JP2693676B2

JP2693676B2 - 発電装置

Info

Publication number: JP2693676B2
Application number: JP3328698A
Authority: JP
Inventors: 隆雄相馬; 真司川崎; 克己吉岡
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1991-12-12
Filing date: 1991-12-12
Publication date: 1997-12-24
Anticipated expiration: 2012-12-24
Also published as: JPH05166529A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は発電装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】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】上記のように、SOFCの構成材がすべて固体
であることから、様々な構造のSOFCが提案されている。
これらは、平板型と円筒型とに大別される( エネルギー
総合工学13−２，1990) 。これらのSOFCの単電池の起電
力は、開回路において約１Ｖ、電流密度も精々数100mA
／cm²程度である為、実使用にあたっては、大きな発電
面積を有する単電池を容易に直列、並列に接続できるよ
うにすることが重要である。この観点から、単電池とそ
のスタック( 集合電池) の構造を検討しなければならな
い。

【０００４】また、SOFCは、1000℃もの高温で運転され
るものであるため、その排熱を有効に利用してコージェ
ネレーション系を作製できるという利点がある。しか
し、その反面、燃料ガスと酸化ガスとが混合しないよう
に分離し、気密にシールする必要があるにもかかわら
ず、高温の単電池を気密にシールすることは困難であっ
た。例えばガスケットや有機樹脂などの気密性シール部
材は、500 ℃位までしか耐えられないからである。

【０００５】最近、平板状単電池について、シール手段
が提案されている（特開平２−278664号公報）。この文
献では、平板状単電池とガス分離板とを交互に積層し、
各単電池の外周又は積層体全外周に溜部を形成し、この
溜部に溶融ガラスを満たしてシールを行う。しかし、こ
の方法では、昇温と降温とを繰り返すと、溶融ガラスが
溶融と凝固とを繰り返すので、シール材の耐久性が低
い。

【０００６】現在最も製作技術の進んでいるウエスティ
ングハウス社の円筒型セル（エネルギー総合工学13−
２、1990年) においては、構造上強度のある円筒型を用
いることで、セラミックスの脆弱性を緩和し、さらに単
電池の片端を封じた構造にすることでシールレス構造を
可能としている。更に、金属性フェルトを用いて直列、
並列に容易に接続できる点で優れている。

【０００７】しかし、こうした発電装置では、円筒状単
電池の一端を封じなければならない。両端が開口した円
筒状単電池は比較的容易に生産性よく押出成形できる
が、その一端をセラミックス素材で封止し、かつこの封
止部に相応の強度を持たせることは、生産技術上難し
い。また、上記の発電装置では、各単電池の内側空間
に、それぞれ耐熱金属製の酸化ガス導入管を差し込み、
固定しなければならない。このため、部品点数が非常に
増えるし、各単電池に酸化ガス導入管を差し込む手間も
大変であり、量産は困難である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、高温
で動作するSOFCにおいて、燃料ガスと酸化ガスとが混合
しないように分離でき、長期間安定に作動させることが
でき、また単電池の長さ方向の一端を封止する必要がな
く、かつ酸化ガス導入管（供給管）を単電池の酸化ガス
流路内に挿入する必要もないような、発電装置を提供す
ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る発電装置
は、固体電解質型燃料電池の単電池の内側に酸化ガス流
路が形成され、単電池の長さ方向の一端と他端とに酸化
ガス流路が開口し、単電池の表面に少なくとも燃料電極
膜が形成されている単電池を集合してなり、発電装置内
に少なくとも燃料ガス室と酸化ガス室と発電室と燃焼室
とがこの順序で設けられ、単電池が発電室に複数個互い
に所定間隔を置いて配列され、この際複数個の単電池の
燃料電極膜及び開口の向きがほぼ同じになるように配列
され、気体の流通を妨げない構造の耐熱導電体によって
隣り合う単電池が直列接続及び並列接続され、発電室が
発電領域と予熱領域とに区分され、発電領域と前記燃焼
室とが隣り合っており、酸化ガス室と予熱領域とが隣り
合っており、酸化ガス室と予熱領域とが気密性隔壁によ
って区分され、この気密性隔壁と各単電池との間が気密
にシールされ、燃料ガス室内の燃料ガスが予熱領域及び
発電領域を通過して燃焼室へと流れ、酸化ガス室内の酸
化ガスが単電池の酸化ガス流路を通って燃焼室へと流
れ、燃焼室内で生じた燃焼ガスを予熱領域に流すことな
く燃焼室外へと排出することを特徴とする。

