JP4418196B2

JP4418196B2 - Fuel cell module

Info

Publication number: JP4418196B2
Application number: JP2003311734A
Authority: JP
Inventors: 滋大隈; 洋佃; 好章井上; 長生久留; 豊川口
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-09-03
Filing date: 2003-09-03
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2023-09-03
Also published as: JP2005079060A

Description

本発明は、固体電解質型燃料電池管、固体電解質型燃料電池モジュール、固体電解質型水電解モジュールに関し、特に効率を改善する固体電解質型燃料電池管、固体電解質型燃料電池モジュール、固体電解質型水電解モジュールに関する。 The present invention relates to a solid electrolyte fuel cell tube, a solid electrolyte fuel cell module, and a solid electrolyte water electrolysis module, and more particularly to a solid electrolyte fuel cell tube, a solid electrolyte fuel cell module, and a solid electrolyte water electrolysis that improve efficiency. Regarding modules.

燃料ガスと酸化剤ガス（例示：空気）とを供給され、電力を発生する燃料電池が知られている。基体管上に横縞状又は縦縞状に燃料電池を形成した燃料電池管や、平板型の燃料電池を複数積層した燃料電池スタックの形で発電を行うことが知られている。燃料電池の構造をそのまま用いて水蒸気を電気分解して水素と酸素を得る水電解セル（水素製造装置）が知られている。 There is known a fuel cell that is supplied with a fuel gas and an oxidant gas (eg, air) and generates electric power. It is known to generate power in the form of a fuel cell tube in which fuel cells are formed in a horizontal stripe shape or a vertical stripe shape on a base tube, or a fuel cell stack in which a plurality of flat plate type fuel cells are stacked. 2. Description of the Related Art A water electrolysis cell (hydrogen production apparatus) that uses hydrogen as a fuel cell to electrolyze water vapor to obtain hydrogen and oxygen is known.

燃料電池の一つである固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）及びその逆反応を用いる水素製造装置は、１０００℃程度の高温で発電される。そのため、発電部（水電解部）とその周辺の非発電部（非水電解部）とでは、大幅な温度差が生じやすい。例えば、燃料電池管の場合、燃料電池を支持している端の支持部と発電をしている中央付近の発電部とでは、大幅な温度差が生じる。そのため、支持部の近傍まで燃料電池を設けることが出来ず、その部分がデッドスペースとなっている。また、複数の燃料電池管で形成される燃料電池モジュールの場合、モジュールを収める容器の壁面に近いほど容器内の温度が低くなる。そのため、壁面の近傍まで燃料電池管を設けることが出来ず、その部分がデッドスペースとなっている。 A solid oxide fuel cell (SOFC) which is one of fuel cells and a hydrogen production apparatus using the reverse reaction generate electric power at a high temperature of about 1000 ° C. Therefore, a significant temperature difference tends to occur between the power generation unit (water electrolysis unit) and the surrounding non-power generation unit (non-aqueous electrolysis unit). For example, in the case of a fuel cell tube, a large temperature difference occurs between the end supporting portion supporting the fuel cell and the power generating portion near the center generating power. Therefore, the fuel cell cannot be provided up to the vicinity of the support portion, and that portion is a dead space. In the case of a fuel cell module formed of a plurality of fuel cell tubes, the temperature inside the container decreases as the wall surface of the container that houses the module is closer. Therefore, the fuel cell tube cannot be provided up to the vicinity of the wall surface, and that portion is a dead space.

そのような本来非発電の領域に燃料電池を設けることは可能である。しかし、温度が低いため、十分な発電性能は望めない。そのため、逆に抵抗になり、効率を低下させる可能性がある。このようなことは、他のタイプの燃料電池（例示：平板型）や、水電解セル（水素製造装置）についても、同様に当てはまる。 It is possible to provide a fuel cell in such an originally non-power generation region. However, since the temperature is low, sufficient power generation performance cannot be expected. Therefore, conversely, it becomes resistance, and there is a possibility that efficiency is lowered. The same applies to other types of fuel cells (example: flat plate type) and water electrolysis cells (hydrogen production apparatus).

使用されていないスペースを有効に利用して、発電を行うことが可能な技術が望まれる。低温領域と高温領域とが混在する場合でも、有効に発電を行うことが可能な技術が望まれる。体積あたりの発電効率を向上させることが可能な技術が求められる。 A technique capable of generating electricity by effectively using a space that is not used is desired. Even when a low temperature region and a high temperature region coexist, a technique capable of effectively generating power is desired. A technique capable of improving the power generation efficiency per volume is required.

関連する技術として、特開２００２−２３７３１２号公報に固体電解質型燃料電池の技術が開示されている。この技術の目的は、低温で作動させた場合でも燃料供給板及び空気供給板の電気抵抗が増大せず、発電効率を向上し得る。この技術の固体電解質型燃料電池は、固体電解質層とこの固体電解質層の両面に配設された燃料極層および空気極層とからなる発電セルと、前記燃料極層に燃料ガスを、前記空気極層に酸素を含む酸化剤ガスをそれぞれ供給し得るように構成された金属セパレータとを備えた固体電解質型燃料電池において、前記金属セパレータが銀又は金のいずれか一方によりめっきされている。 As a related technique, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-237312 discloses a technique of a solid oxide fuel cell. The purpose of this technique is to improve the power generation efficiency without increasing the electric resistance of the fuel supply plate and the air supply plate even when operated at a low temperature. The solid electrolyte fuel cell of this technology includes a power generation cell comprising a solid electrolyte layer and a fuel electrode layer and an air electrode layer disposed on both sides of the solid electrolyte layer, a fuel gas in the fuel electrode layer, and the air In a solid oxide fuel cell including a metal separator configured to be able to supply an oxidant gas containing oxygen to an electrode layer, the metal separator is plated with either silver or gold.

特開２００２−２３７３１２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-237312

従って、本発明の目的は、使用されていないスペースを有効に利用して、発電を行うことが可能な固体電解質型燃料電池管、固体電解質型燃料電池モジュールを提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell tube and a solid oxide fuel cell module capable of generating electricity by effectively using unused space.

また、本発明の他の目的は、低温領域と高温領域とが混在する場合でも、有効に発電を行うことが可能な固体電解質型燃料電池管、固体電解質型燃料電池モジュールを提供することである。 Another object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell tube and a solid oxide fuel cell module capable of effectively generating power even when a low temperature region and a high temperature region coexist. .

本発明の更に他の目的は、体積あたりの発電効率を向上させることが可能な固体電解質型燃料電池管、固体電解質型燃料電池モジュールを提供することである。 Still another object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell tube and a solid oxide fuel cell module capable of improving power generation efficiency per volume.

本発明の別の目的は、使用されていないスペースを有効に利用して、水電解を行うことが可能な固体電解質型水電解モジュールを提供することである。 Another object of the present invention is to provide a solid electrolyte type water electrolysis module capable of performing water electrolysis by effectively using unused space.

本発明の更に別の目的は、低温領域と高温領域とが混在する場合でも、有効に水電解を行うことが可能な固体電解質型水電解モジュールを提供することである。 Still another object of the present invention is to provide a solid electrolyte type water electrolysis module capable of effectively performing water electrolysis even when a low temperature region and a high temperature region coexist.

以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。 Hereinafter, means for solving the problem will be described using the numbers and symbols used in the best mode for carrying out the invention. These numbers and symbols are added in parentheses in order to clarify the correspondence between the description of the claims and the best mode for carrying out the invention. However, these numbers and symbols should not be used for interpreting the technical scope of the invention described in the claims.

