JP2818944B2 - 固体電解質型燃料電池モジュール - Google Patents
固体電解質型燃料電池モジュールInfo
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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、外部から供給される燃料を酸化させる際
の化学反応エネルギを直接電気的エネルギに変換する燃
料電池のうち、電解質が固体である固体電解質型燃料電
池に関するものである。
の化学反応エネルギを直接電気的エネルギに変換する燃
料電池のうち、電解質が固体である固体電解質型燃料電
池に関するものである。
従来の技術 最も基本的な燃料電池である水素−酸素燃料電池は、
外部から供給される燃料として水素を、酸化剤とし酸素
を用いるもので、電解質を挟んで配設された水素（H2）
と酸素（O2）が化学反応して、反応の自由エネルギに相
当する約1V（常温で最高1.23V）の起電力が得られる。
外部から供給される燃料として水素を、酸化剤とし酸素
を用いるもので、電解質を挟んで配設された水素（H2）
と酸素（O2）が化学反応して、反応の自由エネルギに相
当する約1V（常温で最高1.23V）の起電力が得られる。
H2＋（1/2）O2→H2O したがって、電力を得る他の手段である火力発電が、
熱エネルギを機械的エネルギに変換し、さらに電気的エ
ネルギに変換するため、その変換効率が40％以下である
のに対し、この燃料電池は、燃料の化学的エネルギを直
接電気的エネルギに変換するため変換効率が80％に達す
る可能性がある。
熱エネルギを機械的エネルギに変換し、さらに電気的エ
ネルギに変換するため、その変換効率が40％以下である
のに対し、この燃料電池は、燃料の化学的エネルギを直
接電気的エネルギに変換するため変換効率が80％に達す
る可能性がある。
また、燃料電池では普通の一次電池および二次電池と
異り、燃料（H2）と酸化剤（O2）が供給されれば連続し
て電力を取出すことができる。また電池の働く温度によ
り常温燃料電池（室温〜300℃）と高温燃料電池（300℃
以上）に分けられ、特に高温燃料電池においては、電解
質として水溶液を使用できないためイオン導電性の固体
電解質や融解塩が用いられており、固体電解質として
は、ジルコニア（ZrO2）に、イットリア（Y2O3）や酸化
イッテリビウム（Yb2O3）あるいは酸化カルシウム（Ca
O）等を加えた酸化物固体電解質が使用され、また電極
には触媒効果を有するニッケル（Ni）の粉末を固めた多
孔性の金属等が用いられている。また燃料としては、例
えば、水素ガス（H2）や一酸化炭素（CO）等が用いられ
る。
異り、燃料（H2）と酸化剤（O2）が供給されれば連続し
て電力を取出すことができる。また電池の働く温度によ
り常温燃料電池（室温〜300℃）と高温燃料電池（300℃
以上）に分けられ、特に高温燃料電池においては、電解
質として水溶液を使用できないためイオン導電性の固体
電解質や融解塩が用いられており、固体電解質として
は、ジルコニア（ZrO2）に、イットリア（Y2O3）や酸化
イッテリビウム（Yb2O3）あるいは酸化カルシウム（Ca
O）等を加えた酸化物固体電解質が使用され、また電極
には触媒効果を有するニッケル（Ni）の粉末を固めた多
孔性の金属等が用いられている。また燃料としては、例
えば、水素ガス（H2）や一酸化炭素（CO）等が用いられ
る。
発明が解決しようとする課題 前述した従来の固体電解質型燃料電池の場合には、燃
料電池がエネルギ変換装置として円滑に働くように、空
気電極や燃料電極をガスが透過するように多孔質にして
いる。また、固体電解質は電気抵抗が比較的大きいため
電池の内部抵抗を低減するためには可能な限り厚みが薄
い方が望ましく、また電極もガス反応を活発に行うため
には厚みをある程度薄くする必要がある。その結果、固
体電解質層の強度が小さく、また電極も多孔質で剛性の
小さいものとなり、強度を確保するためにある程度の厚
さを持った多孔質の支持管の表面に、固体電解質および
電極をコーティングする必要があった。この点が固体電
解質型燃料電池を小型化する場合の障害となっている。
料電池がエネルギ変換装置として円滑に働くように、空
気電極や燃料電極をガスが透過するように多孔質にして
いる。また、固体電解質は電気抵抗が比較的大きいため
電池の内部抵抗を低減するためには可能な限り厚みが薄
い方が望ましく、また電極もガス反応を活発に行うため
には厚みをある程度薄くする必要がある。その結果、固
体電解質層の強度が小さく、また電極も多孔質で剛性の
小さいものとなり、強度を確保するためにある程度の厚
さを持った多孔質の支持管の表面に、固体電解質および
電極をコーティングする必要があった。この点が固体電
解質型燃料電池を小型化する場合の障害となっている。
また、燃料電池の場合には、温度が高いほど発電反応
が活発となるが、固体電解質および多孔性の電極の熱伝
導性が低く、そのため電池内の温度分布が不均一とな
り、反応速度等にむらが生じ、変換効率が低下や電池の
破損を引起すという問題があった。
が活発となるが、固体電解質および多孔性の電極の熱伝
導性が低く、そのため電池内の温度分布が不均一とな
