JP2012186041A - Solid oxide fuel battery - Google Patents

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克也 林
Masayuki Yokoo
雅之 横尾
Yoshiaki Yoshida
吉晃 吉田
Hajime Arai
創 荒井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid oxide fuel battery which can achieve a high power generation efficiency in regard to all of fuel battery cells while keeping down its manufacturing cost.SOLUTION: The solid oxide fuel battery comprises: a cell stack 2 formed by stacking a plurality of single cell units 8; gas supply parts 3 and 4 for supplying each fuel battery cell 6 with a fuel gas and an oxidant gas respectively; and a heat-insulating container 5 for housing the cell stack 2 and the gas supply parts 3 and 4. The gas supply parts 3 and 4 include main gas passages 11 and 13 to which the gases are supplied from outside the heat-insulating container 5, and distribution passages 12 and 14 for leading the gases to each fuel battery cell 6 from the main gas passages 11 and 13, respectively. The solid oxide fuel battery further comprises heat transmission parts 15 for transmitting heat inside the heat-insulating container 5 to the gases in the passages, which are provided in connection portions of the main gas passages 11 and 13 with the distribution passages 12 and 14, or upstream thereof.

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ燃料電池セルに分配するガス供給部を備えた固体酸化物形燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell including a gas supply unit that distributes fuel gas and oxidant gas to fuel cells.

従来の固体酸化物形燃料電池としては、例えば特許文献1に記載されているものがある。この特許文献1に開示された固体酸化物形燃料電池は、燃料電池セルとセパレータとからなる単セルユニットを複数個積層して形成されたセルスタックを備えている。
この固体酸化物形燃料電池において、各燃料電池セルに燃料ガスと酸化剤ガスとを供給するガス供給部は、筒状の燃料ガス用マニホールドおよび酸化剤ガス用マニホールドと、これらのマニホールドと前記各セパレータとを接続する複数の(燃料電池セル毎の)パイプと、前記各セパレータに形成された燃料ガス用ガス通路および酸化剤ガス用ガス通路などによって構成されている。
As a conventional solid oxide fuel cell, there is one described in Patent Document 1, for example. The solid oxide fuel cell disclosed in Patent Document 1 includes a cell stack formed by stacking a plurality of single cell units each composed of a fuel cell and a separator.
In this solid oxide fuel cell, a gas supply unit for supplying fuel gas and oxidant gas to each fuel cell includes a cylindrical fuel gas manifold, an oxidant gas manifold, these manifolds, A plurality of pipes (for each fuel cell) for connecting the separator, a gas passage for fuel gas, a gas passage for oxidant gas, and the like formed in each separator.

前記マニホールドは、前記セルスタックを支持する断熱プレートに、前記単セルユニットの積層方向(上方)へ延びる状態で立設されている。前記断熱プレートは、セルスタックやガス供給部などを収納する断熱容器の底を構成するものである。この断熱容器は、従来の一般的な固体酸化物形燃料電池においては、容器内の温度を所定の発電可能温度に保持するように構成されている。
前記パイプは、前記マニホールドから前記積層方向とは直交する方向(水平方向)に延びている。すなわち、複数のパイプは、上下方向に所定の間隔を並ぶ状態で前記マニホールドに接続されている。
The manifold is erected on a heat insulating plate that supports the cell stack so as to extend in the stacking direction (upward) of the single cell units. The said heat insulation plate comprises the bottom of the heat insulation container which accommodates a cell stack, a gas supply part, etc. FIG. In the conventional general solid oxide fuel cell, the heat insulating container is configured to maintain the temperature in the container at a predetermined power generation possible temperature.
The pipe extends from the manifold in a direction (horizontal direction) perpendicular to the stacking direction. That is, the plurality of pipes are connected to the manifold in a state where predetermined intervals are aligned in the vertical direction.

特許文献1に示す固体酸化物形燃料電池において、燃料ガスや酸化剤ガスは、前記マニホールドの下端部に断熱容器の外から供給され、前記マニホールドから前記各パイプに分配される。
従来の固体酸化物形燃料電池において、前記断熱容器の内部の温度は、燃料電池セルの発熱や、断熱容器内に設けられている加熱装置の熱などによって約800℃〜1000℃に保たれている。一方、燃料ガスや酸化剤ガスは、前記マニホールド内に供給される以前にプレヒータなどによって約500℃〜600℃に昇温させられている。このため、マニホールド内に断熱容器の外から供給された燃料ガスや酸化剤ガスの温度は、マニホールド内を下端部から上端部に流れることによって、断熱容器内の温度まで上昇することになる。
In the solid oxide fuel cell shown in Patent Document 1, fuel gas and oxidant gas are supplied from the outside of the heat insulating container to the lower end of the manifold, and are distributed from the manifold to the pipes.
In the conventional solid oxide fuel cell, the temperature inside the heat insulation container is maintained at about 800 ° C. to 1000 ° C. by heat generated by the fuel cell, heat of a heating device provided in the heat insulation container, or the like. Yes. On the other hand, the fuel gas and the oxidant gas are heated to about 500 ° C. to 600 ° C. by a preheater or the like before being supplied into the manifold. For this reason, the temperature of the fuel gas or oxidant gas supplied from the outside of the heat insulating container into the manifold rises to the temperature in the heat insulating container by flowing from the lower end portion to the upper end portion in the manifold.

特開2006−339035号公報JP 2006-339035 A

特許文献1に示す固体酸化物形燃料電池では、セルスタックの下部と上部とで発電効率が異なるために、発電効率を高くするにも限界があった。発電効率が前記上部と下部とで異なる理由は、前記マニホールド内の燃料ガスや酸化剤ガスの温度がマニホールドの下端部で低くなり上端部で高くなるからであると考えられる。   In the solid oxide fuel cell shown in Patent Document 1, since the power generation efficiency differs between the lower part and the upper part of the cell stack, there is a limit to increasing the power generation efficiency. The reason why the power generation efficiency is different between the upper part and the lower part is considered to be that the temperature of the fuel gas or oxidant gas in the manifold is lowered at the lower end part of the manifold and increased at the upper end part.

すなわち、燃料電池セルに供給される燃料ガスや酸化剤ガスの温度が燃料電池セルの上下方向の位置に依存して変わるから、上述したように発電効率を高くすることができない。なお、燃料ガスや酸化剤ガスをマニホールドに供給する以前に断熱容器内と同等の温度まで昇温できれば、上述した不具合はある程度は解消できる。しかし、これを実現するためには、前記ガスを予熱する加熱装置としてさらに出力が高いものを使用しなければならないから、製造コストが高くなってしまう。   That is, since the temperature of the fuel gas or oxidant gas supplied to the fuel cell changes depending on the vertical position of the fuel cell, the power generation efficiency cannot be increased as described above. If the temperature can be raised to the same temperature as that in the heat insulating container before the fuel gas or the oxidant gas is supplied to the manifold, the above-described problems can be solved to some extent. However, in order to realize this, it is necessary to use a heating device that preheats the gas, which has a higher output, resulting in an increase in manufacturing cost.

本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、製造コストを低く抑えながら、全ての燃料電池セルにおいて高い発電効率が得られる固体酸化物形燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell capable of obtaining high power generation efficiency in all fuel cells while keeping the manufacturing cost low. .