従って、上記課題を解決するために、本発明の固体電解質型燃料電池管は、基体管（１６）と、基体管（１６）上に設けられた第１燃料電池（Ａの１７）と、基体管（１６）上に設けられ、第１燃料電池（Ａの１７）と異なる第２燃料電池（Ｂの１７）とを具備する。 Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the solid oxide fuel cell tube of the present invention includes a substrate tube (16), a first fuel cell (A-17) provided on the substrate tube (16), and a substrate. A second fuel cell (B-17) different from the first fuel cell (A-17) is provided on the tube (16).

上記の固体電解質型燃料電池管において、第１燃料電池（Ａの１７）は、第１温度範囲で運転され、第２燃料電池（Ｂの１７）は、第２温度範囲で運転される。
第１温度範囲と第２温度範囲とは、等しくはないが、一部が重なっていても良い。 In the above solid oxide fuel cell tube, the first fuel cell (A-17) is operated in the first temperature range, and the second fuel cell (B-17) is operated in the second temperature range.
The first temperature range and the second temperature range are not equal, but some of them may overlap.

上記の固体電解質型燃料電池管において、第１燃料電池（Ａの１７）は安定化ジルコニア系の電解質（１４）を用いる。第２燃料電池（Ｂの１７）は、セリア系又はランタンガレート系のいずれかの電解質（１４）を用いる。
ここで、安定化ジルコニア系の電解質は、ジルコニアにジルコニウム以外の物質を添加した物質である。セリア系の電解質は、セリアにセリウム以外に物質を添加した物質である。ランタンガレート系の電解質は、ランタンガレートにランタニウム及びガリウム以外の物質を添加した物質である。添加される各物質は、導電率や強度などに応じて適宜決定される。 In the above solid oxide fuel cell tube, the first fuel cell (A-17) uses a stabilized zirconia-based electrolyte (14). The second fuel cell (B-17) uses either a ceria-based or lanthanum gallate-based electrolyte (14).
Here, the stabilized zirconia-based electrolyte is a substance obtained by adding a substance other than zirconium to zirconia. A ceria-based electrolyte is a substance obtained by adding a substance to ceria in addition to cerium. The lanthanum gallate electrolyte is a substance obtained by adding a substance other than lanthanum and gallium to lanthanum gallate. Each substance to be added is appropriately determined according to the conductivity, strength, and the like.

上記の固体電解質型燃料電池管において、第１燃料電池（Ａの１７）及び第２燃料電池（Ｂの１７）の少なくとも一方は、燃料極（１３）及び空気極（１５）の少なくとも一方に、電解質（１４）と同じ材料を含む。 In the above solid oxide fuel cell tube, at least one of the first fuel cell (A-17) and the second fuel cell (B-17) is connected to at least one of the fuel electrode (13) and the air electrode (15). The same material as the electrolyte (14) is included.

上記の固体電解質型燃料電池管において、その第１温度範囲は、９００℃〜１０００℃である。その第２温度範囲は、６００℃〜９００℃である。 In the solid oxide fuel cell pipe, the first temperature range is 900 ° C to 1000 ° C. The second temperature range is 600 ° C to 900 ° C.

上記課題を解決するために、本発明の固体電解質型燃料電池モジュールは、第１燃料電池（Ａの１７／Ａの２７、Ａの５７）を有する第１燃料電池部（１−ｉ、４２−ｉ）と、第１燃料電池（Ａの１７／Ａの２７、Ａの５７）と異なる第２燃料電池（Ｂの１７／Ｂの２７、Ｂの５７）を有する第２燃料電池部（１−ｊ、４２−ｊ）とを具備する。ただし、ｉ、ｊは自然数で、燃料電池の総数未満である。 In order to solve the above-described problems, a solid oxide fuel cell module of the present invention includes a first fuel cell unit (1-i, 42-) having a first fuel cell (A 17 / A 27, A 57). i) and a second fuel cell section (1-17 of B / 27 of B, 57 of B) different from the first fuel cell (17 of A / 27 of A, 57 of A) (1- j, 42-j). However, i and j are natural numbers which are less than the total number of fuel cells.

上記の固体電解質型燃料電池モジュールにおいて、第１燃料電池（Ａの１７／Ａの２７、Ａの５７）は、第１温度範囲で運転される。第２燃料電池（Ｂの１７／Ｂの２７、Ｂの５７）は、第２温度範囲で運転される。 In the solid oxide fuel cell module, the first fuel cell (A 17 / A 27, A 57) is operated in the first temperature range. The second fuel cell (B 17 / B 27, B 57) is operated in the second temperature range.

上記の固体電解質型燃料電池モジュールにおいて、第１燃料電池部（１−ｉ）は、第１燃料電池（Ａの１７／Ａの２７）が基体管（１６／２６）上に設けられた第１燃料電池管（１−ｉ）である。第２燃料電池部（１−ｊ）は、第２燃料電池（Ｂの１７／Ｂの２７）が基体管（１６／２６）上に設けられた第２燃料電池管（１−ｊ）である。 In the solid oxide fuel cell module, the first fuel cell unit (1-i) includes a first fuel cell (17 of A / 27 of A) provided on a base tube (16/26). It is a fuel cell tube (1-i). The second fuel cell section (1-j) is a second fuel cell tube (1-j) in which the second fuel cell (B 17 / B 27) is provided on the base tube (16/26). .

上記の固体電解質型燃料電池モジュールにおいて、第１燃料電池管（１−ｉ）は、円筒横縞型及び円筒縦縞型のいずれかである。第２燃料電池管（１−ｊ）は、円筒横縞型及び円筒縦縞型のいずれかである。 In the solid oxide fuel cell module, the first fuel cell tube (1-i) is either a cylindrical horizontal stripe type or a cylindrical vertical stripe type. The second fuel cell tube (1-j) is either a cylindrical horizontal stripe type or a cylindrical vertical stripe type.

上記の固体電解質型燃料電池モジュールにおいて、第１燃料電池管（１−ｉ）は、基体管（１６）上に設けられた第１燃料電池（Ａの１７）とは異なる第３燃料電池（Ｃの１７）を更に含む。 In the above solid oxide fuel cell module, the first fuel cell tube (1-i) is different from the first fuel cell (A-17) provided on the base tube (16). 17).

上記の固体電解質型燃料電池モジュールにおいて、第１燃料電池部（４２−ｉ）は、平板型の第１燃料電池（Ａの５７）が積層された第１燃料電池スタック（４２−ｉ）である。第２燃料電池部（４２−ｊ）は、平板型の第２燃料電池（Ｂの５７）が積層された第２燃料電池スタック（４２−ｊ）である。 In the above solid oxide fuel cell module, the first fuel cell section (42-i) is a first fuel cell stack (42-i) in which flat plate-type first fuel cells (A-57) are stacked. . The second fuel cell section (42-j) is a second fuel cell stack (42-j) in which flat plate-type second fuel cells (57 of B) are stacked.

上記の固体電解質型燃料電池モジュールにおいて、第１燃料電池スタック（４２−ｉ）は、第１燃料電池（Ａの５７）とは異なる平板型の第３燃料電池（Ｂの５７）を更に含む。 In the above solid oxide fuel cell module, the first fuel cell stack (42-i) further includes a flat plate-type third fuel cell (57 of B) different from the first fuel cell (57 of A).

上記の固体電解質型燃料電池モジュールにおいて、第１燃料電池（Ａの５７）は安定化ジルコニア系の電解質（５４）を用いる。第２燃料電池（Ｂの５７）は、セリア系及びランタンガレート系のいずれかの電解質（５４）を用いる。 In the above solid oxide fuel cell module, the first fuel cell (57 of A) uses a stabilized zirconia-based electrolyte (54). The second fuel cell (57 of B) uses either a ceria-based or lanthanum gallate-based electrolyte (54).

