JP4072049B2 - Fuel cell and a fuel cell - Google Patents

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    • Y02E60/50Fuel cells
    • Y02E60/52Fuel cells characterised by type or design
    • Y02E60/525Solid Oxide Fuel Cells [SOFC]

Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は燃料電池セル及び燃料電池に関し、特に、起動を迅速に行うことができるとともに、発電量のバラツキを抑制できる燃料電池セル及び燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell and a fuel cell, in particular, it is possible to perform quickly launch, it relates fuel cell and the fuel cell can be suppressed variations in power generation.
【0002】 [0002]
【従来技術】 [Prior art]
近年、次世代エネルギーとして、燃料電池セルのスタックを収納容器内に収容した燃料電池が種々提案されている。 Recently, as a next-generation energy, fuel cells containing a stack of fuel cells in the storage container have been proposed.
【0003】 [0003]
固体電解質型燃料電池は、複数の固体電解質型燃料電池セルからなるセルスタックを収納容器内に収容して構成されており、固体電解質を用いた燃料電池は作動温度が600〜1000℃と高いため、この温度まで燃料電池セルを加熱する必要がある。 Solid oxide fuel cell is constituted by accommodating the cell stack consisting of a plurality of solid oxide fuel cell in the storage container, the fuel cell operating temperature using a solid electrolyte 600 to 1000 ° C. and higher order , it is necessary to heat the fuel cell up to this temperature.
【0004】 [0004]
従来、円筒型の燃料電池セルが知られているが、この円筒型の燃料電池セルでは、その端部に非発電部が形成されているため、燃料電池セルが長くなるほど非発電部の割合が小さくなり、発電量が増大することや発電効率が高くなることなどから、燃料電池セルの長さは長い方がよいとされており、文献等では500mmを越える燃料電池セルや1000mm程度の燃料電池セルが紹介されている。 Conventionally, a cylindrical fuel cell is known, the fuel cell of the cylindrical type, since the non-power-generating portion is formed at an end thereof, the proportion of the more non-power-generating unit fuel cell becomes longer small made, etc. the amount of power generation is higher that or power generation efficiency increases, the length of the fuel cell is longer is good, fuel cells and 1000mm about the fuel cell exceeding 500mm in literature cells have been introduced.
【0005】 [0005]
このような長尺の円筒型燃料電池セルを用いた燃料電池においては、発電に関与しない余剰燃料(空気及び水素)を燃焼させる燃焼室を設け、この燃焼室内の燃焼ガスにより、燃料電池セルに導入される導入ガスを加熱するとともに、燃焼熱により間接的に燃料電池セルを加熱し、熱効率を高めることが行われている。 In such a long fuel cell using the cylindrical fuel cell, a combustion chamber for burning excess fuel (air and hydrogen) which is not involved in power generation provided by the combustion gas in the combustion chamber, the fuel cell while heating the introduced gas introduced indirectly heat the fuel cell by combustion heat, to increase the thermal efficiency is being performed.
【0006】 [0006]
また、この手法では燃料電池セル自体が熱伝導体となり、燃焼室で発生する燃焼熱を、燃料電池セルの排出口側端部から他端部に熱伝導させ、燃料電池セル全体が加熱されている(特許文献1参照)。 Further, the fuel cell itself in this approach is the thermal conductor, the combustion heat generated in the combustion chamber, is thermally conducted to the other end from the outlet side end portion of the fuel cell, the entire fuel cell is heated are (see Patent Document 1).
【0007】 [0007]
【特許文献1】 [Patent Document 1]
特開平4−237963号公報【0008】 JP-A-4-237963 [0008]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
しかしながら、このような長尺の燃料電池セルを用いる燃料電池では、燃料電池セル自体を熱伝導体として燃料電池セルを加熱する効果は小さくなっている。 However, in the fuel cell using a fuel cell of such a long, the effect of heating the fuel cell of the fuel cell itself as a thermal conductor is smaller.
【0009】 [0009]
また、燃料電池セルが大きいために、急激に加熱すると燃料電池セル内部での温度差が大きくなり、破壊に至るため、徐々に昇温する必要がある。 In order fuel cell is large, sudden temperature difference inside the fuel cell is increased upon heating, since it reaches fracture, it is necessary to gradually heated. そのため、起動時間が非常に長くなり、加熱を開始してから燃料電池が発電を開始するまでに、長時間を要する。 Therefore, the startup time becomes very long, from the start of heating until the fuel cell begins power generation, it takes a long time.
【0010】 [0010]
また、頻繁に起動停止を行うような運転の形態では、発電時間に対して、起動時間の割合が自ずと増えるため、発電が行えない昇温時間が長くなり、これにより格段に発電効率を低下させることになる。 Further, in the embodiment as for frequent start-stop operation, with respect to power generation time, due to the increased proportion of startup time naturally, power generation Atsushi Nobori time becomes longer not be performed, thereby reducing a much power generation efficiency It will be. 一方で、燃料電池セル内に形成されたガス流路の断面積にバラツキがあった場合には、燃料電池セル間で供給されるガス量が均一とならず、発電量の低下や燃料電池セルが破壊するといったおそれがある。 On the other hand, when there is a variation in the cross-sectional area of the gas passage formed in the fuel cell, not a uniform amount of gas to be supplied between the fuel cells, reduction in the power generation amount and the fuel cell but there is a risk, such as destroy.
【0011】 [0011]
本発明は、起動時間を大幅に短縮できるとともに、燃料電池セルの発電量のバラツキを抑制できる燃料電池セル及び燃料電池を提供することを目的とする。 The invention, together with the activation time can be greatly shortened, and an object thereof is to provide a fuel cell and a fuel cell can suppress variation in the power generation of the fuel cell.
【0012】 [0012]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
本発明の燃料電池セルは、一方側が供給口とされ、他方側が排出口とされたガス流路が長手方向に形成されるとともに、固体電解質が燃料極及び空気極で挟持された発電部を有し、 前記排出口側端部が、燃料ガス燃焼部として機能する柱状の燃料電池セルであって、 長手方向の長さが120mm以下であり、 長手方向の熱伝導率が5W/m・k以上であるとともに、前記排出口側の端部に、前記ガス流路のガス流通量を抑制するガス排出抑制孔を有する蓋状部材が設けられていることを特徴とする。 Fuel cell of the present invention, one side is the supply port, with the other gas passage, which is a discharge port is formed in the longitudinal direction, have a power generating unit which the solid electrolyte is sandwiched by a fuel electrode and an air electrode and, an end portion of the outlet side, a columnar fuel cell that functions as a fuel gas combustion unit, the length of the longitudinal direction is at 120mm or less, the longitudinal direction of the thermal conductivity of 5W / m · k taken together with a least an end portion of the discharge port side, characterized in that the lid-like member having a suppressing gas emissions hole a gas flow amount of the gas flow path is provided.
【0013】 [0013]
このような燃料電池セルでは、燃料電池セルの排出口側端部近傍で燃料ガスと酸素含有ガスとを混合させ、燃焼させることで、燃焼熱を発生させることができる。 In such fuel cell, by mixing the fuel gas and the oxygen-containing gas in the vicinity of the end of the outlet side of the fuel cell, by combustion, it is possible to generate combustion heat.
