JP2015185299A - Solid-state oxide type fuel battery stack, solid-state oxide type fuel battery module and solid-state oxide type fuel battery system - Google Patents

Solid-state oxide type fuel battery stack, solid-state oxide type fuel battery module and solid-state oxide type fuel battery system Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state oxide type fuel battery stack that is enhanced in assemblability.SOLUTION: A solid-state oxide type fuel battery stack 30 includes a base member 31, plural solid-state oxide type fuel battery cylindrical cells 33 each comprising an inner electrode layer which penetrates through the base member 31, erects from the bae member 31 and is formed in a cylindrical shape and through which one of fuel and oxidant gas flow from one end side to the other end side, and an outer electrode layer which is staked at the outside of the inner electrode layer and through which the other of the fuel and the oxidant gas flows from one end side to the other end side, a heat insulation member that is disposed in contact with a combustion portion 60 side of the base member 31 at which fuel off-gas and oxidant off-gas are combusted with each other, each solid-state oxide type fuel battery cylindrical cell 33 being press-fitted in each through-hole, thereby insulating heat from the other end side as the combustion end side and one end side, and connection members 34 which are electrically connected to the plural solid-state oxide type fuel battery cylindrical cells 33 in series, and partially come into contact with the combustion portion 60 side of the heat insulating member 32.

Description

本発明は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルが接続部材によって直列接続された固体酸化物形燃料電池スタック、固体酸化物形燃料電池モジュールおよび固体酸化物形燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell stack, a solid oxide fuel cell module, and a solid oxide fuel cell system in which a plurality of solid oxide fuel cell cylindrical cells are connected in series by connecting members.

固体酸化物形燃料電池スタックの一形式として、特許文献1に示されているものが知られている。特許文献1の図1に示されているように、固体酸化物形燃料電池スタックは、燃料電池容器1に収納された少なくとも空気極と電解質と燃料極を有する筒状両端開放の固体酸化物形燃料電池セル13と、酸化剤供給孔4を有する下部隔壁8と、上部隔壁14と、前記固体酸化物形燃料電池セル13の下方端5が前記下部隔壁8に設けられた前記酸化剤供給孔4と気密に接合された接合部7とを有し、前記固体酸化物形燃料電池セル13の上方端17が前記上部隔壁14を貫通し、前記燃料電池容器1と前記下部隔壁8および上部隔壁14で囲まれた発電室12に燃料ガスが供給され、前記酸化剤供給孔4から前記固体酸化物形燃料電池セル13の内側に酸化剤ガスが供給され、発電を行う筒状固体酸化物形燃料電池発電装置であって、前記接合部7周辺に伝熱遮蔽手段9が設けられている。   As a type of solid oxide fuel cell stack, the one shown in Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 1 of Patent Document 1, a solid oxide fuel cell stack is a solid oxide fuel cell stack having a cylindrical open end with at least an air electrode, an electrolyte, and a fuel electrode housed in a fuel cell container 1. The fuel cell 13, the lower partition wall 8 having the oxidant supply hole 4, the upper partition wall 14, and the oxidant supply hole in which the lower end 5 of the solid oxide fuel cell 13 is provided in the lower partition wall 8. 4 and a joint portion 7 hermetically joined to each other, and an upper end 17 of the solid oxide fuel cell 13 penetrates the upper partition wall 14, and the fuel cell container 1, the lower partition wall 8, and the upper partition wall A fuel gas is supplied to the power generation chamber 12 surrounded by 14, and an oxidant gas is supplied from the oxidant supply hole 4 to the inside of the solid oxide fuel cell 13, thereby generating a cylindrical solid oxide form. A fuel cell power generator, wherein the contact Heat transfer blocking means 9 is provided in section 7 around.

固体酸化物形燃料電池スタックの他の一形式として、特許文献2に示されているものが知られている。特許文献2の図4に示されているように、固体酸化物形燃料電池スタックは、ガス流路34を有する複数の燃料電池セル33を、厚みが2mm以上のセル支持板50aに形成された複数のセル挿入孔50a1にそれぞれ挿入接合して立設し、該燃料電池セル33が立設したセル支持板50aをマニホールド50に設けてなり、該マニホールド50内のガスが燃料電池セル33内のガス流路34を介して導出されることを特徴とする。   As another type of the solid oxide fuel cell stack, the one shown in Patent Document 2 is known. As shown in FIG. 4 of Patent Document 2, in the solid oxide fuel cell stack, a plurality of fuel cells 33 having gas flow paths 34 are formed on a cell support plate 50a having a thickness of 2 mm or more. Each of the cell insertion holes 50a1 is inserted and joined to stand upright, and a cell support plate 50a on which the fuel cell 33 is set up is provided in the manifold 50. The gas in the manifold 50 is contained in the fuel cell 33. It is derived through the gas flow path 34.

このように構成されている固体酸化物形燃料電池スタックの製法については、特許文献2の図5に示されているように、燃料電池セル33を、接合材からなる環状のガラスソケット75の孔に燃料電池セル33を挿入し、さらに燃料電池セル33をセル支持板50aのセル挿入孔50a1内に挿入し、燃料電池セル33のセル挿入孔50a1近傍にガラスソケット75が外嵌された状態で、ガラスソケット75を形成するガラスの軟化温度以上で加熱し、燃料電池セル33をセル支持板50aに接合し、セル支持板50aに燃料電池セル33を立設するようになっている。   As for the manufacturing method of the solid oxide fuel cell stack configured as described above, as shown in FIG. 5 of Patent Document 2, the fuel cell 33 is inserted into the hole of the annular glass socket 75 made of a bonding material. The fuel battery cell 33 is inserted into the cell support plate 50a and the fuel battery cell 33 is inserted into the cell insertion hole 50a1 of the cell support plate 50a, and the glass socket 75 is fitted around the cell insertion hole 50a1 of the fuel battery cell 33. The glass socket 75 is heated above the softening temperature of the glass, the fuel cell 33 is joined to the cell support plate 50a, and the fuel cell 33 is erected on the cell support plate 50a.

固体酸化物形燃料電池スタックの他の一形式として、特許文献3に示されているものが知られている。特許文献3の図5に示されているように、固体酸化物形燃料電池スタック(燃料電池セルスタック14)は、16本の燃料電池セルユニット16を備え、これらの燃料電池セルユニット16の下端側及び上端側が、それぞれ、セラミック製の下支持板68及び上支持板100により支持されている。これらの下支持板68及び上支持板100には、内側電極端子86が貫通可能な貫通穴68a及び100aがそれぞれ形成されている。燃料電池セルユニット16の両端部にある内側電極端子86と外側電極層92とは、この集電体102によって電気的に接続されている。   As another type of the solid oxide fuel cell stack, the one shown in Patent Document 3 is known. As shown in FIG. 5 of Patent Document 3, the solid oxide fuel cell stack (fuel cell stack 14) includes 16 fuel cell units 16, and lower ends of these fuel cell units 16. The side and the upper end side are supported by a ceramic lower support plate 68 and an upper support plate 100, respectively. The lower support plate 68 and the upper support plate 100 are formed with through holes 68a and 100a through which the inner electrode terminal 86 can pass. The inner electrode terminal 86 and the outer electrode layer 92 at both ends of the fuel cell unit 16 are electrically connected by the current collector 102.

特開2004−119300号公報JP 2004-119300 A 特開2005−158531号公報JP 2005-158531 A 特開2011−210632号公報JP 2011-210632 A

上述した特許文献1に記載されている固体酸化物形燃料電池スタックにおいては、前記固体酸化物形燃料電池セル13の下方端5が前記下部隔壁8に接合部7にて接続され、前記固体酸化物形燃料電池セル13の上方端17が前記上部隔壁14を貫通しているものの、固体酸化物形燃料電池セル13を下部隔壁8に組み付ける際には、該セル13を保持位置決めする治具が必要となる。また、上述した特許文献2に記載されている固体酸化物形燃料電池スタックにおいては、燃料電池セル33をセル支持板50aに組み付ける際に、燃料電池セル33をセル支持板50aのセル挿入孔50a1内に挿入することで径方向に位置決めできるものの長手方向に位置決めできない。さらに、上述した特許文献3に記載されている固体酸化物形燃料電池スタックにおいては、燃料電池セルユニット16、下支持板68、上支持板100および集電体102を組み立てる際には、保持位置決めする治具が必要となる。このように、いずれの固体酸化物形燃料電池スタックにおいても、固体酸化物形燃料電池スタックを組み立てる際には、固体酸化物形燃料電池スタック自体の組立性が悪いという問題があった。   In the solid oxide fuel cell stack described in Patent Document 1 described above, the lower end 5 of the solid oxide fuel cell 13 is connected to the lower partition wall 8 at a joint 7, and the solid oxide fuel cell stack is connected. Although the upper end 17 of the physical fuel cell 13 passes through the upper partition wall 14, when assembling the solid oxide fuel cell 13 to the lower partition wall 8, a jig for holding and positioning the cell 13 is provided. Necessary. In the solid oxide fuel cell stack described in Patent Document 2 described above, when the fuel cell 33 is assembled to the cell support plate 50a, the fuel cell 33 is inserted into the cell insertion hole 50a1 of the cell support plate 50a. Although it can be positioned in the radial direction by inserting it in, it cannot be positioned in the longitudinal direction. Furthermore, in the solid oxide fuel cell stack described in Patent Document 3 described above, when the fuel cell unit 16, the lower support plate 68, the upper support plate 100, and the current collector 102 are assembled, the holding positioning is performed. A jig is required. Thus, in any solid oxide fuel cell stack, when assembling the solid oxide fuel cell stack, there is a problem that the assemblability of the solid oxide fuel cell stack itself is poor.

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、固体酸化物形燃料電池スタック自体の組立性を向上することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to improve the assembly of the solid oxide fuel cell stack itself in the solid oxide fuel cell stack.

上記の課題を解決するため、請求項1に係る固体酸化物形燃料電池スタックの発明は、ベース部材と、ベース部材を貫通して該ベース部材に立設されて、筒状に形成され燃料および酸化剤ガスのうちいずれか一方が一端側から他端側に向けて流通する内側電極層と、内側電極層の外側に積層され燃料および酸化剤ガスのうちいずれか他方が一端側から他端側に向けて流通する外側電極層と、内側電極層と外側電極層の間に挟まれた電解質層を備えた複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルと、ベース部材の、燃料オフガスと酸化剤オフガスとが燃焼する燃焼部側に当接して配設されるとともに各固体酸化物形燃料電池筒状セルが各貫通穴にそれぞれ圧入されて、燃焼部側である他端側と一端側とを断熱する断熱部材と、固体酸化物形燃料電池筒状セルと、ベース部材に形成された貫通穴との間をシールするシール部材と、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルを電気的に直列接続するとともに、一の固体酸化物形燃料電池筒状セルの内側電極層に設けられた内側電極層被接続部と、一の固体酸化物形燃料電池筒状セルに電気的に隣り合う他の固体酸化物形燃料電池筒状セルの外側電極層に設けられた外側電極層被接続部と、を接続する接続部材であって、断熱部材の燃焼部側に一部が当接して配設される接続部材と、を備えている。   In order to solve the above-mentioned problems, a solid oxide fuel cell stack according to claim 1 includes a base member, a fuel that is formed in a cylindrical shape by standing through the base member and standing on the base member. An inner electrode layer in which either one of the oxidant gases flows from one end side to the other end side, and one of the fuel and the oxidant gas stacked on the outer side of the inner electrode layer from the one end side to the other end side A plurality of solid oxide fuel cell tubular cells having an outer electrode layer that circulates toward the inner surface, an electrolyte layer sandwiched between the inner electrode layer and the outer electrode layer, and a fuel offgas and an oxidant of the base member Each solid oxide fuel cell cylindrical cell is press-fitted into each through-hole and is disposed in contact with the combustion part side where off-gas burns. Thermal insulation member for thermal insulation and solid oxide fuel cell cylinder A sealing member that seals between the cell and a through hole formed in the base member, and a plurality of solid oxide fuel cell cylindrical cells are electrically connected in series, and one solid oxide fuel cell cylinder Inner electrode layer connected portion provided on the inner electrode layer of the cylindrical cell, and outer electrode layer of another solid oxide fuel cell cylindrical cell electrically adjacent to one solid oxide fuel cell cylindrical cell A connecting member that connects to the outer electrode layer connected portion provided on the heat insulating member, and a connecting member that is disposed in part in contact with the combustion portion side of the heat insulating member.

これによれば、各固体酸化物形燃料電池筒状セルは、断熱部材の各貫通穴にそれぞれ圧入されるため、治具などを使用せずとも仮止めが可能となる。したがって、固体酸化物形燃料電池筒状セルをベース部材に組み付ける際に、ベース部材の燃焼部側面に当接して配設される断熱部材に各固体酸化物形燃料電池筒状セルが仮止めされるため、固体酸化物形燃料電池筒状セルの径方向の位置決めはもちろん固体酸化物形燃料電池筒状セルの長手方向の位置決めも可能となり、固体酸化物形燃料電池筒状セルのベース部材に対する組付性を向上することができる。さらに、一の固体酸化物形燃料電池筒状セルと他の固体酸化物形燃料電池筒状セルとを接続する接続部材の一部が、断熱部材の燃焼部側に当接して配設することができるため、治具などを使用せずとも接続部材を固体酸化物形燃料電池筒状セルに対して正確に位置決めすることができる。よって、接続部材の固体酸化物形燃料電池筒状セルに対する組付性を向上することができる。したがって、固体酸化物形燃料電池スタック自体の組立性を向上することができる。   According to this, since each solid oxide fuel cell cylindrical cell is press-fitted into each through hole of the heat insulating member, it can be temporarily fixed without using a jig or the like. Therefore, when assembling the solid oxide fuel cell tubular cell to the base member, each solid oxide fuel cell tubular cell is temporarily fixed to the heat insulating member disposed in contact with the combustion portion side surface of the base member. Therefore, the positioning of the solid oxide fuel cell cylindrical cell in the radial direction is possible as well as the positioning of the solid oxide fuel cell cylindrical cell in the longitudinal direction, and the solid oxide fuel cell cylindrical cell can be positioned relative to the base member of the solid oxide fuel cell cylindrical cell. Assembling property can be improved. Furthermore, a part of the connecting member that connects one solid oxide fuel cell cylindrical cell and another solid oxide fuel cell cylindrical cell is disposed in contact with the combustion part side of the heat insulating member. Therefore, the connecting member can be accurately positioned with respect to the solid oxide fuel cell cylindrical cell without using a jig or the like. Therefore, the assembling property of the connecting member to the solid oxide fuel cell cylindrical cell can be improved. Therefore, the assemblability of the solid oxide fuel cell stack itself can be improved.