【００１０】

【実施例】以下、図１〜図８を順次参照しつつ、本発明
の実施例について説明する。図２はセパレータ5Aを示す
斜視図である。このセパレータ5Aの平面形状は長方形で
ある。この長方形の長辺の長さと短辺の長さとの比は、
２以上とすることが好ましい。

【００１１】平面長方形状の平板状本体5aの幅方向縁部
の表面に、一対の細長い側壁5cが形成されている。これ
らの側壁5cは、共に四角柱形状であり、セパレータの長
さ方向の一端から他端へと向って延びる。一対の側壁5c
の間に、四角柱形状の隔壁5bが、長さ方向の一端から他
端へと向って、互いに平行に例えば計３列形成されてい
る。隔壁5b、側壁5cの間に、互いに平行な酸化ガス流路
６が計四列形成されている。各酸化ガス流路６の両端が
開口している。各隔壁5b及び側壁5cの高さは、ほぼ同じ
に設定されている。図２において、41は予熱領域を示
し、42は発電領域を示す（いずれも後述する。）。

【００１２】このセパレータ5Aは、気密質の電子伝導体
からなる。更に、このセパレータ5Aは、酸化ガスと燃料
ガスとに対して曝されるので、耐酸化性と耐還元性とを
備えていなければならない。こうした材料としては、La
CrO₃セラミックス、酸化ガスにさらされる部分をLaCrO₃
セラミックスで被覆したニッケルジルコニアサーメット
等を例示できる。

【００１３】図３は、電池素子部分を燃料電極２の側か
らみた平面図、図４は電池素子部分を空気電極４の側か
らみた平面図、図５は完成した単電池1Aを幅方向に切っ
てみた断面図、図６は単電池1Aをその長さ方向に切って
みた断面図である。この単電池1Aについて、好ましい製
造手順を追いながら順次説明する。まず図１を参照す
る。

【００１４】空気電極４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, LaCo
O₃等で製造でき、ストロンチウムを添加したLaMnO₃が好
ましい。この空気電極は、あらかじめ気孔率が20〜35％
となるように焼成され、別個に準備したセパレータ5Aと
接合される。接合の際には、空気電極４と隔壁5b及び側
壁5cとを向い合わせる。隔壁5b、側壁5cの表面に、接合
用のセラミックス粉末層８を設ける。セラミックス粉末
層８の材質は、空気電極４の材質か、セパレータ5Aの材
質が提案される。そして各隔壁5b、側壁5cをそれぞれ空
気電極４に当接させた状態で加熱処理し、空気電極、イ
ンターコネクター（セパレータ）からなる積層体を得
る。

【００１５】固体電解質３は、前記空気電極４、セパレ
ータ積層体の空気電極及び空気電極とセパレータの界面
を覆う様に形成される。形成法としては、溶射法が提案
される。燃料電極２は図３に示す様に固体電解質３の表
面に形成される。これにより、図５、図６に示す単電池
1Aを作製できる。

【００１６】次に、こうして作製した単電池1Aの構成に
ついて、更に述べる。緻密質の固体電解質３の平面形状
は、セパレータ5Aの平面形状とほぼ同じである。固体電
解質３の表面には、平面長方形状の燃料電極２が形成さ
れている。固体電解質３の燃料電極２と反対側の表面に
は、やはり平面長方形状の空気電極４が形成されてい
る。空気電極４が存在しない部分では、固体電解質３の
周縁に沿って、一対の細長い突起3aが形成されている。