【0014】 [0014]
この燃焼熱を、燃料電池セル自身を熱伝導体として、燃料電池セルの排出口側端部と逆の端部にまで伝導する場合、燃料電池セルの長さが、燃焼熱を燃焼部と逆の端部に伝導する時間を決定する要素となる。 The combustion heat, as the fuel cell itself thermal conductor, if conducted to the end opposite the end of the outlet side of the fuel cell, the length of the fuel cell, a combustion portion of the combustion heat the opposite end is an element which determines the time of conduction. 本発明の燃料電池セルでは、燃料電池セルの長さを120mm以下とすることで、燃料電池の起動時間を大幅に短縮できる。 In the fuel cell of the present invention, since the length of the fuel cell and 120mm or less, it can significantly reduce the startup time of the fuel cell.
【0015】 [0015]
また、燃料電池セルの熱伝導率も、熱伝導に要する時間を決定する要素であり、燃料電池セルの熱伝導率を高くすることで、燃料電池の起動時間を短くすることができる。 The thermal conductivity of the fuel cell is also a factor in determining the time required for thermal conduction, increasing the thermal conductivity of the fuel cell, it is possible to shorten the startup time of the fuel cell. 具体的には燃料電池セルの燃料極を厚くする、あるいは、金属成分を多く含む支持体を用いることで、燃料電池セルの熱伝導率を高くすることができる。 Thickening the fuel electrode of the fuel cell in particular, or, by using a support comprising a number of metal components, it is possible to increase the thermal conductivity of the fuel cell. 本発明の燃料電池セルでは、長さ方向の熱伝導率を5W/m・k以上とすることで、大幅に起動時間を短縮することができる。 In the fuel cell of the present invention, the thermal conductivity of the longitudinal With 5W / m · k or more, it can be shortened significantly startup time.
【0016】 [0016]
さらに、本発明の燃料電池セルにおいては、排出口側の端部に、ガス流路のガス流通量を抑制するガス排出抑制孔を有する蓋状部材が設けられていることから、仮に、燃料電池セル内に形成されたガス流路の断面積にばらつきがあったとしても、燃料電池セルのガス排出口側の端部に、燃料電池セルの内部に設けられたガス流路のガス流通量を抑制し、流体抵抗を増大させるガス排出抑制孔を有する蓋状部材を設けることで、燃料電池セルに供給されるガス量は、燃料電池セルのガス流路の断面積に影響されず、ガス排出抑制孔を有する蓋状部材によって制御される。 Further, in the fuel cell of the present invention, the end portion of the discharge port side, since the lid-like member having a suppressing gas emissions hole a gas flow amount of the gas flow path is provided, if the fuel cell even if there are variations in the cross-sectional area of the gas passage formed in the cell, the edge of the gas outlet side of the fuel cell, the gas flow rate of the gas flow passage provided inside the fuel cell suppressing, by providing the lid-like member having a gas discharge control holes to increase the fluid resistance, the amount of gas supplied to the fuel cell is not affected by the cross-sectional area of the gas passage of the fuel cell, gas discharge It is controlled by the lid-like member having a control holes.
【0017】 [0017]
そのため、複数の燃料電池セルにそれぞれ供給されるガス量を容易に均一にすることができ、各燃料電池セルの発電量のばらつきを容易に抑制することができるため、発電量の低下や、発電効率の低下や、燃料電池セルの破損を防止できる。 Therefore, the amount of gas supplied to the plurality of fuel cells can be easily and uniformly, since the variation in the power generation amount of the fuel cell can be easily suppressed, decrease in power generation, power generation efficiency decrease in the breakage of the fuel cell can be prevented.
【0018】 [0018]
また、前記蓋状部材を、耐熱性、耐熱衝撃性、強度に優れ、酸化雰囲気、還元雰囲気で安定な部材とすることで、急激な加熱によっても燃料電池セルが破損することがなくなる。 Further, the lid-like member, heat resistance, thermal shock resistance, excellent strength, an oxidizing atmosphere, by a stable member in a reducing atmosphere eliminates that fuel cells may be damaged by rapid heating.
【0019】 [0019]
さらに、燃料電池セルが短いため、ガス流路を通過するガスの速度が速く、ガス利用率が低下する傾向があるが、蓋状部材のガス排出抑制孔により、ガスの流通量を抑制できるため、ガス利用率を向上できる。 Furthermore, since the fuel cell is short, fast rate of gas passing through the gas passage, the gas utilization factor tends to decrease, the gas discharge control holes of the lid-like member, it is possible to suppress the flow rate of the gas , it is possible to improve the gas utilization.
【0020】 [0020]
また、本発明の燃料電池セルは、扁平柱状であることを特徴とする。 Further, the fuel cell of the present invention is characterized by a flat columnar.
【0021】 [0021]
このような燃料電池セルでは、燃料電池セルが扁平柱状であることから、燃料電池セル1本当たりの発電面積を増加させることができ、燃料電池セルの長さが短くなることによるセル一本当たりの発電量の低下を補うことができる。 In such a fuel cell, since the fuel cell is flat columnar, power generation area per one fuel cell can be increased, per cell one by the length shorter fuel cell it can compensate for the reduction in the amount of power generation.
【0023】 [0023]
また、本発明の燃料電池は、収納容器内に、上記燃料電池セルを複数収納してなることを特徴とする。 The fuel cell of the present invention, the storage container, characterized by comprising a plurality housing the fuel cell. このような燃料電池では、燃料電池の起動時間を大幅に短縮できる。 In such a fuel cell, it can significantly reduce the startup time of the fuel cell.
【0024】 [0024]
また、本発明の燃料電池は、収納容器内に燃料電池セルを加熱する加熱体を設けたことを特徴とする。 The fuel cell of the present invention is characterized in that a heating element for heating the fuel cell to the storage container.
【0025】 [0025]
このような燃料電池では、燃料電池セルの排出口側端部からの熱伝導による加熱に加え、収納容器内にも燃料電池セルを直接加熱する加熱体を設けることで、さらに、燃料電池セルが発電可能な温度に達するまでの時間が短縮され、起動時間を短縮することができる。 In such a fuel cell, in addition to heating by heat conduction from the end of the outlet side of the fuel cell, by providing the heating body for storage in the container to heat the fuel cell directly, further fuel cell There reduces the time to reach the temperature at which electricity can be generated, it is possible to shorten the startup time.
【0026】 [0026]
また、本発明の燃料電池は、加熱体が面状加熱体であることを特徴とする。 The fuel cell of the present invention is characterized in that the heating body is a planar heating element.
【0027】 [0027]
このような燃料電池では、加熱体を面状加熱体とし、燃料電池セルの側面に対向して配置することで、燃料電池セルの側面の大部分を同時に加熱することが可能となるため、燃料電池セルの温度差による破壊を防ぐことができると同時に、急速な加熱が可能となり、さらに、起動時間を短縮できる。 In such a fuel cell, the heating element and the planar heating element, by arranging to face a side surface of the fuel cell, since it is possible to heat the majority of the side surface of the fuel cell at the same time, fuel At the same time it is possible to prevent the destruction caused by the temperature difference between the battery cells, enables rapid heating, further, it can shorten the startup time.
【0028】 [0028]
また、このような加熱体による加熱の効果は、燃料電池の長さが短いほど大きくなり、また、熱伝導率が大きいほど大きくなる。 The effect of heating by such heating body, the shorter the length of the fuel cell increases, also increases as the thermal conductivity is large.
