JP2009187764A - Solid oxide fuel cell sub-module, and solid oxide fuel cell composite module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体酸化物形燃料電池サブモジュールおよび固体酸化物形燃料電池複合モジュールに関するものである。 The present invention relates to a solid oxide fuel cell sub-module and a solid oxide fuel cell composite module.
近年、燃料電池として、固体電解質(固体酸化物)を用いた固体酸化物形燃料電池(以下、「SOFC」ということがある。)が、盛んに開発されるようになっている。 In recent years, solid oxide fuel cells (hereinafter sometimes referred to as “SOFC”) using solid electrolytes (solid oxides) have been actively developed as fuel cells.
SOFCに用いられる単セルは、平板型と管状型とに大別することができる。平板型セルは、積層することで比較的簡単に集積することができる。これに対して、管状型セルは、そのままの構造で集積することができない。そのため、従来、いわゆる、縦縞型および横縞型と呼ばれる構造のセルが用いられることが多かった。 Single cells used for SOFC can be broadly classified into flat plate types and tubular types. Flat cells can be integrated relatively easily by stacking. On the other hand, tubular cells cannot be integrated with the same structure. Therefore, conventionally, so-called vertical stripe type and horizontal stripe type cells are often used.
しかし、縦縞型および横縞型のセルを集積するには、複雑な製造工程が必要となり、小型化も困難である。そのため、例えば、特許文献1では、燃料極管の外側面に固体電解質層が積層された複数本の電解質電極接合管を、空気極材料により一体的に固めてSOFCサブモジュールとすることで、製造工程の簡略化、小型化を実現可能としている。 However, in order to integrate vertical stripe type and horizontal stripe type cells, a complicated manufacturing process is required, and miniaturization is difficult. Therefore, for example, in Patent Document 1, a plurality of electrolyte electrode joint tubes in which a solid electrolyte layer is laminated on the outer surface of a fuel electrode tube are integrally solidified with an air electrode material to form an SOFC submodule. Simplification of process and miniaturization can be realized.
上記SOFCサブモジュールは、さらに集積されて使用される。例えば、特許文献2には、上記SOFCサブモジュールに燃料ガスマニホールド等を取り付け、これを複数配列して接続したSOFCモジュールが開示されている。このSOFCモジュールは、各ガス(燃料ガス、空気)の供給上流側に配置されたSOFCサブモジュールから下流側に配置されたSOFCサブモジュールに対して、次々に連続して各ガスが供給される構造とされている。
The SOFC submodule is further integrated and used. For example,
しかしながら、従来のSOFCモジュールは、以下の点で改良の余地があった。 However, the conventional SOFC module has room for improvement in the following points.
すなわち、上記SOFCモジュールでは、上流側SOFCサブモジュールの空気極材料を通過した空気が、下流側SOFCサブモジュールの空気極材料に供給される。そのため、各SOFCサブモジュールの空気極材料に対して、均一に空気を供給することが難しい。また、上流側から下流側に向かって次々に空気を供給するためには、比較的大きな差圧が必要になる場合が多く、コンプレッサー等の余分な装置も必要になる場合がある。 That is, in the SOFC module, air that has passed through the air electrode material of the upstream SOFC submodule is supplied to the air electrode material of the downstream SOFC submodule. Therefore, it is difficult to supply air uniformly to the air electrode material of each SOFC submodule. Further, in order to supply air one after another from the upstream side to the downstream side, a relatively large differential pressure is often required, and an extra device such as a compressor may be required.
一方、上記SOFCモジュールでは、上流側SOFCサブモジュールで燃料ガスが使用され、未使用の燃料ガスが下流側SOFCサブモジュールに供給される。そのため、下流側になればなるほど燃料極管内に供給される燃料ガス濃度が薄くなりやすい。それ故、各SOFCサブモジュールの燃料極管に対して、均一に燃料ガスを供給することが難しい。 On the other hand, in the SOFC module, fuel gas is used in the upstream SOFC submodule, and unused fuel gas is supplied to the downstream SOFC submodule. For this reason, the concentration of the fuel gas supplied into the fuel electrode tube tends to decrease as the position becomes downstream. Therefore, it is difficult to uniformly supply the fuel gas to the fuel electrode tube of each SOFC submodule.
このように、上記SOFCモジュールの構造は、各SOFCサブモジュールに対して、ほぼ同一の条件で各ガスを供給することが困難である。その結果、各SOFCサブモジュールを同様に安定させて発電させることは技術的に難易度が高いといった問題があった。 As described above, the structure of the SOFC module is difficult to supply each gas to each SOFC submodule under substantially the same conditions. As a result, there is a problem that it is technically difficult to stably generate power in each SOFC submodule.
本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、本発明が解決しようとする課題は、従来に比較して、各SOFCサブモジュールを同様に安定させて発電させやすいSOFCモジュールを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and the problem to be solved by the present invention is to provide an SOFC module that can stabilize each SOFC sub-module in the same manner and can easily generate electric power as compared with the prior art. is there.
上記課題を解決するため、本発明に係るSOFCモジュールは、管内に第1ガスが供給される第1電極管の外周面に、固体電解質層が積層されてなる複数本の管状体と、上記複数本の管状体を同方向に配列させて一体的に固定し、第2ガスが供給される第2電極体と、を有するSOFCサブモジュールを複数個備えたSOFCモジュールであって、上記管状体の軸方向と略垂直な方向に、間隙を設けて一対の上記サブモジュールが対向配置されており、上記間隙に供給された第2ガスは、上記間隙の両側に配置されている各サブモジュールの第2電極体内を流れて外側に排出される構造を有していることを要旨とする。 In order to solve the above-described problems, an SOFC module according to the present invention includes a plurality of tubular bodies in which a solid electrolyte layer is laminated on an outer peripheral surface of a first electrode tube to which a first gas is supplied. A SOFC module comprising a plurality of SOFC submodules, each of which has a plurality of SOFC submodules, each of which has a second electrode body to which a second gas is supplied. A pair of the submodules are arranged to face each other with a gap in a direction substantially perpendicular to the axial direction, and the second gas supplied to the gap is the second gas of each submodule arranged on both sides of the gap. The gist is that it has a structure that flows through the two-electrode body and is discharged to the outside.
ここで、上記第2電極体の外表面のうち、上記第2ガスの流路となる面以外は、緻密質部材により覆われていることが好ましい。 Here, it is preferable that the outer surface of the second electrode body other than the surface serving as the flow path for the second gas is covered with a dense member.
また、上記一対のサブモジュールの外周は、被覆部材により覆われることにより上記間隙が一つの閉空間とされており、上記被覆部材には、上記間隙と外側とを連通させる連通孔が形成されていることが好ましい。 Further, the outer periphery of the pair of submodules is covered with a covering member so that the gap is formed as one closed space, and the covering member is formed with a communication hole for communicating the gap and the outside. Preferably it is.
