JP2634963B2 - 発電装置 - Google Patents
発電装置Info
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- JP2634963B2 JP2634963B2 JP3080635A JP8063591A JP2634963B2 JP 2634963 B2 JP2634963 B2 JP 2634963B2 JP 3080635 A JP3080635 A JP 3080635A JP 8063591 A JP8063591 A JP 8063591A JP 2634963 B2 JP2634963 B2 JP 2634963B2
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- JP
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- fuel gas
- supply pipe
- gas supply
- chamber
- power generation
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
素子を用いた発電装置に関するものである。
素子を用いた発電装置に関するものである。
【０００２】
【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。特に固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）
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るため、安定且つ長
寿命である。
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。特に固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）
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るため、安定且つ長
寿命である。
【０００３】このうち、特に有底円筒状のＳＯＦＣ素子
を用いた発電装置について図２に示す。図２において
は、有底円筒状の多孔質支持体６の表面に、空気電極
７、固体電解質８、燃料電極９を順次形成し、有底円筒
状のＳＯＦＣ素子５を構成する。このＳＯＦＣ素子５を
発電室１３内の所定位置に固定する。但し、通常はＳＯ
ＦＣ素子５を直列及び並列に多数接続して集合電池を構
成するのであるが、図２においては便宜上ＳＯＦＣ素子
５を一個だけ図示する。発電室１３の下方には燃料ガス
室１４を設け、燃料ガス室１４と発電室１３とを有底部
側隔壁１１で区分する。燃料ガス室１４の下側には断熱
隔壁１２が設けられる。発電室１３の上方には排ガス室
３を設け、排ガス室３と発電室１３とを開口端側隔壁４
で区分する。開口端側隔壁４には貫通孔４ａを形成し、
この貫通孔４ａにＳＯＦＣ素子５の開口端部を挿通す
る。排ガス室３の上側に断熱隔壁１を設け、その貫通孔
に酸化ガス供給管２を挿通し、保持する。酸化ガス供給
管２の先端開口は、ＳＯＦＣ素子５の内側空間１０に位
置し、ＳＯＦＣ素子５の有底部へと向って開口する。
を用いた発電装置について図２に示す。図２において
は、有底円筒状の多孔質支持体６の表面に、空気電極
７、固体電解質８、燃料電極９を順次形成し、有底円筒
状のＳＯＦＣ素子５を構成する。このＳＯＦＣ素子５を
発電室１３内の所定位置に固定する。但し、通常はＳＯ
ＦＣ素子５を直列及び並列に多数接続して集合電池を構
成するのであるが、図２においては便宜上ＳＯＦＣ素子
５を一個だけ図示する。発電室１３の下方には燃料ガス
室１４を設け、燃料ガス室１４と発電室１３とを有底部
側隔壁１１で区分する。燃料ガス室１４の下側には断熱
隔壁１２が設けられる。発電室１３の上方には排ガス室
３を設け、排ガス室３と発電室１３とを開口端側隔壁４
で区分する。開口端側隔壁４には貫通孔４ａを形成し、
この貫通孔４ａにＳＯＦＣ素子５の開口端部を挿通す
る。排ガス室３の上側に断熱隔壁１を設け、その貫通孔