【００１７】この単電池1Aにおいては、細長い突起3aに
よって、空気電極４の幅方向側面4aと、セパレータ5Aの
幅方向外壁面5gの一部とが覆われる。酸化ガス流路６と
空気電極４の側面4aとは、いずれも気密質であるセパレ
ータ5Aと固体電解質３とによって包囲されている。従っ
て、酸化ガス流路６の開口以外から、酸化ガスが漏れる
ことはない。各酸化ガス流路６は、単電池1Aの長さ方向
の両端に開口する。また、単電池1Aの長さ方向の両端
に、空気電極４の側面が露出する。

【００１８】次に、上記の単電池を集合してなる発電装
置の構成例について述べる。図７は、こうした発電装置
を単電池の幅方向に切ってみた一部断面図である。図８
は、図７の発電装置を単電池の長さ方向に切ってみた部
分断面図である。

【００１９】緻密質材料からなる略直方体形状の缶30の
相対向する側壁に、貫通孔30a と30b とが設けられる。
この缶30の内部には、図面において右側から順番に、燃
料ガス室37、酸化ガス室38、発電室40、燃焼室39が設け
られる。燃料ガス室37と酸化ガス室38とは気密性の隔壁
33によって区分され、酸化ガス室38と発電室40とは気密
性隔壁34によって区分され、発電室40と燃焼室39とは隔
壁36によって区分されている。

【００２０】発電室40は、予熱領域41と発電領域42とに
分けられる。予熱領域41は隔壁34側にあり、発電領域42
は隔壁36側にある。燃料ガス室37を供給管31が横断し、
供給管31の内部空間が酸化ガス室38に連通する。気密性
隔壁34には、貫通孔34a と単電池挿通孔34b とが形成さ
れている。酸化ガス室38を供給管32が横切っており、各
供給管32の内部空間が燃料ガス室37に連通している。各
供給管32の内径は貫通孔34a の径とほぼ同じであり、各
供給管32が貫通孔34a に位置合わせされている。各貫通
孔34a は予熱領域41に面している。

【００２１】単電池挿通孔34b の形状及び寸法は、単電
池1Aの幅方向の形状及び寸法とほぼ同じである。図面表
示の都合上、図８においては、一つの単電池1Aについて
は断面図を示し、二つの単電池1Aについては正面図を示
してある。このため、図８においては、貫通孔34b のう
ち一つを断面で示し、他の二つを点線で示してある。各
単電池挿通孔34b は、貫通孔34a の間に規則的に設けら
れている。隔壁36にも、単電池挿通孔36a が、所定間隔
を置いて規則的に設けられている。各単電池挿通孔36a
の寸法は、単電池1Aの幅方向寸法よりも若干大きくなっ
ている。

【００２２】各単電池1Aの一端は単電池挿通孔34b 内に
挿通され、他端が単電池挿通孔36aに挿通される。これ
により、各単電池1Aが、隔壁34と36との間に架け渡され
る。単電池1Aと単電池挿通孔34b との間は、気密にシー
ルし、燃料ガスや酸化ガスがここから漏れないようにし
なければならない。こうした気密シールを行うには、ガ
スケットを用いるか、又は有機樹脂で両部材の隙間を封
じる方法が提案される。

【００２３】単電池挿通孔36a の周面と単電池1Aの外周
との間には、単電池挿通孔36a の全周に亘って、若干の
隙間がある。この隙間に、気体の流通を妨げない緩衝材
13が充填されている。単電池1Aの図面において左側の端
部は、緩衝材13を介して、隔壁36によりゆるく支持され
る。緩衝材13としては、例えば、アルミナフェルト等の
セラミックスフェルト材が好ましい。

