JP2528986B2 - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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- JP2528986B2 JP2528986B2 JP2032381A JP3238190A JP2528986B2 JP 2528986 B2 JP2528986 B2 JP 2528986B2 JP 2032381 A JP2032381 A JP 2032381A JP 3238190 A JP3238190 A JP 3238190A JP 2528986 B2 JP2528986 B2 JP 2528986B2
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は固体電解質型燃料電池に関するものである。
（従来の技術） 最近、燃料電池が発電装置として注目されている。こ
れは、燃料が有する化学エネルギーを直接電気エネルギ
ーに変換できる装置で、カルノーサイクルの制約を受け
ないため、本質的に高いエネルギー変換効率を有し、燃
料の多様化が可能で（ナフサ、天然ガス、メタノール、
石炭改質ガス、重油等）、低公害で、しかも発電効率が
設備規模によって影響されず、極めて有望な技術であ
る。
れは、燃料が有する化学エネルギーを直接電気エネルギ
ーに変換できる装置で、カルノーサイクルの制約を受け
ないため、本質的に高いエネルギー変換効率を有し、燃
料の多様化が可能で（ナフサ、天然ガス、メタノール、
石炭改質ガス、重油等）、低公害で、しかも発電効率が
設備規模によって影響されず、極めて有望な技術であ
る。
特に、固体電解質型燃料電池（以下、SOFCと記す）は
1000℃の高温で作動するため電極反応が極めて活発で、
高価な白金などの貴金属触媒を全く必要とせず、分極が
小さく、出力電圧も比較的高いため、エネルギー変換効
率が他の燃料電池にくらべ著しく高い。更に、構造材は
全て固体から構成されているため、安定且つ長寿命であ
る。
1000℃の高温で作動するため電極反応が極めて活発で、
高価な白金などの貴金属触媒を全く必要とせず、分極が
小さく、出力電圧も比較的高いため、エネルギー変換効
率が他の燃料電池にくらべ著しく高い。更に、構造材は
全て固体から構成されているため、安定且つ長寿命であ
る。
SOFC単電池の構成要素は、一般的に空気電極、固体電
解質、燃料電極から構成される。
解質、燃料電極から構成される。
平板型SOFC単電池は単位体積当りの電池有効面積が大
きく、有望である。こうした平板型SOFC単電池を多数平
行に配列し、各単電池同士をリジッドにシールして発電
室を形成し、発電室の一方の側から酸化ガスおよび燃料
ガスを送り込み、他方の側から燃焼排ガスを排出するも
のが知られている。
きく、有望である。こうした平板型SOFC単電池を多数平
行に配列し、各単電池同士をリジッドにシールして発電
室を形成し、発電室の一方の側から酸化ガスおよび燃料
ガスを送り込み、他方の側から燃焼排ガスを排出するも
のが知られている。
（発明が解決しようとする課題） しかし、各単電池同士をリジッドに固定しシールした
ものは、気密な発電室を形成するために単電池同士を互
いに密封拘束した状態にあるため、作動次の高温により
単電池の縁辺部には大きな熱歪応力が発生する。また、
酸化ガス及び燃料ガスの供給入口付近では電極反応が活
発であるのに対し、排出部付近では電極反応が不活発で
温度が低く、発電室には大きな温度勾配が発生しこれに
よって大きな熱歪応力が発生する。これらの熱歪応力は
脆弱な燃料電池素子に亀裂を発生させ易く、このため発
電効率が低下し、電池集合体の破壊が進む。
ものは、気密な発電室を形成するために単電池同士を互
いに密封拘束した状態にあるため、作動次の高温により
単電池の縁辺部には大きな熱歪応力が発生する。また、
酸化ガス及び燃料ガスの供給入口付近では電極反応が活
発であるのに対し、排出部付近では電極反応が不活発で
温度が低く、発電室には大きな温度勾配が発生しこれに
よって大きな熱歪応力が発生する。これらの熱歪応力は
脆弱な燃料電池素子に亀裂を発生させ易く、このため発
電効率が低下し、電池集合体の破壊が進む。
本発明の課題は、燃料電池素子に発生する熱歪応力を
緩和して燃料電池素子に亀裂が発生することを防止する
こと、および各単電池のガス供給側から発電室側の端部
に至る各部位での温度勾配を小さくして各部位での発電
を均一にすること、および各単電池素子を高強度でかつ
ガスに安定な構造とすること、により信頼性の高いかつ
耐久性の優れた固体電解質燃料電池を提供することであ
る。
緩和して燃料電池素子に亀裂が発生することを防止する
こと、および各単電池のガス供給側から発電室側の端部
に至る各部位での温度勾配を小さくして各部位での発電
を均一にすること、および各単電池素子を高強度でかつ
ガスに安定な構造とすること、により信頼性の高いかつ
耐久性の優れた固体電解質燃料電池を提供することであ
る。
（課題を解決するための手段） 本発明に係る固体電解質型燃料電池は、複数列のガス
輸送路を有する多孔質セラミックス製の板状電極体と；
この板状電極体の少なくとも一方の主面に形成された緻
密質インターコネクターと；板状電極体の少なくとも他
方の主面に形成された緻密質固体電解質膜と；緻密質固
体電解質膜上に形成され、板状電極体と反対の極性を有
する電極膜と；ガス輸送路内へと酸化ガス又は燃料ガス
を供給するガス供給部と；燃料電池単電池をガス供給部
側の端部で保持する緻密質隔壁と；この緻密質隔壁を挟
んでガス供給部に隣接して設けられた排ガス燃焼室と；
この排ガス燃焼室と発電室とを区分する隔壁とを有して
おり、複数列のガス輸送路のうち一部がガス供給部に対
して開口しており、残りのガス輸送路のガス供給部側が
閉塞しており、かつこの閉塞したガス輸送路内に排ガス
燃焼室に通ずるガス排出口が形成されており、ガス供給
部からガス輸送路内へと供給された酸化ガス又は燃料ガ
スが燃料電池単電池の発電室側の端部で方向転換してガ
ス供給部の側へと向かって輸送され、ガス排出口から前
記排ガス燃焼室へと向かって排出されるように構成され
ている。
輸送路を有する多孔質セラミックス製の板状電極体と；
この板状電極体の少なくとも一方の主面に形成された緻
密質インターコネクターと；板状電極体の少なくとも他
方の主面に形成された緻密質固体電解質膜と；緻密質固
体電解質膜上に形成され、板状電極体と反対の極性を有
する電極膜と；ガス輸送路内へと酸化ガス又は燃料ガス
を供給するガス供給部と；燃料電池単電池をガス供給部
側の端部で保持する緻密質隔壁と；この緻密質隔壁を挟
んでガス供給部に隣接して設けられた排ガス燃焼室と；
この排ガス燃焼室と発電室とを区分する隔壁とを有して
おり、複数列のガス輸送路のうち一部がガス供給部に対
して開口しており、残りのガス輸送路のガス供給部側が
閉塞しており、かつこの閉塞したガス輸送路内に排ガス
燃焼室に通ずるガス排出口が形成されており、ガス供給
部からガス輸送路内へと供給された酸化ガス又は燃料ガ
スが燃料電池単電池の発電室側の端部で方向転換してガ
ス供給部の側へと向かって輸送され、ガス排出口から前
記排ガス燃焼室へと向かって排出されるように構成され
ている。
（実施例） 第１図はSOFC単電池11の一例を示す断面図、第２図は
第１図のＡ−Ａ線断面図、第３図は第１図のＢ−Ｂ線断
面図、第４図はSOFC単電池を集積したSOFC装置を示す断
面図である。
第１図のＡ−Ａ線断面図、第３図は第１図のＢ−Ｂ線断
面図、第４図はSOFC単電池を集積したSOFC装置を示す断
面図である。
このSOFC単電池11においては、第２図及び第３図の如
く細長い平板状の空気電極体３を支持体とし、空気電極
体３の図面において下側の面には緻密質インターコネク
ター12を膜状に形成し、上側の面と側面とには緻密質固
体電解質膜９を形成し、緻密質膜によって空気電極体３
の周囲を覆う。インターコネクター12は空気電極体３の
下側に緻密質隔壁まで形成させる。また緻密質固体電解
質９も同じく空気電極体３の上側の面に緻密質隔壁１ま
で形成させる。空気電極体が排ガス燃焼室７内のCOガ
ス、水蒸気等の還元ガスに弱いためである。固体電解質
膜９の上面と側面とに亘って、インターコネクター12に
接触しないように、燃料電極膜10を設ける。
く細長い平板状の空気電極体３を支持体とし、空気電極
体３の図面において下側の面には緻密質インターコネク
ター12を膜状に形成し、上側の面と側面とには緻密質固
体電解質膜９を形成し、緻密質膜によって空気電極体３
の周囲を覆う。インターコネクター12は空気電極体３の
下側に緻密質隔壁まで形成させる。また緻密質固体電解
質９も同じく空気電極体３の上側の面に緻密質隔壁１ま
で形成させる。空気電極体が排ガス燃焼室７内のCOガ
ス、水蒸気等の還元ガスに弱いためである。固体電解質
膜９の上面と側面とに亘って、インターコネクター12に
接触しないように、燃料電極膜10を設ける。
このSOFC単電池の端部を緻密質隔壁１で保持し、緻密
質隔壁１の第１図、第２において左側に空気等の含酸素
ガス供給部30を設け、緻密質隔壁１の右側に排ガス燃焼
室７を設ける。また、好ましくは多孔質隔壁２を設けて
排ガス燃焼室７と発電室８とを区分すると共に、SOFC単
電池11を隔壁２によってソフトに支持する。
質隔壁１の第１図、第２において左側に空気等の含酸素
ガス供給部30を設け、緻密質隔壁１の右側に排ガス燃焼
室７を設ける。また、好ましくは多孔質隔壁２を設けて
排ガス燃焼室７と発電室８とを区分すると共に、SOFC単
電池11を隔壁２によってソフトに支持する。
平板状空気電極体３は、ドーピングされたか、又はド
ーピングされていないLaMnO3,CaMnO3,LaNiO3,LaCoO3,La
