JP2816474B2 - Solid oxide fuel cell module - Google Patents

Solid oxide fuel cell module

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JP2816474B2
JP2816474B2 JP1130454A JP13045489A JP2816474B2 JP 2816474 B2 JP2816474 B2 JP 2816474B2 JP 1130454 A JP1130454 A JP 1130454A JP 13045489 A JP13045489 A JP 13045489A JP 2816474 B2 JP2816474 B2 JP 2816474B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、固体電解質を使用した燃料電池のうち、
同心状に設けられた内部集電子と外部集電子管との間の
空間に複数の燃料電池単体を配設した構造の固体電解質
型燃料電池モジュールに関するものである。
The present invention relates to a fuel cell using a solid electrolyte,
The present invention relates to a solid oxide fuel cell module having a structure in which a plurality of fuel cells are arranged in a space between an internal current collector and an external current collector tube provided concentrically.

従来の技術 固体電解質型燃料電池の出力は直流で各燃料電池単体
の電圧は約1Vと低い。また実用上は交流に変換する場合
が多いことから、直流を交流に変換する際の変換効率の
上からも電池電圧が高いことが望ましい。そのため、複
数の燃料電池単体をなんらかの方法で直列に接続すると
ともに、高出力とするため並列にも接続する必要があっ
た。
2. Description of the Related Art The output of a solid oxide fuel cell is DC, and the voltage of each fuel cell alone is as low as about 1V. In addition, since the voltage is often converted to AC in practical use, it is desirable that the battery voltage be high also from the viewpoint of conversion efficiency when converting DC to AC. Therefore, it has been necessary to connect a plurality of fuel cells alone in series by some method, and also to connect them in parallel in order to obtain high output.

例えば第3図および第4図は、本出願人の既出願(特
願平1−11433号)中に記載されている固体電解質型燃
料電池モジュールおよびそれに使用されている燃料電池
単体を示すもので、第3図に示す固体電解質型燃料電池
モジュール1は、相互間に空間を存して同心円筒状に配
設された導電性材料からなる内部集電子管2と外部集電
子管3との間に、6個の燃料電池単体4を収納したもの
で、第4図に示すように各燃料電池単体4は、円筒形に
形成された固体電解質5の内周に酸素電極6を、この固
体電解質5の外周に燃料電極7がそれぞれ形成された3
層構造となっており、この燃料電池単体4の最外層の燃
料電極7と中間層の固体電解質5とには、最内層の酸素
電極6に達する深さで軸線と平行なスリット8が形成さ
れ、このスリット8内にはインターコネクタ9が、前記
酸素電極6と接触し、燃料電極7と非接触状態に設けら
れている。
For example, FIGS. 3 and 4 show the solid oxide fuel cell module described in the applicant's already filed application (Japanese Patent Application No. 1-11433) and the fuel cell unit used therein. The solid oxide fuel cell module 1 shown in FIG. 3 has a space between the inner current collector tube 2 and the outer current collector tube 3 made of a conductive material arranged concentrically with a space therebetween. As shown in FIG. 4, each fuel cell unit 4 contains an oxygen electrode 6 on the inner periphery of a solid electrolyte 5 formed in a cylindrical shape, and The fuel electrode 7 is formed on the outer periphery 3
The fuel cell unit 4 has a layered structure. A slit 8 is formed in the outermost fuel electrode 7 and the intermediate solid electrolyte 5 of the fuel cell unit 4 at a depth reaching the innermost oxygen electrode 6 and parallel to the axis. An interconnector 9 is provided in the slit 8 so as to be in contact with the oxygen electrode 6 and not in contact with the fuel electrode 7.

そして、このように構成される各燃料電池単体4は、
それぞれのインターコネクタ9の先端を、前記内部集電
子管2の外周面に導電繊維フェルト10を介して当接され
るとともに、各燃料電池単体4の最外層の燃料電極7
を、外部集電子管3の内周面に導電繊維フェルト11を介
して当接させて、並列に接続されて固体電解質型燃料電
池モジュール1が形成されている。
And each fuel cell unit 4 thus configured is
The tip of each interconnector 9 is brought into contact with the outer peripheral surface of the internal current collector tube 2 via a conductive fiber felt 10, and the outermost fuel electrode 7 of each fuel cell unit 4.
Are brought into contact with the inner peripheral surface of the external current collector tube 3 via the conductive fiber felt 11 and are connected in parallel to form the solid oxide fuel cell module 1.

