JP4198512B2 - Solid oxide fuel cell stack and module - Google Patents
Solid oxide fuel cell stack and module Download PDFInfo
- Publication number
- JP4198512B2 JP4198512B2 JP2003109583A JP2003109583A JP4198512B2 JP 4198512 B2 JP4198512 B2 JP 4198512B2 JP 2003109583 A JP2003109583 A JP 2003109583A JP 2003109583 A JP2003109583 A JP 2003109583A JP 4198512 B2 JP4198512 B2 JP 4198512B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- air
- alloy foil
- solid oxide
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体酸化物形燃料電池スタック及びモジュールに関し、より具体的には作動温度が６５０〜８００℃の範囲である支持膜式固体酸化物形燃料電池スタック及びこれを用いた支持膜式固体酸化物形燃料電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体酸化物形燃料電池〔ＳＯＦＣ(=Solid Oxide Fuel Cell)：以下適宜ＳＯＦＣと略称する〕は、ＳＯＦＣの単電池すなわちセルは固体酸化物電解質を挟んで燃料極及び空気極（酸化剤として酸素が用いられる場合は酸素極）が配置され、燃料極／電解質（固体酸化物電解質）／空気極の３層ユニットで構成される。空気極に導入される空気は空気極で酸化物イオン（Ｏ2-）となり、電解質を通って燃料極に至る。ここで、燃料極に導入される燃料と反応して電子を放出し、電気と水等の反応生成物を生成する。空気極での利用済み空気は空気極オフガスとして排出され、燃料極での利用済み燃料は燃料極オフガスとして排出される。セル１個の電圧は低いため、通常、セルを複数層積層して構成される。
【０００３】
従来のＳＯＦＣはその作動温度が８００〜１０００℃程度と高いが、最近ではそれより低い６５０〜８００℃の範囲の温度、例えば７５０℃程度の温度で作動するＳＯＦＣも開発されつつある。図１７〜１９はその態様例を説明する図である。図１７はそのセルの構成例、図１８はセルを組込んだＳＯＦＣスタックの構成例、図１９は、図１８中Ｘ−Ｘ線断面図である。各部材は上下密に配置されるが、図１８ではそれらの位置関係等を示すため間隔を置き、斜視図として示している。
【０００４】
図１７のとおり、セルは燃料極の上に電解質膜が配置され、電解質膜の上に空気極が配置されて構成され、このセルが図１８〜１９のように組込まれてＳＯＦＣスタックが構成される。支持膜式ＳＯＦＣスタックは、上部から下部へ順次セパレータＡ、セパレータＢ、セパレータＣ、接合材、セル、セパレータＤが配置される。ここで、セパレータＣはセルを支持するので、セルサポートフォイルとも呼ばれる。セパレータＡの上部、セパレータＤの下部には集電板等が配置されるが、図示は省略している。図２０は上記のようなＳＯＦＣスタックの複数個を組み込んだＳＯＦＣモジュールの構成例を示す図である。
【０００５】
電解質膜としてイットリアドープのジルコニア等のジルコニア系やＬａＧａＯ3系などの材料を用いて、その膜厚を例えば１０μｍ程度というように薄くし、これを膜厚の厚い燃料極で支持するように構成されており、支持膜式と称される。支持膜式ＳＯＦＣにおいては、電解質膜の膜厚を薄く構成できることなどから、前記自立膜式ＳＯＦＣの場合に比べてより低温で運転できる。このため、その構成材料として例えばステンレス鋼などの安価な材料の使用を可能とし、また小型化が可能であるなど各種利点を有する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような低温作動のＳＯＦＣ、すなわち支持膜式ＳＯＦＣにおいても、セルを積層する必要がある。セルをセルサポートフォイルに接合し、それをマニホールドに納まるように配置接合したものをユニットとし、これをセパレータを介して次のユニットに接合することにより、スタックが形成される。加えて、スタックを流通する燃料、空気、利用済み燃料、利用済み空気はすべて気体であることから、図１９のとおり、ガス封止をしその封止性を高めるために各部材間にはシール材が挟み込まれている。このように、スタックを構成するには煩鎖で数多くの工程を必要とする。
【０００７】
本発明は、従来におけるそのような煩鎖で数多くの工程を経ることなく構成でき、且つ、ガス封止部を格段に減じてなる支持膜式ＳＯＦＣスタック及びそれを用いた支持膜式ＳＯＦＣモジュールを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は（Ａ）空気極側に開口を設けた合金箔で外周を包んでなる支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックであって、順次燃料極、電解質膜及び空気極を積層してなる支持膜式セルと弾性部材と燃料極の両側に配置した燃料導入管とを、空気極側に開口を設けた合金箔で包んでなることを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックを提供する。
【０００９】
本発明は（Ｂ）空気極側に開口を設けた合金箔で外周を包んでなる支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックを用いた支持膜式固体酸化物形燃料電池モジュールであって、順次燃料極、電解質膜及び空気極を積層してなる支持膜式セルと弾性部材と燃料極の両側に配置した燃料導入管とを、空気極側に開口を設けた合金箔で包んでなるスタックの複数個をインターコネクタを介して積層してなることを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池モジュールを提供する。
【００１０】
本発明は（Ｃ）燃料極側に開口を設けた合金箔で外周を包んでなる支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックであって、順次燃料極、電解質膜及び空気極を積層し、且つ、燃料極の側面及び燃料極の表面の周縁部の面まで電解質で覆って構成した支持膜式セルと空気を流通させる弾性部材と燃料極の両側に配置した空気導入管とを、燃料極側に開口を設けた合金箔で包んでなることを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックを提供する。
【００１１】
本発明は（Ｄ）燃料極側に開口を設けた合金箔で外周を包んでなる支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックを用いた支持膜式固体酸化物形燃料電池モジュールであって、順次燃料極、電解質膜及び空気極を積層し、且つ、燃料極の側面及び燃料極の表面の周縁部の面まで電解質で覆って構成した支持膜式セルと空気を流通させる弾性部材と燃料極の両側に配置した空気導入管とを、燃料極側に開口を設けた合金箔で包んでなるスタックを用い、その複数個をインターコネクタを介して積層してなることを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池モジュールを提供する。
【００１２】
本発明は（Ｅ）空気極側に開口を設けた合金箔で包んでなるスタックの複数個をインターコネクタを介して積層し、その燃料及び空気流通方向の一端を合金箔で封止するとともに他端を開放してなるその封止部に各スタック毎に、燃料供給管に連結された燃料導入管を配置したスタックを空気流通用細孔を設けた断熱壁の上に配置し、燃料導入管を断熱壁を貫通して断熱壁の下部まで達するように構成してなることを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池モジュールを提供する。
【００１３】
本発明は（Ｆ）空気極側に開口を設けた合金箔で包んでなるスタックの複数個をインターコネクタを介して積層し、その一端を合金箔で封止するとともに他端を開放してなるその封止部に各スタック毎に、燃料供給管に連結された燃料導入管を配置したスタックを断熱壁の上に配置し、燃料導入管を断熱壁を貫通して断熱壁の下部まで達するように構成し、且つ、各スタック間の両端に設けた空気導入管を配置し、空気を空気導入管に通してその上端から各スタックの外周を下降させるようにしてなることを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池モジュールを提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
〈本発明（Ａ）の支持膜式ＳＯＦＣスタックの態様〉
本発明（Ａ）は、空気極側に開口を設けた合金箔（フォイル）で外周を包んでなる支持膜式ＳＯＦＣスタックであって、順次燃料極、電解質膜及び空気極を積層してなる支持膜式ＳＯＦＣセルと弾性部材と燃料極の両側に配置した燃料導入管とを、空気極側に開口を設けた合金箔で包んでなることを特徴とする。本スタックは、本発明に係る支持膜式ＳＯＦＣスタックの基本的構造の一つであり、本発明の支持膜式ＳＯＦＣモジュールを構成するのにも用いる。
【００１５】
支持膜式ＳＯＦＣセルは燃料極、電解質膜及び空気極を積層して構成される。合金箔には中抜きで窓すなわち開口が設けてある。そして、本支持膜式ＳＯＦＣスタックは、支持膜式セルと弾性部材を併置するとともに、セルの左右両側に燃料導入管を配置し、これらを合金箔で覆うことで構成される。両側の燃料導入管にその上部から導入された燃料は燃料導入管中を通り、その下部で出て折り返して、合金箔の下部とセル間の空隙から、弾性部材部分を拡散しながら流通してセルの燃料極へ供給される。
【００１６】
合金箔の構成材料としては耐熱性合金が用いられ、その好ましい例としてはステンレス鋼が挙げられる。弾性部材は、セルの燃料極と合金箔間に弾性をもたせるためのもので、フェルト、メッシュその他、適宜の構造で構成される。その構成材料としてはニッケル、ニッケル合金、その他弾性を発揮できる耐熱性金属あるいは耐熱性合金が用いられる。また、燃料導入管は例えばアルミナ等の材料で構成される。
【００１７】
〈本発明（Ｂ）の支持膜式ＳＯＦＣモジュールの態様〉
本発明（Ｂ）の支持膜式ＳＯＦＣモジュールは、本発明（Ａ）の支持膜式ＳＯＦＣスタックを用い、その複数個をインターコネクタを介して積層して構成される。隣合うスタック間すなわちスタックの空気極側と次のスタックの合金箔側間にインターコネクタを配置し、スタックの空気極側とインターコネクタと次のスタックの合金箔側を圧接する。インターコネクタは空気流通路の役割も有しているので、波状その他空気が流通する形状に構成される。また、２個のスタックの合金箔同士が接触してセルが短絡しないように、スタックの間に絶縁性のシートが介挿される。絶縁性シートとしては高温耐性で且つ絶縁性のシートであればよく、例えば雲母シート等が用いられる。
【００１８】
燃料は、ケーシング内の上部の燃料バッファ部を経て、燃料導入管に導入され、下方へ流れて、スタック内の下部で燃料導入管から放出され、折り返して、スタック内部を上方に流れ、燃焼域に流れ込む。一方、空気は、ケーシングの下部から導入され、各スタックの外壁をインターコネクタを介して上方に流れ、上部隔壁より燃焼域に噴出する。燃焼域では利用済み燃料と利用済み空気が混合され、燃焼して排ガスとして排出される。
【００１９】
〈本発明（Ｃ）の支持膜式ＳＯＦＣスタックの態様〉
本発明（Ｃ）は、燃料極側に開口を設けた合金箔で外周を包んでなる支持膜式ＳＯＦＣスタックであって、順次燃料極、電解質膜及び空気極を積層し、且つ、燃料極の側面及び燃料極の表面の周縁部の面まで電解質で覆って構成した支持膜式ＳＯＦＣセルと空気を流通させる弾性部材と燃料極の両側に配置した空気導入管とを、燃料極側に開口を設けた合金箔で包んでなることを特徴とする。本スタックは、本発明に係る支持膜式ＳＯＦＣスタックの基本的構造の他の一つであり、本発明の支持膜式ＳＯＦＣモジュールを構成するのにも用いる。
【００２０】
支持膜式ＳＯＦＣセルは燃料極、電解質膜及び空気極を積層して構成される。本支持膜式ＳＯＦＣスタックは、支持膜式セルの構造として、電解質が燃料極の裏面部分まで形成してある点で従来の支持膜式セルとは異なる。従来の支持膜式ＳＯＦＣセルでは燃料極の側面は燃料極が露出している。これに対して、本発明（Ｃ）の支持膜式ＳＯＦＣスタックで用いる支持膜式ＳＯＦＣセルにおいては、燃料極の側面及び燃料極の表面の周縁部の面まで電解質で覆って形成してある。
【００２１】