【００２４】発電領域42においては、缶30上に集電板45
が設置され、集電板45の上に集電材層44が設けられてい
る。

【００２５】単電池1Aは、本実施例では、上下方向と左
右方向とに、それぞれ一定間隔を置いて延びるように配
置されている。ただし、図７においては、図面の寸法上
の制約から、こうした集合電池のうち下方の３列のみを
図示し、かつ左側の２列のみを図示した。むろん、こう
した集合電池中に含まれる単電池1Aの個数は、適宜選択
できるものである。

【００２６】発電室40において最下端の単電池1Aは、集
電材層44の上に載置される。集電材層44は、単電池1Aの
形状や変形に追随させるため、弾性と可塑性とを有する
ものがよい。最下端の単電池1Aの上に、所定間隔を置い
て順次他の単電池1Aを配置し、上下の単電池1Aの燃料電
極２と平板状本体5aとを対向させる。これらの間に、略
平板形状の耐熱導電体43B を挿入し、上下方向に隣り合
った単電池1Aの燃料電極２と平板状本体5aとを電気的に
接続する。また、図７において左右方向に隣り合う単電
池1Aの間に、細長い耐熱導電体43A を挿入する。これに
より、単電池1Aのセパレータ5A同士を電気的に接続す
る。各耐熱導電体43A と43B は、接触しないようにす
る。

【００２７】予熱領域41においては、上下方向、左右方
向に隣り合う各単電池1Aの間の空間に、通気性断熱材35
を充填する。通気性断熱材35は、単電池1Aの膨脹と収縮
とに対応するため、変形可能な耐熱性材料で形成するの
が好ましい。こうした材料としては、セラミックスファ
イバーを編んで作製したセラミックスフェルト材や、多
数の開気孔を有するセラミックス多孔体が好ましい。こ
れらの断熱材35は、単電池1Aの支持材料としても機能す
る。

【００２８】この発電装置の動作を説明する。燃料ガス
は、貫通孔30a から燃料ガス室37内に矢印Ｄのように供
給され、供給管32内に矢印Ｅのように送り込まれる。次
いで、この燃料ガスは、供給管32、貫通孔34a を通過
し、予熱領域41を通過し、更に発電領域42を流れ、矢印
Ｆのように緩衝材13を通過し、燃焼室39に入る。

【００２９】一方、酸化ガスは、矢印Ａのように供給管
31内を通過し、酸化ガス室38内に入り、次いで、矢印Ｂ
で示すように、酸化ガス流路６内に流入する。そして、
この酸化ガスは、予熱領域41、発電領域42を順次通過
し、矢印Ｃのように燃焼室39内に流出する。燃焼室39に
おいて、減損した燃料ガスと減損した酸化ガスとが燃焼
される。貫通孔30b から、矢印Ｇのように、燃焼排ガス
が排出される。

【００３０】発電装置の動作時には、空気電極４と固体
電解質３との界面で酸化ガスが酸素イオン等を生じ、こ
れらの酸素イオン等が固体電解質３を通って燃料電極２
へと移動し、燃料ガスと反応すると共に電子を燃料電極
２へと放出する。そして、正極である空気電極４と負極
である燃料電極２との間に電位差が生ずる。こうした単
電池を前記したように直列接続、並列接続し、最終的に
集電板45から電力を取り出す。

【００３１】本実施例によれば、以下の効果を奏しう
る。 (1) 電池素子７が平板状であるので、例えば、現在最も
実用性が高いと言われるSOFCである円筒型SOFC（特開昭
57−11356 号公報等）にくらべて、格段に発電面積を大
きくでき、単位体積当りの発電量を増大させることがで
きる。

【００３２】(2) 固体電解質板３を成形する際、プラズ
マ溶射法を使用できる。即ち、円筒型の単電池を製造す
る場合のように、固体電解質膜をEVD, CVD等で設ける必
要はない。従って、こうした従来法にくらべ、固体電解
質の生産性を上げ、コストを下げることができる。こう
した意味で、固体電解質３の厚さは10μm 以上、500 μ
m 以下とすることが好ましく、50μm 以上、100 μm 以
下とすると更に好ましい。

