JP3126939B2 - Manufacturing method of laminated sintered body - Google Patents

Manufacturing method of laminated sintered body

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JP3126939B2
JP3126939B2 JP09118061A JP11806197A JP3126939B2 JP 3126939 B2 JP3126939 B2 JP 3126939B2 JP 09118061 A JP09118061 A JP 09118061A JP 11806197 A JP11806197 A JP 11806197A JP 3126939 B2 JP3126939 B2 JP 3126939B2
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、固体電解質型燃料
電池、水蒸気電解セル、酸素ポンプ、ノックス分解セル
等の電気化学セル用の積層体や、フィルターとして有用
な、相異なる材料からなる複数のセラミックス層を備え
ている積層焼結体の製造方法に関するものである。
The present invention relates to a solid electrolyte fuel cell, a steam electrolysis cell, an oxygen pump, a Knox decomposition cell, and other laminates for electrochemical cells and filters made of a plurality of different materials useful as filters. The present invention relates to a method for manufacturing a laminated sintered body having a ceramic layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、水処理等の様々な分野でセラミッ
クスフィルターが使用されている。こうしたフィルター
においては、例えば円筒状の多孔質セラミックスからな
る本体の表面に、目の細かいセラミックス層を形成した
ものなどが知られている。
2. Description of the Related Art Ceramic filters have been used in various fields such as water treatment. As such a filter, for example, a filter in which a fine ceramic layer is formed on the surface of a main body made of a cylindrical porous ceramic is known.

【0003】また、固体電解質型燃料電池は、いわゆる
平板型と円筒型とに大別される。平板型の固体電解質型
燃料電池においては、いわゆるセパレータと発電層とを
交互に積層することにより、発電用のスタックを構成す
る。特開平5─54897号公報においては、燃料極と
空気極とをそれぞれ形成して発電層を作成し、またイン
ターコネクターを作成し、この発電層とインターコネク
ターとの間に、セラミックス粉末と有機バインダーとを
含有する薄膜を挟んで積層体を作製し、この積層体を熱
処理することにより、発電層とインターコネクターとを
接合している。
[0003] Solid oxide fuel cells are roughly classified into so-called flat type and cylindrical type. In a plate-type solid oxide fuel cell, a so-called separator and a power generation layer are alternately stacked to form a power generation stack. In JP-A-5-54897, a fuel electrode and an air electrode are respectively formed to form a power generation layer, and an interconnector is formed. Ceramic powder and an organic binder are interposed between the power generation layer and the interconnector. A laminate is produced by sandwiching a thin film containing, and the laminate is heat-treated to join the power generation layer and the interconnector.

【0004】また、特開平6─68885号公報におい
ては、インターコネクターのグリーン成形体と空気極側
ディストリビューターのグリーン成形体とを積層し、こ
の積層体を一体焼結させることにより、インターコネク
ターとディストリビューターとを接合することが記載さ
れている。この方法においては、両者のグリーン成形体
の間に、両者と熱収縮挙動が極端に異なる材料を塗布す
ることにより、グリーン成形体間の応力を緩和する応力
緩和層を形成している。この応力緩和層は、焼成収縮時
に細かく破壊し、これによって応力が緩和される。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-88585, a green molded body of an interconnector and a green molded body of an air electrode side distributor are laminated, and the laminated body is integrally sintered to form an interconnector. Joining with a distributor is described. In this method, a stress relaxation layer for relaxing stress between the green molded bodies is formed between the two green molded bodies by applying a material having an extremely different heat shrinkage behavior from the two green molded bodies. This stress relieving layer is finely broken during shrinkage by firing, whereby the stress is relieved.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】固体電解質型燃料電池
やセラミックスフィルターの主要部分は、いずれも、セ
ラミックスを積層し、焼結した部材からなる。しかし、
これらには、次のような共通した問題点があった。即
ち,セラミックスフィルターにおいては、濾過効率を一
層向上させるためには、フィルターの全体を大型化する
必要があるが、この場合にはコストの上昇や設置スペー
スの増大を招いた。更に、フィルターはバルク状のセラ
ミックスであるために、重量が大きいという問題があ
る。フィルターの濾過抵抗を小さくするためには、フィ
ルターの肉厚を薄くする必要があるが、この場合にはフ
ィルターの構造体としての強度が著しく低下するという
問題があった。
A main part of a solid oxide fuel cell or a ceramics filter is made of a member obtained by laminating and sintering ceramics. But,
These had the following common problems. That is, in the case of a ceramic filter, in order to further improve the filtration efficiency, it is necessary to increase the size of the entire filter. In this case, the cost and the installation space are increased. Further, since the filter is made of bulk ceramics, there is a problem that the weight is large. In order to reduce the filtration resistance of the filter, it is necessary to reduce the thickness of the filter. However, in this case, there is a problem that the strength of the structure of the filter is significantly reduced.

【0006】また、固体電解質型燃料電池は、電極への
ガスの供給性が悪く、即ち電極内でのガスの拡散に対す
る抵抗が高いために、発電性能に一定の制限があった。
また、単電池が重く、かつ希土類元素を使用するために
材料費が高いという問題があった。
[0006] In addition, the solid electrolyte fuel cell has a certain limitation in power generation performance due to poor gas supply to the electrodes, that is, high resistance to gas diffusion in the electrodes.
In addition, there is a problem that the unit cell is heavy and the material cost is high because a rare earth element is used.

【0007】本発明の課題は、セラミックスフィルター
や固体電解質型燃料電池のような、機能性セラミックス
の積層焼結体において、各セラミックスの保持する機能
を向上させると共に、積層焼結体を軽量化し、かつ積層
焼結体の構造強度も向上させうるようにすることであ
る。
An object of the present invention is to improve the function of holding each ceramic in a laminated sintered body of functional ceramics, such as a ceramic filter or a solid oxide fuel cell, and to reduce the weight of the laminated sintered body. In addition, it is intended to improve the structural strength of the laminated sintered body.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、互いに異なる
複数種の材質からなる複数のセラミックス層を備えてい
る積層焼結体であって、前記の各セラミックス層中に、
それぞれ前記積層焼結体を貫通する貫通孔が設けられて
いる積層焼結体を製造するのに際して、前記の各セラミ
ックス層にそれぞれ対応する各坏土を、口金に対して同
時に供給することによって、積層焼結体の成形体を製造
し、この成形体を焼成することを特徴とする。
The present invention provides a laminated sintered body comprising a plurality of ceramic layers made of a plurality of different materials, wherein each of the ceramic layers has
When manufacturing a laminated sintered body provided with a through-hole penetrating the laminated sintered body, by supplying each clay corresponding to each of the ceramic layers, simultaneously to a die, It is characterized in that a molded body of a laminated sintered body is manufactured, and the molded body is fired.

【0009】これによって、各セラミックスの保持する
機能を向上させると共に、積層焼結体を軽量化し、かつ
積層焼結体の構造強度も向上させうるようにできた。
As a result, the function of holding the ceramics can be improved, the weight of the laminated sintered body can be reduced, and the structural strength of the laminated sintered body can be improved.

【0010】具体的には、積層焼結体が濾過器のセラミ
ックスフィルターである場合には、濾過抵抗が小さくな
り、濾過効率が向上し、短時間に大量の液体を処理でき
るようになった。また、貫通孔を設けることによってフ
ィルターの軽量化が可能であり、かつ各セラミックス層
内に独立した貫通孔を形成した構造なので、構造強度を
高く保持することができる。
More specifically, when the laminated sintered body is a ceramic filter of a filter, the filtration resistance is reduced, the filtration efficiency is improved, and a large amount of liquid can be processed in a short time. Further, by providing the through-holes, it is possible to reduce the weight of the filter, and since the structure has independent through-holes in each ceramic layer, the structural strength can be kept high.

【0011】また、積層焼結体が、電気化学セル用の積
層焼結体であり、板状をなしており、電極層とセパレー
タ層とを備えている場合には、電極層に貫通孔を設ける
ことによって、電極の内部におけるガスの拡散効率が向
上し、電極反応が活発になる。この結果、固体電解質型
燃料電池の場合には、発電出力密度が向上し、水蒸気電
解セルの場合には電解効率が向上する。しかも、セパレ
ータに貫通孔を設けることによって、セルの冷却効果を
高め、セルの温度を均一化することができる。また、こ
れらの各貫通孔によって、構造体としての強度を損なう
ことなく、セルを軽量化することが可能である。
When the laminated sintered body is a laminated sintered body for an electrochemical cell and has a plate shape and includes an electrode layer and a separator layer, a through hole is formed in the electrode layer. By providing this, the gas diffusion efficiency inside the electrode is improved, and the electrode reaction is activated. As a result, in the case of a solid oxide fuel cell, the power generation output density is improved, and in the case of a steam electrolysis cell, the electrolysis efficiency is improved. Moreover, by providing the through holes in the separator, the cooling effect of the cell can be enhanced, and the temperature of the cell can be made uniform. In addition, these through holes can reduce the weight of the cell without impairing the strength of the structure.