【0029】 [0029]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
図1は、本発明の燃料電池の一形態を示すもので、符号1は断熱構造を有する収納容器を示している。 Figure 1 shows one embodiment of a fuel cell of the present invention, reference numeral 1 denotes a container having a heat insulating structure.
【0030】 [0030]
収納容器1は、耐熱性金属からなる枠体(図示せず)と、この枠体の内面に設けられた断熱材(図示せず)とから構成されている。 Container 1, a frame body made of heat-resistant metal (not shown), and is configured from this frame heat insulating material provided on the inner surface (not shown).
【0031】 [0031]
この収納容器1の内部には、複数の燃料電池セル2が集合した燃料電池セルスタック3が複数収納され、燃料電池セルスタック3を構成する燃料電池セル2の下端部は、燃料電池セル2の支持体を兼ねた燃料ガスタンク5の上蓋6に支持固定され、上端部は仕切り板7に支持固定されている。 Inside the container 1, the fuel cell stack 3 in which a plurality of fuel cells 2 are assembled is more accommodating, the lower end of the fuel cell 2 constituting the fuel cell stack 3, the fuel cell 2 is supported by and fixed to the upper lid 6 of the fuel gas tank 5 also serving as a support, the upper end portion is supported by and fixed to the partition plate 7.
【0032】 [0032]
この仕切り板7により、収納容器1内に発電室9と燃焼室11が形成されている。 The partition plate 7, the power generating chamber 9 and the combustion chamber 11 is formed in the storage container 1. また、この仕切り板7には酸素含有ガスを発電室9から燃焼室11に導入する酸素含有ガス排出孔13が形成されている。 The oxygen-containing gas discharge hole 13 for introducing into the combustion chamber 11 the oxygen-containing gas from the generator chamber 9 is formed in the partition plate 7.
【0033】 [0033]
この燃焼室11に突出した燃料電池セル2の排出口側端部近傍で、余剰の燃料ガスを燃焼させ、発生した燃焼熱を燃料電池セル2の加熱に利用する。 In the vicinity of the end portion of the outlet side of the fuel cell 2 protruding to the combustion chamber 11, burning a surplus of fuel gas, utilizing the generated combustion heat for heating the fuel cell 2. この燃焼室11に突出した燃料電池セル2の排出口側端部には、燃料電池セル2内のガス流通量を制御し、燃料電池セル2を急激な加熱から保護する蓋状部材14が設けられている。 At the end of the outlet side of the fuel cell 2 protruding to the combustion chamber 11, by controlling the gas flow quantity in the fuel cell 2, the lid-like member 14 for protecting the fuel cell 2 from the rapid heating It is provided. なお、燃焼室11には、起動時に着火するための着火源(図示せず)が設けられている。 Note that the combustion chamber 11, ignition source for igniting the startup (not shown) is provided.
【0034】 [0034]
また、燃料ガスタンク5の上蓋6と底板並びに側板とで、燃料ガスタンク室15を構成しており、この燃料ガスタンク室15には燃料電池セル2の発電に要する燃料ガスを導入する燃料ガス導入管17が接合されている。 Further, in the upper lid 6 and the bottom plate and side plate of the fuel tank 5 constitutes a fuel tank chamber 15, a fuel gas inlet pipe to the fuel gas tank chamber 15 for introducing a fuel gas required for power generation of the fuel cell 2 17 There has been joined.
【0035】 [0035]
燃料ガスタンク5の上蓋6にはガス通路(貫通孔)が形成され(図示せず)、このガス通路は燃料電池セル2のガス流路に連通しており、燃料ガスは、燃料ガス導入管17、燃料ガスタンク室15を介し、ガス通路、燃料電池セル2のガス流路を通過し、燃料電池セル2の排出口側端部に設けられた蓋状部材14のガス排出抑制孔から、燃焼室11へと導入される。 Gas passage in the upper cover 6 of the fuel tank 5 (through holes) are formed (not shown), the gas passage is communicated with the gas channel of the fuel cell 2, the fuel gas, a fuel gas inlet pipe 17 , through the fuel gas tank chamber 15, the gas passage, passes through the gas passage of the fuel cell 2, from gas emissions holes of the fuel cell 2 of the outlet-side lid member 14 provided at the end of the combustion It is introduced into the chamber 11.
【0036】 [0036]
そして、本発明の燃料電池では、例えば、燃料電池セル2の側方、すなわち、燃料電池セル2の側面と所定間隔をおいて燃料電池セル2を加熱する加熱体19が配置されている。 Then, in the fuel cell of the present invention, for example, the side of the fuel cell 2, i.e., the heating member 19 for heating the fuel cell 2 at a side surface with a predetermined distance of the fuel cell 2 is disposed. 加熱体19には、加熱体19に加熱用ガスを供給する加熱用ガス導入管21が接合されている。 The heating body 19, the heating gas inlet pipe 21 is joined to supply the heating gas to the heating member 19. 加熱体19に供給される加熱用ガスは、少なくとも燃料電池セル2に酸素を供給するために、酸素を含有し、さらに、加熱体19を燃焼バーナーとして用いる場合には可燃性ガスを含有する。 Heating gas supplied to the heating body 19, in order to supply oxygen to at least the fuel cell 2, containing oxygen, further, in the case of using the heating member 19 as the combustion burner contains a combustible gas. 発電や燃焼に用いられた排気ガスは燃焼室11の側方に設けられたガス排気管23より燃料電池外へ廃棄される。 Exhaust gas used in power generation and combustion are discarded to the fuel cell out of the gas exhaust pipe 23 provided on the side of the combustion chamber 11.
【0037】 [0037]
燃料電池セルスタック3は、例えば、図2に示すように、複数の燃料電池セル2を2列に整列させ、隣設した2列の最外部の燃料電池セル2の電極同士が導電部材25で接続され、これにより2列に整列した複数の燃料電池セル2が電気的に直列に接続されている。 Fuel cell stack 3, for example, as shown in FIG. 2, a plurality of fuel cells 2 are aligned in two rows, provided adjacent two rows electrodes of the outermost of the fuel cell 2 that is a conductive member 25 are connected, thereby a plurality of fuel cells 2 aligned in two rows are electrically connected in series.
【0038】 [0038]
一方の燃料電池セル2と、他方の燃料電池セル2との間には、金属フェルト及び/又は金属板からなる集電部材27を介在させ、一方の燃料電池セル2の燃料極2bを、支持体2aに設けられたインターコネクタ2e、集電部材27を介して他方の燃料電池セル2の空気極2dに電気的に接続して、セルスタック3が構成されている。 And one of the fuel cell 2, between the other fuel cell 2, the current collecting member 27 made of a metal felt and / or the metal plate is interposed, one of the fuel cell 2 of the fuel electrode 2b, the support interconnector 2e provided on the body 2a, and electrically connected to the air electrode 2d of the other fuel cell 2 via the current collecting member 27, the cell stack 3 is constructed.
【0039】 [0039]
図3は燃料電池セル2の構造を具体的に説明するもので、燃料電池セル2は、断面が扁平状で、全体的に見て楕円柱状であり、弧状部mと、平坦部nがあり、その内部には複数のガス流路29が長手方向に形成されている。 Figure 3 is intended to illustrate the structure of the fuel cell 2, the fuel cell 2 in cross section in flat, an elliptic cylindrical shape when viewed overall, a arcuate section m, there is a flat portion n , a plurality of gas passages 29 are formed longitudinally therein.
