JP2016213145A - Manufacturing system of solid oxide fuel battery cell, and manufacturing method arranged to use the same - Google Patents

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Masanori Furuya
正紀 古屋
安藤 茂
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茂 安藤
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Dai Momiyama
大 籾山
潔 端山
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潔 端山
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修 岡本
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保夫 柿沼
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琢也 星子
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing system by which a solid oxide fuel battery cell with a high degree of integration of power-generation elements can be manufactured efficiently even if a porous supporting body is low in dimensional precision.SOLUTION: A manufacturing system according to the present invention is a manufacturing system of a solid oxide fuel battery cell (16) having a plurality of power-generation elements (16a) formed therein and each having, on a porous supporting body (97), a fuel electrode layer (98), an electrolyte layer (100) and an air electrode layer (101) which are functional layers. The manufacturing system comprises: a plane film deposition device (130) for forming the first functional layers of the plurality of power-generation elements on a surface of the porous supporting body at a time; a dot film deposition device (110) for forming the outermost second functional layers by uninterruptedly spraying drops of slurry to form dots of the slurry and integrating the dots; and an extrusion film deposition device (140) with a nozzle for uninterruptedly extruding a masking-formation agent in rod-like form to deposit the masking-formation agent onto a portion on which the two-dimensional film deposition is not performed by the plane film deposition device.SELECTED DRAWING: Figure 11

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池セル製造システムに関し、特に、電気絶縁性の多孔質支持体上に、機能層である燃料極層、電解質層、及び空気極層を備えた複数の発電素子を形成し、これらの発電素子をインターコネクタにより接続した固体酸化物形燃料電池セルの製造システム、及びそれを使用した製造方法に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a solid oxide fuel cell manufacturing system, and in particular, a plurality of power generating elements including a fuel electrode layer, an electrolyte layer, and an air electrode layer as functional layers on an electrically insulating porous support. And a manufacturing system of a solid oxide fuel cell in which these power generation elements are connected by an interconnector, and a manufacturing method using the same.

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

特開2013−175305号公報(特許文献1)には、固体酸化物形燃料電池の製造方法が記載されている。ここに記載されている固体酸化物形燃料電池は、基体管上に、燃料極、固体電解質膜、及び空気極を備えた複数の発電素子が形成され、これらの発電素子がインターコネクタにより電気的に接続されたものである。この燃料電池の製造方法においては、基体管上に、燃料極がスクリーン印刷法により形成され、次いで、固体電解質膜、インターコネクタが順次スクリーン印刷法により形成される。このように各層が形成された基体管が、大気中で共焼結され、次に、焼結された固体電解質膜の上に、ディスペンサを用いて空気極が形成される。即ち、空気極を形成する材料の粉末が懸濁されたスラリーが、固体電解質膜及びインターコネクタ上に吐出され、空気極を形成すべき位置に空気極用スラリーの膜が成膜される。最後に、空気極が形成された基体管が、大気中で焼結される。   Japanese Patent Laying-Open No. 2013-175305 (Patent Document 1) describes a method for manufacturing a solid oxide fuel cell. In the solid oxide fuel cell described here, a plurality of power generation elements each including a fuel electrode, a solid electrolyte membrane, and an air electrode are formed on a base tube, and these power generation elements are electrically connected by an interconnector. Is connected to. In this fuel cell manufacturing method, a fuel electrode is formed on a substrate tube by a screen printing method, and then a solid electrolyte membrane and an interconnector are sequentially formed by a screen printing method. The base tube in which each layer is thus formed is co-sintered in the atmosphere, and then an air electrode is formed on the sintered solid electrolyte membrane using a dispenser. That is, the slurry in which the powder of the material forming the air electrode is suspended is discharged onto the solid electrolyte membrane and the interconnector, and the air electrode slurry film is formed at the position where the air electrode is to be formed. Finally, the base tube on which the air electrode is formed is sintered in the atmosphere.

特開2013−175305号公報JP 2013-175305 A

しかしながら、特開2013−175305号公報記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法においては、燃料極層等、各層の膜厚を十分に管理することができないという問題がある。即ち、燃料極層をスクリーン印刷法で基体管上に形成する場合、燃料極を形成すべき部分が切り抜かれたマスクを基体管に当接させ、その上に燃料極用のスラリーを供給し、供給されたスラリーがスキージにより基体管に塗りつけられる。しかしながら、円筒形の基体管に撓みがあると、基体管の各部においてスキージと基体管の間の隙間が異なることとなり、塗りつけられるスラリーの膜厚を均一にすることが困難になる。形成された燃料極層等の膜厚が不均一になると、気体の透過性、イオンの透過性にムラができるため、構成された燃料電池素子の性能が低下する。   However, the solid oxide fuel cell manufacturing method described in JP 2013-175305 A has a problem that the thickness of each layer such as the fuel electrode layer cannot be sufficiently managed. That is, when the fuel electrode layer is formed on the substrate tube by the screen printing method, the mask from which the portion where the fuel electrode is to be formed is abutted against the substrate tube, and the slurry for the fuel electrode is supplied thereon, The supplied slurry is applied to the substrate tube by a squeegee. However, if the cylindrical base tube is bent, the gap between the squeegee and the base tube is different in each part of the base tube, making it difficult to make the thickness of the slurry to be applied uniform. If the film thickness of the formed fuel electrode layer or the like is nonuniform, the gas permeability and ion permeability are uneven, and the performance of the constructed fuel cell element is degraded.

また、基体管等の支持体は、一般に、押し出し成形等により形成された成形体を焼成した多孔質体であるため、高い寸法精度で形成することは困難である。支持体の寸法精度を確保するために支持体に機械加工を施すと、製造コストが著しく上昇するという問題がある。   Further, since the support body such as the base tube is generally a porous body obtained by firing a formed body formed by extrusion molding or the like, it is difficult to form the support body with high dimensional accuracy. If the support is machined to ensure the dimensional accuracy of the support, there is a problem in that the manufacturing cost is remarkably increased.

さらに、単一の多孔質支持体上に複数の発電素子を形成し、これらをインターコネクタにより接続したタイプの固体酸化物形燃料電池セルにおいては、発電素子と発電素子の間隔を狭く形成することが集積度の向上のために重要である。即ち、隣接する発電素子の間の部分は発電に寄与しないため、できるだけ小さく形成することにより、単一の多孔質支持体上に多くの発電素子を設けることが可能になり、単位体積当たりの発電電力を増加させることができる。しかしながら、多孔質支持体上に形成する発電素子の位置精度、寸法精度が十分でない場合には、発電素子の間隔を狭く設計すると、隣接する発電素子の間が短絡する虞がある。   Further, in a solid oxide fuel cell of the type in which a plurality of power generation elements are formed on a single porous support and these are connected by an interconnector, the gap between the power generation elements and the power generation elements should be narrowed. Is important for improving the degree of integration. That is, since the portion between adjacent power generation elements does not contribute to power generation, it is possible to provide a large number of power generation elements on a single porous support by forming it as small as possible. Power can be increased. However, when the position accuracy and dimensional accuracy of the power generation elements formed on the porous support are not sufficient, there is a possibility that adjacent power generation elements may be short-circuited if the interval between the power generation elements is designed to be narrow.

従って、本発明は、多孔質支持体の寸法精度が低い場合でも、効率的に発電素子の集積度が高い固体酸化物形燃料電池セルを製造することができる製造システム、及びそれを使用した製造方法を提供することを目的としている。   Therefore, the present invention provides a manufacturing system capable of efficiently manufacturing a solid oxide fuel cell having a high integration density of power generation elements even when the dimensional accuracy of the porous support is low, and manufacturing using the same. It aims to provide a method.

上述した課題を解決するために、本発明は、電気絶縁性の多孔質支持体上に、機能層である燃料極層、電解質層、及び空気極層を備えた複数の発電素子を形成し、これらの発電素子をインターコネクタにより接続した固体酸化物形燃料電池セルの製造システムであって、複数の発電素子の機能層のうちの第1の機能層を、多孔質支持体の表面上に同時に形成する第1の面成膜装置と、機能層のうちの最も外側の層である第2の機能層を、この第2の機能層を形成するためのスラリーを液滴状にして連続的に噴射することによりスラリーのドットを形成し、このドットの集積により第2の機能層を形成するドット成膜装置と、第1の面成膜装置による面成膜を行わない部分に、マスキング形成剤を棒状に連続的に押し出して付着させるノズルを備えた押出成膜装置と、を有することを特徴としている。   In order to solve the above-described problem, the present invention forms a plurality of power generation elements including a fuel electrode layer, an electrolyte layer, and an air electrode layer, which are functional layers, on an electrically insulating porous support, A production system for a solid oxide fuel cell in which these power generation elements are connected by an interconnector, wherein a first functional layer among the functional layers of a plurality of power generation elements is simultaneously formed on the surface of a porous support. The first surface film forming apparatus to be formed and the second functional layer that is the outermost layer of the functional layers are continuously formed in the form of droplets of slurry for forming the second functional layer. A dot forming device that forms dots of slurry by spraying, and forms a second functional layer by the accumulation of the dots, and a mask forming agent on a portion that is not subjected to surface film formation by the first surface film forming device A nozzle that sticks the stick Is characterized by having, an extrusion film forming apparatus was e.

このように構成された本発明においては、第1の面成膜装置により、第1の機能層が、多孔質支持体の表面上に同時に形成される一方、最も外側の層である第2の機能層が、スラリーを液滴状にして連続的に噴射するドット成膜装置により形成される。また、第1の面成膜装置による面成膜を行わない部分には、押出成膜装置により、マスキング形成剤が棒状に連続的に押し出され、付着される。   In the present invention configured as above, the first functional layer is simultaneously formed on the surface of the porous support by the first surface film forming apparatus, while the second outermost layer is the second layer. The functional layer is formed by a dot film forming apparatus that continuously ejects slurry into droplets. Further, the mask forming agent is continuously extruded and attached in a rod shape by the extrusion film forming apparatus to the portion where the surface film forming by the first surface film forming apparatus is not performed.

多孔質支持体に各機能層を形成する成膜方法として、支持体にマスクを当て、機能層を形成するスラリーを、スキージでマスクの開口部内に塗りつけるスクリーン印刷法が知られている。
しかしながら、一般に、機能層を形成する支持体には製造誤差があり、成膜の下地となる表面の平面性、直線性を確保することが困難である。従って、スキージでスラリーを塗布するスクリーン印刷法では、成膜する下地面とスキージの間の隙間を一定に維持することが困難であり、成膜された機能層の厚さが不均一になることが避けられず、製造された燃料電池セルの歩留まりが低下する。また、歩留まりを向上させるために、支持体の寸法精度を向上させるべく、支持体に機械加工を施すと、製造コストが著しく上昇してしまう。さらに、近年、燃料電池セルの小型化が望まれており、燃料電池セル上に形成する発電素子を小型化すると、成膜により形成される機能層に要求される寸法精度は益々高くなり、製造が困難になる。即ち、支持体上に小型の発電素子を複数形成するには、支持体上に順次積層される各機能層を正確に位置合わせする必要があり、形成される各機能層には高い位置精度が要求される。
As a film forming method for forming each functional layer on a porous support, a screen printing method is known in which a mask is applied to the support and a slurry for forming the functional layer is applied to the opening of the mask with a squeegee.
However, in general, the support on which the functional layer is formed has a manufacturing error, and it is difficult to ensure the flatness and linearity of the surface serving as a base for film formation. Therefore, in the screen printing method in which slurry is applied with a squeegee, it is difficult to maintain a constant gap between the base surface on which the film is formed and the squeegee, and the thickness of the formed functional layer becomes uneven. This is inevitable, and the yield of manufactured fuel cells decreases. Further, if the support is machined in order to improve the dimensional accuracy of the support in order to improve the yield, the manufacturing cost is remarkably increased. Furthermore, in recent years, there has been a demand for miniaturization of fuel cells. When the power generation element formed on the fuel cells is miniaturized, the dimensional accuracy required for the functional layer formed by film formation becomes higher and higher. Becomes difficult. That is, in order to form a plurality of small power generation elements on the support, it is necessary to accurately align the functional layers sequentially stacked on the support, and each functional layer to be formed has high positional accuracy. Required.

特に、単一の多孔質支持体上に複数の発電素子を形成し、これらをインターコネクタにより接続したタイプの固体酸化物形燃料電池セルにおいては、発電に寄与しない、発電素子と発電素子の間の部分を狭く形成することが集積度の向上のために必要である。一方、電気絶縁性の多孔質支持体は、各機能層を機械的に支持する機能のみが必要とされるため、孔隙率の高い材料が望ましいが、孔隙率の高い多孔質支持体には塗布した液状物が浸透しやすい。   In particular, in a solid oxide fuel cell of a type in which a plurality of power generation elements are formed on a single porous support and these are connected by an interconnector, between the power generation elements and the power generation elements that do not contribute to power generation In order to improve the degree of integration, it is necessary to form this portion narrowly. On the other hand, since an electrically insulating porous support only needs a function of mechanically supporting each functional layer, a material with a high porosity is desirable, but it is applied to a porous support with a high porosity. The liquid is easy to penetrate.

上記のように構成された本発明においては、第1の面成膜装置により、多孔質支持体上に第1の機能層が面成膜される。面成膜は、広い面積の複数の機能層を短時間で成膜することが可能であると共に、成膜された機能層の表面は平滑であるため、上に積層される他の機能層の平滑度に悪影響を与えることがなく、第1の機能層の成膜に好適である。
押出成膜装置は、単位時間当たりに塗布することができる液状物の量がドット成膜装置よりも多く、高い位置精度で効率的にマスキング層を形成するには好適である。また、押出成膜装置により形成される層は、表面の平滑度は比較的低いが、マスキング層は、面成膜が終了した後で除去されるため、表面の平滑度は問題にはならない。
In the present invention configured as described above, the first functional layer is surface-deposited on the porous support by the first surface deposition apparatus. In the surface film formation, a plurality of functional layers having a large area can be formed in a short time, and the surface of the formed functional layer is smooth. It is suitable for forming the first functional layer without adversely affecting the smoothness.
The extrusion film forming apparatus has a larger amount of liquid material that can be applied per unit time than the dot film forming apparatus, and is suitable for efficiently forming a masking layer with high positional accuracy. Further, although the layer formed by the extrusion film forming apparatus has a relatively low surface smoothness, the masking layer is removed after the surface film forming is completed, and therefore the surface smoothness is not a problem.

ドット成膜装置は、高い位置精度で機能層を形成することができると共に、機能層の膜厚を厳密に管理することができる。また、ドット成膜装置は、単位時間当たりに塗布することができる液状物の量は少ないが、第2の機能層は第1の機能層よりも面積が狭く、また、第2の機能層が形成される表面が多孔質支持体よりも緻密な表面であり、液状物が浸透しにくいため、第2の機能層の成膜時間が著しく長くなることはない。さらに、ドット成膜装置により形成された機能層は表面の平滑度が比較的低いが、第2の機能層は最も外側の層であるため、他の機能層に悪影響を与えることはない。上記のように構成された本発明の製造システムによれば、第1の面成膜装置、ドット成膜装置、及び押出成膜装置夫々の特質を活用して燃料電池セルを製造するので、多孔質支持体の寸法精度が低い場合でも、発電素子の集積度が高い固体酸化物形燃料電池セルを効率的に製造することができる。   The dot film forming apparatus can form the functional layer with high positional accuracy and can strictly manage the thickness of the functional layer. The dot film forming apparatus has a small amount of liquid material that can be applied per unit time, but the second functional layer has a smaller area than the first functional layer, and the second functional layer has Since the surface to be formed is a denser surface than the porous support and the liquid material hardly penetrates, the film formation time of the second functional layer does not become remarkably long. Furthermore, although the functional layer formed by the dot film forming apparatus has a relatively low surface smoothness, the second functional layer is the outermost layer and thus does not adversely affect other functional layers. According to the manufacturing system of the present invention configured as described above, the fuel cell is manufactured by utilizing the characteristics of the first surface film forming apparatus, the dot film forming apparatus, and the extrusion film forming apparatus. Even when the dimensional accuracy of the quality support is low, it is possible to efficiently manufacture a solid oxide fuel cell having a high degree of integration of power generation elements.

本発明において、好ましくは、第1の機能層は燃料極層であり、第2の機能層は空気極層であり、押出成膜装置は、多孔質支持体の表面の、燃料極層を形成しない部分にマスキング形成剤を付着させ、マスキング層を形成するように構成されている。   In the present invention, preferably, the first functional layer is a fuel electrode layer, the second functional layer is an air electrode layer, and the extrusion film forming apparatus forms a fuel electrode layer on the surface of the porous support. A mask forming agent is attached to the part not to be formed, and a masking layer is formed.

このように構成された本発明によれば、多孔質支持体上の燃料極層の成膜が不要な部分に、押出成膜装置がマスキング形成剤を棒状に連続的に押し出して付着させる。押出成膜装置は、ドット成膜装置よりも単位時間当たりに塗布することができる液状物の量が多いため、液状物が浸透しやすい多孔質支持体上に、マスキング層を効率的に高い位置精度で形成することができる。また、空気極層がドット成膜装置により形成されるので、厚い膜が必要な空気極層を厚く形成することができる。また、空気極層をドット成膜装置により形成するため、空気極層に微小クラックを生成しておくことができ、この微小クラックにより、厚い空気極層に働く熱応力を逃がすことができる。   According to the present invention configured as described above, the extrusion film forming apparatus continuously extrudes the mask forming agent in a rod shape and attaches it to a portion where the fuel electrode layer on the porous support is not required to be formed. The extrusion film forming device has a higher amount of liquid material that can be applied per unit time than the dot film forming device, so that the masking layer is positioned higher on the porous support that allows the liquid material to easily penetrate. It can be formed with accuracy. Further, since the air electrode layer is formed by the dot film forming apparatus, the air electrode layer requiring a thick film can be formed thick. Further, since the air electrode layer is formed by the dot film forming apparatus, micro cracks can be generated in the air electrode layer, and thermal stress acting on the thick air electrode layer can be released by the micro cracks.

本発明において、好ましくは、さらに、燃料極層が形成され、マスキング層が除去された多孔質支持体に、複数の発電素子の電解質層を同時に形成する、第2の面成膜装置を有する。   In the present invention, it is preferable to further include a second surface film forming apparatus that simultaneously forms the electrolyte layers of the plurality of power generating elements on the porous support from which the fuel electrode layer is formed and the masking layer is removed.

このように構成された本発明によれば、燃料極層が形成された多孔質支持体に、第2の面成膜装置により電解質層が形成されるので、面積が広い電解質層を短時間で形成することができる。また、第2の面成膜装置により形成された電解質層は平滑度が高いため、電解質層の上に形成される空気極層に悪影響を与えることがない。さらに、電解質層を平滑に構成することにより、電解質層の酸素透過性を各部で均一にすることができ、各部における発電性能のムラを抑制することができる。   According to the present invention configured as described above, since the electrolyte layer is formed on the porous support having the fuel electrode layer formed thereon by the second surface film forming apparatus, the electrolyte layer having a large area can be formed in a short time. Can be formed. Further, since the electrolyte layer formed by the second surface film forming apparatus has high smoothness, the air electrode layer formed on the electrolyte layer is not adversely affected. Furthermore, by configuring the electrolyte layer smoothly, the oxygen permeability of the electrolyte layer can be made uniform in each part, and unevenness in power generation performance in each part can be suppressed.

本発明において、好ましくは、多孔質支持体は円筒形状であり、さらに、多孔質支持体を回転中心線を中心に回転可能に支持する回転支持装置を有し、第1の面成膜装置、第2の面成膜装置、ドット成膜装置、及び押出成膜装置は、回転支持装置により多孔質支持体を回転させながら成膜を行う。   In the present invention, preferably, the porous support has a cylindrical shape, and further includes a rotation support device that supports the porous support so as to be rotatable about the rotation center line. The second surface film forming apparatus, the dot film forming apparatus, and the extrusion film forming apparatus perform film formation while rotating the porous support by the rotation support device.

このように構成された本発明によれば、円筒形状の多孔質支持体を回転支持装置により回転させながら成膜を行うので、製造誤差により多孔質支持体が湾曲している場合でも、機能層等を、高精度で、回転中心線に直交する環状に形成することができる。   According to the present invention configured as described above, since the film is formed while rotating the cylindrical porous support by the rotation support device, even when the porous support is curved due to a manufacturing error, the functional layer is formed. And the like can be formed in a ring shape orthogonal to the rotation center line with high accuracy.

本発明において、好ましくは、さらに、インターコネクタを形成するインターコネクタ形成装置を有し、このインターコネクタ形成装置は、インターコネクタ層を形成するためのスラリーを液滴状にして連続的に噴射することによりスラリーのドットを形成し、このドットの集積によりインターコネクタ層を形成するディスペンサ装置、又は、インターコネクタ層を形成するためのスラリーを棒状に連続的に押し出して付着させるノズルを備えると共に、このノズルの先端とインターコネクタ層を形成すべき表面との間の距離がほぼ一定になるようにノズルを移動させるノズル駆動装置を備えたディスペンサ装置である。   In this invention, Preferably, it further has an interconnector formation apparatus which forms an interconnector, and this interconnector formation apparatus sprays the slurry for forming an interconnector layer in the form of a droplet continuously. The nozzle is provided with a dispenser device that forms dots of the slurry by forming the interconnector layer by accumulating the dots, or a nozzle that continuously extrudes and adheres the slurry for forming the interconnector layer in a rod shape. The dispenser device includes a nozzle driving device that moves the nozzle so that the distance between the tip of the connector and the surface on which the interconnector layer is to be formed is substantially constant.

インターコネクタは、一般に小型であるため、高い位置精度及び寸法精度が要求されると共に、確実に機能層に接続される必要がある。また、各部での電気抵抗を一様にするために、インターコネクタの膜厚は厳密に設定する必要がある。上記のように構成された本発明によれば、インターコネクタ形成装置として、スラリーを液滴状にして連続的に噴射し、ドットの集積によりインターコネクタ層を形成するディスペンサ装置を使用するので、寸法精度の低い多孔質支持体にも高精度でインターコネクタ層を形成することができる。また、ドットの集積による成膜は、単位時間当たりに形成できる面積が小さいが、一般にインターコネクタは小型であるため、成膜時間が著しく長くなることはない。   Since the interconnector is generally small, high positional accuracy and dimensional accuracy are required, and it is necessary to be securely connected to the functional layer. Moreover, in order to make the electrical resistance uniform in each part, it is necessary to set the film thickness of the interconnector strictly. According to the present invention configured as described above, the interconnector forming device uses a dispenser device that continuously ejects slurry into droplets and forms an interconnector layer by accumulating dots. An interconnector layer can be formed on a porous support with low accuracy with high accuracy. In addition, in the film formation by dot accumulation, the area that can be formed per unit time is small, but since the interconnector is generally small, the film formation time does not become remarkably long.

一方、スラリーを棒状に連続的に押し出して付着させるタイプのディスペンサ装置は、ドットを集積させるディスペンサ装置よりも単位時間当たりに形成できる面積が大きいため、より短時間でインターコネクタ層を形成することができる。また、スラリーを棒状に連続的に押し出すディスペンサ装置は、多孔質支持体の寸法精度が低いと、形成される層の寸法精度、形状精度が低下しやすいが、ノズル駆動装置によりノズルの先端とインターコネクタ層を形成すべき表面との間の距離がほぼ一定にされるので、インターコネクタ層を十分な精度で形成することができる。   On the other hand, a dispenser device of a type that continuously extrudes and adheres slurry in a rod shape has a larger area that can be formed per unit time than a dispenser device that accumulates dots, so that an interconnector layer can be formed in a shorter time. it can. In addition, in a dispenser device that continuously extrudes slurry in a rod shape, the dimensional accuracy and shape accuracy of the layer to be formed tend to decrease if the dimensional accuracy of the porous support is low. Since the distance between the surface where the connector layer is to be formed is made substantially constant, the interconnector layer can be formed with sufficient accuracy.

