JP2015011811A - Solid oxide fuel cell device, and method and apparatus for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a solid oxide fuel cell device in which components in a fuel cell module are hermetically joined each other by using a ceramic adhesive.SOLUTION: The method for manufacturing a solid oxide fuel cell device 1 comprises: an adhesive attaching step for attaching a ceramic adhesive to junctions of components; a work possible hardening step for hardening the ceramic adhesive until a state where a next step can be performed; and a solvent removing and hardening step for after repeating a plurality of times of the adhesive attaching step and work possible hardening step, drying the hardened ceramic adhesive until a state being endurable to a temperature rise during a start-up step. The work possible hardening step for junctions of components other than the fuel battery cell is performed after the work possible hardening step for the last cell junction so as to perform a plurality of times of the work possible hardening step for cell joints that are joints of each of the fuel battery cell 16 and other components.

Description

本発明は、固体酸化物型燃料電池装置に関し、特に、燃料電池モジュールに収容された複数の燃料電池セルに燃料及び酸化剤ガスを供給して発電する固体酸化物型燃料電池装置、及びその製造方法、製造装置に関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell device, and more particularly to a solid oxide fuel cell device that generates power by supplying fuel and an oxidant gas to a plurality of fuel cells housed in a fuel cell module, and its manufacture. The present invention relates to a method and a manufacturing apparatus.

固体酸化物型燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:以下「SOFC」とも言う)は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付け、一方の側に燃料ガスを供給し、他方の側に酸化剤ガス(空気、酸素等)を供給して、比較的高温で動作する燃料電池である。   A solid oxide fuel cell (hereinafter also referred to as “SOFC”) uses an oxide ion conductive solid electrolyte as an electrolyte, attaches electrodes on both sides thereof, and supplies fuel gas on one side, The fuel cell operates at a relatively high temperature by supplying an oxidant gas (air, oxygen, etc.) to the other side.

固体酸化物型燃料電池装置、特に、燃料電池セルを収容した燃料電池モジュールには、燃料電池セルに燃料を供給するための燃料流路、空気等の酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路等が内蔵されている。通常、これらの流路は複数の構成部品によって構成され、各構成部品を接合することにより流路が形成されている。また、固体酸化物型燃料電池は一般に600〜1000℃の高温で動作するため、各構成部品を、このような高温に耐えるように接合する必要がある。加えて、燃料流路、酸化剤ガス流路等を構成する各構成部品の接合部は、気密性が確保されていなければならない。   Solid oxide fuel cell devices, particularly fuel cell modules containing fuel cells, fuel flow paths for supplying fuel to the fuel cells, oxidant gas for supplying oxidant gas such as air A flow path and the like are incorporated. Usually, these flow paths are constituted by a plurality of components, and the flow paths are formed by joining the respective components. Further, since the solid oxide fuel cell generally operates at a high temperature of 600 to 1000 ° C., it is necessary to join the respective components so as to withstand such a high temperature. In addition, airtightness must be ensured at the joints of the components constituting the fuel flow path, the oxidant gas flow path, and the like.

このため、燃料電池モジュール内において、構成部品間の気密性が要求される接合部には、構成部品をボルト等で機械的に固定した後、接合部にペースト状のガラスを流し込むことにより気密性を確保する、等の手法が採用されてきた。
また、特許第3894860号(特許文献1)、特開平6−215782号(特許文献2)記載の燃料電池においては、燃料電池モジュール内の構成部品の接合部を、セラミック接着剤により接着することが記載されている。
For this reason, in the fuel cell module, after the components are mechanically fixed with bolts or the like to the joints that require airtightness between the component parts, the paste-like glass is poured into the joint parts so that the airtightness is achieved. For example, a method of ensuring the above has been adopted.
Further, in the fuel cells described in Japanese Patent No. 3894860 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-215784 (Patent Document 2), the joints of the components in the fuel cell module can be bonded with a ceramic adhesive. Have been described.

特許第3894860号Japanese Patent No. 3894860 特開平6−215782号JP-A-6-215784

しかしながら、構成部品をボルト等で機械的に固定した後、接合部にペースト状のガラスを流し込むことにより気密性を確保する場合、1箇所の接合に2工程必要になり、製造工程が多くなるため製造コストが嵩むという問題がある。
加えて、燃料電池モジュール内の構成部品をボルトにより固定すると、高温に晒された際、ボルトからクロム成分が蒸発され、これが燃料電池セルにクロム被毒をもたらし、セルが劣化するという問題がある。また、接合部の気密性を確保するためにガラスによりシールを行うと、高温に晒された際、ガラスからホウ素が蒸発し、セルに付着することで燃料電池セルを劣化させるという問題も発生する。
However, after securing the component parts mechanically with bolts and the like, and in order to ensure airtightness by pouring paste-like glass into the joint, two steps are required for joining at one location, which increases the number of manufacturing steps. There is a problem that the manufacturing cost increases.
In addition, when the components in the fuel cell module are fixed with bolts, when exposed to high temperatures, the chromium component is evaporated from the bolts, which causes chromium poisoning to the fuel cell and causes deterioration of the cell. . In addition, when sealing with glass to ensure the airtightness of the joint, there is a problem that when exposed to high temperatures, boron evaporates from the glass and adheres to the cell, thereby deteriorating the fuel cell. .

一方、特許第3894860号、特開平6−215782号に記載されているセラミック接着剤を使用した接着によれば、上記のような燃料電池セルの劣化を回避することができる。しかしながら、セラミック接着剤による従来の接合では、構成部品同士の固定と同時に、構成部品間の確実なシールを行うことが難しいという問題がある。   On the other hand, according to the adhesion using the ceramic adhesive described in Japanese Patent No. 3894860 and JP-A-6-215784, the deterioration of the fuel cell as described above can be avoided. However, in the conventional joining using a ceramic adhesive, there is a problem that it is difficult to perform reliable sealing between the component parts simultaneously with fixing of the component parts.

即ち、セラミック接着剤は、塗布後、硬化される際に水等の溶媒が蒸発し体積が収縮するため、この収縮を上手にコントロールしないと硬化した後のセラミック接着剤の層には、収縮に伴う剥がれや過剰なクラックが発生する。セラミック接着剤層にこのような剥がれやクラックが発生した場合、構成部品間の十分な接着強度が得られているとしても、その接合部における十分な気密性までは確保することができない。この気密性の欠如を補うために、接着後のセラミック接着剤層の上を、ガラスによりコーティングすることも提案されている(特許第3894860号、段落0029)。しかしながら、セラミック接着剤層をガラスでコーティングした場合、製造工程が増加すると共に、ガラスからのホウ素蒸発の問題が発生するので、セラミック接着剤を使用することに何らメリットがない。   That is, when a ceramic adhesive is cured after application, a solvent such as water evaporates and the volume shrinks.If this shrinkage is not controlled well, the cured ceramic adhesive layer will shrink. Accompanying peeling and excessive cracks occur. When such peeling or cracking occurs in the ceramic adhesive layer, even if sufficient adhesive strength between the components is obtained, sufficient airtightness at the joint cannot be ensured. In order to compensate for this lack of airtightness, it has also been proposed that the ceramic adhesive layer after bonding is coated with glass (Japanese Patent No. 3894860, paragraph 0029). However, when the ceramic adhesive layer is coated with glass, the manufacturing process is increased, and the problem of evaporation of boron from the glass occurs. Therefore, there is no merit in using the ceramic adhesive.

また、セラミック接着剤層におけるクラックは、付着されたセラミック接着剤を急激に乾燥させた場合に発生しやすい。従って、付着させたセラミック接着剤を常温で自然乾燥させたとすれば、クラックの発生を回避することも可能である。しかしながら、セラミック接着剤を自然乾燥させた場合、接合部に十分な接着強度が得られるまでには極めて長い時間が必要となり、その間、次の製造工程に移ることができない。一般に、固体酸化物型燃料電池装置の組み立てには非常に多くの製造工程が必要であるため、セラミック接着剤による接着は、工業的には全く実用に供することができない。固体酸化物型燃料電池装置の組み立てにおいて、セラミック接着剤を使用することが特許文献には記載されているものの、未だ実用化されていないのは、これらの理由によるものと考えられる。   Further, cracks in the ceramic adhesive layer are likely to occur when the attached ceramic adhesive is dried rapidly. Therefore, if the adhered ceramic adhesive is naturally dried at room temperature, it is possible to avoid the occurrence of cracks. However, when the ceramic adhesive is naturally dried, an extremely long time is required until sufficient adhesive strength is obtained at the joint, and during that time, it is not possible to proceed to the next manufacturing process. In general, the assembly of a solid oxide fuel cell device requires a great number of manufacturing processes, and therefore, the bonding with a ceramic adhesive cannot be practically used industrially. Although it is described in the patent literature that a ceramic adhesive is used in the assembly of a solid oxide fuel cell device, it is considered that it has not been put into practical use for these reasons.

さらに、本件発明者は、セラミック接着剤を使用して固体酸化物型燃料電池装置を組み立てた場合、セラミック接着剤が実用強度に耐える程に十分に硬化され気密性も実用に耐え得る程度確保できていたとしても、燃料電池装置を最初に運転して高温に晒した際に接着部分の気密性が損なわれてしまう、という新たな技術課題を見出した。即ち、付着されたセラミック接着剤が硬化し、十分な気密性、接着強度が得られている状態であっても、硬化されたセラミック接着剤層の内部には、少量の水分又は他の蒸発性の溶媒が残留している。特にこの残留する水分や溶媒の量が集中的に多く内部に残留している状態では、燃料電池装置が最初に運転された際、硬化されたセラミック接着剤層は乾燥・硬化時の温度よりも遙かに高い温度まで極めて速い時間内で急激に加熱されるような状態になるため、残留している水分や溶媒が急激に体積膨張及び蒸発され、その際、既に硬化しているセラミック接着剤層の表層部分で強度の弱い部分を切り開くように作用して新たなクラックを生じさせてしまう。このような、実使用時において発生する気密性喪失の原因が、本件発明者により突き止められた。   Furthermore, when the solid oxide fuel cell device is assembled using a ceramic adhesive, the present inventor can ensure that the ceramic adhesive is sufficiently hardened to withstand practical strength and the airtightness can withstand practical use. Even if it was, the new technical problem that the airtightness of the bonded portion was impaired when the fuel cell device was first operated and exposed to high temperature was found. That is, even if the adhered ceramic adhesive is cured and sufficient airtightness and adhesive strength are obtained, a small amount of moisture or other evaporative property is present inside the cured ceramic adhesive layer. The solvent remains. In particular, in the state where the amount of residual moisture and solvent remains intensively in the interior, when the fuel cell device is first operated, the cured ceramic adhesive layer has a temperature higher than that at the time of drying and curing. Ceramic adhesive that has already hardened due to sudden volume expansion and evaporation of residual moisture and solvent due to sudden heating to a much higher temperature within a very fast time It acts to open a weak portion in the surface layer portion of the layer and cause a new crack. The cause of the loss of airtightness that occurs during actual use has been identified by the present inventors.

即ち、セラミック接着剤を固体酸化物型燃料電池装置の組み立てに使用した場合、セラミック接着剤の一般的な使用における乾燥・硬化状態では、燃料電池装置の起動工程における温度上昇には耐えることができない。セラミック接着剤層の内部に残留する水分や溶媒を起動工程の温度上昇に耐える状態まで減少させるには、更に長い時間をかけてゆっくりと十分に乾燥させておく必要がある。このような理由から、セラミック接着剤を使用した固体酸化物型燃料電池装置の組み立てには非常に長い時間が必要となり、実用化は極めて困難である。   That is, when a ceramic adhesive is used for assembling a solid oxide fuel cell device, it cannot withstand the temperature rise in the start-up process of the fuel cell device in a dry / cured state in general use of the ceramic adhesive. . In order to reduce the moisture and solvent remaining in the ceramic adhesive layer to a state that can withstand the temperature rise in the startup process, it is necessary to slowly and sufficiently dry the ceramic adhesive layer over a longer time. For these reasons, it takes a very long time to assemble a solid oxide fuel cell device using a ceramic adhesive, and it is extremely difficult to put it to practical use.

従って、本発明は、セラミック接着剤を使用して、燃料電池モジュール内の構成部品を気密的に接合した固体酸化物型燃料電池装置、及びその製造方法、製造装置を提供することを目的としている。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell device in which components in a fuel cell module are hermetically bonded using a ceramic adhesive, and a method and apparatus for manufacturing the solid oxide fuel cell device. .

上述した課題を解決するために、本発明は、燃料電池モジュールに収容された複数の燃料電池セルに燃料及び酸化剤ガスを供給して発電する固体酸化物型燃料電池装置の製造方法であって、燃料電池モジュール内で燃料又は酸化剤ガスを導く流路が気密的に構成されるように、構成部品の接合部にセラミック接着剤を付着させる接着剤付着工程と、接合部に付着されたセラミック接着剤を、次の製造工程が実施可能な状態まで硬化させる作業可能硬化工程と、接着剤付着工程と作業可能硬化工程が複数回繰り返された後、作業可能硬化工程において硬化されたセラミック接着剤を、起動工程における温度上昇に耐え得る状態まで乾燥させる溶媒除去硬化工程と、を有し、各燃料電池セルと他の構成部品の接合部であるセル接合部に複数回の作業可能硬化工程が施されるように、最後に実施されたセル接合部に対する作業可能硬化工程よりも後に、燃料電池セル以外の構成部品の接合部に対する作業可能硬化工程が実施されることを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, the present invention is a method of manufacturing a solid oxide fuel cell device that generates power by supplying fuel and an oxidant gas to a plurality of fuel cells accommodated in a fuel cell module. An adhesive application step of attaching a ceramic adhesive to the joints of the component parts, and a ceramic attached to the joints so that the flow path for guiding the fuel or oxidant gas in the fuel cell module is hermetically configured The workable curing process for curing the adhesive to a state where the next manufacturing process can be performed, and the ceramic adhesive cured in the workable curing process after the adhesive attaching process and the workable curing process are repeated a plurality of times. A solvent removal curing step for drying the fuel cell to a state that can withstand the temperature rise in the startup step, and a plurality of operations are performed on the cell joint that is a joint between each fuel cell and other components. The workable hardening process for the joint part of the component other than the fuel cell is performed after the last workable hardening process for the cell joint so that the possible hardening process is performed. Yes.

このように構成された本発明においては、接着剤付着工程により、構成部品の接合部にセラミック接着剤が付着される。次いで、作業可能硬化工程により、接合部に付着されたセラミック接着剤が、次の製造工程が実施可能な状態まで硬化される。これらの接着剤付着工程と作業可能硬化工程が複数回繰り返された後、溶媒除去硬化工程により、作業可能硬化工程において硬化されたセラミック接着剤が、起動工程における温度上昇に耐え得る状態まで乾燥される。また、各燃料電池セルと他の構成部品の接合部であるセル接合部に対する作業可能硬化工程よりも後に、セル接合部以外の接合部に対する作業可能硬化工程が実施されるため、セル接合部には複数回の作業可能硬化工程が施される。   In the present invention configured as described above, the ceramic adhesive is attached to the joint portion of the component by the adhesive attaching step. Next, in the workable curing process, the ceramic adhesive attached to the joint is cured to a state where the next manufacturing process can be performed. After these adhesive adhesion process and workable curing process are repeated multiple times, the solvent removal curing process dries the ceramic adhesive cured in the workable curing process to a state that can withstand the temperature rise in the startup process. The In addition, since the workable curing process for the joint parts other than the cell joint part is performed after the workable curing process for the cell joint part that is a joint part of each fuel cell and other components, Is subjected to a plurality of workable curing steps.

一般に、セラミック接着剤は、乾燥・硬化時に体積が収縮するため、硬化されたセラミック接着剤の層にクラックが発生しやすい。このクラックの発生を回避するためには、付着されたセラミック接着剤を、長い時間をかけて硬化させることが必要である。クラックの発生を抑制し、気密性を維持するために必要なセラミック接着剤の硬化時間は、所用の接着強度を得るために必要な硬化時間よりも長いことを本件発明者は見出した。ここで、各燃料電池セルと他の構成部品の間のセル接合部の気密性は特に重要であり、このセル接合部から燃料が漏れた場合、燃料は酸化剤ガス極側に流入する結果となり、燃料電池モジュール内で異常燃焼が発生する原因となる。また、酸化剤ガス極側への燃料の流入は、著しく酸化剤ガス極を劣化させ、燃料電池セルを損傷する結果となる。   In general, since the volume of a ceramic adhesive shrinks during drying and curing, cracks are likely to occur in the cured ceramic adhesive layer. In order to avoid the occurrence of cracks, it is necessary to cure the adhered ceramic adhesive over a long period of time. The present inventor has found that the curing time of the ceramic adhesive necessary for suppressing the occurrence of cracks and maintaining airtightness is longer than the curing time necessary for obtaining the required adhesive strength. Here, the airtightness of the cell junction between each fuel cell and other components is particularly important. When fuel leaks from this cell junction, the fuel flows into the oxidant gas electrode side. This will cause abnormal combustion in the fuel cell module. In addition, the inflow of fuel to the oxidant gas electrode side significantly deteriorates the oxidant gas electrode and results in damage to the fuel cells.

本発明によれば、接着剤付着工程と作業可能硬化工程は、複数回繰り返される。このため、初期の接着剤付着工程において付着されたセラミック接着剤には複数回の作業可能硬化工程が施されることになる。これにより、硬化されたセラミック接着剤内部の水分又は溶媒が少しずつ蒸発され、硬化されたセラミック接着剤は起動工程における温度上昇に耐え得る状態に近くなる。接着剤付着工程と作業可能硬化工程が複数回繰り返された後、各作業可能硬化工程により硬化された複数の接合部を、溶媒除去硬化工程により更に乾燥させる。硬化されたセラミック接着剤内部に残留する水分又は溶媒は、溶媒除去硬化工程により極めて微量になり、硬化されたセラミック接着剤は起動工程における温度上昇に耐え得る状態となる。本発明によれば、複数回の作業可能硬化工程により硬化された複数の接合部を、起動工程における温度上昇に耐え得る状態まで同時に乾燥させるため、製造に要する時間を短縮しながら構成部品を気密的に接合することができる。   According to the present invention, the adhesive attaching step and the workable curing step are repeated a plurality of times. For this reason, the workable curing step is performed a plurality of times on the ceramic adhesive attached in the initial adhesive attaching step. As a result, moisture or solvent inside the hardened ceramic adhesive is gradually evaporated, and the hardened ceramic adhesive becomes close to a state where it can withstand the temperature rise in the start-up process. After the adhesive attaching step and the workable curing step are repeated a plurality of times, the plurality of joints cured by each workable curing step are further dried by the solvent removal curing step. Moisture or solvent remaining inside the cured ceramic adhesive becomes extremely small by the solvent removal and curing process, and the cured ceramic adhesive is in a state that can withstand the temperature rise in the startup process. According to the present invention, a plurality of joints cured by a plurality of workable curing processes are simultaneously dried to a state that can withstand the temperature rise in the start-up process. Can be joined together.

さらに、上記のように構成された本発明によれば、気密性の確保が極めて重要なセル接合部に対する作業可能硬化工程よりも後に、セル接合部以外の接合部に対する作業可能硬化工程が実施される。この結果、セル接合部には少なくとも2回の作業可能硬化工程が施されることとなり、組み立てに要する時間を延長することなく、セル接合部におけるセラミック接着剤層にクラックが発生するリスクを著しく低減することができる。   Furthermore, according to the present invention configured as described above, the workable curing process for the joints other than the cell joints is performed after the workable curing process for the cell joints in which airtightness is extremely important. The As a result, the cell joint is subjected to at least two workable curing steps, significantly reducing the risk of cracking in the ceramic adhesive layer at the cell joint without extending the time required for assembly. can do.

本発明において、好ましくは、燃料電池セル以外の構成部品の接合部に対する作業可能硬化工程が、最後に実施されたセル接合部に対する作業可能硬化工程よりも後に、少なくとも2回実施される。   In the present invention, preferably, the workable curing step for the joint portion of the component other than the fuel battery cell is performed at least twice after the last workable hardening step for the cell joint portion.

このように構成された本発明によれば、最後のセル接合部に対する作業可能硬化工程の後に、セル接合部以外の接合部に対する作業可能硬化工程が少なくとも2回実施されるので、セル接合部には最低3回の作業可能硬化工程が施されることとなり、セル接合部におけるクラックの発生のリスクを極小にすることができる。   According to the present invention configured as described above, the workable curing process for the joint part other than the cell joint part is performed at least twice after the workable curing process for the last cell joint part. Is subjected to at least three workable curing steps, which can minimize the risk of cracking at the cell junction.

本発明において、好ましくは、セル接合部に対する作業可能硬化工程は、複数回実施される作業可能硬化工程のうちの前半に実行される。
このように構成された本発明によれば、セル接合部に対する作業可能硬化工程は前半に実行されるので、セル接合部には多くの作業可能硬化工程が施されることとなり、セル接合部におけるクラックの発生のリスクを極小にすることができる。
In this invention, Preferably, the workable hardening process with respect to a cell junction part is performed in the first half of the workable hardening processes implemented several times.
According to the present invention configured as described above, since the workable curing process for the cell joint portion is performed in the first half, many workable curing steps are performed on the cell joint portion. The risk of cracking can be minimized.

本発明において、好ましくは、セル接合部に対する作業可能硬化工程は、複数回実施される作業可能硬化工程のうちの最初に実行される。
このように構成された本発明によれば、セル接合部に対する作業可能硬化工程は最初に実行されるので、最初に接合されたセル接合部には最も多くの作業可能硬化工程が施されることとなり、そのセル接合部におけるクラックの発生のリスクを極小にすることができる。
In the present invention, it is preferable that the workable curing process for the cell joint portion is performed first in the workable curing process performed a plurality of times.
According to the present invention configured as described above, since the workable curing process for the cell joint portion is performed first, the most workable curing process is performed on the cell joint portion that is joined first. Thus, the risk of occurrence of cracks at the cell junction can be minimized.

本発明において、好ましくは、溶媒除去硬化工程は、最後に実行される作業可能硬化工程よりも後に、1回だけ実施される。
このように構成された本発明によれば、溶媒除去硬化工程は1回だけ実施されるので、複数の作業可能硬化工程において次の製造工程が実施可能な状態まで硬化された全てのセラミック接着剤層を、1回の溶媒除去硬化工程により起動工程における温度上昇に耐え得る状態まで乾燥させることができ、製造に要する時間を大幅に短縮することができる。
In the present invention, the solvent removal curing step is preferably performed only once after the last workable curing step.
According to the present invention configured as described above, since the solvent removal curing process is performed only once, all the ceramic adhesives cured to a state where the next manufacturing process can be performed in a plurality of workable curing processes. The layer can be dried to a state that can withstand the temperature rise in the start-up process by a single solvent removal curing process, and the time required for production can be greatly shortened.

本発明において、好ましくは、最後に実施されたセル接合部に対する作業可能硬化工程よりも後に実施される作業可能硬化工程は、酸化剤ガス又は排気ガスを導く流路を構成する構成部品の接合部に対する作業可能硬化工程である。   In the present invention, preferably, the workable curing step that is performed after the last workable curing step for the cell joint is a joint of components that constitute a flow path that guides the oxidant gas or the exhaust gas. This is a workable curing process.

このように構成された本発明によれば、酸化剤ガス又は排気ガスを導く流路の構成部品の接合部に対する作業可能硬化工程が後で実施される。これらの接合部においては、仮にセラミック接着剤層にクラックが発生し、気密性が不十分であったとしても、燃料電池セルの劣化や、著しい性能の低下を引き起こすことがなく、重大なトラブルを回避しながら製造に要する時間を短縮することができる。   According to the present invention configured as described above, the workable curing step is performed later on the joint portion of the flow path component that guides the oxidant gas or the exhaust gas. In these joints, even if cracks occur in the ceramic adhesive layer and the airtightness is insufficient, it does not cause deterioration of the fuel cell or a significant decrease in performance. The time required for manufacturing can be shortened while avoiding.

また、本発明は、燃料電池モジュールに収容された複数の燃料電池セルに燃料及び酸化剤ガスを供給して発電する固体酸化物型燃料電池装置であって、複数の燃料電池セルを内側に収納する、両端部が開放された筒状の発電室構成部材と、この発電室構成部材の外周に水蒸気改質用の触媒を配置することにより形成された改質部と、この改質部を取り囲むように配置された筒状の部材により形成された環状の燃料流路と、この燃料流路から供給された燃料を複数の燃料電池セルに分配する燃料ガス分散室を形成するように、発電室構成部材の内側に配置された分散室形成板と、を有し、複数の燃料電池セルは、分散室形成板に形成された複数の挿通穴を、一端部が夫々貫通するように配置され、セラミック接着剤により分散室形成板に気密的に固定され、さらに、発電室構成部材の一方の端部を覆うと共に、酸化剤ガスを排出する流路を燃料流路の周囲に形成するように配置され、セラミック接着剤により燃料流路の外側に気密的に固定された排気通路構成部材と、この排気通路構成部材の外周に配置され、排気通路構成部材との間に酸化剤ガスを供給する流路を形成する供給通路構成部材と、を有することを特徴としている。   The present invention also relates to a solid oxide fuel cell device that generates power by supplying fuel and oxidant gas to a plurality of fuel cells accommodated in a fuel cell module, and the plurality of fuel cells are accommodated inside. A cylindrical power generation chamber constituent member having both ends opened, a reforming portion formed by disposing a steam reforming catalyst on the outer periphery of the power generation chamber constituent member, and surrounding the reforming portion A power generation chamber so as to form an annular fuel passage formed by a cylindrical member arranged in this manner and a fuel gas dispersion chamber for distributing fuel supplied from the fuel passage to a plurality of fuel cells. A dispersion chamber forming plate disposed on the inner side of the constituent member, and the plurality of fuel cells are disposed such that one end portion thereof penetrates the plurality of insertion holes formed in the dispersion chamber forming plate, Airtight to dispersion chamber forming plate by ceramic adhesive It is fixed, and is disposed so as to cover one end of the power generation chamber component and to form a flow path for discharging the oxidant gas around the fuel flow path. An exhaust passage member fixed in an airtight manner, and a supply passage member disposed on the outer periphery of the exhaust passage member and forming a flow path for supplying an oxidant gas to the exhaust passage member. It is characterized by that.