また、上記一対のサブモジュールは、上記複数個のサブモジュールが電気的に接続されて構成された一対のスタックの一部より構成されていても良い。 The pair of submodules may be configured by a part of a pair of stacks formed by electrically connecting the plurality of submodules.
また、本発明に係るSOFCモジュールは、上記第1電極管内に第1ガスを供給する第1ガス供給マニホールドを介して、上記構造が積層されていても良い。 In the SOFC module according to the present invention, the above structure may be stacked via a first gas supply manifold that supplies a first gas into the first electrode tube.
また、上記サブモジュールは、上記第2電極体の外表面から上記管状体の両端部が突出されており、上記突出部分のうち、片側が、上記第1ガス供給マニホールド内部に配置されていることが好ましい。 In the submodule, both end portions of the tubular body protrude from the outer surface of the second electrode body, and one side of the protruding portion is disposed inside the first gas supply manifold. Is preferred.
また、本発明に係るSOFCモジュールでは、上記第1電極管内を流れた未使用の第1ガスと、上記第2電極体内を流れて外側に排出された第2ガスとを反応させることが好ましい。得られた反応熱は、燃料ガスを生成させる改質器の改質エネルギーとして利用すると良い。 In the SOFC module according to the present invention, it is preferable that the unused first gas that has flowed through the first electrode tube reacts with the second gas that has flowed through the second electrode body and discharged to the outside. The obtained reaction heat is preferably used as reforming energy of a reformer that generates fuel gas.
また、本発明に係るSOFCモジュールは、上記管状体の第1ガス出口側に第1ガス排出マニホールドが設けられ、上記第1電極管内を流れた未使用の第1ガスは、上記第1ガス排出マニホールドにより回収されることが好ましい。 In the SOFC module according to the present invention, a first gas discharge manifold is provided on the first gas outlet side of the tubular body, and the unused first gas flowing in the first electrode pipe is discharged from the first gas discharge. It is preferably recovered by a manifold.
また、上記第2電極体の外表面のうち、上記第2ガスの排出面側に第2ガス排出マニホールドが設けられ、上記第2電極体内を流れた未使用の第2ガスは、上記第2ガス排出マニホールドにより回収されることが好ましい。 In addition, a second gas discharge manifold is provided on the second gas discharge surface side of the outer surface of the second electrode body, and the unused second gas flowing through the second electrode body is the second gas body. It is preferably recovered by a gas exhaust manifold.
本発明に係るSOFC複合モジュールは、上記第2ガス排出マニホールドが設けられたSOFCモジュールを複数個備え、各モジュール同士は、上記第2ガス排出マニホールド内の第2ガスの流れが各モジュール間で交互向きとなるように、各第2ガス排出マニホールド同士を接触させて配置されていることを要旨とする。 The SOFC composite module according to the present invention includes a plurality of SOFC modules provided with the second gas exhaust manifold, and each module has a second gas flow in the second gas exhaust manifold alternately between the modules. The gist is that the second gas discharge manifolds are arranged in contact with each other so as to be oriented.
本発明に係るSOFCモジュールは、管状体の軸方向と略垂直な方向に、間隙を設けて一対のSOFCサブモジュールが対向配置されており、上記間隙に供給された第2ガスは、その間隙の両側に配置されている各サブモジュールの第2電極体内を流れて外側に排出される構造とされている。 In the SOFC module according to the present invention, a pair of SOFC submodules are arranged to face each other with a gap in a direction substantially perpendicular to the axial direction of the tubular body, and the second gas supplied to the gap is in the gap. The sub-modules arranged on both sides flow through the second electrode body and are discharged to the outside.
上記SOFCモジュールでは、各サブモジュールの第2電極体の外表面のうち、間隙に面した面が第2ガスの流入面となる。そのため、各サブモジュールの第2電極体に、ほぼ同一の条件で第2ガスを供給することができる。また、各サブモジュールが備える各管状体は、軸方向に揃って並んでいるため、各管状体の何れか一方側から各第1電極体内に、ほぼ同一の条件で第1ガスを供給することができる。 In the SOFC module, the surface facing the gap among the outer surfaces of the second electrode bodies of the submodules becomes the inflow surface of the second gas. Therefore, the second gas can be supplied to the second electrode body of each submodule under substantially the same conditions. In addition, since the tubular bodies included in the submodules are aligned in the axial direction, the first gas is supplied to the first electrode bodies from either one side of the tubular bodies under substantially the same conditions. Can do.
そのため、上記SOFCモジュールによれば、従来に比較して、各サブモジュールにほぼ同一の条件で各ガスを供給することが可能になる。その結果、各サブモジュールを同様に安定させて発電させること可能になる。 Therefore, according to the SOFC module, each gas can be supplied to each submodule under substantially the same condition as compared with the conventional case. As a result, each submodule can be similarly stabilized and allowed to generate power.
ここで、各サブモジュールの第2電極体の外表面のうち、第2ガスの流路となる面(間隙に面する第2ガスの流入面、この流入面に対向する第2ガスの排出面)以外が、緻密質部材により覆われている場合には、ガス密な緻密質部材により囲まれた内側にだけガス流路を形成しやすくなる。そのため、第2電極管内にだけ確実に第2ガスを流すことが可能になる。 Here, of the outer surface of the second electrode body of each sub-module, the surface that becomes the flow path of the second gas (the inflow surface of the second gas facing the gap, the discharge surface of the second gas facing this inflow surface) In the case where the other parts are covered with the dense member, it is easy to form the gas flow path only inside the gas-tight dense member. Therefore, the second gas can surely flow only in the second electrode tube.
また、一対のサブモジュールの外周が、被覆部材により覆われることによって間隙が一つの閉空間とされており、被覆部材に、間隙と外側とを連通させる連通孔が形成されている場合には、比較的簡易な構造で間隙を区画することができ、この間隙に対して外側から連通孔を介して第2ガスを供給することができる。また、間隙に供給された第2ガスを、比較的容易に第2電極体内に流入させることができる。 In addition, when the outer periphery of the pair of submodules is covered with the covering member, the gap is made one closed space, and the covering member is formed with a communication hole that connects the gap and the outside. The gap can be partitioned with a relatively simple structure, and the second gas can be supplied to the gap from the outside through the communication hole. Further, the second gas supplied to the gap can be made to flow into the second electrode body relatively easily.
また、上記一対のサブモジュールが、複数個のサブモジュールが電気的に接続されて構成された一対のスタックの一部より構成されている場合には、上記SOFCモジュールの高集積化に寄与しやすい。 In addition, when the pair of submodules is constituted by a part of a pair of stacks formed by electrically connecting a plurality of submodules, it is easy to contribute to high integration of the SOFC module. .
また、上記第1電極管内に第1ガスを供給する第1ガス供給マニホールドを介して、上記構造が積層されている場合には、高集積化に寄与する上、上記第1ガス供給マニホールドの両側にある各第1電極管内にほぼ同一の条件で第1ガスを供給しやすくなる。 Further, in the case where the structure is stacked via a first gas supply manifold that supplies a first gas into the first electrode tube, it contributes to high integration, and on both sides of the first gas supply manifold. It becomes easy to supply the first gas into each first electrode tube in substantially the same condition.
