JP2793275B2

JP2793275B2 - 燃料電池発電装置

Info

Publication number: JP2793275B2
Application number: JP1194319A
Authority: JP
Inventors: 毅石原; 啓治松廣
Original assignee: NIPPON GAISHI KK
Current assignee: NIPPON GAISHI KK
Priority date: 1989-07-28
Filing date: 1989-07-28
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: EP0410797A1; JPH0359956A; DE69013786T2; EP0410797B1; DE69013786D1

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は燃料電池発電装置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。

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。

SOFC単電池の構成要素は、一般的に空気電極、固体電
解質、燃料電極からなる。そして、従来は、円筒状SOFC
単電池として、一方が閉塞した袋管状の単電池を用い、
内側の空気電極への空気供給管を通じて空気を与え、外
側の燃料電極へは、隣接する燃料ガス供給室より燃料ガ
スを供給していた。

（発明が解決しようとする課題）発電効率を上げるためには、この袋管を長くして一本
当りの発電面積を増大させる必要があった。しかし、袋
管状のSOFC単電池を長くすると、温度勾配、電流勾配が
大きくなり、かえって発電効率に悪影響を与えるという
問題があった。

即ち、燃料ガスの導入部付近では、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、燃料ガスがかなり減損しているため、
反応が不活発で温度が低く、この温度の低さからますま
す反応が不活発となる。しかも、減損した燃料ガス中に
はかなりCO₂水蒸気が含まれており、これが電極面に付
着して反応を阻害するため、ますまず温度が低下する。
この傾向は、袋管状の単電池が長くなるにつれて一層激
しくなる。

また、セラミックスにより長尺状の袋管を各部分とも
均一な状態で成形するためには高度な技術を必要とし、
長尺化には製造上の困難を伴なう。

本発明の課題は、燃料電池素子における温度勾配、発
電効率の勾配を低く抑えることができ、かつセラミック
ス燃料電池素子の長尺化のための困難をも解決できるよ
うな燃料電池発電装置を提供することである。

（課題を解決するための手段）本発明は、複数の筒状の燃料電池素子からなる燃料電
池素子配列体と、この燃料電池素子配列体に属する各燃
料電池素子に対して燃料ガスまたは酸化ガスを供給する
ガス供給管とを備える燃料電池発電装置であって、各燃
料電池素子が、イオン伝導性を有する固体電解質隔壁と
この固体電解質隔壁の一方の側に設けられた燃料電極と
他方の側に設けられた空気電極とを少なくとも備えてお
り、各燃料電池素子の内部空間が燃料電池素子の両端で
開口しており、燃料電池素子配列体において各燃料電池
素子とこの燃料電池素子に隣接する燃料電池素子との間
に空隙が設けられており、空隙によって隣接する各燃料
電池素子が電気的および機械的に絶縁されており、各燃
料電池素子の開口と、燃料電池素子に隣接する燃料電池
素子の開口とが対向しており、ガス供給管が、燃料電池
素子配列体に属する複数の燃料電池素子の開口および内
部空間を貫通しており、前記各燃料電池素子の各内部空
間においてそれぞれ各内部空間へと燃料ガス又は酸化ガ
スを供給するためのガス供給口がガス供給管の側面に設
けられていることを特徴とする。