【００３３】(3) セパレータ5Aに隔壁5bが設けられ、各
隔壁5bが空気電極４に連結されている。これにより、空
気電極４から隔壁5bを通る電流経路が発生するので、空
気電極４内を膜と平行に流れる距離が格段に短縮され
る。この結果、特に空気電極４内における内部抵抗が低
減されるので、単電池出力が向上する。

【００３４】(4) 上記のように、各隔壁5bが平板状の電
池素子７に対して接合されているので構造強度が大き
い。従って、単電池のレベルで見ても、集合電池のレベ
ルで見ても、信頼性が高くなった。この理由は、単電池
1Aが、マルチチャンネル構造、即ち、小さな４角筒状部
を幾つか合体させたような構造を備え、緻密なセラミッ
クス等を実質的な支持体としているからである。 (5) 各単電池1Aの保持と位置決めとを、気体の流通を妨
げない耐熱導電体43A, 43Bと、緩衝材13とによりソフト
に行っている。これにより、単電池1Aが熱膨張しても、
単電池1Aにかかる応力が一層小さくなる。

【００３５】(6) 更に重要なことに、本実施例で用いる
単電池1Aにおいては、酸化ガス流路６の一端が封じられ
ておらず、その両端が開口している。しかも、セパレー
タ5A、固体電解質板３が、いずれも押し出し成形等によ
って比較的容易に成形可能な形をしている。仮に、酸化
ガス流路６の一端を封じるものとすると、こうしたセラ
ミックス加工は難しく、封じた部分に充分な強度を与え
ることがかなり困難になる。このため、生産技術の点か
らは、単電池1Aが非常に有利である。

【００３６】(7) 本実施例の発電装置においては、隔壁
34と単電池1Aの端部との間で、気密なシールを実施す
る。隔壁36側では、燃料ガスを流すために、気密シール
は施さない。この際、発電領域42では、1000℃程度の高
温となる。そこで、隔壁34と発電領域42との間に断熱材
35を配置し、予熱領域41を形成したわけである。むろ
ん、予熱領域41内では隔壁34へと近づくにつれて急速に
温度が下がる。隔壁34において上述のような気密シール
を行うには、このシール部分の温度を、発電領域42内よ
りもかなり低温に、好ましくは500 ℃以下にしなければ
ならない。更に、350℃以下では、樹脂製シール材の選
択種が広がる。しかし、100 ℃以下にするには、予熱領
域を長くする必要が生じ、単位体積当たりの発電量が減
る。従って、100 ℃〜350 ℃が最も好ましい範囲であ
る。この一方、燃料ガス及び酸化ガスは、予熱領域41を
通過する間に、共に予熱されることになる。

【００３７】(8) 酸化ガスは、燃焼室39において、既に
減損した水蒸気等の多い廃燃料ガスと接触する。従っ
て、局部的で急激な燃焼と発熱とが発生することはな
い。従って、これに伴なって単電池端部で亀裂が生ずる
おそれはない。

【００３８】上記の例では、単電池1Aの端部を単電池挿
入孔34b に挿通した。しかし、この代りに単電池1Aの末
端面を気密性隔壁34に当接させ、両者の間を気密にシー
ルしてもよい。ただしこの場合も、気密性隔壁34に、酸
化ガスのための孔を設ける必要はある。

【００３９】図６に示す単電池では、酸化ガス流路６に
は何も障害物を設けていない。しかし、予熱領域41にお
いては、酸化ガスを発電のために消費してはいない。そ
こで、図９に示すように、予熱領域41において、通気性
の断熱材28を充填することができる。こうした断熱材28
としては、セラミックス多孔体、セラミックスファイバ
ー等が好ましい。通気性の断熱材28を予熱領域41に充填
することにより、発電領域42内の高熱を効果的に吸収し
て断熱効果を上げ、気密シール部分の温度を一層引き下
げることができる。これと共に、熱を吸収した断熱材28
を酸化ガスが通過する間に、酸化ガスを一層効果的に予
熱できる。断熱材28がない場合にくらべて、酸化ガスの
流れる距離が長くなるからである。

【００４０】また、図10に示すようなセパレータ5Bを用
いることもできる。このセパレータ5Bでは、セパレータ
の幅方向の両縁部の表面に、一対の側壁5cが互いに平行
に形成されている。発電領域42においては、一対の側壁
5cの内側に、例えば計３列の四角柱状の隔壁5dが、セパ
レータの長さ方向に向って互いに平行に形成されてい
る。この発電部分では、酸化ガス流路６が、互いに平行
に４列設けられている。

【００４１】予熱領域41においては、酸化ガス流路が複
雑に屈曲している。まず、単電池の予熱部分の入口側か
らみると、まずセパレータ5Bの幅方向に延びる四角柱形
状の隔壁5fが、セパレータ5Bの一端から発電領域の方へ
と向って、計３列形成されている。各隔壁5fは、互いに
対して平行であり、かつセパレータ5Bの長さ方向に対し
て垂直である。各隔壁5fの一端は、一対の側壁5cのうち
のいずれかと一体化しており、その他端は、側壁5cと若
干の隙間を残している。三列の隔壁5fの間に酸化ガス流
路6Aが形成される。この酸化ガス流路6Aは、側壁5cの間
で大きく蛇行する。

【００４２】隔壁5fと5dとの間には、計４個の直方体状
の隔壁5eが形成されている。計４個の幅の小さい隔壁5e
は、セパレータ5Bの幅方向へと向って一列に並び、この
うちの二つはそれぞれ側壁5cに一体化している。隔壁5e
の間には、短かい酸化ガス流路6Bが、計３箇所に形成さ
れている。

【００４３】本実施例では、予熱領域41において、酸化
ガス流路が蛇行し、屈曲しているので、酸化ガス流路が
直線状の場合にくらべて、酸化ガスの流過距離がかなり
長くなる。従って、酸化ガスの予熱を効果的に行える。
ただし、図10に示すようなセパレータ5Bには押し出し成
形などは適用できないので、生産性の点では、図９のも
のにくらべるとかなり落ちる。

【００４４】図11は、他の単電池1Bを幅方向に切ってみ
た、図５と同様の断面図である。このうち、固体電解質
３、燃料電極２の構成、製造法は実施例１と同様であ
る。空気電極4Aとセパレータ5Cについては、形状が前記
の実施例と異なる。すなわち、セパレータ5Cの平板状本
体5aの幅方向の両縁に、それぞれ側壁5cが設けられる。
また空気電極4Aには複数列の隔壁4bが設けられる。これ
らを接合することによって、側壁5cと隔壁4bの間、隣り
合う隔壁4bの間には、それぞれ酸化ガス流路６が形成さ
れる。こうした幅方向断面を有する単電池1Bの他の部分
の構成は、単電池1Aの構成と同じにすることができる。

【００４５】次に、長さ方向の両端が開口した円筒型SO
FC単電池の集合化に対して、本発明を適用した実施例に
ついて説明する。図12は、本実施例に係る発電装置の一
部分を各単電池11の長さ方向に切って見た断面図、図13
はこの発電装置の一部分を各単電池11の幅方向に切って
見た断面図である。図７、図８に示したものと同じ構成
部分には同一符号を付し、その説明は省略することがあ
る。

【００４６】多孔質の空気電極材料によって、円筒状の
空気電極基体14が形成されており、空気電極基体14の内
側に、円柱形状を持つ酸化ガス流路6Cが形成されてい
る。酸化ガス流路6Cは、単電池11の長さ方向の両端に開
口する。発電領域42内においては、各単電池11が、図13
に示すような幅方向断面形状を有する。即ち、空気電極
基体14の外側表面に、一部を残して固体電解質23が形成
されている。固体電解質23が存在しない領域では、イン
ターコネクター15が形成され、これら両者が空気電極14
の表面を覆っている。

【００４７】固体電解質23の表面には、燃料電極12が形
成され、インターコネクター15の表面には、接続端子17
が形成されている。単電池11は、図13において上下方向
と左右方向とに向って配列されている。ただし、図面の
寸法上の制約から、図12においては下側の単電池11を３
個図示し、図13においては、下側及び左側の単電池11を
２列×２列のみを示した。

【００４８】図13において左右方向に隣り合った単電池
11の燃料電極12同士を、耐熱導電体43C で接続する。こ
れと共に、上下方向に隣り合った単電池11の燃料電極12
と接続端子17とを、耐熱導電体43D で接続する。図13に
おいて最も下側の単電池11は集電板45に接続される。

【００４９】発電領域42では、上述のように、インター
コネクター15、接続端子17、燃料電極13が設けられてい
るが、予熱領域41ではこれらを設ける必要がない。そこ
で、本実施例では、空気電極基体14の全表面を、固体電
解質23で覆った。そして、インターコネクター15と固体
電解質23との間に切れ目がないようにした。

【００５０】他の部分については、図７、図８に示す発
電装置と同様である。即ち、単電池挿通孔34b と36a と
の間に単電池を架け渡し、予熱領域41内に通気性断熱材
35を充填し、単電池11と単電池挿通孔34b との間を気密
にシールした。単電池挿通孔36a と単電池11との間に
は、通気性緩衝材13を充填した。こうした発電装置によ
っても、前述した(5) 、(6) 、(7) 、(8) の効果を奏す
ることができる。

【００５１】また、図14に幅方向断面を示した単電池21
の集合化に、本発明を適用することができる。ジルコニ
ア等からなる円筒状の多孔質基体20の表面に、空気電極
24がその全周に亘って設けられている。空気電極24の表
面に、固体電解質23とインターコネクター15とが形成さ
れる。固体電解質23の表面には燃料電極12が形成され、
インターコネクター15の表面には接続端子17が形成され
ている。むろん、酸化ガス流路6cは、単電池21の長さ方
向の両端に開口している。

【００５２】気体の流通を妨げない耐熱導電体は、耐熱
金属繊維を編んで作ったフェルト状物質とするか、多数
の開気孔を有するスポンジ状物質とするのが好ましい。
これらの材質としては、ニッケルが好ましい。上記のス
ポンジ状物質を作製するには、例えば、耐熱金属粉末と
発泡剤とバインダーとを混練し、成形、焼成すればよ
い。

【００５３】

【発明の効果】本発明の発電装置によれば、発電室が発
電領域と予熱領域とに区分され、酸化ガス室と予熱領域
とが気密性隔壁によって区分され、この気密性隔壁と各
単電池との間が気密にシールされ、燃料ガスが予熱領域
及び発電領域を通過して燃焼室へと流れるように構成さ
れ、酸化ガスが単電池の酸化ガス流路をその一端から他
端へと流れるように構成されている。従って、気密性隔
壁と単電池との間を気密にシールすることで、燃料ガス
と酸化ガスとが混合しないように分離できる。また、例
えば溶融ガラスのような不安定なシール材料を用いない
ので、長期間安定してシールを行うことができる。ま
た、単電池の一端を上述のように気密シールし、ここで
酸化ガスと燃料ガスとを分離するので、単電池の長さ方
向の他端側に燃焼室を設け、ここへと廃酸化ガスを流し
込めばよい。従って、単電池の長さ方向の一端を封止す
る必要がない。それと共に、単電池の酸化ガス流路内へ
と、酸化ガス供給管を差し込む必要もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】空気電極４とセパレータ5Aとを接合する前の状
態を示す断面図である。