また、上記サブモジュールは、上記第2電極体の外表面から上記管状体の両端部が突出されており、上記突出部分のうち、片側が、前記第1ガス供給マニホールド内部に配置されている場合には、第1ガス供給マニホールドにより管状体のの端部が覆われるので、第1電極管内に第1ガスを供給しやすくなる。 In the sub-module, both end portions of the tubular body protrude from the outer surface of the second electrode body, and one side of the protruding portion is disposed inside the first gas supply manifold. Since the end portion of the tubular body is covered with the first gas supply manifold, the first gas can be easily supplied into the first electrode tube.
また、上記第1電極管内を流れた未使用の第1ガスと、上記第2電極体内を流れて外側に排出された第2ガスとを反応させる場合には、得られた反応熱を熱利用することができる。 In addition, when the unused first gas that has flowed through the first electrode tube and the second gas that has flowed through the second electrode body and discharged outside, the reaction heat obtained is used as heat. can do.
具体的な熱利用の形態としては、例えば、このSOFCモジュールを燃料電池システムに適用した際に、燃料ガスを生成させるための改質器の改質エネルギーとして上記反応熱を利用する形態などが挙げられる。 As a specific form of heat utilization, for example, when this SOFC module is applied to a fuel cell system, a form of utilizing the reaction heat as reforming energy of a reformer for generating fuel gas, etc. It is done.
また、上記管状体の第1ガス出口側に第1ガス排出マニホールドが設けられ、上記第1電極管内を流れた未使用の第1ガスが、上記第1ガス排出マニホールドにより回収される場合には、第1ガスを再利用したり、他の装置のエネルギーとして利用したりするなど、第1ガスの有効利用を図りやすくなる。 When the first gas discharge manifold is provided on the first gas outlet side of the tubular body, and the unused first gas flowing through the first electrode tube is recovered by the first gas discharge manifold. It is easy to effectively use the first gas, such as reusing the first gas or using it as energy of another device.
また、上記第2電極体の外表面のうち、上記第2ガスの排出面側に第2ガス排出マニホールドが設けられ、上記第2電極管内を流れた未使用の第2ガスが、上記第2ガス排出マニホールドにより回収される場合には、第2ガスを再利用したり、他の装置のエネルギーとして利用したりするなど、第2ガスの有効利用を図りやすくなる。 In addition, a second gas discharge manifold is provided on the second gas discharge surface side of the outer surface of the second electrode body, and unused second gas flowing in the second electrode pipe is transferred to the second electrode body. When recovered by the gas discharge manifold, it is easy to effectively use the second gas, for example, by reusing the second gas or using it as energy for another device.
一方、本発明に係るSOFC複合モジュールは、上述した第2ガス排出マニホールドが設けられたSOFCモジュールを複数個備え、各モジュール同士は、上記第2ガス排出マニホールド内の第2ガスの流れが各モジュール間で交互向きとなるように、各第2ガス排出マニホールド同士を接触させて配置されていることを要旨とする。 On the other hand, the SOFC composite module according to the present invention includes a plurality of SOFC modules provided with the above-described second gas discharge manifold, and each module has a second gas flow in the second gas discharge manifold. The gist is that the second gas discharge manifolds are arranged in contact with each other so as to be alternately oriented.
上記SOFCモジュールでは、排出される第2ガスの流れの下流側に行くほど、発電時の発熱により温度が上昇する。上記SOFC複合モジュールによれば、上述した配置とされているので、隣り合ったモジュールの第2ガス上流側と下流側同士で熱交換が起こる。そのため、各モジュール内の温度分布の不均衡を低減することができ、各モジュールを同様に安定させて発電させやすくなる。 In the SOFC module, the temperature rises due to heat generation during power generation as it goes downstream of the flow of the discharged second gas. According to the SOFC composite module, since the arrangement is as described above, heat exchange occurs between the second gas upstream side and the downstream side of the adjacent modules. Therefore, the imbalance of the temperature distribution in each module can be reduced, and each module can be similarly stabilized and easily generate power.
以下、本発明の一実施形態に係るSOFCモジュール(以下、「本モジュール」ということがある。)、SOFC複合モジュール(以下、「本複合モジュール」ということがある。)について詳細に説明する。 Hereinafter, an SOFC module (hereinafter sometimes referred to as “the present module”) and an SOFC composite module (hereinafter sometimes referred to as “the present composite module”) according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
1.本モジュール
本モジュールは、複数個のサブモジュールを備えている。
1. This module This module includes a plurality of submodules.
図1は、サブモジュールの外観の一例を模式的に示した図である。図1に示すように、サブモジュール10は、略方形状に形成されており、複数本の管状体12と、第2電極体14とを有している。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of the appearance of a submodule. As shown in FIG. 1, the
図2は、図1に示したサブモジュールの断面の一部を拡大して示した図である。図2に示すように、管状体12は、第1電極管12aと、固体電解質層12bとを有している。
FIG. 2 is an enlarged view of a part of the cross section of the submodule shown in FIG. As shown in FIG. 2, the
第1電極管12aは、第1電極材料より管状に形成された多孔質体である。第1電極管12aは、第1電極としての機能を有するとともに支持管としての機能も兼ね備えている。
The
第1電極管12aの管内には、第1ガスが供給される。第1電極管12aは、具体的には、燃料極材料より形成された燃料極管、または、空気極材料より形成された空気極管の何れか一方である。
The first gas is supplied into the
したがって、第1電極管12aが燃料極管である場合には、第1ガスとして、水素、一酸化炭素、メタン、都市ガス(13A)などの燃料ガスが選択される。一方、第1電極管12aが空気極管である場合には、第1ガスとして、空気、酸素などの酸化剤ガスが選択される。
Accordingly, when the
燃料極材料としては、例えば、Ni、NiO、Co、Cu、Ru、Pt、Au、Pd、これら元素を2種以上含有する合金などの触媒を用いることができる。好ましくは、Ni、NiO、Co、Cuなどである。より好ましくは、他の金属と比べ安価であり、燃料ガスとの反応性が良いなどの観点から、Ni、NiOなどである。また、触媒と固体電解質との複合材料を用いることもできる。この場合、固体電解質としては、例えば、Y2O3、Sc2O3などで安定化されたジルコニア(YSZ、ScSZなど)、CeO2、Y2O3などの第二元素の酸化物を含むスカンジア安定化ジルコニア(ScCeSZ、ScYSZなど)、Sm2O3、Gd2O3などの酸化物を含むCeO2(SDC、GDCなど)、LaSrGaMgO3(LSGM)などが挙げられる。触媒と固体電解質との混合比(重量%)は、80:20〜30:70の範囲が好ましい。より好ましくは、70:30〜40:60の範囲であると良い。 As the fuel electrode material, for example, a catalyst such as Ni, NiO, Co, Cu, Ru, Pt, Au, Pd, or an alloy containing two or more of these elements can be used. Ni, NiO, Co, Cu and the like are preferable. More preferably, Ni, NiO, etc. are used from the viewpoint of being inexpensive compared with other metals and having good reactivity with fuel gas. A composite material of a catalyst and a solid electrolyte can also be used. In this case, the solid electrolyte includes, for example, zirconia (YSZ, ScSZ, etc.) stabilized with Y 2 O 3 , Sc 2 O 3, or the like, or an oxide of a second element such as CeO 2 , Y 2 O 3. Scandia-stabilized zirconia (ScCeSZ, ScYSZ, etc.), CeO 2 (SDC, GDC, etc.) containing oxides such as Sm 2 O 3 , Gd 2 O 3 , LaSrGaMgO 3 (LSGM), and the like can be given. The mixing ratio (% by weight) of the catalyst and the solid electrolyte is preferably in the range of 80:20 to 30:70. More preferably, it is good in the range of 70: 30-40: 60.