に酸化ガス供給管２を挿通し、保持する。酸化ガス供給
管２の先端開口は、ＳＯＦＣ素子５の内側空間１０に位
置し、ＳＯＦＣ素子５の有底部へと向って開口する。
【０００４】この発電装置の動作時に、矢印Ａのよう
に、酸化ガスを酸化ガス室より酸化ガス供給管２へと供
給すると、酸化ガス供給口より流出した酸化ガスが有底
部で反転し、多孔質支持体６の内側空間１０内を流れ、
矢印Ｂのように排ガス室３内に流出する。一方、底部の
断熱隔壁１２の燃料ガス供給孔１２ａより矢印Ｃのよう
に燃料ガスを供給すると、燃料ガス室１４内の圧力が高
くなるので、有底部側隔壁１１の燃料ガス供給口１１ａ
を通して燃料ガスが矢印Ｄのように発電室１３内へと供
給される。この燃料ガスが燃料電極９の表面に沿って流
れると、燃料電極９の表面で上記燃料ガスと固体電解質
内を拡散してきた酸素イオンとが反応し、その結果、空
気電極７と燃料電極９との間に電流が流れる。発電に使
用された燃料ガスは、開口端側隔壁４と、ＳＯＦＣ素子
５の開口端部との間隙を通り抜け、矢印Ｅのように排ガ
ス室３内に流れる。このＳＯＦＣ素子５は１０００℃程
度の高温下で使用されるため、シール部なしで構成でき
る図２に示す形態が好ましい態様といえる。
に、酸化ガスを酸化ガス室より酸化ガス供給管２へと供
給すると、酸化ガス供給口より流出した酸化ガスが有底
部で反転し、多孔質支持体６の内側空間１０内を流れ、
矢印Ｂのように排ガス室３内に流出する。一方、底部の
断熱隔壁１２の燃料ガス供給孔１２ａより矢印Ｃのよう
に燃料ガスを供給すると、燃料ガス室１４内の圧力が高
くなるので、有底部側隔壁１１の燃料ガス供給口１１ａ
を通して燃料ガスが矢印Ｄのように発電室１３内へと供
給される。この燃料ガスが燃料電極９の表面に沿って流
れると、燃料電極９の表面で上記燃料ガスと固体電解質
内を拡散してきた酸素イオンとが反応し、その結果、空
気電極７と燃料電極９との間に電流が流れる。発電に使
用された燃料ガスは、開口端側隔壁４と、ＳＯＦＣ素子
５の開口端部との間隙を通り抜け、矢印Ｅのように排ガ
ス室３内に流れる。このＳＯＦＣ素子５は１０００℃程
度の高温下で使用されるため、シール部なしで構成でき
る図２に示す形態が好ましい態様といえる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＳＯＦＣの実用化にお
いてはコストの低減と電力密度の向上が必要である。こ
のためＳＯＦＣ素子５を長尺化して一本当たりの発電出
力を上げることが要請されている。しかし、図２に示す
ような構成のＳＯＦＣにおいては、特に燃料ガス流の濃
度勾配に起因して著しい温度勾配が生ずるという問題が
あった。即ち、燃料ガス供給口１１ａの近辺では、まだ
燃料含有量が多いため、この付近では電気化学的反応に
消費される燃料の量が多く、温度が上昇する。この温度
上昇によって、燃料電極９における酸素イオンと燃料と
の電気化学的反応がますます活性化する。
いてはコストの低減と電力密度の向上が必要である。こ
のためＳＯＦＣ素子５を長尺化して一本当たりの発電出
力を上げることが要請されている。しかし、図２に示す
ような構成のＳＯＦＣにおいては、特に燃料ガス流の濃
度勾配に起因して著しい温度勾配が生ずるという問題が
あった。即ち、燃料ガス供給口１１ａの近辺では、まだ
燃料含有量が多いため、この付近では電気化学的反応に
消費される燃料の量が多く、温度が上昇する。この温度
上昇によって、燃料電極９における酸素イオンと燃料と
の電気化学的反応がますます活性化する。
【０００６】一方、燃料ガス供給口１１ａから離れるに
つれ、燃料ガス中の燃料濃度が減少し、この結果電気化
学的反応に消費される燃料の量が減少する。このため、
燃料電極９の温度があまり上昇せず、従って電気化学的
反応が一層不活発となる。しかも、濃度が減少した燃料
ガス中には、電気化学的反応の結果としてかなりＣＯ２
や水蒸気等が含まれており、これらが燃料電極９の表面
に付着して反応を阻害するため、ますます反応が不活発
となる。このため、燃料ガス流の上流側と下流側とでは
大きな温度勾配が生じ、長期間発電装置を作動させた場
合にクラック発生の原因となりうるし、発電効率自体に
も悪影響がある。そして、この傾向は、ＳＯＦＣ素子５