上記の固体電解質型燃料電池モジュールにおいて、第１燃料電池（Ａの５７）及び第２燃料電池（Ｂの５７）の少なくとも一方は、燃料極（５３）及び空気極（５５）の少なくとも一方に、電解質（５４）と同じ材料を含む。 In the above solid oxide fuel cell module, at least one of the first fuel cell (57 of A) and the second fuel cell (57 of B) is at least one of the fuel electrode (53) and the air electrode (55), Contains the same material as the electrolyte (54).

上記課題を解決するために、本発明の固体電解質型水電解モジュールは、第１水電解セル（Ａの１７／Ａの２７、Ａの５７）を有する第１水電解部（１−ｉ、４２−ｉ）と、第１水電解セル（Ａの１７／Ａの２７、Ａの５７）と異なる第２水電解セ（Ｂの１７／Ｂの２７、Ｂの５７）ルを有する第２水電解部（１−ｊ、４２−ｊ）とを具備する。 In order to solve the above problems, a solid electrolyte type water electrolysis module of the present invention includes a first water electrolysis unit (1-i, 42) having a first water electrolysis cell (A 17 / A 27, A 57). -I) and a second water electrolysis cell having a second water electrolysis cell (B 17 / B 27, B 57) different from the first water electrolysis cell (A 17 / A 27, A 57) Part (1-j, 42-j).

上記の固体電解質型水電解モジュールにおいて、第１水電解セル（Ａの１７／Ａの２７、Ａの５７）は、第１温度範囲で運転される。第２水電解セル（Ｂの１７／Ｂの２７、Ｂの５７）は、第２温度範囲で運転される。 In the above solid electrolyte type water electrolysis module, the first water electrolysis cell (A 17 / A 27, A 57) is operated in the first temperature range. The second water electrolysis cell (B 17 / B 27, B 57) is operated in the second temperature range.

上記の固体電解質型水電解モジュールにおいて、第１水電解部（１−ｉ）は、第１水電解セル（Ａの１７／Ａの２７）が基体管（１６／２６）上に設けられた第１水電解セル管（１−ｉ）である。第２水電解部（１−ｊ）は、第２水電解セル（Ｂの１７／Ｂの２７）が基体管（１６／２６）上に設けられた第２水電解セル管（１−ｊ）である。 In the solid electrolyte type water electrolysis module, the first water electrolysis unit (1-i) includes a first water electrolysis cell (17 of A / 27 of A) provided on a base tube (16/26). It is a 1 water electrolysis cell tube (1-i). The second water electrolysis unit (1-j) includes a second water electrolysis cell tube (1-j) in which a second water electrolysis cell (B 17 / B 27) is provided on the base tube (16/26). It is.

上記の固体電解質型水電解モジュールにおいて、第１水電解セル管（１−ｉ）は、円筒横縞型及び円筒縦縞型のいずれかである。第２水電解セル管（１−ｊ）は、円筒横縞型及び円筒縦縞型のいずれかである。 In the above solid electrolyte type water electrolysis module, the first water electrolysis cell tube (1-i) is either a cylindrical horizontal stripe type or a cylindrical vertical stripe type. The second water electrolysis cell tube (1-j) is either a cylindrical horizontal stripe type or a cylindrical vertical stripe type.

上記の固体電解質型水電解モジュールにおいて、第１水電解部（４２−ｉ）は、平板型の第１水電解セル（Ａの５７）が積層された第１水電解スタック（４２−ｉ）である。第２水電解部（４２−ｊ）は、平板型の第２水電解セル（Ｂの５７）が積層された第２水電解スタック（４２−ｊ）である。 In the solid electrolyte water electrolysis module, the first water electrolysis unit (42-i) is a first water electrolysis stack (42-i) in which flat plate-type first water electrolysis cells (57 of A) are stacked. is there. The second water electrolysis unit (42-j) is a second water electrolysis stack (42-j) in which flat plate-type second water electrolysis cells (B-57) are stacked.

上記の固体電解質型水電解モジュールにおいて、第１水電解セル（Ａの５７）は安定化ジルコニア系の電解質（５４）を用いる。第２水電解セル（Ｂの５７）は、セリア系及びランタンガレート系のいずれかの電解質（５４）を用いる。 In the above solid electrolyte type water electrolysis module, the first water electrolysis cell (57 of A) uses a stabilized zirconia-based electrolyte (54). The second water electrolysis cell (57 in B) uses either ceria-based or lanthanum gallate-based electrolyte (54).

上記の固体電解質型水電解モジュールにおいて、第１水電解セル（Ａの５７）及び第２水電解セル（Ｂの５７）の少なくとも一方は、燃料極（５３）及び空気極（５５）の少なくとも一方に、電解質（５４）と同じ材料を含む。 In the solid electrolyte water electrolysis module, at least one of the first water electrolysis cell (A 57) and the second water electrolysis cell (B 57) is at least one of a fuel electrode (53) and an air electrode (55). And the same material as the electrolyte (54).

本発明により、温度分布の関係で使用されていない燃料電池管のスペースや燃料電池モジュールのスペース、又は、水電解セル管のスペースや水電解モジュールのスペースについて、セルの種類を変えることにより有効に利用することができるようになる。 According to the present invention, the space of the fuel cell tube and the space of the fuel cell module that are not used due to the temperature distribution, or the space of the water electrolysis cell tube and the space of the water electrolysis module can be effectively changed by changing the cell type. Can be used.

以下、本発明の固体電解質型燃料電池管、固体電解質型燃料電池モジュール及び固体電解質型水電解モジュールの実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of a solid oxide fuel cell tube, a solid oxide fuel cell module, and a solid electrolyte water electrolysis module of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

実施の形態において、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）管及びそれを用いた固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）モジュールを例に示して説明する。ただし、燃料電池の逆反応である水電解を用いる水素製造装置の固体電解質型水電解モジュールにそれらを適用することも可能であり、ここではその説明を省略する。 In the embodiment, a solid oxide fuel cell (SOFC) tube and a solid oxide fuel cell (SOFC) module using the same will be described as an example. However, they can also be applied to a solid electrolyte type water electrolysis module of a hydrogen production apparatus that uses water electrolysis, which is a reverse reaction of a fuel cell, and the description thereof is omitted here.

（第１の実施の形態）
まず、本発明のＳＯＦＣ管及びＳＯＦＣモジュールの第１の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明のＳＯＦＣモジュールの第１の実施の形態の構成を示す図である。ＳＯＦＣモジュール１０は、複数のＳＯＦＣ管１（１−１〜１−ｍ：ｍは自然数で、ＳＯＦＣ管の総数）、燃料供給室２、燃料排出室３、空気供給室４を具備する。図中、配線に関わる構成は省略している。 (First embodiment)
First, a first embodiment of the SOFC pipe and SOFC module of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of the SOFC module of the present invention. The SOFC module 10 includes a plurality of SOFC pipes 1 (1-1 to 1-m: m is a natural number, the total number of SOFC pipes), a fuel supply chamber 2, a fuel discharge chamber 3, and an air supply chamber 4. In the figure, configurations related to wiring are omitted.

燃料供給室２は、図示しない配管から燃料ガスを供給される。そして、ガスが流通可能なように管板８に接合されたＳＯＦＣ管１へその燃料ガスを送出する。燃料排出室３は、ガスが流通可能なように管板９に接合されたＳＯＦＣ管１から使用済みの燃料ガスを供給される。そして、その燃料ガスを他の図示しない配管へ送出する。管板８及び管板９の温度は、概ね６００℃である。燃料供給室２（管板８を含む）及び燃料排出室３（管板９を含む）は、例えば耐熱性の金属で形成される。 The fuel supply chamber 2 is supplied with fuel gas from a pipe (not shown). Then, the fuel gas is sent to the SOFC pipe 1 joined to the tube plate 8 so that the gas can flow. The fuel discharge chamber 3 is supplied with used fuel gas from the SOFC pipe 1 joined to the tube plate 9 so that the gas can flow. And the fuel gas is sent out to other piping which is not illustrated. The temperature of the tube plate 8 and the tube plate 9 is approximately 600 ° C. The fuel supply chamber 2 (including the tube plate 8) and the fuel discharge chamber 3 (including the tube plate 9) are formed of, for example, a heat resistant metal.