また、本発明は、複数の燃料電池素子からなる燃料電
池素子配列体と、燃料電池素子配列体に属する各燃料電
池素子に対して燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、
各燃料電池素子に対して酸化ガスを供給する酸化ガス供
給管とを備える燃料電池発電装置であって、各燃料電池
素子が、イオン伝導性を有する固体電解質隔壁とこの固
体電解質隔壁の一方の側に設けられた燃料電極と他方の
側に設けられた空気電極とを少なくとも備えており、固
体電解質隔壁、燃料電極または空気電極がハニカム状構
造体であり、各燃料電池素子の各内部空間がそれぞれ燃
料電池素子の両端で開口しており、各内部空間に燃料電
極と空気電極との一方が露出しており、燃料電池素子配
列体において各燃料電池素子とこの燃料電池素子に隣接
する燃料電池素子との間に空隙が設けられており、空隙
によって隣接する各燃料電池素子が電気的および機械的
に絶縁されており、各燃料電池素子の各開口と、燃料電
池素子に隣接する燃料電池素子の各開口とが対向してお
り、燃料ガス供給管が、複数の燃料電池素子の燃料電極
が露出している各内部空間を貫通しており、燃料電極が
露出している各内部空間においてそれぞれ各内部空間へ
と燃料ガスを供給するための燃料ガス供給口が燃料ガス
供給管の側面に設けられており、酸化ガス供給管が、複
数の燃料電池素子の空気電極が露出している内部空間を
貫通しており、空気電極が露出している各内部空間にお
いてそれぞれ各内部空間へと酸化ガスを供給するための
酸化ガス供給口が酸化ガス供給管の側面に設けられてい
ることを特徴とする。

「互いに隣接する燃料電池素子の開口同士が互いに対
向された状態」とは、開口の中心軸同士が全く同一直線
上で重なり合う場合の他、開口の中心軸がずれた状態で
開口の一部分が対向する場合や、開口同士が少し傾き所
定の角度をなして対向する場合も含む。

複数の燃料電池素子の内部空間へと、燃料ガス供給管
からは燃料ガスを供給し、酸化ガス供給管からは酸化ガ
スを供給するのであるが、例えばハニカム状燃料電池素
子においては、ある孔内空間へは燃料ガス供給管を配
し、別の孔内空間へは酸化ガス供給管を配する。

（実施例）第１図はSOFC発電装置の一部破断斜視図、第２図は第
１図のII−II線矢視断面図（概略図）、第３図は第１図
のIII−III線矢視断面図、第４図はこのSOFC発電装置の
一部平面図である。説明の便宜上、各図面ともに装置の
一部のみを示してある。また、第２図ではSOFC素子１を
簡略化して示してある。

本例では、両端を開放した円筒型のSOFC素子１を直
列、並列に多数配列した燃料電池発電装置について説明
する。

多孔質隔壁４を複数個互いに平行となるよう配列固定
し、発電室６と燃焼生成室７とを交互に形成する。発電
室６においては、対向する多孔室隔壁４の貫通孔にSOFC
素子１の端部を挿入して支持し、SOFC素子１が発電室６
をまたいで架け渡された形とする。SOFC素子１は多孔室
隔壁によってフェルト25を介してソフトに押えられ、位
置決めされる（ただし、第１図ではフェルト25は図示省
略）。このSOFC素子１の両端開口50は燃焼物生成室７へ
と向って開放され、隣接するSOFC素子１の端部開口と対
向する。

SOFC素子１は円筒状固体電解質隔膜９の内側に電気電
極膜10を設け、外周面に燃料電極膜８を設けた構成のも
のである。空気電極膜８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、LaCrO₃等で製造でき、ストロンチウムを添加したLa
MnO₃が好ましい。固体電解質隔膜は、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である。

これら円筒状SOFC素子１は、特に第４図に示すよう
に、隣接するSOFC素子の開口50が対向され、複数のSOFC
素子が図面において横方向へと直線的に配列された状態
で、SOFC素子配列体60を形成している。第４図では紙幅
の都合上、各SOFC素子配列体60をそれぞれ三個毎のSOFC
素子によって形成してあるが、むろんこれは何個でもよ
い。また、SOFC素子配列体60自体も、互いに平行な状態
で任意の個数配列してもよい。

そして、一つのSOFC素子配列体60に属する各SOFC素子
の内部空間Ｃ内を、１本の導電性酸化ガス供給管（好ま
しくは耐熱金属製）２が貫通している。各SOFC素子１と
導電性酸素ガス供給管２との間には開口SO付近でフェル
ト25が配され、各SOFC素子はこれによっても支持され
る。この酸化ガス供給管２の外周には多数の針状集電ブ
ラシ５が固着され、ブラシ５の他端は空気電極10の電極
表面に対して接触押圧される。針状集電ブラシ５は好ま
しくは耐熱金属からなり、1000℃程度の高温で弾性を有
するものがよい。酸化ガス供給管２には、発電室６内の
例えば中央付近に酸化ガス供給口2aが設けられる。