このように構成された本発明の固体酸化物型燃料電池装置においては、両端部が開放された筒状の発電室構成部材の内側に、複数の燃料電池セルが収納されている。複数の燃料電池セルは、発電室構成部材の内側に配置された分散室形成板にセラミック接着剤により気密的に固定されている。複数の燃料電池セルは分散室形成板の挿通穴を一端部が貫通するように配置され、固定されており、分散室形成板により、燃料を複数の燃料電池セルに分配する燃料ガス分散室が形成されている。発電室構成部材の外周には改質部が配置され、この改質部を取り囲むように配置された筒状の部材により、環状の燃料流路が形成されている。さらに、排気通路構成部材が、発電室構成部材の一方の端部を覆うと共に、酸化剤ガスを排出する流路を燃料流路の周囲に形成するように配置され、セラミック接着剤により燃料流路の外側に気密的に固定されている。さらに、供給通路構成部材が排気通路構成部材の外周に配置されており、排気通路構成部材との間に酸化剤ガスを供給する流路が形成されている。   In the solid oxide fuel cell device of the present invention configured as described above, a plurality of fuel cells are housed inside a cylindrical power generation chamber constituting member having both ends opened. The plurality of fuel cells are hermetically fixed by a ceramic adhesive to a dispersion chamber forming plate disposed inside the power generation chamber constituting member. The plurality of fuel cells are arranged and fixed so that one end portion passes through the insertion hole of the dispersion chamber forming plate, and a fuel gas dispersion chamber for distributing fuel to the plurality of fuel cells by the dispersion chamber forming plate is provided. Is formed. A reforming portion is disposed on the outer periphery of the power generation chamber constituting member, and an annular fuel flow path is formed by a cylindrical member disposed so as to surround the reforming portion. Further, the exhaust passage constituting member is disposed so as to cover one end of the power generation chamber constituting member and to form a flow path for discharging the oxidant gas around the fuel flow path. Airtightly fixed outside. Further, the supply passage constituting member is disposed on the outer periphery of the exhaust passage constituting member, and a flow path for supplying an oxidant gas is formed between the supply passage constituting member and the exhaust passage constituting member.

本発明によれば、燃料電池モジュールの最も内側の分散室形成板に燃料電池セルがセラミック接着剤により固定され、その外側に燃料流路が形成され、その外側に排気通路構成部材をセラミック接着剤により固定することにより酸化剤ガスを排出する流路が形成される。セラミック接着剤を使用して、燃料電池モジュールを内側から組み立てることにより、燃料電池セルと分散室形成板の間のセル接合部に対する作業可能硬化工程が初期に実施され、その外側の排気通路構成部材のセラミック接着剤による接着が後で実施される。このように構成された本発明によれば、効率的な燃料電池モジュールの組み立て手順を実行しながら、特に気密性の確保が必要なセル接合部に対して、セラミック接着剤の硬化工程を複数回施すことができ、効率的な組み立てと、十分な気密性の確保を両立することができる。   According to the present invention, the fuel cell is fixed to the innermost dispersion chamber forming plate of the fuel cell module by the ceramic adhesive, the fuel flow path is formed on the outer side, and the exhaust passage constituting member is placed on the outer side of the ceramic adhesive. The flow path for discharging the oxidant gas is formed by fixing by the above. By assembling the fuel cell module from the inside using the ceramic adhesive, a workable curing process is initially performed on the cell joint between the fuel cell and the dispersion chamber forming plate, and the ceramic of the exhaust passage component on the outside is performed. Adhesion with an adhesive is performed later. According to the present invention configured as described above, the curing process of the ceramic adhesive is performed a plurality of times for the cell joint portion that particularly needs to ensure airtightness while executing an efficient assembly procedure of the fuel cell module. Therefore, it is possible to achieve both efficient assembly and securing sufficient airtightness.

さらに、本発明は、燃料電池モジュールに収容された複数の燃料電池セルに燃料及び酸化剤ガスを供給して発電する固体酸化物型燃料電池装置の製造装置であって、燃料電池モジュール内で燃料又は酸化剤ガスを導く流路が気密的に構成されるように、構成部品の接合部にセラミック接着剤を付着させる接着剤付着装置と、付着されたセラミック接着剤を、所定温度で所定時間加熱する加熱装置と、この加熱装置を制御する加熱制御装置と、を有し、加熱制御装置は、各燃料電池セルと他の構成部品の接合部であるセル接合部のセラミック接着剤を次の製造工程が実施可能な状態まで硬化させる作業可能硬化工程と、この作業可能硬化工程の後に実施される、燃料電池セル以外の構成部品の接合部に対する作業可能硬化工程と、これらの作業可能硬化工程の後、作業可能硬化工程において硬化されたセラミック接着剤を、起動工程における温度上昇に耐え得る状態まで乾燥させる溶媒除去硬化工程と、を実行するように加熱装置を制御することを特徴としている。   Furthermore, the present invention relates to a manufacturing apparatus for a solid oxide fuel cell device that generates power by supplying fuel and an oxidant gas to a plurality of fuel cells accommodated in the fuel cell module, and the fuel cell module includes a fuel cell. Alternatively, an adhesive adhering device for adhering the ceramic adhesive to the joints of the components and heating the adhering ceramic adhesive at a predetermined temperature for a predetermined time so that the flow path for guiding the oxidant gas is hermetically configured. A heating control device that controls the heating device, and the heating control device manufactures the next ceramic adhesive at the cell joint, which is a joint between each fuel cell and other components. Workable curing process for curing to a state where the process can be performed, workable curing process for joints of components other than the fuel cell, and the work performed after the workable curing process The heating apparatus is controlled so as to perform a solvent removal curing process for drying the ceramic adhesive cured in the workable curing process to a state capable of withstanding the temperature rise in the start-up process after the active curing process. It is said.

このように構成された本発明によれば、加熱制御装置により、セル接合部に対する作業可能硬化工程、その後の、セル接合部以外の接合部に対する溶媒除去硬化工程、及び硬化されたセラミック接着剤に対する溶媒除去硬化工程が実行される。この結果、セル接合部に複数回の作業可能硬化工程を施すことができると共に、複数の接合部に対し、同時に溶媒除去硬化工程を施すことができ、組み立てに要する時間を延長することなく、セル接合部におけるセラミック接着剤層にクラックが発生するリスクを著しく低減することができる。   According to this invention comprised in this way, with a heating control apparatus, the workable hardening process with respect to a cell junction part, the subsequent solvent removal hardening process with respect to junction parts other than a cell junction part, and with respect to the hardened | cured ceramic adhesive agent A solvent removal curing step is performed. As a result, a plurality of workable curing steps can be performed on the cell joint, and a solvent removal curing step can be performed on the plurality of joints at the same time without extending the time required for assembly. The risk of cracks occurring in the ceramic adhesive layer at the joint can be significantly reduced.

本発明の固体酸化物型燃料電池装置、及びその製造方法、製造装置によれば、セラミック接着剤を使用して、燃料電池モジュール内の構成部品を気密的に接合することができる。   According to the solid oxide fuel cell device, the manufacturing method and the manufacturing device of the present invention, components in the fuel cell module can be hermetically bonded using a ceramic adhesive.

本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置(SOFC)を示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram showing a solid oxide fuel cell apparatus (SOFC) according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置に内蔵されている燃料電池セル収容容器の断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell storage container incorporated in the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置に内蔵されている燃料電池セル収容容器の主な部材を分解して示した断面図である。It is sectional drawing which decomposed | disassembled and showed the main member of the fuel cell storage container incorporated in the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置に内蔵されている排気集約室の部分を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the part of the exhaust concentration chamber incorporated in the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 図2におけるV−V断面である。It is a VV cross section in FIG. (a)下端がカソードにされている燃料電池セルの下端部を拡大して示す断面図であり、(b)下端がアノードにされている燃料電池セルの下端部を拡大して示す断面図である。(A) It is sectional drawing which expands and shows the lower end part of the fuel cell by which the lower end is made into the cathode, (b) It is sectional drawing which expands and shows the lower end part of the fuel cell by which the lower end is made into the anode is there. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造手順を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the manufacturing procedure of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造手順を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the manufacturing procedure of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造手順を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the manufacturing procedure of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造手順を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the manufacturing procedure of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造手順を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the manufacturing procedure of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造手順を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the manufacturing procedure of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造手順を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the manufacturing procedure of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造手順を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the manufacturing procedure of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造手順を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the manufacturing procedure of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造手順を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the manufacturing procedure of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造手順を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the manufacturing procedure of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造手順を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the manufacturing procedure of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造手順を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the manufacturing procedure of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造手順を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the manufacturing procedure of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造手順を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the manufacturing procedure of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置において、流し込まれたセラミック接着剤の上に配置されるカバー部材の平面図である。1 is a plan view of a cover member disposed on a poured ceramic adhesive in a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置において、流し込まれたセラミック接着剤の上にカバー部材を配置した状態を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a state where a cover member is arranged on a poured ceramic adhesive in a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造手順を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a manufacturing procedure of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置において、燃料電池セルの集約室下部材への接着部を拡大して示す断面図である。In the solid oxide fuel cell device according to one embodiment of the present invention, it is a cross-sectional view showing an enlargement of the adhesion portion of the fuel cell to the aggregation chamber lower member. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造方法における、作業可能硬化工程、溶媒除去硬化工程中の乾燥炉内の温度制御の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the temperature control in the drying furnace in the workable hardening process and the solvent removal hardening process in the manufacturing method of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 通常の接着方法により、燃料電池セルをセラミック接着剤で接着した場合の一例を示す写真である。It is a photograph which shows an example at the time of adhere | attaching a fuel battery cell with a ceramic adhesive agent by the normal adhesion | attachment method. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の変形例における第1溶媒除去硬化工程を表す図である。It is a figure showing the 1st solvent removal hardening process in the modification of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の変形例における第2溶媒除去硬化工程を表す図である。It is a figure showing the 2nd solvent removal hardening process in the modification of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 第2溶媒除去硬化工程における加熱方法を説明する図である。It is a figure explaining the heating method in a 2nd solvent removal hardening process.

次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池装置(SOFC)を説明する。
図1は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置(SOFC)を示す全体構成図である。この図1に示すように、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置(SOFC)1は、燃料電池モジュール2と、補機ユニット4を備えている。
Next, a solid oxide fuel cell apparatus (SOFC) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a solid oxide fuel cell apparatus (SOFC) according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a solid oxide fuel cell apparatus (SOFC) 1 according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell module 2 and an auxiliary unit 4.

燃料電池モジュール2は、ハウジング6を備え、このハウジング6内部には、断熱材7を介して燃料電池セル収容容器8が配置されている。この燃料電池セル収容容器8内の内部には発電室10が構成され、この発電室10の中には複数の燃料電池セル16が同心円状に配置されており、これらの燃料電池セル16により、燃料ガスと酸化剤ガスである空気の発電反応が行われる。   The fuel cell module 2 includes a housing 6, and a fuel cell storage container 8 is disposed inside the housing 6 via a heat insulating material 7. A power generation chamber 10 is configured inside the fuel cell storage container 8, and a plurality of fuel cell cells 16 are concentrically arranged in the power generation chamber 10. With these fuel cell cells 16, A power generation reaction of air, which is fuel gas and oxidant gas, is performed.

各燃料電池セル16の上端部には、排気集約室18が取り付けられている。各燃料電池セル16において発電反応に使用されずに残った残余の燃料(オフガス)は、上端部に取り付けられた排気集約室18に集められ、この排気集約室18の天井面に設けられた複数の噴出口から流出される。流出した燃料は、発電室10内で発電に使用されずに残った空気により燃焼され、排気ガスが生成されるようになっている。   An exhaust collecting chamber 18 is attached to the upper end of each fuel cell 16. The remaining fuel (off-gas) that is not used in the power generation reaction in each fuel cell 16 is collected in the exhaust collection chamber 18 attached to the upper end, and a plurality of fuel cells 16 provided on the ceiling surface of the exhaust collection chamber 18 are provided. It is discharged from the spout. The fuel that has flowed out is burned by the air remaining in the power generation chamber 10 without being used for power generation, and exhaust gas is generated.

次に、補機ユニット4は、水道等の水供給源24からの水を貯水してフィルターにより純水とする純水タンク26と、この純水タンクから供給される水の流量を調整する水供給装置である水流量調整ユニット28(モータで駆動される「水ポンプ」等)を備えている。また、補機ユニット4は、都市ガス等の燃料供給源30から供給された炭化水素系の原燃料ガスの流量を調整する燃料供給装置である燃料ブロア38(モータで駆動される「燃料ポンプ」等)を備えている。   Next, the auxiliary unit 4 stores a water from a water supply source 24 such as a tap water and uses a filter to obtain pure water, and a water for adjusting the flow rate of the water supplied from the pure water tank. A water flow rate adjustment unit 28 (such as a “water pump” driven by a motor) as a supply device is provided. The auxiliary unit 4 also has a fuel blower 38 (a “fuel pump” driven by a motor) that is a fuel supply device that adjusts the flow rate of a hydrocarbon-based raw fuel gas supplied from a fuel supply source 30 such as city gas. Etc.).

なお、燃料ブロア38を通過した原燃料ガスは、燃料電池モジュール2内に配置された脱硫器36と、熱交換器34、電磁弁35を介して燃料電池セル収容容器8の内部に導入される。脱硫器36は、燃料電池セル収容容器8の周囲に環状に配置されており、原燃料ガスから硫黄を除去するようになっている。また、熱交換器34は、脱硫器36において温度上昇した高温の原燃料ガスが直接電磁弁35に流入し、電磁弁35が劣化されるのを防止するために設けられている。電磁弁35は、燃料電池セル収容容器8内への原燃料ガスの供給を停止するために設けられている。   The raw fuel gas that has passed through the fuel blower 38 is introduced into the fuel cell storage container 8 via the desulfurizer 36 disposed in the fuel cell module 2, the heat exchanger 34, and the electromagnetic valve 35. . The desulfurizer 36 is annularly arranged around the fuel cell storage container 8 and removes sulfur from the raw fuel gas. The heat exchanger 34 is provided to prevent the high temperature raw fuel gas whose temperature has risen in the desulfurizer 36 from flowing directly into the electromagnetic valve 35 and degrading the electromagnetic valve 35. The electromagnetic valve 35 is provided to stop the supply of the raw fuel gas into the fuel cell storage container 8.

補機ユニット4は、空気供給源40から供給される空気の流量を調整する酸化剤ガス供給装置である空気流量調整ユニット45(モータで駆動される「空気ブロア」等)を備えている。   The accessory unit 4 includes an air flow rate adjustment unit 45 (such as an “air blower” driven by a motor) that is an oxidant gas supply device that adjusts the flow rate of air supplied from the air supply source 40.

さらに、補機ユニット4には、燃料電池モジュール2からの排気ガスの熱を回収するための温水製造装置50が備えられている。この温水製造装置50には、水道水が供給され、この水道水が排気ガスの熱により温水となり、図示しない外部の給湯器の貯湯タンクへ供給されるようになっている。
さらに、燃料電池モジュール2には、燃料電池モジュール2により発電された電力を外部に供給するための電力取出部(電力変換部)であるインバータ54が接続されている。
Further, the auxiliary unit 4 is provided with a hot water production device 50 for recovering the heat of the exhaust gas from the fuel cell module 2. The hot water production apparatus 50 is supplied with tap water, and the tap water is heated by the heat of the exhaust gas and supplied to a hot water storage tank of an external hot water heater (not shown).
Furthermore, the fuel cell module 2 is connected to an inverter 54 that is a power extraction unit (power conversion unit) for supplying the power generated by the fuel cell module 2 to the outside.

次に、図2及び図3により、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池装置(SOFC)の燃料電池モジュールに内蔵された燃料電池セル収容容器の内部構造を説明する。図2は燃料電池セル収容容器の断面図であり、図3は燃料電池セル収容容器の主な部材を分解して示した断面図である。
図2に示すように、燃料電池セル収容容器8内の空間には、複数の燃料電池セル16が同心円状に配列され、その周囲を取り囲むように燃料流路である燃料ガス供給流路20、排ガス排出流路21、酸化剤ガス供給流路22が順に同心円状に形成されている。ここで、排ガス排出流路21及び酸化剤ガス供給流路22は、酸化剤ガスを供給/排出する酸化剤ガス流路として機能する。
Next, the internal structure of the fuel cell storage container built in the fuel cell module of the solid oxide fuel cell device (SOFC) according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel cell storage container, and FIG. 3 is an exploded cross-sectional view of the main members of the fuel cell storage container.
As shown in FIG. 2, a plurality of fuel cells 16 are concentrically arranged in a space in the fuel cell storage container 8, and a fuel gas supply channel 20 that is a fuel channel so as to surround the periphery thereof. An exhaust gas discharge passage 21 and an oxidant gas supply passage 22 are formed concentrically in order. Here, the exhaust gas discharge channel 21 and the oxidant gas supply channel 22 function as an oxidant gas channel that supplies / discharges the oxidant gas.

まず、図2に示すように、燃料電池セル収容容器8は、概ね円筒状の密閉容器であり、その側面には、発電用の空気を供給する酸化剤ガス流入口である酸化剤ガス導入パイプ56、及び排気ガスを排出する排ガス排出パイプ58が接続されている。さらに、燃料電池セル収容容器8の上端面からは、排気集約室18から流出した残余燃料に点火するための点火ヒーター62が突出している。   First, as shown in FIG. 2, the fuel cell storage container 8 is a substantially cylindrical hermetic container, and an oxidant gas introduction pipe serving as an oxidant gas inlet for supplying air for power generation is provided on the side surface thereof. 56 and an exhaust gas exhaust pipe 58 for exhaust gas exhaust are connected. Further, an ignition heater 62 for igniting the remaining fuel that has flowed out of the exhaust collecting chamber 18 protrudes from the upper end surface of the fuel cell storage container 8.

図2及び図3に示すように、燃料電池セル収容容器8の内部には、燃料電池セル16の周囲を取り囲むように、内側から順に、発電室構成部材である内側円筒部材64、外側円筒部材66、内側円筒容器68、外側円筒容器70が配置されている。上述した燃料ガス供給流路20、排ガス排出流路21、及び酸化剤ガス供給流路22は、これらの円筒部材及び円筒容器の間に夫々構成される流路であり、隣り合う流路の間で熱交換が行われる。即ち、排ガス排出流路21は燃料ガス供給流路20を取り囲むように配置され、酸化剤ガス供給流路22は排ガス排出流路21を取り囲むように配置されている。また、燃料電池セル収容容器8の下端側の開放空間は、燃料を各燃料電池セル16に分散させる燃料ガス分散室76の底面を構成する概ね円形の分散室底部材72により塞がれている。   As shown in FIGS. 2 and 3, inside the fuel cell storage container 8, an inner cylindrical member 64, which is a power generation chamber constituting member, and an outer cylindrical member in order from the inside so as to surround the periphery of the fuel cell 16. 66, an inner cylindrical container 68 and an outer cylindrical container 70 are arranged. The above-described fuel gas supply flow path 20, exhaust gas discharge flow path 21, and oxidant gas supply flow path 22 are flow paths configured between these cylindrical members and cylindrical containers, respectively, and between adjacent flow paths. Heat exchange takes place at. That is, the exhaust gas discharge passage 21 is disposed so as to surround the fuel gas supply passage 20, and the oxidant gas supply passage 22 is disposed so as to surround the exhaust gas discharge passage 21. Further, the open space on the lower end side of the fuel cell storage container 8 is closed by a substantially circular dispersion chamber bottom member 72 that constitutes the bottom surface of the fuel gas dispersion chamber 76 that disperses the fuel into each fuel cell 16. .

内側円筒部材64は、概ね円筒状の中空体であり、その上端及び下端は開放されている。また、内側円筒部材64の内壁面には、分散室形成板である円形の第1固定部材63が気密的に溶接されている。この第1固定部材63の下面と、内側円筒部材64の内壁面と、分散室底部材72の上面により、燃料ガス分散室76が画定される。また、第1固定部材63には、各々燃料電池セル16を挿通させる複数の挿通穴63aが形成されており、各燃料電池セル16は、各挿通穴63aに挿通された状態で、セラミック接着剤により第1固定部材63に接着されている。このように、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置1においては、燃料電池モジュール2を構成する部材間相互の接合部には、セラミック接着剤が充填され、硬化されることにより、各部材が相互に気密的に接合されている。   The inner cylindrical member 64 is a substantially cylindrical hollow body, and its upper end and lower end are open. A circular first fixing member 63 that is a dispersion chamber forming plate is airtightly welded to the inner wall surface of the inner cylindrical member 64. A fuel gas dispersion chamber 76 is defined by the lower surface of the first fixing member 63, the inner wall surface of the inner cylindrical member 64, and the upper surface of the dispersion chamber bottom member 72. The first fixing member 63 is formed with a plurality of insertion holes 63a through which the fuel battery cells 16 are inserted, and each fuel battery cell 16 is inserted into each insertion hole 63a in the ceramic adhesive. Is bonded to the first fixing member 63. As described above, in the solid oxide fuel cell device 1 of the present embodiment, each member constituting the fuel cell module 2 is filled with the ceramic adhesive in the joint portion between the members constituting the fuel cell module 2 and cured. Are hermetically joined to each other.

外側円筒部材66は、内側円筒部材64の周囲に配置される円筒状の管であり、内側円筒部材64との間に円環状の流路が形成されるように、内側円筒部材64と概ね相似形に形成されている。さらに、内側円筒部材64と外側円筒部材66の間には中間円筒部材65が配置されている。中間円筒部材65は、内側円筒部材64と外側円筒部材66の間に配置された円筒状の管であり、内側円筒部材64の外周面と中間円筒部材65の内周面の間には改質部94が構成されている。また、中間円筒部材65の外周面と、外側円筒部材66の内周面の間の円環状の空間は、燃料ガス供給流路20として機能する。このため、改質部94及び燃料ガス供給流路20は、燃料電池セル16における発熱及び排気集約室18上端における残余燃料の燃焼により熱を受ける。また、内側円筒部材64の上端部と外側円筒部材66の上端部は溶接により気密的に接合されており、燃料ガス供給流路20の上端は閉鎖されている。さらに、中間円筒部材65の下端と、内側円筒部材64の外周面は、溶接により気密的に接合されている。   The outer cylindrical member 66 is a cylindrical tube disposed around the inner cylindrical member 64, and is generally similar to the inner cylindrical member 64 so that an annular flow path is formed between the outer cylindrical member 66 and the inner cylindrical member 64. It is formed into a shape. Further, an intermediate cylindrical member 65 is disposed between the inner cylindrical member 64 and the outer cylindrical member 66. The intermediate cylindrical member 65 is a cylindrical tube disposed between the inner cylindrical member 64 and the outer cylindrical member 66, and is modified between the outer peripheral surface of the inner cylindrical member 64 and the inner peripheral surface of the intermediate cylindrical member 65. A portion 94 is configured. An annular space between the outer peripheral surface of the intermediate cylindrical member 65 and the inner peripheral surface of the outer cylindrical member 66 functions as the fuel gas supply channel 20. Therefore, the reforming unit 94 and the fuel gas supply channel 20 receive heat due to heat generation in the fuel cell 16 and combustion of residual fuel at the upper end of the exhaust collecting chamber 18. Further, the upper end portion of the inner cylindrical member 64 and the upper end portion of the outer cylindrical member 66 are hermetically joined by welding, and the upper end of the fuel gas supply channel 20 is closed. Furthermore, the lower end of the intermediate cylindrical member 65 and the outer peripheral surface of the inner cylindrical member 64 are hermetically joined by welding.

内側円筒容器68は、外側円筒部材66の周囲に配置される円形断面のカップ状の部材であり、外側円筒部材66との間にほぼ一定幅の円環状の流路が形成されるように、側面が外側円筒部材66と概ね相似形に形成されている。この内側円筒容器68は、内側円筒部材64の上端の開放部を覆うように配置される。外側円筒部材66の外周面と、内側円筒容器68の内周面の間の円環状の空間は、排ガス排出流路21(図2)として機能する。この排ガス排出流路21は、内側円筒部材64の上端部に設けられた複数の小穴64aを介して内側円筒部材64の内側の空間と連通している。また、内側円筒容器68の下部側面には、排ガス流出口である排ガス排出パイプ58が接続されており、排ガス排出流路21が排ガス排出パイプ58に連通される。   The inner cylindrical container 68 is a cup-shaped member having a circular cross section disposed around the outer cylindrical member 66, and an annular flow path having a substantially constant width is formed between the inner cylindrical container 68 and the outer cylindrical member 66. The side surface is formed in a generally similar shape to the outer cylindrical member 66. The inner cylindrical container 68 is disposed so as to cover the open portion at the upper end of the inner cylindrical member 64. An annular space between the outer peripheral surface of the outer cylindrical member 66 and the inner peripheral surface of the inner cylindrical container 68 functions as the exhaust gas discharge passage 21 (FIG. 2). The exhaust gas discharge passage 21 communicates with the space inside the inner cylindrical member 64 through a plurality of small holes 64 a provided in the upper end portion of the inner cylindrical member 64. Further, an exhaust gas discharge pipe 58 that is an exhaust gas outlet is connected to the lower side surface of the inner cylindrical container 68, and the exhaust gas discharge passage 21 is communicated with the exhaust gas discharge pipe 58.

排ガス排出流路21の下部には、燃焼触媒60及びこれを加熱するためのシースヒーター61が配置されている。
燃焼触媒60は、排ガス排出パイプ58よりも上方に、外側円筒部材66の外周面と内側円筒容器68の内周面の間の円環状の空間に充填された触媒である。排ガス排出流路21を下降した排気ガスは、燃焼触媒60を通過することにより一酸化炭素が除去され、排ガス排出パイプ58から排出される。
シースヒーター61は、燃焼触媒60の下方の、外側円筒部材66の外周面を取り囲むように取り付けられた電気ヒーターである。固体酸化物型燃料電池装置1の起動時において、シースヒーター61に通電することにより、燃焼触媒60が活性温度まで加熱される。
A combustion catalyst 60 and a sheath heater 61 for heating the combustion catalyst 60 are disposed below the exhaust gas discharge passage 21.
The combustion catalyst 60 is a catalyst filled in an annular space between the outer peripheral surface of the outer cylindrical member 66 and the inner peripheral surface of the inner cylindrical container 68 above the exhaust gas discharge pipe 58. Exhaust gas descending the exhaust gas discharge passage 21 passes through the combustion catalyst 60 to remove carbon monoxide and is discharged from the exhaust gas discharge pipe 58.
The sheath heater 61 is an electric heater attached so as to surround the outer peripheral surface of the outer cylindrical member 66 below the combustion catalyst 60. When the solid oxide fuel cell device 1 is started, the combustion catalyst 60 is heated to the activation temperature by energizing the sheath heater 61.

