JP3686773B2

JP3686773B2 - Solid oxide fuel cell

Info

Publication number: JP3686773B2
Application number: JP07191299A
Authority: JP
Inventors: 和正丸谷
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2019-03-17
Also published as: JP2000268839A

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、反応容器内に燃焼室仕切板を用いて燃焼室と反応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９に示すように、反応容器５１内に、空気室仕切板５３、燃焼室仕切板５５、燃料ガス室仕切板５７を用いて酸素含有ガス室Ａ、燃焼室Ｂ、反応室Ｃ、燃料ガス室Ｄが形成されている。
【０００３】
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５９は、燃焼室仕切板５５に形成された複数のセル挿入孔６０にそれぞれ挿入固定され、その開口部６１は燃焼室仕切板５５から燃焼室Ｂ内に突出しており、その内部には空気室仕切板５３に固定された空気導入管６３の一端が挿入されている。
【０００４】
燃焼室仕切板５５には、余剰の燃料ガスを燃焼室Ｂに導入するための余剰燃料ガス噴出孔６４が形成されており、燃料ガス室仕切板５７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。
【０００５】
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供給管６５、例えば空気からなる酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給管６７、燃焼室Ｂ内で燃焼したガスを排出するための排気管６９が形成されている。
【０００６】
燃料ガス供給管６５は燃料ガス室Ｄに開口し、酸素含有ガス供給管６７は酸素含有ガス室Ａに開口し、排気管６９は燃焼室Ｂに開口している。
【０００７】
固体電解質型燃料電池セル５９は、円筒状のポーラスな空気極の表面に固体電解質層が形成され、この固体電解質層の表面に燃料極層が形成され、さらに、集電体層が空気極層と固体電解質層に接合されて構成されている。
【０００８】
このような固体電解質型燃料電池は、酸素含有ガス室Ａからの空気を、空気導入管６３を介して固体電解質型燃料電池セル５９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５９間に供給し、反応室Ｃにて反応させ、余剰の空気と余剰の燃料ガスを燃焼室Ｂにて燃焼させ、燃焼したガスが排気管６９から外部に排出される。
【０００９】
反応室Ｃ内の反応は、固体電解質型燃料電池セル５９内に供給された空気がポーラスな空気極層を固体電解質層に向けて拡散し、また燃料ガスが固体電解質型燃料電池セル５９の外側から固体電解質層に向けて拡散し、この固体電解質にて生じる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の固体電解質型燃料電池は、高温の燃焼ガスを全て排気管６９から排出していたため、エネルギー損失が大きかった。更に、発電用酸化剤ガスである空気の予熱が、燃焼室Ｂ内を通る空気導入管６３のみと限られていたために十分ではなかった。また燃焼室Ｂ及び排気管６９は、高温の燃焼ガスに曝されるため熱的負荷が大きく、燃焼室Ｂを形成するための反応容器の劣化が著しいという問題があった。
【００１１】
本発明は、酸素含有ガスの予熱区間を拡大して予熱を十分とすることができ、排気ガスを再利用できるため発電システムとしてのエネルギー効率を向上できるとともに、排気管への熱的負荷を軽減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。
【００１２】
【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を用いて燃焼室と反応室を形成し、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固定するとともに、前記反応容器に酸素含有ガス供給管と燃料ガス供給管を設け、さらに前記反応容器に前記燃焼室の燃焼ガスを排出する排気管を設けてなり、前記酸素含有ガス供給管の酸素含有ガスを前記固体電解質型燃料電池セル内にそれぞれ供給し、かつ、前記燃料ガス供給管の燃料ガスを前記反応室内の前記固体電解質型燃料電池セル間に供給して反応させる固体電解質型燃料電池であって、前記酸素含有ガス供給管を、前記排気管に対し二重管構造とするかまたは当接させるとともに、前記燃焼室を形成する前記反応容器の外周面に当接させたことを特徴とするものである。
【００１３】
ここで、酸素含有ガス供給管内に排気管が挿入されており、前記排気管内を燃焼ガスが、前記酸素含有ガス供給管と前記排気管との間を酸素含有ガスが流れることが望ましい。
【００１４】
【作用】
本発明の固体電解質型燃料電池では、酸素含有ガス供給管を排気管に沿って設けたので、従来、酸素含有ガスの予熱は、燃焼室内の空気導入管のみで行われていたが、排気管表面においても熱交換ができることとなり、予熱区間を延長でき、酸素含有ガスの予熱を十分行うことができる。また、従来、排気ガスとして外部に放出していた、燃焼ガスの熱エネルギーを酸素含有ガスの予熱として再利用でき、発電システムとしてのエネルギー効率を向上できる。さらに、高温の排気管と、低温の酸素含有ガス供給管との間で熱交換することにより、排気管の表面を冷却することができ、排気管の熱的負荷を軽減でき、排気管の寿命を向上することができる。
【００１５】
また、酸素含有ガス供給管内に排気管を挿入し、排気管内に燃焼ガスを、酸素含有ガス供給管と排気管との間に酸素含有ガスを流すことにより、酸素含有ガスの予熱をさらに十分行うことができるとともに、排気管の熱的負荷をさらに軽減することができる。
【００１６】
さらにまた、酸素含有ガス供給管が、燃焼室を形成する反応容器の外面に沿った反応容器当接部を有することにより、酸素含有ガスの予熱を、燃焼室を形成する反応容器の表面においても行うことができ、酸素含有ガスの予熱をさらに十分行うことができるとともに、燃焼室を形成する高温の反応容器の表面と、低温の酸素含有ガスとの間で熱交換することにより、反応容器の表面を冷却することができ、反応容器における熱的負荷を軽減でき、反応容器の寿命を向上することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の固体電解質型燃料電池は、図１に示すように、反応容器１内に、空気室仕切板３、燃焼室仕切板５、燃料ガス室仕切板７を用いて酸素含有ガスＡ、燃焼室Ｂ、反応室Ｃ、燃料ガス室Ｄが形成されている。
【００１８】
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９は、燃焼室仕切板５に形成された複数のセル挿入孔６にそれぞれ挿入固定され、その開口部１０は燃焼室仕切板５から燃焼室Ｂ内に突出しており、その内部には、空気室仕切板３に挿入固定された空気導入管１１の一端が挿入されている。
【００１９】
燃焼室仕切板５には、図２に示すように、余剰の燃料ガスを燃焼室Ｂに導入するための多数の余剰燃料ガス噴出孔１２が形成されており、燃料ガス室仕切板７には、図１に示したように、燃料ガスを反応室Ｃ内に供給するための多数の供給孔１４が形成されている。
【００２０】
そして、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管１３、空気からなる酸素含有ガスを導入する酸素含有ガス供給管１７、燃焼室Ｂ内で燃焼したガスを排出するための排気管１９が設けられている。即ち、燃料ガス導入管１３の一端は燃料ガス室Ｄに開口しており、酸素含有ガス供給管１７の一端は酸素含有ガス室Ａに開口し、排気管１９の一端は燃焼室Ｂに開口している。
【００２１】
また、酸素含有ガス供給管１７は、図３乃至図５に示すように、酸素含有ガス供給管１７内に排気管１９が挿入された二重管部ａ、燃焼室Ｂを形成する反応容器１の外周面に沿って環状に形成された反応容器当接部ｂ、予熱された酸素含有ガスを酸素含有ガス室Ａに導入する導入部ｃとから構成されている。
【００２２】
酸素含有ガス供給管１７の一端は、排気管１９の一端の開口位置と対向する位置に開口している。
【００２３】
酸素含有ガス供給管１７の二重管部ａでは、排気管１９内を燃焼ガスが、酸素含有ガス供給管１７と排気管１９との間を酸素含有ガスが流れることになる。
【００２４】
また、酸素含有ガスの体積に対し熱交換面積をできるだけ大きくするという点から、酸素含有ガス供給管１７の内壁面と排気管１９の外周面との隙間ｄ₁、反応容器１の外周面と反応容器当接部ｂの内面との間隔ｄ₂は、１０ｍｍ以下であることが望ましい。
尚、セル９は、図６に示すように、例えば、支持管としてのＬａＭｎＯ₃系空気極層２５と、この空気極層２５の表面に形成されたＹ₂Ｏ₃安定化ＺｒＯ₂からなる固体電解質層２６と、固体電解質層２６の表面に形成されたＮｉ−ジルコニア系の燃料極層２７と、空気極層２５と電気的に接続されるＬａＣｒＯ₃系よりなるインターコネクタ２８とから構成されている。
【００２５】
そして、図７に示すように、一方のセル９のインターコネクタ２８を、他方のセル９の燃料極層２７にＮｉ金属繊維等の接続部材３１を介して、他方のセル９の燃料極層２７に接続して、複数のセル９が電気的に接続され、スタック３３が構成されており、このようなスタック３３が、図１に示したように、反応容器１内に収容されて固体電解質型燃料電池が構成されている。反応容器１内には、一つのセル９のインターコネクタ２８に接続された電極３５と、他方のセル９の燃料極層２７に接続された電極３７が配置されており、これらの電極３５、３７を介して電力が取り出される。
【００２６】
このような固体電解質型燃料電池は、例えば空気を酸素含有ガス供給管１７から空気導入管１１を介してセル９内に導入するとともに、燃料ガス供給管１３から例えば水素を導入し、燃料ガス室仕切板７の分散孔で分散してセル９の外部に導入することにより行われ、余剰の空気と燃料ガスは燃焼室Ｂ内で燃焼させられ、排気管１９から外部に排出される。
【００２７】
固体電解質型燃料電池セル一本のガスの流れを説明すると、水素ガス（燃料ガス）はセル下方から導入され、発電により酸化されながら上方へと進む。一方空気（酸化含有ガス）は空気導入管１１を介してセル上方よりセル内部下方へ導入される。そしてセル内部下方より上部へと流れる。セル上部より排出された空気は発電で消費されなかった水素ガスと反応し、燃焼室Ｂ内で燃焼する。
【００２８】
以上のように構成された固体電解質型燃料電池では、酸素含有ガス供給管１７内に排気管１９を挿入し、排気管１９内に燃焼ガスを、酸素含有ガス供給管１７と排気管１９との間に酸素含有ガスを流すことにより、排気管１９外表面において排気管１９内の燃焼ガスと、酸素含有ガス供給管１７内の酸素含有ガスとの間で熱交換できることとなり、予熱区間を大幅に延長でき、酸素含有ガスの予熱を十分行うことができるとともに、従来、排気ガスとして外部に放出していた燃焼ガスの熱エネルギーを酸素含有ガスの予熱として再利用でき、発電システムとしてのエネルギー効率を向上できる。
【００２９】
また、高温の排気管１９の外表面で熱交換することにより、排気管１９の外表面を冷却することができ、排気管１９の熱的負荷を軽減でき、排気管１９の寿命を向上することができる。
【００３０】
さらに、酸素含有ガス供給管１７を、二重管部ａと、反応容器１の外周面に沿って形成された反応容器当接部ｂと、導入部ｃとから構成したので、酸素含有ガスの予熱を、燃焼室Ｂの側面を形成する反応容器１の表面においても行うことができ、酸素含有ガスの予熱をさらに十分行うことができるとともに、燃焼室Ｂを形成する高温の反応容器１の表面と、低温の酸素含有ガスとの間で熱交換することにより、反応容器１の表面を冷却することができ、反応容器１における熱的負荷を軽減でき、反応容器１の寿命を向上することができる。
【００３１】
尚、上記例では、酸素含有ガス供給管１７を、二重管部ａと、反応容器１の外周に沿って形成された反応容器当接部ｂと、導入部ｃとから構成した例について説明したが、本発明では、上記実施例に限定されるものではなく、例えば、図８に示すように、酸素含有ガス供給管１７を、排気管１９に沿った（当接した）状態で形成された当接部ｅと、当接部ｅから、予熱された酸素含有ガスを酸素含有ガス室Ａに導入する導入部ｆとから構成しても良い。
【００３２】
また、上記例では、酸素含有ガス供給管１７に、燃焼室Ｂの側面を形成する反応容器１の外周面全体に沿って形成された反応容器当接部ｂを形成した例について説明したが、反応容器当接部は、反応容器１の外周全体に形成される必要はなく、例えば、半周でも良い。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の固体電解質型燃料電池では、酸素含有ガス供給管を排気管に沿って設けたので、酸素含有ガスの予熱区間を延長でき、酸素含有ガスの予熱を十分行うことができるとともに、燃焼ガスによる熱エネルギアーを回収して、発電システムとしてのエネルギー効率を向上でき、さらに、高温の排気管の表面と低温の酸素含有ガス供給管の表面で熱交換することにより、排気管の表面を冷却することができ、排気管の熱的負荷を軽減し、排気管の寿命を向上することができる。
【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】燃焼室仕切板およびその近傍を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図３】燃焼室の側面を形成する反応容器およびその近傍を示す斜視図である。
【図４】図１のｘ−ｘ線に沿う断面図である。
【図５】酸素含有ガス供給管の二重管部を示す断面図である。
【図６】固体電解質型燃料電池セルの断面図である。
【図７】スタックを示す平面図である。
【図８】酸素含有ガス供給管を排気管に沿って形成した状態を示す側面図である。
【図９】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
５・・・燃焼室仕切板
６・・・セル挿入孔
９・・・固体電解質型燃料電池セル
１０・・・開口部
１１・・・空気導入管
１３・・・燃料ガス供給管
１７・・・酸素含有ガス供給管
１９・・・排気管
Ｂ・・・燃焼室
Ｃ・・・反応室[0001]
BACKGROUND 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 and a reaction chamber are formed in a reaction vessel using a combustion chamber partition plate.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 9, the conventional solid oxide fuel cell has an oxygen-containing gas chamber A, a combustion chamber in a reaction vessel 51 using an air chamber partition plate 53, a combustion chamber partition plate 55, and a fuel gas chamber partition plate 57. A chamber B, a reaction chamber C, and a fuel gas chamber D are formed.
[0003]
A plurality of bottomed cylindrical solid oxide fuel cells 59 housed in the reaction vessel 51 are inserted and fixed in a plurality of cell insertion holes 60 formed in the combustion chamber partition plate 55, respectively. Projecting into the combustion chamber B from the combustion chamber partition plate 55, one end of an air introduction pipe 63 fixed to the air chamber partition plate 53 is inserted therein.
[0004]
The combustion chamber partition plate 55 is formed with an excess fuel gas injection hole 64 for introducing surplus fuel gas into the combustion chamber B. The fuel gas chamber partition plate 57 contains fuel gas into the reaction chamber C. A supply hole for supply is formed.
[0005]
Further, the reaction vessel 51 discharges the gas burned in the combustion chamber B, for example, a fuel gas supply pipe 65 for introducing a fuel gas made of hydrogen, for example, an oxygen-containing gas supply pipe 67 for supplying an oxygen-containing gas made of air. An exhaust pipe 69 for this purpose is formed.
[0006]
The fuel gas supply pipe 65 opens to the fuel gas chamber D, the oxygen-containing gas supply pipe 67 opens to the oxygen-containing gas chamber A, and the exhaust pipe 69 opens to the combustion chamber B.
[0007]
In the solid electrolyte fuel cell 59, a solid electrolyte layer is formed on the surface of a cylindrical porous air electrode, a fuel electrode layer is formed on the surface of the solid electrolyte layer, and the current collector layer is an air electrode layer. And joined to the solid electrolyte layer.
[0008]
In such a solid oxide fuel cell, air from the oxygen-containing gas chamber A is supplied into the solid electrolyte fuel cell 59 via the air introduction pipe 63 and the fuel gas from the fuel gas chamber D is supplied. Is supplied between the plurality of solid oxide fuel cells 59, reacted in the reaction chamber C, excess air and excess fuel gas are combusted in the combustion chamber B, and the burned gas is discharged from the exhaust pipe 69 to the outside. Discharged.
[0009]
In the reaction in the reaction chamber C, the air supplied into the solid electrolyte fuel cell 59 diffuses toward the solid electrolyte layer through the porous air electrode layer, and the fuel gas is outside the solid electrolyte fuel cell 59. To the solid electrolyte layer and is generated in this solid electrolyte.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional solid oxide fuel cell exhausts all the high-temperature combustion gas from the exhaust pipe 69, the energy loss is large. Furthermore, the preheating of the air that is the oxidant gas for power generation is not sufficient because it is limited only to the air introduction pipe 63 that passes through the combustion chamber B. Further, the combustion chamber B and the exhaust pipe 69 are exposed to high-temperature combustion gas, so that there is a large thermal load, and there is a problem that the reaction vessel for forming the combustion chamber B is significantly deteriorated.
[0011]
The present invention expands the preheating section of the oxygen-containing gas to ensure sufficient preheating, and the exhaust gas can be reused, improving the energy efficiency of the power generation system and reducing the thermal load on the exhaust pipe An object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The solid oxide fuel cell of the present invention includes a combustion chamber and a reaction chamber formed in a reaction vessel using a combustion chamber partition plate, and a plurality of bottomed cylindrical solid oxide fuel cell cells are connected to the combustion chamber partition plate. Are inserted and fixed to the plurality of cell insertion holes so that the openings protrude from the combustion chamber partition plate to the combustion chamber side, and an oxygen-containing gas supply pipe and a fuel gas supply pipe are connected to the reaction vessel. An exhaust pipe for discharging the combustion gas in the combustion chamber is provided in the reaction vessel, and the oxygen-containing gas in the oxygen-containing gas supply pipe is supplied into the solid oxide fuel cell, respectively, and a fuel gas is supplied between the solid electrolyte fuel cell of the reaction chamber solid electrolyte fuel cell reacting the fuel gas supply pipe, two against the oxygen-containing gas supply pipe, to the exhaust pipe double Tube structure Or is brought into contact, it is characterized in that the contact is allowed to the outer peripheral surface of said reaction vessel to form the combustion chamber.
[0013]
Here, it is desirable that an exhaust pipe is inserted in the oxygen-containing gas supply pipe, and that the combustion gas flows in the exhaust pipe and the oxygen-containing gas flows between the oxygen-containing gas supply pipe and the exhaust pipe.
[0014]
[Action]
In the solid oxide fuel cell of the present invention, since the oxygen-containing gas supply pipe is provided along the exhaust pipe, conventionally, the oxygen-containing gas is preheated only by the air introduction pipe in the combustion chamber. Heat exchange can be performed on the surface, the preheating section can be extended, and the oxygen-containing gas can be sufficiently preheated. In addition, the heat energy of the combustion gas, which has been conventionally released as exhaust gas, can be reused as preheating of the oxygen-containing gas, and the energy efficiency of the power generation system can be improved. Furthermore, by exchanging heat between the hot exhaust pipe and the low-temperature oxygen-containing gas supply pipe, the surface of the exhaust pipe can be cooled, the thermal load on the exhaust pipe can be reduced, and the life of the exhaust pipe Can be improved.
[0015]
Further, the oxygen-containing gas is preheated more sufficiently by inserting an exhaust pipe into the oxygen-containing gas supply pipe, flowing the combustion gas into the exhaust pipe, and flowing the oxygen-containing gas between the oxygen-containing gas supply pipe and the exhaust pipe. And the thermal load on the exhaust pipe can be further reduced.
[0016]
Furthermore, since the oxygen-containing gas supply pipe has a reaction container abutting portion along the outer surface of the reaction vessel forming the combustion chamber, preheating of the oxygen-containing gas can be performed on the surface of the reaction vessel forming the combustion chamber. The oxygen-containing gas can be sufficiently preheated, and the reaction vessel can be preheated by exchanging heat between the surface of the high-temperature reaction vessel forming the combustion chamber and the low-temperature oxygen-containing gas. The surface can be cooled, the thermal load in the reaction vessel can be reduced, and the life of the reaction vessel can be improved.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As shown in FIG. 1, the solid oxide fuel cell of the present invention includes an air chamber partition plate 3, a combustion chamber partition plate 5, and a fuel gas chamber partition plate 7 in a reaction vessel 1. A chamber B, a reaction chamber C, and a fuel gas chamber D are formed.
[0018]
A plurality of bottomed cylindrical solid oxide fuel cells 9 housed in the reaction vessel 1 are respectively inserted and fixed in a plurality of cell insertion holes 6 formed in the combustion chamber partition plate 5, and the openings 10 are It protrudes from the combustion chamber partition plate 5 into the combustion chamber B, and one end of an air introduction pipe 11 inserted and fixed to the air chamber partition plate 3 is inserted therein.
[0019]
As shown in FIG. 2, the combustion chamber partition plate 5 is formed with a number of surplus fuel gas ejection holes 12 for introducing surplus fuel gas into the combustion chamber B. The fuel gas chamber partition plate 7 has As shown in FIG. 1, a number of supply holes 14 for supplying fuel gas into the reaction chamber C are formed.
[0020]
For example, a fuel gas introduction pipe 13 for introducing a fuel gas made of hydrogen, an oxygen-containing gas supply pipe 17 for introducing an oxygen-containing gas made of air, and a gas burned in the combustion chamber B are discharged into the reaction vessel 1. An exhaust pipe 19 is provided. That is, one end of the fuel gas introduction pipe 13 opens to the fuel gas chamber D, one end of the oxygen-containing gas supply pipe 17 opens to the oxygen-containing gas chamber A, and one end of the exhaust pipe 19 opens to the combustion chamber B. ing.
[0021]
Further, as shown in FIGS. 3 to 5, the oxygen-containing gas supply pipe 17 includes a double-pipe part a in which an exhaust pipe 19 is inserted into the oxygen-containing gas supply pipe 17 and a reaction vessel 1 that forms a combustion chamber B. The reaction vessel contact portion b is formed in an annular shape along the outer peripheral surface of the gas, and the introduction portion c introduces the preheated oxygen-containing gas into the oxygen-containing gas chamber A.
[0022]
One end of the oxygen-containing gas supply pipe 17 opens at a position facing the opening position of one end of the exhaust pipe 19.
[0023]
In the double pipe portion a of the oxygen-containing gas supply pipe 17, the combustion gas flows in the exhaust pipe 19, and the oxygen-containing gas flows between the oxygen-containing gas supply pipe 17 and the exhaust pipe 19.
[0024]
Further, since the heat exchange area is increased as much as possible with respect to the volume of the oxygen-containing gas, the gap d ₁ between the inner wall surface of the oxygen-containing gas supply pipe 17 and the outer peripheral surface of the exhaust pipe 19, the reaction with the outer peripheral surface of the reaction vessel 1. The distance d _{2 from} the inner surface of the container contact part b is preferably 10 mm or less.
As shown in FIG. 6, the cell 9 includes, for example, a LaMnO ₃ air electrode layer 25 as a support tube and a Y ₂ O ₃ stabilized ZrO ₂ formed on the surface of the air electrode layer 25. An electrolyte layer 26, a Ni-zirconia-based fuel electrode layer 27 formed on the surface of the solid electrolyte layer 26, and a LaCrO ₃ -based interconnector 28 that is electrically connected to the air electrode layer 25. Yes.
[0025]
Then, as shown in FIG. 7, the interconnector 28 of one cell 9 is connected to the fuel electrode layer 27 of the other cell 9 via a connecting member 31 such as Ni metal fiber, and the fuel electrode layer 27 of the other cell 9. A plurality of cells 9 are electrically connected to each other to form a stack 33. Such a stack 33 is accommodated in the reaction vessel 1 as shown in FIG. A fuel cell is configured. In the reaction vessel 1, an electrode 35 connected to the interconnector 28 of one cell 9 and an electrode 37 connected to the fuel electrode layer 27 of the other cell 9 are disposed. Power is taken out via
[0026]
In such a solid oxide fuel cell, for example, air is introduced into the cell 9 from the oxygen-containing gas supply pipe 17 through the air introduction pipe 11, and hydrogen is introduced from the fuel gas supply pipe 13, for example. The dispersion is carried out by dispersing in the dispersion holes of the partition plate 7 and introducing it into the outside of the cell 9. Excess air and fuel gas are combusted in the combustion chamber B and discharged to the outside through the exhaust pipe 19.
[0027]
The gas flow of one solid oxide fuel cell will be described. Hydrogen gas (fuel gas) is introduced from below the cell and proceeds upward while being oxidized by power generation. On the other hand, air (oxidation-containing gas) is introduced from the upper part of the cell to the lower part of the cell through the air introduction pipe 11. And it flows from the inside of the cell to the top. The air discharged from the upper part of the cell reacts with the hydrogen gas not consumed by the power generation and burns in the combustion chamber B.
[0028]
In the solid oxide fuel cell configured as described above, the exhaust pipe 19 is inserted into the oxygen-containing gas supply pipe 17, the combustion gas is inserted into the exhaust pipe 19, and the oxygen-containing gas supply pipe 17 and the exhaust pipe 19 are connected. By flowing the oxygen-containing gas between them, heat exchange can be performed between the combustion gas in the exhaust pipe 19 and the oxygen-containing gas in the oxygen-containing gas supply pipe 17 on the outer surface of the exhaust pipe 19, greatly increasing the preheating section. The oxygen-containing gas can be preheated sufficiently, and the heat energy of the combustion gas that has been released to the outside as exhaust gas can be reused as the preheating of the oxygen-containing gas. It can be improved.
[0029]
In addition, by exchanging heat on the outer surface of the high-temperature exhaust pipe 19, the outer surface of the exhaust pipe 19 can be cooled, the thermal load on the exhaust pipe 19 can be reduced, and the life of the exhaust pipe 19 can be improved. Can do.
[0030]
Furthermore, since the oxygen-containing gas supply pipe 17 is composed of the double-pipe part a, the reaction container contact part b formed along the outer peripheral surface of the reaction container 1, and the introduction part c, Preheating can also be performed on the surface of the reaction vessel 1 that forms the side surface of the combustion chamber B, the oxygen-containing gas can be preheated more sufficiently, and the surface of the high-temperature reaction vessel 1 that forms the combustion chamber B Heat exchange with the low-temperature oxygen-containing gas, the surface of the reaction vessel 1 can be cooled, the thermal load on the reaction vessel 1 can be reduced, and the life of the reaction vessel 1 can be improved. it can.
[0031]
In the above example, an example in which the oxygen-containing gas supply pipe 17 is constituted by the double pipe part a, the reaction container contact part b formed along the outer periphery of the reaction container 1, and the introduction part c will be described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, as shown in FIG. 8, the oxygen-containing gas supply pipe 17 is formed along (exposed to) the exhaust pipe 19. The contact part e and the introduction part f for introducing the preheated oxygen-containing gas into the oxygen-containing gas chamber A from the contact part e may be used.
[0032]
Moreover, although the said example demonstrated the example which formed the reaction container contact part b formed along the whole outer peripheral surface of the reaction container 1 which forms the side surface of the combustion chamber B in the oxygen containing gas supply pipe 17, The reaction container contact portion does not need to be formed on the entire outer periphery of the reaction container 1, and may be, for example, a half periphery.
[0033]
【The invention's effect】
In the solid oxide fuel cell of the present invention, since the oxygen-containing gas supply pipe is provided along the exhaust pipe, the preheating section of the oxygen-containing gas can be extended, the oxygen-containing gas can be sufficiently preheated, and the combustion gas The energy efficiency of the power generation system can be improved by recovering the heat energy from the heat source, and the surface of the exhaust pipe is cooled by exchanging heat between the surface of the hot exhaust pipe and the surface of the low-temperature oxygen-containing gas supply pipe. It is possible to reduce the thermal load on the exhaust pipe and improve the life of the exhaust pipe.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a solid oxide fuel cell of the present invention.
2A and 2B show a combustion chamber partition plate and its vicinity, in which FIG. 2A is a side view and FIG. 2B is a plan view.
FIG. 3 is a perspective view showing a reaction vessel forming a side surface of a combustion chamber and the vicinity thereof.
4 is a cross-sectional view taken along line xx of FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a double pipe portion of an oxygen-containing gas supply pipe.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a solid oxide fuel cell.
FIG. 7 is a plan view showing a stack.
FIG. 8 is a side view showing a state in which an oxygen-containing gas supply pipe is formed along the exhaust pipe.
FIG. 9 is a schematic view of a conventional solid oxide fuel cell.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reaction container 5 ... Combustion chamber partition plate 6 ... Cell insertion hole 9 ... Solid oxide fuel cell 10 ... Opening part 11 ... Air introduction pipe 13 ... Fuel gas Supply pipe 17 ... Oxygen-containing gas supply pipe 19 ... Exhaust pipe B ... Combustion chamber C ... Reaction chamber

Claims

A combustion chamber and a reaction chamber are formed in the reaction vessel using a combustion chamber partition plate, and a plurality of bottomed cylindrical solid oxide fuel cells are inserted into a plurality of cell insertion holes formed in the combustion chamber partition plate. , The opening is inserted and fixed so as to protrude from the combustion chamber partition plate toward the combustion chamber, and the reaction vessel is provided with an oxygen-containing gas supply pipe and a fuel gas supply pipe, and the reaction vessel is further provided with the combustion chamber. An exhaust pipe for discharging the combustion gas is supplied, the oxygen-containing gas of the oxygen-containing gas supply pipe is supplied into the solid oxide fuel cell, and the fuel gas of the fuel gas supply pipe is supplied to the reaction a solid oxide fuel cell to react with supplied between the room of the solid oxide fuel cell, the oxygen-containing gas supply pipe, causes or is abutting a double-pipe structure against the exhaust pipe , said Solid oxide fuel cell which is characterized in that is brought into contact with the outer peripheral surface of said reaction vessel to form a baked chamber.

The exhaust pipe is inserted in the oxygen-containing gas supply pipe, and the combustion gas flows in the exhaust pipe, and the oxygen-containing gas flows between the oxygen-containing gas supply pipe and the exhaust pipe. Solid oxide fuel cell.