そして、上記支持膜式ＳＯＦＣセルと空気を流通させる弾性部材と空気導入管とを、合金箔で包んで構成される。弾性部材は、空気を流通させ且つセルの空気極と合金箔間に弾性をもたせるためのもので、波板、フェルト、メッシュその他、適宜の構造で構成される。その構成材料としてはニッケル、ニッケル合金、その他弾性を発揮できる耐熱性金属あるいは耐熱性合金が用いられる。空気導入管は例えばアルミナ等の材料で構成される。空気導入管の上部より導入された空気は、空気導入管中を通り、その下部で出て折り返して、合金箔の下部とセル間の空隙から、弾性部材と空気極との間を流通してセルの空気極へ供給される。
【００２２】
〈本発明（Ｄ）の支持膜式ＳＯＦＣモジュールの態様〉
本発明（Ｄ）の支持膜式ＳＯＦＣモジュールは、上記発明（Ｃ）の支持膜式ＳＯＦＣスタックを用い、その複数個をインターコネクタを介して積層して構成される。周縁には耐熱性の絶縁シートが配置される。インターコネクタは、スタック間への弾性付与及び燃料流路を兼ねたもので、スタックの合金箔部分と次のスタックの燃料極部分を圧接する。インターコネクタは、一端面は合金箔と接し、他端面は燃料極面とのみ接する必要がある。各スタック間において、合金箔同士の短絡及び同一スタック内のインターコネクタによる燃料極と合金箔の短絡を防止するために、その周縁部に絶縁性のシートが介挿される。絶縁性シートとしては高温耐性で且つ電気絶縁性のシートであればよく、例えば雲母シート等が用いられる。
【００２３】
燃料は、ケーシングの下部から導入され、各スタックの外壁を上方に流れ、上部の隔壁より燃焼域に噴出する。一方、空気は、ケーシング内の上部のヘッダすなわち燃料バッファ部を経てから空気導入管に導入され下方へ流れて、スタック下部で放出され、折り返して、スタック内部を上方に流れ、スタックの上端部から燃焼域に流れ込む。燃焼域で利用済み燃料と利用済み空気が混合され、燃焼して排ガスとして排出される。
【００２４】
〈本発明（Ｅ）の支持膜式ＳＯＦＣモジュールの態様〉
本発明（Ｅ）の支持膜式ＳＯＦＣモジュールは、空気極側に開口を設けた合金箔で包んでなるスタックの複数個をインターコネクタを介在させて積層し、その燃料及び空気流通方向の一端を合金箔で封止し、他端を開放して構成する。そして、合金箔の封止部に、燃料供給管に連結された各スタック毎に、燃料供給管に連結された燃料導入管を配置し、これらを空気流通用細孔を設けた空断熱壁の上に配置し、燃料導入管は断熱壁を貫通して断熱壁の下部まで達するように構成する。空気は、最下部から供給され、燃料導入管の横を通過して上方に流れる。断熱壁には、空気が通過する細孔が設けられており、断熱壁を通過して各スタックの外表面に供給される。利用済み空気は、該スタックの上部の隔壁を通過した領域で利用済み燃料と混合、燃焼し、モジュール外に排出される。
【００２５】
〈本発明（Ｆ）の支持膜式ＳＯＦＣモジュールの態様〉
本発明（Ｅ）における燃料及び空気の供給は同じ側から行うように構成されているが、本発明（Ｆ）の支持膜式ＳＯＦＣモジュールでは、空気の供給位置を燃料の供給位置とは逆位置、すなわち反対側にした点で異なる。空気極側に開口を設けた合金箔で包んでなるスタックの複数個をインターコネクタを介して積層し、その一端を合金箔で封止するとともに他端を開放した構造とする。その封止部に各スタック毎に、燃料供給管に連結された燃料導入管を配置したスタックを断熱壁の上に配置し、燃料導入管を断熱壁を貫通して断熱壁の下部まで達するように構成する。
【００２６】
そして、各スタック間で且つその左右両側にそれぞれ空気導入管を配置し、空気を空気導入管に通してその上端から各スタックの外周を下降させるようにする。すなわち、空気は、空気導入管の上端から入り空気導入管中を下降して、その下端で放出され、そこで折り返して、各スタックの外周を上昇し、空気極すなわちスタックを構成する合金箔の開口側を流通する。利用済み空気は上部の燃焼域に排出される。一方、燃料は、燃料供給管、燃料導入管を経て、各スタック内の燃料極を流通し、利用済み燃料は燃焼域で利用済み空気と混合、燃焼し、モジュール外に排出される。
【００２７】
本発明においては支持膜式ＳＯＦＣセルであればいずれも用いられる。燃料極の構成材料としては、例えばＮｉ／ＹＳＺサーメットなどが用いられ、電解質の材料としては、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などが用いられ、空気極の構成材料としては、例えばＳｒドープＬａＭｎＯ3などが用いられる。また、本発明の支持膜式ＳＯＦＣスタック及び支持膜式ＳＯＦＣモジュールに供給する燃料としては、炭化水素、都市ガス、ＬＰガス、天然ガス、ガソリン、軽油、灯油、ディーゼル油、アルコール類（メチルアルコール、エチルアルコール等）、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）などが用いられる。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないことはもちろんである。
【００２９】
〈実施例１〉
図１〜２は、本発明（Ａ）の実施例を示す図である。図１のとおり、支持膜式ＳＯＦＣセルと弾性部材を併置するとともに、セルの左右両側に燃料導入管を配置し、これらを空気極側に窓すなわち開口を設けた合金箔で覆うことで構成される。作製工程としては、例えば、まず合金箔の開口の内側にセルの空気極部分がくるように配置し、電解質と合金箔間をろう付けして接合する。その後、セルの燃料極面に弾性部材を配置するとともに、セルの左右両側、すなわち燃料極の左右両側に燃料導入管を配置し、全体を合金箔で覆う。次いで、合金箔同士を、サイドのエッジ部分をろう付け等により接合することにより、接合する。
【００３０】
最後に、合金箔の下部をセルと間隔を保って同じくろう付け等により封止する。その間隔部分は、セルの燃料極への燃料供給用ヘッダないし燃料供給用バッファ部を形成する部分である。ろう材としては金属ろう材が用いられが、ガラス接合材などで接合してもよい。図２は、上記のようにして構成したスタックを示す図で、図２中矢印は燃料の流れ方向を示している。図２のとおり、左右両側の燃料導入管にその上部より導入された燃料は燃料導入管中を通り、その下部で出て折り返して、合金箔の下部とセル間の空隙から、弾性部材側の合金箔部分と燃料極間を拡散しながら流通してセルの燃料極へ供給される。空気極側には空気が供給される。
【００３１】
〈実施例２〉
図３〜５は、本発明（Ｂ）の実施例を示す図で、本発明（Ａ）のスタックを用いたモジュールの実施例に相当している。図３にはスタックの２個を積層した場合を示しているが、３個以上の複数個を積層する場合についても同様である。図３のとおり、２個のスタック間に導電性のインターコネクタを配置し、スタックの空気極部分と次のスタックの合金箔部分を圧接する。インターコネクタは、空気流通路の役割も有しているので、波状その他空気が流通する形状に構成されるが、図３では波状の場合を示している。２個のスタックの合金箔同士が接触してセルが短絡しないように、スタックの間に絶縁性のシートが介挿される。絶縁性シートとしては高温耐性で且つ絶縁性のシートであればよく、例えば雲母シート等が用いられる。
【００３２】
図４は上記のようにしてスタックの多数を積層したモジュールの外観を示す図である。運転時に、燃料は、燃料導入管中を下方に向かって通って、その下部で折り返して、合金箔の下部とセル間の空隙から、合金箔と燃料極間すなわち弾性部材部分を拡散しながら流通してセルの燃料極へ供給される。一方、空気は、各スタックの下部から導入され、各スタックの外部をインターコネクタの波状流路を利用して空気極の表面を上方に流れ、セルに供給される。利用済み燃料と利用済み空気は、モジュールの上部すなわちモジュールの上端部、すなわち合金箔の切れ目の部分で自動的に混合され、燃焼する。
【００３３】
図５は、本支持膜式ＳＯＦＣモジュールにおける各流体の流れ及び集電状態を示す図である。図３〜４のように構成されたモジュールには、その両側に集電板が配置され、ケーシング内に収容される。これにより、モジュールは、集電板により、その両側から押し込まれた状態で収容される。ケーシングは空気を封じる壁の役割も果している。ケーシングの上部には燃料封じ壁が設けられ、ケーシングの下部には空気封じ壁が設けられている。集電板からリード線が出ており、これにより電流がケーシング外に取り出される。
【００３４】
運転時において、空気は、ケーシングの下部から導入され、各スタックの外壁を上方に流れ、上部隔壁を通過して燃焼域に噴出する。一方、燃料は、ケーシング内の上部の燃料バッファ部を経て、燃料導入管に導入され、下方へ流れて、各スタック内の下部で燃料導入管から放出され、折り返して、スタック内部を上方に流れ、燃焼域に流れ込む。燃焼域では利用済み燃料と利用済み空気が混合され、燃焼して排ガスとして排出される。室温の空気は、排ガスと外部熱交換器を介して熱交換して昇温した後にスタックに供給する必要があるが、室温の燃料は燃料導入管を通過する過程で燃焼域及びスタック側部で加熱される。
【００３５】
〈実施例３〉
図６〜８は本発明（Ｃ）の実施例を示す図である。支持膜式ＳＯＦＣセルの構成として、電解質膜が燃料極の裏面部分まで形成してある点で従来の支持膜式セルとは異なる。従来の支持膜式ＳＯＦＣセルでは燃料極の側面は燃料極が露出しているが、図６のとおり、本支持膜式ＳＯＦＣセルでは、燃料極について、その側面及びその周縁上面まで電解質膜で覆って形成してある。スタックは上記構造の支持膜式セルと空気流通用の弾性部材と空気導入管とを、燃料極側に窓すなわち開口を有する合金箔で包んで構成される。弾性部材は、空気を流通させ且つ弾性をもたせるためのもので、波板、フェルト、メッシュその他適宜な構造のものでよいが、図７には波板を用いた場合を示している。その構成材料としてはニッケル、ニッケル合金その他、弾性を発揮できる耐熱性金属または合金が用いられる。空気導入管は例えばアルミナ等の材料で構成される。
【００３６】
図７のとおり、セルすなわち支持膜式ＳＯＦＣセル、空気導入管、合金箔及び波板で構成される。合金箔には、燃料極側に中抜きで窓すなわち開口が設けられており、この合金箔により支持膜式ＳＯＦＣセル、波板を包み込む構造になっている。作製工程としては、例えば、まず、合金箔の開口の内側にセルの燃料極部分（図７中、セルの裏側）がくるように配置し、燃料極面の電解質膜（前述のとおり、燃料極面のうち空気極と相対する面のうちの周縁面は電解質膜で覆われている）と合金箔とをろう付けにより接合する。
【００３７】
その後、セルの燃料極の両側面（前記のとおり、燃料極の当該両側面は電解質膜で覆われている）に空気導入管を近接、配置するとともに、空気極面に波板を近接、配置し、全体を合金箔により包み込む。次いで、合金箔同士を、サイドのエッジ部分をろう付けすることにより、接合する。最後に、合金箔の下部をセルと間隔を保って同じくろう付けにより封止する。その間隔部分は、セルの空気極への空気供給用ヘッダすなわち空気バッファ部を形成する部分である。ろう材としては金属ろう材が用いられが、ガラス接合材などで接合してもよい。
【００３８】
図８は、上記のようにして構成したスタックを示す図で、図８中矢印は空気の流れ方向を示している。図８のとおり、空気は、燃料極の左右両側の空気導入管にその上部より導入され、空気導入管中を通り、その下部で出て折り返して、合金箔の下部とセルの空気極側間の空隙から、波板と空気極との間を流通してセルの空気極へ供給される。セルの燃料極側には燃料が供給される。なお、図８中、合金箔の記載は省略している。
【００３９】
〈実施例４〉
図９〜１２は、本発明（Ｄ）の実施例を示す図で、本発明（Ｃ）のスタックを用いたモジュールに相当している。図９にはスタックの２個を積層した場合を示しているが、３個以上の複数個を積層する場合についても同様である。図９のとおり、２個のスタック間への弾性付与及び燃料流路を兼ねたインターコネクタを配置し、スタックの合金箔部分と次のスタックの燃料極部分を圧接する。インターコネクタは、弾性付与に加え燃料用通路の役割も有し、フェルト状、波状その他燃料が流通する形状に構成されるが、図９では一例としてＮｉフェルトを用いる場合を示している。なお、図９の各スタック中、空気導入管の記載は省略している。
【００４０】
Ｎｉフェルトは、一端面は合金箔（図９中左側のスタックの裏面）と接し、他端面は燃料極面とのみ接する必要がある。スタック間において、合金箔同士の短絡及び同一スタック内のＮｉフェルトによる燃料極と合金箔の短絡を防止するために、Ｎｉフェルトの周縁部に絶縁性のシートが介挿される。絶縁性シートとしては、高温耐性で且つ電気絶縁性のシートであればよく、例えば雲母シートが用いられる。燃料は、スタックの下部から導入され、インターコネクタの流路を利用して燃料極の表面を上方に流れてセルに供給される。
【００４１】
図１０は上記のようにしてスタックの多数を積層したモジュールの外観を斜視図として示す図である。運転時に、空気は、空気導入管中を下方に向かって通って、その下部で放出され、折り返して、合金箔の下部とセル間の空隙から波板部分を流通してセルの空気極へ供給される。一方、燃料は、モジュールの下部から導入され、各スタックの外部をインターコネクタの流路を通って燃料極の表面を上方に流れ、セルに供給される。利用済み燃料と利用済み空気は、モジュールの上部すなわちモジュールの上端部（すなわち合金箔上端の切れ目から上）の部分で自動的に混合され、燃焼する。