り、反応速度等にむらが生じ、変換効率が低下や電池の
破損を引起すという問題があった。
この発明は上記した技術的背景の下になされたもの
で、剛性を備えた構造として燃料電池の小型化を可能と
し、また電池全体の均熱化を図り、電極各部における発
電反応を均一化して電気的エネルギへの変換効率を向上
させた固体電解質型燃料電池を提供することを目的とし
ている。
で、剛性を備えた構造として燃料電池の小型化を可能と
し、また電池全体の均熱化を図り、電極各部における発
電反応を均一化して電気的エネルギへの変換効率を向上
させた固体電解質型燃料電池を提供することを目的とし
ている。
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空気電極
または燃料電極を、外側に燃料電極または空気電極を設
けた燃料電池単体セル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、前記内部集電子管と外部集
電子管とのうちの少くとも一方の集電子管が金属製であ
ることを特徴としている。
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空気電極
または燃料電極を、外側に燃料電極または空気電極を設
けた燃料電池単体セル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、前記内部集電子管と外部集
電子管とのうちの少くとも一方の集電子管が金属製であ
ることを特徴としている。
また、前記内部集電子管と外部集電子管とのうちの少
くとも一方がヒートパイプであることを特徴としてい
る。
くとも一方がヒートパイプであることを特徴としてい
る。
作用 上記のように同心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および外側
に電極を設けた燃料電池単体セルを複数個配設して構成
される固体電解質型燃料電池モジュールにおいて、内部
集電子管と外部集電子管とのうちの少くとも一方の集電
子管を金属製とすることにより、固体電解質型燃料電池
が構造的に補強されて、その剛性が高められ、燃料電池
単体セルの小型化が可能となる。また、集電子管を伝熱
性の高い金属製とすることにより均熱化が図られ、発電
能力が向上する。
集電子管との間に、管状の固体電解質の内側および外側
に電極を設けた燃料電池単体セルを複数個配設して構成
される固体電解質型燃料電池モジュールにおいて、内部
集電子管と外部集電子管とのうちの少くとも一方の集電
子管を金属製とすることにより、固体電解質型燃料電池
が構造的に補強されて、その剛性が高められ、燃料電池
単体セルの小型化が可能となる。また、集電子管を伝熱
性の高い金属製とすることにより均熱化が図られ、発電
能力が向上する。
また、固体電解質型燃料電池の金属製とした内部集電
子管と外部集電子管とのうちの少くとも一方をヒートパ
イプとすることにより、ヒートパイプの均熱作用により
電池の温度が均一化し、電気的エネルギへの変換効率が
さらに向上する。
子管と外部集電子管とのうちの少くとも一方をヒートパ
イプとすることにより、ヒートパイプの均熱作用により
電池の温度が均一化し、電気的エネルギへの変換効率が
さらに向上する。
実 施 例 以下、この発明の固体電解質型燃料電池の実施例を第
１図ないし第４図に基づいて説明する。
１図ないし第４図に基づいて説明する。
第１図および第２図は第１実施例を示すもので、第１
図に示す固体電解質型燃料電池１は、同心円筒状に設け
られた内部集電子管２と外部集電子管３と、これら両者
間に配設された６個の燃料電池単体セル４とから構成さ
れており、また前記内部集電子管２は、その内部に凝縮
性の作動流体を封入したヒートパイプ構造となってい
る。
図に示す固体電解質型燃料電池１は、同心円筒状に設け
られた内部集電子管２と外部集電子管３と、これら両者
間に配設された６個の燃料電池単体セル４とから構成さ
れており、また前記内部集電子管２は、その内部に凝縮
性の作動流体を封入したヒートパイプ構造となってい
る。
この各燃料電池単体セル４は第２図に示すようにジル
コニア（ZrO2）にイットリア（Y2O3）を加えた酸化物
（ZrO2）0.92（Y2O3）0.08）を管状に形成した固体電解
質５と、この管状の固体電解質５の内周を覆うように密
接させて設けられた空気電極６と、この固体電解質５の
外周に密接して設けられた燃料電極７との三層構造の管
状に形成されており、前記空気電極６と燃料電極７と
は、それぞれストロンチウム（Sr）をドープしたランタ
ンマンガナイト（La1-XSrXMnO3）やニッケル（Ni）等の
金属粉末を固めた多孔性の金属から構成されている。ま
た最外層の前記燃料電極７と中間層の固体電解質５の両
者には、長手方向に連続する１本のスリット８が形成さ
れており、このスリット８内にはインターコネクタ９が
嵌装されており、このインターコネクタ９は前記最外層
の燃料電極７と非接触状態で、かつ最内層の空気電極７
と接触した状態に設けられている。
コニア（ZrO2）にイットリア（Y2O3）を加えた酸化物
（ZrO2）0.92（Y2O3）0.08）を管状に形成した固体電解
質５と、この管状の固体電解質５の内周を覆うように密
接させて設けられた空気電極６と、この固体電解質５の
外周に密接して設けられた燃料電極７との三層構造の管
状に形成されており、前記空気電極６と燃料電極７と
は、それぞれストロンチウム（Sr）をドープしたランタ
ンマンガナイト（La1-XSrXMnO3）やニッケル（Ni）等の
金属粉末を固めた多孔性の金属から構成されている。ま
た最外層の前記燃料電極７と中間層の固体電解質５の両
者には、長手方向に連続する１本のスリット８が形成さ
れており、このスリット８内にはインターコネクタ９が
嵌装されており、このインターコネクタ９は前記最外層
の燃料電極７と非接触状態で、かつ最内層の空気電極７
と接触した状態に設けられている。
さらに、管状の空気電極６の内側の中空部内には酸素
（O2）を含んだ空気が供給され、また燃料電極７の外側
には水素（H2）が供給されるようになっている。
（O2）を含んだ空気が供給され、また燃料電極７の外側
には水素（H2）が供給されるようになっている。
そして、上記のように構成される燃料電池単体セル４
は、ヒートパイプ構造を備えた内部集電子管２の外径と
ほぼ同一の外径に形成されており、ニッケル（Ni）製の
導電繊維フェルト10で被包された前記内部集電子管２の
外周には６個の燃料電池単体セル４が、各燃料電池単体
セル４のインターコネクタ９がそれぞれ前記導電繊維フ
ェルト10に接触するようにして配設されるとともに、そ
の外側は、内周にニッケル製の導電繊維フェルト11を設
けたニッケル製の外部集電子管３によって覆われてい
る。このように、６個の燃料電池単体セル４を、ヒート
パイプ構造を備えた内部集電子管２のニッケル製の外部
集電子管３との間に、それぞれニッケル製の導電繊維フ
ェルト10,11を介して挟持することにより、多孔質で強
度の小さい両電極6,7および固体電解質５とからなる各
燃料電池単体セル４を緩衝するとともに、熱膨張による
外径変化時の各燃料電池単体セル４の破損および両集電
子管2,3との接触不良の発生を防止するようになってい
る。また外部集電子管３内の各燃料電池単体セル４の外
側に形成された空間には水素が供給されるようになって
いる。
は、ヒートパイプ構造を備えた内部集電子管２の外径と
ほぼ同一の外径に形成されており、ニッケル（Ni）製の
導電繊維フェルト10で被包された前記内部集電子管２の
外周には６個の燃料電池単体セル４が、各燃料電池単体
セル４のインターコネクタ９がそれぞれ前記導電繊維フ
ェルト10に接触するようにして配設されるとともに、そ
の外側は、内周にニッケル製の導電繊維フェルト11を設
けたニッケル製の外部集電子管３によって覆われてい
る。このように、６個の燃料電池単体セル４を、ヒート
パイプ構造を備えた内部集電子管２のニッケル製の外部
集電子管３との間に、それぞれニッケル製の導電繊維フ
ェルト10,11を介して挟持することにより、多孔質で強
度の小さい両電極6,7および固体電解質５とからなる各
燃料電池単体セル４を緩衝するとともに、熱膨張による
外径変化時の各燃料電池単体セル４の破損および両集電
子管2,3との接触不良の発生を防止するようになってい
る。また外部集電子管３内の各燃料電池単体セル４の外
側に形成された空間には水素が供給されるようになって
いる。
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。
明する。
固体電解質型燃料電池１は、例えば、特殊の触媒下で
メタンを水蒸気とともに高温に加熱して得た高温の水素
および一酸化炭素を燃料として外部集電子管３の内側の
空間に供給するとともに、各燃料電池単体セル４の中空
部に酸素を酸化剤として供給すると、各燃料電池単体セ
ル４内において、イオン導電性の固体電解質５を介して
水素（H2）と酸素（O2）とが化学反応して水（H2O）が
生成されるとともに、反応時の自由エネルギに相当する
電子が陽極である空気電極６側に捕集され、各空気電極
６に捕集された電子はそれぞれインターコネクタ９から
導電繊維フェルト10を介して内部集電子管２に集電され
る。
メタンを水蒸気とともに高温に加熱して得た高温の水素
および一酸化炭素を燃料として外部集電子管３の内側の
空間に供給するとともに、各燃料電池単体セル４の中空
部に酸素を酸化剤として供給すると、各燃料電池単体セ
ル４内において、イオン導電性の固体電解質５を介して
水素（H2）と酸素（O2）とが化学反応して水（H2O）が
生成されるとともに、反応時の自由エネルギに相当する
電子が陽極である空気電極６側に捕集され、各空気電極
６に捕集された電子はそれぞれインターコネクタ９から
導電繊維フェルト10を介して内部集電子管２に集電され
る。
したがって、内部集電子管２と外部集電子管３との間
に負荷を設けると、各燃料電池単体セル４の陰極である
燃料電極７から導電繊維フェルト11を介して外部集電子
管３を経由して陽極の内部集電子管２へ電流が流れる。
に負荷を設けると、各燃料電池単体セル４の陰極である
燃料電極７から導電繊維フェルト11を介して外部集電子
管３を経由して陽極の内部集電子管２へ電流が流れる。
このようにして、固体電解質型燃料電池１に燃料の水
素と酸化剤の酸素とを逐次補給するとともに、起電反応
の結果生成された水を排出除去することにより、安定し
た電流を連続的に取出すことができる。
素と酸化剤の酸素とを逐次補給するとともに、起電反応
の結果生成された水を排出除去することにより、安定し
た電流を連続的に取出すことができる。
また、高温の水素の供給状態の差や、水素の供給側
と、供給側から遠い側とによる水素ガスの温度差等によ
って、固体電解質型燃料電池１の温度に差が生じると、
各燃料電池単体セル４間、あるいは各燃料電池単体セル
４の部分で起電反応にむらが生じるため、固体電解質型
燃料電池１全体としての起電量が低下するが、この実施
例においては、内部集電子管２にヒートパイプを使用し
ているため、内部集電子管２の全長方向または周方向
で、固体電解質型燃料電池１の外部集電子管３内の最も
高温の部分に面した部分がヒートパイプの蒸発部となる
とともに、この蒸発部と比較して温度の低い部分が凝縮
部となり、蒸発部で蒸発した作動流体の蒸気が、高温部
分から奪った熱を蒸発潜熱として輸送して低温部分にお
いて凝縮する際に放熱して、ヒートパイプの全長を均熱
化する。したがって、固体電解質型燃料電池１の全体の
温度が均一となり、高効率で起電反応が行なわれ、起電
能力を高水準に維持することができる。
と、供給側から遠い側とによる水素ガスの温度差等によ
って、固体電解質型燃料電池１の温度に差が生じると、
各燃料電池単体セル４間、あるいは各燃料電池単体セル
４の部分で起電反応にむらが生じるため、固体電解質型
燃料電池１全体としての起電量が低下するが、この実施
例においては、内部集電子管２にヒートパイプを使用し
ているため、内部集電子管２の全長方向または周方向
で、固体電解質型燃料電池１の外部集電子管３内の最も
高温の部分に面した部分がヒートパイプの蒸発部となる
とともに、この蒸発部と比較して温度の低い部分が凝縮
部となり、蒸発部で蒸発した作動流体の蒸気が、高温部
分から奪った熱を蒸発潜熱として輸送して低温部分にお
いて凝縮する際に放熱して、ヒートパイプの全長を均熱
化する。したがって、固体電解質型燃料電池１の全体の
温度が均一となり、高効率で起電反応が行なわれ、起電
能力を高水準に維持することができる。
また第３図は第２実施例を示すもので、これは前記第
１実施例の固体電解質型燃料電池１を１個のモジュール
として複数個組合わせた集合型燃料電池で、第１実施例
と同一構成部分には同一の符号を付して説明する。
１実施例の固体電解質型燃料電池１を１個のモジュール
として複数個組合わせた集合型燃料電池で、第１実施例
と同一構成部分には同一の符号を付して説明する。
集合型燃料電池21は、ヒートパイプ構造を備えた内部
集電子管２の外側に外部集電子管３を同心円筒状に設け
るとともに、この両集電子管2,3の間に管状の６個の燃
料電池単体セル４を配設した円筒状の固体電解質型燃料
電池１を複数個集合させたものである。そして、隣り合
う固体電解質型燃料電池1,1の外部集電子管3,3を互いに
接触させた状態で、集電子板22,22間に５個ずつ挟装し
たものを４列に設けて、合計で20個の固体電解質型燃料
電池１が組込まれている。また、各集電子板22は、それ
ぞれ導体板23の一方の面（第３図においてそれぞれ下
面）に絶縁膜24が貼付されている。そして、各固体電解
質型燃料電池１は、その外部集電子管３の外周を、両側
から挟んでいる集電子板22,22のうちの一方の（第３図
においてそれぞれ上方に位置する）集電子板22の絶縁膜
24に当接し、かつ他方の（第３図においてそれぞれ下方
に位置する）集電子板22の導体板23に当接するととも
に、各固体電解質型燃料電池１は、その外部集電子管３
の外周を絶縁膜24に当接した前記一方の（第３図におい
てそれぞれ上方に位置する）集電子板22と内部集電子管
２の端部との間を配線（図示せず）でそれぞれ接続して
直列接続となっており、第３図において最上部の集電子
板22の導体板23がプラス端子25となり、また最下部の集
電子板22の導体板23がマイナス端子26となっている。ま
た各固体電解質型燃料電池１は、各燃料電池単体セル４
の中空部に酸素が供給され、外部集電子管３の内側の空
間には水素が供給され、また生成された水は外部へ排出
されるようになっている。また、この実施例の各固体電
解質型燃料電池１は、内部集電子管２にヒートパイプを
用いて各固体電解質型燃料電池１の温度の均一化を図る
ことにより、前記第１実施例と同様に高効率で起電反応
が行なわれ、起電能力が高水準に維持されるようになっ
ている。
集電子管２の外側に外部集電子管３を同心円筒状に設け
るとともに、この両集電子管2,3の間に管状の６個の燃
料電池単体セル４を配設した円筒状の固体電解質型燃料
電池１を複数個集合させたものである。そして、隣り合
う固体電解質型燃料電池1,1の外部集電子管3,3を互いに
接触させた状態で、集電子板22,22間に５個ずつ挟装し
たものを４列に設けて、合計で20個の固体電解質型燃料
電池１が組込まれている。また、各集電子板22は、それ
ぞれ導体板23の一方の面（第３図においてそれぞれ下
面）に絶縁膜24が貼付されている。そして、各固体電解
質型燃料電池１は、その外部集電子管３の外周を、両側
から挟んでいる集電子板22,22のうちの一方の（第３図
においてそれぞれ上方に位置する）集電子板22の絶縁膜
24に当接し、かつ他方の（第３図においてそれぞれ下方
に位置する）集電子板22の導体板23に当接するととも
に、各固体電解質型燃料電池１は、その外部集電子管３
の外周を絶縁膜24に当接した前記一方の（第３図におい
てそれぞれ上方に位置する）集電子板22と内部集電子管
２の端部との間を配線（図示せず）でそれぞれ接続して
直列接続となっており、第３図において最上部の集電子
板22の導体板23がプラス端子25となり、また最下部の集
電子板22の導体板23がマイナス端子26となっている。ま
た各固体電解質型燃料電池１は、各燃料電池単体セル４
の中空部に酸素が供給され、外部集電子管３の内側の空
間には水素が供給され、また生成された水は外部へ排出
されるようになっている。また、この実施例の各固体電
解質型燃料電池１は、内部集電子管２にヒートパイプを
用いて各固体電解質型燃料電池１の温度の均一化を図る
ことにより、前記第１実施例と同様に高効率で起電反応
が行なわれ、起電能力が高水準に維持されるようになっ
ている。
次に、この実施例の作用を説明する。
集合型燃料電池21は、各固体電解質型燃料電池１の６
個の燃料電池単体セル４の各中空部に酸素が、外部集電
子管３の内側でかつ各燃料電池単体セル４の周囲の空間
に水素がそれぞれ供給されると、管状の各燃料電池単体
セル４の固体電解質５を介して酸素と水素とが化学反応
して水が生成されるとともに、遊離した電子が内側の空
気電極（図示せず）に捕集され、捕集された電子は内部
集電子管２に集電される。
個の燃料電池単体セル４の各中空部に酸素が、外部集電
子管３の内側でかつ各燃料電池単体セル４の周囲の空間
に水素がそれぞれ供給されると、管状の各燃料電池単体
セル４の固体電解質５を介して酸素と水素とが化学反応
して水が生成されるとともに、遊離した電子が内側の空
気電極（図示せず）に捕集され、捕集された電子は内部
集電子管２に集電される。
そして、一列に配設された５個の固体電解質型燃料電
池１の各内部集電子管２に集電された電子は、それぞれ
の列ごとに第３図において上方に位置する集電子板22に
それぞれ配線接続されて集電されるとともに、それぞれ
の列ごとに第３図において下方に位置する集電子板22に
各固体電解質型燃料電池１の外部集電子管３が電気的に
接続されていることにより、集合型燃料電池21のプラス
端子25とマイナス端子26との間に負荷を設けると、マイ
ナス端子26側からプラス端子25側に電流が流れる。した
がって、この集合型燃料電池21は、20個の固体電解質型
燃料電池１を有することから、各固体電解質型燃料電池
１の６個の燃料電池単体セル４がそれぞれ約10.4wの起
電力を有するものとすると、全体で約1.25kwの電力を得
ることができる。
池１の各内部集電子管２に集電された電子は、それぞれ
の列ごとに第３図において上方に位置する集電子板22に
それぞれ配線接続されて集電されるとともに、それぞれ
の列ごとに第３図において下方に位置する集電子板22に
各固体電解質型燃料電池１の外部集電子管３が電気的に
接続されていることにより、集合型燃料電池21のプラス
端子25とマイナス端子26との間に負荷を設けると、マイ
ナス端子26側からプラス端子25側に電流が流れる。した
がって、この集合型燃料電池21は、20個の固体電解質型
燃料電池１を有することから、各固体電解質型燃料電池
１の６個の燃料電池単体セル４がそれぞれ約10.4wの起
電力を有するものとすると、全体で約1.25kwの電力を得
ることができる。
また第４図は第３実施例の固体電解質型燃料電池を示
すもので、これは前記第１実施例の固体電解質型燃料電
池における外部集電子管をヒートパイプとしたもので第
１実施例と同一の構成部分には同一の符号を付して説明
する。
すもので、これは前記第１実施例の固体電解質型燃料電
池における外部集電子管をヒートパイプとしたもので第
１実施例と同一の構成部分には同一の符号を付して説明
する。
固体電解質型燃料電池31は、内部集電子管32と外部集
電子管33とを同心円筒状に設けるとともに、両集電子管
32,33間には、管状の固体電解質５の内側に多孔質の空
気電極６を、外側に多孔質の燃料電極７をそれぞれ設け
た燃料電池単体セル４が６個設けられており、また前記
内部集電子管32は金属管製で、また外部集電子管33は二
重管式のヒートパイプ構造となっている。
電子管33とを同心円筒状に設けるとともに、両集電子管
32,33間には、管状の固体電解質５の内側に多孔質の空
気電極６を、外側に多孔質の燃料電極７をそれぞれ設け
た燃料電池単体セル４が６個設けられており、また前記
内部集電子管32は金属管製で、また外部集電子管33は二
重管式のヒートパイプ構造となっている。
また、前記各燃料電池単体セル４の内側の空気電極６
はインターコネクタ９により導電繊維フェルト10を介し
て内部集電子管32と電気的に接続され、外側の燃料電極
７は導電繊維フェルト11を介して外部集電子管33と電気
的に接続されている。各燃料電池単体セル４の中空部内
には酸素が供給されるとともに、各燃料電池単体セル４
の外側には水素が供給されるようになっている。
はインターコネクタ９により導電繊維フェルト10を介し