また請求項2に係る発明は、請求項1において、ベース部材に組付固定され、固体酸化物形燃料電池筒状セルの一端が当接して固体酸化物形燃料電池筒状セルを長手方向に位置決め支持する支持板をさらに備えている。
これによれば、固体酸化物形燃料電池筒状セルをベース部材に組み付ける際に、固体酸化物形燃料電池筒状セルの一端を支持板に当接させることで、固体酸化物形燃料電池筒状セルをより確実に長手方向に位置決めすることができる。よって、固体酸化物形燃料電池筒状セルのベース部材に対する組付性をより向上することができる。
The invention according to claim 2 is the assembly according to claim 1, wherein the solid oxide fuel cell cylindrical cell is attached and fixed to the base member, and one end of the solid oxide fuel cell cylindrical cell comes into contact with the longitudinal direction of the solid oxide fuel cell cylindrical cell. A support plate for positioning and supporting is further provided.
According to this, when the solid oxide fuel cell cylindrical cell is assembled to the base member, the solid oxide fuel cell cylinder is brought into contact with the support plate at one end of the solid oxide fuel cell cylindrical cell. The cell can be more reliably positioned in the longitudinal direction. Therefore, the assembly property with respect to the base member of the solid oxide fuel cell cylindrical cell can be further improved.

また請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2において、固体酸化物形燃料電池筒状セルは、外側電極層の他端側または一端側に外側電極層被接続部が形成されるとともに内側電極層の一端側または他端側に内側電極層被接続部が形成されている、一種類のタイプから構成されており、電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セルは、長手方向の取り付け向きが同一となるようにベース部材に配設され、接続部材は、一の固体酸化物形燃料電池筒状セルの外側電極層被接続部と、他の固体酸化物形燃料電池筒状セルの内側電極層被接続部とを接続するように構成されている。
これによれば、固体酸化物形燃料電池筒状セルが一種類のタイプから構成されている固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、固体酸化物形燃料電池スタック自体の組立性を向上することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the solid oxide fuel cell cylindrical cell according to the first or second aspect, the outer electrode layer connected portion is formed on the other end side or one end side of the outer electrode layer. The inner electrode layer connected portion is formed on one end side or the other end side of the inner electrode layer, and is composed of one type, and the electrically adjacent solid oxide fuel cell tubular cells are Arranged in the base member so that the mounting directions in the longitudinal direction are the same, the connecting members are the outer electrode layer connected portion of one solid oxide fuel cell cylindrical cell and the other solid oxide fuel cell It is comprised so that the inner side electrode layer to-be-connected part of a cylindrical cell may be connected.
According to this, in the solid oxide fuel cell stack in which the solid oxide fuel cell cylindrical cell is composed of one type, the assembly property of the solid oxide fuel cell stack itself can be improved. .

また請求項4に係る発明は、請求項1または請求項2において、固体酸化物形燃料電池筒状セルは、外側電極層の他端側に第一外側電極層被接続部が形成されるとともに内側電極層の一端側に第一内側電極層被接続部が形成されている第一タイプと、内側電極層の他端側に第二内側電極層被接続部が形成されるとともに外側電極層の一端側に第二外側電極層被接続部が形成されている第二タイプとの、二種類のタイプから構成されており、電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セルは、長手方向の取り付け向きが逆となるようにベース部材に配設され、接続部材は、一の第一タイプの固体酸化物形燃料電池筒状セルの外側電極層被接続部と、他の第二タイプの固体酸化物形燃料電池筒状セルの内側電極層被接続部とを接続するように構成されている。
これによれば、固体酸化物形燃料電池筒状セルが二種類のタイプから構成されている固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、固体酸化物形燃料電池スタック自体の組立性を向上することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the solid oxide fuel cell cylindrical cell according to the first or second aspect, the first outer electrode layer connected portion is formed on the other end side of the outer electrode layer. A first type in which a first inner electrode layer connected portion is formed on one end side of the inner electrode layer, and a second inner electrode layer connected portion is formed on the other end side of the inner electrode layer and the outer electrode layer It is composed of two types, the second type in which the second outer electrode layer connected portion is formed on one end side, and the electrically adjacent solid oxide fuel cell cylindrical cells are in the longitudinal direction. The connecting member is arranged on the base member so that the mounting direction of the first electrode is opposite, and the connecting member is connected to the outer electrode layer connected portion of one first type solid oxide fuel cell cylindrical cell and the other second type. It is configured to connect the inner electrode layer connected portion of the solid oxide fuel cell cylindrical cell. It is.
According to this, in the solid oxide fuel cell stack in which the solid oxide fuel cell cylindrical cell is composed of two types, the assemblability of the solid oxide fuel cell stack itself can be improved. .

また請求項5に係る発明は、請求項1または請求項2において、固体酸化物形燃料電池筒状セルは、内側電極層の一方の端部は露出するとともに、内側電極層の他方の端部は外側電極層により覆われており、かつ、内側電極層の一方の端部の露出部に内側電極層被接続部が形成されるとともに外側電極層の他方の端部に外側電極層被接続部が形成されており、接続部材は、内側電極層被接続部と電気的に接続される第一接続部と、外側電極層被接続部と電気的に接続される第二接続部と、第一接続部と第二接続部とを連結する連結部と、を備え、固体酸化物形燃料電池筒状セルは、内側電極層被接続部と接続部材の第一接続部との間に介在して、内側電極層被接続部と接続部材の第一接続部とを電気的に接続する第一本体部と、第一本体部に設けられて内側電極層内に形成された流路に連通する第一連通口部と、を備えた第一キャップと、外側電極層被接続部と接続部材の第二接続部との間に介在して、外側電極層被接続部と接続部材の第二接続部とを電気的に接続する第二本体部と、第二本体部に設けられて内側電極層内に形成された流路に連通する第二連通口部と、を備えた第二キャップと、をさらに備え、電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セルは、長手方向の取り付け向きが逆となるようにベース部材に配設され、第一キャップおよび第二キャップのうちベース部材に近い側の各キャップの連通口部が、ベース部材にそれぞれ形成された各貫通穴に貫通して設けられ、シール部材は、ベース部材に近い側のキャップの各連通口部と、各貫通穴との間をシールしている。
これによれば、固体酸化物形燃料電池筒状セルが一種類のタイプから構成されるとともに、固体酸化物形燃料電池筒状セルの両端部の一方に設けられる第一キャップと固体酸化物形燃料電池筒状セルの両端部の他方に設けられる第二キャップとを備えている固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、固体酸化物形燃料電池スタック自体の組立性を向上することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the solid oxide fuel cell cylindrical cell according to the first or second aspect, the one end of the inner electrode layer is exposed and the other end of the inner electrode layer is exposed. Is covered with an outer electrode layer, and an inner electrode layer connected portion is formed at an exposed portion of one end portion of the inner electrode layer, and an outer electrode layer connected portion is formed at the other end portion of the outer electrode layer. The connecting member includes a first connecting portion electrically connected to the inner electrode layer connected portion, a second connecting portion electrically connected to the outer electrode layer connected portion, and a first A connecting portion that connects the connecting portion and the second connecting portion, and the solid oxide fuel cell tubular cell is interposed between the inner electrode layer connected portion and the first connecting portion of the connecting member. The first body portion for electrically connecting the inner electrode layer connected portion and the first connection portion of the connecting member; and A first cap that is communicated with the flow path formed in the inner electrode layer, and between the outer electrode layer connected portion and the second connecting portion of the connecting member. A second body part that electrically connects the outer electrode layer connected part and the second connection part of the connecting member, and a flow path that is provided in the second body part and formed in the inner electrode layer. A second cap provided with a second communication port portion that communicates, and the electrically adjacent solid oxide fuel cell cylindrical cells have a base member so that the mounting direction in the longitudinal direction is reversed Of the first cap and the second cap, the communication port portion of each cap closer to the base member is provided through each through hole formed in the base member. Seals between each through hole of the cap on the side close to the member and each through hole. .
According to this, the solid oxide fuel cell cylindrical cell is composed of one type, and the first cap and the solid oxide type provided at one of both ends of the solid oxide fuel cell cylindrical cell. In the solid oxide fuel cell stack provided with the second cap provided at the other end of both ends of the fuel cell cylindrical cell, the assemblability of the solid oxide fuel cell stack itself can be improved.

また請求項6に係る固体酸化物形燃料電池モジュールの発明は、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池スタックと、固体酸化物形燃料電池スタックの燃焼ガスにより加熱され、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに供給された改質用燃料を予熱する蒸発部と、蒸発部から供給された水蒸気と改質用燃料の混合ガスとから燃料である改質ガスを生成する改質部と、を備えている。
これによれば、固体酸化物形燃料電池モジュールにおいて、上述した請求項1〜請求項5に記載の固体酸化物形燃料電池スタックに係る作用・効果を得ることができる。
The invention of a solid oxide fuel cell module according to claim 6 is the solid oxide fuel cell stack according to any one of claims 1 to 5 and combustion of the solid oxide fuel cell stack. An evaporation section that is heated by the gas to evaporate the supplied reforming water to generate steam and preheats the supplied reforming fuel, and a mixed gas of steam and reforming fuel supplied from the evaporation section; And a reforming section for generating reformed gas as fuel.
According to this, in the solid oxide fuel cell module, it is possible to obtain the operations and effects related to the solid oxide fuel cell stack according to claims 1 to 5 described above.

また請求項7に係る固体酸化物形燃料電池システムの発明は、発電ユニットと、貯湯水を貯湯する貯湯槽と、を備えている固体酸化物形燃料電池システムであって、発電ユニットは、請求項6に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールと、固体酸化物形燃料電池モジュールから排気される燃焼排ガスと貯湯槽から供給される貯湯水との間で熱交換を行い、燃焼排ガスを凝縮して凝縮水を排出する熱交換器と、熱交換器から排出される凝縮水を純水化する水タンクと、補機を駆動して固体酸化物形燃料電池システムの運転を制御する制御装置と、少なくとも固体酸化物形燃料電池モジュールから出力される直流電力を交流電力に変換して交流の系統電源に接続されている電源ラインに出力する電力変換装置と、を備えている。
これによれば、固体酸化物形燃料電池システムにおいて、上述した請求項1〜請求項5に記載の固体酸化物形燃料電池スタックに係る作用・効果を得ることができる。
The invention of a solid oxide fuel cell system according to claim 7 is a solid oxide fuel cell system comprising a power generation unit and a hot water storage tank for storing hot water. The heat exchange is performed between the solid oxide fuel cell module according to Item 6 and the combustion exhaust gas exhausted from the solid oxide fuel cell module and the hot water supplied from a hot water storage tank to condense the combustion exhaust gas. A heat exchanger that discharges condensed water, a water tank that purifies the condensed water discharged from the heat exchanger, and a controller that controls the operation of the solid oxide fuel cell system by driving an auxiliary device; And a power converter that converts at least DC power output from the solid oxide fuel cell module to AC power and outputs the AC power to a power supply line connected to an AC system power supply.
According to this, in the solid oxide fuel cell system, it is possible to obtain the operations and effects related to the solid oxide fuel cell stack according to claims 1 to 5 described above.

本発明による固体酸化物形燃料電池システムの第一実施形態の概要を示す概要図である。It is a schematic diagram showing an outline of a first embodiment of a solid oxide fuel cell system according to the present invention. 図1に示す固体酸化物形燃料電池モジュールを固体酸化物形燃料電池円筒セルの長手方向に沿った方向に切断した切断部端面図である。FIG. 2 is a cut end view of the solid oxide fuel cell module shown in FIG. 1 cut in a direction along the longitudinal direction of the solid oxide fuel cell cylindrical cell. 図2に示す固体酸化物形燃料電池スタックの空間内(特にカバー、蒸発部および改質部が未搭載である状態)を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing the inside of the solid oxide fuel cell stack shown in FIG. 2 (particularly, a state where a cover, an evaporation unit, and a reforming unit are not mounted). 図2に示す一組の第一タイプの固体酸化物形燃料電池筒状セルおよび第二タイプの固体酸化物形燃料電池筒状セルを示す側面図である。It is a side view which shows a set of 1st type solid oxide fuel cell cylindrical cell and 2nd type solid oxide fuel cell cylindrical cell shown in FIG. 図2に示す固体酸化物形燃料電池円筒セルの組付状態を示す固体酸化物形燃料電池円筒セルの長手方向に沿った部分拡大断面図である。FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view along the longitudinal direction of the solid oxide fuel cell cylindrical cell showing the assembled state of the solid oxide fuel cell cylindrical cell shown in FIG. 2. 図5に示す固体酸化物形燃料電池円筒セルと接続部材との接続部を示す固体酸化物形燃料電池円筒セルの径方向(長手方向と垂直な面に沿った方向)に沿った部分拡大断面図である。FIG. 5 is a partially enlarged cross section along the radial direction (direction along the plane perpendicular to the longitudinal direction) of the solid oxide fuel cell cylindrical cell showing the connection portion between the solid oxide fuel cell cylindrical cell and the connection member shown in FIG. FIG. 第二実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの固体酸化物形燃料電池モジュールを固体酸化物形燃料電池円筒セルの長手方向に沿った方向に切断した切断部端面図である。It is the cut part end elevation which cut | disconnected the solid oxide fuel cell module of the solid oxide fuel cell system which concerns on 2nd embodiment in the direction along the longitudinal direction of a solid oxide fuel cell cylindrical cell. 図7に示す固体酸化物形燃料電池筒状セルを示す側面図である。It is a side view which shows the solid oxide fuel cell cylindrical cell shown in FIG. 図7に示す固体酸化物形燃料電池円筒セルの組付状態を示す固体酸化物形燃料電池円筒セルの長手方向に沿った部分拡大断面図である。It is the elements on larger scale along the longitudinal direction of the solid oxide fuel cell cylindrical cell which shows the assembly | attachment state of the solid oxide fuel cell cylindrical cell shown in FIG. 図7に示す接続部材を示す上面図である。It is a top view which shows the connection member shown in FIG. 第三実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの固体酸化物形燃料電池モジュールを固体酸化物形燃料電池円筒セルの長手方向に沿った方向に切断した切断部端面図である。It is the cut part end elevation which cut | disconnected the solid oxide fuel cell module of the solid oxide fuel cell system which concerns on 3rd embodiment in the direction along the longitudinal direction of a solid oxide fuel cell cylindrical cell. 図11に示す接続部材を示す側面図である。It is a side view which shows the connection member shown in FIG. 図11に示す接続部材を示す上面図である。It is a top view which shows the connection member shown in FIG.