【００４２】
図１１は、本実施例の支持膜式ＳＯＦＣモジュールにおける各流体の流れ及び集電状態を示す図である。図１０のように構成されたＳＯＦＣモジュールは、その両側に集電板が配置され、ケーシング内に収容される。これにより、モジュールは、集電板により、その両側から押し込まれた状態でケーシングに収容される。ケーシングは、その下部の燃料封じ壁とともに燃料を封じる壁の役割も果し、その上部には空気封じ壁を備えている。集電板からリード線が出ており、これにより電流がケーシング外に取り出される。
【００４３】
運転時において、燃料は、ケーシングの下部から導入され、各スタックの外壁を上方に流れ、上部の隔壁、すなわち燃焼域を構成する上下の隔壁のうちの下部隔壁を通って燃焼域に噴出する。一方、空気は、ケーシング内の上部の空気供給用ヘッダすなわち空気バッファ部を経てから空気導入管に導入され、空気導入管中を下方へ流れて、各スタックの下部で放出され、折り返して、各スタック内部を上方に流れ、各スタックの上端部から燃焼域に流れ込む。燃焼域では利用済み燃料と利用済み空気が混合され、燃焼して排ガスとして排出される。室温の燃料は、排ガスと外部熱交換器を介して熱交換して昇温した後にスタックに供給する必要があるが、本実施例では、室温の空気は空気導入管を通過する過程で燃焼域及び各スタック内の側部で加熱される。
【００４４】
ガスの流配方法については種々の仕方で実施できる。例えば、本モジュールは、合金箔すなわち薄い合金材を各スタック部に使用しているため、合金材部分の温度が異常に高くなってしまう危険があり、この場合には合金の耐久性などで問題が生じる恐れがある。特に、各スタックの出口で利用済み燃料と利用済み空気が混合、燃焼する領域では、温度が上昇するため、合金材のエッジ部分の耐久性で問題が生じる恐れがある。そこで、各スタック内部から出てきた利用済み空気と各スタックの外部壁を通過してきた利用済み燃料を一旦別経路でスタック外に排出し、スタック領域の外部で燃焼させる。図１２はこの例を示す図である。
【００４５】
図１２のとおり、モジュール外に燃焼部を設け、各スタックの内部から出てきた利用済み空気と各スタックの外部壁を通過してきた利用済み燃料をモジュール外に排出し、燃焼部で燃焼させる。こうすることにより、各スタック上方のエッジ部の温度上昇が抑えられ、合金材の耐久性を高めることができる。なお、この場合、各スタック部分への熱のフィードバック量が減少するが、これを補うため燃焼部で生成した燃焼排ガスをモジュールへの導入空気と熱交換して熱回収を行ってもよい。この熱回収は、モジュール外に両流体用の熱交換器を配置することで行うことができる。
【００４６】
〈参考例１〉
図１３〜１４は、本発明の参考例１を示す図で、図１４は、図１３に示すモジュールをケーシングに収容し、その断面を横方向から見た図である。両図において、各部材の寸法は説明のため適宜伸縮して示している。本参考例１の支持膜式ＳＯＦＣモジュールは、空気極側に開口を設けた合金箔で包んでなるスタックの複数個をインターコネクタを介在させて積層し、各スタックについて、その燃料及び空気流通方向の一端、すなわち燃料導入側を合金箔で封止し、他端を開放して構成する。そして、各スタックの合金箔の各封止部に燃料供給管に連結した燃料導入管を配置し、これらを空気流通用細孔を設けた断熱壁の上に配置し、燃料導入管は断熱壁を貫通して断熱壁の下部まで達するように構成する。すなわち、各燃料導入管は断熱壁の下部に配置された燃料供給管に連結されている。
【００４７】
図１３〜１４のとおり、合金箔で包んで構成したＳＯＦＣスタックの複数個をインターコネクタを介して積層してモジュールを構成する。各ＳＯＦＣスタックの一端（図１３〜１４では下端）の合金箔を封止し、上端を開放とする。合金箔の封止部には、各スタック毎に、合金箔の封止部に燃料導入管を臨ませて配置する。燃料導入管は耐熱性合金で構成し、燃料導入管の開口をスタック内に臨ませて封止部と接合するが、その接合はろう付け等で行う。
【００４８】
そして、ＳＯＦＣモジュールすなわち積層された各ＳＯＦＣスタック全体を断熱壁の上に配置し、燃料導入管は断熱壁を貫通して断熱壁の下部まで達するようにする。各燃料導入管は、断熱壁の下部において、水平方向に配した燃料供給管と接合する。すなわち、断熱壁を配置し、各スタックに連結された燃料導入管が断熱壁を貫通して断熱壁の下部まで達するようにする。こうして、燃料導入管と燃料供給管との接合部は、室温に保つことができるので、燃料導入管と燃料供給管との接合は柔軟な接合が可能である。
【００４９】
運転時において、燃料は、燃料供給管から燃料導入管を経て、各スタック内の燃料極側を流通した後、利用済み燃料として燃焼域に排出される。一方、空気は、図１４中最下部から供給され、断熱壁の空気流通用細孔中を流通し、燃料導入管の側部を通過して上方に流れ、各スタックの外表面に供給され、空気極側を流通する。利用済み空気は、該スタックの上部の隔壁を通過し、燃焼域で利用済み燃料と混合、燃焼し、排ガスとしてモジュール外に排出される。
【００５０】
〈参考例２〉
図１５〜１６は、本発明の参考例２を示す図で、図１６は図１５中Ａ−Ａ線断面図である。前記参考例１の支持膜式ＳＯＦＣモジュールにおける燃料及び空気の供給は同じ側から行うように構成されているが、本参考例２の支持膜式ＳＯＦＣモジュールでは、空気の供給位置を燃料の供給位置とは逆位置にした点で異なる。空気極側に開口を設けた合金箔で包んでなるスタックの複数個をインターコネクタを介して積層し、その一端を合金箔で封止するとともに他端を開放した構造とする。その封止部に各スタック毎に、燃料供給管に連結された燃料導入管を配置したスタックを断熱壁の上に配置し、燃料導入管を断熱壁を貫通して断熱壁の下部まで達するように構成する。
【００５１】
図１５のとおり、合金箔で包んだ複数個のスタックをインターコネクタを介して積層する。その合金箔の一端（図１５中下部）を合金箔で封止し、他端（図１５中上部）を開放とする。合金箔の封止部には各スタック毎に燃料導入管をその開口をスタック内に臨ませて接合配置する。その接合はろう付け等で行う。こうして構成された複数のスタックの積層体全体を断熱壁の上に配置し、燃料導入管が断熱壁を貫通して断熱壁の下部まで達するようにする。燃料導入管は断熱壁の下部において水平方向に配した燃料供給管と接合する。このように断熱壁を配置することで、燃料導入管が断熱壁を貫通して断熱壁の下部まで達するようにする。これにより、燃料導入管と燃料供給管との接合部は、断熱壁による熱遮断により、室温に保つことができるので、燃料導入管と燃料供給管との接合を柔軟な接合とすることができる。
【００５２】
そして、図１６のとおり、各スタック間で且つスタックの左右両側にそれぞれ空気導入管を配置する。運転時において、空気は、空気導入管にその上端で入り、空気導入管中を下降し、その下端で放出され、そこで折り返して、各スタックの外周を上昇し、空気極側すなわちスタックを構成する合金箔の開口側を流通する。利用済み空気は隔壁（図１５中、燃焼域を構成する上部及び下部の隔壁のうち、下部隔壁）を通過して燃焼域で利用済み燃料と混合、燃焼する。一方、燃料は、燃料供給管、燃料導入管を経て、各スタック内の燃料極側を流通し、上部の燃焼域で利用済み空気と混合、燃焼する。燃焼排ガスはモジュール外に排出される。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、従来におけるように煩鎖で数多くの工程を経ることなく、且つ、ガス封止部を格段に減じてなる支持膜式ＳＯＦＣスタック及び支持膜式ＳＯＦＣモジュールを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１を示す図
【図２】本発明の実施例１を示す図
【図３】本発明の実施例２を示す図
【図４】本発明の実施例２を示す図
【図５】本発明の実施例２を示す図
【図６】本発明の実施例３を示す図
【図７】本発明の実施例３を示す図
【図８】本発明の実施例３を示す図
【図９】本発明の実施例４を示す図
【図１０】本発明の実施例４を示す図
【図１１】本発明の実施例４を示す図
【図１２】本発明の実施例４を示す図
【図１３】本発明の参考例１を示す図
【図１４】本発明の参考例１を示す図
【図１５】本発明の参考例２を示す図
【図１６】本発明の参考例２を示す図
【図１７】従来の支持膜式ＳＯＦＣセルの構成例を示す図
【図１８】従来の支持膜式ＳＯＦＣの構成例を示す図
【図１９】従来の支持膜式ＳＯＦＣの構成例を示す図
【図２０】従来の支持膜式ＳＯＦＣモジュールの構成例を示す図[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid oxide fuel cell stack and a module, and more specifically, a supported membrane solid oxide fuel cell stack having an operating temperature in the range of 650 to 800 ° C., and a supported membrane solid using the same. The present invention relates to an oxide fuel cell module.
[0002]
[Prior art]
A solid oxide fuel cell (SOFC (= Solid Oxide Fuel Cell): hereinafter abbreviated as SOFC as appropriate) is a single cell of SOFC, that is, a cell, with a solid oxide electrolyte sandwiched between a fuel electrode and an air electrode (oxygen as an oxidant). When used, an oxygen electrode) is arranged, and is composed of a three-layer unit of fuel electrode / electrolyte (solid oxide electrolyte) / air electrode. The air introduced into the air electrode is oxide ions (O 2- To the fuel electrode through the electrolyte. Here, it reacts with the fuel introduced into the fuel electrode and emits electrons to generate a reaction product such as electricity and water. Used air at the air electrode is discharged as an air electrode off gas, and used fuel at the fuel electrode is discharged as a fuel electrode off gas. Since the voltage of one cell is low, it is usually configured by stacking a plurality of cells.
[0003]
A conventional SOFC has a high operating temperature of about 800 to 1000 ° C., but recently, an SOFC operating at a lower temperature in the range of 650 to 800 ° C., for example, about 750 ° C. is being developed. 17-19 is a figure explaining the example of the aspect. 17 is a configuration example of the cell, FIG. 18 is a configuration example of the SOFC stack incorporating the cell, and FIG. 19 is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG. Although each member is arranged densely in the upper and lower sides, FIG. 18 shows a perspective view with an interval in order to show the positional relationship and the like.
[0004]