外側円筒容器70は、内側円筒容器68の周囲に配置される円形断面のカップ状の部材であり、内側円筒容器68との間にほぼ一定幅の円環状の流路が形成されるように、側面が内側円筒容器68と概ね相似形に形成されている。内側円筒容器68の外周面と、外側円筒容器70の内周面の間の円環状の空間は、酸化剤ガス供給流路22として機能する。また、外側円筒容器70の下部側面には、酸化剤ガス導入パイプ56が接続されており、酸化剤ガス供給流路22が酸化剤ガス導入パイプ56に連通される。   The outer cylindrical container 70 is a cup-shaped member having a circular cross section disposed around the inner cylindrical container 68, and an annular channel having a substantially constant width is formed between the outer cylindrical container 70 and the inner cylindrical container 68. The side surface is formed in a substantially similar shape to the inner cylindrical container 68. An annular space between the outer peripheral surface of the inner cylindrical container 68 and the inner peripheral surface of the outer cylindrical container 70 functions as the oxidant gas supply channel 22. Further, an oxidant gas introduction pipe 56 is connected to the lower side surface of the outer cylindrical container 70, and the oxidant gas supply flow path 22 communicates with the oxidant gas introduction pipe 56.

分散室底部材72は、概ね円形の皿状の部材であり、内側円筒部材64の内壁面にセラミック接着剤により気密的に固定される。これにより、第1固定部材63と分散室底部材72の間に、燃料ガス分散室76が構成される。また、分散室底部材72の中央には、バスバー80(図2)を挿通させるための挿通管72aが設けられている。各燃料電池セル16に電気的に接続されたバスバー80は、この挿通管72aを通して燃料電池セル収容容器8の外部に引き出される。また、挿通管72aには、セラミック接着剤が充填され、燃料ガス分散室78の気密性が確保されている。さらに、挿通管72aの周囲には、断熱材72b(図2)が配置されている。   The dispersion chamber bottom member 72 is a substantially circular dish-like member, and is hermetically fixed to the inner wall surface of the inner cylindrical member 64 with a ceramic adhesive. Thereby, a fuel gas dispersion chamber 76 is formed between the first fixing member 63 and the dispersion chamber bottom member 72. In addition, an insertion tube 72 a for inserting the bus bar 80 (FIG. 2) is provided at the center of the dispersion chamber bottom member 72. The bus bar 80 electrically connected to each fuel cell 16 is drawn out of the fuel cell storage container 8 through the insertion tube 72a. Further, the insertion tube 72 a is filled with a ceramic adhesive, and the airtightness of the fuel gas dispersion chamber 78 is ensured. Further, a heat insulating material 72b (FIG. 2) is disposed around the insertion tube 72a.

内側円筒容器68の天井面から垂下するように、発電用の空気を噴射するための、円形断面の酸化剤ガス噴射用パイプ74が取り付けられている。この酸化剤ガス噴射用パイプ74は、内側円筒容器68の中心軸線上を鉛直方向に延び、その周囲の同心円上に各燃料電池セル16が配置される。酸化剤ガス噴射用パイプ74の上端が内側円筒容器68の天井面に取り付けられることにより、内側円筒容器68と外側円筒容器70の間に形成されている酸化剤ガス供給流路22と酸化剤ガス噴射用パイプ74が連通される。酸化剤ガス供給流路22を介して供給された空気は、酸化剤ガス噴射用パイプ74の先端から下方に噴射され、第1固定部材63の上面に当たって、発電室10内全体に広がる。   An oxidant gas injection pipe 74 having a circular cross section for injecting air for power generation is attached so as to hang down from the ceiling surface of the inner cylindrical container 68. The oxidant gas injection pipe 74 extends in the vertical direction on the central axis of the inner cylindrical container 68, and each fuel cell 16 is disposed on a concentric circle around it. By attaching the upper end of the oxidant gas injection pipe 74 to the ceiling surface of the inner cylindrical container 68, the oxidant gas supply flow path 22 and the oxidant gas formed between the inner cylindrical container 68 and the outer cylindrical container 70 are formed. An injection pipe 74 is communicated. The air supplied through the oxidant gas supply channel 22 is injected downward from the tip of the oxidant gas injection pipe 74, hits the upper surface of the first fixing member 63, and spreads throughout the power generation chamber 10.

燃料ガス分散室76は、第1固定部材63と分散室底部材72の間に構成される円筒形の気密性のあるチャンバーであり、その上面に各燃料電池セル16が林立されている。第1固定部材63の上面に取り付けられた各燃料電池セル16は、その内側の燃料極が、燃料ガス分散室76の内部と連通されている。各燃料電池セル16の下端部は、第1固定部材63の挿通穴63aを貫通して燃料ガス分散室76の内部に突出し、各燃料電池セル16は第1固定部材63に、接着により固定されている。   The fuel gas dispersion chamber 76 is a cylindrical airtight chamber formed between the first fixing member 63 and the dispersion chamber bottom member 72, and each fuel cell 16 is forested on the upper surface thereof. Each fuel cell 16 attached to the upper surface of the first fixing member 63 has an inner fuel electrode communicating with the inside of the fuel gas dispersion chamber 76. The lower end portion of each fuel cell 16 penetrates the insertion hole 63a of the first fixing member 63 and protrudes into the fuel gas dispersion chamber 76, and each fuel cell 16 is fixed to the first fixing member 63 by adhesion. ing.

図2に示すように、内側円筒部材64には、第1固定部材63よりも下方に複数の小穴64bが設けられている。内側円筒部材64の外周と中間円筒部材65の内周の間の空間は、複数の小穴64bを介して燃料ガス分散室76内に連通されている。供給された燃料は、外側円筒部材66の内周と中間円筒部材65の外周の間の空間を一旦上昇した後、内側円筒部材64の外周と中間円筒部材65の内周の間の空間を下降し、複数の小穴64bを通って燃料ガス分散室76内に流入する。燃料ガス分散室76に流入した燃料は、燃料ガス分散室76の天井面(第1固定部材63)に取り付けられた各燃料電池セル16の燃料極に分配される。   As shown in FIG. 2, the inner cylindrical member 64 is provided with a plurality of small holes 64 b below the first fixing member 63. A space between the outer periphery of the inner cylindrical member 64 and the inner periphery of the intermediate cylindrical member 65 is communicated with the fuel gas dispersion chamber 76 through a plurality of small holes 64b. The supplied fuel once rises in the space between the inner circumference of the outer cylindrical member 66 and the outer circumference of the intermediate cylindrical member 65, and then descends in the space between the outer circumference of the inner cylindrical member 64 and the inner circumference of the intermediate cylindrical member 65. Then, it flows into the fuel gas dispersion chamber 76 through the plurality of small holes 64b. The fuel that has flowed into the fuel gas dispersion chamber 76 is distributed to the fuel electrode of each fuel cell 16 attached to the ceiling surface (first fixing member 63) of the fuel gas dispersion chamber 76.

さらに、燃料ガス分散室76内に突出している各燃料電池セル16の下端部は、燃料ガス分散室76内でバスバー80に電気的に接続され、挿通管72aを通して電力が外部に引き出される。バスバー80は、各燃料電池セル16により生成された電力を、燃料電池セル収容容器8の外部へ取り出すための細長い金属導体であり、碍子78を介して分散室底部材72の挿通管72aに固定されている。バスバー80は、燃料ガス分散室76の内部において、各燃料電池セル16に取り付けられた集電体82と電気的に接続されている。また、バスバー80は、燃料電池セル収容容器8の外部において、インバータ54(図1)に接続される。なお、集電体82は、排気集約室18内に突出している各燃料電池セル16の上端部にも取り付けられている(図4)。これら上端部及び下端部の集電体82により、複数の燃料電池セル16が電気的に並列に接続されると共に、並列に接続された複数組の燃料電池セル16が電気的に直列に接続され、この直列接続の両端が夫々バスバー80に接続される。   Further, the lower end portion of each fuel cell 16 projecting into the fuel gas dispersion chamber 76 is electrically connected to the bus bar 80 in the fuel gas dispersion chamber 76, and electric power is drawn out through the insertion tube 72a. The bus bar 80 is an elongated metal conductor for taking out the electric power generated by each fuel battery cell 16 to the outside of the fuel battery cell container 8, and is fixed to the insertion pipe 72 a of the dispersion chamber bottom member 72 via the insulator 78. Has been. The bus bar 80 is electrically connected to a current collector 82 attached to each fuel cell 16 inside the fuel gas dispersion chamber 76. The bus bar 80 is connected to the inverter 54 (FIG. 1) outside the fuel cell storage container 8. The current collector 82 is also attached to the upper end portion of each fuel cell 16 projecting into the exhaust collection chamber 18 (FIG. 4). The current collectors 82 at the upper end and the lower end connect the plurality of fuel cells 16 in parallel electrically, and connect the plurality of sets of fuel cells 16 connected in parallel electrically in series. The both ends of this series connection are connected to the bus bar 80, respectively.

次に、図4及び図5を参照して、排気集約室の構成を説明する。
図4は排気集約室の部分を拡大して示す断面図であり、図5は、図2におけるV−V断面である。
図4に示すように、排気集約室18は、各燃料電池セル16の上端部に取り付けられたドーナツ型断面のチャンバーであり、この排気集約室18の中央には、酸化剤ガス噴射用パイプ74が貫通して延びている。
Next, the configuration of the exhaust gas collecting chamber will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
4 is an enlarged cross-sectional view showing a portion of the exhaust gas collecting chamber, and FIG. 5 is a VV cross section in FIG.
As shown in FIG. 4, the exhaust concentration chamber 18 is a donut-shaped cross-section chamber attached to the upper end of each fuel cell 16, and an oxidant gas injection pipe 74 is provided at the center of the exhaust concentration chamber 18. Extends through.

図5に示すように、内側円筒部材64の内壁面には、排気集約室18支持用の3つのステー64cが等間隔に取り付けられている。図4に示すように、各ステー64cは金属製の薄板を折り曲げた小片であり、排気集約室18を各ステー64cの上に載置することにより、排気集約室18は内側円筒部材64と同心円上に位置決めされる。これにより、排気集約室18の外周面と内側円筒部材64の内周面の間の隙間、及び排気集約室18の内周面と酸化剤ガス噴射用パイプ74の外周面との間の隙間は、全周で均一になる(図5)。   As shown in FIG. 5, three stays 64 c for supporting the exhaust collecting chamber 18 are attached to the inner wall surface of the inner cylindrical member 64 at equal intervals. As shown in FIG. 4, each stay 64 c is a small piece obtained by bending a thin metal plate. By placing the exhaust collection chamber 18 on each stay 64 c, the exhaust collection chamber 18 is concentric with the inner cylindrical member 64. Positioned above. As a result, the gap between the outer peripheral surface of the exhaust collecting chamber 18 and the inner peripheral surface of the inner cylindrical member 64 and the gap between the inner peripheral surface of the exhaust collecting chamber 18 and the outer peripheral surface of the oxidizing gas injection pipe 74 are as follows. , Uniform over the entire circumference (FIG. 5).

排気集約室18は、集約室上部材18a及び集約室下部材18bが気密的に接合されることにより構成されている。
集約室下部材18bは、上方が開放された円形皿状の部材であり、その中央には、酸化剤ガス噴射用パイプ74を貫通させるための円筒部が設けられている。
集約室上部材18aは、下方が開放された円形皿状の部材であり、その中央には、酸化剤ガス噴射用パイプ74を貫通させるための開口部が設けられている。集約室上部材18aは、集約室下部材18bの上方に開口したドーナツ型断面の領域に嵌め込まれる形状に構成されている。
The exhaust collecting chamber 18 is configured by hermetically joining the collecting chamber upper member 18a and the collecting chamber lower member 18b.
The aggregation chamber lower member 18b is a circular dish-shaped member opened upward, and a cylindrical portion for allowing the oxidant gas injection pipe 74 to pass therethrough is provided at the center thereof.
The aggregation chamber upper member 18a is a circular dish-shaped member that is open at the bottom, and an opening for allowing the oxidant gas injection pipe 74 to pass therethrough is provided at the center thereof. The aggregation chamber upper member 18a is configured to be fitted into a donut-shaped cross-sectional area opened above the aggregation chamber lower member 18b.

集約室下部材18bの周囲の壁の内周面と集約室上部材18aの外周面の間の隙間にはセラミック接着剤が充填され、硬化されており、この接合部の気密性が確保されている。また、この接合部に充填されたセラミック接着剤により形成されたセラミック接着剤層の上には、大径シールリング19aが配置され、セラミック接着剤層を覆っている。大径シールリング19aは円環状の薄板であり、セラミック接着剤の充填後、充填されたセラミック接着剤を覆うように配置され、接着剤の硬化により排気集約室18に固定される。   The gap between the inner peripheral surface of the wall around the aggregation chamber lower member 18b and the outer peripheral surface of the aggregation chamber upper member 18a is filled with a ceramic adhesive and cured, so that the airtightness of the joint is ensured. Yes. Further, a large-diameter seal ring 19a is disposed on the ceramic adhesive layer formed of the ceramic adhesive filled in the joint portion, and covers the ceramic adhesive layer. The large-diameter seal ring 19a is an annular thin plate, is disposed so as to cover the filled ceramic adhesive after being filled with the ceramic adhesive, and is fixed to the exhaust collecting chamber 18 by curing of the adhesive.

一方、集約室下部材18b中央の円筒部の外周面と、集約室上部材18a中央の開口部の縁の間にもセラミック接着剤が充填され、硬化されており、この接合部の気密性が確保されている。また、この接合部に充填されたセラミック接着剤により形成されたセラミック接着剤層の上には、小径シールリング19bが配置され、セラミック接着剤層を覆っている。小径シールリング19bは円環状の薄板であり、セラミック接着剤の充填後、充填されたセラミック接着剤を覆うように配置され、接着剤の硬化により排気集約室18に固定される。   On the other hand, the ceramic adhesive is also filled and hardened between the outer peripheral surface of the cylindrical portion at the center of the aggregation chamber lower member 18b and the edge of the opening at the center of the aggregation chamber upper member 18a. It is secured. Further, a small-diameter seal ring 19b is disposed on the ceramic adhesive layer formed of the ceramic adhesive filled in the joint portion, and covers the ceramic adhesive layer. The small-diameter seal ring 19b is an annular thin plate, is disposed so as to cover the filled ceramic adhesive after being filled with the ceramic adhesive, and is fixed to the exhaust collecting chamber 18 by curing of the adhesive.

集約室下部材18bの底面には複数の円形の挿通穴18cが設けられている。各挿通穴18cには燃料電池セル16の上端部が夫々挿通され、各燃料電池セル16は各挿通穴18cを貫通して延びている。各燃料電池セル16が貫通している集約室下部材18bの底面上にはセラミック接着剤が流し込まれ、これが硬化されることにより、各燃料電池セル16の外周と各挿通穴18cの間の隙間が気密的に充填されると共に、各燃料電池セル16が集約室下部材18bに固定されている。   A plurality of circular insertion holes 18c are provided on the bottom surface of the aggregation chamber lower member 18b. The upper end portions of the fuel cells 16 are respectively inserted into the insertion holes 18c, and the fuel cells 16 extend through the insertion holes 18c. A ceramic adhesive is poured onto the bottom surface of the aggregation chamber lower member 18b through which each fuel cell 16 penetrates, and is cured, whereby a gap between the outer periphery of each fuel cell 16 and each insertion hole 18c. Are hermetically filled, and each fuel cell 16 is fixed to the aggregation chamber lower member 18b.

さらに、集約室下部材18bの底面上に流し込まれたセラミック接着剤の上には、円形薄板状のカバー部材19cが配置され、セラミック接着剤の硬化により集約室下部材18bに固定されている。カバー部材19cには、集約室下部材18bの各挿通穴18cと同様の位置に複数の挿通穴が設けられており、各燃料電池セル16の上端部はセラミック接着剤の層及びカバー部材19cを貫通して延びている。   Further, a circular thin plate-like cover member 19c is disposed on the ceramic adhesive poured on the bottom surface of the aggregation chamber lower member 18b, and is fixed to the aggregation chamber lower member 18b by hardening of the ceramic adhesive. The cover member 19c is provided with a plurality of insertion holes at positions similar to the insertion holes 18c of the aggregation chamber lower member 18b, and the upper end portion of each fuel cell 16 has a ceramic adhesive layer and the cover member 19c. It extends through.

一方、排気集約室18の天井面には、集約された燃料ガスを噴出させるための複数の噴出口18dが設けられている(図5)。各噴出口18dは、集約室上部材18aに、円周上に配置されている。発電に使用されずに残った燃料は、各燃料電池セル16の上端から排気集約室18内に流出し、排気集約室18内で集約された燃料は各噴出口18dから流出し、そこで燃焼される。   On the other hand, a plurality of jet outlets 18d for jetting the collected fuel gas are provided on the ceiling surface of the exhaust collecting chamber 18 (FIG. 5). Each ejection port 18d is arranged on the circumference of the aggregation chamber upper member 18a. The remaining fuel that is not used for power generation flows into the exhaust collecting chamber 18 from the upper end of each fuel battery cell 16, and the fuel collected in the exhaust collecting chamber 18 flows out from each jet outlet 18d, where it is burned. The

次に、図2を参照して、燃料供給源30から供給される原燃料ガスを改質するための構成について説明する。
まず、内側円筒部材64と外側円筒部材66の間の空間で構成されている燃料ガス供給流路20の下部には、水蒸気改質用の水を蒸発させるための蒸発部86が設けられている。蒸発部86は、外側円筒部材66の下部内周に取り付けられたリング状の傾斜板86a及び水供給パイプ88から構成されている。また、蒸発部86は、発電用の空気を導入するための酸化剤ガス導入パイプ56よりも下方で、排気ガスを排出する排ガス排出パイプ58よりも上方に配置されている。傾斜板86aは、リング状に形成された金属の薄板であり、その外周縁が外側円筒部材66の内壁面に取り付けられる。一方、傾斜板86aの内周縁は外周縁よりも上方に位置し、傾斜板86aの内周縁と、内側円筒部材64の外壁面との間には隙間が設けられている。
Next, a configuration for reforming the raw fuel gas supplied from the fuel supply source 30 will be described with reference to FIG.
First, an evaporating portion 86 for evaporating water for steam reforming is provided in the lower portion of the fuel gas supply flow path 20 configured by a space between the inner cylindrical member 64 and the outer cylindrical member 66. . The evaporation unit 86 includes a ring-shaped inclined plate 86 a attached to the lower inner periphery of the outer cylindrical member 66 and a water supply pipe 88. The evaporator 86 is disposed below the oxidant gas introduction pipe 56 for introducing power generation air and above the exhaust gas discharge pipe 58 that discharges exhaust gas. The inclined plate 86 a is a metal thin plate formed in a ring shape, and its outer peripheral edge is attached to the inner wall surface of the outer cylindrical member 66. On the other hand, the inner peripheral edge of the inclined plate 86 a is positioned above the outer peripheral edge, and a gap is provided between the inner peripheral edge of the inclined plate 86 a and the outer wall surface of the inner cylindrical member 64.

水供給パイプ88は内側円筒部材64の下端から燃料ガス供給流路20内に鉛直方向に延びるパイプであり、水流量調整ユニット28から供給された水蒸気改質用の水が、水供給パイプ88を介して蒸発部86に供給される。水供給パイプ88の上端は、傾斜板86aを貫通して傾斜板86aの上面側まで延び、傾斜板86aの上面側に供給された水は、傾斜板86aの上面と外側円筒部材66の内壁面の間に留まる。傾斜板86aの上面側に供給された水は、そこで蒸発され水蒸気が生成される。   The water supply pipe 88 is a pipe that extends in the vertical direction from the lower end of the inner cylindrical member 64 into the fuel gas supply flow path 20, and the water for steam reforming supplied from the water flow rate adjustment unit 28 passes through the water supply pipe 88. To the evaporation unit 86. The upper end of the water supply pipe 88 passes through the inclined plate 86a and extends to the upper surface side of the inclined plate 86a, and the water supplied to the upper surface side of the inclined plate 86a is the upper surface of the inclined plate 86a and the inner wall surface of the outer cylindrical member 66. Stay between. The water supplied to the upper surface side of the inclined plate 86a is evaporated there to generate water vapor.

また、蒸発部86の下方には、原燃料ガスを燃料ガス供給流路20内に導入するための燃料ガス導入部が設けられている。燃料ブロア38から送られた原燃料ガスは、燃料ガス供給パイプ90を介して燃料ガス供給流路20に導入される。燃料ガス供給パイプ90は内側円筒部材64の下端から燃料ガス供給流路20内に鉛直方向に延びるパイプである。また、燃料ガス供給パイプ90の上端は、傾斜板86aよりも下方に位置している。燃料ブロア38から送られた原燃料ガスは、傾斜板86aの下側に導入され、傾斜板86aの傾斜により流路を絞られながら傾斜板86aの上側へ上昇する。傾斜板86aの上側へ上昇した原燃料ガスは、蒸発部86で生成された水蒸気と共に上昇する。   A fuel gas introduction part for introducing the raw fuel gas into the fuel gas supply channel 20 is provided below the evaporation part 86. The raw fuel gas sent from the fuel blower 38 is introduced into the fuel gas supply channel 20 via the fuel gas supply pipe 90. The fuel gas supply pipe 90 is a pipe extending vertically from the lower end of the inner cylindrical member 64 into the fuel gas supply flow path 20. Further, the upper end of the fuel gas supply pipe 90 is positioned below the inclined plate 86a. The raw fuel gas sent from the fuel blower 38 is introduced to the lower side of the inclined plate 86a and rises to the upper side of the inclined plate 86a while the flow path is restricted by the inclination of the inclined plate 86a. The raw fuel gas that has risen to the upper side of the inclined plate 86 a rises together with the water vapor generated in the evaporation section 86.

燃料ガス供給流路20内の蒸発部86上方には、燃料ガス供給流路隔壁92が設けられている。燃料ガス供給流路隔壁92は、外側円筒部材66の内周と中間円筒部材65の外周の間の円環状の空間を上下に隔てるように設けられた円環状の金属板である。この燃料ガス供給流路隔壁92の円周上には等間隔に複数の噴射口92aが設けられており、これらの噴射口92aにより燃料ガス供給流路隔壁92の上側の空間と下側の空間が連通されている。燃料ガス供給パイプ90から導入された原燃料ガス及び蒸発部86で生成された水蒸気は、一旦、燃料ガス供給流路隔壁92の下側の空間に滞留した後、各噴射口92aを通って燃料ガス供給流路隔壁92の上側の空間に噴射される。各噴射口92aから燃料ガス供給流路隔壁92の上側の広い空間に噴射されると、原燃料ガス及び水蒸気は急激に減速され、ここで十分に混合される。   A fuel gas supply channel partition wall 92 is provided above the evaporation portion 86 in the fuel gas supply channel 20. The fuel gas supply channel partition wall 92 is an annular metal plate provided so as to vertically separate an annular space between the inner periphery of the outer cylindrical member 66 and the outer periphery of the intermediate cylindrical member 65. A plurality of injection ports 92a are provided at equal intervals on the circumference of the fuel gas supply channel partition wall 92, and the upper space and the lower space of the fuel gas supply channel partition wall 92 are formed by these injection ports 92a. Is communicated. The raw fuel gas introduced from the fuel gas supply pipe 90 and the water vapor generated in the evaporation portion 86 once stay in the space below the fuel gas supply flow path partition wall 92 and then pass through each injection port 92a to become fuel. It is injected into the space above the gas supply channel partition wall 92. When injected from each injection port 92a into a wide space above the fuel gas supply flow path partition wall 92, the raw fuel gas and water vapor are rapidly decelerated and mixed sufficiently here.

さらに、中間円筒部材65の内周と内側円筒部材64の外周の間の、円環状の空間の上部には、改質部94が設けられている。改質部94は、各燃料電池セル16の上部と、その上方の排気集約室18の周囲を取り囲むように配置されている。改質部94は、内側円筒部材64の外壁面に取り付けられた触媒保持板(図示せず)と、これにより保持された改質触媒96によって構成されている。   Further, a reforming portion 94 is provided in the upper part of the annular space between the inner periphery of the intermediate cylindrical member 65 and the outer periphery of the inner cylindrical member 64. The reforming part 94 is arranged so as to surround the upper part of each fuel battery cell 16 and the periphery of the exhaust collecting chamber 18 above it. The reforming unit 94 includes a catalyst holding plate (not shown) attached to the outer wall surface of the inner cylindrical member 64 and a reforming catalyst 96 held thereby.

このように、改質部94内に充填された改質触媒96に、燃料ガス供給流路隔壁92の上側の空間で混合された原燃料ガス及び水蒸気が接触すると、改質部94内においては、式(1)に示す水蒸気改質反応SRが進行する。
mn+xH2O → aCO2+bCO+cH2 (1)
As described above, when the raw fuel gas and water vapor mixed in the space above the fuel gas supply passage partition wall 92 come into contact with the reforming catalyst 96 filled in the reforming unit 94, The steam reforming reaction SR shown in the formula (1) proceeds.
C m H n + xH 2 O → aCO 2 + bCO + cH 2 (1)

改質部94において改質された燃料ガスは、中間円筒部材65の内周と内側円筒部材64の外周の間の空間を下方に流れ、燃料ガス分散室76に流入して、各燃料電池セル16に供給される。水蒸気改質反応SRは吸熱反応であるが、反応に要する熱は、排気集約室18から流出するオフガスの燃焼熱、及び各燃料電池セル16において発生する発熱により供給される。   The fuel gas reformed in the reforming section 94 flows downward in the space between the inner periphery of the intermediate cylindrical member 65 and the outer periphery of the inner cylindrical member 64, flows into the fuel gas dispersion chamber 76, and each fuel cell. 16 is supplied. Although the steam reforming reaction SR is an endothermic reaction, the heat required for the reaction is supplied by the combustion heat of the offgas flowing out from the exhaust collecting chamber 18 and the heat generated in each fuel cell 16.