この目的を達成するために、本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、固体酸化物形燃料電池セルとセパレータとからなる単セルユニットを複数個積層して形成されたセルスタックと、前記各燃料電池セルに燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ供給するガス供給部と、前記セルスタックおよびガス供給部を収容しかつ所定の温度に保つ断熱容器とを備え、前記ガス供給部は、前記断熱容器の外から前記ガスが供給される主ガス通路と、この主ガス通路から各燃料電池セルにガスをそれぞれ導く分配用通路とから構成され、前記主ガス通路における前記分配用通路との接続部分、あるいはその上流側には、前記断熱容器の内部の熱を通路内のガスに伝える伝熱部が設けられているものである。   In order to achieve this object, a solid oxide fuel cell according to the present invention includes a cell stack formed by stacking a plurality of single cell units each including a solid oxide fuel cell and a separator; A gas supply unit that supplies fuel gas and oxidant gas to the fuel battery cell; and a heat insulating container that contains the cell stack and the gas supply unit and that maintains a predetermined temperature. A main gas passage through which the gas is supplied from the outside of the container and a distribution passage for guiding the gas from the main gas passage to each fuel cell, respectively, and a connection portion of the main gas passage with the distribution passage Alternatively, on the upstream side thereof, a heat transfer section is provided that transfers the heat inside the heat insulating container to the gas in the passage.

本発明は、前記発明において、前記主ガス通路における前記分配用通路が接続される部分は、筒状の壁で囲まれたガス室によって形成され、前記ガス室は、その長手方向の一端部から他端部にガスを導く上流側通路と、この上流側通路の下流端に接続されて前記他端部から前記一端部にガスを導く下流側通路とによって構成され、前記分配用通路は、前記下流側通路に接続され、前記伝熱部は、前記上流側通路を形成するガス室の壁部分によって構成されているものである。   According to the present invention, in the above invention, a portion of the main gas passage to which the distribution passage is connected is formed by a gas chamber surrounded by a cylindrical wall, and the gas chamber is formed from one end in the longitudinal direction. An upstream passage that guides gas to the other end portion, and a downstream passage that is connected to the downstream end of the upstream passage and guides gas from the other end portion to the one end portion. Connected to the downstream passage, the heat transfer section is constituted by a wall portion of the gas chamber forming the upstream passage.

本発明は、前記発明において、前記ガス室は、前記セルスタックと隣接する位置に設けられた筒体と、この筒体の内部を前記上流側通路と下流側通路とに分ける隔壁とによって形成され、前記分配用通路は、前記セパレータに燃料電池セル毎に形成されたガス通路と、このガス通路に前記筒体内の下流側通路を接続するパイプとによって形成されているものである。   According to the present invention, in the above invention, the gas chamber is formed by a cylinder provided at a position adjacent to the cell stack, and a partition that divides the inside of the cylinder into the upstream side passage and the downstream side passage. The distribution passage is formed by a gas passage formed in the separator for each fuel cell and a pipe connecting the gas passage with a downstream passage in the cylinder.

本発明は、前記発明において、前記ガス室は、積層された前記セパレータに積層方向へ延びるように穿設された穴と、この穴の内部を前記上流側通路と下流側通路とに分ける隔壁とによって形成され、前記分配用通路は、前記セパレータに前記穴から燃料電池セルまで延びるように形成されたガス通路によって形成されているものである。   The present invention is the above invention, wherein the gas chamber has a hole formed in the stacked separator so as to extend in the stacking direction, and a partition that divides the inside of the hole into the upstream passage and the downstream passage. The distribution passage is formed by a gas passage formed in the separator so as to extend from the hole to the fuel cell.

本発明によれば、前記主ガス通路に供給された燃料ガスや酸化剤ガスは、前記伝熱部を通過するときに断熱容器内の熱で加熱される。このため、断熱容器内の温度に上昇した燃料ガスや酸化剤ガスが前記主ガス通路から前記分配用通路を通って全ての燃料電池セルに供給される。このように燃料ガスと酸化剤ガスを断熱容器内の温度に昇温させるに当たっては、断熱容器内の熱を用いているから、前記ガスの温度をガス用加熱装置によって断熱容器内の温度まで上昇させる場合に較べて、製造コストを低く抑えることができる。
したがって、本発明によれば、発電効率が高い固体酸化物形燃料電池を低いコストで提供することができる。
According to the present invention, the fuel gas and the oxidant gas supplied to the main gas passage are heated by the heat in the heat insulating container when passing through the heat transfer section. For this reason, the fuel gas and the oxidant gas that have risen to the temperature in the heat insulating container are supplied from the main gas passage to all the fuel cells through the distribution passage. In this way, when the temperature of the fuel gas and the oxidant gas is raised to the temperature in the heat insulation container, the heat in the heat insulation container is used, so the temperature of the gas is raised to the temperature in the heat insulation container by the gas heating device. Compared with the case of making it, manufacturing cost can be suppressed low.
Therefore, according to the present invention, a solid oxide fuel cell with high power generation efficiency can be provided at low cost.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a solid oxide fuel cell according to the present invention. セルスタックとガス供給部の正面図で、同図においては、セルスタックの一部を破断した状態で描いてある。It is a front view of a cell stack and a gas supply part, and is drawing in the state which fractured | ruptured a part of cell stack in the same figure. マニホールドを拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows a manifold. マニホールドの他の実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows other embodiment of a manifold. マニホールドの他の実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows other embodiment of a manifold. 単セルユニットの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a single cell unit.

(第1の実施の形態)
以下、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の一実施の形態を図1によって詳細に説明する。
図1に示す固体酸化物形燃料電池1は、セルスタック2と、このセルスタック2の側方近傍に位置する燃料ガス供給部3および酸化剤ガス供給部4と、これらのセルスタック2とガス供給部3,4とを収容する断熱容器5とを備えている。この断熱容器5は、内部の温度を所定の発電可能温度に保つように構成されている。この実施の形態による固体酸化物形燃料電池1の発電可能温度は600℃から900℃である。
(First embodiment)
An embodiment of a solid oxide fuel cell according to the present invention will be described in detail below with reference to FIG.
A solid oxide fuel cell 1 shown in FIG. 1 includes a cell stack 2, a fuel gas supply unit 3 and an oxidant gas supply unit 4 that are located in the vicinity of the side of the cell stack 2, and the cell stack 2 and gas. And a heat insulating container 5 for accommodating the supply units 3 and 4. The heat insulating container 5 is configured to keep the internal temperature at a predetermined power generation possible temperature. The power generation possible temperature of the solid oxide fuel cell 1 according to this embodiment is 600 ° C. to 900 ° C.

前記セルスタック2は、固体酸化物形燃料電池セル(以下、単に燃料電池セルという)6とセパレータ7とからなる単セルユニット8を上下方向に複数個積層して形成されている。燃料電池セル6は、従来からよく知られているように、平板形の燃料極と、この燃料極の上に積層された平板形固体酸化物からなる電解質層および空気極とを有する燃料極支持形のものである。なお、燃料電池セル6は、燃料極支持型のものに限定されることはなく、空気極支持型のものや電解質支持型のものでもよい。   The cell stack 2 is formed by stacking a plurality of unit cell units 8 each composed of a solid oxide fuel cell (hereinafter simply referred to as a fuel cell) 6 and a separator 7 in the vertical direction. As is well known in the art, the fuel cell 6 has a fuel electrode support having a flat fuel electrode, an electrolyte layer made of a flat solid oxide layered on the fuel electrode, and an air electrode. It is of shape. The fuel cell 6 is not limited to the fuel electrode support type, and may be an air electrode support type or an electrolyte support type.