一方、空気極材料としては、例えば、LaSrMnO3、LaCaMnO3、LaMgMnO3、LaSrCoO3、LaCaCoO3、LaSrFeO3、LaSrCoFeO3、LaSrNiO3、LaNiFeO3、SmSrCoO3などの遷移金属ペロブスカイト型酸化物を用いることができる。また、遷移金属ペロブスカイト型酸化物と固体電解質との複合材料を用いることもできる。この場合、固体電解質としては、例えば、YSZ、ScSZ、ScCeSZ、ScYSZ、SDC、GDC、LSGMなどが挙げられる。遷移金属ペロブスカイト型酸化物と固体電解質との混合比(重量%)は、90:10〜50:50の範囲が好ましい。より好ましくは、90:10〜80:20の範囲であると良い。 On the other hand, as the air electrode material, for example, LaSrMnO 3 , LaCaMnO 3 , LaMgMnO 3 , LaSrCoO 3 , LaCaCoO 3 , LaSrFeO 3 , LaSrCoFeO 3 , LaSrNiO 3 , LaNiFeOr 3 O 3 Can do. A composite material of a transition metal perovskite oxide and a solid electrolyte can also be used. In this case, examples of the solid electrolyte include YSZ, ScSZ, ScCeSZ, ScYSZ, SDC, GDC, and LSGM. The mixing ratio (% by weight) of the transition metal perovskite oxide and the solid electrolyte is preferably in the range of 90:10 to 50:50. More preferably, it is in the range of 90:10 to 80:20.
第1電極管12aは、例えば、各種材料粉末を所定比率で混合し、これにメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリメチルメタクリレートなどの結合剤、炭素粉末などの気孔生成剤などを加えて水で練り、得られた塑性物を押し出し成形法などを用いて、所定の管径、管長さ、管厚みの管状成形体とし、これを組成に応じた最適な温度で焼成するなどして製造することができる。
For example, the
固体電解質層12bは、固体電解質材料より薄膜状に形成された緻密質体であり、第1電極管12aの外周面に沿って積層されている。固体電解質材料としては、例えば、YSZ、ScSZ、ScCeSZ、ScYSZ、SDC、GDC、LSGMなどが挙げられる。
The
固体電解質層12bは、図1、図2に示すように、第2電極体14に固定された際に、第2電極体14の外表面から露出するように第1電極管12b上に積層されている。これにより、第1電極管12aと第2電極体14との短絡を簡易に防止可能とされている。また、固体電解質層12bは、第1電極管12aの両端部側の外表面が露出するように第1電極管12b上に積層されている。これにより、モジュール化した際に、後述の導電性部材と接触させ、集電を容易に行うことが可能とされている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
固体電解質層12bは、第1電極管12a(焼結体)またはその前駆体である管状成形体(未焼成体)の所定位置に固体電解質材料を含むスラリーを付着させた後、これを組成に応じた最適な温度で焼成するなどして形成することができる。なお、管状成形体に固体電解質材料を含むスラリーを付着させて焼成(共焼結法)した場合には、電池製造コストを抑制しやすくなる。
The
固体電解質材料を含むスラリーを付着させる方法としては、具体的には、例えば、焼成時に消失しうる物質(ポリマーなど)を用いて、第1電極管12a等の端部を密栓したり、固体電解質層12bを形成しない部位にマスクを施したりした後、固体電解質材料を含むスラリー中に第1電極管12a等を浸漬して引き抜くディッピング法や、スプレー法、ハケ塗り法、ロールコート法などを用いて、第1電極管12a等に固体電解質材料を含むスラリーを塗布する方法などを例示することができる。
As a method for attaching the slurry containing the solid electrolyte material, specifically, for example, a substance (such as a polymer) that can disappear during firing is used to seal the end of the
第2電極体14は、第2電極材料より形成された通気性のある多孔質体である。第2電極体14内には、第2ガスが供給される。
The
第2電極体14は、第1電極管12aとは異なる電極種を構成する。つまり、第1電極管12aが燃料極管である場合には、第2電極体14は、空気極材料より形成され、空気極として機能する。したがって、この場合には、第2ガスとして、空気、酸素などの酸化剤ガスが選択される。
The
一方、第1電極管12aが空気極管である場合には、第2電極体14は、燃料極材料より形成され、燃料極として機能する。したがって、この場合には、第2ガスとして、水素、一酸化炭素、メタン、都市ガス(13A)などの燃料ガスが選択される。
On the other hand, when the
空気極材料、燃料極材料としては、例えば、ともに、第1電極管12aで説明した材料と同様の材料を挙げることができる。
Examples of the air electrode material and the fuel electrode material may include the same materials as those described for the
なお、本モジュールとしては、高い性能が得られる、製造が容易であるなどの観点から、第1電極管12aは燃料極管、第2電極体14は空気極体であることが好ましい。
In addition, as this module, it is preferable that the 1st electrode pipe |
第2電極体14は、複数本の管状体12を同方向に配列させて一体的に固定している。すなわち、第2電極体14中、各管状体12は、管状体12の軸方向と略垂直方向に、互いの軸方向が略平行となるように配列されている。また、各管状体12同士は、互いの外表面同士が接触しないように離間されて配列されている。そして、第2電極体14は、各管状体12の配列を保持したまま、各管状体12の外表面の間に形成された隙間を埋めるようにして各管状体12同士を固めている。なお、第2電極体14中において、後述する第2ガスAの流れ方向と略垂直方向に各管状体12同士が離間されておれば、第2ガスAの流れ方向と略平行方向については各管状体12同士は離間されていなくても良い。
The
また、第2電極体14は、その外表面から、各管状体12の両端部を突出させた状態で各管状体12を一体的に固定している。
Moreover, the
なお、図1では、各管状体12が4行×2列の配列とされた場合を例示しているが、この配列に特に限定されるものではない。第2電極体14中に各管状体12が複数行×複数列、単数行×複数列、複数列×単数行配列されていても良い。
In addition, although the case where each
第2電極体14の外形は、後述する間隙16の形成容易性、モジュール化時の立体構造、集積性などの観点から、好ましくは、立方体、直方体などの略方形状であると良い。
The outer shape of the
以上のような構造のサブモジュールの製造方法としては、例えば、以下のような方法を採用することができる。 As a manufacturing method of the submodule having the above structure, for example, the following method can be adopted.
