JP2989223B2 - 平板型固体電解質燃料電池発電装置 - Google Patents

平板型固体電解質燃料電池発電装置

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JP2989223B2
JP2989223B2 JP2162661A JP16266190A JP2989223B2 JP 2989223 B2 JP2989223 B2 JP 2989223B2 JP 2162661 A JP2162661 A JP 2162661A JP 16266190 A JP16266190 A JP 16266190A JP 2989223 B2 JP2989223 B2 JP 2989223B2
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fuel
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均 宮本
勝 石橋
佳積 小倉
潔 渡辺
繁 大倉
壽夫 羽田
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    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、平板型固体電解質燃料電池発電装置に関す
る。
[従来の技術と課題] 第9図及び第10図は夫々平板型固体電解質燃料電池
(以下、平板型SOFCという)を示し、第9図は全体図、
第10図はSOFCの要部の展開図である。ここで、平板型SO
FC(集合電池)1は、平板形状をもつ固体電解質2,燃料
電極3及び空気電極4からなる発電層5と、この発電層
5を複数個上下方向に積層するための波型の形状をもつ
電流接続子(インタコネクタ)6,7と、燃料と空気を遮
断するための上下の隔壁8とから構成されている。
こうした構成の平板型SOFCは、例えば第11図に示す如
く円筒形の収納容器11内に収納されて、ガスの供給排出
を行う。なお、図において、12は空気入口マニホール
ド、13は空気出口マニホールド、14は燃料入口マニホー
ルド、15は燃料出口マニホールドである。また、上記平
板型SOFCは、例えば第12図に示す如く、外部からマニホ
ールドと称するガスの供給排出機構をパッキン16を介し
て組み込まれる。
ところで、上記SOFCは作動温度が〜1000℃と高く、か
つ使用する材料はすべてセラミックのため、脆弱であ
る。従って、第11図のような円筒形の容器に収納すれば
取扱いは改善されるが、空間利用率(電池容積/容器容
積)は低い。具体的には、円筒形の容器に収納した場合
の空間利用率は2/π(64%)で、矩形容器に収納した場
合(1/2,50%)と比べて大きい。
一方、第12図に示すような外部マニホールド型構造
は、外部マニホールドの形状を選定することによって空
間利用率は上げることができる。しかし、脆弱な電池を
支持する構造体がないため、取扱いは困難であり、円筒
容器のようにSOFCを更に上下左右方向に積層することは
相当困難である。
また、平板型SOFCとしては第13図に示すような角溝型
構造のものもある。なお、図中の31は単セル、32はセル
支持体、33は集電線、34は電池入口燃料口、35は電池入
口空気口、36はシール面を示す。しかし、第13図の角溝
型のものも第9図の波型の平板型SOFCでは、第11図のよ
うな円筒形容器のみならず、第14図や第15図のように方
形の容器に収納しても、燃料ガスまたは空気が溝に沿っ
て直線的にしか流せない為、燃料電池ブロックの角面が
全面的に燃料(または空気)入口・出口になっていなけ
ればならず、空間利用率が低い。なお、第14図におい
て、41は空気入口マニホールド、42は空気出口マニホー
ルド、43は燃料入口マニホールド、44は燃料出口マニホ
ールドを示す。また、第15図において、45は燃料入口配
管、46は空気入口配管を示す。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、単位容積
当りの出力性能を大幅に向上させ、かつ取扱いを容易に
しうる平板型固体電解質燃料電池発電装置を提供するこ
とを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明は、固体電解質,燃料電極及び空気電極を有し
た発電層とインタコネクタとを交互に積層させてなる平
板型固体電解質燃料電池を、箱形の収納容器内に収納し
た発電装置において、前記燃料電池の発電層又はインタ
コネクタのいずれか一方の主面に凹凸部が設けられ、こ
の凹凸部により前記収納容器の対角線方向にガス流路が
構成され、更に前記燃料電池の平面形状が多角形状をな
し、前記燃料電池のうち高いシール性の必要な角部を前
記収納容器の内壁面に面接触させたことを特徴とする平
板型固体電解質燃料電池発電装置である。
本発明において、多角形状の燃料電池の平面形状とし