また、本発明は、本発明の製造システムを使用した固体酸化物形燃料電池セルの製造方法であって、押出成膜装置は多孔質支持体に当接させる回転ローラーを備え、ノズルは回転ローラーと共に移動されることにより、ノズルの先端と多孔質支持体の表面との間の距離がほぼ一定に維持されるように構成されており、押出成膜装置を使用して、多孔質支持体の表面にマスキング形成剤を付着させ、マスキング層を形成する第1マスキング形成工程と、第1の面成膜装置を使用して、多孔質支持体の表面上に燃料極層を形成する燃料極層形成工程と、この燃料極層形成工程により形成された燃料極層を加熱して硬化させると共に、マスキング層を消失させる第1仮焼成工程と、インターコネクタを形成するためのスラリーを液滴状にして連続的に噴射することによりスラリーのドットを形成し、このドットの集積により、燃料極層の上にインターコネクタ層を形成するインターコネクタ形成工程と、押出成膜装置の回転ローラーを、燃料極層の、インターコネクタ層が形成されていない部分に当接させた状態で、インターコネクタ層の上にマスキング形成剤を付着させる第2マスキング形成工程と、第2の面成膜装置を使用して、電解質層を形成するためのスラリーを付着させ、複数の発電素子の電解質層を同時に形成する電解質層形成工程と、この電解質層形成工程により形成された電解質層を加熱して硬化させると共に、第2マスキング形成工程において形成されたマスキング層を消失させる第2仮焼成工程と、ドット成膜装置を使用して、空気極層を形成するためのスラリーを液滴状にして連続的に噴射することによりスラリーのドットを形成し、このドットの集積により空気極層を、インターコネクタ層に接続するように形成する空気極層形成工程と、この空気極層形成工程において形成された空気極層を加熱して焼成する焼成工程と、を有することを特徴としている。   Moreover, this invention is a manufacturing method of the solid oxide fuel cell using the manufacturing system of this invention, Comprising: An extrusion film-forming apparatus is provided with the rotating roller contact | abutted to a porous support body, and a nozzle is a rotating roller. The distance between the tip of the nozzle and the surface of the porous support is maintained substantially constant by being moved together with the porous film. A fuel electrode layer that forms a fuel electrode layer on the surface of the porous support by using a first masking formation process in which a mask forming agent is attached to the surface to form a masking layer, and a first surface film forming apparatus Forming the fuel electrode layer formed in the fuel electrode layer forming step by heating, hardening the fuel electrode layer, and disappearing the masking layer; and forming slurry for forming the interconnector into droplets Continuous The dots of the slurry are formed by spraying, and by the accumulation of the dots, an interconnector forming process for forming an interconnector layer on the fuel electrode layer, and a rotating roller of the extrusion film forming apparatus are connected to the fuel electrode layer. The second masking forming step of attaching a masking forming agent on the interconnector layer in a state where the connector layer is not formed and the second surface film forming apparatus are used to attach the electrolyte layer. An electrolyte layer forming step of simultaneously forming a plurality of power generating element electrolyte layers by attaching a slurry for forming, and a second masking forming step while heating and curing the electrolyte layer formed by this electrolyte layer forming step A slurry for forming an air electrode layer using a second preliminary firing step for eliminating the masking layer formed in step 1 and a dot film forming apparatus. An air electrode layer forming step for forming slurry dots by continuously spraying in the form of droplets, and forming the air electrode layer so as to be connected to the interconnector layer by the accumulation of the dots, and forming the air electrode layer And a firing step of heating and firing the air electrode layer formed in the step.

このように構成された本発明によれば、第1マスキング形成工程及び第2マスキング形成工程が押出成膜装置を用いて実行され、燃料極層形成工程が第1の面成膜装置を用いて実行され、インターコネクタがスラリーのドットの集積により形成され、電解質層形成工程が第2の面成膜装置を用いて実行され、空気極層形成工程がドット成膜装置を用いて実行されるので、各成膜方法の特質を活かすことができ、多孔質支持体の寸法精度が低い場合でも、効率的に精度の高い機能層及びインターコネクタを形成することができる。   According to the present invention configured as described above, the first masking formation process and the second masking formation process are performed using the extrusion film forming apparatus, and the fuel electrode layer forming process is performed using the first surface film forming apparatus. Since the interconnector is formed by the accumulation of the dots of the slurry, the electrolyte layer forming step is executed using the second surface film forming device, and the air electrode layer forming step is executed using the dot film forming device. The characteristics of each film forming method can be utilized, and even when the dimensional accuracy of the porous support is low, highly accurate functional layers and interconnectors can be efficiently formed.

本発明の固体酸化物形燃料電池セル製造システム、及び製造方法によれば、多孔質支持体の寸法精度が低い場合でも、効率的に発電素子の集積度が高い固体酸化物形燃料電池セルを製造することができる。   According to the solid oxide fuel cell manufacturing system and the manufacturing method of the present invention, a solid oxide fuel cell having a high integration density of power generation elements can be efficiently obtained even when the dimensional accuracy of the porous support is low. Can be manufactured.

本発明の第1実施形態による固体酸化物形燃料電池セルが内蔵されている固体酸化物形燃料電池システムを示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram showing a solid oxide fuel cell system incorporating a solid oxide fuel cell according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による固体酸化物形燃料電池セルの収容容器の断面図である。It is sectional drawing of the storage container of the solid oxide fuel cell by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による固体酸化物形燃料電池セル全体を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an entire solid oxide fuel cell according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による固体酸化物形燃料電池セルの多孔質支持体表面に形成された機能層を拡大して示した断面図である。It is sectional drawing which expanded and showed the functional layer formed in the porous support body surface of the solid oxide fuel cell by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による燃料電池セルの製造装置であるドット成膜装置全体を示す概略的な正面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic front view showing an entire dot film forming apparatus that is a fuel cell manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention. ドット成膜装置に備えられたジェットディスペンサーの先端部を示す概略的な断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the front-end | tip part of the jet dispenser with which the dot film-forming apparatus was equipped. 本発明の第1実施形態による燃料電池セルの製造装置である面成膜装置全体を示す概略的な正面図である。1 is a schematic front view showing an entire surface film forming apparatus which is a fuel cell manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 面成膜装置の作動手順を示すフローである。It is a flow which shows the operation | movement procedure of a surface film-forming apparatus. 押出成膜装置全体を示す概略的な正面図である。It is a schematic front view which shows the whole extrusion film-forming apparatus. 押出成膜装置に備えられたヘッド部のノズルの部分を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the part of the nozzle of the head part with which the extrusion film-forming apparatus was equipped. 本発明の第1実施形態による燃料電池セルの製造方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the manufacturing method of the fuel cell by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による燃料電池セルにおいて、多孔質支持体上への機能層等の積層手順を示す模式図である。In the fuel battery cell by 1st Embodiment of this invention, it is a schematic diagram which shows the lamination | stacking procedures, such as a functional layer, on a porous support body. 多孔質支持体上にマスキング層が形成される際の状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the state at the time of a masking layer being formed on a porous support body. 押出成膜装置により、第1インターコネクタ層上にマスキング層を形成している状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the state which has formed the masking layer on the 1st interconnector layer by the extrusion film-forming apparatus. 第2焼成工程終了後の空気極層の表面状態を示す図である。It is a figure which shows the surface state of the air electrode layer after completion | finish of a 2nd baking process. 本発明の第1実施形態による燃料電池セル各部の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of each part of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態による燃料電池セルの多孔質支持体表面に形成された機能層を拡大して示した断面図である。It is sectional drawing which expanded and showed the functional layer formed in the porous support body surface of the fuel cell by 2nd Embodiment of this invention.

次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態の固体酸化物形燃料電池セル(SOFC)を説明する。
まず、図1乃至図16を参照して、本発明の第1実施形態による固体酸化物形燃料電池セルを説明する。
図1は、本発明の第1実施形態による固体酸化物形燃料電池セルが内蔵されている固体酸化物形燃料電池システムを示す全体構成図である。この図1に示すように、固体酸化物形燃料電池システム1は、燃料電池モジュール2と、補機ユニット4を備えている。
Next, a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First, a solid oxide fuel cell according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a solid oxide fuel cell system incorporating a solid oxide fuel cell according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the solid oxide fuel cell system 1 includes a fuel cell module 2 and an auxiliary unit 4.

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

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

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

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

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

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

次に、図2により、燃料電池セル収容容器8の内部構造を説明する。図2は燃料電池セル収容容器の断面図である。
図2に示すように、燃料電池セル収容容器8内の空間には、複数の燃料電池セル16が同心円状に配列され、その周囲を取り囲むように燃料流路である燃料ガス供給流路20、排ガス排出流路21、酸化剤ガス供給流路22が順に同心円状に形成されている。
Next, the internal structure of the fuel cell storage container 8 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel cell storage container.
As shown in FIG. 2, a plurality of fuel cells 16 are concentrically arranged in a space in the fuel cell storage container 8, and a fuel gas supply channel 20 that is a fuel channel so as to surround the periphery thereof. An exhaust gas discharge passage 21 and an oxidant gas supply passage 22 are formed concentrically in order.

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

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

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

内側円筒容器68の外周面と、外側円筒容器70の内周面の間の円環状の空間は、酸化剤ガス供給流路22として機能する。また、外側円筒容器70の下部側面には、酸化剤ガス導入パイプ56が接続されており、酸化剤ガス供給流路22が酸化剤ガス導入パイプ56に連通される。   An annular space between the outer peripheral surface of the inner cylindrical container 68 and the inner peripheral surface of the outer cylindrical container 70 functions as the oxidant gas supply channel 22. Further, an oxidant gas introduction pipe 56 is connected to the lower side surface of the outer cylindrical container 70, and the oxidant gas supply flow path 22 communicates with the oxidant gas introduction pipe 56.

第1固定部材63と分散室底部材72の間には、燃料ガス分散室76が構成される。また、分散室底部材72の中央には、バスバー80(図2)を挿通させるための挿通管72aが設けられている。各燃料電池セル16に電気的に接続されたバスバー80は、この挿通管72aを通して燃料電池セル収容容器8の外部に引き出される。   A fuel gas dispersion chamber 76 is configured between the first fixing member 63 and the dispersion chamber bottom member 72. In addition, an insertion tube 72 a for inserting the bus bar 80 (FIG. 2) is provided at the center of the dispersion chamber bottom member 72. The bus bar 80 electrically connected to each fuel cell 16 is drawn out of the fuel cell storage container 8 through the insertion tube 72a.

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

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

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

さらに、燃料ガス分散室76内に突出している各燃料電池セル16の下端部は、燃料ガス分散室76内でバスバー80に電気的に接続され、挿通管72aを通して電力が外部に引き出される。バスバー80は、燃料ガス分散室76の内部において、各燃料電池セル16に取り付けられた集電体82と電気的に接続されている。また、バスバー80は、燃料電池セル収容容器8の外部において、インバータ54(図1)に接続される。なお、集電体82は、排気集約室18内に突出している各燃料電池セル16の上端部にも取り付けられている。これら上端部及び下端部の集電体82により、複数の燃料電池セル16が電気的に並列に接続されると共に、並列に接続された複数組の燃料電池セル16が電気的に直列に接続され、この直列接続の両端が夫々バスバー80に接続される。   Further, the lower end portion of each fuel cell 16 projecting into the fuel gas dispersion chamber 76 is electrically connected to the bus bar 80 in the fuel gas dispersion chamber 76, and electric power is drawn out through the insertion tube 72a. The bus bar 80 is electrically connected to a current collector 82 attached to each fuel cell 16 inside the fuel gas dispersion chamber 76. The bus bar 80 is connected to the inverter 54 (FIG. 1) outside the fuel cell storage container 8. The current collector 82 is also attached to the upper end portion of each fuel cell 16 projecting into the exhaust collection chamber 18. The current collectors 82 at the upper end and the lower end connect the plurality of fuel cells 16 in parallel electrically, and connect the plurality of sets of fuel cells 16 connected in parallel electrically in series. The both ends of this series connection are connected to the bus bar 80, respectively.

次に、排気集約室18の構成を説明する。排気集約室18は、各燃料電池セル16の上端部に取り付けられたドーナツ型断面のチャンバーであり、この排気集約室18の中央には、酸化剤ガス噴射用パイプ74が貫通して延びている。集約室18の底面には複数の円形の挿通穴が設けられている。各挿通穴には燃料電池セル16の上端部が夫々挿通されている。一方、排気集約室18の天井面には、集約された燃料ガスを噴出させるための複数の噴出口が設けられている。発電に使用されずに残った燃料は、各燃料電池セル16の上端から排気集約室18内に流出し、排気集約室18内で集約された燃料は各噴出口から流出し、そこで燃焼される。   Next, the configuration of the exhaust collection chamber 18 will be described. The exhaust concentration chamber 18 is a donut-shaped cross-section chamber attached to the upper end of each fuel cell 16, and an oxidant gas injection pipe 74 extends through the center of the exhaust concentration chamber 18. . A plurality of circular insertion holes are provided on the bottom surface of the aggregation chamber 18. The upper end portions of the fuel cells 16 are inserted into the respective insertion holes. On the other hand, a plurality of jet outlets for jetting the aggregated fuel gas are provided on the ceiling surface of the exhaust aggregation chamber 18. The remaining fuel that is not used for power generation flows into the exhaust collecting chamber 18 from the upper end of each fuel battery cell 16, and the fuel collected in the exhaust collecting chamber 18 flows out from each jet port and burns there. .

次に、図2を参照して、燃料供給源30から供給される原燃料ガスを改質するための構成について説明する。
まず、燃料ガス供給流路20の下部には、水蒸気改質用の水を蒸発させるための蒸発部86が設けられている。蒸発部86は、外側円筒部材66の下部内周に取り付けられたリング状の傾斜板86a及び水供給パイプ88から構成されている。傾斜板86aは、リング状に形成された金属の薄板であり、その外周縁が外側円筒部材66の内壁面に取り付けられる。一方、傾斜板86aの内周縁は外周縁よりも上方に位置し、傾斜板86aの内周縁と、内側円筒部材64の外壁面との間には隙間が設けられている。
Next, a configuration for reforming the raw fuel gas supplied from the fuel supply source 30 will be described with reference to FIG.
First, an evaporating portion 86 for evaporating water for steam reforming is provided at the lower portion of the fuel gas supply flow path 20. The evaporation unit 86 includes a ring-shaped inclined plate 86 a attached to the lower inner periphery of the outer cylindrical member 66 and a water supply pipe 88. The inclined plate 86 a is a metal thin plate formed in a ring shape, and its outer peripheral edge is attached to the inner wall surface of the outer cylindrical member 66. On the other hand, the inner peripheral edge of the inclined plate 86 a is positioned above the outer peripheral edge, and a gap is provided between the inner peripheral edge of the inclined plate 86 a and the outer wall surface of the inner cylindrical member 64.

水供給パイプ88は内側円筒部材64の下端から燃料ガス供給流路20内に鉛直方向に延びるパイプであり、傾斜板86aの上面側に供給された水は、傾斜板86aの上面と外側円筒部材66の内壁面の間に留まる。傾斜板86aの上面側に供給された水は、そこで蒸発され水蒸気が生成される。   The water supply pipe 88 is a pipe that extends in the vertical direction from the lower end of the inner cylindrical member 64 into the fuel gas supply flow path 20, and the water supplied to the upper surface side of the inclined plate 86a is the upper surface of the inclined plate 86a and the outer cylindrical member. It stays between 66 inner walls. The water supplied to the upper surface side of the inclined plate 86a is evaporated there to generate water vapor.

また、蒸発部86の下方には、原燃料ガスを燃料ガス供給流路20内に導入するための燃料ガス導入部が設けられている。燃料ブロア38から送られた原燃料ガスは、燃料ガス供給パイプ90を介して燃料ガス供給流路20に導入される。燃料ブロア38から送られた原燃料ガスは、傾斜板86aの下側に導入され、傾斜板86aの傾斜により流路を絞られながら傾斜板86aの上側へ上昇する。傾斜板86aの上側へ上昇した原燃料ガスは、蒸発部86で生成された水蒸気と共に上昇する。   A fuel gas introduction part for introducing the raw fuel gas into the fuel gas supply channel 20 is provided below the evaporation part 86. The raw fuel gas sent from the fuel blower 38 is introduced into the fuel gas supply channel 20 via the fuel gas supply pipe 90. The raw fuel gas sent from the fuel blower 38 is introduced to the lower side of the inclined plate 86a and rises to the upper side of the inclined plate 86a while the flow path is restricted by the inclination of the inclined plate 86a. The raw fuel gas that has risen to the upper side of the inclined plate 86 a rises together with the water vapor generated in the evaporation section 86.

燃料ガス供給流路20内の蒸発部86上方には、燃料ガス供給流路隔壁92が設けられている。この燃料ガス供給流路隔壁92の円周上には等間隔に複数の噴射口92aが設けられている。燃料ガス供給パイプ90から導入された原燃料ガス及び蒸発部86で生成された水蒸気は、一旦、燃料ガス供給流路隔壁92の下側の空間に滞留した後、各噴射口92aを通って燃料ガス供給流路隔壁92の上側の空間に噴射され、ここで十分に混合される。   A fuel gas supply channel partition wall 92 is provided above the evaporation portion 86 in the fuel gas supply channel 20. A plurality of injection ports 92 a are provided at equal intervals on the circumference of the fuel gas supply channel partition wall 92. The raw fuel gas introduced from the fuel gas supply pipe 90 and the water vapor generated in the evaporation portion 86 once stay in the space below the fuel gas supply flow path partition wall 92 and then pass through each injection port 92a to become fuel. The gas is injected into the space above the gas supply flow path partition wall 92 and mixed sufficiently here.

さらに、中間円筒部材65の内周と内側円筒部材64の外周の間の、円環状の空間の上部には、改質部94が設けられている。改質部94は、内側円筒部材64の外壁面に取り付けられた触媒保持板(図示せず)と、これにより保持された改質触媒96によって構成されている。改質触媒96に、燃料ガス供給流路隔壁92の上側の空間で混合された原燃料ガス及び水蒸気が接触すると、改質部94内においては、式(1)に示す水蒸気改質反応SRが進行する。
mn+xH2O → aCO2+bCO+cH2 (1)
Further, a reforming portion 94 is provided in the upper part of the annular space between the inner periphery of the intermediate cylindrical member 65 and the outer periphery of the inner cylindrical member 64. The reforming unit 94 includes a catalyst holding plate (not shown) attached to the outer wall surface of the inner cylindrical member 64 and a reforming catalyst 96 held thereby. When the raw fuel gas and steam mixed in the space above the fuel gas supply flow path partition wall 92 come into contact with the reforming catalyst 96, the steam reforming reaction SR shown in Formula (1) is performed in the reforming unit 94. proceed.
C m H n + xH 2 O → aCO 2 + bCO + cH 2 (1)

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

次に、図3及び図4を参照して、本発明の第1実施形態による燃料電池セルの構造を説明する。
図3は燃料電池セル全体を示す斜視図であり、図4は燃料電池セルの多孔質支持体表面に形成された機能層を拡大して示した断面図である。
図3に示すように、本実施形態の燃料電池セル16(固体酸化物形燃料電池セル)は、固体酸化物を用いた円筒横縞型セルである。各燃料電池セル16上には、複数の発電素子16aが横縞状に形成されており、これらが電気的に直列に接続されることにより1本の燃料電池セル16が構成されている。各燃料電池セル16は、その一端がアノード(陽極)、他端がカソード(陰極)となるように構成され、複数の燃料電池セル16のうちの半数は上端がアノード、下端がカソードとなるように配置され、残りの半数は上端がカソード、下端がアノードとなるように配置されている。
Next, the structure of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
FIG. 3 is a perspective view showing the whole fuel cell, and FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a functional layer formed on the surface of the porous support of the fuel cell.
As shown in FIG. 3, the fuel cell 16 (solid oxide fuel cell) of this embodiment is a cylindrical horizontal stripe cell using a solid oxide. On each fuel cell 16, a plurality of power generation elements 16 a are formed in a horizontal stripe shape, and one fuel cell 16 is configured by electrically connecting them in series. Each fuel cell 16 is configured such that one end thereof is an anode (anode) and the other end is a cathode (cathode), and half of the plurality of fuel cells 16 has an upper end as an anode and a lower end as a cathode. The other half are arranged so that the upper end is a cathode and the lower end is an anode.

図4に示すように、本実施形態の燃料電池セル16は、円筒形の多孔質支持体97と、その上に形成された3つの機能層である燃料極層98、電解質層100、及び空気極層101を有する。燃料電池セル16には、多孔質支持体97上に燃料極層98、電解質層100、及び空気極層101を順次形成することにより複数の発電素子16aが形成されている。各発電素子16aの燃料極層98はアノードとして、空気極層101はカソードとして機能する。これらの各発電素子16aはインターコネクタ層102により電気的に直列に接続されている。本実施形態においては、1本の燃料電池セル16上に12個の発電素子16aが形成され、これらがインターコネクタ層102により接続されている。   As shown in FIG. 4, the fuel battery cell 16 of the present embodiment includes a cylindrical porous support 97, a fuel electrode layer 98 that is three functional layers formed thereon, an electrolyte layer 100, and air. It has a polar layer 101. In the fuel cell 16, a plurality of power generation elements 16 a are formed by sequentially forming a fuel electrode layer 98, an electrolyte layer 100, and an air electrode layer 101 on a porous support 97. The fuel electrode layer 98 of each power generation element 16a functions as an anode, and the air electrode layer 101 functions as a cathode. Each of these power generating elements 16 a is electrically connected in series by the interconnector layer 102. In the present embodiment, twelve power generating elements 16 a are formed on one fuel battery cell 16, and these are connected by the interconnector layer 102.

具体的には、図4に示すように、各発電素子16aを構成する燃料極層98の一方の端部、及び空気極層101の反対側の端部が延長されている。発電素子16aの陽極である燃料極層98の延長された端部が、隣接して配置された発電素子16aの陰極である空気極層101の延長された端部とインターコネクタ層102により接続されている。   Specifically, as shown in FIG. 4, one end portion of the fuel electrode layer 98 constituting each power generation element 16 a and the opposite end portion of the air electrode layer 101 are extended. The extended end portion of the fuel electrode layer 98 that is the anode of the power generation element 16a is connected to the extended end portion of the air electrode layer 101 that is the cathode of the power generation element 16a that is disposed adjacently by the interconnector layer 102. ing.

次に、多孔質支持体97及び各機能層の構成を説明する。
多孔質支持体97は、本実施形態においては、電気絶縁性材料であるフォルステライト粉末を主成分として、バインダーを添加した混合物を円筒形に押し出し成形し、焼結することにより形成されている。
燃料極層98は、本実施形態においては、NiO粉末及び10YSZ(10mol%Y23−90mol%ZrO2)粉末の混合物により構成された導電性の薄膜である。
Next, the structure of the porous support body 97 and each functional layer is demonstrated.
In this embodiment, the porous support 97 is formed by extruding a cylindrical mixture of a forsterite powder, which is an electrically insulating material, and adding a binder into a cylindrical shape, followed by sintering.
In this embodiment, the fuel electrode layer 98 is a conductive thin film composed of a mixture of NiO powder and 10YSZ (10 mol% Y 2 O 3 -90 mol% ZrO 2 ) powder.

固体電解質層100は、本実施形態においては、La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.23の組成のLSGM粉末により構成された薄膜である。この固体電解質層100を介して酸化物イオンと水素又は一酸化炭素が反応することにより電気エネルギーが生成される。 In the present embodiment, the solid electrolyte layer 100 is a thin film made of LSGM powder having a composition of La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.8 Mg 0.2 O 3 . Electric energy is generated by the reaction between oxide ions and hydrogen or carbon monoxide through the solid electrolyte layer 100.