また、複数の発電室６及び燃焼物生成室７を貫通する
導電性燃料ガス供給管３が、導電性酸化ガス供給管と平
行となるよう、円筒状SOFC素子配列体60の外側に設けら
れる。導電性燃料ガス供給管３も好ましくは耐熱金属か
らなり、発電室６内で燃料ガス供給口3aを有している。
導電性燃料ガス供給管３の表面にも多数の針状集電極５
からなる集電ブラシが固着され、針状集電極５の他方の
極が燃料電極８の電極表面へと押圧力をもって当接され
ている。そして、一個の導電性燃料ガス供給管３の外周
からは例えば四つの方向へと針状集電極５が伸び、一つ
の導電性燃料ガス供給管に対して第３図に示すように四
つのSOFC素子１が電気的に接続される。

空気等の含酸素ガスは矢印Ａのように導電性酸化ガス
供給管へと供給され、酸化ガス排出口2aよりSOFC素子内
部空間Ｃへと排出され、二方向に分かれて矢印Ａ′のよ
うに進む。また、隣接するSOFC素子１内にも同様にして
酸化ガスが送られる。

また、水素、一酸化炭素等の燃料ガスは、導電性燃料
ガス供給管３内を矢印Ｂ′のように進み、上記と同様に
燃料ガス排出口3aより矢印Ｂのように発電室６内へと排
出され、二方向に分かれて進む。

多孔質隔壁４は、発電室６と燃焼物生成室７との間の
僅かな差圧で流れが生じるように設計されており、燃焼
物生成室７から発電室６への燃焼生成ガスの逆流を防
ぐ。発電に利用された後の減損した酸化ガスが各SOFC素
子１の開口50から燃焼物生成室７へと矢印Ａ′のように
流入する。と共に、減損した燃料ガスが多孔質隔壁４を
通して燃焼物生成室７へと矢印Ｂ′のように流入し、酸
化ガスと接触して燃焼し、導電性ガス供給管2,3内を通
過中のガスを予熱する。

発電室６内では、酸化ガスが空気電極10と固体電解質
９との界面で酸素イオンを生じ、これらの酸素イオンは
固体電解質９を通って燃料電極８へと移動し、燃料と反
応すると共に電子を燃料極へ放出する。そして、放出さ
れた電子は針状集電極５を介して、導電性燃料ガス供給
管３へと集電される。

本例の燃料電池発電装置によれば、以下の効果を奏し
うる。

（１）各円筒型SOFC素子１の両端に開口50を設け、開
口50同士を対向させた状態で複数個配列してSOFC素子配
列体60を形成し、同時に稼働している。従って各SOFC素
子１の長さ自体は温度勾配が大きくならない程度の適当
な長さに止め、１つのSOFC素子配列体60に属するSOFC素
子１の配列数を変えることで、発電装置の長さを任意に
変えることができ、装置全体の長さを従来より大きくす
ることで、装置体積当たりの発電効率を非常に高めるこ
とができる。しかも、一つのSOFC素子１の長さは短かく
て済むことから、温度勾配を小さく抑えることが可能で
ある。

更に、本例では、発電室の中央部付近に酸化ガス供給
口、燃料ガス供給口を設け、これら供給口より排出され
たガスが二方向に分かれ進むので、供給口から燃焼物生
成室までの通過距離は更に半分で済むので、温度勾配の
制御が一層容易である。

（２）セラミックス製の各SOFC素子の長さは小さくて
済むので、製造上の困難を回避しつつ、同時にSOFC素子
配列体を長くすることで、発電効率を高めることが可能
となる。

しかも、導電性ガス供給管2,3（第１図参照）を耐熱
金属で製造した場合には、長尺状製品の成形、製造は容
易であり、装置製造上大なる利点がある。

（３）一本の導電性酸化ガス供給管２へ酸化ガスを送
り込むだけで、一つのSOFC素子配列体60に属するすべて
のSOFC素子１の内部空間Ｃへと同時に、かつ簡単に酸化
ガスが供給できる。従って、従来のように各SOFC素子毎
に酸化ガス供給管を用意する必要はない。