が長くなるにつれて一層激しく、顕著になる。
つれ、燃料ガス中の燃料濃度が減少し、この結果電気化
学的反応に消費される燃料の量が減少する。このため、
燃料電極９の温度があまり上昇せず、従って電気化学的
反応が一層不活発となる。しかも、濃度が減少した燃料
ガス中には、電気化学的反応の結果としてかなりＣＯ２
や水蒸気等が含まれており、これらが燃料電極９の表面
に付着して反応を阻害するため、ますます反応が不活発
となる。このため、燃料ガス流の上流側と下流側とでは
大きな温度勾配が生じ、長期間発電装置を作動させた場
合にクラック発生の原因となりうるし、発電効率自体に
も悪影響がある。そして、この傾向は、ＳＯＦＣ素子５
が長くなるにつれて一層激しく、顕著になる。
【０００７】本発明の課題は、有底筒状のＳＯＦＣ素子
を接続した集合電池を発電室内に設置して発電を行う発
電装置において、発電室内を流れる燃料ガス中の燃料濃
度の勾配を小さくし、これにより生ずる温度差を低減す
ることである。
を接続した集合電池を発電室内に設置して発電を行う発
電装置において、発電室内を流れる燃料ガス中の燃料濃
度の勾配を小さくし、これにより生ずる温度差を低減す
ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数の有底筒
状の固体電解質型燃料電池素子が発電室内に設置されて
おり、素子の開口端側に設けられた開口端側隔壁によっ
て発電室と排ガス室とが区分されており、この開口端側
隔壁に形成された貫通孔に素子の開口端部が挿通されて
おり、素子の有底部側に設けられた有底部側隔壁によっ
て発電室と燃料ガス室とが区分されており、先端が封止
された多孔質材料製の燃料ガス供給管が発電室に突出し
ており、燃料ガス供給管と各素子とが実質的に同じ方向
に向かって整列しており、この燃料ガス供給管の内側空
間が燃料ガス室に連通しており、燃料ガス供給管の開気
孔率が３０％以上、７０％以下であり、かつ燃料ガス供
給管の開気孔率に燃料ガス室側から先端へと向かうのに
つれて増大する勾配が設けられており、燃料ガス室から
燃料ガス供給管の内側空間および燃料ガス供給管の壁面
を通して発電室へと燃料ガスを供給するように構成され
ていることを特徴とする、発電装置に係るものである。
状の固体電解質型燃料電池素子が発電室内に設置されて
おり、素子の開口端側に設けられた開口端側隔壁によっ
て発電室と排ガス室とが区分されており、この開口端側
隔壁に形成された貫通孔に素子の開口端部が挿通されて
おり、素子の有底部側に設けられた有底部側隔壁によっ
て発電室と燃料ガス室とが区分されており、先端が封止
された多孔質材料製の燃料ガス供給管が発電室に突出し
ており、燃料ガス供給管と各素子とが実質的に同じ方向
に向かって整列しており、この燃料ガス供給管の内側空
間が燃料ガス室に連通しており、燃料ガス供給管の開気
孔率が３０％以上、７０％以下であり、かつ燃料ガス供
給管の開気孔率に燃料ガス室側から先端へと向かうのに
つれて増大する勾配が設けられており、燃料ガス室から
燃料ガス供給管の内側空間および燃料ガス供給管の壁面
を通して発電室へと燃料ガスを供給するように構成され
ていることを特徴とする、発電装置に係るものである。
【０００９】燃料ガスとは、水素、改質水素、一酸化炭
素等の燃料を含むガスをいう。「酸化ガス」とは、酸
素、過酸化水素等の酸化剤を含むガスをいう。
素等の燃料を含むガスをいう。「酸化ガス」とは、酸
素、過酸化水素等の酸化剤を含むガスをいう。
【００１０】
【実施例】図１は、本発明の実施例に係る発電装置を示
す断面図である。図２における部材と同一機能部材には
同一符号を付し、その説明は省略することがある。ま
た、図１においては、有底円筒状のＳＯＦＣ素子５を便
宜上一個だけ図示したが、有底円筒状のＳＯＦＣ素子５
を直列および並列に接続して集合電池を構成し、この集
合電池を発電室１３内に設置する。
す断面図である。図２における部材と同一機能部材には
同一符号を付し、その説明は省略することがある。ま
た、図１においては、有底円筒状のＳＯＦＣ素子５を便
宜上一個だけ図示したが、有底円筒状のＳＯＦＣ素子５
を直列および並列に接続して集合電池を構成し、この集
合電池を発電室１３内に設置する。
【００１１】発電室１３を形成する隔壁のうち、有底円
筒状のＳＯＦＣ素子５の開口端側には開口端側隔壁４が
設けられ、この開口端側隔壁４にはＳＯＦＣ素子５の位
置に対応して円形貫通孔４ａが設けられ、各円形貫通孔
４ａにそれぞれＳＯＦＣ素子５の開口端部が挿通されて
いる。各ＳＯＦＣ素子５の内側空間１０にはそれぞれ酸
化ガス供給管２が挿入される。発電室１３を形成する隔
壁のうち、ＳＯＦＣ素子５の有底部側に設けられた有底
部側隔壁１１は、ＳＯＦＣ素子５の長さ方向に対してほ
ぼ垂直をなしている。本実施例では、ＳＯＦＣ素子５の
有底部が、有底部側隔壁１１上に載置されている。開口
端側隔壁４によって、発電室１３と排ガス室３とが区分
され、有底部側隔壁１１によって、発電室１３と燃料ガ
ス室１４とが区分されている。
筒状のＳＯＦＣ素子５の開口端側には開口端側隔壁４が
設けられ、この開口端側隔壁４にはＳＯＦＣ素子５の位
置に対応して円形貫通孔４ａが設けられ、各円形貫通孔
４ａにそれぞれＳＯＦＣ素子５の開口端部が挿通されて
いる。各ＳＯＦＣ素子５の内側空間１０にはそれぞれ酸
化ガス供給管２が挿入される。発電室１３を形成する隔
壁のうち、ＳＯＦＣ素子５の有底部側に設けられた有底
部側隔壁１１は、ＳＯＦＣ素子５の長さ方向に対してほ
ぼ垂直をなしている。本実施例では、ＳＯＦＣ素子５の
有底部が、有底部側隔壁１１上に載置されている。開口
端側隔壁４によって、発電室１３と排ガス室３とが区分
され、有底部側隔壁１１によって、発電室１３と燃料ガ
ス室１４とが区分されている。
【００１２】有底部側隔壁１１には所定位置に例えば円
形の供給管取り付け孔１８が形成され、各供給管取り付
け孔１８に燃料ガス供給管１５が挿通され、固定されて
いる。ＳＯＦＣ素子５の長さ方向と、燃料ガス供給管１
５の長さ方向とをほぼ一致させる。各燃料ガス供給管１
５は、一端を封止した円筒形状をなしており、多孔質材
料によって形成されている。各燃料ガス供給管１５の開
口１５ａ側は、若干燃料ガス室１４に突出しており、開
口１５ａが燃料ガス室１４に面している。また、各燃料
ガス供給管１５は発電室１３に突出している。
形の供給管取り付け孔１８が形成され、各供給管取り付
け孔１８に燃料ガス供給管１５が挿通され、固定されて
いる。ＳＯＦＣ素子５の長さ方向と、燃料ガス供給管１
５の長さ方向とをほぼ一致させる。各燃料ガス供給管１
５は、一端を封止した円筒形状をなしており、多孔質材
料によって形成されている。各燃料ガス供給管１５の開
口１５ａ側は、若干燃料ガス室１４に突出しており、開
口１５ａが燃料ガス室１４に面している。また、各燃料
ガス供給管１５は発電室１３に突出している。
【００１３】この発電装置を動作させるときには、酸化
ガス供給管２の内部空間へと矢印Ａのように酸化ガスを
供給する。この酸化ガスは、酸化ガス供給管２の先端に
ある開口から吹き出し、ＳＯＦＣ素子５の有底部に衝突
して流れの向きを変え、内側空間１０内を図１において
上方へと流れ、矢印Ｂのように排ガス室３へと流入す
る。
ガス供給管２の内部空間へと矢印Ａのように酸化ガスを
供給する。この酸化ガスは、酸化ガス供給管２の先端に
ある開口から吹き出し、ＳＯＦＣ素子５の有底部に衝突
して流れの向きを変え、内側空間１０内を図１において
上方へと流れ、矢印Ｂのように排ガス室３へと流入す
る。
【００１４】また、燃料ガス供給口１２ａから矢印Ｃの
ように燃料ガスを燃料ガス室１４へと供給する。これに
より、燃料ガス室１４内の圧力が上昇し、各開口１５ａ
から矢印Ｆのように燃料ガスが内側空間１５ｂ内へと流
入する。そして、各燃料ガス供給管１５が多孔質材料か
らなっているので、燃料ガス供給管１５の全面から矢印
Ｇに示すように燃料ガスが発電室１３に流入する。発電
に充分利用され、減損した燃料ガスは、最終的に各ＳＯ
ＦＣ素子５と開口端側隔壁４との間隙を通り抜け、矢印
Ｅのように排ガス室３に流入し、減損した酸化ガスと混
合される。
ように燃料ガスを燃料ガス室１４へと供給する。これに
より、燃料ガス室１４内の圧力が上昇し、各開口１５ａ
から矢印Ｆのように燃料ガスが内側空間１５ｂ内へと流
入する。そして、各燃料ガス供給管１５が多孔質材料か
らなっているので、燃料ガス供給管１５の全面から矢印
Ｇに示すように燃料ガスが発電室１３に流入する。発電
に充分利用され、減損した燃料ガスは、最終的に各ＳＯ
ＦＣ素子５と開口端側隔壁４との間隙を通り抜け、矢印
Ｅのように排ガス室３に流入し、減損した酸化ガスと混
合される。
【００１５】本実施例によれば、多孔質材料からなる燃
料ガス供給管１５の表面から矢印Ｇに示すように燃料ガ
スを供給しているので、ＳＯＦＣ素子５の長さ方向にみ
て新鮮な燃料ガスが比較的均一に供給される。即ち、Ｓ
ＯＦＣ素子５の開口端部に近い側にも、新鮮で減損のな
い燃料ガスを常時供給できる。従って、発電室１３内に
おける燃料濃度の勾配が小さくなり、均一化されるの
で、ＳＯＦＣ素子５の長さ方向における温度勾配も小さ
くできる。この結果、発電装置を長時間作動させてもＳ
ＯＦＣ素子５にクラック等が発生しにくくなり、また電
気化学的反応のムラも少なくできることから各ＳＯＦＣ
素子５における発電効率も従来より向上させることがで
きる。
料ガス供給管１５の表面から矢印Ｇに示すように燃料ガ
スを供給しているので、ＳＯＦＣ素子５の長さ方向にみ
て新鮮な燃料ガスが比較的均一に供給される。即ち、Ｓ
ＯＦＣ素子５の開口端部に近い側にも、新鮮で減損のな
い燃料ガスを常時供給できる。従って、発電室１３内に
おける燃料濃度の勾配が小さくなり、均一化されるの
で、ＳＯＦＣ素子５の長さ方向における温度勾配も小さ
くできる。この結果、発電装置を長時間作動させてもＳ
ＯＦＣ素子５にクラック等が発生しにくくなり、また電
気化学的反応のムラも少なくできることから各ＳＯＦＣ
素子５における発電効率も従来より向上させることがで
きる。
【００１６】燃料ガス供給管１５は、高温の燃料ガスに
対して安定でなければならない。この点で、燃料ガス供
給管１５を、耐還元金属粉末を焼結してなる多孔質金属
や、耐還元金属粉末とセラミックス粉末の混合物を焼結
してなる多孔質サーメットで形成すると好ましい。ここ
で、セラミックス粉末としては、アルミナやジルコニア
を主成分とするセラミックスの粉末を例示できる。耐還
元金属粉末としては、Ｎｉ−Ｃｒ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ，
Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｃ
ｒ，Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ等の合金の粉末や、Ｎｉ，Ｃｏ，
Ｆｅの粉末を例示できる。
対して安定でなければならない。この点で、燃料ガス供
給管１５を、耐還元金属粉末を焼結してなる多孔質金属
や、耐還元金属粉末とセラミックス粉末の混合物を焼結
してなる多孔質サーメットで形成すると好ましい。ここ
で、セラミックス粉末としては、アルミナやジルコニア
を主成分とするセラミックスの粉末を例示できる。耐還
元金属粉末としては、Ｎｉ−Ｃｒ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ，
Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｃ
ｒ，Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ等の合金の粉末や、Ｎｉ，Ｃｏ，
Ｆｅの粉末を例示できる。
【００１７】燃料ガス供給管１５の開気孔率は、その全
長にわたって、３０〜７０％とする。開気孔率が７０％
を超えると、燃料ガス供給管１５の強度が低下し、開気
孔率が３０％未満であると、燃料ガスの透過量が少なく
なる。燃料ガス供給管１５の開気孔率は、長さ方向に見
て一定の勾配または段階的な勾配を設け、燃料ガス室側
の開気孔率が小さくなり、燃料ガス供給管の先端側に向
かうにつれて開気孔率が大きくなるようにする。これ
は、燃料ガス供給管のうち燃料ガス室側は圧力が高いの
で吹き出し量が多くなりやすく、一方燃料ガス供給管の
先端側は圧力損失によって吹き出し量が少なくなりやす
いからである。
長にわたって、３０〜７０％とする。開気孔率が７０％
を超えると、燃料ガス供給管１５の強度が低下し、開気
