JP3943775B2 - Base tube for fuel cell and fuel cell module - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基体管の強度を維持しつつガス透過性を向上させ、発電効率を向上を図ると共に、モジュールの製造コストの低減化及び出力密度の向上を図った燃料電池用基体管及び燃料電池モジュールに関する。
【0002】
【背景技術】
従来の円筒型固体電解質燃料電池モジュールの概略構造を図6に示す。尚、図7はそのセルチューブ部分の概略図及び図8はセルチューブの構造概略図である。
【0003】
図6に示すように、断熱材で包囲されたモジュール本体01の内には、天板02,上部管板03及び下部管板04が配設され、下部管板04の下方には、電池室01aが形成されている。
一方、モジュール本体01の天板02と上部管板03との間には、燃料供給室05が形成されている。また、上部管板03と下部管板04の間には、燃料排出室06が形成されている。
上記燃料供給室05の天板02には、当該燃料供給室05とモジュール本体01の外部とを連通する外側管07が当該モジュール本体01を貫通して連結されている。この外側管07の内側には、上記燃料排出室06と当該モジュール本体01の外部とを連通するように下部管板04を貫通する内側管08が配設されている。
【0004】
上記下部管板04には、外周面に単電池膜(図示せず)を成膜してなるセルチューブ010が、上端を燃料排出室06内に位置させると共に下方寄りをモジュール本体01の電池室01a内に位置させるようにして貫通支持されている。
セルチューブ010の内側には、当該セルチューブ010の内部下方側と燃料供給室05内とを連通させるように上部管板03を貫通する燃料注入管011が配設されている。
【0005】
上記燃料注入管011の内側には、上端を燃料供給室05に位置させると共に下端をセルチューブ010の下端近傍に位置させた集電棒012が配設されている。該集電棒012の下端は、上記単電池膜と電気的に接続されている。上記セルチューブ010の下端は集電部材013aを備えたシールキャップ013により閉塞されている。上記集電棒012の上端は、ニッケル製の集電部材013aおよび導電棒014を介してモジュール本体01の外部へ電気的に接続されている。
一方、セルチューブ010の上端には、上記単電池膜と電気的に接続する集電コネクタ015が取り付けられており、当該集電コネクタ015は、他のセルチューブ01と当該集電コネクタ015を介して直列に接続されている。
【0006】
上記モジュール本体01の電池室01aの下部には、多孔質のセラミックス製の仕切板016が設けられている。該仕切板016の下方には、当該仕切板016を介して上記電池室01aと連通する空気予熱器017が設けられている。
該空気予熱器017には、モジュール本体01の外部と連通する空気供給管018及び空気排出管019が接続している。ここで、電池室01aに供給された空気は発電に供せられた後、電池室排空気として空気排出管019aから空気予熱器017に排出される。空気予熱器017では、電池室排空気と供給空気021との間で熱交換を行い、空気を予熱して仕切板016下部に供給すると同時に、排空気を冷却して空気排気管019を介してモジュール外へ排出する。
【0007】
上記セルチューブ01は、図7乃至図9に示すように、基体管031の表面に燃料極032a,電解質032b,空気極032cを順次積層し、さらに燃料極側電極と空気側電極を接続するための導電性接続材(図示せず)を積層して、単電池膜032を横縞状に複数形成している。
【0008】
このような構造をなす円筒型固体電解質燃料電池モジュールの作用を次に説明する。
モジュール本体01の電池室01a内を作動温度(約900〜1000℃)に加熱し、外側管07から水素などの燃料ガス020を供給すると共に、空気供給管018から酸化剤ガスである空気021を供給する。
外側管07を介して供給された燃料ガス020は、燃料供給室05から注入管011を介してセルチューブ010下端側までに流入する。
一方、空気予熱室017を介して仕切板016を通過した空気021が電池室01a内に流入する。
【0009】
上記燃料020が多孔質性の基体管031を透過して図示しない単電池膜に供給され、上記空気(酸素)021が単電池膜035に接触すると、該単電池膜035が燃料と空気(酸素)とを電気化学的に反応させて電力を発生させ、当該電力が集電部材013a,導電棒014,集電部材013a、導電棒014を介して外部へ送り出されるようになっている。
【0010】