【0012】[0012]

【発明の実施形態】以下、更に具体的な実施形態につい
て述べる。本発明に係る積層焼結体は、長尺のものとす
ることが好ましい。具体的には、積層焼結体の貫通孔の
方向の長さを、貫通孔に垂直な方向の長さの2倍以上と
することが好ましく、5倍以上とすることが一層好まし
い。
Hereinafter, more specific embodiments will be described. The laminated sintered body according to the present invention is preferably long. Specifically, the length of the laminated sintered body in the direction of the through hole is preferably at least twice the length in the direction perpendicular to the through hole, and more preferably at least five times.

【0013】本発明においては、各セラミックス層にそ
れぞれ対応する各坏土を、口金に対して同時に供給する
ことによって、前記積層焼結体の成形体を製造し、この
成形体を一体焼成する。
In the present invention, a compact of the laminated sintered body is manufactured by simultaneously supplying the respective clays corresponding to the respective ceramic layers to the die, and the compact is integrally fired.

【0014】こうした製造方法によれば、口金の形状を
変更することによって、種々の横断面形状を有する積層
体を製造することができる。また、特に押出成形方法を
利用することによって、長い製品(例えば長さ1000
mm以上)を製造できるようになった。更に、この方法
によれば、製造工程数が極めて少なくなる。
According to such a manufacturing method, a laminate having various cross-sectional shapes can be manufactured by changing the shape of the die. Also, particularly by utilizing extrusion methods, long products (eg, 1000 m long) can be used.
mm or more). Furthermore, according to this method, the number of manufacturing steps is extremely reduced.

【0015】口金の入口の形状を円形とすることによっ
て、口金を製造するための加工が容易になる。また、口
金の入口の形状は、坏土が進入し易いように適宜に変更
する。口金中で各坏土を押し出すための押出機構として
は、プランジャー、真空土練機などを使用できる。
By making the shape of the inlet of the die circular, processing for manufacturing the die becomes easy. The shape of the inlet of the die is appropriately changed so that the clay can easily enter. A plunger, a vacuum kneading machine, or the like can be used as an extruding mechanism for extruding each kneaded clay in the die.

【0016】坏土として水系バインダーを使用すると、
有機溶剤を使用した場合のように排気処理を行う必要が
ないので、その分設備を簡単にできるし、口金から押し
出された成形体が曲がりにくくなる。この場合には、水
分量を10〜20重量%とすることが一層好ましい。ま
た、水系バインダーとしては、ポリビニルアルコール、
メチルセルロース、エチルセルロース等を例示できる。
When an aqueous binder is used as the clay,
Since it is not necessary to perform an exhaust treatment as in the case where an organic solvent is used, the facility can be simplified accordingly, and the molded body extruded from the base is hardly bent. In this case, the water content is more preferably set to 10 to 20% by weight. Further, as the aqueous binder, polyvinyl alcohol,
Methyl cellulose, ethyl cellulose and the like can be exemplified.

【0017】また、成形体を押し出す際には、成形体が
曲がりやすいという問題があることが判明してきた。即
ち、相対的に硬い方の坏土は、押出の際の流動速度が遅
く、相対的に軟らかい坏土の方は、押出の際の流動速度
が早くなる傾向がある。この流動速度の相違のために、
口金から成形体の先端の方へと向かって成形体が曲がり
変形し、あるいは反ってくるという現象が生じた。ま
た、こうした各坏土の流動速度の相違によって、各グリ
ーン成形体の界面の位置がずれるという現象も生じた。
Further, it has been found that there is a problem that the molded body is easily bent when extruding the molded body. That is, the relatively hard kneaded clay tends to have a low flow rate at the time of extrusion, and the relatively soft kneaded clay tends to have a high flow rate at the time of extrusion. Because of this difference in flow velocity,
The phenomenon in which the molded body bends and deforms or warps from the die toward the tip of the molded body occurred. In addition, such a difference in the flow speed of the respective clays also caused a phenomenon that the position of the interface of each green molded body was shifted.

【0018】成形体の曲がりを防止し、成形体が真っ直
ぐに押し出されるようにし、各グリーン成形体の界面の
位置がずれないようにするためには、各坏土の硬度の差
を2以下とすることが好ましい。ここで言う硬度とは、
NGK粘土硬度計の規格によって測定したものである。
In order to prevent bending of the molded body, to extrude the molded body straight, and to prevent the position of the interface of each green molded body from shifting, the difference in hardness of each clay is set to 2 or less. Is preferred. The hardness here means
It is measured according to the standard of NGK clay hardness tester.

【0019】ただし、こうした硬度の微調整を行うこと
は、実際の製造装置および坏土においては困難な場合も
多い。そこで、各坏土を、一つの口金中へと連続的に供
給するのに際して、第一の押出機構から、一方のグリー
ン成形体を構成する坏土を口金へと向かって押出し、第
二の押出機構から、他方のグリーン成形体を構成する坏
土を口金へと向かって押出すことができる。これによっ
て第一の押出機構と第二の押出機構との各押出速度や各
押出圧力を機械的に調整し、積層体の曲がり等を防止す
ることが可能になった。
However, it is often difficult to finely adjust the hardness in an actual manufacturing apparatus and clay. Then, when continuously supplying each kneaded material into one die, the kneaded material constituting one green molded body is extruded from the first extrusion mechanism toward the die, and the second extrusion is performed. From the mechanism, the clay constituting the other green molded body can be extruded toward the die. This makes it possible to mechanically adjust the respective extrusion speeds and the respective extrusion pressures of the first extrusion mechanism and the second extrusion mechanism, thereby preventing the laminate from bending.

【0020】本発明において、液体を内側層へ供給し、
濾過された液体が外側層から排出される場合には、フィ
ルターの外側層を構成する材質としては、シリカ、アル
ミナ、ムライト、ジルコニア、スピネル、炭化珪素、コ
ージェライトを例示でき、その気孔径は1〜10μmが
好ましく、気孔率は、10〜70%とすることが好まし
い。フィルターの内側層を構成する材質としては、シリ
カ、アルミナ、ムライト、ジルコニア、スピネル、炭化
珪素、コージェライトを例示でき、内側層の材質と外側
層の材質とは同じであって良く、異なっていても良い。
内側層の気孔径は5〜200μmとすることが好まし
く、この場合には外側層よりも内側層の方が気孔径が大
きい。内側層の気孔率は、20〜80%とすることが好
ましい。また、上記において、内側層と外側層との構成
を逆にし、液体を外側層へ供給し、濾過された液体を内
側層から排出することができる。
In the present invention, the liquid is supplied to the inner layer,
When the filtered liquid is discharged from the outer layer, examples of the material constituting the outer layer of the filter include silica, alumina, mullite, zirconia, spinel, silicon carbide, and cordierite. Preferably, the porosity is 10-70%. Examples of the material constituting the inner layer of the filter include silica, alumina, mullite, zirconia, spinel, silicon carbide, and cordierite, and the material of the inner layer and the material of the outer layer may be the same or different. Is also good.
The pore diameter of the inner layer is preferably 5 to 200 μm. In this case, the pore diameter of the inner layer is larger than that of the outer layer. The porosity of the inner layer is preferably 20 to 80%. Further, in the above, the configuration of the inner layer and the outer layer can be reversed, the liquid can be supplied to the outer layer, and the filtered liquid can be discharged from the inner layer.

【0021】本発明が適用可能な電気化学セルとしては
酸素ポンプがある。
As an electrochemical cell to which the present invention can be applied, there is an oxygen pump.

【0022】また、本発明を、高温水蒸気電解セルに適
用できる。このセルは、水素の製造装置に使用でき、ま
た水蒸気の除去装置に使用できる。この場合には、各電
極で次の反応を生じさせる。
Further, the present invention can be applied to a high-temperature steam electrolysis cell. This cell can be used for a hydrogen production device and a steam removal device. In this case, the following reaction occurs at each electrode.

【0023】[0023]

【化1】 陰極:H2 O+2e- →H2 +O2 - 陽極:O2 - →2e- +1/2O2 Cathode: H 2 O + 2e → H 2 + O 2 −Anode: O 2 − → 2e + 1 / 2O 2

【0024】更に、本発明を、NOxの分解セルに適用
できる。この分解セルは、自動車、発電装置からの排ガ
スの浄化装置として使用できる。現在、ガソリンエンジ
ンから発生するNOxには、三元機能触媒によって対応
している。しかし、リーンバーンエンジンやディーゼル
エンジンなど、低燃費型のエンジンが増加すると、これ
らのエンジンの排ガス中の酸素量が多いので、三元機能
触媒が機能しなくなる。
Further, the present invention can be applied to a NOx decomposition cell. This decomposition cell can be used as a purification device for exhaust gas from automobiles and power generation devices. At present, NOx generated from a gasoline engine is handled by a three-way catalyst. However, when the number of fuel-efficient engines such as lean burn engines and diesel engines increases, the amount of oxygen in the exhaust gas of these engines is large, so that the three-way catalyst does not function.

【0025】ここで、本発明の電気化学セルをNOx分
解セルとして使用すると、固体電解質膜を通して排ガス
中の酸素を除去するのと共に、NOxを電解してN2
2 - とに分解し、この分解によって生成した酸素をも
除去できる。また、このプロセスと共に、排ガス中の水
蒸気が電解されて水素と酸素とを生じ、この水素がNO
xをN2 へと還元する。
Here, when the electrochemical cell of the present invention is used as a NOx decomposition cell, oxygen in exhaust gas is removed through a solid electrolyte membrane, and NOx is electrolyzed to be decomposed into N 2 and O 2- . Oxygen generated by this decomposition can also be removed. In addition, along with this process, steam in the exhaust gas is electrolyzed to generate hydrogen and oxygen, and this hydrogen is converted into NO.
the x is reduced to N 2.

【0026】本発明の電気化学セルにおいて、セパレー
タと一体化するべき電極は、空気極等の陽極及び燃料極
等の陰極の双方を含むが、陽極の方が一層好適である。
しかも、自立型(自己支持型)の陽極とセパレータとを
接合することが、特に好適である。なぜなら、陽極及び
セパレータの各グリーン成形体の積層体を成形するのに
際して、自立型の陽極及びセパレータの方が、厚さが大
きく、強度が大きいので、取扱い易いからである。
In the electrochemical cell of the present invention, the electrodes to be integrated with the separator include both an anode such as an air electrode and a cathode such as a fuel electrode, and the anode is more preferable.
Moreover, it is particularly preferable to join the self-supporting (self-supporting) anode to the separator. This is because the self-supporting anode and separator are easier to handle because the thickness and strength of the self-supporting anode and separator are larger when forming a laminate of each green molded body of the anode and the separator.

【0027】セパレータの主原料は、ランタンを含有す
るペロブスカイト型複合酸化物であることが好ましく、
ランタンクロマイトであることが更に好ましい。耐熱
性、耐酸化性、耐還元性を有しているからである。ま
た、セパレータのグリーン成形体を構成する坏土は、前
記の主原料に対して有機バインダーと水とを混合するこ
とで製造できる。この有機バインダーとしては、ポリメ
チルアクリレート、ニトロセルロース、ポリビニルアル
コール、メチルセルロース、エチルセルロース、スター
チ、ワックス、アクリル酸ポリマー、メタクリル酸ポリ
マー等を例示することができる。主原料の重量を100
重量部としたとき、有機バインダーの添加量は0.5〜
5重量部とすることが好ましい。
The main raw material of the separator is preferably a perovskite-type composite oxide containing lanthanum,
More preferably, it is lanthanum chromite. This is because it has heat resistance, oxidation resistance, and reduction resistance. The clay constituting the green molded body of the separator can be produced by mixing an organic binder and water with the above-mentioned main raw material. Examples of the organic binder include polymethyl acrylate, nitrocellulose, polyvinyl alcohol, methyl cellulose, ethyl cellulose, starch, wax, acrylic acid polymer and methacrylic acid polymer. 100 weight of main raw material
The amount of the organic binder added is 0.5 to
It is preferably 5 parts by weight.

【0028】陽極の主原料は、ランタンを含有するペロ
ブスカイト型複合酸化物であることが好ましく、ランタ
ンマンガナイト又はランタンコバルタイトであることが
更に好ましく、ランタンマンガナイトが一層好ましい。
ランタンクロマイト及びランタンマンガナイトは、スト
ロンチウム、カルシウム、クロム(ランタンマンガナイ
トの場合)、コバルト、鉄、ニッケル、アルミニウム等
をドープしたものであってよい。また、パラジウム、白
金、ルテニウム、白金−ジルコニア混合粉末、パラジウ
ム−ジルコニア混合粉末、ルテニウム−ジルコニア混合
粉末、白金−酸化セリウム混合粉末、パラジウム−酸化
セリウム混合粉末、ルテニウム−酸化セリウム混合粉末
であってもよい。
The main raw material of the anode is preferably a perovskite-type composite oxide containing lanthanum, more preferably lanthanum manganite or lanthanum cobaltite, and more preferably lanthanum manganite.
Lanthanum chromite and lanthanum manganite may be doped with strontium, calcium, chromium (for lanthanum manganite), cobalt, iron, nickel, aluminum and the like. Also, palladium, platinum, ruthenium, platinum-zirconia mixed powder, palladium-zirconia mixed powder, ruthenium-zirconia mixed powder, platinum-cerium oxide mixed powder, palladium-cerium oxide mixed powder, ruthenium-cerium oxide mixed powder Good.

【0029】陰極の主原料としては、ニッケル、パラジ
ウム、白金、ニッケル─ジルコニア混合粉末、白金─ジ
ルコニア混合粉末、パラジウム−ジルコニア混合粉末、
ニッケル−酸化セリウム混合粉末、白金−酸化セリウム
混合粉末、パラジウム−酸化セリウム混合粉末、ルテニ
ウム、ルテニウム−ジルコニア混合粉末等が好ましい。
The main raw materials of the cathode include nickel, palladium, platinum, nickel-zirconia mixed powder, platinum-zirconia mixed powder, palladium-zirconia mixed powder,
Nickel-cerium oxide mixed powder, platinum-cerium oxide mixed powder, palladium-cerium oxide mixed powder, ruthenium, ruthenium-zirconia mixed powder and the like are preferable.

【0030】固体電解質膜の材料としては、イットリア
安定化ジルコニア又はイットリア部分安定化ジルコニア
が好ましいが、他の材料を使用することもできる。
As a material for the solid electrolyte membrane, yttria-stabilized zirconia or yttria-partially stabilized zirconia is preferable, but other materials can also be used.

【0031】NOx分解セルの場合には、固体電解質を
酸化セリウム系セラミックスとすることが特に好まし
く、陰極材料をパラジウム、パラジウム−酸化セリウム
サーメットとすることが好ましい。
In the case of a NOx decomposition cell, the solid electrolyte is particularly preferably cerium oxide-based ceramic, and the cathode material is preferably palladium or palladium-cerium oxide cermet.

【0032】電極の成形体を構成する坏土は、電極の主
原料に対して、有機バインダーと造孔材と水とを混合す
ることで製造できる。この有機バインダーとしては、前
記のセパレータ用のものを例示できる。また、主原料の
重量を100重量部としたとき、有機バインダーの添加
量は0.5〜5重量部とすることが好ましい。
The clay constituting the electrode compact can be produced by mixing an organic binder, a pore former and water with the main raw material of the electrode. Examples of the organic binder include those for the aforementioned separator. When the weight of the main raw material is 100 parts by weight, the amount of the organic binder to be added is preferably 0.5 to 5 parts by weight.

【0033】積層成形体の脱脂工程は、焼成工程とは別
にすることもできるが、焼成時の温度上昇の過程で積層
成形体の脱脂を行うことが好ましい。固体電解質型燃料
電池用の積層成形体においては、焼成温度は、通常は1
300℃〜1700℃とする。
The degreasing step of the laminated molded article can be performed separately from the firing step, but it is preferable to perform degreasing of the laminated molded article in the course of increasing the temperature during the firing. In the case of a laminated molded article for a solid oxide fuel cell, the firing temperature is usually 1
300 ° C to 1700 ° C.

【0034】〔実験例1〕以下、図面を参照しつつ、本
発明の一実施形態を更に詳細に説明する。図1は、セラ
ミックスフィルター1を示す断面図であり、図2は、図
1のフィルターを濾過装置の中に設置した状態を概略的
に示す概略部分断面図である。次の工程によって、図1
に示すフィルターを製造し、性能の評価を行った。
[Experimental Example 1] Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a ceramic filter 1, and FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view schematically showing a state where the filter of FIG. 1 is installed in a filtering device. By the following steps, FIG.
Were manufactured and the performance was evaluated.

【0035】(原料の調製)まず、アルミナ粉末とセル
ロース、メチルセルロースを使用して、坏土を製造し
た。平均粒径10μmのアルミナ原料粉末100重量部
に、セルロース5重量部、メチルセルロース3重量部、
水20重量部を混合し、この混合物を混練機内に入れ、
混練物を調製した。この混練物を真空土練機に収容し、
直径50mm、長さ300mmの円筒状坏土甲を製造し
た。一方、平均粒径5μmのナルミナ原料粉末100重
量部に、メチルセルロース3重量部、水23重量部を混
合し、この混合物を混練機に入れ、混練物を調製した。
この混練物を真空土練機に収容し、直径50mm、長さ
300mmの円筒状坏土乙を製造した。
(Preparation of Raw Materials) First, a clay was produced using alumina powder, cellulose and methylcellulose. 100 parts by weight of alumina raw material powder having an average particle size of 10 μm, 5 parts by weight of cellulose, 3 parts by weight of methylcellulose,
Mix 20 parts by weight of water, put this mixture in a kneader,
A kneaded product was prepared. This kneaded material is stored in a vacuum kneader,
A cylindrical clay body having a diameter of 50 mm and a length of 300 mm was manufactured. Separately, 3 parts by weight of methylcellulose and 23 parts by weight of water were mixed with 100 parts by weight of a raw powder of nalmina having an average particle size of 5 μm, and the mixture was put into a kneader to prepare a kneaded product.
The kneaded material was accommodated in a vacuum kneading machine to produce a cylindrical kneaded material having a diameter of 50 mm and a length of 300 mm.