(第一実施形態)
以下、本発明による固体酸化物形燃料電池システムの第一実施形態について説明する。図1はこの固体酸化物形燃料電池システムの概要を示す概要図である。この固体酸化物形燃料電池システムは、発電ユニット10および貯湯槽21を備えている。
発電ユニット10は、固体酸化物形燃料電池モジュール11、熱交換器12、インバータ装置13、水タンク14、および制御装置15を備えている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a solid oxide fuel cell system according to the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of this solid oxide fuel cell system. This solid oxide fuel cell system includes a power generation unit 10 and a hot water storage tank 21.
The power generation unit 10 includes a solid oxide fuel cell module 11, a heat exchanger 12, an inverter device 13, a water tank 14, and a control device 15.

固体酸化物形燃料電池モジュール11は、後述するように固体酸化物形燃料電池スタック30を少なくとも含んで構成されるものである。固体酸化物形燃料電池モジュール11は、改質用原料、改質水およびカソードエアが供給されている。具体的には、固体酸化物形燃料電池モジュール11は、一端が供給源Gsに接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管11aの他端が接続されている。改質用原料供給管11aは、原料ポンプ11a1が設けられている。さらに、固体酸化物形燃料電池モジュール11は、一端が水タンク14に接続されて改質水が供給される水供給管11bの他端が接続されている。水供給管11bは、改質水ポンプ11b1が設けられている。さらに、固体酸化物形燃料電池モジュール11は、一端がカソードエアブロワ11c1に接続されてカソードエアが供給されるカソードエア供給管11cの他端が接続されている。   As will be described later, the solid oxide fuel cell module 11 includes at least a solid oxide fuel cell stack 30. The solid oxide fuel cell module 11 is supplied with raw materials for reforming, reforming water and cathode air. Specifically, the solid oxide fuel cell module 11 has one end connected to the supply source Gs and the other end of the reforming material supply pipe 11a to which the reforming material is supplied. The reforming material supply pipe 11a is provided with a material pump 11a1. Further, the solid oxide fuel cell module 11 has one end connected to the water tank 14 and the other end of the water supply pipe 11b to which reformed water is supplied. The water supply pipe 11b is provided with a reforming water pump 11b1. Further, the solid oxide fuel cell module 11 has one end connected to the cathode air blower 11c1 and the other end of the cathode air supply pipe 11c to which the cathode air is supplied.

熱交換器12は、固体酸化物形燃料電池モジュール11から排気される燃焼排ガスが供給されるとともに貯湯槽21からの貯湯水が供給され、燃焼排ガスと貯湯水とが熱交換する熱交換器である。具体的には、貯湯槽21は、貯湯水を貯湯するものであり、貯湯水が循環する(図にて矢印の方向に循環する)貯湯水循環ライン22が接続されている。貯湯水循環ライン22上には、下端から上端に向かって順番に貯湯水循環ポンプ22aおよび熱交換器12が配設されている。熱交換器12は、固体酸化物形燃料電池モジュール11からの排気管11dが接続(貫設)されている。熱交換器12は、水タンク14に接続されている凝縮水供給管12aが接続されている。   The heat exchanger 12 is a heat exchanger in which combustion exhaust gas exhausted from the solid oxide fuel cell module 11 is supplied and hot water stored in the hot water storage tank 21 is supplied, and heat is exchanged between the combustion exhaust gas and the hot water storage. is there. Specifically, the hot water storage tank 21 stores hot water, and is connected to a hot water circulation line 22 through which the hot water circulates (circulates in the direction of the arrow in the figure). A hot water circulation pump 22a and the heat exchanger 12 are arranged on the hot water circulation line 22 in order from the lower end to the upper end. The heat exchanger 12 is connected (penetrated) with an exhaust pipe 11 d from the solid oxide fuel cell module 11. The heat exchanger 12 is connected to a condensed water supply pipe 12 a connected to the water tank 14.

熱交換器12において、固体酸化物形燃料電池モジュール11からの燃焼排ガスは、排気管11dを通って熱交換器12内に導入され、貯湯水との間で熱交換が行われ凝縮されるとともに冷却される。凝縮後の燃焼排ガスは排気管11dを通って外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管12aを通って水タンク14に供給される。なお、水タンク14は、凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化するようになっている。   In the heat exchanger 12, the combustion exhaust gas from the solid oxide fuel cell module 11 is introduced into the heat exchanger 12 through the exhaust pipe 11d, and is exchanged with the hot water and condensed. To be cooled. The condensed combustion exhaust gas is discharged to the outside through the exhaust pipe 11d. Moreover, the condensed condensed water is supplied to the water tank 14 through the condensed water supply pipe 12a. The water tank 14 purifies the condensed water with ion exchange resin.

上述した熱交換器12、貯湯槽21および貯湯水循環ライン22から、排熱回収システム20が構成されている。排熱回収システム20は、固体酸化物形燃料電池モジュール11の排熱を貯湯水に回収して蓄える。   The heat exchanger 12, the hot water tank 21, and the hot water circulation line 22 described above constitute an exhaust heat recovery system 20. The exhaust heat recovery system 20 recovers and stores the exhaust heat of the solid oxide fuel cell module 11 in hot water storage.

さらに、インバータ装置13(電力変換装置に相当する)、固体酸化物形燃料電池スタック30から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して、交流の系統電源16aおよび外部電力負荷16c(例えば電化製品)に接続されている電源ライン16bに出力する。また、インバータ装置13は、系統電源16aからの交流電圧を電源ライン16bを介して入力し所定の直流電圧に変換して補機(各ポンプ、ブロワなど)や制御装置15に出力する。なお、制御装置15は、補機を駆動して固体酸化物形燃料電池システムの運転を制御する。   Furthermore, the inverter device 13 (corresponding to a power converter) and the DC voltage output from the solid oxide fuel cell stack 30 are input and converted into a predetermined AC voltage, and the AC system power supply 16a and the external power load 16c are converted. Output to the power supply line 16b connected to (for example, an electrical appliance). Further, the inverter device 13 receives an AC voltage from the system power supply 16 a via the power supply line 16 b, converts it to a predetermined DC voltage, and outputs it to the auxiliary machines (each pump, blower, etc.) and the control device 15. The controller 15 controls the operation of the solid oxide fuel cell system by driving an auxiliary machine.

固体酸化物形燃料電池モジュール11は、図2に示すように、固体酸化物形燃料電池スタック30、蒸発部40、および改質部50を備えている。固体酸化物形燃料電池スタック30は、ベース部材31、断熱部材32、固体酸化物形燃料電池円筒セル33(固体酸化物形燃料電池筒状セルに相当する)、接続部材34、カバー35、アノードガスマニホールド36、およびカソードガスマニホールド37を備えている。   As illustrated in FIG. 2, the solid oxide fuel cell module 11 includes a solid oxide fuel cell stack 30, an evaporation unit 40, and a reforming unit 50. The solid oxide fuel cell stack 30 includes a base member 31, a heat insulating member 32, a solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 (corresponding to a solid oxide fuel cell cylindrical cell), a connection member 34, a cover 35, and an anode. A gas manifold 36 and a cathode gas manifold 37 are provided.

ベース部材31は、金属材(例えば、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、クロム−鉄−イットリア合金などが用いられるが、特にフェライト系ステンレス鋼が好適である。)で方形状の板状に形成されている。ベース部材31の上面には、断熱部材32が設けられている。断熱部材32は、後述する燃焼部60側である他端側と一端側とを断熱する。さらに断熱部材32は、ベース部材31と、固体酸化物形燃料電池円筒セル33および接続部材34とを絶縁する。断熱部材32は、絶縁性、断熱性および柔軟性(弾性)を有する材料(例えば、アルミナ、マグネシア、シリカあるいはそれらの混合材料を原料としたセラミック)で方形状の板状に形成されている。断熱部材32は、ベース部材31側の温度が所定温度以下となるように、厚みおよび材料が決定されている。所定温度は、シール部材31bの耐熱温度以下であることが望ましい。本実施形態では、シール部材31bは柔軟性のあるシリコーン系のシール材料であり、その耐熱温度は例えば200℃である。断熱部材32は、ベース部材31の中央部、すなわち固体酸化物形燃料電池円筒セル33の立設範囲に配置されている。この立設範囲に複数の貫通穴32aが形成されている。断熱部材32は柔軟性を有しているため、貫通穴32aを固体酸化物形燃料電池円筒セル33より若干小径としても、固体酸化物形燃料電池円筒セル33を貫通穴32aに圧入することが可能となる。
断熱部材32は、ベース部材31の上面に当接して設置されている。断熱部材32の上面には、接続部材34の少なくとも一部が当接して設置されている。断熱部材32は、接続部材34の高さ方向(固体酸化物形燃料電池円筒セル33の長手方向に沿った方向)の位置決め用治具として使用されている。
The base member 31 is a metal plate (for example, ferritic stainless steel, austenitic stainless steel, chrome-iron-yttria alloy, etc., but ferritic stainless steel is particularly suitable) and has a square plate shape. Is formed. A heat insulating member 32 is provided on the upper surface of the base member 31. The heat insulation member 32 insulates the other end side and one end side which are the combustion part 60 side mentioned later. Further, the heat insulating member 32 insulates the base member 31 from the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 and the connecting member 34. The heat insulating member 32 is formed in a rectangular plate shape from a material having insulating properties, heat insulating properties, and flexibility (elasticity) (for example, ceramic made from alumina, magnesia, silica, or a mixed material thereof). The thickness and material of the heat insulating member 32 are determined so that the temperature on the base member 31 side is equal to or lower than a predetermined temperature. The predetermined temperature is desirably equal to or lower than the heat resistant temperature of the seal member 31b. In this embodiment, the sealing member 31b is a flexible silicone-based sealing material, and its heat resistant temperature is, for example, 200 ° C. The heat insulating member 32 is disposed in the central portion of the base member 31, that is, in the standing range of the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33. A plurality of through holes 32a are formed in this standing range. Since the heat insulating member 32 has flexibility, the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 can be press-fitted into the through hole 32a even if the through hole 32a has a slightly smaller diameter than the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33. It becomes possible.
The heat insulating member 32 is placed in contact with the upper surface of the base member 31. On the upper surface of the heat insulating member 32, at least a part of the connecting member 34 is placed in contact. The heat insulating member 32 is used as a positioning jig in the height direction of the connecting member 34 (the direction along the longitudinal direction of the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33).

固体酸化物形燃料電池円筒セル33は、円筒状に形成されたセルである。固体酸化物形燃料電池円筒セル33は、基本的には、径方向に内側から順番に積層された燃料極層33a、電解質層33b、反応防止層(図示省略)および空気極層33cから構成されている。反応防止層は、例えば、GDC(ガドリニウムドープセリア)、YDC(イットリアドープセリア)、SDC(サマリウムドープセリア)等の希土類をドープしたセリア混合体を用いている。燃料極層33aは、筒状に形成され燃料および酸化剤ガスのうちいずれか一方が一端側(下端側)から他端側(上端側)に向けて流通する内側電極層である。空気極層33cは、燃料極層33aの外側に積層され燃料および酸化剤ガスのうちいずれか他方が一端側から他端側に向けて流通する外側電極層である。   The solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is a cell formed in a cylindrical shape. The solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is basically composed of a fuel electrode layer 33a, an electrolyte layer 33b, a reaction preventing layer (not shown), and an air electrode layer 33c, which are stacked in order from the inside in the radial direction. ing. As the reaction preventing layer, for example, a ceria mixture doped with rare earth such as GDC (gadolinium doped ceria), YDC (yttria doped ceria), SDC (samarium doped ceria), or the like is used. The fuel electrode layer 33a is an inner electrode layer that is formed in a cylindrical shape and in which one of the fuel and the oxidant gas flows from one end side (lower end side) to the other end side (upper end side). The air electrode layer 33c is an outer electrode layer that is laminated on the outer side of the fuel electrode layer 33a and in which one of the fuel and the oxidant gas flows from one end side to the other end side.

燃料極層33aは、例えば、NiやFeなどの触媒金属とY、Sc、Ceなどの希土類元素から選ばれる少なくとも1種をドープした安定化ジルコニアとの混合体、NiやFeなどの触媒金属とGdやY、Smなどの希土類元素から少なくとも1種をドープしたセリアとの混合体、NiやFeなどの触媒金属とSr、Mg、Co、Fe、Cuから選ばれる少なくとも1種をドープしたランタンガレートとの混合体の少なくとも1種から形成されている。   The fuel electrode layer 33a includes, for example, a mixture of a catalytic metal such as Ni or Fe and a stabilized zirconia doped with at least one selected from rare earth elements such as Y, Sc, and Ce, and a catalytic metal such as Ni and Fe. Mixtures of rare earth elements such as Gd, Y and Sm with ceria doped with at least one kind, lanthanum gallate doped with catalytic metals such as Ni and Fe and at least one kind selected from Sr, Mg, Co, Fe and Cu And at least one kind of mixture.

電解質層33bは、例えばY、Sc、Ceなどの希土類元素から選ばれる少なくとも1種をドープした安定化ジルコニア、GdやY、Smなどの希土類元素から少なくとも1種をドープしたセリア、NiとSr、Mg、Co、Fe、Cuから選ばれる少なくとも1種をドープしたランタンガレートの少なくとも1種から形成される。   The electrolyte layer 33b includes, for example, stabilized zirconia doped with at least one selected from rare earth elements such as Y, Sc, and Ce, ceria doped with at least one selected from rare earth elements such as Gd, Y, and Sm, Ni and Sr, It is formed from at least one lanthanum gallate doped with at least one selected from Mg, Co, Fe, and Cu.

空気極層33cは、例えば、Sr、Caから選ばれた少なくとも1種をドープしたランタンマンガナイト、Sr、Co、Ni、Cuから選ばれた少なくとも1種をドープしたランタンフェライト、Sr、Fe、Ni、Cuから選ばれた少なくとも1種をドープしたランタンコバルタイト、Sr、Feから選ばれた少なくとも1種をドープしたバリウムコバルタイト、銀、銀−パラジウム合金、白金などの少なくとも1種から形成される。   The air electrode layer 33c includes, for example, lanthanum manganite doped with at least one selected from Sr and Ca, lanthanum ferrite doped with at least one selected from Sr, Co, Ni, and Cu, Sr, Fe, Ni , Lanthanum cobaltite doped with at least one selected from Cu, barium cobaltite doped with at least one selected from Sr, Fe, silver, silver-palladium alloy, platinum, etc. .