前記燃料ガス供給部3は、前記各燃料電池セル6に燃料ガスをそれぞれ供給するためのものである。前記酸化剤ガス供給部4は、前記各燃料電池セル6に酸化剤ガスをそれぞれ供給するためのものである。なお、図示してはいないが、この実施の形態による固体酸化物形燃料電池1は、燃料電池セル6から燃料ガスを排出するための燃料ガス排出部を備えている。また、この固体酸化物形燃料電池1は、燃料電池セル6から排出される酸化剤ガスを燃料電池セル6から大気中に放散させる構成が構成されている。   The fuel gas supply unit 3 is for supplying fuel gas to the fuel cells 6. The oxidant gas supply unit 4 is for supplying an oxidant gas to each fuel cell 6. Although not shown, the solid oxide fuel cell 1 according to this embodiment includes a fuel gas discharge part for discharging the fuel gas from the fuel cell 6. Further, the solid oxide fuel cell 1 is configured such that the oxidant gas discharged from the fuel cell 6 is diffused from the fuel cell 6 into the atmosphere.

前記燃料ガス供給部3は、前記断熱容器5の外から燃料ガスが供給される主ガス通路11と、この主ガス通路11から各燃料電池セル6に燃料ガスをそれぞれ導く分配用通路12とから構成されている。前記酸化剤ガス供給部4は、前記断熱容器5の外から酸化剤ガスが供給される主ガス通路13と、この主ガス通路13から各燃料電池セル6に酸化剤ガスをそれぞれ導く分配用通路14とから構成されている。   The fuel gas supply unit 3 includes a main gas passage 11 through which fuel gas is supplied from the outside of the heat insulating container 5, and a distribution passage 12 that leads the fuel gas from the main gas passage 11 to each fuel cell 6. It is configured. The oxidant gas supply unit 4 includes a main gas passage 13 through which the oxidant gas is supplied from outside the heat insulating container 5, and a distribution passage for guiding the oxidant gas from the main gas passage 13 to each fuel cell 6. 14.

前記分配用通路12,14は、燃料電池セル6毎に設けられており、主ガス通路11,13の下流側端部と各燃料電池セル6とを接続している。この主ガス通路11,13における前記分配用通路12,14との接続部分より上流側には伝熱部15が設けられている。この伝熱部15は、断熱容器5の内部の熱を主ガス通路11,13内のガスに伝えるためのものである。   The distribution passages 12, 14 are provided for each fuel cell 6, and connect the downstream end portions of the main gas passages 11, 13 to each fuel cell 6. A heat transfer section 15 is provided upstream of the main gas passages 11 and 13 connected to the distribution passages 12 and 14. The heat transfer section 15 is for transferring the heat inside the heat insulating container 5 to the gas in the main gas passages 11 and 13.

この伝熱部15としては、この実施の形態では詳細には図示してはいないが、主ガス通路11,13を構成する管体によって形成する他に、表面積を増大させるためのフィンを有するガス通路形成用部材などによって形成することができる。伝熱部15を管体によって形成する場合は、図1に示すように上下方向に延びるように配設する他に、断熱容器5内の所定の高さにおいて水平方向に延びるように配設することができる。   Although the heat transfer section 15 is not shown in detail in this embodiment, it is formed by the pipes constituting the main gas passages 11 and 13 and has a gas having fins for increasing the surface area. It can be formed by a passage forming member or the like. When the heat transfer section 15 is formed of a tubular body, it is disposed so as to extend in the horizontal direction at a predetermined height in the heat insulating container 5 in addition to being disposed so as to extend in the vertical direction as shown in FIG. be able to.

図1に示す固体酸化物形燃料電池1によれば、前記主ガス通路11,13に供給された燃料ガスや酸化剤ガスは、前記伝熱部15を通過するときに断熱容器5内の熱で加熱される。すなわち、断熱容器5に入る以前に例えば500℃〜600℃であった燃料ガスや酸化剤ガスは、伝熱部15を通過することによって約800℃程度に昇温させられる。   According to the solid oxide fuel cell 1 shown in FIG. 1, the fuel gas and the oxidant gas supplied to the main gas passages 11 and 13 are heated in the heat insulating container 5 when passing through the heat transfer section 15. Is heated. That is, the fuel gas and the oxidant gas that have been, for example, 500 ° C. to 600 ° C. before entering the heat insulating container 5 are heated to about 800 ° C. by passing through the heat transfer section 15.

このため、この固体酸化物形燃料電池1においては、断熱容器5内の温度に上昇した燃料ガスや酸化剤ガスが前記主ガス通路11,13の下流側端部から前記分配用通路12,14を通って全ての燃料電池セル6に供給される。このように断熱容器5内の温度の燃料ガスおよび酸化剤ガスが全ての燃料電池セル6に供給されることにより、全ての燃料電池セル6においてそれぞれ高い発電効率で発電が行われるようになる。   For this reason, in the solid oxide fuel cell 1, the fuel gas and the oxidant gas that have risen to the temperature in the heat insulating container 5 are distributed from the downstream ends of the main gas passages 11, 13 to the distribution passages 12, 14. Is supplied to all the fuel cells 6. In this way, by supplying the fuel gas and the oxidant gas at the temperature in the heat insulating container 5 to all the fuel cells 6, power generation is performed with high power generation efficiency in each of the fuel cells 6.

この実施の形態においては、燃料ガスと酸化剤ガスとを断熱容器5内の温度に昇温させるに当たって断熱容器5内の熱を利用しているから、燃料ガスや酸化剤ガスの温度をガス用加熱装置(図示せず)によって断熱容器5内の温度まで上昇させる場合に較べると、製造コストを低く抑えることができる。
したがって、この実施の形態によれば、発電効率が高い固体酸化物形燃料電池を低いコストで提供することができる。
In this embodiment, since the heat in the heat insulating container 5 is used to raise the temperature of the fuel gas and the oxidant gas to the temperature in the heat insulating container 5, the temperature of the fuel gas and the oxidant gas is used for the gas. Compared to the case where the temperature is increased to the temperature in the heat insulating container 5 by a heating device (not shown), the manufacturing cost can be kept low.
Therefore, according to this embodiment, a solid oxide fuel cell with high power generation efficiency can be provided at low cost.

(第2の実施の形態)
燃料ガス供給部と酸化剤ガス供給部とは、図2および図3に示すように構成することができる。これらの図において、前記図1によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図2に示す固体酸化物形燃料電池1のセルスタック2は、プレート21の上にベースプレート22を介して載せられている。プレート21は、セルスタック2や後述する配管等を含むシステム全体のベースプレートとして機能するもので、断熱容器5の底部に設置されている。
また、この実施の形態による固体酸化物形燃料電池1は、前記セルスタック2を前記ベースプレート22と協働して上下方向から挟む構造の荷重機構23を備えている。この荷重機構23は、セルスタック2を囲む四箇所に立設された連結ロッド24と、これらの連結ロッド24の上端部に取付けられたトッププレート25と、このトッププレート25とセルスタック2の上端部の押さえ板26との間に設けられた圧縮コイルばね27とから構成されている。
(Second Embodiment)
The fuel gas supply unit and the oxidant gas supply unit can be configured as shown in FIGS. In these drawings, members that are the same as or equivalent to those described with reference to FIG. 1 are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted as appropriate.
A cell stack 2 of the solid oxide fuel cell 1 shown in FIG. 2 is placed on a plate 21 via a base plate 22. The plate 21 functions as a base plate for the entire system including the cell stack 2 and piping to be described later, and is installed at the bottom of the heat insulating container 5.
The solid oxide fuel cell 1 according to this embodiment includes a load mechanism 23 having a structure in which the cell stack 2 is sandwiched from above and below in cooperation with the base plate 22. The load mechanism 23 includes connecting rods 24 erected at four locations surrounding the cell stack 2, a top plate 25 attached to the upper ends of these connecting rods 24, and the upper ends of the top plate 25 and the cell stack 2. It is comprised from the compression coil spring 27 provided between the holding plates 26 of the part.