As shown in FIG. 17, the cell has an electrolyte membrane disposed on the fuel electrode and an air electrode disposed on the electrolyte membrane, and this cell is assembled as shown in FIGS. 18 to 19 to form an SOFC stack. The In the support membrane type SOFC stack, a separator A, a separator B, a separator C, a bonding material, a cell, and a separator D are sequentially arranged from the upper part to the lower part. Here, since the separator C supports a cell, it is also called a cell support foil. A current collector plate and the like are disposed above the separator A and below the separator D, but are not shown. FIG. 20 is a diagram showing a configuration example of a SOFC module incorporating a plurality of SOFC stacks as described above.
[0005]
As the electrolyte membrane, zirconia such as yttria-doped zirconia or LaGaO Three A material such as a system is used to reduce the film thickness to about 10 μm, for example, and this is supported by a thick fuel electrode, which is called a support film type. The support membrane SOFC can be operated at a lower temperature than the self-supporting membrane SOFC because the electrolyte membrane can be made thin. For this reason, it has various advantages such as enabling the use of an inexpensive material such as stainless steel as its constituent material and reducing the size.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, it is necessary to stack cells also in the low-temperature operation SOFC as described above, that is, a support membrane SOFC. A cell is joined to the cell support foil, and the unit is arranged and joined so as to fit in the manifold. The unit is joined to the next unit via a separator to form a stack. In addition, since the fuel, air, used fuel, and used air flowing through the stack are all gases, as shown in FIG. 19, a seal is provided between the members in order to seal the gas and improve its sealing performance. The material is sandwiched. As described above, the construction of the stack is troublesome and requires many steps.
[0007]
The present invention is a conventional support membrane type SOFC stack that can be configured without going through many steps in such a troublesome manner, and that has a gas sealing part greatly reduced, and a support membrane type SOFC module using the same. It is intended to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is (A) a support membrane type solid oxide fuel cell stack in which an outer periphery is wrapped with an alloy foil having an opening on the air electrode side, and is formed by sequentially laminating a fuel electrode, an electrolyte membrane and an air electrode. A support membrane type solid oxide fuel cell stack comprising a support membrane type cell, an elastic member, and a fuel introduction pipe disposed on both sides of the fuel electrode in an alloy foil having an opening on the air electrode side. I will provide a.
[0009]
The present invention relates to (B) a support membrane type solid oxide fuel cell module using a support membrane type solid oxide fuel cell stack formed by wrapping the outer periphery with an alloy foil having an opening on the air electrode side. A stack of fuel cells, electrolyte membranes and air electrode stacks, a support membrane type cell, an elastic member, and a fuel introduction pipe arranged on both sides of the fuel electrode are wrapped with an alloy foil having openings on the air electrode side. Provided is a support membrane type solid oxide fuel cell module characterized in that a plurality are stacked via an interconnector.
[0010]
The present invention is (C) a support membrane type solid oxide fuel cell stack formed by wrapping the outer periphery with an alloy foil having an opening on the fuel electrode side, wherein the fuel electrode, the electrolyte membrane and the air electrode are sequentially laminated, and A support membrane type cell constructed by covering the side surface of the fuel electrode and the peripheral surface of the surface of the fuel electrode with an electrolyte, an elastic member for circulating air, and air introduction pipes arranged on both sides of the fuel electrode, A support membrane type solid oxide fuel cell stack is provided, which is wrapped with an alloy foil having openings.
[0011]
The present invention is (D) a support membrane type solid oxide fuel cell module using a support membrane type solid oxide fuel cell stack in which an outer periphery is wrapped with an alloy foil having an opening on the fuel electrode side. The fuel electrode, the electrolyte membrane, and the air electrode are laminated, and the support membrane type cell configured by covering the side surface of the fuel electrode and the peripheral surface of the surface of the fuel electrode with the electrolyte, the elastic member that distributes the air, and the fuel electrode A support membrane solid characterized by using a stack formed by wrapping an air introduction pipe arranged on both sides with an alloy foil having an opening on the fuel electrode side, and laminating a plurality of them through an interconnector An oxide fuel cell module is provided.
[0012]
In the present invention, (E) a plurality of stacks wrapped with an alloy foil having an opening on the air electrode side are stacked via an interconnector, and one end in the fuel and air flow direction is sealed with the alloy foil For each stack, a stack in which a fuel introduction pipe connected to a fuel supply pipe is disposed on the heat insulation wall provided with air circulation pores in the sealed portion formed by opening the end, and the fuel introduction pipe A support membrane type solid oxide fuel cell module is provided that is configured to penetrate through the heat insulating wall to reach the lower part of the heat insulating wall.