空気供給室４は、図示しない配管から空気（酸素を含むガス）を供給される。そして、ＳＯＦＣ管１の外側に、その空気を供給する。使用済みの空気は、他の図示しない配管から送出する。空気供給室４は、図示しないヒータ又はＳＯＦＣ管１の発電に伴う発熱で高温となっている。その熱（主に熱輻射）で管板８及び管板９が損傷を受けないように、管板８側に下部断熱ボード６、管板９側に上部断熱ボード７が設けられている。ＳＯＦＣ管１は、両端部において下部断熱ボード６及び上部断熱ボード７を貫通している。その部分のＳＯＦＣ管１の周囲は若干の空間がとってあり、加えて、下部断熱ボード６及び上部断熱ボード７は、多孔質の断熱材なので、管板８及び管板９の位置まで、空気を行き渡らせることができる。空気共有室４は、例えば、耐熱性の金属（内壁を断熱材で覆う）で形成される。 The air supply chamber 4 is supplied with air (a gas containing oxygen) from a pipe (not shown). Then, the air is supplied to the outside of the SOFC pipe 1. Spent air is sent out from other piping (not shown). The air supply chamber 4 has a high temperature due to heat generated by the power generation of the heater or the SOFC pipe 1 (not shown). The lower heat insulating board 6 is provided on the tube plate 8 side and the upper heat insulating board 7 is provided on the tube plate 9 side so that the tube plate 8 and the tube plate 9 are not damaged by the heat (mainly heat radiation). The SOFC pipe 1 penetrates the lower heat insulation board 6 and the upper heat insulation board 7 at both ends. The space around the SOFC pipe 1 in that portion is slightly space. In addition, since the lower heat insulating board 6 and the upper heat insulating board 7 are porous heat insulating materials, air is supplied to the positions of the tube plate 8 and the tube plate 9. Can be spread. The air sharing chamber 4 is formed of, for example, a heat-resistant metal (the inner wall is covered with a heat insulating material).

ＳＯＦＣ管１（１−１〜１−ｍ：ｍは自然数）は、基体管上に複数の燃料電池が形成されている。一端を燃料供給室２の管板８、他端を燃料排出室３の管板９内部に接続されている。端部は例えば締り嵌めで接合し、シール剤で密着させる。ＳＯＦＣ管１は、燃料供給室２から燃料ガスをその内側に供給され、発電に使用した後、燃料排出室３へ送出する。一方、空気供給室４内で、空気をその外側に供給され、発電に使用する。燃料電池で電力を発生する。 In the SOFC pipe 1 (1-1 to 1-m: m is a natural number), a plurality of fuel cells are formed on a base pipe. One end is connected to the tube plate 8 of the fuel supply chamber 2, and the other end is connected to the tube plate 9 of the fuel discharge chamber 3. The end portions are joined by, for example, an interference fit, and are brought into close contact with a sealant. The SOFC pipe 1 is supplied with fuel gas from the fuel supply chamber 2 to the inside thereof, used for power generation, and then sent to the fuel discharge chamber 3. On the other hand, in the air supply chamber 4, air is supplied to the outside and used for power generation. Electric power is generated by the fuel cell.

空気供給室４の発電室５（下部断熱ボード６及び上部断熱ボード７の無い部分）は、主にＳＯＦＣ管１の発電に伴う発熱で、高い所で概ね１０００℃となっている。空気供給室４内全体が均一な温度であると、空気供給室４の全体に、同じ種類の燃料電池を設置するすることができる。しかし、使用する材料やガスの流れなどにより、空気供給室４内の温度は均一ではない。例えば、下部断熱ボード６及び上部断熱ボード７での部分では、意識的に管板８及び管板９が６００℃程度になるようにしている。発電室５では、上部の温度が高めになっている。 The power generation chamber 5 of the air supply chamber 4 (the portion without the lower heat insulation board 6 and the upper heat insulation board 7) mainly generates heat due to the power generation of the SOFC pipe 1 and is generally 1000 ° C. at a high place. If the temperature inside the air supply chamber 4 is uniform, the same type of fuel cell can be installed in the entire air supply chamber 4. However, the temperature in the air supply chamber 4 is not uniform due to the material used and the gas flow. For example, in the portion of the lower heat insulating board 6 and the upper heat insulating board 7, the tube plate 8 and the tube plate 9 are consciously set to about 600 ° C. In the power generation chamber 5, the temperature of the upper part is high.

図中、ＳＯＦＣ管１上の符号で示すように、例えば、Ｃで示される領域は、比較的温度が低い。温度範囲は、例えば概ね６００℃〜８００℃である。Ｂで示される領域は、それよりも温度が高い。温度範囲は、例えば概ね８００℃〜９００℃である。Ａで示される領域は、それよりも更に温度が高い。温度範囲は、例えば概ね９００℃〜１０００℃である。すなわち、ＳＯＦＣ管１内に、温度分布が存在する場合がある。加えて、図に示すように、ＳＯＦＣモジュール１０内にも温度分布が存在する場合がある。ここで、ＳＯＦＣ管１において、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）を電解質とする燃料電池を用いる場合、運転温度として９００℃〜１０００℃が好ましい。そのため、従来の場合、燃料電池を設置できる範囲は、この図の例では領域Ａだけに限られる。又は、領域Ｂ及び領域Ｃを高温にする処置を施す必要がある。ただし、領域Ａ、領域Ｂ及び領域Ｃの温度範囲は、上記の例に限定されるものではない。 In the figure, as indicated by reference numerals on the SOFC pipe 1, for example, the region indicated by C has a relatively low temperature. The temperature range is approximately 600 ° C. to 800 ° C., for example. The region indicated by B has a higher temperature. The temperature range is approximately 800 ° C. to 900 ° C., for example. The region indicated by A has a higher temperature. The temperature range is approximately 900 ° C. to 1000 ° C., for example. That is, there may be a temperature distribution in the SOFC pipe 1. In addition, there may be a temperature distribution in the SOFC module 10 as shown in the figure. Here, in the SOFC pipe 1, when a fuel cell using YSZ (yttria stabilized zirconia) as an electrolyte is used, the operating temperature is preferably 900 ° C to 1000 ° C. Therefore, in the conventional case, the range in which the fuel cell can be installed is limited to only the region A in the example of this figure. Or it is necessary to perform the process which makes the area | region B and the area | region C high temperature. However, the temperature ranges of the region A, the region B, and the region C are not limited to the above example.

しかし本発明においては、このような温度分布に対応して、それぞれの温度範囲に適した種類の電解質を有する燃料電池を予めＳＯＦＣ管１に設置しておく。例えば、領域ＡにはＹＳＺ、領域ＢにはＣｅＯ２（セリア）、領域ＣにはＬａＧａＯ３（ランタンガレート）である。それにより、この図の例では、更に、領域Ｂや領域Ｃを用いることも可能となる。すなわち、空気供給室４に低温領域と高温領域とが混在する場合でも、使用されていないスペースを有効に利用して、発電を行うことが可能となる。そして、領域Ｂ及び領域Ｃを高温にする処置を施す必要がなくなる。すなわち、余計な設備及びエネルギーを消費することがなく、単位体積当たりの効率を向上させることができる。 However, in the present invention, a fuel cell having an electrolyte of a kind suitable for each temperature range is previously installed in the SOFC pipe 1 in correspondence with such a temperature distribution. For example, the region A is YSZ, the region B is CeO 2 (ceria), and the region C is LaGaO 3 (lanthanum gallate). Thereby, in the example of this figure, it becomes possible to use the area | region B and the area | region C further. That is, even when the low temperature region and the high temperature region coexist in the air supply chamber 4, it is possible to generate power by effectively using the unused space. And it becomes unnecessary to perform the process which makes the area | region B and the area | region C high temperature. That is, the efficiency per unit volume can be improved without consuming extra equipment and energy.