空気極層101は、本実施形態においては、La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.23の組成のLSCF粉末により構成された導電性の薄膜である。
インターコネクタ層102は、本実施形態においては、SLT(ランタンドープストロンチウムチタネート)及びLa1-xSrxTi1-y-zNbyFez3(LSTNF、0.1≦x≦0.8、0.1≦y≦0.3、0.3≦z≦0.6)により構成された導電性の薄膜である。
In this embodiment, the air electrode layer 101 is a conductive thin film composed of LSCF powder having a composition of La 0.6 Sr 0.4 Co 0.8 Fe 0.2 O 3 .
The interconnector layer 102, in this embodiment, SLT (lanthanum doped strontium titanate) and La 1-x Sr x Ti 1 -yz Nb y Fe z O 3 (LSTNF, 0.1 ≦ x ≦ 0.8,0.1 ≦ y ≦ 0.3 , 0.3 ≦ z ≦ 0.6).

次に、本発明の第1実施形態による燃料電池セルの製造装置を説明する。
まず、図5及び図6を参照して、機能層等を形成するドット成膜工程において使用されるドット成膜装置を説明する。図5はドット成膜装置全体を示す概略的な正面図であり、図6はドット成膜装置に備えられたジェットディスペンサーの先端部を示す概略的な断面図である。
Next, the fuel cell manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described.
First, a dot film forming apparatus used in a dot film forming process for forming a functional layer and the like will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a schematic front view showing the entire dot film forming apparatus, and FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a tip portion of a jet dispenser provided in the dot film forming apparatus.

上述した各機能層は、各機能層を構成する材料の粉末を懸濁させたスラリーを多孔質支持体97上に付着させ、これを焼成することにより形成されている。
ドット成膜装置110は、燃料電池セル16の各製造工程において、インターコネクタ及び空気極層を夫々形成するための各スラリーを液滴状にして、ドット成膜すべき所定の部分のみに選択的に、連続的に噴射するように構成されている。また、ドット成膜装置110は、所定の位置にインターコネクタ又は空気極層を形成するための位置出し機能を備えている。
Each functional layer described above is formed by attaching a slurry in which a powder of a material constituting each functional layer is suspended to the porous support 97 and firing the slurry.
In each manufacturing process of the fuel battery cell 16, the dot film forming apparatus 110 forms each slurry for forming the interconnector and the air electrode layer in the form of droplets, and selectively selects only a predetermined portion where the dot film should be formed. In addition, it is configured to inject continuously. Further, the dot film forming apparatus 110 has a positioning function for forming an interconnector or an air electrode layer at a predetermined position.

図5に示すように、ドット成膜装置110は、台座112と、ドット成膜すべき多孔質支持体97を回転させるモーター114と、多孔質支持体97を回転可能に保持する固定治具116と、液滴を噴射するヘッド部118と、このヘッド部118を案内するガイドレール120と、を有する。   As shown in FIG. 5, the dot film forming apparatus 110 includes a pedestal 112, a motor 114 for rotating the porous support 97 on which the dot film is to be formed, and a fixing jig 116 that rotatably holds the porous support 97. A head portion 118 that ejects droplets, and a guide rail 120 that guides the head portion 118.

台座112には、モーター114及び固定治具116が設置されている。
回転支持装置である固定治具116は、ドット成膜すべき多孔質支持体97を回転可能に保持するように構成されている。即ち、固定治具116は、円筒形の多孔質支持体97の両端に円錐形状の心押し棒116aを夫々挿入することにより、多孔質支持体97を両端から挟むようにして水平に保持する。各心押し棒116aは水平な回転中心線Aを中心に回転可能に構成されており、これにより保持された多孔質支持体97は回転中心線Aを中心に回転可能に保持される。モーター114は、各心押し棒116aによって保持された多孔質支持体97を、回転中心線Aを中心に回転させるように構成されている。
A motor 114 and a fixing jig 116 are installed on the pedestal 112.
The fixing jig 116 serving as a rotation support device is configured to rotatably hold the porous support 97 on which the dot film is to be formed. That is, the fixing jig 116 holds the porous support 97 horizontally so as to sandwich the porous support 97 from both ends by inserting conical tailstocks 116a into both ends of the cylindrical porous support 97, respectively. Each mandrel 116a is configured to be rotatable about a horizontal rotation center line A, and the porous support body 97 held thereby is held to be rotatable about the rotation center line A. The motor 114 is configured to rotate the porous support 97 held by each tailstock 116a around the rotation center line A.

ここで、円筒形の多孔質支持体97を円錐形状の心押し棒116aによって両側から挟んで支持することにより、多孔質支持体97は、その中心軸線と心押し棒116aの回転中心線Aが一致するように保持される。しかしながら、多孔質支持体97は製作誤差により完全な円筒形ではないため、実際には、回転中心線Aと多孔質支持体97の中心軸線は、僅かにずれている。   Here, by supporting the cylindrical porous support body 97 sandwiched from both sides by the conical tailstock 116a, the porous support body 97 has its central axis and the rotational centerline A of the tailstock 116a. Hold to match. However, since the porous support body 97 is not completely cylindrical due to manufacturing errors, the rotation center line A and the central axis line of the porous support body 97 are slightly shifted in practice.

ヘッド部118は、スラリー等を液滴状にして噴射するジェットディスペンサー122と、このジェットディスペンサー122にスラリー等を供給するスラリー容器124と、ドット成膜すべき多孔質支持体97を撮像するカメラ126と、を有する。
ガイドレール120は、ヘッド部118を、回転中心線Aと平行に移動させるように構成されている。ドット成膜時においては、ジェットディスペンサー122から液滴状のスラリーを噴射させながら、多孔質支持体97を回転させると共に、ヘッド部118をガイドレール120に沿って所定速度で送ることにより、多孔質支持体97の周囲に帯状のスラリーの膜を形成することができる。
The head unit 118 includes a jet dispenser 122 that ejects slurry and the like in the form of droplets, a slurry container 124 that supplies the jet dispenser 122 with slurry and the like, and a camera 126 that captures an image of the porous support 97 on which dots are to be formed. And having.
The guide rail 120 is configured to move the head portion 118 in parallel with the rotation center line A. At the time of dot film formation, the porous support 97 is rotated while jetting droplet-like slurry from the jet dispenser 122, and the head portion 118 is sent along the guide rail 120 at a predetermined speed, thereby making the porous A belt-like slurry film can be formed around the support 97.

ジェットディスペンサー122は、図6に示すように、スラリー等を噴射するノズル部128と、噴射を制御する噴射アクチュエータ129と、を有する。
ノズル部128には、鉛直方向に向けられた噴射ノズル穴128aが設けられ、この噴射ノズル穴128aの上端には、噴射ノズル穴128aよりも広くなった凹部128bが形成されている。さらに、ノズル部128には、噴射ノズル穴128aに連通するように設けられた水平方向のスラリー供給通路128cが形成されている。スラリー供給通路128cには、噴射すべきスラリー等がスラリー容器124から注入されている。スラリー供給通路128cから供給されたスラリー等は噴射ノズル穴128aに流入し、噴射ノズル穴128aの先端(下端)から噴射される。
As shown in FIG. 6, the jet dispenser 122 includes a nozzle portion 128 that ejects slurry and the like, and an ejection actuator 129 that controls ejection.
The nozzle portion 128 is provided with an injection nozzle hole 128a oriented in the vertical direction, and a concave portion 128b wider than the injection nozzle hole 128a is formed at the upper end of the injection nozzle hole 128a. Further, a horizontal slurry supply passage 128c is formed in the nozzle portion 128 so as to communicate with the injection nozzle hole 128a. The slurry to be injected is injected from the slurry container 124 into the slurry supply passage 128c. The slurry or the like supplied from the slurry supply passage 128c flows into the injection nozzle hole 128a and is injected from the tip (lower end) of the injection nozzle hole 128a.

噴射アクチュエータ129は、可撓性プレート129aと、この可撓性プレート129aに取り付けられた突起部129bと、を有する。
可撓性プレート129aは、可撓性のあるゴム製の板であり、ノズル部128に設けられた凹部128bを覆うように取り付けられている。突起部129bは、可撓性プレート129aの中央部に取り付けられた金属製の突起であり、ノズル部128の凹部128bに受け入れられている。可撓性プレート129aの背面側(凹部128bの反対側)には脈動する空気圧が作用されており、この空気圧の変動により可撓性プレート129aが撓み、可撓性プレート129aに取り付けられた突起部129bが上下動する。
The ejection actuator 129 includes a flexible plate 129a and a protrusion 129b attached to the flexible plate 129a.
The flexible plate 129 a is a flexible rubber plate, and is attached so as to cover the recess 128 b provided in the nozzle portion 128. The protrusion 129 b is a metal protrusion attached to the central portion of the flexible plate 129 a and is received in the recess 128 b of the nozzle portion 128. A pulsating air pressure is applied to the back side of the flexible plate 129a (the opposite side of the recess 128b), and the flexible plate 129a bends due to the fluctuation of the air pressure, and a protrusion attached to the flexible plate 129a. 129b moves up and down.

突起部129bが下方に移動されると、これを収容している凹部128b内の容積が減少するため、噴射ノズル穴128a及び凹部128b内に充填されているスラリー等が、液滴状にされて噴射ノズル穴128aの先端から噴射される。可撓性プレート129aの背面側の空気圧が所定周期で脈動することにより、突起部129bが上下動し、液滴状になったスラリー等が所定周期で連続的に噴射される。噴射されたスラリーの液滴は多孔質支持体97上にドットを形成し、このドットの集積によりスラリーの膜が形成される。   When the projection 129b is moved downward, the volume in the recess 128b that accommodates the projection 129b decreases, so that the slurry filled in the injection nozzle hole 128a and the recess 128b is made into droplets. Sprayed from the tip of the spray nozzle hole 128a. When the air pressure on the back side of the flexible plate 129a pulsates at a predetermined cycle, the protrusion 129b moves up and down, and droplets and the like are continuously ejected at a predetermined cycle. The ejected slurry droplets form dots on the porous support 97, and a slurry film is formed by the accumulation of the dots.

モーター114駆動により多孔質支持体97を回転させると共に、ジェットディスペンサー122をガイドレール120に沿って所定速度で送ることにより、多孔質支持体97上の所望の位置にスラリーのドットを横縞状に集積させることができる。なお、ドット成膜により形成される層の厚さは、モーター114の回転数、ジェットディスペンサー122の送り速度、ジェットディスペンサー122から噴射される液滴の大きさ、及び噴射されるスラリーの粘性等により制御することができる。   The porous support body 97 is rotated by driving the motor 114, and the jet dispenser 122 is sent along the guide rail 120 at a predetermined speed, whereby the dots of the slurry are accumulated in horizontal stripes at desired positions on the porous support body 97. Can be made. The thickness of the layer formed by the dot film formation depends on the number of rotations of the motor 114, the feed speed of the jet dispenser 122, the size of droplets ejected from the jet dispenser 122, the viscosity of the slurry to be ejected, and the like. Can be controlled.

カメラ126は、多孔質支持体97上に形成された燃料極層やインターコネクタ層等を撮像し、画像解析によりそれらの境界線の位置を特定するように構成されている。また、カメラ126により撮像された画像上の位置と、液滴が噴射される噴射ノズル穴128aとの間の水平距離Lはメモリ(図示せず)に予め記憶されている。このため、撮像された画像上で特定された位置から、ヘッド部118をガイドレール120に沿って距離Lだけ送ることにより、画像上で特定された位置に噴射ノズル穴128aを移動させることができる。   The camera 126 is configured to take an image of the fuel electrode layer, the interconnector layer, and the like formed on the porous support 97, and specify the position of the boundary line by image analysis. Further, the horizontal distance L between the position on the image captured by the camera 126 and the ejection nozzle hole 128a from which the droplet is ejected is stored in advance in a memory (not shown). For this reason, the injection nozzle hole 128a can be moved to the position specified on the image by sending the head portion 118 by the distance L along the guide rail 120 from the position specified on the captured image. .

次に、図7及び図8を参照して、機能層を形成する面成膜工程において使用される面成膜装置を説明する。図7は面成膜装置全体を示す概略的な正面図であり、図8は面成膜装置の作動手順を示すフローである。
図7に示すように、面成膜装置130は、台座131と、この台座131の上に設けられた固定治具132と、固定治具132を回転させるモーター134と、スラリーを吐出させる面成膜ノズル136と、この面成膜ノズル136にスラリーを圧送するポンプ138と、供給すべきスラリーを収容したスラリー容器139と、を有する。
Next, a surface film forming apparatus used in the surface film forming process for forming the functional layer will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a schematic front view showing the entire surface film forming apparatus, and FIG. 8 is a flow showing an operation procedure of the surface film forming apparatus.
As shown in FIG. 7, the surface film forming apparatus 130 includes a pedestal 131, a fixing jig 132 provided on the pedestal 131, a motor 134 for rotating the fixing jig 132, and a surface component for discharging slurry. A film nozzle 136, a pump 138 that pumps slurry to the surface film forming nozzle 136, and a slurry container 139 that contains slurry to be supplied are provided.

台座131には固定治具132が設けられている。回転支持装置である固定治具132は、多孔質支持体97を水平方向に向けて、その両端部を回転可能に支持する。モーター134は固定治具132に連結されており、固定治具132及びそれによって支持された多孔質支持体97を、多孔質支持体97の中心軸線を中心に、所定の回転数で回転させるように構成されている。   A fixing jig 132 is provided on the base 131. The fixing jig 132 which is a rotation support device supports the both ends of the porous support body 97 so that the porous support body 97 is directed horizontally. The motor 134 is connected to the fixing jig 132 so that the fixing jig 132 and the porous support 97 supported by the fixing jig 132 are rotated at a predetermined rotational speed around the central axis of the porous support 97. It is configured.

面成膜ノズル136は、固定治具132によって支持されている多孔質支持体97の直下に配置されており、スラリーを多孔質支持体97に向けて上方に吐出するように構成されている。
ポンプ138は、スラリー容器139内のスラリーを吸い上げ、スラリーを所定の流量で面成膜ノズル136から吐出させるように構成されている。
The surface film forming nozzle 136 is disposed immediately below the porous support 97 supported by the fixing jig 132, and is configured to discharge the slurry upward toward the porous support 97.
The pump 138 is configured to suck up the slurry in the slurry container 139 and discharge the slurry from the surface film forming nozzle 136 at a predetermined flow rate.

面成膜ノズル136には、スリット状の細長いノズル穴(図示せず)が設けられており、多孔質支持体97の面成膜すべき領域全体にスラリーが均一に吐出されるように構成されている。面成膜ノズル136から吐出したスラリーは、すぐ上方に水平方向に配置された多孔質支持体97に付着され、多孔質支持体97上に形成される複数の発電素子16aの各機能層が同時に成膜される。なお、多孔質支持体97上の面成膜不要な部分には、後述するように、ドット成膜装置110により予めマスキングが施されている。多孔質支持体97に付着せずに残ったスラリーは、面成膜ノズル136の周囲に流れ落ち、回収される。   The surface film forming nozzle 136 is provided with slit-like elongated nozzle holes (not shown) so that the slurry is uniformly discharged over the entire surface of the porous support 97 to be formed. ing. The slurry discharged from the surface film forming nozzle 136 is attached to the porous support 97 disposed in the horizontal direction immediately above, and each functional layer of the plurality of power generating elements 16a formed on the porous support 97 is simultaneously formed. A film is formed. Note that a portion on the porous support 97 that does not require surface film formation is masked in advance by a dot film formation apparatus 110 as described later. Slurry remaining without adhering to the porous support 97 flows down around the surface film forming nozzle 136 and is collected.

次に、図8を参照して、面成膜の手順を説明する。
まず、図8のステップS101において、面成膜すべき多孔質支持体97を固定治具132に固定する。なお、多孔質支持体97上の面成膜が不要な部分には、予めマスキングを施しておく。次いで、ステップS102において、モーター134を起動し、多孔質支持体97をその中心軸線を中心に所定の回転数で回転させる。さらに、ステップS103において、ポンプ138を作動させる。これにより、スラリー容器139からスラリーが吸い上げられ、スラリーは面成膜ノズル136に向けて圧送される(ステップS104)。圧送されたスラリーは、面成膜ノズル136から上方に向けて吐出される(ステップS105)。面成膜ノズル136から吐出されたスラリーは、面成膜ノズル136の上方で回転している多孔質支持体97の表面に塗布される(ステップS106)。
Next, with reference to FIG. 8, a surface film forming procedure will be described.
First, in step S <b> 101 of FIG. 8, the porous support 97 to be surface-formed is fixed to the fixing jig 132. Note that masking is performed in advance on a portion on the porous support 97 where surface film formation is unnecessary. Next, in step S102, the motor 134 is activated, and the porous support 97 is rotated at a predetermined rotational speed around its central axis. Further, in step S103, the pump 138 is operated. Thereby, the slurry is sucked up from the slurry container 139, and the slurry is pumped toward the surface film-forming nozzle 136 (step S104). The slurry fed under pressure is discharged upward from the surface film forming nozzle 136 (step S105). The slurry discharged from the surface film forming nozzle 136 is applied to the surface of the porous support 97 rotating above the surface film forming nozzle 136 (step S106).

多孔質支持体97に付着せずに残ったスラリーは、面成膜ノズル136の周囲に流れ落ちる。また、多孔質支持体97に付着した余分なスラリーは、回転している多孔質支持体97の遠心力により流れ落ち、多孔質支持体97上には所定厚さのスラリーの膜が成膜される。従って、多孔質支持体97上に形成される層の厚さは、多孔質支持体97の回転数、面成膜ノズル136からの吐出流量、スラリーの粘性等によって制御することができる。
次に、ステップS107においてポンプ138を停止させ、ステップS108においてモーター134を停止させる。さらに、ステップS109において、成膜された多孔質支持体97を固定治具132から取り外し、面成膜工程を完了する。
The slurry remaining without adhering to the porous support 97 flows down around the surface film forming nozzle 136. Further, excess slurry adhering to the porous support 97 flows down by the centrifugal force of the rotating porous support 97, and a slurry film having a predetermined thickness is formed on the porous support 97. . Accordingly, the thickness of the layer formed on the porous support 97 can be controlled by the number of rotations of the porous support 97, the discharge flow rate from the surface film forming nozzle 136, the viscosity of the slurry, and the like.
Next, the pump 138 is stopped in step S107, and the motor 134 is stopped in step S108. Further, in step S109, the formed porous support body 97 is removed from the fixing jig 132, and the surface film forming step is completed.

次に、図9及び図10を参照して、マスキング層等を形成する押出成膜工程において使用される押出成膜装置を説明する。図9は押出成膜装置全体を示す概略的な正面図であり、図10は押出成膜装置に備えられたヘッド部のノズルの部分を拡大して示す図である。   Next, an extrusion film forming apparatus used in an extrusion film forming process for forming a masking layer and the like will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a schematic front view showing the entire extrusion film forming apparatus, and FIG. 10 is an enlarged view showing a nozzle portion of a head portion provided in the extrusion film forming apparatus.

上述したドット成膜装置110は、各機能層を形成するためのスラリーを液滴状にして連続的に噴射し、所定の位置にドット成膜を行うものである。これに対して、押出成膜装置140は、ノズルの先端から液状物を棒状にして連続的に押し出して、所定の位置に液状物を塗布するものである。これらのドット成膜装置110及び押出成膜装置140は、何れも、塗布すべき表面の所定の位置のみに液状物を塗布するディスペンサ装置であり、上述した面成膜装置130よりも狭い範囲に液状物を吐出させ、塗布するように構成されている。
このように、押出成膜装置140は、任意の液状物を所定の位置に塗布する機能を備えているが、本実施形態においては、これをマスキング形成剤の塗布に、即ち、マスキング層の形成に使用している。
The dot film forming apparatus 110 described above is a device for forming dots at predetermined positions by continuously ejecting slurry for forming each functional layer in the form of droplets. On the other hand, the extrusion film forming apparatus 140 applies the liquid material to a predetermined position by continuously extruding the liquid material from the tip of the nozzle in a rod shape. Each of these dot film forming apparatus 110 and extrusion film forming apparatus 140 is a dispenser apparatus that applies a liquid material only to a predetermined position on the surface to be applied, and has a narrower range than the above-described surface film forming apparatus 130. A liquid material is discharged and applied.
As described above, the extrusion film forming apparatus 140 has a function of applying an arbitrary liquid material to a predetermined position. In the present embodiment, this is applied to the application of a masking agent, that is, formation of a masking layer. It is used for.

図9に示すように、押出成膜装置140は、台座142と、押出成膜すべき多孔質支持体97を回転させるモーター144と、多孔質支持体97を回転可能に保持する固定治具146と、液状物を塗布するためのヘッド部148と、このヘッド部148を案内するガイドレール150と、を有する。   As shown in FIG. 9, the extrusion film forming apparatus 140 includes a pedestal 142, a motor 144 that rotates the porous support 97 to be formed by extrusion, and a fixing jig 146 that holds the porous support 97 rotatably. And a head portion 148 for applying a liquid material, and a guide rail 150 for guiding the head portion 148.

台座142には、モーター144及び固定治具146が設置されている。
回転支持装置である固定治具146は、押出成膜すべき多孔質支持体97を回転可能に保持するように構成されている。即ち、固定治具146は、円筒形の多孔質支持体97の両端に円錐形状の心押し棒146aを夫々挿入することにより、多孔質支持体97を両端から挟むようにして水平に保持する。各心押し棒146aは水平な回転中心線Aを中心に回転可能に構成されており、これにより保持された多孔質支持体97は回転中心線Aを中心に回転可能に保持される。モーター144は、各心押し棒146aによって保持された多孔質支持体97を、回転中心線Aを中心に回転させるように構成されている。
A motor 144 and a fixing jig 146 are installed on the pedestal 142.
The fixing jig 146 which is a rotation support device is configured to rotatably hold the porous support 97 to be extruded. That is, the fixing jig 146 holds the porous support body 97 horizontally so as to sandwich the porous support body 97 from both ends by inserting conical tailstocks 146a into both ends of the cylindrical porous support body 97, respectively. Each tailstock 146a is configured to be rotatable about a horizontal rotation center line A, and the porous support body 97 held thereby is held to be rotatable about the rotation center line A. The motor 144 is configured to rotate the porous support 97 held by each tailstock 146a around the rotation center line A.

ここで、円筒形の多孔質支持体97を円錐形状の心押し棒146aによって両側から挟んで支持することにより、多孔質支持体97は、その中心軸線と心押し棒146aの回転中心線Aが一致するように保持される。しかしながら、上記のように、実際には、回転中心線Aと多孔質支持体97の中心軸線は、僅かにずれている。   Here, by supporting the cylindrical porous support body 97 by sandwiching it from both sides by the conical tailstock 146a, the porous support body 97 has its central axis and the rotational centerline A of the tailstock 146a. Hold to match. However, as described above, actually, the rotation center line A and the center axis of the porous support 97 are slightly shifted.

ヘッド部148は、マスキング形成剤等を連続的に吐出するノズル152と、このノズル152に供給するマスキング形成剤等を貯留するタンク154と、ノズル152を駆動するノズル駆動装置156と、液状物を塗布すべき多孔質支持体97を撮像するカメラ158と、を有する。
ノズル152は、多孔質支持体97の回転中心線Aを含む平面内で、鉛直下方に向けて延びる細長い円筒形のノズルであり、下端から鉛直下方に向けて、液状物を棒状にして連続的に吐出するように構成されている。
タンク154は、マスキング形成剤等、ノズル152に供給すべき液状物を貯留するように構成されている。また、タンク154はヘッド部148に固定されており、ノズル152には、可撓性のパイプ154aを介して接続されている。液状物はタンク154から一定の圧力で押し出され、ノズル152の先端から一定の流量で棒状にされて、連続的に吐出される。
The head unit 148 includes a nozzle 152 that continuously discharges a masking agent, a tank 154 that stores a masking agent supplied to the nozzle 152, a nozzle driving device 156 that drives the nozzle 152, and a liquid material. And a camera 158 that images the porous support 97 to be coated.
The nozzle 152 is an elongated cylindrical nozzle that extends vertically downward in a plane including the rotation center line A of the porous support 97, and continuously forms a liquid material in a rod shape from the lower end vertically downward. It is comprised so that it may discharge to.
The tank 154 is configured to store a liquid material to be supplied to the nozzle 152, such as a masking agent. The tank 154 is fixed to the head portion 148, and is connected to the nozzle 152 via a flexible pipe 154a. The liquid material is pushed out from the tank 154 at a constant pressure, is formed into a rod shape at a constant flow rate from the tip of the nozzle 152, and is continuously discharged.

カメラ158は、多孔質支持体97上に形成された燃料極層やインターコネクタ層等を撮像し、画像解析によりそれらの境界線の位置を特定するように構成されている。また、カメラ158により撮像された画像上の位置と、液状物が押し出されるノズル152との間の水平距離Lはメモリ(図示せず)に予め記憶されている。このため、撮像された画像上で特定された位置から、ヘッド部148をガイドレール150に沿って距離Lだけ送ることにより、画像上で特定された位置にノズル152を移動させることができる。   The camera 158 is configured to take an image of the fuel electrode layer, the interconnector layer, and the like formed on the porous support member 97, and specify the position of the boundary line by image analysis. Further, the horizontal distance L between the position on the image captured by the camera 158 and the nozzle 152 from which the liquid material is pushed out is stored in advance in a memory (not shown). Therefore, the nozzle 152 can be moved to the position specified on the image by sending the head portion 148 from the position specified on the captured image by the distance L along the guide rail 150.

ガイドレール150は、ヘッド部148を、回転中心線Aと平行に移動させるように構成されている。ヘッド部148は、多孔質支持体97上の押出成膜すべき位置までガイドレール150に沿って送られる。押出成膜時においては、ノズル152から液状物を吐出させながら、多孔質支持体97を回転させることにより、多孔質支持体97の周囲に帯状のスラリーの膜を形成することができる。また、押出成膜すべき層の形態によっては、押出成膜中にヘッド部148をガイドレール150に沿って所定速度で送ることもできる。   The guide rail 150 is configured to move the head portion 148 in parallel with the rotation center line A. The head portion 148 is fed along the guide rail 150 to a position on the porous support 97 where extrusion film formation is to be performed. During extrusion film formation, a belt-like slurry film can be formed around the porous support 97 by rotating the porous support 97 while discharging a liquid from the nozzle 152. Further, depending on the form of the layer to be extruded, the head portion 148 can be sent along the guide rail 150 at a predetermined speed during the extrusion film formation.

ノズル駆動装置156は、図10に示すように、ヘッド部148の下部に設けられている。ノズル駆動装置156は、ヘッド部148に対して移動可能に取り付けられたアーム部156aと、このアーム部156aの先端に設けられた回転ローラー156bとを有する。   As shown in FIG. 10, the nozzle driving device 156 is provided below the head portion 148. The nozzle driving device 156 includes an arm portion 156a that is movably attached to the head portion 148, and a rotating roller 156b that is provided at the tip of the arm portion 156a.

回転ローラー156bは、ノズル152の一方の側のみに設けられており、回転している多孔質支持体97の表面に当接されることにより、受動的に回転されるように構成されている。ここで、本実施形態においては、回転ローラー156bは、ノズル駆動装置156の自重により多孔質支持体97の表面に押し付けられており、回転している多孔質支持体97の表面に常に当接されている。このため、回転ローラー156bは、多孔質支持体97の表面の移動と共に、液状物の吐出方向である上下方向(鉛直方向)に移動される。また、固定治具146により支持されている多孔質支持体97は、製造誤差等により僅かに湾曲している。このため、回転中心線A(図9)を中心に回転している多孔質支持体97の表面の位置は、回転と共に図10における上下方向に僅かに移動する。この結果、多孔質支持体97の表面に当接されている回転ローラー156b、及びこの回転ローラー156bが取り付けられたアーム部156aは、多孔質支持体97表面の「振れ」に追従するように、図10における上下方向に移動される。   The rotating roller 156b is provided only on one side of the nozzle 152, and is configured to passively rotate by contacting the surface of the rotating porous support body 97. Here, in the present embodiment, the rotating roller 156b is pressed against the surface of the porous support 97 by its own weight of the nozzle driving device 156, and is always in contact with the surface of the rotating porous support 97. ing. For this reason, the rotating roller 156b is moved in the vertical direction (vertical direction), which is the liquid material discharge direction, along with the movement of the surface of the porous support 97. Further, the porous support body 97 supported by the fixing jig 146 is slightly curved due to a manufacturing error or the like. For this reason, the position of the surface of the porous support body 97 rotating around the rotation center line A (FIG. 9) moves slightly in the vertical direction in FIG. 10 along with the rotation. As a result, the rotating roller 156b that is in contact with the surface of the porous support body 97, and the arm portion 156a to which the rotating roller 156b is attached follow the “runout” of the surface of the porous support body 97. It is moved in the vertical direction in FIG.

ここで、ノズル駆動装置156は、回転ローラー156bの移動と連動してノズル152を移動させるように構成されているので、多孔質支持体97表面の「振れ」に追従するようにノズル152も、液状物の吐出方向に移動される。このため、多孔質支持体97の製造誤差等により、回転中の多孔質支持体97表面が移動した場合でも、ノズル152の先端Pと多孔質支持体97表面との間の距離Dはほぼ一定に維持される。なお、本実施形態においては、回転ローラー156bと多孔質支持体97表面の接触点C、及びノズル152の先端Pは、何れも多孔質支持体97の回転中心線Aの鉛直上方に位置決めされている。また、接触点Cとノズル152の先端Pを結ぶ直線の、鉛直方向の投影は回転中心線Aと平行に位置するのが良く、本実施形態においては、接触点Cと先端Pを結ぶ直線の鉛直方向の投影は回転中心線Aと一致している。従って、多孔質支持体97上の液状物が塗布される点(先端Pの鉛直下方の点)を通り、円筒形の多孔質支持体97に接する平面に対し、ノズル152は概ね直交するように向けられている。なお、本実施形態においては、回転ローラー156bはノズル駆動装置156の自重により多孔質支持体97の表面に押し付けられており、ノズル152は回転ローラー156bと連動して鉛直方向に移動される。一方、液状物を供給するタンク154はヘッド部148に固定され、ノズル152に対しては可撓性のパイプ154aを介して接続されているので、タンク154は回転ローラー156b及びノズル152とは連動しない。このため、タンク154内に収容されている液状物の重量とは無関係に、回転ローラー156bの押し付け力を一定にすることができる。また、多量の液状物が収容され、タンク154の重量が大きくなった場合でも、その重量により回転ローラー156bが押し付けられ、脆弱な多孔質支持体97に負担を与えることがない。   Here, since the nozzle driving device 156 is configured to move the nozzle 152 in conjunction with the movement of the rotating roller 156b, the nozzle 152 also follows the “shake” of the surface of the porous support 97. It is moved in the discharge direction of the liquid material. For this reason, even when the surface of the rotating porous support 97 moves due to manufacturing errors of the porous support 97, the distance D between the tip P of the nozzle 152 and the surface of the porous support 97 is substantially constant. Maintained. In the present embodiment, the contact point C between the rotating roller 156b and the surface of the porous support 97 and the tip P of the nozzle 152 are both positioned vertically above the rotation center line A of the porous support 97. Yes. In addition, the vertical projection of the straight line connecting the contact point C and the tip 152 of the nozzle 152 should be positioned parallel to the rotation center line A. In this embodiment, the straight line connecting the contact point C and the tip P is a straight line. The projection in the vertical direction coincides with the rotation center line A. Accordingly, the nozzle 152 is substantially orthogonal to the plane that contacts the cylindrical porous support 97 through the point where the liquid on the porous support 97 is applied (a point directly below the tip P). Is directed. In the present embodiment, the rotating roller 156b is pressed against the surface of the porous support 97 by the weight of the nozzle driving device 156, and the nozzle 152 is moved in the vertical direction in conjunction with the rotating roller 156b. On the other hand, the tank 154 for supplying the liquid material is fixed to the head portion 148 and is connected to the nozzle 152 via a flexible pipe 154a. Therefore, the tank 154 is interlocked with the rotating roller 156b and the nozzle 152. do not do. For this reason, irrespective of the weight of the liquid material accommodated in the tank 154, the pressing force of the rotating roller 156b can be made constant. Further, even when a large amount of liquid material is accommodated and the weight of the tank 154 increases, the rotating roller 156b is pressed by the weight, so that the fragile porous support 97 is not burdened.

さらに、本実施形態においては、接触点Cと先端Pの間の、回転中心線A方向(水平方向)の距離Sは約10mmに設定されている。また、ノズル152の先端Pと多孔質支持体97表面との間の距離Dは、多孔質支持体97に製造誤差がない場合(多孔質支持体97の表面が水平に向けられている場合)において約0.3mmとなるように設定されている。このように、ノズル152の先端Pは多孔質支持体97表面の近傍に位置決めされるため、先端Pと多孔質支持体97表面の間がノズル152から押し出されて棒状にされた液状物によって橋渡しされながら、液状物が塗布される。   Further, in the present embodiment, the distance S between the contact point C and the tip P in the direction of the rotation center line A (horizontal direction) is set to about 10 mm. Further, the distance D between the tip P of the nozzle 152 and the surface of the porous support 97 is determined when there is no manufacturing error in the porous support 97 (when the surface of the porous support 97 is oriented horizontally). Is set to be about 0.3 mm. Thus, since the tip P of the nozzle 152 is positioned in the vicinity of the surface of the porous support 97, the gap between the tip P and the surface of the porous support 97 is pushed out from the nozzle 152 by the liquid material formed into a rod shape. While being applied, a liquid material is applied.

ここで、液状物はノズル152の先端から一定の流量で連続的に押し出されているため、ノズル152の先端Pと多孔質支持体97表面との間の距離Dが大きく変化すると、多孔質支持体97上に塗布された液状物の層が蛇行したり、層の幅が不均一になる。本実施形態においては、ノズル駆動装置156により、ノズル152の先端Pと多孔質支持体97表面との間の距離Dがほぼ一定に維持されているため、十分に均一な層を形成することができる。しかしながら、実際には、図10において、接触点Cの高さと、ノズル152の真下における多孔質支持体97表面の高さが異なる(多孔質支持体97表面が傾斜している)ため、距離Dは僅かに変化する。ここで、本実施形態においては、多孔質支持体97はフォルステライト粉末を主成分とする焼結物であるため、製造時に発生する形状誤差は、ほぼ全てが多孔質支持体97全体が緩やかに弓状に湾曲するタイプのものである。この湾曲により発生する傾斜は、最大でも2%(多孔質支持体の長手方向100mmに対して最大2mmの撓み)程度である。従って、本実施形態においては、接触点Cと先端Pの間の距離Sは10mmであるため、接触点Cとノズル152の位置における高さの差D1は、最大でも0.2mm(10mm×0.02)程度に抑制され、十分に均一な層を形成することが可能になる。このように、ノズル152の先端Pと多孔質支持体97表面との間の距離Dを一定に維持するには、接触点Cと先端Pの間の距離Sは短いほど有利であり、10mm以下にすることが好ましいが、ノズル駆動装置156を機械的に構成するには、距離Sには或る程度の長さが必要になる。   Here, since the liquid material is continuously pushed out from the tip of the nozzle 152 at a constant flow rate, if the distance D between the tip P of the nozzle 152 and the surface of the porous support 97 changes greatly, the porous support The liquid material layer applied on the body 97 snakes or the layer width becomes non-uniform. In this embodiment, since the distance D between the tip P of the nozzle 152 and the surface of the porous support 97 is maintained substantially constant by the nozzle driving device 156, a sufficiently uniform layer can be formed. it can. However, in actuality, in FIG. 10, the height of the contact point C is different from the height of the surface of the porous support body 97 just below the nozzle 152 (the surface of the porous support body 97 is inclined). Changes slightly. Here, in this embodiment, since the porous support 97 is a sintered product containing forsterite powder as a main component, almost all of the shape errors that occur during the manufacturing process are moderate in the entire porous support 97. It is of the type that curves in an arc. The inclination generated by this bending is at most about 2% (maximum deflection of 2 mm with respect to 100 mm in the longitudinal direction of the porous support). Therefore, in this embodiment, since the distance S between the contact point C and the tip P is 10 mm, the height difference D1 at the position of the contact point C and the nozzle 152 is 0.2 mm (10 mm × 0) at the maximum. 0.02) and a sufficiently uniform layer can be formed. As described above, in order to keep the distance D between the tip P of the nozzle 152 and the surface of the porous support 97 constant, the shorter the distance S between the contact point C and the tip P, the more advantageous. However, in order to mechanically configure the nozzle driving device 156, the distance S requires a certain length.

以上説明したドット成膜装置110、面成膜装置130、押出成膜装置140及び成膜された機能層を焼成する加熱炉は、固体酸化物形燃料電池セル製造システムを構成する。   The dot film forming apparatus 110, the surface film forming apparatus 130, the extrusion film forming apparatus 140, and the heating furnace for firing the formed functional layer described above constitute a solid oxide fuel cell manufacturing system.

次に、図11及び図12を参照して、本発明の第1実施形態による固体酸化物形燃料電池セルの製造方法を説明する。
図11は本実施形態の製造方法の手順を示すフローチャートであり、図12は多孔質支持体上への機能層等の積層手順を示す模式図である。なお、図12は、各機能層等の重なりを模式的に示したものであり、各層の具体的な断面形状及び寸法を示すものではない。
Next, with reference to FIG.11 and FIG.12, the manufacturing method of the solid oxide fuel cell by 1st Embodiment of this invention is demonstrated.
FIG. 11 is a flowchart showing a procedure of the manufacturing method of the present embodiment, and FIG. 12 is a schematic diagram showing a procedure for stacking functional layers and the like on the porous support. FIG. 12 schematically shows the overlap of the functional layers and the like, and does not show the specific cross-sectional shape and dimensions of each layer.

まず、図11のステップS1においては、支持体形成工程として、フォルステライト製の多孔質支持体97が形成される。具体的には、フォルステライト粉末にバインダーを添加した粘土状の材料が、押出成型機(図示せず)によって円筒形に押し出し成形される。
次に、ステップS2においては仮焼成工程として、ステップS1において押し出し成形された多孔質支持体97が加熱炉(図示せず)により加熱され、仮焼成される。本実施形態においては、多孔質支持体97の成形体は、加熱炉により約1000℃で約2時間加熱され、仮焼成される。この仮焼成されたフォルステライト製の多孔質支持体97は概ね白色の電気絶縁体である。
First, in step S1 of FIG. 11, a forsterite porous support 97 is formed as a support forming process. Specifically, a clay-like material obtained by adding a binder to forsterite powder is extruded into a cylindrical shape by an extruder (not shown).
Next, in step S2, the porous support body 97 extruded in step S1 is heated in a heating furnace (not shown) and temporarily fired as a temporary firing step. In this embodiment, the molded body of the porous support body 97 is heated in a heating furnace at about 1000 ° C. for about 2 hours and pre-baked. This temporarily fired porous support body 97 made of forsterite is a generally white electrical insulator.

次に、ステップS3においては第1マスキング形成工程として、ステップS2において仮焼成された多孔質支持体97にマスキング形成剤が塗布され、マスキング層104が形成される。具体的には、この第1マスキング形成工程では、ディスペンサ装置である押出成膜装置140によりマスキング層104が押出成膜される。即ち、第1マスキング形成工程では、押出成膜装置140のノズル152(図9)により、液状のマスキング形成剤を、マスキング層104を形成すべき領域に連続的に押し出すことにより、多孔質支持体97上にマスキング形成剤を塗布してマスキング層104を押出成膜する工程である。従って、第1マスキング形成工程においては、押出成膜装置140はマスキング層形成装置として機能する。また、第1マスキング形成工程は、ディスペンサ装置により液状物であるマスキング形成剤が塗布される液状物塗布工程として実施される。   Next, in step S3, as a first masking formation step, a masking agent is applied to the porous support 97 that has been pre-fired in step S2, and the masking layer 104 is formed. Specifically, in the first masking formation step, the masking layer 104 is formed by extrusion using the extrusion film formation apparatus 140 that is a dispenser apparatus. That is, in the first masking formation step, the porous mask is formed by continuously extruding the liquid masking forming agent to the region where the masking layer 104 is to be formed by the nozzle 152 (FIG. 9) of the extrusion film forming apparatus 140. In this step, a masking agent is applied onto 97 and a masking layer 104 is formed by extrusion. Therefore, in the first masking forming step, the extrusion film forming apparatus 140 functions as a masking layer forming apparatus. Moreover, a 1st masking formation process is implemented as a liquid substance application | coating process by which the masking formation agent which is a liquid substance is apply | coated with a dispenser apparatus.

図12(a)に示すように、マスキング層104は、多孔質支持体97上の、燃料極層98の成膜が不要な部分に形成される。マスキング形成剤は、比較的粘性が低いので、超多孔質体である多孔質支持体97の内部にも或る程度浸透する。このため、後の工程で燃料極層98を面成膜する際(ステップS5)、燃料極層98を形成するためのスラリーが多孔質支持体97の内部に浸透し、隣接して設けられた燃料極層98が多孔質支持体97の中で短絡するのを防止することができる。また、押出成膜装置140は、単位時間当たりに吐出させる液状物の量がドット成膜装置110よりも多いため、マスキング形成剤が多孔質支持体97の内部に浸透しても比較的短時間で所定の膜厚のマスキング層104を形成することができ好適である。一方、マスキング形成剤の粘性が高すぎる場合、形成されたマスキング層104の表面の平滑性が不十分になる。この場合、次工程で面成膜を行った際に、スラリーがマスキング層104の上に溜まってしまい、このスラリーが成膜の不要な部分に残ってしまう。本実施形態においては、マスキング形成剤は、適度な粘性に調整されている。   As shown in FIG. 12A, the masking layer 104 is formed on the porous support 97 where the fuel electrode layer 98 is not required to be formed. Since the mask forming agent has a relatively low viscosity, it penetrates to some extent inside the porous support 97 which is a superporous material. For this reason, when the fuel electrode layer 98 is surface-formed in a later process (step S5), the slurry for forming the fuel electrode layer 98 penetrates into the porous support 97 and is provided adjacent thereto. It is possible to prevent the fuel electrode layer 98 from being short-circuited in the porous support body 97. Further, since the amount of liquid material discharged per unit time is larger in the extrusion film forming apparatus 140 than in the dot film forming apparatus 110, even if the mask forming agent permeates the inside of the porous support body 97, it takes a relatively short time. Thus, the masking layer 104 having a predetermined thickness can be formed. On the other hand, when the viscosity of the mask forming agent is too high, the smoothness of the surface of the formed masking layer 104 becomes insufficient. In this case, when the surface film is formed in the next step, the slurry is accumulated on the masking layer 104, and this slurry remains in an unnecessary part of the film formation. In this embodiment, the masking agent is adjusted to an appropriate viscosity.

図13は、多孔質支持体97上にマスキング層104が形成される際の状態を模式的に示す図である。
まず、図13(a)に示すように、ノズル152の先端から一定流量で連続的に押し出されたマスキング形成剤は、棒状になって回転中の多孔質支持体97上に付着し、ノズル152の先端と多孔質支持体97の表面との間を橋渡ししながら連続的に塗布される。しかしながら、マスキング形成剤の塗布開始後、多孔質支持体97が1回転するまでの間は、形成されているマスキング層104は幅が狭く、僅かに蛇行したものとなる(図13(a))。塗布開始後2回転目に入ると、図13(b)に示すように、塗布されているマスキング形成剤はノズル152の中心から両側に広がって幅が広くなると共に、塗布されたマスキング形成剤がノズル152の先端により均され、マスキング層104は幅が次第に太くなると共に、中央部の厚さが厚い凸状の形状となる。さらに、塗布開始後3回転目に入ると、図13(c)に示すように、マスキング層104の幅は、所定値に達すると共に、概ね均一になる。なお、本実施形態では、1つのマスキング層104の形成中において、ノズル152が多孔質支持体97の回転中心線Aの方向に送られることはなく、ノズル152の位置は固定されている。
FIG. 13 is a diagram schematically showing a state when the masking layer 104 is formed on the porous support 97.
First, as shown in FIG. 13A, the masking agent continuously extruded at a constant flow rate from the tip of the nozzle 152 is sticked to the rotating porous support body 97 in a rod shape. The coating is continuously applied while bridging between the tip of the substrate and the surface of the porous support 97. However, after the masking agent is applied, the masking layer 104 is narrow and slightly meandering until the porous support 97 rotates once (FIG. 13A). . When entering the second rotation after the start of application, as shown in FIG. 13B, the applied mask forming agent spreads from the center of the nozzle 152 to both sides and becomes wider, and the applied mask forming agent The masking layer 104 is gradually thickened by the tip of the nozzle 152, and has a convex shape with a thick central portion. Further, when entering the third rotation after the start of coating, as shown in FIG. 13C, the width of the masking layer 104 reaches a predetermined value and becomes substantially uniform. In this embodiment, during the formation of one masking layer 104, the nozzle 152 is not sent in the direction of the rotation center line A of the porous support 97, and the position of the nozzle 152 is fixed.

このように、幅が均一で、中央部が厚くなった凸状のマスキング層104を得るために必要な回転数は、マスキング形成剤の粘性、流量、多孔質支持体97の回転速度等により調整することができる。また、さらに幅の広いマスキング層104を形成する場合には、直径の大きなノズルを使用するか、或いは、幅の広いノズルを使用することもできる。本実施形態においては、マスキング形成剤として、フッ素樹脂系のマスキング形成剤である、(株)フロロテクノロジー製のフロロサーフ(商標)FS−1000シリーズ又はFG−3020シリーズが使用されている。   Thus, the number of rotations necessary to obtain the convex masking layer 104 having a uniform width and a thick central portion is adjusted by the viscosity of the masking agent, the flow rate, the rotation speed of the porous support 97, and the like. can do. Further, when the masking layer 104 having a wider width is formed, a nozzle having a larger diameter can be used, or a nozzle having a wider width can be used. In this embodiment, fluorosurfing (trademark) FS-1000 series or FG-3020 series manufactured by Fluoro Technology, Inc., which is a fluororesin-based mask forming agent, is used as the mask forming agent.

この第1マスキング形成工程においてマスキング層104を形成する部位の位置出しは、押出成膜装置140に備えられた固定治具146を基準にして行われる。即ち、押出成膜装置140は、予め記憶されている固定治具146の位置から所定距離ヘッド部148を移動させ、その位置から、多孔質支持体97を回転させながらマスキング層104の押出成膜を開始する。第1マスキング形成工程において形成される全てのマスキング層104は、固定治具146の位置を基準として、ヘッド部148の送り量により位置出しを行っている。   In the first masking formation step, the position where the masking layer 104 is formed is determined based on the fixing jig 146 provided in the extrusion film forming apparatus 140. That is, the extrusion film forming apparatus 140 moves the head unit 148 from the position of the fixing jig 146 stored in advance, and the masking layer 104 is formed by extrusion while rotating the porous support 97 from the position. To start. All the masking layers 104 formed in the first masking formation process are positioned by the feed amount of the head portion 148 with the position of the fixing jig 146 as a reference.