すなわち、管状体12の軸方向と略垂直方向に、互いの軸方向が略平行となるように、複数本の管状体12同士を離間させて配列固定する。配列固定は、例えば、ステンレスなどの金属やジルコニア、アルミナなどのセラミックスなどよりなる基体表面に、予め管状体12の端部を嵌合させる嵌合穴を配列形成しておき、この基体上に管状体12を立設するなどすれば良い。この際、形成される第2電極体14の一方側の端面と基体表面とがほぼ一致するように、管状体12の立設状態を適宜調節すると良い。なお、必要に応じて、管状体12と基体との間をシールしたり、接着剤により固定したりしても良い。
That is, the plurality of
次いで、配列固定された管状体12の最外周を樹脂などよりなる容器で覆う。なお、この容器の形状により、第2電極体14の外形を決定することができる。
Next, the outermost periphery of the
次いで、上記容器内に、第2電極材料を含むスラリーを流し込み、配列された管状体12同士の隙間に当該スラリーを充填する。当該スラリーの充填量によって、形成される第2電極体14の一方側の端面と他方側の端面との距離を決定することができる。
Next, a slurry containing the second electrode material is poured into the container, and the slurry is filled in the gaps between the arranged
次いで、容器内部に充填された当該スラリーを乾燥させて乾燥体とし、基体を取り外す。 Next, the slurry filled in the container is dried to obtain a dry body, and the substrate is removed.
次いで、第2電極材料の組成に応じた最適な温度で乾燥体を焼成する。この際、容器は、乾燥体とともに焼成しても良いし、取り外しても良く、特に限定されるものではない。なお、樹脂製の容器をつけたまま乾燥体を焼成した場合には、焼成時の昇温時に容器自体は消失する。 Next, the dried body is fired at an optimum temperature according to the composition of the second electrode material. At this time, the container may be baked together with the dried body or may be removed, and is not particularly limited. In addition, when a dry body is baked with a resin container attached, the container itself disappears when the temperature is raised during baking.
以上により、サブモジュール10を製造することができる。
As described above, the
他にも例えば、以下のような方法を採用することもできる。すなわち、第2電極材料に、必要に応じてポリマー材料(例えば、ポリメチルメタクリレートなど)を添加し、これと水等とを混合して、粘土状の塑性物とする。 In addition, for example, the following method can be employed. That is, a polymer material (for example, polymethyl methacrylate) is added to the second electrode material as necessary, and this is mixed with water to obtain a clay-like plastic material.
次いで、金型などを用いて、上記塑性物を押し出し成形することにより、管状体12を挿入可能な挿入孔を有する成形体を形成する。
Next, a molded body having an insertion hole into which the
次いで、得られた成形体の挿通孔内に、管状体12を挿通し、これを第2電極材料の組成に応じた最適な温度で焼成する。
Next, the
以上によっても、サブモジュール10を製造することができる。 The submodule 10 can be manufactured also by the above.
ここで、本モジュールは、上述した複数個のサブモジュール10に対して、第1ガス、第2ガスがほぼ同一の条件で供給されるように、特定の基本構造を有している。図3は、本モジュールの概念的構造を模式的に示した図である。
Here, this module has a specific basic structure so that the first gas and the second gas are supplied to the plurality of
図3に示すように、本モジュールMは、管状体12の軸方向と略垂直な方向に、間隙16を設けて少なくとも一対のサブモジュール10が対向配置されている。上記間隙16に供給された第2ガスAは、間隙16の両側に配置されている各サブモジュール10の第2電極体14内を流れて外側(間隙16と反対側)に排出される。管状体12の一端側から供給された第1ガスFは、管内を流れて管状体12の他端側から排出される。以下、第1実施形態としての第1モジュール、第2実施形態としての第2モジュールを用いて、本モジュールについて詳細に説明する。
As shown in FIG. 3, in the present module M, at least a pair of
なお、以下では、第1電極管12aが燃料極管(−)、第2電極体14が空気極体(+)であり、第1ガスとして燃料ガス、第2ガスとして酸化剤ガスが供給される場合を想定して説明する。
In the following description, the
(第1実施形態)
図4〜図7は、第1モジュールM1を模式的に示した図である。図4は、第1モジュールの正面図、図5は、第1モジュールの平面図、図6は、図4のX−X断面図、図7は、図4のY−Y断面図である。
(First embodiment)
4 to 7 are diagrams schematically showing the first module M1. 4 is a front view of the first module, FIG. 5 is a plan view of the first module, FIG. 6 is an XX sectional view of FIG. 4, and FIG. 7 is a YY sectional view of FIG.
これら図4〜図7に示すように、第1モジュールM1は、2つのサブモジュール10を用いている。2つのサブモジュール10は、管状体12の軸方向と略垂直な方向に、所定の間隙16を設けて対向配置されている。なお、ここでは、各サブモジュール10間を直列に接続するため、各サブモジュール10は、互いに交互向きになるように配置されている。
As shown in FIGS. 4 to 7, the first module M <b> 1 uses two
第1モジュールM1では、間隙16に供給された第2ガスAが、間隙16の両側に配置されている各サブモジュール10の第2電極体14内を流れて外側に排出され、管状体12の一端側から供給された第1ガスFは、管内を流れて管状体12の他端側から排出される構造になっている。
In the first module M 1, the second gas A supplied to the
ここで、第1モジュールM1は、ガスリークや電気的接続などを考慮し、板状、筐体状等の形状を有する各種部材を用いて各ガスの流路が確保されている。以下、具体的に説明する。 Here, the first module M1 secures a flow path for each gas by using various members having a plate shape, a housing shape, and the like in consideration of gas leakage, electrical connection, and the like. This will be specifically described below.