ＳＯＦＣ管１について更に説明する。
図２は、本発明のＳＯＦＣ管の第１の実施の形態における構成を示す図である。ＳＯＦＣ管１は、基体管１６、燃料極１３と電解質１４と空気極１５とを含む複数の燃料電池（セル）１７、インタコネクタ１２を備える。円筒横縞型である。燃料極１３は、多孔質の基体管１６上に膜状に形成される。そして、その上に膜状の電解質１４が、更にその上に膜状の空気極１５がそれぞれ積層されてセル１７となる。セル１７同士は、インタコネクタ１２により接続されている。 The SOFC pipe 1 will be further described.
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the SOFC pipe according to the first embodiment of the present invention. The SOFC tube 1 includes a base tube 16, a plurality of fuel cells (cells) 17 including a fuel electrode 13, an electrolyte 14, and an air electrode 15, and an interconnector 12. Cylindrical horizontal stripe type. The fuel electrode 13 is formed in a film shape on the porous substrate tube 16. Then, a membrane electrolyte 14 is laminated thereon, and a membrane air electrode 15 is further laminated thereon to form a cell 17. The cells 17 are connected by an interconnector 12.

このようなセル１７において、電解質１４の種類により、燃料極１３及び空気極１５は例えば以下のような材料を用いる。
（１）電解質：ジルコニア系電解質（Ａの領域で発電可能な電解質）
例示：ＹＳＺ、ＳＳＺ(スカンジア安定化ジルコニア）
但し、イットリア又はスカンジアのモル数は設計に応じて適宜設定。
燃料極：ジルコニア系電解質に適した物質
例示：ＮｉＯ／ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＮｉＯ／ジルコニア系電解質
ここで、ジルコニア系電解質は、上記の電解質に対応する。
ＹＳＺの場合：ＮｉＯ／ＹＳＺ、ＳＳＺの場合：ＮｉＯ／ＳＳＺ
空気極：ジルコニア系電解質に適した物質
例示：ＬａＳｒＭｎＯ_３、ＬａＳｒＣａＭｎＯ_３、ＬａＳｒＣｏＯ_３及びＬａＳｒＭｎＯ_３／ジルコニア系電解質
ここで、ジルコニア系電解質は、上記の電解質に対応する。
ＹＳＺの場合：ＬａＳｒＭｎＯ_３／ＹＳＺ、ＳＳＺの場合：ＬａＳｒＭｎＯ_３／ＳＳＺ
（２）電解質：ランタンガレート系電解質（Ｂの領域で発電可能な電解質）
例示：ＬａＧａＯ_３、ＬａＳｒＧａＭｇＯ_３、ＬａＳｒＧａＭｇＣｏＯ_３
燃料極：ランタンガレート系電解質に適した物質
例示：ＮｉＯ／ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＮｉＯ／ＹＳＺ、ＮｉＯ／ＣＳＺ、ＮｉＯ／ＬａＧａＯ_３
空気極：ランタンガレート系電解質に適した物質
例示：ＬａＳｒＭｎＯ_３、ＬａＳｒＣａＭｎＯ_３、ＬａＳｒＣｏＯ_３、ＬａＳｒＭｎＯ_３／ＬａＧａＯ_３
（３）電解質：セリア系電解質（Ｃの領域で発電可能な電解質）
例示：ＣｅＯ_２、ＣｅＳｍＯ_２
燃料極：セリア系電解質に適した物質
例示：ＮｉＯ／ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＮｉＯ／ＹＳＺ、ＮｉＯ／ＣＳＺ、ＮｉＯ／ＣｅＯ_２
空気極：セリア系電解質に適した物質
例示：ＬａＳｒＭｎＯ_３、ＬａＳｒＣａＭｎＯ_３、ＬａＳｒＣｏＯ_３、ＬａＳｒＭｎＯ_３／ＣｅＯ_２ In such a cell 17, for example, the following materials are used for the fuel electrode 13 and the air electrode 15 depending on the type of the electrolyte 14.
(1) Electrolyte: Zirconia-based electrolyte (electrolyte capable of generating power in the area A)
Examples: YSZ, SSZ (scandia stabilized zirconia)
However, the number of moles of yttria or scandia is appropriately set according to the design.
Fuel electrode: Substance suitable for zirconia electrolyte Example: NiO / MgAl ₂ O ₄ , NiO / zirconia electrolyte
Here, the zirconia-based electrolyte corresponds to the above electrolyte.
For YSZ: NiO / YSZ, for SSZ: NiO / SSZ
Air electrode: Substance suitable for zirconia-based electrolyte Example: LaSrMnO ₃ , LaSrCaMnO ₃ , LaSrCoO ₃ and LaSrMnO ₃ / zirconia-based electrolyte
Here, the zirconia-based electrolyte corresponds to the above electrolyte.
For YSZ: LaSrMnO ₃ / YSZ, for SSZ: LaSrMnO ₃ / SSZ
(2) Electrolyte: Lanthanum gallate electrolyte (electrolyte capable of generating electricity in the region B)
Examples: LaGaO ₃ , LaSrGaMgO ₃ , LaSrGaMgCoO ₃
Fuel electrode: Substance suitable for lanthanum gallate electrolyte Example: NiO / MgAl ₂ O ₄ , NiO / YSZ, NiO / CSZ, NiO / LaGaO ₃
Air electrode: Substance suitable for lanthanum gallate electrolyte Example: LaSrMnO ₃ , LaSrCaMnO ₃ , LaSrCoO ₃ , LaSrMnO ₃ / LaGaO ₃
(3) Electrolyte: Ceria-based electrolyte (electrolyte that can generate power in the region C)
Example: CeO ₂ , CeSmO ₂
Fuel electrode: a material suitable for ceria-based electrolytes Example: NiO / MgAl ₂ O ₄ , NiO / YSZ, NiO / CSZ, NiO / CeO ₂
Air electrode: Substance suitable for ceria-based electrolyte Example: LaSrMnO ₃ , LaSrCaMnO ₃ , LaSrCoO ₃ , LaSrMnO ₃ / CeO ₂

上記の電解質、燃料極及び空気極として挙げた各物質は、例であり、これらの物質に限定されるものではない。すなわち、電解質、燃料極及び空気極は、燃料電池の運転温度、運転装置内の温度分布、スタックや管内の温度分布などに応じて、適宜選択することができる。 Each substance mentioned as said electrolyte, a fuel electrode, and an air electrode is an example, and is not limited to these substances. That is, the electrolyte, the fuel electrode, and the air electrode can be appropriately selected according to the operating temperature of the fuel cell, the temperature distribution in the operating device, the temperature distribution in the stack and the pipe, and the like.

上記の（１）〜（３）において、燃料極や空気極に電解質と同じ物質を含ませることにより、燃料極及び空気極における内部抵抗を低減することができる。それにより、燃料電池の効率を向上することができる。 In said (1)-(3), the internal resistance in a fuel electrode and an air electrode can be reduced by including the same substance as electrolyte in a fuel electrode or an air electrode. Thereby, the efficiency of the fuel cell can be improved.

図２に示されるＳＯＦＣ管１は、例えば、押し出し成形した基体管１６にスクリーン印刷でセル１７を形成し、焼成することで形成することができる。 The SOFC pipe 1 shown in FIG. 2 can be formed, for example, by forming the cells 17 on the extruded base pipe 16 by screen printing and firing.