次に、図6を参照して、燃料電池セル16について説明する。
本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池装置1においては、燃料電池セル16として、固体酸化物を用いた円筒横縞型セルが採用されている。各燃料電池セル16上には、複数の単セル16aが横縞状に形成されており、これらが電気的に直列に接続されることにより1本の燃料電池セル16が構成されている。各燃料電池セル16は、その一端がアノード(陽極)、他端がカソード(陰極)となるように構成され、複数の燃料電池セル16のうちの半数は上端がアノード、下端がカソードとなるように配置され、残りの半数は上端がカソード、下端がアノードとなるように配置されている。
Next, the fuel battery cell 16 will be described with reference to FIG.
In the solid oxide fuel cell device 1 according to the embodiment of the present invention, a cylindrical horizontal stripe cell using a solid oxide is adopted as the fuel cell 16. On each fuel cell 16, a plurality of single cells 16a are formed in a horizontal stripe shape, and one fuel cell 16 is configured by electrically connecting them in series. Each fuel cell 16 is configured such that one end thereof is an anode (anode) and the other end is a cathode (cathode), and half of the plurality of fuel cells 16 has an upper end as an anode and a lower end as a cathode. The other half are arranged so that the upper end is a cathode and the lower end is an anode.

図6(a)は、下端がカソードにされている燃料電池セル16の下端部を拡大して示す断面図であり、図6(b)は、下端がアノードにされている燃料電池セル16の下端部を拡大して示す断面図である。   FIG. 6A is an enlarged cross-sectional view showing a lower end portion of the fuel battery cell 16 whose lower end is a cathode, and FIG. 6B is a cross-sectional view of the fuel battery cell 16 whose lower end is an anode. It is sectional drawing which expands and shows a lower end part.

図6に示すように、燃料電池セル16は、細長い円筒状の多孔質支持体97と、この多孔質支持体97の外側に横縞状に形成された複数の層から形成されている。多孔質支持体97の周囲には、内側から順に、燃料極層98、反応抑制層99、固体電解質層100、空気極層101が夫々横縞状に形成されている。このため、燃料ガス分散室76を介して供給された燃料ガスは、各燃料電池セル16の多孔質支持体97の内部を流れ、酸化剤ガス噴射用パイプ74から噴射された空気は、空気極層101の外側を流れる。燃料電池セル16上に形成された各単セル16aは、一組の燃料極層98、反応抑制層99、固体電解質層100、及び空気極層101から構成されている。1つの単セル16aの燃料極層98は、インターコネクタ層102を介して、隣接する単セル16aの空気極層101に電気的に接続されている。これにより、1本の燃料電池セル16上に形成された複数の単セル16aが、電気的に直列に接続される。   As shown in FIG. 6, the fuel cell 16 is formed of an elongated cylindrical porous support body 97 and a plurality of layers formed in a horizontal stripe pattern on the outside of the porous support body 97. Around the porous support 97, a fuel electrode layer 98, a reaction suppression layer 99, a solid electrolyte layer 100, and an air electrode layer 101 are formed in a horizontal stripe shape in order from the inside. For this reason, the fuel gas supplied through the fuel gas dispersion chamber 76 flows inside the porous support body 97 of each fuel battery cell 16, and the air injected from the oxidant gas injection pipe 74 is the air electrode. It flows outside the layer 101. Each single cell 16 a formed on the fuel cell 16 is composed of a set of fuel electrode layer 98, reaction suppression layer 99, solid electrolyte layer 100, and air electrode layer 101. The fuel electrode layer 98 of one single cell 16 a is electrically connected to the air electrode layer 101 of the adjacent single cell 16 a via the interconnector layer 102. Thereby, the several single cell 16a formed on the one fuel cell 16 is electrically connected in series.

図6(a)に示すように、燃料電池セル16のカソード側端部には、多孔質支持体97の外周に電極層103aが形成され、この電極層103aの外側にリード膜層104aが形成されている。カソード側端部においては、端部に位置する単セル16aの空気極層101と電極層103aが、インターコネクタ層102により電気的に接続されている。これらの電極層103a及びリード膜層104aは、燃料電池セル16端部において第1固定部材63を貫通し、第1固定部材63よりも下方に突出するように形成されている。電極層103aは、リード膜層104aよりも下方まで形成されており、外部に露出された電極層103aに集電体82が電気的に接続されている。これにより、端部に位置する単セル16aの空気極層101がインターコネクタ層102、電極層103aを介して集電体82に接続され、図中の矢印のように電流が流れる。また、第1固定部材63の挿通穴63aの縁とリード膜層104aの間の隙間には、セラミック接着剤が充填されており、燃料電池セル16は、リード膜層104aの外周で第1固定部材63に固定される。   As shown in FIG. 6A, an electrode layer 103a is formed on the outer periphery of the porous support 97 at the cathode side end of the fuel battery cell 16, and a lead film layer 104a is formed outside the electrode layer 103a. Has been. At the cathode side end, the air electrode layer 101 and the electrode layer 103a of the single cell 16a located at the end are electrically connected by the interconnector layer 102. The electrode layer 103 a and the lead film layer 104 a are formed so as to penetrate the first fixing member 63 at the end portion of the fuel cell 16 and protrude downward from the first fixing member 63. The electrode layer 103a is formed below the lead film layer 104a, and the current collector 82 is electrically connected to the electrode layer 103a exposed to the outside. As a result, the air electrode layer 101 of the single cell 16a located at the end is connected to the current collector 82 via the interconnector layer 102 and the electrode layer 103a, and current flows as shown by the arrows in the figure. Further, a gap between the edge of the insertion hole 63a of the first fixing member 63 and the lead film layer 104a is filled with a ceramic adhesive, and the fuel cell 16 is fixed first on the outer periphery of the lead film layer 104a. It is fixed to the member 63.

図6(b)に示すように、燃料電池セル16のアノード側端部においては、端部に位置する単セル16aの燃料極層98が延長されており、燃料極層98の延長部が電極層103bとして機能する。電極層103bの外側にはリード膜層104bが形成されている。これらの電極層103b及びリード膜層104bは、燃料電池セル16端部において第1固定部材63を貫通し、第1固定部材63よりも下方に突出するように形成されている。電極層103bは、リード膜層104bよりも下方まで形成されており、外部に露出された電極層103bに集電体82が電気的に接続されている。これにより、端部に位置する単セル16aの燃料極層98が、一体的に形成された電極層103bを介して集電体82に接続され、図中の矢印のように電流が流れる。また、第1固定部材63の挿通穴63aの縁とリード膜層104bの間の隙間には、セラミック接着剤が充填されており、燃料電池セル16は、リード膜層104bの外周で第1固定部材63に固定される。   As shown in FIG. 6B, at the anode side end of the fuel battery cell 16, the fuel electrode layer 98 of the single cell 16a located at the end is extended, and the extension of the fuel electrode layer 98 is the electrode. It functions as the layer 103b. A lead film layer 104b is formed outside the electrode layer 103b. The electrode layer 103 b and the lead film layer 104 b are formed so as to penetrate the first fixing member 63 at the end portion of the fuel cell 16 and protrude downward from the first fixing member 63. The electrode layer 103b is formed below the lead film layer 104b, and the current collector 82 is electrically connected to the electrode layer 103b exposed to the outside. As a result, the fuel electrode layer 98 of the single cell 16a located at the end is connected to the current collector 82 via the electrode layer 103b formed integrally, and a current flows as shown by an arrow in the figure. Further, a gap between the edge of the insertion hole 63a of the first fixing member 63 and the lead film layer 104b is filled with a ceramic adhesive, and the fuel cell 16 is first fixed on the outer periphery of the lead film layer 104b. It is fixed to the member 63.

図6(a)(b)においては、各燃料電池セル16の下端部の構成を説明したが、各燃料電池セル16の上端部における構成も同様である。なお、上端部においては、各燃料電池セル16は、排気集約室18の集約室下部材18bに固定されているが、固定部分の構成は下端部における第1固定部材63に対する固定と同様である。   6A and 6B, the configuration of the lower end portion of each fuel cell 16 has been described, but the configuration of the upper end portion of each fuel cell 16 is also the same. In the upper end portion, each fuel cell 16 is fixed to the aggregation chamber lower member 18b of the exhaust aggregation chamber 18, but the configuration of the fixed portion is the same as the fixing to the first fixing member 63 in the lower end portion. .

次に、多孔質支持体97及び各層の構成を説明する。
多孔質支持体97は、本実施形態においては、フォルステライト粉末、及びバインダーの混合物を押し出し成形し、焼結することにより形成されている。
燃料極層98は、本実施形態においては、NiO粉末及び10YSZ(10mol%Y23−90mol%ZrO2)粉末の混合物により構成された導電性の薄膜である。
Next, the structure of the porous support body 97 and each layer is demonstrated.
In the present embodiment, the porous support body 97 is formed by extruding and sintering a mixture of forsterite powder and a binder.
In this embodiment, the fuel electrode layer 98 is a conductive thin film composed of a mixture of NiO powder and 10YSZ (10 mol% Y 2 O 3 -90 mol% ZrO 2 ) powder.

反応抑制層99は、本実施形態においては、セリウム系複合酸化物(LDC40。すなわち、40mol%のLa23−60mol%のCeO2)等により構成された薄膜であり、これにより、燃料極層98と固体電解質層100の間の化学反応を抑制している。
固体電解質層100は、本実施形態においては、La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.23の組成のLSGM粉末により構成された薄膜である。この固体電解質層100を介して酸化物イオンと水素又は一酸化炭素が反応することにより電気エネルギーが生成される。
In the present embodiment, the reaction suppression layer 99 is a thin film composed of a cerium-based composite oxide (LDC 40, that is, 40 mol% La 2 O 3 -60 mol% CeO 2 ). The chemical reaction between the layer 98 and the solid electrolyte layer 100 is suppressed.
In the present embodiment, the solid electrolyte layer 100 is a thin film made of LSGM powder having a composition of La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.8 Mg 0.2 O 3 . Electric energy is generated by the reaction between oxide ions and hydrogen or carbon monoxide through the solid electrolyte layer 100.

空気極層101は、本実施形態においては、La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.23の組成の粉末により構成された導電性の薄膜である。
インターコネクタ層102は、本実施形態においては、SLT(ランタンドープストロンチウムチタネート)により構成された導電性の薄膜である。燃料電池セル16上の隣接する単セル16aはインターコネクタ層102を介して接続される。
電極層103a、103bは、本実施形態においては、燃料極層98と同一の材料で形成されている。
リード膜層104a、104bは、本実施形態においては、固体電解質層100と同一の材料で形成されている。
In this embodiment, the air electrode layer 101 is a conductive thin film made of powder having a composition of La 0.6 Sr 0.4 Co 0.8 Fe 0.2 O 3 .
In this embodiment, the interconnector layer 102 is a conductive thin film made of SLT (lanthanum-doped strontium titanate). Adjacent single cells 16 a on the fuel cell 16 are connected via the interconnector layer 102.
The electrode layers 103a and 103b are formed of the same material as the fuel electrode layer 98 in the present embodiment.
In this embodiment, the lead film layers 104a and 104b are made of the same material as that of the solid electrolyte layer 100.

次に、図1及び図2を参照して、固体酸化物型燃料電池装置1の作用を説明する。
まず、固体酸化物型燃料電池装置1の起動工程において、燃料ブロア38が起動され、燃料の供給が開始されると共に、シースヒーター61への通電が開始される。シースヒーター61への通電が開始されることにより、その上方に配置された燃焼触媒60が加熱されると共に、内側に配置された蒸発部86も加熱される。燃料ブロア38により供給された燃料は、脱硫器36、熱交換器34、電磁弁35を介して、燃料ガス供給パイプ90から燃料電池セル収容容器8の内部に流入する。流入した燃料は、燃料ガス供給流路20内を上端まで上昇した後、改質部94内を下降し、内側円筒部材64の下部に設けられた小穴64bを通って燃料ガス分散室76に流入する。なお、固体酸化物型燃料電池装置1の起動直後においては、改質部94内の改質触媒96の温度が十分に上昇していないため、燃料の改質は行われない。
Next, with reference to FIG.1 and FIG.2, the effect | action of the solid oxide fuel cell apparatus 1 is demonstrated.
First, in the starting process of the solid oxide fuel cell device 1, the fuel blower 38 is started, fuel supply is started, and energization to the sheath heater 61 is started. When energization of the sheath heater 61 is started, the combustion catalyst 60 disposed above the sheath heater 61 is heated, and the evaporator 86 disposed inside is also heated. The fuel supplied by the fuel blower 38 flows from the fuel gas supply pipe 90 into the fuel cell storage container 8 through the desulfurizer 36, the heat exchanger 34, and the electromagnetic valve 35. The inflowed fuel rises to the upper end in the fuel gas supply flow path 20, then descends in the reforming portion 94, and flows into the fuel gas dispersion chamber 76 through the small hole 64 b provided in the lower part of the inner cylindrical member 64. To do. Immediately after the solid oxide fuel cell device 1 is started, the temperature of the reforming catalyst 96 in the reforming unit 94 has not risen sufficiently, so that fuel reforming is not performed.

燃料ガス分散室76に流入した燃料ガスは、燃料ガス分散室76の第1固定部材63に取り付けられた各燃料電池セル16の内側(燃料極側)を通って排気集約室18に流入する。なお、固体酸化物型燃料電池装置1の起動直後においては、各燃料電池セル16の温度が十分に上昇しておらず、また、インバータ54への電力の取り出しも行われていないため、発電反応は発生しない。   The fuel gas that has flowed into the fuel gas dispersion chamber 76 flows into the exhaust collection chamber 18 through the inside (fuel electrode side) of each fuel cell 16 attached to the first fixing member 63 of the fuel gas dispersion chamber 76. Immediately after the start of the solid oxide fuel cell device 1, the temperature of each fuel cell 16 has not risen sufficiently, and power is not taken out to the inverter 54. Does not occur.

排気集約室18に流入した燃料は、排気集約室18の噴出口18dから噴出される。噴出口18dから噴出された燃料は、点火ヒーター62により点火され、そこで燃焼される。この燃焼により、排気集約室18の周囲に配置された改質部94が加熱される。また、燃焼により生成された排気ガスは、内側円筒部材64の上部に設けられた小穴64aを通って排ガス排出流路21に流入する。高温の排気ガスは、排ガス排出流路21内を下降し、その内側に設けられた燃料ガス供給流路20を流れる燃料、外側に設けられた酸化剤ガス供給流路22内を流れる発電用の空気を加熱する。さらに、排気ガスは、排ガス排出流路21内に配置された燃焼触媒60を通ることにより一酸化炭素が除去され、排ガス排出パイプ58を通って燃料電池セル収容容器8から排出される。   The fuel that has flowed into the exhaust aggregation chamber 18 is ejected from the ejection port 18 d of the exhaust aggregation chamber 18. The fuel ejected from the ejection port 18d is ignited by the ignition heater 62 and burned there. Due to this combustion, the reforming section 94 disposed around the exhaust aggregation chamber 18 is heated. Further, the exhaust gas generated by the combustion flows into the exhaust gas discharge passage 21 through the small hole 64 a provided in the upper part of the inner cylindrical member 64. The high-temperature exhaust gas descends in the exhaust gas discharge passage 21 and is used for power generation that flows in the fuel gas supply passage 20 provided on the inside and the oxidant gas supply passage 22 provided on the outside. Heat the air. Further, the exhaust gas passes through the combustion catalyst 60 disposed in the exhaust gas discharge passage 21 to remove carbon monoxide and is discharged from the fuel cell storage container 8 through the exhaust gas discharge pipe 58.

排気ガス及びシースヒーター61により蒸発部86が加熱されると、蒸発部86に供給された水蒸気改質用の水が蒸発され、水蒸気が生成される。水蒸気改質用の水は、水流量調整ユニット28により、水供給パイプ88を介して燃料電池セル収容容器8内の蒸発部86に供給される。蒸発部86で生成された水蒸気と、燃料ガス供給パイプ90を介して供給された燃料は、一旦、燃料ガス供給流路20内の燃料ガス供給流路隔壁92の下側の空間に滞留し、燃料ガス供給流路隔壁92に設けられた複数の噴射口92aから噴射される。噴射口92aから勢いよく噴射された燃料及び水蒸気は、燃料ガス供給流路隔壁92の上側の空間内で減速されることにより、十分に混合される。   When the evaporation section 86 is heated by the exhaust gas and the sheath heater 61, the water for steam reforming supplied to the evaporation section 86 is evaporated and steam is generated. The water for steam reforming is supplied by the water flow rate adjusting unit 28 to the evaporation unit 86 in the fuel cell storage container 8 through the water supply pipe 88. The water vapor generated in the evaporation unit 86 and the fuel supplied via the fuel gas supply pipe 90 are temporarily retained in the space below the fuel gas supply flow path partition wall 92 in the fuel gas supply flow path 20. The fuel gas is supplied from a plurality of injection ports 92 a provided in the fuel gas supply channel partition wall 92. The fuel and water vapor that are vigorously injected from the injection port 92 a are sufficiently mixed by being decelerated in the space above the fuel gas supply flow path partition wall 92.

混合された燃料及び水蒸気は、燃料ガス供給流路20内を上昇し、改質部94に流入する。改質部94の改質触媒96が改質可能な温度まで上昇している状態においては、燃料及び水蒸気の混合気が改質部94を通過する際、水蒸気改質反応が発生し、混合気が水素を多く含む燃料に改質される。改質された燃料は、小穴64bを通って燃料ガス分散室76に流入する。小穴64bは燃料ガス分散室76の周囲に多数設けられ、燃料ガス分散室76として十分な容積が確保されているため、改質された燃料は、燃料ガス分散室76内に突出している各燃料電池セル16に均等に流入する。   The mixed fuel and water vapor rise in the fuel gas supply channel 20 and flow into the reforming unit 94. In a state where the reforming catalyst 96 of the reforming unit 94 has risen to a temperature at which reforming can be performed, when the fuel / steam mixture passes through the reforming unit 94, a steam reforming reaction occurs, and the mixture Is reformed into a fuel rich in hydrogen. The reformed fuel flows into the fuel gas dispersion chamber 76 through the small hole 64b. A large number of small holes 64 b are provided around the fuel gas dispersion chamber 76, and a sufficient volume is secured as the fuel gas dispersion chamber 76, so that the reformed fuel protrudes into the fuel gas dispersion chamber 76. Evenly flows into the battery cells 16.

一方、空気流量調整ユニット45により供給された酸化剤ガスである空気は、酸化剤ガス導入パイプ56を介して酸化剤ガス供給流路22に流入する。酸化剤ガス供給流路22に流入した空気は、内側を流れる排気ガスにより加熱されながら酸化剤ガス供給流路22内を上昇する。酸化剤ガス供給流路22内を上昇した空気は、燃料電池セル収容容器8内の上端部で中央に集められ、酸化剤ガス供給流路22に連通された酸化剤ガス噴射用パイプ74に流入する。酸化剤ガス噴射用パイプ74に流入した空気は下端から発電室10内に噴射され、噴射された空気は第1固定部材63の上面に当たって発電室10内全体に広がる。発電室10内に流入した空気は、排気集約室18の外周壁と内側円筒部材64の内周壁の間の隙間、及び排気集約室18の内周壁と酸化剤ガス噴射用パイプ74の外周面の間の隙間を通って上昇する。   On the other hand, the air, which is the oxidant gas supplied by the air flow rate adjusting unit 45, flows into the oxidant gas supply passage 22 through the oxidant gas introduction pipe 56. The air flowing into the oxidant gas supply channel 22 rises in the oxidant gas supply channel 22 while being heated by the exhaust gas flowing inside. The air rising in the oxidant gas supply passage 22 is collected at the center at the upper end portion in the fuel cell storage container 8 and flows into the oxidant gas injection pipe 74 communicated with the oxidant gas supply passage 22. To do. The air flowing into the oxidant gas injection pipe 74 is injected into the power generation chamber 10 from the lower end, and the injected air hits the upper surface of the first fixing member 63 and spreads throughout the power generation chamber 10. The air that has flowed into the power generation chamber 10 flows into the gap between the outer peripheral wall of the exhaust collecting chamber 18 and the inner peripheral wall of the inner cylindrical member 64, and between the inner peripheral wall of the exhaust collecting chamber 18 and the outer peripheral surface of the oxidizing gas injection pipe 74. Ascend through the gaps in between.

この際、各燃料電池セル16の外側(空気極側)を通って流れる空気の一部は発電反応に利用される。また、排気集約室18の上方に上昇した空気の一部は、排気集約室18の噴出口18dから噴出する燃料の燃焼に利用される。燃焼により生成された排気ガス、及び発電、燃焼に利用されずに残った空気は、小穴64aを通って排ガス排出流路21に流入する。排ガス排出流路21に流入した排気ガス及び空気は、燃焼触媒60により一酸化炭素が除去された後、排出される。   At this time, a part of the air flowing through the outside (air electrode side) of each fuel cell 16 is used for the power generation reaction. Further, a part of the air that has risen above the exhaust aggregation chamber 18 is used for the combustion of fuel ejected from the ejection port 18d of the exhaust aggregation chamber 18. Exhaust gas generated by the combustion and air remaining without being used for power generation and combustion flow into the exhaust gas discharge passage 21 through the small hole 64a. The exhaust gas and air that have flowed into the exhaust gas discharge passage 21 are discharged after carbon monoxide is removed by the combustion catalyst 60.

このように、各燃料電池セル16が発電可能な温度である650℃程度まで上昇し、各燃料電池セル16の内側(燃料極側)に改質された燃料が流れ、外側(空気極側)に空気が流れると、化学反応により起電力が発生する。この状態において、燃料電池セル収容容器8から引き出されているバスバー80にインバータ54が接続されると、各燃料電池セル16から電力が取り出され、発電が行われる。   In this way, the temperature rises to about 650 ° C., which is the temperature at which each fuel cell 16 can generate electricity, and the reformed fuel flows inside each fuel cell 16 (fuel electrode side) and outside (air electrode side). When air flows through the chamber, an electromotive force is generated by a chemical reaction. In this state, when the inverter 54 is connected to the bus bar 80 drawn out from the fuel cell storage container 8, electric power is taken out from each fuel cell 16 to generate power.

また、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置1においては、発電用の空気は、発電室10の中央に配置された酸化剤ガス噴射用パイプ74から噴射され、発電室10内を排気集約室18と内側円筒部材64の間の均等な隙間及び排気集約室18と酸化剤ガス噴射用パイプ74の間の均等な隙間を通って上昇する。このため、発電室10内の空気の流れは、ほぼ完全に軸対称の流れとなり、各燃料電池セル16の周囲には、ムラなく空気が流れる。これにより、各燃料電池セル16間の温度差が抑制され、各燃料電池セル16で均等な起電力を発生することができる。   Further, in the solid oxide fuel cell device 1 of the present embodiment, the power generation air is injected from the oxidant gas injection pipe 74 disposed in the center of the power generation chamber 10, and the inside of the power generation chamber 10 is exhausted. Ascending through the uniform gap between the chamber 18 and the inner cylindrical member 64 and the uniform gap between the exhaust collecting chamber 18 and the oxidant gas injection pipe 74. For this reason, the air flow in the power generation chamber 10 is almost completely axisymmetric, and the air flows uniformly around each fuel cell 16. Thereby, the temperature difference between each fuel cell 16 is suppressed, and an equal electromotive force can be generated in each fuel cell 16.

次に、図7乃至図26を参照して、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池装置1の製造方法を説明する。
図7乃至図21は、固体酸化物型燃料電池装置1の製造手順を示した模式図であり、説明のために細部の構成は省略されている。図24は、固体酸化物型燃料電池装置1の製造手順を示すフローチャートである。
Next, a method for manufacturing the solid oxide fuel cell device 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
7 to 21 are schematic views showing the manufacturing procedure of the solid oxide fuel cell device 1, and the detailed configuration is omitted for explanation. FIG. 24 is a flowchart showing a manufacturing procedure of the solid oxide fuel cell device 1.

まず、図7に示すように、内側円筒部材64、中間円筒部材65、外側円筒部材66、及び第1固定部材63を溶接により組み立てる(図24のステップS1)。ここで、第1固定部材63は、内側円筒部材64の中心軸線と直交するように配置され、その外周縁が内側円筒部材64の内壁面に気密的に溶接される。また、内側円筒部材64と中間円筒部材65の間に設けられる改質部94には、改質触媒96を充填しておく。さらに、水供給パイプ88及び燃料ガス供給パイプ90も溶接により取り付けておく。   First, as shown in FIG. 7, the inner cylindrical member 64, the intermediate cylindrical member 65, the outer cylindrical member 66, and the first fixing member 63 are assembled by welding (step S1 in FIG. 24). Here, the first fixing member 63 is disposed so as to be orthogonal to the central axis of the inner cylindrical member 64, and the outer peripheral edge thereof is hermetically welded to the inner wall surface of the inner cylindrical member 64. In addition, the reforming portion 94 provided between the inner cylindrical member 64 and the intermediate cylindrical member 65 is filled with the reforming catalyst 96. Furthermore, the water supply pipe 88 and the fuel gas supply pipe 90 are also attached by welding.

次に、図8に示すように、第1位置決め装置である下側ジグ110を、内側円筒部材64に対して正確に位置決めする(図24のステップS2)。下側ジグ110は、内側円筒部材64と平行に、上方に向けて延びる複数の位置決シャフト110aを備えており、これらの位置決シャフト110aは、第1固定部材63に設けられた各挿通穴63aを夫々貫通して延びるように配置される。さらに、各挿通穴63aを貫通して延びる各位置決シャフト110aに燃料電池セル16を夫々配置する。この工程において、各燃料電池セル16は第1固定部材63の各挿通穴63aに挿通される。   Next, as shown in FIG. 8, the lower jig 110 as the first positioning device is accurately positioned with respect to the inner cylindrical member 64 (step S2 in FIG. 24). The lower jig 110 includes a plurality of positioning shafts 110 a extending upward in parallel with the inner cylindrical member 64, and these positioning shafts 110 a are respectively inserted through holes provided in the first fixing member 63. It arrange | positions so that it may each penetrate 63a. Further, the fuel cell 16 is disposed on each positioning shaft 110a extending through each insertion hole 63a. In this step, each fuel cell 16 is inserted into each insertion hole 63 a of the first fixing member 63.