[0013]
In the present invention, (F) a plurality of stacks wrapped with an alloy foil having an opening on the air electrode side are stacked via an interconnector, and one end is sealed with the alloy foil and the other end is opened. For each stack, a stack in which a fuel introduction pipe connected to a fuel supply pipe is arranged on the heat insulation wall, and the fuel introduction pipe passes through the heat insulation wall and reaches the bottom of the heat insulation wall. And a support membrane, wherein air introduction pipes provided at both ends between the stacks are arranged, air is passed through the air introduction pipes, and the outer periphery of each stack is lowered from the upper end thereof. A solid oxide fuel cell module is provided.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<Aspect of Support Film Type SOFC Stack of the Present Invention (A)>
The present invention (A) is a support membrane type SOFC stack in which the outer periphery is wrapped with an alloy foil (foil) having an opening on the air electrode side, which is formed by sequentially laminating a fuel electrode, an electrolyte membrane and an air electrode. A membrane SOFC cell, an elastic member, and a fuel introduction pipe disposed on both sides of the fuel electrode are wrapped with an alloy foil having an opening on the air electrode side. This stack is one of the basic structures of the support membrane SOFC stack according to the present invention, and is also used to configure the support membrane SOFC module of the present invention.
[0015]
The support membrane SOFC cell is configured by laminating a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode. The alloy foil has a hollow window or opening. The present support membrane type SOFC stack is configured by arranging the support membrane type cell and the elastic member side by side, arranging fuel introduction pipes on the left and right sides of the cell, and covering them with an alloy foil. The fuel introduced from the upper part of the fuel introduction pipes on both sides passes through the fuel introduction pipe, exits at the lower part thereof, and then circulates while diffusing the elastic member part from the gap between the lower part of the alloy foil and the cell. Supplied to the fuel electrode of the cell.
[0016]
A heat-resistant alloy is used as a constituent material of the alloy foil, and a preferable example thereof is stainless steel. The elastic member is for imparting elasticity between the fuel electrode of the cell and the alloy foil, and is composed of felt, mesh, or other appropriate structure. As the constituent material, nickel, nickel alloy, or other heat-resistant metal or heat-resistant alloy capable of exhibiting elasticity is used. The fuel introduction pipe is made of a material such as alumina.
[0017]
<Aspect of Supporting Film Type SOFC Module of the Present Invention (B)>
The support membrane type SOFC module of the present invention (B) is configured by using the support membrane type SOFC stack of the present invention (A) and laminating a plurality of them through an interconnector. An interconnector is disposed between adjacent stacks, that is, between the air electrode side of the stack and the alloy foil side of the next stack, and the air electrode side of the stack, the interconnector, and the alloy foil side of the next stack are pressed. Since the interconnector also has a role of an air flow passage, it is configured in a wave shape or other shape through which air flows. Moreover, an insulating sheet is interposed between the stacks so that the alloy foils of the two stacks are in contact with each other and the cell is not short-circuited. The insulating sheet may be an insulating sheet that is resistant to high temperatures and is, for example, a mica sheet.
[0018]
The fuel is introduced into the fuel introduction pipe through the upper fuel buffer in the casing, flows downward, is discharged from the fuel introduction pipe in the lower part of the stack, turns back, flows upward in the stack, Flow into. On the other hand, air is introduced from the lower part of the casing, flows upward through the outer wall of each stack via the interconnector, and is ejected from the upper partition into the combustion zone. In the combustion zone, spent fuel and spent air are mixed, burned and discharged as exhaust gas.
[0019]
<Aspect of Support Film Type SOFC Stack of the Present Invention (C)>
The present invention (C) is a support membrane type SOFC stack in which the outer periphery is wrapped with an alloy foil having an opening on the fuel electrode side, in which the fuel electrode, the electrolyte membrane and the air electrode are sequentially stacked, and the fuel electrode A support membrane SOFC cell constructed by covering the side and the peripheral edge of the surface of the fuel electrode with an electrolyte, an elastic member for circulating air, and air introduction pipes arranged on both sides of the fuel electrode, with an opening on the fuel electrode side It is characterized by being wrapped with the provided alloy foil. This stack is another basic structure of the support membrane type SOFC stack according to the present invention, and is also used to constitute the support membrane type SOFC module of the present invention.
[0020]
The support membrane SOFC cell is configured by laminating a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode. This support membrane type SOFC stack differs from the conventional support membrane type cell in that the electrolyte is formed up to the back surface portion of the fuel electrode as the structure of the support membrane type cell. In the conventional support membrane type SOFC cell, the fuel electrode is exposed on the side surface of the fuel electrode. On the other hand, in the support membrane type SOFC cell used in the support membrane type SOFC stack of the present invention (C), the side surface of the fuel electrode and the peripheral surface of the fuel electrode surface are covered with the electrolyte.
[0021]
The support membrane SOFC cell, an elastic member for circulating air, and an air introduction pipe are wrapped with an alloy foil. The elastic member is for circulating air and having elasticity between the air electrode of the cell and the alloy foil, and is constituted by a corrugated sheet, felt, mesh, or other appropriate structure. As the constituent material, nickel, nickel alloy, or other heat-resistant metal or heat-resistant alloy capable of exhibiting elasticity is used. The air introduction pipe is made of a material such as alumina. The air introduced from the upper part of the air introduction pipe passes through the air introduction pipe, exits at the lower part thereof, turns back, and flows between the elastic member and the air electrode from the gap between the lower part of the alloy foil and the cell. Supplied to the air electrode of the cell.
[0022]
<Aspect of the Support Membrane SOFC Module of the Present Invention (D)>
The support membrane SOFC module of the present invention (D) is configured by using the support membrane SOFC stack of the above invention (C) and laminating a plurality of them through an interconnector. A heat-resistant insulating sheet is disposed on the periphery. The interconnector serves also as an elastic property between the stacks and a fuel flow path, and presses the alloy foil portion of the stack and the fuel electrode portion of the next stack. One end surface of the interconnector needs to be in contact with the alloy foil, and the other end surface needs to be in contact only with the fuel electrode surface. Between each stack, in order to prevent the short circuit between the alloy foils and the short circuit between the fuel electrode and the alloy foil due to the interconnector in the same stack, an insulating sheet is inserted at the peripheral portion. The insulating sheet may be any sheet that is resistant to high temperatures and electrically insulating. For example, a mica sheet or the like is used.
[0023]
Fuel is introduced from the lower part of the casing, flows upward on the outer wall of each stack, and is ejected from the upper partition into the combustion zone. On the other hand, the air is introduced into the air introduction pipe after passing through the upper header in the casing, that is, the fuel buffer portion, flows downward, is discharged at the lower portion of the stack, is folded, flows upward in the stack, and flows from the upper end of the stack. It flows into the combustion zone. Spent fuel and spent air are mixed in the combustion zone, burned and discharged as exhaust gas.
[0024]
<Aspect of Support Membrane SOFC Module of the Present Invention (E)>
The support membrane SOFC module of the present invention (E) is formed by laminating a plurality of stacks wrapped with an alloy foil having an opening on the air electrode side with an interconnector interposed therebetween, and has one end in the fuel and air flow direction. Seal with alloy foil and open the other end. Then, in each of the stacks connected to the fuel supply pipe, a fuel introduction pipe connected to the fuel supply pipe is arranged in the sealing portion of the alloy foil, and these are the air insulating walls provided with air circulation pores. It arrange | positions above and a fuel introduction pipe | tube is comprised so that it may penetrate a heat insulation wall and may reach the lower part of a heat insulation wall. The air is supplied from the lowermost part and flows upward by passing through the side of the fuel introduction pipe. The heat insulating wall is provided with pores through which air passes, and is supplied to the outer surface of each stack through the heat insulating wall. The spent air mixes and burns with spent fuel in a region that passes through the upper partition of the stack, and is discharged out of the module.
[0025]
<Aspect of Supporting Film Type SOFC Module of the Present Invention (F)>
In the present invention (E), the fuel and air are supplied from the same side. However, in the support membrane SOFC module of the present invention (F), the air supply position is opposite to the fuel supply position. That is, it is different in that it is on the opposite side. A plurality of stacks wrapped with an alloy foil having an opening on the air electrode side are stacked via an interconnector, and one end is sealed with the alloy foil and the other end is opened. For each stack, a stack in which a fuel introduction pipe connected to a fuel supply pipe is arranged on the heat insulation wall, and the fuel introduction pipe passes through the heat insulation wall and reaches the bottom of the heat insulation wall. Configure.
[0026]
Then, air introduction pipes are arranged between the stacks and on both right and left sides thereof, and air is passed through the air introduction pipes so that the outer periphery of each stack is lowered from the upper end thereof. That is, air enters from the upper end of the air introduction pipe, descends in the air introduction pipe, is discharged at the lower end thereof, turns back there, rises up the outer periphery of each stack, and opens the air electrode, that is, the alloy foil constituting the stack. Circulate side. Used air is discharged into the upper combustion zone. On the other hand, the fuel flows through the fuel electrode in each stack through the fuel supply pipe and the fuel introduction pipe, and the used fuel is mixed and burned with the used air in the combustion zone and discharged outside the module.
[0027]
In the present invention, any support membrane type SOFC cell may be used. As the constituent material of the fuel electrode, for example, Ni / YSZ cermet is used, for example, yttria stabilized zirconia (YSZ) is used as the electrolyte material, and as the constituent material of the air electrode, for example, Sr-doped LaMnO is used. Three Etc. are used. The fuel supplied to the support membrane SOFC stack and the support membrane SOFC module of the present invention includes hydrocarbons, city gas, LP gas, natural gas, gasoline, light oil, kerosene, diesel oil, alcohols (methyl alcohol, Ethyl alcohol etc.), dimethyl ether (DME) etc. are used.
[0028]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in more detail based on an Example, of course, this invention is not limited to these Examples.