図6に示すように、第2電極体14の外表面のうち、間隙16に接する面は、第2ガスAが流入する流入面14aとなる。流入面14aに対向する面は、第2ガスAが排出される排出面14bとなる。つまり、流入面14aおよび排出面14bは、第2ガスAの流路上に存在する面である。
As shown in FIG. 6, the surface in contact with the
第2電極体14の外表面のうち、第2ガスAの流路上に存在しない面(流入面14aおよび排出面14b以外の面)は、図7に示すように、基本的には、ガス密な緻密質部材18により覆われている。これにより、緻密質部材18により囲まれた内側にだけガス流路が形成され、第2電極管14内にだけ確実に第2ガスAを流しやすくなる。
Of the outer surface of the
緻密質部材18の材質としては、第2電極体14の外表面に要求される導電性、絶縁性に対応させて各種の導電性材料、絶縁性材料が選択される。導電性材料としては、例えば、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル系合金、金属箔等の金属や、導電性セラミックスなどが挙げられる。絶縁性材料としては、MgO、Al2O3、ZrO2等のセラミックス、耐熱ガラス等のガラスなどが挙げられる。
As the material of the
ここでは、第2ガスAの流路上に存在しない外表面のうち、管状体12と略垂直な面、管状体12と略平行な面の一方が絶縁性の緻密質部材18aによりシールされている。また、管状体12と略平行な面の他方が導電性の緻密質部材18bによりシールされている。なお、緻密質部材18bは、発電によりプラス側となる。
Here, of the outer surfaces that do not exist on the flow path of the second gas A, one of the surface substantially perpendicular to the
さらに、絶縁性の緻密質部材18aの外周面は、金属などの導電性部材20により覆われている。また、導電性部材20は、管状体12の両端にて露出されている第1電極管12aと導通されている。そのため、この導電性部材20は、発電によりマイナス側となる。
Furthermore, the outer peripheral surface of the insulating
なお、導電性部材20は、絶縁性の緻密質部材18aの段部19を間に介在させることで、導電性の緻密質部材18bと接触しないようにされている(導電性の緻密質部材18bと絶縁されている)。
The
対向するサブモジュール10間は、集電部材21を介して電気的に接続されている。この際、集電部材21としては、金属等、導電性の緻密質な部材を好適に用いることができる。これにより、各サブモジュール10間は直列接続される。なお、各サブモジュール10を、互いに同方向になるように配置すれば、並列接続されることになる。なお、集電は、導電性の緻密質部材18b、導電性部材20に金属線(例えば、Pt線、Au線、Ag線など)を溶接もしくは巻きつけ等により接続し、これを、第2ガスAが排出される排出面14bもしくは第2ガスAが流入する流入面14aの方向に取り出すことによって、比較的容易に行うことが可能である。
The opposing
このように各種部材により覆われた一対のサブモジュール10は、その外周がさらに被覆部材22により覆われることで、間隙16が一つの閉空間とされている。つまり、被覆部材22は、間隙16を取り囲むように配置されている。但し、第2電極体14の排出面14bは、第2ガスAの排出を可能にするため、被覆部材22に直接接触した状態では覆われてはおらず、被覆部材22と排出面14bとの間には、所定の隙間22aが形成されている。
As described above, the outer periphery of the pair of
被覆部材22によれば、簡易な構造で間隙16を閉空間に区画することができる。また、内部に配置されるサブモジュール10を補強する効果もあり、積層などもしやすくなる。被覆部材22の材質としては、絶縁性材料を好適に用いることができる。具体的には、例えば、MgO、Al2O3などのセラミックスなどが挙げられる。
According to the covering
また、被覆部材22には、間隙16と外側(外部)とを連通させる連通孔22bが形成されている。連通孔22bは、間隙16と外側(外部)とを連通させることができれば、被覆部材22の何れの位置に形成されていても良い。好ましくは、管状体12が露出されている面以外の面に形成されていると良い。また、形成する連通孔22bの大きさ、孔形状などは特に限定されるものではない。
The covering
連通孔22bを形成した場合には、間隙16に対して外側から連通孔22bを介して第2ガスAを供給することができる。また、このような被覆部材22により一対のサブモジュール10の外周を被覆すれば、間隙16に供給された第2ガスAを、比較的容易に第2電極体14内に流入させることができる。
When the
第1モジュールM1では、各サブモジュール10が備える各管状体12は、軸方向を揃えて並列に配列されている。また、各管状体12の両端部は、被覆部材22から突出されている。
In the first module M1, the
第1モジュールM1は、各管状体12の突出面のうち、一方面側を覆うようにして第1ガス供給マニホールド24が設置されている。ここでは、第1ガス供給マニホールド24として、中空の筐体から形成されたものを例示している。第1ガス供給マニホールド24は、供給孔24aを介して外側(外部)から各管状体12の管内に第1ガスFを供給するためのものである。第1ガス供給マニホールド24の内部には、各管状体12の片側端部が配置されている。第1モジュールM1では、全ての管状体12に第1ガスFを簡単かつ同時に供給することができる。
The first module M1 is provided with a first
図8は、図4のZ−Z断面図である。第1ガス供給マニホールド24の各壁面のうち、管状体12側の壁面には、各管状体12を挿通可能な挿通孔24bが各管状体12の配置に合わせて形成されている。各管状体12は、各挿通孔24b内に挿通されることにより、その端部が第1ガス供給マニホールド24内に配置されている。
FIG. 8 is a ZZ cross-sectional view of FIG. Of the wall surfaces of the first
図9は、第1ガス供給マニホールドの変形例を示した図である。第1ガス供給マニホールド24’は、管状体12側の壁面に開口24’aが形成されており、この開口26’a内に各管状体12の端部が収まるようになっている。なお、開口24’aの周縁の壁面は、一対のサブモジュール10が第1ガス供給マニホールド24’側に入り込まないように規制する役割を担っている。
FIG. 9 is a view showing a modification of the first gas supply manifold. In the first
開口24’a内に各管状体12の端部が収まるようにした場合には、挿通孔24bに各管状体12を挿通させるようにした場合に比較して、わざわざ挿通孔24bに各管状体12を挿通させる必要がない。また、マニホールド構造も簡略化され、加工精度を低くすることが可能となり、実用性が高くなるなどの利点がある。
When the end of each
第1モジュールM1では、被覆部材22と排出面14bとの間に形成された隙間22aが、第2ガス排出マニホールド26として使用される。もっとも、排出面14b側に被覆部材22を設けずに、別途、例えば、開口面を有する筐体状等の第2ガス排出マニホールドを用いて、排出面14bを覆うようにしても構わない。なお、この場合、被覆部材22と第2ガス排出マニホールド26とは、同一の材質で構成されていても良いし、異なる材質で構成されていても良い。
In the first module M1, a
また、第2ガス排出マニホールド26は、未使用の第1ガスFが排出される管状体12の端部周辺の壁面に、開口26aが形成されている。そのため、第1モジュールM1は、この開口26aを通じて、未使用の第2ガスAを、管状体12の端部近傍に排出することができるようになっている。
In addition, the second
このように第2ガス排出マニホールド26を形成した場合には、第2電極体14内を流れた未使用の第2ガスAを排出しやすくなる。また、未使用の第2ガスAを第2ガス排出マニホールド26により回収することができる。
When the second
次に、上記第1モジュールM1の作用について説明する。 Next, the operation of the first module M1 will be described.