【図２】セパレータ5Aの斜視図である。

【図３】電池素子部分を燃料電極２側から見た平面図で
ある。

【図４】電池素子部分を空気電極４側から見た平面図で
ある。

【図５】単電池1Aを幅方向に切って見た断面図である。

【図６】単電池1Aを長さ方向に切って見た断面図であ
る。

【図７】発電装置の一部分を単電池の幅方向に切って見
た断面図である。

【図８】図７の発電装置の一部分を単電池の長さ方向に
切って見た一部断面図である。

【図９】通気性の断熱材８をセパレータ5Aの酸化ガス流
路内に充填した状態を示す斜視図である。

【図１０】セパレータ5Bを示す斜視図である。

【図１１】他の単電池1Bをその幅方向に切って見た断面
図である。

【図１２】単電池11を集合化した発電装置の一部分を単
電池11の長さ方向に切って見た断面図である。

【図１３】図12の発電装置の一部分を単電池11の幅方向
に切って見た断面図である。

【図１４】本発明を適用できる他の単電池21を、幅方向
に切って見た断面図である。

【符号の説明】

1A, 1B, 11, 21 単電池２, 12 燃料電極３固体電解質４, 4A, 24 空気電極 5A, 5B, 5C セパレータ 4b, 5b, 5d, 5e, 5f 隔壁６，6A, 6B, 6C 酸化ガス流路 13 気体の流通を妨げない緩衝材 14 円筒状の空気電極基体 15 インターコネクター 28, 35 通気性断熱材 33, 34 気密性隔壁 37 燃料ガス室 38 酸化ガス室 39 燃焼室 40 発電室 41 予熱領域 42 発電領域 43A, 43B, 43C, 43D 耐熱導電体 A, B, C 酸化ガスの流れ D, E, F 燃料ガスの流れ G 燃焼排ガスの流れ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−20969（ＪＰ，Ａ) 特開平１−163973（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−128559（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−183878（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】固体電解質型燃料電池の単電池の内側に
酸化ガス流路が形成され、単電池の長さ方向の一端と他
端とに前記酸化ガス流路が開口し、単電池の表面に少な
くとも燃料電極膜が形成されている単電池を集合してな
る発電装置であって、この発電装置内に少なくとも燃料ガス室と酸化ガス室と
発電室と燃焼室とがこの順序で設けられ、前記単電池が
前記発電室に複数個互いに所定間隔を置いて配列され、
この際複数個の単電池の燃料電極膜及び開口の向きがほ
ぼ同じになるように配列され、気体の流通を妨げない構
造の耐熱導電体によって隣り合う単電池が直列接続及び
並列接続され、前記発電室が発電領域と予熱領域とに区
分され、前記発電領域と前記燃焼室とが隣り合ってお
り、前記酸化ガス室と前記予熱領域とが隣り合ってお
り、前記酸化ガス室と前記予熱領域とが気密性隔壁によ
って区分され、この気密性隔壁と各単電池との間が気密
にシールされ、前記燃料ガス室内の燃料ガスが前記予熱
領域及び前記発電領域を通過して前記燃焼室へと流れ、
前記酸化ガス室内の酸化ガスが前記単電池の前記酸化ガ
ス流路を通って前記燃焼室へと流れ、前記燃焼室内で生
じた燃焼ガスを予熱領域に流すことなく前記燃焼室外へ
と排出することを特徴とする、発電装置。
【請求項２】前記耐熱導電体が、ニッケル製のフェル
ト状物質又はニッケル製のスポンジ状物質からなる、請
求項１記載の発電装置。
【請求項３】前記気密性隔壁と前記単電池との間が、
ガスケット又は有機樹脂によって気密にシールされてい
る、請求項１記載の発電装置。
【請求項４】前記気密性隔壁と前記単電池とのシール
部分の温度が、発電時に500 ℃以下に保持されることを
特徴とする、請求項１記載の発電装置。
【請求項５】前記予熱領域において、各単電池の外側
に通気性断熱材が設置されている、請求項４記載の発電
装置。
【請求項６】前記予熱領域において、各単電池の前記
酸化ガス流路に通気性断熱材が充填されている、請求項
１記載の発電装置。