セルスタック2の各セパレータ7には、燃料ガスを燃料電池セル6の燃料極に導くための燃料ガス供給用ガス通路31と、燃料電池セル6の燃料極から燃料ガスを排出するための燃料ガス排出用ガス通路(図示せず)と、酸化剤ガスを燃料電池セル6の空気極に導くための酸化剤ガス供給用ガス通路32とが形成されている。これらのガス通路31,32におけるセパレータ7の外側面に開口する端部は、パイプ33が接続されており、このパイプ33を介して後述するマニホールド34,35に接続されている。   Each separator 7 of the cell stack 2 has a fuel gas supply gas passage 31 for guiding the fuel gas to the fuel electrode of the fuel cell 6 and a fuel gas for discharging the fuel gas from the fuel electrode of the fuel cell 6. An exhaust gas passage (not shown) and an oxidant gas supply gas passage 32 for guiding the oxidant gas to the air electrode of the fuel cell 6 are formed. Ends of the gas passages 31 and 32 that open to the outer surface of the separator 7 are connected to a pipe 33, and are connected to manifolds 34 and 35 described later via the pipe 33.

燃料ガス供給用ガス通路31は、パイプ33を介して燃料ガス供給用マニホールド34に接続されている。燃料ガス排出用ガス通路は、図示してはいないが、パイプを介して燃料ガス排出用マニホールドに接続されている。燃料ガス排出用マニホールドに排出された燃料ガスは、図示していない燃料ガス排出用通路によってマニホールドから断熱容器5の外のガス循環装置などに導かれる。
前記酸化剤ガス供給用ガス通路32は、パイプ33を介して酸化剤ガス供給用マニホールド35に接続されている。この実施の形態においては、前記燃料ガス供給用ガス通路31と、酸化剤ガス供給用ガス通路32と、前記パイプ33とによって、本発明でいう「分配用通路」が構成されている。
The fuel gas supply gas passage 31 is connected to a fuel gas supply manifold 34 via a pipe 33. Although not shown, the fuel gas discharge gas passage is connected to the fuel gas discharge manifold via a pipe. The fuel gas discharged to the fuel gas discharge manifold is guided from the manifold to a gas circulation device outside the heat insulating container 5 through a fuel gas discharge passage (not shown).
The oxidant gas supply gas passage 32 is connected to an oxidant gas supply manifold 35 through a pipe 33. In this embodiment, the fuel gas supply gas passage 31, the oxidant gas supply gas passage 32, and the pipe 33 constitute a “distribution passage” in the present invention.

この実施の形態において、本発明でいう「主ガス通路」は、図2に示すように、後述するマニホールド34,35と、このマニホールド34,35に断熱容器5の外からガスを供給するためのガス供給用パイプ36とによって構成されている。すなわち、主ガス通路における前記分配用通路が接続される部分は、図3に示すように、マニホールド34,35内の筒状の壁37で囲まれたガス室38によって形成されている。   In this embodiment, as shown in FIG. 2, the “main gas passage” in the present invention is a manifold 34, 35 to be described later, and a gas for supplying gas to the manifold 34, 35 from the outside of the heat insulating container 5. And a gas supply pipe 36. That is, the portion of the main gas passage to which the distribution passage is connected is formed by a gas chamber 38 surrounded by a cylindrical wall 37 in the manifolds 34 and 35, as shown in FIG.

この実施の形態による燃料ガス供給用マニホールド34と酸化剤ガス供給用マニホールド35とは、プレート21の上に設けられたベースプレート39と、このベースプレート39に載せられて前記セルスタック2と隣接する位置に位置付けられた筒体40と、この筒体40の内部を水平方向に二分する仕切板41とによって構成されている。この実施の形態においては、前記仕切板41によって本発明でいう「隔壁」が構成されている。なお、燃料ガス排出用マニホールドは、仕切板は備えておらず、筒体40のみによって形成されている。   The fuel gas supply manifold 34 and the oxidant gas supply manifold 35 according to this embodiment include a base plate 39 provided on the plate 21 and a position on the base plate 39 adjacent to the cell stack 2. The cylinder 40 is positioned and a partition plate 41 that bisects the inside of the cylinder 40 in the horizontal direction. In this embodiment, the partition plate 41 constitutes a “partition wall” in the present invention. The fuel gas discharge manifold is not provided with a partition plate, and is formed only by the cylindrical body 40.

前記ベースプレート39は、上方に向けて開口する有底円筒状に形成されており、前記ガス供給用パイプ36が接続されている。
前記筒体40は、円筒状のマニホールド部材42と、円筒状のマニホールドコネクタ43とを交互に複数個積み重ねることによって形成されている。筒体40の最下部に位置するマニホールド部材42の中空部は、前記ベースプレート39の内部空間に接続されている。筒体40の最上部に位置するマニホールド部材42は、中空部の上端開口を閉塞する上壁42aを備えた有底円筒状に形成されている。
The base plate 39 is formed in a bottomed cylindrical shape that opens upward, and is connected to the gas supply pipe 36.
The cylindrical body 40 is formed by alternately stacking a plurality of cylindrical manifold members 42 and cylindrical manifold connectors 43. A hollow portion of the manifold member 42 located at the lowermost portion of the cylindrical body 40 is connected to the internal space of the base plate 39. The manifold member 42 located at the top of the cylindrical body 40 is formed in a bottomed cylindrical shape having an upper wall 42a that closes the upper end opening of the hollow portion.

前記マニホールド42部材は、金属によって形成され、前記マニホールドコネクタ43は、絶縁材によって形成されている。また、前記セパレータ7に一端部が接続された前記パイプ33の他端部は、前記一端部と同じ高さに位置しているマニホールド部材42に接続されている。
前記仕切板41は、上下方向に延びる細長い板からなり、幅方向の両端部が前記マニホールド部材42およびマニホールドコネクタ43の内周面に密着させられている。仕切板41の上端部と、筒体40の最上部に位置するマニホールド部材42の上壁42aとの間には、ガスを通すことができるように隙間が形成されている。仕切板41は、マニホールド34,35内のガス室38をセルスタック2とは反対側に位置する上流側通路44と、セルスタック2に近接して位置する下流側通路45とに分けている。
The member of the manifold 42 is made of metal, and the manifold connector 43 is made of an insulating material. The other end of the pipe 33 having one end connected to the separator 7 is connected to a manifold member 42 positioned at the same height as the one end.
The partition plate 41 is an elongated plate extending in the vertical direction, and both end portions in the width direction are in close contact with the inner peripheral surfaces of the manifold member 42 and the manifold connector 43. A gap is formed between the upper end portion of the partition plate 41 and the upper wall 42a of the manifold member 42 located at the uppermost portion of the cylindrical body 40 so that gas can pass therethrough. The partition plate 41 divides the gas chambers 38 in the manifolds 34 and 35 into an upstream passage 44 located on the opposite side of the cell stack 2 and a downstream passage 45 located close to the cell stack 2.