なお、発電に供された後の残燃料ガス022は、セルチューブ010の上端から燃料排出室06内に流入し、内側管08を介して外部に排出される一方、発電に供された後の残空気023は、空気排出管019aを介して外部に排出される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
上記燃料電池モジュールにおいて、セルチューブ010を構成する基体管031及び電極は、ガスの給排気を円滑に行うために、多孔体を使用している。
運転状態の概念図を図8,9に示す。
これらの図面に示すように、基体管031の多孔体中のガスの移動は濃度拡散によるが、ガスは注入管011により一度管の奥まで注入され、その後反転して、燃料が発電に使用され、残燃料ガス022が開口部より排出されているが、燃料電池の運転電流密度及び燃料利用率が高い場合に、基体管031及び燃料極032aでの燃料輸送が燃料の供給下流側(開口部側)では拡散限界に達し、反応部位への燃料供給が滞り、運転の継続が困難になるという場合にもつながる、という問題がある。
【0012】
このため、ガスの輸送性能を向上するには、基体管等の多孔性材料の薄肉化や材料の変更により気孔率の向上を図ることも提案されているが、電池製作時及び運転時等の強度保持のために、制限を受ける、という問題がある。
【0013】
このように、従来の基体管においては、燃料電池の運転電流密度及び燃料利用率の上限が抑えられ、コンパクト化・高効率化の障害となっている、という問題がある。
【0014】
また、前述したような円筒型固体電解質燃料電池モジュールでは、作動温度が高温(900〜1100℃近傍)であるので、モジュール本体01内に配設された天板02,上部管板03及び下部管板04の材質は耐熱合金で作製する必要がある。
これは注入管011等の燃料供給・排出管はセラミックス製であるので、脆弱であり、温度変化があっても割れやヒビが入らないように、長期間に亙って健全性を保持する必要があるからである。
また、天板02,上部管板03及び下部管板04は歪み等が生じないように、耐久性を考慮して厚くせざるを得なかったので、さらに製造コストが増大する、という問題がある。
【0015】
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、基体管の強度を維持しつつガス透過性を向上させ、発電効率を向上を図ると共に、モジュールの製造コストの低減化及び出力密度の向上を図った燃料電池用基体管及び燃料電池モジュールを提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する[請求項1]の発明は、燃料電池用セルチューブを構成する燃料極と空気極とを一体に焼成する円筒状の支持体であり、内周面に軸方向に亙って直線状の溝部を設けたことを特徴とする。
【0018】
[請求項2]の発明は、請求項1において、上記溝部が全周に亘って多数条形成してなることを特徴とする。
【0022】
[請求項3]の燃料電池モジュールの発明は、酸化剤ガスと燃料ガスとを作動温度環境下の電池室内の外周面に単電池膜を成膜してなるセルチューブに供給することにより、上記酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学的に反応させて電力を得るようにした円筒型固体電解質燃料電池モジュールにおいて、請求項1又は2に記載の基体管を燃料電池用セルチューブに用いてなることを特徴とする。
【0023】
[請求項4]の燃料電池モジュールの発明は、請求項3において、内部にガス供給室とガス排出室と電池室とを有するモジュール本体と、上記ガス供給室と連通する複数のセルチューブと、該上記ガス排出室に連通すると共にセルチューブ内に挿通され、発電後の残ガスを排出する抽出管と、を備えてなるものである。
【0024】
[請求項5]の発明は、請求項4において、上記供給するガスが燃料ガスであることを特徴とする。
【0026】
【発明の実施の形態】
本発明による燃料電池用基体管及び燃料電池モジュールの実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【0027】
[第1の実施の形態]
本発明の第1の実施の形態を図1を用いて説明する。
図1は燃料電池用基体管の概略図である。
図1に示すように、本実施の形態にかかる燃料電池用基体管(以下、「基体管」という)11は、セルチューブを構成する燃料極と空気極とを一体に焼成する円筒状の支持体であり、軸方向に亙って内周全面に直線状の溝部12aを設けたものである。
【0028】
なお、本実施の形態では溝部12aは全周に亙って設けているが、複数本を適宜間隔を設けて形成するようにしてもよい。
【0029】
上記溝部12aが形成された結果、基体管11の肉厚が該溝部12aの部分で薄くなり、内側を軸方向に通過する燃料ガスの透過性が良好となる。