第1ガス供給マニホールド24の供給孔24aより第1ガスFを供給すると、第1ガス供給マニホールド24内に第1ガスFが充満する。第1ガス供給マニホールド24内に充満した第1ガスFは、第1ガス供給マニホールド24内に並んで配置された各管状体12の端部から、ほぼ同一の条件で管内に流入する。各管状体12の管内に流入した第1ガスFは、発電により使用されながら下流に向かって流れ、未使用の第1ガスFは、各管状体12の流入側と反対側の端部から外部に排出される。
When the first gas F is supplied from the
一方、被覆部材22の連通孔22bより第2ガスAを供給すると、対向配置されたサブモジュール10間の間隙16内に第2ガスAが充満する。この間隙16は、第2ガス供給マニホールドとして機能している。間隙16内に充満した第2ガスAは、間隙16の両側の配置されている第2電極体14の流入面14aから、ほぼ同一の条件で第2電極体14内に流入する。第2電極体14内に流入した第2ガスAは、発電により使用されながら下流に向かって流れ、未使用の第2ガスAは、第2電極体14の排出面14bから第2ガス排出マニホールド26内に流入する。第2ガス排出マニホールド26内に流入した未使用の第2ガスAは、回収され、開口26aより外部に排出される。なお、集電は、導電性の緻密質部材18b、導電性部材20に金属線(例えば、Pt線、Au線、Ag線など)を溶接もしくは巻きつけ等により接続し、これを、開口26aから取り出すことによって行うことが可能である。
On the other hand, when the second gas A is supplied from the
ここで、上述した第1モジュールM1では、外部に排出された未使用の第1ガスFと未使用の第2ガスAとを反応(燃焼)させやすい。両ガスを反応させた場合には、得られた反応熱(燃焼熱)を熱利用することができる。具体的には、例えば、管状体12の第1ガスFの排出側に燃料ガスを生成させるための改質器(不図示)を設けることにより、改質器の改質エネルギー(熱源)として、上記反応熱を効率的に利用することができる。また、通常、改質器による改質反応は、吸熱反応である。そのため、改質器を併設した場合には、吸熱反応により第1モジュールM1を冷却することも可能になる。
Here, in the first module M1 described above, it is easy to react (combust) the unused first gas F and the unused second gas A discharged to the outside. When both gases are reacted, the obtained reaction heat (combustion heat) can be used as heat. Specifically, for example, by providing a reformer (not shown) for generating fuel gas on the discharge side of the first gas F of the
また、上述した第1モジュールM1では、各管状体12の第1ガス排出面側を覆うようにして第1ガス排出マニホールド(不図示)を設けても良い。第1ガス排出マニホールドとして、第1ガス供給マニホールド24と同様な、中空の筐体から形成されたものなどを例示することができる。各管状体12と第1ガス排出マニホールドとの接続は、上述した各管状体12と第1ガス供給マニホールド24との接続と同様な方法で行えば良く、詳細な説明は省略する。
Further, in the first module M1 described above, a first gas discharge manifold (not shown) may be provided so as to cover the first gas discharge surface side of each
第1ガス排出マニホールドを設け、未使用の第1ガスFを回収した場合には、第1ガスFを再利用したり、他の装置のエネルギーなどとして利用したりすることで、第1ガスの有効利用を図ることができる。 When the first gas discharge manifold is provided and the unused first gas F is recovered, the first gas F can be reused or used as energy for other devices, etc. Effective use can be achieved.
(第2実施形態)
図10〜図13は、第2モジュールM2を模式的に示した図である。図10は、第2モジュールの正面図、図11は、第2モジュールの平面図、図12は、図10のX−X断面図、図13は、図10のY−Y断面図である。
(Second Embodiment)
10 to 13 are diagrams schematically showing the second module M2. 10 is a front view of the second module, FIG. 11 is a plan view of the second module, FIG. 12 is an XX sectional view of FIG. 10, and FIG. 13 is a YY sectional view of FIG.
これら図10〜図13に示すように、第2モジュールM2は、6つのサブモジュール10を用いている。
As shown in FIGS. 10 to 13, the second module M <b> 2 uses six
第2モジュールM2は、上述した第1モジュールM1と比べ、一対のスタック30を用いた点、積層構造を有する点の2点で大きく異なっている。そのため、以下、異なる部分について主に説明する。
The second module M2 is significantly different from the first module M1 described above in two points, that is, a point using a pair of
第2モジュールM2では、3つのサブモジュール10を電気的に接続することにより1つのスタック30を構成し、間隙16を設けて一対のスタック30を対向配置させている。したがって、一対の対向するサブモジュール10を3つ組み合わせた状態になっている。なお、スタック30を構成するサブモジュール10の数は特に限定されるものではない。また、ここでは、各スタック30間を直列に接続するため、各スタック30は、互いに交互向きになるように配置されている。
In the second module M2, one
具体的には、図13に示すように、スタック30は、第2電極体14の第2ガスAの流入面14aがほぼ同一面内になるように、管状体12の軸方向とほぼ垂直な方向に3つのサブモジュール10が並べられている。隣接するサブモジュール10間は、一方の導電性部材20と他方の第2電極体14とが接触することにより直列に接続されている。なお、この場合、導電性部材20としては、第2電極体14から第2ガスAがリークするのを防止するため、緻密質な部材を好適に用いることができる。この際、第2電極体14と導電性部材20との電気的接触を向上させるなどの観点から、第2電極体14と導電性部材20との間に、緻密質となるコンタクト材を介在させても構わない。一対のスタック30の最外周は被覆部材22により覆われ、間隙16が一つの閉空間とされている。
Specifically, as shown in FIG. 13, the
また、第2モジュールM2では、第1ガス供給マニホールド32を挟んで上下に上述した特定の基本構造が積層されている。そのため、第1モジュールM1よりも一層の高集積化が図られている。もっとも、第1モジュールM1についても、第1ガス供給マニホールド24を介して同様に積層することが可能である。
In the second module M2, the specific basic structure described above is stacked above and below the first
具体的には、第1ガス供給マニホールド32は、中空の筐体から形成されている。第1ガス供給マニホールド32の上段に配置された各スタック30の管状体12の一方端部と、第1ガス供給マニホールド32の下段に配置された各スタック30の管状体12の一方端部とは、第1ガス供給マニホールド32の内部に配置されている。つまり、第2モジュールM2では、第1ガス供給マニホールド32を挟んで積層された特定の基本構造間で、第1ガス供給マニホールド32を共有する構成とされている。
Specifically, the first
上記第2モジュールM2によれば、第1ガス供給マニホールド32の供給孔32aより供給された第1ガスFは、上下各スタック30の管状体12の管内にほぼ同一の条件で流入する。なお、第1ガス供給マニホールド32の供給孔32aの対向位置などに他の供給孔(不図示)を形成するなど、複数の供給孔から第1ガスFを供給する構造とすれば、上下各スタック30の管状体12の管内により同一の条件で第1ガスFを流入させることができる。また、上下各スタック30の各連通孔22bより各間隙16内に供給された第2ガスAは、間隙16の両側に配置されている各スタック30の第2電極体14の流入面14bから、ほぼ同一の条件で各第2電極体14内に流入する。以降は、第1モジュールM1と同様にして各ガスが流れて発電が生じ、未使用の各ガスが排出される。
According to the second module M2, the first gas F supplied from the
2.本複合モジュール
本複合モジュールは、第2電極体内を流れた未使用の第2ガスを回収する第2ガス排出マニホールドを備えた本モジュールを複数個備えている。そして、本複合モジュールでは、第2ガス排出マニホールド内の第2ガスの流れが各モジュール間で交互向きとなるように、各第2ガス排出マニホールド同士を接触させて各モジュールが配置されている。
2. The present composite module The present composite module includes a plurality of present modules including a second gas exhaust manifold that collects unused second gas that has flowed through the second electrode body. In the composite module, the modules are arranged such that the second gas discharge manifolds are in contact with each other so that the flow of the second gas in the second gas discharge manifold is alternately directed between the modules.