[0029]
<Example 1>
1-2 is a figure which shows the Example of this invention (A). As shown in FIG. 1, the support membrane type SOFC cell and the elastic member are juxtaposed, and fuel introduction pipes are arranged on both the left and right sides of the cell, and these are covered with an alloy foil provided with a window or opening on the air electrode side. The As a manufacturing process, for example, first, the air electrode portion of the cell is arranged inside the opening of the alloy foil, and the electrolyte and the alloy foil are brazed and joined. Thereafter, an elastic member is disposed on the fuel electrode surface of the cell, and fuel introduction pipes are disposed on the left and right sides of the cell, that is, on the left and right sides of the fuel electrode, and the whole is covered with the alloy foil. Next, the alloy foils are joined by joining the side edge portions by brazing or the like.
[0030]
Finally, the lower part of the alloy foil is sealed by brazing or the like while keeping a distance from the cell. The interval portion is a portion forming a fuel supply header or a fuel supply buffer portion to the fuel electrode of the cell. A metal brazing material is used as the brazing material, but it may be joined with a glass joining material or the like. FIG. 2 is a diagram showing the stack configured as described above, and the arrows in FIG. 2 indicate the fuel flow direction. As shown in FIG. 2, the fuel introduced from the upper part of the fuel introduction pipes on both the left and right sides passes through the fuel introduction pipes, exits at the lower part thereof, and then turns back from the gap between the lower part of the alloy foil and the cells. It is distributed between the alloy foil part and the fuel electrode while being distributed and supplied to the fuel electrode of the cell. Air is supplied to the air electrode side.
[0031]
<Example 2>
3 to 5 are diagrams showing an embodiment of the present invention (B), and correspond to an embodiment of a module using the stack of the present invention (A). Although FIG. 3 shows a case where two of the stacks are stacked, the same applies to the case where three or more stacks are stacked. As shown in FIG. 3, a conductive interconnector is disposed between the two stacks, and the air electrode portion of the stack and the alloy foil portion of the next stack are pressed against each other. Since the interconnector also has a role of an air flow passage, it is configured in a wave shape or other shape in which air flows, but FIG. 3 shows a wave shape. An insulating sheet is inserted between the stacks so that the alloy foils of the two stacks are in contact with each other and the cell is not short-circuited. The insulating sheet may be an insulating sheet that is resistant to high temperatures and is, for example, a mica sheet.
[0032]
FIG. 4 is a diagram showing the appearance of a module in which a large number of stacks are stacked as described above. During operation, the fuel passes through the fuel introduction pipe downward, turns back at the lower part, and flows through the gap between the lower part of the alloy foil and the cell while diffusing between the alloy foil and the fuel electrode, that is, the elastic member. And supplied to the fuel electrode of the cell. On the other hand, air is introduced from the lower part of each stack, flows outside the respective stacks on the surface of the air electrode using the wave-like flow path of the interconnector, and is supplied to the cells. Spent fuel and spent air are automatically mixed and burned at the top of the module, i.e., at the top of the module, i.e. at the cut of the alloy foil.
[0033]
FIG. 5 is a diagram showing the flow of each fluid and the current collection state in the present support membrane type SOFC module. In the module configured as shown in FIGS. 3 to 4, current collecting plates are arranged on both sides thereof and accommodated in a casing. Thereby, the module is accommodated in a state of being pushed in from both sides by the current collector plate. The casing also serves as a wall that seals air. A fuel sealing wall is provided in the upper part of the casing, and an air sealing wall is provided in the lower part of the casing. A lead wire extends from the current collector plate, and current is taken out of the casing.
[0034]
During operation, air is introduced from the lower part of the casing, flows upward through the outer wall of each stack, passes through the upper partition, and is ejected to the combustion zone. On the other hand, the fuel is introduced into the fuel introduction pipe through the upper fuel buffer portion in the casing, flows downward, is discharged from the fuel introduction pipe at the lower part in each stack, is folded, and flows upward in the stack. And flow into the combustion zone. In the combustion zone, spent fuel and spent air are mixed, burned and discharged as exhaust gas. Room temperature air needs to be supplied to the stack after heat exchange through exhaust gas and an external heat exchanger and then heated, but room temperature fuel passes through the fuel introduction pipe in the combustion zone and the side of the stack. Heated.
[0035]
<Example 3>
6-8 is a figure which shows the Example of this invention (C). The structure of the support membrane type SOFC cell is different from the conventional support membrane type cell in that the electrolyte membrane is formed up to the back surface portion of the fuel electrode. In the conventional support membrane type SOFC cell, the fuel electrode is exposed on the side surface of the fuel electrode. As shown in FIG. 6, in this support membrane type SOFC cell, the side surface and the peripheral upper surface of the fuel electrode are covered with the electrolyte membrane. Formed. The stack is configured by wrapping a support membrane cell having the above structure, an elastic member for air circulation, and an air introduction pipe with an alloy foil having a window or opening on the fuel electrode side. The elastic member is used to circulate air and have elasticity, and may be a corrugated sheet, felt, mesh, or other appropriate structure. FIG. 7 shows a case where a corrugated sheet is used. As the constituent material, nickel, nickel alloy, or other heat-resistant metal or alloy capable of exhibiting elasticity is used. The air introduction pipe is made of a material such as alumina.
[0036]
As shown in FIG. 7, the cell is composed of a support membrane type SOFC cell, an air introduction tube, an alloy foil, and a corrugated plate. The alloy foil is provided with a window or opening in the fuel electrode side so as to wrap the supporting membrane SOFC cell and the corrugated plate with the alloy foil. As a manufacturing process, for example, first, the fuel electrode part of the cell (in FIG. 7, the back side of the cell) is arranged inside the opening of the alloy foil, and the electrolyte membrane on the fuel electrode surface (as described above, the fuel electrode The peripheral surface of the surface facing the air electrode is covered with an electrolyte membrane) and the alloy foil is joined by brazing.
[0037]
After that, the air introduction tube is placed close to and disposed on both sides of the fuel electrode of the cell (as described above, both sides of the fuel electrode are covered with the electrolyte membrane), and the corrugated plate is placed near and placed on the surface of the air electrode. And wrap the whole with alloy foil. Next, the alloy foils are joined together by brazing the side edge portions. Finally, the lower part of the alloy foil is sealed by brazing at a distance from the cell. The interval portion is a portion that forms a header for supplying air to the air electrode of the cell, that is, an air buffer portion. A metal brazing material is used as the brazing material, but may be joined with a glass joining material or the like.
[0038]
FIG. 8 is a diagram showing the stack configured as described above, and the arrows in FIG. 8 indicate the direction of air flow. As shown in FIG. 8, air is introduced into the air introduction pipes on both the left and right sides of the fuel electrode from the upper part thereof, passes through the air introduction pipe, exits at the lower part thereof, is folded, and is formed between the lower part of the alloy foil and the air electrode side of the cell. From the gap, the air flows between the corrugated plate and the air electrode and is supplied to the air electrode of the cell. Fuel is supplied to the fuel electrode side of the cell. In FIG. 8, the description of the alloy foil is omitted.
[0039]
<Example 4>
FIGS. 9 to 12 are diagrams showing examples of the present invention (D), and correspond to modules using the stack of the present invention (C). Although FIG. 9 shows a case where two stacks are stacked, the same applies to a case where three or more stacks are stacked. As shown in FIG. 9, an interconnector also serving as a fuel flow path is provided between the two stacks, and the alloy foil portion of the stack and the fuel electrode portion of the next stack are pressed against each other. The interconnector has a role of a fuel passage in addition to imparting elasticity, and is configured in a felt shape, a wave shape, or other shapes in which fuel flows, but FIG. 9 shows a case where Ni felt is used as an example. In addition, description of the air introduction pipe | tube is abbreviate | omitted in each stack of FIG.
[0040]
One end surface of the Ni felt needs to be in contact with the alloy foil (the back surface of the left stack in FIG. 9), and the other end surface needs to be in contact only with the fuel electrode surface. In order to prevent a short circuit between the alloy foils and a short circuit between the fuel electrode and the alloy foil due to the Ni felt in the same stack, an insulating sheet is interposed between the peripheral edges of the Ni felts. The insulating sheet may be any sheet that is resistant to high temperatures and electrically insulating. For example, a mica sheet is used. The fuel is introduced from the lower part of the stack, flows upward on the surface of the fuel electrode using the flow path of the interconnector, and is supplied to the cell.
[0041]
FIG. 10 is a perspective view showing the appearance of a module in which a large number of stacks are stacked as described above. During operation, air passes downward through the air introduction pipe, is released at its lower part, turns back, and flows through the corrugated plate part from the lower part of the alloy foil and the cell, and is supplied to the air electrode of the cell. Is done. On the other hand, the fuel is introduced from the lower part of the module, flows outside the stack through the flow path of the interconnector, flows upward on the surface of the fuel electrode, and is supplied to the cell. Spent fuel and spent air are automatically mixed and burned at the top of the module, that is, at the top of the module (i.e. above the cut at the top of the alloy foil).
[0042]
FIG. 11 is a diagram showing the flow of each fluid and the current collection state in the support membrane SOFC module of this example. The SOFC module configured as shown in FIG. 10 has current collecting plates arranged on both sides thereof and is accommodated in a casing. Thereby, a module is accommodated in a casing in the state pushed in from the both sides by the current collecting plate. The casing also serves as a wall for sealing the fuel together with the fuel sealing wall at the lower part thereof, and an air sealing wall is provided at the upper part thereof. A lead wire extends from the current collector plate, and current is taken out of the casing.
[0043]
During operation, fuel is introduced from the lower part of the casing, flows upward through the outer wall of each stack, and jets into the combustion zone through the upper partition, that is, the lower partition among the upper and lower partition walls constituting the combustion zone. On the other hand, the air is introduced into the air introduction pipe after passing through the upper air supply header, that is, the air buffer portion in the casing, flows downward in the air introduction pipe, is discharged at the lower part of each stack, is folded, It flows upward in the stack and flows into the combustion zone from the upper end of each stack. In the combustion zone, spent fuel and spent air are mixed, burned and discharged as exhaust gas. The room temperature fuel needs to be supplied to the stack after the temperature is raised by exchanging heat with an exhaust gas and an external heat exchanger. In this embodiment, the room temperature air passes through the air introduction pipe in the combustion zone. And heated on the side in each stack.