また、リブ部12bの形成により、強度の保持が可能となる。
よって、溝部12aの形成により、焼結の支持部材としての基体管本来の機能を保持しつつ燃料ガスの透過距離を短くすることができ、従来のような燃料の下流側での発電効率の低下を防止することができる。
【0030】
[第2の実施の形態]
本発明の第2の実施の形態を図2を用いて説明する。
図2は燃料電池用基体管の概略図である。
図2に示すように、本実施の形態にかかる燃料電池用基体管は、第1の実施の形態の直線状の溝部12とは異なり、スパイラル状の溝部13を形成したものである。
【0031】
なお、本実施の形態では溝部13は全周に亙って設けているが、複数本を適宜間隔を設けて形成するようにしてもよい。
【0032】
スパイラル状の溝部13が形成された結果、基体管の肉厚が該スパイラル状の溝部13部分で薄くなり、内側を軸方向に通過する燃料ガスの透過性が良好となる。
よって、基体管の内周面をライフルの内周面のようにスパイラル状の溝部13を形成することにより、焼結の支持部材としての基体管本来の機能を保持しつつ燃料ガスの透過距離を短くすることができ、従来のような燃料の下流側での発電効率の低下を防止することができる。
【0033】
[第3の実施の形態]
本発明の第3の実施の形態を図3を用いて説明する。
図3は燃料電池用基体管の概略図である。
図3に示すように、本実施の形態にかかる燃料電池用基体管は、第1及び第2の実施の形態とは異なり、燃料電池モジュール内の管板に支持される基体管11の端部近傍に複数の微細孔14を形成したものである。
なお、該微細孔14は基体管11を焼成する前に形成しておけばよい。
【0034】
なお、上記微細孔14の形成部分は燃料電池のセルの出口近傍であればよい。
図7に示すセルチューブを垂下させ、内部にガス供給管である注入管011を設けて燃料ガスを供給して、上昇ガスにより燃料を供給する形式のものであれば、管板035側の端部で軸方向に対して1/8〜1/12の領域において微細孔14を形成するのが好ましい。
【0035】
上記微細孔14が形成された結果、微細孔を有する部分に形成された単電池膜には、該微細孔14を通過することで燃料ガスの供給がスムーズとなる。
よって、微細孔14の形成により、焼結の支持部材としての基体管本来の機能を保持しつつ燃料ガスの透過性をよくすることができ、従来のような燃料の下流側での発電効率の低下を防止することができる。
【0036】
[第4の実施の形態]
本発明の第4の実施の形態を図4を用いて説明する。
図4は燃料電池用基体管をモジュール内に設置した概略図である。
図4に示すように、本実施の形態にかかる燃料電池用基体管は、第1乃至第3の実施の形態とは異なり、燃料電池モジュール内の管板に支持される下端部近傍をテーパ部15としたものである。
該テーパ部15の形成により、端部側にいくにつれて漸次肉厚が薄くなる結果、通過する燃料ガスの透過性において低下することがなく、満遍なくガスを供給することができる。
【0037】
なお、上記テーバ部15の形成部分は燃料電池のセルの出口近傍であればよい。図4に示すセルチューブ22を下部管板43からを垂下させ、内部にガスを抽出する抽出管23を設ける形式のものであれば、集電部材25aを備えたシールキャップ25を設ける側の端部で軸方向に対して1/8〜1/12の領域においてテーバ部15を形成するのが好ましい。
また、テーパ部15先端の薄肉部分はセルチューブの肉厚に対して薄ければ薄い程好ましいが、強度保持の点から1/2〜1/3程度とすればよい。
【0038】
これは、基体管全体の薄肉化は、セル全体の強度低下を招くが、図7に示すようなセル構造では、セルチューブ全体の自重がテーパ部に加わることとなり、好ましくない。よって、燃料の供給方法を図7のものと逆転させ、管板側を燃料供給部とし、先端付近を燃料ガスの出口部とすることで、セル全体の強度を低下させることなく、燃料出口付近の基体管の薄肉化を図ることができる。
図4に示す構造では、セルチューブを垂下させている構造であり、シールキャップ25のみを接合するだけでよいので、テーパ部分に付加がかかるようなことは生じることはない。
【0039】
[第5の実施の形態]
本発明の第5の実施の形態を図5を用いて説明する。
図5は図4の燃料電池用基体管を備えたモジュールの概略図である。
図5に示すように、本実施の形態の燃料電池モジュールは、空気31と燃料ガス32とを作動温度環境下の電池室33内の外周面に単電池膜21を成膜してなるセルチューブ22に供給することにより、上記空気31と燃料ガス32とを電気化学的に反応させて電力を得るようにした円筒型固体電解質燃料電池モジュールにおいて、内部に燃料ガス供給室35と燃料ガス排出室36と電池室33とを有するモジュール本体37と、上記燃料ガス供給室35と連通する複数のセルチューブ22と、該上記燃料ガス排出室36に連通すると共にセルチューブ22内に挿通され、発電後の残燃料ガス38を排出する抽出管39と、を備えてなるものである。