図３は、本発明のＳＯＦＣ管の第１の実施の形態における構成の応用例を示す図である。ＳＯＦＣ管１は、基体管２６、燃料極２３と電解質２４と空気極２５とを含む燃料電池（セル）２７、インタコネクタ２２を備える。円筒縦縞型である。空気極２５は、多孔質の基体管２６上に膜状に形成される。そして、その上に膜状の電解質２４が、更にその上に膜状の燃料極２３がそれぞれ積層されてセル２７となる。ＳＯＦＣ管１全体で１つのセル１７である。基体管２６は、空気極２５であっても良い。 FIG. 3 is a diagram showing an application example of the configuration of the SOFC pipe according to the first embodiment of the present invention. The SOFC tube 1 includes a base tube 26, a fuel cell (cell) 27 including a fuel electrode 23, an electrolyte 24, and an air electrode 25, and an interconnector 22. Cylindrical vertical stripe type. The air electrode 25 is formed in a film shape on the porous substrate tube 26. A membrane electrolyte 24 and a membrane fuel electrode 23 are further laminated thereon to form a cell 27. The SOFC pipe 1 as a whole is one cell 17. The base tube 26 may be the air electrode 25.

このようなセル２７においても、電解質２４、燃料極２３及び空気極２５は例えば上記（１）〜（３）のような材料を用いる。そして、図３に示されるＳＯＦＣ管１は、例えば、押し出し成形した基体管２６にスクリーン印刷でセル２７を形成し、焼成することで形成することができる。 Also in such a cell 27, the electrolyte 24, the fuel electrode 23, and the air electrode 25 use materials such as the above (1) to (3). The SOFC tube 1 shown in FIG. 3 can be formed, for example, by forming the cells 27 by screen printing on the extruded base tube 26 and firing it.

本発明により、温度分布の関係で使用されていない燃料電池管のスペースや燃料電池モジュールのスペース（図１における領域Ｃや領域Ｂ）について、燃料電池の種類を変えることにより有効に利用することができるようになる。あるいは、領域Ｂ及び領域Ｃを高温にする処置を施す必要がなくなる。すなわち、余計な設備及びエネルギーを消費することがなく、効率を向上させることができる。それにより、低温領域と高温領域とが混在する場合でも、体積あたりの発電効率を向上させることが可能となる。 According to the present invention, the space of the fuel cell tube and the space of the fuel cell module (region C and region B in FIG. 1) that are not used due to the temperature distribution can be effectively used by changing the type of the fuel cell. become able to. Alternatively, it is not necessary to perform a treatment for increasing the temperature of the region B and the region C. That is, it is possible to improve efficiency without consuming extra equipment and energy. Thereby, even when the low temperature region and the high temperature region coexist, the power generation efficiency per volume can be improved.

反応のさせ方を逆にし、水蒸気を燃料極側に供給し、セルに電気を流すことで、水電解を行うことができる。そして、燃料極側に水素を発生させ、空気極側に酸素を発生させる固体電解質型水電解モジュールとすることができる。その構成は、図１〜図３と同様である。
すなわち、温度分布の関係で使用されていないスペースを有効に利用して、低温領域と高温領域とが混在する場合でも、有効に水電解を行うことが可能となる。 Water electrolysis can be performed by reversing the reaction, supplying water vapor to the fuel electrode side, and allowing electricity to flow through the cell. And it can be set as the solid electrolyte type water electrolysis module which generates hydrogen on the fuel electrode side, and generates oxygen on the air electrode side. The configuration is the same as in FIGS.
That is, it is possible to effectively perform water electrolysis even when a low temperature region and a high temperature region coexist by effectively using a space that is not used due to the temperature distribution.

（第２の実施の形態）
次に、本発明のＳＯＦＣモジュールの第２の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
図４は、本発明のＳＯＦＣモジュールの第２の実施の形態の構成を示す図である。ＳＯＦＣモジュール４０は、断熱容器４６、複数のＳＯＦＣスタック４１（４１−１〜４１−ｎ：ｎは自然数、ｎはスタックの総数）、マニホールド４２〜４５を具備する。図中、配線に関わる構成は省略している。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the SOFC module of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the second embodiment of the SOFC module of the present invention. The SOFC module 40 includes a heat insulating container 46, a plurality of SOFC stacks 41 (41-1 to 41-n: n is a natural number, n is the total number of stacks), and manifolds 42 to 45. In the figure, configurations related to wiring are omitted.

マニホールド４２は、図示しない配管から燃料ガスを供給される。そして、ガスが流通可能なように接合されたＳＯＦＣスタック４１へその燃料ガスを送出する。マニホールド４３は、ガスが流通可能なように接合されたＳＯＦＣスタック４１から使用済みの燃料ガスを供給される。そして、その燃料ガスを他の図示しない配管へ送出する。マニホールド４２〜４３は、例えばセラミックスで形成される。 The manifold 42 is supplied with fuel gas from a pipe (not shown). And the fuel gas is sent out to the SOFC stack 41 joined so that gas can distribute | circulate. The manifold 43 is supplied with spent fuel gas from the SOFC stack 41 joined so that the gas can flow. And the fuel gas is sent out to other piping which is not illustrated. The manifolds 42 to 43 are formed of ceramics, for example.

マニホールド４４は、図示しない配管から空気（酸素を含むガス）を供給される。そして、ガスが流通可能なように接合されたＳＯＦＣスタック４１へその空気を供給する。マニホールド４５は、ガスが流通可能なように接合されたＳＯＦＣスタック４１から使用済みの空気を供給される。そして、その空気を他の図示しない配管から送出する。マニホールド４４〜４５は、例えばセラミックスで形成される。 The manifold 44 is supplied with air (a gas containing oxygen) from a pipe (not shown). Then, the air is supplied to the SOFC stack 41 joined so that the gas can flow. The manifold 45 is supplied with used air from the SOFC stack 41 joined so that gas can flow. And the air is sent out from other piping which is not illustrated. The manifolds 44 to 45 are made of ceramics, for example.

ＳＯＦＣスタック４１（４１−１〜４１−ｎ：ｎは自然数）は、複数の平板型の燃料電池が、インタコネクタを挟んで積層された構造である。マニホールド４２から燃料ガスを供給され発電に用いる。使用済みの燃料ガスをマニホールド４３へ送出する。マニホールド４４から空気を供給され発電に用いる。使用済みの空気をマニホールド４５へ送出する。燃料電池で電力を発生する。 The SOFC stack 41 (41-1 to 41-n: n is a natural number) has a structure in which a plurality of flat plate fuel cells are stacked with an interconnector interposed therebetween. Fuel gas is supplied from the manifold 42 and used for power generation. Spent fuel gas is delivered to the manifold 43. Air is supplied from the manifold 44 and used for power generation. Spent air is delivered to the manifold 45. Electric power is generated by the fuel cell.

断熱容器４６は、例えば、内壁を断熱材で覆うようにして、耐熱性の金属で形成される。断熱容器４６は、主にＳＯＦＣスタック４１の発電に伴う発熱で、高い所で概ね１０００℃となっている。断熱容器４６内全体が均一な温度であると、断熱容器４６の全体に、同じ種類の燃料電池を有するＳＯＦＣスタック４１を設置するすることができる。しかし、断熱容器４６内の温度は均一ではない場合がある。例えば、側壁に近いＳＯＦＣスタック４１−１や４１−ｎは、中央部に比較して低温になっている。 The heat insulating container 46 is formed of a heat resistant metal so that the inner wall is covered with a heat insulating material, for example. The heat insulating container 46 mainly generates heat due to the power generation of the SOFC stack 41, and is approximately 1000 ° C. at a high place. When the temperature inside the heat insulating container 46 is uniform, the SOFC stack 41 having the same type of fuel cell can be installed in the whole heat insulating container 46. However, the temperature in the heat insulating container 46 may not be uniform. For example, the SOFC stacks 41-1 and 41-n close to the side walls are at a lower temperature than the central part.