【0036】(成形工程)次に、坏土甲および坏土乙を
使用して、同時押出成形によってフィルターの成形体を
製造した。この際には、図3に示す形態の押出成形機を
使用した。即ち、各成形胴13A、13Bの各通路14
A、14Bの中に、坏土甲15A、坏土乙15Bを投入
した。プランジャー12Aの軸11Aを移動させ、坏土
甲15Aを口金18の方向へと押し出した。これと同時
に、プランジャー12Bの軸11Bを移動させ、坏土乙
15Bを口金18へと押し出した。口金18は、入口部
分18aと出口部分18bとからなる。入口部分18a
においては、2つの入口通路17A、17Bが形成され
ており、両者の間に隔壁16が設けられている。各入口
通路の横断面は、それぞれ円形である。出口部分18b
中の出口通路19の横断面は長方形である。口金18の
先端部分にダイス20が設置されている。
(Molding Step) Next, a molded body of the filter was manufactured by simultaneous extrusion molding using the clay body A and the clay body B. In this case, an extruder having the form shown in FIG. 3 was used. That is, each passage 14 of each molding cylinder 13A, 13B
A and 14B were charged with clay body A 15A and clay body B 15B. The shaft 11A of the plunger 12A was moved, and the body 15A was extruded in the direction of the base 18. At the same time, the shaft 11B of the plunger 12B was moved, and the clay body B was pushed out to the base. The base 18 includes an inlet portion 18a and an outlet portion 18b. Inlet part 18a
, Two inlet passages 17A and 17B are formed, and a partition 16 is provided between the two. The cross section of each inlet passage is circular. Exit part 18b
The cross section of the middle outlet passage 19 is rectangular. A die 20 is provided at the tip of the base 18.

【0037】第一のプランジャー12Aと第二のプラン
ジャー12Bとの各押出速度や圧力を、成形体の曲がり
が発生しないように調整する。こうして得られた成形体
には、図1の形状に対応する断面形状を有している。
The respective extrusion speeds and pressures of the first plunger 12A and the second plunger 12B are adjusted so that the molded product does not bend. The molded body thus obtained has a cross-sectional shape corresponding to the shape of FIG.

【0038】(焼成工程)次に、この成形体を恒温恒湿
槽に入れ、乾燥した。次いで、成形体を電気炉に設置
し、昇温速度200℃/時間で1500℃まで昇温し、
1500℃で3時間保持し、次いで放冷して室温まで冷
却し、図1に示す筒状の積層焼結体1を得た。積層焼結
体1の外側層2には所定個数の貫通孔4が形成されてお
り、内側層3にも所定個数の貫通孔5が形成されてい
る。内側層3の中央部分には、他の貫通孔4、5よりも
寸法の大きい貫通孔6が形成されている。内側層3は、
坏土甲15Aによって形成されており、外側層2は、坏
土乙15Bによって形成されている。
(Firing Step) Next, the molded body was placed in a thermo-hygrostat and dried. Next, the compact was placed in an electric furnace and heated to 1500 ° C. at a rate of 200 ° C./hour.
The temperature was maintained at 1500 ° C. for 3 hours, and then allowed to cool to room temperature to obtain a cylindrical laminated sintered body 1 shown in FIG. A predetermined number of through holes 4 are formed in the outer layer 2 of the laminated sintered body 1, and a predetermined number of through holes 5 are also formed in the inner layer 3. In the central portion of the inner layer 3, a through hole 6 having a size larger than the other through holes 4, 5 is formed. The inner layer 3
The outer layer 2 is formed by the kneaded material 15A, and the outer layer 2 is formed by the kneaded material 15B.

【0039】図1に示す外側断面の寸法は30mm×3
0mmであり、貫通孔6の寸法は3mm×3mmであ
り、貫通孔4、5の寸法は1mm×1mmであり、積層
焼結体の長さは300mmである。外側層2および内側
層3からそれぞれ10mm×10mm×1mmの試料を
切り出し、各試料の気孔率を測定した。内側層3から切
り出した試料の気孔率は45%であり、外側層2から切
り出した試料の気孔率は35%であった。外側層2の気
孔径は、内側層3の気孔径よりも小さく、一層細かい粒
子を除去できるようになっている。この積層焼結体か
ら、長さ50mmの試料を切り出し、フィルターを得
た。
The dimensions of the outer cross section shown in FIG.
The dimensions of the through holes 6 are 3 mm × 3 mm, the dimensions of the through holes 4 and 5 are 1 mm × 1 mm, and the length of the laminated sintered body is 300 mm. Samples of 10 mm × 10 mm × 1 mm were cut out from the outer layer 2 and the inner layer 3, respectively, and the porosity of each sample was measured. The porosity of the sample cut from the inner layer 3 was 45%, and the porosity of the sample cut from the outer layer 2 was 35%. The pore size of the outer layer 2 is smaller than the pore size of the inner layer 3 so that finer particles can be removed. A sample having a length of 50 mm was cut out from the laminated sintered body to obtain a filter.

【0040】図2に示すように、フィルター1の両端に
フランジ7を取り付け、両者の間をシール部材51によ
って水密に封止し、これをケース8の中の所定位置に取
り付けた。この濾過装置を使用して、濾過性能の試験を
行った。具体的には、平均粒径1μmのアルミナ粉末を
水に溶かしてスラリーを得、スラリーを矢印Aに示すよ
うに入口通路9Aから貫通孔6、5内に流入させた。フ
ィルター1の外側から吸引した。液体の一部は出口9B
から矢印Bのように流出し、一部は矢印C、Dのように
フィルターを透過して濾過室10内へと流入する。表1
に示す各時間に濾過された水量を測定し、測定結果を表
1に示した。
As shown in FIG. 2, flanges 7 were attached to both ends of the filter 1, the space between them was sealed water-tight by a seal member 51, and this was attached to a predetermined position in the case 8. Using this filtration device, a test of filtration performance was performed. Specifically, an alumina powder having an average particle diameter of 1 μm was dissolved in water to obtain a slurry, and the slurry was allowed to flow into the through holes 6 and 5 from the inlet passage 9A as shown by the arrow A. Aspirated from the outside of Filter 1. Part of liquid is outlet 9B
Flows out of the filter as shown by an arrow B, and a part thereof passes through the filter as shown by arrows C and D and flows into the filtration chamber 10. Table 1
The amount of water filtered at each time shown in was measured, and the measurement results are shown in Table 1.

【0041】ただし、実際にフィルターを使用する場合
には、ある程度濾過するとフィルターが目詰まりを起こ
すので、ときどき目詰まりを除去することができるが、
本実施例では、こうした目詰まりの除去を行わないで、
データを得た。なお、目詰まりを除去するためには、逆
洗浄を行うか、または、フィルター1の外側を吸引しな
いで、洗浄水のみを入口通路9Aから貫通孔6、5内へ
流入させ、目詰まりの原因となる粒子を、出口9Bから
排出することができる。
However, when the filter is actually used, the filter is clogged when it is filtered to some extent, so that the clogging can sometimes be removed.
In this embodiment, without removing such clogging,
Data obtained. In order to remove the clogging, reverse washing is performed, or only the washing water is allowed to flow into the through holes 6 and 5 from the inlet passage 9A without sucking the outside of the filter 1, thereby causing the clogging. Can be discharged from the outlet 9B.

【0042】また、比較例として、図4に示すフィルタ
ー23を製造し、上記のようにして濾過水量を測定し
た。ただし、図4において、フィルター23は、外側層
24と内側層25とからなり、内側層25の中に貫通孔
53を設けた。ただし、内側層、外側層を構成する各坏
土は、前記した実施例と同じであり、各坏土甲、乙を、
図4に示すような形態となるように成形して成形体を
得、この成形体を電気炉内に設置し、昇温速度200℃
/時間で1500℃まで昇温し、1500℃で3時間保
持し、次いで放冷して室温まで冷却し、積層焼結体を得
た。
As a comparative example, a filter 23 shown in FIG. 4 was manufactured, and the amount of filtered water was measured as described above. However, in FIG. 4, the filter 23 includes an outer layer 24 and an inner layer 25, and a through hole 53 is provided in the inner layer 25. However, the kneaded clay constituting the inner layer and the outer layer is the same as in the above-described embodiment, and each kneaded body A, B
A molded body was obtained by molding into the form shown in FIG. 4, and the molded body was placed in an electric furnace and heated at a rate of 200 ° C.
The temperature was raised to 1500 ° C./hour, kept at 1500 ° C. for 3 hours, and then allowed to cool to room temperature to obtain a laminated sintered body.

【0043】この積層焼結体の内側層の寸法は15mm
×15mm×300mmであり、外側層24の断面寸法
は30mm×30mmであり、貫通孔53の寸法は3m
m×3mmである。この積層焼結体の気孔率は35%で
あった。この積層焼結体から、長さ50mmのフィルタ
ーを切り出した。
The size of the inner layer of the laminated sintered body is 15 mm
× 15 mm × 300 mm, the cross-sectional dimension of the outer layer 24 is 30 mm × 30 mm, and the dimension of the through hole 53 is 3 m
m × 3 mm. The porosity of this laminated sintered body was 35%. From this laminated sintered body, a filter having a length of 50 mm was cut out.