【0040】
上記燃料電池モジュールの詳細を以下に説明する。
断熱材で包囲されたモジュール本体37の内には、天板41,上部管板42及び下部管板43が配設され、下部管板43の下方には、電池室33が形成されている。
また、上部管板42と下部管板43の間には、外部より燃料ガス32を供給する燃料供給室35が形成されている。一方、モジュール本体37の天板41と上部管板42との間には、セルチューブ22から排出される残燃料ガス38の燃料排出室36が形成されている。
上記燃料排出室36の天板41には、当該燃料排出室36とモジュール本体37の外部とを連通する外側管44が当該モジュール本体37を貫通して連結されている。この外側管44の内側には、上記燃料供給室35と当該モジュール本体37の外部とを連通するように下部管板43を貫通する内側管45が配設されている。
【0041】
上記下部管板43には、外周面に単電池膜(図示せず)を成膜してなるセルチューブ22が、上端を燃料供給室35内と連通するように位置させると共に下方寄りをモジュール本体37の電池室33内に位置させるようにして貫通支持されている。
セルチューブ22の内側には、当該セルチューブ22の内部下方側と燃料排出室36内とを連通させるように上部管板42を貫通する燃料排出管23が配設されている。
【0042】
上記抽出管23の内側には、上端を燃料供給室35に位置させると共に下端をセルチューブ22の下端近傍に位置させた集電棒24が配設されている。該集電棒24の下端は、上記単電池膜と電気的に接続すると共にセルチューブ22の下端を閉塞する集電部材25に連結している。該集電棒24の上端は、ニッケル製の集電部材46および導電棒47を介してモジュール本体37の外部へ電気的に接続されている。
一方、セルチューブ22の上端には、上記単電池膜と電気的に接続する集電コネクタ48が取り付けられており、当該集電コネクタ48は、他のセルチューブ22と当該集電コネクタ48を介して直列に接続されている。
【0043】
上記モジュール本体37の電池室33の下部には、多孔質のセラミックス製の仕切板51が設けられている。該仕切板51の下方には、当該仕切板51を介して上記電池室33と連通する空気予熱器52が設けられている。
該空気予熱器52には、モジュール本体37の外部と連通する空気供給管53及び空気排出管55が接続している。電池室33に供給された空気は発電に供せられた後、電池室排空気54として空気排出管55aから空気予熱器52に排出される。該空気予熱器52では、電池室排空気54と供給空気31との間で熱交換を行い、供給空気31を予熱して仕切板51下部に供給すると同時に、排空気54を冷却して空気排気管55を介してモジュール外へ排出する。
なお、符号57は断熱材を各々図示する。
【0044】
ここで、上記セルチューブ22を構成する組成は特に限定されるものではないが、例えばカルシア安定化ジルコニア(CSZ)からなる基体管11の表面にNi−ジルコニアサーメットからなる燃料極、YSZからなる電解質、LaMnO3 等の空気側電極を順次積層し、さらに燃料極側電極と空気側電極を接続するための導電性接続材を積層して、単電池膜21を横縞状に複数形成してなるものである。
【0045】
このような構造をなす円筒型固体電解質燃料電池モジュールの作用を次に説明する。
【0046】
モジュール本体10の電池室33内を作動温度(約900〜1000℃)に加熱し、燃料導入管である素が内側管45から水素などの燃料ガス32を供給すると共に、空気供給管53から酸化剤ガスである空気31を供給しつつ発電を行う。
燃料導入の内側管45を介して供給された燃料ガス32は、燃料供給室35に開口するセルチューブ22の開口から内部にに流入する。
セルチューブ22内に流入した燃料ガス32は反応に供され、下端で折り返されて抽出管23を介して燃料排出室36に排出され、外側管44から外部へ排出される。
なお、この二重管構造により、供給される燃料ガス32は予熱がなされる。
【0047】
また、発電に供された後の排空気54は、空気排出管55を介して外部に排出される。
【0048】
本実施の形態によれば、図6に示すような燃料電池モジュールの構成とは異なり、燃料供給室35を下部管板43側に設けられているので、外部から供給される燃料ガス32で該下部管板を冷却することができる。
【0049】
例えば供給する燃料ガスの温度を常温から500℃(好ましくは200〜300℃)として下部管板43を冷却することにより、上記下部管板43を耐高温性の高級材料とする必要がなく、しかも加工性が容易となるのでモジュールの製造コストの低減(約1/3程度の低コスト化)を図ることができる。
よって、本実施の形態によれば、単位セル面積あたりの出力が上昇し、セル本数を低減することができると共に、モジュールの小型化を実現することができる。この結果、燃料電池装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
【0050】
本実施の形態では、図4に示したセルチューブをモジュール内に配設したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図1乃至図3の基体管からなるセルチューブを配設するようにしてもよい。
【0051】
このように、本発明によれば、基体管の材料の変更により、気孔率を向上される以外においても、基体管の強度を維持しつつガス透過性を向上させ、ガス拡散限界を向上させ、発電効率を向上を図ることができ、モジュールの製造コストの低減化及び出力密度の向上を図ることができる。
【0052】
本発明では、燃料供給をセルチューブ内にし、空気の供給をセルチューブ外としたが、本発明はこれに限定されず、空気供給をセルチューブ内にし、燃料の供給をセルチューブ外とする逆の構成としてもよい。
【0053】
【発明の効果】
以上述べたように、[請求項1]の発明によれば、燃料電池用セルチューブを構成する燃料極と空気極とを一体に焼成する円筒状の支持体であり、内周面に軸方向に亙って直線状の溝部を設けたので、焼結の支持部材としての基体管本来の機能を保持しつつ燃料ガスの透過距離を短くすることができ、従来のような燃料の下流側での発電効率の低下を防止することができる。
【0055】
[請求項2]の発明は、請求項1において、上記溝が内周全面に形成してなる燃料ガスの透過距離を短く部分を多くすることができ、発電効率が向上する。
【0059】
[請求項3]の燃料電池モジュールの発明は、酸化剤ガスと燃料ガスとを作動温度環境下の電池室内の外周面に単電池膜を成膜してなるセルチューブに供給することにより、上記酸化剤ガスと燃料ガスとを電気化学的に反応させて電力を得るようにした円筒型固体電解質燃料電池モジュールにおいて、請求項1又は2に記載の基体管を燃料電池用セルチューブに用いてなるので、基体管の強度を維持しつつガス透過性を向上させ、ガス拡散限界を向上させ、発電効率の向上を図ることができ、モジュールの製造コストの低減化及び出力密度の向上を図ることができる。
【0060】
[請求項4]の燃料電池モジュールの発明は、請求項3において、内部にガス供給室とガス排出室と電池室とを有するモジュール本体と、上記ガス供給室と連通する複数のセルチューブと、該上記ガス排出室に連通すると共にセルチューブ内に挿通され、発電後の残ガスを排出する抽出管と、を備えてなるので、外部から供給される燃料ガスで下部管板を冷却することができ、管板の材質の低コスト化を図ることができる。
【0061】
[請求項5]の発明は、請求項4において、供給するガスを燃料ガスとすることで、発電効率の高い燃料電池を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態にかかる燃料電池用基体管の概略図である。
【図2】第2の実施の形態にかかる燃料電池用基体管の概略図である。
【図3】第3の実施の形態にかかる燃料電池用基体管の概略図である。
【図4】第4の実施の形態にかかる燃料電池用セルチューブの概略図である。
【図5】第5の実施の形態にかかる燃料電池モジュールの概略図である。
【図6】従来の燃料電池モジュールの概略図である。
【図7】図6のセルチューブ部分の概略図である。
【図8】セルチューブの構造概略図である。
【図9】基体管内のガス流れ概略図である。
【符号の説明】
11 燃料電池用基体管(基体管)
12a直線状の溝部
13 スパイラル状の溝部
14 微細孔
15 テーパ部
21 単電池膜
22 セルチューブ
23 抽出管
24 集電棒
25 集電部材
31 空気
32 燃料ガス
33 電池室
35 燃料ガス供給室
36 燃料ガス排出室
37 モジュール本体
38 残燃料ガス
39 抽出管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell base tube and a fuel cell that improve gas permeability while maintaining the strength of the base tube, improve power generation efficiency, reduce module manufacturing costs, and improve output density. Regarding modules.
[0002]
[Background]
A schematic structure of a conventional cylindrical solid electrolyte fuel cell module is shown in FIG. 7 is a schematic diagram of the cell tube portion, and FIG. 8 is a schematic diagram of the structure of the cell tube.
[0003]
As shown in FIG. 6, a top plate 02, an
On the other hand, a
An outer pipe 07 that communicates the
[0004]
In the
Inside the
[0005]
Inside the
On the other hand, a
[0006]
A porous
An
[0007]
In the
[0008]
Next, the operation of the cylindrical solid electrolyte fuel cell module having such a structure will be described.
The inside of the
The
On the other hand, the
[0009]
When the
[0010]
The
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In the fuel cell module, the base tube 031 and the electrodes constituting the
A conceptual diagram of the operating state is shown in FIGS.
As shown in these drawings, the movement of the gas in the porous body of the base tube 031 is due to concentration diffusion, but the gas is once injected into the tube through the
[0012]
For this reason, in order to improve the gas transport performance, it has been proposed to improve the porosity by thinning the porous material such as the base tube and changing the material. There is a problem that the strength is restricted to maintain strength.
[0013]
As described above, the conventional base tube has a problem that the upper limit of the operating current density and the fuel utilization rate of the fuel cell is suppressed, which is an obstacle to downsizing and high efficiency.
[0014]
In the cylindrical solid electrolyte fuel cell module as described above, since the operating temperature is high (around 900 to 1100 ° C.), the top plate 02, the
This is because the fuel supply / discharge pipes such as the
In addition, the top plate 02, the
[0015]
Therefore, in view of the above problems, the present invention aims to improve the gas permeability while maintaining the strength of the base tube, improve the power generation efficiency, reduce the manufacturing cost of the module, and improve the output density. An object of the present invention is to provide a battery substrate tube and a fuel cell module.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The invention of [Claim 1] that solves the above-described problem is a cylindrical support that integrally fires a fuel electrode and an air electrode that constitute a cell tube for a fuel cell. Thus, a linear groove is provided.
[0018]
Invention [Claim 2], in claim 1, characterized in that the groove portion is formed Article number over the entire circumference.
[0022]
The invention of the fuel cell module of [Claim 3 ] provides the oxidant gas and the fuel gas to the cell tube formed by forming a single cell membrane on the outer peripheral surface of the battery chamber under the operating temperature environment. 3. A cylindrical solid electrolyte fuel cell module in which an oxidant gas and a fuel gas are electrochemically reacted to obtain electric power, wherein the substrate tube according to claim 1 or 2 is used for a fuel cell cell tube. It is characterized by that.
[0023]
The invention of the fuel cell module of [Claim 4 ] is characterized in that, in Claim 3 , a module body having a gas supply chamber, a gas discharge chamber, and a battery chamber therein, a plurality of cell tubes communicating with the gas supply chamber, An extraction pipe that communicates with the gas discharge chamber and is inserted into the cell tube and discharges the remaining gas after power generation.
[0024]
The invention of [Claim 5 ] is characterized in that, in Claim 4 , the supplied gas is a fuel gas.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a fuel cell substrate tube and a fuel cell module according to the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these embodiments.
[0027]
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a schematic view of a base tube for a fuel cell.
As shown in FIG. 1, a fuel cell substrate tube (hereinafter referred to as “substrate tube”) 11 according to the present embodiment is a cylindrical support that integrally fires a fuel electrode and an air electrode constituting a cell tube. It is a body and is provided with a linear groove portion 12a on the entire inner circumference over the axial direction.
[0028]
In the present embodiment, the groove 12a is provided over the entire circumference, but a plurality of grooves may be formed with appropriate intervals.
[0029]
As a result of the formation of the groove 12a, the thickness of the base tube 11 is reduced at the groove 12a, and the permeability of the fuel gas passing through the inside in the axial direction is improved.
Further, the strength can be maintained by forming the rib portion 12b.
Therefore, by forming the groove 12a, the permeation distance of the fuel gas can be shortened while maintaining the original function of the base tube as a support member for sintering, and the power generation efficiency on the downstream side of the conventional fuel is reduced. Can be prevented.
[0030]
[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a schematic view of a fuel cell substrate tube.
As shown in FIG. 2, the fuel cell base tube according to the present embodiment is different from the linear groove 12 of the first embodiment in that a spiral groove 13 is formed.
[0031]
In the present embodiment, the groove 13 is provided over the entire circumference, but a plurality of grooves 13 may be formed at appropriate intervals.
[0032]
As a result of the formation of the spiral groove 13, the thickness of the base tube is reduced at the spiral groove 13 portion, and the permeability of the fuel gas passing in the axial direction inside is improved.
Therefore, by forming the spiral groove 13 on the inner peripheral surface of the base tube like the inner peripheral surface of the rifle, the permeation distance of the fuel gas is maintained while maintaining the original function of the base tube as a support member for sintering. It can be shortened, and a decrease in power generation efficiency on the downstream side of the conventional fuel can be prevented.
[0033]
[Third Embodiment]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a schematic view of a base tube for a fuel cell.
As shown in FIG. 3, the fuel cell base tube according to the present embodiment is different from the first and second embodiments in that the end of the base tube 11 supported by the tube plate in the fuel cell module. A plurality of fine holes 14 are formed in the vicinity.
The fine holes 14 may be formed before the base tube 11 is fired.
[0034]
In addition, the formation part of the said fine hole 14 should just be the exit vicinity of the cell of a fuel cell.
If the cell tube shown in FIG. 7 is suspended and an
[0035]
As a result of the formation of the fine holes 14, the fuel cell is smoothly supplied to the single cell membrane formed in the portion having the fine holes by passing through the fine holes 14.
Therefore, the formation of the fine holes 14 can improve the permeability of the fuel gas while maintaining the original function of the base tube as a support member for sintering, and can improve the power generation efficiency on the downstream side of the conventional fuel. A decrease can be prevented.
[0036]
[Fourth Embodiment]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a schematic view of the fuel cell base tube installed in the module.
As shown in FIG. 4, the fuel cell base tube according to the present embodiment differs from the first to third embodiments in that the vicinity of the lower end supported by the tube plate in the fuel cell module is a tapered portion. It is set to 15.
As a result of the formation of the tapered
[0037]
The portion where the
Further, the thinner portion at the tip of the
[0038]
This is because the thinning of the entire base tube causes a decrease in the strength of the entire cell. However, in the cell structure as shown in FIG. 7, the weight of the entire cell tube is added to the tapered portion, which is not preferable. Therefore, the fuel supply method is reversed from that shown in FIG. 7, the tube plate side is used as the fuel supply part, and the vicinity of the tip is used as the fuel gas outlet part. It is possible to reduce the thickness of the base tube.
The structure shown in FIG. 4 is a structure in which the cell tube is suspended, and only the
[0039]
[Fifth Embodiment]
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a schematic view of a module including the fuel cell substrate tube of FIG.
As shown in FIG. 5, the fuel cell module of the present embodiment is a cell tube formed by forming a cell membrane 21 on the outer peripheral surface of a
[0040]
Details of the fuel cell module will be described below.
A top plate 41, an
Further, a
An outer tube 44 that connects the
[0041]
In the
Inside the
[0042]
Inside the extraction pipe 23, a current collecting rod 24 having an upper end positioned in the
On the other hand, a
[0043]
A porous
The
[0044]
Here, the composition constituting the
[0045]
Next, the operation of the cylindrical solid electrolyte fuel cell module having such a structure will be described.
[0046]
The inside of the
The fuel gas 32 supplied through the fuel introduction inner pipe 45 flows into the inside through the opening of the
The fuel gas 32 that has flowed into the
The supplied fuel gas 32 is preheated by this double tube structure.
[0047]
Further, the
[0048]
According to the present embodiment, unlike the configuration of the fuel cell module as shown in FIG. 6, the
[0049]
For example, by cooling the
Therefore, according to the present embodiment, the output per unit cell area increases, the number of cells can be reduced, and the module can be downsized. As a result, the fuel cell device can be reduced in size and cost.
[0050]
In the present embodiment, the cell tube shown in FIG. 4 is disposed in the module. However, the present invention is not limited to this, and the cell tube including the base tube in FIGS. 1 to 3 is disposed. You may do it.
[0051]
Thus, according to the present invention, by changing the material of the base tube, besides improving the porosity, the gas permeability is improved while maintaining the strength of the base tube, the gas diffusion limit is improved, The power generation efficiency can be improved, the module manufacturing cost can be reduced, and the output density can be improved.