位置決シャフト110aが燃料電池セル16に挿入されることにより、燃料電池セル16の一端部は位置決シャフト110aに対して位置決めされる。また、下側ジグ110は内側円筒部材64に対して位置決めされているため、燃料電池セル16の一端部は、燃料電池モジュール2を構成する内側円筒部材64に対して正確に位置決めされる。さらに、各燃料電池セル16の下端は各位置決シャフト110aの基端面110bに当接されているため、全ての燃料電池セル16の下端が同一平面上に位置決めされる。即ち、各燃料電池セル16の第1固定部材63からの突出長さは一定になる。一方、各燃料電池セル16の長さには製造誤差によるばらつきがあるため、各燃料電池セル16の上端の高さは、完全には一定にならない。
従って、この工程においては、各挿通穴63aに挿通された各燃料電池セル16の一端部が、燃料電池モジュール2を構成する内側円筒部材64に対して位置決めされる。
When the positioning shaft 110a is inserted into the fuel battery cell 16, one end of the fuel battery cell 16 is positioned with respect to the positioning shaft 110a. Further, since the lower jig 110 is positioned with respect to the inner cylindrical member 64, one end portion of the fuel cell 16 is accurately positioned with respect to the inner cylindrical member 64 constituting the fuel cell module 2. Furthermore, since the lower end of each fuel cell 16 is in contact with the base end face 110b of each positioning shaft 110a, the lower ends of all the fuel cells 16 are positioned on the same plane. That is, the protruding length of each fuel cell 16 from the first fixing member 63 is constant. On the other hand, since the length of each fuel cell 16 varies due to manufacturing errors, the height of the upper end of each fuel cell 16 is not completely constant.
Therefore, in this step, one end portion of each fuel cell 16 inserted into each insertion hole 63 a is positioned with respect to the inner cylindrical member 64 constituting the fuel cell module 2.

次いで、図9に示すように、排気集約室18の一部を構成する、第2固定部材である集約室下部材18bが、燃料電池セル16の上端部に配置される(図24のステップS3)。内側円筒部材64の内壁面には、位置決め部材である3つのステー64cが溶接されている。各ステー64cは、傾斜して延びる傾斜部と、第1固定部材63と平行に延びる平行部から構成されており、内側円筒部材64の内壁面上に等間隔に配置されている。集約室下部材18bが各ステー64cの上に配置されると、集約室下部材18bは各ステー64cの平行部まで落とし込まれ、発電室10の内壁面を構成する内側円筒部材64に対して正確に位置決めされる。この状態においては、内側円筒部材64の内周面と集約室下部材18bの外周面の間に、均一な隙間が形成される。また、この工程において、各燃料電池セル16の上端部は、第2固定部材である集約室下部材18bの各挿通穴18cに挿通され、上方に突出する。   Next, as shown in FIG. 9, an aggregation chamber lower member 18b that is a second fixing member and constitutes a part of the exhaust aggregation chamber 18 is disposed at the upper end of the fuel cell 16 (step S3 in FIG. 24). ). Three stays 64c, which are positioning members, are welded to the inner wall surface of the inner cylindrical member 64. Each stay 64c includes an inclined portion extending in an inclined manner and a parallel portion extending in parallel with the first fixing member 63, and is disposed on the inner wall surface of the inner cylindrical member 64 at equal intervals. When the aggregation chamber lower member 18b is arranged on each stay 64c, the aggregation chamber lower member 18b is dropped to the parallel portion of each stay 64c, and is against the inner cylindrical member 64 constituting the inner wall surface of the power generation chamber 10. Accurate positioning. In this state, a uniform gap is formed between the inner peripheral surface of the inner cylindrical member 64 and the outer peripheral surface of the aggregation chamber lower member 18b. Further, in this step, the upper end portion of each fuel cell 16 is inserted into each insertion hole 18c of the aggregation chamber lower member 18b, which is the second fixing member, and protrudes upward.

さらに、図10に示すように、内側円筒部材64の上部に、第2位置決め装置である上側ジグ112が配置される(図24のステップS4)。上側ジグ112は、内側円筒部材64と平行に下方に向けて延びる複数の円錐台112aを備えている。各円錐台112aの先端は、下方から延びる各燃料電池セル16に挿入され、各円錐台112aの側面が各燃料電池セル16の上端部に当接する。上側ジグ112は内側円筒部材64に対して正確に位置決めされているため、各燃料電池セル16の上端部も内側円筒部材64に対して正確に位置決めされる。
従って、この工程においては、集約室下部材18bの各挿通穴18cに挿通された各燃料電池セル16の他端部が、上側ジグ112により燃料電池モジュール2を構成する内側円筒部材64に対して位置決めされる。
Further, as shown in FIG. 10, the upper jig 112 as the second positioning device is arranged on the upper part of the inner cylindrical member 64 (step S <b> 4 in FIG. 24). The upper jig 112 includes a plurality of truncated cones 112 a extending downward in parallel with the inner cylindrical member 64. The tip of each truncated cone 112 a is inserted into each fuel cell 16 extending from below, and the side surface of each truncated cone 112 a abuts on the upper end of each fuel cell 16. Since the upper jig 112 is accurately positioned with respect to the inner cylindrical member 64, the upper end portion of each fuel cell 16 is also accurately positioned with respect to the inner cylindrical member 64.
Therefore, in this step, the other end portion of each fuel cell 16 inserted into each insertion hole 18c of the aggregation chamber lower member 18b is connected to the inner cylindrical member 64 constituting the fuel cell module 2 by the upper jig 112. Positioned.

このように、各燃料電池セル16の上端部及び下端部が内側円筒部材64に対して正確に位置決めされる。この状態においては、各燃料電池セル16の外周面と、これらが挿通されている集約室下部材18bの各挿通穴18c及び第1固定部材63の挿通穴63aとの間にはほぼ一定の隙間が形成される。即ち、各燃料電池セル16は、集約室下部材18bの各挿通穴18c及び第1固定部材63の挿通穴63aの縁部から所定距離離間した状態で、燃料電池モジュール2(内側円筒部材64)に対して所定の位置に位置決めされる。各燃料電池セル16には製造誤差により僅かな湾曲が存在するが、各燃料電池セル16は、上端部及び下端部で燃料電池モジュール2(内側円筒部材64)に対して正確に位置決めされているため、各燃料電池セル16の外周面と各挿通穴との間の隙間をほぼ一定にすることができる。   In this way, the upper end portion and the lower end portion of each fuel cell 16 are accurately positioned with respect to the inner cylindrical member 64. In this state, a substantially constant gap is formed between the outer peripheral surface of each fuel cell 16 and each insertion hole 18c of the aggregation chamber lower member 18b through which they are inserted and the insertion hole 63a of the first fixing member 63. Is formed. That is, each fuel battery cell 16 is in a state of being separated from the edge of each insertion hole 18c of the aggregation chamber lower member 18b and the insertion hole 63a of the first fixing member 63 by a predetermined distance, and the fuel cell module 2 (inner cylindrical member 64). Is positioned at a predetermined position. Each fuel cell 16 has a slight curvature due to manufacturing errors, but each fuel cell 16 is accurately positioned with respect to the fuel cell module 2 (inner cylindrical member 64) at the upper end and the lower end. Therefore, the gap between the outer peripheral surface of each fuel cell 16 and each insertion hole can be made substantially constant.

このように、各燃料電池セル16が位置決めされた状態で、接着剤付着装置である接着剤注入装置114により集約室下部材18bの上にセラミック接着剤を注入する接着剤付着工程が実施される。なお、集約室下部材18bには、全ての挿通穴18cを取り囲むように円環状に延びる接着剤充填枠18eが設けられている(図4)。接着剤注入装置114は、各挿通穴18cを取り囲む接着剤充填枠18eの内側にセラミック接着剤を流し込み、接合部にセラミック接着剤を付着させる。集約室下部材18b上の接着剤充填枠18eに囲まれた領域は、接着剤受部として機能する。セラミック接着剤は粘性を有する液体であり、流し込まれることにより、集約室下部材18b上で流動し、接着剤充填枠18eの内側に均一な厚さのセラミック接着剤層118が形成される程度の粘性に調整されている。また、流し込まれたセラミック接着剤は、各燃料電池セル16の外周面と各挿通穴18cの間の隙間にも流入して隙間を充填するが、この隙間から流下しない程度の粘性にされている。   In this manner, with each fuel cell 16 positioned, an adhesive attaching step of injecting a ceramic adhesive onto the aggregation chamber lower member 18b is performed by the adhesive injection device 114, which is an adhesive attaching device. . The aggregation chamber lower member 18b is provided with an adhesive filling frame 18e extending in an annular shape so as to surround all the insertion holes 18c (FIG. 4). The adhesive injection device 114 pours a ceramic adhesive inside the adhesive filling frame 18e surrounding each insertion hole 18c, and attaches the ceramic adhesive to the joint. A region surrounded by the adhesive filling frame 18e on the aggregation chamber lower member 18b functions as an adhesive receiving portion. The ceramic adhesive is a viscous liquid, and when poured, the ceramic adhesive flows on the lower member 18b of the collecting chamber, and a ceramic adhesive layer 118 having a uniform thickness is formed inside the adhesive filling frame 18e. The viscosity is adjusted. The poured ceramic adhesive also flows into the gap between the outer peripheral surface of each fuel cell 16 and each insertion hole 18c to fill the gap, but has a viscosity that does not flow down from this gap. .

図11に示すように、所定量のセラミック接着剤が流し込まれ、セラミック接着剤層118が集約室下部材18b上の接着剤充填枠18eの内側に均一に広がった後、一旦、上側ジグ112が取り外される。この状態で、流し込まれたセラミック接着剤層118の上に、カバー部材19cが配置される(図24のステップS5)。   As shown in FIG. 11, after a predetermined amount of ceramic adhesive is poured and the ceramic adhesive layer 118 spreads uniformly inside the adhesive filling frame 18e on the aggregation chamber lower member 18b, the upper jig 112 is temporarily Removed. In this state, the cover member 19c is disposed on the poured ceramic adhesive layer 118 (step S5 in FIG. 24).

図12に示すように、カバー部材19cが配置された後、再び上側ジグ112が取り付けられ、この状態で加熱装置である乾燥炉116に入れられ、セラミック接着剤層118が硬化され、各燃料電池セル16は、その外周面が集約室下部材18bに固定される(図24のステップS6)。従って、乾燥炉116は接着剤硬化装置として機能する。このように、燃料を導く流路の構成部品である燃料電池セル16と集約室下部材18bとのセル接合部がセラミック接着剤層118により気密的に接合される。   As shown in FIG. 12, after the cover member 19c is disposed, the upper jig 112 is attached again, and in this state, the upper jig 112 is placed in a drying furnace 116 as a heating device, the ceramic adhesive layer 118 is cured, and each fuel cell is cured. The outer peripheral surface of the cell 16 is fixed to the aggregation chamber lower member 18b (step S6 in FIG. 24). Therefore, the drying furnace 116 functions as an adhesive curing device. In this way, the cell joint portion between the fuel cell 16 which is a component part of the flow path for guiding the fuel and the aggregation chamber lower member 18b is airtightly joined by the ceramic adhesive layer 118.

次に、セラミック接着剤を乾燥硬化させる乾燥硬化工程を説明する。乾燥硬化工程は、次の製造工程が実施可能な状態までセラミック接着剤を硬化させる作業可能硬化工程と、固体酸化物型燃料電池装置1の起動工程における温度上昇に耐え得る状態までセラミック接着剤を硬化させる溶媒除去硬化工程と、を有する。以下では、作業可能硬化工程について説明する。
本実施形態においては、酸化アルミニウム、石英、アルカリ金属ケイ酸塩、二酸化ケイ素、及び水を含むセラミック接着剤が接着に使用され、このセラミック接着剤は脱水縮合反応により硬化される。即ち、セラミック接着剤は、含まれている水及び縮合反応によって生成された水分が蒸発されることにより硬化される。従って、セラミック接着剤を常温で乾燥させ、硬化させるには非常に長い時間を要するので、工業的には乾燥炉等を使用して硬化させるのが一般的である。しかしながら、セラミック接着剤は硬化時に水分が蒸発して体積が収縮するため、通常の乾燥・硬化処理ではセラミック接着剤の層にクラックが発生してしまう。
Next, a drying and curing process for drying and curing the ceramic adhesive will be described. The dry curing process includes a workable curing process for curing the ceramic adhesive until the next manufacturing process can be performed, and a ceramic adhesive until it can withstand the temperature rise in the starting process of the solid oxide fuel cell device 1. And a solvent removal curing step for curing. Hereinafter, the workable curing process will be described.
In this embodiment, a ceramic adhesive containing aluminum oxide, quartz, alkali metal silicate, silicon dioxide, and water is used for adhesion, and the ceramic adhesive is cured by a dehydration condensation reaction. That is, the ceramic adhesive is cured by evaporating the water contained therein and the water generated by the condensation reaction. Accordingly, since it takes a very long time to dry and cure the ceramic adhesive at room temperature, it is generally industrially cured using a drying furnace or the like. However, since the moisture of the ceramic adhesive evaporates at the time of curing and the volume shrinks, a crack is generated in the layer of the ceramic adhesive in a normal drying / curing process.

図27は、燃料電池セルを、セラミック接着剤により通常の接着方法で接着した場合の一例を示す写真である。図27に示すように、硬化されたセラミック接着剤の層には多数のクラックが発生している。これは、セラミック接着剤を硬化させる際、接着剤層の表面の水分が先に蒸発して硬化し、内部の水分が後から蒸発する際に、先に硬化した接着剤層の表面にクラックが発生するものと考えられる。このような状態においても燃料電池セルは十分な強度で接着されているが、燃料電池セルとセラミック接着剤層の間に部分的に隙間が発生してしまい、十分な気密性を確保することができない。即ち、従来の方法でセラミック接着剤を使用した場合、接着と同時に気密性を確保することが困難であり、これが固体酸化物型燃料電池の技術分野においてセラミック接着剤の使用を提案した文献が複数存在するものの、依然として実用化に至っていない原因であると考えられる。   FIG. 27 is a photograph showing an example when the fuel battery cell is bonded by a normal bonding method using a ceramic adhesive. As shown in FIG. 27, a number of cracks have occurred in the cured ceramic adhesive layer. This is because when the ceramic adhesive is cured, the moisture on the surface of the adhesive layer evaporates first and hardens, and when the internal moisture evaporates later, the surface of the adhesive layer that has been cured earlier cracks. It is thought to occur. Even in such a state, the fuel cell is bonded with sufficient strength, but a gap is partially generated between the fuel cell and the ceramic adhesive layer, and sufficient airtightness can be secured. Can not. That is, when a ceramic adhesive is used in the conventional method, it is difficult to ensure airtightness at the same time as adhesion, and this is the reason why there are a number of documents that proposed the use of ceramic adhesive in the technical field of solid oxide fuel cells. Although it exists, it is thought that this is a cause that has not yet been put into practical use.

図22は、本実施形態において、流し込まれたセラミック接着剤の上に配置されるカバー部材19cの平面図である。
カバー部材19cは、円形の金属プレートであり、中央に集約室下部材18bの円筒部を挿通させる大きな円形開口が形成され、その周囲に各燃料電池セル16を挿通させる複数の挿通穴が形成されている。本実施形態においては、各挿通穴の位置及び大きさは、集約室下部材18bの挿通穴18cと同一に構成されている。
FIG. 22 is a plan view of the cover member 19c disposed on the poured ceramic adhesive in the present embodiment.
The cover member 19c is a circular metal plate, and a large circular opening is formed in the center for inserting the cylindrical portion of the aggregation chamber lower member 18b, and a plurality of insertion holes for inserting each fuel cell 16 are formed around the cover member 19c. ing. In the present embodiment, the position and size of each insertion hole are configured to be the same as the insertion hole 18c of the aggregation chamber lower member 18b.

図23は、流し込まれたセラミック接着剤の上にカバー部材19cを配置した状態を示す斜視図である。
図23に示すように、流し込まれたセラミック接着剤の上にカバー部材19cが配置されると、カバー部材19cの自重により、カバー部材19cの下のセラミック接着剤が押し出される。押し出されたセラミック接着剤は、カバー部材19cの挿通穴と燃料電池セル16の外周面の間の隙間に充填され、各燃料電池セル16の周囲で隆起する。また、変形例として、カバー部材19cの各挿通穴の縁部に、挿通穴を取り囲むように周囲壁を形成することもできる。これにより、各燃料電池セル16の周囲に多くのセラミック接着剤が押し出された場合でも、接着剤がカバー部材19c上に流れるのを抑制することができる。
FIG. 23 is a perspective view showing a state in which the cover member 19c is arranged on the poured ceramic adhesive.
As shown in FIG. 23, when the cover member 19c is disposed on the poured ceramic adhesive, the ceramic adhesive under the cover member 19c is pushed out by the weight of the cover member 19c. The extruded ceramic adhesive is filled in a gap between the insertion hole of the cover member 19 c and the outer peripheral surface of the fuel cell 16, and rises around each fuel cell 16. As a modification, a peripheral wall can be formed at the edge of each insertion hole of the cover member 19c so as to surround the insertion hole. Thereby, even when many ceramic adhesives are extruded around each fuel battery cell 16, it can suppress that an adhesive flows on cover member 19c.

なお、各燃料電池セル16は、そのリード膜層104a、104bの部分でセラミック接着剤により接着されている(図6)。リード膜層104a、104bは、固体電解質層100と同じ緻密な層であるため、多孔質支持体97等の多孔質層にセラミック接着剤が滲入し、通気性が損なわれることはない。   Each fuel cell 16 is bonded to the lead film layers 104a and 104b with a ceramic adhesive (FIG. 6). Since the lead film layers 104a and 104b are the same dense layers as the solid electrolyte layer 100, the ceramic adhesive permeates into the porous layer such as the porous support 97 and the air permeability is not impaired.

図25は、燃料電池セル16の集約室下部材18bへの接着部を拡大して示す断面図である。
図25に示すように、燃料電池セル16は集約室下部材18bの挿通穴18cに挿通され、集約室下部材18bの上にセラミック接着剤が流し込まれている。流し込まれたセラミック接着剤の上には、カバー部材19cが配置される。カバー部材19cにも、集約室下部材18bと同じ位置に挿通穴が設けられており、燃料電池セル16はこの挿通穴を貫通して上方に延びている。カバー部材19cの挿通穴と燃料電池セル16の外周面との間には所定の隙間があるため、カバー部材19cは、接合される燃料電池セル16の表面近傍が露出されるようにセラミック接着剤の上に載置される。これにより、集約室下部材18bとカバー部材19cの間にセラミック接着剤層118が形成される。また、セラミック接着剤の一部は、カバー部材19cの下から燃料電池セル16の表面近傍に押し出され、この部分のセラミック接着剤が多くなり、燃料電池セル16の周囲に隆起部118aを形成する。また、押し出されたセラミック接着剤は、下方の挿通穴18cと燃料電池セル16の間にも垂下部118bを形成するが、粘性により、セラミック接着剤が流下することはない。カバー部材19cが配置された組立体は、このような状態で乾燥炉116に入れられる(図12)。
FIG. 25 is an enlarged cross-sectional view showing an adhesion portion of the fuel battery cell 16 to the aggregation chamber lower member 18b.
As shown in FIG. 25, the fuel cell 16 is inserted into the insertion hole 18c of the aggregation chamber lower member 18b, and a ceramic adhesive is poured onto the aggregation chamber lower member 18b. A cover member 19c is disposed on the poured ceramic adhesive. The cover member 19c is also provided with an insertion hole at the same position as the aggregation chamber lower member 18b, and the fuel cell 16 extends upward through the insertion hole. Since there is a predetermined gap between the insertion hole of the cover member 19c and the outer peripheral surface of the fuel cell 16, the cover member 19c is a ceramic adhesive so that the vicinity of the surface of the fuel cell 16 to be joined is exposed. Placed on the top. As a result, the ceramic adhesive layer 118 is formed between the aggregation chamber lower member 18b and the cover member 19c. Further, a part of the ceramic adhesive is pushed out from under the cover member 19 c to the vicinity of the surface of the fuel cell 16, and this portion of the ceramic adhesive increases to form a raised portion 118 a around the fuel cell 16. . The extruded ceramic adhesive also forms a hanging portion 118b between the lower insertion hole 18c and the fuel cell 16, but the ceramic adhesive does not flow down due to viscosity. The assembly in which the cover member 19c is arranged is put in the drying furnace 116 in this state (FIG. 12).

図26は、乾燥炉116内の温度制御の一例を示すグラフである。
図12に示す作業可能硬化工程においては、乾燥炉116内の温度は、加熱制御装置116aにより、図26の実線に示すように制御される。まず、乾燥炉116に組立体を入れた後、乾燥炉116内の温度は、常温から約120分で約60℃まで上昇される。次いで、乾燥炉116内の温度は、約20分で約80℃まで上昇され、その後約60分間約80℃に維持される。約80℃の温度を維持した後、乾燥炉116内の温度は、約30分で常温に戻される。
FIG. 26 is a graph showing an example of temperature control in the drying furnace 116.
In the workable curing process shown in FIG. 12, the temperature in the drying furnace 116 is controlled by the heating controller 116a as shown by the solid line in FIG. First, after putting an assembly in the drying furnace 116, the temperature in the drying furnace 116 is raised from room temperature to about 60 ° C. in about 120 minutes. The temperature in the drying oven 116 is then raised to about 80 ° C. in about 20 minutes and then maintained at about 80 ° C. for about 60 minutes. After maintaining the temperature of about 80 ° C., the temperature in the drying furnace 116 is returned to room temperature in about 30 minutes.

このように、緩やかに温度を上昇させることにより、セラミック接着剤層118中の水分は少しずつ蒸発される。しかしながら、セラミック接着剤層118はカバー部材19cに覆われているため、カバー部材19cに覆われている部分から直接水分が蒸発することはない。このため、セラミック接着剤層118内の水分は、燃料電池セル16周囲の隆起部118a又は垂下部118bを通って少しずつ蒸発される。これにより、外気に露出している隆起部118a及び垂下部118bに水分が集まることになり、これらの部分は乾燥しにくい状態となる。また、カバー部材19c及び集約室下部材18bは熱伝導率の高い金属製であるため、乾燥炉116内の温度ムラ等により局部的に加熱された場合であっても、セラミック接着剤層118への加熱が均一化される。このため、セラミック接着剤層118が局部的に急速に乾燥されることによるクラックの発生を抑制することができる。一方、各燃料電池セル16は熱伝導率の低いセラミック製であるため、燃料電池セル16周囲の隆起部118a及び垂下部118bには熱が伝わりにくく、これらの部分の乾燥、硬化が、他の部分よりも緩やかになる。   In this way, by gradually raising the temperature, the moisture in the ceramic adhesive layer 118 is evaporated little by little. However, since the ceramic adhesive layer 118 is covered with the cover member 19c, moisture does not evaporate directly from the portion covered with the cover member 19c. For this reason, the moisture in the ceramic adhesive layer 118 is gradually evaporated through the raised portion 118 a or the hanging portion 118 b around the fuel cell 16. As a result, moisture collects in the raised portions 118a and the hanging portions 118b exposed to the outside air, and these portions are not easily dried. Further, since the cover member 19c and the aggregation chamber lower member 18b are made of a metal having high thermal conductivity, even if the cover member 19c and the aggregation chamber lower member 18b are locally heated due to temperature unevenness in the drying furnace 116, the ceramic adhesive layer 118 is formed. The heating is made uniform. For this reason, generation | occurrence | production of the crack by the ceramic adhesive bond layer 118 drying rapidly locally can be suppressed. On the other hand, since each fuel cell 16 is made of a ceramic having low thermal conductivity, heat is not easily transmitted to the raised portion 118a and the drooping portion 118b around the fuel cell 16, and drying and hardening of these portions are not possible. Be gentler than the part.

このように、本実施形態においては、各燃料電池セル16周囲の隆起部118a及び垂下部118bは緩やかに乾燥されるため、気密性を確保するために重要な、各燃料電池セル16の周囲部分におけるクラックの発生が防止される。また、セラミック接着剤から水分が蒸発されることにより、セラミック接着剤層118の体積は収縮し、所謂「ヒケ」が発生する。しかしながら、各燃料電池セル16の周囲部分には、隆起部118a及び垂下部118bが形成されてセラミック接着剤層が他の部分よりも厚くなっているため、ヒケの発生により燃料電池セル16とセラミック接着剤層の間の隙間の発生を防止することができる。このように、各燃料電池セル16と各挿通穴18cとの間の接着部の気密性が確保されている。セラミック接着剤の充填部分を覆うように配置されたカバー部材19cは、セラミック接着剤の硬化時におけるクラックの発生を抑制する。   As described above, in the present embodiment, the raised portions 118a and the drooping portions 118b around each fuel battery cell 16 are gently dried. Therefore, the peripheral part of each fuel battery cell 16 that is important for ensuring airtightness is used. The occurrence of cracks in is prevented. Further, when water is evaporated from the ceramic adhesive, the volume of the ceramic adhesive layer 118 contracts, and so-called “sink” is generated. However, since the raised portion 118a and the drooping portion 118b are formed in the peripheral portion of each fuel cell 16 and the ceramic adhesive layer is thicker than the other portions, the fuel cell 16 and the ceramic are caused by the occurrence of sink marks. Generation | occurrence | production of the clearance gap between adhesive bond layers can be prevented. Thus, the airtightness of the adhesion part between each fuel cell 16 and each insertion hole 18c is ensured. The cover member 19c arranged to cover the filled portion of the ceramic adhesive suppresses the generation of cracks when the ceramic adhesive is cured.

また、隆起部118a及び垂下部118bが形成されているため、この部分に僅かなクラックが発生したとしても、クラックがセラミック接着剤層を貫通することは少なく、確実に気密性を確保することができる。従って、隆起部118a及び垂下部118bは、セラミック接着剤硬化時の収縮によるクラックの発生を抑制する気体漏れ抑制部として機能する。なお、硬化されたセラミック接着剤層は多孔質であり、水素又は空気に対する完全な気密性を有するものではないが、隙間なく充填、硬化されたセラミック接着剤層は、実用上十分な気密性を備えている。本明細書において、「気密性を確保」とは、水素又は空気に対し実用上十分な程度に漏れがないことを意味している。   In addition, since the raised portion 118a and the hanging portion 118b are formed, even if a slight crack occurs in this portion, the crack rarely penetrates the ceramic adhesive layer, so that airtightness can be reliably ensured. it can. Therefore, the raised portion 118a and the hanging portion 118b function as a gas leakage suppressing portion that suppresses the generation of cracks due to shrinkage when the ceramic adhesive is cured. The cured ceramic adhesive layer is porous and does not have complete hermeticity against hydrogen or air, but the ceramic adhesive layer that has been filled and cured without any gaps has practically sufficient hermeticity. I have. In the present specification, “securing airtightness” means that there is no leakage to hydrogen or air to a practically sufficient level.