【0040】 [0040]
この燃料電池セル2は、断面が扁平状で、全体的に見て楕円柱状の多孔質な支持体2aの外面に、金属を主成分とする多孔質な燃料極2b、緻密質な固体電解質2c、多孔質な導電性セラミックスからなる空気極2dを順次積層し、空気極2dと反対側の支持体2aの外面にインターコネクタ2eを形成して構成されている。 The fuel cell 2 is cross-section with flat, the outer surface of the elliptic cylindrical shape when viewed as a whole of the porous support 2a, the porous fuel electrode 2b mainly composed of metal, dense solid electrolyte 2c , porous formed of a conductive ceramic sequentially laminating a cathode 2d, and is configured to form a interconnector 2e on the outer surface of the support 2a of the air electrode 2d opposite.
【0041】 [0041]
この燃料電池セル2は、ガス流路29方向に長い形状であり、燃料電池セル2のガス流路29方向( 長手方向)の長さは、起動時間短縮のため、120mm以下であり、100mm以下が望ましく、さらに、80mm以下が望ましい。 The fuel cell 2 is elongated in the gas flow path 29 direction, the length of the gas channel 29 direction the fuel cell 2 (the longitudinal direction), for activation time saving is at 120mm or less, 100 mm or less is desirable, furthermore, the following is preferable 80 mm.
【0042】 [0042]
また、燃料電池セル2のガス流路29方向の熱伝導率は、起動時間短縮のため、5W/m・k以上であり、7.5W/m・k以上が望ましく、さらに、10W/m・k以上が望ましい。 Further, the gas passage 29 the direction of the thermal conductivity of the fuel cell 2, since the startup time shortened, and the 5W / m · k or more, or more preferably 7.5 W / m · k, furthermore, 10 W / m · k or more.
【0043】 [0043]
このように燃料電池セル2の長手方向の熱伝導率を5W/m・k以上とするには、例えば、支持体2aに熱伝導率が大きいNi等を多く含有させることが有効である。 Thus the longitudinal thermal conductivity of the fuel cell 2 to a 5W / m · k or more, for example, it is effective to contain a large amount of high thermal conductivity such as Ni on the support 2a. また、同時に、支持体2aは多孔質であることが必要であり、また、支持体2aの熱膨張係数を固体電解質2cなどと合わせる必要があるため、Niと熱膨張係数の小さい無機粉末とを混合して支持体2aを作製する必要がある。 At the same time, the support 2a is required to be porous, and the thermal expansion coefficient of the support 2a it is necessary to align such a solid electrolyte 2c, and a small inorganic powder having Ni and thermal expansion coefficient mixing it is necessary to prepare support 2a with.
【0044】 [0044]
従来、無機粉末としてY を固溶したZrO が用いられているが、例えば、これに変えて熱膨張係数の低いY を無機粉末として用いることで、支持体2aのNi量を増加させることができ、支持体2aの熱伝導率を大きくすることができる。 Conventionally, ZrO 2 that solid solution of Y 2 O 3 as the inorganic powder is used, for example, by using a lower Y 2 O 3 thermal expansion coefficient varied as inorganic powder thereto, Ni support 2a it is possible to increase the amount, it is possible to increase the thermal conductivity of the support 2a. このように、燃料電池セル2の大部分を占める支持体2aの熱伝導率を大きくすることで燃料電池セル2の長手方向の熱伝導率を大きくすることができる。 In this way, it is possible to increase the longitudinal thermal conductivity of the fuel cell 2 by increasing the thermal conductivity of the support 2a occupying most of the fuel cell 2. また、高熱伝導率を有する支持体2aが燃料電池セル2で占める割合を増やすことで、燃料電池セル2の長手方向の熱伝導率を大きくすることができる。 Further, by increasing the proportion of support 2a having a high thermal conductivity occupied by the fuel cell 2, it is possible to increase the longitudinal thermal conductivity of the fuel cell 2.
【0045】 [0045]
燃料電池セル2において燃料極2b、固体電解質2c、空気極2dが重畳した部分が発電する部分である。 The fuel electrode 2b in the fuel cell 2, the solid electrolyte 2c, the portion air electrode 2d is superimposed a part for power generation.
【0046】 [0046]
燃料電池セル2の燃料極2b、固体電解質2c、空気極2dが重畳した部分は、発電室9の中央部に存在し、燃料電池セル2の両端部は、固体電解質2cの上面に空気極2dが形成されていない領域が形成されており、燃料電池セル2の両端部は発電に寄与していない。 Fuel electrode 2b of the fuel cell 2, the solid electrolyte 2c, part air electrode 2d is superimposed is present in the central portion of the power generation chamber 9, both ends of the fuel cell 2 is a top air electrode 2d of the solid electrolyte 2c There are regions not formed is formed and both end portions of the fuel cell 2 does not contribute to power generation. この空気極2dが形成されていない燃料電池セル2の両端部が燃料タンク上蓋6、仕切り板7に支持されている。 The opposite ends of the fuel cell 2 to the air electrode 2d is not formed fuel tank upper lid 6, it is supported by the partition plate 7. また、緻密な固体電解質2cにより、発電室9内における固体電解質2cの内外のガス混合を防止している。 Further, dense a solid electrolyte 2c, to prevent the inside and outside of the gas mixture of the solid electrolyte 2c in the power generation chamber 9.
【0047】 [0047]
図4は、排出口側端部に蓋状部材14を具備した燃料電池セル2を具体的に説明する斜視図である。 Figure 4 is a perspective view specifically illustrating a fuel cell 2 equipped with a lid-like member 14 on the end portion of the outlet side. 蓋状部材14により、燃料電池セル2のガス流量を制御することができ、燃料電池セル2間のガス流量のばらつきを防止できる。 The lid-shaped member 14, it is possible to control the gas flow of the fuel cell 2, it can be prevented variation in gas flow between the fuel cell 2. また、燃料電池セル2を急激な加熱から保護できる。 Further, the fuel cell 2 can be protected from rapid heating.
【0048】 [0048]
この蓋状部材14はキャップ形状をしており、ガス排出抑制孔31が形成された遮蔽板14a、燃料電池セル2に外嵌する環状体14bとから構成されている。 The lid-like member 14 comprises a has a cap shape, the shielding plate 14a to the gas discharge control holes 31 are formed, an annular body 14b fitted around the fuel cell 2.
【0049】 [0049]
この蓋状部材14を用いることで、仮に、燃料電池セル2内に形成されたガス流路29の形状が複数の燃料電池セル2間でばらついても、各燃料電池セル2に供給されるガス量を均一にすることができ、燃料電池の発電能力を向上させることができ、また、燃料枯れに伴い発生する金属成分の酸化による燃料電池セル2の電気的抵抗の増大や、空気枯れに伴い発生する固体電解質2cと、空気極2dとの剥離による燃料電池セル2の破壊を防止できる。 By using this cover-like member 14, if the gas shape of the fuel cell 2 gas channel formed in the 29 even vary among the plurality of fuel cells 2, supplied to the fuel cell 2 which makes uniform the amount, it is possible to improve the power generation capability of the fuel cell, also increase in the electrical resistance of the fuel cell 2 due to oxidation of the metal component generated due to fuel depletion, due to withering air a solid electrolyte 2c generated, thereby preventing the destruction of the fuel cell 2 due to separation of the air electrode 2d.