【0044】[0044]

【表1】 [Table 1]

【0045】表1からわかるように、本発明によって、
フィルターとしての機能を損なうことなく、濾過水量を
著しく向上させることができた。
As can be seen from Table 1, according to the present invention,
The amount of filtered water could be significantly improved without impairing the function as a filter.

【0046】次いで、本発明を電気化学セルに適用した
態様について述べる。図5(a)は、本発明に係る、電
気化学セル用の積層焼結体32を概略的に示す正面図で
あり、図5(b)は、セル31Aを示す正面図である。
積層焼結体32は、陽極層27とセパレータ28とから
なる。陽極層27中には所定個数の貫通孔29Aが形成
されており、セパレータ28中にも同様に貫通孔30A
が形成されている。74は、陽極層とセパレータとの境
界である。
Next, an embodiment in which the present invention is applied to an electrochemical cell will be described. FIG. 5A is a front view schematically showing a laminated sintered body 32 for an electrochemical cell according to the present invention, and FIG. 5B is a front view showing a cell 31A.
The laminated sintered body 32 includes an anode layer 27 and a separator 28. A predetermined number of through holes 29A are formed in the anode layer 27, and the through holes 30A are similarly formed in the separator 28.
Are formed. 74 is a boundary between the anode layer and the separator.

【0047】この積層焼結体32のうち、少なくとも多
孔質の陽極層27の表面27aを被覆するように、固体
電解質膜56を形成し、固体電解質膜56上に陰極膜3
3を形成する。本実施例においては、固体電解質膜56
の末端がセパレータ28の上側末端に対して接触するよ
うにし、これによって貫通孔29A、30A内の一方の
ガス(例えば酸化ガス)が、セル1Aの外部を流れる他
方のガス(例えば燃料ガス)に対して、直接には接触し
ないようにする。
In the laminated sintered body 32, a solid electrolyte film 56 is formed so as to cover at least the surface 27a of the porous anode layer 27, and the cathode film 3 is formed on the solid electrolyte film 56.
Form 3 In the present embodiment, the solid electrolyte membrane 56
Is in contact with the upper end of the separator 28, so that one gas (eg, oxidizing gas) in the through holes 29A, 30A is changed to the other gas (eg, fuel gas) flowing outside the cell 1A. Avoid direct contact.

【0048】図5(a)の積層焼結体を成形する場合に
も、図3に示すような押出成形装置を使用することがで
きる。
An extruder as shown in FIG. 3 can be used for molding the laminated sintered body of FIG. 5 (a).

【0049】図6は、更に他の実施形態に係る、電気化
学セル31Bを概略的に示す正面図である。積層焼結体
60は、陽極層34とセパレータ35とからなる。陽極
層34中には所定個数の貫通孔29Bが形成されてお
り、ここで横断面の方向にみて、貫通孔29Bが4列×
2列配置されている。セパレータ35中にも同様に貫通
孔30Bが形成されており、横断面の方向にみて、貫通
孔30Bが4列×2列配置されている。
FIG. 6 is a front view schematically showing an electrochemical cell 31B according to still another embodiment. The laminated sintered body 60 includes the anode layer 34 and the separator 35. A predetermined number of through holes 29B are formed in the anode layer 34. Here, when viewed in the direction of the cross section, there are four rows of through holes 29B.
They are arranged in two rows. Similarly, through holes 30B are formed in the separator 35, and the through holes 30B are arranged in 4 rows × 2 rows as viewed in the direction of the cross section.

【0050】図7、図8は、それぞれ、更に他の実施形
態に係る、電気化学セル58、62を概略的に示す正面
図である。図7に示すセル58においては、積層焼結体
71は、陽極層59とセパレータ70とからなる。陽極
層59中には所定個数の貫通孔29Dが形成されてい
る。セパレータ70中にも同様に貫通孔30Dが形成さ
れている。ここで、陽極層59とセパレータ70との境
界74に沿って貫通孔61が例えば3個設けられてお
り、各貫通孔61は陽極層59とセパレータ70との双
方に面している。
FIGS. 7 and 8 are front views schematically showing electrochemical cells 58 and 62 according to still another embodiment, respectively. In the cell 58 shown in FIG. 7, the laminated sintered body 71 includes an anode layer 59 and a separator 70. A predetermined number of through holes 29D are formed in the anode layer 59. Similarly, a through-hole 30 </ b> D is formed in the separator 70. Here, for example, three through holes 61 are provided along the boundary 74 between the anode layer 59 and the separator 70, and each through hole 61 faces both the anode layer 59 and the separator 70.

【0051】このように、本発明においては、セパレー
タと陽極層との間の境界に沿っても貫通孔を設けること
ができる。この貫通孔中にも空気等の酸化ガスを流すこ
とによって、陽極層の発電効率等を高めることができ
る。
As described above, in the present invention, a through hole can be provided along the boundary between the separator and the anode layer. By flowing an oxidizing gas such as air into the through holes, the power generation efficiency of the anode layer can be improved.

【0052】積層焼結体71のうち、少なくとも多孔質
の陽極層59の表面59aを被覆するように、固体電解
質膜56を形成し、固体電解質膜56上に陰極膜33を
形成する。
The solid electrolyte film 56 is formed so as to cover at least the surface 59 a of the porous anode layer 59 of the laminated sintered body 71, and the cathode film 33 is formed on the solid electrolyte film 56.

【0053】図8に示す単電池62においては、積層焼
結体72は、陽極層62とセパレータ63とからなる。
陽極層62中には所定個数の貫通孔29Eが形成されて
いる。セパレータ63中にも同様に貫通孔30Eが形成
されている。積層焼結体72のうち、少なくとも多孔質
の陽極層62の表面62aを被覆するように、固体電解
質膜56を形成し、固体電解質膜56上に陰極膜33を
形成する。
In the unit cell 62 shown in FIG. 8, the laminated sintered body 72 includes the anode layer 62 and the separator 63.
A predetermined number of through holes 29E are formed in the anode layer 62. Similarly, a through hole 30E is formed in the separator 63. The solid electrolyte membrane 56 is formed so as to cover at least the surface 62 a of the porous anode layer 62 of the laminated sintered body 72, and the cathode membrane 33 is formed on the solid electrolyte membrane 56.

【0054】本実施例においては、積層焼結体72にお
いて、陽極層62の方をセパレータ63よりも厚くし、
陽極層62の中に多数の貫通孔29Eを設けた。一般
に、電気化学セルにおいては、セパレータの抵抗値の方
が、陽極の抵抗値よりも大きい。このため、陽極層の方
をセパレータよりも厚くし、抵抗値の高いセパレータを
薄くすることによって、積層焼結体72の全体の抵抗値
を最小限とすることができた。
In this embodiment, in the laminated sintered body 72, the anode layer 62 is made thicker than the separator 63,
A large number of through holes 29E were provided in the anode layer 62. Generally, in an electrochemical cell, the resistance of the separator is higher than the resistance of the anode. Therefore, by making the anode layer thicker than the separator and making the separator having a higher resistance value thinner, the overall resistance value of the laminated sintered body 72 could be minimized.

【0055】図9(a)は、更に他の実施形態に係る積
層焼結体36を概略的に示す正面図であり、図9(b)
は、積層焼結体36を使用した電気化学セル31Cを示
す正面図であり、図9(c)は、セル31Cを、その長
さ方向に沿って切ってみたときの断面図である。
FIG. 9A is a front view schematically showing a laminated sintered body 36 according to still another embodiment, and FIG.
FIG. 9 is a front view showing an electrochemical cell 31C using the laminated sintered body 36, and FIG. 9C is a cross-sectional view when the cell 31C is cut along its length direction.

【0056】積層焼結体36は、陽極層37とセパレー
タ38とからなる。陽極層37中には所定個数の貫通孔
29Cが形成されており、セパレータ38中にも貫通孔
30Cが形成されている。陽極層37の側面37aを被
覆し、かつ積層焼結体38の側面38aの上部を被覆す
るように、固体電解質膜56を形成し、固体電解質膜5
6上に陰極膜33を形成し、セル31Cを作成する。こ
こで,図9(c)に示すように、セパレータ内の貫通孔
30Cの末端と、陽極層37内の貫通孔29Cの末端と
は連通しており、また陽極層37の長さは、セパレータ
38の長さよりも小さくなっている。固体電解質膜56
は、陽極層37の長手方向の末端側の側面37bの全体
を被覆しており、かつセパレータ38の長手方向の末端
の側面38bの上端部を被覆している。
The laminated sintered body 36 includes an anode layer 37 and a separator 38. A predetermined number of through holes 29C are formed in the anode layer 37, and through holes 30C are also formed in the separator 38. The solid electrolyte film 56 is formed so as to cover the side surface 37 a of the anode layer 37 and to cover the upper portion of the side surface 38 a of the laminated sintered body 38.
A cathode film 33 is formed on 6 to form a cell 31C. Here, as shown in FIG. 9C, the end of the through hole 30C in the separator communicates with the end of the through hole 29C in the anode layer 37, and the length of the anode layer 37 is 38 is smaller than the length. Solid electrolyte membrane 56
Covers the entire side surface 37b on the terminal side in the longitudinal direction of the anode layer 37 and covers the upper end of the side surface 38b on the terminal side in the longitudinal direction of the separator 38.

