイヤ状金属は、第1集電電極及び第2集電電極であり、該第1集電電極及び第2集電電極に接続されたリード線から、発電出力が取出されることとした。   The mesh-like metal or wire-like metal embedded or fixed in the cathode electrode layer and the anode electrode layer is a first collector electrode and a second collector electrode, and the first collector electrode and the second collector electrode. The power generation output is taken out from the lead wire connected to the electrode.

前記メッシュ状金属又はワイヤ状金属は、前記酸化物枠体に延びて埋設されていることとし、前記酸化物枠体は、固体電解質材料で作成され、又は、多孔質に形成されることとした。   The mesh-like metal or wire-like metal is extended and embedded in the oxide frame, and the oxide frame is made of a solid electrolyte material or porous. .

前記保持部は、複数の孔を有し、前記第1及び第2固体酸化物型燃料電池は、断熱容器内の保持枠に設けられたガイドレールが前記孔の各々に挿通されることによって、前記断熱容器内に垂直に配置され、前記固体燃料は、前記断熱容器内において前記第1固体酸化物型燃料電池と前記第2固体酸化物型燃料電池との間に垂直に挿入されることとした。   The holding portion has a plurality of holes, and the first and second solid oxide fuel cells have a guide rail provided on a holding frame in a heat insulating container inserted into each of the holes. The solid fuel is vertically disposed in the heat insulating container, and the solid fuel is vertically inserted between the first solid oxide fuel cell and the second solid oxide fuel cell in the heat insulating container. did.

前記ガイドレールは、前記固体燃料を前記第1及び第2固体酸化物型燃料電池で挟み込んで圧接する加圧固定部材を備え、前記加圧固定部材は、前記固体燃料の交換時に、前記ガイドレールに沿って可動であることとし、前記保持部は、前記酸化物枠体の4隅に設けられた孔を有し、前記ガイドレールが前記孔の各々に挿通されることとした。   The guide rail includes a pressure fixing member that presses and contacts the solid fuel between the first and second solid oxide fuel cells, and the pressure fixing member is configured to replace the guide rail when the solid fuel is replaced. The holding portion has holes provided at the four corners of the oxide frame, and the guide rail is inserted into each of the holes.

また、本発明の固体酸化物型燃料電池発電装置では、前記固体燃料は、該固体燃料を付着した耐熱性ネットの上端部に設けられた係合具が断熱容器内の保持棒に係合されることによって、前記断熱容器内において前記第1固体酸化物型燃料電池と前記第2固体酸化物型燃料電池との間に垂直に挿入されることとした。   In the solid oxide fuel cell power generator of the present invention, the solid fuel is engaged with a holding rod in the heat insulating container by an engagement tool provided at the upper end of the heat-resistant net to which the solid fuel is attached. By doing so, it was inserted vertically between the first solid oxide fuel cell and the second solid oxide fuel cell in the heat insulating container.

また、本発明の固体酸化物型燃料電池発電装置では、前記固体燃料は、該固体燃料を付着した耐熱性ネットの下端が、断熱容器内の保持枠に設けられた下部ガイドレールによって支持され、前記保持枠に設けられた上部ガイドレールによって面方向を規制されて、前記断熱容器内において前記第1固体酸化物型燃料電池と前記第2固体酸化物型燃料電池との間に垂直に挿入されることとした。   Further, in the solid oxide fuel cell power generator of the present invention, the solid fuel is supported by a lower guide rail provided on a holding frame in a heat insulating container at the lower end of the heat-resistant net to which the solid fuel is attached. The surface direction is regulated by the upper guide rail provided on the holding frame, and the gas is inserted vertically between the first solid oxide fuel cell and the second solid oxide fuel cell in the heat insulating container. I decided to do it.

以上のように、本発明の固体酸化物型燃料電池発電装置によれば、カソード電極層とアノード電極層が形成された固体電解質基板を有する2枚の固体酸化物型燃料電池の間に固体燃料を挟み込み、この燃料電池対を加熱できるようにしたので、密閉を必要としない簡単な構造によって、固体燃料を気相化しつつ燃料電池の燃料にして発電できる。   As described above, according to the solid oxide fuel cell power generator of the present invention, a solid fuel is provided between two solid oxide fuel cells having a solid electrolyte substrate on which a cathode electrode layer and an anode electrode layer are formed. Since the fuel cell pair can be heated, a simple structure that does not require sealing can be used to generate power as fuel for the fuel cell while vaporizing the solid fuel.

また、本発明の固体酸化物型燃料電池発電装置によれば、固体燃料を挟み込んだ2枚の固体酸化物型燃料電池による燃料電池対を複数収納する断熱容器において、その内壁面に、熱伝導板が設けられるので、各燃料電池対の下部に供給された熱が、上方に早く伝導され、各燃料電池対の下部から加熱するだけでなく、各燃料電池対の上方において、側方からも加熱され、加熱時の熱衝撃の発生を緩和することができ、しかも、発電駆動の立ち上げを早くすることができる。   Further, according to the solid oxide fuel cell power generator of the present invention, in the heat insulating container containing a plurality of fuel cell pairs of two solid oxide fuel cells sandwiching the solid fuel, heat conduction is provided on the inner wall surface thereof. Since the plate is provided, the heat supplied to the lower part of each fuel cell pair is quickly conducted upward and heated not only from the lower part of each fuel cell pair, but also from the side above each fuel cell pair. It is heated and the occurrence of thermal shock during heating can be mitigated, and the start-up of the power generation drive can be accelerated.

また、各燃料電池対の上側に、固体燃料が挟み込まれていない2枚の固体酸化物型燃料電池が、垂直にして配置され、アノード電極層同士が向かい合わせされ、カソード電極層が外側になるようにされるので、該アノード電極層には、下方に配置された対応する燃料電池対の固体燃料で生成された未利用の燃料種が供給され、燃料リッチ状態を維持でき、利用しきれなかった燃料種が有効に利用され、固体燃料の利用効率を向上することができる。   In addition, two solid oxide fuel cells not sandwiched with solid fuel are arranged vertically above each fuel cell pair, the anode electrode layers face each other, and the cathode electrode layer faces the outside. Therefore, the anode electrode layer is supplied with unused fuel species generated by the solid fuel of the corresponding fuel cell pair disposed below, and can maintain a fuel-rich state and cannot be fully utilized. This makes it possible to effectively use the fuel type and improve the utilization efficiency of the solid fuel.

また、本発明の固体酸化物型燃料電池発電装置によれば、固体燃料を挟み込んだ2枚の固体酸化物型燃料電池による燃料電池対を加熱する熱供給装置に、手軽に扱えるバーナーによる火炎を使用することができる。さらに、固体酸化物型燃料電池が火炎に直接曝されて発電できるという特性を利用でき、火炎と燃料電池対との間に固体酸化物型燃料電池を介在させて、火炎によって該固体酸化物型燃料電池を加熱して、火炎に含まれる燃料種で発電するとともに、燃料電池対の加熱源として利用できるので、手軽な熱供給装置を構成することができる。   Further, according to the solid oxide fuel cell power generator of the present invention, a flame by a burner that can be easily handled is applied to a heat supply device that heats a fuel cell pair composed of two solid oxide fuel cells sandwiched between solid fuels. Can be used. Furthermore, the characteristic that a solid oxide fuel cell can directly generate power by being exposed to a flame can be used. A solid oxide fuel cell is interposed between a flame and a fuel cell pair, and the solid oxide fuel cell is formed by a flame. Since the fuel cell is heated to generate power with the fuel species contained in the flame and can be used as a heating source for the fuel cell pair, a simple heat supply device can be configured.

また、本発明の固体酸化物型燃料電池発電装置では、細かく粉砕され水中に分散された有機固形物を耐熱性ネットに略一定厚さに、且つ、前記アノード電極層の表面形状に合わせた大きさに付着させることにより作成された平板状の固体燃料としたので、燃料電池対のアノード電極層間において、安定した接触を実現でき、さらに、簡便に固体燃料の交換作業を行えるようになった。   Further, in the solid oxide fuel cell power generator according to the present invention, the organic solid matter finely pulverized and dispersed in water has a substantially constant thickness on a heat-resistant net and a size matching the surface shape of the anode electrode layer. Since the plate-shaped solid fuel was made by adhering to the electrode, stable contact could be realized between the anode electrode layers of the fuel cell pair, and the solid fuel could be exchanged easily.

以下において、本発明による固体酸化物型燃料電池を利用した発電装置の実施形態について、図を参照しながら説明する。図1は、本実施形態の固体酸化物型燃料電池発電装置の基本構成を示している。   Hereinafter, an embodiment of a power generation device using a solid oxide fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the basic configuration of the solid oxide fuel cell power generator of this embodiment.

図13に示された固体酸化物型燃料電池利用の発電装置では、燃焼装置内で固体燃料を燃焼させ、火炎を発生させていた。そして、この火炎が固体酸化物型燃料電池を加熱するとともに、アノード電極層への燃料種を供給していた。そこで、本実施形態では、固体燃料を燃焼させて火炎を発生するのではなく、固体燃料を加熱して無炎燃焼させ、無炎燃焼で発生した燃料種を、直接、固体酸化物型燃料電池のアノード電極層に供給できるようにした。   In the power generation apparatus using the solid oxide fuel cell shown in FIG. 13, the solid fuel is burned in the combustion apparatus to generate a flame. This flame heated the solid oxide fuel cell and supplied fuel species to the anode electrode layer. Therefore, in the present embodiment, instead of burning a solid fuel to generate a flame, the solid fuel is heated to flameless combustion, and the fuel type generated by the flameless combustion is directly selected as a solid oxide fuel cell. The anode electrode layer can be supplied.

図1に示されるように、カソード電極層2とアノード電極層3が形成された固体電解質基板1を夫々有し、平板状に作製された2枚の固体酸化物型燃料電池C1、C2が、各アノード電極層3を内側にして配置され、各アノード電極層3の間に、板状の固体燃料Fが挿入される。固体燃料Fが、固体酸化物型燃料電池C1とC2とで挟持され、各電極層に接触した燃料電池対が形成される。   As shown in FIG. 1, two solid oxide fuel cells C1 and C2 each having a solid electrolyte substrate 1 on which a cathode electrode layer 2 and an anode electrode layer 3 are formed and formed in a flat plate shape, Each anode electrode layer 3 is disposed inside, and a plate-like solid fuel F is inserted between each anode electrode layer 3. The solid fuel F is sandwiched between the solid oxide fuel cells C1 and C2, and a fuel cell pair in contact with each electrode layer is formed.

図1に示された基本構成では、大気中に置かれた燃料電池対の下方から、図示されていないが、熱供給装置によって加熱されるようになっている。このとき、燃料電池対は、熱供給装置として、空気が供給される電気炉が使用されてもよく、この場合には、燃料電池対は、その内部に収容される。また、熱供給装置は、単に、火炎を発生できるガスバーナーでも、或いは、電気ヒーターでもよい。   In the basic configuration shown in FIG. 1, although not shown, the fuel cell pair is heated from below the fuel cell pair placed in the atmosphere. At this time, an electric furnace to which air is supplied may be used as the heat supply device for the fuel cell pair. In this case, the fuel cell pair is accommodated therein. Further, the heat supply device may simply be a gas burner capable of generating a flame or an electric heater.