CrO3等で製造でき、ストロンチウムを添加したLaMnO3が
好ましい。緻密質固体電解質膜９は、一般にはイットリ
ア安定化ジルコニア等で製造できる。燃料電極膜10は、
一般にはニッケル−ジルコニアサーメット又はコバルト
ジルコニアサーメットが好ましい。
ーピングされていないLaMnO3,CaMnO3,LaNiO3,LaCoO3,La
CrO3等で製造でき、ストロンチウムを添加したLaMnO3が
好ましい。緻密質固体電解質膜９は、一般にはイットリ
ア安定化ジルコニア等で製造できる。燃料電極膜10は、
一般にはニッケル−ジルコニアサーメット又はコバルト
ジルコニアサーメットが好ましい。
平板状空気電極体３の内側には整数列の酸化ガス輸送
路4A,4Bが設けられ、酸化ガス供給部30に面して酸化ガ
ス供給口16の閉塞部５とが交互に設けられている。SOFC
の動作時には、酸化ガスが矢印Ｅのように酸化ガス導入
孔16から酸化ガス輸送路4A内へと送られ、SOFC単電池の
発電室側の端部へと達し、ここで反対方向へと方向転換
して酸化ガス輸送路4B内を再び酸化ガス供給部30方向へ
と向って流れる。酸化ガス輸送路4Bの酸化ガス供給部30
側の端部には上記のように閉塞部５が設けられており、
かつ排ガス燃焼室７へと面して酸化ガス排出口６が設け
られている。従って、酸化ガスは、酸化ガス輸送路4A,4
Bを往復する間に空気電極体３及び固体電解室膜９を経
て燃料電極膜10に酸素イオンを供給して燃料電極膜10上
で燃料と反応して発電に寄与し、酸素濃度の低下した排
酸化ガスが排出口６から排ガス燃焼室７へと排出され
る。一方、発電室８と排ガス燃焼室７との間では僅かの
差圧で排ガス燃焼室７へと燃焼ガスの流れが生ずるよう
に設計されており、排ガス燃焼室７から発電室８への逆
流を防ぐ。燃料ガスは矢印Ｆのように発電室８内を流れ
て発電に利用され、反応によって生成した水蒸気、炭酸
ガス及び未反応の燃料ガスの混合気体が隔壁２とSOFC単
電池との隙間を通って排ガス燃焼室７へと流入し、ここ
で排酸化ガスと接触して燃焼し、酸化ガス輸送路4A内を
通過中の新鮮な酸化ガスを予熱する。
路4A,4Bが設けられ、酸化ガス供給部30に面して酸化ガ
ス供給口16の閉塞部５とが交互に設けられている。SOFC
の動作時には、酸化ガスが矢印Ｅのように酸化ガス導入
孔16から酸化ガス輸送路4A内へと送られ、SOFC単電池の
発電室側の端部へと達し、ここで反対方向へと方向転換
して酸化ガス輸送路4B内を再び酸化ガス供給部30方向へ
と向って流れる。酸化ガス輸送路4Bの酸化ガス供給部30
側の端部には上記のように閉塞部５が設けられており、
かつ排ガス燃焼室７へと面して酸化ガス排出口６が設け
られている。従って、酸化ガスは、酸化ガス輸送路4A,4
Bを往復する間に空気電極体３及び固体電解室膜９を経
て燃料電極膜10に酸素イオンを供給して燃料電極膜10上
で燃料と反応して発電に寄与し、酸素濃度の低下した排
酸化ガスが排出口６から排ガス燃焼室７へと排出され
る。一方、発電室８と排ガス燃焼室７との間では僅かの
差圧で排ガス燃焼室７へと燃焼ガスの流れが生ずるよう
に設計されており、排ガス燃焼室７から発電室８への逆
流を防ぐ。燃料ガスは矢印Ｆのように発電室８内を流れ
て発電に利用され、反応によって生成した水蒸気、炭酸
ガス及び未反応の燃料ガスの混合気体が隔壁２とSOFC単
電池との隙間を通って排ガス燃焼室７へと流入し、ここ
で排酸化ガスと接触して燃焼し、酸化ガス輸送路4A内を
通過中の新鮮な酸化ガスを予熱する。
空気電極体３と固体電解質膜９との界面で酸化ガスが
酸素イオンを生じ、これらの酸素イオンは固体電解質膜
９を通って燃料電極膜10へと移動し、燃料ガスと反応す
ると共に電子を燃料電極膜10へと放出する。そして、正
極である空気電極と接続したインターコネクター12と負
極である燃料電極膜10の間に負荷を接続して電力を取り
出す。
酸素イオンを生じ、これらの酸素イオンは固体電解質膜
９を通って燃料電極膜10へと移動し、燃料ガスと反応す
ると共に電子を燃料電極膜10へと放出する。そして、正
極である空気電極と接続したインターコネクター12と負
極である燃料電極膜10の間に負荷を接続して電力を取り
出す。
第４図に示すようにスタックを形成する場合には、緻
密質インターコネクター12に多数の脚部12aを設け、こ
れらの脚部12aを下側のSOFC単電池11の燃料電極膜10へ
とニッケルフェルト14を介して接触させ、SOFC単電池の
直列接続を行う。また、第４図において横方向に隣接し
たSOFC単電池の燃料電極10同士をニッケルフェルト13を
介して接触させ、隣接するSOFC単電池の並列接続を行
う。なお、第４図の例では便宜上縦二列、横二列のみを
示したが、SOFC単電池の個数は自由に変更できる。
密質インターコネクター12に多数の脚部12aを設け、こ
れらの脚部12aを下側のSOFC単電池11の燃料電極膜10へ
とニッケルフェルト14を介して接触させ、SOFC単電池の
直列接続を行う。また、第４図において横方向に隣接し
たSOFC単電池の燃料電極10同士をニッケルフェルト13を
介して接触させ、隣接するSOFC単電池の並列接続を行
う。なお、第４図の例では便宜上縦二列、横二列のみを
示したが、SOFC単電池の個数は自由に変更できる。
本実施例の固体電解質型燃料電池によれば以下の効果
を奏しうる。
を奏しうる。
（１） 脆弱なセラミックス製SOFC単電池を保持するの
に際し、基部の一端のみを固定保持することでSOFC単電
池を支持し、かつ隔壁２でソフトに支持している。
に際し、基部の一端のみを固定保持することでSOFC単電
池を支持し、かつ隔壁２でソフトに支持している。
従って、従来のSOFC単電池のように単電池の四周をリ
ジッドに固定する方法とは異なり、構造上からSOFC単電
池素子に過大な歪応力が発生しない。
ジッドに固定する方法とは異なり、構造上からSOFC単電
池素子に過大な歪応力が発生しない。
（２） 酸化ガスは排ガス燃料室７よりも加圧状態で供
給することにより排ガス排出口６から連続的に排出さ
れ、また燃料ガスも隔壁２とSOFC単電池との隙間を通し
て排ガス燃焼室７内へと排出される構造のため、SOFC単
電池四周をシールし、固定する必要がない。このために
SOFC単電池には固定、シールに起因する歪応力の発生が
少なく、構造体としての信頼性が向上する。
給することにより排ガス排出口６から連続的に排出さ
れ、また燃料ガスも隔壁２とSOFC単電池との隙間を通し
て排ガス燃焼室７内へと排出される構造のため、SOFC単
電池四周をシールし、固定する必要がない。このために
SOFC単電池には固定、シールに起因する歪応力の発生が
少なく、構造体としての信頼性が向上する。
（３） 排ガス燃焼室７を酸化ガス供給部30と隣接して
設けているので、例えば酸化ガス供給部30から漏洩して
くる酸化ガスは新鮮な燃料ガスとは直接接触せず、すで
に発電室８を通過して燃料残存率が小さくなり、水蒸気
の多い廃燃料ガスと接触する。従って、SOFC単電池の端
部での局部的な急激な発熱を防ぐことができ、熱歪発生
によるSOFC単電池の亀裂の発生が防止できる。また過剰
な局部発電を防止しているため、SOFC単電池の局部的劣
化が防止でき、SOFC単電池の耐久性が向上する。
設けているので、例えば酸化ガス供給部30から漏洩して
くる酸化ガスは新鮮な燃料ガスとは直接接触せず、すで
に発電室８を通過して燃料残存率が小さくなり、水蒸気
の多い廃燃料ガスと接触する。従って、SOFC単電池の端
部での局部的な急激な発熱を防ぐことができ、熱歪発生
によるSOFC単電池の亀裂の発生が防止できる。また過剰
な局部発電を防止しているため、SOFC単電池の局部的劣
化が防止でき、SOFC単電池の耐久性が向上する。
更にまた、SOFC単電池の端部を隔壁で保持する際に、
通気性のあるセラミックファイバーフェト等をクッショ
ン材として使用することができる。
通気性のあるセラミックファイバーフェト等をクッショ
ン材として使用することができる。
（４） 従来、燃料ガス導入部付近では、まだ燃料の含
有量が多いため、電気化学的反応が活発であり、温度が
上昇し、この温度上昇によってますます反応が活発とな
る。一方、他端では、燃料ガスの濃度がかなり減少して
いるため、反応が不活発で温度が低く、この温度の低す
からますます反応が不活発となる。しかも、反応した燃
料ガス中にはかなりCO2・水蒸気等が含まれており、こ
れが電極面に付着して反応を阻害するため、ますます温
度が低下する。この傾向は、平板状SOFC単電池の寸法が
大きくなるにつれて一層強くあらわれる これに対し、本実施例では、酸化ガス供給口16と閉塞
部５とを交互に設け、一旦酸化ガス供給口16より供給さ
れた酸化ガスをSOFC単電池11の長手方向で往復させてい
るので、電気化学反応の活発な部分が一部のみに集中せ
ず、比較的に単電池全体に亘って分散する。従って、単
電池の全体の温度勾配を小さくでき、単電池及び単電池
並列接続スタッフ全体に亘って熱歪応力の低減、発電の
均一勝と発電効果の向上を達成できる。
有量が多いため、電気化学的反応が活発であり、温度が
上昇し、この温度上昇によってますます反応が活発とな
る。一方、他端では、燃料ガスの濃度がかなり減少して
いるため、反応が不活発で温度が低く、この温度の低す
からますます反応が不活発となる。しかも、反応した燃
料ガス中にはかなりCO2・水蒸気等が含まれており、こ
れが電極面に付着して反応を阻害するため、ますます温
度が低下する。この傾向は、平板状SOFC単電池の寸法が
大きくなるにつれて一層強くあらわれる これに対し、本実施例では、酸化ガス供給口16と閉塞
部５とを交互に設け、一旦酸化ガス供給口16より供給さ
れた酸化ガスをSOFC単電池11の長手方向で往復させてい