【0057】固体電解質型燃料電池の場合には、発電時
には、矢印Eのように、セパレータ38の貫通孔30C
内へと酸化ガスを供給する。この酸化ガスは、セパレー
タの末端の壁面に衝突して方向転換し、空気極層37内
の貫通孔29Cに入り、矢印Fのように排出される。
In the case of a solid oxide fuel cell, during power generation, as shown by the arrow E, the through hole 30C
Supply oxidizing gas into the interior. The oxidizing gas collides with the end wall surface of the separator and changes direction, enters the through hole 29C in the air electrode layer 37, and is discharged as shown by an arrow F.

【0058】以下、更に具体的な実験結果について述べ
る。 〔実験例2〕図5(b)に示すような固体電解質型燃料
電池の単電池と、比較例の単電池とを製造し、各単電池
について、発電試験を実施した。
Hereinafter, more specific experimental results will be described. [Experimental Example 2] A unit cell of a solid oxide fuel cell as shown in FIG. 5 (b) and a unit cell of a comparative example were manufactured, and a power generation test was performed on each unit cell.

【0059】(空気極層およびセパレータ用の坏土の製
造)平均粒径4μmのランタンマンガナイト原料粉末1
00重量部、セルロース10重量部、メチルセルロース
3重量部、水18重量部を、混練機に入れ、坏土を調製
した。この坏土を使用し、真空土練機によって、直径5
0mm,長さ300mmの空気極層用の坏土を製造し
た。
(Production of Clay for Air Electrode Layer and Separator) Lanthanum manganite raw material powder 1 having an average particle size of 4 μm
100 parts by weight, 10 parts by weight of cellulose, 3 parts by weight of methylcellulose, and 18 parts by weight of water were put into a kneader to prepare a clay. Using this kneaded material, a diameter 5 mm
Clay for the air electrode layer having a length of 0 mm and a length of 300 mm was produced.

【0060】一方、平均粒径3μmのランタンクロマイ
ト原料粉末100重量部、メチルセルロース3重量部、
水12重量部を混練機に入れ、セパレータ用坏土を調製
した。真空土練機を用いて、直径50mm、長さ300
mmの坏土を製造した。
On the other hand, 100 parts by weight of lanthanum chromite raw material powder having an average particle diameter of 3 μm, 3 parts by weight of methylcellulose,
12 parts by weight of water was put into a kneader to prepare a kneaded material for a separator. Using a vacuum kneader, diameter 50 mm, length 300
mm was manufactured.

【0061】(同時押出成形および焼成)図3に示すよ
うな押出成形装置を使用し、図5(a)に示す形態の成
形体を作製した。各プランジャーの速度を調製しなが
ら、同時にピストンを前進させて押出成形した。こうし
て得られた成形体を、恒温恒湿槽中に収容し、乾燥させ
た。次いで、この成形体を電気炉内に設置し、昇温速度
200℃/時間で1550℃まで昇温させ、1550℃
で4時間保持し、次いで放冷して室温まで冷却した。こ
の焼成体の寸法は24mm×8mm×300mmであ
り、貫通孔の寸法は3mm×4mmの長方形であった。
(Simultaneous Extrusion Molding and Firing) A molded article having the form shown in FIG. 5A was produced using an extrusion molding apparatus as shown in FIG. While adjusting the speed of each plunger, the piston was simultaneously advanced and extruded. The molded body thus obtained was placed in a thermo-hygrostat and dried. Next, the compact was placed in an electric furnace and heated to 1550 ° C. at a rate of 200 ° C./hour.
For 4 hours and then allowed to cool to room temperature. The size of the fired body was 24 mm × 8 mm × 300 mm, and the size of the through hole was a rectangle of 3 mm × 4 mm.

【0062】この焼成体の空気極層およびセパレータか
ら、それぞれ10mm×10mm×1mmの試料を切り
出し、気孔率を測定した。この結果、空気極層の気孔率
は35%であり、セパレータの気孔率は0.3%であっ
た。
A sample of 10 mm × 10 mm × 1 mm was cut out from the air electrode layer and the separator of the fired body, and the porosity was measured. As a result, the porosity of the air electrode layer was 35%, and the porosity of the separator was 0.3%.

【0063】一方、比較例の積層焼結体を、前記した実
施例と同様にして製造した。ただし、セパレータ側には
貫通孔を設けなかった。
On the other hand, a laminated sintered body of a comparative example was manufactured in the same manner as in the above-described example. However, no through-hole was provided on the separator side.

【0064】上記した本発明の実施例および比較例の各
焼成体から、24mm×8mm×50mmの寸法の試料
を切り出し、プラズマ溶射機を用いて、ランタンマンガ
ナイト上に、8molイットリア安定化ジルコニア(固
体電解質)膜を形成した(厚さ100μmの膜)。この
上にニッケル−ジルコニアサーメットをスクリーン印刷
法によって形成した。こうして得られたアセンブリを、
電気炉内に設置し、1400℃で熱処理し、本発明の実
施例および比較例の各単電池を得た。
A sample having a size of 24 mm × 8 mm × 50 mm was cut out from each of the fired bodies of the above-mentioned Examples and Comparative Examples, and 8 mol of yttria-stabilized zirconia (lanthanum manganite) was cut using a plasma spraying machine. (Solid electrolyte) film was formed (film having a thickness of 100 μm). A nickel-zirconia cermet was formed thereon by a screen printing method. The assembly thus obtained is
This was placed in an electric furnace and heat-treated at 1400 ° C. to obtain each unit cell of the examples and comparative examples of the present invention.

【0065】(固体電解質型燃料電池の発電試験)図1
0および図11に模式的に示した発電試験装置を使用
し、発電試験を行った。実施例および比較例の各単電池
40を、集電体47と41との間に設置し、各集電体を
白金線42、43に接続した。これらを容器45内に収
容した。室温バブラーに水素を通して加湿し、矢印Gの
ように容器内に供給し、単電池の燃料極に対して接触さ
せ、矢印Hのように容器から排出した。
(Power generation test of solid oxide fuel cell) FIG.
A power generation test was performed using a power generation test apparatus schematically shown in FIG. Each cell 40 of the example and the comparative example was installed between current collectors 47 and 41, and each current collector was connected to platinum wires 42 and 43. These were accommodated in the container 45. Hydrogen was humidified by passing hydrogen through a room temperature bubbler, supplied into the container as shown by arrow G, brought into contact with the fuel electrode of the unit cell, and discharged from the container as shown by arrow H.

【0066】単電池40を、セラミックス製のマニホー
ルド44に対して気密に固定した。マニホールド44を
通して、矢印Iのように空気を供給し、空気を各貫通孔
29A、30A中へと流し、矢印Jのように排出した。
この際、本発明の実施例の単電池31Aにおいては、セ
パレータの貫通孔30A中に供給された空気は、発電に
よって生じた熱を奪いながら単電池の外部へと抜け、単
電池を冷却する作用がある。これによって、単電池の長
手方向の温度分布が均一化するという作用効果が得られ
た。
The cell 40 was air-tightly fixed to a ceramic manifold 44. Air was supplied through the manifold 44 as shown by the arrow I, and the air was flown into the through holes 29A and 30A, and was discharged as shown by the arrow J.
At this time, in the unit cell 31A of the embodiment of the present invention, the air supplied into the through hole 30A of the separator escapes to the outside of the unit cell while depriving the heat generated by the power generation to cool the unit cell. There is. As a result, an operational effect of uniforming the temperature distribution in the longitudinal direction of the cell was obtained.

【0067】また、セパレータに使用されるランタンク
ロマイトは、水素などの還元雰囲気中では、空気中にお
けるよりも抵抗が高くなることが知られている。しか
し、セパレータにも貫通孔を設け、その貫通孔中に空気
を供給することによって、セパレータの抵抗を低くし、
セル自体の抵抗を低くできるという作用効果が得られ
た。
It is known that lanthanum chromite used for the separator has a higher resistance in a reducing atmosphere such as hydrogen than in air. However, by providing a through hole in the separator and supplying air into the through hole, the resistance of the separator is reduced,
The operation and effect that the resistance of the cell itself can be reduced was obtained.

【0068】本発電試験においては、単電池のみを試験
しているので、セパレータ内の貫通孔を通過した空気の
熱を利用していない。しかし、実用的な発電機において
は、多数の単電池を直列に接続している。そこで、空気
を余分の燃料ガスと混合して燃焼させ、この燃焼熱を、
改質器の加熱や給湯のために利用することができる。集
電体は、ニッケル製の板を使った。
In this power generation test, since only the unit cells were tested, the heat of the air passing through the through holes in the separator was not used. However, in a practical generator, a number of cells are connected in series. Therefore, air is mixed with excess fuel gas and burned, and the heat of combustion is
It can be used for heating and hot water supply of the reformer. The current collector used a nickel plate.