ここで、固体燃料Fは、平板状に形成された固体酸化物型燃料電池C1、C2で挟み込まれる形態とすることが都合よいので、固体燃料Fも平板状にできるものが適している。そのため、固体燃料Fとしては、手軽に入手できる木板、ベニヤ板、紙、木質材のチップ集成体又はペレットなどが好適である。   Here, since the solid fuel F is conveniently sandwiched between the solid oxide fuel cells C1 and C2 formed in a flat plate shape, a solid fuel F that can be formed in a flat plate shape is suitable. Therefore, as the solid fuel F, an easily available wood board, plywood board, paper, chip aggregate of wood material, pellets, or the like is preferable.

図1では、燃料電池対は、垂直に配置されているが、必ずしも垂直に限られず、カソード電極層2に空気又は酸素含有気体が供給されるのであれば、どの様な配置の仕方、例えば、水平に配置されてもよい。熱供給装置は、固体酸化物型燃料電池が発電に必要な作動温度を維持できればよく、この作動温度であれば、上述した固体燃料を無炎燃焼させ、燃料種を発生させることができる。   In FIG. 1, the fuel cell pair is arranged vertically, but is not necessarily perpendicular, and any arrangement method, for example, as long as air or an oxygen-containing gas is supplied to the cathode electrode layer 2, for example, It may be arranged horizontally. The heat supply device only needs to be able to maintain the operating temperature required for power generation by the solid oxide fuel cell, and at this operating temperature, the above-described solid fuel can be burned flamelessly to generate fuel species.

本実施形態の発電装置に利用する固体酸化物型燃料電池について説明する。ここで利用される固体酸化物型燃料電池C1、C2には、図12及び図13に示された固体酸化物型燃料電池Cの構成と同様にものを採用することができる。   A solid oxide fuel cell used for the power generator of this embodiment will be described. As the solid oxide fuel cells C1 and C2 used here, those similar to the configuration of the solid oxide fuel cell C shown in FIGS. 12 and 13 can be adopted.

固体酸化物型燃料電池C1、C2は、平板状に形成され、固体電解質基板1の片面にカソード電極層2が、反対面にアノード電極層3が夫々配置されているので、アノード電極層3を燃料種供給側に向けると、カソード電極層2がその反対側に向くことになり、燃料リッチ状態と酸素リッチ状態を区分けすることができる。これにより、固体酸化物型燃料電池C1、C2が開放型形態のままで、カソード電極層2は、大気中の酸素を利用しやすくなり、酸素リッチ状態を維持できる。   The solid oxide fuel cells C1 and C2 are formed in a flat plate shape, and the cathode electrode layer 2 and the anode electrode layer 3 are arranged on one side and the other side of the solid electrolyte substrate 1, respectively. When directed to the fuel species supply side, the cathode electrode layer 2 is directed to the opposite side, and the fuel-rich state and the oxygen-rich state can be distinguished. As a result, the solid oxide fuel cells C1 and C2 remain open, and the cathode electrode layer 2 can easily use oxygen in the atmosphere and can maintain an oxygen-rich state.

固体電解質基板1には、例えば、公知のものを採用でき、次に示す材料を使用できる。
a) YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、ScSZ(スカンジア安定化ジルコニア)、これらにCe、Al等をドープしたジルコニア系セラミックス
b) SDC(サマリアドープドセリア)、GDC(ガドリアドープドセリア)等のセリア系セラミックス
c) LSGM(ランタンガレート)、酸化ビスマス系セラミックス
For the solid electrolyte substrate 1, for example, a known material can be adopted, and the following materials can be used.
a) YSZ (yttria-stabilized zirconia), ScSZ (scandia-stabilized zirconia), zirconia-based ceramics doped with Ce, Al, and the like b) SDC (samaria doped ceria), GDC (gadria doped ceria), etc. Ceria-based ceramics c) LSGM (lanthanum gallate), bismuth oxide-based ceramics

また、アノード電極層3には、例えば、公知のものを採用でき、次に示す材料を使用できる。
d) ニッケルと、イットリア安定化ジルコニア系、スカンジア安定化ジルコニア系、又は、セリア系(SDC、GDC、YDC等)セラミックとのサーメット
e) 導電性酸化物を主成分(50重量%以上99重量%以下)とする焼結体(導電性酸化物とは、例えば、リチウムが固溶された酸化ニッケル等である)
f) d)、e)に挙げたものに、白金族元素やレニウムから成る金属、又は、その酸化物が1〜10重量%程度配合されたもの
等が挙げられ、この中でも、特にd)、e)が好ましい。
For the anode electrode layer 3, for example, a known material can be adopted, and the following materials can be used.
d) Cermet of nickel and yttria-stabilized zirconia-based, scandia-stabilized zirconia-based, or ceria-based (SDC, GDC, YDC, etc.) ceramics e) Conductive oxide as a main component (50 to 99% by weight) (Hereinafter referred to as a conductive oxide is, for example, nickel oxide in which lithium is dissolved)
f) The materials listed in d) and e) include metals composed of platinum group elements and rhenium, or those containing about 1 to 10% by weight of oxides thereof, among which d) e) is preferred.

上記e)の導電性酸化物を主成分とする焼結体は、優れた耐酸化性を有するのでアノード電極層の酸化に起因して発生する、アノード電極層の電極抵抗の上昇による発電効率の低下、或いは、発電不能、アノード電極層の固体電解質層からの剥離といった現象を防止できる。また、導電性酸化物としては、リチウムが固溶された酸化ニッケルが好適である。さらに、上記d)、e)に挙げたものに、白金族元素から成る金属、またはその酸化物を配合することにより、高い発電性能を得ることができる。   Since the sintered body mainly composed of the conductive oxide of e) has excellent oxidation resistance, the power generation efficiency is increased due to the increase in the electrode resistance of the anode electrode layer, which is caused by the oxidation of the anode electrode layer. It is possible to prevent a phenomenon such as reduction, inability to generate power, or peeling of the anode electrode layer from the solid electrolyte layer. As the conductive oxide, nickel oxide in which lithium is dissolved is suitable. Furthermore, high power generation performance can be obtained by blending a metal composed of a platinum group element or an oxide thereof with the materials listed in the above d) and e).

カソード電極層2には、公知のものを使用することができ、例えば、ストロンチウム(Sr)が添加されたランタン等の周期律表第3族元素の、マンガン酸化合物(例えば、ランタンストロンチウムマンガナイト)、ガリウム酸化合物、又はコバルト酸化合物(例えば、ランタンストロンチウムコバルタイト、サマリウムストロンチウムコバルタイト)等が挙げられる。   A known material can be used for the cathode electrode layer 2, for example, a manganic acid compound (for example, lanthanum strontium manganite) of a Group 3 element of the periodic table such as lanthanum to which strontium (Sr) is added. , Gallic acid compounds, or cobalt acid compounds (for example, lanthanum strontium cobaltite, samarium strontium cobaltite), and the like.

カソード電極層2とアノード電極層3は、共に多孔質体で形成されるが、本実施形態に利用される固体酸化物型燃料電池C1、C2おける固体電解質基板1も多孔質に形成されている。従来の様に、本実施形態に利用される固体酸化物型燃料電池の固体電解質基板1を、緻密質に形成してもよいが、耐熱衝撃性が低く、急激な温度変化によって、ひび割れが生じやすかった。また、一般に、固体電解質層は、アノード電極層及びカソード電極層よりも厚く形成されているので、固体電解質層のひび割れが引き金となり、固体酸化物型燃料電池の全体にひび割れが発生し、バラバラになってしまっていた。   The cathode electrode layer 2 and the anode electrode layer 3 are both formed of a porous body, but the solid electrolyte substrate 1 in the solid oxide fuel cells C1 and C2 used in this embodiment is also formed in a porous shape. . As in the prior art, the solid electrolyte substrate 1 of the solid oxide fuel cell used in the present embodiment may be densely formed, but it has low thermal shock resistance and cracks are caused by rapid temperature changes. It was easy. In general, since the solid electrolyte layer is formed thicker than the anode electrode layer and the cathode electrode layer, the cracks in the solid electrolyte layer are triggered, and the entire solid oxide fuel cell is cracked. It had become.

固体電解質基板が多孔質に形成されることで、発電時に、熱供給装置の加熱による急激な温度変化を与えても、さらに、温度差の激しいヒートサイクルに対しても、ひび割れ等がなくなり、耐熱衝撃性が向上する。また、多孔質であっても、その気孔率が10%未満のときは、耐熱衝撃性に著しい向上が認められなかったが、10%以上であると良好な耐熱衝撃性が見られ、20%以上であるとより好適である。これは、固体電解質層が多孔質であると、加熱による熱膨張が空隙部分で緩和されるためと考えられる。   Since the solid electrolyte substrate is made porous, even if a sudden temperature change occurs due to heating of the heat supply device during power generation, there is no cracking, etc., even for heat cycles with a large temperature difference. Improves impact. Moreover, even if it is porous, when its porosity is less than 10%, no significant improvement in thermal shock resistance was observed, but when it is 10% or more, good thermal shock resistance was seen, and 20% The above is more preferable. This is presumably because, when the solid electrolyte layer is porous, thermal expansion due to heating is relaxed at the voids.

固体酸化物型燃料電池C1、C2は、例えば、次のように製造される。先ず、固体電解質層の材料粉末を所定配合割合で混合し、平板状に成形する。その後、これを焼成して焼結することで固体電解質層としての基板が作られる。このとき、気孔形成剤等の材料粉末の種類や配合割合、焼成温度、焼成時間、予備焼成等の焼成条件等を調整することによって、様々な気孔率の固体電解質層を作ることができる。こうして得られた固体電解質層としての基板の一面側にカソード電極層となるペーストを、他面側にアノード電極層となるペーストを塗布し、焼成を行うことで固体酸化物型燃料電池を製造することができる。   The solid oxide fuel cells C1 and C2 are manufactured as follows, for example. First, the material powder of the solid electrolyte layer is mixed at a predetermined blending ratio and formed into a flat plate shape. Then, the board | substrate as a solid electrolyte layer is made by baking and sintering this. At this time, solid electrolyte layers having various porosity can be prepared by adjusting the kind and blending ratio of the material powder such as the pore forming agent, the firing temperature, the firing time, the firing conditions such as the pre-firing. A solid oxide fuel cell is manufactured by applying a paste to be a cathode electrode layer on one surface side of the substrate as a solid electrolyte layer thus obtained and applying a paste to be an anode electrode layer on the other surface side, followed by firing. be able to.

また、固体酸化物型燃料電池は、次に説明するように、さらに耐久性を向上することができる。この耐久性の向上手法としては、平板状の固体酸化物型燃料電池C1、C2におけるカソード電極層2とアノード電極層3とに、メッシュ状金属を埋設、或いは、固着させるものである。埋設する方法としては、各層の材料(ペースト)を固体電解質層に塗布し、メッシュ状金属をその塗布された材料中に埋め込んだ後に焼成を行う。固着する方法としては、メッシュ状金属を各層の材料によって完全に埋め込むことなく、接着させて焼結しても良い。   In addition, the solid oxide fuel cell can be further improved in durability as described below. As a method for improving the durability, a mesh metal is embedded or fixed to the cathode electrode layer 2 and the anode electrode layer 3 in the flat solid oxide fuel cells C1 and C2. As a method of embedding, the material (paste) of each layer is applied to the solid electrolyte layer, and the mesh metal is embedded in the applied material, followed by firing. As a method of fixing, the mesh metal may be bonded and sintered without being completely embedded with the material of each layer.