また、一本の導電性燃料ガス供給管３へと燃料ガスを
送り込むだけで、多数の発電室６内へと同時に燃料ガス
を供給することができ、一つの発電室ごとに従来のよう
に燃料室を設ける必要はない。

（４）従来、SOFC素子を直列接続するために、単電池
の燃料電極と隣接SOFC素子の空気電極とをインタコネク
タ及びNiフェルトで接続し、SOFC素子を並列接続するた
めに、隣接する単電池の燃料電極間をNiフェルトで接続
している。円筒型SOFCでは、固体電解質と電気電極との
界面、固体電解質と燃料電極との界面で、電極の全周面
に亘って電子の受け渡しが行われる。しかし、インタコ
ネクタは空気電極と一箇所で接触しているのみであり、
Niフェルトも燃料電極と例えば２〜３箇所で接している
に過ぎず、発生した電流は空気電極膜、燃料電極膜内を
膜面に平行にインタコネクタ、Niフェルトへと向って流
れる。だが、空気電極膜、燃料電極膜は薄膜であって、
電気抵抗が大きいため、電圧損失が大きく、発電効率が
低下する。この電気抵抗を低減させ、電圧損失を防ぐに
は、膜厚を厚くし、かつインタコネクタ、Niフェルトま
での電流通過距離を短かくする必要があるが、いずれも
電池構造上の制約から、充分な解決は望めない。

これに対し、本例では、空気電極、燃料電極の電極表
面に全面に亘って針状集電極５が接触しているので、従
来のように高抵抗の空気電極膜、燃料電極膜内を流れる
ことによる電圧損失はなくなり、電極膜に垂直の方向へ
と集電される。従って、発電効率が飛躍的に向上する。

しかも、内部空間Ｃ内に導電性酸化ガス供給管２を貫
通させ、針状集電極５を介して空気電極10と電気的に接
続させているので、導電性酸化ガス供給管を通じて直接
集電でき、従来のようなインタコネクタは必要としな
い。

（５）従来、Niフェルトを集電体として用いていた
が、これは高温使用中にへたり、電極との接触不良を起
し、発電効率を低下させるという問題点を有していた。

これに対し、本例では、針状集電体が弾性を有し、空
気電極、燃料電極表面へと押圧接触されることから、接
触不良が起りにくく、発電効率の低下を防止できる。

上述の例では以下の変形が可能である。

（ａ）なお、各SOFC素子の断面形状は、円形の他、四
辺形、六角形等でもよい。

導電性酸化ガス供給管２、導電性燃料ガス供給管３に
おいて、酸化ガス供給口2a、、燃料ガス供給口3aの位
置、個数、孔径等は種々変更できる。

（ｂ）円筒型固体電解質隔壁９の外周面に空気電極を
設け、内周面に燃料電極を設けてもよい。この場合は、
SOFC素子の内部空間に燃料ガスを供給し、外部に酸化ガ
スを供給する。

（ｃ）第１図〜第４図において、針状集電体５の代り
に、櫛歯状金属集電極、金属ウール状の集電体を使用で
き、また他の低剛性、弾性を有する集電体を使用でき
る。むろん、燃料電極側と空気電極側とで異なる集電体
を用いてもよい。更に、Niフェルト等のフェルト状集電
体を上記の代りに用い、電極表面のほぼ全体に亘って多
点接触させることも可能である。

（ｄ）多孔質隔壁４は必ずしも必要なく、導電性ガス
供給管2,3を固定し、針状集電体５を介して各SOFC素子
１を支持してもよい。

多孔質隔壁５の他、支持用又はフロー用のバッフルを
更に組み込んでもよく、また密封構造のものでなくても
よい。

（ｅ）第１図では各SOFC素子１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。

（ｆ）上記の例では、円筒状固体電解質隔壁自体が剛
性体として働き、電池要素で自立できる構造としたが、
他に多孔質で導電性の基体管を用い、この上に単位電池
を形成してもよい。