【0069】また、上記のようにして、比較例の単電池
を試験した。本発明の実施例および比較例の各単電池を
使用して、温度1000℃の発電条件下で単電池の最大
出力を測定し、単位重量当たりの出力密度を、表2に示
す。この結果から、単電池が占有する体積が同じ場合、
セパレータに貫通孔がある本発明の実施例の場合、単位
重量当たりの出力密度が高いことがわかる。
Further, the unit cell of the comparative example was tested as described above. Using the cells of the examples and comparative examples of the present invention, the maximum output of the cells was measured under the power generation condition at a temperature of 1000 ° C., and the output density per unit weight is shown in Table 2. From this result, if the cells occupy the same volume,
In the case of the embodiment of the present invention in which the separator has through holes, it can be seen that the output density per unit weight is high.

【0070】[0070]

【表2】 [Table 2]

【0071】〔実験例3〕図9(a)〜(c)に示すよ
うな単電池を製造し、発電実験を行った。この単電池
は、上記した図5(b)の単電池31Aと同様にして製
造した。この単電池31Cを発電装置に設置して発電実
験を行った。
[Experimental Example 3] A unit cell as shown in FIGS. 9A to 9C was manufactured, and a power generation experiment was performed. This unit cell was manufactured in the same manner as the unit cell 31A shown in FIG. 5B. The unit cell 31C was installed in a power generator, and a power generation experiment was performed.

【0072】図12は、この発電装置の概要を示す模式
図である。発電装置の容器64の中に、正極集電板6
6、2つの単電池31Cおよび負極集電板67を順次に
設置した。正極集電板66と単電池31Cとの間、隣り
合う単電池の間、および単電池31Cと負極集電板67
との間には、それぞれニッケルフェルト68を充填する
ことによって、電気的な接続を行った。容器の一方の端
部に燃料ガス供給口64aを設け、これとは反対側の端
部に燃焼ガス排出口64bを設けた。排出口64b側に
酸化ガス供給管65を取り付け、供給管65の先端を単
電池31Cの端部に気密に取り付けた。
FIG. 12 is a schematic diagram showing an outline of this power generation device. The positive electrode current collector plate 6 is placed in the container 64 of the power generator.
6, two unit cells 31C and a negative electrode current collector 67 were sequentially installed. Between the positive electrode current collector 66 and the cell 31C, between adjacent cells, and between the cell 31C and the negative electrode current collector 67.
, Electrical connection was made by filling a nickel felt 68, respectively. A fuel gas supply port 64a was provided at one end of the container, and a combustion gas discharge port 64b was provided at the opposite end. The oxidizing gas supply pipe 65 was attached to the discharge port 64b side, and the tip of the supply pipe 65 was attached to the end of the cell 31C in an airtight manner.

【0073】室温バブラーに水素を通して加湿し、矢印
Kのように、容器64内に水素を供給し、矢印Lで示す
ように、隣り合う単電池31Cの間、単電池と各集電板
66、67との間を通過させた。一方、矢印Nのよう
に、空気を供給管65内へと供給し、矢印Eのようにセ
パレータ38側の貫通孔30Cへと流し、更に空気極層
37の貫通孔29Cへと流し、矢印Fのように単電池か
ら排出した。使用済の空気と水素とを、燃焼空間77内
で反応させ、燃焼排ガスを排出口64bから矢印Mのよ
うに排出させた。
Hydrogen is humidified by passing hydrogen through the room temperature bubbler, and hydrogen is supplied into the container 64 as shown by the arrow K, and between the unit cells 31C adjacent to each other, as shown by the arrow L, between the unit cell and each current collector plate 66, 67. On the other hand, as shown by the arrow N, air is supplied into the supply pipe 65, flows into the through hole 30C on the separator 38 side as shown by the arrow E, further flows into the through hole 29C of the air electrode layer 37, and the arrow F Was discharged from the cell as shown in FIG. The used air and hydrogen were reacted in the combustion space 77, and the combustion exhaust gas was discharged from the discharge port 64b as shown by the arrow M.

【0074】この発電試験の結果、0.17W/(cm
2 ・g)の単位重量当たりの出力密度が得られた。ま
た、セパレータ中を空気が通過する間に単電池を冷却
し、空気が予熱される結果、単電池の全体の温度分布が
均一化した。
As a result of this power generation test, 0.17 W / (cm
A power density per unit weight of 2 · g) was obtained. In addition, the unit cells were cooled while the air passed through the separator, and the air was preheated. As a result, the entire temperature distribution of the unit cells became uniform.

【0075】〔実験例4〕本発明を水蒸気電解セルに適
用した実験例について述べる。図5(b)に示す形態の
実施例の水蒸気電解セルと、比較例の水蒸気電解セルと
を製造し、各セルについて、セルの単位重量当たりの水
素発生量を測定した。
[Experimental Example 4] An experimental example in which the present invention is applied to a steam electrolysis cell will be described. A steam electrolysis cell of the example shown in FIG. 5B and a steam electrolysis cell of the comparative example were manufactured, and the amount of hydrogen generated per unit weight of the cell was measured for each cell.

【0076】実験例2と同様にして、陽極とセパレータ
との積層成形体を作製した。この成形体を、実験例2と
同様にして乾燥、焼成した。得られた焼成体の陽極層お
よびセパレータから、それぞれ10mm×10mm×1
mmの試料を切り出し、気孔率を測定した。この結果、
陽極層の気孔率は35%であり、セパレータの気孔率は
0.3%であった。
In the same manner as in Experimental Example 2, a laminate formed of the anode and the separator was produced. This molded body was dried and fired in the same manner as in Experimental Example 2. From the anode layer and the separator of the obtained fired body, 10 mm × 10 mm × 1
mm sample was cut out and the porosity was measured. As a result,
The porosity of the anode layer was 35%, and the porosity of the separator was 0.3%.

【0077】一方、比較例の積層焼結体を、前記した実
施例と同様にして製造した。ただし、セパレータ側には
貫通孔を設けなかった。
On the other hand, a laminated sintered body of a comparative example was manufactured in the same manner as in the above-described example. However, no through-hole was provided on the separator side.

【0078】上記した本発明の実施例および比較例の各
焼成体から、24mm×8mm×50mmの寸法の試料
を切り出し、プラズマ溶射機を用いて、ランタンマンガ
ナイト上に、8molイットリア安定化ジルコニア(固
体電解質)膜を形成した(厚さ100μmの膜)。この
上に白金ペーストを印刷した。こうして得られたアセン
ブリを、電気炉内に設置し、1400℃で熱処理し、本
発明の実施例および比較例の各水蒸気電解セルを得た。
陰極の面積はそれぞれ8cm2 とした。
A sample having a size of 24 mm × 8 mm × 50 mm was cut out from each of the fired bodies of the above Examples and Comparative Examples of the present invention, and 8 mol of yttria-stabilized zirconia (lanthanum manganite) was cut using a plasma spraying machine. (Solid electrolyte) film was formed (film having a thickness of 100 μm). A platinum paste was printed thereon. The assembly thus obtained was placed in an electric furnace and heat-treated at 1400 ° C. to obtain each of the steam electrolysis cells of Examples and Comparative Examples of the present invention.
The area of each cathode was 8 cm 2 .

【0079】図10および図11に模式的に示した試験
装置内に、実施例および比較例の各水蒸気電解セルを設
置し、電解試験を行った。10%の水蒸気を含有するヘ
リウムガスを500cc/分で陰極側に供給した。また
空気を200cc/分の速度で陽極側に供給した。
Each of the steam electrolysis cells of the example and the comparative example was installed in the test apparatus schematically shown in FIGS. 10 and 11, and an electrolysis test was performed. Helium gas containing 10% water vapor was supplied to the cathode side at 500 cc / min. Air was supplied to the anode side at a rate of 200 cc / min.

【0080】1000℃において、0.3A/cm2
電流密度で水蒸気の電解を行った。水蒸気を含むヘリウ
ムガスの排気側で、ガスクロマトグラフィーによって、
発生する水素の量を測定し、セルの単位重量当たりの水
素発生量を算出した。この結果、本発明の実施例の水蒸
気電解セルにおいては、0.63cc・min- 1
- 1 であり、比較例の水蒸気電解セルにおいては、0.
39cc・min- 1 - 1 であった。このように、本
発明を水蒸気電解セルに適用することによって、単位重
量当たりの水素発生量が多くなり、またセルの軽量化が
可能になることがわかった。
At 1000 ° C., steam electrolysis was performed at a current density of 0.3 A / cm 2 . On the exhaust side of helium gas containing water vapor, by gas chromatography,
The amount of hydrogen generated was measured, and the amount of hydrogen generated per unit weight of the cell was calculated. As a result, in the steam electrolysis cell of the embodiment of the present invention, 0.63 cc · min −1 g
−1 in the steam electrolysis cell of the comparative example.
It was 39 cc min -1 g -1 . Thus, it has been found that by applying the present invention to a steam electrolysis cell, the amount of hydrogen generated per unit weight is increased, and the weight of the cell can be reduced.

【0081】[0081]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、セ
ラミックスフィルターや電気化学セルのような、機能性
セラミックスの積層焼結体において、各セラミックスの
保持する機能を向上させると共に、積層焼結体を軽量化
し、かつ積層焼結体の構造強度も向上させることができ
る。
As described above, according to the present invention, in a laminated sintered body of functional ceramics, such as a ceramics filter or an electrochemical cell, the function of holding each ceramic is improved and the laminated ceramics are sintered. It is possible to reduce the weight of the sintered body and to improve the structural strength of the laminated sintered body.