【0050】 [0050]
図5は、排出口側端部に蓋状部材14を具備した燃料電池セル2を具体的に説明する断面図である。 Figure 5 is a sectional view specifically illustrating a fuel cell 2 equipped with a lid-like member 14 to the outlet end.
【0051】 [0051]
燃料電池セル2の排出口側端面33と、蓋状部材14のガス排出抑制孔31が設けられた遮蔽板14a間には共通ガス室35が形成されている。 The end face 33 of the outlet side of the fuel cell 2, between the shielding plate 14a to the gas discharge control holes 31 of the lid-like member 14 is provided common gas chamber 35 is formed. このように燃料電池セル2の排出口側端面33と遮蔽板14a間に共通ガス室35を設けることで、複数のガス流路29を通過するガスは一旦、共通ガス室35で合流するため、ガス排出抑制孔31は例えば一つだけでもよい。 By thus providing the common gas chamber 35 between the outlet side end surface 33 of the fuel cell 2 shielding plate 14a, the gas passing through the plurality of gas passages 29 once, to meet at the common gas chamber 35, gas emissions hole 31 may be only one example. ガス排出抑制孔31の数は少ないほど蓋状部材14の生産性が向上し、また、部材としての強度も向上する。 The number of gas emissions hole 31 is improved productivity so little lid-like member 14, it is also improved strength as members.
【0052】 [0052]
また、共通ガス室35を設けることで、燃料電池セル2と蓋状部材14との接点が減少するため、燃料電池セル2と蓋状部材14との取り付けが容易になる。 Further, by providing the common gas chamber 35, since the contact point between the fuel cell 2 and the lid-like member 14 is reduced, the mounting of the fuel cell 2 and the lid-like member 14 is facilitated.
【0053】 [0053]
燃料電池セル2内部に供給されるガスは、燃料電池セル2の排出口側端部とは逆側の端部からガス流路29に導入され、共通ガス室35を経て、蓋状部材14に設けられたガス排出抑制孔31を通過し、燃料電池セル2外に排出される。 Gas supplied to the fuel cell 2, the end portion of the outlet side of the fuel cell 2 is introduced into the gas passage 29 from the end portion of the opposite side, through a common gas chamber 35, the lid-like member 14 It passes through the gas discharge control holes 31 provided in, and is discharged to the outside of the fuel cell 2. また、燃料電池セル2の外部には、他のガスが供給され、多孔質の燃料極2b、緻密質の固体電解質2c、多孔質の空気極2dが積層された発電部で、燃料極2bと空気極2d間の酸素濃度差に基づく発電が行われる。 In addition, at the outside of the fuel cell 2, the other gas is supplied, porous fuel electrode 2b, dense solid electrolyte 2c, in the power generation portion porous air electrode 2d are stacked, a fuel electrode 2b electric power is generated based on the oxygen concentration difference between the air electrode 2d.
【0054】 [0054]
蓋状部材14は、余剰のガスの燃焼により急激に加熱される燃料電池セル2 の排出口側端部を保護する機能も併せ持つため、急激な加熱に伴う燃料電池セル2の破壊を防止することができる。 The lid-like member 14, since both the ability to protect the ends of the exhaust outlet side of the fuel cell 2 is rapidly heated by the combustion of the excess gas, to prevent destruction of the fuel cell 2 due to rapid heating be able to.
【0055】 [0055]
また、燃料電池セル2はガス流路29が短いため、ガス利用率が低下する傾向にあるが、蓋状部材14を設けることで燃料電池セル2のガス流通量を抑制できるため、燃料利用率を高くすることができる。 Further, since the fuel cell 2 is shorter gas flow path 29, there is a tendency that the gas utilization rate is lowered, it is possible to suppress the gas flow amount of the fuel cell 2 by providing a lid-like member 14, the fuel utilization ratio it can be increased.
【0056】 [0056]
なお、この蓋状部材14は、耐熱性、耐熱衝撃性、強度に優れ、酸化雰囲気、還元雰囲気で安定なアルミナやジルコニア、安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニアなどが好適に用いられる。 Incidentally, the lid-like member 14, heat resistance, thermal shock resistance, excellent strength, an oxidizing atmosphere, a stable alumina and zirconia in a reducing atmosphere, stabilized zirconia, such as partially stabilized zirconia is preferably used. また、ガス排出抑制孔31は穴状であっても、スリット状であってもよいが、作製が容易であり、より精度よくガス量を制御できる点から、スリット状であることが望ましい。 Further, even in gas emissions hole 31 is a hole shape, but may have a slit shape but manufactured is easy from the viewpoint can be controlled more accurately the amount of gas, it is desirable that the slit-shaped. また、ガス排出抑制孔31は一つであっても、複数であってもよい。 The gas discharge control holes 31 may be one or may be plural.
【0057】 [0057]
以上のように構成された燃料電池では、定常運転時には、外部からの酸素含有ガス(例えば空気)を加熱用ガス導入管21により、加熱体19を通じ、発電室9の燃料電池セル2間に噴出させるとともに、燃料ガス(例えば水素)を燃料ガス導入管17により、燃料ガスタンク室15を介し、燃料電池セル2のガス流路29内に供給し、発電室9における燃料電池セル2において発電させる。 In the fuel cell configured as described above, at the time of steady operation, ejecting an oxygen-containing gas from the outside (e.g., air) by the heating gas inlet tube 21, through the heating element 19, between the fuel cell 2 of the power generation chamber 9 together is, by the fuel gas (e.g. hydrogen) fuel gas inlet pipe 17, through the fuel gas tank chamber 15, and supplied into the gas passage 29 of the fuel cell 2, to the power generation in the fuel cell 2 in the power generation chamber 9.
【0058】 [0058]
発電に用いられなかった余剰の燃料ガスは、ガス流路29の上端から蓋状部材14のガス排出抑制孔31を介して燃焼室11内に噴出し、発電に用いられなかった余剰の酸素含有ガスは、酸素含有ガス排出孔13から燃焼室11内に噴出し、余剰の燃料ガスと余剰の酸素含有ガスを反応させて、燃料電池セル2の排出口側端部近傍で燃焼させ、燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガスは燃焼室11の側方に設けられたガス排気管23から排出される。 Excess fuel gas which has not been used for power generation, from the upper end of the gas flow path 29 through the gas discharge control holes 31 of the lid-like member 14 and ejected into the combustion chamber 11, oxygen containing excess that has not been used for power generation gas ejected from an oxygen-containing gas discharge hole 13 into the combustion chamber 11, by reacting excess fuel gas and the excess oxygen-containing gas, is burned at the end portion of the outlet side of the fuel cell 2, the combustion gas is generated, the combustion gas is discharged from the gas exhaust pipe 23 provided on the side of the combustion chamber 11.
【0059】 [0059]
このような構造を有する燃料電池では、燃焼室11の燃料電池セル2の排出口側端部近傍で発生した燃焼熱が、燃料電池セル2自身を熱伝導媒体として、燃料電池セル2を加熱できる。 In the fuel cell having such a structure, heating the combustion heat generated in the vicinity of the end portion of the outlet side of the fuel cell 2 of the combustion chamber 11, the fuel cell 2 itself as a heat conducting medium, the fuel cell 2 it can.