図中、ＳＯＦＣモジュール４０での符号で示すように、例えば、Ｂで示される領域は、比較的温度が低い。温度範囲は概ね８００℃〜９００℃である。Ａで示される領域は、それよりも温度が高い。温度範囲は概ね９００℃〜１０００℃である。すなわち、ＳＯＦＣモジュール４０内に、温度分布が存在する場合がある。ここで、ＳＯＦＣスタック４１において、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）を電解質とする燃料電池を用いる場合、運転温度として９００℃〜１０００℃が好ましい。そのため、従来の場合、燃料電池を設置できる範囲は、この図の例では領域Ａだけに限られる。又は、領域Ｂを高温にする処置を施す必要がある。 In the figure, as indicated by the reference numeral in the SOFC module 40, for example, the region indicated by B has a relatively low temperature. The temperature range is approximately 800 ° C to 900 ° C. The region indicated by A has a higher temperature. The temperature range is approximately 900 ° C to 1000 ° C. That is, there may be a temperature distribution in the SOFC module 40. Here, in the SOFC stack 41, when a fuel cell using YSZ (yttria stabilized zirconia) as an electrolyte is used, the operating temperature is preferably 900 ° C to 1000 ° C. Therefore, in the conventional case, the range in which the fuel cell can be installed is limited to only the region A in the example of this figure. Alternatively, it is necessary to perform a treatment for increasing the temperature of the region B.

しかし本発明においては、このような温度分布に対応して、それぞれの温度範囲に適した種類の電解質を有する燃料電池を予めＳＯＦＣスタック４１に設置しておく。例えば、領域ＡにはＹＳＺ、領域ＢにはＣｅＯ_２（セリア）又はＬａＧａＯ_３（ランタンガレート）である。それにより、この図の例では、更に領域Ｂを用いることも可能となる。すなわち、断熱容器４６内に低温領域と高温領域とが混在する場合でも、使用されていないスペースを有効に利用して、発電を行うことが可能となる。そして、領域Ｂを高温にする処置を施す必要がなくなる。すなわち、余計な設備及びエネルギーを消費することがなく、単位体積当たりの効率を向上させることができる。 However, in the present invention, corresponding to such a temperature distribution, a fuel cell having an electrolyte of a type suitable for each temperature range is installed in the SOFC stack 41 in advance. For example, the region A is YSZ, and the region B is CeO ₂ (ceria) or LaGaO ₃ (lanthanum gallate). Thereby, in the example of this figure, it becomes possible to use the area | region B further. That is, even when the low temperature region and the high temperature region coexist in the heat insulating container 46, it is possible to generate power by effectively using the unused space. And it becomes unnecessary to perform the process which makes the area | region B high temperature. That is, the efficiency per unit volume can be improved without consuming extra equipment and energy.

ただし、領域Ａ、領域Ｂの温度範囲は、上記の例に限定されるものではない。各領域に用いる物質は、第１の実施の形態に示したとおりである。ただし、それらに限定されるものではない。電解質、燃料極及び空気極は、燃料電池の運転温度、運転装置内の温度分布、スタックや管内の温度分布などに応じて、適宜選択することができる。 However, the temperature ranges of the region A and the region B are not limited to the above example. The substance used for each region is as shown in the first embodiment. However, it is not limited to them. The electrolyte, the fuel electrode, and the air electrode can be appropriately selected according to the operating temperature of the fuel cell, the temperature distribution in the operating device, the temperature distribution in the stack and the tube, and the like.

ＳＯＦＣスタック４１について更に説明する。
図５は、本発明のＳＯＦＣモジュールの第２の実施の形態の構成を示す図である。ＳＯＦＣスタック４１は、複数の平板型の燃料電池（セル）５７が、インタコネクタ５２を挟んで積層されている。 The SOFC stack 41 will be further described.
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the second embodiment of the SOFC module of the present invention. In the SOFC stack 41, a plurality of flat plate type fuel cells (cells) 57 are stacked with the interconnector 52 interposed therebetween.

図中、ＳＯＦＣスタック４１での符号で示すように、例えば、Ｂで示される領域は、比較的温度が低い。温度範囲は概ね８００℃〜９００℃である。Ａで示される領域は、それよりも温度が高い。温度範囲は概ね９００℃〜１０００℃である。すなわち、ＳＯＦＣスタック４１内に、温度分布が存在する場合がある。ここで、ＳＯＦＣスタック４１において、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）を電解質とする燃料電池を用いる場合、運転温度として９００℃〜１０００℃が好ましい。そのため、従来の場合、燃料電池を設置できる範囲は、この図の例では領域Ａだけに限られる。又は、領域Ｂを高温にする処置を施す必要がある。 In the figure, as indicated by the reference numeral in the SOFC stack 41, for example, the region indicated by B has a relatively low temperature. The temperature range is approximately 800 ° C to 900 ° C. The region indicated by A has a higher temperature. The temperature range is approximately 900 ° C to 1000 ° C. That is, a temperature distribution may exist in the SOFC stack 41. Here, in the SOFC stack 41, when a fuel cell using YSZ (yttria stabilized zirconia) as an electrolyte is used, the operating temperature is preferably 900 ° C to 1000 ° C. Therefore, in the conventional case, the range in which the fuel cell can be installed is limited to only the region A in the example of this figure. Alternatively, it is necessary to perform a treatment for increasing the temperature of the region B.

しかし本発明においては、このような温度分布に対応して、それぞれの温度範囲に適した種類の電解質を有する燃料電池を予めセル５７に設置しておく。例えば、領域ＡにはＹＳＺ、領域ＢにはＣｅＯ_２（セリア）又はＬａＧａＯ_３（ランタンガレート）である。それにより、この図の例では、更に領域Ｂを用いることも可能となる。すなわち、断熱容器４６内に低温領域と高温領域とが混在する場合でも、使用されていないスペースを有効に利用して、発電を行うことが可能となる。そして、領域Ｂを高温にする処置を施す必要がなくなる。すなわち、余計な設備及びエネルギーを消費することがなく、単位体積当たりの効率を向上させることができる。 However, in the present invention, a fuel cell having an electrolyte of a type suitable for each temperature range is installed in the cell 57 in advance corresponding to such a temperature distribution. For example, the region A is YSZ, and the region B is CeO ₂ (ceria) or LaGaO ₃ (lanthanum gallate). Thereby, in the example of this figure, it becomes possible to use the area | region B further. That is, even when the low temperature region and the high temperature region coexist in the heat insulating container 46, it is possible to generate power by effectively using the unused space. And it becomes unnecessary to perform the process which makes the area | region B high temperature. That is, the efficiency per unit volume can be improved without consuming extra equipment and energy.

燃料電池（セル）５７について更に説明する。
図６は、本発明のＳＯＦＣモジュールの第２の実施の形態における燃料電池の構成を示す図である。燃料電池（セル）５７は、燃料極５３と電解質５４と空気極５５とを含み、他のセル５７とインタコネクタ５２を介して直列に接続されている。 The fuel cell (cell) 57 will be further described.
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the fuel cell in the second embodiment of the SOFC module of the present invention. The fuel cell (cell) 57 includes a fuel electrode 53, an electrolyte 54, and an air electrode 55, and is connected in series with another cell 57 via an interconnector 52.

このようなセル５７において、電解質５４の種類により、燃料極５３及び空気極５５は例えば上記の（１）〜（３）のような材料を用いる。そして、図６に示されるセル５７は、例えば、ドクターブレードで成形した電解質５４にスクリーン印刷で燃料極５３及び空気極５４を形成し、焼成することで形成することができる。インターコネクタ５２は、焼結板に溝加工を施して形成できる。 In such a cell 57, the fuel electrode 53 and the air electrode 55 are made of, for example, the materials (1) to (3) described above depending on the type of the electrolyte 54. The cell 57 shown in FIG. 6 can be formed, for example, by forming the fuel electrode 53 and the air electrode 54 by screen printing on the electrolyte 54 formed by a doctor blade and firing the electrolyte. The interconnector 52 can be formed by grooving the sintered plate.

本発明により、温度分布の関係で使用されていない燃料電池のスペースや燃料電池スタックのスペース（図５や図４における領域Ｂ）について、燃料電池の種類を変えることにより有効に利用することができるようになる。あるいは、領域Ｂを高温にする処置を施す必要がなくなる。それにより、低温領域と高温領域とが混在する場合でも、体積あたりの発電効率を向上させることが可能となる。 According to the present invention, the space of the fuel cell and the space of the fuel cell stack (region B in FIGS. 5 and 4) that are not used due to the temperature distribution can be effectively used by changing the type of the fuel cell. It becomes like this. Alternatively, it is not necessary to perform a treatment for increasing the temperature of the region B. Thereby, even when the low temperature region and the high temperature region coexist, the power generation efficiency per volume can be improved.

反応のさせ方を逆にし、水蒸気を燃料極側に供給し、セルに電気を流すことで、水電解を行うことができる。そして、燃料極側に水素を発生し、空気極側に酸素を発生させる固体電解質型水電解モジュールとすることができる。その構成は、図４〜図６と同様である。
すなわち、温度分布の関係で使用されていないスペースを有効に利用して、低温領域と高温領域とが混在する場合でも、有効に水電解を行うことが可能となる。 Water electrolysis can be performed by reversing the reaction, supplying water vapor to the fuel electrode side, and allowing electricity to flow through the cell. And it can be set as the solid electrolyte type water electrolysis module which generate | occur | produces hydrogen on the fuel electrode side, and generates oxygen on the air electrode side. The configuration is the same as in FIGS.
That is, it is possible to effectively perform water electrolysis even when a low temperature region and a high temperature region coexist by effectively using a space that is not used due to the temperature distribution.

図１は、本発明のＳＯＦＣモジュールの第１の実施の形態の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of the SOFC module of the present invention. 図２は、本発明のＳＯＦＣ管の第１の実施の形態における構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the SOFC pipe according to the first embodiment of the present invention. 図３は、本発明のＳＯＦＣ管の第１の実施の形態における構成の応用例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an application example of the configuration of the SOFC pipe according to the first embodiment of the present invention. 図４は、本発明のＳＯＦＣモジュールの第２の実施の形態の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the second embodiment of the SOFC module of the present invention. 図５は、本発明のＳＯＦＣモジュールの第２の実施の形態の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the second embodiment of the SOFC module of the present invention. 図６は、本発明のＳＯＦＣモジュールの第２の実施の形態における燃料電池の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the fuel cell in the second embodiment of the SOFC module of the present invention.

Explanation of symbols

１（１−１〜１−ｍ：ｍは自然数）ＳＯＦＣ管
２燃料供給室
３燃料排出室
４空気供給室
５発電室
６下部断熱ボード
７上部断熱ボード
８、９管板
１０、４０ＳＯＦＣモジュール
１２、２２、５２インタコネクタ
１３、２３、５３燃料極
１４、２４、５４電解質空気極
１５、２５、５５
１６、２６基体管
１７、２７、５７燃料電池（セル）
４１（４１−１〜１−ｎ：ｎは自然数）ＳＯＦＣスタック
４２〜４５マニホールド 1 (1-1 to 1-m: m is a natural number) SOFC pipe 2 Fuel supply chamber 3 Fuel discharge chamber 4 Air supply chamber 5 Power generation chamber 6 Lower heat insulation board 7 Upper heat insulation board 8, 9 Tube plate 10, 40 SOFC module 12 , 22, 52 Interconnector 13, 23, 53 Fuel electrode 14, 24, 54 Electrolyte air electrode 15, 25, 55
16, 26 Base tube 17, 27, 57 Fuel cell (cell)
41 (41-1 to 1-n: n is a natural number) SOFC stack 42 to 45 Manifold

Claims

A container,
A plurality of fuel cell parts provided in the container,
Each of the plurality of fuel cell units includes a plurality of fuel cells,
The plurality of fuel cells of the plurality of fuel cell units are:
In the low temperature region in the container, the second fuel cell for the low temperature,
In the high temperature region in the container, the high temperature first fuel cell,
The container is a chamber in which one electrode of each of the plurality of fuel cells is exposed, and a gas containing oxygen or a gas containing hydrogen is supplied to the electrode. A solid oxide fuel cell module.

The solid oxide fuel cell module according to claim 1, wherein
The low temperature region in the container is a peripheral region in the container;
The high temperature region in the container is a central region surrounded by the peripheral region in the container. Solid oxide fuel cell module.

The solid oxide fuel cell module according to claim 1 or 2,
Each of the plurality of fuel cell units is a fuel cell tube in which the plurality of fuel cells are provided on a base tube, and has either a cylindrical horizontal stripe type or a cylindrical vertical stripe type. Solid oxide fuel cell module.

In the solid oxide fuel cell module according to claim 3,
The fuel cell tube is
The second fuel cell is provided in the low temperature region of the base tube;
The solid oxide fuel cell module, wherein the first fuel cell is provided in the high temperature region of the base tube.

The solid oxide fuel cell module according to claim 4, wherein
In the fuel cell tube, a third fuel cell for further low temperature is provided in the base tube in a lower temperature region than the low temperature region in the container. Solid oxide fuel cell module.

A container,
A plurality of fuel cell parts provided in the container,
Each of the plurality of fuel cell units includes a plurality of fuel cells,
The plurality of fuel cells of the plurality of fuel cell units are:
In the low temperature region in the container, the second fuel cell for the low temperature,
In the high temperature region in the container, the high temperature first fuel cell,
Each of the plurality of fuel cell units is a fuel cell stack in which the plurality of flat plate-type fuel cells are stacked. Solid oxide fuel cell module.

A container,
A plurality of fuel cell parts provided in the container,
Each of the plurality of fuel cell units includes a plurality of fuel cells,
The plurality of fuel cells of the plurality of fuel cell units are:
In the low temperature region in the container, the second fuel cell for the low temperature,
In the high temperature region in the container, the high temperature first fuel cell,
Each of the plurality of fuel cell units is a fuel cell stack in which the plurality of flat plate fuel cells are stacked,
The low temperature region in the container is a peripheral region in the container;
The high temperature region in the container is a central region surrounded by the peripheral region in the container. Solid oxide fuel cell module.

The solid oxide fuel cell module according to claim 6 or 7,
The fuel cell stack in the low temperature region includes the second fuel cell,
The fuel cell stack in the high temperature region includes the first fuel cell. A solid oxide fuel cell module.

The solid oxide fuel cell module according to claim 8, wherein
The fuel cell stack in the low temperature region further includes a flat plate type third fuel cell for further low temperature different from the first fuel cell in a further low temperature region than the low temperature region. Solid oxide fuel cell module.

The solid oxide fuel cell module according to any one of claims 1 to 9,
The first fuel cell uses a stabilized zirconia-based electrolyte,
The second fuel cell uses a ceria-based or lanthanum gallate-based electrolyte. A solid oxide fuel cell module.

The solid oxide fuel cell module according to claim 10, wherein
At least one of the first fuel cell and the second fuel cell includes the same material as the electrolyte in at least one of a fuel electrode and an air electrode. A solid oxide fuel cell module.