マニホールド34,35内にガスを供給するための前記ガス供給用パイプ36は、ベースプレート39におけるセルスタック2とは反対側の側部に接続されており、前記ガス室38におけるセルスタック2とは反対側に位置する上流側通路44にガスを供給する。また、マニホールド34,35と前記セパレータ7とを接続するためのパイプ33は、マニホールド部材42におけるセルスタック2に近接する側部に接続されており、前記ガス室38におけるセルスタック2に近接して位置する下流側通路45からガスが流入する。   The gas supply pipe 36 for supplying gas into the manifolds 34 and 35 is connected to the side of the base plate 39 opposite to the cell stack 2 and is opposite to the cell stack 2 in the gas chamber 38. Gas is supplied to the upstream passage 44 located on the side. A pipe 33 for connecting the manifolds 34 and 35 and the separator 7 is connected to a side portion of the manifold member 42 adjacent to the cell stack 2, and is adjacent to the cell stack 2 of the gas chamber 38. Gas flows from the downstream passage 45 located.

マニホールド34,35内に形成されている前記上流側通路44は、ガス室38の長手方向(上下方向)の一端部(下端部)から他端部(上端部)に燃料ガスまたは酸化剤ガスを導く。前記下流側通路45は、前記上流側通路44の下流端(上端)に接続されてガス室38の前記他端部(上端部)から前記一端部(下端部)に前記ガスを導く。   The upstream passage 44 formed in the manifolds 34, 35 supplies fuel gas or oxidant gas from one end (lower end) in the longitudinal direction (vertical direction) to the other end (upper end) of the gas chamber 38. Lead. The downstream passage 45 is connected to the downstream end (upper end) of the upstream passage 44 and guides the gas from the other end (upper end) of the gas chamber 38 to the one end (lower end).

この実施の形態よれば、燃料ガスと酸化剤ガスとは、前記ガス供給用パイプ36によって断熱容器5の外から燃料ガス供給用マニホールド34と酸化剤ガス供給用マニホールド35に供給される。これらのマニホールド34,35は、燃料電池の運転時にはセルスタック2と同等の温度に昇温させられている。   According to this embodiment, the fuel gas and the oxidant gas are supplied from the outside of the heat insulating container 5 to the fuel gas supply manifold 34 and the oxidant gas supply manifold 35 by the gas supply pipe 36. These manifolds 34 and 35 are heated to the same temperature as the cell stack 2 when the fuel cell is operated.

これらのマニホールド34,35に供給された燃料ガスや酸化剤ガスは、マニホールド34,35内の上流側通路44内をマニホールド34,35の下端部から上端部まで流れるときにマニホールド34,35の熱(断熱容器5内の熱)で加熱される。このとき、断熱容器5に入る以前に例えば500℃〜600℃であった燃料ガスや酸化剤ガスは、前記上流側通路44内を流れることによって約800℃程度に昇温させられる。すなわち、この実施の形態においては、マニホールド34,35における前記上流側通路44を形成する部分によって、本発明でいう「伝熱部」が構成されている。   When the fuel gas and oxidant gas supplied to the manifolds 34 and 35 flow in the upstream passage 44 in the manifolds 34 and 35 from the lower end portion to the upper end portion of the manifolds 34 and 35, It is heated by (heat in the heat insulating container 5). At this time, the fuel gas and the oxidant gas, for example, 500 ° C. to 600 ° C. before entering the heat insulating container 5 are heated to about 800 ° C. by flowing through the upstream side passage 44. That is, in this embodiment, the “heat transfer portion” referred to in the present invention is constituted by the portion of the manifolds 34 and 35 that forms the upstream passage 44.

前記上流側通路44内を下流端まで上昇した前記ガスは、下流側通路45に流入して下流側通路45内を下降し、燃料電池セル6毎のパイプ33に流入する。したがって、この実施の形態においても、断熱容器5内の温度に昇温させられた燃料ガスおよび酸化剤ガスが全ての燃料電池セル6に供給されることになり、全ての燃料電池セル6においてそれぞれ高い発電効率で発電が行われる。しかも、燃料ガスと酸化剤ガスを断熱容器5内の温度に昇温させるに当たって断熱容器5内の熱を利用しているから、燃料ガスや酸化剤ガスの温度をガス用加熱装置(図示せず)によって断熱容器5内の温度まで上昇させる場合に較べると、製造コストを低く抑えることができる。   The gas that has risen in the upstream passage 44 to the downstream end flows into the downstream passage 45, descends in the downstream passage 45, and flows into the pipe 33 for each fuel cell 6. Therefore, also in this embodiment, the fuel gas and the oxidant gas that have been heated to the temperature in the heat insulating container 5 are supplied to all the fuel cells 6. Power generation is performed with high power generation efficiency. In addition, since the heat in the heat insulation container 5 is used to raise the temperature of the fuel gas and the oxidant gas to the temperature in the heat insulation container 5, the temperature of the fuel gas and the oxidant gas is changed to a gas heating device (not shown). ), The manufacturing cost can be kept low as compared with the case where the temperature is increased to the temperature in the heat insulating container 5.

この実施の形態においては、前記マニホールド34,35内の筒状の壁37で囲まれたガス室38の中で燃料ガスおよび酸化剤ガスを昇温させて分配用通路に供給することができる。したがって、この実施の形態によれば、伝熱部15を備えているにもかかわらず、ガス供給部3,4をコンパクトに形成することができる。
また、この実施の形態による前記ガス室38は、前記セルスタック2と隣接する位置に設けられた筒体40と、この筒体40の内部を前記上流側通路44と前記下流側通路45とに分ける仕切板41とによって形成されている。この実施の形態による前記分配用通路は、前記セパレータ7に燃料電池セル6毎に形成されたガス通路31,32と、このガス通路31,32に前記筒体40内の下流側通路45を接続するパイプ33とによって形成されている。
In this embodiment, the fuel gas and the oxidant gas can be heated in the gas chamber 38 surrounded by the cylindrical walls 37 in the manifolds 34 and 35 and supplied to the distribution passage. Therefore, according to this embodiment, although the heat transfer unit 15 is provided, the gas supply units 3 and 4 can be formed compactly.
In addition, the gas chamber 38 according to this embodiment includes a cylindrical body 40 provided at a position adjacent to the cell stack 2, and the inside of the cylindrical body 40 is divided into the upstream side passage 44 and the downstream side passage 45. It is formed with the partition plate 41 to divide. The distribution passage according to this embodiment includes gas passages 31 and 32 formed in the separator 7 for each fuel cell 6, and a downstream passage 45 in the cylinder 40 is connected to the gas passages 31 and 32. And a pipe 33 to be formed.

このため、この実施の形態によれば、前記筒体40からなるマニホールド34,35の一部を使用して前記伝熱部15を構成することができる。したがって、この実施の形態によれば、伝熱部15を有するガス供給部3,4を簡単に実現できるから、製造コストをより一層低く抑えることが可能な固体酸化物形燃料電池を提供することができる。   For this reason, according to this embodiment, the heat transfer section 15 can be configured by using a part of the manifolds 34 and 35 formed of the cylindrical body 40. Therefore, according to this embodiment, since the gas supply units 3 and 4 having the heat transfer unit 15 can be easily realized, a solid oxide fuel cell capable of further reducing the manufacturing cost is provided. Can do.

マニホールドに伝熱部を形成するに当たっては、図4に示す構成を採ることができる。図4において、前記図1〜図3によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図4に示すマニホールド34,35の隔壁は、パイプ51によって構成されている。このパイプ51は、筒体40からなるマニホールド34,35の中心部分に位置付けられている。
In forming the heat transfer section in the manifold, the configuration shown in FIG. 4 can be adopted. 4, members identical or equivalent to those described with reference to FIGS. 1 to 3 are given the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
The partition walls of the manifolds 34 and 35 shown in FIG. The pipe 51 is positioned at the central portion of the manifolds 34 and 35 including the cylinder body 40.