固体酸化物形燃料電池円筒セル33は、図4に示すように、2つのタイプから構成されている。一方の第一タイプ33−A(図4にて右側に示す)は、空気極層33cの他端側(上端側)に第一空気極層被接続部33c1(第一外側電極層被接続部に相当する)が形成されるとともに燃料極層33aの一端側(下端側)に第一燃料極層被接続部33a1(第一内側電極層被接続部に相当する)が形成されている。第一燃料極層被接続部33a1の部位には、電解質層33bおよび空気極層33cは形成されておらず、燃料極層33aのみが設けられている。尚、前記第一空気極層被接続部と前記第一燃料極層被接続部の位置は端側ではなく、固体酸化物形燃料電池円筒セル33の長手方向の所定の位置にあってもよい。   The solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is composed of two types as shown in FIG. One first type 33-A (shown on the right side in FIG. 4) has a first air electrode layer connected portion 33c1 (first outer electrode layer connected portion) on the other end side (upper end side) of the air electrode layer 33c. And a first fuel electrode layer connected portion 33a1 (corresponding to a first inner electrode layer connected portion) is formed on one end side (lower end side) of the fuel electrode layer 33a. The electrolyte layer 33b and the air electrode layer 33c are not formed at the site of the first fuel electrode layer connected portion 33a1, but only the fuel electrode layer 33a is provided. The positions of the first air electrode layer connected portion and the first fuel electrode layer connected portion may not be on the end side, but may be at predetermined positions in the longitudinal direction of the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33. .

他方の第2タイプ33−B(図4にて左側に示す)は、燃料極層33aの他端側に第二燃料極層被接続部33a2(第二内側電極層被接続部に相当する)が形成されるとともに空気極層33cの一端側に第二空気極層被接続部33c2(第二外側電極層被接続部)が形成されている。第二燃料極層被接続部33a2の部位には、電解質層33bおよび空気極層33cは形成されておらず、燃料極層33aのみが設けられている。尚、前記第二燃料極層被接続部と前記第二空気極層被接続部の位置は端側ではなく、固体酸化物形燃料電池円筒セル33の長手方向の所定の位置にあってもよい。
なお、両タイプ33−A,33−Bの一端側であって、第一燃料極層被接続部33a1および第二空気極層被接続部33c2より一端側には、空気極層33cが形成されていない。また、本実施形態では、固体酸化物形燃料電池円筒セル33は円筒形に形成されているが、筒状であれば、断面方形に形成するようにしてもよい。
The other second type 33-B (shown on the left side in FIG. 4) is a second fuel electrode layer connected portion 33a2 (corresponding to a second inner electrode layer connected portion) on the other end side of the fuel electrode layer 33a. And a second air electrode layer connected portion 33c2 (second outer electrode layer connected portion) is formed on one end side of the air electrode layer 33c. The electrolyte layer 33b and the air electrode layer 33c are not formed at the site of the second fuel electrode layer connected portion 33a2, and only the fuel electrode layer 33a is provided. The positions of the second fuel electrode layer connected portion and the second air electrode layer connected portion may not be on the end side, but may be at predetermined positions in the longitudinal direction of the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33. .
An air electrode layer 33c is formed on one end side of both types 33-A and 33-B and on one end side from the first fuel electrode layer connected portion 33a1 and the second air electrode layer connected portion 33c2. Not. In the present embodiment, the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is formed in a cylindrical shape, but may be formed in a square cross section as long as it is cylindrical.

固体酸化物形燃料電池円筒セル33の形成方法は、特に限定されないが、例えば、押し出し、プレス、鋳込み等の方法で内側電極層を形成し、逐次、電解質および外側電極層を印刷、ディッピング、スラリーコート等の方法で製膜することによって形成することができる。これらの方法により、固体酸化物形燃料電池円筒セル33は、径方向の内側から燃料極層33a、電解質層33bおよび空気極層33cの順に、既述の電極材料が層状に積層され、製膜の段階で応じてマスキングを行うことで、上述の燃料極層33aが露出する部位や電解質層33bが露出する部位が形成される。また、局所的に製膜を行うことで、任意の部分の径を変えて作製することも可能である。   The method for forming the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is not particularly limited. For example, the inner electrode layer is formed by a method such as extrusion, pressing, or casting, and the electrolyte and the outer electrode layer are sequentially printed, dipped, and slurried. It can be formed by forming a film by a method such as coating. By these methods, the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is formed by laminating the electrode materials described above in the order of the fuel electrode layer 33a, the electrolyte layer 33b, and the air electrode layer 33c from the inside in the radial direction. By performing masking in accordance with this step, a portion where the fuel electrode layer 33a is exposed and a portion where the electrolyte layer 33b is exposed are formed. Moreover, it is also possible to produce by changing the diameter of an arbitrary part by locally forming a film.

図5に示すように、複数の固体酸化物形燃料電池円筒セル33は、ベース部材31および断熱部材32を貫通して立設されている。断熱部材32には、固体酸化物形燃料電池円筒セル33の外径より若干小径の貫通穴32aが複数形成されている。各固体酸化物形燃料電池円筒セル33は対応する貫通穴32aに圧入されており、各固体酸化物形燃料電池円筒セル33の外周壁面は、貫通穴32aの内周面に密着している。ベース部材31には、固体酸化物形燃料電池円筒セル33の外径より若干大径の貫通穴31aが複数形成されている。各固体酸化物形燃料電池円筒セル33は対応する貫通穴31aに挿入されている。ベース部材31の貫通穴31aと固体酸化物形燃料電池円筒セル33との間は、シール部材31bでシールされている。シール部材31bは、シリコーン系のシール材で形成されている。   As shown in FIG. 5, the plurality of solid oxide fuel cell cylindrical cells 33 are erected through the base member 31 and the heat insulating member 32. A plurality of through holes 32 a having a slightly smaller diameter than the outer diameter of the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 are formed in the heat insulating member 32. Each solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is press-fitted into the corresponding through hole 32a, and the outer peripheral wall surface of each solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is in close contact with the inner peripheral surface of the through hole 32a. The base member 31 is formed with a plurality of through holes 31 a having a diameter slightly larger than the outer diameter of the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33. Each solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is inserted into a corresponding through hole 31a. A space between the through hole 31a of the base member 31 and the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is sealed with a seal member 31b. The seal member 31b is formed of a silicone-based seal material.

電気的に隣り合う第一タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル33−Aと第二タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル33−Bは、図2に示すように、長手方向の取り付け向きが逆となるようにベース部材31に配設されている。
接続部材34は、電気的に隣り合う2つの固体酸化物形燃料電池円筒セル33(すなわち第一タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル33−Aと第2タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル33−B)の、他端側の電極層被接続部同士または一端側の電極層被接続部同士を電気的に接続する。一端側の接続部材34は、第一燃料極層被接続部33a1と第二空気極層被接続部33c2とを接続する。図6に示すように、接続部材34は、第一燃料極層被接続部33a1(燃料極層被接続部:他端側では第二燃料極層被接続部33a2)と接続される第一接続部34aと、第二空気極層被接続部33c2(空気極層被接続部:第一空気極層被接続部33c1)と接続される第二接続部34bと、第一接続部34aと第二接続部34bとを連結する連結部34cと、を備えている。第一接続部34aには、貫通穴34a1が形成され、第二接続部34bには、貫通穴34b1が形成されている。貫通穴34a1および貫通穴34b1は、固体酸化物形燃料電池円筒セル33の外径より大きく設定されている。貫通穴34a1および貫通穴34b1の外径寸法は、同一に設定されることが望ましい。
As shown in FIG. 2, the first type solid oxide fuel cell cylindrical cell 33-A and the second type solid oxide fuel cell cylindrical cell 33-B that are electrically adjacent to each other are installed in the longitudinal direction. Is disposed on the base member 31 so as to be reversed.
The connecting member 34 includes two electrically adjacent solid oxide fuel cell cylindrical cells 33 (that is, a first type solid oxide fuel cell cylindrical cell 33-A and a second type solid oxide fuel cell cylindrical cell). The electrode layer connected parts on the other end side or the electrode layer connected parts on one end side of the cell 33-B) are electrically connected. The connection member 34 on one end side connects the first fuel electrode layer connected portion 33a1 and the second air electrode layer connected portion 33c2. As shown in FIG. 6, the connecting member 34 is connected to the first fuel electrode layer connected portion 33a1 (fuel electrode layer connected portion: the second fuel electrode layer connected portion 33a2 on the other end side). Portion 34a, second air electrode layer connected portion 33c2 (air electrode layer connected portion: first air electrode layer connected portion 33c1), second connection portion 34b, first connection portion 34a and second A connecting portion 34c for connecting the connecting portion 34b. A through hole 34a1 is formed in the first connection portion 34a, and a through hole 34b1 is formed in the second connection portion 34b. The through hole 34 a 1 and the through hole 34 b 1 are set larger than the outer diameter of the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33. The outer diameters of the through hole 34a1 and the through hole 34b1 are desirably set to be the same.

他端側の接続部材34も、一端側の接続部材34と同様に構成されており、第二燃料極層被接続部33a2と第一空気極層被接続部33c1とを接続する。このように、複数の固体酸化物形燃料電池円筒セル33は、複数の接続部材34によって直列接続されている。なお、燃料極層被接続部(第一燃料極層被接続部33a1または第二燃料極層被接続部33a2)と第一接続部34aとは、導電性接着剤34dで接続されている。空気極層被接続部(第一空気極層被接続部33c1または第二空気極層被接続部33c2)と第二接続部34bとは、導電性接着剤34dで接続されている。導電性接着剤34dは、例えば、白金、銀、銅あるいは銀−パラジウム合金などの導電性ペーストや導電性セラミックスを用いることができる。導電性セラミックスは、例えば、ABO型のペロブスカイト型酸化物を用いることができ、特にAサイトにLaを有する遷移金属型ペロブスカイト型酸化物を用いると良い。その中でも、導電性セラミックスは、比較的低温での電気伝導性が高いランタンコバルタイト系酸化物を用いると好適である。 The connecting member 34 on the other end side is configured similarly to the connecting member 34 on the one end side, and connects the second fuel electrode layer connected portion 33a2 and the first air electrode layer connected portion 33c1. Thus, the plurality of solid oxide fuel cell cylindrical cells 33 are connected in series by the plurality of connection members 34. The fuel electrode layer connected portion (first fuel electrode layer connected portion 33a1 or second fuel electrode layer connected portion 33a2) and the first connecting portion 34a are connected by a conductive adhesive 34d. The air electrode layer connected portion (first air electrode layer connected portion 33c1 or second air electrode layer connected portion 33c2) and the second connection portion 34b are connected by a conductive adhesive 34d. As the conductive adhesive 34d, for example, a conductive paste such as platinum, silver, copper, or a silver-palladium alloy, or conductive ceramics can be used. As the conductive ceramic, for example, an ABO 3 type perovskite oxide can be used, and in particular, a transition metal type perovskite oxide having La at the A site is preferably used. Among them, it is preferable to use a lanthanum cobaltite-based oxide having high electrical conductivity at a relatively low temperature as the conductive ceramic.

また、下部(断熱部材32側)に位置する接続部材34の下面全体は、断熱部材32の上面に当接している。また、直列に接続された固体酸化物形燃料電池円筒セル33の両端の接続部は、バスバー接続部材38aを介してバスバー38bにそれぞれ接続されている。接続部材34,38aおよびバスバー38bは、例えば、フェライト系ステンレス、ランタンクロマイトなどを用いて形成することができる。   Further, the entire lower surface of the connection member 34 located on the lower portion (the heat insulating member 32 side) is in contact with the upper surface of the heat insulating member 32. Also, the connecting portions at both ends of the solid oxide fuel cell cylindrical cells 33 connected in series are connected to the bus bar 38b via the bus bar connecting member 38a. The connection members 34 and 38a and the bus bar 38b can be formed using, for example, ferritic stainless steel, lanthanum chromite, or the like.

カバー35は、図2に示すように、ベース部材31の上面に取り付けられている。カバー35は、下方に開口する開口部を有する箱状に形成されている。カバー35とベース部材31との間に形成された密閉された空間R1には、固体酸化物形燃料電池円筒セル33の上部、蒸発部40および改質部50が収容されている。カバー35の開口部には、外方に向けて形成されたフランジ35aが形成されており、フランジ35aがベース部材31の上面に当接されて、ベース部材31にネジ35bによりねじ止め固定されている。カバー35の天井部には排気口35cが形成されており、燃焼排ガスが排気口35cを通って排気される。   The cover 35 is attached to the upper surface of the base member 31 as shown in FIG. The cover 35 is formed in a box shape having an opening that opens downward. In the sealed space R1 formed between the cover 35 and the base member 31, the upper part of the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33, the evaporation part 40, and the reforming part 50 are accommodated. A flange 35a formed outward is formed in the opening of the cover 35. The flange 35a is in contact with the upper surface of the base member 31, and is fixed to the base member 31 with screws 35b. Yes. An exhaust port 35c is formed in the ceiling portion of the cover 35, and combustion exhaust gas is exhausted through the exhaust port 35c.

アノードガスマニホールド36は、ベース部材31の下面に取り付けられている。アノードガスマニホールド36は、上方に開口する開口部を有する箱状に形成されている。アノードガスマニホールド36とベース部材31との間に形成された密閉された空間には、固体酸化物形燃料電池円筒セル33の下部が収容されている。アノードガスマニホールド36内には、金属製の支持板36aが設けられている。固体酸化物形燃料電池円筒セル33の下端面(一端面)が支持板36aに当接して配設されるため、固体酸化物形燃料電池円筒セル33は長手方向に位置決めされる。   The anode gas manifold 36 is attached to the lower surface of the base member 31. The anode gas manifold 36 is formed in a box shape having an opening that opens upward. The sealed space formed between the anode gas manifold 36 and the base member 31 accommodates the lower part of the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33. A metal support plate 36 a is provided in the anode gas manifold 36. Since the lower end surface (one end surface) of the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is disposed in contact with the support plate 36a, the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is positioned in the longitudinal direction.