メッシュ状金属としては、これを埋設する、或いは、固着するカソード電極層、アノード電極層との熱膨張係数の調和や、耐熱性に優れたものが好適である。具体的には、白金や、白金を含む合金から成る金属でメッシュ状にしたものが挙げられる。SUS300番代(304、316等)、或いは、SUS400番代(430等)のステンレスでも良く、これらはコストの点で有利である。   As the mesh metal, a metal having excellent thermal resistance and harmony of thermal expansion coefficient with the cathode electrode layer and the anode electrode layer embedded or fixed thereto is preferable. Specifically, a mesh made of a metal made of platinum or an alloy containing platinum can be used. SUS300 (304, 316, etc.) or SUS400 (430, etc.) stainless steel may be used, which are advantageous in terms of cost.

また、メッシュ状金属を用いる代わりに、ワイヤ状金属をアノード電極層、カソード電極層に埋設或いは固着させてもよい。ワイヤ状金属は、メッシュ状の金属と同様の金属から成り、その数や配設形状等に限定はない。   Further, instead of using a mesh-like metal, a wire-like metal may be embedded or fixed in the anode electrode layer and the cathode electrode layer. The wire-like metal is made of the same metal as the mesh-like metal, and the number and arrangement shape thereof are not limited.

メッシュ状金属やワイヤ状金属を、アノード電極層やカソード電極層に埋設、或いは、固着することにより、熱履歴等によってひび割れした固体電解質基板がバラバラになって崩れないように補強されることになり、さらに、メッシュ状金属やワイヤ状金属は、ひび割れした部分を電気的に接続することができる。   By embedding or fixing mesh-like metal or wire-like metal in the anode electrode layer or cathode electrode layer, the solid electrolyte substrate cracked due to thermal history etc. will be reinforced so that it will not fall apart and collapse. Furthermore, the mesh-like metal and the wire-like metal can electrically connect the cracked portions.

なお、これまで、固体電解質基板を多孔質性にした場合を説明したが、本実施形態の燃料電池セルの固体電解質基板に、緻密構造のものを使用することができ、この場合には、特に、熱履歴によるひび割れに対処するのに、カソード電極層及びアノード電極層にメッシュ状金属又はワイヤ状金属を埋め込み、或いは、埋設することは、有効な手段となる。   Although the case where the solid electrolyte substrate is made porous has been described so far, the solid electrolyte substrate of the fuel cell according to the present embodiment can use a dense structure, and in this case, in particular, In order to cope with cracks due to thermal history, it is an effective means to embed or embed mesh metal or wire metal in the cathode electrode layer and the anode electrode layer.

メッシュ状金属或いはワイヤ状金属は、アノード電極層とカソード電極層の両方に配設しても良いし、どちらか一方に配設しても良い。また、メッシュ状金属とワイヤ状金属を組み合わせて配設しても良い。熱履歴によってひび割れが生じたときには、少なくともアノード電極層に、メッシュ状金属又はワイヤ状金属が埋設されていれば、その発電能力を低下させることがなく、発電を継続することができる。固体電解質燃料電池セルの発電能力は、アノード電極層の燃料極としての有効面積に負うところが大きいので、少なくともアノード電極層にメッシュ状金属或いはワイヤ状金属を配設すると良い。   The mesh metal or wire metal may be disposed on both the anode electrode layer and the cathode electrode layer, or may be disposed on either one of them. Moreover, you may arrange | position combining a mesh-like metal and a wire-like metal. When cracking occurs due to thermal history, power generation can be continued without lowering its power generation capability, as long as at least the anode electrode layer is embedded with a mesh metal or wire metal. Since the power generation capacity of the solid electrolyte fuel cell depends largely on the effective area of the anode electrode layer as the fuel electrode, it is preferable to dispose at least the mesh-like metal or wire-like metal in the anode electrode layer.

なお、図1においては図示を省略しているが、本実施形態の発電装置に使用される固体酸化物型燃料電池C1、C2の夫々に、図12及び図13に示されるように、カソード電極層2とアノード電極層3の夫々には、起電力取出し用のリード線L1、L2が設けられている。これらのリード線L1、L2の接続の仕方によって、固体酸化物型燃料電池C1とC2とが、電気的に並列接続され、或いは、直列接続されることになる。   Although not shown in FIG. 1, each of the solid oxide fuel cells C1 and C2 used in the power generation apparatus of this embodiment has a cathode electrode as shown in FIGS. Each of the layer 2 and the anode electrode layer 3 is provided with lead wires L1 and L2 for extracting an electromotive force. Depending on how the lead wires L1 and L2 are connected, the solid oxide fuel cells C1 and C2 are electrically connected in parallel or in series.

次に、図1に示された本発明による基本構成を使用した第1実施形態の固体酸化物型燃料電池発電装置が、図2に示される。この第1実施形態では、2枚の固体酸化物型燃料電池の間に固体燃料を挟み込んだ燃料電池対の複数組が、断熱容器7内に、所定間隔を置いて、垂直に配置されている。図2の例では、燃料電池対が、3組配置されている。   Next, FIG. 2 shows a solid oxide fuel cell power generator according to a first embodiment using the basic configuration of the present invention shown in FIG. In this first embodiment, a plurality of pairs of fuel cell pairs in which a solid fuel is sandwiched between two solid oxide fuel cells are vertically arranged in the heat insulating container 7 at a predetermined interval. . In the example of FIG. 2, three pairs of fuel cells are arranged.

第1の燃料電池対は、固体燃料F1及び固体酸化物型燃料電池C1とC2で形成され、第2の燃料電池対は、固体燃料F2及び固体酸化物型燃料電池C3とC4で形成され、そして、第3の燃料電池対は、固体燃料F3及び固体酸化物型燃料電池C5とC6で形成されている。断熱容器7の下部において、図示されていないが、熱供給装置から各燃料電池対を加熱するための熱が供給される。   The first fuel cell pair is formed by a solid fuel F1 and solid oxide fuel cells C1 and C2, and the second fuel cell pair is formed by a solid fuel F2 and solid oxide fuel cells C3 and C4, The third fuel cell pair is formed of a solid fuel F3 and solid oxide fuel cells C5 and C6. Although not shown in the lower part of the heat insulation container 7, heat for heating each fuel cell pair is supplied from a heat supply device.

断熱容器7の下部は、大気中に開放されているので、空気が熱供給装置によって加熱され、各燃料電池対の間を自然上昇し、各燃料電池対を構成する固体酸化物型燃料電池のカソード電極層に、空気が供給され、酸素リッチ状態が形成される。そのため、各燃料電池対は、空気の通路を確保するため、所定間隔を置いて配置される必要がある。なお、図2の断熱容器7は、上部が完全な開放状態になっているが、その上部を閉塞状態にし、排ガス及び上昇空気を通過させる開口を設けてもよい。   Since the lower part of the heat insulating container 7 is open to the atmosphere, the air is heated by the heat supply device, naturally rises between each fuel cell pair, and the solid oxide fuel cell constituting each fuel cell pair Air is supplied to the cathode electrode layer to form an oxygen-rich state. Therefore, each fuel cell pair needs to be arranged at a predetermined interval in order to secure an air passage. In addition, although the upper part of the heat insulation container 7 of FIG. 2 is a completely open state, the upper part may be closed to provide an opening through which exhaust gas and rising air pass.

一方、固体燃料F1乃至F3は、下方から加熱されることにより、無炎燃焼状態とされ、炭化水素、水素、ラジカル(OH、CH、C2、O2H、CH3)などの燃料種を発生する。固体燃料F1乃至F3は、固体酸化物型燃料電池のアノード電極層に接触して配置されているので、固体燃料F1乃至F3から発生した燃料種は、直接に、各燃料電池対における固体酸化物型燃料電池のアノード電極層に供給され、アノード電極層を燃料リッチ状態に維持される。 On the other hand, solid fuels F1 to F3, by being heated from below, is a flameless combustion state, hydrocarbons, hydrogen, radicals (OH, CH, C 2, O 2 H, CH 3) fuel species such as appear. Since the solid fuels F1 to F3 are arranged in contact with the anode electrode layer of the solid oxide fuel cell, the fuel species generated from the solid fuels F1 to F3 are directly connected to the solid oxide in each fuel cell pair. Is supplied to the anode electrode layer of the fuel cell, and the anode electrode layer is maintained in a fuel-rich state.

次に、図2に示された第1実施形態の固体酸化物型燃料電池発電装置の具体例が、図3に示される。図2の場合で、各燃料電池対を構成する固体酸化物型燃料電池のカソード電極層を、酸素リッチ状態に維持するため、各燃料電池対は、空気の通路を確保するため、所定間隔を置いて配置される必要があった。そこで、図3に示された具体例は、各燃料電池対の間の所定間隔を確保する具体的手段を備えている。   Next, a specific example of the solid oxide fuel cell power generator according to the first embodiment shown in FIG. 2 is shown in FIG. In the case of FIG. 2, in order to maintain the cathode electrode layer of the solid oxide fuel cell constituting each fuel cell pair in an oxygen-rich state, each fuel cell pair has a predetermined interval in order to secure an air passage. There was a need to be placed. Therefore, the specific example shown in FIG. 3 includes specific means for securing a predetermined interval between each fuel cell pair.

図3に示された固体酸化物型燃料電池発電装置は、図2に示された発電装置と同様の構成を有している場合を例にしており、所定間隔を確保する具体的手段として、弾性部材E1乃至E4が、各燃料電池対との間に、そして、燃料電池対と断熱容器7の内壁面との間に挿入されている。弾性部材E1乃至E4は、例えば、バネなどのように、各燃料電池対を押圧しつつ、保持する役割を持っている。そして、燃料電池対に挟持された燃焼済の固体燃料を新しい固体燃料に交換するときにも、燃料電池対の断熱容器からの取り外しを容易にしている。   The solid oxide fuel cell power generator shown in FIG. 3 is an example in which the power generator shown in FIG. 2 has the same configuration, and as a specific means for securing a predetermined interval, Elastic members E <b> 1 to E <b> 4 are inserted between each fuel cell pair and between the fuel cell pair and the inner wall surface of the heat insulating container 7. The elastic members E1 to E4 have a role of holding each fuel cell pair while pressing them, such as a spring, for example. When the burned solid fuel held between the fuel cell pair is replaced with a new solid fuel, the fuel cell pair can be easily detached from the heat insulating container.

次に、本発明による固体酸化物型燃料電池発電装置の第2実施形態が、図4に示されている。第2実施形態の固体酸化物型燃料電池発電装置は、図2に示された第1実施形態の発電装置と同様の構成を基礎としているが、第2実施形態が、第1実施形態と異なる点は、断熱容器7の下部に備えられた熱供給装置として、火炎を発生するバーナーが使用されていることである。   Next, a second embodiment of the solid oxide fuel cell power generator according to the present invention is shown in FIG. The solid oxide fuel cell power generator of the second embodiment is based on the same configuration as that of the power generator of the first embodiment shown in FIG. 2, but the second embodiment is different from the first embodiment. The point is that a burner that generates a flame is used as a heat supply device provided in the lower part of the heat insulating container 7.