るので、電気化学反応の活発な部分が一部のみに集中せ
ず、比較的に単電池全体に亘って分散する。従って、単
電池の全体の温度勾配を小さくでき、単電池及び単電池
並列接続スタッフ全体に亘って熱歪応力の低減、発電の
均一勝と発電効果の向上を達成できる。
（５） 各酸化ガス輸送路4Bにおいて、隣接する排酸化
ガス排出口６を互いにSOFC単電池11の横手方向の同一平
面上に設けず、SOFC単電池11の横手方向平面に対して斜
めに互い違いに設けてある。従って、構造強度を低下さ
せる排出口６が横手方向に同一平面上に整列しないの
で、構造力学上有利であり、SOFC単電池11の曲げ応力に
対する強度低下を防止できる。
ガス排出口６を互いにSOFC単電池11の横手方向の同一平
面上に設けず、SOFC単電池11の横手方向平面に対して斜
めに互い違いに設けてある。従って、構造強度を低下さ
せる排出口６が横手方向に同一平面上に整列しないの
で、構造力学上有利であり、SOFC単電池11の曲げ応力に
対する強度低下を防止できる。
（６） 燃料電極膜10をSOFC単電池11の主面側だけでな
く、インターコネクター12と接触しない範囲内で側面の
方にも拡げて設けてあるので、更に電極面積を大きくで
きる。
く、インターコネクター12と接触しない範囲内で側面の
方にも拡げて設けてあるので、更に電極面積を大きくで
きる。
（７） 発電室８および排ガス燃焼室７内において、空
気電極体３の外周面を、緻密質インターコネクター12と
緻密質固体電解質９とによって覆っているので、燃焼に
よって生成した還元ガス及び水蒸気が空気電極体３に接
触してこれらを劣化させるのを効果的に防止できる。
気電極体３の外周面を、緻密質インターコネクター12と
緻密質固体電解質９とによって覆っているので、燃焼に
よって生成した還元ガス及び水蒸気が空気電極体３に接
触してこれらを劣化させるのを効果的に防止できる。
（８） 単電池をボックス型のマルチ−チャンネル構造
としているため、単電池自体の構造強度を向上させう
る。
としているため、単電池自体の構造強度を向上させう
る。
第５図は他の実施例によるSOFC単電池21を示す断面
図、第６図は第５図のＣ−Ｃ線断面図、第７図は第５図
のＤ−Ｄ線断面図である。但し、第７図では隔壁1,2、
ニッケルフェルト24は図示省略してある。
図、第６図は第５図のＣ−Ｃ線断面図、第７図は第５図
のＤ−Ｄ線断面図である。但し、第７図では隔壁1,2、
ニッケルフェルト24は図示省略してある。
本実施例によるSOFC単電池21の全体の構成は第１図の
SOFC単電池11とほぼ同様であり、同一部分については説
明を省略する。
SOFC単電池11とほぼ同様であり、同一部分については説
明を省略する。
SOFC単電池21においては、燃料電極膜20を単電池の主
面（図面において上側面）のみに設け、単電池の側面へ
は延長していない。そして、単電池間の電気的接続に際
しては、インターコネクター22の下面と燃料電極膜20の
上面とニッケルフェルト24を当接させ、第４図に示した
ものと同様に複数のSOFC単電池21を縦方向に配列してス
タックを形成し、各SOFC単電池21の直列接続を行う。そ
して、複数のスタックで構成されたバンドと全体の電位
の分布を均一化する目的で、横方向に隣接するSOFC単電
池の燃料電極膜同士をニッケルフェルト13で接続せず、
一体物のニッケルフェルト24で接続し、各スタックの間
を並列接続することが望ましいが、同じく横方向に隣接
するSOFC単電池の燃料電極膜20同士を直接ニッケルフェ
ルト13で接続することは行わず、例えば、SOFC単電池21
を直列接続したスタックを複数個構成し、各スタックの
上端の燃料電極膜20を共通の金属電極で接続して集電
し、各スタックの下端のインターコネクター22も共通の
金属電極で接続して集電してもよい。
面（図面において上側面）のみに設け、単電池の側面へ
は延長していない。そして、単電池間の電気的接続に際
しては、インターコネクター22の下面と燃料電極膜20の
上面とニッケルフェルト24を当接させ、第４図に示した
ものと同様に複数のSOFC単電池21を縦方向に配列してス
タックを形成し、各SOFC単電池21の直列接続を行う。そ
して、複数のスタックで構成されたバンドと全体の電位
の分布を均一化する目的で、横方向に隣接するSOFC単電
池の燃料電極膜同士をニッケルフェルト13で接続せず、
一体物のニッケルフェルト24で接続し、各スタックの間
を並列接続することが望ましいが、同じく横方向に隣接
するSOFC単電池の燃料電極膜20同士を直接ニッケルフェ
ルト13で接続することは行わず、例えば、SOFC単電池21
を直列接続したスタックを複数個構成し、各スタックの
上端の燃料電極膜20を共通の金属電極で接続して集電
し、各スタックの下端のインターコネクター22も共通の
金属電極で接続して集電してもよい。
このように、SOFC単電池21の側面には燃料電極膜20が
設けられていないことから、この側面には絶縁性の固体
電解質膜19のみが露出することとなり、従って例えば燃
料電極膜20とインターコネクター22とが電気的に短絡す
る危険がなく、実用性が一層高い。
設けられていないことから、この側面には絶縁性の固体
電解質膜19のみが露出することとなり、従って例えば燃
料電極膜20とインターコネクター22とが電気的に短絡す
る危険がなく、実用性が一層高い。
また、本実施例では、第５図に示すように、縦方向に
８列の酸化ガス輸送路4A,4Bを設け、このうち図面にお
いて上部二列と下部二列のガス輸送路4Bにおいては閉塞
部５を設け、中央部の四列においては酸化ガス供給口16
を設けた。従って、酸化ガスはSOFC単電池21の中央部へ
とまず供給され、SOFC単電池21の図面において左端へと
至り、上方向及び下方向へと分れて方向転換し、ガス輸
送路4Bへと入る。
８列の酸化ガス輸送路4A,4Bを設け、このうち図面にお
いて上部二列と下部二列のガス輸送路4Bにおいては閉塞
部５を設け、中央部の四列においては酸化ガス供給口16
を設けた。従って、酸化ガスはSOFC単電池21の中央部へ
とまず供給され、SOFC単電池21の図面において左端へと
至り、上方向及び下方向へと分れて方向転換し、ガス輸
送路4Bへと入る。
上述の実施例は、例えば次のように種々変更できる。
（ａ）第２図〜第４図に示したように、SOFC単電池の側
面へと燃料電極膜10を延設するに代り、インターコネク
ター12をSOFC単電池の側面へと、燃料電極膜10と接触し
ない範囲内で延接してもよい。このとき、燃料電極膜10
はインターコネクター12との短絡を避けるために必要に
応じて後退させてよい。また、緻密質インターコネクタ
ー12を緻密質固体電解質膜９上に設けてよく、又は固体
電解質膜９を後退させて両者が重ならないようにしても
よいが、緻密質固体電解質膜９と緻密質インターコネク
ター12との間から空気電極体３の表面が露出しないよう
にすることが好ましい。
面へと燃料電極膜10を延設するに代り、インターコネク
ター12をSOFC単電池の側面へと、燃料電極膜10と接触し
ない範囲内で延接してもよい。このとき、燃料電極膜10
はインターコネクター12との短絡を避けるために必要に
応じて後退させてよい。また、緻密質インターコネクタ
ー12を緻密質固体電解質膜９上に設けてよく、又は固体
電解質膜９を後退させて両者が重ならないようにしても
よいが、緻密質固体電解質膜９と緻密質インターコネク
ター12との間から空気電極体３の表面が露出しないよう
にすることが好ましい。
（ｂ）酸化ガス輸送路の数、断面形状等は種々変更して
よいが、第１図に示すように、酸化ガス輸送路4A,4Bは
熱勾配の観点から交互に設けるのが好ましい。
よいが、第１図に示すように、酸化ガス輸送路4A,4Bは
熱勾配の観点から交互に設けるのが好ましい。
閉塞部５の形成に際しては、例えば有機物で型を作っ
て閉塞部５の形に空気電極材料を流し込み焼成して有機
物を消失させる方法、閉塞部５を個別に成形、焼成して
酸化ガス供給口へと接着、固着、貼着、嵌合する方法な
ど、種々の方法を採用できる。
て閉塞部５の形に空気電極材料を流し込み焼成して有機
物を消失させる方法、閉塞部５を個別に成形、焼成して
酸化ガス供給口へと接着、固着、貼着、嵌合する方法な
ど、種々の方法を採用できる。
（ｃ）上述の例では空気電極体に酸化ガス輸送路を設
け、この上に固体電解質膜、燃料電極膜を順次形成した
が、逆に、平板状燃料電極体に燃料ガス輸送路を設け、
この上に固体電解質膜、空気電極膜を順次形成し、発電
室内に酸化ガスを流入させることもできる。
け、この上に固体電解質膜、燃料電極膜を順次形成した
が、逆に、平板状燃料電極体に燃料ガス輸送路を設け、
この上に固体電解質膜、空気電極膜を順次形成し、発電
室内に酸化ガスを流入させることもできる。
（ｄ）SOFC単電池を隔壁で保持する際にセラミックファ
イバフェルト等の通気性のあるクッション材を用いるこ
ともできる。SOFC単電池と柔軟に接触する支持用又はフ
ロー用バッフルを更に組み込んでもよい。
イバフェルト等の通気性のあるクッション材を用いるこ
ともできる。SOFC単電池と柔軟に接触する支持用又はフ
ロー用バッフルを更に組み込んでもよい。
（ｅ） 隔壁２を通気性の多孔体とすることにより発電
室側の気体を排ガス燃焼室側に流入させることもでき
る。
室側の気体を排ガス燃焼室側に流入させることもでき
る。
（ｆ） 多孔室平板状導電性電極支持体の上に多孔質空
気電極膜を形成し、更にその上に固体電解質を形成させ
本発明と同一の構造としてもよい。
気電極膜を形成し、更にその上に固体電解質を形成させ
本発明と同一の構造としてもよい。
第１図では各単電池11を水平に支持したが、この発電
装置全体を垂直にしてもよく、また所定角度傾けてもよ
い。
装置全体を垂直にしてもよく、また所定角度傾けてもよ
い。
平板状SOFC単電池の平面形状も正方形、長方形に限ら
ず、三角形、六角形、円形等であってもよい。
ず、三角形、六角形、円形等であってもよい。
又、板状SOFC単電池の板状形態としては、平面以外に
波形、円錐、角錐、球面状等で勿論良い。
波形、円錐、角錐、球面状等で勿論良い。
（発明の効果） 本発明に係る固体電解質型燃料電池によれば、燃料電
池単電池をガス供給部側の端部で緻密質隔壁によって保
持しているので、単電池の四周をリジットに固定する方
法とは異なり、構造上から単電池に過大な歪応力が発生
しない。
池単電池をガス供給部側の端部で緻密質隔壁によって保
持しているので、単電池の四周をリジットに固定する方
法とは異なり、構造上から単電池に過大な歪応力が発生
しない。
また、ガス供給部と隣接して排ガス燃焼室を設け、排
ガス燃焼室と発電室とを隔壁によって区分し、ガスを発
電室から排ガス燃焼室へと送る。一方、酸化ガス又は燃
料ガスを板状電極体内部のガス輸送路を介してガス排出
口より排ガス燃焼室へと排出させている。
ガス燃焼室と発電室とを隔壁によって区分し、ガスを発
電室から排ガス燃焼室へと送る。一方、酸化ガス又は燃
料ガスを板状電極体内部のガス輸送路を介してガス排出
口より排ガス燃焼室へと排出させている。
従って、酸化ガスの流路と燃料ガスの流路とは、単電
池の構造上区分され、排ガス燃焼室へと至るまでは混合
しないので、従来のように単電池の四周をシールするた
めに固定する必要がない。従って、かかる固定、シール
に起因する歪応力の発生がなく、構造体として信頼性が
高い。また、SOFC単電池全体に亘って発電の均一化と発
電効率の向上を達成できる。
池の構造上区分され、排ガス燃焼室へと至るまでは混合
しないので、従来のように単電池の四周をシールするた
めに固定する必要がない。従って、かかる固定、シール
に起因する歪応力の発生がなく、構造体として信頼性が
高い。また、SOFC単電池全体に亘って発電の均一化と発
電効率の向上を達成できる。
更に、排ガス燃焼室をガス供給部と隣接して設けてい
るので、ガス供給部から排ガス燃焼室へと漏洩してくる
ガスは、既に発電室を通過して充分に燃料ガス濃度の減
少したガスと接触する。従って、SOFC素子の局部的な過
剰な発電が防止でき耐久性が向上する。
るので、ガス供給部から排ガス燃焼室へと漏洩してくる
ガスは、既に発電室を通過して充分に燃料ガス濃度の減
少したガスと接触する。従って、SOFC素子の局部的な過
剰な発電が防止でき耐久性が向上する。
更にSOFC単電池をバックス型のマルチ−チャンネル構
造としているため単電池自体の構造強度を向上させう
る。
造としているため単電池自体の構造強度を向上させう
る。
第１図はSOFC単電池の断面図、 第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図、 第３図は第１図のＢ−Ｂ線断面図、 第４図はSOFC単電池を直列、並列に接続した状態を示す
断面図、 第５図は他のSOFC単電池の断面図、 第６図は第５図のＣ−Ｃ線断面図、 第７図は第５図のＤ−Ｄ線断面図である。 １……緻密質隔壁、２……（多孔質）隔壁 ３……平板状空気電極体 4A……酸化ガス輸送路（往路） 4B……酸化ガス輸送路（復路） ５……閉塞部、６……排酸化ガス排出口 ７……排ガス燃焼室、８……発電室 9,19……固体電解質膜、10,20……燃料電極膜 11,21……SOFC単電池 12……緻密質インターコネクター 13,14,24……ニッケルフェルト Ｅ……酸化ガスの流れ Ｆ……燃料ガスの流れ
断面図、 第５図は他のSOFC単電池の断面図、 第６図は第５図のＣ−Ｃ線断面図、 第７図は第５図のＤ−Ｄ線断面図である。 １……緻密質隔壁、２……（多孔質）隔壁 ３……平板状空気電極体 4A……酸化ガス輸送路（往路） 4B……酸化ガス輸送路（復路） ５……閉塞部、６……排酸化ガス排出口 ７……排ガス燃焼室、８……発電室 9,19……固体電解質膜、10,20……燃料電極膜 11,21……SOFC単電池 12……緻密質インターコネクター 13,14,24……ニッケルフェルト Ｅ……酸化ガスの流れ Ｆ……燃料ガスの流れ
Claims (1)
- 【請求項１】複数列のガス輸送路を有する多孔質セラミ
ックス製の板状電極体と； この板状電極体の少なくとも一方の主面に形成された緻
密質インターコネクターと； 前記板状電極体の少なくとも他方の主面に形成された緻
密質固体電解質膜と； この緻密質固体電解質膜上に形成され、前記板状電極体
と反対の極性を有する電極膜と； 前記ガス輸送路内へと酸化ガス又は燃料ガスを供給する
ガス供給部と； 燃料電池単電池を前記ガス供給部側の端部で保持する緻
密質隔壁と； この緻密質隔壁を挟んで前記ガス供給部に隣接して設け
られた排ガス燃焼室と； この排ガス燃焼室と発電室とを区分する隔壁とを有する
固体電解質型燃料電池であって、 複数列の前記ガス輸送路のうち一部が前記ガス供給部に
対して開口しており、残りの前記ガス輸送路の前記ガス
供給部側が閉塞しており、かつこの閉塞したガス輸送路
内に前記排ガス燃焼室に通ずるガス排出口が形成されて
おり、前記ガス供給部から前記ガス輸送路内へと供給さ
れた酸化ガス又は燃料ガスが前記燃料電池単電池の前記
発電室側の端部で方向転換して前記ガス供給部の側へと
向かって輸送され、前記ガス排出口から前記排ガス燃焼
室へと向かって排出されるように構成された固体電解質
燃料電池。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2032381A JP2528986B2 (ja) | 1990-02-15 | 1990-02-15 | 固体電解質型燃料電池 |
| US07/649,988 US5185219A (en) | 1990-02-15 | 1991-02-04 | Solid oxide fuel cells |
| CA002036259A CA2036259C (en) | 1990-02-15 | 1991-02-13 | Solid oxide fuel cells |
| DE69121601T DE69121601T2 (de) | 1990-02-15 | 1991-02-14 | Festoxidbrennstoffzelle |
| EP91301211A EP0442743B1 (en) | 1990-02-15 | 1991-02-14 | Solid oxide fuel cells |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2032381A JP2528986B2 (ja) | 1990-02-15 | 1990-02-15 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03238761A JPH03238761A (ja) | 1991-10-24 |
| JP2528986B2 true JP2528986B2 (ja) | 1996-08-28 |
Family
ID=12357374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2032381A Expired - Lifetime JP2528986B2 (ja) | 1990-02-15 | 1990-02-15 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2528986B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5786105A (en) * | 1995-07-28 | 1998-07-28 | Nippon Telegraph And Telephone Public Corporation | Solid oxide fuel cell |
| DK174654B1 (da) * | 2000-02-02 | 2003-08-11 | Topsoe Haldor As | Faststofoxid brændselscelle og anvendelser heraf |
| US8097384B2 (en) * | 2008-07-08 | 2012-01-17 | Siemens Energy, Inc. | Solid oxide fuel cell with transitioned cross-section for improved anode gas management at the open end |
| JP6139344B2 (ja) * | 2013-09-06 | 2017-05-31 | 株式会社東芝 | 電気化学セル |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4374184A (en) * | 1981-09-29 | 1983-02-15 | Westinghouse Electric Corp. | Fuel cell generator and method of operating same |
| JPS63207054A (ja) * | 1987-02-23 | 1988-08-26 | Fujikura Ltd | 固体電解質燃料電池発電装置 |
-
1990
- 1990-02-15 JP JP2032381A patent/JP2528986B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03238761A (ja) | 1991-10-24 |
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