JP3447837B2

JP3447837B2 - Power generator

Info

Publication number: JP3447837B2
Application number: JP06061495A
Authority: JP
Inventors: 真司川崎; 清志奥村
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1995-03-20
Publication date: 2003-09-16
Anticipated expiration: 2018-09-16
Also published as: JPH08255627A

Description

Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
を使用した発電装置に関するものであり、特にこの単電
池に対して発電用ガスを供給する構造に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power generator using a solid oxide fuel cell, and more particularly to a structure for supplying a gas for power generation to this unit cell.

【０００２】[0002]

【従来の技術】固体電解質型燃料電池 (ＳＯＦＣ) につ
いては、様々な構造や形態が提案されている。これら
は、いわゆる平板型と円筒型とに大別される（エネルギ
ー総合工学１３−２，１９９０年）。ＳＯＦＣの単電池
の起電力は、開回路において約１Ｖであり、その電流密
度もせいぜい数百ｍＡ／ｃｍ²程度である。このため、
実際の発電装置においては、大きな発電面積を有する単
電池を、容易に直列、並列に接続できるようにすること
が重要である。この観点から、単電池とそのスタック
（集合電池）の構造を検討しなければならない。2. Description of the Related Art Various structures and forms have been proposed for solid oxide fuel cells (SOFC). These are roughly classified into so-called flat plate type and cylindrical type (Energy Integrated Engineering 13-2, 1990). The electromotive force of an SOFC unit cell is about 1 V in an open circuit, and its current density is about several hundred mA / cm ² . For this reason,
In an actual power generation device, it is important to be able to easily connect cells having a large power generation area in series and in parallel. From this point of view, the structure of the unit cell and its stack (assembled battery) must be considered.

【０００３】しかし、平板型単電池の場合には、主とし
てセラミックスの脆弱性から、平面精度が高く、発電面
積の大きい単電池を作製することは困難であった。これ
を解決するために、単電池間を電気的に接続するため
に、単電池の間に柔かい導電性材料を介在させる方法が
提案されている（特開平３−５５７６４号公報）。しか
し、この方法を採用した場合でも、一体品として作製で
きるセラミックス平板の大きさには限界があり、また構
造が複雑であるため、単電池間を並列に接続することが
困難であり、従って出力電流量を大きくすることが容易
ではない。更に、平板型の単電池の場合は、その形状か
ら、単電池の端部でガスシールを行うことが困難であ
る。However, in the case of a flat type cell, it is difficult to produce a cell having a high plane accuracy and a large power generation area mainly due to the brittleness of ceramics. In order to solve this, a method has been proposed in which a soft conductive material is interposed between the single cells in order to electrically connect the single cells (JP-A-3-55764). However, even when this method is adopted, there is a limit to the size of the ceramic flat plate that can be manufactured as an integrated product, and it is difficult to connect the cells in parallel because the structure is complicated, and therefore the output It is not easy to increase the amount of current. Further, in the case of a flat type cell, it is difficult to perform gas sealing at the end of the cell because of its shape.

【０００４】特開昭６３−２６１６７８号においては、
偏平な空気電極管上に固体電解質膜および燃料電極膜を
成形し、この空気電極管の中に空気供給管を挿入するこ
とによって、空気電極に対して酸化ガスを供給してい
る。空気電極管内に供給された酸化ガスは、空気電極に
沿って流れ、空気電極管の開口から外部へと排出されて
排ガス室内へと入り、排ガス室内で燃料ガスと混合され
る。これによって、単電池の端部におけるガスシールを
不要にしている。本出願人が提案した特開平５−８９８
９０号公報の開示においても、やはり同様に単電池の端
部における酸化ガスと燃料ガスとの間のシールを不要と
している。In JP-A-63-261678,
A solid electrolyte membrane and a fuel electrode membrane are formed on a flat air electrode tube, and an air supply tube is inserted into this air electrode tube to supply an oxidizing gas to the air electrode. The oxidizing gas supplied into the air electrode tube flows along the air electrode, is discharged from the opening of the air electrode tube to the outside, enters the exhaust gas chamber, and is mixed with the fuel gas in the exhaust gas chamber. This eliminates the need for a gas seal at the end of the unit cell. JP-A-5-898 proposed by the applicant
Also in the disclosure of Japanese Patent Publication No. 90, similarly, the seal between the oxidizing gas and the fuel gas at the end of the unit cell is also unnecessary.

【０００５】また、特開平２−３０６５４５号公報によ
れば、平板形状の単電池の内部に複数の酸化ガス流通路
を形成し、各酸化ガス流通路の開口を単電池の一端部側
に設け、各酸化ガス流通路を単電池の他方の端部側で連
通させている。また、酸化ガスの供給路と排出路とを気
密に区分する。そして、単電池を燃料ガス流路内に設置
し、燃料ガス流路と酸化ガス供給路との間、および燃料
ガス流路と酸化ガス排出路との間を、気密性隔壁によっ
て区画する。この気密性隔壁に対して単電池を気密に連
結することによって、単電池の開口側の端部を強固に固
定している。Further, according to Japanese Patent Laid-Open No. 2-306545, a plurality of oxidizing gas flow passages are formed inside a flat cell, and an opening of each oxidizing gas flow passage is provided on one end side of the cell. The oxidizing gas flow passages are communicated with each other on the other end side of the unit cell. Further, the supply passage and the discharge passage for the oxidizing gas are airtightly divided. Then, the unit cell is installed in the fuel gas flow passage, and the fuel gas flow passage and the oxidizing gas supply passage and the fuel gas passage and the oxidizing gas discharge passage are partitioned by the airtight partition wall. The end of the unit cell on the opening side is firmly fixed by connecting the unit cell to the airtight partition in an airtight manner.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭６３−
２６１６７８号公報記載の技術においては、単電池の支
持体が偏平な筒形状の空気電極であるので、当然、単電
池の内部の酸化ガス流通路の寸法が大きくなり、このた
めに空気電極内の電流経路が長くなる。このため、単電
池の電気抵抗が大きいので、発電効率の観点から見て不
利である。However, JP-A-63-
In the technology described in Japanese Patent No. 2616678, since the supporting body of the unit cell is a flat tubular air electrode, the size of the oxidizing gas flow passage inside the unit cell is naturally large, and therefore the inside of the air electrode is The current path becomes longer. Therefore, the electric resistance of the unit cell is large, which is disadvantageous from the viewpoint of power generation efficiency.

【０００７】また、偏平な筒形状の単電池の一方の端部
に開口を設け、他方の端部を封止し、酸化ガス流通路の
中に酸化ガス供給管を挿入している。従って、酸化ガス
は、単電池の他方の端部側に衝突し、方向転換して一方
の端部側へと向かって空気電極内を流れる。この際、酸
化ガスが新鮮な間は、即ち、他方の端部に近い部分で
は、酸化ガス中の酸素の利用効率が高く、発電温度が上
昇し易い。しかし、酸化ガスが空気電極内を流れて、一
方の端部に近づくのにつれて、酸化ガス中の酸素が消費
され、かつ酸化ガス中に電池反応の生成物である一酸化
炭素や水が生成してくる。この結果、一方の端部に近づ
くのにつれて、温度が低下する傾向がある。そして、こ
の発電温度が低下すると、酸化ガス中の酸素の利用効率
が、より一層低下する。この結果、単電池を長さ方向に
見たとき、即ち、単電池の一方の端部と他方の端部との
間で、温度勾配が発生してくることがある。Further, an opening is provided at one end of the flat cylindrical cell, the other end is sealed, and an oxidizing gas supply pipe is inserted into the oxidizing gas flow passage. Therefore, the oxidizing gas collides with the other end side of the unit cell, changes its direction, and flows in the air electrode toward the one end side. At this time, while the oxidizing gas is fresh, that is, in the portion near the other end, the utilization efficiency of oxygen in the oxidizing gas is high, and the power generation temperature easily rises. However, as the oxidizing gas flows in the air electrode and approaches one end, oxygen in the oxidizing gas is consumed, and carbon monoxide and water, which are the products of the battery reaction, are generated in the oxidizing gas. Come on. As a result, the temperature tends to decrease as it approaches one end. Then, when the power generation temperature decreases, the utilization efficiency of oxygen in the oxidizing gas further decreases. As a result, a temperature gradient may occur when the unit cell is viewed in the length direction, that is, between one end and the other end of the unit cell.

【０００８】特開平５−８９８９０号公報記載の技術に
おいても、これと同様に、単電池の長さ方向に温度勾配
が発生しうる。また、この技術によっても、やはり単電
池の内部の酸化ガス流通路の寸法が大きくなり、空気電
極内の電流経路が長くなる傾向があることが判明してき
た。確かに、この単電池は平板形状のものであるから、
円筒形状や偏平な筒状の単電池に比較すると、厚さは小
さくなる。しかし、実際には、各単電池に複数の流通路
が形成されており、各流通路内の末端まで酸化ガス供給
管を挿入する作業が必要である。このとき、各供給管は
セラミックス等の耐熱性材料によって形成するが、供給
管内の圧力損失を考慮すると、供給管の内径は１ｍｍ程
度は必要であり、その外形は３ｍｍ程度は必要である。
そして、供給管の真直度を向上させるのには限界があ
り、供給管の外形と流通路の内径との間には、少なくと
も５ｍｍ程度の隙間を予め設けておかないと、供給管を
流通路内に挿入する作業に支障をきたす。この結果、単
電池の厚さ方向に見た流通路の寸法は、８ｍｍ程度以上
とする必要が出てくる。In the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-89890, similarly, a temperature gradient may occur in the length direction of the unit cell. It has also been found that this technology also tends to increase the size of the oxidizing gas flow passage inside the unit cell and lengthen the current path in the air electrode. Certainly, since this unit cell has a flat plate shape,
The thickness is smaller than that of a single cell having a cylindrical shape or a flat tubular shape. However, in practice, each cell has a plurality of flow passages, and it is necessary to insert the oxidizing gas supply pipe to the end of each flow passage. At this time, each supply pipe is formed of a heat-resistant material such as ceramics, but considering the pressure loss in the supply pipe, the inner diameter of the supply pipe is required to be about 1 mm and its outer shape is required to be about 3 mm.
Further, there is a limit to improving the straightness of the supply pipe, and unless a gap of at least about 5 mm is provided in advance between the outer shape of the supply pipe and the inner diameter of the flow passage, the supply pipe will not be formed. It interferes with the insertion work. As a result, the dimension of the flow passage seen in the thickness direction of the unit cell needs to be about 8 mm or more.

【０００９】また、特開平２−３０６５４５号公報記載
の技術においても、上記と同様に、酸化ガスの供給路側
では単電池の温度が上昇し、酸化ガスの排出路側では単
電池の温度が低下するため、上記と同様に温度勾配が発
生する。また、単電池を供給管に対して固着させ、この
供給管によって燃料ガスと酸化ガスとを区分する構造で
あるが、このガスシールを長期間保持することはきわめ
て困難である。特に、発電装置の稼働時の温度は１００
０℃程度まで上昇し、停止時には室温まで温度を降下さ
せることが通常であるが、この熱サイクルによってガス
供給管と気密性隔壁との接合部分に加わる応力が増大
し、ガスシール部分が破損することがある。Also in the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-306545, similarly to the above, the temperature of the unit cell rises on the side of the oxidizing gas supply passage and decreases the temperature of the unit cell on the side of the oxidizing gas discharge passage. Therefore, a temperature gradient is generated similarly to the above. Further, although the unit cell is fixed to the supply pipe and the fuel gas and the oxidizing gas are separated by the supply pipe, it is extremely difficult to maintain the gas seal for a long period of time. In particular, the operating temperature of the power generator is 100
It is usual that the temperature rises to about 0 ° C. and drops to room temperature when stopped, but this heat cycle increases the stress applied to the joint portion between the gas supply pipe and the airtight partition wall, and the gas seal portion is damaged. Sometimes.

【００１０】本発明の課題は、いわゆる平板型の単電池
を発電素子として使用する発電装置において、各単電池
の電流経路を短くして内部抵抗を小さくできるようにす
ることである。また、単電池の内部における温度勾配を
小さくすることである。更に、熱サイクルによるガスシ
ール部分の破壊や損傷、これによる酸化ガスと燃料ガス
との漏れが発生しないようにすることである。An object of the present invention is to shorten the current path of each unit cell in a power generator using a so-called flat type unit cell as a power generating element so as to reduce the internal resistance. In addition, it is to reduce the temperature gradient inside the unit cell. Further, it is necessary to prevent the destruction and damage of the gas seal portion due to the heat cycle and the leakage of the oxidizing gas and the fuel gas due to the destruction and damage.

【００１１】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明に係る発電装置に
おいては、板状の単電池に一方の発電用ガスの流通路を
設け、この流通路に一方の電極が面しており、流通路の
開口を複数設けると共に複数の開口を流通路を介して連
通させ、単電池の外面側に他方の電極を露出させること
によって、単電池を構成した。更に、排ガス部に単電池
の複数の開口が面する状態で、互いに連通している複数
の開口のうち一個以上に対して一方のガスを供給するた
めのガス供給管を設け、この開口と連通している開口の
うち一個以上にはガス供給管を設けず、排ガス部へと向
かって開放させる。In the power generator according to the present invention, a plate-shaped unit cell is provided with a flow passage for one power generation gas, and one electrode faces this flow passage. A plurality of openings are provided, the plurality of openings are made to communicate with each other through the flow passage, and the other electrode is exposed on the outer surface side of the single cell, thereby forming the single cell. Further, a gas supply pipe for supplying one gas to one or more of the plurality of openings communicating with each other with the plurality of openings of the unit cell facing the exhaust gas portion is provided, and the gas supply pipe is connected to the opening. One or more of the open openings are not provided with a gas supply pipe, and are opened toward the exhaust gas portion.

【００１２】これによって、ガス供給管から開口を通し
て流通路内へと一方の発電用ガスを供給することがで
き、一方の発電用ガスは、流通路内を流れ、別の開口か
ら排ガス室内へと排出される。即ち、ガス供給管は、流
通路の奥の方まで挿入する必要はなく、ガス供給口を流
通路の開口の近傍に位置させるだけで、流通路内への一
方の発電用ガスの供給と、流通路からのこのガスの排出
とを実施できるようになる。このように各流通路の奥な
いし末端部分にまでガス供給管を挿入する必要がなくな
ったので、ガス供給管の真直度を考慮して各流通路の単
電池の厚さ方向の寸法をガス供給管の外形よりも大きく
しておく必要はない。With this, one power generation gas can be supplied from the gas supply pipe through the opening into the flow passage, and one power generation gas flows in the flow passage, and then flows into the exhaust gas chamber from another opening. Is discharged. That is, the gas supply pipe does not need to be inserted to the inner part of the flow passage, only by positioning the gas supply port in the vicinity of the opening of the flow passage, supply of one power generation gas into the flow passage, The discharge of this gas from the flow passage can be carried out. Since it is no longer necessary to insert a gas supply pipe into the interior or the end of each flow passage in this way, the size of each flow passage in the thickness direction of the cell is taken into consideration in consideration of the straightness of the gas supply pipe. It does not have to be larger than the tube outline.

【００１３】この結果、各流通路の前記寸法を小さくす
ることができるので、単電池の電流経路を短くして内部
抵抗を小さくすることができる。具体的には、単電池の
厚さ方向に見た流通路の寸法を、５ｍｍ以下とすること
ができるようになり、この場合でもガス供給管の設置作
業を容易に行うことができた。ただし、流通路内におけ
る圧力損失の観点からは、この寸法を１ｍｍ以上とする
ことが好ましい。As a result, the size of each flow passage can be reduced, so that the current path of the unit cell can be shortened and the internal resistance can be reduced. Specifically, the dimension of the flow passage seen in the thickness direction of the unit cell can be set to 5 mm or less, and even in this case, the installation work of the gas supply pipe could be easily performed. However, from the viewpoint of pressure loss in the flow passage, it is preferable that this dimension be 1 mm or more.

【００１４】しかも、本発明において、更に排ガス部と
発電室との間を通気可能にすると、単電池は発電室内に
設置されており、単電池を気密性隔壁に対して固着ない
し接合する必要がなくなる。この場合には、他方の発電
用ガスは、発電室内で発電に寄与した後、排ガス部内へ
と流入する。また、ガス供給管を単電池に対して接合す
る必要もなく、単電池の流通路内へと供給された一方の
発電用ガスは、別の開口から排出され、排ガス部内へと
流入する。このように、本態様の発電装置においては、
ガスシールが不要な構造を実現することができる。Further, in the present invention, if the exhaust gas portion and the power generation chamber can be ventilated, the unit cell is installed in the power generation chamber, and it is necessary to fix or join the unit cell to the airtight partition. Disappear. In this case, the other power generation gas contributes to power generation in the power generation chamber and then flows into the exhaust gas portion. Further, it is not necessary to join the gas supply pipe to the unit cell, and one power generation gas supplied into the flow passage of the unit cell is discharged from another opening and flows into the exhaust gas section. Thus, in the power generation device of this aspect,
A structure that does not require a gas seal can be realized.

【００１５】また、本発明の発電装置においては、排ガ
ス部側に面した単電池の一辺にある流通路の特定の開口
から一方の発電用ガスを供給しており、この開口の周辺
では、いまだ一方の発電用ガスが新鮮なので、温度が上
昇し易くなる。しかし、単電池の内部で流通路が連通し
ていて、やはり排ガス部側に面した開口から、発電に有
用な成分である燃料や酸素が消費された、減損した発電
用ガスが排出されるので、この別の開口の周辺では、温
度が上昇しにくい。そして、ガス供給管が挿入された開
口と、発電用ガスを排出する開口とは、共に排ガス部側
に面しているので、温度が上昇し易い領域と、温度が低
下し易い領域とが、単電池内において比較的に近い位置
にある。これによって、開口付近の全体の熱収支には、
極端な上昇や下降が起こりにくくなり、温度勾配が生じ
にくくなった。Further, in the power generator of the present invention, one power generation gas is supplied from a specific opening of the flow passage on one side of the unit cell facing the exhaust gas side, and in the vicinity of this opening, it is still present. Since one of the power generation gases is fresh, the temperature easily rises. However, since the flow passages communicate with each other inside the unit cell, the depleted gas for power generation, in which the fuel and oxygen that are useful components for power generation are consumed, is also discharged from the opening facing the exhaust gas portion side. , It is difficult for the temperature to rise around this other opening. Then, since the opening into which the gas supply pipe is inserted and the opening for discharging the gas for power generation are both facing the exhaust gas portion side, there are a region where the temperature easily rises and a region where the temperature easily falls, It is relatively close to the cell. As a result, the total heat balance near the opening is
Extreme rises and falls are less likely to occur, and temperature gradients are less likely to occur.

【００１６】更には、ガス供給管が挿入された開口を、
１つおきに設けたり、あるいは２つおきに設けることに
よって、温度が上昇し易い領域と温度が低下し易い領域
とが単電池内において更に近い位置となり、温度勾配が
小さくなるため、好ましい。同様に、ガス供給管が挿入
された開口の両側に隣接する各開口を、発電用ガスが排
出される開口とすると、やはり温度が上昇し易い領域と
温度が低下し易い領域とが単電池内において更に近い位
置となり、温度勾配が小さくなる。Further, the opening into which the gas supply pipe is inserted is
By providing every other one or every two, the region where the temperature easily rises and the region where the temperature easily falls become closer to each other in the unit cell, and the temperature gradient becomes small, which is preferable. Similarly, when each of the openings adjacent to both sides of the opening into which the gas supply pipe is inserted is an opening through which the power generation gas is discharged, an area in which the temperature easily rises and an area in which the temperature easily falls are also inside the unit cell. In, the position becomes closer, and the temperature gradient becomes smaller.

【００１７】[0017]

【実施例】本発明においては、単電池は平板形状である
ことが、電流経路を短くするという観点からは好ましい
が、他の形状であってもよい。この際、単電池の平面的
形状も特に限定しないが、通常は、単電池が平面的に見
て四辺形をなしており、単電池の開口のすべてが四辺形
の一辺に設けられている。単電池が四辺形である場合に
は、この短辺の長さ：長辺の長さは、１：２以上とする
ことが好ましい。EXAMPLES In the present invention, it is preferable that the unit cell has a flat plate shape from the viewpoint of shortening the current path, but it may have another shape. At this time, the planar shape of the unit cell is not particularly limited, but normally, the unit cell has a quadrilateral shape when viewed two-dimensionally, and all the openings of the unit cell are provided on one side of the quadrangle. When the unit cell has a quadrilateral shape, the length of the short side: the length of the long side is preferably 1: 2 or more.

【００１８】また、流通路の平面的形状も特に限定しな
い。しかし、単電池が平面的に見て四辺形をなしている
場合には、流通路が、単電池の一辺からこれと対向する
他辺へと向かって延びる直線状部分と、単電池の他辺側
でこれら直線状部分を連通させている連通部分とを備え
ていることが好ましい。この場合には、各流通路の直線
状部分のうち、ガス供給管が設けられている直線状部分
については発電用ガスが一辺から他辺へと向かって流
れ、この他の直線状部分については、発電用ガスが他辺
から一辺へと向かって流れる。The planar shape of the flow passage is also not particularly limited. However, when the cells are quadrangular in plan view, the flow passage has a straight portion extending from one side of the cell to the other side opposite to the one side and the other side of the cell. It is preferable to provide a communicating portion that communicates these linear portions on the side. In this case, among the linear portions of the flow passages, the power generation gas flows from one side to the other side of the linear portion where the gas supply pipe is provided, and the other linear portions are , Power generation gas flows from one side to the other side.

【００１９】好ましい態様においては、単電池が、板状
の燃料電池素子と、この燃料電池素子に接合されている
セパレータとを備えており、燃料電池素子の固体電解質
部分とセパレータとが気密に接触している。これによっ
て、各流通路が、単電池の外部に対して確実に気密に保
持される。この場合において、好ましくは、固体電解質
板の一方の表面上に空気電極膜を形成し、他方の表面上
に燃料電極膜を形成する。In a preferred embodiment, the unit cell includes a plate-shaped fuel cell element and a separator joined to the fuel cell element, and the solid electrolyte portion of the fuel cell element and the separator are hermetically contacted with each other. is doing. This ensures that the respective flow passages are kept airtight with respect to the outside of the unit cell. In this case, preferably, the air electrode film is formed on one surface of the solid electrolyte plate, and the fuel electrode film is formed on the other surface.

【００２０】本発明においては、ガス供給管を開口内に
挿入することは必須ではなく、ガス供給管の端部にある
供給孔と開口とが対向していれば、発電用ガスの吹き出
し圧力によって、発電用ガスが開口内へと送り込まれ
る。しかし、流通路の開口内にガス供給管を挿入し、ガ
ス供給管のガス供給孔を、流通路の開口側の端部に位置
させることが好ましく、これによって、新鮮な発電用ガ
スが、開口に入らずに漏れることを、確実に防止するこ
とができる。In the present invention, it is not essential to insert the gas supply pipe into the opening. If the supply hole at the end of the gas supply pipe and the opening are opposed to each other, it may depend on the blowing pressure of the gas for power generation. , Power generation gas is fed into the opening. However, it is preferable that the gas supply pipe is inserted into the opening of the flow passage, and the gas supply hole of the gas supply pipe is located at the end portion of the flow passage on the opening side. It is possible to surely prevent leakage without entering into.

【００２１】ここで、ガス供給管の流通路内への挿入距
離ないし間隔が大きすぎると、流通路のうち発電に寄与
しない部分の長さが増加するので、単電池における実質
的な発電部分の手前までガス供給管を挿入することが好
ましい。この間隔ないし距離は、発電装置の設計によっ
て異なるが、一般的には、２〜１０ｍｍとすることが好
ましい。Here, if the insertion distance or interval of the gas supply pipe into the flow passage is too large, the length of the portion of the flow passage that does not contribute to power generation increases, so that the substantial power generation portion of the unit cell is It is preferable to insert the gas supply pipe up to this side. This interval or distance varies depending on the design of the power generator, but is generally preferably 2 to 10 mm.

【００２２】本発明においては、流通路の内壁面や単電
池の端面に対して、ガス供給管を強固に接合することは
しない。しかし、流通路の内壁面や単電池の端面とガス
供給管とを接触させることはできる。また、流通路の内
壁面や単電池の端面と、ガス供給管との間に、柔軟な素
材からなる緩衝材を介在させることができる。In the present invention, the gas supply pipe is not firmly joined to the inner wall surface of the flow passage or the end surface of the unit cell. However, the inner wall surface of the flow passage and the end surface of the unit cell can be brought into contact with the gas supply pipe. Further, a cushioning material made of a flexible material can be interposed between the gas supply pipe and the inner wall surface of the flow passage or the end surface of the unit cell.

【００２３】また、本発明の発電装置においては、一個
の単電池を使用して発電することも可能ではあるが、通
常は多数の単電池を縦方向および横方向に積層し、各単
電池を直列および並列に接続することが必要である。こ
の場合には、複数の単電池を、発電室に互いに所定間隔
を置いて配列し、この際複数個の単電池の他方の電極及
び開口の向きがほぼ同じになるように配列し、隣り合う
単電池の他方の電極とセパレータとを耐熱導電体によっ
て直列接続し、隣り合う単電池のセパレータ同士を耐熱
導電体によって並列接続することが好ましい。こうした
耐熱導電体は、気体の流通を妨げない構造を有している
必要があり、具体的には、耐熱性金属からなるフェルト
状物質や、スポンジ状物質が好ましい。In the power generator of the present invention, although it is possible to generate electric power by using one unit cell, usually, a large number of unit cells are stacked in the vertical direction and the horizontal direction, and each unit cell is stacked. It is necessary to connect in series and parallel. In this case, a plurality of cells are arranged in the power generation chamber at a predetermined interval from each other, and at this time, the other electrodes and openings of the plurality of cells are arranged so that the directions thereof are substantially the same, and the cells are adjacent to each other. It is preferable that the other electrode of the unit cell and the separator are connected in series by the heat-resistant conductor, and the separators of adjacent unit cells are connected in parallel by the heat-resistant conductor. Such a heat-resistant conductor needs to have a structure that does not hinder the flow of gas, and specifically, a felt-like substance made of a heat-resistant metal or a sponge-like substance is preferable.

【００２４】以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本
発明の実施例を更に詳細に説明する。図１（ａ）はＳＯ
ＦＣの燃料電池素子１を示す斜視図であり、図１（ｂ）
は燃料電池素子１を空気電極膜２側から見た平面図であ
る。平板状固体電解質３の平面形状は長方形である。こ
の平板状固体電解質３の一方の面に空気電極膜２が設け
られ、他方の面に燃料電極膜４が設けられている。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings as necessary. Figure 1 (a) shows SO
1 is a perspective view showing a fuel cell element 1 of FC, and FIG.
FIG. 3 is a plan view of the fuel cell element 1 viewed from the air electrode film 2 side. The planar shape of the flat solid electrolyte 3 is a rectangle. The air electrode film 2 is provided on one surface of the plate-shaped solid electrolyte 3, and the fuel electrode film 4 is provided on the other surface.

【００２５】燃料電池素子１の空気電極膜２側において
は、平板状固体電解質３の２つの長辺の縁部に沿って、
固体電解質の露出部分５が設けられており、１つの短辺
に沿って、固体電解質の露出部分６が設けられている。On the side of the air electrode membrane 2 of the fuel cell element 1, along the edges of the two long sides of the flat solid electrolyte 3,
An exposed portion 5 of the solid electrolyte is provided, and an exposed portion 6 of the solid electrolyte is provided along one short side.

【００２６】空気電極膜２の材質は、ドーピングされた
か、又はドーピングされていないＬａＭｎＯ₃、ＣａＭ
ｎＯ₃、ＬａＮｉＯ₃、ＬａＣｏＯ₃等のペロブスカイ
ト型複合酸化物が好ましく、カルシウムまたはストロン
チウムを添加したＬａＭｎＯ₃が特に好ましい。平板状
固体電解質３は、一般にはイットリア安定化ジルコニア
等によって製造できる。燃料電極膜４の材質は、一般に
はニッケルジルコニアサーメット又はコバルトジルコニ
アサーメットが好ましい。The material of the air electrode film 2 is made of doped or undoped LaMnO ₃ , CaM.
Perovskite-type composite oxides such as nO ₃ , LaNiO ₃ , and LaCoO ₃ are preferable, and LaMnO ₃ with calcium or strontium added is particularly preferable. The plate-shaped solid electrolyte 3 can be generally manufactured by yttria-stabilized zirconia or the like. Generally, the material of the fuel electrode film 4 is preferably nickel zirconia cermet or cobalt zirconia cermet.

【００２７】図２は、セパレータ７を示す平面図であ
る。セパレータ７の平面形状は長方形であり、この長方
形の長片の長さと、短辺の長さとの比は２以上である。
このセパレータ７の４辺のうち、２つの長辺に沿って、
それぞれ細長い外周突起７ａが、互いに平行になるよう
に形成されている。セパレータ７の１つの短辺に沿っ
て、細長い外周突起７ｂが形成されている。各外周突起
７ａの各端部が、それぞれ外周突起７ｂの端部と連続し
ている。セパレータ７の長方形状の平板状本体７ｄと、
外周突起７ａおよび７ｂとによって、セパレータ７の外
枠が構成されている。FIG. 2 is a plan view showing the separator 7. The planar shape of the separator 7 is a rectangle, and the ratio of the length of the rectangular long piece to the length of the short side is 2 or more.
Of the four sides of this separator 7, along the two long sides,
The slender outer peripheral projections 7a are formed so as to be parallel to each other. An elongated outer peripheral projection 7b is formed along one short side of the separator 7. Each end of each outer peripheral projection 7a is continuous with each end of each outer peripheral projection 7b. A rectangular flat plate-shaped main body 7d of the separator 7,
An outer frame of the separator 7 is configured by the outer peripheral projections 7a and 7b.

【００２８】平板状本体７ｄの表面上には、更に例えば
２列の細長い隔壁７ｃが、互いに平行に、かつ外周突起
７ａに平行に形成されている。隔壁７ｃの一方の端部
は、平板状本体７ｄの末端面まで延びており、隔壁７ｃ
の他方の端部は、外周突起７ｂとは連続しておらず、こ
れら両者の間に隙間がある。On the surface of the flat plate-shaped main body 7d, for example, two rows of elongated partition walls 7c are formed in parallel with each other and in parallel with the outer peripheral projection 7a. One end of the partition wall 7c extends to the end face of the flat plate-shaped main body 7d, and the partition wall 7c
The other end portion of is not continuous with the outer peripheral projection 7b, and there is a gap between them.

【００２９】セパレータ７の材質は、気密質の電子伝導
体である。更に、セパレータ７は、酸化ガスと燃料ガス
とに対して曝されるので、高温において耐酸化性と耐還
元性とを備えていなければならない。こうした材料とし
ては、ＬａＣｒＯ ₃セラミックス、酸化ガスにさらされ
る部分をＬａＣｒＯ₃セラミックスで被覆したニッケル
ジルコニアサーメット等を例示できる。The material of the separator 7 is airtight electronic conduction.
It is the body. Further, the separator 7 is composed of an oxidizing gas and a fuel gas.
Is exposed to and is resistant to oxidation and reversion at high temperatures.
It must have authenticity. As such a material
LaCrO ₃Exposed to ceramics and oxidizing gas
Part is LaCrO₃Nickel coated with ceramics
Examples thereof include zirconia cermet.

【００３０】図３（ａ）は、燃料電池素子１とセパレー
タ７とを接合する前の状態を示す断面図であり、図３
（ｂ）は、燃料電池素子１とセパレータ７とを接合する
ことによって製造した単電池１１の横断面を示す断面図
である。燃料電池素子１の空気電極膜２と、セパレータ
７の隔壁７ｃとを向い合わせる。この際、外周突起７
ａ、７ｂおよび隔壁７ｃの各上端面に、接合用のセラミ
ックス粉末層３４を設ける。この粉末層３４の材質は、
空気電極膜２の材質、固体電解質の材質またはセパレー
タ７の材質と同じにすることができる。FIG. 3A is a sectional view showing a state before the fuel cell element 1 and the separator 7 are joined together.
(B) is a cross-sectional view showing a cross section of a unit cell 11 manufactured by joining the fuel cell element 1 and the separator 7. The air electrode film 2 of the fuel cell element 1 and the partition wall 7c of the separator 7 are opposed to each other. At this time, the outer peripheral projection 7
A ceramic powder layer 34 for bonding is provided on each of the upper end surfaces of a, 7b and the partition wall 7c. The material of the powder layer 34 is
The material of the air electrode membrane 2 may be the same as the material of the solid electrolyte or the material of the separator 7.

【００３１】そして、各外周突起７ａを、それぞれ露出
部分５に当接させ、外周突起７ｂを露出部分６に当接さ
せ、隔壁７ｃを空気電極膜２に当接させる。この際、各
外周突起７ａの幅と露出部分５の幅とをほぼ同じにする
必要があり、また、外周突起７ｂの幅と露出部分６の幅
とをほぼ同じにする必要がある。この状態で焼成するこ
とによって、図３（ｂ）に示す単電池１１を得る。The outer peripheral projections 7a are brought into contact with the exposed portions 5, the outer peripheral projections 7b are brought into contact with the exposed portions 6, and the partition walls 7c are brought into contact with the air electrode film 2. At this time, the width of each outer peripheral protrusion 7a and the width of the exposed portion 5 need to be substantially the same, and the width of the outer peripheral protrusion 7b and the width of the exposed portion 6 need to be substantially the same. By firing in this state, the unit cell 11 shown in FIG. 3B is obtained.

【００３２】単電池１１においては、各外周突起７ａお
よび外周突起７ｂと平板状固体電解質３とが接合されて
おり、各隔壁７ｃと空気電極膜２とが接合されている。
外周突起７ａと隔壁７ｃとの間には、単電池１１の一辺
から他辺へと延びるような直線状流通路８が形成されて
おり、各隔壁７ｃの間には、単電池１１の一辺から他辺
へと延びるような直線状流通路９が形成されている。中
央にある流通路９の両側に、それぞれ流通路８が形成さ
れている。In the unit cell 11, the outer peripheral protrusions 7a and the outer peripheral protrusions 7b are joined to the plate-shaped solid electrolyte 3, and the partition walls 7c are joined to the air electrode membrane 2.
A linear flow passage 8 extending from one side of the unit cell 11 to the other side is formed between the outer peripheral protrusion 7a and the partition wall 7c, and between each partition wall 7c, one side of the unit cell 11 is formed. A linear flow passage 9 is formed so as to extend to the other side. Flow passages 8 are formed on both sides of the flow passage 9 in the center.

【００３３】各流通路８、９は、それぞれ単電池１１の
末端面に開口を有している。単電池１１の外周突起７ｂ
側の端部には、この外周突起７ｂに対して平行に延びる
連通部分１０が形成されている。各流通路８、９の外周
突起７ｂ側の端部８ｂ、９ｂは、それぞれ連通部分１０
に連続しており、連通部分１０によって、各流通路８と
流通路９とが、互いに接続され、連通する。Each of the flow passages 8 and 9 has an opening at the end face of the unit cell 11. Outer peripheral projection 7b of unit cell 11
A communication portion 10 extending parallel to the outer peripheral projection 7b is formed at the end portion on the side. Ends 8b and 9b of the flow passages 8 and 9 on the side of the outer peripheral projection 7b are respectively connected to the communicating portion 10
The flow passage 8 and the flow passage 9 are connected to each other and communicate with each other by the communication portion 10.

【００３４】本実施例の単電池１１においては、気密質
であるセパレータ７の外周突起７ａ、７ｂと、気密質の
平板状固体電解質３とが接合されており、通気性のある
空気電極膜２はこれらの内部に包囲されている。従っ
て、流通路８、９の開口以外からは、酸化ガスが漏れる
ことはない。In the unit cell 11 of this embodiment, the outer peripheral projections 7a and 7b of the airtight separator 7 and the airtight plate-like solid electrolyte 3 are joined together, and the air electrode film 2 having air permeability is provided. Are enclosed within these. Therefore, the oxidizing gas does not leak from other than the openings of the flow passages 8 and 9.

【００３５】また、図３（ｂ）の単電池を製造する際に
は、必ずしも上記の方法による必要はない。例えば、燃
料電池素子１のグリーンシートと、セパレータ７のグリ
ーンシートとを積層し、両者を一体に焼結することも考
えられる。Further, when manufacturing the unit cell of FIG. 3B, it is not always necessary to use the above method. For example, it is conceivable to stack the green sheet of the fuel cell element 1 and the green sheet of the separator 7 and sinter them together.

【００３６】次に、上記の単電池を集合してなる発電装
置の構成例について述べる。図４は、こうした発電装置
を、単電池１１のうちのセパレータ７の部分で切断して
みた一部断面図である。図５は、図４と同じ発電装置
を、単電池の長さ方向に切ってみた部分断面図である。Next, an example of the structure of a power generation device formed by assembling the above unit cells will be described. FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the power generation device cut along the separator 7 of the unit cell 11. FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the same power generation device as in FIG. 4 taken along the length of a single cell.

【００３７】本実施例においては、この発電装置全体
が、略直方体状の缶２３内に収容されている。缶２３の
内部には、燃料ガス室１２、発電室１４、排ガス室１
７、酸化ガス室１９が設けられている。缶２３の貫通孔
２３ｃが燃料ガス室１２に連通しており、貫通孔２３ａ
が酸化ガス室１９に連通しており、貫通孔２３ｂが排ガ
ス室１７に連通している。In this embodiment, the entire power generation device is housed in a can 23 having a substantially rectangular parallelepiped shape. Inside the can 23 are a fuel gas chamber 12, a power generation chamber 14, and an exhaust gas chamber 1.
7. An oxidizing gas chamber 19 is provided. The through hole 23c of the can 23 communicates with the fuel gas chamber 12, and the through hole 23a
Communicate with the oxidizing gas chamber 19, and the through hole 23b communicates with the exhaust gas chamber 17.

【００３８】燃料ガス室１２と発電室１４とは、隔壁１
３によって区分されている。隔壁１３には、一定間隔で
燃料ガス供給孔１３ａが設けられている。発電室１４と
排ガス室１７とは、隔壁１５によって区分されている。
隔壁１５には、一定間隔で単電池挿入孔１５ａが形成さ
れている。排ガス室１７と酸化ガス室１９とは、隔壁１
８によって区分されている。隔壁１８には、一定間隔で
貫通孔１８ａが形成されている。The fuel gas chamber 12 and the power generation chamber 14 have a partition wall 1
It is divided by 3. The partition wall 13 is provided with fuel gas supply holes 13a at regular intervals. The power generation chamber 14 and the exhaust gas chamber 17 are separated by a partition wall 15.
In the partition wall 15, unit cell insertion holes 15a are formed at regular intervals. The exhaust gas chamber 17 and the oxidizing gas chamber 19 have a partition wall 1
It is divided by 8. Through holes 18a are formed in the partition wall 18 at regular intervals.

【００３９】各単電池１１は発電室１４内に収容されて
おり、各単電池の外周突起７ｂが、アルミナフェルト等
の絶縁性セラミックスフェルト材を介して、隔壁１３に
対して当接している。各単電池１１の開口４０、４１側
の端部は、各単電池挿入口１５ａを貫通し、排ガス室１
７に露出する。この結果、各流通路８、９の開口は、排
ガス室１７に面する。単電池挿入孔１５ａと単電池１１
の外周面との間には、単電池挿入孔１５ａのほぼ全周に
わたって若干の隙間が開いており、この隙間に、アルミ
ナフェルト等のセラミックスフェルト材等の緩衝材１６
が充填されている。この結果、各単電池１１は、緩衝材
１６によってゆるく保持される。Each unit cell 11 is housed in the power generation chamber 14, and the outer peripheral projection 7b of each unit cell is in contact with the partition wall 13 via an insulating ceramic felt material such as alumina felt. The ends of the respective unit cells 11 on the side of the openings 40 and 41 penetrate the respective unit cell insertion ports 15a, and the exhaust gas chamber 1
Exposed to 7. As a result, the openings of the flow passages 8 and 9 face the exhaust gas chamber 17. Single cell insertion hole 15a and single cell 11
A slight gap is formed between the outer peripheral surface of the unit cell and the outer peripheral surface of the unit cell insertion hole 15a, and a buffer material 16 such as a ceramic felt material such as alumina felt is provided in this gap.
Is filled. As a result, each unit cell 11 is loosely held by the cushioning material 16.

【００４０】発電室１４の底部には、平板状の集電板３
７が設置されており、集電板３７の上に集電材層３６が
設置けられている。単電池１１は、本実施例では、上下
方向と左右方向とに、それぞれ一定間隔を置いて規則的
に配置されている。ただし、図面の寸法上の制約から、
図５においては、こうした集合電池のうち下方の３列の
みを図示し、図４においては１個の単電池１１のみを示
した。むろん、こうした集合電池中に含まれる単電池１
１の個数は、適宜選択できるものである。At the bottom of the power generation chamber 14, a flat collector plate 3 is provided.
7 is installed, and the current collector layer 36 is installed on the current collector plate 37. In this embodiment, the unit cells 11 are regularly arranged in the vertical direction and the horizontal direction at regular intervals. However, due to the dimensional constraints of the drawing,
In FIG. 5, only the lower three rows of these assembled batteries are shown, and in FIG. 4, only one unit cell 11 is shown. Of course, the unit cell 1 included in such an assembled battery
The number of 1's can be appropriately selected.

【００４１】発電室１４内において最下端の単電池１１
は、集電材層３６の上に敷置されている。集電材層３６
の材質は、単電池１１の形状や変形に追随させるため、
弾性と可塑性とを有していることが好ましい。最下端の
単電池１１の上に、所定間隔を置いて、順次他の単電池
１１を配置し、上下方向に隣り合った単電池１１の燃料
電極膜４と平板状本体７ｄとを対向させる。この燃料電
極膜４と平板状本体７ｄとの間に、略平板形状の耐熱導
電体３５を挿入し、上下方向に隣り合った単電池１１の
燃料電極膜４と平板状本体７ｄとを電気的に接続する。The lowermost unit cell 11 in the power generation chamber 14
Are laid on the current collector layer 36. Current collector layer 36
The material of is made to follow the shape and deformation of the unit cell 11,
It preferably has elasticity and plasticity. The other unit cells 11 are sequentially arranged on the bottommost unit cell 11 at a predetermined interval, and the fuel electrode films 4 of the unit cells 11 that are vertically adjacent to each other face the flat plate-shaped body 7d. A heat-resistant conductor 35 having a substantially flat plate shape is inserted between the fuel electrode film 4 and the flat plate-shaped main body 7d to electrically connect the fuel electrode film 4 and the flat plate-shaped main body 7d of the unit cells 11 which are vertically adjacent to each other. Connect to.

【００４２】また、左右方向に隣り合う単電池１１の間
にも、細長い耐熱導電体を挿入する。これにより、単電
池１１のセパレータ７同士を電気的に接続することがで
きる。直列接続用の各耐熱導電体と、並列接続用の各耐
熱導電体とは、互いに接触しないようにする。Further, elongated heat resistant conductors are also inserted between the unit cells 11 which are adjacent to each other in the left-right direction. This allows the separators 7 of the unit cell 11 to be electrically connected to each other. The heat-resistant conductors for series connection and the heat-resistant conductors for parallel connection should not be in contact with each other.

【００４３】本実施例においては、円筒状のガス供給管
２０を、隔壁１８に対して固定する。２１は、この固定
用の金具である。各ガス供給管２０の固定位置は、それ
ぞれ対応する各流通路の位置に合わせる必要がある。各
ガス供給管２０の内側空間は、それぞれ貫通孔１８ａを
介して酸化ガス室１９に連通している。各ガス供給管２
０は、排ガス室１７を横切り、流通路９の開口４１に挿
入されており、ガス供給管２０の端部２０ａおよび供給
孔２０ｂが、流通路９の端部９ａに位置している。この
際、ガス供給管２０と単電池１１とは接合ないし接着さ
れていない。また、流通路８の端部８ａには、ガス供給
管は挿入されていない。In this embodiment, the cylindrical gas supply pipe 20 is fixed to the partition wall 18. Reference numeral 21 is a metal fitting for this fixing. The fixed position of each gas supply pipe 20 needs to be aligned with the position of each corresponding flow passage. The inner space of each gas supply pipe 20 communicates with the oxidizing gas chamber 19 through each through hole 18a. Each gas supply pipe 2
0 crosses the exhaust gas chamber 17 and is inserted into the opening 41 of the flow passage 9, and the end portion 20a and the supply hole 20b of the gas supply pipe 20 are located at the end portion 9a of the flow passage 9. At this time, the gas supply pipe 20 and the unit cell 11 are not joined or bonded. Further, no gas supply pipe is inserted into the end portion 8a of the flow passage 8.

【００４４】次に、この発電装置の動作について述べ
る。燃料ガスは、缶２３の外部から、矢印Ｈのように貫
通孔２３ｃを通って燃料ガス室１２内へと供給され、更
に矢印Ｉのように燃料ガス供給孔１３ａを通って発電室
１４内に供給される。そして、主として耐熱導電体３５
の中を通り抜け、更にセラミックスフェルト材１６をも
通り抜けて、排ガス室１７内に排出される。Next, the operation of this power generator will be described. The fuel gas is supplied from the outside of the can 23 into the fuel gas chamber 12 through the through hole 23c as indicated by the arrow H, and further into the power generation chamber 14 through the fuel gas supply hole 13a as indicated by the arrow I. Supplied. And mainly the heat resistant conductor 35
Through the ceramic felt material 16, and is discharged into the exhaust gas chamber 17.

【００４５】酸化ガスは、缶２３の外部から、貫通孔２
３ａを通して矢印Ａのように供給され、酸化ガス室１９
を通り、貫通孔１８ａから矢印Ｂのようにガス供給管２
０内へと送られる。次いで、この酸化ガスは、矢印Ｃの
ようにガス供給管２０内を流れ、供給口２０ｂから矢印
Ｄのように流通路９内へと供給される。そして、この酸
化ガスは、単電池１１の中央の流通路９内を、流通路の
一方の端部９ａから端部９ｂに至るまで流れ、更に外周
突起７ｂに衝突して向きを変え、かつ分岐する。分岐し
た各酸化ガス流は、連通部分１０内を矢印Ｅのように流
れ、次いで各外周突起７ａに衝突して再度方向転換し、
直線状の各流通路８内を矢印Ｆのように流れる。そし
て、各流通路８の各開口４０から、矢印Ｇのように、排
ガス室１７へと排出される。The oxidizing gas is supplied from the outside of the can 23 through the through hole 2
3a is supplied as shown by an arrow A, and the oxidizing gas chamber 19 is supplied.
Through the through hole 18a and the gas supply pipe 2 as shown by an arrow B.
It is sent to within 0. Next, this oxidizing gas flows through the gas supply pipe 20 as indicated by arrow C and is supplied from the supply port 20b into the flow passage 9 as indicated by arrow D. Then, this oxidizing gas flows in the flow passage 9 at the center of the unit cell 11 from one end portion 9a of the flow passage to the end portion 9b, further collides with the outer peripheral projection 7b, changes its direction, and branches. To do. Each branched oxidant gas flow flows in the communicating portion 10 as indicated by an arrow E, then collides with each outer peripheral projection 7a and changes its direction again.
It flows in each straight flow passage 8 as shown by arrow F. Then, it is discharged from each opening 40 of each flow passage 8 to the exhaust gas chamber 17 as indicated by an arrow G.

【００４６】発電装置の動作時には、空気電極膜２と平
板状固体電解質３との界面で酸化ガスが酸素イオン等を
生じ、これらの酸素イオン等が平板状固体電解質３を通
って燃料電極膜４へと移動し、燃料ガスと反応すると共
に電子を燃料電極膜４へと放出する。この結果、正極で
ある空気電極膜２と負極である燃料電極膜４との間に電
位差が生ずる。この単電池１１を直列接続および並列接
続し、最終的に集電体３７から電力を取り出す。During operation of the power generator, the oxidizing gas produces oxygen ions and the like at the interface between the air electrode film 2 and the flat plate-like solid electrolyte 3, and these oxygen ions and the like pass through the flat plate-like solid electrolyte 3 and the fuel electrode film 4. And reacts with the fuel gas and emits electrons to the fuel electrode film 4. As a result, a potential difference is generated between the air electrode film 2 which is the positive electrode and the fuel electrode film 4 which is the negative electrode. The unit cells 11 are connected in series and in parallel, and finally electric power is taken out from the current collector 37.

【００４７】発電室１４と排ガス室１７との間は、通気
可能になっており、僅かの差圧によって、発電室１４か
ら排ガス室１７へと燃料ガスの流れが生ずるように設計
されている。発電室１４を通過した燃料ガスには、電池
反応によって生成した水蒸気、炭酸ガス等が含まれてお
り、かつその燃料含有量も減少している。本実施例にお
いては、この減損した燃料ガスが、同様に減損した酸化
ガスと排ガス室１７内で燃焼する。この燃焼熱により、
ガス供給管２０内を流れている新鮮な酸化ガスを予熱で
きる。貫通孔２３ｂから、矢印Ｊのように燃焼排ガスを
排出する。ただし、場合によっては、減損した燃料ガス
と酸化ガスとの混合を、排ガス室１７の外部で行わせる
こともできる。Ventilation is possible between the power generating chamber 14 and the exhaust gas chamber 17, and the fuel gas is designed to flow from the power generating chamber 14 to the exhaust gas chamber 17 by a slight differential pressure. The fuel gas that has passed through the power generation chamber 14 contains water vapor, carbon dioxide gas, etc. generated by the cell reaction, and the fuel content thereof is also reduced. In the present embodiment, the depleted fuel gas burns in the exhaust gas chamber 17 with the similarly depleted oxidizing gas. Due to this combustion heat,
The fresh oxidizing gas flowing in the gas supply pipe 20 can be preheated. The combustion exhaust gas is discharged from the through hole 23b as indicated by an arrow J. However, in some cases, the depleted fuel gas and the oxidizing gas may be mixed outside the exhaust gas chamber 17.

【００４８】燃料ガスとしては、水素，改質水素，一酸
化炭素，炭化水素等の燃料を含むガスを用いる。酸化ガ
スとしては、酸素を含むガスを用いる。As the fuel gas, a gas containing fuel such as hydrogen, reformed hydrogen, carbon monoxide, and hydrocarbon is used. A gas containing oxygen is used as the oxidizing gas.

【００４９】本実施例においては、平板状固体電解質３
を成形する際、テープキャスト法やプレス成形法を使用
できる。即ち、円筒型の単電池を製造する場合のよう
に、固体電解質膜をEVD, CVDのような気相法によって設
ける必要はない。In this embodiment, the plate-shaped solid electrolyte 3 is used.
When molding, a tape casting method or a press molding method can be used. That is, it is not necessary to provide the solid electrolyte membrane by a vapor phase method such as EVD or CVD as in the case of manufacturing a cylindrical cell.

【００５０】本実施例の単電池１１では、セパレータ７
に外周突起７ａ、７ｂおよび隔壁７ｃを形成し、これら
の各突起を燃料電池素子１に接合している。特に空気電
極膜２に対して隔壁７ｃを接合している。これによっ
て、空気電極膜２から隔壁７ｃを通る電流経路が発生す
るので、空気電極膜２内をこの膜と平行に流れる距離が
短縮される。そして、本発明においては、前述した理由
によって隔壁７ｃの高さを小さくすることができるの
で、特に電流経路の長さが大きく減少する。In the unit cell 11 of this embodiment, the separator 7
Peripheral protrusions 7a and 7b and a partition wall 7c are formed on each of the outer peripheral protrusions 7a and 7b, and these respective protrusions are joined to the fuel cell element 1. Particularly, the partition wall 7c is joined to the air electrode film 2. As a result, a current path is generated from the air electrode film 2 through the partition 7c, so that the distance flowing in the air electrode film 2 in parallel with this film is shortened. Further, in the present invention, the height of the partition wall 7c can be reduced for the reason described above, so that the length of the current path is greatly reduced.

【００５１】気体の流通を妨げない耐熱集電体は、耐熱
金属繊維を編んで作ったフェルト状物質とするか、多数
の開気孔を有するスポンジ状物質とするのが好ましい。
これらの材質としては、ニッケルが好ましい。上記のス
ポンジ状物質を作製するには、例えば、耐熱金属粉末と
発泡剤とバインダーとを混練し、成形、焼成すればよ
い。The heat-resistant current collector that does not hinder the flow of gas is preferably a felt-like substance made by knitting heat-resistant metal fibers or a sponge-like substance having a large number of open pores.
Nickel is preferable as these materials. To produce the sponge-like substance, for example, the refractory metal powder, the foaming agent and the binder may be kneaded, molded and fired.

【００５２】単電池内における各直線状流通路の数は、
適宜変更することができる。ただし、上記した実施例の
ように、３列の直線状流通路を連通させ、このうち中央
にある直線状流通路の端部にガス供給管を挿入し、この
直線状流通路の両側の流通路にはガス供給管を挿入せ
ず、開放することが好ましい。なぜなら、中央の直線状
流通路の両側の各直線状流通路に対して、ほぼ同量の発
電用ガスを供給することができるからである。The number of each linear flow passage in the unit cell is
It can be changed appropriately. However, as in the above-described embodiment, three rows of linear flow passages are communicated with each other, and a gas supply pipe is inserted at the end of the linear flow passage at the center of the linear flow passages, and the flow on both sides of this linear flow passage is It is preferable to open the gas supply pipe without inserting it into the passage. This is because approximately the same amount of power generation gas can be supplied to each of the linear flow passages on both sides of the central linear flow passage.

【００５３】図６は、他の単電池を使用した発電装置の
要部を示す断面図である。発電装置の全体の構成や、燃
料電池素子１の構成については、図１〜図５に示した発
電装置の全体の構成および燃料電池素子１の構成と同じ
であるので、説明しない。この点は、図７の発電装置に
おいても同様である。FIG. 6 is a sectional view showing a main part of a power generator using another unit cell. The overall configuration of the power generation device and the configuration of the fuel cell element 1 are the same as the overall configuration of the power generation device and the configuration of the fuel cell element 1 shown in FIGS. This point is the same in the power generator of FIG. 7.

【００５４】セパレータ２５の平面形状は長方形であ
る。セパレータ２５の４辺のうち、２つの長辺に沿っ
て、それぞれ細長い外周突起２５ａが、互いに平行にな
るように形成されている。セパレータ２５の１つの短辺
に沿って、細長い外周突起２５ｂが形成されている。各
外周突起２５ａの各端部が、それぞれ外周突起２５ｂの
端部と連続している。セパレータ２５の長方形状の平板
状本体２５ｄと、外周突起２５ａ、２５ｂとによって、
セパレータ２５の外枠が構成されている。The plane shape of the separator 25 is a rectangle. Out of the four sides of the separator 25, elongated peripheral protrusions 25a are formed parallel to each other along two long sides. An elongated outer peripheral projection 25b is formed along one short side of the separator 25. Each end of each outer peripheral projection 25a is continuous with each end of each outer peripheral projection 25b. By the rectangular flat plate-shaped main body 25d of the separator 25 and the outer peripheral projections 25a and 25b,
The outer frame of the separator 25 is configured.

【００５５】平板状本体２５ｄの表面上には、合計４列
の細長い隔壁２５ｃが、互いに平行に、かつ外周突起２
５ａに平行に形成されている。隔壁２５ｃの一方の端部
は、平板状本体２５ｄの末端面まで延びており、隔壁２
５ｃの他方の端部は、外周突起２５ｂとは連続しておら
ず、これら両者の間に隙間がある。隔壁２５ｃのうち２
列は、セパレータ２５のほぼ中央部にある隔壁２５ｅの
図６において上側にあり、残りの２列は、隔壁２５ｅの
下側にある。隔壁２５ｅは、平板状本体２５ｄの開口側
の末端面から外周突起２５ｂまで連続的に延びている。On the surface of the flat plate-like main body 25d, a total of four rows of elongated partition walls 25c are arranged in parallel with each other and on the outer peripheral projections 2.
It is formed parallel to 5a. One end of the partition wall 25c extends to the end face of the flat plate-shaped main body 25d, and the partition wall 2c
The other end of 5c is not continuous with the outer peripheral projection 25b, and there is a gap therebetween. 2 of partition walls 25c
The rows are above the partition wall 25e in FIG. 6 approximately in the center of the separator 25, and the remaining two rows are below the partition wall 25e. The partition wall 25e continuously extends from the opening-side end surface of the flat plate-shaped main body 25d to the outer peripheral projection 25b.

【００５６】この単電池においても、各外周突起２５ａ
および外周突起２５ｂと平板状固体電解質３とが接合さ
れており、各隔壁２５ｃ、２５ｅと空気電極膜３とが接
合されている。外周突起２５ａと隔壁２５ｃとの間、お
よび隔壁２５ｃと隔壁２５ｅとの間にそれぞれ直線状流
通路８Ａ、８Ｂが形成されており、２列の隔壁２５ｃの
間に直線状流通路９が形成されている。各流通路８Ａ、
８Ｂ、９は、それぞれ開口４０または４１を有してい
る。外周突起２５ｂ側の端部には、この外周突起２５ｂ
に対して平行に延びる連通部分１０が形成されている。
各流通路８Ａ、８Ｂ、９の外周突起２５ｂ側の端部８
ｂ、９ｂは、それぞれ連通部分１０に連続しており、連
通部分１０によって、各流通路８Ａまたは８Ｂと流通路
９とが、互いに接続され、連通する。ただし、流通路８
Ａと８Ｂとは、隔壁２５ｅによって分断されている。Also in this unit cell, each outer peripheral projection 25a
The outer peripheral projection 25b and the flat plate-shaped solid electrolyte 3 are joined together, and the partition walls 25c and 25e and the air electrode film 3 are joined together. Linear flow passages 8A and 8B are formed between the outer peripheral projection 25a and the partition wall 25c and between the partition wall 25c and the partition wall 25e, respectively, and a linear flow passage 9 is formed between the two rows of partition walls 25c. ing. Each flow passage 8A,
8B and 9 have openings 40 and 41, respectively. At the end on the side of the outer peripheral projection 25b, the outer peripheral projection 25b
A communicating portion 10 is formed that extends in parallel with.
Ends 8 of the respective flow passages 8A, 8B, 9 on the outer peripheral projection 25b side
Each of b and 9b is continuous with the communication portion 10, and the communication portion 10 connects each of the flow passages 8A or 8B and the flow passage 9 to each other and communicates with each other. However, 8
A and 8B are separated by a partition wall 25e.

【００５７】酸化ガスは、酸化ガス室１９、ガス供給管
２０内を通り、矢印Ｃのようにガス供給管２０内を流
れ、供給口２０ｂから矢印Ｄのように流通路９内へと供
給され、流通路９内を、一方の端部９ａから端部９ｂに
至るまで流れる。次いで、この酸化ガスは、外周突起２
５ｂに衝突して向きを変え、かつ分岐する。分岐した各
酸化ガス流は、連通部分１０内を矢印Ｅのように流れ、
次いで各外周突起２５ａまたは隔壁２５ｅに衝突して再
度方向転換し、直線状の各流通路８Ａまたは８Ｂ内を矢
印Ｆのように流れ、各開口４０から、矢印Ｇのように排
ガス室１７へと排出される。The oxidizing gas passes through the oxidizing gas chamber 19 and the gas supply pipe 20, flows through the gas supply pipe 20 as indicated by arrow C, and is supplied from the supply port 20b into the flow passage 9 as indicated by arrow D. , Through the flow passage 9 from one end 9a to the end 9b. Then, this oxidizing gas is applied to the outer peripheral projection 2
It collides with 5b, changes direction, and branches. Each of the branched oxidizing gas flows flows in the communicating portion 10 as indicated by an arrow E,
Next, the outer peripheral projections 25a or the partition walls 25e collide with each other to change the direction again, flow in the linear flow passages 8A or 8B as shown by the arrow F, and from each opening 40 to the exhaust gas chamber 17 as shown by the arrow G. Is discharged.

【００５８】図７は、他の単電池を使用した発電装置の
要部を示す断面図である。セパレータ２７の２つの長辺
に沿って、それぞれ細長い外周突起２７ａが、互いに平
行になるように形成されている。セパレータ２７の１つ
の短辺に沿って、細長い外周突起２７ｂが形成されてい
る。各外周突起２７ａの各端部が、それぞれ外周突起２
７ｂの端部と連続している。FIG. 7 is a sectional view showing the main part of a power generator using another unit cell. Along the two long sides of the separator 27, elongated peripheral protrusions 27a are formed so as to be parallel to each other. An elongated outer peripheral protrusion 27b is formed along one short side of the separator 27. Each end portion of each outer peripheral protrusion 27a has an outer peripheral protrusion 2
It is continuous with the end of 7b.

【００５９】平板状本体２７ｄの表面上には、例えば合
計４列の細長い隔壁２７ｃが、外周突起２７ａに平行に
形成されている。隔壁２７ｃの一方の端部は、平板状本
体２５ｄの末端面まで延びており、隔壁２７ｃの他方の
端部は、外周突起２７ｂとは連続していない。On the surface of the flat plate-shaped body 27d, for example, a total of four rows of elongated partition walls 27c are formed in parallel with the outer peripheral protrusions 27a. One end of the partition wall 27c extends to the end face of the flat plate-shaped main body 25d, and the other end portion of the partition wall 27c is not continuous with the outer peripheral protrusion 27b.

【００６０】この単電池においても、各外周突起２７ａ
および２７ｂと平板状固体電解質３とが接合されてお
り、各隔壁２７ｃと空気電極膜３とが接合されている。
図７において上側から順に、外周突起２７ａと隔壁２７
ｃとの間に直線状流通路８Ｃが形成されており、隔壁２
７ｃの間に直線状流通路９、８Ｄ、９が形成されてお
り、隔壁２７ｃと下側の外周突起２７ａとの間に直線状
流通路８Ｅが形成されている。各流通路８Ｃ、８Ｄ、８
Ｅおよび９は、それぞれ開口４０または４１を有してい
る。外周突起２７ｂ側の端部には、この外周突起２７ｂ
に対して平行に延びる連通部分１０が形成されている。
各流通路８Ｃ、８Ｄ、８Ｅおよび９の外周突起２７ｂ側
の端部８ｂ、９ｂは、それぞれ連通部分１０に連続して
いる。上から見て２列目と４列目の直線状流通路９の端
部９ａ内に、外周突起２０の端部２０ａが挿入されてい
る。Also in this unit cell, each outer peripheral protrusion 27a
And 27b and the plate-shaped solid electrolyte 3 are joined, and each partition wall 27c and the air electrode film 3 are joined.
In FIG. 7, the outer peripheral protrusion 27 a and the partition wall 27 are arranged in order from the upper side.
A linear flow passage 8C is formed between the partition wall 2 and
The straight flow passages 9, 8D, 9 are formed between 7c, and the straight flow passage 8E is formed between the partition wall 27c and the lower peripheral protrusion 27a. Each flow passage 8C, 8D, 8
E and 9 have openings 40 or 41, respectively. At the end portion on the side of the outer peripheral protrusion 27b, the outer peripheral protrusion 27b
A communicating portion 10 is formed that extends in parallel with.
Ends 8b and 9b of the flow passages 8C, 8D, 8E and 9 on the side of the outer peripheral protrusion 27b are continuous with the communication portion 10. The end portions 20a of the outer peripheral projections 20 are inserted into the end portions 9a of the linear flow passages 9 in the second and fourth rows when viewed from above.

【００６１】酸化ガスは、酸化ガス室１９、各ガス供給
管２０内を通り、矢印Ｃのように各ガス供給管２０内を
流れ、供給口２０ｂから矢印Ｄのように流通路９内へと
供給され、流通路９内を流れ、外周突起２７ｂに衝突し
て向きを変え、かつ分岐する。分岐した各酸化ガス流
は、連通部分１０内を矢印Ｅのように流れ、直線状の各
流通路８Ｃ、８Ｄまたは８Ｅ内を矢印Ｆのように流れ、
各開口４０から、矢印Ｇのように排ガス室１７へと排出
される。このように、流通路８と９とを交互に設けるこ
とも好ましい。The oxidizing gas passes through the oxidizing gas chamber 19 and the respective gas supply pipes 20, flows through the respective gas supply pipes 20 as indicated by an arrow C, and flows from the supply port 20b into the flow passage 9 as indicated by an arrow D. It is supplied, flows in the flow passage 9, collides with the outer peripheral protrusion 27b, changes its direction, and branches. Each branched oxidant gas flow flows in the communicating portion 10 as indicated by an arrow E, and flows in each linear flow passage 8C, 8D or 8E as indicated by an arrow F,
From each opening 40, the gas is discharged into the exhaust gas chamber 17 as indicated by arrow G. Thus, it is also preferable to provide the flow passages 8 and 9 alternately.

【００６２】また、単電池の構成も種々変更することが
できる。図８（ａ）、（ｂ）は、こうした単電池の構成
例を示す断面図である。図８（ａ）の単電池２８のセパ
レータ２９においては、セパレータ２９の４辺のうち、
２つの長辺に沿って、それぞれ細長い外周突起２９ａが
形成されており、１つの短辺に沿って、細長い外周突起
２９ｂが形成されている。各外周突起２９ａの各端部
が、それぞれ外周突起２９ｂの端部と連続している。セ
パレータ２９の長方形状の平板状本体２９ｄと、外周突
起２９ａ、２９ｂとによって、セパレータ２９の外枠が
構成されている。Further, the structure of the unit cell can be variously changed. 8A and 8B are cross-sectional views showing a configuration example of such a unit cell. In the separator 29 of the unit cell 28 of FIG. 8A, among the four sides of the separator 29,
Elongated outer peripheral protrusions 29a are formed along the two long sides, and elongated outer peripheral protrusions 29b are formed along one short side. Each end of each outer peripheral projection 29a is continuous with each end of each outer peripheral projection 29b. An outer frame of the separator 29 is configured by the rectangular flat plate-shaped main body 29d of the separator 29 and the outer peripheral protrusions 29a and 29b.

【００６３】各外周突起２９ａおよび外周突起２９ｂ
と、図１に示す単電池の平板状固体電解質３とが接合さ
れている。外周突起２９ａの間の溝には、例えば２列の
隔壁３０が設けられており、各隔壁３０は、それぞれ空
気電極膜２および平板状本体２９ｄと接合されている。
外周突起２９ａと隔壁３０との間に直線状流通路８が形
成されており、一対の隔壁８の間に直線状流通路９が形
成されている。これらの流通路の平面的形状は、図３、
図４に示す単電池の流通路と同じである。隔壁３０は、
耐還元雰囲気の材料である必要はなく、大気中で安定
で、電気伝導度の高い、例えばＡサイトをアルカリ土類
金属で置換したランタンマンガナイト等で形成できる。Peripheral protrusions 29a and 29b
And the flat solid electrolyte 3 of the unit cell shown in FIG. 1 are joined. For example, two rows of partition walls 30 are provided in the groove between the outer peripheral protrusions 29a, and each partition wall 30 is joined to the air electrode film 2 and the flat plate-shaped body 29d.
A linear flow passage 8 is formed between the outer peripheral projection 29 a and the partition wall 30, and a linear flow passage 9 is formed between the pair of partition walls 8. The planar shape of these flow passages is shown in FIG.
This is the same as the flow path of the unit cell shown in FIG. The partition wall 30 is
The material does not have to be a reduction-resistant atmosphere, and it can be formed of lanthanum manganite which is stable in the air and has high electric conductivity, for example, A site is replaced with an alkaline earth metal.

【００６４】図８（ｂ）の単電池３１においては、図２
のセパレータ７を使用した。各外周突起７ａ、外周突起
７ｂおよび隔壁７ｃと、空気電極膜２Ａとが接合されて
いる。外周突起７ａと隔壁７ｃとの間には直線状流通路
８が形成されており、各隔壁７ｃの間には直線状流通路
９が形成されている。In the unit cell 31 of FIG. 8 (b), as shown in FIG.
The separator 7 of was used. The outer peripheral protrusions 7a, the outer peripheral protrusions 7b, and the partition walls 7c are joined to the air electrode film 2A. A linear flow passage 8 is formed between the outer peripheral projection 7a and the partition wall 7c, and a linear flow passage 9 is formed between each partition wall 7c.

【００６５】更に、空気電極膜２Ａの表面を覆うように
固体電解質膜３２が形成されており、この上に燃料電極
膜４が形成されている。また、固体電解質膜３２は、更
に延在部３２ａを備えており、この延在部３２ａによっ
て、空気電極膜２Ａの側面２ａと、セパレータ７の外周
突起７ａの外側面４０とを、共に気密に被覆している。
従って、気密質であるセパレータ７の外周突起７ａ、７
ｂと、気密質の固体電解質３２とが接合されており、通
気性のある空気電極膜２Ａはこれらの内部に包囲されて
いる。従って、流通路８、９の開口４０、４１以外から
は、酸化ガスが漏れることはない。Further, the solid electrolyte membrane 32 is formed so as to cover the surface of the air electrode membrane 2A, and the fuel electrode membrane 4 is formed thereon. Further, the solid electrolyte membrane 32 further includes an extending portion 32a, and the extending portion 32a hermetically seals the side surface 2a of the air electrode membrane 2A and the outer side surface 40 of the outer peripheral protrusion 7a of the separator 7. It is covered.
Therefore, the outer peripheral protrusions 7a, 7a of the separator 7 that is airtight
b and the airtight solid electrolyte 32 are joined together, and the air electrode film 2A having air permeability is surrounded by these. Therefore, the oxidizing gas does not leak from other than the openings 40 and 41 of the flow passages 8 and 9.

【００６６】（本発明例１）図１〜図５を参照しつつ説
明した実施例に従って、実際に発電装置を構成し、その
稼働実験を行った。ただし、単電池として、図８（ｂ）
に示す横断面を有する単電池３１を使用した。また、セ
パレータ７はランタンクロマイトによって形成した。セ
パレータ７の外周突起７ａ、７ｂの幅はそれぞれ３ｍｍ
とし、平板状本体７ｄの厚さも２ｍｍとし、流通路８、
９、１０の幅も３ｍｍとした。空気電極膜２Ａはストロ
ンチウム置換ランタンマンガナイトによって形成し、そ
の厚さは１ｍｍとした。燃料電極膜４はニッケルジルコ
ニアサーメットによって形成し、その厚さは１００μｍ
とした。固体電界質膜３２は８ｍｏｌ％イットリア安定
化ジルコニアによって形成し、その厚さは１００μｍと
した。(Inventive Example 1) According to the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 5, a power generator was actually constructed and its operation test was conducted. However, as a unit cell, as shown in FIG.
A unit cell 31 having a cross section shown in was used. The separator 7 was made of lanthanum chromite. The width of each of the outer peripheral protrusions 7a and 7b of the separator 7 is 3 mm.
The thickness of the flat plate-shaped main body 7d is also 2 mm, and the flow passage 8,
The width of 9 and 10 was also 3 mm. The air electrode film 2A was formed of strontium-substituted lanthanum manganite and had a thickness of 1 mm. The fuel electrode film 4 is made of nickel zirconia cermet and has a thickness of 100 μm.
And The solid electrolyte film 32 was made of 8 mol% yttria-stabilized zirconia and had a thickness of 100 μm.

【００６７】単電池３１の長さは３００ｍｍとし、単電
池３１の厚さ方向に見た流通路８、９、１０の寸法は３
ｍｍとした。アルミナ製の直径２．５ｍｍの酸化ガス供
給管を使用し、この端部を流通路９の開口４１内に挿入
した。ガス供給管２０の挿入部分の深さは５ｍｍとし、
この部分は接着しなかった。The length of the unit cell 31 is 300 mm, and the dimensions of the flow passages 8, 9 and 10 as viewed in the thickness direction of the unit cell 31 are 3 mm.
mm. An oxidizing gas supply pipe made of alumina and having a diameter of 2.5 mm was used, and this end portion was inserted into the opening 41 of the flow passage 9. The depth of the insertion portion of the gas supply pipe 20 is 5 mm,
This part did not adhere.

【００６８】各単電池３１をニッケルフェルト材の間に
設置した。そして、ガス供給管２０から空気を供給し、
発電装置内に水素ガスを供給し、約１０００℃で発電実
験を行った。この結果、０．６Ｗ／ｃｍ²の出力密度が
得られた。また、単電池の発電部分における最低温度は
約１０１０℃であり、最高温度は約１０４５℃であっ
た。また、室温から１０００℃まで２００℃／時間の速
度て温度を上昇させ、１０００℃で２時間保持し、次い
で２００℃／時間の速度て温度を降下させるサイクルを
１サイクルとし、この熱サイクルを５回繰り返した。こ
の後にも単電池、ガス供給管および発電装置の各構成部
材にクラック等の異常は認められなかった。Each unit cell 31 was placed between nickel felt materials. Then, air is supplied from the gas supply pipe 20,
Hydrogen gas was supplied into the power generator and a power generation experiment was performed at about 1000 ° C. As a result, a power density of 0.6 W / cm ² was obtained. Further, the minimum temperature in the power generation part of the unit cell was about 1010 ° C, and the maximum temperature was about 1045 ° C. In addition, a cycle of increasing the temperature from room temperature to 1000 ° C. at a rate of 200 ° C./hour, maintaining the temperature at 1000 ° C. for 2 hours, and then lowering the temperature at a rate of 200 ° C./hour is one cycle, and this thermal cycle is 5 Repeated times. Even after this, no abnormality such as cracks was found in the constituent members of the unit cell, the gas supply pipe, and the power generator.

【００６９】（本発明例２）本発明例１において、図６
に示す単電池を使用し、実験１と同様の実験を行った。
この結果、０．６Ｗ／ｃｍ²の出力密度が得られた。ま
た、単電池の発電部分における最低温度は約１０１５℃
であり、最高温度は約１０４５℃であった。また、上記
の熱サイクルを５回繰り返した後にも、単電池、ガス供
給管および発電装置の各構成部材にクラック等の異常は
認められなかった。(Invention Example 2) In Invention Example 1, FIG.
An experiment similar to Experiment 1 was conducted using the unit cell shown in.
As a result, a power density of 0.6 W / cm ² was obtained. In addition, the minimum temperature in the power generation part of the unit cell is about 1015 ℃
And the maximum temperature was about 1045 ° C. Further, even after the above thermal cycle was repeated 5 times, no abnormalities such as cracks were found in the constituent members of the unit cell, the gas supply pipe, and the power generator.

【００７０】（比較例１）本発明例１において、流通路
８、９の連通部分１０を設けず、各流通路を互いに独立
させた。また、ガス供給管を単電池の流通路のすべてに
挿入し、かつ各流通路の外周突起７ｂ側の端部にまで挿
入した。しかし、上記した寸法のガス供給管２０を各流
通路に挿入するときには、各流通路の単電池の厚さ方向
の寸法を１０ｍｍ程度以上としないと、各流通路の奥ま
でガス供給管を挿入することが困難であった。また、各
流通路の前記寸法を１０ｍｍとした条件下で出力密度を
測定すると、０．４Ｗ／ｃｍ²であった。また、単電池
の発電部分における最低温度は約９９０℃であり、最高
温度は約１０６０℃であった。(Comparative Example 1) In Example 1 of the present invention, the communicating portions 10 of the flow passages 8 and 9 were not provided, and the respective flow passages were made independent of each other. Further, the gas supply pipe was inserted into all the flow passages of the unit cell, and was also inserted into the end portions of the respective flow passages on the outer peripheral projection 7b side. However, when the gas supply pipe 20 having the above-described dimensions is inserted into each flow passage, the size of each flow passage in the thickness direction of the unit cell must be about 10 mm or more, and the gas supply pipe is inserted into the depth of each flow passage. It was difficult to do. Moreover, the power density was 0.4 W / cm ^{2 when} the above-mentioned dimension of each flow passage was set to 10 mm. In addition, the minimum temperature in the power generation part of the unit cell was about 990 ° C, and the maximum temperature was about 1060 ° C.

【００７１】（比較例２）特開平２−３０６５４５号公
報の記載に従って、発電装置を構成した。即ち、平板形
状の単電池の内部に複数の酸化ガス流通路を形成し、各
酸化ガス流通路の開口を単電池の一端部側に設け、各酸
化ガス流通路を単電池の他方の端部側で連通させた。酸
化ガスの供給路と排出路とを気密に区分し、単電池を燃
料ガス流路内に設置し、燃料ガス流路と酸化ガス供給路
との間、および燃料ガス流路と酸化ガス排出路との間
を、気密性隔壁によって区画した。この気密性隔壁に対
して単電池を気密に連結した。(Comparative Example 2) A power generator was constructed according to the description of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-306545. That is, a plurality of oxidizing gas flow passages are formed inside a flat plate-shaped cell, the opening of each oxidizing gas flow passage is provided on one end side of the cell, and each oxidizing gas flow passage is connected to the other end of the cell. It was made to communicate by the side. The oxidizing gas supply path and the exhaust path are airtightly divided, the unit cell is installed in the fuel gas flow path, the fuel gas flow path and the oxidizing gas supply path are provided, and the fuel gas flow path and the oxidizing gas discharge path are provided. The space between and was separated by an airtight partition. A unit cell was airtightly connected to the airtight partition.

【００７２】ただし、単電池の各部材の材料は、本発明
例１と同じにした。また、流通路の開口の前記寸法は３
ｍｍとした。この結果、出力密度は０．５Ｗ／ｃｍ²で
あった。また、単電池の発電部分における最低温度は約
１０００℃であり、最高温度は約１０５０℃であった。
また、前記熱サイクルを５回かけた後には、単電池と気
密性隔壁との間で接着部分にクラックが発生していた。However, the material of each member of the unit cell was the same as in the first example of the present invention. In addition, the size of the opening of the flow passage is 3
mm. As a result, the power density was 0.5 W / cm ² . In addition, the minimum temperature in the power generation portion of the unit cell was about 1000 ° C, and the maximum temperature was about 1050 ° C.
Further, after the thermal cycle was performed 5 times, cracks were generated in the bonded portion between the unit cell and the airtight partition.

【００７３】[0073]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、い
わゆる平板型の単電池を発電素子として使用する発電装
置において、各単電池の電流経路を短くして内部抵抗を
小さくすることができ、温度勾配を減少させることがで
き、熱サイクルによるガスシール部分の破壊や損傷、こ
れによる酸化ガスと燃料ガスとの漏れを防止することが
できる。As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the internal resistance by shortening the current path of each unit cell in a power generator using a so-called flat type unit cell as a power generating element. Therefore, the temperature gradient can be reduced, and it is possible to prevent breakage or damage of the gas seal portion due to the heat cycle and leakage of the oxidizing gas and the fuel gas due to the damage or damage.

[Brief description of drawings]

【図１】（ａ）はＳＯＦＣの燃料電池素子１を示す斜視
図であり、（ｂ）は燃料電池素子１を空気電極膜２側か
ら見た平面図である。FIG. 1A is a perspective view showing a fuel cell element 1 of an SOFC, and FIG. 1B is a plan view of the fuel cell element 1 viewed from the air electrode membrane 2 side.

【図２】セパレータ７を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a separator 7.

【図３】（ａ）は、燃料電池素子１とセパレータ７とを
接合する前の状態を示す断面図であり、（ｂ）は、燃料
電池素子１とセパレータ７とを接合することによって製
造した単電池１１の横断面を示す断面図である。3 (a) is a cross-sectional view showing a state before the fuel cell element 1 and the separator 7 are joined together, and FIG. 3 (b) is manufactured by joining the fuel cell element 1 and the separator 7 together. 3 is a cross-sectional view showing a cross section of the unit cell 11. FIG.

【図４】図３（ｂ）の単電池１１を使用した発電装置
を、単電池１１のうちのセパレータ７の部分で切断して
みた一部断面図である。FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the power generator using the unit cell 11 of FIG. 3B, taken along the separator 7 of the unit cell 11.

【図５】図４と同じ発電装置を、単電池の長さ方向に切
ってみた部分断面図である。FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the same power generation device as in FIG. 4 taken along the length of a single cell.

【図６】他の単電池を使用した発電装置の要部を示す断
面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a main part of a power generation device using another unit cell.

【図７】更に他の単電池を使用した発電装置の要部を示
す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a main part of a power generator using still another unit cell.

【図８】（ａ）は、他の単電池２８の横断面を示す図で
あり、（ｂ）は更に他の単電池３１の横断面を示す図で
ある。8A is a diagram showing a cross section of another unit cell 28, and FIG. 8B is a diagram showing a cross section of yet another unit cell 31. FIG.

[Explanation of symbols]

１燃料電池素子２、２Ａ空気電極膜３、３
２固体電解質４燃料電極膜７、２５、２
７、２９セパレータ７ａ、７ｂ、２５ａ、２５
ｂ、２７ａ、２７ｂ、２９ａ、２９ｂ外周突起７
ｃ、２５ｃ、２７ｃ、３０隔壁８、８Ａ、８Ｂ、
８Ｃ、８Ｄ、８Ｅガス供給管を挿入しない直線状流通
路８ａ、８ｂ直線状流通路の端部９ガス供
給管を挿入した直線状流通路９ａ、９ｂ直線状流
通路９の端部１０直線状流通路の連通部分１
１、２８、３１単電池１４発電室１７排
ガス室２０ガス供給管２０ａガス供給管の
端部２０ｂガスの供給孔Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、
Ｆ、Ｇ酸化ガスの流れ1 Fuel Cell Element 2, 2A Air Electrode Membrane 3, 3
2 solid electrolyte 4 fuel electrode membrane 7, 25, 2
7, 29 Separator 7a, 7b, 25a, 25
b, 27a, 27b, 29a, 29b Peripheral protrusion 7
c, 25c, 27c, 30 partition walls 8, 8A, 8B,
8C, 8D, 8E Straight flow passage without inserting gas supply pipe 8a, 8b End of straight flow passage 9 Straight flow passage with inserting gas supply pipe 9a, 9b End of straight flow passage 9 10 Straight Communication part of flow passage 1
1, 28, 31 Unit cell 14 Power generation chamber 17 Exhaust gas chamber 20 Gas supply pipe 20a End of gas supply pipe 20b Gas supply hole A, B, C, D, E,
F, G Oxidizing gas flow

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 8/24 H01M 8/02 H01M 8/12 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. ⁷ , DB name) H01M 8/24 H01M 8/02 H01M 8/12

Claims

(57) [Claims]

1. A plate-shaped unit cell of a solid oxide fuel cell is provided with a flow passage for one power generation gas, and one electrode faces the flow passage of the unit cell. A plurality of passage openings are provided, the plurality of openings communicate with each other through the flow passage, and the other electrode is exposed on the outer surface side of the unit cell; A power generation chamber facing the electrodes; an exhaust gas section facing the plurality of openings of the unit cell; and a gas supply chamber for supplying the one gas to one or more of the plurality of openings communicating with each other. A gas supply pipe is provided, and one or more of the openings communicating with the opening of the unit cell are open toward the exhaust gas portion, and the unit cell has a quadrilateral shape when seen in a plan view. All the openings of this cell are installed on one side of the cell. The flow passage connects the linear portion extending from one side of the unit cell to the other side facing the unit cell and the linear portion on the other side of the unit cell. The gas supply pipe is inserted into the opening, and the gas supply hole of the gas supply pipe is located at the end of the flow passage on the opening side. Characteristic, power generator.

2. The power generator according to claim 1, wherein the power generation chamber and the exhaust gas portion can be ventilated.

3. The unit cell comprises a plate-shaped fuel cell element and a separator joined to the fuel cell element, wherein the solid electrolyte portion of the fuel cell element and the separator are hermetically sealed. The power generator according to claim 1 or 2, which is in contact with each other.

4. The power generator according to claim 1, wherein the unit cell and the gas supply pipe are not bonded to each other.

5. The power generator according to claim 1, wherein the size of the flow passage as viewed in the thickness direction of the unit cell is 5 mm or less.

6. Regarding the plurality of openings of the unit cell, every other opening or two openings provided with the gas supply pipe are provided.
The power generation device according to claim 1, wherein the power generation device is arranged every other one.

7. A plurality of the unit cells are arranged in the power generation chamber at a predetermined interval from each other, and at this time, the other electrodes and the openings of the plurality of unit cells have substantially the same orientation. Arranged, the other electrode of the adjacent unit cells and the separator are connected in series by a heat-resistant conductor having a structure that does not hinder the flow of gas, the separators of the adjacent unit cells of the gas, The power generator according to claim 3, wherein the power generators are connected in parallel by a heat-resistant conductor having a structure that does not hinder the flow.