このパイプ51の上端と、筒体40の最上部に位置するマニホールド部材42の上壁42aとの間には、燃料ガスや酸化剤ガスを通すことができるように隙間が形成されている。また、このパイプ51は、プレート21を上下方向に貫通してプレート21の下方に突出している。このパイプ51の下端部は、燃料ガスや酸化剤ガスを供給ためのガス供給装置(図示せず)に接続されている。   A gap is formed between the upper end of the pipe 51 and the upper wall 42a of the manifold member 42 located at the uppermost portion of the cylindrical body 40 so that fuel gas or oxidant gas can pass therethrough. The pipe 51 penetrates the plate 21 in the vertical direction and protrudes below the plate 21. The lower end of the pipe 51 is connected to a gas supply device (not shown) for supplying fuel gas and oxidant gas.

この実施の形態によるマニホールド34,35のベースプレート39には、ガス供給用パイプは接続されてはいない。マニホールド34,35内に設けられている前記パイプ51は、発電時にマニホールド34,35の筒体40から熱が伝達され、この筒体40と同等の温度(断熱容器5内の温度)に昇温させられる。このパイプ51に燃料ガスや酸化剤ガスを通すことによって、燃料ガスや酸化剤ガスを昇温させることができる。すなわち、この実施の形態においては、マニホールド34,35内の前記パイプ51によって、本発明でいう「伝熱部」が構成されている。   A gas supply pipe is not connected to the base plates 39 of the manifolds 34 and 35 according to this embodiment. The pipes 51 provided in the manifolds 34 and 35 receive heat from the cylinders 40 of the manifolds 34 and 35 during power generation, and are heated to a temperature equivalent to that of the cylinders 40 (temperature in the heat insulating container 5). Be made. By passing the fuel gas or oxidant gas through the pipe 51, the temperature of the fuel gas or oxidant gas can be raised. That is, in this embodiment, the pipe 51 in the manifolds 34 and 35 constitutes a “heat transfer section” in the present invention.

したがって、この実施の形態においても、断熱容器5内の温度に昇温させられた燃料ガスおよび酸化剤ガスが全ての燃料電池セル6に供給されることになり、全ての燃料電池セル6においてそれぞれ高い発電効率で発電が行われる。しかも、燃料ガスと酸化剤ガスを断熱容器5内の温度に昇温させるに当たって断熱容器5内の熱を利用しているから、燃料ガスや酸化剤ガスの温度をガス用加熱装置(図示せず)によって断熱容器5内の温度まで上昇させる場合に較べると、製造コストを低く抑えることができる。   Therefore, also in this embodiment, the fuel gas and the oxidant gas that have been heated to the temperature in the heat insulating container 5 are supplied to all the fuel cells 6. Power generation is performed with high power generation efficiency. In addition, since the heat in the heat insulation container 5 is used to raise the temperature of the fuel gas and the oxidant gas to the temperature in the heat insulation container 5, the temperature of the fuel gas and the oxidant gas is changed to a gas heating device (not shown). ), The manufacturing cost can be kept low as compared with the case where the temperature is increased to the temperature in the heat insulating container 5.

(第3の実施の形態)
本発明は、いわゆる内部マニホールド式の固体酸化物形燃料電池にも適用することができる。この実施の形態を図5および図6によって詳細に説明する。図5および図6において、前記図1〜図4によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
(Third embodiment)
The present invention can also be applied to a so-called internal manifold type solid oxide fuel cell. This embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6, the same or equivalent members as those described with reference to FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.

図5に示す単セルユニット8は、いわゆる内部マニホールド式の固体酸化物形燃料電池に用いるもので、第1〜第4のセパレータ本体7A〜7Dとセルホルダー52とによって燃料電池セル6を保持する構造のものである。燃料電池セル6は、燃料極6aの上に電解質層6bと空気極6cとを積層させた燃料極支持形のものである。この実施の形態においては、第1〜第4のセパレータ本体7A〜7Dとセルホルダー52とによって、本発明でいう「セパレータ」が構成されている。   The single cell unit 8 shown in FIG. 5 is used for a so-called internal manifold type solid oxide fuel cell, and holds the fuel cell 6 by the first to fourth separator bodies 7A to 7D and the cell holder 52. Of structure. The fuel cell 6 is of a fuel electrode support type in which an electrolyte layer 6b and an air electrode 6c are stacked on a fuel electrode 6a. In this embodiment, the first to fourth separator bodies 7A to 7D and the cell holder 52 constitute a “separator” in the present invention.

第1〜第4のセパレータ本体7A〜7Dは、それぞれ金属製の板によって平面視において四角形状に形成されている。これらの第1〜第4のセパレータ本体7A〜7Dの四隅となる角部分には、マニホールド34,35を構成する円形の穴53が穿設されている。前記セルホルダー52は、燃料電池セル6が嵌合する円環状に形成されたセルホルダー本体52aと、このセルホルダー本体52aの外周部分に設けられたマニホールド形成用の4個のリング52bとによって構成されている。   The first to fourth separator bodies 7A to 7D are each formed in a quadrangular shape in plan view by a metal plate. Circular holes 53 constituting the manifolds 34 and 35 are formed in corner portions which are the four corners of the first to fourth separator bodies 7A to 7D. The cell holder 52 includes a cell holder main body 52a formed in an annular shape with which the fuel cell 6 is fitted, and four rings 52b for forming a manifold provided on the outer peripheral portion of the cell holder main body 52a. Has been.

この実施の形態による単セルユニット8は、前記第1のセパレータ本体7Aと第2のセパレータ本体7Bとを重ねた組立体の上にセルホルダー52と燃料電池セル6とを重ね、さらに、これらの部材の上に、第3のセパレータ本体7Cと第4のセパレータ本体7Dとを重ねることによって組立てられている。この単セルユニット8を用いてセルスタックを構成するためには、プレート21(図示せず)の上で複数の単セルユニット8を積層させることによって行う。   In the single cell unit 8 according to this embodiment, a cell holder 52 and a fuel cell 6 are stacked on an assembly in which the first separator body 7A and the second separator body 7B are stacked. The third separator body 7C and the fourth separator body 7D are assembled on the member by overlapping them. In order to form a cell stack using this single cell unit 8, a plurality of single cell units 8 are stacked on a plate 21 (not shown).

この実施の形態による前記単セルユニット8には、前記組立状態において、第1〜第4のセパレータ本体7A〜7Dに形成されている前記穴53と、セルホルダー52の4個のリング52bとによって、四箇所にマニホールドが形成されている。これらのマニホールドとは、燃料ガス供給用マニホールド34と、酸化剤ガス供給用マニホールド35と、二つの燃料ガス排出用マニホールド54である。   In the single cell unit 8 according to this embodiment, in the assembled state, the holes 53 formed in the first to fourth separator bodies 7A to 7D and the four rings 52b of the cell holder 52 are provided. The manifold is formed in four places. These manifolds are a fuel gas supply manifold 34, an oxidant gas supply manifold 35, and two fuel gas discharge manifolds 54.