なお、支持板36aと固体酸化物形燃料電池円筒セル33との間には、両部材36a,33を絶縁する絶縁板36bが設けられている。また、支持板36aおよび絶縁板36bの固体酸化物形燃料電池円筒セル33に対応する位置(図2にて矢印位置)には、アノードガスが通過する貫通穴36a1,36b1(図5参照)がそれぞれ形成されている。また、アノードガスマニホールド36には、一端が改質部50に接続されてアノードガスが供給されるアノードガス供給管36cが接続されている。   An insulating plate 36b that insulates the members 36a and 33 is provided between the support plate 36a and the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33. Further, through holes 36a1 and 36b1 (see FIG. 5) through which the anode gas passes are provided at positions (indicated by arrows in FIG. 2) corresponding to the solid oxide fuel cell cylindrical cells 33 on the support plate 36a and the insulating plate 36b. Each is formed. In addition, an anode gas supply pipe 36c is connected to the anode gas manifold 36. One end of the anode gas manifold 36 is connected to the reforming unit 50 to supply anode gas.

カソードガスマニホールド37は、空間R1内に設けられている。カソードガスマニホールド37は、断熱部材32より上方に突出している固体酸化物形燃料電池円筒セル33の下方に配設されている。カソードガスマニホールド37は、断熱部材32の周囲に配設されている。カソードガスマニホールド37の上部には、上方に向けてカソードガスが流出する流出孔(図2にて矢印位置)が複数形成されている。カソードガスマニホールド37には、カソードガスが供給されるカソードガス供給管37aが接続されている。   The cathode gas manifold 37 is provided in the space R1. The cathode gas manifold 37 is disposed below the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 projecting upward from the heat insulating member 32. The cathode gas manifold 37 is disposed around the heat insulating member 32. In the upper part of the cathode gas manifold 37, a plurality of outflow holes (indicated by arrows in FIG. 2) through which the cathode gas flows out are formed. The cathode gas manifold 37 is connected to a cathode gas supply pipe 37a to which cathode gas is supplied.

蒸発部40は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱するものである。蒸発部40は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して改質部50に供給するものである。改質用原料としては天然ガス、LPガスなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。   The evaporating unit 40 is heated by a combustion gas to be described later, evaporates the supplied reforming water to generate water vapor, and preheats the supplied reforming raw material. The evaporation unit 40 mixes the steam generated in this way with the preheated reforming raw material and supplies it to the reforming unit 50. The reforming raw materials include gas fuels for reforming such as natural gas and LP gas, and liquid fuels for reforming such as kerosene, gasoline, and methanol. In this embodiment, natural gas will be described.

蒸発部40には、一端(下端)が水タンク14に接続された水供給管11bの他端が接続されている。また、蒸発部40には、一端が供給源Gsに接続された改質用原料供給管11aが接続されている。供給源Gsは、例えば都市ガスのガス供給管、LPガスのガスボンベである。   The other end of the water supply pipe 11 b whose one end (lower end) is connected to the water tank 14 is connected to the evaporation unit 40. The evaporating unit 40 is connected to a reforming material supply pipe 11a having one end connected to the supply source Gs. The supply source Gs is, for example, a gas supply pipe for city gas or a gas cylinder for LP gas.

改質部50は、上述した燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部40から供給された混合ガス(改質用原料、水蒸気)から改質ガスを生成して導出するものである。改質部50内には、触媒(例えば、RuまたはNi系の触媒)が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素などを含んだガスが生成されている(いわゆる水蒸気改質反応)。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス(メタンガス)、改質に使用されなかった改質水(水蒸気)を含んでいる。このように、改質部50は改質用原料(原燃料)と改質水とから改質ガス(燃料)を生成して固体酸化物形燃料電池スタック30に供給する。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応である。   The reforming unit 50 is heated by the above-described combustion gas and supplied with heat necessary for the steam reforming reaction, so that the reformed gas is generated from the mixed gas (reforming raw material, steam) supplied from the evaporation unit 40. Is generated and derived. The reforming unit 50 is filled with a catalyst (for example, Ru or Ni-based catalyst), and the mixed gas reacts with the catalyst to be reformed to generate a gas containing hydrogen gas and carbon monoxide. (So-called steam reforming reaction). The reformed gas contains hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, steam, unreformed natural gas (methane gas), and reformed water (steam) that has not been used for reforming. As described above, the reforming unit 50 generates reformed gas (fuel) from the reforming raw material (raw fuel) and the reformed water and supplies the reformed gas (fuel) to the solid oxide fuel cell stack 30. The steam reforming reaction is an endothermic reaction.

燃焼部60は、各固体酸化物形燃料電池円筒セル33と蒸発部40および改質部50との間に設けられている。燃焼部60は、固体酸化物形燃料電池円筒セル33からのアノードオフガス(燃料オフガス)と固体酸化物形燃料電池円筒セル33からのカソードオフガス(酸化剤オフガス)とが燃焼されて改質部50を加熱する。   The combustion unit 60 is provided between each solid oxide fuel cell cylindrical cell 33, the evaporation unit 40, and the reforming unit 50. The combustion unit 60 combusts the anode off-gas (fuel off-gas) from the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 and the cathode off-gas (oxidant off-gas) from the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 to reform the reforming unit 50. Heat.

上述した第一実施形態によれば、固体酸化物形燃料電池スタック30は、ベース部材31と、ベース部材31を貫通して該ベース部材31に立設されて、筒状に形成され燃料が一端側(下端側)から他端側(上端側)に向けて流通する燃料極層33a(内側電極層)と、燃料極層33aの外側に積層され酸化剤ガスが一端側から他端側に向けて流通する空気極層33c(外側電極層)と、を備えた複数の固体酸化物形燃料電池円筒セル33と、ベース部材31の、燃料オフガスと酸化剤オフガスとが燃焼する燃焼部60側に当接して配設されるとともに各固体酸化物形燃料電池円筒セル33が各貫通穴32aにそれぞれ圧入されて、燃焼部60側である他端側と一端側とを断熱する断熱部材32と、固体酸化物形燃料電池円筒セル33と、ベース部材31に形成された貫通穴31aとの間をシールするシール部材31bと、一の固体酸化物形燃料電池円筒セル33の燃料極層33aに備えられた内側電極層被接続部と、一の固体酸化物形燃料電池円筒セル33に隣り合う他の固体酸化物形燃料電池円筒セル33の空気極層33cに備えられた外側電極層被接続部と、を接続する接続部材であって、前記断熱部材32の燃焼部60側に一部が当接して配設される接続部材34と、を備えている。   According to the first embodiment described above, the solid oxide fuel cell stack 30 includes a base member 31, and is erected on the base member 31 through the base member 31. A fuel electrode layer 33a (inner electrode layer) that circulates from the side (lower end side) to the other end side (upper end side), and an oxidant gas that is laminated outside the fuel electrode layer 33a is directed from one end side to the other end side. A plurality of solid oxide fuel cell cylindrical cells 33 having an air electrode layer 33c (outer electrode layer) that circulates and the base member 31 on the combustion unit 60 side where the fuel off-gas and the oxidant off-gas burn. A heat insulating member 32 which is disposed in contact with each other and each solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is press-fitted into each through hole 32a to insulate the other end side and one end side which are the combustion unit 60 side; A solid oxide fuel cell cylindrical cell 33; A sealing member 31b for sealing between the through hole 31a formed in the support member 31, an inner electrode layer connected portion provided in the fuel electrode layer 33a of one solid oxide fuel cell cylindrical cell 33, and one A connecting member for connecting the outer electrode layer connected portion provided in the air electrode layer 33c of another solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 adjacent to the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 of And a connection member 34 that is disposed in part in contact with the combustion part 60 side of the heat insulating member 32.

これによれば、各固体酸化物形燃料電池円筒セル33は、断熱部材32の各貫通穴32aにそれぞれ圧入されるため、治具などを使用せずとも仮止めが可能となる。したがって、固体酸化物形燃料電池円筒セル33をベース部材31に組み付ける際に、ベース部材31の燃焼部60側面に当接して配設される断熱部材32に各固体酸化物形燃料電池円筒セル33が仮止めされるため、固体酸化物形燃料電池円筒セル33の径方向の位置決めはもちろん固体酸化物形燃料電池円筒セル33の長手方向の位置決めも可能となり、固体酸化物形燃料電池円筒セル33のベース部材31に対する組付性を向上することができる。さらに、一の固体酸化物形燃料電池円筒セル33と他の固体酸化物形燃料電池円筒セル33とを接続する接続部材34の一部が、断熱部材32の燃焼部60側に当接して配設することができるため、治具などを使用せずとも接続部材34を固体酸化物形燃料電池円筒セル33に対して正確に位置決めすることができる。よって、接続部材34の固体酸化物形燃料電池円筒セル33に対する組付性を向上することができる。したがって、固体酸化物形燃料電池スタック30自体の組立性を向上することができる。   According to this, since each solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is press-fitted into each through hole 32a of the heat insulating member 32, it can be temporarily fixed without using a jig or the like. Therefore, when the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is assembled to the base member 31, each solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is disposed on the heat insulating member 32 disposed in contact with the side of the combustion portion 60 of the base member 31. Therefore, the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 can be positioned in the longitudinal direction as well as the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 in the radial direction. Assembling property with respect to the base member 31 can be improved. Furthermore, a part of the connecting member 34 that connects one solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 and another solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is disposed in contact with the combustion part 60 side of the heat insulating member 32. Therefore, the connecting member 34 can be accurately positioned with respect to the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 without using a jig or the like. Therefore, the assembling property of the connecting member 34 to the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 can be improved. Therefore, the assemblability of the solid oxide fuel cell stack 30 itself can be improved.

さらに、断熱部材32は、ベース部材31側の温度がシール部材31bの耐熱温度(所定温度)以下となるように、厚みおよび材料が設定されている。その結果、固体酸化物形燃料電池システムの発電中において断熱部材32の他端側(上面側)の温度は600〜1000℃であるが、断熱部材32の一端側(下面側)の温度は200℃以下とすることができる。これにより、ベース部材31の貫通穴31aと固体酸化物形燃料電池円筒セル33との間のシール部材31bを、ガラス系のシール材料から柔軟性のあるシリコーン系のシール材料に変更することができる。よって、ベース部材31の貫通穴31aと固体酸化物形燃料電池円筒セル33との間は、シリコーン系のシール材料からなるシール部材31bでシールされている。これにより、固体酸化物形燃料電池システムの起動・停止による熱サイクル時にシール部材31bに発生する熱応力をシール部材31b自身の変形により吸収(抑制)することができる。また、柔軟性のあるシール材料を使用することで、容易にシール加工することができるとともに、シール性を確実に確保することができる。   Furthermore, the thickness and material of the heat insulating member 32 are set so that the temperature on the base member 31 side is equal to or lower than the heat resistant temperature (predetermined temperature) of the seal member 31b. As a result, during power generation of the solid oxide fuel cell system, the temperature on the other end side (upper surface side) of the heat insulating member 32 is 600 to 1000 ° C., but the temperature on one end side (lower surface side) of the heat insulating member 32 is 200. It can be below ℃. Thereby, the sealing member 31b between the through hole 31a of the base member 31 and the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 can be changed from a glass-based sealing material to a flexible silicone-based sealing material. . Therefore, the through hole 31a of the base member 31 and the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 are sealed with the seal member 31b made of a silicone-based seal material. Thereby, the thermal stress which generate | occur | produces in the sealing member 31b at the time of the thermal cycle by starting / stopping of a solid oxide fuel cell system can be absorbed (suppressed) by deformation | transformation of the sealing member 31b itself. Further, by using a flexible sealing material, it is possible to easily perform a sealing process, and it is possible to reliably ensure the sealing performance.

また、固体酸化物形燃料電池スタック30は、ベース部材31に組付固定され、固体酸化物形燃料電池円筒セル33の一端が当接して固体酸化物形燃料電池円筒セル33を長手方向に位置決め支持する支持板36aをさらに備えている。
これによれば、固体酸化物形燃料電池円筒セル33をベース部材31に組み付ける際に、固体酸化物形燃料電池円筒セル33の一端を支持板36aに当接させることで、固体酸化物形燃料電池円筒セル33をより確実に長手方向に位置決めすることができる。よって、固体酸化物形燃料電池円筒セル33のベース部材31に対する組付性をより向上することができる。
Further, the solid oxide fuel cell stack 30 is assembled and fixed to the base member 31, and one end of the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 comes into contact therewith to position the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 in the longitudinal direction. A support plate 36a is further provided.
According to this, when the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is assembled to the base member 31, the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is brought into contact with the support plate 36 a at one end of the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33. The battery cylindrical cell 33 can be more reliably positioned in the longitudinal direction. Therefore, the assembling property of the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 with respect to the base member 31 can be further improved.

また、固体酸化物形燃料電池円筒セル33は、空気極層33cの他端側に第一空気極層被接続部33c1(第一外側電極層被接続部)が形成されるとともに燃料極層33aの一端側に第一燃料極層被接続部33a1(第一内側電極層被接続部)が形成されている第一タイプ33−Aと、燃料極層33aの他端側に第二燃料極層被接続部33a2(第二内側電極層被接続部)が形成されるとともに空気極層33cの一端側に第二空気極層被接続部33c2(第二外側電極層被接続部)が形成されている第二タイプ33−Bとの、二種類のタイプから構成されており、接続部材34は、一の第一タイプ33−Aの固体酸化物形燃料電池円筒セル33の外側電極層被接続部(第一空気極層被接続部33c1または第二空気極層被接続部33c2)と、他の第二タイプ33−Bの固体酸化物形燃料電池円筒セル33の内側電極層被接続部(第二燃料極層被接続部33a2または第一燃料極層被接続部33a1)とを接続するように構成されている。
これによれば、固体酸化物形燃料電池円筒セル33が二種類のタイプから構成されている固体酸化物形燃料電池スタック30において、固体酸化物形燃料電池スタック30自体の組立性を向上することができる。
Further, in the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33, the first air electrode layer connected portion 33c1 (first outer electrode layer connected portion) is formed on the other end side of the air electrode layer 33c, and the fuel electrode layer 33a. The first fuel electrode layer connected portion 33a1 (first inner electrode layer connected portion) is formed on one end side of the first type 33-A, and the second fuel electrode layer on the other end side of the fuel electrode layer 33a. A connected portion 33a2 (second inner electrode layer connected portion) is formed, and a second air electrode layer connected portion 33c2 (second outer electrode layer connected portion) is formed on one end side of the air electrode layer 33c. The second type 33-B is composed of two types, and the connecting member 34 is connected to the outer electrode layer connected portion of the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 of the first type 33-A. (First air electrode layer connected portion 33c1 or second air electrode layer connected portion 33c2) and Connecting the inner electrode layer connected portion (second fuel electrode layer connected portion 33a2 or first fuel electrode layer connected portion 33a1) of another second type 33-B solid oxide fuel cell cylindrical cell 33. It is configured as follows.
According to this, in the solid oxide fuel cell stack 30 in which the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is composed of two types, the assembly property of the solid oxide fuel cell stack 30 itself is improved. Can do.