[0052]
In the present invention, the fuel supply is made in the cell tube and the air supply is made outside the cell tube. However, the present invention is not limited to this, and the air supply is made in the cell tube and the fuel supply is made outside the cell tube. It is good also as a structure of.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention of [Claim 1], it is a cylindrical support body that integrally fires the fuel electrode and the air electrode constituting the fuel cell cell tube, and is axially disposed on the inner peripheral surface. Since the straight groove portion is provided over this, the permeation distance of the fuel gas can be shortened while maintaining the original function of the base tube as a support member for sintering, and on the downstream side of the conventional fuel It is possible to prevent a decrease in power generation efficiency.
[0055]
The invention of [Claim 2 ] is that in Claim 1, the permeation distance of the fuel gas in which the groove is formed on the entire inner surface can be shortened and the portion can be increased, and the power generation efficiency is improved.
[0059]
The invention of the fuel cell module of [Claim 3 ] provides the oxidant gas and the fuel gas to the cell tube formed by forming a single cell membrane on the outer peripheral surface of the battery chamber under the operating temperature environment. 3. A cylindrical solid electrolyte fuel cell module in which an oxidant gas and a fuel gas are reacted electrochemically to obtain electric power, wherein the substrate tube according to claim 1 or 2 is used for a cell tube for a fuel cell. because, while maintaining the strength of the substrate tube to improve the gas permeability, improve gas diffusion limitations, it is possible to improve the power generation efficiency, it is possible to improve the reduction and power density of the manufacturing cost of the module it can.
[0060]
The invention of the fuel cell module of [Claim 4 ] is characterized in that, in Claim 3 , a module body having a gas supply chamber, a gas discharge chamber, and a battery chamber therein, a plurality of cell tubes communicating with the gas supply chamber, An extraction pipe that communicates with the gas discharge chamber and that is inserted into the cell tube and discharges the remaining gas after power generation, so that the lower tube sheet can be cooled with fuel gas supplied from the outside. It is possible to reduce the cost of the material of the tube sheet.
[0061]
The invention of [Claim 5 ] can constitute a fuel cell with high power generation efficiency by using fuel gas as the gas to be supplied in Claim 4 .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a fuel cell substrate tube according to a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic view of a fuel cell substrate tube according to a second embodiment.
FIG. 3 is a schematic view of a base tube for a fuel cell according to a third embodiment.
FIG. 4 is a schematic view of a fuel cell cell tube according to a fourth embodiment.
FIG. 5 is a schematic view of a fuel cell module according to a fifth embodiment.
FIG. 6 is a schematic view of a conventional fuel cell module.
7 is a schematic view of the cell tube portion of FIG. 6;
FIG. 8 is a schematic structural view of a cell tube.
FIG. 9 is a schematic view of gas flow in a base tube.
[Explanation of symbols]
11 Substrate tube for fuel cell (substrate tube)
12a Linear groove portion 13 Spiral groove portion 14
Claims (5)
ことを特徴とする燃料電池用基体管。A cylindrical support that integrally fires a fuel electrode and an air electrode that constitute a cell tube for a fuel cell, and is characterized in that a linear groove is provided on the inner peripheral surface in the axial direction. Battery substrate tube.
上記溝部が全周に亘って多数条形成してなる
ことを特徴とする燃料電池用基体管。In claim 1,
Fuel cell substrate tube, characterized in that the groove portion is formed Article number over the entire circumference.
請求項1又は2に記載の基体管を燃料電池用セルチューブに用いてなる
ことを特徴とする燃料電池モジュール。The oxidant gas and the fuel gas are electrochemically reacted by supplying the oxidant gas and the fuel gas to a cell tube formed with a single cell membrane on the outer peripheral surface of the battery chamber under the operating temperature environment. In the cylindrical solid electrolyte fuel cell module which is made to obtain electric power,
A fuel cell module comprising the substrate tube according to claim 1 or 2 as a cell tube for a fuel cell.
内部にガス供給室とガス排出室と電池室とを有するモジュール本体と、上記ガス供給室と連通する複数のセルチューブと、該上記ガス排出室に連通すると共にセルチューブ内に挿通され、発電後の残ガスを排出する抽出管と、を備えてなる
ことを特徴とする燃料電池モジュール。In claim 3,
A module main body having a gas supply chamber, a gas discharge chamber, and a battery chamber inside, a plurality of cell tubes communicating with the gas supply chamber, and communicating with the gas discharge chamber and inserted into the cell tube, And an extraction pipe for discharging the residual gas of the fuel cell module.
上記供給するガスが燃料ガスである
ことを特徴とする燃料電池モジュール。In claim 4,
A fuel cell module, wherein the gas to be supplied is a fuel gas.
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