多孔質導電性基体は、例えばSrをドープしたLaMnO₃で
製造できる。

（ｇ）第１図において、導電性燃料ガス供給管３を用
いる代りに、従来のような燃料室を設け、この燃料室か
ら発電室６内へと燃料を供給してもよい。この場合、空
気電極側の集電は第１図のように行う。そして、各SOFC
素子の燃料電極の表面のほぼ全体に亘り、針状集電体５
のブラシ、耐熱金属ウール、耐熱金属フェルト等の多点
接触集電体を接触させ、この多点接触集電体によって各
隣接SOFC素子の燃料電極同士を電気的に接続し、最終的
には金属プレートに電気的に接続して金属プレートで集
電すればよい。そして、導電性酸化ガス供給管２と上記
金属プレートとの間に負荷を設ける。

多点接触集電体は耐熱金属以外の導電体、例えば導電
性セラミックス、セラミック被覆金属で製造してもよ
い。

第５図はハニカム形状のSOFC素子に本発明を適用した
一実施例を示す一部破断斜視図、第６図は第５図のVI−
VI線矢視断面図、第７図は同じく一部平面図である。本
実施例において第１図の発電装置と同一の機能部材には
同一符号を付してある。

本例においては、固体電解質隔壁19が断面四角形のい
わゆるハニカム形状をなしている（ここでは単位管を説
明の便宜上、縦二列、横二列のみ示してあるが、むろん
単位管の個数は任意に変化させてよい）。

固体電解質隔壁19により、縦二列、横二列の直方体状
の空間（孔）が形成され、この内周面に燃焼電極18、空
気電極20が交互に市松模様をなすように設けられる。

各孔内空間Ｄの開口50は、隣接するハニカム状SOFC素
子11の対応する開口50と対向しており、この状態で複数
個（第７図では三個のみ図示した。）のハニカム状SOFC
素子11によってSOFC素子配列体70が形成される。

そして、孔内空間Ｄの表面に燃料電極18が露出する場
合には、孔内空間Ｄ中に導電性燃料ガス供給管３を貫通
させ、一つのSOFC素子配列体70に属する各SOFC素子11の
孔内空間Ｄを貫通させる。また、孔内空間Ｄの表面に空
気電極20が露出する場合には、孔内空間Ｄ中に導電性酸
化ガス供給管２を貫通させ、一つのSOFC素子配列体70に
属する各SOFC素子11内の孔内空間Ｄを貫通させる。これ
により、一つの導電性燃料ガス供給管３又は１つの導電
性酸化ガス供給管２に燃料ガス又は酸化ガスを供給する
ことで、一つのSOFC素子配列体70に属する各SOFC素子11
の孔内空間Ｄ（一列）へと燃料ガス又は酸化ガスを送り
込める。

燃料電極18又は空気電極20の電極表面の全面に亘って
針状集電体５の一端が押圧接触せしめられ、この針状集
電体５の他端は導電性燃料ガス供給管３又は導電性酸化
ガス供給管に固着されている。

他の構成は第１図の発電装置とほぼ同様であって、燃
料電極18と導電性燃料ガス供給管３、空気電極20と導電
性酸化ガス供給管18を針状集電体５で電気的に接続し、
集電を行う。また、酸化ガス排出口2a又は燃料ガス排出
口3aより排出された酸化ガス又は燃料ガスは、各孔Ｄ内
で矢印Ａ′又はＢ′のように二方向に分れて進み、各孔
Ｄの開口より燃焼物生成室７内へと流入し、ここで混合
されて燃焼される。

本例においては、前述の（１）〜（５）の効果を奏し
うる他、固体電解質隔壁19がハニカム構造をなしている
ため、構造力学上、第１図のものよりも強度の高い構造
であり、従って構造部材としての固体電解質隔壁の厚み
を従来よりも薄く（例えば200μｍ以下）しても実用的
な強度が得られる。また、単位体積当りの隔壁面積が大
きい。