燃料ガス供給用マニホールド34の内部には、本発明でいう隔壁を構成する金属製の仕切板41が挿通されている。燃料ガス供給用マニホールド34内のガス室38は、前記仕切板41によって、燃料電池セル6とは反対側に位置する上流側通路44と、燃料電池セル6に近接して位置する下流側通路45とに分けられている。一方、酸化剤ガス供給用マニホールド35には、本発明でいう隔壁を構成するパイプ51が挿通されている。酸化剤ガス供給用マニホールド35内のガス室38は、このパイプ51の内部の上流側通路44と、パイプ51の外の下流側通路45とに分けられている。   Inside the fuel gas supply manifold 34, a metal partition plate 41 constituting a partition wall referred to in the present invention is inserted. The gas chamber 38 in the fuel gas supply manifold 34 is divided into an upstream passage 44 located on the opposite side of the fuel cell 6 and a downstream passage 45 located close to the fuel cell 6 by the partition plate 41. It is divided into and. On the other hand, a pipe 51 constituting a partition wall in the present invention is inserted into the oxidant gas supply manifold 35. The gas chamber 38 in the oxidant gas supply manifold 35 is divided into an upstream passage 44 inside the pipe 51 and a downstream passage 45 outside the pipe 51.

前記上流側通路44と下流側通路45とは、セルスタック2を構成する全ての単セルユニット8を貫通するように形成されている。上流側通路44の下端部(上流側端部)は、燃料ガスや酸化剤ガスを断熱容器5の外からマニホールド34,35内に供給するためのガス通路(図示せず)に接続されている。   The upstream passage 44 and the downstream passage 45 are formed so as to penetrate all the single cell units 8 constituting the cell stack 2. A lower end portion (upstream end portion) of the upstream passage 44 is connected to a gas passage (not shown) for supplying fuel gas and oxidant gas from the outside of the heat insulating container 5 into the manifolds 34 and 35. .

燃料ガス供給用マニホールド34内の下流側通路45は、図6に示すように、第1のセパレータ本体7Aの上面に形成された溝61と、第2のセパレータ本体7Bに形成された穴62とからなる燃料ガス供給用ガス通路31によって燃料電池セル6の燃料極6aに接続されている。前記溝61は、第1のセパレータ本体7Aの上に第2のセパレータ本体7Bを重ねて溝61の上部開口が閉塞されることによって、ガス通路31の一部を構成するようになる。   As shown in FIG. 6, the downstream passage 45 in the fuel gas supply manifold 34 includes a groove 61 formed in the upper surface of the first separator body 7A, and a hole 62 formed in the second separator body 7B. The fuel gas supply gas passage 31 is connected to the fuel electrode 6 a of the fuel cell 6. The groove 61 constitutes a part of the gas passage 31 by overlapping the second separator body 7B on the first separator body 7A and closing the upper opening of the groove 61.

酸化剤ガス供給用マニホールド35の前記下流側通路45は、第4のセパレータ本体7Dの下面に形成された溝63(図6参照)と、第3のセパレータ本体7Cに形成された穴64(図6参照)とからなる酸化剤ガス供給用ガス通路32によって燃料電池セル6の空気極6cに接続されている。前記溝63は、第3のセパレータ本体7Cの上に第4のセパレータ本体7Dを重ねて溝63の下部開口が閉塞されることによって、ガス通路32の一部を構成するようになる。この実施の形態においては、前記溝61,63と穴62,64とからなるガス通路31,32によって、本発明でいう「分配用通路」が構成されている。   The downstream passage 45 of the oxidant gas supply manifold 35 has a groove 63 (see FIG. 6) formed in the lower surface of the fourth separator body 7D and a hole 64 (see FIG. 6) formed in the third separator body 7C. 6), and is connected to the air electrode 6c of the fuel cell 6 by an oxidant gas supply gas passage 32. The groove 63 forms a part of the gas passage 32 by overlapping the fourth separator body 7D on the third separator body 7C and closing the lower opening of the groove 63. In this embodiment, the “distribution passage” referred to in the present invention is constituted by the gas passages 31 and 32 including the grooves 61 and 63 and the holes 62 and 64.

燃料ガス排出用マニホールド54は、第1のセパレータ本体7Aに形成された溝65(図5参照)と、第2のセパレータ本体7Bに形成された穴(図示せず)とからなるガス通路によって燃料電池セル6の燃料極6aに接続されている。前記溝65は、第1のセパレータ本体7Aの上に第2のセパレータ本体7Bを重ねて溝65の上部開口が閉塞されることによって、ガス通路の一部を構成するようになる。燃料ガス排出用マニホールド54内のガス室は、下端部において、プレート21を貫通するガス排出用通路(図示せず)に接続されている。   The fuel gas discharge manifold 54 is fueled by a gas passage formed by a groove 65 (see FIG. 5) formed in the first separator body 7A and a hole (not shown) formed in the second separator body 7B. It is connected to the fuel electrode 6 a of the battery cell 6. The groove 65 forms a part of a gas passage by overlapping the second separator body 7B on the first separator body 7A and closing the upper opening of the groove 65. The gas chamber in the fuel gas discharge manifold 54 is connected to a gas discharge passage (not shown) penetrating the plate 21 at the lower end.

このように構成された単セルユニット8を有する内部マニホールド式の固体酸化物形燃料電池において、燃料ガス供給用マニホールド34と酸化剤ガス供給用マニホールド35の内部のガス室38は、積層されたセパレータ7(第1〜第4のセパレータ本体7A〜7Dとセルホルダー52)に積層方向へ延びるように穿設された穴(穴53およびリング52b)と、この穴の内部を前記上流側通路44と下流側通路45とに分ける隔壁(仕切板41、パイプ51)とによって形成されている。   In the internal manifold type solid oxide fuel cell having the single cell unit 8 configured as described above, the gas chambers 38 inside the fuel gas supply manifold 34 and the oxidant gas supply manifold 35 are stacked separators. 7 (first to fourth separator bodies 7A to 7D and cell holder 52) and holes (holes 53 and 52b) drilled so as to extend in the stacking direction, and the inside of the hole is connected to the upstream passage 44. It is formed by a partition wall (partition plate 41, pipe 51) divided into the downstream passage 45.

また、この実施の形態による分配用通路は、前記セパレータ7に前記穴(穴53およびリング52bの内部の上流側通路44)から燃料電池セル6まで延びるように形成されたガス通路31,32によって形成されている。前記第1〜第4のセパレータ本体7A〜7Dとセルホルダー52の温度は、発電時には燃料電池セル6と同等の温度になる。この実施の形態において、燃料ガスや酸化剤ガスは、発電時に前記上流側通路44を流れるときに燃料電池セル6と同等の温度に昇温させられる。すなわち、この実施の形態によれば、前記セパレータ7に形成されたいわゆる内部マニホールド34,35の一部を使用して「伝熱部」を構成することができる。   The distribution passage according to this embodiment is formed by gas passages 31 and 32 formed in the separator 7 so as to extend from the hole (the upstream passage 44 inside the hole 53 and the ring 52b) to the fuel cell 6. Is formed. The temperatures of the first to fourth separator bodies 7A to 7D and the cell holder 52 are equal to the temperature of the fuel cell 6 during power generation. In this embodiment, the fuel gas and the oxidant gas are heated to the same temperature as the fuel cell 6 when flowing through the upstream passage 44 during power generation. That is, according to this embodiment, a part of so-called internal manifolds 34 and 35 formed in the separator 7 can be used to constitute a “heat transfer section”.