図14は、複合モジュールMCの平面図である。複合モジュールMCは、上述した第2モジュールM2を複数個用いた場合について説明する。但し、第2ガス排出マニホールド26の開口26a(図14では不図示)は、第2ガス排出マニホールド26の側面に形成されている。
FIG. 14 is a plan view of the composite module MC. The case where the composite module MC uses a plurality of the second modules M2 described above will be described. However, the opening 26 a (not shown in FIG. 14) of the second
図14に示すように、複合モジュールMCは、管状体12の軸方向とほぼ垂直な方向に4つの第2モジュールM2が並べられている。各第2モジュールは、それぞれ交互向きに配置されており、隣接する各第2ガス排出マニホールド26同士は互いに接触している。
As shown in FIG. 14, in the composite module MC, four second modules M <b> 2 are arranged in a direction substantially perpendicular to the axial direction of the
この複合モジュールMCでは、間隙16に供給された第2ガスAは、第2電極体14内を通過し、第2ガス排出マニホールド26内に排出される。第2ガス排出マニホールド26内に排出された未使用の第2ガスAは、第2ガス排出マニホールド26の開口26aより排出される。この際、隣接する第2モジュールM2間において、排出される第2ガスAの流れは、各第2モジュールM2間で交互向きとなる。
In the composite module MC, the second gas A supplied to the
各第2モジュールM2では、排出される第2ガスAの流れの下流側に行くほど、発電時の発熱により温度が上昇する傾向にある。そのため、上記複合モジュールMCによれば、隣り合った第2モジュールM2の第2ガス上流側と下流側同士で熱交換が起こる。そのため、各第2モジュールM2内の温度分布の不均衡を低減することができ、各第2モジュールM2を同様に安定させて発電させることができる。 In each of the second modules M2, the temperature tends to increase due to the heat generated during power generation as it goes to the downstream side of the flow of the discharged second gas A. Therefore, according to the composite module MC, heat exchange occurs between the second gas upstream side and the downstream side of the adjacent second module M2. Therefore, the imbalance of the temperature distribution in each second module M2 can be reduced, and each second module M2 can be similarly stably generated.
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said embodiment at all, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.
10 サブモジュール
12 管状体
12a 第1電極管
12b 固体電解質層
14 第2電極体
14a 流入面
14b 排出面
16 間隙
18 緻密質部材
18a 絶縁性の緻密質部材
18b 導電性の緻密質部材
19 段部
20 導電性部材
21 集電部材
22 被覆部材
22a 隙間
22b 連通孔
24 第1ガス供給マニホールド
24a 供給孔
24b 挿通孔
24’ 第1ガス供給マニホールド
24’a 開口
26 第2ガス排出マニホールド
26a 開口
30 スタック
32 第1ガス供給マニホールド
M 本モジュール
M1 第1モジュール
M2 第2モジュール
MC 複合モジュール
F 第1ガス
A 第2ガス
10
Claims (11)
前記管状体の軸方向と略垂直な方向に、間隙を設けて一対の前記サブモジュールが対向配置されており、
前記間隙に供給された第2ガスは、前記間隙の両側に配置されている各サブモジュールの第2電極体内を流れて外側に排出される構造とされていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュール。 A plurality of tubular bodies in which a solid electrolyte layer is laminated on the outer peripheral surface of a first electrode tube to which a first gas is supplied into the tube, and the plurality of tubular bodies are arranged in the same direction and fixed integrally. A solid oxide fuel cell module comprising a plurality of solid oxide fuel cell submodules having a second electrode body to which a second gas is supplied,
A pair of the submodules are arranged to face each other with a gap in a direction substantially perpendicular to the axial direction of the tubular body,
The second gas supplied to the gap flows through the second electrode body of each submodule disposed on both sides of the gap and is discharged to the outside. Fuel cell module.
前記被覆部材には、前記間隙と外側とを連通させる連通孔が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の固体酸化物形燃料電池モジュール。 The outer periphery of the pair of submodules is covered with a covering member so that the gap is a closed space,
3. The solid oxide fuel cell module according to claim 1, wherein the covering member is formed with a communication hole that communicates the gap with the outside.
前記複数個のサブモジュールが電気的に接続されて構成された一対のスタックの一部より構成されることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の固体酸化物形燃料電池モジュール。 The pair of submodules includes:
The solid oxide fuel cell module according to any one of claims 1 to 3, wherein the solid oxide fuel cell module is configured by a part of a pair of stacks formed by electrically connecting the plurality of submodules.
前記突出部分のうち、片側が、前記第1ガス供給マニホールド内部に配置されていることを特徴とする請求項5に記載の固体酸化物形燃料電池モジュール。 In the submodule, both end portions of the tubular body protrude from the outer surface of the second electrode body,
6. The solid oxide fuel cell module according to claim 5, wherein one side of the projecting portion is disposed inside the first gas supply manifold.
前記第1電極管内を流れた未使用の第1ガスが、前記第1ガス排出マニホールドにより回収されることを特徴とする請求項1から8の何れかに記載の固体酸化物形燃料電池モジュール。 A first gas discharge manifold is provided on the first gas outlet side of the tubular body;
9. The solid oxide fuel cell module according to claim 1, wherein unused first gas that has flowed through the first electrode tube is recovered by the first gas discharge manifold. 10.
前記第2電極体内を流れた未使用の第2ガスが、前記第2ガス排出マニホールドにより回収されることを特徴とする請求項1から9の何れかに記載の固体酸化物形燃料電池モジュール。 Of the outer surface of the second electrode body, a second gas discharge manifold is provided on the discharge surface side of the second gas,
10. The solid oxide fuel cell module according to claim 1, wherein unused second gas that has flowed through the second electrode body is recovered by the second gas discharge manifold. 11.
各モジュール同士は、
前記第2ガス排出マニホールド内の第2ガスの流れが各モジュール間で交互向きとなるように、各第2ガス排出マニホールド同士を接触させて配置されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池複合モジュール A plurality of the solid oxide fuel cell modules according to claim 10,
Each module is
The solid oxide fuel, wherein the second gas discharge manifolds are arranged in contact with each other so that the flow of the second gas in the second gas discharge manifold is alternately directed between the modules. Battery composite module
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