このため、第1マスキング形成工程において形成されるマスキング層104は、押出成膜装置140の回転中心線Aに直交した環状に形成される。従って、多孔質支持体97に製造誤差等による撓みがある場合、マスキング層104は、多孔質支持体97の中心軸線に対しては、正確には直交しないこととなる。しかしながら、このような誤差は燃料電池セル16においては問題とならず、押出成膜装置140の回転中心線Aに直交してマスキング層104を形成することにより、多孔質支持体97の撓みに応じた位置補正等を行う必要がなく、容易に成膜を行うことができる。また、本実施形態においては、ノズル駆動装置156が、ノズル152の先端と多孔質支持体97表面の間の距離Dをほぼ一定に維持するので、撓みにより多孔質支持体97の表面の位置が振れた場合でも、形成される層の厚さが影響を受けにくい。このため、多孔質支持体97に製造誤差がある場合でも、マスキング層104を正確な厚さに形成することができる。   For this reason, the masking layer 104 formed in the first masking forming step is formed in an annular shape orthogonal to the rotation center line A of the extrusion film forming apparatus 140. Therefore, when the porous support body 97 is bent due to a manufacturing error or the like, the masking layer 104 is not accurately orthogonal to the central axis of the porous support body 97. However, such an error does not cause a problem in the fuel battery cell 16, and the masking layer 104 is formed so as to be orthogonal to the rotation center line A of the extrusion film forming apparatus 140, thereby responding to the bending of the porous support 97. Therefore, it is not necessary to perform position correction or the like, and film formation can be performed easily. Further, in the present embodiment, the nozzle driving device 156 maintains the distance D between the tip of the nozzle 152 and the surface of the porous support 97 substantially constant, so that the position of the surface of the porous support 97 is deformed by the bending. Even if it shakes, the thickness of the formed layer is not easily affected. For this reason, even when there is a manufacturing error in the porous support member 97, the masking layer 104 can be formed with an accurate thickness.

なお、本実施形態において、押出成膜装置140が1つのマスキング層104を形成した後、他のマスキング層104を形成する位置までヘッド部148を移動させる際には、アーム部156aがリフトアップされる。即ち、ヘッド部148は、回転ローラー156b及びノズル152が多孔質支持体97から離れた状態で、次にマスキング層104を形成する位置までガイドレール150に沿って移動される。これにより、回転ローラー156bが表面を擦ることにより多孔質支持体97が損傷されたり、既に形成されたマスキング層104等が損傷されるのを防止することができる。   In this embodiment, when the extrusion film forming apparatus 140 forms one masking layer 104 and then moves the head part 148 to a position where another masking layer 104 is formed, the arm part 156a is lifted up. The That is, the head portion 148 is moved along the guide rail 150 to the position where the masking layer 104 is next formed in a state where the rotating roller 156 b and the nozzle 152 are separated from the porous support body 97. Thereby, it is possible to prevent the porous support 97 from being damaged or the masking layer 104 and the like already formed from being damaged by rubbing the surface of the rotating roller 156b.

また、上記のように、マスキング層104の中央部を高く、凸状に形成することにより、次の燃料極層形成工程においてマスキング層104の上から接触されたスラリーが速やかにマスキング層104の外に流れ落ちる。これにより、マスキング層104上に多くのスラリーが堆積し、不要な部分に燃料極層が形成されるのを抑制することができる。   Further, as described above, the central portion of the masking layer 104 is formed in a high and convex shape, so that the slurry contacted from above the masking layer 104 in the next fuel electrode layer forming step can be quickly removed from the masking layer 104. Flow down. As a result, it is possible to suppress a large amount of slurry from being deposited on the masking layer 104 and forming a fuel electrode layer in unnecessary portions.

次に、ステップS4では、ステップS3の第1マスキング形成工程において塗布されたマスキング形成剤を乾燥させるマスキング乾燥工程が行われる。本実施形態においては、マスキング乾燥工程では、マスキング形成剤が塗布された多孔質支持体97を乾燥炉で加熱し、マスキング形成剤中の溶剤を蒸発・除去する。このマスキング乾燥工程は、樹脂系のマスキング形成剤自体が焼却・消失されることのないよう、比較的低温で実行される。或いは、マスキング形成剤が塗布された多孔質支持体97を所定時間放置し、マスキング形成剤を自然乾燥させることもできる。   Next, in step S4, a masking drying process for drying the masking agent applied in the first masking formation process of step S3 is performed. In the present embodiment, in the masking drying process, the porous support body 97 coated with the mask forming agent is heated in a drying furnace to evaporate and remove the solvent in the mask forming agent. This masking drying step is performed at a relatively low temperature so that the resin-based mask forming agent itself is not incinerated or lost. Alternatively, the porous support 97 coated with the mask forming agent can be allowed to stand for a predetermined time and the mask forming agent can be naturally dried.

次に、ステップS5においては、燃料極層形成工程として、ステップS3においてマスキング層104が形成された多孔質支持体97に、発電素子16aの機能層のうちの1つである燃料極層98が成膜される。具体的には、第1面成膜工程である燃料極層形成工程においては、燃料極を形成するためのスラリーが、マスキング層104の上から多孔質支持体97に接触され、マスキング層104のない部分に燃料極層98が面成膜される。即ち、ステップS3においてマスキング層104が形成された多孔質支持体97を面成膜装置130の固定治具132に固定し、多孔質支持体97を回転させながら下方の面成膜ノズル136から吐出されるスラリーをマスキング層104の上から塗布する。従って、燃料極層形成工程においては、面成膜装置130は第1の面成膜装置又は燃料極層形成装置として機能する。   Next, in step S5, as a fuel electrode layer forming step, the fuel electrode layer 98, which is one of the functional layers of the power generation element 16a, is formed on the porous support 97 on which the masking layer 104 is formed in step S3. A film is formed. Specifically, in the fuel electrode layer forming step which is the first surface film forming step, the slurry for forming the fuel electrode is brought into contact with the porous support 97 from above the masking layer 104, The fuel electrode layer 98 is formed on the surface where there is not. That is, in step S3, the porous support body 97 on which the masking layer 104 is formed is fixed to the fixing jig 132 of the surface film forming apparatus 130, and the porous support body 97 is rotated and discharged from the lower surface film forming nozzle 136. The slurry to be applied is applied from above the masking layer 104. Therefore, in the fuel electrode layer forming step, the surface film forming device 130 functions as the first surface film forming device or the fuel electrode layer forming device.

この燃料極層形成工程は、最も下側に面成膜を行う下層面成膜工程であり、1本の多孔質支持体97上に形成される全ての発電素子16aの各燃料極層98が同時に面成膜される面成膜工程である。このように、燃料極層形成工程においては、面成膜により燃料極層98が形成されるため、押出成膜やドット成膜よりも燃料極層98の表面を平滑に形成することができる。また、ステップS3において塗布されたマスキング形成剤は、マスキング層104の下の、多孔質支持体97内部まで浸透しているので、面成膜工程において塗布されたスラリーが多孔質支持体97の内部に浸透し、隣接する燃料極が短絡するのを防止することができる。   This fuel electrode layer forming step is a lower layer surface film forming step in which surface film formation is performed on the lowermost side, and each fuel electrode layer 98 of all the power generating elements 16a formed on one porous support 97 is formed. This is a surface film forming step in which surface film formation is performed simultaneously. Thus, in the fuel electrode layer forming step, the fuel electrode layer 98 is formed by surface film formation, so that the surface of the fuel electrode layer 98 can be formed more smoothly than by extrusion film formation or dot film formation. Further, since the mask forming agent applied in step S3 penetrates to the inside of the porous support 97 under the masking layer 104, the slurry applied in the surface film-forming process is applied to the inside of the porous support 97. It is possible to prevent the adjacent fuel electrode from being short-circuited.

本実施形態においては、燃料極層形成工程において使用されるスラリーは、NiO粉末及び10YSZ粉末の混合物がアルコール系溶剤に懸濁された液体であり、一方、マスキング層104を形成しているマスキング形成剤は撥油性のものである。このため、スラリーはマスキング層104の上から多孔質支持体97全体に接触されるが、マスキング層104上のスラリーはマスキング形成剤により撥かれ(はじかれ)、マスキング層104の上には堆積しない。この結果、図12(b)に示すように、燃料極層の膜は、マスキング層104のない部分にのみ形成される。この際、マスキング層104は中央が厚くなった凸状に形成されているので、付着されたスラリーは速やかにマスキング層104の外に流れ落ち、マスキング層104の上に堆積することがない。さらに、図4に示すように、多孔質支持体97上に堆積するスラリーは撥油性のマスキング形成剤により撥かれ、マスキング層104に付着しないため、スラリーの表面張力により縁部が丸くなるように堆積される。なお、本実施形態においては、マスキング形成剤として撥油性の材料が使用されているが、使用されるスラリーによっては、撥水性のマスキング形成剤を使用することもできる。   In the present embodiment, the slurry used in the fuel electrode layer forming step is a liquid in which a mixture of NiO powder and 10YSZ powder is suspended in an alcohol-based solvent, while the masking layer 104 is formed. The agent is oil repellent. For this reason, the slurry is brought into contact with the entire porous support 97 from above the masking layer 104, but the slurry on the masking layer 104 is repelled by the masking agent and does not deposit on the masking layer 104. . As a result, as shown in FIG. 12 (b), the fuel electrode layer film is formed only in the portion without the masking layer 104. At this time, since the masking layer 104 is formed in a convex shape having a thick center, the attached slurry quickly flows out of the masking layer 104 and does not deposit on the masking layer 104. Furthermore, as shown in FIG. 4, since the slurry deposited on the porous support 97 is repelled by the oil repellent mask forming agent and does not adhere to the masking layer 104, the edges are rounded by the surface tension of the slurry. Is deposited. In this embodiment, an oil-repellent material is used as the mask forming agent. However, depending on the slurry used, a water-repellent mask forming agent may be used.

また、マスキング形成剤中の溶剤は、ステップS4のマスキング乾燥工程において十分に除去されているので、付着されたスラリーがマスキング層104に取り込まれることがない。即ち、マスキング形成剤中の溶剤が十分に除去されていないと、塗布されたスラリーとマスキング形成剤が部分的に混合され、或いはマスキング形成剤とスラリーが化学反応を起こして、スラリーがマスキング層104に取り込まれる場合がある。マスキング層104に取り込まれたスラリーは、後の仮焼成工程(ステップS6)後も多孔質支持体97上に残留し、隣接する燃料極層98を短絡させる虞がある。   Further, since the solvent in the mask forming agent has been sufficiently removed in the masking drying step of Step S4, the attached slurry is not taken into the masking layer 104. That is, if the solvent in the mask forming agent is not sufficiently removed, the applied slurry and the mask forming agent are partially mixed, or the mask forming agent and the slurry cause a chemical reaction, so that the slurry becomes the masking layer 104. May be taken in. The slurry taken into the masking layer 104 may remain on the porous support 97 even after the subsequent pre-baking step (step S6), and the adjacent fuel electrode layer 98 may be short-circuited.

さらに、燃料極層形成工程においては、多孔質支持体97上に燃料極層の膜が形成された後、堆積されたスラリーを乾燥させる乾燥工程(図示せず)が実施される。本実施形態においては、乾燥工程において、約100℃で約5分間スラリーを乾燥させる。なお、多孔質支持体97上に形成されているマスキング層104は、乾燥工程後もそのまま維持される。   Further, in the fuel electrode layer forming step, after the fuel electrode layer film is formed on the porous support 97, a drying step (not shown) for drying the deposited slurry is performed. In the present embodiment, in the drying step, the slurry is dried at about 100 ° C. for about 5 minutes. Note that the masking layer 104 formed on the porous support 97 is maintained as it is even after the drying step.

次に、ステップS6においては、仮焼成工程が実施される。仮焼成工程においては、ステップS5において燃料極層の膜が形成された多孔質支持体97が加熱炉(図示せず)により加熱され、仮焼成される。図12(c)に示すように、仮焼成工程により、多孔質支持体97上に形成されているマスキング層104は、蒸発して消失し、マスキング層104の下の多孔質支持体97が露出される。本実施形態においては、燃料極層98は、加熱炉により約1000℃で約2時間加熱され、硬化される。この仮焼成されたNiO/YSZ製の燃料極層98の色は、概ね薄緑色である。   Next, in step S6, a temporary baking process is performed. In the pre-baking step, the porous support 97 on which the fuel electrode layer film is formed in step S5 is heated by a heating furnace (not shown) and pre-baked. As shown in FIG. 12 (c), the masking layer 104 formed on the porous support 97 is evaporated and disappears by the pre-baking step, and the porous support 97 under the masking layer 104 is exposed. Is done. In the present embodiment, the fuel electrode layer 98 is heated and cured at about 1000 ° C. for about 2 hours in a heating furnace. The color of the temporarily fired NiO / YSZ fuel electrode layer 98 is generally light green.

次に、ステップS7においては第1インターコネクタ形成工程として、ステップS6において仮焼成された燃料極層98の上に、ドット成膜装置110によりインターコネクタ層が形成される。具体的には、第1インターコネクタ形成工程においては、インターコネクタ層102の一部である第1インターコネクタ層102aがドット成膜により形成される。即ち、第1インターコネクタ形成工程は、第1インターコネクタ層102aを形成するためのスラリーを、第1インターコネクタ層102aを形成すべき領域に、液滴状にして連続的に噴射することにより、燃料極層98上の所定の領域にスラリーのドットを形成し、このドットの集積により第1インターコネクタ層102aを形成するドット成膜工程である。従って、第1インターコネクタ形成工程においては、ドット成膜装置110はインターコネクタ形成装置として機能する。また、第1インターコネクタ層102aを形成するためのディスペンサ装置として、押出成膜装置140を使用することもできる。この場合には、押出成膜装置140がインターコネクタ形成装置として機能する。なお、本実施形態においては、第1インターコネクタ層102aを形成するためのスラリーとして、LSTNFの粉末がアルコール系溶剤に懸濁された液体を使用することができる。   Next, in step S7, as a first interconnector forming step, an interconnector layer is formed by the dot film forming apparatus 110 on the fuel electrode layer 98 that has been temporarily fired in step S6. Specifically, in the first interconnector forming step, the first interconnector layer 102a that is a part of the interconnector layer 102 is formed by dot film formation. That is, in the first interconnector forming step, the slurry for forming the first interconnector layer 102a is continuously sprayed in the form of droplets onto the region where the first interconnector layer 102a is to be formed. This is a dot film forming step in which dots of slurry are formed in a predetermined region on the fuel electrode layer 98, and the first interconnector layer 102a is formed by collecting the dots. Accordingly, in the first interconnector forming step, the dot film forming device 110 functions as an interconnector forming device. Moreover, the extrusion film-forming apparatus 140 can also be used as a dispenser apparatus for forming the 1st interconnector layer 102a. In this case, the extrusion film forming apparatus 140 functions as an interconnector forming apparatus. In the present embodiment, a liquid in which LSTNF powder is suspended in an alcohol solvent can be used as the slurry for forming the first interconnector layer 102a.

図12(d)に示すように、第1インターコネクタ層102aは、各燃料極層98上の、一方の端部に形成される。この第1インターコネクタ層102aを形成する部位の位置出しは、画像解析に基づいて実行される。即ち、ドット成膜装置110の固定治具116に固定された多孔質支持体97をカメラ126で撮像し、多孔質支持体97上の燃料極層98が形成されている部分と、形成されていない部分の境界線が画像解析により特定される。この特定された境界線の位置に基づいて、燃料極層98上の所定の領域に第1インターコネクタ層102aがドット成膜される。この境界線の特定は、多孔質支持体97上に形成されている各燃料極層98毎に実行される。   As shown in FIG. 12 (d), the first interconnector layer 102 a is formed on one end of each fuel electrode layer 98. The positioning of the part forming the first interconnector layer 102a is executed based on image analysis. That is, the porous support 97 fixed to the fixing jig 116 of the dot film forming apparatus 110 is imaged by the camera 126, and the portion where the fuel electrode layer 98 is formed on the porous support 97 is formed. The boundary line of the missing part is identified by image analysis. Based on the position of the specified boundary line, the first interconnector layer 102a is formed in a dot pattern in a predetermined region on the fuel electrode layer 98. This boundary line is specified for each fuel electrode layer 98 formed on the porous support 97.

図11のステップS3の第1マスキング形成工程においては、固定治具116を基準に位置出しが行われているが、第1インターコネクタ形成工程においては、第1位置出し工程として、画像解析を使用して各燃料極層98の位置に基づいて位置出しを行っている。このため、仮焼成による多孔質支持体97の収縮や、多孔質支持体97の取り付け位置の変化に関わらず、第1インターコネクタ層102aを正確に各燃料極層98に位置合わせすることができる。また、燃料極層98を形成するためのマスキング層104は、多孔質支持体97の回転中心線Aに直交するように形成されていた。このため、燃料極層98の縁は回転中心線Aに直交するように形成されており、多孔質支持体97をどの回転位置で撮像しても、燃料極層98と多孔質支持体97の境界線の位置は一定となり、第1インターコネクタ層102aの形成位置を一意的に位置決めすることができる。また、本実施形態においては、多孔質支持体97は概ね白色であり、燃料極層98は薄緑色であるため、明度のコントラストが高く、モノクロの撮像画像によっても正確に画像解析を行うことができる。また、画像解析をモノクロ画像に基づいて行うことにより、画像解析に要する処理時間を短縮することができる。   In the first masking formation process of step S3 in FIG. 11, positioning is performed with reference to the fixing jig 116. In the first interconnector forming process, image analysis is used as the first positioning process. Then, positioning is performed based on the position of each fuel electrode layer 98. For this reason, the first interconnector layer 102a can be accurately aligned with each fuel electrode layer 98 regardless of the shrinkage of the porous support 97 due to pre-baking or the change in the attachment position of the porous support 97. . Further, the masking layer 104 for forming the fuel electrode layer 98 is formed so as to be orthogonal to the rotation center line A of the porous support 97. For this reason, the edge of the fuel electrode layer 98 is formed so as to be orthogonal to the rotation center line A, and the fuel electrode layer 98 and the porous support body 97 are positioned at any rotational position. The position of the boundary line is constant, and the formation position of the first interconnector layer 102a can be uniquely determined. In the present embodiment, since the porous support 97 is substantially white and the fuel electrode layer 98 is light green, the brightness contrast is high, and image analysis can be performed accurately even with a monochrome captured image. it can. Further, by performing image analysis based on a monochrome image, the processing time required for image analysis can be shortened.

さらに、第1インターコネクタ形成工程においては、第1インターコネクタ層102aの膜が形成された後、堆積されたスラリーを乾燥させる乾燥工程(図示せず)が実施される。本実施形態においては、乾燥工程において、約100℃で約10分間スラリーを乾燥させる。   Further, in the first interconnector forming step, after the film of the first interconnector layer 102a is formed, a drying step (not shown) for drying the deposited slurry is performed. In the present embodiment, in the drying step, the slurry is dried at about 100 ° C. for about 10 minutes.

次に、ステップS8においては仮焼成工程が実施される。仮焼成工程においては、ステップS7において第1インターコネクタ層102aの膜を形成した多孔質支持体97が、加熱炉(図示せず)により加熱され、仮焼成される。この仮焼成工程により、各燃料極層98上に形成されている第1インターコネクタ層102aの膜が硬化される。本実施形態においては、第1インターコネクタ層102aは、加熱炉により約1000℃で約2時間加熱される。この仮焼成されたLSTNF製の第1インターコネクタ層102aの色は、概ね茶色である。   Next, in step S8, a temporary baking process is performed. In the pre-baking step, the porous support 97 on which the film of the first interconnector layer 102a is formed in step S7 is heated by a heating furnace (not shown) and pre-baked. By this temporary firing step, the film of the first interconnector layer 102a formed on each fuel electrode layer 98 is cured. In the present embodiment, the first interconnector layer 102a is heated in a heating furnace at about 1000 ° C. for about 2 hours. The color of the pre-fired LSTNF first interconnector layer 102a is generally brown.

次に、ステップS9においては第2マスキング形成工程として、ステップS8において仮焼成された第1インターコネクタ層102aに、押出成膜装置140によりマスキング形成剤が塗布され、マスキング層106が形成される。即ち、第2マスキング形成工程は、マスキング層106を形成すべき領域に、マスキング形成剤を連続的に押し出すことにより、第1インターコネクタ層102a上にマスキング形成剤を塗布してマスキング層106を形成する押出成膜工程である。また、第2マスキング形成工程は、ディスペンサ装置により液状物であるマスキング形成剤が塗布される液状物塗布工程として実施される。   Next, in step S9, as a second masking formation process, a masking agent is applied to the first interconnector layer 102a preliminarily baked in step S8 by the extrusion film forming apparatus 140, and the masking layer 106 is formed. That is, in the second masking formation step, the masking layer 106 is formed by applying the masking agent onto the first interconnector layer 102a by continuously extruding the masking agent to the region where the masking layer 106 is to be formed. This is an extrusion film forming process. Moreover, a 2nd masking formation process is implemented as a liquid substance application | coating process by which the masking formation agent which is a liquid substance is apply | coated by a dispenser apparatus.

図14は、押出成膜装置により、第1インターコネクタ層上にマスキング層を形成している状態を模式的に示す図である。
図14に示すように、第2マスキング形成工程においては、押出成膜装置140のノズル152から、第1インターコネクタ層102a上にマスキング形成剤が塗布される。ここで、マスキング形成剤が塗布される第1インターコネクタ層102aは1つの燃料極層98の上に形成されたものであるが、塗布を行う際、押出成膜装置140の回転ローラー156bは、隣接する別の燃料極層98に当接される。多孔質支持体97上に形成された各燃料極層98は、燃料極形成工程において同時に形成されたものであるため、同じ厚さに形成されていると共に、非常に平滑な表面を有する。このため、回転ローラー156bを隣接する燃料極層98に当接させながら押出成膜を行うことにより、マスキング形成剤を塗布すべき表面(第1インターコネクタ層102aの表面)と、ノズル152の先端との間の距離をほぼ一定に維持することができる。なお、第2マスキング形成工程においては、マスキング形成剤が塗布される表面(第1インターコネクタ層102aの表面)は、回転ローラー156bが当接する表面(燃料極層98の表面)よりも高い位置にある。このため、この高さ分(第1インターコネクタ層102aの厚さ分)、回転ローラー156bの接触点Cに対するノズル152の先端Pの位置を、第1マスキング形成工程よりも高く設定しておく。
FIG. 14 is a diagram schematically showing a state in which a masking layer is formed on the first interconnector layer by the extrusion film forming apparatus.
As shown in FIG. 14, in the second masking formation step, a masking agent is applied onto the first interconnector layer 102 a from the nozzle 152 of the extrusion film forming apparatus 140. Here, the first interconnector layer 102a to which the mask forming agent is applied is formed on one fuel electrode layer 98, but when applying, the rotating roller 156b of the extrusion film forming apparatus 140 is It abuts on another adjacent fuel electrode layer 98. Since each fuel electrode layer 98 formed on the porous support 97 is formed at the same time in the fuel electrode formation step, it is formed to have the same thickness and has a very smooth surface. For this reason, by performing extrusion film formation while bringing the rotating roller 156b into contact with the adjacent fuel electrode layer 98, the surface to be coated with the masking agent (the surface of the first interconnector layer 102a) and the tip of the nozzle 152 The distance between can be maintained almost constant. In the second masking formation step, the surface on which the masking agent is applied (the surface of the first interconnector layer 102a) is positioned higher than the surface on which the rotating roller 156b abuts (the surface of the fuel electrode layer 98). is there. For this reason, the position of the tip P of the nozzle 152 with respect to the contact point C of the rotating roller 156b is set higher than that in the first masking forming step by this height (the thickness of the first interconnector layer 102a).

図12(e)に示すように、マスキング層106は、第1インターコネクタ層102a上に、その両側の端部を残して第1インターコネクタ層102aを覆うように形成される。このマスキング層106を形成する位置の位置出しは、第2位置出し工程として、押出成膜装置140のカメラ158を使用して、画像解析により実行される。第1インターコネクタ層102aは茶色であり、多孔質支持体97は概ね白色であり、燃料極層98は薄緑色であるため、明度のコントラストが高く、撮像画像によって正確に位置決めすることができる。第2マスキング形成工程において使用されるマスキング形成剤は、第1マスキング形成工程において使用されたマスキング形成剤と同一である。
次いで、ステップS10では、ステップS9の第2マスキング形成工程において塗布されたマスキング形成剤を乾燥させるマスキング乾燥工程が行われる。マスキング乾燥工程においては、マスキング形成剤が塗布された多孔質支持体97を乾燥炉で加熱し、マスキング形成剤中の溶剤を蒸発・除去する。
As shown in FIG. 12 (e), the masking layer 106 is formed on the first interconnector layer 102a so as to cover the first interconnector layer 102a, leaving the end portions on both sides thereof. The positioning of the position where the masking layer 106 is formed is executed by image analysis using the camera 158 of the extrusion film forming apparatus 140 as the second positioning process. Since the first interconnector layer 102a is brown, the porous support body 97 is substantially white, and the fuel electrode layer 98 is light green, the brightness contrast is high, and it can be accurately positioned by the captured image. The mask forming agent used in the second mask forming step is the same as the mask forming agent used in the first mask forming step.
Next, in step S10, a masking drying process is performed in which the masking agent applied in the second masking formation process in step S9 is dried. In the masking drying step, the porous support 97 coated with the mask forming agent is heated in a drying furnace to evaporate and remove the solvent in the mask forming agent.