【0060】 [0060]
また、起動時には外部からの酸素含有ガス(例えば空気)と可燃性ガスとを加熱用ガス導入管21により、加熱体19を通じ、発電室9の燃料電池セル2間に噴出させ、加熱体19の表面で燃焼させ、燃料電池セル2を燃料電池セル2の側面から直接加熱し、余剰の酸素含有ガスは、酸素含有ガス排出孔13から燃焼室11内に噴出する。 Further, the heating gas inlet pipe 21 and an oxygen-containing gas from the outside (e.g., air) and a combustible gas at the time of starting, through the heating element 19, is ejected between the fuel cell 2 of the power generation chamber 9, the heater 19 burned at the surface, the fuel cell 2 is heated directly from the side of the fuel cell 2, the excess of oxygen-containing gas is jetted from the oxygen-containing gas discharge hole 13 into the combustion chamber 11. さらに、燃料ガス導入管17により、燃料ガスタンク室15を介し、燃料電池セル2のガス流路29内を通過し、さらに、蓋状部材14に設けられたガス排出抑制孔31を通過し、燃焼室11に噴出した燃料ガスと、余剰の酸素含有ガスとは燃焼室11で燃焼し、燃料電池セル2を燃料電池セル2の燃焼室11側の排出口側端部から加熱し、さらに起動時間を短縮できる。 Furthermore, the fuel gas inlet tube 17, through the fuel gas tank chamber 15, passes through the gas passage 29 of the fuel cell 2, further passes through the gas discharge control holes 31 provided in the lid-like member 14, the combustion a fuel gas injected into the chamber 11, the excess of the oxygen-containing gas to burn in the combustion chamber 11, to heat the fuel cell 2 from the end portion of the outlet side of the combustion chamber 11 side of the fuel cell 2, further activation possible to shorten the time.
【0061】 [0061]
従って、本発明では、燃料電池セル2のガス流路29方向の長さが120mm以下であるため、起動に要する時間を短縮することができる。 Accordingly, in the present invention, since the gas flow path 29 length of the fuel cell 2 is 120mm or less, it is possible to shorten the time it takes to boot. また、燃料電池セル2のガス流路29方向の熱伝導率が5W/m・k以上であるため、起動に要する時間を短縮できる。 Further, since the gas flow path 29 direction of the heat conductivity of the fuel cell 2 is 5W / m · k or more, it is possible to shorten the time it takes to boot.
【0062】 [0062]
さらに、このようなガス流路29方向の長さが120mm以下で、熱伝導率が5W/m・k以上の燃料電池セル2を、収納容器1内に設けた加熱体19により直接加熱することで、さらに、起動時間を短縮することができる。 Furthermore, that such gas passage 29 the direction of length with 120mm or less, the thermal conductivity of a 5W / m · k or more of the fuel cell 2, is heated directly by the heating body 19 provided in the storage container 1 in further, it is possible to shorten the startup time.
【0063】 [0063]
この加熱体19は、電気式のヒーターでも、ガス燃焼式のバーナーでもよい。 The heating element 19 is also an electric type heater may be a gas combustion type burner. エネルギー効率の点からはガス燃料式のバーナーが優れており、エネルギー効率を重視する場合、ガス燃焼式のバーナーを用いることが望ましい。 In terms of energy efficiency is excellent burner gas-fueled, when importance is attached to energy efficiency, it is desirable to use a burner of a gas combustion type. また、電気式のヒーターは、制御が容易という点で望ましい。 Further, electrical heaters, preferably in terms of easy control. これらの加熱体19は、燃料電池セル2近傍に配置し、燃料電池セル2を直接加熱できるようにすることが望ましい。 These heating body 19, disposed near the fuel cell 2, it is desirable to be able to heat the fuel cell 2 directly.
【0064】 [0064]
また、加熱体19は面状の加熱体19であることが望ましい。 The heating element 19 is preferably a planar heating member 19. 加熱体19を面状加熱体とし、燃料電池セル2の側面に対向して配置することで、燃料電池セル2の側面の大部分を同時に加熱することが可能となるため、燃料電池セルの温度差による破壊を防ぐことができると同時に、急速な加熱が可能となり、さらに、起動時間を短縮できる。 The heating element 19 and the planar heating element, by arranging to face a side surface of the fuel cell 2, it becomes possible to heat the majority of the side surface of the fuel cell 2 at the same time, the temperature of the fuel cell At the same time it is possible to prevent the destruction caused by the difference allows rapid heating, further, it can shorten the startup time.
【0065】 [0065]
また、発電に寄与しなかった余剰の燃料ガスと酸素含有ガスの燃焼熱を、熱交換器などを利用し、導入ガスの加熱に用いることも可能であり、これにより、さらに起動時間を短縮できる。 Further, the combustion heat of excess fuel gas and oxygen-containing gas which did not contribute to power generation, using a heat exchanger, it is also possible to use the heat of the introduced gas, which makes it possible further reduce the startup time . 例えば、収納容器1内の燃焼室11に熱交換器を設け、この熱交換器に加熱用ガス導入管21と、加熱体19を接続する。 For example, a heat exchanger disposed in the combustion chamber 11 in the container 1, the heating gas inlet pipe 21 to the heat exchanger, to connect the heating element 19. 排出される燃焼ガスと、発電に用いられる酸素含有ガスと熱交換器で熱交換し、酸素含有ガスを予熱する。 A combustion gas discharged, and oxygen-containing gas used for power generation and heat exchange in the heat exchanger to preheat the oxygen-containing gas. 予熱された酸素含有ガスを加熱体19に導入し、酸素含有ガスを燃料電池セル2に供給する。 Introducing a preheated oxygen-containing gas to the heating body 19, to supply oxygen-containing gas to the fuel cell 2. このような構造では、酸素含有ガスの予熱を行うためのバーナーを別途設ける必要がなく、小型にでき、しかも燃焼ガスを有効利用できる。 In this structure, there is no need to separately provide a burner for preheating the oxygen-containing gas, can be small, yet can be effectively utilized combustion gases.
【0066】 [0066]
なお、本発明は上記形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。 The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible without departing from the scope of the invention. 例えば、上記形態では、図2に示したような楕円柱状で複数のガス流路29を有する燃料電池セル2を用いてセルスタック3を構成した例について説明したが、燃料電池セル2は円筒状で、ガス流路29が一つであっても良く、燃料電池セル2の形状は特に限定されるものではない。 For example, in the above embodiment has been described example in which the cell stack 3 by using the fuel cell 2 having a plurality of gas passages 29 in the elliptical columnar as shown in FIG. 2, the fuel cell 2 is cylindrical in the gas flow path 29 may be one, the shape of the fuel cell 2 is not particularly limited.
【0067】 [0067]
【実施例】 【Example】
先ず、NiO粉末、8YSZ粉末(Y 23を8モル含有するZrO 2 )とY 23粉末とを混合し、この混合物に、ポアー剤と、PVAからなる有機バインダーと、水からなる溶媒とを加え、混合した支持体材料を押出成形して、内部にガス流路を有する扁平状の支持体成形体を作製し、これを乾燥した。 First, NiO powders, and mixing the Y 2 O 3 powder (ZrO 2 containing 8 mol Y 2 O 3) 8YSZ powder, to the mixture, and pore agent, an organic binder composed of PVA, the solvent consisting of water DOO was added, mixed by the support material is extruded to prepare a flat support shaped body having a gas passage therein, and dried.
【0068】 [0068]
この支持体成形体を用いて、焼成後に長さが50mm〜300mmとなるように支持体成形体を加工し、乾燥後、1000℃で仮焼した。 Using this support moldings, length after firing by processing the support molded body so that 50Mm~300mm, dried, and calcined at 1000 ° C..