孔率が３０％未満であると、燃料ガスの透過量が少なく
なる。燃料ガス供給管１５の開気孔率は、長さ方向に見
て一定の勾配または段階的な勾配を設け、燃料ガス室側
の開気孔率が小さくなり、燃料ガス供給管の先端側に向
かうにつれて開気孔率が大きくなるようにする。これ
は、燃料ガス供給管のうち燃料ガス室側は圧力が高いの
で吹き出し量が多くなりやすく、一方燃料ガス供給管の
先端側は圧力損失によって吹き出し量が少なくなりやす
いからである。
【００１８】燃料ガス供給管１５の開気孔率に長さ方向
に向かって勾配を設けるには、以下の２つの方法を例示
できる。 （１）多孔質金属又は多孔質サーメットからなる燃料ガ
ス供給管１５を焼成によって製造する際に、燃料ガス供
給管１５の形状をした粉末成形体の一端部を保持し、こ
の粉末成形体の他端に均等におもりをつけて粉末成形体
を吊り下げる。これにより、粉末成形体の一端部に近い
側には比較的大きな荷重がかかって若干引き延ばされ、
開気孔率が大きくなる。また、粉末成形体の他端部に近
い側にはあまり荷重がかからないので、開気孔率が比較
的小さくなる。 （２）多孔質金属又は多孔質サーメットからなる管状の
焼結体を作製する。次いで、この焼結体の開気孔中へと
充填材を含浸させてある程度開気孔を充填し、次いで焼
結体を乾燥又は加熱して充填材を定着させる。この際、
管状の焼結体の各部分における充填材の含浸量を変える
ことで、この焼結体の開気孔率に勾配を設けることがで
きる。
に向かって勾配を設けるには、以下の２つの方法を例示
できる。 （１）多孔質金属又は多孔質サーメットからなる燃料ガ
ス供給管１５を焼成によって製造する際に、燃料ガス供
給管１５の形状をした粉末成形体の一端部を保持し、こ
の粉末成形体の他端に均等におもりをつけて粉末成形体
を吊り下げる。これにより、粉末成形体の一端部に近い
側には比較的大きな荷重がかかって若干引き延ばされ、
開気孔率が大きくなる。また、粉末成形体の他端部に近
い側にはあまり荷重がかからないので、開気孔率が比較
的小さくなる。 （２）多孔質金属又は多孔質サーメットからなる管状の
焼結体を作製する。次いで、この焼結体の開気孔中へと
充填材を含浸させてある程度開気孔を充填し、次いで焼
結体を乾燥又は加熱して充填材を定着させる。この際、
管状の焼結体の各部分における充填材の含浸量を変える
ことで、この焼結体の開気孔率に勾配を設けることがで
きる。
【００１９】空気電極７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，Ｌ
ａＮｉＯ３，ＬａＣｏＯ３，ＬａＣｒＯ３等の導電性ペ
ロブスカイト形酸化物で製造でき、ストロンチウムをド
ーピングしたＬａＭｎＯ３が好ましい。固体電解質８
は、イットリア安定化ジルコニア、イットリア部分安定
化ジルコニア等で製造するのが好ましい。燃料電極９
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，Ｌ
ａＮｉＯ３，ＬａＣｏＯ３，ＬａＣｒＯ３等の導電性ペ
ロブスカイト形酸化物で製造でき、ストロンチウムをド
ーピングしたＬａＭｎＯ３が好ましい。固体電解質８
は、イットリア安定化ジルコニア、イットリア部分安定
化ジルコニア等で製造するのが好ましい。燃料電極９
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。
【００２０】上記の各実施例においては、ＳＯＦＣ素子
５を上下方向に保持した。即ち、各ＳＯＦＣ素子５の長
さ方向は鉛直方向であった。しかし、各ＳＯＦＣ素子５
を水平方向に保持し、各ＳＯＦＣ素子５の長さ方向を水
平方向に一致させて発電装置を作製することもできる。
また、燃料ガス供給管１５の外側輪郭及び内側輪郭の幅
方向の断面形状は、円形の他、正方形、ひし形、長方
形、六角形等としてもよい。ＳＯＦＣ素子の有底部を除
く外側輪郭及び内側輪郭の幅方向の断面形状も、円形の
他、正方形、ひし形、長方形、六角形等としてもよい。
また、図１において、有底部側隔壁１１に更に燃料ガス
供給口を設けてもよい。
５を上下方向に保持した。即ち、各ＳＯＦＣ素子５の長
さ方向は鉛直方向であった。しかし、各ＳＯＦＣ素子５
を水平方向に保持し、各ＳＯＦＣ素子５の長さ方向を水
平方向に一致させて発電装置を作製することもできる。
また、燃料ガス供給管１５の外側輪郭及び内側輪郭の幅
方向の断面形状は、円形の他、正方形、ひし形、長方
形、六角形等としてもよい。ＳＯＦＣ素子の有底部を除
く外側輪郭及び内側輪郭の幅方向の断面形状も、円形の
他、正方形、ひし形、長方形、六角形等としてもよい。
また、図１において、有底部側隔壁１１に更に燃料ガス
供給口を設けてもよい。
【００２１】 （参考実験） 以下、参考実験について述べる。図１および図２に示し
た各発電装置を用い、ＳＯＦＣ素子５の長さ方向におけ
る温度勾配を測定した。但し、測定点としては、図１に
示したような測定点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈを
選択し、各測定点の間隔はそれぞれ６０ｍｍとした。燃
料ガスとしては、水素９６％、水蒸気４％のものを用
い、酸化ガスとして大気を用いた。ＳＯＦＣ素子の温度
を測定するには、熱電対を用いた。また、図１、図２に
示すＳＯＦＣ素子の一本当たりの出力も比較した。結果
を表１に示す。
た各発電装置を用い、ＳＯＦＣ素子５の長さ方向におけ
る温度勾配を測定した。但し、測定点としては、図１に
示したような測定点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈを
選択し、各測定点の間隔はそれぞれ６０ｍｍとした。燃
料ガスとしては、水素９６％、水蒸気４％のものを用
い、酸化ガスとして大気を用いた。ＳＯＦＣ素子の温度
を測定するには、熱電対を用いた。また、図１、図２に
示すＳＯＦＣ素子の一本当たりの出力も比較した。結果
を表１に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、新鮮で減損の少ない燃
料ガスを、各素子の開口端部に近い側にも常時供給でき
る。しかも、燃料ガス供給管のうち燃料ガス室側は圧力
が高いので吹き出し量が多くなりやすく、一方燃料ガス
供給管の先端側は圧力損失によって吹き出し量が少なく
なりやすいが、燃料ガス供給管の開気孔率に、長さ方向
に見て一定の勾配または段階的な勾配を設け、燃料ガス
室側の開気孔率が小さくなり、燃料ガス供給管の先端側
に向かうにつれて開気孔率が大きくなるようにしたの
で、これによる温度分布が生じないようにできる。
料ガスを、各素子の開口端部に近い側にも常時供給でき
る。しかも、燃料ガス供給管のうち燃料ガス室側は圧力
が高いので吹き出し量が多くなりやすく、一方燃料ガス
供給管の先端側は圧力損失によって吹き出し量が少なく
なりやすいが、燃料ガス供給管の開気孔率に、長さ方向
に見て一定の勾配または段階的な勾配を設け、燃料ガス
室側の開気孔率が小さくなり、燃料ガス供給管の先端側
に向かうにつれて開気孔率が大きくなるようにしたの
で、これによる温度分布が生じないようにできる。
【図１】本発明の実施例に係る発電装置を示す要部断面
図である。
図である。
【図２】従来例に係る発電装置を示す断面図である。
【符号の説明】 ２ 酸化ガス供給室 ３ 排ガス室
４ 開口端側隔壁 ４ａ開口端側隔壁に形成された貫通
孔 ５ ＳＯＦＣ素子 １０ ＳＯＦＣ素子の内側空間
１１ 有底部側隔壁 １３ 発電室 １４ 燃料ガス
室 １５ 燃料ガス供給管 １５ｂ 燃料ガス供給管の
内側空間 Ａ，Ｂ 酸化ガスの流れ Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，
Ｇ 燃料ガスの流れ
４ 開口端側隔壁 ４ａ開口端側隔壁に形成された貫通
孔 ５ ＳＯＦＣ素子 １０ ＳＯＦＣ素子の内側空間
１１ 有底部側隔壁 １３ 発電室 １４ 燃料ガス
室 １５ 燃料ガス供給管 １５ｂ 燃料ガス供給管の
内側空間 Ａ，Ｂ 酸化ガスの流れ Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，
Ｇ 燃料ガスの流れ
Claims (1)
- 【請求項１】複数の有底筒状の固体電解質型燃料電池素
子が発電室内に設置されており、前記素子の開口端側に
設けられた開口端側隔壁によって前記発電室と排ガス室
とが区分されており、この開口端側陽壁に形成された貫
通孔に前記素子の開口端部が挿通されており、前記素子
の有底部側に設けられた有底部側隔壁によって前記発電
室と燃料ガス室とが区分されており、先端が封止された
多孔質材料製の燃料ガス供給管が前記発電室に突出して
おり、前記燃料ガス供給管と前記の各素子とが実質的に
同じ方向に向かって整列しており、この燃料ガス供給管
の内側空間が前記燃料ガス室に連通しており、前記燃料
ガス供給管の開気孔率が３０％以上、７０％以下であ
り、かつ前記燃料ガス供給管の開気孔率に前記燃料ガス
室側から前記先端へと向かうのにつれて増大する勾配が
設けられており、前記燃料ガス室から前記燃料ガス供給
管の前記内側空間および前記燃料ガス供給管の壁面を通
して前記発電室へと燃料ガスを供給するように構成され
ていることを特徴とする、発電装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3080635A JP2634963B2 (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | 発電装置 |
| US07/852,540 US5336569A (en) | 1991-03-20 | 1992-03-17 | Power generating equipment |
| DE69220400T DE69220400T2 (de) | 1991-03-20 | 1992-03-19 | Festoxidbrennstoffzellen enthaltendes Energieerzeugungsgerät |
| EP92302379A EP0505184B1 (en) | 1991-03-20 | 1992-03-19 | Power generating equipment comprising solid oxide fuel cells |
| CA002063482A CA2063482C (en) | 1991-03-20 | 1992-03-19 | Power generating equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3080635A JP2634963B2 (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | 発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04292867A JPH04292867A (ja) | 1992-10-16 |
| JP2634963B2 true JP2634963B2 (ja) | 1997-07-30 |
Family
ID=13723833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3080635A Expired - Lifetime JP2634963B2 (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | 発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2634963B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61145454A (ja) * | 1984-12-19 | 1986-07-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波プロ−ブ測定検査装置 |
| JP2816476B2 (ja) * | 1989-05-31 | 1998-10-27 | 株式会社フジクラ | 固体電解質型燃料電池モジュール |
-
1991
- 1991-03-20 JP JP3080635A patent/JP2634963B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04292867A (ja) | 1992-10-16 |
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