て内部集電子管32と電気的に接続され、外側の燃料電極
７は導電繊維フェルト11を介して外部集電子管33と電気
的に接続されている。各燃料電池単体セル４の中空部内
には酸素が供給されるとともに、各燃料電池単体セル４
の外側には水素が供給されるようになっている。
そして、前記外部集電子管33は、内管33aと外管33bと
を空間を存して同心状に設けた二重管の前記空間部分を
密封し、その内部に凝縮性の作動流体を封入してヒート
パイプ構造となっている。
を空間を存して同心状に設けた二重管の前記空間部分を
密封し、その内部に凝縮性の作動流体を封入してヒート
パイプ構造となっている。
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。
明する。
固体電解質型燃料電池31は、各燃料電池単体セル４の
各中空部に酸素が、外部集電子管３の内側でかつ各燃料
電池単体セル４の周囲の空間に水素がそれぞれ供給され
ると、管状の各燃料電池単体セル４の固体電解質５を介
して酸素と水素とが化学反応して水が生成されるととも
に、遊離した電子が内側の空気電極６に捕集され、捕集
された電子は内部集電子管32に集電される。
各中空部に酸素が、外部集電子管３の内側でかつ各燃料
電池単体セル４の周囲の空間に水素がそれぞれ供給され
ると、管状の各燃料電池単体セル４の固体電解質５を介
して酸素と水素とが化学反応して水が生成されるととも
に、遊離した電子が内側の空気電極６に捕集され、捕集
された電子は内部集電子管32に集電される。
したがって、内部集電子管32と外部集電子管33との間
に負荷を設けると、各燃料電池単体セル４の陰極である
燃料電極７から導電繊維フェルト11を介して外部集電子
管３を経由して陽極の内部集電子管２へ電流が流れる。
に負荷を設けると、各燃料電池単体セル４の陰極である
燃料電極７から導電繊維フェルト11を介して外部集電子
管３を経由して陽極の内部集電子管２へ電流が流れる。
このようにして、固体電解質型燃料電池１に燃料の水
素と酸化剤の酸素とを逐次補給するとともに、起電反応
の結果生成された水を外部へ排出することにより、安定
した電流を連続的に取出すことができる。
素と酸化剤の酸素とを逐次補給するとともに、起電反応
の結果生成された水を外部へ排出することにより、安定
した電流を連続的に取出すことができる。
また、外部集電子管33にヒートパイプを使用したの
で、固体電解質型燃料電池１に部分的な温度差が生じる
と、外部集電子管33のヒートパイプ作用により均熱化さ
れ、起電反応にむらが生じないため、固体電解質型燃料
電池31の起電能力が高水準に維持される。
で、固体電解質型燃料電池１に部分的な温度差が生じる
と、外部集電子管33のヒートパイプ作用により均熱化さ
れ、起電反応にむらが生じないため、固体電解質型燃料
電池31の起電能力が高水準に維持される。
なお、前記各実施例においては、内部集電子管２（3
2）と外部集電子管３（33）のいずれか一方をヒートパ
イプにした場合について説明したが、内部集電子管２
（32）と外部集電子管３（33）の両方をヒートパイプと
することもでき、この場合には、固体電解質型燃料電池
１（31）の均熱化がより効果的に達成される。
2）と外部集電子管３（33）のいずれか一方をヒートパ
イプにした場合について説明したが、内部集電子管２
（32）と外部集電子管３（33）の両方をヒートパイプと
することもでき、この場合には、固体電解質型燃料電池
１（31）の均熱化がより効果的に達成される。
また、各実施例においては、固体電解質型燃料電池１
（33）の各燃料電池単体セル４の内側の中空部に酸素
を、外側に水素をそれぞれ供給して起電反応させたが、
逆に各燃料電池単体セル４の内側の中空部に水素を、外
側に酸素をそれぞれ供給して起電反応させてもよく、こ
の場合には陽極である空気電極と陰極である燃料電極と
の位置が逆になるだけで同様に電力を取出すことができ
る。
（33）の各燃料電池単体セル４の内側の中空部に酸素
を、外側に水素をそれぞれ供給して起電反応させたが、
逆に各燃料電池単体セル４の内側の中空部に水素を、外
側に酸素をそれぞれ供給して起電反応させてもよく、こ
の場合には陽極である空気電極と陰極である燃料電極と
の位置が逆になるだけで同様に電力を取出すことができ
る。
発明の効果 以上説明したようにこの発明の固体電解質型燃料電池
は、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、燃料電池単体セル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、前記内部集電子管
と外部集電子管とのうちの少くとも一方の集電子管を金
属製としたので、この金属製の集電子管が剛性を付与す
るための機械的な補強部材として機能して、固体電解質
型燃料電池の機械的強度が確保され、各燃料電池単体セ
ルの薄肉化および小径化が可能となり、固体電解質型燃
料電池の単位容積当りの発電能力を向上させることがで
きる。
は、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、燃料電池単体セル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、前記内部集電子管
と外部集電子管とのうちの少くとも一方の集電子管を金
属製としたので、この金属製の集電子管が剛性を付与す
るための機械的な補強部材として機能して、固体電解質
型燃料電池の機械的強度が確保され、各燃料電池単体セ
ルの薄肉化および小径化が可能となり、固体電解質型燃
料電池の単位容積当りの発電能力を向上させることがで
きる。
また、燃料電池単体セルを複数個備えた固体電解質型
燃料電池モジュールの構成が簡潔となるとともに、機械
的強度上の制約が減少するため、固体電解質型燃料電池
モジュールを小型化および大型化する際の設計の自由度
が増し、必要な容積や出力等の条件を優先させて設計す
ることができる。
燃料電池モジュールの構成が簡潔となるとともに、機械
的強度上の制約が減少するため、固体電解質型燃料電池
モジュールを小型化および大型化する際の設計の自由度
が増し、必要な容積や出力等の条件を優先させて設計す
ることができる。
さらに、内部集電子管および／または外部集電子管
を、伝熱性の高い金属管とすることにより、固体電解質
型燃料電池モジュールの均熱化が図れ、起電能力を向上
させることができる等の効果を有する。
を、伝熱性の高い金属管とすることにより、固体電解質
型燃料電池モジュールの均熱化が図れ、起電能力を向上
させることができる等の効果を有する。
また、内部集電子管と外部集電子管とのうちの少くと
も一方をヒートパイプとすれば、ヒートパイプの作用に
よって固体電解質型燃料電池モジュールの長手方向およ
び周方向の均熱化がさらに速やかに行なわれ、固体電解
質型燃料電池モジュールの起電能力を高水準に保持する
ことができる。
も一方をヒートパイプとすれば、ヒートパイプの作用に
よって固体電解質型燃料電池モジュールの長手方向およ
び周方向の均熱化がさらに速やかに行なわれ、固体電解
質型燃料電池モジュールの起電能力を高水準に保持する
ことができる。
第１図および第２図はこの発明の第１実施例を示すもの
で、第１図は固体電解質型燃料電池の断面正面図、第２
図は燃料電池単体セルの斜視断面図、第３図は第２実施
例の集合型燃料電池の断面正面図、第４図は第３実施例
の固体電解質型燃料電池の断面正面図である。 １……固体電解質型燃料電池、２……ヒートパイプ構造
を備えた内部集電子管、３……外部集電子管、４……燃
料電池単体セル、５……固体電解質、６……空気電極、
７……燃料電極、８……スリット、９……インターコネ
クタ、10,11……導電繊維フェルト、21……集合型燃料
電池、22……集電子板、23……導電板、24……絶縁膜、
25……プラス端子、26……マイナス端子、31……固体電
解質型燃料電池、32……内部集電子管、33……ヒートパ
イプ構造を備えた外部集電子管。
で、第１図は固体電解質型燃料電池の断面正面図、第２
図は燃料電池単体セルの斜視断面図、第３図は第２実施
例の集合型燃料電池の断面正面図、第４図は第３実施例
の固体電解質型燃料電池の断面正面図である。 １……固体電解質型燃料電池、２……ヒートパイプ構造
を備えた内部集電子管、３……外部集電子管、４……燃
料電池単体セル、５……固体電解質、６……空気電極、
７……燃料電極、８……スリット、９……インターコネ
クタ、10,11……導電繊維フェルト、21……集合型燃料
電池、22……集電子板、23……導電板、24……絶縁膜、
25……プラス端子、26……マイナス端子、31……固体電
解質型燃料電池、32……内部集電子管、33……ヒートパ
イプ構造を備えた外部集電子管。
───────────────────────────────────────────────────── 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 永田 雅克 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 平１−173577（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−315959（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/02 H01M 8/08 - 8/24
Claims (3)
- 【請求項１】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
内側に空気電極または燃料電極を、外側に燃料電極また
は空気電極を設けた燃料電池単体セルを複数個配設した
固体電解質型燃料電池モジュールにおいて、前記内部集
電子管と外部集電子管とのうちの少くとも一方の集電子
管が金属製であることを特徴とする固体電解質型燃料電
池モジュール。 - 【請求項２】前記内部集電子管と外部集電子管とのうち
の少くとも一方がヒートパイプであることを特徴とする
請求項１記載の固体電解質型燃料電池モジュール。 - 【請求項３】前記内部集電子管の外径と燃料電池単体セ
ルの外径とをほぼ同じ寸法に形成し、内部集電子管の外
周側に６個の燃料電池単体セルを配設したことを特徴と
する請求項１または２記載の固体電解質型燃料電池モジ
ュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1011433A JP2818944B2 (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | 固体電解質型燃料電池モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1011433A JP2818944B2 (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | 固体電解質型燃料電池モジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02192665A JPH02192665A (ja) | 1990-07-30 |
| JP2818944B2 true JP2818944B2 (ja) | 1998-10-30 |
Family
ID=11777950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1011433A Expired - Fee Related JP2818944B2 (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | 固体電解質型燃料電池モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2818944B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014123543A (ja) * | 2012-12-21 | 2014-07-03 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 固体酸化物燃料電池及び固体酸化物燃料電池の製造方法 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6936367B2 (en) * | 2002-01-16 | 2005-08-30 | Alberta Research Council Inc. | Solid oxide fuel cell system |
| US7736772B2 (en) | 2002-02-14 | 2010-06-15 | Alberta Research Council, Inc. | Tubular solid oxide fuel cell stack |
| JP2004356014A (ja) * | 2003-05-30 | 2004-12-16 | Sanyo Electric Co Ltd | 固体酸化物燃料電池、固体酸化物燃料電池アセンブリ、固体酸化物燃料電池モジュール及び固体酸化物燃料電池発電装置 |
| FR2877498B1 (fr) | 2004-11-02 | 2009-01-23 | Commissariat Energie Atomique | Module de pile a combustible, son procede de fabrication et unite contenant plusieurs de ceux-ci. |
| FR2877496B1 (fr) | 2004-11-02 | 2006-12-15 | Commissariat Energie Atomique | Module de pile a combustible a interconnecteurs flexibles. |
| US8709674B2 (en) | 2005-04-29 | 2014-04-29 | Alberta Research Council Inc. | Fuel cell support structure |
| JP4945963B2 (ja) * | 2005-08-31 | 2012-06-06 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池 |
| WO2009043819A1 (de) * | 2007-09-28 | 2009-04-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Brennstoffzellen-anlage und verfahren zu deren herstellung |
-
1989
- 1989-01-20 JP JP1011433A patent/JP2818944B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014123543A (ja) * | 2012-12-21 | 2014-07-03 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 固体酸化物燃料電池及び固体酸化物燃料電池の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02192665A (ja) | 1990-07-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |