JP3796171B2

JP3796171B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP3796171B2
Application number: JP2001377144A
Authority: JP
Inventors: 高志重久; 和宏西村; 克典喜多; 吉弘野々村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2001-12-11
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2021-12-11
Also published as: JP2003178787A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反応容器内に複数の燃料電池セルを収容してなる燃料電池に関し、特に、高温で作動する固体電解質型の燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来の燃料電池は、図５に示すように、反応容器５１内に、空気室仕切板６１、燃焼室仕切板６３、燃料ガス室仕切板５５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。
【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５２は、燃焼室仕切板６３に形成されたセル挿入孔に挿入固定されており、また、その内部には空気室仕切板６１に固定された空気導入管５９の一端が挿入されている。燃焼室仕切板６３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５５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。
【０００４】
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５３、空気を導入する空気導入口５７、燃焼室Ｂ内で燃焼したガスを排出するための排気口６７が形成されている。
【０００５】
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、空気導入管５９を介して固体電解質型燃料電池セル５２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５２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６７から外部に排出される。
【０００６】
ところで、固体電解質型燃料電池は約１０００℃の温度で発電する。このため、固体電解質型燃料電池セル５２を１０００℃にまで加熱するための設備、あるいは１０００℃に一定に保つための設備が必要になる。
【０００７】
従来、外部で空気を予熱し、この加熱した空気を空気導入管５９を介して燃料電池セル５２内に供給することにより、セル５２を温め、セル５２の温度が６００℃程度になると発電を開始する一方、その反応熱でセル５２を１０００℃程度まで上昇させたり、あるいはセル５２をバーナーで直接加熱し、昇温する方法等が用いられていた。
【０００８】
また、セル５２での発電を有効に行うためには、セル５２を１０００℃程度に保持する必要があるため、反応容器５１の内壁面に断熱材を設け、熱を逃がさないような構造になっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の燃料電池では、起動時にセル５２を加熱したとしても、加熱したセル５２から輻射熱が放出され、加熱効率が悪く、起動までの時間が長くなるという問題があった。また、一旦、セル５２が加熱され、発電を開始したとしても、セル５２から輻射熱が放出され、保温性が低く、エネルギー効率が低いという問題があった。
【００１０】
即ち、固体電解質型燃料電池は他から熱を供給されることなく、自立して発電を行う装置であり、熱自立運転するために、酸化ガス（空気）と燃料ガスの燃焼で生じた熱や発電時の反応熱を利用し、動作させなければならない。しかしながら、エネルギー効率を考えた場合、酸化ガスと燃料ガスの燃焼は、直接発電に寄与しない無駄なガスの燃焼であるため、燃料電池の保温性を向上し、酸化ガスと燃料ガスの燃焼による燃料消費を抑えなければならない。
【００１１】
従来では、反応容器は内壁面に断熱材が設けられているとしても、保温性が低いことに起因して、低下したセルの温度を高くするために発電用の燃料ガスを用いる必要があり、エネルギー効率が低いといった問題や、起動に時間がかかり、その分だけ燃料ガスを消費してしまうという問題があった。特に小型の固体電解質型燃料電池では、セル自体も小型になり、セル集合体のセル発熱に対して、セル集合体の表面積の割合が大きくなり、起動や保温の問題が顕著であった。
【００１２】
本発明は、燃料電池セルからの輻射熱を燃料電池セル側に反射してエネルギー効率の高い燃料電池を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池は、反応容器内に複数の燃料電池セルを収容してなり、前記反応容器と前記複数の燃料電池セルの集合体との間に、該集合体に対向して輻射熱反射板を設けてなるとともに、前記輻射熱反射板は、金属板の前記集合体側表面にガラスを被覆してなるものである。
【００１４】
このような燃料電池では、起動時に、空気導入管により予熱した空気を燃料電池セル内に供給したり、セルをバーナーで直接加熱して、セルを加熱すると、加熱したセルは輻射熱を放出するが、反応容器と複数の燃料電池セルの集合体との間に輻射熱反射板を設けたので、セルからの輻射熱は輻射熱反射板によりセル集合体側に反射され、熱の放散を抑制でき、起動までの時間を短縮できる。
【００１５】
また、反応容器と複数の燃料電池セルの集合体との間に輻射熱反射板を設けたので、発電中においても熱を有効に閉じ込め、セル温度の低下を防止でき、これにより外部から加える熱が少なくてすみ、高効率な発電が行える。
【００１６】
また、本発明では、輻射熱反射板は、複数の燃料電池セルの集合体を囲むように設けられていることが望ましい。これにより、燃料電池セルからの輻射熱をさらに抑制でき、熱を有効に閉じ込めることができる。
【００１７】
さらに、本発明では、輻射熱反射板を、反応容器の内壁面に設けることにより、燃料電池セルの集合体の周りに輻射熱反射板を容易に形成できる。このような輻射熱反射板は、複数の燃料電池セルの集合体に対向する金属板の、前記燃料電池セルの集合体側表面にガラスを被覆してなるものである。
【００１８】
即ち、輻射熱反射板は鏡のように電磁波を反射するため、燃料電池セルの集合体側表面に金属板（本発明では金属膜を含む概念である）が形成されていることが望ましい。一方、反応容器内は１０００℃と高温であるため、耐熱材であるガラス及び／又はセラミックを支持基板とし、その表面に金属板を被覆して用いることが望ましい。
【００１９】
また、金属板のセル集合体側表面には耐久性を向上させるためにガラスを被覆して形成する。このセル集合体側に形成されたガラスは透明度が高いことが望ましい。
【００２０】
輻射熱は金属板の表面に被覆されたガラスを透過し、金属板で反射される。金属板は、１０００℃でも溶融することがなく反射が大きいＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｒｕのいずれかを主成分とすることが望ましい。ガラスについては１０００℃で溶融することがなく透過性が良好なＮａ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌを主成分とすることが望ましい。支持基板としてのセラミックスは、耐熱性と断熱性の点からＳｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、希土類のいずれかを主成分とすることが望ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の燃料電池は、輻射を防止する構造を除いて実質的に従来と同様の構造を有している。本発明の燃料電池を、図１に基づいて説明する。尚、従来の技術で述べた構造と同様の構造の場合には、従来の技術と同一符号を付した。
【００２２】
即ち、本発明の燃料電池は、図１に示すように、反応容器５１内に、複数の有底筒状の固体電解質型燃料電池セル５２を収容して構成されており、この反応容器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５３、燃料ガスを分散するための燃料ガス室仕切板５５、空気を導入する空気導入口５７、およびセル５２内に空気を導入する空気導入管５９、この空気導入管５９を固定する空気室仕切板６１、セル５２を固定する燃焼室仕切板６３とを具備して構成されている。
【００２３】
セル５２は、図２に示すように、例えば、支持管としてのＬａＭｎＯ₃系空気極７１と、この空気極７１の表面に形成されたＹ₂Ｏ₃安定化ＺｒＯ₂からなる固体電解質７２と、固体電解質７２の表面に形成されたＮｉ一ジルコニア系の燃料極７３と、空気極７１と電気的に接続されるＬａＣｒＯ₃系よりなるインターコネクタ７４とから構成されている。
【００２４】
そして、図３に示すように、一方のセル５２のインターコネクタ７４を、他方のセル５２の燃料極７３にＮｉ金属繊維等の接続部材７５を介して、他方のセル５２の燃料極７３に接続し、また、一方のセル５２の燃料極７３を、他方のセル５２の燃料極７３にＮｉ金属繊維等の接続部材７５を介して接続し、複数のセル５２が電気的に接続され、スタック７７（セル５２の集合体）が構成されており、このようなスタック７７が、図１に示したように、反応容器５１内に収容されて燃料電池が構成されている。
【００２５】
尚、セル５２としては、肉厚の筒状燃料極の表面に固体電解質、空気極を積層して構成しても良く、これらの構造に限定されるものではない。
【００２６】
反応容器５１内には、セル５２のインターコネクタ７４に接続された電極（図示せず）と、他方のセル５２の燃料極７３に接続された電極（図示せず）が配置されており、これらの電極を介して電力が取リ出される。
【００２７】
そして、本発明の燃料電池では、図１に示したように、反応容器５１の内壁面と複数のセル５２の集合体との間に輻射熱反射板６６が設けられ、複数の輻射熱反射板６６は、セル５２の集合体を囲むように設けられている。
【００２８】
即ち、輻射熱反射板６６は、燃料ガス室仕切板５５、空気室仕切板６１、燃焼室仕切板６３に、セル５２の集合体の側面を囲むように設けられた側面側輻射熱反射板６６ａと、空気室仕切板６１、燃料ガス室仕切板５５のセル集合体側の面に形成された上下側輻射熱反射板６６ｂとから構成されており、セル集合体の周囲を囲むように輻射熱反射板６６が設けられている。尚、燃料ガス室仕切板５５上に設けられた上下側輻射熱反射板６６ｂには、燃料ガス室仕切板５５と同様に燃料ガスの流通孔が形成されている。
【００２９】
これらの輻射熱反射板６６ａ、６６ｂは、図４（ａ）に示すように、複数のセル５２の集合体に対向する金属板８１から構成されている。輻射熱反射板６６ａ、６６ｂとして、図４（ｂ）に示すように、金属板８１のセル５２の集合体側にガラス８３を被覆したもの、図４（ｃ）に示すように、金属板８１の反応容器５１の内壁面側にセラミック８５を形成したものを用いても良い。図示しないが、金属板８１のセル５２の集合体側にガラス８３を被覆し、金属板８１の反応容器５１の内壁面側にセラミック８５を形成したものを用いても良い。この金属板８１のセル５２の集合体側に形成されたガラス８３は、熱を透過させるという点から透明度の高い方が望ましい。本発明の燃料電池の輻射熱反射板６６ａ、６６ｂは、金属板８１のセル５２の集合体側にガラス８３を被覆してなるものである。
【００３０】
金属単体に比べてガラスやセラミックを支持基板として用いたものは高温での強度が強くなり、耐久性を向上できる。また、金属板８１のセル集合体側表面をガラス８３で被覆することにより、輻射を反射する金属面が劣化することなく耐久性を向上できる。
【００３１】
これらのうちでも、耐熱性、耐久性の点から、金属板８１のセル５２の集合体側に透明なガラス８３を被覆し、金属８１の反応容器５１の内壁面側にセラミック８５を形成したものが最も望ましい。
【００３２】
金属板８１の表面のガラス８３、セラミック８５は、板状のものを張り合わせてもよいし、ガラス又はセラミックに金属を被覆したものを用いてもよい。
【００３３】
金属板８１としてはＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｒｕのいずれかを主成分とすることが望ましい。これにより高温で変形しにくく、輻射の効率もよい。特にＮｉが望ましい。金属板８１は、板状のもの、メッシュ状のもの、ウール状のものであってもよい。ガラス８３は、セル５２の集合体側に形成することが望ましい。このようなガラス８３は、輻射を透過しやすく、高強度であるという点から、Ｎａ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｂ、Ａｌのいずれかを主成分とすることが望ましい。尚、ガラス層を、金属板８１の収納容器内壁面側に形成すると支持基板として機能させることもできる。
【００３４】
セラミック８５は、金属板８１の収納容器内壁面側に形成することが望ましく、この場合支持基板として機能する。セラミック８５は、高温でも強度が強く、耐久性にも優れるという点から、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、希土類のいずれかを主成分とした酸化物であることが望ましい。
【００３５】
以上のように構成された燃料電池では、反応容器５１と複数のセル５２の集合体との間に輻射熱反射板６６を設けたので、起動時に、セル５２からの輻射熱は輻射熱反射板６６によりセル集合体側に反射され、熱の放散を抑制でき、起動を短時間に行うことができる。また、発電中においても熱を有効に閉じ込め、セル温度の低下を防止でき、これにより外部から加える熱が少なくてすみ、高効率な発電を行うことができる。
【００３６】
特に、セル集合体の容積が０．０２ｍ³以下の場合には、セルの発熱に対して、セル集合体の表面積が大きくなり、放熱量が多くなるため、本発明を好適に用いることができる。
【００３７】
尚、上記例では、セル集合体の周囲と上下に輻射熱反射板６６を設けた例について説明したが、セル集合体側面の周囲だけ輻射熱反射板を設けてもある程度の効果を有する。
【００３８】
また、上記例では、輻射熱反射板６６を、燃料ガス室仕切板５５、空気室仕切板６１、燃焼室仕切板６３を利用して設けた例について説明したが、反応容器の内壁面に輻射熱反射板を設けても、同様の効果を有する。
【００３９】
【実施例】
Ｎｉからなる厚み１ｍｍの金属板８１のセル集合体側に、厚み０．１ｍｍのＮａ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｐｂ系の透明なガラス８３を被覆し、金属板８１の反応容器５１の内壁面側に、厚み５ｍｍのアルミナからなる板状のセラミック８５を設け、輻射熱反射板６６を形成した。
【００４０】
そして、図１に示す燃料電池の燃料ガス室仕切板５５、空気室仕切板６１、燃焼室仕切板６３に、側面側輻射熱反射板６６ａをセル５２の集合体の側面を囲むように設け、空気室仕切板６１、燃料ガス室仕切板５５のセル集合体側の面に上下面側輻射熱反射板６６ｂを取り付けた。
【００４１】
セル集合体の容積は、最外周のセルにより囲まれる容積とし、この容積を０．００８ｍ³、０．０２ｍ³、０．０３ｍ³とした燃料電池を作製した。セル集合体を構成する円筒状セルの直径は４ｍｍであり、セル集合体の容積は、同一寸法のセル本数を変化させることにより、セル集合体の容積を変化させた。
【００４２】
そして、輻射熱反射板６６を設けた本発明の燃料電池と、輻射熱反射板６６を設けない燃料電池に、空気導入管５９に６００℃に予熱した空気を導入し、６００℃までの起動時間と定常時の温度を比較した。起動時間を６００℃までとしたのは、６００℃以上で通電が可能となり、発電反応とジュール熱で温度が上がり、定格での発電が可能なためである。温度は、反応室中央部にて測定し、定常時の温度は、６００℃に達した後２４時間経過後の温度とした。これらの結果を表１に記載した。
【００４３】
【表１】

【００４４】
この表１から、セル集合体の周囲全面を輻射熱反射板で囲った本発明の燃料電池では、セル集合体容積が０．００８ｍ³の時に、６００℃までの起動時間は３０分であり、定常時の温度は１０００℃であり、また、側面側輻射熱反射板のみでセルの集合体の側面を囲った本発明の燃料電池では、６００℃までの起動時間は６０分であり、定常時の温度は９５０℃であるのに対して、輻射熱反射板を設けない従来の燃料電池では起動時間は３００分であり、定常時の温度は８００℃と低いものであった。
【００４５】
また、セル集合体の容積が０．０２ｍ³以下の場合には、０．０２ｍ³よりも大きい場合と比較して６００℃までの起動時間が急激に長くなる傾向があるが、本発明によれば、セル集合体の容積減少に対する起動時間の増加率を小さくできることが判る。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の固体電解質型燃料電池では、輻射熱反射板を設けることにより、セルからの輻射を防止し、セルを高温に保つことが可能となる。このため、温度を保つための外部の熱源が少なくてすみ、高効率な発電システムを構築することができる。また、保温性に優れるために起動時の熱量も少なくてすみ、急速な起動が可能となった。さらに、小型の固体電解質型燃料電池でも熱自立が可能となり、燃料電池の適合分野を広げることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の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】輻射熱反射板を示す断面図である。
【図５】従来の燃料電池を示す模式図である。
【符号の説明】
５１…反応容器
５２…燃料電池セル
６６…輻射熱反射板
８１・・・金属板
８３・・・ガラス[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell in which a plurality of fuel cells are accommodated in a reaction vessel, and more particularly to a solid electrolyte fuel cell that operates at a high temperature.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 5, the conventional fuel cell uses an air chamber partition plate 61, a combustion chamber partition plate 63, and a fuel gas chamber partition plate 55 in a reaction vessel 51, so that the air chamber A, combustion chamber B, reaction A chamber C and a fuel gas chamber D are formed.
[0003]
A plurality of bottomed cylindrical solid oxide fuel cells 52 housed in the reaction vessel 51 are inserted and fixed in cell insertion holes formed in the combustion chamber partition plate 63, and air is contained in the interior thereof. One end of an air introduction tube 59 fixed to the chamber partition 61 is inserted. The combustion chamber partition plate 63 is formed with fuel gas injection holes for introducing surplus fuel gas into the combustion chamber B. The fuel gas chamber partition plate 55 supplies fuel gas into the reaction chamber C. Supply holes are formed.
[0004]
Further, the reaction vessel 51 is formed with a fuel gas inlet 53 for introducing a fuel gas made of, for example, hydrogen, an air inlet 57 for introducing air, and an exhaust port 67 for discharging the gas burned in the combustion chamber B. Has been.
[0005]
In such a solid oxide fuel cell, air from the air chamber A is supplied into the solid oxide fuel cell 52 through the air introduction pipe 59, and a plurality of fuel gases from the fuel gas chamber D are supplied. Are supplied between the solid oxide fuel cells 52 and reacted in the reaction chamber C, and excess air and fuel gas are combusted in the combustion chamber B. The combusted gas is discharged from the exhaust port 67 to the outside.
[0006]
By the way, the solid oxide fuel cell generates power at a temperature of about 1000 ° C. For this reason, equipment for heating the solid oxide fuel cell 52 to 1000 ° C. or equipment for keeping it constant at 1000 ° C. is required.
[0007]
Conventionally, air is preheated externally, and the heated air is supplied into the fuel cell 52 through the air introduction pipe 59 to warm the cell 52. When the temperature of the cell 52 reaches about 600 ° C., power generation is started. On the other hand, a method of raising the temperature of the cell 52 to about 1000 ° C. by the reaction heat or heating the cell 52 directly with a burner and the like has been used.
[0008]
Further, in order to effectively generate power in the cell 52, it is necessary to keep the cell 52 at about 1000 ° C. Therefore, a heat insulating material is provided on the inner wall surface of the reaction vessel 51 so that heat is not released. ing.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional fuel cell has a problem that even if the cell 52 is heated at the time of start-up, radiant heat is released from the heated cell 52, the heating efficiency is poor, and the time until start-up becomes long. Further, even if the cell 52 is once heated and power generation is started, there is a problem that radiant heat is released from the cell 52, heat retention is low, and energy efficiency is low.
[0010]
That is, a solid oxide fuel cell is a device that generates power independently without being supplied with heat from other sources. In order to perform a heat independent operation, heat generated by combustion of oxidizing gas (air) and fuel gas It must be operated using the heat of reaction during power generation. However, considering energy efficiency, the combustion of the oxidizing gas and the fuel gas is a useless gas combustion that does not directly contribute to power generation. Therefore, the heat retention of the fuel cell is improved, and the fuel by the combustion of the oxidizing gas and the fuel gas is improved. Consumption must be reduced.
[0011]
Conventionally, even if the reaction vessel is provided with a heat insulating material on the inner wall surface, it is necessary to use fuel gas for power generation in order to increase the temperature of the lowered cell due to low heat retention, There was a problem that energy efficiency was low and a problem that it took a long time to start up and consumed fuel gas accordingly. In particular, in a small solid oxide fuel cell, the cell itself is also small, and the ratio of the surface area of the cell aggregate to the cell heat generation of the cell aggregate is large, and the problems of startup and heat retention are remarkable.
[0012]
An object of the present invention is to provide a fuel cell with high energy efficiency by reflecting radiant heat from the fuel cell to the fuel cell side.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The fuel cell of the present invention comprises a plurality of fuel cells in a reaction vessel, and a radiant heat reflector between the reaction vessel and the assembly of the plurality of fuel cells facing the assembly. together comprising providing the radiant heat reflector is also to become coated glass on the collection side surface of the metal plate.
[0014]
In such a fuel cell, at the time of start-up, when the air preheated by the air introduction pipe is supplied into the fuel cell or when the cell is directly heated by a burner and the cell is heated, the heated cell emits radiant heat. Since the radiant heat reflecting plate is provided between the reaction vessel and the assembly of the plurality of fuel cells, the radiant heat from the cell is reflected by the radiant heat reflecting plate to the cell assembly side, and heat dissipation can be suppressed. You can save time.
[0015]
In addition, since a radiant heat reflector is provided between the reaction vessel and the assembly of the plurality of fuel cells, the heat can be effectively confined even during power generation, and the cell temperature can be prevented from being lowered. Less power is required and highly efficient power generation is possible.
[0016]
Moreover, in this invention, it is desirable that the radiant heat reflecting plate is provided so as to surround an assembly of a plurality of fuel cells. Thereby, the radiant heat from a fuel battery cell can further be suppressed, and heat can be confined effectively.
[0017]
Furthermore, in the present invention, the radiant heat reflector can be easily formed around the assembly of fuel cells by providing the radiant heat reflector on the inner wall surface of the reaction vessel. Such radiant heat reflector, the metal plate opposite to the assembly of a plurality of fuel cells are those formed by coating a glass to a set body side surface of the fuel cell.
[0018]
That is, since the radiant heat reflecting plate reflects electromagnetic waves like a mirror, it is desirable that a metal plate (concept including a metal film in the present invention) be formed on the assembly side surface of the fuel cell. On the other hand, since the temperature in the reaction vessel is as high as 1000 ° C., it is desirable to use glass and / or ceramic, which is a heat-resistant material, as a support substrate and coat the surface with a metal plate.
[0019]
Further, the surface of the metal plate on the cell assembly side is formed by covering with glass in order to improve durability. It is desirable that the glass formed on the cell assembly side has high transparency.
[0020]
Radiant heat is transmitted through the glass coated on the surface of the metal plate and reflected by the metal plate. It is desirable that the metal plate is mainly composed of any one of Ni, Cr, Co, Ti, Fe, and Ru that does not melt even at 1000 ° C. and has high reflection. As for glass, it is desirable that Na, Ca, Si, Pb, B, and Al, which do not melt at 1000 ° C. and have good permeability, be the main components. The ceramic as the support substrate is preferably composed mainly of any one of Si, Al, Mg, Zr, and rare earth from the viewpoint of heat resistance and heat insulation.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The fuel cell of the present invention has a structure substantially similar to that of the prior art except for a structure for preventing radiation. The fuel cell of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, in the case of the same structure as the structure described in the prior art, the same reference numerals as in the prior art are given.
[0022]
That is, as shown in FIG. 1, the fuel cell of the present invention is configured by accommodating a plurality of bottomed cylindrical solid oxide fuel cells 52 in a reaction vessel 51. For example, a fuel gas inlet 53 for introducing a fuel gas made of hydrogen, a fuel gas chamber partition plate 55 for dispersing the fuel gas, an air inlet 57 for introducing air, and an air for introducing air into the cell 52 An introduction pipe 59, an air chamber partition plate 61 for fixing the air introduction pipe 59, and a combustion chamber partition plate 63 for fixing the cell 52 are provided.
[0023]
As shown in FIG. 2, the cell 52 includes, for example, a LaMnO ₃ air electrode 71 as a support tube, and a solid electrolyte 72 made of Y ₂ O ₃ stabilized ZrO ₂ formed on the surface of the air electrode 71, It is composed of a Ni-zirconia-based fuel electrode 73 formed on the surface of the solid electrolyte 72 and a LaCrO ₃ -based interconnector 74 that is electrically connected to the air electrode 71.
[0024]
As shown in FIG. 3, the interconnector 74 of one cell 52 is connected to the fuel electrode 73 of the other cell 52 via the connection member 75 such as Ni metal fiber. In addition, the fuel electrode 73 of one cell 52 is connected to the fuel electrode 73 of the other cell 52 via a connecting member 75 such as a Ni metal fiber, and the plurality of cells 52 are electrically connected, and the stack 77 (Assemblies of cells 52) are configured, and such a stack 77 is accommodated in the reaction vessel 51 to form a fuel cell as shown in FIG.
[0025]
The cell 52 may be configured by laminating a solid electrolyte and an air electrode on the surface of a thick cylindrical fuel electrode, and is not limited to these structures.
[0026]
In the reaction vessel 51, an electrode (not shown) connected to the interconnector 74 of the cell 52 and an electrode (not shown) connected to the fuel electrode 73 of the other cell 52 are disposed. Electric power is taken out through the electrodes.
[0027]
In the fuel cell of the present invention, as shown in FIG. 1, a radiant heat reflecting plate 66 is provided between the inner wall surface of the reaction vessel 51 and the aggregate of the plurality of cells 52, and the plurality of radiant heat reflecting plates 66 are The cell 52 is provided so as to surround the aggregate.
[0028]
That is, the radiant heat reflecting plate 66 includes a side radiant heat reflecting plate 66a provided on the fuel gas chamber partition plate 55, the air chamber partition plate 61, and the combustion chamber partition plate 63 so as to surround the side surface of the assembly of the cells 52; The air chamber partition plate 61 and the upper and lower radiant heat reflecting plates 66b formed on the cell assembly side surface of the fuel gas chamber partition plate 55 are provided. The radiant heat reflecting plate 66 is provided so as to surround the periphery of the cell assembly. It has been. Like the fuel gas chamber partition plate 55, fuel gas flow holes are formed in the upper and lower radiant heat reflecting plates 66 b provided on the fuel gas chamber partition plate 55.
[0029]
These radiant

heat reflecting plates

66a and 66b are composed of a metal plate 81 facing the aggregate of a plurality of cells 52, as shown in FIG. As shown in FIG. 4B, the radiant

heat reflecting plates

66a and 66b are obtained by coating the glass 83 on the assembly side of the cells 52 of the metal plate 81, and the reaction of the metal plate 81 as shown in FIG. 4C. You may use what formed the ceramic 85 in the inner wall surface side of the container 51. FIG. Although not shown, a glass plate 83 may be coated on the side of the cell 52 of the metal plate 81 and a ceramic 85 may be formed on the inner wall surface side of the reaction vessel 51 of the metal plate 81. It is desirable that the glass 83 formed on the aggregated side of the cells 52 of the metal plate 81 has higher transparency from the viewpoint of transmitting heat. The radiant

heat reflecting plates

66a and 66b of the fuel cell according to the present invention are formed by coating a glass 83 on the assembly side of the cells 52 of the metal plate 81.
[0030]
Compared with a single metal, those using glass or ceramic as a support substrate have a higher strength at high temperatures and can improve durability. Further, by covering the cell assembly side surface of the metal plate 81 with the glass 83, the durability can be improved without deterioration of the metal surface reflecting the radiation.
[0031]
Among these, from the viewpoint of heat resistance and durability, the metal plate 81 is coated with the transparent glass 83 on the cell 52 assembly side, and the ceramic 81 is formed on the inner wall surface side of the reaction vessel 51 of the metal 81. Most desirable.
[0032]
As the glass 83 and the ceramic 85 on the surface of the metal plate 81, plate-shaped ones may be bonded together, or glass or ceramic coated with a metal may be used.
[0033]
The metal plate 81 is preferably composed mainly of any one of Ni, Cr, Co, Ti, Fe, and Ru. Thereby, it is hard to deform | transform at high temperature and the efficiency of radiation is also good. Ni is particularly desirable. The metal plate 81 may be plate-shaped, mesh-shaped, or wool-shaped. The glass 83 is desirably formed on the assembly side of the cells 52. Such a glass 83 desirably contains Na, Ca, Si, Pb, B, or Al as a main component from the viewpoint that it easily transmits radiation and has high strength. In addition, if a glass layer is formed in the storage container inner wall surface side of the metal plate 81, it can also function as a support substrate.
[0034]
The ceramic 85 is desirably formed on the inner wall surface side of the storage container of the metal plate 81, and in this case, functions as a support substrate. The ceramic 85 is desirably an oxide containing Si, Al, Mg, Zr, or a rare earth as a main component from the viewpoint that the strength is high even at a high temperature and the durability is excellent.
[0035]
In the fuel cell configured as described above, the radiant heat reflecting plate 66 is provided between the reaction vessel 51 and the assembly of the plurality of cells 52. Reflected on the assembly side, heat dissipation can be suppressed, and activation can be performed in a short time. In addition, heat can be effectively confined even during power generation, and a decrease in cell temperature can be prevented, so that less heat is applied from the outside, and highly efficient power generation can be performed.
[0036]
In particular, when the volume of the cell aggregate is 0.02 m ³ or less, the surface area of the cell aggregate increases with respect to the heat generation of the cell, and the amount of heat dissipation increases, so the present invention can be suitably used. .
[0037]
In the above example, the example in which the radiant heat reflecting plate 66 is provided around and above and below the cell assembly has been described. However, even if the radiant heat reflecting plate is provided only around the side surface of the cell assembly, there is some effect.
[0038]
In the above example, the radiant heat reflecting plate 66 is provided using the fuel gas chamber partition plate 55, the air chamber partition plate 61, and the combustion chamber partition plate 63. However, the radiant heat reflection is reflected on the inner wall surface of the reaction vessel. Providing a plate has the same effect.
[0039]
【Example】
The cell assembly side of the 1 mm thick metal plate 81 made of Ni is coated with a 0.1 mm thick Na—Ca—Si—Pb-based transparent glass 83, and the inner wall surface side of the reaction vessel 51 of the metal plate 81 is covered. A plate-shaped ceramic 85 made of alumina having a thickness of 5 mm was provided to form a radiant heat reflecting plate 66.
[0040]
1 is provided on the fuel gas chamber partition plate 55, the air chamber partition plate 61, and the combustion chamber partition plate 63 of the fuel cell shown in FIG. 1 so as to surround the side surface of the assembly of cells 52. The upper and lower surface side radiant heat reflecting plates 66b are attached to the surface of the chamber partition plate 61 and the fuel gas chamber partition plate 55 on the cell assembly side.
[0041]
Volume of the cell assemblies, the volume enclosed by the outermost cell, the volume 0.008 m ^3, 0.02 m ^3, to prepare a fuel cell with 0.03 m ^3. The diameter of the cylindrical cell constituting the cell assembly was 4 mm, and the volume of the cell assembly was changed by changing the number of cells having the same dimensions.
[0042]
Then, air preheated to 600 ° C. is introduced into the air introduction tube 59 into the fuel cell of the present invention provided with the radiant heat reflector 66 and the fuel cell not provided with the radiant heat reflector 66, and the startup time up to 600 ° C. is constant. The temperature at normal time was compared. The reason for setting the start-up time to 600 ° C. is that energization is possible at 600 ° C. or higher, the temperature rises due to the power generation reaction and Joule heat, and power generation at the rated power is possible. The temperature was measured at the center of the reaction chamber, and the steady-state temperature was the temperature after 24 hours had passed after reaching 600 ° C. These results are shown in Table 1.
[0043]
[Table 1]

[0044]
From Table 1, in the fuel cell of the present invention in which the entire periphery of the cell assembly is surrounded by a radiant heat reflector, the startup time up to 600 ° C. is 30 minutes when the cell assembly volume is 0.008 m ^3. In the fuel cell of the present invention in which the normal temperature is 1000 ° C. and the side surface of the cell assembly is surrounded only by the side-side radiant heat reflector, the start-up time up to 600 ° C. is 60 minutes. Is 950 ° C., whereas the conventional fuel cell without a radiant heat reflector has a startup time of 300 minutes, and the steady-state temperature is as low as 800 ° C.
[0045]
In addition, when the volume of the cell aggregate is 0.02 m ³ or less, the start-up time up to 600 ° C. tends to be abruptly longer than when the volume is larger than 0.02 m ^3. For example, it can be seen that the increase rate of the activation time with respect to the volume decrease of the cell assembly can be reduced.
[0046]
【The invention's effect】
In the solid oxide fuel cell of the present invention, by providing a radiant heat reflecting plate, radiation from the cell can be prevented and the cell can be kept at a high temperature. For this reason, there are few external heat sources for maintaining temperature, and a highly efficient power generation system can be constructed. In addition, since heat retention is excellent, the amount of heat at start-up is small, and rapid start-up is possible. Furthermore, even a small solid oxide fuel cell can be thermally independent, and the applicable field of fuel cells can be expanded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a fuel cell of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a solid oxide fuel cell.
FIG. 3 is a plan view showing a stack.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a radiant heat reflector.
FIG. 5 is a schematic view showing a conventional fuel cell.
[Explanation of symbols]
51 ... Reaction vessel 52 ... Fuel cell 66 ... Radiant heat reflector 81 ... Metal plate 83 ... Glass

Claims

It houses a plurality of fuel cells in a reaction vessel, between the aggregate of the plurality of fuel cells and the reaction vessel, it becomes provided with a radiant heat reflector opposite the wherein the collection, the The radiant heat reflecting plate is formed by coating glass on the assembly side surface of a metal plate .

The radiant heat reflector, the fuel cell according to claim 1, characterized in that is provided so as to surround the aggregate.

The fuel cell according to claim 1, wherein the radiant heat reflector is provided on an inner wall surface of the reaction vessel.