図12に示す作業可能硬化工程により、セラミック接着剤は、図24のステップS7以下の後続の製造工程を実施可能な状態まで硬化される。この状態においてはセラミック接着剤による接着強度は十分に高く、一般的なセラミック接着剤の使用では、接着工程の完了とみなすことができる状態である。しかしながら、セラミック接着剤を固体酸化物型燃料電池装置1の組み立てに使用した場合には不十分な状態であり、この状態で固体酸化物型燃料電池装置1を運転すると、セラミック接着剤層の内部に残留している水分が急激に蒸発し、接着剤層に大きなクラックが発生する。本実施形態においては、このような状態で、図13以下の製造工程が実施される。   Through the workable curing process shown in FIG. 12, the ceramic adhesive is cured to a state where the subsequent manufacturing process after step S <b> 7 in FIG. 24 can be performed. In this state, the adhesive strength by the ceramic adhesive is sufficiently high, and the use of a general ceramic adhesive can be regarded as the completion of the bonding process. However, when the ceramic adhesive is used for assembling the solid oxide fuel cell device 1, the state is insufficient. When the solid oxide fuel cell device 1 is operated in this state, the inside of the ceramic adhesive layer Moisture remaining in the film evaporates abruptly and a large crack is generated in the adhesive layer. In the present embodiment, the manufacturing process shown in FIG.

次に、作業可能硬化工程が施された後、下側ジグ110及び上側ジグ112が取り外される。さらに、図13に示すように、組立体が上下反転され、各燃料電池セル16の先端部が突出している第1固定部材63の上(上下反転させていないときの下側面)にセラミック接着剤が注入される(図24のステップS7)。これにより、円形断面を有する各燃料電池セル16の外周面が、セラミック接着剤によって、第1固定部材63に設けられた円形の各挿通穴63aの縁部に固定される。ここで、第1固定部材63には、全ての挿通穴63aを取り囲むように円環状に延びる接着剤充填枠63bが設けられている(図3)。接着剤付着工程として、接着剤注入装置114により、各挿通穴63aを取り囲む接着剤充填枠63bの内側にセラミック接着剤が流し込まれる。なお、この工程における各燃料電池セル16の第1固定部材63への接着は、上述した集約室下部材18bへの接着と同様である。また、この工程においては、各燃料電池セル16は集約室下部材18bに固定されているため、上側ジグ112を使用することなく、各燃料電池セル16は適正位置に保持されている。   Next, after the workable curing process is performed, the lower jig 110 and the upper jig 112 are removed. Further, as shown in FIG. 13, the ceramic adhesive is applied on the first fixing member 63 (the lower side surface when not turned upside down) where the assembly is turned upside down and the tip of each fuel cell 16 protrudes. Is injected (step S7 in FIG. 24). Thereby, the outer peripheral surface of each fuel battery cell 16 having a circular cross section is fixed to the edge of each circular insertion hole 63 a provided in the first fixing member 63 by the ceramic adhesive. Here, the first fixing member 63 is provided with an adhesive filling frame 63b extending in an annular shape so as to surround all the insertion holes 63a (FIG. 3). As an adhesive attaching step, a ceramic adhesive is poured into the inside of the adhesive filling frame 63b surrounding each insertion hole 63a by the adhesive injection device 114. The adhesion of each fuel cell 16 to the first fixing member 63 in this step is the same as the adhesion to the aggregation chamber lower member 18b described above. Further, in this step, since each fuel cell 16 is fixed to the aggregation chamber lower member 18b, each fuel cell 16 is held at an appropriate position without using the upper jig 112.

さらに、図14に示すように、流し込まれたセラミック接着剤の上にカバー部材67が配置され、第1固定部材63とカバー部材67の間に、セラミック接着剤層122が形成される(図24のステップS8)。カバー部材67は、中央の円形開口部が設けられていない点を除き、カバー部材19c(図22)と同様に構成され、セラミック接着剤硬化時におけるクラックの発生を抑制する。このカバー部材67を配置することにより、各燃料電池セル16の周囲には、図25と同様の隆起部及び垂下部が形成され、セラミック接着剤層122の各燃料電池セル16の周囲部分は、気体漏れ抑制部として機能する。   Further, as shown in FIG. 14, the cover member 67 is disposed on the poured ceramic adhesive, and the ceramic adhesive layer 122 is formed between the first fixing member 63 and the cover member 67 (FIG. 24). Step S8). The cover member 67 is configured in the same manner as the cover member 19c (FIG. 22) except that the central circular opening is not provided, and suppresses the generation of cracks when the ceramic adhesive is cured. By disposing the cover member 67, the raised portions and hanging portions similar to those in FIG. 25 are formed around each fuel cell 16, and the surrounding portion of each fuel cell 16 of the ceramic adhesive layer 122 is Functions as a gas leakage suppression unit.

この状態で、組立体は乾燥炉116に入れられ、2回目の作業可能硬化工程が実施される。この作業可能硬化工程においても、乾燥炉116内の温度は、図26の実線に示すように制御される。なお、本実施形態においては、2回目の作業可能硬化工程は、乾燥炉116内の温度を約80℃に維持する時間は、約50分に設定されている。2回目の作業可能硬化工程により、第1固定部材63上のセラミック接着剤層122が硬化され、各燃料電池セル16が第1固定部材63に固定される。このように、燃料を導く流路の構成部品である燃料電池セル16と第1固定部材63のセル接合部がセラミック接着剤により気密的に接合される。この際のカバー部材67の作用も、1回目の作業可能硬化工程と同様である。また、集約室下部材18b上のセラミック接着剤層118には2回の作業可能硬化工程が施されることにより、セラミック接着剤層118は、より安定した状態となる。   In this state, the assembly is placed in the drying furnace 116, and a second workable curing process is performed. Also in this workable curing process, the temperature in the drying furnace 116 is controlled as shown by the solid line in FIG. In the present embodiment, in the second workable curing step, the time for maintaining the temperature in the drying furnace 116 at about 80 ° C. is set to about 50 minutes. In the second workable curing step, the ceramic adhesive layer 122 on the first fixing member 63 is cured, and each fuel cell 16 is fixed to the first fixing member 63. Thus, the fuel cell 16 which is a component part of the flow path for guiding the fuel and the cell joint portion of the first fixing member 63 are hermetically joined by the ceramic adhesive. The action of the cover member 67 at this time is the same as that in the first workable curing step. In addition, the ceramic adhesive layer 118 on the aggregation chamber lower member 18b is subjected to two workable curing steps, so that the ceramic adhesive layer 118 becomes more stable.

次に、図15に示すように、第1固定部材63から突出している各燃料電池セル16の先端部(上下反転させていないときの下端部)に集電体82が取り付けられ、この集電体82がバスバー80に接続される(図24のステップS9)。   Next, as shown in FIG. 15, a current collector 82 is attached to the tip end portion (lower end portion when not vertically inverted) of each fuel cell 16 projecting from the first fixing member 63. The body 82 is connected to the bus bar 80 (step S9 in FIG. 24).

さらに、図16に示すように、内側円筒部材64の下方(図16における上方)の開口部から分散室底部材72が挿入される。この分散室底部材72は、その外周のフランジ部72cと、内側円筒部材64の内壁面に溶接された円環状の棚部材64dが当接する位置まで挿入され、その位置に位置決めされる(図24のステップS10)。   Further, as shown in FIG. 16, the dispersion chamber bottom member 72 is inserted from the opening below the inner cylindrical member 64 (upper in FIG. 16). The dispersion chamber bottom member 72 is inserted and positioned at a position where the outer peripheral flange portion 72c and the annular shelf member 64d welded to the inner wall surface of the inner cylindrical member 64 abut (FIG. 24). Step S10).

次いで、図17に示すように、分散室底部材72の外周面と内側円筒部材64の内周面の間の円環状の隙間に、接着剤注入装置114によりセラミック接着剤が充填される。また、分散室底部材72の中央に設けられた、導電体通路である挿通管72aの中には、碍子78が配置され、集電体82から延びる各バスバー80は、この碍子78を貫通する。さらに、接着剤付着工程として、碍子78を配置した挿通管72aの中に、接着剤注入装置114によりセラミック接着剤が充填される。各バスバー80は挿通管72aを通って外部まで延び、挿通管72a内の各バスバー80の周囲の空間に、セラミック接着剤が充填される(図24のステップS11)。   Next, as shown in FIG. 17, the ceramic adhesive is filled in the annular gap between the outer peripheral surface of the dispersion chamber bottom member 72 and the inner peripheral surface of the inner cylindrical member 64 by the adhesive injection device 114. In addition, an insulator 78 is disposed in an insertion tube 72 a that is a conductor passage provided in the center of the dispersion chamber bottom member 72, and each bus bar 80 extending from the current collector 82 passes through the insulator 78. . Further, as the adhesive attaching step, the ceramic adhesive is filled into the insertion tube 72a in which the insulator 78 is disposed by the adhesive injection device 114. Each bus bar 80 extends to the outside through the insertion tube 72a, and a space around each bus bar 80 in the insertion tube 72a is filled with a ceramic adhesive (step S11 in FIG. 24).

さらに、図18に示すように、分散室底部材72の外周面と内側円筒部材64の内周面の間の隙間に充填されたセラミック接着剤層124の上に円環状の薄板である分散室シールリング126が配置される。また、挿通管72aの内部に充填されたセラミック接着剤層128の上に中央シール板130が配置される(図24のステップS12)。各バスバー80は中央シール板130に設けられた穴を貫通される。これら分散室シールリング126及び中央シール板130は、セラミック接着剤の硬化時におけるクラックの発生を抑制するカバー部材として機能する。この状態で、組立体は、乾燥炉116(図18には図示せず)に入れられ、3回目の作業可能硬化工程が実施される(図24のステップS13)。この作業可能硬化工程においても、乾燥炉116内の温度は、図26の実線に示すように制御される。なお、本実施形態においては、3回目の作業可能硬化工程は、乾燥炉116内の温度を約80℃に維持する時間は、約45分に設定されている。3回目の作業可能硬化工程により、セラミック接着剤層124が硬化され、分散室底部材72と内側円筒部材64が気密的に接着、固定される。このように、燃料を導く流路の構成部品である分散室底部材72と内側円筒部材64の接合部がセラミック接着剤により気密的に接合される。また、セラミック接着剤層128も硬化され、各バスバー80が貫通した挿通管72aが気密的に閉鎖される。   Further, as shown in FIG. 18, the dispersion chamber which is an annular thin plate on the ceramic adhesive layer 124 filled in the gap between the outer peripheral surface of the dispersion chamber bottom member 72 and the inner peripheral surface of the inner cylindrical member 64. A seal ring 126 is disposed. Further, the central seal plate 130 is disposed on the ceramic adhesive layer 128 filled in the insertion tube 72a (step S12 in FIG. 24). Each bus bar 80 passes through a hole provided in the central seal plate 130. The dispersion chamber seal ring 126 and the central seal plate 130 function as a cover member that suppresses the generation of cracks when the ceramic adhesive is cured. In this state, the assembly is placed in a drying furnace 116 (not shown in FIG. 18), and a third workable curing process is performed (step S13 in FIG. 24). Also in this workable curing process, the temperature in the drying furnace 116 is controlled as shown by the solid line in FIG. In the present embodiment, in the third workable curing step, the time for maintaining the temperature in the drying furnace 116 at about 80 ° C. is set to about 45 minutes. In the third workable curing step, the ceramic adhesive layer 124 is cured, and the dispersion chamber bottom member 72 and the inner cylindrical member 64 are hermetically bonded and fixed. In this way, the joint between the dispersion chamber bottom member 72 and the inner cylindrical member 64, which are components of the flow path for guiding the fuel, is hermetically joined by the ceramic adhesive. The ceramic adhesive layer 128 is also cured, and the insertion tube 72a through which each bus bar 80 passes is hermetically closed.

これらのセラミック接着剤が硬化される際、分散室シールリング126及び中央シール板130は、各接着剤層の表面が急激に乾燥されるのを防止し、セラミック接着剤層124、128におけるクラックの発生を抑制する。また、内側円筒部材64と分散室底部材72の間の隙間に充填されたセラミック接着剤層124は、円環状であるため均等に加熱されながら硬化され、クラックの発生が抑制される。例えば、セラミック接着剤層が矩形状に形成されている場合、コーナー部と他の部分では、接着剤が硬化する速度が異なるため、先に乾燥、硬化した部分が、セラミック接着剤の収縮により引っ張られクラックが発生しやすくなる。また、コーナー部は、セラミック接着剤の収縮により発生する応力が集中しやすく、硬化する際にクラックが発生しやすい。これに対して、本実施形態においては、セラミック接着剤層124が円環状であるため、乾燥、硬化が均等に進むと共に、接着剤の収縮により発生する応力が集中しないので、セラミック接着剤層の硬化に伴うクラックの発生を抑制することができる。また、変形例として、セラミック接着剤層124を楕円環状に構成することもできる。   When these ceramic adhesives are cured, the dispersion chamber seal ring 126 and the central seal plate 130 prevent the surface of each adhesive layer from drying out rapidly, and cracks in the ceramic adhesive layers 124 and 128 are prevented. Suppresses the occurrence. Further, since the ceramic adhesive layer 124 filled in the gap between the inner cylindrical member 64 and the dispersion chamber bottom member 72 has an annular shape, the ceramic adhesive layer 124 is cured while being heated evenly and the generation of cracks is suppressed. For example, when the ceramic adhesive layer is formed in a rectangular shape, the speed at which the adhesive hardens is different between the corner and other parts, so the part that has been dried and hardened first is pulled by contraction of the ceramic adhesive. Cracks are likely to occur. Further, the corner portion tends to concentrate stress generated by the shrinkage of the ceramic adhesive, and easily cracks when cured. On the other hand, in this embodiment, since the ceramic adhesive layer 124 has an annular shape, drying and curing proceed uniformly, and stress generated by the shrinkage of the adhesive is not concentrated. Generation of cracks accompanying curing can be suppressed. As a modification, the ceramic adhesive layer 124 may be configured in an elliptical ring shape.

3回目の作業可能硬化工程終了後、組立体の上下が反転され、図19に示すように、集約室下部材18bから突出するように固定された各燃料電池セル16の先端部に集電体82が取り付けられる(図24のステップS14)。この集電体82により、各燃料電池セル16の先端部が電気的に接続される。さらに、集約室下部材18bの上方の開口部に集約室上部材18aが配置される。配置された集約室上部材18aの外周面と、集約室下部材18bの外周壁の内周面の間には円筒状(円環状)の隙間(図4)がある。次いで、この隙間に、接着剤注入装置114(図19には図示せず)により、セラミック接着剤層120aを充填する接着剤付着工程が実施される。セラミック接着剤層120aの上には、充填された接着剤を覆うように円環状の大径シールリング19aが配置される。また、集約室下部材18bの円筒部の外周面と、集約室上部材18aの中央の開口部の間にも円環状の隙間があり、接着剤注入装置114(図19には図示せず)により、この隙間にもセラミック接着剤層120bが充填される。セラミック接着剤層120bの上には、充填された接着剤を覆うように円環状の小径シールリング19bが配置される。これら大径シールリング19a及び小径シールリング19bは、セラミック接着剤の硬化時におけるクラックの発生を抑制するカバー部材として機能する。   After completion of the third workable curing step, the assembly is turned upside down, and as shown in FIG. 19, the current collector is attached to the tip of each fuel cell 16 fixed so as to protrude from the aggregation chamber lower member 18b. 82 is attached (step S14 in FIG. 24). By this current collector 82, the tip end portion of each fuel cell 16 is electrically connected. Further, the aggregation chamber upper member 18a is disposed in the opening above the aggregation chamber lower member 18b. There is a cylindrical (annular) gap (FIG. 4) between the outer peripheral surface of the arranged aggregation chamber upper member 18a and the inner peripheral surface of the outer peripheral wall of the aggregation chamber lower member 18b. Next, an adhesive attaching step for filling the ceramic adhesive layer 120a is performed in the gap by an adhesive injection device 114 (not shown in FIG. 19). An annular large-diameter seal ring 19a is disposed on the ceramic adhesive layer 120a so as to cover the filled adhesive. There is also an annular gap between the outer peripheral surface of the cylindrical portion of the aggregation chamber lower member 18b and the central opening of the aggregation chamber upper member 18a, and an adhesive injection device 114 (not shown in FIG. 19). Thus, this gap is also filled with the ceramic adhesive layer 120b. An annular small-diameter seal ring 19b is disposed on the ceramic adhesive layer 120b so as to cover the filled adhesive. The large-diameter seal ring 19a and the small-diameter seal ring 19b function as cover members that suppress the generation of cracks when the ceramic adhesive is cured.

なお、変形例として、集約室上部材18aと集約室下部材18bの間の隙間が楕円環状となるように、これらの部材を形成しておき、この隙間にセラミック接着剤を充填することにより、排気集約室18が構成されるように、本発明を構成することもできる。また、変形例として、集約室下部材18bの円筒部と、集約室上部材18aの開口部の隙間が楕円環状となるように、これらの部材を形成しておき、この隙間にセラミック接着剤を充填することにより、排気集約室18が構成されるように、本発明を構成することもできる。   As a modification, by forming these members so that the gap between the aggregation chamber upper member 18a and the aggregation chamber lower member 18b is elliptical, and filling this gap with a ceramic adhesive, The present invention can also be configured such that the exhaust collection chamber 18 is configured. As a modification, these members are formed so that the gap between the cylindrical portion of the aggregation chamber lower member 18b and the opening of the aggregation chamber upper member 18a is an elliptical ring, and a ceramic adhesive is applied to the gap. The present invention can also be configured such that the exhaust collecting chamber 18 is configured by filling.

この状態で、組立体は、再び乾燥炉116(図19には図示せず)に入れられ、4回目の作業可能硬化工程が実施される(図24のステップS15)。この作業可能硬化工程においても、乾燥炉116内の温度は、図26の実線に示すように制御される。なお、本実施形態においては、4回目の作業可能硬化工程は、乾燥炉116内の温度を約80℃に維持する時間は、約45分に設定されている。4回目の作業可能硬化工程により、排気集約室18の周囲部のセラミック接着剤層120a、及び排気集約室18の中央部のセラミック接着剤層120bが硬化される。この際、セラミック接着剤層120aの上に配置された大径シールリング19a、及びセラミック接着剤層120bの上に配置された小径シールリング19bは、作業可能硬化工程において、各セラミック接着剤層の表面の水分が急速に蒸発するのを防止する。これにより、セラミック接着剤層120a、120bにおけるクラックの発生を抑制することができ、接合部の気密性を確保することができる。このように、燃料を導く流路の構成部品である集約室上部材18aと集約室下部材18bの接合部がセラミック接着剤により気密的に接合される。なお、これまで3回の作業可能硬化工程により硬化された各セラミック接着剤層は、4回目の作業可能硬化工程において再び緩やかに加熱されるため、クラック発生の危険を回避しながら残留している水分が蒸発され、より安定した状態となる。   In this state, the assembly is again put in the drying furnace 116 (not shown in FIG. 19), and a fourth workable curing process is performed (step S15 in FIG. 24). Also in this workable curing process, the temperature in the drying furnace 116 is controlled as shown by the solid line in FIG. In the present embodiment, in the fourth workable curing step, the time for maintaining the temperature in the drying furnace 116 at about 80 ° C. is set to about 45 minutes. By the fourth workable curing step, the ceramic adhesive layer 120a around the exhaust aggregation chamber 18 and the ceramic adhesive layer 120b at the center of the exhaust aggregation chamber 18 are cured. At this time, the large-diameter seal ring 19a disposed on the ceramic adhesive layer 120a and the small-diameter seal ring 19b disposed on the ceramic adhesive layer 120b are formed in each workable curing process. Prevents surface moisture from evaporating rapidly. Thereby, generation | occurrence | production of the crack in ceramic adhesive bond layers 120a and 120b can be suppressed, and the airtightness of a junction part can be ensured. In this way, the joint portion between the aggregation chamber upper member 18a and the aggregation chamber lower member 18b, which are components of the flow path for guiding the fuel, is airtightly joined by the ceramic adhesive. In addition, since each ceramic adhesive layer hardened | cured by the workable hardening process of 3 times is heated gently again in the workable hardening process of the 4th time, it remains, avoiding the danger of a crack generation | occurrence | production. Moisture is evaporated and the state becomes more stable.

次に、図20に示すように、図19まで組み立てられた組立体の上方に、排気通路構成部材である内側円筒容器68及び供給通路構成部材である外側円筒容器70が被せられる(図24のステップS16)。内側円筒容器68及び外側円筒容器70は、溶接により結合された状態で組立体に取り付けられる。また、内側円筒容器68の外壁面下部には排ガス排出パイプ58が取り付けられ、内側天井面には酸化剤ガス噴射用パイプ74が取り付けられている。外側円筒容器70の外壁面下部には酸化剤ガス導入パイプ56が取り付けられている。また、内側円筒容器68及び外側円筒容器70を貫通するように、点火ヒーター62が取り付けられている。内側円筒容器68を組立体に被せることにより、外側円筒部材66の外周面と、内側円筒容器68の内周面の間に排ガス排出流路21(図2)が形成される。また、内側円筒容器68に取り付けられた酸化剤ガス噴射用パイプ74は、組立体の排気集約室18の中央の開口部を貫通される。   Next, as shown in FIG. 20, an inner cylindrical container 68 as an exhaust passage constituting member and an outer cylindrical container 70 as a supply passage constituting member are placed over the assembly assembled up to FIG. 19 (FIG. 24). Step S16). The inner cylindrical container 68 and the outer cylindrical container 70 are attached to the assembly while being joined together by welding. An exhaust gas discharge pipe 58 is attached to the lower part of the outer wall surface of the inner cylindrical container 68, and an oxidant gas injection pipe 74 is attached to the inner ceiling surface. An oxidant gas introduction pipe 56 is attached to the lower part of the outer wall surface of the outer cylindrical container 70. An ignition heater 62 is attached so as to penetrate the inner cylindrical container 68 and the outer cylindrical container 70. By covering the inner cylindrical container 68 on the assembly, the exhaust gas discharge passage 21 (FIG. 2) is formed between the outer peripheral surface of the outer cylindrical member 66 and the inner peripheral surface of the inner cylindrical container 68. The oxidant gas injection pipe 74 attached to the inner cylindrical container 68 passes through the central opening of the exhaust gas collecting chamber 18 of the assembly.

なお、変形例として、内側円筒容器68と外側円筒容器70がセラミック接着剤により接着されるように、本発明を構成することもできる。この場合には、内側円筒容器68と外側円筒容器70の間の円環状の隙間にセラミック接着剤を充填し、これらの部材を気密的に固定する。或いは、内側円筒容器と外側円筒容器の間の隙間が楕円環状となるように、これらの部材を構成し、この楕円環状の隙間にセラミック接着剤を充填し、これらの部材を気密的に固定するように、本発明を構成することもできる。   As a modification, the present invention can be configured such that the inner cylindrical container 68 and the outer cylindrical container 70 are bonded by a ceramic adhesive. In this case, the annular gap between the inner cylindrical container 68 and the outer cylindrical container 70 is filled with a ceramic adhesive, and these members are fixed in an airtight manner. Alternatively, these members are configured so that the gap between the inner cylindrical container and the outer cylindrical container becomes an elliptical annular shape, and the elliptical annular gap is filled with a ceramic adhesive to fix these members in an airtight manner. Thus, the present invention can also be configured.

図21に示すように、内側円筒容器68及び外側円筒容器70が被せられた組立体は再び上下反転される。ここで、外側円筒部材66の外壁面下部(図21における上部)には円環状の棚部材66aが溶接されており、この棚部材66aは、外側円筒部材66の外周面と内側円筒容器68の内周面の間の円環状の隙間を閉鎖する。この外側円筒部材66の外周面、内側円筒容器68の内周面、及び棚部材66aによって囲まれた円環状の空間に、接着剤付着工程として、接着剤注入装置114によりセラミック接着剤が充填される(図24のステップS17)。なお、変形例として、セラミック接着剤が充填される外側円筒部材と内側円筒容器の間の隙間が楕円環状となるように、外側円筒部材及び内側円筒容器を構成することもできる。   As shown in FIG. 21, the assembly covered with the inner cylindrical container 68 and the outer cylindrical container 70 is turned upside down again. Here, an annular shelf member 66 a is welded to the lower part of the outer wall surface of the outer cylindrical member 66 (upper part in FIG. 21). The shelf member 66 a is connected to the outer peripheral surface of the outer cylindrical member 66 and the inner cylindrical container 68. The annular gap between the inner peripheral surfaces is closed. A ceramic adhesive is filled into the annular space surrounded by the outer peripheral surface of the outer cylindrical member 66, the inner peripheral surface of the inner cylindrical container 68, and the shelf member 66a by the adhesive injection device 114 as an adhesive application step. (Step S17 in FIG. 24). As a modification, the outer cylindrical member and the inner cylindrical container can be configured so that the gap between the outer cylindrical member filled with the ceramic adhesive and the inner cylindrical container is an elliptical ring.

充填されたセラミック接着剤層132を覆うように、円環状の薄板である排気通路シールリング134が配置される。この排気通路シールリング134は、セラミック接着剤の硬化時におけるクラックの発生を抑制するカバー部材として機能する。この状態で、組立体は乾燥炉116(図21には図示せず)に入れられ、5回目の作業可能硬化工程が実施される(図24のステップS18)。   An exhaust passage seal ring 134 which is an annular thin plate is disposed so as to cover the filled ceramic adhesive layer 132. The exhaust passage seal ring 134 functions as a cover member that suppresses the generation of cracks when the ceramic adhesive is cured. In this state, the assembly is placed in a drying furnace 116 (not shown in FIG. 21), and a fifth workable curing process is performed (step S18 in FIG. 24).