図2に示された固体酸化物型燃料電池発電装置においても、熱供給装置として、火炎を発生するバーナーを用いることができ、この火炎によって、各燃料電池対を作動温度に加熱し、そして、固体燃料を無炎燃焼させることができ、発電機能を奏することができる。しかしながら、この火炎が直接固体燃料を曝す部分、即ち、固体燃料の下端部においては、固体燃料が燃焼することを避けることができない。そこで、第2実施形態の発電装置では、各燃料電池対には、作動温度を維持できる加熱がなされればよいことに注目することとし、固体酸化物型燃料電池自体が火炎直接利用による発電機能を有し、このとき、固体酸化物型燃料電池が発熱体となることを利用するようにした。   In the solid oxide fuel cell power generator shown in FIG. 2 as well, a burner that generates a flame can be used as the heat supply device, and each flame is heated to the operating temperature by this flame, and Solid fuel can be burned without flame, and a power generation function can be achieved. However, it is inevitable that the solid fuel burns at the portion where the flame directly exposes the solid fuel, that is, at the lower end of the solid fuel. Therefore, in the power generation apparatus of the second embodiment, it is important to note that each fuel cell pair only needs to be heated to maintain the operating temperature, and the solid oxide fuel cell itself has a power generation function based on direct flame use. At this time, the fact that the solid oxide fuel cell becomes a heating element is utilized.

図4に示した第2実施形態の発電装置では、図2及び図3に示された第1実施形態の発電装置の構成を基礎にし、断熱容器7の下部に、熱供給装置として、固体酸化物型燃料電池C7、C8と、該燃料電池に火炎fを供給するバーナー4とが備えられている。バーナー4には、予混気体が供給され、予混気体の燃焼によって火炎fが発生される。   The power generator of the second embodiment shown in FIG. 4 is based on the configuration of the power generator of the first embodiment shown in FIG. 2 and FIG. Physical fuel cells C7 and C8 and a burner 4 for supplying a flame f to the fuel cells are provided. A premixed gas is supplied to the burner 4, and a flame f is generated by combustion of the premixed gas.

固体酸化物型燃料電池C7とC8は、それに形成されたアノード電極層3が、バーナー4で発生された火炎fによって曝されるように配置される。図4では、2枚の固体酸化物型燃料電池を備えた場合を示したが、1枚の固体酸化物型燃料電池が水平に配置されてもよい。さらに、複数枚の固体酸化物型燃料電池で火炎fを囲むようにしてもよいが、火炎fが加熱源となり、直接に燃料電池対を曝すことのないようにすればよい。   The solid oxide fuel cells C7 and C8 are arranged so that the anode electrode layer 3 formed thereon is exposed by the flame f generated by the burner 4. Although FIG. 4 shows a case where two solid oxide fuel cells are provided, one solid oxide fuel cell may be arranged horizontally. Further, the flame f may be surrounded by a plurality of solid oxide fuel cells, but the flame f may be a heating source so that the fuel cell pair is not directly exposed.

図4に示された第2実施形態の発電装置においては、2枚の固体酸化物型燃料電池C7とC8が、アノード電極層3を内側にし、そして、その上端部を閉じて内部に空間を形成する。この空間に、バーナー4で発生した火炎fが供給され、この火炎fによって、2枚の固体酸化物型燃料電池C7とC8が加熱され、この加熱された固体酸化物型燃料電池が各燃料電池対を加熱する熱源となる。さらに、火炎fは、固体酸化物型燃料電池C7とC8のアノード電極層3を直接曝して燃料種を供給し、固体酸化物型燃料電池C7とC8の発電に寄与する。この様な熱供給装置の構成とすれば、発生される火炎fを有効利用することができる。   In the power generator of the second embodiment shown in FIG. 4, two solid oxide fuel cells C7 and C8 have the anode electrode layer 3 inside, and close the upper end portion to make a space inside. Form. In this space, the flame f generated in the burner 4 is supplied, and the two solid oxide fuel cells C7 and C8 are heated by the flame f, and the heated solid oxide fuel cells are used as fuel cells. It becomes a heat source for heating the pair. Further, the flame f directly supplies the anode electrode layer 3 of the solid oxide fuel cells C7 and C8 to supply the fuel species, and contributes to power generation of the solid oxide fuel cells C7 and C8. With such a configuration of the heat supply device, the generated flame f can be used effectively.

次に、図5に、本発明による固体酸化物型燃料電池発電装置の第3実施形態を示した。第3実施形態の発電装置は、図4に示された第2実施形態の固体酸化物型燃料電池発電装置の構成を基礎にしており、第3実施形態が、第2実施形態と異なる点は、断熱容器7の内壁面に、熱伝導板8を配設したことと、各燃料電池対の上側に、さらに複数枚の固体酸化物型燃料電池を配置したことである。   Next, FIG. 5 shows a third embodiment of the solid oxide fuel cell power generator according to the present invention. The power generator according to the third embodiment is based on the configuration of the solid oxide fuel cell power generator according to the second embodiment shown in FIG. 4, and the third embodiment is different from the second embodiment. The heat conductive plate 8 is disposed on the inner wall surface of the heat insulating container 7, and a plurality of solid oxide fuel cells are disposed on the upper side of each fuel cell pair.

図5に示されるように、熱伝導板8が断熱容器7の内壁面に設けられることにより、各燃料電池対の下部に供給された熱が、上方に早く伝導されるので、各燃料電池対の下部から加熱するだけでなく、各燃料電池対の上方において、側方からも加熱され、加熱時の熱衝撃の発生を緩和することができ、しかも、発電駆動の立ち上げを早くすることができる。なお、この熱伝導板は、図2及び図3の第1実施形態の発電装置、さらには、図4の第2実施形態の発電装置にも適用することができる。   As shown in FIG. 5, since the heat conduction plate 8 is provided on the inner wall surface of the heat insulating container 7, the heat supplied to the lower part of each fuel cell pair is quickly conducted upward, so that each fuel cell pair In addition to heating from the lower part of the fuel cell, it is also heated from the side above each fuel cell pair, so that the occurrence of thermal shock during heating can be mitigated, and the start-up of the power generation drive can be accelerated. it can. Note that this heat conducting plate can be applied to the power generation device of the first embodiment shown in FIGS. 2 and 3, and further to the power generation device of the second embodiment shown in FIG.

また、図5に示されるように、第3実施形態の発電装置では、各燃料電池対の上側において、該第1燃料電池対の各々に対応して、固体燃料が挟み込まれていない2枚の固体酸化物型燃料電池が、垂直にして配置されている。固体燃料F1及び固体酸化物型燃料電池C1とC2で形成され第1の燃料電池対に対応して、固体酸化物型燃料電池C11、C21が配置され、固体燃料F2及び固体酸化物型燃料電池C3とC4で形成された第2の燃料電池対に対しては、固体酸化物型燃料電池C31、C41が配置され、そして、固体燃料F3及び固体酸化物型燃料電池C5とC6で形成された第3の燃料電池対に対しては、固体酸化物型燃料電池C31、C41が配置されている。   Further, as shown in FIG. 5, in the power generation device of the third embodiment, on the upper side of each fuel cell pair, two sheets of solid fuel are not sandwiched corresponding to each of the first fuel cell pair. Solid oxide fuel cells are arranged vertically. Solid oxide fuel cells C11 and C21 are arranged corresponding to the first fuel cell pair formed by the solid fuel F1 and the solid oxide fuel cells C1 and C2, and the solid fuel F2 and the solid oxide fuel cell are arranged. For the second fuel cell pair formed by C3 and C4, solid oxide fuel cells C31 and C41 are arranged and formed by solid fuel F3 and solid oxide fuel cells C5 and C6 Solid oxide fuel cells C31 and C41 are arranged for the third fuel cell pair.

断熱容器7の上部に配置された各2枚の固体酸化物型燃料電池は、対応する燃料電池対と同様に、アノード電極層同士を向かい合わせにし、カソード電極層が外側になるようにされる。この様に固体酸化物型燃料電池C11乃至C61を配置することにより、例えば、固体酸化物型燃料電池C11とC21のアノード電極層には、下方に配置された対応する燃料電池対の固体燃料で生成された未利用の燃料種が供給され、燃料リッチ状態を維持できる。そして、固体酸化物型燃料電池C11とC21のカソード電極層には、下方から加熱空気が供給され、酸素リッチ状態とすることができる。他の固体酸化物型燃料電池C31乃至C61についても、同様である。   Each of the two solid oxide fuel cells disposed on the upper portion of the heat insulating container 7 has the anode electrode layers facing each other and the cathode electrode layer is on the outside, like the corresponding fuel cell pair. . By arranging the solid oxide fuel cells C11 to C61 in this way, for example, the anode electrode layers of the solid oxide fuel cells C11 and C21 are made of solid fuel of a corresponding fuel cell pair disposed below. The generated unused fuel species are supplied, and the fuel rich state can be maintained. Then, heated air is supplied from below to the cathode electrode layers of the solid oxide fuel cells C11 and C21, and an oxygen-rich state can be obtained. The same applies to the other solid oxide fuel cells C31 to C61.

図2及び図3の第1実施形態の場合や、図4の第2実施形態の場合では、燃料電池対に挟持された固体燃料から生成された燃料種が固体酸化物型燃料電池で利用しきれないときには、上部に散逸してしまう。そこで、図5に示された第3実施形態の発電装置では、各燃料電池対に対応して、複数枚の固体酸化物型燃料電池が配置されているので、各燃料電池対で生成され、利用しきれなかった燃料種が有効に利用されることになり、燃料の利用効率を向上することができる。なお、図2及び図3の第1実施形態の発電装置に、固体燃料が挟持されていない燃料電池対を配置することができ、第3実施形態の場合と同様に、燃料の利用効率を向上することができる。   In the case of the first embodiment shown in FIGS. 2 and 3 and the case of the second embodiment shown in FIG. 4, the fuel species generated from the solid fuel sandwiched between the fuel cell pairs are used in the solid oxide fuel cell. If you can't, it will dissipate to the top. Therefore, in the power generation apparatus of the third embodiment shown in FIG. 5, a plurality of solid oxide fuel cells are arranged corresponding to each fuel cell pair. The fuel type that could not be used will be used effectively, and the fuel use efficiency can be improved. In addition, the fuel cell pair in which the solid fuel is not sandwiched can be arranged in the power generator of the first embodiment shown in FIGS. 2 and 3, and the fuel utilization efficiency is improved as in the case of the third embodiment. can do.

以上に説明された第1乃至第3実施形態に係る発電装置においては、平板状に形成された2枚の固体酸化物型燃料電池間に挟み込まれる固体燃料Fとして、手軽に入手できる木板、ベニヤ板、紙、木質材のチップ集成体又はペレットなどが好適であることを上述した。ここで、固体燃料Fとして、別の形態のものを利用できることについて、図6を参照しながら、その具体例を以下に説明する。   In the power generators according to the first to third embodiments described above, as a solid fuel F sandwiched between two solid oxide fuel cells formed in a flat plate shape, a wooden board and a veneer board that can be easily obtained. As mentioned above, paper, wood chip assemblies or pellets are suitable. Here, the specific example that the solid fuel F can be used in another form will be described below with reference to FIG.