また、固体酸化物形燃料電池モジュール11は、固体酸化物形燃料電池スタック30と、固体酸化物形燃料電池スタック30の燃焼ガスにより加熱され、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに供給された改質用燃料を予熱する蒸発部40と、蒸発部40から供給された水蒸気と改質用燃料の混合ガスとから燃料である改質ガスを生成する改質部50と、を備えている。これによれば、固体酸化物形燃料電池モジュール11は、上述した固体酸化物形燃料電池スタック30に係る作用・効果を得ることができる。   Further, the solid oxide fuel cell module 11 is heated by the solid oxide fuel cell stack 30 and the combustion gas of the solid oxide fuel cell stack 30, and the supplied reforming water is evaporated to generate water vapor. And an evaporator 40 for preheating the supplied reforming fuel, a reforming unit 50 for generating a reformed gas as a fuel from the mixed gas of the steam and the reforming fuel supplied from the evaporator 40, It has. According to this, the solid oxide fuel cell module 11 can obtain the operations and effects related to the solid oxide fuel cell stack 30 described above.

また、固体酸化物形燃料電池システムは、発電ユニット10と、貯湯水を貯湯する貯湯槽21と、を備えている固体酸化物形燃料電池システムであって、発電ユニット10は、固体酸化物形燃料電池モジュール11と、固体酸化物形燃料電池モジュール11から排気される燃焼排ガスと貯湯槽21から供給される貯湯水との間で熱交換を行い、燃焼排ガスを凝縮して凝縮水を排出する熱交換器12と、熱交換器12から排出される凝縮水を純水化する水タンク14と、補機を駆動して固体酸化物形燃料電池システムの運転を制御する制御装置15と、少なくとも固体酸化物形燃料電池モジュール11から出力される直流電力を交流電力に変換して交流の系統電源に接続されている電源ラインに出力するインバータ装置13(電力変換装置)と、を備えている。これによれば、固体酸化物形燃料電池システムは、上述した固体酸化物形燃料電池スタック30に係る作用・効果を得ることができる。   The solid oxide fuel cell system is a solid oxide fuel cell system including a power generation unit 10 and a hot water storage tank 21 for storing hot water, and the power generation unit 10 has a solid oxide type. Heat exchange is performed between the fuel cell module 11 and the combustion exhaust gas exhausted from the solid oxide fuel cell module 11 and the hot water supplied from the hot water storage tank 21 to condense the combustion exhaust gas and discharge condensed water. A heat exchanger 12, a water tank 14 for purifying condensed water discharged from the heat exchanger 12, a controller 15 for driving the auxiliary equipment to control the operation of the solid oxide fuel cell system, and at least An inverter device 13 (power conversion device) that converts DC power output from the solid oxide fuel cell module 11 into AC power and outputs the AC power to a power line connected to an AC power supply; It is equipped with a. According to this, the solid oxide fuel cell system can obtain the operations and effects related to the solid oxide fuel cell stack 30 described above.

なお、上述した実施形態においては、内側電極層を燃料極層33aとし、外側電極層を空気極層33cとしたが、内側電極層を空気(酸化剤ガス)が流通する空気極層33cとし、外側電極層を燃料が流通する燃料極層33aとするようにしてもよい。   In the embodiment described above, the inner electrode layer is the fuel electrode layer 33a and the outer electrode layer is the air electrode layer 33c. However, the inner electrode layer is the air electrode layer 33c through which air (oxidant gas) flows, The outer electrode layer may be a fuel electrode layer 33a through which fuel flows.

(第二実施形態)
以下、本発明による固体酸化物形燃料電池システムの第二実施形態について説明する。図7は、第二実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの固体酸化物形燃料電池モジュールを固体酸化物形燃料電池円筒セルの長手方向に沿った方向に切断した切断部端面図である。第二実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの固体酸化物形燃料電池スタック130は、以下の点で上述した固体酸化物形燃料電池スタック30と異なる。固体酸化物形燃料電池円筒セル133は、2種類で構成されておらず、1種類で構成されている。接続部材134は、平板状に形成されている。固体酸化物形燃料電池円筒セル133の両端には、両端の各被接続部133a1,133c1(または133a2,133c2)と接続部材134とを電気的に接続する第一および第二キャップ71,72が設けられている。アノードガスマニホールド36には、金属製の支持板36a(絶縁板36b)が設けられていない。なお、第一実施形態と同様に構成されるものは、同一符号を付してその説明を省略する。
(Second embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the solid oxide fuel cell system according to the present invention will be described. FIG. 7 is a cut end view of the solid oxide fuel cell module of the solid oxide fuel cell system according to the second embodiment cut in a direction along the longitudinal direction of the solid oxide fuel cell cylindrical cell. . The solid oxide fuel cell stack 130 of the solid oxide fuel cell system according to the second embodiment is different from the above-described solid oxide fuel cell stack 30 in the following points. The solid oxide fuel cell cylindrical cell 133 is not composed of two types, but is composed of one type. The connection member 134 is formed in a flat plate shape. At both ends of the solid oxide fuel cell cylindrical cell 133, there are first and second caps 71 and 72 that electrically connect the connected portions 133a1 and 133c1 (or 133a2 and 133c2) at both ends and the connecting member 134, respectively. Is provided. The anode gas manifold 36 is not provided with a metal support plate 36a (insulating plate 36b). In addition, what is comprised similarly to 1st embodiment attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits the description.

固体酸化物形燃料電池円筒セル133(固体酸化物形燃料電池筒状セルに相当する)は、図8に示すように、燃料極層133a(内側電極層に相当する)の一方の端部(図8にて上端部)は露出するとともに、燃料極層133aの他方の端部(図8にて下端部)は空気極層133c(外側電極層に相当する)により覆われるように形成されている。燃料極層133aの上端部の露出部に燃料極層被接続部133a1が形成されるとともに、空気極層133cの下端部に空気極層被接続部133c1が形成されている。   As shown in FIG. 8, the solid oxide fuel cell cylindrical cell 133 (corresponding to the solid oxide fuel cell cylindrical cell) has one end portion (corresponding to the inner electrode layer) of the fuel electrode layer 133a (corresponding to the inner electrode layer). The upper end portion in FIG. 8 is exposed, and the other end portion (lower end portion in FIG. 8) of the fuel electrode layer 133a is covered with the air electrode layer 133c (corresponding to the outer electrode layer). Yes. A fuel electrode layer connected portion 133a1 is formed in the exposed portion of the upper end portion of the fuel electrode layer 133a, and an air electrode layer connected portion 133c1 is formed in the lower end portion of the air electrode layer 133c.

固体酸化物形燃料電池円筒セル133は、第一キャップ71と第二キャップ72とをさらに備えている。第一キャップ71および第二キャップ72は、ベース部材と同様に、金属材(例えば、フェライト系ステンレス鋼)で形成されている。第一キャップ71は、第一本体部71aと第一連通口部71bとを備えている。第一本体部71aは、燃料極層被接続部133a1と接続部材134の第一接続部134aとの間に介在して、燃料極層被接続部133a1と第一接続部134aとを電気的に接続する。詳細には、図9に示すように、第一本体部71aは、有底筒状に形成されている。第一本体部71aは、第一本体部71aの内壁面が燃料極層133aの露出部(燃料極層被接続部133a1を含む)を覆うように配設されている。第一本体部71aの内壁面(内周側面と底面を含む)と燃料極層被接続部133a1とは、上述した導電性接着剤34dと同様な導電性接着剤71cで接続されている。なお、第一本体部71aの内壁面と燃料極層被接続部133a1とは直接接触している部分(例えば底面)もある。   The solid oxide fuel cell cylindrical cell 133 further includes a first cap 71 and a second cap 72. The first cap 71 and the second cap 72 are formed of a metal material (for example, ferritic stainless steel) similarly to the base member. The first cap 71 includes a first main body portion 71a and a first series of opening portions 71b. The first main body portion 71a is interposed between the fuel electrode layer connected portion 133a1 and the first connection portion 134a of the connecting member 134 to electrically connect the fuel electrode layer connected portion 133a1 and the first connection portion 134a. Connecting. Specifically, as shown in FIG. 9, the first main body 71 a is formed in a bottomed cylindrical shape. The first main body 71a is disposed so that the inner wall surface of the first main body 71a covers the exposed portion of the fuel electrode layer 133a (including the fuel electrode layer connected portion 133a1). The inner wall surface (including the inner peripheral side surface and the bottom surface) of the first main body 71a and the fuel electrode layer connected portion 133a1 are connected by the conductive adhesive 71c similar to the conductive adhesive 34d described above. The inner wall surface of the first main body portion 71a and the fuel electrode layer connected portion 133a1 also have a portion (for example, the bottom surface) in direct contact.

第一連通口部71bは、第一本体部71aに設けられて燃料極層133a内に形成された流路に連通する。第一連通口部71bは、筒状に形成され第一本体部71aの底壁から燃料極層133aと反対側に向けて立設されている。   The first communication port 71b is provided in the first main body 71a and communicates with a flow path formed in the fuel electrode layer 133a. The first continuous passage portion 71b is formed in a cylindrical shape and is erected from the bottom wall of the first main body portion 71a toward the side opposite to the fuel electrode layer 133a.

第二キャップ72は、第二本体部72aと第二連通口部72bとを備えている。第二本体部72aは、空気極層被接続部133c1と接続部材134の第二接続部134bとの間に介在して、空気極層被接続部133c1と第二接続部134bとを電気的に接続する。詳細には、図9に示すように、第二本体部72aは、有底筒状に形成されている。第二本体部72aは、第二本体部72aの内壁面が空気極層133cの端部(空気極層被接続部133c1)を覆うように配設されている。第二本体部72aの内壁面(内周側面と底面を含む)と空気極層被接続部133c1とは、上述した導電性接着剤34dと同様な導電性接着剤72cで接続されている。なお、第二本体部72aの内壁面と空気極層被接続部133c1とは直接接触している部分(例えば底面)もある。また、燃料極層133aの端部および内壁面は、電解質層133bと同じ材質で製膜され、絶縁部133b1が形成されている。絶縁部133b1は、燃料極層133aと第二キャップ72とを絶縁する。   The second cap 72 includes a second main body portion 72a and a second communication port portion 72b. The second main body portion 72a is interposed between the air electrode layer connected portion 133c1 and the second connection portion 134b of the connecting member 134, and electrically connects the air electrode layer connected portion 133c1 and the second connection portion 134b. Connecting. Specifically, as shown in FIG. 9, the second main body 72 a is formed in a bottomed cylindrical shape. The second main body portion 72a is disposed so that the inner wall surface of the second main body portion 72a covers the end of the air electrode layer 133c (air electrode layer connected portion 133c1). The inner wall surface (including the inner peripheral side surface and the bottom surface) of the second main body portion 72a and the air electrode layer connected portion 133c1 are connected by the conductive adhesive 72c similar to the conductive adhesive 34d described above. The inner wall surface of the second main body portion 72a and the air electrode layer connected portion 133c1 also have a portion (for example, the bottom surface) in direct contact. Further, the end portion and the inner wall surface of the fuel electrode layer 133a are formed of the same material as the electrolyte layer 133b to form an insulating portion 133b1. The insulating part 133b1 insulates the fuel electrode layer 133a from the second cap 72.

第二連通口部72bは、第二本体部72aに設けられて燃料極層133a内に形成された流路に連通する。第二連通口部72bは、筒状に形成され第二本体部72aの底壁から燃料極層133aと反対側に向けて立設されている。   The second communication port portion 72b communicates with a flow path provided in the second main body portion 72a and formed in the fuel electrode layer 133a. The second communication port portion 72b is formed in a cylindrical shape and is erected from the bottom wall of the second main body portion 72a toward the side opposite to the fuel electrode layer 133a.

第一キャップ71および第二キャップ72のうちベース部材31と遠い側に配置される連通口部(第一連通口部71bまたは第二連通口部72b)は、接続部材134の貫通穴(貫通穴134a1または貫通穴134b1)を貫通している。第一連通口部71bと貫通穴134a1(第一接続部134a)とは、導電性接着剤34dと同様な導電性接着剤134dで接続されている。第二連通口部72bと貫通穴134b1(第二接続部134b)も、導電性接着剤134dで接続されている。   Of the first cap 71 and the second cap 72, the communication port portion (the first serial port portion 71 b or the second communication port portion 72 b) disposed on the side far from the base member 31 is a through hole (penetration) of the connection member 134. It penetrates through the hole 134a1 or the through hole 134b1). The first serial opening portion 71b and the through hole 134a1 (first connection portion 134a) are connected by a conductive adhesive 134d similar to the conductive adhesive 34d. The second communication port portion 72b and the through hole 134b1 (second connection portion 134b) are also connected by the conductive adhesive 134d.

第一キャップ71および第二キャップ72のうちベース部材31に近い側に配置される連通口部(第一連通口部71bまたは第二連通口部72b)は、接続部材134の貫通穴(貫通穴134a1または貫通穴134b1)、断熱部材32の貫通穴32aおよびベース部材31の貫通穴31aを貫通している。各連通口部と各貫通穴は、導電性接着剤134dで接続されている。   Of the first cap 71 and the second cap 72, the communication port portion (the first serial port portion 71 b or the second communication port portion 72 b) disposed on the side closer to the base member 31 is a through hole (penetration) of the connection member 134. Hole 134 a 1 or through hole 134 b 1), through hole 32 a of heat insulating member 32 and through hole 31 a of base member 31. Each communication port and each through hole are connected by a conductive adhesive 134d.

断熱部材32の貫通穴32aは、第一連通口部71bおよび第二連通口部72bの外形より若干小さく形成されている。各第一連通口部71bおよび第二連通口部72bは対応する貫通穴32aに圧入されており、各第一連通口部71bおよび第二連通口部72bの外壁面は、貫通穴32aの内壁面に密着している。また、ベース部材31の貫通穴31aは、第一連通口部71bおよび第二連通口部72bの外形より若干大きく形成されている。ベース部材31の貫通穴31aと第一連通口部71bおよび第二連通口部72bとの間は、シリコーン系のシール部材31bでシールされている。
電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池円筒セル133は、図9に示すように、長手方向の取り付け向きが逆となるようにベース部材31に配設されている。
The through-hole 32a of the heat insulating member 32 is formed to be slightly smaller than the outer shape of the first continuous port portion 71b and the second communication port portion 72b. Each first serial port 71b and second communication port 72b are press-fitted into the corresponding through hole 32a, and the outer wall surface of each first serial port 71b and second communication port 72b is through hole 32a. It is in close contact with the inner wall surface. In addition, the through hole 31a of the base member 31 is formed to be slightly larger than the outer shapes of the first continuous port portion 71b and the second communication port portion 72b. A space between the through hole 31a of the base member 31 and the first serial opening 71b and the second communication opening 72b is sealed with a silicone seal member 31b.
As shown in FIG. 9, the electrically adjacent solid oxide fuel cell cylindrical cells 133 are arranged on the base member 31 so that the mounting directions in the longitudinal direction are reversed.

なお、第一本体部71aおよび第二本体部72aは、同一寸法で形成してもよく、第一本体部71aの内径寸法を燃料極層133aの外径寸法より若干大きくするとともに第二本体部72aの内径寸法を空気極層133cの外径寸法より若干大きくするように形成してもよい。また、第一キャップ71および第二キャップ72のうちベース部材31に近い側に配置される連通口部(第一連通口部71bまたは第二連通口部72b)の長手方向長さは、接続部材134、断熱部材32およびベース部材31の各厚みの合計より大きい値に少なくとも設定されている。第一キャップ71および第二キャップ72のうちベース部材31と遠い側に配置される連通口部(第一連通口部71bまたは第二連通口部72b)の長手方向長さは、近い側に配置される連通口部と同一でもよく、また、短くてもよい(ただし、接続部材134の厚みより大きい値に設定される)。   The first main body portion 71a and the second main body portion 72a may be formed with the same dimensions. The first main body portion 71a has an inner diameter dimension slightly larger than the outer diameter dimension of the fuel electrode layer 133a and the second main body section. The inner diameter of 72a may be formed to be slightly larger than the outer diameter of the air electrode layer 133c. Moreover, the longitudinal direction length of the communication port part (the 1st continuous port part 71b or the 2nd communication port part 72b) arrange | positioned in the side near the base member 31 among the 1st cap 71 and the 2nd cap 72 is connected. It is set to at least a value larger than the total thickness of the member 134, the heat insulating member 32, and the base member 31. Of the first cap 71 and the second cap 72, the length in the longitudinal direction of the communication port portion (the first series of port portions 71b or the second communication port portion 72b) disposed on the side far from the base member 31 is closer to the side. It may be the same as the communication port portion to be arranged, or may be short (however, it is set to a value larger than the thickness of the connecting member 134).

接続部材134は、図10に示すように、燃料極層被接続部133a1(内側電極層被接続部)と電気的に接続される第一接続部134aと、空気極層被接続部133c1(外側電極層被接続部)と電気的に接続される第二接続部134bと、第一接続部134aと第二接続部134bとを連結する連結部134cと、を備えている。接続部材134は、例えば、フェライト系ステンレス、ランタンクロマイトなどを用いて形成することができる。   As shown in FIG. 10, the connecting member 134 includes a first connecting portion 134a electrically connected to the fuel electrode layer connected portion 133a1 (inner electrode layer connected portion), and an air electrode layer connected portion 133c1 (outer side). A second connecting portion 134b electrically connected to the electrode layer connected portion), and a connecting portion 134c for connecting the first connecting portion 134a and the second connecting portion 134b. The connection member 134 can be formed using, for example, ferritic stainless steel, lanthanum chromite, or the like.

第一接続部134aには、第一キャップ71の第一連通口部71bが貫通する貫通穴134a1が形成されている。第二接続部134bには、第二キャップ72の第二連通口部72bが貫通する貫通穴134b1が形成されている。貫通穴134a1は、第一連通口部71bの外径より大きく設定されている。貫通穴134b1は、第二連通口部72bの外径より大きく設定されている。貫通穴134a1および貫通穴134b1の外径寸法は、同一に設定されることが望ましい。   The first connection part 134a is formed with a through hole 134a1 through which the first series opening part 71b of the first cap 71 passes. A through hole 134b1 through which the second communication port portion 72b of the second cap 72 passes is formed in the second connection portion 134b. The through hole 134a1 is set to be larger than the outer diameter of the first series opening 71b. The through hole 134b1 is set larger than the outer diameter of the second communication port portion 72b. It is desirable that the outer diameter dimensions of the through hole 134a1 and the through hole 134b1 are set to be the same.

このように構成された第二実施形態によれば、固体酸化物形燃料電池円筒セル133が一種類のタイプから構成されるとともに、固体酸化物形燃料電池円筒セル133の両端部の一方に設けられる第一キャップ71と固体酸化物形燃料電池円筒セル133の両端部の他方に設けられる第二キャップ72とを備えている固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、固体酸化物形燃料電池スタック自体の組立性を向上することができる。
また、第二実施形態によっても、上述した第一実施形態による作用・効果を得ることができる。
According to the second embodiment configured as described above, the solid oxide fuel cell cylindrical cell 133 is formed of one type and provided at one of both end portions of the solid oxide fuel cell cylindrical cell 133. The solid oxide fuel cell stack includes a first cap 71 and a second cap 72 provided at the other end of the solid oxide fuel cell cylindrical cell 133. The solid oxide fuel cell stack itself Assemblability can be improved.
Also according to the second embodiment, the functions and effects of the first embodiment described above can be obtained.

(第三実施形態)
以下、本発明による固体酸化物形燃料電池システムの第三実施形態について説明する。図11は、第三実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの固体酸化物形燃料電池モジュールを固体酸化物形燃料電池円筒セルの長手方向に沿った方向に切断した切断部端面図である。第三実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの固体酸化物形燃料電池スタック230は、以下の点で上述した固体酸化物形燃料電池スタック230と異なる。固体酸化物形燃料電池円筒セル33は、2種類で構成されておらず、2種類のうちいずれか一方の1種類(本実施形態では第二タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル33−B)のみで構成されている。電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池円筒セル33は、長手方向の取り付け向きが同一となるようにベース部材31に配設されている。接続部材234は、第一接続部234aと第二接続部234bとが固体酸化物形燃料電池円筒セル33の長手方向にて異なる位置となるように形成されている。なお、第一実施形態と同様に構成されるものは、同一符号を付してその説明を省略する。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the solid oxide fuel cell system according to the present invention will be described. FIG. 11 is a cross-sectional end view of the solid oxide fuel cell module of the solid oxide fuel cell system according to the third embodiment cut in a direction along the longitudinal direction of the solid oxide fuel cell cylindrical cell. . The solid oxide fuel cell stack 230 of the solid oxide fuel cell system according to the third embodiment is different from the above-described solid oxide fuel cell stack 230 in the following points. The solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is not composed of two types, but one of the two types (in this embodiment, the second type solid oxide fuel cell cylindrical cell 33-B). ) Only. The electrically adjacent solid oxide fuel cell cylindrical cells 33 are arranged on the base member 31 so that the mounting directions in the longitudinal direction are the same. The connecting member 234 is formed such that the first connecting portion 234 a and the second connecting portion 234 b are at different positions in the longitudinal direction of the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33. In addition, what is comprised similarly to 1st embodiment attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits the description.

図11に示すように、第二タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル33−Bが、長手方向の取り付け向きが同一となるようにベース部材31に配設されている。すなわち、全ての固体酸化物形燃料電池円筒セル33は、燃料極層33aの他端側が露出されている方が上端側となるようにベース部材31に配設されている。この露出部に第二燃料極層被接続部33a2(内側電極層被接続部)が形成されている。また、第二タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル33−Bの下端面(一端面)が支持板36aに当接して長手方向に位置決めされるため、第二タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル33−Bの空気極層33cの一端側に形成された第二空気極層被接続部33c2(外側電極層被接続部)が、断熱部材32の上面から所定距離上方に設定された位置に位置決めされる。   As shown in FIG. 11, the second type solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 -B is disposed on the base member 31 so that the mounting direction in the longitudinal direction is the same. That is, all the solid oxide fuel cell cylindrical cells 33 are arranged on the base member 31 such that the other end side of the fuel electrode layer 33a is exposed on the upper end side. A second fuel electrode layer connected portion 33a2 (inner electrode layer connected portion) is formed in the exposed portion. Further, since the lower end surface (one end surface) of the second type solid oxide fuel cell cylindrical cell 33-B is in contact with the support plate 36a and positioned in the longitudinal direction, the second type solid oxide fuel cell Position where second air electrode layer connected portion 33c2 (outer electrode layer connected portion) formed on one end side of air electrode layer 33c of cylindrical cell 33-B is set a predetermined distance above the upper surface of heat insulating member 32. Is positioned.

接続部材234は、一の固体酸化物形燃料電池円筒セル33−Bの第二空気極層被接続部33c2と、一の固体酸化物形燃料電池円筒セル33−Bと電気的に隣り合う他の固体酸化物形燃料電池円筒セル33−Bの第二燃料極層被接続部33a2とを接続するように構成されている。接続部材234は、図12および図13に示すように、第一接続部234aと第二接続部234bとが固体酸化物形燃料電池円筒セル33の長手方向にて異なる位置となるように形成されている。   The connection member 234 is electrically connected to the second air electrode layer connected portion 33c2 of one solid oxide fuel cell cylindrical cell 33-B and one solid oxide fuel cell cylindrical cell 33-B. The solid oxide fuel cell cylindrical cell 33-B is connected to the second fuel electrode layer connected portion 33a2. As shown in FIGS. 12 and 13, the connecting member 234 is formed such that the first connecting portion 234 a and the second connecting portion 234 b are at different positions in the longitudinal direction of the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33. ing.

接続部材234は、燃料極層被接続部33a2と電気的に接続される第一接続部234aと、空気極層被接続部33c2と電気的に接続される第二接続部234bと、第一接続部234aと第二接続部234bとを連結する連結部234cと、を備えている。接続部材234は、例えば、フェライト系ステンレス、ランタンクロマイトなどを用いて形成することができる。   The connection member 234 includes a first connection portion 234a that is electrically connected to the fuel electrode layer connected portion 33a2, a second connection portion 234b that is electrically connected to the air electrode layer connected portion 33c2, and a first connection. A connecting portion 234c for connecting the portion 234a and the second connecting portion 234b. The connection member 234 can be formed using, for example, ferritic stainless steel, lanthanum chromite, or the like.

第一接続部234aには、貫通穴234a1が形成され、第二接続部234bには、貫通穴234b1が形成されている。貫通穴234a1および貫通穴234b1は、固体酸化物形燃料電池円筒セル33の外径より大きく設定されている。貫通穴234a1および貫通穴234b1の外径寸法は、同一に設定されることが望ましい。燃料極層被接続部33a2と第一接続部234aと、および第二空気極層被接続部33c2と第二接続部234bとは、導電性接着剤34dで接続されている。   A through hole 234a1 is formed in the first connection portion 234a, and a through hole 234b1 is formed in the second connection portion 234b. The through hole 234 a 1 and the through hole 234 b 1 are set larger than the outer diameter of the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33. It is desirable that the outer diameters of the through hole 234a1 and the through hole 234b1 are set to be the same. The fuel electrode layer connected portion 33a2 and the first connection portion 234a, and the second air electrode layer connected portion 33c2 and the second connection portion 234b are connected by a conductive adhesive 34d.

連結部234cは、固体酸化物形燃料電池円筒セル33の長手方向に沿って延設されており、空気極層33cの全長(固体酸化物形燃料電池円筒セル33が断熱部材32の上面から突出している部分)にわたって空気極層33cに接触するように配置されている。この接触部分は、導電性接着剤34dにより接着されているのが望ましい。
また、接続部材234の第二接続部234bは、断熱部材32の上面に当接して配設されている。これにより、接続部材234は、長手方向に位置決めされる。
The connecting portion 234 c extends along the longitudinal direction of the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33, and the entire length of the air electrode layer 33 c (the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 protrudes from the upper surface of the heat insulating member 32. Are arranged so as to be in contact with the air electrode layer 33c. This contact portion is preferably bonded by a conductive adhesive 34d.
The second connection portion 234 b of the connection member 234 is disposed in contact with the upper surface of the heat insulating member 32. Thereby, the connecting member 234 is positioned in the longitudinal direction.

このように構成された第三実施形態によれば、固体酸化物形燃料電池円筒セル33が一種類のタイプから構成されるとともに、電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池円筒セル33は、長手方向の取り付け向きが同一となるようにベース部材31に配設されている固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、固体酸化物形燃料電池スタック自体の組立性を向上することができる。
また、第三実施形態によっても、上述した第一実施形態による作用・効果を得ることができる。
According to the third embodiment configured as described above, the solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is configured of one type, and the electrically adjacent solid oxide fuel cell cylindrical cell 33 is: In the solid oxide fuel cell stack disposed on the base member 31 so that the mounting directions in the longitudinal direction are the same, the assembly property of the solid oxide fuel cell stack itself can be improved.
Also according to the third embodiment, the functions and effects of the first embodiment described above can be obtained.

なお、前述した実施形態においては、固体酸化物形燃料電池円筒セルは第二タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル33−Bを採用したが、固体酸化物形燃料電池円筒セルは第一タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル33−Aを採用するようにしてもよい。   In the embodiment described above, the solid oxide fuel cell cylindrical cell adopts the second type solid oxide fuel cell cylindrical cell 33-B, but the solid oxide fuel cell cylindrical cell is the first type. The solid oxide fuel cell cylindrical cell 33-A may be employed.