更に、従来もハニカム状固体電解質隔壁を用いたSOFC
素子は知られてはいるが、この場合空気電極同士、燃料
電極同士をリード線で逐一接続し、途中で短絡しないよ
うに配線する必要があり、煩雑であった。これに対し、
本例では、導電性ガス供給管２又は３により一括して集
電するので、かかる煩雑な配線は必要なく、短絡の危険
もない。

本例においても、前述の（ａ）〜（ｇ）のような変形
が可能である。更に、各単位管の断面形状は三角形、四
角形、六角形その他任意の多角形とでき、また隔壁を波
形としてもよい。各単位孔を三角形、四角形又は六角形
とする隔壁面積の増大及び電極槽配置の点で好ましく、
六角形のものは製造し易い。

第８図は他の燃料電池発電装置を示す第６図と同様の
断面図である。

本例においては、燃料電極28をハニカム構造体とし
た。そして、図面において左上、右下の単位管では燃料
電極28を内周面に露出させ、導電性燃料ガス供給管３を
孔内に通じ、燃料電極28の電極表面に全面に亘って針状
集電体５を圧接させ、この針状集電体５の他端を導電性
燃料ガス供給管３の外周面に固着させる。また、図面に
おいて、右上、左上の単位管では、燃料電極28の内周面
に固体電解質膜29を設け、この内周面に空気電極20を設
けた。更に、孔Ｄ内に導電性酸化ガス供給管２を通し、
空気電極20の電極表面に全面に亘って針状集電体５を圧
接させ、この針状集電体５の他端を導電性酸化ガス供給
管３の外周面に固着させる。他の部分の構成は第５図〜
第７図の燃料電池発電装置と同様であって、SOFC素子配
列体を形成しており、同様の効果を奏しうる。しかも、
固体電解質膜29を、ハニカム構造の燃料電極28の内壁に
成膜するので、固体電解質膜29には構造部材としての強
度は要求されず、第６図の場合よりも薄い固体電解質膜
（例えば50μｍ程度）を製造しうる。酸素イオンが透過
する固体電解質を薄膜化することで、酸素イオンの通過
距離が短かくなり、発電効率を一層向上させることも可
能である。

また、第８図の例において、燃料電極と電気電極とを
入れ換えてハニカム構造の空気電極を形成し、この空気
電極の内周面に固体電解質膜、燃料電極を成膜すること
もできる。この場合は、例えば第８図において、左上、
右上の単位管では孔内に空気電極が露出しかつ導電性酸
化ガス供給管が貫通し、右上、左下の単位管では孔内に
燃料電極が露出しておりかつ導電性燃料ガス供給管が貫
通する。

（発明の効果）本発明に係る燃料電池発電装置によれば、互いに隣接
する燃料電池素子の開口同士が互いに対向された状態
で、燃料電池素子を複数個配列して燃料電池素子配列体
を形成しているので、この燃料電池素子配列体に属する
燃料電池素子の数を変えることで、この配列体の長さを
任意に変えることができ、配列体を長くして発電装置の
体積当りの発電効率を非常に高めうると共に、同時に各
燃料電池素子の長さは短かくとも済むことから、この素
子における温度勾配、熱勾配を小さく抑えることができ
る。しかも燃料電池素子自体を長尺化する場合のよう
に、素子の製造が困難となることはなく、製造上極めて
有利である。

しかも、燃料電池素子配列体に属する複数の燃料電池
素子の内部空間を燃料ガス供給管又は酸化ガス供給管に
貫通させ、複数の燃料電池素子の内部空間へと燃料ガス
又は酸化ガスを供給しているので、従来のように燃料電
池素子一個毎に一本ずつ酸化ガス供給管を用意したり、
一室ずつ燃料室を設けたりする必要はなく、簡略な操作
で高能率の稼動が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の燃料電池発電装置を示す一部破断斜視
図、第２図は第１図のII−II線矢視断面図、第３図は第１図のIII−III線矢視断面図、第４図は第１図の燃料電池発電装置を示す一部平面図、第５図は他の燃料電池発電装置を示す一部破断斜視図、第６図は第５図のVI−VI線矢視断面図、第７図は第５図の燃料電池発電装置を示す一部平面図、第８図は更に他の燃料電池発電装置を示す第６図と同様
の断面図である。１……円筒状SOFC素子、２……導電性酸化ガス供給管３……導電性燃料ガス供給管４……多孔室隔壁５……針状集電体（ブラシ状集電体）６……発電室７……燃焼物生成室 8,18,28……燃料電極 9,19,29……固体電解質隔壁 10,20……空気電極 11……ハニカム状SOFC素子 50……開口 60……円筒状SOFC素子配列体 70……ハニカム状SOFC素子配列体 A,A′……酸化ガスの流れ B,B′……燃料ガスの流れＣ……円筒状SOFC素子の内部空間Ｄ……ハニカム状SOFC素子の各孔内空間

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の筒状の燃料電池素子からなる燃料電
池素子配列体と、この燃料電池素子配列体に属する前記
各燃料電池素子に対して燃料ガスまたは酸化ガスを供給
するガス供給管とを備える燃料電池発電装置であって、前記の各燃料電池素子が、イオン伝導性を有する固体電
解質隔壁とこの固体電解質隔壁の一方の側に設けられた
燃料電極と前記固体電解質隔壁の他方の側に設けられた
空気電極とを少なくとも備えており、前記各燃料電池素
子の内部空間が前記燃料電池素子の両端で開口してお
り、前記燃料電池素子配列体において各燃料電池素子と
この燃料電池素子に隣接する燃料電池素子との間に空隙
が設けられており、この空隙によって隣接する前記各燃
料電池素子が電気的および機械的に絶縁されており、前
記の各燃料電池素子の開口と、この燃料電池素子に隣接
する燃料電池素子の開口とが対向しており、前記ガス供
給管が、前記燃料電池素子配列体に属する複数の前記燃
料電池素子の前記開口および前記内部空間を貫通してお
り、前記各燃料電池素子の前記各内部空間においてそれ
ぞれ前記各内部空間へと燃料ガス又は酸化ガスを供給す
るためのガス供給口が前記ガス供給管の側面に設けられ
ていることを特徴とする、燃料電池発電装置。
【請求項２】複数の燃料電池素子からなる燃料電池素子
配列体と、この燃料電池素子配列体に属する前記各燃料
電池素子に対して燃料ガスを供給する燃料ガス供給管
と、前記各燃料電池素子に対して酸化ガスを供給する酸
化ガス供給管とを備える燃料電池発電装置であって、前記の各燃料電池素子が、イオン伝導性を有する固体電
解質隔壁とこの固体電解質隔壁の一方の側に設けられた
燃料電極と前記固体電解質隔壁の他方の側に設けられた
空気電極とを少なくとも備えており、前記固体電解質隔
壁、前記燃料電極または前記空気電極がハニカム状構造
体であり、前記各燃料電池素子の各内部空間がそれぞれ
前記燃料電池素子の両端で開口しており、前記各内部空
間に前記燃料電極と前記空気電極との一方が露出してお
り、前記燃料電池素子配列体において各燃料電池素子と
この燃料電池素子に隣接する燃料電池素子との間に空隙
が設けられており、この空隙によって隣接する前記各燃
料電池素子が電気的および機械的に絶縁されており、前
記の各燃料電池素子の各開口と、この燃料電池素子に隣
接する燃料電池素子の各開口とが対向しており、前記燃
料ガス供給管が、複数の前記燃料電池素子の前記燃料電
極が露出している前記各内部空間を貫通しており、前記
燃料電極が露出している前記各内部空間においてそれぞ
れ前記各内部空間へと燃料ガスを供給するための燃料ガ
ス供給口が前記燃料ガス供給管の側面に設けられてお
り、前記酸化ガス供給管が、複数の前記燃料電池素子の
前記空気電極が露出している前記内部空間を貫通してお
り、前記空気電極が露出している前記各内部空間におい
てそれぞれ前記各内部空間へと酸化ガスを供給するため
の酸化ガス供給口が前記酸化ガス供給管の側面に設けら
れていることを特徴とする、燃料電池発電装置。