そして、この固体電解質型燃料電池モジュール1に
は、6本の各燃料電池単体4の酸素電極6の内側に酸素
または空気が供給されるとともに、6本の燃料電池単体
4の各燃料電極7の外側で、かつ外部集電子管3の内側
の空間には、水素等の燃料ガスが供給され、固体電解質
5を介した酸化・還元反応が起きて電気が生じ、並列に
接続された各燃料電池単体4に生じた電気は、それぞれ
導電性を有する内部集電子管2と外部集電子管3とに集
電される。
In the solid oxide fuel cell module 1, oxygen or air is supplied inside the oxygen electrodes 6 of the six fuel cells 4 and the fuel electrodes 7 of the six fuel cells 4 are supplied. A fuel gas such as hydrogen is supplied to a space outside and inside the external current collector tube 3, and an oxidation / reduction reaction occurs through the solid electrolyte 5 to generate electricity. The electricity generated in 4 is collected by the internal current collector tube 2 and the external current collector tube 3 having conductivity.

発明が解決しようとする課題 一般的に燃料電池は、固体電解質の一方の側を流通す
る燃料ガスと、固体電解質5を挟んで反対側を流通する
空気とを隔絶する必要があるが、その点では、前述した
従来の固体電解質型燃料電池モジュールのように、円筒
形の燃焼電池単体4を複数集合させた形式の燃料電池で
は、円筒形の各燃料電池単体4の固体電解質5の内側を
流通する燃料ガスと、固体電解質5の外側を流通する空
気とを気密に隔てるシール性に優れるという利点を有す
る反面、各燃料電池単体4がそれぞれ円筒形であるた
め、複数集合させて固体電解質型燃料電池モジュールを
構成した場合に、各燃料電池単体間に大きな空間が形成
されるという欠点があった。また、従来においては、こ
の固体電解質型燃料電池モジュールの内部に形成される
空間を、燃料ガスや空気の流通路として利用する程度
で、この空間が充分に活用されていなかった。
Problems to be Solved by the Invention In general, a fuel cell needs to isolate a fuel gas flowing on one side of a solid electrolyte from air flowing on the other side with the solid electrolyte 5 interposed therebetween. Then, in a fuel cell of a type in which a plurality of cylindrical combustion cells 4 are assembled as in the above-described conventional solid oxide fuel cell module, the inside of the solid electrolyte 5 of each cylindrical fuel cell 4 is circulated. Has the advantage of being excellent in sealing performance for airtightly separating the fuel gas to be discharged from the air flowing outside the solid electrolyte 5, however, since each fuel cell unit 4 is cylindrical, a plurality of fuel cells are assembled into a solid electrolyte type fuel. When the battery module is configured, there is a disadvantage that a large space is formed between the individual fuel cells. Conventionally, the space formed inside the solid oxide fuel cell module is used only as a flow path for fuel gas or air, and this space has not been sufficiently utilized.

また、前述した従来の固体電解質型燃料電池モジュー
ルの場合には、各燃料電池4の内部に空気あるいは燃料
ガスを供給するのは容易であるが、外部集電子管3内の
各燃料電池4の周囲の空間に、燃料ガスあるいは空気を
供給するには、燃料ガスの供給管等を配管接続する必要
があるが、この接続作業が繁雑で困難であった。
In the case of the above-mentioned conventional solid oxide fuel cell module, it is easy to supply air or fuel gas into each fuel cell 4. In order to supply the fuel gas or the air to the space, it is necessary to connect a fuel gas supply pipe or the like with a pipe, but this connection work is complicated and difficult.

この発明は上記事情に鑑みなされたもので、円筒形の
燃料電池単体を用いた固体電解質型燃料電池モジュール
の内部空間を有効に利用することを主たる目的とし、さ
らには、その内部空間を利用することによって固体電解
質型燃料電池モジュールの発電特性の向上を図り、また
固体電解質型燃料電池モジュールへの燃料ガス供給管や
酸素供給管の接続の簡易化を図った電解質型燃料電池モ
ジュールを提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a main object to effectively use the internal space of a solid oxide fuel cell module using a cylindrical fuel cell alone, and further uses the internal space. To provide an electrolyte fuel cell module that improves the power generation characteristics of the solid oxide fuel cell module and simplifies the connection of the fuel gas supply pipe and the oxygen supply pipe to the solid oxide fuel cell module. It is an object.

課題を解決するための手段 上記課題を解決するための手段としてこの発明は、空
間を存して同心状に設けられた内部集電子と外部集電子
管との間に、管状の固体電解質の内側に酸素電極または
燃料電極を、外側に燃料電極または酸素電極を設けた燃
料電池単体を複数個配設した固体電解質型燃料電池モジ
ュールにおいて、前記外部集電子管内の各燃料電池単体
間に形成される空間に、熱回収装置の吸熱部を配設した
ことを特徴としている。
Means for Solving the Problems As a means for solving the above-mentioned problems, the present invention provides an inner collector and an outer collector tube provided concentrically with a space, inside a tubular solid electrolyte. In a solid oxide fuel cell module in which an oxygen electrode or a fuel electrode is provided with a plurality of fuel cells each having a fuel electrode or an oxygen electrode on the outside, a space formed between the fuel cells in the external collector tube. In addition, a heat absorbing portion of the heat recovery device is provided.

また、空間を存して同心状に設けられた内部集電子と
外部集電子管との間に、管状の固体電解質の内側に酸素
電極または燃料電極を、外側に燃料電極または酸素電極
を設けた燃料電池単体を複数個配設した固体電解型燃料
電池モジュールにおいて、前記外部集電子管内の各燃料
電池単体間に形成される空間に、燃料ガスあるいは酸素
の供給管を配設したことを特徴としている。
Further, a fuel in which an oxygen electrode or a fuel electrode is provided inside a tubular solid electrolyte, and a fuel electrode or an oxygen electrode is provided outside, between an internal current collector and an external current collector tube provided concentrically in a space. In a solid-electrolyte fuel cell module in which a plurality of cells are provided, a fuel gas or oxygen supply pipe is provided in a space formed between the fuel cells in the external current collector tube. .

作用 請求項1記載の固体電解質型燃料電池モジュールは、
同心状に設けられた内部集電子と外部集電子管との間に
配設された複数の燃料電池単体の周囲に形成される空間
に、ヒートパイプ等の熱回収装置の吸熱部を配設するこ
とにより、各燃料電池単体における酸化・還元反応の反
応熱が蓄積されて、理想状態の発電特性が得られる固体
電解質の温度以上に過熱された際に、固体電解質型燃料
電池モジュール内から熱を回収して外部に取り出し、モ
ジュール内の温度を適温まで下げることにより、従来の
固体電解質型燃料電池モジュールの場合に行っていた、
過熱を防ぐために燃料ガスや空気の供給量を増加して、
排出ガスによる冷却を行う必要がなくなり、燃料ガス等
の消費量が著しく低減される。
The solid oxide fuel cell module according to claim 1 is
Arranging a heat-absorbing portion of a heat recovery device such as a heat pipe in a space formed around a plurality of fuel cells arranged between concentrically provided internal current collectors and an external current collector tube. As a result, heat of oxidation / reduction reactions in each fuel cell alone is accumulated, and heat is recovered from the inside of the solid oxide fuel cell module when the fuel cell is overheated to a temperature higher than the solid electrolyte temperature where ideal power generation characteristics can be obtained. By taking it out and lowering the temperature inside the module to an appropriate temperature, this was done in the case of the conventional solid oxide fuel cell module,
Increase the supply of fuel gas and air to prevent overheating,
There is no need to perform cooling by exhaust gas, and the consumption of fuel gas and the like is significantly reduced.

また、請求項2記載の固体電解質型燃料電池モジュー
ルは、同心状に設けられた内部集電子と外部集電子管と
の間に配設された複数の燃料電池単体の周囲に形成され
る空間に、燃料ガスあるいは空気の供給パイプを配設す
ることにより、繁雑であった固体電解質型燃料電池モジ
ュールの端部における燃料ガスあるいは空気の供給管の
配管接続が不要となる。
Further, the solid oxide fuel cell module according to claim 2 is provided in a space formed around a plurality of fuel cells alone provided between the internal current collector and the external current collector tube provided concentrically. The provision of the fuel gas or air supply pipe eliminates the need for the complicated connection of the fuel gas or air supply pipe at the end of the solid oxide fuel cell module.

実 施 例 以下、この発明の固体電解質型燃料電池モジュールの
実施例を第1図および第2図に基づいて説明する。
Embodiment An embodiment of a solid oxide fuel cell module according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.

第1図はこの発明の第1実施例の固体電解質型燃料電
池モジュール21を示すもので、同心円筒状に設けられた
内部集電子管22とと外部集電子管23と、これら両者間に
配設され、並列に接続された6個の燃料電池単体24とか
ら構成されている。
FIG. 1 shows a solid oxide fuel cell module 21 according to a first embodiment of the present invention, in which an inner current collector tube 22 and an outer current collector tube 23 provided in a concentric cylindrical shape are disposed between these two. , And six fuel cells 24 connected in parallel.

また、前記各燃料電池単体24は支持管を用いない自己
支持構造となっており、イットリア安定化ジルコニア
(YSZ)等を環状に形成した固体電解質25と、この固体
電解質25の内側に形成された酸素電極26と、外側に形成
された燃料電極27との3層構造となっており、酸素電極
26は高い導電性とガス透過性を有する、例えばペロブス
カイト型ランタン系複合酸化物を素材とする多孔質体で
あり、また燃料電極27は、ニッケル等の金属粉末を固め
たもの、またはニッケルとジルコニアとのサーメットな
どの多孔質体で形成されている。そして、最外側の燃料
電極27とその内側の固体電解質25との両者には、長手方
向に連続する1本のスリットが形成され、このスリット
内にはインターコネクタ28が、燃料電極27と非接触状態
で、かつ最内側の酸素電極26と接触した状態に設けられ
ている。
Each fuel cell unit 24 has a self-supporting structure without using a support tube, and has a solid electrolyte 25 formed of yttria-stabilized zirconia (YSZ) or the like in an annular shape, and is formed inside the solid electrolyte 25. It has a three-layer structure of an oxygen electrode 26 and a fuel electrode 27 formed outside.
Reference numeral 26 denotes a porous body having high conductivity and gas permeability, for example, made of a perovskite-type lanthanum-based composite oxide, and the fuel electrode 27 is formed by solidifying a metal powder such as nickel, or nickel and zirconia. And a porous body such as a cermet. One slit continuous in the longitudinal direction is formed in both the outermost fuel electrode 27 and the solid electrolyte 25 inside thereof, and the interconnector 28 is in contact with the fuel electrode 27 in the slit. It is provided in a state and in contact with the innermost oxygen electrode 26.

また、上記のように形成された各燃料電池単体24は、
それぞれのインターコネクタ28の先端を、ニッケルフェ
ルト29を介して前記内部集電子管22の外周に電気的に接
続するとともに、それぞれの燃料電極27上で、各インタ
ーコネクタ28と中心を挾んで対向する位置を、ニッケル
フェルト30を介して前記外部集電子管23の内周面に接続
して並列接接続状態に配列されている。
Further, each fuel cell unit 24 formed as described above is
The tip of each interconnector 28 is electrically connected to the outer periphery of the internal current collector tube 22 via a nickel felt 29, and is positioned on each fuel electrode 27 so as to face each interconnector 28 with the center therebetween. Are connected to the inner peripheral surface of the external current collector tube 23 via a nickel felt 30 and are arranged in a parallel connection state.

さらに、内部集電子管22と外部集電子管23との間に配
設された各燃料電池単体24の相互間に形成された6箇所
の空間には、各空間のそれぞれ外部集電子管23に近い側
に、熱回収装置の吸熱部であるヒートパイプ31の蒸発部
がそれぞれ燃料電池単体24と平行に設けられている。
Furthermore, six spaces formed between the fuel cell units 24 disposed between the internal current collecting tube 22 and the external current collecting tube 23 include a space near each external current collecting tube 23 in each space. The evaporator of the heat pipe 31, which is a heat absorbing part of the heat recovery device, is provided in parallel with the fuel cell unit 24, respectively.

そして、固体電解質型燃料電池モジュール21を構成し
ている各燃料電池単体24の酸素電極26の内側の中空部内
には酸素(O2)を含んだ空気が供給され、また外部集電
子管23内の各燃料電池単体24の外周に供給されるように
なっている。なお、各ヒートパイプ31により固体電解質
型燃料電池モジュール21内より回収された熱は、例えば
外部集電子管23の下流側から排出される反応ガスの熱と
ともに蒸気タービンサイクル等に送られて利用される。
Then, air containing oxygen (O 2 ) is supplied into the hollow portion inside the oxygen electrode 26 of each fuel cell unit 24 constituting the solid oxide fuel cell module 21. The fuel is supplied to the outer periphery of each fuel cell unit 24. The heat recovered from the inside of the solid oxide fuel cell module 21 by each heat pipe 31 is sent to, for example, a steam turbine cycle and used together with the heat of the reaction gas discharged from the downstream side of the external current collector tube 23. .

次に、上記のように構成されるこの実施例の作用を説
明する。
Next, the operation of this embodiment configured as described above will be described.

固体電解質型燃料電池モジュール21は、各燃料電池単
体24の酸素電極26の内側の空間にそれぞれ酸素あるいは
空気が供給されるとともに、燃料電池単体24の周囲の前
記熱回収装置のヒートパイプ31が配設された各空間内に
燃料の水素ガスが供給され、各燃料電池単体24において
は、それぞれの固体電解質25を介して酸化・還元反応が
起きて電流が生じ、各インターコネクタ28からニッケル
フェルト29を介して集電される内部集電子管22が陽極と
なり、また外周の各燃料電極27からニッケルフェルト30
を介して集電される外部集電子管23が陰極となって、発
生した電流を取出すことができる。
In the solid oxide fuel cell module 21, oxygen or air is respectively supplied to the space inside the oxygen electrode 26 of each fuel cell unit 24, and the heat pipe 31 of the heat recovery device around the fuel cell unit 24 is arranged. Hydrogen gas as a fuel is supplied into each space provided, and in each fuel cell unit 24, an oxidation / reduction reaction occurs via each solid electrolyte 25 to generate an electric current, and a nickel felt 29 from each interconnector 28. The internal collector tube 22 that is collected through the anode serves as the anode, and the nickel felt 30
The external current collecting tube 23, which is collected via the IGBT, serves as a cathode, and can take out the generated current.

そして、反応熱によって固体電解質型燃料電池モジュ
ール21内の各燃料電池単体24が加熱されるとともに、熱
が蓄積されて酸化・還元反応を行う固体電解質25の適温
範囲を超える温度まで上昇した場合には、熱回収装置を
作動させ、各ヒートパイプ31の蒸発部が外部集電子管23
内の雰囲気(燃料ガス)中から熱を吸収して固体電解質
型燃料電池モジュール21の外へ輸送し、外部集電子管23
内の雰囲気温度を低下させて、各燃料電池単体24を適温
範囲に維持させる。
When the fuel cells 24 in the solid oxide fuel cell module 21 are heated by the reaction heat, the heat is accumulated and the temperature rises to a temperature exceeding the appropriate temperature range of the solid electrolyte 25 performing the oxidation / reduction reaction. Operates the heat recovery device, and the evaporator of each heat pipe 31
It absorbs heat from the atmosphere (fuel gas) inside and transports it to the outside of the solid oxide fuel cell module 21 to form an external current collector tube 23.
The temperature of the inside of the fuel cell is lowered to maintain each fuel cell unit 24 in an appropriate temperature range.

したがって、各燃料電池単体24の過熱を防止できるの
で、発電特性を高水準に維持でき、発電能力の上限状態
で、長時間の連続運転も可能となり、また固体電解質型
燃料電池モジュール21内の温度管理が容易となる。特
に、熱回収装置の吸熱部にヒートパイプ31を使用してい
るため、熱回収装置により冷却する際の応答性に優れて
おり、短時間で所定の温度まで冷却することができる。
また、従来の固体電解質型燃料電池モジュールのよう
に、燃料ガスの供給量を増加することによって燃料電池
単体を冷却する場合に比べて、発電反応に携らないで排
出される燃料ガスの無駄な消費を著しく削減することが
できる。
Therefore, since overheating of each fuel cell unit 24 can be prevented, power generation characteristics can be maintained at a high level, continuous operation can be performed for a long time at the upper limit of the power generation capacity, and the temperature inside the solid oxide fuel cell module 21 can be maintained. Management becomes easy. In particular, since the heat pipe 31 is used in the heat absorbing portion of the heat recovery device, the heat recovery device has excellent responsiveness when cooled by the heat recovery device, and can be cooled to a predetermined temperature in a short time.
Further, as compared with the case where the fuel cell alone is cooled by increasing the supply amount of the fuel gas as in the conventional solid oxide fuel cell module, the waste of the fuel gas discharged without participating in the power generation reaction is reduced. Consumption can be significantly reduced.

なお、熱回収装置で回収された熱は、例えばこの固体
電解質型燃料電池モジュール21に供給する燃料ガス等を
予熱するために使用されたり、または外部集電子管23の
下流側から排出されてアフターバーナで燃焼させた排ガ
スの熱とともに、蒸気タービンサイクル等に送られて利
用される。
The heat recovered by the heat recovery device is used, for example, to preheat fuel gas or the like supplied to the solid oxide fuel cell module 21, or is discharged from the downstream side of the external current collector tube 23 to be used as an afterburner. Along with the heat of the exhaust gas combusted in the above, it is sent to a steam turbine cycle or the like for use.

また第2図はこの発明の第2実施例を示すもので、こ
の固体電解質型燃料電池モジュール41は、前記第1実施
例の固体電解質型燃料電池モジュール21において、内部
集電子管22と外部集電子管23との間に設けられた各燃料
電池単体24の周囲の空間内に配設された6本のヒートパ
イプ31のうち、1本おきに計3本のヒートパイプ31を排
除し、ヒートパイプ31を排除したそれぞれの位置に代り
に燃料ガス供給パイプ42を設けたもので、以下、第1実
施例と同一の構成部分には同一の符号を付し、その部分
の詳細な説明を省略して説明する。
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. This solid electrolyte fuel cell module 41 is the same as the solid electrolyte fuel cell module 21 of the first embodiment, except that the inner current collector tube 22 and the outer current collector tube are different from each other. Of the six heat pipes 31 arranged in the space around each fuel cell unit 24 provided between the heat pipes 23 and 23, a total of three heat pipes 31 are eliminated every other one, and the heat pipes 31 are removed. The fuel gas supply pipe 42 is provided instead of each position except for the following. The same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the detailed description of those portions will be omitted. explain.

固体電解質型燃料電池モジュール41の内部集電子管22
と外部集電子管23との間には6個の燃料電池単体24が、
それぞれのインターコネクタ28先端を、ニッケルフェル
ト29を介して内部集電子管22の外周に、それぞれの燃料
電極27上で、各インターコネクタ28と中心を挾んで対向
する位置を、ニッケルフェルト30を介して前記外部集電
子管23の内周面に接続して並列接続した状態に配列され
ている。
Internal collector tube 22 of solid oxide fuel cell module 41
And six fuel cells 24 between the external current collector tube 23 and
The tip of each interconnector 28 is located on the outer periphery of the internal current collector tube 22 via a nickel felt 29, and the position facing each interconnector 28 with the center on each fuel electrode 27 via a nickel felt 30. It is arranged in a state of being connected to the inner peripheral surface of the external current collector tube 23 and connected in parallel.

そして、外部集電子管23内の各燃料電池単体24の相互
間に形成された6箇所の空間には、熱回収装置の吸熱部
である3本のヒートパイプ31と、3本の燃料ガス供給管
端末42とが、それぞれ燃料電池単体24と平行するととも
に、ヒートパイプ31と供給管端末42とが1本おきに交互
に並ぶように設けられている。
And, in the six spaces formed between the individual fuel cells 24 in the external current collector tube 23, three heat pipes 31 which are heat absorbing portions of the heat recovery device and three fuel gas supply pipes are provided. The terminals 42 are provided in parallel with the fuel cell unit 24, and the heat pipes 31 and the supply pipe terminals 42 are alternately arranged alternately.

この固体電解質型燃料電池モジュール41には、各燃料
電池単体24の中空部内に空気が供給され、また外部集電
子管23内の燃料電池単体24の周囲の空間には、この空間
内に配設された前記供給管端末42から燃料ガスの水素が
供給されるようになっている。したがって、供給管端末
42の前記空間内に配設された区間に多数の孔を形成して
これらの孔から燃料ガスを噴出させるか、または、前記
外部集電子管23を先端閉塞型とするとともに、供給管端
末42の先端を外部集電子管23内の先端を閉塞している底
部付近に配設して、この供給管端末41の先端から燃料ガ
スを噴出させるようにすれば、燃料ガスの供給管と外部
集電子管23等とを気密に接続する配管接続が不要とな
る。
In the solid oxide fuel cell module 41, air is supplied into the hollow portion of each fuel cell unit 24, and the space around the fuel cell unit 24 in the external current collector tube 23 is provided in this space. Further, hydrogen of the fuel gas is supplied from the supply pipe terminal 42. Therefore, supply pipe terminal
A large number of holes are formed in the section disposed in the space of 42 and fuel gas is ejected from these holes, or the external current collector tube 23 is made to be a closed end type, and the supply tube terminal 42 If the front end is disposed near the bottom of the external current collector tube 23 that closes the front end, and the fuel gas is ejected from the front end of the supply tube terminal 41, the fuel gas supply tube and the external current collector tube 23 There is no need for a pipe connection for airtight connection with the like.

また、熱回収装置のヒートパイプ31は、各燃料電池単
体24が過熱状態となった際に、固体電解質型燃料電池モ
ジュール41内より熱を回収して燃料電池単体24の温度を
低下させて適温範囲に戻し、発電特性を高水準に維持さ
せるようになっている。
The heat pipe 31 of the heat recovery device recovers heat from inside the solid oxide fuel cell module 41 when each fuel cell unit 24 becomes overheated, lowers the temperature of the fuel cell unit 24, and The range is returned to maintain the power generation characteristics at a high level.

次に、上記のように構成される第2実施例の作用を説
明する。
Next, the operation of the second embodiment configured as described above will be described.

固体電解質型燃料電池モジュール41は、各燃料電池単
体24の酸素電極26の内側の空間にそれぞれ空気が供給さ
れるとともに、燃料電極27の周囲の空間には、ヒートパ
イプ31と1本おきに配設された各供給管端末42から水素
ガスが供給され、各燃料電池単体24においては、それぞ
れの固体電解質25を介して酸化・還元反応が起きて電流
が生じ、各インターコネクタ28からニッケルフェルト29
を介して集電される内部集電子管22が陽極となり、また
外周の各燃料電極27からニッケルフェルト30を介して集
電される外部集電子管23が陰極となって、発生した電流
を取出すことができる。また前述したように、特に供給
管端末42に多数の孔を形成して、各燃料電池単体24の長
さ方向全域に均等に燃料ガスを供給するか、または前記
外部集電子管23を先端閉塞型として外部集電子管23内の
閉塞された先端側に燃料ガスを噴出させて流れる方向を
反転させるとともに拡散させ、外部集電子管23内全域に
ムラなく供給されるようにすれば、発電特性を向上させ
ることができる。
In the solid oxide fuel cell module 41, air is supplied to the space inside the oxygen electrode 26 of each fuel cell unit 24, and the heat pipe 31 and the heat pipe 31 are arranged alternately in the space around the fuel electrode 27. Hydrogen gas is supplied from each of the supply pipe terminals 42 provided, and in each fuel cell unit 24, an oxidation / reduction reaction occurs via the respective solid electrolyte 25 to generate a current, and a nickel felt 29 from each interconnector 28.
The internal collector tube 22 that is collected through the anode serves as an anode, and the outer collector tube 23 that is collected from each outer peripheral fuel electrode 27 through the nickel felt 30 serves as a cathode, and the generated current can be taken out. it can. Further, as described above, in particular, a large number of holes are formed in the supply tube terminal 42 so that the fuel gas is uniformly supplied to the entire length direction of each fuel cell unit 24, or the external current collector tube 23 is closed at the end. As a result, the fuel gas is ejected to the closed front end side in the external current collector tube 23 to reverse the flow direction and diffuse the fuel gas, so that the fuel gas is supplied uniformly throughout the external current collector tube 23, thereby improving the power generation characteristics. be able to.

また、反応熱によって固体電解質型燃料電池モジュー
ル41内の各燃料電池単体24が加熱されるとともに、熱が
蓄積されて過熱状態となった場合には、熱回収装置を作
動させて各ヒートパイプ31が外部集電子管23内の雰囲気
(燃料ガス)中から熱を吸収して固体電解質型燃料電池
モジュール41の外へ輸送し、外部集電子管23内の雰囲気
温度を低下させて、各燃料電池単体24を適温範囲に維持
させ、各燃料電池単体24の発電特性を高水準に維持で
き、発電能力の上限状態で、長時間の連続運転も可能と
なる。また固体電解質型燃料電池モジュール41内の温度
管理が容易となり、特に、熱回収装置の吸熱部にヒート
パイプ31を使用しているため、熱回収装置により冷却す
る際の応答性に優れており、短時間で所定の温度まで冷
却することができる。さらに、従来の固体電解質型燃料
電池モジュールのように、燃料ガスの供給量を増加する
ことによって燃料電池単体を冷却する場合に比べて、発
電反応に携らないで排出される燃料ガスの無駄な消費を
著しく削減することができる。
Further, each fuel cell unit 24 in the solid oxide fuel cell module 41 is heated by the reaction heat, and when the heat is accumulated and becomes overheated, the heat recovery device is activated to operate each heat pipe 31. Absorbs heat from the atmosphere (fuel gas) in the external current collector tube 23 and transports the heat to the outside of the solid oxide fuel cell module 41, lowers the ambient temperature in the external current collector tube 23, and Is maintained in an appropriate temperature range, the power generation characteristics of each fuel cell unit 24 can be maintained at a high level, and continuous operation for a long time is possible with the upper limit of the power generation capacity. Further, the temperature control in the solid oxide fuel cell module 41 is facilitated, and in particular, since the heat pipe 31 is used in the heat absorbing portion of the heat recovery device, the responsiveness when cooling by the heat recovery device is excellent, It can be cooled to a predetermined temperature in a short time. Furthermore, as compared with the case of cooling the fuel cell alone by increasing the supply amount of the fuel gas as in the conventional solid oxide fuel cell module, the waste of the fuel gas discharged without participating in the power generation reaction is reduced. Consumption can be significantly reduced.

なお、熱回収装置で回収された熱は、外部集電子管23
の下流側から排出され、アフターバーナで燃焼させた排
ガスの熱とともに、例えば蒸気タービンサイクル等に送
られて利用される。
The heat recovered by the heat recovery device is transferred to the external current collector tube 23.
The exhaust gas is discharged from the downstream side and is sent to, for example, a steam turbine cycle and used together with the heat of the exhaust gas burned by the afterburner.

発明の効果 以上説明したようにこの発明は、空間を存して同心状
に設けられた内部集電子と外部集電子管との間に、管状
の固体電解質の内側に酸素電極または燃料電極を、外側
に燃料電極または酸素電極を設けた燃料電池単体を複数
個配設した固体電解質型燃料電池モジュールにおいて、
前記外部集電子管内の各燃料電池単体間に形成される空
間に、熱回収装置の吸熱部を配設したので、固体電解質
型燃料電池モジュール内の空間の有効利用が図れるとと
もに、各燃料電池単体の過熱を防止して発電特性を高水
準に維持することができ、また、熱回収装置で回収した
余剰熱エネルギを有効に利用することができる。
Effect of the Invention As described above, the present invention provides an oxygen electrode or a fuel electrode inside a tubular solid electrolyte between an internal current collector and an external current collector tube provided concentrically with a space, and an outer electrode. In a solid oxide fuel cell module in which a plurality of fuel cells each having a fuel electrode or an oxygen electrode are provided,
Since the heat absorbing portion of the heat recovery device is disposed in the space formed between the individual fuel cells in the external current collector tube, the space in the solid oxide fuel cell module can be effectively used, and Overheating can be prevented to maintain the power generation characteristics at a high level, and the excess heat energy recovered by the heat recovery device can be effectively used.

また、空間を存して同心円筒状に設けられた内部集電
子管と外部集電子管との間に、管状の固体電解質の内側
に酸素電極または燃料電極を、外側に燃料電極または酸
素電極を設けた燃料電池単体を複数個配設した固体電解
質型燃料電池モジュールにおいて、前記外部集電子管内
の各燃料電池単体間に形成される空間に、燃料ガスある
いは酸素の供給管を配設したので、固体電解質型燃料電
池モジュール内の空間の有効利用が図れるとともに、外
部集電子管の端部と、燃料ガスまたは酸素の供給管とを
気密に接続する配管接続が不要となる等の効果を有す
る。
Further, an oxygen electrode or fuel electrode was provided inside the tubular solid electrolyte, and a fuel electrode or oxygen electrode was provided outside the tubular solid electrolyte between the internal current collector tube and the external current collector tube provided concentrically in a space. In a solid oxide fuel cell module in which a plurality of fuel cells are provided, a fuel gas or oxygen supply pipe is provided in a space formed between the fuel cells in the external current collector tube. The effective use of the space in the fuel cell module can be achieved, and there is an effect that piping connection for airtightly connecting the end of the external current collector tube and the fuel gas or oxygen supply tube becomes unnecessary.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図および第2図はそれぞれこの発明の実施例を示す
もので、第1図は第1実施例の固体電解質型燃料電池モ
ジュールの断面正面図、第2図は第2実施例の固体電解
質型燃料電池モジュールの断面正面図、第3図および第
4図は従来例を示すもので、第3図は従来の固体電解質
型燃料電池モジュールの断面正面図、第4図は固体電解
質型燃料電池モジュールを構成している燃料電池単体の
斜視図である。 21,41……固体電解質型燃料電池モジュール、22……内
部集電子管、23……外部集電子管、24……燃料電池単
体、25……固体電解質、26……酸素電極、27……燃料電
極、28……インターコネクタ、29,30……ニッケルフェ
ルト、31……ヒートパイプ、42……燃料ガス供給管端
末。
1 and 2 each show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a sectional front view of a solid oxide fuel cell module according to the first embodiment, and FIG. 2 is a solid electrolyte according to the second embodiment. 3 and 4 show a conventional example, and FIG. 3 is a cross-sectional front view of a conventional solid oxide fuel cell module, and FIG. 4 is a solid oxide fuel cell. FIG. 2 is a perspective view of a single fuel cell constituting a module. 21,41… solid electrolyte type fuel cell module, 22… internal collector tube, 23… external collector tube, 24… fuel cell unit, 25… solid electrolyte, 26… oxygen electrode, 27… fuel electrode , 28 ... interconnector, 29, 30 ... nickel felt, 31 ... heat pipe, 42 ... fuel gas supply pipe terminal.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 正一 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉 電線株式会社内 (72)発明者 丹 正之 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉 電線株式会社内 (72)発明者 山之内 宏 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉 電線株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−274562(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 8/00 - 8/02 H01M 8/04 H01M 8/08 - 8/24──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shoichi Hasegawa 1-5-1 Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura Electric Wire Co., Ltd. (72) Inventor Masayuki Tan 1-1-5-1 Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura (72) Inventor Hiroshi Yamanouchi 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura Electric Wire Co., Ltd. (56) References JP-A-62-274562 (JP, A) (58) Fields investigated ( Int.Cl. 6 , DB name) H01M 8/00-8/02 H01M 8/04 H01M 8/08-8/24

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】空間を存して同心状に設けられた内部集電
子と外部集電子管との間に、管状の固体電解質の内側に
酸素電極または燃料電極を、外側に燃料電極または酸素
電極を設けた燃料電池単体を複数個配設した固体電解質
型燃料電池モジュールにおいて、前記外部集電子管内の
各燃料電池単体間に形成される空間に、熱回収装置の吸
熱部を配設したことを特徴とする固体電解質型燃料電池
モジュール。
An oxygen electrode or a fuel electrode is provided inside a tubular solid electrolyte, and a fuel electrode or an oxygen electrode is provided outside a tubular solid electrolyte between an internal current collector and an external current collector tube provided concentrically with a space. In a solid oxide fuel cell module in which a plurality of the provided fuel cells are provided, a heat absorbing portion of a heat recovery device is provided in a space formed between the fuel cells in the external current collector tube. Solid electrolyte fuel cell module.
【請求項2】空間を存して同心状に設けられた内部集電
子と外部集電子管との間に、管状の固体電解質の内側に
酸素電極または燃料電極を、外側に燃料電極または酸素
電極を設けた燃料電池単体を複数個配設した固体電解質
型燃料電池モジュールにおいて、前記外部集電子管内の
各燃料電池単体間に形成される空間に、燃料ガスあるい
は酸素の供給管を配設したことを特徴とする固体電解質
型燃料電池モジュール。
2. An oxygen electrode or fuel electrode inside a tubular solid electrolyte, and a fuel electrode or oxygen electrode outside a tubular solid electrolyte, between an internal current collector and an external current collector tube provided concentrically with a space. In a solid oxide fuel cell module in which a plurality of the provided fuel cells are provided, a fuel gas or oxygen supply pipe is provided in a space formed between the fuel cells in the external current collector tube. Characteristic solid electrolyte fuel cell module.
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