この作業可能硬化工程においては、図26に示すように、乾燥炉116内の温度は、加熱制御装置116aにより、まず、常温から約120分で約60℃まで上昇され、次いで、約20分で約80℃まで上昇され、その後約60分間約80℃に維持される。約80℃の温度が維持された後、溶媒除去硬化工程として、図26に破線で示すように、乾燥炉116内の温度は約70分で約150℃まで上昇される。さらに、約150℃の温度が約60分維持された後、約60分で常温に戻される。   In this workable curing process, as shown in FIG. 26, the temperature in the drying furnace 116 is first raised from room temperature to about 60 ° C. in about 120 minutes by the heating controller 116a, and then in about 20 minutes. The temperature is raised to about 80 ° C. and then maintained at about 80 ° C. for about 60 minutes. After the temperature of about 80 ° C. is maintained, the temperature in the drying furnace 116 is raised to about 150 ° C. in about 70 minutes as shown by the broken line in FIG. Furthermore, after the temperature of about 150 ° C. is maintained for about 60 minutes, the temperature is returned to room temperature in about 60 minutes.

即ち、5回目の作業可能硬化工程を実施することにより、新しく充填されたセラミック接着剤層132が、加熱、硬化され、外側円筒部材66と内側円筒容器68が気密的に接着される。このように、酸化剤ガスを導く流路の構成部品である外側円筒部材66と内側円筒容器68の接合部がセラミック接着剤により気密的に接合される。この際の排気通路シールリング134の作用、及び円環状のセラミック接着剤層132による効果は、上述した分散室シールリング126及びセラミック接着剤層124と同様である。また、1乃至4回目の作業可能硬化工程において硬化されたセラミック接着剤層は、夫々複数回の作業可能硬化工程が施されるため、緩やかな乾燥が繰り返し施され、クラックが発生するリスクを回避しながらセラミック接着剤層は安定した状態となる。   That is, by performing the fifth workable curing step, the newly filled ceramic adhesive layer 132 is heated and cured, and the outer cylindrical member 66 and the inner cylindrical container 68 are hermetically bonded. In this way, the joint between the outer cylindrical member 66 and the inner cylindrical container 68 that are components of the flow path for guiding the oxidant gas is hermetically joined by the ceramic adhesive. The action of the exhaust passage seal ring 134 and the effect of the annular ceramic adhesive layer 132 at this time are the same as those of the dispersion chamber seal ring 126 and the ceramic adhesive layer 124 described above. In addition, the ceramic adhesive layer cured in the first to fourth workable curing processes is subjected to multiple workable curing processes, so that gentle drying is repeated repeatedly to avoid the risk of cracking. However, the ceramic adhesive layer is in a stable state.

特に、各燃料電池セル16と集約室下部材18bの間のセル接合部に対する作業可能硬化工程は、5回実施された作業可能硬化工程のうちの最初に実行される。また、最後に実施されたセル接合部に対する作業可能硬化工程、即ち、各燃料電池セル16と第1固定部材63の間の接合部に対する作業可能硬化工程(2回目の作業可能硬化工程)の後に、燃料電池セル16以外の構成部品の接合部に対する作業可能硬化工程が3回実施されている。このため、各セル接合部に対して4回以上作業可能硬化工程が実施され、各セル接合部のセラミック接着剤層は極めて安定した状態となる。これらのセル接合部は気密性が損なわれると大きな問題が発生するが、作業可能硬化工程を繰り返し施すことにより、確実に気密性を確保することができる。   In particular, the workable curing process for the cell junction between each fuel cell 16 and the aggregation chamber lower member 18b is performed first in the workable curing process performed five times. In addition, after the last workable curing step for the cell joint portion, that is, the workable hardening step for the joint portion between each fuel cell 16 and the first fixing member 63 (second workable hardening step). The workable curing process for the joints of the components other than the fuel battery cell 16 is performed three times. For this reason, the workable curing step is performed four or more times for each cell joint, and the ceramic adhesive layer of each cell joint is in a very stable state. These cell joints cause a serious problem when the airtightness is impaired, but the airtightness can be surely ensured by repeatedly performing the workable curing step.

また、セル接合部に対する作業可能硬化工程よりも後に実施される、外側円筒部材66と内側円筒容器68の間の接合部に対する作業可能硬化工程は、排気を導く排ガス排出流路21の気密性を確保するためのものであり、万一気密性が損なわれた場合でも、セル接合部の気密性が損なわれた場合よりも悪影響が少なくなる。さらに、上述した変形例のように、内側円筒容器68と外側円筒容器70をセラミック接着剤により接合した場合、この接合部に対する作業可能硬化工程は、セル接合部に対する作業可能硬化工程よりも後に実施される。内側円筒容器68と外側円筒容器70の接合部は、酸化剤ガス供給流路22の気密性を確保するためのものであり、万一気密性が損なわれた場合でも、セル接合部の気密性が損なわれた場合よりも悪影響が少なくなる。   In addition, the workable curing process for the joint between the outer cylindrical member 66 and the inner cylindrical container 68, which is performed after the workable curing process for the cell joint part, improves the airtightness of the exhaust gas discharge passage 21 that leads the exhaust. Even if the airtightness is impaired, the adverse effect is less than when the airtightness of the cell junction is impaired. Furthermore, when the inner cylindrical container 68 and the outer cylindrical container 70 are joined with a ceramic adhesive as in the above-described modification, the workable curing process for the joint is performed after the workable curing process for the cell joint. Is done. The joint part between the inner cylindrical container 68 and the outer cylindrical container 70 is for ensuring the airtightness of the oxidant gas supply flow path 22, and even if the airtightness is impaired, the airtightness of the cell joint part The adverse effect is less than when damage is lost.

最後の作業可能硬化工程である5回目の作業可能硬化工程を実施した後、引き続き溶媒除去硬化工程が実施される(図24のステップS19)。このように、接着剤付着工程と作業可能硬化工程が複数回繰り返された後、溶媒除去硬化工程が実施される。溶媒除去硬化工程は、作業可能硬化工程により脱水縮合反応が行われ、十分に硬化したセラミック接着剤層から、残留している水分を更に蒸発させ、固体酸化物型燃料電池装置1の起動工程における温度上昇に耐え得る状態まで乾燥させるものである。本実施形態においては、溶媒除去硬化工程は、乾燥炉116内の温度を約150℃とし、これを約180分維持することにより実施される。溶媒除去硬化工程を作業可能硬化工程よりも高い温度で実施することにより、短時間でセラミック接着剤層を起動工程における温度上昇に耐え得る状態まで乾燥させることができる。   After the fifth workable curing process, which is the last workable curing process, is performed, the solvent removal curing process is subsequently performed (step S19 in FIG. 24). Thus, after an adhesive agent adhesion process and a workable curing process are repeated a plurality of times, a solvent removal curing process is performed. In the solvent removal and curing step, the dehydration condensation reaction is performed by the workable curing step, and the remaining moisture is further evaporated from the fully cured ceramic adhesive layer, so that the solid oxide fuel cell device 1 is started. It is dried until it can withstand the temperature rise. In the present embodiment, the solvent removal curing step is performed by setting the temperature in the drying furnace 116 to about 150 ° C. and maintaining this for about 180 minutes. By carrying out the solvent removal curing process at a temperature higher than the workable curing process, the ceramic adhesive layer can be dried in a short time to a state that can withstand the temperature rise in the startup process.

このように、溶媒除去硬化工程は、作業可能硬化工程の温度よりも高く、固体酸化物型燃料電池装置1の発電運転時における温度よりも低い温度で実行されるのがよい。本実施形態において使用されているセラミック接着剤は、200℃以下の温度で起動工程における温度上昇に耐え得る状態まで乾燥させることができ、好ましくは、溶媒除去硬化工程は、100℃以上、200℃以下の温度で実行する。或いは、変形例として、溶媒除去硬化工程を、作業可能硬化工程と同程度の温度で、作業可能硬化工程よりも長時間行うことにより、セラミック接着剤層を起動工程における温度上昇に耐え得る状態まで乾燥させることもできる。   As described above, the solvent removal curing step is preferably performed at a temperature higher than the temperature of the workable curing step and lower than the temperature during the power generation operation of the solid oxide fuel cell device 1. The ceramic adhesive used in the present embodiment can be dried at a temperature of 200 ° C. or lower until it can withstand the temperature increase in the startup process. Preferably, the solvent removal curing step is performed at 100 ° C. or higher and 200 ° C. Run at the following temperature. Alternatively, as a modification, the solvent removal curing process is performed at a temperature similar to the workable curing process for a longer time than the workable curing process, so that the ceramic adhesive layer can withstand the temperature rise in the startup process. It can also be dried.

接着剤付着工程において充填されたセラミック接着剤は、少なくとも1回の作業可能硬化工程を経ているため、溶媒除去硬化工程において乾燥炉116の温度を約150℃まで上昇させても、セラミック接着剤層に大きなクラックが発生することはない。なお、溶媒除去硬化工程終了後も各セラミック接着剤層には水分が残留しているが、微量であるため、燃料電池モジュール2内を発電時の温度まで上昇させても、クラックの発生などのトラブルが発生することはない。また、本実施形態においては、溶媒除去硬化工程は、接着剤付着工程と作業可能硬化工程が複数回繰り返され、最後に作業可能硬化工程が実行された後、1回のみ実施されているが、製造工程の中で、複数回溶媒除去硬化工程を実施することもできる。   Since the ceramic adhesive filled in the adhesive attaching step has undergone at least one workable curing step, the ceramic adhesive layer can be obtained even if the temperature of the drying furnace 116 is increased to about 150 ° C. in the solvent removal curing step. No large cracks occur. In addition, although moisture remains in each ceramic adhesive layer even after the solvent removal and curing process is completed, even if the inside of the fuel cell module 2 is raised to the temperature at the time of power generation, the occurrence of cracks, etc. Trouble does not occur. Further, in the present embodiment, the solvent removal curing process is performed only once after the adhesive adhesion process and the workable curing process are repeated a plurality of times, and finally the workable curing process is executed. In the production process, the solvent removal and curing process can be carried out a plurality of times.

変形例として、図24のステップS15における作業可能硬化工程とステップS16の間に、溶媒除去硬化工程を追加することもできる。この変形例においては、追加される溶媒除去硬化工程は、第1溶媒除去硬化工程と第2溶媒除去硬化工程の2回に分けて実施される。
図28乃至図30は、本変形例による溶媒除去硬化工程を説明する図である。図28は本変形例における第1溶媒除去硬化工程を表す図であり、図29は第2溶媒除去硬化工程を表す図である。また、図30は、第2溶媒除去硬化工程における加熱方法を説明する図である。
As a modification, a solvent removal curing process may be added between the workable curing process in step S15 of FIG. 24 and step S16. In this modification, the added solvent removal / curing step is performed in two steps: a first solvent removal / curing step and a second solvent removal / curing step.
FIG. 28 to FIG. 30 are diagrams for explaining the solvent removal curing process according to this modification. FIG. 28 is a diagram illustrating a first solvent removal curing step in the present modification, and FIG. 29 is a diagram illustrating a second solvent removal curing step. Moreover, FIG. 30 is a figure explaining the heating method in a 2nd solvent removal hardening process.

まず、本変形例による製造方法を実施する場合には、図24のステップS15における4回目の作業可能硬化工程として、図28の前半部分の加熱を行う。即ち、ステップS14まで組み立てられた組立体を乾燥炉116に入れ、乾燥炉116内の温度を約60分間、約80℃に維持する。次いで、図28に示すように、第1溶媒除去硬化工程として、乾燥炉116内の温度を約70分間で約150℃まで上昇させ、この温度を約30分間維持した後、温度を低下させる。この第1溶媒除去硬化工程においては温度を約150℃まで上昇させるが、各セラミック接着剤層は少なくとも1回の作業可能硬化工程を経ているため、この加熱により、セラミック接着剤層に大きなクラックが発生することはない。   First, when the manufacturing method according to the present modification is performed, the first half of FIG. 28 is heated as the fourth workable curing step in step S15 of FIG. That is, the assembly assembled up to step S14 is put into the drying furnace 116, and the temperature in the drying furnace 116 is maintained at about 80 ° C. for about 60 minutes. Next, as shown in FIG. 28, as the first solvent removal curing step, the temperature in the drying furnace 116 is raised to about 150 ° C. in about 70 minutes, and after maintaining this temperature for about 30 minutes, the temperature is lowered. In this first solvent removal and curing step, the temperature is raised to about 150 ° C., but since each ceramic adhesive layer has undergone at least one workable curing step, this heating causes large cracks in the ceramic adhesive layer. It does not occur.

次に、図29に示す第2溶媒除去硬化工程を実施する。この第2溶媒除去硬化工程においては、発電室10内及び燃料電池セル16の温度を、発電運転時における温度、又はその近傍の温度まで上昇させる。また、第2溶媒除去硬化工程においては、組立体全体を乾燥炉116内で加熱するのではなく、図30に示すように、発電室10内に加熱された空気を送り込むことによって、発電室10内及び燃料電池セル16を加熱する。即ち、第2溶媒除去硬化工程においては、加熱空気導入管136が、排気集約室18中央の開口部を介して発電室10内に挿入される。第2溶媒除去硬化工程においては、加熱された空気が、加熱空気導入管136を介して発電室10内に導入される。導入された空気は、図30に実線の矢印で示すように、発電室10内の各燃料電池セル16を加熱した後、排気集約室18の外周と内側円筒部材64の内壁面との間の隙間を通って、組立体の外部に流出する。これにより、燃料電池セル16と第1固定部材63の接合部、集約室下部材18bと燃料電池セル16の接合部、集約室上部材18aと集約室下部材18bの接合部、及び分散室底部材72と内側円筒部材64の接合部の各セラミック接着剤層が加熱され、硬化したセラミック接着剤の内部に残留する溶媒が更に蒸発される。   Next, the second solvent removal curing step shown in FIG. 29 is performed. In the second solvent removal and curing step, the temperature of the power generation chamber 10 and the fuel cell 16 is increased to the temperature at the time of power generation operation or a temperature in the vicinity thereof. Further, in the second solvent removal and curing step, the entire assembly is not heated in the drying furnace 116, but is heated by feeding heated air into the power generation chamber 10 as shown in FIG. The inner and fuel cell 16 are heated. That is, in the second solvent removal and curing step, the heated air introduction pipe 136 is inserted into the power generation chamber 10 through the opening at the center of the exhaust concentration chamber 18. In the second solvent removal and curing step, heated air is introduced into the power generation chamber 10 via the heated air introduction pipe 136. The introduced air is heated between the outer periphery of the exhaust collecting chamber 18 and the inner wall surface of the inner cylindrical member 64 after each fuel cell 16 in the power generation chamber 10 is heated, as indicated by solid arrows in FIG. It flows out of the assembly through the gap. Thereby, the junction part of the fuel cell 16 and the first fixing member 63, the junction part of the aggregation chamber lower member 18b and the fuel cell 16, the junction part of the aggregation chamber upper member 18a and the aggregation chamber lower member 18b, and the bottom of the dispersion chamber Each ceramic adhesive layer at the joint between the material 72 and the inner cylindrical member 64 is heated, and the solvent remaining inside the cured ceramic adhesive is further evaporated.

また、加熱空気導入管136を介して発電室10内に導入される空気の温度は、固体酸化物型燃料電池装置1の発電運転時における温度まで、長い時間をかけて少しずつ上昇される。本変形例においては、図29に実線で示すように、加熱空気導入管136から導入される加熱用空気の温度は、導入開始から約3時間かけて約650℃まで上昇される。この温度上昇は、図29に一点鎖線で示す、固体酸化物型燃料電池装置1の起動工程における発電室10内の温度上昇よりも緩やかにされている。図29に示す例では、固体酸化物型燃料電池装置1の起動工程においては約2時間で、発電室10内の温度が約650℃まで温度上昇されるのに対し、第2溶媒除去硬化工程においては、供給される空気の温度が約3時間かけて約650℃まで温度上昇される。   In addition, the temperature of the air introduced into the power generation chamber 10 via the heated air introduction pipe 136 is gradually increased over a long time to the temperature during the power generation operation of the solid oxide fuel cell device 1. In this modification, as shown by a solid line in FIG. 29, the temperature of the heating air introduced from the heated air introduction pipe 136 is raised to about 650 ° C. over about 3 hours from the start of introduction. This temperature rise is made more gradual than the temperature rise in the power generation chamber 10 in the starting process of the solid oxide fuel cell device 1 shown by a one-dot chain line in FIG. In the example shown in FIG. 29, in the starting process of the solid oxide fuel cell device 1, the temperature in the power generation chamber 10 is increased to about 650 ° C. in about 2 hours, whereas the second solvent removal curing process is performed. , The temperature of the supplied air is raised to about 650 ° C. over about 3 hours.

このように緩やかに温度上昇させることにより、セラミック接着剤層に残留している溶媒は少しずつ加熱され、蒸発される。これにより、溶媒の急激な体積膨張及び蒸発による過剰なクラックの発生が抑制される。また、第2溶媒除去硬化工程により、発電室10内各部のセラミック接着剤層の温度は実際の発電運転時の温度まで上昇される。これにより、完成した固体酸化物型燃料電池装置1の実際の起動工程おいて急速に温度を上昇させた場合にも、セラミック接着剤層に過剰なクラックが発生しないことを、より確実に保証することができる。   By gradually raising the temperature in this way, the solvent remaining in the ceramic adhesive layer is gradually heated and evaporated. Thereby, generation | occurrence | production of the excessive crack by rapid volume expansion and evaporation of a solvent is suppressed. Moreover, the temperature of the ceramic adhesive layer of each part in the power generation chamber 10 is raised to the temperature during the actual power generation operation by the second solvent removal and curing step. Thereby, even when the temperature is rapidly increased in the actual start-up process of the completed solid oxide fuel cell device 1, it is more reliably guaranteed that excessive cracks do not occur in the ceramic adhesive layer. be able to.

また、発電室10内の温度を約650℃まで上昇させる第2溶媒除去硬化工程を、組み立て工程の最後(図24のステップS18の後)に行うのではなく、ステップS15の後で実施することにより、組み立て工程を簡略化することが可能になる。即ち、ステップS16において組み付けられる内側円筒容器68及び外側円筒容器70には、燃焼触媒60や点火ヒーター62、シースヒーター61、センサー等の機器が予め取り付けられており、これらの機器を内側円筒容器68及び外側円筒容器70の取り付けと同時に一回で組立体に取り付けることができる。ところが、これらの機器は約650℃の温度には耐えることができない(固体酸化物型燃料電池装置1の実際の発電運転時においては、これらの機器が取り付けられる箇所は約650℃までは温度上昇しない)。従って、内側円筒容器68及び外側円筒容器70の取り付けが完了した後で(図24のステップS18の後で)第2溶媒除去硬化工程を施すとすれば、点火ヒーター62等の機器は、後から別々に取り付ける必要があり、製造工程が複雑化する。   In addition, the second solvent removal curing process for raising the temperature in the power generation chamber 10 to about 650 ° C. is not performed at the end of the assembly process (after step S18 in FIG. 24), but is performed after step S15. As a result, the assembly process can be simplified. That is, devices such as a combustion catalyst 60, an ignition heater 62, a sheath heater 61, and a sensor are attached in advance to the inner cylindrical container 68 and the outer cylindrical container 70 assembled in step S16. And the outer cylindrical container 70 can be attached to the assembly at the same time. However, these devices cannot withstand a temperature of about 650 ° C. (In the actual power generation operation of the solid oxide fuel cell device 1, the temperature at which these devices are attached rises up to about 650 ° C. do not do). Therefore, if the second solvent removal curing process is performed after the inner cylindrical container 68 and the outer cylindrical container 70 have been attached (after step S18 in FIG. 24), the devices such as the ignition heater 62 will be installed later. It is necessary to install them separately, which complicates the manufacturing process.

一方、第2溶媒除去硬化工程においては、加熱空気導入管136からの加熱用空気の導入と並行して、燃料ガス供給パイプ90から不活性ガスが供給される。図29に波線の矢印で示すように、燃料ガス供給パイプ90から供給された不活性ガスは、燃料ガス供給流路20内を上端まで上昇した後、改質部94内を下降し、内側円筒部材64の下部に設けられた小穴64bを通って燃料ガス分散室76に流入する。燃料ガス分散室76に流入した不活性ガスは、燃料ガス分散室76の第1固定部材63に取り付けられた各燃料電池セル16の内側(燃料極側)を通って排気集約室18に流入する。排気集約室18に流入した不活性ガスは、排気集約室18の噴出口18dから噴出され、組立体の外部に流出する。   On the other hand, in the second solvent removal curing step, the inert gas is supplied from the fuel gas supply pipe 90 in parallel with the introduction of the heating air from the heated air introduction pipe 136. As indicated by the wavy arrow in FIG. 29, the inert gas supplied from the fuel gas supply pipe 90 rises to the upper end in the fuel gas supply flow path 20 and then descends in the reforming portion 94 to become the inner cylinder. It flows into the fuel gas dispersion chamber 76 through a small hole 64 b provided in the lower part of the member 64. The inert gas that has flowed into the fuel gas dispersion chamber 76 flows into the exhaust collecting chamber 18 through the inside (fuel electrode side) of each fuel cell 16 attached to the first fixing member 63 of the fuel gas dispersion chamber 76. . The inert gas that has flowed into the exhaust aggregation chamber 18 is ejected from the ejection port 18d of the exhaust aggregation chamber 18 and flows out of the assembly.

本変形例においては、不活性ガスとして窒素ガスが使用されている。また、各燃料電池セル16を内側からも加熱できるよう、導入する窒素ガスは加熱されている。このように、各燃料電池セル16に不活性ガスを導入して、各燃料電池セル16内及び改質部94内の酸化剤ガス(空気)を排出しておく。これにより、発電運転時の温度まで上昇させた際の、各燃料電池セル16の燃料極の酸化及び改質部94の改質触媒の酸化を防止することができる。また、第2溶媒除去硬化工程において、不活性ガスに代えて、水素ガスを燃料ガス供給パイプ90から供給することもできる。この場合には、水素ガスが、高温にされた各燃料電池セル16の燃料極側を通過するので、燃料極を還元させることができる。なお、第2溶媒除去硬化工程において、各燃料電池セル16の温度が十分に上昇するまでは、不活性ガスを供給しておき、温度が上昇した後、不活性ガスを水素ガスに切り換えることもできる。   In this modification, nitrogen gas is used as the inert gas. Further, the introduced nitrogen gas is heated so that each fuel cell 16 can also be heated from the inside. As described above, the inert gas is introduced into each fuel cell 16, and the oxidant gas (air) in each fuel cell 16 and the reforming unit 94 is discharged. Thereby, the oxidation of the fuel electrode of each fuel cell 16 and the oxidation of the reforming catalyst of the reforming unit 94 when the temperature is raised to the temperature during the power generation operation can be prevented. In the second solvent removal curing step, hydrogen gas can be supplied from the fuel gas supply pipe 90 instead of the inert gas. In this case, hydrogen gas passes through the fuel electrode side of each fuel cell 16 that has been heated to high temperature, so that the fuel electrode can be reduced. In the second solvent removal curing step, an inert gas may be supplied until the temperature of each fuel battery cell 16 is sufficiently increased, and after the temperature has increased, the inert gas may be switched to hydrogen gas. it can.

なお、本変形例において、第1溶媒除去硬化工程の後、温度を低下させることなく、第2溶媒除去硬化工程の温度まで温度を上昇させることもできる。この場合にも、不活性ガスを燃料ガス供給パイプ90から供給しておく必要がある。また、第1、第2溶媒除去硬化工程のうち、第1溶媒除去硬化工程を省略することもできる。この場合には、第2溶媒除去硬化工程において、供給する加熱空気の温度上昇を更に緩やかにし、4時間以上かけて温度を上昇させるのがよい。   In this modification, the temperature can also be increased to the temperature of the second solvent removal and curing step after the first solvent removal and curing step without reducing the temperature. Also in this case, it is necessary to supply the inert gas from the fuel gas supply pipe 90. Moreover, a 1st solvent removal hardening process can also be abbreviate | omitted among a 1st, 2nd solvent removal hardening process. In this case, in the second solvent removal curing step, it is preferable to further moderate the temperature rise of the supplied heated air and raise the temperature over 4 hours or more.

また、各燃料電池セル16の空気極側に酸化剤ガスが供給され、燃料極側に水素ガスが供給され、各燃料電池セル16の温度が十分に上昇されている状態においては、燃料電池セル16に接続された2本のバスバー80の間に電圧が発生する。このバスバー80間の電圧を測定することにより、各燃料電池セル16及び組立体の各接合部の良否を判定することができる。電圧の測定は、バスバー80の間に電流を流さない状態で行われる。各燃料電池セル16自体に不具合がある場合には、バスバー80間に発生する電圧が低下する。また、各燃料電池セル16と第1固定部材63の間の接合部、又は各燃料電池セル16と集約室下部材18bの間の接合部に大きな燃料漏れが発生している場合にも、燃料極に十分な燃料ガスが供給されないため、電圧が低下する。このように、第2溶媒除去硬化工程においては、各燃料電池セル16の燃料極の還元、及び固体酸化物型燃料電池装置1の半完成品の検査を同時に行うことができる。   Further, in the state where the oxidant gas is supplied to the air electrode side of each fuel battery cell 16 and the hydrogen gas is supplied to the fuel electrode side, and the temperature of each fuel battery cell 16 is sufficiently raised, the fuel battery cell A voltage is generated between the two bus bars 80 connected to 16. By measuring the voltage between the bus bars 80, it is possible to determine the quality of each fuel cell 16 and each joint portion of the assembly. The voltage is measured in a state where no current flows between the bus bars 80. When each fuel cell 16 itself has a problem, the voltage generated between the bus bars 80 decreases. In addition, even when a large fuel leak occurs at the joint between each fuel battery cell 16 and the first fixing member 63 or the joint between each fuel battery cell 16 and the aggregation chamber lower member 18b, the fuel Since sufficient fuel gas is not supplied to the pole, the voltage decreases. Thus, in the second solvent removal and curing step, the reduction of the fuel electrode of each fuel cell 16 and the inspection of the semi-finished product of the solid oxide fuel cell device 1 can be performed simultaneously.