図6は、その固体燃料Fの製造工程を示している。先ず、図6(a)に示されるように、撹拌用容器10に、例えば、生ゴミなどの有機固形物を水と共に収納し、撹拌して有機固形物を粉砕する。次に、図6(b)に示されるように、撹拌用容器10の底板を金属等の耐熱性ネットMに置き換えて、容器内の水分を抜き取り、粉砕された有機固形物による固体燃料層を付着させる。そして、図6(c)に示されるように、耐熱性ネットに有機固形物が付着された平板状の固体燃料Fが完成する。   FIG. 6 shows a manufacturing process of the solid fuel F. First, as shown in FIG. 6A, for example, organic solids such as raw garbage are stored in a stirring container 10 together with water, and the organic solids are pulverized by stirring. Next, as shown in FIG. 6 (b), the bottom plate of the stirring vessel 10 is replaced with a heat-resistant net M such as metal, the moisture in the vessel is extracted, and a solid fuel layer made of pulverized organic solids is formed. Adhere. Then, as shown in FIG. 6C, a flat solid fuel F in which an organic solid is attached to the heat-resistant net is completed.

ここで、水分は、有機固形物を撹拌し易くするものであり、粉砕された有機固形物をネット上に、均一厚さに、且つ、固体酸化物型燃料電池のアノード電極層の形状に合わせて付着させるのに役立っている。完成した固体燃料Fは、完全に乾燥されても、ネットに付着時の形状を保っており、発電時に使用することができるが、固体燃料Fの中に水分が残っていても、発電に使用することができる。固体燃料Fがこの様な生乾きの状態である場合には、寧ろ、その水分によって燃料としての改質が進むことが確認されているので、この生乾き状態の固体燃料の使用が好ましい。また、この固体燃料の作成の仕方は、生ゴミに限られず、紙、木質材のチップ集成体又はペレットの場合にも適用することができる。   Here, the moisture makes the organic solid matter easy to stir, and the pulverized organic solid matter is matched on the net with a uniform thickness and the shape of the anode electrode layer of the solid oxide fuel cell. It is useful to attach. Even if the solid fuel F is completely dried, it retains its shape when attached to the net and can be used for power generation. Even if moisture remains in the solid fuel F, it can be used for power generation. can do. In the case where the solid fuel F is in such a raw dry state, it is confirmed that the reforming as the fuel proceeds with the moisture, and therefore, the solid fuel in the raw dry state is preferably used. In addition, the method of producing the solid fuel is not limited to garbage, and can also be applied to paper, a chip aggregate of wood, or a pellet.

以上では、第1乃至第3実施形態に係る発電装置の断熱容器内における固体酸化物型燃料電池の配置の仕方を中心に説明された。次に、図3に示された第1実施形態による固体酸化物型燃料電池発電装置を例にして、断熱容器内への固体酸化物型燃料電池の装着に係る具体例を説明する。ここで、この断熱容器内への装着に適した構成を有する固体酸化物型燃料電池について、図7に示した。   In the above, it demonstrated centering on the method of arrangement | positioning of the solid oxide fuel cell in the heat insulation container of the electric power generating apparatus which concerns on 1st thru | or 3rd embodiment. Next, a specific example relating to the mounting of the solid oxide fuel cell in the heat insulating container will be described by taking the solid oxide fuel cell power generator according to the first embodiment shown in FIG. 3 as an example. Here, FIG. 7 shows a solid oxide fuel cell having a configuration suitable for mounting in the heat insulating container.

図7(a)に示された固体酸化物型燃料電池Cにおいては、メッシュ状金属又はワイヤ状金属m1、m2をカソード電極層2とアノード電極層3の範囲を超えた大きさに配設した場合である。この固体酸化物型燃料電池Cは、図12に示された固体酸化物型燃料電池Cの構成を基本としており、同じ部分には同じ符号が付されている。   In the solid oxide fuel cell C shown in FIG. 7 (a), mesh-like metal or wire-like metals m1 and m2 are arranged in a size exceeding the range of the cathode electrode layer 2 and the anode electrode layer 3. Is the case. This solid oxide fuel cell C is based on the configuration of the solid oxide fuel cell C shown in FIG. 12, and the same reference numerals are given to the same portions.

ここで、固体酸化物型燃料電池におけるメッシュ状金属の配設の仕方を変えて、加熱用火炎による固体電解質基板におけるひび割れの発生について実験を行った。なお、上述した固体酸化物型燃料電池におけるカソード電極層とアノード電極層は、通常、多孔質で形成されており、しかも、固体電解質基板の厚さより薄いので、熱伝導上では、無視できるものとして、この実験においては、SDCで形成され、直径が20mm、厚さが0.2mmであり、のカソード電極層とアノード電極層を有しない固体電解質基板を用意した。   Here, an experiment was conducted on the generation of cracks in the solid electrolyte substrate due to the heating flame by changing the manner of disposing the mesh metal in the solid oxide fuel cell. In addition, the cathode electrode layer and the anode electrode layer in the above-described solid oxide fuel cell are usually formed of a porous material and are thinner than the solid electrolyte substrate, so that they can be ignored in terms of heat conduction. In this experiment, a solid electrolyte substrate made of SDC and having a diameter of 20 mm and a thickness of 0.2 mm and having no cathode electrode layer and no anode electrode layer was prepared.

ここで、a)両面共にメッシュ状金属を固着しない固体電解質基板、b)片面のみに、また両面に、直径15mmのメッシュ状金属を固着した2種類の固体電解質基板、c)片面のみに、また両面に、直径20mmのメッシュ状金属を固着した2種類の固体電解質基板、d)片面に直径15mmのメッシュ状金属を、また他方の面に直径20mmのメッシュ状金属を固着した固体電解質基板を、それぞれ形成した。   Here, a) a solid electrolyte substrate that does not fix the mesh metal on both sides, b) two types of solid electrolyte substrates that have a mesh metal with a diameter of 15 mm fixed on both sides, c) only on one side, and Two types of solid electrolyte substrates having a mesh metal having a diameter of 20 mm fixed on both surfaces, d) a solid electrolyte substrate having a mesh metal having a diameter of 15 mm fixed to one surface, and a mesh metal having a diameter of 20 mm fixed to the other surface, Each was formed.

そこで、実験では、a)乃至d)で形成されたそれぞれの固体電解質基板の片面中央部分に、バーナーで生成された予混火炎を曝すことにより、初期において直径が約10mmの高熱部を形成し、ひび割れの観測を行った。a)の場合には、固体電解質基板の中央部にひび割れが発生し、b)の場合では、メッシュ状金属の外周にある固体電解質基板の周縁部分において、ひび割れが発生したが、c)及びd)の場合には、固体電解質基板全面において、ひび割れが発生しなかった。   Therefore, in the experiment, a preheated flame generated by a burner is exposed to the central portion of one side of each solid electrolyte substrate formed in a) to d) to form a high-heat portion having a diameter of about 10 mm in the initial stage. The crack was observed. In the case of a), a crack is generated in the central portion of the solid electrolyte substrate, and in the case of b), a crack is generated in the peripheral portion of the solid electrolyte substrate on the outer periphery of the mesh metal, but c) and d In the case of), no cracks occurred on the entire surface of the solid electrolyte substrate.

固体電解質基板の熱伝導率が、約2〔Wm-1K〕であるのに対し、メッシュ状金属が白金である場合には、その熱伝導率は、約72〔Wm-1K〕であり、SUS304のステンレスの場合には、約16.3〔Wm-1K〕であり、SUS430のステンレスの場合に、約26.3〔Wm-1K〕である。 The thermal conductivity of the solid electrolyte substrate is about 2 [Wm −1 K], whereas when the mesh metal is platinum, the thermal conductivity is about 72 [Wm −1 K]. In the case of SUS304 stainless steel, it is about 16.3 [Wm −1 K], and in the case of SUS430 stainless steel, it is about 26.3 [Wm −1 K].

このことから、上述のひび割れの発生状況を勘案すると、メッシュ状金属の熱伝導率が、固体電解質基板の熱伝導率より高いため、メッシュ状金属が存在する部分では、固体電解質基板への熱伝播が早く、熱衝撃が少ないことが分かる。従って、少なくとも固体電解質基板の片面にメッシュ状金属をその全面に配設すると、火炎が直接かつ急激に基板を曝しても、基板にひび割れを発生させることがなくなる。   From this, considering the occurrence of cracks described above, the thermal conductivity of the mesh metal is higher than that of the solid electrolyte substrate. Therefore, in the portion where the mesh metal exists, the heat propagation to the solid electrolyte substrate. It is clear that there is little thermal shock. Therefore, if the mesh metal is disposed on the entire surface of at least one surface of the solid electrolyte substrate, the substrate will not crack even if the substrate is exposed directly and suddenly.

そこで、図7(a)に示した固体酸化物型燃料電池では、以上の知見に基づいて、火炎による急速加熱で固体電解質基板にひび割れが発生することを抑制するため、カソード電極層とアノード電極層を超えて拡がるメッシュ状金属又はワイヤ状金属を配設することとした。図7(a)の固体酸化物型燃料電池として、カソード電極層2とアノード電極層3を超えて、固体電解質基板1の全面に拡がるメッシュ状金属又はワイヤ状金属m1、m2を配設した例を示した。   Therefore, in the solid oxide fuel cell shown in FIG. 7A, based on the above knowledge, the cathode electrode layer and the anode electrode are suppressed in order to suppress the occurrence of cracks in the solid electrolyte substrate due to the rapid heating by the flame. A mesh-like metal or a wire-like metal extending beyond the layer was arranged. As an example of the solid oxide fuel cell of FIG. 7A, mesh metal or wire metals m1 and m2 extending over the entire surface of the solid electrolyte substrate 1 beyond the cathode electrode layer 2 and the anode electrode layer 3 are disposed. showed that.

図7(a)に示した固体酸化物型燃料電池の構成は、図12に示された固体酸化物型燃料電池Cと同様であり、固体電解質基板1、カソード電極層2及びアノード電極層3からなり、カソード電極層2には、メッシュ状金属又はワイヤ状金属m1が埋設され、或いは、固着されている。一方、アノード電極層3にも、メッシュ状金属又はワイヤ状金属m2が埋設され、或いは、固着されている。ここで、図7(a)の固体酸化物型燃料電池Cにおいては、カソード電極層2とアノード電極層3の形成範囲を超えて、固体電解質基板1の外側にも拡がっている。そして、この外側の拡がり部には、所定幅を有する酸化物枠体11が形成され、メッシュ状金属又はワイヤ状金属m2が埋設され固定されている。   The configuration of the solid oxide fuel cell shown in FIG. 7A is the same as that of the solid oxide fuel cell C shown in FIG. 12, and the solid electrolyte substrate 1, the cathode electrode layer 2, and the anode electrode layer 3 are the same. In the cathode electrode layer 2, mesh metal or wire metal m1 is embedded or fixed. On the other hand, mesh-like metal or wire-like metal m2 is also embedded in or fixed to the anode electrode layer 3. Here, in the solid oxide fuel cell C of FIG. 7A, it extends beyond the formation range of the cathode electrode layer 2 and the anode electrode layer 3 to the outside of the solid electrolyte substrate 1. In addition, an oxide frame 11 having a predetermined width is formed in the outer spreading portion, and mesh-like metal or wire-like metal m2 is embedded and fixed.