したがって、この実施の形態を採る場合であっても、断熱容器5内の温度に昇温させられた燃料ガスおよび酸化剤ガスが全ての燃料電池セル6に供給されることになり、全ての燃料電池セル6においてそれぞれ高い発電効率で発電が行われる。しかも、燃料ガスと酸化剤ガスを断熱容器5内の温度に昇温させるに当たって断熱容器5内の熱を利用しているから、燃料ガスや酸化剤ガスの温度をガス用加熱装置(図示せず)によって断熱容器5内の温度まで上昇させる場合に較べると、製造コストを低く抑えることができる。
特に、この実施の形態によれば、前記伝熱部を内部マニホールド34,35によって簡単に実現できるから、製造コストをより一層低く抑えることが可能である。
Therefore, even in the case of adopting this embodiment, the fuel gas and the oxidant gas heated to the temperature in the heat insulating container 5 are supplied to all the fuel cells 6, and all the fuel cells Each battery cell 6 generates power with high power generation efficiency. In addition, since the heat in the heat insulation container 5 is used to raise the temperature of the fuel gas and the oxidant gas to the temperature in the heat insulation container 5, the temperature of the fuel gas and the oxidant gas is changed to a gas heating device (not shown). ), The manufacturing cost can be kept low as compared with the case where the temperature is increased to the temperature in the heat insulating container 5.
In particular, according to this embodiment, since the heat transfer section can be easily realized by the internal manifolds 34 and 35, the manufacturing cost can be further reduced.

第3の実施の形態においては、燃料ガス供給用マニホールド34内に仕切板41が設けられ、酸化剤ガス供給用マニホールド35内にパイプ51が設けられている。しかし、これらのマニホールド34,35内をそれぞれ二室に仕切るためには、仕切板41を両マニホールド34,35内に設けたり、パイプ51を両マニホールド34,35内に設けることによって行うことができる。   In the third embodiment, a partition plate 41 is provided in the fuel gas supply manifold 34, and a pipe 51 is provided in the oxidant gas supply manifold 35. However, each of the manifolds 34 and 35 can be partitioned into two chambers by providing the partition plate 41 in both the manifolds 34 and 35 and providing the pipe 51 in both the manifolds 34 and 35. .

上述した第2の実施の形態と第3の実施の形態においては、マニホールド34,35内を上流側通路44と下流側通路45とに分けるための隔壁として仕切板41とパイプ51とを例示した。しかし、隔壁は、仕切板41とパイプ51とに限定されることはなく、ガス室3を上流側通路44と下流側通路45とに分けることができるものであれば、どのようなものでも使用することができる。   In the second embodiment and the third embodiment described above, the partition plate 41 and the pipe 51 are illustrated as partitions for dividing the manifolds 34 and 35 into the upstream passage 44 and the downstream passage 45. . However, the partition wall is not limited to the partition plate 41 and the pipe 51, and any partition wall can be used as long as it can divide the gas chamber 3 into the upstream side passage 44 and the downstream side passage 45. can do.

1…固体酸化物形燃料電池、2…セルスタック、3,4…ガス供給部、5…断熱容器、6…燃料電池セル、7…セパレータ、7A〜7D…第1〜第4のセパレータ本体、8…単セルユニット、11,13…主ガス通路、12,14…分配用通路、15…伝熱部、21…プレート、31,32…ガス通路、34…燃料ガス供給用マニホールド、35…酸化剤ガス供給用マニホールド、38…ガス室、40…筒体、41…仕切板、44…上流側通路、45…下流側通路、51…パイプ、52…セルホルダー、52b…リング、53…穴。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid oxide fuel cell, 2 ... Cell stack, 3, 4 ... Gas supply part, 5 ... Thermal insulation container, 6 ... Fuel cell, 7 ... Separator, 7A-7D ... 1st-4th separator main body, 8 ... single cell unit 11, 13 ... main gas passage, 12, 14 ... distribution passage, 15 ... heat transfer section, 21 ... plate, 31, 32 ... gas passage, 34 ... fuel gas supply manifold, 35 ... oxidation Agent gas supply manifold, 38 ... gas chamber, 40 ... cylindrical body, 41 ... partition plate, 44 ... upstream side passage, 45 ... downstream side passage, 51 ... pipe, 52 ... cell holder, 52b ... ring, 53 ... hole.

Claims (4)

固体酸化物形燃料電池セルとセパレータとからなる単セルユニットを複数個積層して形成されたセルスタックと、
前記各燃料電池セルに燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ供給するガス供給部と、
前記セルスタックおよびガス供給部を収容しかつ所定の温度に保つ断熱容器とを備え、
前記ガス供給部は、前記断熱容器の外から前記ガスが供給される主ガス通路と、
この主ガス通路から各燃料電池セルにガスをそれぞれ導く分配用通路とから構成され、
前記主ガス通路における前記分配用通路との接続部分、あるいはその上流側には、前記断熱容器の内部の熱を主ガス通路内の前記ガスに伝える伝熱部が設けられていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
A cell stack formed by laminating a plurality of single cell units each comprising a solid oxide fuel cell and a separator;
A gas supply unit for supplying a fuel gas and an oxidant gas to each of the fuel cells;
A heat insulating container that contains the cell stack and the gas supply unit and maintains a predetermined temperature;
The gas supply unit includes a main gas passage through which the gas is supplied from outside the heat insulating container,
It is composed of a distribution passage for guiding gas from the main gas passage to each fuel cell,
A heat transfer section for transmitting heat inside the heat insulating container to the gas in the main gas passage is provided at a connection portion of the main gas passage with the distribution passage or upstream thereof. Solid oxide fuel cell.
請求項1記載の固体酸化物形燃料電池において、前記主ガス通路における前記分配用通路が接続される部分は、筒状の壁で囲まれたガス室によって形成され、
前記ガス室は、その長手方向の一端部から他端部にガスを導く上流側通路と、この上流側通路の下流端に接続されて前記他端部から前記一端部にガスを導く下流側通路とによって構成され、
前記分配用通路は、前記下流側通路に接続され、
前記伝熱部は、前記上流側通路を形成するガス室の壁部分によって構成されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein a portion of the main gas passage to which the distribution passage is connected is formed by a gas chamber surrounded by a cylindrical wall,
The gas chamber has an upstream passage that guides gas from one longitudinal end to the other end, and a downstream passage that is connected to the downstream end of the upstream passage and guides gas from the other end to the one end. And consists of
The distribution passage is connected to the downstream passage;
The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the heat transfer section is constituted by a wall portion of a gas chamber that forms the upstream passage.
請求項2記載の固体酸化物形燃料電池において、前記ガス室は、前記セルスタックと隣接する位置に設けられた筒体と、この筒体の内部を前記上流側通路と下流側通路とに分ける隔壁とによって形成され、
前記分配用通路は、前記セパレータに燃料電池セル毎に形成されたガス通路と、このガス通路に前記筒体内の下流側通路を接続するパイプとによって形成されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
3. The solid oxide fuel cell according to claim 2, wherein the gas chamber is divided into a cylinder provided at a position adjacent to the cell stack, and the inside of the cylinder is divided into the upstream side passage and the downstream side passage. Formed by partition walls,
The distribution passage is formed by a gas passage formed in the separator for each fuel cell and a pipe connecting a downstream passage in the cylinder to the gas passage. Fuel cell.
請求項2記載の固体酸化物形燃料電池において、前記ガス室は、積層された前記セパレータに積層方向へ延びるように穿設された穴と、この穴の内部を前記上流側通路と下流側通路とに分ける隔壁とによって形成され、
前記分配用通路は、前記セパレータに前記穴から燃料電池セルまで延びるように形成されたガス通路によって形成されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
3. The solid oxide fuel cell according to claim 2, wherein the gas chamber has a hole formed in the stacked separator so as to extend in a stacking direction, and the upstream side passage and the downstream side passage through the hole. Formed by partition walls, and
The distribution passage is formed by a gas passage formed in the separator so as to extend from the hole to the fuel cell.
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