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

【図1】セラミックスフィルター1を示す断面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a ceramic filter 1. FIG.

【図2】図1のフィルターを濾過装置の中に設置した状
態を概略的に示す概略部分断面図である。
FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view schematically showing a state where the filter of FIG. 1 is installed in a filtration device.

【図3】一つの押出成形用口金18中へと坏土15Aと
坏土15Bとを同時に供給することによって、積層成形
体を押出成形している状態を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which a multilayer molded body is extruded by simultaneously supplying the clay 15A and the clay 15B into one extrusion molding die 18;

【図4】比較例のフィルターを概略的に示す正面図であ
る。
FIG. 4 is a front view schematically showing a filter of a comparative example.

【図5】(a)は、本発明の他の実施形態に係る、電気
化学セル用の積層焼結体32を概略的に示す正面図であ
り、(b)は、セル31Aを示す正面図である。
FIG. 5 (a) is a front view schematically showing a laminated sintered body 32 for an electrochemical cell according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 (b) is a front view showing a cell 31A. It is.

【図6】本発明の更に他の実施形態に係る電気化学セル
31Bを概略的に示す正面図である。
FIG. 6 is a front view schematically showing an electrochemical cell 31B according to still another embodiment of the present invention.

【図7】本発明の更に他の実施形態に係る電気化学セル
58を概略的に示す正面図である。
FIG. 7 is a front view schematically showing an electrochemical cell 58 according to still another embodiment of the present invention.

【図8】本発明の更に他の実施形態に係る電気化学セル
62を概略的に示す正面図である。
FIG. 8 is a front view schematically showing an electrochemical cell 62 according to still another embodiment of the present invention.

【図9】(a)は、本発明の更に他の実施例に係る電気
化学セル用の積層焼結体36を示す正面図であり、
(b)は、セル31Cを示す正面図であり、(c)は、
セル31Cの断面図である。
FIG. 9 (a) is a front view showing a laminated sintered body 36 for an electrochemical cell according to still another embodiment of the present invention,
(B) is a front view showing the cell 31C, (c) is
It is sectional drawing of cell 31C.

【図10】本発明の実施例で使用した発電試験装置ない
し電解試験装置を模式的に示す図である。
FIG. 10 is a diagram schematically showing a power generation test device or an electrolytic test device used in an example of the present invention.

【図11】図10の試験装置において、電気化学セルの
周辺を拡大して示す図である。
11 is an enlarged view showing a periphery of an electrochemical cell in the test apparatus of FIG.

【図12】図9(a)〜(c)の単電池の発電特性を試
験するために使用した発電試験装置の概要を示す模式図
である。
FIG. 12 is a schematic diagram showing an outline of a power generation test apparatus used for testing the power generation characteristics of the unit cells of FIGS. 9 (a) to 9 (c).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 フィルター用の積層焼結体 2 外側層 3
内側層 4、5 フィルターの貫通孔 8 ケース 11
A,11B プランジャー 13A、13B 成形胴
14A,14B 成形胴の通路 15A、15B
坏土 18 口金 20 ダイス 27、3
4、37、59、62 陽極層(空気極層) 28、
35、38、63、70 セパレータ 29A、29
B、29C、29D、29E 陽極層(空気極層)の貫
通孔 30A、30B、30C、30D、30E セ
パレータの貫通孔 31A、31B、31C、58、
62 電気化学セル(単電池) 32、36、60、
71、72 電気化学セル用の積層焼結体、33 陰極
膜(燃料電極膜) 51 シール部材 56 固体
電解質膜
Reference Signs List 1 laminated sintered body for filter 2 outer layer 3
Inner layer 4, 5 Filter through hole 8 Case 11
A, 11B Plunger 13A, 13B Molding cylinder 14A, 14B Path of molding cylinder 15A, 15B
Clay 18 Die 20 Dice 27, 3
4, 37, 59, 62 anode layer (air electrode layer) 28,
35, 38, 63, 70 Separator 29A, 29
B, 29C, 29D, 29E Through holes in anode layer (air electrode layer) 30A, 30B, 30C, 30D, 30E Through holes in separators 31A, 31B, 31C, 58,
62 electrochemical cells (unit cells) 32, 36, 60,
71, 72 Laminated sintered body for electrochemical cell, 33 Cathode film (fuel electrode film) 51 Seal member 56 Solid electrolyte membrane

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // B01D 71/02 C25B 9/00 (56)参考文献 特開 平5−36417(JP,A) 特開 平6−168729(JP,A) 特開 平8−180889(JP,A) 特開 平6−287650(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B32B 18/00 B28B 3/26 C25B 9/00 H01M 8/02 B01D 71/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI // B01D 71/02 C25B 9/00 (JP, A) JP-A-8-180889 (JP, A) JP-A-6-287650 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B32B 18/00 B28B 3 / 26 C25B 9/00 H01M 8/02 B01D 71/02

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】互いに異なる複数種の材質からなる複数の
セラミックス層を備えている積層焼結体であって、前記
の各セラミックス層中に、それぞれ前記積層焼結体を貫
通する貫通孔が設けられている積層焼結体を製造するの
に際して、 前記の各セラミックス層にそれぞれ対応する各坏土を、
口金に対して同時に供給することによって、前記積層焼
結体の成形体を製造し、この成形体を焼成することを特
徴とする、積層焼結体の製造方法。
1. A laminated sintered body comprising a plurality of ceramic layers made of a plurality of different materials, wherein a through hole is provided in each of the ceramic layers, each penetrating the laminated sintered body. To manufacture laminated sintered bodies
In doing so, each clay corresponding to each of the ceramic layers described above,
By simultaneously supplying to the die,
It specializes in manufacturing a compact of compacted body and firing this compact.
A method of manufacturing a laminated sintered body.
【請求項2】前記口金中で前記各坏土を押し出すための
押出機構を備えていることを特徴とする、請求項1記載
の方法。
2. A method for extruding each of the clay in the die.
2. An extrusion mechanism is provided.
the method of.
【請求項3】第一の押出機構によって前記口金中で一つ
の前記坏土を押し出し、第二の押出機構によって前記口
金中で他の前記杯土を押し出すことを特徴とする、請求
項1記載の方法。
3. One of said bases by a first extrusion mechanism.
And extruding the kneaded clay by a second extrusion mechanism.
Extruding the other said clay in gold
Item 7. The method according to Item 1.
【請求項4】前記押出機構がプランジャーまたは真空土
練機であることを特徴とする、請求項2または3記載の
方法。
4. The method according to claim 1, wherein the pushing mechanism is a plunger or a vacuum soil.
The kneading machine according to claim 2 or 3, wherein the kneading machine is a kneading machine.
Method.
【請求項5】前記坏土が水系バインダーを含有すること
を特徴とする、請求項1−4のいずれか一つの請求項に
記載の方法。
5. The kneaded material contains an aqueous binder.
In any one of claims 1-4, characterized in that
The described method.
【請求項6】前記杯土の水分量が10〜20重量%であ
ることを特徴とする、請求項1−5のいずれか一つの請
求項に記載の方法。
6. The water content of the clay is 10 to 20% by weight.
The contract according to any one of claims 1 to 5, wherein
The method according to claim.
【請求項7】前記各坏土の硬度の差が2以下であること
を特徴とする、請求項1−6のいずれか一つの請求項に
記載の方法。
7. The difference in hardness between the respective clays is 2 or less.
The method according to any one of claims 1 to 6, wherein
The described method.
【請求項8】前記積層焼結体が濾過器のセラミックスフ
ィルターであることを特徴とする、請求項1−7のいず
れか一つの請求項に記載の方法。
8. The ceramic sintered body for a filter as claimed in claim 8, wherein
The filter according to any one of claims 1 to 7, wherein the filter is a filter.
A method according to any one of the preceding claims.
【請求項9】前記積層焼結体が、電気化学セル用の積層
焼結体であり、板状をなしており、電極層とセパレータ
層とを備えていることを特徴とする、請求項1−8のい
ずれか一つの請求項に記載の方法。
9. The laminated sintered body according to claim 1, wherein said laminated sintered body is a laminated body for an electrochemical cell.
Sintered, plate-shaped, electrode layer and separator
9. The method according to claim 1, further comprising the steps of:
A method according to any one of the preceding claims.
【請求項10】前記セパレータを成形するための杯土
が、ランタンを含有するペロブスカイト型複合酸化物と
有機バインダーと水とを含有することを特徴とする、請
求項9記載の方法。
10. Filling clay for forming said separator.
Is a perovskite-type composite oxide containing lanthanum
An organic binder characterized by containing an organic binder and water.
The method of claim 9.
【請求項11】前記電極層を成形するための杯土が、ラ
ンタンを含有するペロブ スカイト型複合酸化物、有機バ
インダー、造孔材および水を含有することを特徴とす
る、請求項9記載の方法。
11. The clay for forming said electrode layer is a laminating material.
Perobu Sukaito type complex oxide containing lanthanum, organic Bas
It is characterized by containing indder, pore former and water
10. The method of claim 9, wherein
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