次に、ステップS11においては、電解質層形成工程として、ステップS9においてマスキング層106が形成された多孔質支持体97に、発電素子16aの機能層のうちの1つである電解質層100が成膜される。具体的には、第2面成膜工程である電解質層形成工程においては、面成膜装置130によって、電解質層を形成するためのスラリーがマスキング層106の上から多孔質支持体97に接触され、マスキング層106のない部分に電解質層100が面成膜される。従って、電解質層形成工程においては、面成膜装置130は電解質層形成装置又は第2の面成膜装置として機能する。なお、面成膜装置130はステップS5の燃料極層形成工程において使用した第1の面成膜装置と同一の装置でも良く、或いは、夫々に専用の装置を準備しても良い。この電解質層形成工程は、面成膜された燃料極層98の上に面成膜を行う上層面成膜工程であり、1本の多孔質支持体97上に形成される全ての発電素子16aの各電解質層100が同時に面成膜される面成膜工程である。   Next, in step S11, as an electrolyte layer forming step, the electrolyte layer 100, which is one of the functional layers of the power generation element 16a, is formed on the porous support 97 on which the masking layer 106 is formed in step S9. Is done. Specifically, in the electrolyte layer forming step which is the second surface film forming step, the slurry for forming the electrolyte layer is brought into contact with the porous support 97 from above the masking layer 106 by the surface film forming apparatus 130. The electrolyte layer 100 is formed on the surface where the masking layer 106 is absent. Therefore, in the electrolyte layer forming step, the surface film forming apparatus 130 functions as an electrolyte layer forming apparatus or a second surface film forming apparatus. The surface film forming apparatus 130 may be the same apparatus as the first surface film forming apparatus used in the fuel electrode layer forming process in step S5, or a dedicated apparatus may be prepared for each. This electrolyte layer forming step is an upper surface film forming step in which surface film formation is performed on the fuel electrode layer 98 having a surface film formed, and all the power generation elements 16a formed on one porous support 97 are formed. This is a surface film forming step in which the respective electrolyte layers 100 are formed simultaneously.

本実施形態においては、電解質層形成工程において使用されるスラリーは、LSGM粉末がアルコール系溶剤に懸濁された液体である。このスラリーはマスキング層106の上から多孔質支持体97全体に接触されるが、スラリーはマスキング層106により撥かれ、マスキング層106の上には堆積しない。この結果、図12(f)に示すように、電解質層100の膜は、マスキング層106のない部分にのみ形成される。即ち、多孔質支持体97及び燃料極層98の全ての露出部分、及び第1インターコネクタ層102aのマスキング層106に覆われていない両側の縁部分が、電解質層100の膜により覆われる。   In the present embodiment, the slurry used in the electrolyte layer forming step is a liquid in which LSGM powder is suspended in an alcohol solvent. This slurry is brought into contact with the entire porous support 97 from above the masking layer 106, but the slurry is repelled by the masking layer 106 and does not deposit on the masking layer 106. As a result, as shown in FIG. 12F, the film of the electrolyte layer 100 is formed only in a portion where the masking layer 106 is not present. That is, all exposed portions of the porous support 97 and the fuel electrode layer 98 and the edge portions on both sides not covered with the masking layer 106 of the first interconnector layer 102a are covered with the membrane of the electrolyte layer 100.

また、図4に示すように、燃料極層98の縁部は丸く形成されているため、その上に積層される電解質層100のスラリーは、燃料極層98と多孔質支持体97の境界部に隙間なく入り込み、電解質層100の下の空隙の発生を防止することができる。さらに、電解質層100を形成すべきスラリーは、マスキング層106によって撥かれ、マスキング層106に付着しないため、表面張力によって縁部が丸く堆積される。電解質層形成工程においては、面成膜により電解質層100が形成されるため、ドット痕の発生がなく、平滑な表面を得ることができる。また、電解質層100は、面成膜された燃料極層98の上に形成されるため、下層の表面の凹凸により平滑性が損なわれることもない。   Also, as shown in FIG. 4, since the edge of the fuel electrode layer 98 is formed in a round shape, the slurry of the electrolyte layer 100 laminated thereon is the boundary between the fuel electrode layer 98 and the porous support 97. It is possible to prevent the formation of voids under the electrolyte layer 100 without entering the gap. Furthermore, since the slurry to form the electrolyte layer 100 is repelled by the masking layer 106 and does not adhere to the masking layer 106, the edges are deposited rounded by the surface tension. In the electrolyte layer forming step, since the electrolyte layer 100 is formed by surface film formation, no dot marks are generated, and a smooth surface can be obtained. In addition, since the electrolyte layer 100 is formed on the fuel electrode layer 98 that is surface-formed, the smoothness is not impaired by the unevenness of the surface of the lower layer.

さらに、電解質層形成工程においては、多孔質支持体97上に電解質層100の膜が形成された後、堆積されたスラリーを乾燥させる乾燥工程(図示せず)が実施される。本実施形態においては、乾燥工程において、約100℃で約5分間スラリーを乾燥させる。なお、多孔質支持体97上に形成されているマスキング層106は、乾燥工程後もそのまま維持される。   Further, in the electrolyte layer forming step, after the membrane of the electrolyte layer 100 is formed on the porous support 97, a drying step (not shown) for drying the deposited slurry is performed. In the present embodiment, in the drying step, the slurry is dried at about 100 ° C. for about 5 minutes. Note that the masking layer 106 formed on the porous support 97 is maintained as it is even after the drying step.

次に、ステップS12においては、仮焼成工程が実施される。仮焼成工程においては、ステップS11において電解質層100の膜が形成された多孔質支持体97が加熱炉(図示せず)により加熱され、仮焼成される。図12(g)に示すように、仮焼成工程により、第1インターコネクタ層102a上に形成されているマスキング層106は、蒸発して消失する。これにより、第1インターコネクタ層102aの、マスキング層106に覆われていた部分が露出する。本実施形態においては、電解質層100は、加熱炉により約1000℃で約2時間加熱され、硬化される。この仮焼成されたLSGM製の電解質層100の色は、概ね肌色である。   Next, in step S12, a temporary baking process is performed. In the pre-baking step, the porous support 97 on which the electrolyte layer 100 film is formed in step S11 is heated by a heating furnace (not shown) and pre-baked. As shown in FIG. 12G, the masking layer 106 formed on the first interconnector layer 102a evaporates and disappears by the temporary firing step. As a result, the portion of the first interconnector layer 102a that was covered with the masking layer 106 is exposed. In this embodiment, the electrolyte layer 100 is heated and cured at about 1000 ° C. for about 2 hours in a heating furnace. The color of the calcified electrolyte layer 100 made of LSGM is generally skin color.

次に、ステップS13においては、第2インターコネクタ形成工程として、ステップS12における仮焼成により露出した第1インターコネクタ層102aと電気的に接続されるように、第2インターコネクタ層が形成される。具体的には、図12(h)に示すように、第2インターコネクタ形成工程においては、露出した第1インターコネクタ層102a、及び露出部分に隣接する電解質層100の縁部を覆うように、第2インターコネクタ層102bがドット成膜装置110により形成される。即ち、第2インターコネクタ形成工程は、第2インターコネクタ層102bを形成するためのスラリーを、第2インターコネクタ層102bを形成すべき領域に、液滴状にして連続的に噴射することにより、所定の領域にスラリーのドットを形成し、このドットの集積により第2インターコネクタ層102bを形成するドット成膜工程である。従って、第2インターコネクタ形成工程においては、ドット成膜装置110はインターコネクタ形成装置として機能する。   Next, in step S13, as a second interconnector forming step, a second interconnector layer is formed so as to be electrically connected to the first interconnector layer 102a exposed by the preliminary firing in step S12. Specifically, as shown in FIG. 12 (h), in the second interconnector forming step, the exposed first interconnector layer 102a and the edge of the electrolyte layer 100 adjacent to the exposed portion are covered. The second interconnector layer 102 b is formed by the dot film forming apparatus 110. That is, in the second interconnector forming step, the slurry for forming the second interconnector layer 102b is continuously ejected in the form of droplets onto the region where the second interconnector layer 102b is to be formed. This is a dot film forming process in which dots of slurry are formed in a predetermined region and the second interconnector layer 102b is formed by accumulation of the dots. Accordingly, in the second interconnector forming step, the dot film forming device 110 functions as an interconnector forming device.

本実施形態においては、第2インターコネクタ層102bを形成するためのスラリーとして、SLTの粉末がアルコール系溶剤に懸濁された液体を使用することができる。このように、本実施形態では、第1インターコネクタ層102aと第2インターコネクタ層102bは異なる材料で形成されている。さらに、第2インターコネクタ形成工程においては、第2インターコネクタ層102bの膜が形成された後、堆積されたスラリーを乾燥させる乾燥工程(図示せず)が実施される。本実施形態においては、乾燥工程において、約100℃で約10分間スラリーを乾燥させる。なお、第2インターコネクタ形成工程における、第2インターコネクタ層102bを形成する部分の位置出しは、第3位置出し工程として、画像解析を使用して実行される。第3位置出し工程においては、仮焼成された第1インターコネクタ層102aと電解質層100の色の相違に基づいて、それらの境界線が特定される。   In the present embodiment, as a slurry for forming the second interconnector layer 102b, a liquid in which SLT powder is suspended in an alcohol-based solvent can be used. Thus, in this embodiment, the 1st interconnector layer 102a and the 2nd interconnector layer 102b are formed with a different material. Furthermore, in the second interconnector forming step, after the film of the second interconnector layer 102b is formed, a drying step (not shown) for drying the deposited slurry is performed. In the present embodiment, in the drying step, the slurry is dried at about 100 ° C. for about 10 minutes. In the second interconnector forming step, the positioning of the portion forming the second interconnector layer 102b is executed using image analysis as the third positioning step. In the third positioning step, the boundary lines are specified based on the color difference between the first interconnector layer 102a and the electrolyte layer 100 that have been pre-fired.

次に、ステップS14においては、第1焼成工程が実施される。第1焼成工程においては、ステップS13までに形成された多孔質支持体97、燃料極層98、電解質層100、第1インターコネクタ層102a、及び第2インターコネクタ層102bが加熱炉(図示せず)により加熱され、焼成される。これにより、多孔質支持体97、及びその上に形成された各機能層が一体化される。本実施形態においては、第1焼成工程において、約1300℃で約2時間、加熱炉により加熱される。なお、本実施形態において、第1焼成工程後では電解質層100は概ね黒色であり、第2インターコネクタ層102bも黒色であるが、電解質層100上に重なる第2インターコネクタ層102b端部は概ね白色である。   Next, in step S14, a first firing process is performed. In the first firing step, the porous support 97, the fuel electrode layer 98, the electrolyte layer 100, the first interconnector layer 102a, and the second interconnector layer 102b formed up to step S13 are heated in a heating furnace (not shown). ) And fired. Thereby, the porous support body 97 and each functional layer formed on it are integrated. In this embodiment, in a 1st baking process, it heats with a heating furnace at about 1300 degreeC for about 2 hours. In the present embodiment, after the first firing step, the electrolyte layer 100 is generally black and the second interconnector layer 102b is also black, but the end of the second interconnector layer 102b that overlaps the electrolyte layer 100 is approximately It is white.

次に、ステップS15においては、空気極層形成工程として、ステップS14において焼成された電解質層100の上に、最外機能層である空気極層が形成される。具体的には、図12(i)に示すように、最外層成膜工程である空気極層形成工程においては、第2インターコネクタ層102b及び電解質層100の一部を覆うように、ドット成膜装置110により空気極層101が形成される。即ち、空気極層形成工程は、空気極層101を形成するためのスラリーを、空気極層101を形成すべき領域に、液滴状にして連続的に噴射することにより、所定の領域にスラリーのドットを形成し、このドットの集積により空気極層101を形成するドット成膜工程である。従って、空気極層形成工程においては、ドット成膜装置110は空気極層形成装置として機能する。   Next, in step S15, as an air electrode layer forming step, an air electrode layer which is the outermost functional layer is formed on the electrolyte layer 100 baked in step S14. Specifically, as shown in FIG. 12 (i), in the air electrode layer forming process, which is the outermost layer film forming process, dot formation is performed so as to cover the second interconnector layer 102 b and a part of the electrolyte layer 100. The air electrode layer 101 is formed by the membrane device 110. That is, in the air electrode layer forming step, the slurry for forming the air electrode layer 101 is continuously sprayed in the form of liquid droplets onto the area where the air electrode layer 101 is to be formed, so that the slurry is applied to a predetermined area. This is a dot film forming process in which the air electrode layer 101 is formed by collecting the dots. Accordingly, in the air electrode layer forming step, the dot film forming device 110 functions as an air electrode layer forming device.

また、空気極層形成工程においては、図4に示すように、空気極層101の縁部の厚さが中央部の厚さよりも薄くなるように、ドット成膜装置110の送りが調整される。即ち、各空気極層101の形成開始時において、ドット成膜装置110のジェットディスペンサー122の軸線方向の送り量を大きくすることにより、形成されるドットの軸線方向の重なり量を小さくして、形成される空気極層101を薄くする。その後、ジェットディスペンサー122の送り量を次第に小さくすることにより、形成されるドットの重なり量を大きくし、空気極層101を厚くする。1つの空気極層101の形成終了時においては、ジェットディスペンサー122の軸線方向の送り量を次第に大きくすることによりドットの軸線方向の重なり量を小さくして空気極層101を薄くする。このように、空気極層101の縁部を薄く形成することにより、最外機能層である空気極層101の焼成後における剥離を防止することができる。   Further, in the air electrode layer forming step, as shown in FIG. 4, the feed of the dot film forming apparatus 110 is adjusted so that the thickness of the edge of the air electrode layer 101 is thinner than the thickness of the central part. . That is, at the start of the formation of each air electrode layer 101, the amount of overlap in the axial direction of the formed dots is reduced by increasing the feed amount in the axial direction of the jet dispenser 122 of the dot film forming apparatus 110. The air electrode layer 101 is thinned. Thereafter, by gradually reducing the feed amount of the jet dispenser 122, the overlapping amount of dots to be formed is increased and the air electrode layer 101 is made thicker. At the end of the formation of one air electrode layer 101, the amount of overlap of the jet dispenser 122 in the axial direction is gradually increased to reduce the overlapping amount of dots in the axial direction, thereby making the air electrode layer 101 thinner. Thus, by forming the edge of the air electrode layer 101 thin, it is possible to prevent the air electrode layer 101 that is the outermost functional layer from being peeled after firing.

本実施形態においては、空気極層101を形成するためのスラリーとして、LSCFの粉末がアルコール系溶剤に懸濁された液体を使用することができる。なお、空気極層形成工程における、空気極層101を形成する部分の位置出しは、第4位置出し工程として、画像解析を使用して実行される。第4位置出し工程においては、第1焼成工程後の第2インターコネクタ層102b端部と電解質層100の色の相違に基づいて、それらの境界線が特定される。さらに、空気極層形成工程においては、空気極層101の膜が形成された後、堆積されたスラリーを乾燥させる乾燥工程(図示せず)が実施される。本実施形態においては、乾燥工程において、約100℃で約10分間スラリーを乾燥させる。   In the present embodiment, a liquid in which LSCF powder is suspended in an alcohol solvent can be used as a slurry for forming the air electrode layer 101. In the air electrode layer forming process, the positioning of the portion where the air electrode layer 101 is formed is executed using image analysis as the fourth positioning process. In the fourth positioning step, the boundary line is specified based on the color difference between the end of the second interconnector layer 102b and the electrolyte layer 100 after the first firing step. Further, in the air electrode layer forming step, after the film of the air electrode layer 101 is formed, a drying step (not shown) for drying the deposited slurry is performed. In the present embodiment, in the drying step, the slurry is dried at about 100 ° C. for about 10 minutes.

次に、ステップS16においては、第2焼成工程が実施される。第2焼成工程においては、ステップS15において形成された空気極層101が加熱炉(図示せず)により加熱され、焼成される。これにより、空気極層101が、その下側に形成されている電解質層100及び第2インターコネクタ層102bと一体化される。本実施形態においては、第2焼成工程において、約1000℃で約2時間、加熱炉により加熱される。   Next, in step S16, a second baking process is performed. In the second firing step, the air electrode layer 101 formed in step S15 is heated and fired by a heating furnace (not shown). Thereby, the air electrode layer 101 is integrated with the electrolyte layer 100 and the second interconnector layer 102b formed on the lower side thereof. In the present embodiment, in the second firing step, heating is performed at about 1000 ° C. for about 2 hours in a heating furnace.

この第2焼成工程により、本実施形態の燃料電池セル16が完成される。
図15は第2焼成工程終了後の空気極層101の表面状態を示す図であり、図15(a)は空気極層101表面の拡大写真であり、図15(b)は拡大写真に対応する部分に形成された各ドットを模式的に示す図である。
The fuel cell 16 of this embodiment is completed by this second firing step.
FIG. 15 is a view showing the surface state of the air electrode layer 101 after the second firing step, FIG. 15 (a) is an enlarged photograph of the air electrode layer 101 surface, and FIG. 15 (b) corresponds to the enlarged photograph. It is a figure which shows typically each dot formed in the part to do.

図15(a)に示すように、焼成された空気極層101の表面にはドットの縁に対応する位置に微少な亀裂が発生している。これは、ドット成膜された空気極層101が、第2焼成工程において収縮されることにより、表面に微少な亀裂が発生したものである。ここで、空気極層形成工程(ステップS15)においては、第2インターコネクタ層102bまでが形成された多孔質支持体97を回転させると同時に、ジェットディスペンサー122をガイドレール120に沿って移動させながら、スラリーの液滴が連続的に噴射される。このため、各液滴が付着することにより形成される各ドットは、円周方向及び軸線方向に互いに重なり合いながら螺旋を描くように配列される。   As shown in FIG. 15A, a minute crack is generated at the position corresponding to the edge of the dot on the surface of the fired air electrode layer 101. This is because the air electrode layer 101 on which the dot film is formed shrinks in the second baking step, and a minute crack is generated on the surface. Here, in the air electrode layer formation step (step S15), while rotating the porous support body 97 on which the layers up to the second interconnector layer 102b are rotated, the jet dispenser 122 is moved along the guide rail 120. , Slurry droplets are continuously ejected. For this reason, each dot formed when each droplet adheres is arranged so as to draw a spiral while overlapping each other in the circumferential direction and the axial direction.

なお、本実施形態においては、ジェットディスペンサー122から吐出される1つの液滴によって形成されるドットは、直径約500μmの概ね円形であり、そのドット痕が適度に表面に残っている。このように空気極層101を形成することにより、空気極層101の表面には微小な亀裂が発生し、焼成による収縮を吸収可能な表面形状となる。好ましくは、直径約200μm〜1000μmのドットが形成されるように、ジェットディスペンサー122の噴射ノズル穴128aの直径、スラリーの粘性等を調整する。
また、変形例として概ね長円形のドットが形成されるように、ドット成膜装置110を構成することもでき、この場合には、ドットの長軸の長さを約200μm〜1000μmとするのが良い。ドットの形状は、噴射ノズル穴128aの形状、多孔質支持体97の回転数(rpm)、液滴を噴射する間隔、スラリーの粘性等により適宜設定することができる。このように、空気極層形成工程において集積されるスラリーの各ドットを長円形とすることにより、集積された際の重なりを大きくすることができ、剥離の抑制効果を高めることができる。また、長円形のドットの長軸の長さを、約200μm〜1000μmとすることにより、空気極層101の熱膨張の影響を十分に吸収して、剥離を防止することができると共に、空気極層形成工程に要する時間も短縮することができる。
In the present embodiment, the dots formed by one droplet discharged from the jet dispenser 122 are generally circular with a diameter of about 500 μm, and the dot traces remain on the surface appropriately. By forming the air electrode layer 101 in this way, a minute crack is generated on the surface of the air electrode layer 101, and the surface shape can absorb the shrinkage caused by firing. Preferably, the diameter of the injection nozzle hole 128a of the jet dispenser 122, the viscosity of the slurry, and the like are adjusted so that dots having a diameter of about 200 μm to 1000 μm are formed.
In addition, as a modification, the dot film forming apparatus 110 can be configured so that substantially oval dots are formed. In this case, the length of the long axis of the dots is about 200 μm to 1000 μm. good. The shape of the dots can be appropriately set according to the shape of the ejection nozzle hole 128a, the rotational speed (rpm) of the porous support 97, the interval at which droplets are ejected, the viscosity of the slurry, and the like. Thus, by making each dot of the slurry collected in the air electrode layer forming step into an oval shape, it is possible to increase the overlap at the time of accumulation and enhance the effect of suppressing peeling. In addition, by setting the major axis length of the oval dot to about 200 μm to 1000 μm, it is possible to sufficiently absorb the influence of the thermal expansion of the air electrode layer 101 and prevent peeling, and the air electrode The time required for the layer forming process can also be shortened.

このようにして形成されたドットの配列を模式的に示したものが、図15(b)である。図15(b)においては、まず、ドットIが形成され、次いで、僅かに多孔質支持体97が回転された状態で、ドットIIが部分的にドットIと重なるように形成される。続いて、ドットIII、ドットIVが、部分的に重なるように順次形成されていく。このように、ドットが順次配列され、多孔質支持体97が1回転してドットIの位置に戻ったときには、ジェットディスペンサー122は軸線方向にドットVの位置まで送られており、ドットVは軸線方向にドットIと部分的に重なるように形成される。続いて、ドットVI、ドットVIIが部分的に重なるように順次形成される。   FIG. 15B schematically shows the arrangement of the dots thus formed. In FIG. 15B, first, the dots I are formed, and then the dots II are formed so as to partially overlap the dots I with the porous support 97 slightly rotated. Subsequently, the dots III and IV are sequentially formed so as to partially overlap. As described above, when the dots are sequentially arranged and the porous support member 97 rotates once and returns to the position of the dot I, the jet dispenser 122 is sent to the position of the dot V in the axial direction, and the dot V is It is formed so as to partially overlap the dot I in the direction. Subsequently, the dots VI and VII are sequentially formed so as to partially overlap.

このようにドットが配列されているため、例えば、ドットIIにおいて空気極層101の表面に露出している境界線は、図15(b)中のBで示す部分のみであり、境界線の他の部分は他のドットにより覆われて表面に露出していない。このため、露出した境界線に亀裂が生じたとしても、境界線の他の部分は他のドットにより押さえられているので、亀裂が生じたことによりドットが脱落することはない。また、空気極層101の表面に微小な亀裂を生じさせることにより、焼成時の熱膨張率差によって生じる歪みが分散され、応力を吸収することができる。このため、空気極層101に大きな剥離が生じることはない。   Since the dots are arranged in this way, for example, the boundary line exposed on the surface of the air electrode layer 101 in the dot II is only the portion indicated by B in FIG. This part is covered with other dots and is not exposed on the surface. For this reason, even if a crack occurs in the exposed boundary line, the other part of the boundary line is pressed by another dot, so that the dot does not fall off due to the crack. Further, by generating minute cracks on the surface of the air electrode layer 101, the strain caused by the difference in thermal expansion coefficient during firing is dispersed and the stress can be absorbed. For this reason, large peeling does not occur in the air electrode layer 101.