[0044]
The gas distribution method can be implemented in various ways. For example, this module uses alloy foil, that is, a thin alloy material for each stack part, so there is a danger that the temperature of the alloy part will become abnormally high. In this case, there is a problem with the durability of the alloy. May occur. In particular, in the region where spent fuel and spent air are mixed and burned at the exit of each stack, the temperature rises, which may cause a problem in the durability of the edge portion of the alloy material. Therefore, the used air that has come out from the inside of each stack and the used fuel that has passed through the external wall of each stack are once discharged out of the stack through another path and burned outside the stack region. FIG. 12 is a diagram showing this example.
[0045]
As shown in FIG. 12, a combustion section is provided outside the module, and used air that has come out from the inside of each stack and used fuel that has passed through the outer wall of each stack are discharged out of the module and burned in the combustion section. By doing so, the temperature rise at the edge portion above each stack is suppressed, and the durability of the alloy material can be enhanced. In this case, the amount of heat feedback to each stack portion is reduced, but in order to compensate for this, the heat recovery may be performed by exchanging the combustion exhaust gas generated in the combustion section with the air introduced into the module. This heat recovery can be performed by disposing a heat exchanger for both fluids outside the module.
[0046]
< Reference example 1 >
13-14 show the present invention. Reference example 1 FIG. 14 is a view in which the module shown in FIG. 13 is housed in a casing and the cross section thereof is viewed from the lateral direction. In both figures, the dimensions of the respective members are appropriately expanded and contracted for explanation. Book Reference example 1 The support membrane type SOFC module is formed by stacking a plurality of stacks wrapped with an alloy foil having an opening on the air electrode side with an interconnector interposed therebetween, and for each stack, one end in the fuel and air flow direction, that is, The fuel introduction side is sealed with an alloy foil, and the other end is opened. Then, a fuel introduction pipe connected to the fuel supply pipe is arranged at each sealing portion of the alloy foil of each stack, and these are arranged on a heat insulation wall provided with air circulation pores. It is configured to penetrate to the bottom of the heat insulating wall. That is, each fuel introduction pipe is connected to a fuel supply pipe arranged at the lower part of the heat insulating wall.
[0047]
As shown in FIGS. 13 to 14, a module is configured by stacking a plurality of SOFC stacks formed by wrapping with an alloy foil via an interconnector. The alloy foil at one end (the lower end in FIGS. 13 to 14) of each SOFC stack is sealed, and the upper end is opened. In the sealing portion of the alloy foil, the fuel introduction pipe is arranged facing the sealing portion of the alloy foil for each stack. The fuel introduction pipe is made of a heat-resistant alloy, and the opening of the fuel introduction pipe faces the stack and is joined to the sealing portion. The joining is performed by brazing or the like.
[0048]
Then, the SOFC module, that is, each stacked SOFC stack is disposed on the heat insulating wall, and the fuel introduction pipe penetrates the heat insulating wall and reaches the lower part of the heat insulating wall. Each fuel introduction pipe is joined to a fuel supply pipe arranged in the horizontal direction at the lower part of the heat insulating wall. That is, a heat insulating wall is arranged so that the fuel introduction pipe connected to each stack passes through the heat insulating wall and reaches the lower part of the heat insulating wall. In this way, the joint between the fuel introduction pipe and the fuel supply pipe can be kept at room temperature, so that the fuel introduction pipe and the fuel supply pipe can be joined flexibly.
[0049]
During operation, the fuel flows from the fuel supply pipe through the fuel introduction pipe to the fuel electrode side in each stack, and is then discharged as spent fuel into the combustion zone. On the other hand, the air is supplied from the lowermost part in FIG. 14, flows through the air circulation pores of the heat insulation wall, flows upward through the side of the fuel introduction pipe, and is supplied to the outer surface of each stack. It circulates on the air electrode side. The spent air passes through the upper partition of the stack, mixes with the spent fuel in the combustion zone, burns, and is discharged out of the module as exhaust gas.
[0050]
< Reference example 2 >
15 to 16 show the present invention. Reference example 2 FIG. 16 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. Reference Example 1 In the support membrane type SOFC module, the fuel and air are supplied from the same side. Reference Example 2 The support membrane type SOFC module is different in that the air supply position is opposite to the fuel supply position. A plurality of stacks wrapped with an alloy foil having an opening on the air electrode side are stacked via an interconnector, and one end is sealed with the alloy foil and the other end is opened. For each stack, a stack in which a fuel introduction pipe connected to a fuel supply pipe is arranged on the heat insulation wall, and the fuel introduction pipe passes through the heat insulation wall and reaches the bottom of the heat insulation wall. Configure.
[0051]
As shown in FIG. 15, a plurality of stacks wrapped with an alloy foil are stacked via an interconnector. One end of the alloy foil (lower part in FIG. 15) is sealed with the alloy foil, and the other end (upper part in FIG. 15) is opened. In the sealing portion of the alloy foil, a fuel introduction pipe is joined and arranged for each stack with its opening facing the stack. The joining is performed by brazing or the like. The entire stack of the plurality of stacks thus configured is arranged on the heat insulating wall so that the fuel introduction pipe passes through the heat insulating wall and reaches the lower part of the heat insulating wall. The fuel introduction pipe is joined to a fuel supply pipe arranged in the horizontal direction at the lower part of the heat insulating wall. By arranging the heat insulating wall in this way, the fuel introduction pipe penetrates the heat insulating wall and reaches the lower part of the heat insulating wall. Thereby, since the junction part of a fuel introduction pipe and a fuel supply pipe can be kept at room temperature by the heat insulation by a heat insulation wall, joining of a fuel introduction pipe and a fuel supply pipe can be made into flexible joining. .
[0052]
Then, as shown in FIG. 16, air introduction pipes are arranged between the stacks and on both the left and right sides of the stacks. During operation, air enters the air introduction pipe at its upper end, descends through the air introduction pipe, is released at its lower end, and then turns back to rise up the outer periphery of each stack, forming the air electrode side, that is, the stack. Distributes through the opening side of the alloy foil. The spent air passes through a partition wall (a lower partition wall among the upper and lower partition walls constituting the combustion zone in FIG. 15) and is mixed and burned with the spent fuel in the combustion zone. On the other hand, the fuel passes through the fuel supply pipe and the fuel introduction pipe, flows through the fuel electrode side in each stack, and mixes and burns with the used air in the upper combustion zone. Combustion exhaust gas is discharged outside the module.
[0053]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to configure a support membrane type SOFC stack and a support membrane type SOFC module in which the gas sealing portion is remarkably reduced without going through many steps as in the prior art. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 shows a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 shows a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 shows a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 shows a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram of the present invention. Reference example 1 Figure showing
FIG. 14 shows the present invention. Reference example 1 Figure showing
FIG. 15 shows the present invention. Reference example 2 Figure showing
FIG. 16 shows the present invention. Reference example 2 Figure showing
FIG. 17 is a diagram showing a configuration example of a conventional support membrane type SOFC cell.
FIG. 18 is a diagram showing a configuration example of a conventional support membrane type SOFC;
FIG. 19 is a diagram showing a configuration example of a conventional support membrane SOFC.
FIG. 20 is a diagram showing a configuration example of a conventional support membrane SOFC module.
Claims (12)
（ａ）順次燃料極、電解質膜及び空気極を積層してなる支持膜式セルと、前記燃料極側に配置した、燃料を流通させるフェルト構造またはメッシュ構造の耐熱性金属または耐熱性合金からなる弾性部材と、燃料極側への燃料の流れ方向に直交する方向の燃料極の左右両側に配置した燃料導入管とを、空気極側に開口を設けた合金箔で包んでなり、
（ｂ）前記弾性部材は前記合金箔と前記燃料極との間に配置され、
（ｃ）前記燃料導入管の端部から放出された燃料流が前記弾性部材側の合金箔部分と燃料極間を燃料導入管中の燃料流とは逆方向に流れるようになっており、
（ｄ）前記合金箔の空気極側の開口は、前記空気極の外周に接しない大きさの開口であり、且つ、
（ｅ）前記合金箔が、その空気極側の開口部が前記空気極に接しないように、空気極の周囲の電解質にろう付けして接合されている、
ことを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池スタック。A supported membrane solid oxide fuel cell stack having an outer periphery wrapped with an alloy foil having an opening on the air electrode side,
(A) A support membrane type cell in which a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode are sequentially laminated, and a heat-resistant metal or heat-resistant alloy having a felt structure or a mesh structure that is disposed on the fuel electrode side and that distributes fuel. The elastic member and the fuel introduction pipes arranged on the left and right sides of the fuel electrode in the direction orthogonal to the fuel flow direction to the fuel electrode side are wrapped with an alloy foil having openings on the air electrode side,
(B) The elastic member is disposed between the alloy foil and the fuel electrode,
(C) The fuel flow discharged from the end of the fuel introduction pipe flows between the alloy foil portion on the elastic member side and the fuel electrode in a direction opposite to the fuel flow in the fuel introduction pipe,
(D) The opening on the air electrode side of the alloy foil is an opening having a size that does not contact the outer periphery of the air electrode, and
(E) The alloy foil is brazed and joined to an electrolyte around the air electrode such that the opening on the air electrode side does not contact the air electrode.
A supported membrane solid oxide fuel cell stack.