また、本実施形態において設定されていた作業可能硬化工程の時間を変更することもできる。例えば、初期に実施される作業可能硬化工程の時間を、後で行われる作業可能硬化工程の時間よりも短くすることができる。初期に作業可能硬化工程が施される接合部は、後で施される接合部よりも多くの回数作業可能硬化工程が施されるので、作業可能硬化工程に要する時間を短縮しながら、クラック発生のリスクを十分に低減することができる。   Moreover, the time of the workable curing process set in the present embodiment can be changed. For example, the time of the workable curing process performed initially can be made shorter than the time of the workable curing process performed later. A joint that is initially subjected to a workable curing process is subjected to a workable curing process more times than a joint that is subsequently applied, so cracks occur while reducing the time required for the workable curing process. Risk can be sufficiently reduced.

以上の製造工程により、燃料電池セル収容容器8が完成された後、種々の部品を取り付け、固体酸化物型燃料電池装置1が完成される。また、上述した固体酸化物型燃料電池装置1の製造方法において使用された、下側ジグ110(第1位置決め装置)、上側ジグ112(第2位置決め装置)、接着剤注入装置114、乾燥炉116(接着剤硬化装置)、及び加熱制御装置116aは、固体酸化物型燃料電池装置の製造装置を構成する。   After the fuel cell storage container 8 is completed by the above manufacturing process, various components are attached, and the solid oxide fuel cell device 1 is completed. Further, the lower jig 110 (first positioning device), the upper jig 112 (second positioning device), the adhesive injection device 114, and the drying furnace 116 used in the manufacturing method of the solid oxide fuel cell device 1 described above. The (adhesive curing device) and the heating control device 116a constitute an apparatus for manufacturing a solid oxide fuel cell device.

本発明の実施形態の固体酸化物型燃料電池装置1の製造方法によれば、気密性の確保が極めて重要なセル接合部(燃料電池セル16と第1固定部材63の接合部、及び燃料電池セル16と集約室下部材18bの接合部)に対する作業可能硬化工程(図24のステップS6、S8)よりも後に、セル接合部以外の接合部(内側円筒部材64と分散室底部材72の接合部、及び外側円筒部材66と内側円筒容器68の接合部)に対する作業可能硬化工程(図24のステップS13、S18)が実施される。この結果、セル接合部には少なくとも3回の作業可能硬化工程が施されることとなり、組み立てに要する時間を延長することなく、セル接合部におけるセラミック接着剤層118、122にクラックが発生するリスクを著しく低減することができる。   According to the manufacturing method of the solid oxide fuel cell device 1 of the embodiment of the present invention, the cell junction (the junction between the fuel cell 16 and the first fixing member 63 and the fuel cell) in which it is extremely important to ensure airtightness. After the workable curing step (steps S6 and S8 in FIG. 24) for the cells 16 and the aggregation chamber lower member 18b), the junctions other than the cell junctions (joining of the inner cylindrical member 64 and the dispersion chamber bottom member 72). And the workable curing process (steps S13 and S18 in FIG. 24) for the outer portion and the outer cylindrical member 66 and the inner cylindrical container 68). As a result, the cell joint portion is subjected to at least three workable curing steps, and the risk of cracks occurring in the ceramic adhesive layers 118 and 122 in the cell joint portion without extending the time required for assembly. Can be significantly reduced.

また、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置1の製造方法によれば、最後のセル接合部(燃料電池セル16と第1固定部材63の接合部)に対する作業可能硬化工程(図24のステップS8)の後に、セル接合部以外の接合部に対する作業可能硬化工程(図24のステップS13、S15、S18)が3回(内側円筒部材64と分散室底部材72の接合部、集約室上部材18aと集約室下部材18bの接合部、及び外側円筒部材66と内側円筒容器68の接合部)実施されるので、セル接合部には最低4回の作業可能硬化工程が施されることとなり、セル接合部におけるクラックの発生のリスクを極小にすることができる。   Moreover, according to the manufacturing method of the solid oxide fuel cell device 1 of the present embodiment, a workable curing process (see FIG. 24) for the last cell junction (the junction of the fuel cell 16 and the first fixing member 63) After step S8), the workable curing process (steps S13, S15, and S18 in FIG. 24) for the joints other than the cell joints is performed three times (the joint between the inner cylindrical member 64 and the dispersion chamber bottom member 72, on the aggregation chamber). Since the joint portion between the member 18a and the aggregation chamber lower member 18b and the joint portion between the outer cylindrical member 66 and the inner cylindrical container 68 is performed, the cell joint portion is subjected to at least four workable curing steps. In addition, the risk of occurrence of cracks in the cell junction can be minimized.

さらに、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置1の製造方法によれば、セル接合部(燃料電池セル16と集約室下部材18bの接合部)に対する作業可能硬化工程(図24のステップS6)は最初に実行されるので、最初に接合されたセル接合部には最も多くの作業可能硬化工程が施されることとなり、そのセル接合部におけるクラックの発生のリスクを極小にすることができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing the solid oxide fuel cell device 1 of the present embodiment, a workable curing process (step S6 in FIG. 24) for the cell junction (the junction between the fuel cell 16 and the aggregation chamber lower member 18b). ) Is performed first, so that the first jointed cell joint is subjected to the most workable curing step, and the risk of cracking in the cell joint can be minimized. .

また、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置1の製造方法によれば、溶媒除去硬化工程は1回だけ実施される(図24のステップS19)ので、複数の作業可能硬化工程(図24のステップS6、S8、S13、S15、S18)において次の製造工程が実施可能な状態まで硬化された全てのセラミック接着剤層を、1回の溶媒除去硬化工程により起動工程における温度上昇に耐え得る状態まで乾燥させることができ、製造に要する時間を大幅に短縮することができる。   Moreover, according to the manufacturing method of the solid oxide fuel cell device 1 of the present embodiment, the solvent removal and curing process is performed only once (step S19 in FIG. 24), and thus a plurality of workable curing processes (FIG. 24). In step S6, S8, S13, S15, and S18), all the ceramic adhesive layers cured to the state where the next manufacturing process can be performed can withstand the temperature increase in the startup process by one solvent removal curing process. It can be dried to a state, and the time required for production can be greatly shortened.

さらに、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置1の製造方法において、最後に実施されたセル接合部に対する作業可能硬化工程(図24のステップS8)よりも後に、排気ガスを導く排ガス排出流路21を構成する構成部品の接合部(外側円筒部材66と内側円筒容器68の接合部)に対する作業可能硬化工程(図24のステップS18)が実施される。この接合部においては、仮にセラミック接着剤層にクラックが発生し、気密性が不十分であったとしても、燃料電池セル16の劣化や、著しい性能の低下を引き起こすことがなく、重大なトラブルを回避しながら製造に要する時間を短縮することができる。   Furthermore, in the method for manufacturing the solid oxide fuel cell device 1 of the present embodiment, the exhaust gas exhaust flow that guides the exhaust gas after the workable curing step (step S8 in FIG. 24) for the cell joint portion that was performed last. A workable curing step (step S18 in FIG. 24) is performed on a joint portion (joint portion between the outer cylindrical member 66 and the inner cylindrical container 68) of the components constituting the path 21. Even if the ceramic adhesive layer cracks at this joint, and the airtightness is insufficient, it does not cause deterioration of the fuel cell 16 or a significant decrease in performance. The time required for manufacturing can be shortened while avoiding.

また、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置1によれば、燃料電池モジュール2の最も内側の第1固定部材63に燃料電池セル16がセラミック接着剤により固定され、その外側に燃料ガス供給流路20が形成され、その外側に内側円筒容器68をセラミック接着剤により固定することにより排気ガスを排出する流路が形成される(図2)。セラミック接着剤を使用して、燃料電池モジュール2を内側から組み立てることにより、燃料電池セル16と第1固定部材63の間のセル接合部に対する作業可能硬化工程(図24のステップS8)が初期に実施され、その外側の内側円筒容器68のセラミック接着剤による接着が後で実施される(図24のステップS18)。このように構成された本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置1によれば、効率的な燃料電池モジュール2の組み立て手順を実行しながら、特に気密性の確保が必要なセル接合部に対して、セラミック接着剤の硬化工程を少なくとも4回施すことができ、効率的な組み立てと、十分な気密性の確保を両立することができる。   In addition, according to the solid oxide fuel cell device 1 of the present embodiment, the fuel cell 16 is fixed to the innermost first fixing member 63 of the fuel cell module 2 by the ceramic adhesive, and the fuel gas is supplied to the outside thereof. A flow path 20 is formed, and a flow path for discharging exhaust gas is formed on the outer side by fixing the inner cylindrical container 68 with a ceramic adhesive (FIG. 2). By assembling the fuel cell module 2 from the inside using a ceramic adhesive, a workable curing process (step S8 in FIG. 24) for the cell junction between the fuel cell 16 and the first fixing member 63 is initially performed. After that, the outer cylindrical container 68 is bonded later with a ceramic adhesive (step S18 in FIG. 24). According to the solid oxide fuel cell device 1 of the present embodiment configured in this way, while performing an efficient assembly procedure of the fuel cell module 2, it is particularly suitable for cell joints that need to ensure airtightness. Thus, the curing process of the ceramic adhesive can be performed at least four times, and both efficient assembly and sufficient airtightness can be ensured.

さらに、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置1の製造装置においては、加熱制御装置116aにより、セル接合部に対する作業可能硬化工程(図24のステップS6、S8)、その後の、セル接合部以外の接合部に対する溶媒除去硬化工程(図24のステップS13、S15、S18)、及び硬化されたセラミック接着剤に対する溶媒除去硬化工程(図24のステップS19)が実行される。この結果、セル接合部に複数回の作業可能硬化工程を施すことができると共に、複数の接合部に対し、同時に溶媒除去硬化工程を施すことができ、組み立てに要する時間を延長することなく、セル接合部におけるセラミック接着剤層にクラックが発生するリスクを著しく低減することができる。   Furthermore, in the manufacturing apparatus of the solid oxide fuel cell device 1 of the present embodiment, the work controllable curing process (steps S6 and S8 in FIG. 24) for the cell joint portion is performed by the heating control device 116a, and the cell joint portion thereafter. A solvent removal and curing process (steps S13, S15, and S18 in FIG. 24) for the other joints and a solvent removal and curing process (step S19 in FIG. 24) for the cured ceramic adhesive are performed. As a result, a plurality of workable curing steps can be performed on the cell joint, and a solvent removal curing step can be performed on the plurality of joints at the same time without extending the time required for assembly. The risk of cracks occurring in the ceramic adhesive layer at the joint can be significantly reduced.

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。
特に、上述した実施形態においては、各接合部に対する作業可能硬化工程が、集約室下部材18bと燃料電池セル16の接合部、燃料電池セル16と第1固定部材63の接合部、集約室上部材18aと集約室下部材18bの接合部、分散室底部材72と内側円筒部材64の接合部、外側円筒部材66と内側円筒容器68の接合部の順で実施されているが、変形例として、燃料電池セルを下端部から接合するように、本発明を構成することもできる。
As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, a various change can be added to embodiment mentioned above.
In particular, in the above-described embodiment, the workable curing process for each joint includes the joint between the aggregation chamber lower member 18b and the fuel cell 16, the joint between the fuel cell 16 and the first fixing member 63, and the aggregation chamber. It is carried out in the order of the joint portion between the member 18a and the aggregation chamber lower member 18b, the joint portion between the dispersion chamber bottom member 72 and the inner cylindrical member 64, and the joint portion between the outer cylindrical member 66 and the inner cylindrical container 68. The present invention can also be configured so that the fuel cells are joined from the lower end.

この場合には、1回目に燃料電池セル16と第1固定部材63の接合部、2回目に集約室下部材18bと燃料電池セル16の接合部、3回目に集約室上部材18aと集約室下部材18bの接合部、4回目に分散室底部材72と内側円筒部材64の接合部、5回目に外側円筒部材66と内側円筒容器68の接合部に対する作業可能硬化工程が実施される。この変形例によれば、燃料電池セルと他の構成部品を接合するセル接合部に対する作業可能硬化工程が、5回の作業可能硬化工程のうちの前半である1回目と2回目に実施されることとなる。これにより、気密性の確保が特に必要なセル接合部に対して、最も多くの回数の作業可能硬化工程が実施されることとなり、セル接合部における気密性を確実に確保することができる。   In this case, the junction between the fuel cell 16 and the first fixing member 63 for the first time, the junction between the aggregation chamber lower member 18b and the fuel cell 16 for the second time, and the aggregation chamber upper member 18a and the aggregation chamber for the third time. The workable curing process is performed on the joint of the lower member 18b and the joint of the dispersion chamber bottom member 72 and the inner cylindrical member 64 for the fourth time, and the joint of the outer cylindrical member 66 and the inner cylindrical container 68 for the fifth time. According to this modification, the workable curing process for the cell joint that joins the fuel cell and other components is performed in the first and second times which are the first half of the five workable curing processes. It will be. As a result, the workable curing step is performed the most number of times for the cell joint portion that particularly needs to ensure airtightness, and the airtightness in the cell joint portion can be reliably ensured.

1 固体酸化物型燃料電池装置
2 燃料電池モジュール
4 補機ユニット
7 断熱材
8 燃料電池セル収容容器
10 発電室
16 燃料電池セル
16a 単セル
18 排気集約室
18a 集約室上部材
18b 集約室下部材(第2固定部材)
18c 挿通穴
18d 噴出口
18e 接着剤充填枠
19a 大径シールリング
19b 小径シールリング
19c カバー部材
20 燃料ガス供給流路(燃料流路)
21 排ガス排出流路
22 酸化剤ガス供給流路
24 水供給源
26 純水タンク
28 水流量調整ユニット(水供給装置)
30 燃料供給源
34 熱交換器
35 電磁弁
36 脱硫器
38 燃料ブロア(燃料供給装置)
40 空気供給源
45 空気流量調整ユニット(酸化剤ガス供給装置)
50 温水製造装置
54 インバータ
56 酸化剤ガス導入パイプ(酸化剤ガス流入口)
58 排ガス排出パイプ(排ガス流出口)
60 燃焼触媒
61 シースヒーター
62 点火ヒーター
63 第1固定部材(分散室形成板)
63a 挿通穴
63b 接着剤充填枠
64 内側円筒部材(発電室構成部材)
64a 小穴
64b 小穴
64c ステー(位置決め部材)
64d 棚部材
65 中間円筒部材
66 外側円筒部材
66a 棚部材
67 カバー部材
68 内側円筒容器(排気通路構成部材)
70 外側円筒容器(供給通路構成部材)
72 分散室底部材
72a 挿通管(導電体通路)
72b 断熱材
72c フランジ部
74 酸化剤ガス噴射用パイプ
76 燃料ガス分散室
78 碍子
80 バスバー
82 集電体
86 蒸発部
86a 傾斜板
88 水供給パイプ
90 燃料ガス供給パイプ
92 燃料ガス供給流路隔壁
92a 噴射口
94 改質部
96 改質触媒
97 多孔質支持体
98 燃料極層
99 反応抑制層
100 固体電解質層
101 空気極層
102 インターコネクタ層
103a 電極層
103b 電極層
104a リード膜層
104b リード膜層
110 下側ジグ(第1位置決め装置)
110a 位置決シャフト
110b 基端面
112 上側ジグ(第2位置決め装置)
112a 円錐台
114 接着剤注入装置(接着剤付着装置)
116 乾燥炉(加熱装置、接着剤硬化装置)
116a 加熱制御装置
118 セラミック接着剤層
118a 隆起部
118b 垂下部
120a セラミック接着剤層
120b セラミック接着剤層
122 セラミック接着剤層
124 セラミック接着剤層
126 分散室シールリング
128 セラミック接着剤層
130 中央シール板
132 セラミック接着剤層
134 排気通路シールリング
136 加熱空気導入管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid oxide type fuel cell apparatus 2 Fuel cell module 4 Auxiliary machine unit 7 Heat insulating material 8 Fuel cell storage container 10 Power generation chamber 16 Fuel cell 16a Single cell 18 Exhaust concentration chamber 18a Aggregation chamber upper member 18b Aggregation chamber lower member ( Second fixing member)
18c Insertion hole 18d Spout 18e Adhesive filling frame 19a Large diameter seal ring 19b Small diameter seal ring 19c Cover member 20 Fuel gas supply channel (fuel channel)
21 Exhaust gas discharge passage 22 Oxidant gas supply passage 24 Water supply source 26 Pure water tank 28 Water flow rate adjustment unit (water supply device)
30 Fuel Supply Source 34 Heat Exchanger 35 Solenoid Valve 36 Desulfurizer 38 Fuel Blower (Fuel Supply Device)
40 Air supply source 45 Air flow rate adjustment unit (oxidant gas supply device)
50 Hot water production equipment 54 Inverter 56 Oxidant gas introduction pipe (oxidant gas inlet)
58 Exhaust gas exhaust pipe (exhaust gas outlet)
60 Combustion catalyst 61 Sheath heater 62 Ignition heater 63 First fixing member (dispersion chamber forming plate)
63a Insertion hole 63b Adhesive filling frame 64 Inner cylindrical member (power generation chamber constituting member)
64a Small hole 64b Small hole 64c Stay (positioning member)
64d Shelf member 65 Intermediate cylindrical member 66 Outer cylindrical member 66a Shelf member 67 Cover member 68 Inner cylindrical container (exhaust passage constituting member)
70 Outer cylindrical container (supply passage component)
72 Dispersion chamber bottom member 72a Insertion pipe (conductor passage)
72b Heat insulating material 72c Flange portion 74 Oxidant gas injection pipe 76 Fuel gas dispersion chamber 78 Insulator 80 Bus bar 82 Current collector 86 Evaporating portion 86a Inclined plate 88 Water supply pipe 90 Fuel gas supply pipe 92 Fuel gas supply flow path partition wall 92a Injection Port 94 Reforming part 96 Reforming catalyst 97 Porous support 98 Fuel electrode layer 99 Reaction suppression layer 100 Solid electrolyte layer 101 Air electrode layer 102 Interconnector layer 103a Electrode layer 103b Electrode layer 104a Lead film layer 104b Lead film layer 110 Below Side jig (first positioning device)
110a Positioning shaft 110b Base end face 112 Upper jig (second positioning device)
112a Frustum 114 Adhesive injection device (adhesive attachment device)
116 Drying furnace (heating device, adhesive curing device)
116a Heat control device 118 Ceramic adhesive layer 118a Raised portion 118b Hanging portion 120a Ceramic adhesive layer 120b Ceramic adhesive layer 122 Ceramic adhesive layer 124 Ceramic adhesive layer 126 Dispersion chamber seal ring 128 Ceramic adhesive layer 130 Central seal plate 132 Ceramic adhesive layer 134 Exhaust passage seal ring 136 Heated air introduction pipe

Claims (8)

燃料電池モジュールに収容された複数の燃料電池セルに燃料及び酸化剤ガスを供給して発電する固体酸化物型燃料電池装置の製造方法であって、
上記燃料電池モジュール内で燃料又は酸化剤ガスを導く流路が気密的に構成されるように、構成部品の接合部にセラミック接着剤を付着させる接着剤付着工程と、
上記接合部に付着されたセラミック接着剤を、次の製造工程が実施可能な状態まで硬化させる作業可能硬化工程と、
上記接着剤付着工程と上記作業可能硬化工程が複数回繰り返された後、上記作業可能硬化工程において硬化されたセラミック接着剤を、起動工程における温度上昇に耐え得る状態まで乾燥させる溶媒除去硬化工程と、を有し、
上記各燃料電池セルと他の構成部品の接合部であるセル接合部に複数回の上記作業可能硬化工程が施されるように、最後に実施された上記セル接合部に対する作業可能硬化工程よりも後に、上記燃料電池セル以外の構成部品の接合部に対する作業可能硬化工程が実施されることを特徴とする固体酸化物型燃料電池装置の製造方法。
A method of manufacturing a solid oxide fuel cell device that generates power by supplying fuel and an oxidant gas to a plurality of fuel cells accommodated in a fuel cell module,
An adhesive attachment step of attaching a ceramic adhesive to the joints of the component parts so that a flow path for guiding the fuel or oxidant gas in the fuel cell module is hermetically configured;
A workable curing process for curing the ceramic adhesive attached to the joint to a state where the next manufacturing process can be performed,
Solvent removal curing step for drying the ceramic adhesive cured in the workable curing step to a state that can withstand the temperature rise in the startup step after the adhesive attaching step and the workable curing step are repeated a plurality of times. Have
More than the workable curing step performed on the cell joint last performed so that the workable curing step is performed a plurality of times on the cell joint that is a joint between each fuel cell and other components. A method of manufacturing a solid oxide fuel cell device, wherein a workable curing step is performed on a joint portion of a component other than the fuel cell later.
上記燃料電池セル以外の構成部品の接合部に対する作業可能硬化工程が、最後に実施された上記セル接合部に対する作業可能硬化工程よりも後に、少なくとも2回実施される請求項1記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the workable curing step for the joint portion of the component parts other than the fuel cell is performed at least twice after the last workable hardening step for the cell joint portion. 上記セル接合部に対する作業可能硬化工程は、複数回実施される作業可能硬化工程のうちの前半に実行される請求項2記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 2, wherein the workable curing step for the cell joint portion is executed in the first half of the workable curing steps performed a plurality of times. 上記セル接合部に対する作業可能硬化工程は、複数回実施される作業可能硬化工程のうちの最初に実行される請求項3記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 3, wherein the workable curing step for the cell joint is performed first among the workable curing steps performed a plurality of times. 上記溶媒除去硬化工程は、最後に実行される作業可能硬化工程よりも後に、1回だけ実施される請求項1記載の製造方法。   The said solvent removal hardening process is a manufacturing method of Claim 1 implemented only once after the workable hardening process performed last. 最後に実施された上記セル接合部に対する作業可能硬化工程よりも後に実施される作業可能硬化工程は、酸化剤ガス又は排気ガスを導く流路を構成する構成部品の接合部に対する作業可能硬化工程である請求項2記載の製造方法。   The workable curing process performed after the last workable curing process for the cell joint is a workable curing process for the joints of the components constituting the flow path for guiding the oxidant gas or the exhaust gas. The manufacturing method according to claim 2. 燃料電池モジュールに収容された複数の燃料電池セルに燃料及び酸化剤ガスを供給して発電する固体酸化物型燃料電池装置であって、
上記複数の燃料電池セルを内側に収納する、両端部が開放された筒状の発電室構成部材と、
この発電室構成部材の外周に水蒸気改質用の触媒を配置することにより形成された改質部と、
この改質部を取り囲むように配置された筒状の部材により形成された環状の燃料流路と、
この燃料流路から供給された燃料を上記複数の燃料電池セルに分配する燃料ガス分散室を形成するように、上記発電室構成部材の内側に配置された分散室形成板と、を有し、
上記複数の燃料電池セルは、上記分散室形成板に形成された複数の挿通穴を、一端部が夫々貫通するように配置され、セラミック接着剤により上記分散室形成板に気密的に固定され、さらに、
上記発電室構成部材の一方の端部を覆うと共に、酸化剤ガスを排出する流路を上記燃料流路の周囲に形成するように配置され、セラミック接着剤により上記燃料流路の外側に気密的に固定された排気通路構成部材と、
この排気通路構成部材の外周に配置され、上記排気通路構成部材との間に酸化剤ガスを供給する流路を形成する供給通路構成部材と、
を有することを特徴とする固体酸化物型燃料電池装置。
A solid oxide fuel cell device that generates power by supplying fuel and oxidant gas to a plurality of fuel cells housed in a fuel cell module,
A cylindrical power generation chamber constituting member that houses the plurality of fuel cells inside and that is open at both ends;
A reforming section formed by disposing a steam reforming catalyst on the outer periphery of the power generation chamber constituting member;
An annular fuel flow path formed by a cylindrical member disposed so as to surround the reforming portion;
A dispersion chamber forming plate disposed inside the power generation chamber component so as to form a fuel gas dispersion chamber that distributes the fuel supplied from the fuel flow path to the plurality of fuel cells.
The plurality of fuel cells are arranged so that one end portions thereof penetrate through the plurality of insertion holes formed in the dispersion chamber forming plate, and are hermetically fixed to the dispersion chamber forming plate by a ceramic adhesive, further,
One end of the power generation chamber constituting member is covered, and a flow path for discharging the oxidant gas is formed around the fuel flow path, and is airtight outside the fuel flow path by a ceramic adhesive. An exhaust passage component fixed to
A supply passage constituting member disposed on the outer periphery of the exhaust passage constituting member and forming a flow path for supplying an oxidant gas to the exhaust passage constituting member;
A solid oxide fuel cell device comprising:
燃料電池モジュールに収容された複数の燃料電池セルに燃料及び酸化剤ガスを供給して発電する固体酸化物型燃料電池装置の製造装置であって、
上記燃料電池モジュール内で燃料又は酸化剤ガスを導く流路が気密的に構成されるように、構成部品の接合部にセラミック接着剤を付着させる接着剤付着装置と、
付着されたセラミック接着剤を、所定温度で所定時間加熱する加熱装置と、
この加熱装置を制御する加熱制御装置と、を有し、
上記加熱制御装置は、上記各燃料電池セルと他の構成部品の接合部であるセル接合部のセラミック接着剤を次の製造工程が実施可能な状態まで硬化させる作業可能硬化工程と、この作業可能硬化工程の後に実施される、上記燃料電池セル以外の構成部品の接合部に対する作業可能硬化工程と、これらの作業可能硬化工程の後、上記作業可能硬化工程において硬化されたセラミック接着剤を、起動工程における温度上昇に耐え得る状態まで乾燥させる溶媒除去硬化工程と、を実行するように上記加熱装置を制御することを特徴とする固体酸化物型燃料電池装置の製造装置。
An apparatus for manufacturing a solid oxide fuel cell device for generating power by supplying fuel and an oxidant gas to a plurality of fuel cells accommodated in a fuel cell module,
An adhesive attachment device that attaches a ceramic adhesive to the joints of the component parts so that the flow path for guiding the fuel or oxidant gas in the fuel cell module is hermetically configured;
A heating device for heating the adhered ceramic adhesive at a predetermined temperature for a predetermined time;
A heating control device for controlling the heating device,
The heating control device includes a workable curing process for curing the ceramic adhesive at the cell joint, which is a joint between each fuel cell and other components, to a state where the next manufacturing process can be performed, and this work is possible. Workable curing process for joints of components other than the above-described fuel cells performed after the curing process, and after these workable curing processes, the ceramic adhesive cured in the workable curing process is started. A device for manufacturing a solid oxide fuel cell device, wherein the heating device is controlled so as to perform a solvent removal and curing step of drying to a state capable of withstanding a temperature rise in the step.
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