ては、第16図に示す如く、平面形状が、5角形状の燃料
電池47の角部が収納容器48の内壁に4個所で接触ししか
もその内の1つが面接触する場合(同図(B)図示)、
燃料電池の角部が2個所で収納容器48の内壁に面接触す
る場合(同図(C)図示)、燃料電池の角部が3個所で
収納容器48の内壁に面接触する場合(同図(D)図
示)、燃料電池の角度が4個所で収納容器48の内壁に面
接触する場合(同図(E)図示)などが挙げられる。
[作用] 本発明において、燃料入口マニホールドに供給された
燃料は積層された単電池内に入り、インタコネクタによ
ってガスは分散され、均等に流路内を流れ、発電により
発生した水蒸気と残留する燃料は燃料出口マニホールド
に達する。空気入口マニホールドに供給された空気は燃
料と同様にインタコネクタによって分散され、空気電極
内を流れ、発電に利用された後、空気出口マニホールド
に到達する。また、上記発電装置においては、燃料と空
気の供給・排出マニホールドが斜交しているため、燃料
と空気の流し型として、第7図に示す平行流と第8図に
示す対向流のいずれでも採用できる。
[実施例] 以下、本発明の一実施例を第1図(A)〜(C)を参
照して説明する。ここで、同図(A)は本実施例に係る
平板型SOFC発電装置の正面図、同図(B)はこの発電装
置の2段目の平面図、同図(C)はこの発電装置の1段
目の平面図である。
平板型SOFC発電装置51は、例えば後述する8角形状の
単電池を50段積層して平板型SOFC(集合電池)とし、こ
れを正方形の電池収納容器に収納したモジュールを奥行
き方向2段、横方向5段、高さ方向2段の20個で構成し
たもので、電気出力は50KWである。なお、第1図中の52
は燃料入口導管、53は燃料出口導管、54は空気入口導
管、55は空気出口導管を示す。また、図において、発電
装置の高さ(H)は540mm、幅(W)は850mm、奥行き
(D)は340mmである。第1図において、燃料ガスは右
側下段のモジュールから10モジュールを流れた後、上段
のモジュールに流入し、上段モジュール10個を流れて右
側上段から排出される。一方、空気は左側上段のモジュ
ールにまず流入し、図示したように最終的には下段左側
から排出される。
前記発電装置51は、第2図に示す如く、箱形の収納容
器50内に8角柱状の平板型SOFC56を容器内壁に内接する
ように収納させた構成となっており、収納容器50とSOFC
56との4つの3角柱状の空間は燃料入口マニホールド5
7、燃料出口マニホールド58、空気入口マニホールド5
9、空気出口マニホールド60となっている。ここで、上
記マニホールド57,58はSOFCの対角線上にあり、上記マ
ニホールド59,60はSOFCの対角線上にある。なお、図中
の61は電気取出線、62はガス導入管である。第2図にお
いて、電気出力の取出しは、モジュール間を接続するガ
ス導入・排出管の内、燃料が流れる管をNiなどの金属で
構成し、流入側を例えばSOFCの+に接続し、流出側をSO
FCの−に接続すれば、各モジュールは直列接続となり、
実施例の場合、電圧500V、電流100Aを燃料入口出口導管
で得ることができる。
前記SOFC56は、第3図に示す如く、150mm角の1/4、即
ち37.5mmづつ辺を落とした形状の8各形状の単電池63を
複数個上下に積層したものである。なお、8角形状の各
片の長さについては4角片長さの1/2以下、望ましくは1
/4以下がよい。前記単電池63は、第4図に示す如く固体
電解質64,燃料電極65,空気電極66からなり、上下には夫
々燃料電極電流接続子(インタコネクタ)67,空気電極
電流接続子(インタコネクタ)68が配置される。前記イ
ンタコネクタの両主面には、第5図(A),(B)に示
す如く(但し、同図(B)は同図(A)のX−X線に沿
う断面図)、凹凸部69が形成されている。なお、凹凸部
69によりインタコネクタの対角方向にガスが流れるが、
第6図に示すようにガスの流路70を形成してもよい。
上記発電装置において、燃料入口マニホールド57に供
給された燃料は積層された単電池63内に入り、インタコ
ネクタ68によってガスは分散され、均等に流路内を流
れ、発電により発生した水蒸気と残留する燃料は燃料出
口マニホールド58に達する。一方、空気入口マニホール
ド58に供給された空気は燃料と同様にインタコネクタ67
によって分散され、空気電極内を流れ、発電に利用され
た後、空気出口マニホールド60に到達する。なお、上記
発電装置においては、燃料と空気の供給・排出マニホー
ルドが斜交しているため、燃料と空気の流し型として、
第7図に示す平行流と第8図に示す対向流のいずれでも
採用できる。
上記構成の平板型SOFC発電装置によれば、以下に列挙
する利点を有する。
(1)空間利用率が高い。従来の発電装置の空間利用率
は50〜64%であるのに対し、上記実施例では容易に80〜
90%以上を得る事ができる。なお、単電池の形状を長方
形とすれば、同じマニホールド空間で容易に90%以上を
えることができる。