このようにして完成された燃料電池セル16各部の電子顕微鏡写真を、図16に示す。図16(a)は多孔質支持体97の電子顕微鏡写真を示し、(b)は燃料極層98、(c)は電解質層100、(d)は空気極層101の電子顕微鏡写真を示す。   An electron micrograph of each part of the fuel cell 16 thus completed is shown in FIG. 16A shows an electron micrograph of the porous support 97, FIG. 16B shows a fuel electrode layer 98, FIG. 16C shows an electrolyte layer 100, and FIG. 16D shows an electron micrograph of the air electrode layer 101. FIG.

図16(a)に示すように、多孔質支持体97は、各機能層を支持するための構成であり、燃料ガスの透過性が高いほど好ましく、超多孔体構造にされている。図16(b)に示すように、燃料極層98は、燃料ガスの水素分子を透過させる機能と共に、発電反応により生成された電荷を運ぶ導電体として機能させるため、多孔質支持体97よりも空隙の少ない多孔質とされている。同様に、図16(d)に示すように、空気極層101も、空気中の酸素分子を透過させる機能と共に、発電反応により生成された電荷を運ぶ導電体として機能させるため、多孔質支持体97よりも空隙の少ない多孔質とされている。また、図16(c)に示すように、電解質層100は、発電反応を発生させると共に、燃料極側と空気極側の気密性を確保するために、緻密に構成されている。   As shown in FIG. 16A, the porous support 97 is a structure for supporting each functional layer, and the higher the fuel gas permeability is, the more preferable it is, and it has a superporous structure. As shown in FIG. 16 (b), the fuel electrode layer 98 functions as a conductor that carries the charge generated by the power generation reaction as well as the function of allowing the hydrogen molecules of the fuel gas to permeate. It is porous with few voids. Similarly, as shown in FIG. 16 (d), the air electrode layer 101 also functions as a conductor that carries the charge generated by the power generation reaction, as well as the function of transmitting oxygen molecules in the air. The porosity is less than 97. Further, as shown in FIG. 16C, the electrolyte layer 100 is densely configured to generate a power generation reaction and to ensure airtightness on the fuel electrode side and the air electrode side.

また、図12(i)において、多孔質支持体97上に、燃料極層98、電解質層100及び空気極層101が順に積層されている部分は、燃料電池セル16上に形成された発電部である各発電素子16aとして機能する。これらの発電素子16aにおいて生成された電荷は、集電部(多孔質支持体97上に電解質層100及び空気極層101のみが積層されている部分)の空気極層101を介して運搬され、接続部(多孔質支持体97上に燃料極層98、第1インターコネクタ層102a、第2インターコネクタ層102b及び空気極層101が順に積層されている部分)を介して、隣接する発電素子16aのアノードに接続される。また、電解質層100上の、第2インターコネクタ層102b及び空気極層101が形成されていない部分(電解質層100が露出した部分)は、隣接する発電素子16aの各空気極層101の間を絶縁する絶縁部として機能する。   In FIG. 12 (i), a portion where the fuel electrode layer 98, the electrolyte layer 100, and the air electrode layer 101 are sequentially laminated on the porous support 97 is a power generation unit formed on the fuel cell 16. It functions as each power generating element 16a. The electric charges generated in these power generation elements 16a are transported through the air electrode layer 101 of the current collector (the portion where only the electrolyte layer 100 and the air electrode layer 101 are laminated on the porous support 97), The adjacent power generation element 16a is connected via a connecting portion (a portion in which the fuel electrode layer 98, the first interconnector layer 102a, the second interconnector layer 102b, and the air electrode layer 101 are sequentially laminated on the porous support 97). Connected to the anode. In addition, the portion where the second interconnector layer 102b and the air electrode layer 101 are not formed on the electrolyte layer 100 (the portion where the electrolyte layer 100 is exposed) is between the air electrode layers 101 of the adjacent power generation elements 16a. Functions as an insulating part for insulation.

本発明の第1実施形態の固体酸化物形燃料電池セル製造システムによれば、面成膜装置130(図7)、ドット成膜装置110(図5)、及び押出成膜装置140(図9)夫々の特質を活用して燃料電池セルを製造するので、多孔質支持体97の寸法精度が低い場合でも、発電素子16aの集積度が高い固体酸化物形燃料電池セル16を効率的に製造することができる。即ち、面成膜装置130により、多孔質支持体97上に燃料極層98が面成膜される。面成膜は、広い面積の複数の燃料極層98を短時間で成膜することが可能であると共に、成膜された層の表面は平滑であるため、上に積層される電解質層100、空気極層101の平滑度に悪影響を与えることがなく、最下層の成膜に好適である。
押出成膜装置140は、単位時間当たりに塗布することができる液状物の量がドット成膜装置110よりも多く、高い位置精度で効率的にマスキング層104を形成するには好適である。また、押出成膜装置140により形成される層は、表面の平滑度は比較的低いが、マスキング層104は、面成膜が終了した後で除去されるため、表面の平滑度は問題にはならない。
ドット成膜装置110は、高い位置精度で空気極層101を形成することができると共に、空気極層101の膜厚を厳密に管理することができる。また、ドット成膜装置110は、単位時間当たりに塗布することができる液状物の量は少ないが、空気極層101は燃料極層98よりも面積が狭く、また、空気極層101が形成される表面が多孔質支持体97よりも緻密な電解質層100であり、液状物が浸透しにくいため、空気極層101の成膜時間が著しく長くなることはない。さらに、ドット成膜装置110により形成された層は表面の平滑度が比較的低いが、空気極層101は最も外側の層であるため、他の機能層に悪影響を与えることはない。
According to the solid oxide fuel cell manufacturing system of the first embodiment of the present invention, the surface film forming apparatus 130 (FIG. 7), the dot film forming apparatus 110 (FIG. 5), and the extrusion film forming apparatus 140 (FIG. 9). ) Since the fuel cells are manufactured by utilizing the respective characteristics, even when the dimensional accuracy of the porous support 97 is low, the solid oxide fuel cells 16 having a high degree of integration of the power generation elements 16a are efficiently manufactured. can do. That is, the fuel electrode layer 98 is formed on the surface of the porous support 97 by the surface film forming apparatus 130. In the surface film formation, a plurality of fuel electrode layers 98 having a large area can be formed in a short time, and the surface of the formed layer is smooth. It does not adversely affect the smoothness of the air electrode layer 101 and is suitable for forming the lowermost layer.
The extrusion film forming apparatus 140 has a larger amount of liquid material that can be applied per unit time than the dot film forming apparatus 110, and is suitable for efficiently forming the masking layer 104 with high positional accuracy. Further, the layer formed by the extrusion film forming apparatus 140 has a relatively low surface smoothness, but the masking layer 104 is removed after the surface film formation is finished, so the surface smoothness is not a problem. Don't be.
The dot film forming apparatus 110 can form the air electrode layer 101 with high positional accuracy and can strictly manage the film thickness of the air electrode layer 101. The dot film forming apparatus 110 has a small amount of liquid material that can be applied per unit time, but the air electrode layer 101 has a smaller area than the fuel electrode layer 98 and the air electrode layer 101 is formed. Since the surface of the electrolyte layer 100 is denser than the porous support 97 and the liquid material is less likely to permeate, the film formation time of the air electrode layer 101 is not significantly increased. Furthermore, although the layer formed by the dot film forming apparatus 110 has a relatively low surface smoothness, the air electrode layer 101 is the outermost layer, and thus does not adversely affect other functional layers.

また、本実施形態の固体酸化物形燃料電池セル製造システムによれば、多孔質支持体97上の燃料極層98の成膜が不要な部分に、押出成膜装置140がマスキング形成剤を棒状に連続的に押し出して付着させる。押出成膜装置140は、ドット成膜装置110よりも単位時間当たりに塗布することができる液状物の量が多いため、液状物が浸透しやすい多孔質支持体97上に、マスキング層104を効率的に高い位置精度で形成することができる。また、空気極層101がドット成膜装置110により形成されるので、厚い膜が必要な空気極層101を厚く形成することができる。また、空気極層101をドット成膜装置110により形成するため、空気極層101に微小クラック(図15(a))を生成しておくことができ、この微小クラックにより、厚い空気極層101に働く熱応力を逃がすことができる。   Further, according to the solid oxide fuel cell manufacturing system of the present embodiment, the extrusion film forming apparatus 140 applies the mask forming agent to the rod-like portion on the porous support 97 where the film formation of the fuel electrode layer 98 is unnecessary. Extrude continuously to adhere. Since the extrusion film forming apparatus 140 has a larger amount of liquid material that can be applied per unit time than the dot film forming apparatus 110, the masking layer 104 is efficiently formed on the porous support body 97 through which the liquid material easily penetrates. Therefore, it can be formed with high positional accuracy. Further, since the air electrode layer 101 is formed by the dot film forming apparatus 110, the air electrode layer 101 requiring a thick film can be formed thick. Further, since the air electrode layer 101 is formed by the dot film forming apparatus 110, a minute crack (FIG. 15A) can be generated in the air electrode layer 101, and the thick air electrode layer 101 is generated by the minute crack. The thermal stress acting on can be released.

さらに、本実施形態の固体酸化物形燃料電池セル製造システムによれば、燃料極層98が形成された多孔質支持体97に、面成膜装置130により電解質層100が形成されるので、面積が広い電解質層100を短時間で形成することができる。また、面成膜装置130により形成された電解質層100は平滑度が高いため、電解質層100の上に形成される空気極層101に悪影響を与えることがない。さらに、電解質層100を平滑に構成することにより、電解質層100の酸素透過性を各部で均一にすることができ、各部における発電性能のムラを抑制することができる。   Furthermore, according to the solid oxide fuel cell manufacturing system of the present embodiment, the electrolyte layer 100 is formed by the surface film forming apparatus 130 on the porous support body 97 on which the fuel electrode layer 98 is formed. The wide electrolyte layer 100 can be formed in a short time. Further, since the electrolyte layer 100 formed by the surface film forming apparatus 130 has high smoothness, the air electrode layer 101 formed on the electrolyte layer 100 is not adversely affected. Furthermore, by configuring the electrolyte layer 100 smoothly, the oxygen permeability of the electrolyte layer 100 can be made uniform in each part, and unevenness in power generation performance in each part can be suppressed.

また、本実施形態の固体酸化物形燃料電池セル製造システムによれば、円筒形状の多孔質支持体97を回転支持装置である固定治具116(図5)、132(図7)、146(図9)により回転させながら成膜を行うので、製造誤差により多孔質支持体97が湾曲している場合でも、機能層等を、高精度で、回転中心線Aに直交する環状に形成することができる。   Further, according to the solid oxide fuel cell manufacturing system of this embodiment, the cylindrical porous support 97 is fixed to the fixing jigs 116 (FIG. 5), 132 (FIG. 7), and 146 (rotation support devices). Since film formation is performed while rotating according to FIG. 9), even when the porous support 97 is curved due to a manufacturing error, the functional layer or the like is formed in an annular shape perpendicular to the rotation center line A with high accuracy. Can do.

さらに、本実施形態の固体酸化物形燃料電池セル製造システムによれば、ディスペンサ装置であるドット成膜装置110によりインターコネクタ層102a、102bが形成される。このため、寸法精度の低い多孔質支持体97にも高精度でインターコネクタ層102a、102bを形成することができる。また、ドットの集積による成膜は、単位時間当たりに形成できる面積が小さいが、一般にインターコネクタ102は小型であるため、成膜時間が著しく長くなることはない。   Furthermore, according to the solid oxide fuel cell manufacturing system of this embodiment, the interconnector layers 102a and 102b are formed by the dot film forming device 110 that is a dispenser device. For this reason, the interconnector layers 102a and 102b can be formed on the porous support 97 having low dimensional accuracy with high accuracy. In addition, the film formation by dot accumulation has a small area that can be formed per unit time. However, since the interconnector 102 is generally small, the film formation time does not become remarkably long.

次に、図17を参照して、本発明の第2実施形態による固体酸化物形燃料電池セルを説明する。
本発明の第2実施形態による燃料電池セルは、3つの機能層である燃料極層、電解質層、及び空気極層が夫々2つの層から形成されている点が、上述した第1実施形態とは異なる。従って、ここでは、本発明の第2実施形態の、第1実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の構成、作用、効果については説明を省略する。
Next, a solid oxide fuel cell according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The fuel cell according to the second embodiment of the present invention is different from the first embodiment described above in that the fuel electrode layer, the electrolyte layer, and the air electrode layer, which are three functional layers, are each formed of two layers. Is different. Accordingly, here, only the points of the second embodiment of the present invention that are different from the first embodiment will be described, and descriptions of similar configurations, operations, and effects will be omitted.

図17は、本発明の第2実施形態による燃料電池セルの多孔質支持体表面に形成された機能層を拡大して示した断面図である。
図17に示すように、本実施形態の燃料電池セル200は、円筒形の多孔質支持体202と、その上に形成された3つの機能層である燃料極層204、電解質層206、及び空気極層208を有する。燃料電池セル200には、多孔質支持体202上に燃料極層204、電解質層206、及び空気極層208を順次形成することにより複数の発電素子200aが形成されている。これらの各発電素子200aはインターコネクタ層210により電気的に直列に接続されている。本実施形態においては、1本の燃料電池セル200上に12個の発電素子200aが形成され、これらがインターコネクタ層210により接続されている。
FIG. 17 is an enlarged cross-sectional view of the functional layer formed on the porous support surface of the fuel cell according to the second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 17, the fuel cell 200 of the present embodiment includes a cylindrical porous support 202, a fuel electrode layer 204, an electrolyte layer 206, and air, which are three functional layers formed thereon. It has a polar layer 208. In the fuel cell 200, a plurality of power generation elements 200 a are formed by sequentially forming a fuel electrode layer 204, an electrolyte layer 206, and an air electrode layer 208 on a porous support 202. Each of these power generating elements 200a is electrically connected in series by an interconnector layer 210. In the present embodiment, twelve power generating elements 200 a are formed on one fuel battery cell 200, and these are connected by an interconnector layer 210.

次に、多孔質支持体202及び各機能層の構成を説明する。
多孔質支持体202は、本実施形態においても、第1実施形態と同様に、フォルステライト粉末を主成分として、バインダーを添加した混合物を円筒形に押し出し成形し、焼結することにより形成されている。
燃料極層204は、本実施形態においては、下層燃料極層204aと、その上に形成された上層燃料極層204bの2つの層から形成されている。これら2つの層のうちの下層燃料極層204aは、第1実施形態と同様に、NiO粉末及び10YSZ(10mol%Y23−90mol%ZrO2)粉末の混合物により構成された導電性の薄膜である。一方、上層燃料極層204bは、NiO粉末と、GDC(10mol%Gd23−90mol%CeO2)粉末の混合物により構成された導電性の薄膜である。
Next, the structure of the porous support body 202 and each functional layer will be described.
In the present embodiment, the porous support 202 is formed by extruding and sintering a mixture containing forsterite powder as a main component and adding a binder into a cylindrical shape, as in the first embodiment. Yes.
In the present embodiment, the fuel electrode layer 204 is formed of two layers, a lower fuel electrode layer 204a and an upper fuel electrode layer 204b formed thereon. The lower fuel electrode layer 204a of these two layers is a conductive thin film composed of a mixture of NiO powder and 10YSZ (10 mol% Y 2 O 3 -90 mol% ZrO 2 ) powder, as in the first embodiment. It is. On the other hand, the upper fuel electrode layer 204b is a conductive thin film composed of a mixture of NiO powder and GDC (10 mol% Gd 2 O 3 -90 mol% CeO 2 ) powder.

ここで燃料極層は、一般に、水素と酸素イオンを反応させる触媒機能と、反応により生じた電荷(電子)を運搬する機能とを備える必要がある。本実施形態の燃料電池セル200においては、下層燃料極層204aを上層燃料極層204bよりも導電性の高い材料で構成する一方、上層燃料極層204bを下層燃料極層204aよりも触媒活性の高い材料で形成している。これにより、電解質層206直下の上層燃料極層204bにおいて発生した電荷を、下層燃料極層204aにより効率的に運ぶことが可能になり、高性能な燃料極層204を構成することができる。   Here, the fuel electrode layer generally needs to have a catalytic function for reacting hydrogen and oxygen ions and a function for transporting charges (electrons) generated by the reaction. In the fuel cell 200 of the present embodiment, the lower fuel electrode layer 204a is made of a material having higher conductivity than the upper fuel electrode layer 204b, while the upper fuel electrode layer 204b is more catalytically active than the lower fuel electrode layer 204a. Made of high material. As a result, charges generated in the upper fuel electrode layer 204b immediately below the electrolyte layer 206 can be efficiently carried by the lower fuel electrode layer 204a, and a high-performance fuel electrode layer 204 can be configured.

固体電解質層206は、本実施形態においては、下層電解質層206aと、その上に形成された上層電解質層206bから構成されている。これら2つの層のうちの下層電解質層206aは、セリウム系複合酸化物(LDC40。すなわち、40mol%のLa23−60mol%のCeO2)の粉末等により構成された薄膜である。一方、上層電解質層206bは、第1実施形態と同様に、La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.23の組成のLSGM粉末により構成された薄膜である。 In the present embodiment, the solid electrolyte layer 206 includes a lower electrolyte layer 206a and an upper electrolyte layer 206b formed thereon. Lower electrolyte layer 206a of these two layers, cerium complex oxide (LDC40. I.e., CeO 2 of 40 mol% of La 2 O 3 -60mol%) is a thin film constituted by a powder or the like. On the other hand, the upper electrolyte layer 206b is a thin film made of LSGM powder having a composition of La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.8 Mg 0.2 O 3 , as in the first embodiment.

下層電解質層206aは反応抑制層として機能し、下層電解質層206aにより、上層燃料極層204bと上層電解質層206bの間の化学反応が抑制されている。
上層電解質層206bは、第1実施形態における電解質層と同様に、これを介して酸化物イオンと水素又は一酸化炭素が反応することにより電気エネルギーを生成する。
The lower electrolyte layer 206a functions as a reaction suppression layer, and a chemical reaction between the upper fuel electrode layer 204b and the upper electrolyte layer 206b is suppressed by the lower electrolyte layer 206a.
Similar to the electrolyte layer in the first embodiment, the upper electrolyte layer 206b generates electrical energy through the reaction between oxide ions and hydrogen or carbon monoxide.

空気極層208は、本実施形態においては、下層空気極層208aと、その上に形成された上層空気極層208bから構成されている。これら2つの層のうちの下層空気極層208aは、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.23の組成のLSCF粉末により構成された導電性の薄膜である。上層空気極層208bは、La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.23の組成のLSCF粉末により構成された導電性の薄膜である。 In this embodiment, the air electrode layer 208 is composed of a lower air electrode layer 208a and an upper air electrode layer 208b formed thereon. Of these two layers, the lower air electrode layer 208a is a conductive thin film made of LSCF powder having a composition of La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.2 O 3 . The upper air electrode layer 208b is a conductive thin film made of LSCF powder having a composition of La 0.6 Sr 0.4 Co 0.8 Fe 0.2 O 3 .

ここで空気極層は、一般に、空気中の酸素をイオン化する触媒機能と、酸素と反応すべき電子を運搬する機能とを備える必要がある。本実施形態の燃料電池セル200においては、下層空気極層208aを上層空気極層208bよりも触媒活性の高い材料(酸素イオン変換性能が高い材料)で構成する一方、上層空気極層208bを下層空気極層208aよりも電子伝導性の高い材料で形成している。これにより、上層空気極層208bにより運ばれた電子によって、酸素を電解質層206に隣接する下層空気極層208aにおいて効率的にイオン化することが可能になり、高性能な空気極層208を構成することができる。   Here, the air electrode layer generally needs to have a catalytic function of ionizing oxygen in the air and a function of transporting electrons to be reacted with oxygen. In the fuel cell 200 of the present embodiment, the lower air electrode layer 208a is made of a material having higher catalytic activity than the upper air electrode layer 208b (a material having higher oxygen ion conversion performance), while the upper air electrode layer 208b is made lower It is made of a material having higher electron conductivity than the air electrode layer 208a. Thereby, oxygen can be efficiently ionized in the lower air electrode layer 208a adjacent to the electrolyte layer 206 by the electrons carried by the upper air electrode layer 208b, and the high-performance air electrode layer 208 is formed. be able to.

インターコネクタ層210は、第1実施形態と同様に、第1インターコネクタ層210aと、その上に設けられた第2インターコネクタ層210bから構成されている。   Similarly to the first embodiment, the interconnector layer 210 includes a first interconnector layer 210a and a second interconnector layer 210b provided thereon.

本発明の第2実施形態による燃料電池セルの製造方法を説明する。
ここでは、図11を用いて説明した、第1実施形態における製造工程に対する変更点のみを説明する。
まず、図11のステップS1〜S4は、第1実施形態と同様である。
A method for manufacturing a fuel cell according to the second embodiment of the present invention will be described.
Here, only the changes to the manufacturing process in the first embodiment described with reference to FIG. 11 will be described.
First, steps S1 to S4 in FIG. 11 are the same as those in the first embodiment.

次に、第1実施形態では、図11のステップS5において、面成膜装置130により燃料極層を面成膜した後、堆積されたスラリーを乾燥工程により乾燥させている。第2実施形態においては、まず、面成膜装置130により下層燃料極層204aを成膜し、乾燥工程により乾燥させた後、再び面成膜装置130により上層燃料極層204bを成膜し、乾燥させる。これにより、多孔質支持体202上のマスキング層が形成されていない部分に下層燃料極層204aが形成され、この下層燃料極層204aの上に上層燃料極層204bが形成される。   Next, in the first embodiment, after the fuel electrode layer is surface-formed by the surface film forming apparatus 130 in step S5 of FIG. 11, the deposited slurry is dried by a drying process. In the second embodiment, first, the lower fuel electrode layer 204a is formed by the surface film forming apparatus 130, dried by the drying process, and then the upper fuel electrode layer 204b is formed again by the surface film forming apparatus 130. dry. As a result, the lower fuel electrode layer 204a is formed on the porous support 202 where the masking layer is not formed, and the upper fuel electrode layer 204b is formed on the lower fuel electrode layer 204a.

ここで、下層燃料極層204aを形成するために使用するスラリーの粘性は、上層燃料極層204bを形成するために使用するスラリーの粘性よりも高くされている。即ち、多孔質支持体202上に直接成膜される下層燃料極層204a用のスラリーの粘性を高くしておくことにより、スラリーの多孔質支持体202内への過度の浸透を防止することができる。また、上層燃料極層204b用のスラリーの粘性を低くすることにより、堆積されたスラリーが容易に広がり、堆積された上層燃料極層204b表面の平滑度を高くすることができる。なお、スラリーの粘性は、燃料極層を構成する材料の粉末と、これを懸濁させる溶剤の比率、懸濁される粉末の粒径、懸濁させる溶剤の種類等により、適宜設定することができる。   Here, the viscosity of the slurry used to form the lower fuel electrode layer 204a is higher than the viscosity of the slurry used to form the upper fuel electrode layer 204b. That is, excessive penetration of the slurry into the porous support 202 can be prevented by increasing the viscosity of the slurry for the lower fuel electrode layer 204a formed directly on the porous support 202. it can. Further, by reducing the viscosity of the slurry for the upper fuel electrode layer 204b, the deposited slurry can be easily spread, and the smoothness of the surface of the deposited upper fuel electrode layer 204b can be increased. The viscosity of the slurry can be appropriately set depending on the ratio of the powder of the material constituting the fuel electrode layer and the solvent in which it is suspended, the particle size of the suspended powder, the type of solvent to be suspended, and the like. .

上層燃料極層204bの平滑度が低く層の厚さが不均一になると、燃料極層において発生する発電反応が燃料極層上の各部で不均一になる。発電反応が不均一となると、発電反応が強い部分に電流が集中し、燃料電池セル200における発電作用が不安定になる。本実施形態によれば、このような電流集中を抑制することができる。さらに、上層燃料極層204b表面の平滑度を高くすることにより、上層燃料極層204bの上に堆積される電解質層206、及び空気極層208の平滑度に悪影響を与えるのを防止することができる。   When the smoothness of the upper fuel electrode layer 204b is low and the layer thickness becomes nonuniform, the power generation reaction occurring in the fuel electrode layer becomes nonuniform in each part on the fuel electrode layer. When the power generation reaction becomes non-uniform, the current concentrates on the portion where the power generation reaction is strong, and the power generation operation in the fuel cell 200 becomes unstable. According to the present embodiment, such current concentration can be suppressed. Furthermore, by increasing the smoothness of the surface of the upper fuel electrode layer 204b, it is possible to prevent adverse effects on the smoothness of the electrolyte layer 206 and the air electrode layer 208 deposited on the upper fuel electrode layer 204b. it can.

さらに、図11のステップS6〜S10は、第1実施形態と同様である。
次に、第1実施形態では、図11のステップS11において、面成膜装置130により電解質層を面成膜した後、堆積されたスラリーを乾燥工程により乾燥させている。第2実施形態においては、まず、面成膜装置130により下層電解質層206aを成膜し、乾燥工程により乾燥させた後、再び面成膜装置130により上層電解質層206bを成膜し、乾燥させる。これにより、第1インターコネクタ層210a上のマスキング層が形成されていない部分に下層電解質層206aが形成され、この下層電解質層206aの上に上層電解質層206bが形成される。
Furthermore, steps S6 to S10 in FIG. 11 are the same as those in the first embodiment.
Next, in the first embodiment, in step S11 of FIG. 11, after the electrolyte layer is surface-formed by the surface film forming apparatus 130, the deposited slurry is dried by a drying process. In the second embodiment, first, the lower electrolyte layer 206a is formed by the surface film forming apparatus 130, dried by the drying process, and then the upper electrolyte layer 206b is formed again by the surface film forming apparatus 130 and dried. . As a result, the lower electrolyte layer 206a is formed on the first interconnector layer 210a where the masking layer is not formed, and the upper electrolyte layer 206b is formed on the lower electrolyte layer 206a.

さらに、図11のステップS12〜S14は、第1実施形態と同様である。
次に、第1実施形態では、図11のステップS15において、ドット成膜装置110により空気極層を成膜した後、堆積されたスラリーを乾燥工程により乾燥させている。第2実施形態においては、まず、ドット成膜装置110により下層空気極層208aを成膜し、乾燥工程により乾燥させた後、再びドット成膜装置110により上層空気極層208bを成膜し、乾燥させる。これにより、第2インターコネクタ層210b及び上層電解質層206bの一部を覆うように下層空気極層208a及び上層空気極層208bが形成される。
Furthermore, steps S12 to S14 in FIG. 11 are the same as those in the first embodiment.
Next, in the first embodiment, after the air electrode layer is formed by the dot film forming apparatus 110 in step S15 of FIG. 11, the deposited slurry is dried by a drying process. In the second embodiment, first, the lower air electrode layer 208a is formed by the dot film forming apparatus 110, dried by the drying process, and then the upper air electrode layer 208b is formed again by the dot film forming apparatus 110, dry. Thereby, the lower air electrode layer 208a and the upper air electrode layer 208b are formed so as to cover a part of the second interconnector layer 210b and the upper electrolyte layer 206b.

ここで、下層空気極層208aを形成するために使用するスラリーの粘性は、上層空気極層208bを形成するために使用するスラリーの粘性よりも低くされている。即ち、下層空気極層208a用のスラリーの粘性を低くしておくことにより、ジェットディスペンサー122により噴射され上層電解質層206bに付着したスラリーの液滴は薄く広がるので、ドット痕が残りにくく、平滑な下層空気極層208aを形成することができる。一方、上層空気極層208b用のスラリーの粘性を高くしておくことにより、噴射され下層空気極層208aに付着したスラリーの液滴はあまり広がらず、形成される上層空気極層208bは厚くなる。このように、触媒活性の高い下層空気極層208aを平滑に構成しておくことにより、空気極層における触媒反応を均一にすることができ、触媒反応の不均一性による電流集中を抑制することができる。また、上層空気極層208bは厚く形成されるので、空気極層の電気抵抗を低下させることができると共に、最も剥離が発生しやすい最外機能層である上層空気極層208bを強化することができる。
最後に、第1実施形態と同様の図11のステップS16の第2焼成工程により、本実施形態の固体酸化物形燃料電池セル200が完成する。
Here, the viscosity of the slurry used to form the lower air electrode layer 208a is lower than the viscosity of the slurry used to form the upper air electrode layer 208b. That is, by lowering the viscosity of the slurry for the lower air electrode layer 208a, the droplets of the slurry sprayed by the jet dispenser 122 and adhered to the upper electrolyte layer 206b spread thinly, so that the dot traces hardly remain and are smooth. The lower air electrode layer 208a can be formed. On the other hand, by increasing the viscosity of the slurry for the upper air electrode layer 208b, the droplets of the slurry sprayed and adhered to the lower air electrode layer 208a do not spread so much, and the formed upper air electrode layer 208b becomes thicker. . As described above, by smoothly configuring the lower air electrode layer 208a having high catalytic activity, the catalytic reaction in the air electrode layer can be made uniform, and current concentration due to non-uniformity of the catalytic reaction can be suppressed. Can do. Further, since the upper air electrode layer 208b is formed thick, it is possible to reduce the electric resistance of the air electrode layer and to strengthen the upper air electrode layer 208b, which is the outermost functional layer that is most likely to be peeled off. it can.
Finally, the solid oxide fuel cell 200 of the present embodiment is completed by the second firing step of Step S16 in FIG. 11 similar to the first embodiment.

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、図7記載の面成膜装置を使用して、マスキングを施した多孔質支持体に、スラリーを下方から吐出させることにより接触させ、面成膜を行っていたが、変形例として、種々の方向でスラリーを接触させることができる。例えば、マスキングを施した多孔質支持体の上からスラリーを流下させることにより、スラリーを接触させることもできる。また、マスキングを施した多孔質支持体に、スラリーを噴霧することにより、スラリーを接触させることもできる。さらに、マスキングを施した多孔質支持体を、スラリーを収容した槽内に漬けることにより、スラリーを接触させることもできる。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, a various change can be added to embodiment mentioned above. In particular, in the above-described embodiment, the surface film formation apparatus shown in FIG. 7 is used to contact the masked porous support by discharging the slurry from below to perform surface film formation. However, as a modification, the slurry can be contacted in various directions. For example, the slurry can be contacted by allowing the slurry to flow down from above the masked porous support. Moreover, a slurry can also be contacted by spraying a slurry on the porous support body which gave masking. Further, the slurry can be contacted by immersing the masked porous support in a tank containing the slurry.

また、上述した実施形態においては、多孔質支持体上に、燃料極層、電解質層、空気極層の順に機能層が積層されていたが、空気極層、電解質層、燃料極層の順に機能層を形成することもできる。このように構成された固体酸化物形燃料電池セルは、多孔質支持体の内側に空気を流入させ、外側に燃料ガスを流すことにより発電を行う。
さらに、上述した実施形態においては、多孔質支持体は円筒形であったが、楕円型、平板型等種々の形態の固体酸化物形燃料電池セルに本発明を適用することができる。
In the above-described embodiment, the functional layers are laminated in the order of the fuel electrode layer, the electrolyte layer, and the air electrode layer on the porous support. However, the function layer functions in the order of the air electrode layer, the electrolyte layer, and the fuel electrode layer. Layers can also be formed. The solid oxide fuel cell configured as described above generates electric power by flowing air inside the porous support and flowing fuel gas outside.
Further, in the above-described embodiment, the porous support is cylindrical, but the present invention can be applied to various forms of solid oxide fuel cells such as an elliptical type and a flat type.

また、上述した実施形態においては、ディスペンサ装置として、押出成膜装置及びドット成膜装置が使用され、第1、第2マスキング形成工程には押出成膜装置が使用され、第1、第2インターコネクタ形成工程及び空気極層形成工程にはドット成膜装置が使用されていたが、第1、第2インターコネクタ形成工程及び空気極層形成工程に押出成膜装置を使用することもできる。
さらに、上述した実施形態においては、押出成膜装置には回転ローラーを備えた機械式のノズル駆動装置が備えられていたが、ノズル駆動装置は電気式のものであっても良い。この場合には、例えば、レーザ光等を使用して液状物を塗布すべき表面の位置を計測し、これに基づいて表面とノズル先端の間の距離をほぼ一定にする制御を実行するようにノズル駆動装置を構成することもできる。
また、上述した実施形態においては、ドット成膜装置にはノズル駆動装置が備えられていないが、ドット成膜装置にノズル駆動装置を設け、液滴を噴射するノズルの先端と、ドットを形成する表面の間の距離をほぼ一定に制御することもできる。
In the above-described embodiment, an extrusion film forming apparatus and a dot film forming apparatus are used as the dispenser apparatus, and an extrusion film forming apparatus is used in the first and second masking forming processes. Although the dot film forming apparatus is used in the connector forming process and the air electrode layer forming process, an extrusion film forming apparatus can also be used in the first and second interconnector forming processes and the air electrode layer forming process.
Further, in the above-described embodiment, the extrusion film forming apparatus is provided with the mechanical nozzle driving device provided with the rotating roller, but the nozzle driving device may be an electric type. In this case, for example, the position of the surface on which the liquid material is to be applied is measured using a laser beam or the like, and control for making the distance between the surface and the nozzle tip substantially constant is performed based on the measured position. A nozzle drive device can also be configured.
In the above-described embodiment, the dot film forming apparatus is not provided with a nozzle driving apparatus. However, the dot film forming apparatus is provided with a nozzle driving apparatus to form the tip of a nozzle that ejects droplets and dots. It is also possible to control the distance between the surfaces almost constant.

1 固体酸化物形燃料電池システム
2 燃料電池モジュール
4 補機ユニット
6 ハウジング
8 燃料電池セル収容容器
10 発電室
16 本発明の実施形態の燃料電池セル(固体酸化物形燃料電池セル)
16a 発電素子
18 排気集約室
20 燃料ガス供給流路
21 排ガス排出流路
22 酸化剤ガス供給流路
24 水供給源
26 純水タンク
28 水流量調整ユニット
30 燃料供給源
34 熱交換器
35 電磁弁
36 脱硫器
38 燃料ブロア
40 空気供給源
45 空気流量調整ユニット
50 温水製造装置
54 インバータ
56 酸化剤ガス導入パイプ
58 排ガス排出パイプ
60 燃焼触媒
61 シースヒーター
62 点火ヒーター
63 第1固定部材
64 内側円筒部材
64b 小穴
65 中間円筒部材
66 外側円筒部材
68 内側円筒容器
70 外側円筒容器
72 分散室底部材
72a 挿通管
74 酸化剤ガス噴射用パイプ
76 燃料ガス分散室
80 バスバー
82 集電体
86 蒸発部
86a 傾斜板
88 水供給パイプ
90 燃料ガス供給パイプ
92 燃料ガス供給流路隔壁
92a 噴射口
94 改質部
96 改質触媒
97 多孔質支持体
98 燃料極層
100 電解質層
101 空気極層
102 インターコネクタ層
102a 第1インターコネクタ層
102b 第2インターコネクタ層
104 マスキング層
106 マスキング層
110 ドット成膜装置(ディスペンサ装置)
112 台座
114 モーター
116 固定治具(回転支持装置)
116a 心押し棒
118 ヘッド部
120 ガイドレール
122 ジェットディスペンサー
124 スラリー容器
126 カメラ
128 ノズル部
128a 噴射ノズル穴
128b 凹部
128c スラリー供給通路
129 噴射アクチュエータ
129a 可撓性プレート
129b 突起部
130 面成膜装置
131 台座
132 固定治具(回転支持装置)
134 モーター
136 面成膜ノズル
138 ポンプ
139 スラリー容器
140 押出成膜装置(ディスペンサ装置)
142 台座
144 モーター
146 固定治具(回転支持装置)
146a 心押し棒
148 ヘッド部
150 ガイドレール
152 ノズル
154 タンク
154a パイプ
156 ノズル駆動装置
156a アーム部
156b 回転ローラー
158 カメラ
200 本発明の第2実施形態の燃料電池セル(固体酸化物形燃料電池セル)
200a 発電素子
202 多孔質支持体
204 燃料極層
204a 下層燃料極層
204b 上層燃料極層
206 電解質層
206a 下層電解質層
206b 上層電解質層
208 空気極層
208a 下層空気極層
208b 上層空気極層
210 インターコネクタ層
210a 第1インターコネクタ層
210b 第2インターコネクタ層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid oxide fuel cell system 2 Fuel cell module 4 Auxiliary machine unit 6 Housing 8 Fuel cell storage container 10 Power generation chamber 16 Fuel cell of embodiment of this invention (solid oxide fuel cell)
16a Power generation element 18 Exhaust gas collection chamber 20 Fuel gas supply flow path 21 Exhaust gas discharge flow path 22 Oxidant gas supply flow path 24 Water supply source 26 Pure water tank 28 Water flow rate adjustment unit 30 Fuel supply source 34 Heat exchanger 35 Electromagnetic valve 36 Desulfurizer 38 Fuel blower 40 Air supply source 45 Air flow rate adjustment unit 50 Hot water production device 54 Inverter 56 Oxidant gas introduction pipe 58 Exhaust gas discharge pipe 60 Combustion catalyst 61 Sheath heater 62 Ignition heater 63 First fixed member 64 Inner cylindrical member 64b Small hole 65 Intermediate cylindrical member 66 Outer cylindrical member 68 Inner cylindrical container 70 Outer cylindrical container 72 Dispersion chamber bottom member 72a Insertion pipe 74 Oxidant gas injection pipe 76 Fuel gas dispersion chamber 80 Bus bar 82 Current collector 86 Evaporating part 86a Inclined plate 88 Water Supply pipe 90 Fuel gas supply pipe 2 Fuel gas supply channel partition wall 92a injection port 94 reforming part 96 reforming catalyst 97 porous support 98 fuel electrode layer 100 electrolyte layer 101 air electrode layer 102 interconnector layer 102a first interconnector layer 102b second interconnector layer 104 Masking layer 106 Masking layer 110 Dot deposition device (dispenser device)
112 Pedestal 114 Motor 116 Fixing jig (Rotation support device)
116a Tailstock 118 Head 120 Guide rail 122 Jet dispenser 124 Slurry container 126 Camera 128 Nozzle 128a Injection nozzle hole 128b Recess 128c Slurry supply passage 129 Injection actuator 129a Flexible plate 129b Protrusion 130 Surface film forming device 131 Base 132 Fixing jig (rotary support device)
134 Motor 136 Surface film forming nozzle 138 Pump 139 Slurry container 140 Extrusion film forming apparatus (dispenser apparatus)
142 Base 144 Motor 146 Fixing jig (rotation support device)
146a Tailstock 148 Head 150 Guide rail 152 Nozzle 154 Tank 154a Pipe 156 Nozzle drive device 156a Arm 156b Rotating roller 158 Camera 200 Fuel cell (solid oxide fuel cell) of the second embodiment of the present invention
200a Power generation element 202 Porous support 204 Fuel electrode layer 204a Lower fuel electrode layer 204b Upper fuel electrode layer 206 Electrolyte layer 206a Lower electrolyte layer 206b Upper electrolyte layer 208 Air electrode layer 208a Lower air electrode layer 208b Upper air electrode layer 210 Interconnector Layer 210a First interconnector layer 210b Second interconnector layer

Claims (6)

電気絶縁性の多孔質支持体上に、機能層である燃料極層、電解質層、及び空気極層を備えた複数の発電素子を形成し、これらの発電素子をインターコネクタにより接続した固体酸化物形燃料電池セルの製造システムであって、
上記複数の発電素子の機能層のうちの第1の機能層を、上記多孔質支持体の表面上に同時に形成する第1の面成膜装置と、
上記機能層のうちの最も外側の層である第2の機能層を、この第2の機能層を形成するためのスラリーを液滴状にして連続的に噴射することによりスラリーのドットを形成し、このドットの集積により上記第2の機能層を形成するドット成膜装置と、
上記第1の面成膜装置による面成膜を行わない部分に、マスキング形成剤を棒状に連続的に押し出して付着させるノズルを備えた押出成膜装置と、
を有することを特徴とする固体酸化物形燃料電池セル製造システム。
A solid oxide in which a plurality of power generation elements including a fuel electrode layer, an electrolyte layer, and an air electrode layer, which are functional layers, are formed on an electrically insulating porous support, and these power generation elements are connected by an interconnector A fuel cell manufacturing system comprising:
A first surface deposition apparatus that simultaneously forms a first functional layer of the functional layers of the plurality of power generation elements on the surface of the porous support;
The second functional layer, which is the outermost layer of the functional layers, is continuously ejected in the form of droplets of slurry for forming the second functional layer, thereby forming slurry dots. A dot film forming apparatus for forming the second functional layer by collecting the dots;
An extrusion film forming apparatus provided with a nozzle for continuously extruding and adhering a mask forming agent in a rod shape to a portion where surface film formation by the first surface film forming apparatus is not performed;
A solid oxide fuel cell manufacturing system comprising:
上記第1の機能層は燃料極層であり、上記第2の機能層は空気極層であり、上記押出成膜装置は、上記多孔質支持体の表面の、上記燃料極層を形成しない部分にマスキング形成剤を付着させ、マスキング層を形成するように構成されている請求項1記載の固体酸化物形燃料電池セル製造システム。   The first functional layer is a fuel electrode layer, the second functional layer is an air electrode layer, and the extrusion film forming apparatus is a portion of the surface of the porous support that does not form the fuel electrode layer. 2. The solid oxide fuel cell manufacturing system according to claim 1, wherein a mask forming agent is attached to the substrate to form a masking layer. さらに、上記燃料極層が形成され、上記マスキング層が除去された上記多孔質支持体に、上記複数の発電素子の上記電解質層を同時に形成する、第2の面成膜装置を有する請求項2記載の固体酸化物形燃料電池セル製造システム。   The apparatus further comprises a second surface deposition apparatus for simultaneously forming the electrolyte layers of the plurality of power generating elements on the porous support from which the fuel electrode layer has been formed and from which the masking layer has been removed. The solid oxide fuel cell manufacturing system described. 上記多孔質支持体は円筒形状であり、さらに、上記多孔質支持体を回転中心線を中心に回転可能に支持する回転支持装置を有し、上記第1の面成膜装置、上記第2の面成膜装置、上記ドット成膜装置、及び上記押出成膜装置は、上記回転支持装置により上記多孔質支持体を回転させながら成膜を行う請求項3記載の固体酸化物形燃料電池セル製造システム。   The porous support has a cylindrical shape, and further includes a rotation support device that rotatably supports the porous support about a rotation center line, the first surface film forming device, and the second surface deposition device. 4. The solid oxide fuel cell manufacturing method according to claim 3, wherein the surface film forming apparatus, the dot film forming apparatus, and the extrusion film forming apparatus perform film formation while rotating the porous support by the rotation support device. system. さらに、上記インターコネクタを形成するインターコネクタ形成装置を有し、このインターコネクタ形成装置は、インターコネクタ層を形成するためのスラリーを液滴状にして連続的に噴射することによりスラリーのドットを形成し、このドットの集積により上記インターコネクタ層を形成するディスペンサ装置、又は、インターコネクタ層を形成するためのスラリーを棒状に連続的に押し出して付着させるノズルを備えると共に、このノズルの先端と上記インターコネクタ層を形成すべき表面との間の距離がほぼ一定になるように上記ノズルを移動させるノズル駆動装置を備えたディスペンサ装置である請求項4記載の固体酸化物形燃料電池セル製造システム。   Furthermore, it has an interconnector forming device for forming the interconnector, and this interconnector forming device forms slurry dots by continuously ejecting slurry for forming an interconnector layer into droplets. And a dispenser device for forming the interconnector layer by the accumulation of the dots, or a nozzle for continuously extruding and adhering slurry for forming the interconnector layer in a rod shape, and the tip of the nozzle and the interconnector. 5. The solid oxide fuel cell manufacturing system according to claim 4, which is a dispenser device including a nozzle driving device that moves the nozzle so that a distance from a surface on which a connector layer is to be formed is substantially constant. 請求項1乃至5の何れか1項に記載の製造システムを使用した固体酸化物形燃料電池セルの製造方法であって、
上記押出成膜装置は上記多孔質支持体に当接させる回転ローラーを備え、上記ノズルは上記回転ローラーと共に移動されることにより、上記ノズルの先端と上記多孔質支持体の表面との間の距離がほぼ一定に維持されるように構成されており、上記押出成膜装置を使用して、上記多孔質支持体の表面にマスキング形成剤を付着させ、マスキング層を形成する第1マスキング形成工程と、
上記第1の面成膜装置を使用して、上記多孔質支持体の表面上に上記燃料極層を形成する燃料極層形成工程と、
この燃料極層形成工程により形成された燃料極層を加熱して硬化させると共に、上記マスキング層を消失させる第1仮焼成工程と、
上記インターコネクタを形成するためのスラリーを液滴状にして連続的に噴射することによりスラリーのドットを形成し、このドットの集積により、上記燃料極層の上にインターコネクタ層を形成するインターコネクタ形成工程と、
上記押出成膜装置の回転ローラーを、上記燃料極層の、上記インターコネクタ層が形成されていない部分に当接させた状態で、上記インターコネクタ層の上にマスキング形成剤を付着させる第2マスキング形成工程と、
第2の面成膜装置を使用して、上記電解質層を形成するためのスラリーを付着させ、上記複数の発電素子の上記電解質層を同時に形成する電解質層形成工程と、
この電解質層形成工程により形成された電解質層を加熱して硬化させると共に、上記第2マスキング形成工程において形成されたマスキング層を消失させる第2仮焼成工程と、
上記ドット成膜装置を使用して、上記空気極層を形成するためのスラリーを液滴状にして連続的に噴射することによりスラリーのドットを形成し、このドットの集積により上記空気極層を、上記インターコネクタ層に接続するように形成する空気極層形成工程と、
この空気極層形成工程において形成された上記空気極層を加熱して焼成する焼成工程と、
を有することを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルの製造方法。
A method for producing a solid oxide fuel cell using the production system according to any one of claims 1 to 5,
The extrusion film forming apparatus includes a rotating roller that is brought into contact with the porous support, and the nozzle is moved together with the rotating roller so that a distance between the tip of the nozzle and the surface of the porous support is reached. Is formed so as to be maintained substantially constant, and using the extrusion film forming apparatus, a mask forming agent is attached to the surface of the porous support to form a masking layer; ,
A fuel electrode layer forming step of forming the fuel electrode layer on the surface of the porous support using the first surface deposition apparatus;
A first calcination step of heating and curing the fuel electrode layer formed by the fuel electrode layer forming step and erasing the masking layer;
The interconnector for forming the interconnector layer on the fuel electrode layer by forming dots of the slurry by continuously spraying the slurry for forming the interconnector in the form of droplets, and collecting the dots Forming process;
Second masking for attaching a masking forming agent on the interconnector layer in a state where the rotating roller of the extrusion film forming apparatus is in contact with a portion of the fuel electrode layer where the interconnector layer is not formed. Forming process;
An electrolyte layer forming step in which a slurry for forming the electrolyte layer is attached using a second surface film forming apparatus, and the electrolyte layers of the plurality of power generation elements are formed simultaneously;
A second preliminary firing step for heating and curing the electrolyte layer formed by the electrolyte layer formation step and for eliminating the masking layer formed in the second masking formation step;
Using the dot deposition apparatus, slurry for forming the air electrode layer is formed into droplets and continuously ejected to form dots of the slurry, and the accumulation of the dots forms the air electrode layer. , An air electrode layer forming step for connecting to the interconnector layer,
A firing step of heating and firing the air electrode layer formed in the air electrode layer forming step;
A method for producing a solid oxide fuel cell, comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018133165A (en) * 2017-02-14 2018-08-23 日本特殊陶業株式会社 Electrochemical reaction single cell, and electrochemical reaction cell stack

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