10…発電ユニット、11…固体酸化物形燃料電池モジュール、12…熱交換器、13…インバータ装置、14…水タンク、15…制御装置、16a…系統電源、16b…電源ライン、16c…外部電力負荷、20…排熱回収システム、21…貯湯槽、22…貯湯水循環ライン、30…固体酸化物形燃料電池スタック、31…ベース部材、31a…貫通穴、31b…シール部材、32…断熱部材、32a…貫通穴、33…固体酸化物形燃料電池円筒セル(固体酸化物形燃料電池筒状セル)、33a…燃料極層(内側電極層)、33a1…第一燃料極層被接続部(第一内側電極層被接続部)、33a2…第二燃料極層被接続部(第一内側電極層被接続部)、33b…電解質層、33c…空気極層(外側電極層)、33c1…第一空気極層被接続部(第一外側電極層被接続部)、33c2…第二空気極層被接続部(第二外側電極層被接続部)、34…接続部材、34a…第一接続部、34a1…貫通穴、34b…第二接続部、34b1…貫通穴、34c…連結部、34d…導電性接着剤、35…カバー、36…アノードガスマニホールド、36a…支持板、36a1,36b1…貫通穴、36b…絶縁板、40…蒸発部、50…改質部、60…燃焼部、71…第一キャップ、71a…第一本体部、71b…第一連通口部、71c…導電性接着剤、72…第二キャップ、72a…第二本体部、72b…第二連通口部、72c…導電性接着剤、130…固体酸化物形燃料電池スタック、133…固体酸化物形燃料電池円筒セル、134…接続部材、230…固体酸化物形燃料電池スタック、234…接続部材。



DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Power generation unit, 11 ... Solid oxide fuel cell module, 12 ... Heat exchanger, 13 ... Inverter device, 14 ... Water tank, 15 ... Control device, 16a ... System power supply, 16b ... Power supply line, 16c ... External power Load, 20 ... Waste heat recovery system, 21 ... Hot water storage tank, 22 ... Hot water storage water circulation line, 30 ... Solid oxide fuel cell stack, 31 ... Base member, 31a ... Through hole, 31b ... Seal member, 32 ... Heat insulation member, 32a ... through hole, 33 ... solid oxide fuel cell cylindrical cell (solid oxide fuel cell cylindrical cell), 33a ... fuel electrode layer (inner electrode layer), 33a1 ... first fuel electrode layer connected portion (first) One inner electrode layer connected portion), 33a2 ... second fuel electrode layer connected portion (first inner electrode layer connected portion), 33b ... electrolyte layer, 33c ... air electrode layer (outer electrode layer), 33c1 ... first Air electrode layer connected (First outer electrode layer connected portion), 33c2 ... second air electrode layer connected portion (second outer electrode layer connected portion), 34 ... connecting member, 34a ... first connecting portion, 34a1 ... through hole, 34b 2nd connection part, 34b1 ... Through hole, 34c ... Connecting part, 34d ... Conductive adhesive, 35 ... Cover, 36 ... Anode gas manifold, 36a ... Support plate, 36a1, 36b1 ... Through hole, 36b ... Insulating plate, 40 ... evaporation part, 50 ... reforming part, 60 ... combustion part, 71 ... first cap, 71a ... first main body part, 71b ... first series opening part, 71c ... conductive adhesive, 72 ... second cap 72a ... second main body portion, 72b ... second communication port portion, 72c ... conductive adhesive, 130 ... solid oxide fuel cell stack, 133 ... solid oxide fuel cell cylindrical cell, 134 ... connecting member, 230 ... Solid oxide fuel cell stack, 34 ... connecting member.



Claims (7)

ベース部材と、
前記ベース部材を貫通して該ベース部材に立設されて、筒状に形成され燃料および酸化剤ガスのうちいずれか一方が一端側から他端側に向けて流通する内側電極層と、前記内側電極層の外側に積層され前記燃料および前記酸化剤ガスのうちいずれか他方が前記一端側から前記他端側に向けて流通する外側電極層と、内側電極層と外側電極層の間に挟まれた電解質層を備えた複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルと、
前記ベース部材の、燃料オフガスと酸化剤オフガスとが燃焼する燃焼部側に当接して配設されるとともに前記各固体酸化物形燃料電池筒状セルが各貫通穴にそれぞれ圧入されて、前記燃焼部側である前記他端側と前記一端側とを断熱する断熱部材と、
前記固体酸化物形燃料電池筒状セルと、前記ベース部材に形成された貫通穴との間をシールするシール部材と、
複数の前記固体酸化物形燃料電池筒状セルを電気的に直列接続するとともに、一の前記固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記内側電極層に設けられた内側電極層被接続部と、前記一の固体酸化物形燃料電池筒状セルに電気的に隣り合う他の前記固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記外側電極層に設けられた外側電極層被接続部と、を接続する複数の接続部材であって、前記断熱部材の燃焼部側に一部が当接して配設される接続部材と、
を備えた固体酸化物形燃料電池スタック。
A base member;
An inner electrode layer that passes through the base member and is erected on the base member, and is formed in a cylindrical shape and one of fuel and oxidant gas flows from one end side to the other end side; and the inner side An outer electrode layer laminated on the outer side of the electrode layer and one of the fuel and the oxidant gas flowing from the one end side toward the other end side, and sandwiched between the inner electrode layer and the outer electrode layer A plurality of solid oxide fuel cell tubular cells provided with an electrolyte layer;
The base member is disposed in contact with the combustion portion side where the fuel off-gas and the oxidant off-gas burn, and each solid oxide fuel cell cylindrical cell is press-fitted into each through-hole, and the combustion is performed. A heat insulating member that insulates the other end side and the one end side, which are part sides,
A seal member that seals between the solid oxide fuel cell cylindrical cell and a through hole formed in the base member;
A plurality of the solid oxide fuel cell cylindrical cells are electrically connected in series, and the inner electrode layer connected portion provided on the inner electrode layer of the one solid oxide fuel cell cylindrical cell; An outer electrode layer connected portion provided in the outer electrode layer of another solid oxide fuel cell cylindrical cell electrically adjacent to the one solid oxide fuel cell cylindrical cell is connected. A plurality of connecting members, wherein the connecting members are disposed in contact with a part of the heat insulating member on the combustion part side;
A solid oxide fuel cell stack.
前記ベース部材に組付固定され、前記固体酸化物形燃料電池筒状セルの一端が当接して前記固体酸化物形燃料電池筒状セルを長手方向に位置決め支持する支持板をさらに備えた請求項1記載の燃料電池スタック。   And a support plate that is assembled and fixed to the base member and that positions and supports the solid oxide fuel cell cylindrical cell in the longitudinal direction by abutting one end of the solid oxide fuel cell cylindrical cell. 1. The fuel cell stack according to 1. 前記固体酸化物形燃料電池筒状セルは、前記外側電極層の前記他端側または前記一端側に前記外側電極層被接続部が形成されるとともに前記内側電極層の前記一端側または前記他端側に前記内側電極層被接続部が形成されている、一種類のタイプから構成されており、
電気的に隣り合う前記固体酸化物形燃料電池筒状セルは、長手方向の取り付け向きが同一となるように前記ベース部材に配設され、
前記接続部材は、前記一の固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記外側電極層被接続部と、前記他の固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記内側電極層被接続部とを接続するように構成されている請求項1または請求項2記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
In the solid oxide fuel cell cylindrical cell, the outer electrode layer connected portion is formed on the other end side or the one end side of the outer electrode layer, and the one end side or the other end of the inner electrode layer is formed. The inner electrode layer connected portion is formed on the side, and is composed of one type,
The electrically adjacent solid oxide fuel cell cylindrical cells are disposed on the base member so that the mounting directions in the longitudinal direction are the same,
The connecting member connects the outer electrode layer connected portion of the one solid oxide fuel cell cylindrical cell and the inner electrode layer connected portion of the other solid oxide fuel cell cylindrical cell. The solid oxide fuel cell stack according to claim 1 or 2, wherein the stack is configured to.
前記固体酸化物形燃料電池筒状セルは、前記外側電極層の前記他端側に第一外側電極層被接続部が形成されるとともに前記内側電極層の前記一端側に第一内側電極層被接続部が形成されている第一タイプと、前記内側電極層の前記他端側に第二内側電極層被接続部が形成されるとともに前記外側電極層の前記一端側に第二外側電極層被接続部が形成されている第二タイプとの、二種類のタイプから構成されており、
電気的に隣り合う前記固体酸化物形燃料電池筒状セルは、長手方向の取り付け向きが逆となるように前記ベース部材に配設され、
前記接続部材は、前記一の第一タイプの固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記外側電極層被接続部と、前記他の第二タイプの固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記内側電極層被接続部とを接続するように構成されている請求項1または請求項2記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
The solid oxide fuel cell tubular cell has a first outer electrode layer connected portion formed on the other end side of the outer electrode layer and a first inner electrode layer cover on the one end side of the inner electrode layer. A first type in which a connecting portion is formed, a second inner electrode layer connected portion is formed on the other end side of the inner electrode layer, and a second outer electrode layer cover is formed on the one end side of the outer electrode layer. It is composed of two types, the second type where the connection part is formed,
The electrically adjacent solid oxide fuel cell tubular cells are disposed on the base member so that the mounting direction in the longitudinal direction is reversed,
The connecting member includes the outer electrode layer connected portion of the first type solid oxide fuel cell cylindrical cell and the inner side of the second type solid oxide fuel cell cylindrical cell. 3. The solid oxide fuel cell stack according to claim 1, wherein the solid oxide fuel cell stack is configured to connect the electrode layer connected portion.
前記固体酸化物形燃料電池筒状セルは、前記内側電極層の一方の端部は露出するとともに、前記内側電極層の他方の端部は前記外側電極層により覆われており、かつ、前記内側電極層の前記一方の端部の剥き出し部に前記内側電極層被接続部が形成されるとともに前記外側電極層の前記他方の端部に前記外側電極層被接続部が形成されており、
前記接続部材は、前記内側電極層被接続部と電気的に接続される第一接続部と、前記外側電極層被接続部と電気的に接続される第二接続部と、前記第一接続部と前記第二接続部とを連結する連結部と、を備え、
前記固体酸化物形燃料電池筒状セルは、前記内側電極層被接続部と前記接続部材の前記第一接続部との間に介在して、前記内側電極層被接続部と前記接続部材の前記第一接続部とを電気的に接続する第一本体部と、前記第一本体部に設けられて前記内側電極層内に形成された流路に連通する第一連通口部と、を備えた第一キャップと、前記外側電極層被接続部と前記接続部材の前記第二接続部との間に介在して、前記外側電極層被接続部と前記接続部材の前記第二接続部とを電気的に接続する第二本体部と、前記第二本体部に設けられて前記内側電極層内に形成された前記流路に連通する第二連通口部と、を備えた第二キャップと、をさらに備え、
電気的に隣り合う前記固体酸化物形燃料電池筒状セルは、長手方向の取り付け向きが逆となるように前記ベース部材に配設され、
前記第一キャップおよび前記第二キャップのうち前記ベース部材に近い側の各キャップの連通口部が、前記ベース部材にそれぞれ形成された各貫通穴に貫通して設けられ、
前記シール部材は、前記ベース部材に近い側の前記キャップの各連通口部と、前記各貫通穴との間をシールしている請求項1または請求項2記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
In the solid oxide fuel cell cylindrical cell, one end of the inner electrode layer is exposed, the other end of the inner electrode layer is covered with the outer electrode layer, and the inner electrode layer is covered with the inner electrode layer. The inner electrode layer connected portion is formed at the exposed portion of the one end portion of the electrode layer and the outer electrode layer connected portion is formed at the other end portion of the outer electrode layer,
The connection member includes a first connection portion electrically connected to the inner electrode layer connected portion, a second connection portion electrically connected to the outer electrode layer connected portion, and the first connection portion. And a connecting portion for connecting the second connecting portion,
The solid oxide fuel cell cylindrical cell is interposed between the inner electrode layer connected portion and the first connecting portion of the connecting member, and the inner electrode layer connected portion and the connecting member of the connecting member. A first body portion that electrically connects the first connection portion; and a first series of opening portions that are provided in the first body portion and communicate with a flow path formed in the inner electrode layer. The first cap, the outer electrode layer connected portion and the second connecting portion of the connecting member are interposed between the outer electrode layer connected portion and the second connecting portion of the connecting member. A second cap comprising: a second main body portion that is electrically connected; and a second communication port portion that is provided in the second main body portion and communicates with the flow path formed in the inner electrode layer; Further comprising
The electrically adjacent solid oxide fuel cell tubular cells are disposed on the base member so that the mounting direction in the longitudinal direction is reversed,
Of the first cap and the second cap, a communication port portion of each cap on the side close to the base member is provided through each through hole formed in the base member,
3. The solid oxide fuel cell stack according to claim 1, wherein the seal member seals between each communication port portion of the cap on the side close to the base member and each through hole.
請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池スタックと、
前記固体酸化物形燃料電池スタックの燃焼ガスにより加熱され、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに供給された改質用燃料を予熱する蒸発部と、
前記蒸発部から供給された前記水蒸気と前記改質用燃料の混合ガスとから前記燃料である改質ガスを生成する改質部と、
を備えている固体酸化物形燃料電池モジュール。
A solid oxide fuel cell stack according to any one of claims 1 to 5,
An evaporation section that is heated by the combustion gas of the solid oxide fuel cell stack, evaporates the supplied reforming water to generate water vapor, and preheats the supplied reforming fuel;
A reforming unit that generates a reformed gas that is the fuel from a mixed gas of the steam and the reforming fuel supplied from the evaporation unit;
A solid oxide fuel cell module.
発電ユニットと、
貯湯水を貯湯する貯湯槽と、
を備えている固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記発電ユニットは、
請求項6に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールと、
前記固体酸化物形燃料電池モジュールから排気される燃焼排ガスと前記貯湯槽から供給される前記貯湯水との間で熱交換を行い、前記燃焼排ガスを凝縮して凝縮水を排出する熱交換器と、
前記熱交換器から排出される前記凝縮水を純水化する水タンクと、
補機を駆動して前記固体酸化物形燃料電池システムの運転を制御する制御装置と、
少なくとも前記固体酸化物形燃料電池モジュールから出力される直流電力を交流電力に変換して交流の系統電源に接続されている電源ラインに出力する電力変換装置と、
を備えている固体酸化物形燃料電池システム。

A power generation unit;
A hot water storage tank for storing hot water,
A solid oxide fuel cell system comprising:
The power generation unit is
A solid oxide fuel cell module according to claim 6;
A heat exchanger for exchanging heat between the combustion exhaust gas exhausted from the solid oxide fuel cell module and the hot water supplied from the hot water storage tank, condensing the combustion exhaust gas and discharging condensed water; ,
A water tank for purifying the condensed water discharged from the heat exchanger;
A control device for driving an auxiliary machine to control the operation of the solid oxide fuel cell system;
A power converter that converts at least DC power output from the solid oxide fuel cell module to AC power and outputs the AC power to a power line connected to an AC power supply; and
A solid oxide fuel cell system.

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