【0069】 [0069]
次に、NiO粉末、Y 23粉末を、NiOの金属Ni換算量とY 23粉末との比が体積比で48:52となるように混合し、これにポアー剤を添加し、アクリル系バインダーとトルエンを加えて、燃料極材料スラリーを作製し、仮焼した支持体成形体表面に厚さが20μmになるよう印刷し、燃料極成形体を形成した。 Then, NiO powder, the Y 2 O 3 powder, the ratio of the metal Ni equivalent amount and Y 2 O 3 powder of NiO was mixed such that the 48:52 by volume, to which was added pore agent, adding acrylic binder and toluene, to prepare a fuel electrode material slurries, thick on the support surface of the molded product was calcined is printed so as to be 20 [mu] m, to form a fuel electrode formed body.
【0070】 [0070]
また、8YSZ粉末(Y 23を8モル含有するZrO 2 )にアクリル系バインダーとトルエンを加えて得たスラリーからドクターブレード法にて厚み40〜60μmの固体電解質シート状成形体を作製した。 Further, to prepare a solid electrolyte sheet materials having a thickness of 40~60μm at 8YSZ powder (Y 2 O 3 8 mol content to ZrO 2) in the doctor blade method from the slurry obtained by adding an acrylic binder and toluene.
【0071】 [0071]
次に、支持体成形体の仮焼体上に燃料極成形体を形成した表面に、上記固体電解質シート状成形体を、その両端間が平坦部で所定間隔をおいて離間するように巻き付け、乾燥し、1050℃で仮焼した。 Next, the calcined body to form a fuel electrode formed body on the surface of the support shaped body, the solid electrolyte sheet materials, wound as across it is separated at a predetermined distance in the flat portion, dried and calcined at 1050 ℃.
【0072】 [0072]
この後、LaCrO 3系材料と、アクリル樹脂からなる有機バインダーと、トルエンからなる溶媒とを混合したインターコネクタ材料を用いてインターコネクタシート状成形体を作製し、先に作製した仮焼体の、露出した支持体成形体の仮焼体の平坦部外面に積層し、支持体成形体、燃料極成形体、固体電解質シート状成形体の仮焼体に、インターコネクタシート状成形体を積層した。 Thereafter, a LaCrO 3 system material, an organic binder of acrylic resin, manufactured interconnector molded sheet using the interconnector material obtained by mixing a solvent composed of toluene, the calcined body produced above, laminating the flat external surface of the calcined body of the exposed support molded body, the support molded body, a fuel electrode formed body, the calcined body of the solid electrolyte molded sheet was laminated interconnector sheet materials. 次に、この積層体を脱バインダ処理し、大気中にて1500℃で同時焼成した。 Then, the laminate debindered were then co-fired at 1500 ° C. in air.
【0073】 [0073]
この積層体を、LaFeO 3系材料粉末と、ノルマルパラフィンからなる溶媒を含有するペースト中に浸漬し、仮焼した固体電解質シート状成形体の表面に空気極成形体をディッピングにより形成し、また、上記ペーストを焼成したインターコネクタの外面に塗布し、1150℃で焼き付け、空気極を形成するとともに、インターコネクタの外面にP型半導体(図示せず)を形成し、図3に示すような本発明の燃料電池セル2を作製した。 This laminate was dipped and LaFeO 3 based material powder, in a paste containing a solvent consisting of normal paraffins, the air electrode green body is formed by dipping the surface of the calcined solid electrolyte sheet materials, also, was applied to the outer surface of the interconnector firing the paste, baked at 1150 ° C., thereby forming an air electrode, to form a P-type semiconductor (not shown) on the outer surface of the interconnector, the present invention as shown in FIG. 3 the fuel cell 2 was produced.
【0074】 [0074]
なお、支持体の長径(m−m間距離)は26mm、短径は3.5mm(n−n間距離)、固体電解質の厚みは40μm、空気極の厚みは50μm、燃料極の厚みは10μm、インターコネクタの厚みは50μm、P型半導体の厚みは50μmであった。 Incidentally, the major axis (m-m distance) of the support is 26 mm, minor axis 3.5 mm (n-n distance), the solid electrolyte has a thickness of 40 [mu] m, the thickness of the air electrode is 50 [mu] m, the thickness of the fuel electrode 10μm , the thickness of the interconnector 50 [mu] m, P-type semiconductor thickness was 50 [mu] m. また、それぞれの燃料電池セルの両端部にはそれぞれ15mmの非発電部を形成した。 Further, at both ends of each of the fuel cell to form a non-power-generating portion of each 15 mm.
【0075】 [0075]
この燃料電池セル2の排出口側端部にZrO 製の蓋状部材14を外嵌した。 It was fitted with ZrO 2 made of cap-like member 14 on the end portion of the outlet side of the fuel cell 2.
【0076】 [0076]
蓋状部材14を外嵌した燃料電池セル2を用いて、起動試験を行った。 The lid-shaped member 14 with a fitted fuel cell 2, was subjected to start-up test. 燃料電池セル2のガス流路29に燃料ガスを流し、燃料電池セル2の排出口側に外嵌された蓋状部材14近傍で燃料ガスを燃焼させ、燃料電池セル2の他端部の温度を、熱電対を用いて測定し、800℃になるまでに要した時間を測定した。 The gas flow path 29 of the fuel cell 2 flowing fuel gas discharge port side of the fuel cell 2 of the fuel gas is burned in a fitted on lid-like member 14 near the temperature of the other end portion of the fuel cell 2 and it was measured using a thermocouple, to measure the time required to reach a 800 ° C.. なお、燃料電池セル2の熱伝導率はJIS R1611に則り、測定した。 The thermal conductivity of the fuel cell 2 is accordance with the JIS R1611, was measured.
【0077】 [0077]
表1に燃料電池セル2の熱伝導率が5W/m・kのとき、長さを50〜300mmの範囲で変化させ、燃料電池セル2の他端部の温度が800℃になるまでに要した時間を示す。 When the thermal conductivity of the fuel cell 2 in Table 1 of 5W / m · k, a main length varied from 50 to 300 mm, the temperature of the other end portion of the fuel cell 2 is to reach a 800 ° C. It shows the amount of time.
【0078】 [0078]
【表1】 [Table 1]
【0079】 [0079]
この表1の結果より、本発明の範囲外である燃料電池セル2の長さが120mmを超える試料No. From the results of Table 1, a sample length of the fuel cell 2 outside the scope of the present invention is more than 120 mm No. 5、6は、800℃に達するまでに約1時間程度かかっており、起動時間が長いことが判る。 5 and 6, which takes about one hour to reach 800 ° C., it is understood that a long startup time. 一方、本発明の燃料電池セル2の長さが120mm以下である試料No. On the other hand, the sample length of the fuel cell 2 of the present invention is 120mm or less No. 1〜4では35分以下で800℃に達しており、十分、実用に耐えるものである。 Has reached 800 ° C. at 35 minutes in 1-4 below, in which sufficient for practical use.