上述の実験例によれば、図7(a)に示した固体酸化物型燃料電池のメッシュ状金属又はワイヤ状金属の配設の仕方は、c)における両方にメッシュ状金属を設けた場合に相当し、火炎による急激な加熱による熱衝撃が緩和され、固体電解質基板全体にひび割れ発生を抑制することができた。この場合、酸化物枠体11は、電極間の短絡を防止すると共に、固体酸化物型燃料電池のひび割れ抑制対策としての効果が得られ、補強の役割を果たしている。そして、この酸化物枠体11は、断熱容器内に固体酸化物型燃料電池を装着するときの保持部となる。   According to the experimental example described above, the arrangement of the mesh metal or wire metal of the solid oxide fuel cell shown in FIG. Correspondingly, the thermal shock caused by the rapid heating by the flame was alleviated, and the occurrence of cracks in the entire solid electrolyte substrate could be suppressed. In this case, the oxide frame 11 prevents the short circuit between the electrodes and has an effect as a countermeasure for suppressing cracks in the solid oxide fuel cell, and plays a role of reinforcement. And this oxide frame 11 becomes a holding | maintenance part when mounting | wearing with a solid oxide fuel cell in a heat insulation container.

また、c)における片方のみにメッシュ状金属を設けた場合も、固体電解質基板のひび割れ抑制対策としての効果が得られる。また、メッシュ状金属又はワイヤ状金属m1、m2を発電出力の取り出し電極とする場合には、図7(a)に示されるように、メッシュ状金属又はワイヤ状金属m1、m2の端部が酸化物枠体11から露出するように延ばされているが、別途の取り出し電極をメッシュ状金属又はワイヤ状金属m1、m2に設ける場合には、それらの端部は、酸化物枠体11の中で埋め込まれた状態とされる。   In addition, when a mesh metal is provided on only one side in c), an effect as a measure for suppressing cracks in the solid electrolyte substrate can be obtained. Further, when mesh-like metal or wire-like metals m1 and m2 are used as extraction electrodes for power generation output, as shown in FIG. 7A, the ends of mesh-like metal or wire-like metals m1 and m2 are oxidized. Although it is extended so as to be exposed from the object frame body 11, when a separate extraction electrode is provided on the mesh metal or the wire metal m 1, m 2, those end portions are in the oxide frame 11. It is assumed that it is embedded in.

一方、図7(b)には、図7(a)に示された固体酸化物型燃料電池Cと同様の構成であるが、酸化物枠体11に、固体酸化物型燃料電池を保持するための孔を設けた例が示されている。図7(b)に示された酸化物枠体11では、固体酸化物型燃料電池Cを断熱容器内で垂直に配置し保持するため、水平に設けられたガイドレールが挿通される貫通孔H1、H2が設けられている。   On the other hand, FIG. 7B shows the same configuration as the solid oxide fuel cell C shown in FIG. 7A, but the oxide oxide frame 11 holds the solid oxide fuel cell. An example in which a hole is provided is shown. In the oxide frame 11 shown in FIG. 7B, in order to hold the solid oxide fuel cell C vertically arranged in the heat insulating container, the through-hole H1 through which the guide rail provided horizontally is inserted. , H2 are provided.

ここで、酸化物枠体11には、メッシュ状金属又はワイヤ状金属m1、m2が埋設されているので、ガイドレールが各孔H1、H2に挿通されたとき、メッシュ状金属又はワイヤ状金属m1とm2とが短絡しないように工夫する。例えば、各孔H1、H2を設ける位置を避けて、メッシュ状金属又はワイヤ状金属m1、m2を埋設する、或いは、各孔H1、H2の内面を絶縁処理するとよい。なお、酸化物枠体は、固体電解質材料で作成されても、セラミック接着剤で形成されてもよく、また、多孔質に形成されてもよい。   Here, since the mesh-like metal or the wire-like metals m1 and m2 are embedded in the oxide frame 11, when the guide rail is inserted into the holes H1 and H2, the mesh-like metal or the wire-like metal m1. And m2 are devised so as not to be short-circuited. For example, avoiding the position where the holes H1 and H2 are provided, the mesh metal or the wire metals m1 and m2 may be embedded, or the inner surfaces of the holes H1 and H2 may be insulated. Note that the oxide frame may be made of a solid electrolyte material, may be formed of a ceramic adhesive, or may be formed of a porous material.

次に、以上に説明した酸化物枠体を備えた固体酸化物型燃料電池を使用した装着の具体例について、図8乃至図11を参照して説明する。先ず、図8には、図7(b)に示された固体酸化物型燃料電池Cを使用した本実施形態の固体酸化物型燃料電池発電装置における装着例が示されている。   Next, a specific example of mounting using the solid oxide fuel cell including the oxide frame described above will be described with reference to FIGS. First, FIG. 8 shows a mounting example in the solid oxide fuel cell power generator of this embodiment using the solid oxide fuel cell C shown in FIG. 7B.

図8では、2枚の固体酸化物型燃料電池C1、C2が固体燃料Fを挟み込んだ形態で保持されている。ここでは、1組の燃料電池対を説明の都合上代表的に示しており、固体燃料Fには、図6に示された手順により作成された2枚の固体燃料F1、F2が使用され、これらの耐熱性ネットMが内側になるように重ね合わせて1枚の固体燃料Fとしている。この固体燃料Fが固体酸化物型燃料電池C1とC2のアノード電極層との間に接触して保持される。なお、固体燃料Fとして、固体燃料F1、F2のいずれか1枚でもよい。   In FIG. 8, two solid oxide fuel cells C1 and C2 are held in a form in which a solid fuel F is sandwiched. Here, for convenience of explanation, one set of fuel cell pairs is representatively shown. For the solid fuel F, two solid fuels F1 and F2 prepared by the procedure shown in FIG. 6 are used. These heat-resistant nets M are overlapped so as to be on the inside to form one solid fuel F. This solid fuel F is held in contact between the anode electrode layers of the solid oxide fuel cells C1 and C2. Note that the solid fuel F may be one of the solid fuels F1 and F2.

固体酸化物型燃料電池C1、C2を、固体燃料Fを挟み込んだ状態で、断熱容器(図8では、図示を省略。図2乃至図5における符号7に相当)内に垂直に装着するため、断熱容器内に設けられた保持枠に取り付けられたガイドレールG1、G2が用いられる。ガイドレールG1は、固体酸化物型燃料電池C1、C2の各酸化物枠体の上部に設けられた貫通孔に挿通され、また、ガイドレールG2は、同各酸化物枠体の下部に設けられた貫通孔に挿通される。   To mount the solid oxide fuel cells C1 and C2 vertically in a heat insulating container (not shown in FIG. 8, corresponding to reference numeral 7 in FIGS. 2 to 5) with the solid fuel F sandwiched therebetween, Guide rails G1 and G2 attached to a holding frame provided in the heat insulating container are used. The guide rail G1 is inserted into a through hole provided in the upper part of each oxide frame of the solid oxide fuel cells C1 and C2, and the guide rail G2 is provided in the lower part of each oxide frame. Is inserted into the through hole.

各ガイドレールG1、G2には、該ガイドレール上を摺動又は移動可能であり、ガイドレール上で固定されるナット、チャックなどの固定具N11乃至N22が備えられている。これらの各固定具は、バネ体S11乃至S22を介して酸化物枠体を保持する。図8では、固体酸化物型燃料電池C1、C2の酸化物枠体の貫通孔にガイドレールG1、G2が挿通された状態で、各固定具N11乃至22のそれぞれが、各バネ体S11乃至S22を介して、固体酸化物型燃料電池C1、固体燃料F、固体酸化物型燃料電池C2を積層状態で保持する。この固定具とバネ体とで、固体酸化物型燃料電池の加圧固定部材を形成している。   Each of the guide rails G1 and G2 is provided with fixtures N11 to N22 such as nuts and chucks that can slide or move on the guide rail and are fixed on the guide rail. Each of these fixtures holds the oxide frame through the spring bodies S11 to S22. In FIG. 8, in a state where the guide rails G1 and G2 are inserted through the through holes of the oxide frame bodies of the solid oxide fuel cells C1 and C2, the fixing tools N11 to N22 are respectively connected to the spring bodies S11 to S22. Then, the solid oxide fuel cell C1, the solid fuel F, and the solid oxide fuel cell C2 are held in a stacked state. The fixing member and the spring body form a pressure fixing member of the solid oxide fuel cell.

なお、各バネ体N11乃至N22は、固体酸化物型燃料電池C1、固体燃料F及び固体酸化物型燃料電池C2を安定的接触させて保持するだけでなく、発電時に、固体燃料Fから燃料種が放出されて固体燃料Fの体積が減少した場合でも、固体酸化物型燃料電池のアノード電極層を固体燃料Fに圧接させる役割を有し、アノード電極層への燃料種供給を安定化する。   The spring bodies N11 to N22 not only hold the solid oxide fuel cell C1, the solid fuel F, and the solid oxide fuel cell C2 in stable contact with each other, but also generate fuel species from the solid fuel F during power generation. Even when the volume of the solid fuel F decreases due to the release of the solid fuel F, the anode electrode layer of the solid oxide fuel cell has a role of pressing against the solid fuel F, and the fuel species supply to the anode electrode layer is stabilized.

また、図8に示された固体燃料Fの耐熱性ネットMは、ガイドレールG1、G2に係合して保持されるようになっているが、この耐熱性ネットには、絶縁対策を施さなくてもよい。さらに、図8では、固体燃料Fを挟み込んだ1組の燃料電池対が示されているが、この1組の燃料電池対の複数組を断熱容器内で装着することができる。この場合には、固体酸化物型燃料電池のカソード電極層が、隣接する他の組の燃料電池対のカソード電極層と所定間隔を置くためのスペーサを介在させるとよい。   Further, the heat-resistant net M of the solid fuel F shown in FIG. 8 is held by being engaged with the guide rails G1 and G2, but the heat-resistant net is not subjected to insulation measures. May be. Further, FIG. 8 shows one set of fuel cell pairs sandwiching the solid fuel F, but a plurality of sets of the one set of fuel cells can be mounted in a heat insulating container. In this case, the cathode electrode layer of the solid oxide fuel cell may be provided with a spacer for spacing a predetermined distance from the cathode electrode layer of another pair of adjacent fuel cells.

図8は、固体燃料を挟み込んだ燃料電池対を断熱容器内に垂直に装着した場合、つまり、固体酸化物型燃料電池が発電状態にある場合を示しているが、図9に、固体燃料の交換時の様子を示した。図9では、固定具N11乃至N22の各々が操作され、それらがガイドレールG1及びG2上を摺動又は移動された状態が示されている。   FIG. 8 shows a case where a pair of fuel cells sandwiching a solid fuel is vertically installed in a heat insulating container, that is, a case where the solid oxide fuel cell is in a power generation state. The situation at the time of exchange was shown. FIG. 9 shows a state in which each of the fixtures N11 to N22 is operated and slid or moved on the guide rails G1 and G2.

これによって、バネ体S11乃至S22の圧縮状態が解除され、固体酸化物型燃料電池C1、固体燃料F、固体酸化物型燃料電池C2の夫々の間に隙間ができる。ここで、固体酸化物型燃料電池C1、固体燃料F、固体酸化物型燃料電池C2の夫々の間に隙間ができた段階で、使用済みの固体燃料を取り出して、新しい固体燃料Fを挿入する。次いで、固定具N11乃至N22の各々を操作して、バネ体S11乃至S22を圧縮状態にした位置で固定すればよい。   As a result, the compressed state of the spring bodies S11 to S22 is released, and a gap is formed between the solid oxide fuel cell C1, the solid fuel F, and the solid oxide fuel cell C2. Here, when a gap is formed between each of the solid oxide fuel cell C1, the solid fuel F, and the solid oxide fuel cell C2, the used solid fuel is taken out and a new solid fuel F is inserted. . Next, each of the fixtures N11 to N22 may be operated to fix the spring bodies S11 to S22 at the compressed positions.

次に、固体燃料Fの他の装着例について、図10に示した。図10の装着例は、発電装置の断熱容器内の縦平面で示され、固体酸化物型燃料電池C1、C2には、図8の固体酸化物型燃料電池の構成と同様のものが使用され、酸化物枠体11に4個の貫通孔H1乃至H4が設けられている。これらの貫通孔の各々に、ガイドレールG1乃至G4が個々に挿通されている。   Next, another mounting example of the solid fuel F is shown in FIG. The mounting example of FIG. 10 is shown by a vertical plane in the heat insulating container of the power generation apparatus, and the same structure as that of the solid oxide fuel cell of FIG. 8 is used for the solid oxide fuel cells C1 and C2. The oxide frame 11 is provided with four through holes H1 to H4. Guide rails G1 to G4 are individually inserted into the through holes.

図8又は図9で示した固体燃料の装着では、固体燃料を付着した耐熱性ネットがガイドレールに直接係合されていた。これに対して、図10に示された固体燃料の装着例では、ガイドレールとは別の保持棒G5を断熱容器内に用意し、固体燃料Fの耐熱性ネットMに取り付けられたフック12が保持棒G5に引っ掛けられるようにして、固体燃料Fを保持した。   In the mounting of the solid fuel shown in FIG. 8 or FIG. 9, the heat-resistant net to which the solid fuel is attached is directly engaged with the guide rail. On the other hand, in the solid fuel mounting example shown in FIG. 10, a holding rod G5 different from the guide rail is prepared in the heat insulating container, and the hook 12 attached to the heat resistant net M of the solid fuel F is provided. The solid fuel F was held so as to be hooked on the holding rod G5.

固体燃料Fは、ガイドレールG1乃至G4とは係合せずに、ガイドレールG1乃至G4によって面方向の動きを規制されて、保持される。フック12は、保持棒G5に対して着脱自在であるため、固体燃料Fの交換作業は簡便に行われる。   The solid fuel F is not engaged with the guide rails G1 to G4, but is held while its movement in the surface direction is restricted by the guide rails G1 to G4. Since the hook 12 is detachable from the holding rod G5, the replacement work of the solid fuel F is easily performed.

一方、固体燃料Fの別の装着例について、図11に示した。図11の装着例は、図10の場合と同様に、発電装置の断熱容器内の縦平面で示され、固体酸化物型燃料電池C1、C2には、図8の固体酸化物型燃料電池の構成と同様のものが使用され、酸化物枠体11に4個の貫通孔H1乃至H4が設けられている。これらの貫通孔の各々に、ガイドレールG1乃至G4が個々に挿通されている。   On the other hand, another mounting example of the solid fuel F is shown in FIG. The mounting example of FIG. 11 is shown by a vertical plane in the heat insulating container of the power generation device, similarly to the case of FIG. 10, and the solid oxide fuel cells C1 and C2 include the solid oxide fuel cell of FIG. The same structure is used, and the oxide frame 11 is provided with four through holes H1 to H4. Guide rails G1 to G4 are individually inserted into the through holes.

ここで、図10に示されたように、貫通孔H1乃至H4は、固体酸化物型燃料電池の酸化物枠体の4隅に設けられたが、図11の装着例では、上部の貫通孔H1及びH4が、酸化物枠体の上部両隅に設けられ、下部の貫通孔H2及びH3が下部の両隅から内側にずらされている点が特徴である。   Here, as shown in FIG. 10, the through holes H1 to H4 are provided at the four corners of the oxide frame of the solid oxide fuel cell. In the mounting example of FIG. H1 and H4 are provided at the upper corners of the oxide frame, and the lower through holes H2 and H3 are shifted inward from the lower corners.

ここで、図11に示されるように、固体燃料Fは、その固体燃料Fの耐熱性ネットMの下端部がガイドレールG2及びG3に直接に当接して保持される。この場合には、固体燃料Fは、ガイドレールG1及びG4によって面方向の動きが規制されて、保持される。固体燃料Fの交換時には、上方から、ガイドレールG1とG4の間で挿入することができ、固体燃料Fの交換作業は簡便に行われる。   Here, as shown in FIG. 11, the solid fuel F is held with the lower end portion of the heat-resistant net M of the solid fuel F in direct contact with the guide rails G <b> 2 and G <b> 3. In this case, the solid fuel F is held while its movement in the surface direction is restricted by the guide rails G1 and G4. When the solid fuel F is exchanged, it can be inserted between the guide rails G1 and G4 from above, and the exchange operation of the solid fuel F is easily performed.

図11に示された固体燃料の装着例では、下部のガイドレールG2及びG3の配置間隔は、加圧固定部材で燃料電池対を保持したとき、固体酸化物型燃料電池のアノード電極層が固体燃料に適切に圧接されるように調整され、下部のガイドレールの本数も適宜選択することができる。   In the mounting example of the solid fuel shown in FIG. 11, the arrangement interval of the lower guide rails G2 and G3 is such that the anode electrode layer of the solid oxide fuel cell is solid when the fuel cell pair is held by the pressure fixing member. The number of guide rails in the lower portion can be appropriately selected by adjusting so as to be properly pressed against the fuel.

以上により、固体燃料を2枚の固体酸化物型燃料電池で挟持した燃料電池対を加熱することにより、固体燃料から生成された燃料種を燃料として発電する固体酸化物型燃料電池発電装置の実施形態が説明されたが、以下に、本発明による固体酸化物型燃料電池発電装置の実施例を示す。   As described above, the solid oxide fuel cell power generator that generates power using the fuel species generated from the solid fuel by heating the fuel cell pair in which the solid fuel is sandwiched between the two solid oxide fuel cells. Although the embodiment has been described, examples of the solid oxide fuel cell power generator according to the present invention will be described below.

サマリウムドープドセリア(Ce0.8Sm0.21.9、SDC)粉末とポリビニルブチラール、ジブチルフタレートを含む混合物をボールミル法にてスラリー化し、厚さ約0.2mmのグリーンシートを作製し、ディスク状に打ち抜いて板体を作成した。その後、該板体を、大気中において、1300℃で焼成し、径約15mmの固体電解質基板を得た。 A mixture containing samarium-doped ceria (Ce 0.8 Sm 0.2 O 1.9 , SDC) powder, polyvinyl butyral and dibutyl phthalate was slurried by a ball mill method to produce a green sheet having a thickness of about 0.2 mm, and punched into a disk shape A plate was created. Thereafter, the plate was fired at 1300 ° C. in the atmosphere to obtain a solid electrolyte substrate having a diameter of about 15 mm.

その固体電解質基板の一方の面に、サマリウムストロンチウムコバルタイト(SSC)とSDCの50重量%混合物ペーストを印刷し、その他方の面に、NiO−CoO−SDCの15:45:40重量比混合物ペーストを印刷し、白金ワイヤを溶接した白金製メッシュ(80番)を埋め込み、大気中において、1200℃で焼成した。   A 50 wt% mixture paste of samarium strontium cobaltite (SSC) and SDC is printed on one surface of the solid electrolyte substrate, and a 15:45:40 weight ratio mixture paste of NiO—CoO—SDC is printed on the other surface. Was printed, a platinum mesh welded with a platinum wire (# 80) was embedded, and fired at 1200 ° C. in the atmosphere.

この様にして作製した固体酸化物型燃料電池の一対に、アノード電極層が面するように、約0.5gの木片を挟み、両カソード電極層側からスプリング加圧できるように、セラミック製管の内部に収納した。この管を電気炉に挿入して、発電機能を評価した。ここで、短絡電流は、690℃において、最大44mAで、約20分間にわたり、電流の取出しができた。   About 0.5 g of wood pieces are sandwiched between a pair of solid oxide fuel cells produced in this manner so that the anode electrode layer faces, and a spring made from both cathode electrode layers can be pressed with a ceramic tube. Housed inside. This tube was inserted into an electric furnace to evaluate the power generation function. Here, the current could be taken out for about 20 minutes at a maximum of 44 mA at 690 ° C.

また、同様にして、厚さ0.3mmの厚紙8枚(約0.4g)を、一対の固体酸化物型燃料電池間に挟み込み、発電機能を評価した。ここで、短絡電流は、620℃において、最大86mAで、約15分間にわたり、電流の取出しができた。   Similarly, 8 sheets of paper (about 0.4 g) having a thickness of 0.3 mm were sandwiched between a pair of solid oxide fuel cells, and the power generation function was evaluated. Here, the current could be taken out for about 15 minutes at a maximum of 86 mA at 620 ° C.

本発明による固体酸化物型燃料電池発電装置に係る基本構成を説明する図である。It is a figure explaining the basic composition concerning the solid oxide fuel cell power generator by the present invention. 本発明による固体酸化物型燃料電池発電装置の第1実施形態を説明する図である。1 is a diagram for explaining a first embodiment of a solid oxide fuel cell power generator according to the present invention. FIG. 第1実施形態の固体酸化物型燃料電池発電装置の具体例を説明する図である。It is a figure explaining the specific example of the solid oxide fuel cell electric power generating apparatus of 1st Embodiment. 本発明による固体酸化物型燃料電池発電装置の第2実施形態を説明する図である。It is a figure explaining 2nd Embodiment of the solid oxide fuel cell electric power generating apparatus by this invention. 本発明による固体酸化物型燃料電池発電装置の第3実施形態を説明する図である。It is a figure explaining 3rd Embodiment of the solid oxide fuel cell electric power generating apparatus by this invention. 本発明による固体酸化物型燃料電池発電装置に用いることができる固体燃料の作成手順を説明する図である。It is a figure explaining the preparation procedure of the solid fuel which can be used for the solid oxide fuel cell power generator by this invention. 本発明による固体酸化物型燃料電池発電装置に用いることができる固体酸化物型燃料電池の具体例を説明する図である。It is a figure explaining the specific example of the solid oxide fuel cell which can be used for the solid oxide fuel cell power generator by this invention. 本発明による固体酸化物型燃料電池発電装置における固体酸化物型燃料電池の装着例を説明する図である。It is a figure explaining the example of mounting of the solid oxide fuel cell in the solid oxide fuel cell power generator by the present invention. 図8に示した固体酸化物型燃料電池の装着例における固体燃料の交換を説明する図である。It is a figure explaining replacement | exchange of the solid fuel in the mounting example of the solid oxide fuel cell shown in FIG. 本発明による固体酸化物型燃料電池発電装置における固体燃料の他の装着例を説明する図である。It is a figure explaining the other example of mounting | wearing of the solid fuel in the solid oxide fuel cell electric power generating apparatus by this invention. 本発明による固体酸化物型燃料電池発電装置における固体燃料の別の装着例を説明する図である。It is a figure explaining another example of mounting of the solid fuel in the solid oxide fuel cell power generator by the present invention. 火炎直接利用により発電する固体酸化物型燃料電池発電装置を説明する図である。It is a figure explaining the solid oxide fuel cell power generator which generates electric power by flame direct use. 固体燃料の燃焼による火炎を直接利用する固体酸化物型燃料電池発電装置を説明する図である。It is a figure explaining the solid oxide fuel cell power generator which directly utilizes the flame by combustion of a solid fuel.

符号の説明Explanation of symbols

1 固体電解質基板
2 カソード電極層(空気極層)
3 アノード電極層(燃料極層)
4 バーナー
7 断熱容器
8 熱伝導板
10 攪拌用容器
11 酸化物枠体
12 フック
C、C1〜C8、C11〜C61 固体酸化物型燃料電池
f 火炎
F、F1〜F3 固体燃料
G1〜G5 ガイドレール
H1〜H4 孔
m1、m2 金属メッシュ/金属ワイヤ
M 耐熱性ネット
N11〜N22 ナット
S11〜S22 バネ体
1 Solid electrolyte substrate 2 Cathode electrode layer (air electrode layer)
3 Anode electrode layer (fuel electrode layer)
4 Burner 7 Thermal insulation container 8 Heat conduction plate 10 Stirring container 11 Oxide frame 12 Hook C, C1 to C8, C11 to C61 Solid oxide fuel cell f Flame F, F1 to F3 Solid fuel G1 to G5 Guide rail H1 -H4 hole m1, m2 Metal mesh / metal wire M Heat-resistant net N11-N22 Nut S11-S22 Spring body

Claims (19)

カソード電極層とアノード電極層が形成された固体電解質基板を有する第1及び第2固体酸化物型燃料電池と、
前記第1及び第2固体酸化物型燃料電池を加熱する熱供給装置と、を備え、
前記第1固体酸化物型燃料電池の前記アノード電極層と前記第2固体酸化物型燃料電池の前記アノード電極層との間に、固体燃料を挟み込んだことを特徴とする固体酸化物型燃料電池発電装置。
First and second solid oxide fuel cells having solid electrolyte substrates on which a cathode electrode layer and an anode electrode layer are formed;
A heat supply device for heating the first and second solid oxide fuel cells,
A solid oxide fuel cell comprising a solid fuel sandwiched between the anode electrode layer of the first solid oxide fuel cell and the anode electrode layer of the second solid oxide fuel cell. Power generation device.
前記固体燃料を挟み込んだ前記第1固体酸化物型燃料電池及び前記第2固体酸化物型燃料電池による第1燃料電池対が、断熱容器内に収納され、
前記断熱容器の下部に、前記熱供給装置が配置され、該下部から空気が供給されることを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物型燃料電池発電装置。
A first fuel cell pair comprising the first solid oxide fuel cell and the second solid oxide fuel cell sandwiching the solid fuel is housed in a heat insulating container;
2. The solid oxide fuel cell power generator according to claim 1, wherein the heat supply device is disposed at a lower portion of the heat insulating container, and air is supplied from the lower portion.
前記第1燃料電池対が、前記断熱容器内で垂直に配置され、
前記熱供給装置が、前記第1燃料電池対の下方に配置されたことを特徴とする請求項32に記載の固体酸化物型燃料電池発電装置。
The first fuel cell pair is disposed vertically in the insulated container;
The solid oxide fuel cell power generator according to claim 32, wherein the heat supply device is disposed below the first fuel cell pair.
前記第1燃料電池対の複数組が、互いに間隔を保持して前記断熱容器内に収納されることを特徴とする請求項3に記載の固体酸化物型燃料電池発電装置。   4. The solid oxide fuel cell power generator according to claim 3, wherein the plurality of sets of the first fuel cell pairs are stored in the heat insulating container while maintaining a space therebetween. 前記間隔を保持する加圧固定部材が、前記複数組の第1燃料電池対の間に挿入されていることを特徴とする請求項4に記載の固体酸化物型燃料電池発電装置。   5. The solid oxide fuel cell power generator according to claim 4, wherein the pressure fixing member that holds the gap is inserted between the plurality of first fuel cell pairs. 高熱伝導体層が、前記断熱容器の内面に形成されていることを特徴とする請求項3乃至5のいずれか一項に記載の固体酸化物型燃料電池発電装置。   The solid oxide fuel cell power generator according to any one of claims 3 to 5, wherein a high thermal conductor layer is formed on an inner surface of the heat insulating container. 前記第1燃料電池対の上方に、前記第1固体酸化物型燃料電池及び前記第2固体酸化物型燃料電池のみによる第2燃料電池対が配置されることを特徴とする請求項3乃至6のいずれか一項に記載の固体酸化物型燃料電池発電装置。   7. The second fuel cell pair comprising only the first solid oxide fuel cell and the second solid oxide fuel cell is disposed above the first fuel cell pair. The solid oxide fuel cell power generator according to any one of the above. 前記熱供給装置は、火炎による熱を前記第1燃料電池対に供給することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の固体酸化物型燃料電池発電装置。   The solid oxide fuel cell power generator according to any one of claims 1 to 7, wherein the heat supply device supplies heat from a flame to the first fuel cell pair. 前記熱供給装置は、前記第1燃料電池対の下方に配置された固体酸化物型燃料電池のアノード電極層を直接曝す火炎を供給することを特徴とする請求項8に記載の固体酸化物型燃料電池発電装置。   9. The solid oxide type according to claim 8, wherein the heat supply device supplies a flame that directly exposes an anode electrode layer of a solid oxide fuel cell disposed below the first fuel cell pair. Fuel cell power generator. 前記固体燃料は、細かく粉砕され水中に分散された有機固形物を耐熱性ネットに略一定厚さに、且つ、前記アノード電極層の表面形状に合わせた大きさに付着させることにより平板状に作成されることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の固体酸化物型燃料電池発電装置。   The solid fuel is made into a flat plate by adhering finely pulverized organic solids dispersed in water to a heat-resistant net with a substantially constant thickness and a size that matches the surface shape of the anode electrode layer. The solid oxide fuel cell power generator according to any one of claims 1 to 9, wherein 前記第1及び第2固体酸化物型燃料電池の各々は、前記固体電解質基板の全周縁部で前記カソード電極層の端縁部から前記アノード電極層の端縁部に渡って被覆し、該端縁部から所定幅を有する酸化物枠体を有し、
前記カソード電極層と前記アノード電極層の少なくとも一方の全面にメッシュ状金属又はワイヤ状金属が埋設又は固着され、
前記各酸化物枠体は、当該固体酸化物型燃料電池を保持する保持部を備えていることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の固体酸化物型燃料電池発電装置。
Each of the first and second solid oxide fuel cells is coated from the edge of the cathode electrode layer to the edge of the anode electrode layer at the entire periphery of the solid electrolyte substrate. Having an oxide frame having a predetermined width from the edge;
A mesh-like metal or a wire-like metal is embedded or fixed on the entire surface of at least one of the cathode electrode layer and the anode electrode layer,
The solid oxide fuel cell power generator according to any one of claims 1 to 10, wherein each of the oxide frames includes a holding unit that holds the solid oxide fuel cell. .
前記カソード電極層と前記アノード電極層とに埋設又は固着された前記メッシュ状金属又はワイヤ状金属は、第1集電電極及び第2集電電極であり、該第1集電電極及び第2集電電極に接続されたリード線から、発電出力が取出されることを特徴とする請求項11に記載の固体酸化物型燃料電池発電装置。   The mesh-like metal or wire-like metal embedded or fixed in the cathode electrode layer and the anode electrode layer is a first collector electrode and a second collector electrode, and the first collector electrode and the second collector electrode. The solid oxide fuel cell power generator according to claim 11, wherein a power generation output is taken out from a lead wire connected to the electrode. 前記メッシュ状金属又はワイヤ状金属は、前記酸化物枠体に延びて埋設されていることを特徴とする請求項12に記載の固体酸化物型燃料電池発電装置。   The solid oxide fuel cell power generator according to claim 12, wherein the mesh metal or wire metal is embedded in the oxide frame. 前記酸化物枠体は、固体電解質材料で作成され、又は、多孔質に形成されることを特徴とする請求項11乃至13のいずれか一項に記載の固体酸化物型燃料電池発電装置。   The solid oxide fuel cell power generator according to any one of claims 11 to 13, wherein the oxide frame is made of a solid electrolyte material or is made porous. 前記保持部は、複数の孔を有し、
前記第1及び第2固体酸化物型燃料電池は、断熱容器内の保持枠に設けられたガイドレールが前記孔の各々に挿通されることによって、前記断熱容器内に垂直に配置され、
前記固体燃料は、前記断熱容器内において前記第1固体酸化物型燃料電池と前記第2固体酸化物型燃料電池との間に垂直に挿入されることを特徴とする請求項11乃至14のいずれか一項に記載の固体酸化物型燃料電池発電装置。
The holding portion has a plurality of holes,
The first and second solid oxide fuel cells are vertically arranged in the heat insulating container by inserting guide rails provided in a holding frame in the heat insulating container into each of the holes,
The solid fuel is inserted vertically between the first solid oxide fuel cell and the second solid oxide fuel cell in the heat insulating container. A solid oxide fuel cell power generator according to claim 1.
前記ガイドレールは、前記固体燃料を前記第1及び第2固体酸化物型燃料電池で挟み込んで圧接する加圧固定部材を備え、
前記加圧固定部材は、前記固体燃料の交換時に、前記ガイドレールに沿って可動であることを特徴とする請求項15に記載の固体酸化物型燃料電池発電装置。
The guide rail includes a pressure fixing member that sandwiches and presses the solid fuel between the first and second solid oxide fuel cells,
16. The solid oxide fuel cell power generator according to claim 15, wherein the pressure fixing member is movable along the guide rail when the solid fuel is replaced.
前記保持部は、前記酸化物枠体の4隅に設けられた孔を有し、
前記ガイドレールが前記孔の各々に挿通されることを特徴とする請求項15又は16に記載の固体酸化物型燃料電池発電装置。
The holding part has holes provided at four corners of the oxide frame,
The solid oxide fuel cell power generator according to claim 15 or 16, wherein the guide rail is inserted into each of the holes.
前記固体燃料は、該固体燃料を付着した耐熱性ネットの上端部に設けられた係合具が断熱容器内の保持棒に係合されることによって、前記断熱容器内において前記第1固体酸化物型燃料電池と前記第2固体酸化物型燃料電池との間に垂直に挿入されることを特徴とする請求項11乃至14のいずれか一項に記載の固体酸化物型燃料電池発電装置。   The solid fuel is obtained by engaging an engagement tool provided at an upper end portion of the heat-resistant net attached with the solid fuel with a holding rod in the heat insulation container, so that the first solid oxide is contained in the heat insulation container. The solid oxide fuel cell power generator according to any one of claims 11 to 14, wherein the solid oxide fuel cell power generator is vertically inserted between the fuel cell and the second solid oxide fuel cell. 前記固体燃料は、該固体燃料を付着した耐熱性ネットの下端が、断熱容器内の保持枠に設けられた下部ガイドレールによって支持され、前記保持枠に設けられた上部ガイドレールによって面方向を規制されて、前記断熱容器内において前記第1固体酸化物型燃料電池と前記第2固体酸化物型燃料電池との間に垂直に挿入されることを特徴とする請求項11乃至14のいずれか一項に記載の固体酸化物型燃料電池発電装置。   The solid fuel is supported by a lower guide rail provided at a holding frame in a heat insulating container at the lower end of the heat-resistant net to which the solid fuel is adhered, and the surface direction is regulated by the upper guide rail provided at the holding frame. 15, and is inserted vertically between the first solid oxide fuel cell and the second solid oxide fuel cell in the heat insulating container. The solid oxide fuel cell power generator according to item.
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