(2)取扱いが容易である。つまり、上記実施例では、
第2図のようにセラミック製の脆弱なSOFCは強固な容器
に納めるため、取扱いが容易である。
(3)温度分布が従来の発電装置に比べて均一である。
第7図及び第8図に示したように本発明の電池の流れは
平行流あるいは抵抗流とすることができ、従来の電池の
ような直交ではない為、発電部分が均一化され、温度分
布が均一化する。これは、耐久性の向上にも資する。
(4)シール性がよい。第11図に示す従来の収納容器に
おいてはシールがSOFCと収納容器が接するコーナーでガ
スシールが要求され、完全なシールは困難であるのに対
し、上記実施例では第2図に示すように各ガスの供給・
排出マニホールドは離れており、かつシールは第11図に
示すような線ではなく面ですることができるためシール
性能がよい。
(5)モジュール化が容易であり、コンパクトな電池か
ら大出力を取り出すことが可能である。第1図の場合、
容積当りの出力は約350KW/m2に達する。
(6)第10図に示すような隔壁が不要となる。
[発明の効果] 以上詳述した如く本発明によれば、空間利用率が高
く、取扱いが容易で、シール性がよく、モジュール化が
容易でコンパクトな電池から大出力を取り出すことがで
き、しかも従来のような隔壁が不要な平板型固体電解質
燃料電池発電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る平板型SOFC発電装置の
説明図、第2図は同装置に係る平板型SOFCを収納容器に
納めた状態の斜視図、第3図は平板型SOFCの斜視図、第
4図は同平板型SOFCの要部の展開図、第5図は同平板型
SOFCのインタコネクタの説明図、第6図はその他のイン
タコネクタの説明図、第7図及び第8図は夫々SOFCへの
燃料及び空気の流し方の説明図、第9図は従来のSOFCの
斜視図、第10図はこのSOFCの要部の展開図、第11図はこ
のSOFCを円筒型の収納容器に収納した状態の発電装置の
斜視図、第12図は従来の外部マニホールド型発電装置の
説明図、第13図は角溝型SOFCの説明図、第14図及び第15
図は夫々方形の収納容器の説明図、第16図は本願発明に
係る多角形状のSOFCの平面形状の説明図である。 50……収納容器、51……発電装置、52……燃料入口導
管、53……燃料出口導管、54……空気入口導管、55……
空気出口導管、56……平板型SOFC、57……燃料入口マニ
ホールド、58……燃料出口マニホールド、59……空気入
口マニホールド、60……空気出口マニホールド、64……
固体電解質、65……燃料電極、66……空気電極、67,68
……インタコネクタ、69……凹凸部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 潔 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町1丁目1番 1号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 大倉 繁 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町1丁目1番 1号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 羽田 壽夫 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町1丁目1番 1号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (56)参考文献 特開 昭63−200469(JP,A) 特開 昭58−165276(JP,A) 特表 平1−503096(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 8/00 - 8/24

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固体電解質,燃料電極及び空気電極を有し
    た発電層とインタコネクタとを交互に積層させてなる平
    板型固体電解質燃料電池を、箱形の収納容器内に収納し
    た発電装置において、前記燃料電池の発電層又はインタ
    コネクタのいずれか一方の主面に凹凸部が設けられ、こ
    の凹凸部により前記収納容器の対角線方向にガス流路が
    構成され、更に前記燃料電池の平面形状が多角形状をな
    し、前記燃料電池のうち高いシール性の必要な角部を前
    記収納容器の内壁面に面接触させたことを特徴とする平
    板型電解質燃料電池発電装置。
JP2162661A 1990-06-22 1990-06-22 平板型固体電解質燃料電池発電装置 Expired - Lifetime JP2989223B2 (ja)

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