【0080】 [0080]
次に、燃料電池セルの長さを80〜120mmと変化させ、熱伝導率を2.5〜12.5W/m・kの範囲で変化させる以外は、上記と同様にし、燃料電池セル2の他端部が800℃になるまでに要した時間を測定し、その結果を表2に示す。 Then, the length of the fuel cell is changed from 80 to 120 mm, except for changing the thermal conductivity in the range of 2.5~12.5W / m · k is the same manner as described above, the fuel cell 2 the other end to measure the time required to reach a 800 ° C., and the results are shown in Table 2.
【0081】 [0081]
【表2】 [Table 2]
【0082】 [0082]
この表2から、本発明の範囲外である熱伝導率が5W/m・k未満である試料No. From Table 2, Sample No. thermal conductivity outside the scope of the present invention is less than 5W / m · k 7、12、17では、800℃になるまでに要した時間がいずれも40分を超えており、起動時間が長いことが判る。 In 7, 12, 17, exceeds the 40 minutes both the time required to reach a 800 ° C., it is understood that a long startup time.
【0083】 [0083]
一方、本発明の範囲である試料No. On the other hand, the sample in the range of the present invention No. 8〜11、13〜16、18〜21では、いずれも35分以内に、燃料電池セル2の他端部の温度が800℃に達しており、迅速な起動ができた。 In 8~11,13~16,18~21, both within 35 minutes, the temperature of the other end portion of the fuel cell 2 has reached 800 ° C., was rapid startup. さらに、熱伝導率が7.5W/m・kの試料No. Additionally, samples of thermal conductivity of 7.5W / m · k No. 9、14、19では25分以内の起動が可能であり、より迅速な起動ができた。 Start-up of less than 25 minutes in 9,14,19 are possible, it was able to more rapid start-up. また、さらに、熱伝導率が10W/m・kの試料No. Also, further, thermal conductivity of 10 W / m · k Sample No. 10、15、20では20分以内の起動が可能であり、さらに、迅速な起動ができた。 Starting in less than 20 minutes 10, 15, 20 are possible, further, could rapid start-up.
【0084】 [0084]
以上の結果より、同じ熱伝導率で比較した場合、燃料電池セル2の長さが短い試料ほど短時間で昇温が可能であることから、燃料電池セル2の長さは120mm以下であることが必要である。 From the above results, when compared with the same thermal conductivity, since the length of the fuel cell 2 can be a short period of time at a Atsushi Nobori shorter sample length of the fuel cell 2 is 120mm or less is necessary. また、さらに100mm以下であることが望ましく、特に燃料電池セル2の長さを80mm以下にすることで大幅に昇温時間を短縮できる。 Further, it is desirable further is 100mm or less, can be greatly shortened warm time by particularly the length of the fuel cell 2 to 80mm or less.
【0085】 [0085]
また、昇温時間を短縮するためには、燃料電池セル2の熱伝導係数を5W/m・k以上にすることが必要である。 Further, in order to shorten the heating time, it is necessary to heat transfer coefficient of the fuel cell 2 more than 5W / m · k. また、燃料電池セル2の熱伝導係数を7.5W/m・k以上にすることで、さらに昇温時間を短縮することができる。 Further, the thermal conductivity of the fuel cell 2 by more than 7.5 W / m · k, it is possible to further shorten the heating time. また、特に望ましくは、燃料電池セル2の熱伝導係数を10W/m・k以上にすることで、さらに大幅に昇温時間を短縮することができる。 Also, particularly preferably, by a heat transfer coefficient of the fuel cell 2 more than 10 W / m · k, it is possible to further significantly reduce the temperature rise time.
【0086】 [0086]
さらに、燃料電池セル2を加熱する加熱体19を設けることで、さらに起動時間を短縮することができることがわかる。 Further, by providing the heater 19 for heating the fuel cell 2, it is understood that it is possible to reduce the further activation time.
【0087】 [0087]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
本発明の燃料電池セルでは、片端に燃焼部を有する燃料電池セルの長さを120mm以下とし、熱伝導率を5W/m・k以上とすることで、燃料電池セルの加熱に要する時間を大幅に短縮することが可能となり、起動時間を大幅に短縮できる。 In the fuel cell of the present invention, the length of the fuel cell having a combustion section at one end and 120mm or less, the thermal conductivity by a 5W / m · k or more, significantly the time required to heat the fuel cell it is possible to shorten to, can significantly reduce the start-up time. また、 排出口側の端部に、ガス流路のガス流通量を抑制するガス排出抑制孔を有する蓋状部材が設けられていることから、発電量のバラツキを抑制できる。 Further, the end portion of the discharge port side, since the lid-like member having a suppressing gas emissions hole a gas flow amount of the gas flow path is provided, it is possible to suppress the variation in the power generation amount.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明の燃料電池を示す縦断面図である。 1 is a longitudinal sectional view showing a fuel cell of the present invention.
【図2】図1のセルスタックを示す横断面図である。 2 is a cross-sectional view showing a cell stack of FIG.
【図3】図1の燃料電池セルを示す横断面斜視図である。 3 is a cross-sectional perspective view showing a fuel cell of FIG.
【図4】本発明の燃料電池セルを示す斜視図である。 4 is a perspective view showing a fuel cell of the present invention.
【図5】図4の燃料電池セルを示す断面図である。 5 is a sectional view showing a fuel cell of FIG.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
1・・・収納容器2・・・燃料電池セル2b・・・燃料極2c・・・固体電解質2d・・・空気極14・・・蓋状部材19・・・加熱体29・・・ガス流路31・・・ガス排出抑制孔 1 ... container 2 ... fuel cell 2b ... fuel electrode 2c ... solid electrolyte 2d ... air electrode 14 ... lid-like member 19 ... heating body 29 ... gas flow road 31 ... gas emissions hole

Claims (5)

  1. 一方側が供給口とされ、他方側が排出口とされたガス流路が長手方向に形成されるとともに、固体電解質が燃料極及び空気極で挟持された発電部を有し、 前記排出口側端部が、燃料ガス燃焼部として機能する柱状の燃料電池セルであって、 長手方向の長さが120mm以下であり、 長手方向の熱伝導率が5W/m・k以上であるとともに、前記排出口側の端部に、前記ガス流路のガス流通量を抑制するガス排出抑制孔を有する蓋状部材が設けられていることを特徴とする燃料電池セル。 One side is a feed port, with the other gas passage, which is a discharge port is formed in the longitudinal direction, has a power generating unit which the solid electrolyte is sandwiched by a fuel electrode and an air electrode, an end of the discharge port side parts is a columnar fuel cell that functions as a fuel gas combustion unit, the length of the longitudinal direction is not less 120mm or less, along with the longitudinal direction of the heat conductivity of 5W / m · k or more, the discharge port the end on the side, a fuel cell, wherein a lid-shaped member is provided with a suppressing gas emissions hole a gas flow amount of the gas flow path.
  2. 扁平柱状であることを特徴とする請求項1記載の燃料電池セル。 Fuel cell according to claim 1, characterized in that it is a flat columnar.
  3. 収納容器内に請求項1 または2に記載の燃料電池セルを複数収納してなることを特徴とする燃料電池。 Fuel cell characterized by comprising a plurality housed fuel cell according to claim 1 or 2 in the storage container.
  4. 収納容器内に前記燃料電池セルを加熱する加熱体を備えたことを特徴とする請求項記載の燃料電池。 Fuel cell according to claim 3, characterized in that it comprises a heating element for heating the fuel cell to the storage container.
  5. 前記加熱体は面状加熱体であることを特徴とする請求項記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 4, wherein the heating body is a planar heating element.
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