（Ａ）支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックが、
（ａ）順次燃料極、電解質膜及び空気極を積層してなる支持膜式セルと、前記燃料極側に配置した、燃料を流通させるフェルト構造またはメッシュ構造の耐熱性金属または耐熱性合金からなる弾性部材と、燃料極側への燃料の流れ方向に直交する方向の燃料極の左右両側に配置した燃料導入管とを、空気極側に開口を設けた合金箔で包んでなり、
（ｂ）前記弾性部材は前記合金箔と前記燃料極との間に配置され、
（ｃ）前記燃料導入管の端部から放出された燃料流が前記弾性部材側の合金箔部分と燃料極間を燃料導入管中の燃料流とは逆方向に流れるようになっており、
（ｄ）前記合金箔の空気極側の開口は、前記空気極の外周に接しない大きさの開口であり、
（ｅ）前記合金箔が、その空気極側の開口部が前記空気極に接しないように、空気極の周囲の電解質にろう付けして接合されて構成されてなり、
そして、
（Ｂ）上記支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックの複数個を、各スタックの空気極側と次のスタックの燃料極側の合金箔との間に空気流通路を有する導電性のインターコネクタを配置し、且つ隣接する燃料電池スタックの合金箔同士が接触しないように枠状の絶縁性シートを当該インターコネクタの周縁に配置して積層してなる、
ことを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池モジュール。A support membrane type solid oxide fuel cell module using a support membrane type solid oxide fuel cell stack formed by wrapping the outer periphery with an alloy foil having an opening on the air electrode side,
(A) The support membrane type solid oxide fuel cell stack is
(A) A support membrane cell in which a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode are sequentially stacked, and a heat-resistant metal or heat-resistant alloy having a felt structure or a mesh structure that is disposed on the fuel electrode side and that circulates the fuel. The elastic member and the fuel introduction pipes arranged on the left and right sides of the fuel electrode in the direction perpendicular to the fuel flow direction to the fuel electrode side are wrapped with an alloy foil having openings on the air electrode side,
(B) The elastic member is disposed between the alloy foil and the fuel electrode,
(C) The fuel flow discharged from the end portion of the fuel introduction pipe flows between the alloy foil portion on the elastic member side and the fuel electrode in a direction opposite to the fuel flow in the fuel introduction pipe,
(D) The opening on the air electrode side of the alloy foil is an opening having a size that does not contact the outer periphery of the air electrode;
(E) The alloy foil is constituted by brazing and joining to an electrolyte around the air electrode so that the opening on the air electrode side does not contact the air electrode,
And
(B) A conductive interconnector having a plurality of the support membrane type solid oxide fuel cell stacks having an air flow path between the air electrode side of each stack and the alloy foil on the fuel electrode side of the next stack. The frame-shaped insulating sheet is disposed and laminated on the periphery of the interconnector so that the alloy foils of adjacent fuel cell stacks do not contact each other .
A supported membrane solid oxide fuel cell module.
（ａ）順次燃料極、電解質膜及び空気極を積層し、且つ、燃料極の側面及び燃料極の周縁上面まで電解質で覆って構成した支持膜式セルと、空気を流通させる波板、フェルト構造またはメッシュ構造の耐熱性金属または耐熱性合金からなる弾性部材と、燃料極面への燃料流方向に直交する方向の燃料極の左右両側に配置した空気導入管とを、燃料極側に開口を設けた合金箔で包んでなり、
（ｂ）前記弾性部材は前記合金箔と前記空気極との間に配置され、
（ｃ）前記空気導入管の端部から放出された空気流が前記弾性部材側の合金箔部分と空気極間を空気導入管中の空気流とは逆方向に流れるようになっており、
（ｄ）前記合金箔の燃料極側の開口は、前記燃料極の外周に接しない大きさの開口であり、
（ｅ）前記合金箔が、その燃料極側の開口部が前記燃料極に接しないように、燃料極の周囲の電解質にろう付けして接合されている、
ことを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池スタック。A support membrane type solid oxide fuel cell stack having an outer periphery wrapped with an alloy foil having an opening on the fuel electrode side,
(A) A support membrane cell in which a fuel electrode, an electrolyte membrane and an air electrode are sequentially stacked and covered with an electrolyte up to the side surface of the fuel electrode and the peripheral upper surface of the fuel electrode, and a corrugated plate and a felt structure for circulating air Alternatively, an elastic member made of a heat-resistant metal or heat-resistant alloy having a mesh structure, and air introduction pipes arranged on the left and right sides of the fuel electrode in the direction perpendicular to the fuel flow direction to the fuel electrode surface, have openings on the fuel electrode side. Wrapped with the provided alloy foil,
(B) The elastic member is disposed between the alloy foil and the air electrode,
(C) The air flow discharged from the end of the air introduction tube flows in the opposite direction to the air flow in the air introduction tube between the alloy foil part on the elastic member side and the air electrode,
(D) The opening on the fuel electrode side of the alloy foil is an opening having a size that does not contact the outer periphery of the fuel electrode;
(E) The alloy foil is brazed and joined to an electrolyte around the fuel electrode such that the opening on the fuel electrode side does not contact the fuel electrode.
A supported membrane solid oxide fuel cell stack.
（Ａ）支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックが、
（ａ）順次燃料極、電解質膜及び空気極を積層し、且つ、燃料極の側面及び燃料極の周縁上面まで電解質で覆って構成した支持膜式セルと、空気を流通させる波板、フェルト構造またはメッシュ構造の耐熱性金属または耐熱性合金からなる弾性部材と、燃料極面への燃料流方向に直交する方向の燃料極の左右両側に配置した空気導入管とを、燃料極側に開口を設けた合金箔で包んでなり、
（ｂ）前記弾性部材は前記合金箔と前記空気極との間に配置され、
（ｃ）前記空気導入管の端部から放出された空気流が前記弾性部材側の合金箔部分と空気極間を空気導入管中の空気流とは逆方向に流れるようになっており、
（ｄ）前記合金箔の燃料極側の開口は、前記燃料極の外周に接しない大きさの開口であり、
（ｅ）前記合金箔が、その燃料極側の開口部が前記燃料極に接しないように、燃料極の周囲の電解質にろう付けして接合されて構成されてなり、
そして、
（Ｂ）上記支持膜式固体酸化物形燃料電池スタックの複数個を、各スタックの燃料極側と次のスタックの空気極側の合金箔との間に燃料流通路を有する導電性のインターコネクタを配置し、且つ隣接する燃料電池スタックの合金箔同士が接触しないように枠状の絶縁性シートを当該インターコネクタの周縁に配置して積層してなる、
ことを特徴とする支持膜式固体酸化物形燃料電池モジュール。A support membrane type solid oxide fuel cell module using a support membrane type solid oxide fuel cell stack formed by wrapping the outer periphery with an alloy foil having an opening on the fuel electrode side,
(A) The support membrane type solid oxide fuel cell stack is
(A) A support membrane cell in which a fuel electrode, an electrolyte membrane and an air electrode are sequentially stacked and covered with an electrolyte up to the side surface of the fuel electrode and the peripheral upper surface of the fuel electrode, and a corrugated plate and a felt structure for circulating air Alternatively, an elastic member made of a heat-resistant metal or heat-resistant alloy having a mesh structure, and air introduction pipes arranged on the left and right sides of the fuel electrode in the direction perpendicular to the fuel flow direction to the fuel electrode surface, have openings on the fuel electrode side. Wrapped with the provided alloy foil,
(B) The elastic member is disposed between the alloy foil and the air electrode,
(C) The air flow discharged from the end of the air introduction tube flows in the opposite direction to the air flow in the air introduction tube between the alloy foil part on the elastic member side and the air electrode,
(D) The opening on the fuel electrode side of the alloy foil is an opening having a size that does not contact the outer periphery of the fuel electrode;
(E) The alloy foil is configured to be brazed and joined to an electrolyte around the fuel electrode such that the opening on the fuel electrode side does not contact the fuel electrode,
And
(B) A conductive interconnector having a fuel flow path between a plurality of the support membrane type solid oxide fuel cell stacks between the fuel electrode side of each stack and the alloy foil on the air electrode side of the next stack The frame-shaped insulating sheet is disposed and laminated on the periphery of the interconnector so that the alloy foils of adjacent fuel cell stacks do not contact each other .
A supported membrane solid oxide fuel cell module.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003109583A JP4198512B2 (en) | 2003-04-14 | 2003-04-14 | Solid oxide fuel cell stack and module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003109583A JP4198512B2 (en) | 2003-04-14 | 2003-04-14 | Solid oxide fuel cell stack and module |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004319187A JP2004319187A (en) | 2004-11-11 |
| JP4198512B2 true JP4198512B2 (en) | 2008-12-17 |
Family
ID=33470694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003109583A Expired - Fee Related JP4198512B2 (en) | 2003-04-14 | 2003-04-14 | Solid oxide fuel cell stack and module |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4198512B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5253484B2 (en) * | 2003-10-22 | 2013-07-31 | 京セラ株式会社 | Fuel cell |
-
2003
- 2003-04-14 JP JP2003109583A patent/JP4198512B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004319187A (en) | 2004-11-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4677184B2 (en) | Horizontal fuel cell tube system and method | |
| EP0442741B1 (en) | Solid oxide fuel cell | |
| JP7001407B2 (en) | Fuel cell cell stack device | |
| JP7174498B2 (en) | Electrochemical element unit, electrochemical module, electrochemical device, energy system, solid oxide fuel cell unit and solid oxide electrolysis cell unit | |
| JP5377271B2 (en) | Cell stack device, fuel cell module and fuel cell device | |
| JP2010232181A (en) | Current-collecting member, fuel cell stack, and fuel cell | |
| JP5307376B2 (en) | Fuel reforming fuel cell | |
| JP4198512B2 (en) | Solid oxide fuel cell stack and module | |
| JP6495994B2 (en) | Fuel cell device | |
| JP3096721B2 (en) | Disc-stacked solid electrolyte fuel cell | |
| JP2005317291A (en) | Supporting film type solid oxide fuel cell stack, and manufacturing method of the same | |
| JP4814497B2 (en) | Fuel cell | |
| JP2005317241A (en) | Supporting film type solid oxide fuel cell stack, and manufacturing method of the same | |
| JP4184139B2 (en) | Support membrane type solid oxide fuel cell stack and manufacturing method thereof | |
| JP3153901B2 (en) | Disc-stacked solid electrolyte fuel cell | |
| JP2005317292A (en) | Supporting film type solid oxide fuel cell stack | |
| JP4271538B2 (en) | Support membrane type solid oxide fuel cell stack and manufacturing method thereof | |
| JP5451423B2 (en) | Cell stack device, fuel cell module and fuel cell device | |
| JP2005317279A (en) | Supporting film type solid oxide fuel cell stack, and manufacturing method of the same | |
| JP2013077485A (en) | Fuel battery device | |
| AU2002303948A1 (en) | Horizontal solid oxide fuel cell tube systems and methods |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050520 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071220 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080122 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080321 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080722 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080826 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080930 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20081001 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111010 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4198512 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121010 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121010 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131010 Year of fee payment: 5 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |