JP3580734B2

JP3580734B2 - Solid oxide fuel cell

Info

Publication number: JP3580734B2
Application number: JP21806199A
Authority: JP
Inventors: 高志重久
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: JP2001043887A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体電解質型燃料電池に関し、特に、燃焼室仕切板と燃料ガス室仕切板を用いて燃焼室と反応室と燃料ガス室を形成した固体電解質型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来の固体電解質型燃料電池は、図７に示すように、反応容器５１内に、空気室仕切板５２、燃焼室仕切板５３、燃料ガス室仕切板５４を用いて空気室Ａ、燃焼室Ｂ、反応室Ｃ、燃料ガス室Ｄが形成されている。反応容器５１内に収容された複数の有底筒状の固体電解質型燃料電池セル５５は、燃焼室仕切板５３に形成されたセル挿入孔５７に挿入固定されており、また、その内部には空気室仕切板５２に固定された空気導入管５９の一端が挿入されている。
【０００３】
燃焼室仕切板５３には、余剰の燃料ガスを燃焼室Ｂに導入するための燃料ガス噴出孔が形成されており、燃料ガス室仕切板５４には燃料ガスを反応室Ｃ内に供給するための供給孔が形成されている。また、反応容器５１には、例えば水素からなる燃料ガスを導入する燃料ガス導入口６１、空気を導入する空気導入口６２、燃焼室Ｂ内で燃焼したガスを排出するための排気口６３が形成されている。
【０００４】
このような固体電解質型燃料電池は、空気室Ａからの空気を固体電解質型燃料電池セル５５内にそれぞれ供給し、かつ、燃料ガス室Ｄからの燃料ガスを複数の固体電解質型燃料電池セル５５間に供給し、反応室Ｃにて反応させ、余剰の空気と燃料ガスを燃焼室Ｂにて燃焼させ、燃焼したガスが排気口６３から外部に排出される。
【０００５】
ところで、固体電解質型燃料電池では、空気および燃料ガスの２種類のガスを用いて発電させるものであるため、ガスの漏出による悪影響を防止しなければならない。このため、上記したように、燃焼室Ｂを構成するための空気室仕切板５２、燃焼室仕切板５３、燃料ガス室仕切板５４が設けられ、それぞれの室を構成しており、これらの室に導入されるガスが制御されている。
【０００６】
つまり、空気室仕切板５２と空気導入管５９との固定部から空気が燃焼室Ｂ内に漏出しないように、また、燃焼室仕切板５３とセル５５との固定部から燃料ガスが燃焼室Ｂ内に漏出しないように、さらに、空気室仕切板５２、燃焼室仕切板５３、燃料ガス室仕切板５４の外周面と、反応容器５１の内壁面との間からガスが漏出しないようにする必要がある。特に、燃焼室仕切板５３による気密性については十分留意する必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、固体電解質型燃料電池には、セラミックス、金属等、様々な材料が用いられており、一方で固体電解質型燃料電池は動作温度が約１０００℃と高いために各部材間の熱膨張率が異なり、空気室仕切板５２、燃焼室仕切板５３、燃料ガス室仕切板５４と、セル５５や空気導入管５９、反応容器５１等とを密接に接合すると、セル５５や空気導入管５９等が破損する危険性があった。特に円筒形の固体電解質型燃料電池セルでは、その形状故に長さ方向の熱膨張が大きく、ガスの漏出の危険性が大きかった。
【０００８】
即ち、従来、セル５５は燃焼室仕切板５３に形成されたセル挿入孔５７に挿入固定されており、その底部は燃料ガス室仕切板５４に当接していたため、セル５５の両端部が固定された状態であり、高温となってセル５５が長さ方向に熱膨張するとセル５５が破損したり、燃焼室仕切板５３での固定が解除されてガスが漏出するという問題があった。
【０００９】
本発明は、固体電解質型燃料電池セルの熱膨張によるガスの漏出を防止でき、これにより発電性能、耐久性、熱サイクル特性を向上できる固体電解質型燃料電池を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体電解質型燃料電池は、反応容器内に燃焼室仕切板と燃料ガス室仕切板を設けて、燃焼室と反応室と燃料ガス室を形成し、複数の有底筒状の固体電解質型燃料電池セルを前記燃焼室仕切板に形成された複数のセル挿入孔に、開口部が前記燃焼室仕切板から前記燃焼室側に突出するようにそれぞれ挿入し固定してなるとともに、前記固体電解質型燃料電池セルの底面と前記燃料ガス室仕切板との間に繊維状金属を介装し、かつ前記固体電解質型燃料電池セルの底面と前記繊維状金属との間にセラミック板を介装してなるものである。ここで、セラミック板はＺｒＯ _２、ＭｇＯ及びＡｌ _２Ｏ _３のうち少なくとも一種を主成分とすることが望ましい。
【００１１】
このような構成を採用することにより、室温から１０００℃程度に温度上昇し、固体電解質型燃料電池セルが長さ方向に熱膨張したとしても、その熱膨張が繊維状金属により吸収され、特に燃焼室仕切板と固体電解質型燃料電池セル間に応力がほとんど作用せず、固体電解質型燃料電池セルの破損を防止できるとともに、燃焼室仕切板での固定が解除されることがなく、さらに繊維状金属により燃料ガスを、各固体電解質型燃料電池セル間に拡散できる。これにより固体電解質型燃料電池セルの熱膨張によるガスの漏出を防止できる。
【００１２】
また、繊維状金属は変形しやすいため、固体電解質型燃料電池セルを繊維状金属上に配置すると、自重のために沈みこみ、固体電解質型燃料電池セルの熱膨張を充分に吸収できなくなる虞があるが、固体電解質型燃料電池セルの底面と繊維状金属との間にセラミック板を介装することより、セルの自重等が、セラミック板を介して繊維状金属に作用するため、固体電解質型燃料電池セルの自重等が作用したとしても沈み込みを抑制することができるとともに、固体電解質型燃料電池セルの熱膨張を充分に吸収できる。
【００１３】
ここで、セラミック板に固体電解質型燃料電池セルの底部を収容する凹部を形成することにより、固体電解質型燃料電池セルの保持固定を確実に行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の固体電解質型燃料電池では、図１に示すように、反応容器１内に、空気室仕切板２、燃焼室仕切板３、燃料ガス室仕切板４を用いて空気室Ａ、燃焼室Ｂ、反応室Ｃ、燃料ガス室Ｄが形成されている。反応容器１内に収容された複数の有底筒状の固体電解質型燃料電池セル５は、燃焼室仕切板３に形成されたセル挿入孔７に挿入固定されており、また、その内部には空気室仕切板２に固定された空気導入管９の一端が挿入されている。
【００１５】
燃焼室仕切板３には、余剰の燃料ガスを燃焼室Ｂに導入するための燃料ガス噴出孔が形成されており、燃料ガス室仕切板４には燃料ガスを反応室Ｃ内に供給するための供給孔が形成されている。また、反応容器１には、例えば水素からなる燃料ガスを導入する燃料ガス導入口１１、空気を導入する空気導入口１２、燃焼室Ｂ内で燃焼したガスを排出するための排気口１３が形成されている。
【００１６】
そして、本発明の固体電解質型燃料電池では、セル５の底面と燃料ガス室仕切板４との間に繊維状金属１５が介装されている。この繊維状金属１５はＮｉまたはＺｎを主成分とされている。これは１０００℃の還元雰囲気でも弾力性を失わないことと、発電性能を劣化させる硫黄分を燃料ガス中から除去することができるからである。
【００１７】
セル５は、図２に示すように、例えば、支持管としてのＬａＭｎＯ_３系空気極１７と、この空気極１７の表面に形成されたＹ_２Ｏ_３安定化ＺｒＯ_２からなる固体電解質１８と、固体電解質１８の表面に形成されたＮｉ−ジルコニア系の燃料極１９と、空気極１７と電気的に接続されるＬａＣｒＯ_３系よりなるインターコネクタ２１とから構成されている。
【００１８】
一方のセル５のインターコネクタ２１を、図３に示すように、他方のセル５の燃料極１９にＮｉ金属繊維等の接続部材２３を介して、他方のセル５の燃料極１９に接続して、複数のセル５が電気的に接続され、スタック２５が構成されており、このようなスタック２５が、図１に示したように、反応容器１内に複数収容されて固体電解質型燃料電池が構成されている。
【００１９】
以上のように構成された固体電解質型燃料電池では、室温から１０００℃程度に温度上昇し、セル５が長さ方向に熱膨張したとしても、その熱膨張が繊維状金属１５により吸収され、燃焼室仕切板３とセル５間に応力がほとんど作用せず、セル５の破損を防止できるとともに、燃焼室仕切板３での固定が解除されることがなく、さらに繊維状金属１５により燃料ガスを、各セル５間に拡散できる。これによりセル５の熱膨張によるガスの漏出を防止できる。例えば、セル挿入孔７からの燃料ガスの燃焼室Ｂ内への漏出や、燃焼室仕切板３自体からの空気の反応室Ｃ内への漏出を防止することができるとともに、各部材とセル５の熱膨張差による応力を緩和し、セル等の破損を防止することができる。
【００２０】
さらに、本発明の固体電解質型燃料電池では、図４に示すように、セル５の底面と燃料ガス室仕切板４との間に繊維状金属１５が介装されており、セル５の底面と繊維状金属１５との間に、それぞれセラミック板３１が介装されている。特に、図４に示したようにセル５の底面が球面形状の場合には、セル５の自重がセル５の先端部に集中するため、このようなセラミック板３１を用いることが望ましい。
【００２１】
セラミック板３１はＺｒＯ_２、ＭｇＯおよびＡｌ_２Ｏ_３のうち少なくとも一種を主成分とすることが望ましい。これは１０００℃の還元雰囲気でも材料的に安定であるためである。
【００２２】
このような固体電解質型燃料電池では、セル５の底面と繊維状金属１５との間にセラミック板３１を介装することより、セル５の自重等がセラミック板３１を介して繊維状金属１５に作用するため、セル５の自重等が作用したとしても沈み込みを抑制することができるとともに、繊維状金属１５によりセル５の熱膨張を充分に吸収できる。このセラミック板３１により、熱サイクル特性や、耐久性においても繊維状金属の弾力性を保つことができる。
【００２３】
また、セラミック板３１を、ＺｒＯ_２、ＭｇＯおよびＡｌ_２Ｏ_３のうち少なくとも一種を主成分としたので、１０００℃の還元雰囲気でも材料的に安定とできる。
【００２４】
尚、図５に示すように、セラミック板３１に凹部３５を形成し、この凹部３５内にセル５の底部を収容することにより、セル５の保持固定を確実に行うことができる。
【００２５】
また、図４では、各セル５毎にセラミック板３１を繊維状金属１５上に設けた例について説明したが、図６に示すように、複数のセル５共通のセラミック板４１を繊維状金属１５上に設けても良い。
【００２６】
【実施例】
先ず、反応容器１内に、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とするセラミック板からなる燃料ガス仕切板４を収容し、燃料ガス仕切板４上に繊維状金属１５を配置した。その後、図４に示すようにセラミック板３１を配置した。
【００２７】
次に、燃料ガス室仕切板４上に、図３に示したようなセル５を９本連結したスタック２５を４組を配置した。燃焼室仕切板３を反応容器１内に収容し、燃焼室仕切板３とセル５の外面との隙間、燃焼室仕切板３と反応容器１の内壁面との隙間に繊維状セラミックスを詰め込んだ。
【００２８】
次に、反応容器１内に断熱ボードからなる空気室仕切板２を収容し、空気室仕切板２と反応容器１の内壁面との隙間に上記繊維状セラミックスを詰め込んだ。そして、反応容器１内に白煙を導入し、目視にて空気導入管９以外から空気の流れがないことを確認した。
【００２９】
そして、空気および水素ガスを燃料ガスとして反応容器１内に供給し、１０００℃にて発電を行った。１０００時間後と４００〜１０００℃の熱サイクルを２０サイクルしたときの性能の劣化を、初期性能からの劣化の割合で示した。また、燃焼室仕切板３において燃料ガス噴出孔以外からのガスの漏れがないかを、熱電対による温度変化により確認した。
【００３０】
一方、燃料ガス室仕切板４上に繊維状金属１５やセラミック板３１を挿入しない図７の場合についても確認した。その結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】

【００３２】
この表１より、燃料ガス室仕切板上に繊維状金属やセラミック板を設けない従来の固体電解質型燃料電池では、セルの熱膨張により燃焼室仕切板に応力が生じ、燃焼室仕切板の封止部分から燃料ガスが漏出しており、初期性能が低く、しかも経時的に出力密度が低下していくことが判る。
【００３３】
一方、本発明の固体電解質型燃料電池ではセルの熱膨張を吸収するため、燃焼室仕切板に応力が生じず、燃料ガスの漏出することなく、初期性能が良好であり、しかも経時的に殆ど変化しないことが判る。尚、試料Ｎｏ．３のセラミック板には、図５に示すような凹部を形成した。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の固体電解質型燃料電池では、固体電解質型燃料電池セルの底面と燃料ガス室仕切板との間に繊維状金属を介装したので、繊維状金属により、セルの熱膨張を吸収し、特に燃焼室仕切板とセル間の応力がほとんど作用せず、燃焼室と反応室の不要なガスの漏出を防止できる。さらに、繊維状金属は燃料ガスのセル内への供給を均一にし、発電性能を向上できる。また、プレート状のセラミック板をセルの底面と繊維状金属との間に介装することにより、セルと繊維状金属の接触面積を大きくし、セルの繊維金属への自重による沈み込みを防ぎ、熱サイクル特性や、耐久性においても繊維状金属の弾力性を損なうことなく、不要なガスの漏出を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体電解質型燃料電池の模式図である。
【図２】固体電解質型燃料電池セルの断面図である。
【図３】スタックを示す平面図である。
【図４】セラミック板をセル底面と繊維状金属との間に介装した模式図である。
【図５】セラミック板の凹部にセル底面が収容されている状態を示す模式図である。
【図６】セラミック板に３本のセルの底面が当接している状態を示す模式図である。
【図７】従来の固体電解質型燃料電池の模式図である。
【符号の説明】
１・・・反応容器
３・・・燃焼室仕切板
４・・・燃料ガス室仕切板
５・・・固体電解質型燃料電池セル
７・・・セル挿入孔
１５・・・繊維状金属
３１、４１・・・セラミック板
３５・・・凹部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid oxide fuel cell, and more particularly to a solid oxide fuel cell in which a combustion chamber, a reaction chamber, and a fuel gas chamber are formed using a combustion chamber partition plate and a fuel gas chamber partition plate.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 7, a conventional solid oxide fuel cell uses an air chamber A, a combustion chamber B in a reaction vessel 51 by using an air chamber partition plate 52, a combustion chamber partition plate 53, and a fuel gas chamber partition plate. , A reaction chamber C and a fuel gas chamber D are formed. A plurality of bottomed cylindrical solid oxide fuel cells 55 housed in the reaction vessel 51 are inserted and fixed in cell insertion holes 57 formed in the combustion chamber partition plate 53, and are internally provided therein. One end of an air introduction pipe 59 fixed to the air chamber partition plate 52 is inserted.
[0003]
The combustion chamber partition plate 53 is provided with a fuel gas ejection hole for introducing surplus fuel gas into the combustion chamber B. The fuel gas chamber partition plate 54 is used to supply fuel gas into the reaction chamber C. Are formed. The reaction vessel 51 has a fuel gas inlet 61 for introducing a fuel gas composed of, for example, hydrogen, an air inlet 62 for introducing air, and an exhaust port 63 for discharging gas burned in the combustion chamber B. Have been.
[0004]
In such a solid oxide fuel cell, the air from the air chamber A is supplied into the solid oxide fuel cell 55, and the fuel gas from the fuel gas chamber D is supplied to the plurality of solid oxide fuel cells 55. The air is supplied to the reaction chamber C and reacted in the reaction chamber C, and excess air and fuel gas are burned in the combustion chamber B. The burned gas is discharged to the outside through the exhaust port 63.
[0005]
By the way, in a solid oxide fuel cell, power is generated by using two types of gas, air and fuel gas, so that it is necessary to prevent adverse effects due to gas leakage. For this reason, as described above, the air chamber partition plate 52, the combustion chamber partition plate 53, and the fuel gas chamber partition plate 54 for constituting the combustion chamber B are provided, and constitute the respective chambers. The gas to be introduced into the is controlled.
[0006]
That is, the air is prevented from leaking into the combustion chamber B from the fixed portion between the air chamber partition plate 52 and the air introduction pipe 59, and the fuel gas is discharged from the fixed portion between the combustion chamber partition plate 53 and the cell 55 from the combustion chamber B. Further, it is necessary to prevent gas from leaking from between the outer peripheral surface of the air chamber partition plate 52, the combustion chamber partition plate 53, the fuel gas chamber partition plate 54 and the inner wall surface of the reaction vessel 51 so as not to leak into the inside. There is. In particular, it is necessary to pay sufficient attention to the airtightness of the combustion chamber partition plate 53.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, various materials such as ceramics and metals are used in the solid oxide fuel cell. On the other hand, the operating temperature of the solid oxide fuel cell is as high as about 1000 ° C., so that the coefficient of thermal expansion between the members is low. In contrast, when the air chamber partition plate 52, the combustion chamber partition plate 53, the fuel gas chamber partition plate 54, and the cell 55, the air introduction pipe 59, the reaction vessel 51, and the like are tightly joined, the cell 55, the air introduction pipe 59, and the like are formed. There was a risk of breakage. In particular, a cylindrical solid oxide fuel cell has a large thermal expansion in the length direction due to its shape, and has a high risk of gas leakage.
[0008]
That is, conventionally, the cell 55 is inserted and fixed in the cell insertion hole 57 formed in the combustion chamber partition plate 53, and the bottom thereof is in contact with the fuel gas chamber partition plate 54, so that both ends of the cell 55 are fixed. When the temperature rises and the cell 55 thermally expands in the length direction, the cell 55 is damaged, and the fixing by the combustion chamber partition plate 53 is released, and the gas leaks.
[0009]
An object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell capable of preventing gas leakage due to thermal expansion of a solid oxide fuel cell, thereby improving power generation performance, durability, and heat cycle characteristics.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The solid oxide fuel cell of the present invention has a combustion chamber, a reaction chamber, and a fuel gas chamber provided in a reaction vessel with a combustion chamber partition plate and a fuel gas chamber partition plate. The fuel cell is inserted and fixed in a plurality of cell insertion holes formed in the combustion chamber partition plate such that an opening projects from the combustion chamber partition plate to the combustion chamber side, and the solid fuel cell is formed. A fibrous metal is interposed between the bottom surface of the electrolyte fuel cell and the fuel gas chamber partition plate, and a ceramic plate is interposed between the bottom surface of the solid electrolyte fuel cell and the fibrous metal. one in which you composed. Here, the ceramic plate preferably contains at least one of ZrO ₂ , MgO and Al ₂ O ₃ as a main component.
[0011]
By adopting such a configuration, even if the temperature rises from room temperature to about 1000 ° C. and the solid oxide fuel cell thermally expands in the length direction, the thermal expansion is absorbed by the fibrous metal, and particularly the combustion Almost no stress acts between the chamber partition plate and the solid oxide fuel cell unit, preventing damage to the solid oxide fuel cell unit. The metal allows the fuel gas to diffuse between the solid oxide fuel cells. Thus, gas leakage due to thermal expansion of the solid oxide fuel cell can be prevented.
[0012]
In addition, since the fibrous metal is easily deformed, when the solid oxide fuel cell is disposed on the fibrous metal, it may sink due to its own weight and may not be able to sufficiently absorb the thermal expansion of the solid oxide fuel cell. However, since the ceramic plate is interposed between the bottom surface of the solid oxide fuel cell and the fibrous metal, the cell's own weight acts on the fibrous metal via the ceramic plate. Even if the self-weight of the fuel cell or the like acts, the sinking can be suppressed and the thermal expansion of the solid oxide fuel cell can be sufficiently absorbed.
[0013]
Here, by forming a recess for accommodating the bottom of the solid oxide fuel cell in the ceramic plate, the solid oxide fuel cell can be securely held and fixed.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the solid oxide fuel cell of the present invention, as shown in FIG. 1, an air chamber A, a combustion chamber partition plate 3, a combustion chamber partition plate 3, and a fuel gas chamber partition plate 4 are provided in a reaction vessel 1. B, a reaction chamber C, and a fuel gas chamber D are formed. A plurality of bottomed cylindrical solid oxide fuel cells 5 housed in the reaction vessel 1 are inserted and fixed in cell insertion holes 7 formed in the combustion chamber partition plate 3. One end of an air introduction pipe 9 fixed to the air chamber partition plate 2 is inserted.
[0015]
The combustion chamber partition plate 3 is formed with a fuel gas ejection hole for introducing surplus fuel gas into the combustion chamber B. The fuel gas chamber partition plate 4 supplies fuel gas into the reaction chamber C. Are formed. Further, the reaction vessel 1 has a fuel gas inlet 11 for introducing a fuel gas composed of, for example, hydrogen, an air inlet 12 for introducing air, and an exhaust port 13 for discharging gas burned in the combustion chamber B. Have been.
[0016]
In the solid oxide fuel cell of the present invention, a fibrous metal 15 is interposed between the bottom surface of the cell 5 and the fuel gas chamber partition plate 4. The fibrous metal 15 is mainly composed of Ni or Zn. This is because the elasticity is not lost even in a reducing atmosphere at 1000 ° C. and the sulfur content that degrades the power generation performance can be removed from the fuel gas.
[0017]
As shown in FIG. 2, the cell 5 includes, for example, a LaMnO ₃ -based air electrode 17 as a support tube, a solid electrolyte 18 made of Y ₂ O ₃ stabilized ZrO ₂ formed on the surface of the air electrode 17, It is composed of a Ni-zirconia based fuel electrode 19 formed on the surface of the solid electrolyte 18 and an LaCrO ₃ based interconnector 21 electrically connected to the air electrode 17.
[0018]
As shown in FIG. 3, the interconnector 21 of one cell 5 is connected to the fuel electrode 19 of the other cell 5 via a connecting member 23 such as Ni metal fiber, etc. , A plurality of cells 5 are electrically connected to each other to form a stack 25. As shown in FIG. 1, a plurality of such stacks 25 are accommodated in the reaction vessel 1 to form a solid oxide fuel cell. It is configured.
[0019]
In the solid oxide fuel cell configured as described above, even if the temperature rises from room temperature to about 1000 ° C. and the cell 5 thermally expands in the length direction, the thermal expansion is absorbed by the fibrous metal 15 and the combustion is performed. Almost no stress acts between the chamber partition plate 3 and the cell 5, which prevents damage to the cell 5, does not release the fixation at the combustion chamber partition plate 3, and further releases the fuel gas by the fibrous metal 15. , Can be spread between the cells 5. Thereby, gas leakage due to thermal expansion of the cell 5 can be prevented. For example, leakage of fuel gas from the cell insertion hole 7 into the combustion chamber B and leakage of air from the combustion chamber partition plate 3 into the reaction chamber C can be prevented. The stress due to the difference in thermal expansion can be reduced, and damage to cells and the like can be prevented.
[0020]
Further, in the solid oxide fuel cell of the present invention, as shown in FIG. 4 , the fibrous metal 15 is interposed between the bottom surface of the cell 5 and the fuel gas chamber partition plate 4, and Ceramic plates 31 are interposed between the fibrous metals 15 respectively. In particular, when the bottom surface of the cell 5 is spherical as shown in FIG. 4, it is desirable to use such a ceramic plate 31 because the weight of the cell 5 is concentrated on the tip of the cell 5.
[0021]
The ceramic plate 31 preferably contains at least one of ZrO ₂ , MgO and Al ₂ O ₃ as a main component. This is because the material is stable even in a reducing atmosphere at 1000 ° C.
[0022]
In such a solid oxide fuel cell, since the ceramic plate 31 is interposed between the bottom surface of the cell 5 and the fibrous metal 15, the weight of the cell 5, etc. is applied to the fibrous metal 15 via the ceramic plate 31. Therefore, the sinking can be suppressed even if the weight of the cell 5 acts, and the thermal expansion of the cell 5 can be sufficiently absorbed by the fibrous metal 15. The ceramic plate 31 can maintain the elasticity of the fibrous metal in terms of the heat cycle characteristics and durability.
[0023]
Further, since the ceramic plate 31 contains at least one of ZrO ₂ , MgO and Al ₂ O ₃ as a main component, the material can be made stable even in a reducing atmosphere at 1000 ° C.
[0024]
As shown in FIG. 5, by forming a recess 35 in the ceramic plate 31 and housing the bottom of the cell 5 in the recess 35, the cell 5 can be reliably held and fixed.
[0025]
Further, in FIG. 4, the example in which the ceramic plate 31 is provided on the fibrous metal 15 for each cell 5 has been described, but as shown in FIG. It may be provided above.
[0026]
【Example】
First, a fuel gas partition plate 4 made of a ceramic plate containing Al ₂ O ₃ as a main component was accommodated in the reaction vessel 1, and a fibrous metal 15 was arranged on the fuel gas partition plate 4. Then, the ceramic plate 31 was arranged as shown in FIG.
[0027]
Next, on the partition plate 4 of the fuel gas chamber, four stacks 25 each having nine cells 5 connected as shown in FIG. The combustion chamber partition plate 3 was accommodated in the reaction vessel 1, and fibrous ceramic was packed in the gap between the combustion chamber partition plate 3 and the outer surface of the cell 5 and the gap between the combustion chamber partition plate 3 and the inner wall surface of the reaction vessel 1. .
[0028]
Next, the air chamber partition plate 2 made of a heat insulating board was accommodated in the reaction container 1, and the fibrous ceramic was packed in a gap between the air chamber partition plate 2 and the inner wall surface of the reaction container 1. Then, white smoke was introduced into the reaction vessel 1, and it was confirmed visually that there was no flow of air from other than the air introduction pipe 9.
[0029]
Then, air and hydrogen gas were supplied as fuel gases into the reaction vessel 1 to generate power at 1000 ° C. Deterioration of the performance after 1000 hours and when the heat cycle at 400 to 1000 ° C. was performed for 20 cycles was shown by the rate of deterioration from the initial performance. Further, whether or not gas leaked from the combustion chamber partition plate 3 except for the fuel gas ejection holes was confirmed by a temperature change using a thermocouple.
[0030]
On the other hand, the case of FIG. 7 in which the fibrous metal 15 and the ceramic plate 31 were not inserted on the fuel gas chamber partition plate 4 was also confirmed. Table 1 shows the results.
[0031]
[Table 1]

[0032]
According to Table 1, in a conventional solid oxide fuel cell in which no fibrous metal or ceramic plate is provided on the fuel gas chamber partition plate, stress is generated in the combustion chamber partition plate due to thermal expansion of the cell, and the combustion chamber partition plate is sealed. It can be seen that the fuel gas is leaking from the stop portion, the initial performance is low, and the output density decreases with time.
[0033]
On the other hand, in the solid oxide fuel cell of the present invention, since the thermal expansion of the cells is absorbed, no stress is generated in the combustion chamber partition plate, the fuel gas does not leak, the initial performance is good, and almost no change over time. It turns out that it does not change. In addition, sample No. A concave portion as shown in FIG. 5 was formed in the ceramic plate of No. 3.
[0034]
【The invention's effect】
In the solid oxide fuel cell of the present invention, since the fibrous metal is interposed between the bottom surface of the solid oxide fuel cell and the fuel gas chamber partition plate, the fibrous metal absorbs the thermal expansion of the cell, In particular, almost no stress acts between the combustion chamber partition plate and the cell, and unnecessary gas leakage from the combustion chamber and the reaction chamber can be prevented. Further, the fibrous metal can evenly supply the fuel gas into the cell, and can improve the power generation performance. In addition, by interposing a plate-shaped ceramic plate between the bottom of the cell and the fibrous metal, the contact area between the cell and the fibrous metal is increased, preventing the cell from sinking due to its own weight on the fibrous metal, Unnecessary gas leakage can be prevented without impairing the elasticity of the fibrous metal even in the heat cycle characteristics and durability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a solid oxide fuel cell according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a solid oxide fuel cell.
FIG. 3 is a plan view showing a stack.
FIG. 4 is a schematic diagram in which a ceramic plate is interposed between a cell bottom surface and a fibrous metal.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in which a cell bottom is accommodated in a concave portion of a ceramic plate.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a state where the bottom surfaces of three cells are in contact with a ceramic plate.
FIG. 7 is a schematic view of a conventional solid oxide fuel cell.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reaction container 3 ... Combustion chamber partition plate 4 ... Fuel gas chamber partition plate 5 ... Solid oxide fuel cell 7 ... Cell insertion hole 15 ...

Fibrous metal

31, 41 ... Ceramic plate 35 ... recess

Claims

A combustion chamber partition plate and a fuel gas chamber partition plate are provided in a reaction vessel to form a combustion chamber, a reaction chamber, and a fuel gas chamber, and a plurality of bottomed tubular solid oxide fuel cell units are connected to the combustion chamber partition plate. A plurality of cell insertion holes are formed and fixed so that the openings protrude from the combustion chamber partition plate toward the combustion chamber, respectively, and the bottom surface of the solid oxide fuel cell and the fuel A solid electrolyte comprising a fibrous metal interposed between the gas chamber partition plate and a ceramic plate interposed between the bottom surface of the solid oxide fuel cell unit and the fibrous metal. Type fuel cell.

Ceramic plate is ZrO _２2 , MgO and Al _２2 O _３3 2. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein at least one of them is a main component.

3. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the ceramic plate has a concave portion for accommodating the bottom of the solid oxide fuel cell.