JP4817476B2 - 固体酸化物形燃料電池 - Google Patents
固体酸化物形燃料電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4817476B2 JP4817476B2 JP27686799A JP27686799A JP4817476B2 JP 4817476 B2 JP4817476 B2 JP 4817476B2 JP 27686799 A JP27686799 A JP 27686799A JP 27686799 A JP27686799 A JP 27686799A JP 4817476 B2 JP4817476 B2 JP 4817476B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxide fuel
- solid oxide
- fuel cell
- oxygen
- containing gas
- 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
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体酸化物形燃料電池に関し、特に、発熱体を有する固体酸化物形燃料電池に関する。
【0002】
【従来技術】
固体酸化物形燃料電池は、図1に示すように、反応容器1内に、酸素含有ガス室仕切板2、燃焼室仕切板3、燃料ガス室仕切板5を用いて酸素含有ガス室A、燃焼室B、反応室C、燃料ガス室Dが形成されている。
【0003】
反応容器1内には、複数の有底筒状の固体酸化物形燃料電池セル7(以下、単にセル7という場合がある。)が収容されており、これらの固体酸化物形燃料電池セル7は、燃焼室仕切板3に形成されたセル挿入孔に挿入固定されており、また、その内部には酸素含有ガス室仕切板2に固定された酸素含有ガス導入管9の一端が挿入されている。
【0004】
燃焼室仕切板3には、図示しないが、余剰の燃料ガスを燃焼室Bに導入するための燃料ガス噴出孔が形成されており、燃料ガス室仕切板5には、図示しないが、燃料ガスを反応室C内に供給するための供給孔が形成されている。
【0005】
また、反応容器1には、例えば水素からなる燃料ガスを導入する燃料ガス導入口13、酸素含有ガス、例えば空気を導入する酸素含有ガス導入口17、燃焼室B内で燃焼したガスを排出するための排気口19が形成されている。
【0006】
このような固体酸化物形燃料電池は、酸素含有ガス室Aからの酸素含有ガス、例えば空気を、酸素含有ガス導入管9を介して固体酸化物形燃料電池セル7内にそれぞれ供給し、かつ、燃料ガス室Dからの燃料ガスを複数の固体酸化物形燃料電池セル7間に供給し、反応室Cにて反応させ、余剰の空気と燃料ガスを燃焼室Bにて燃焼させ、燃焼したガスが排気口19から外部に排出される。
【0007】
ところで、固体酸化物形燃料電池は、固体酸化物形燃料電池セル7を約1000℃という高温で動作させるため、装置立ち上げの際は、酸素含有ガス、例えば空気を外部でプレヒートした後、酸素含有ガス導入口17より酸素含有ガス室A内に導入し、酸素含有ガス室Aから酸素含有ガス導入管9を介して固体酸化物形燃料電池セル7内にそれぞれ供給され、このプレヒートされた空気により固体酸化物形燃料電池セル7を昇温していた。
【0008】
さらに、燃料ガス室Dから複数の固体酸化物形燃料電池セル7間を通過し、燃焼室仕切板3の燃料ガス噴出孔より噴出した余剰の燃料ガスと、固体酸化物形燃料電池セル7内を通過した空気が、燃焼室B内にて燃焼し、この熱により酸素含有ガス導入管9を暖め、その内部を通過する空気を暖めることによって固体酸化物形燃料電池セル7を昇温していた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような方法では、反応容器1内に導入する前に酸素含有ガスを加熱し、この加熱した酸素含有ガスを反応容器1内に導入することで固体酸化物形燃料電池セル7を昇温したり、余剰の燃料ガスと酸素含有ガスの燃焼により、酸素含有ガス導入管9内の酸素含有ガスを加熱し、この加熱した酸素含有ガスの循環により固体酸化物形型燃料電池セル7を昇温していたため、加熱した酸素含有ガスと反応容器1内に導入する経路が長くなり、酸素含有ガスと固体酸化物形燃料電池セル7間の熱交換効率が低く、固体酸化物形燃料電池セル7を加熱するのに時間がかかり、固体酸化物形燃料電池が作動するのに長時間を要すという問題があった。
【0010】
さらに起動時間が長いため、電力を必要な時に迅速に取り出せるように、常時固体酸化物形燃料電池セル7を加熱しておく必要があり、無駄なエネルギーを消費するという問題も生じていた。
【0011】
本発明は、固体酸化物形燃料電池セルを急速に昇温でき、これにより動作開始時間を短縮できるとともに、固体酸化物形燃料電池セルの保温のための無駄なエネルギー消費をなくすことができる固体酸化物形燃料電池を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体酸化物形燃料電池は、反応容器内に、固体電解質の内面に空気極を、外面に燃料極を形成してなる有底筒状の固体電酸化物形燃料電池セルを複数収容するとともに、それぞれの該固体酸化物形燃料電池セル内に酸素含有ガス導入管を挿入してなる固体酸化物形燃料電池において、前記固体酸化物形燃料電池セル内における前記酸素含有ガス導入管の外側表面に外部電源に接続された発熱体が形成されているものである。
【0013】
このような構成を採用することにより、固体酸化物形燃料電池セルを急速に昇温でき、迅速に発電状態に立ち上げることができ、起動性に優れた固体酸化物形燃料電池を得ることができる。
【0014】
特に、酸素含有ガス導入管の固体酸化物形燃料電池セル内における外側表面に外部電源に接続された発熱体が形成され、該発熱体は、Al 2 O 3 、MgOおよびZrO 2 のうち少なくとも1種を主成分とする絶縁層により被覆されていることが望ましい。このような構成では、酸素含有ガス導入管により、例えば、空気からなる酸素含有ガスが固体酸化物形燃料電池セル内に導入されるが、酸素含有ガス導入管の外側表面に形成された発熱体により、酸素含有ガス導入管内部を流れる空気や、酸素含有ガス導入管と固体酸化物形燃料電池セル間を流れる空気を加熱することができ、加熱された空気によって固体酸化物形燃料電池セルを昇温できるとともに、固体酸化物形燃料電池セルが発熱体の近傍に配置されているため、輻射熱により固体酸化物形燃料電池セルを急速に昇温できる。
【0015】
また、このような構成では、固体酸化物形燃料電池セル内面の空気極と、酸素含有ガス導入管の外側表面との間隔が狭いため、酸素含有ガス導入管の外側表面に形成された外部電源に接続された発熱体が空気極と接触する虞があるが、Al 2 O 3 、MgOおよびZrO 2 のうち少なくとも1種を主成分とする絶縁層が発熱体を被覆しているため、固体酸化物形燃料電池セルの内面に酸素含有ガス導入管が接触しても、発熱体を流れる電流が固体酸化物形燃料電池セルに流れることがなく、このため、確実に発熱体を加熱でき、損失なく固体酸化物形燃料電池セルを昇温できる。
【0016】
発熱体を被覆する絶縁層の主成分であるAl2O3、MgO、ZrO2は耐熱性を有するため、1000℃での連続運転に使用できる。中でもAl2O3は熱伝導性が良好なため、固体酸化物形燃料電池セルを急速に昇温させることができる。
【0017】
本発明の固体酸化物形燃料電池は、反応容器内に、固体電解質の内面に空気極を、外面に燃料極を形成してなる有底筒状の固体電酸化物形燃料電池セルを複数収容するとともに、それぞれの該固体酸化物形燃料電池セル内に酸素含有ガス導入管を挿入してなる固体酸化物形燃料電池において、前記空気極に、外部電源に接続された発熱体が内蔵されている。このような構成を採用することにより、固体酸化物形燃料電池セルを直接加熱できるため、急速に加熱することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明の固体酸化物形燃料電池は、固体酸化物形燃料電池セルの空気極に、外部電源に接続された発熱体を内蔵した点、固体酸化物形燃料電池セル内の酸素含有ガス導入管に外部電源に接続された発熱体を形成した点を除いて実質的に従来と同様の構造を有しているため、本発明の固体酸化物形燃料電池を、図1で説明する。
【0019】
即ち、固体酸化物形燃料電池は、図1に示すように、反応容器1内に、酸素含有ガス室仕切板2、燃焼室仕切板3、燃料ガス室仕切板5を用いて酸素含有ガス室A、燃焼室B、反応室C、燃料ガス室Dが形成されている。
【0020】
反応容器1内には、複数の有底筒状の固体酸化物形燃料電池セル7が収容されており、これらの固体酸化物形燃料電池セル7は、燃焼室仕切板3に形成されたセル挿入孔に挿入固定されており、また、その内部には酸素含有ガス室仕切板2に固定された酸素含有ガス導入管9の一端が挿入されている。
【0021】
燃焼室仕切板3には、図示しないが、余剰の燃料ガスを燃焼室Bに導入するための燃料ガス噴出孔が形成されており、燃料ガス室仕切板5には、図示しないが、燃料ガスを反応室C内に供給するための供給孔が形成されている。
【0022】
また、反応容器1には、例えば水素からなる燃料ガスを導入する燃料ガス導入口13、酸素含有ガス、例えば空気を導入する酸素含有ガス導入口17、燃焼室B内で燃焼したガスを排出するための排気口19が形成されている。
【0023】
固体酸化物形燃料電池セル7は、図2に示すように、例えば、支持管としてのLaMnO3系空気極21と、この空気極21の表面に形成されたY2O3安定化ZrO2からなる固体電解質22と、固体電解質22の表面に形成されたNi一ジルコニア系の燃料極23と、空気極21と電気的に接続されるLaCrO3系よりなるインターコネクタ24とから構成されている。
【0024】
そして、図3に示すように、一方のセル7のインターコネクタ24を、Ni金属繊維等の接続部材25を介して他方のセル7の燃料極23に接続して、複数のセル7が電気的に接続され、スタック27が構成されており、このようなスタック27が、図1に示したように、反応容器1内に複数収容されて固体酸化物形燃料電池が構成されている。
【0025】
そして、本発明の固体酸化物形燃料電池では、図4に示すように、セル7内部における酸素含有ガス導入管9の外面に発熱体31が形成されており、この発熱体31が、図4(b)に示すように、絶縁層33により被覆されている。この絶縁層33は、1000℃での高温でも耐久性を有するという点から、ZrO2、MgOおよびAl2O3のうち少なくとも一種を主成分とするものが望ましい。
【0026】
特に、熱伝導が良好という観点からAl2O3が望ましい。尚、図4(a)では絶縁層33は省略した。
【0027】
発熱体31は、図4(a)の上方に向けて引き出され、空気室Aで、直並列に接続され、固体酸化物形燃料電池の外部に取り出され、外部電源に接続されている。
【0028】
以上のように構成された固体酸化物形燃料電池では、酸素含有ガス室Aからの酸素含有ガス、例えば空気を、酸素含有ガス導入管9を介して固体酸化物形燃料電池セル7内にそれぞれ供給し、かつ、燃料ガス室Dからの燃料ガスを複数の固体酸化物形燃料電池セル7間に供給し、反応室Cにて反応させ、余剰の空気と燃料ガスを燃焼室Bにて燃焼させ、燃焼したガスが排気口19から外部に排出される。
【0029】
そして、本発明の固体酸化物形燃料電池では、酸素含有ガス導入管9の外側表面に発熱体31が形成されているので、酸素含有ガス導入管9内を流通する空気や、酸素含有ガス導入管9の外面とセル7の内面との間を流通する空気が、酸素含有ガス導入管9の外側表面の発熱体31により加熱され、この加熱された空気によりセル7を急速に昇温できる。また、同時に、セル7が発熱体31の近傍に配置されているため、輻射熱によりセル7を動作温度である1000℃まで急速に昇温でき、このため、固体酸化物形燃料電池を迅速に発電状態に立ち上げることができ、起動性に優れた固体酸化物形燃料電池を得ることができる。
【0030】
また、酸素含有ガス導入管9の外側表面に形成された発熱体31が絶縁層33により被覆されているため、セル7内面の空気極21に、酸素含有ガス導入管9の外側表面が接触したとしても、空気極21と発熱体31とが導通することがなく、発熱体31を流れる電流がセル7に流れることがなく、このため損失なく昇温できる。
【0031】
さらに、発熱体31を被覆する絶縁層33が、耐熱性を有するAl2O3、MgOおよびZrO2のうち少なくとも1種を主成分とするため、1000℃での連続運転に使用できる。
【0032】
図5は、本発明の他の固体酸化物形燃料電池のセルを示すもので、この固体酸化物形燃料電池のセル7の空気極21内には、Pt系材料からなる発熱体41が内蔵されている。尚、発熱体41は、図示しないが、電極がセル7の開放端に引き出され、燃焼室仕切板3上に形成された電極を介して外部に引き出され、外部電源に接続されている。
【0033】
このような固体酸化物形燃料電池では、セル7の空気極21に内蔵された発熱体41により、セル7を直接加熱することができ、起動性に優れた固体酸化物形燃料電池を得ることができる。
【0034】
【発明の効果】
本発明の固体酸化物形燃料電池では、酸素含有ガス導入管または固体酸化物形燃料電池セルの空気極に発熱体を設けたので、固体酸化物形燃料電池セルを効率良く急速に昇温できる。これにより動作開始時間を短縮でき、保温のための無駄なエネルギー消費をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】固体酸化物形燃料電池の模式図である。
【図2】固体酸化物形燃料電池セルの断面図である。
【図3】スタックを示す平面図である。
【図4】酸素含有ガス導入管の表面に発熱体を形成した例を示すもので、(a)は側面図、(b)は断面図である。
【図5】空気極に発熱体を内蔵したセルを示す断面図である。
【符号の説明】
1・・・反応容器
7・・・固体酸化物形燃料電池セル
9・・・酸素含有ガス導入管
21・・・空気極
22・・・固体電解質
23・・・燃料極
31,41・・・発熱体
33・・・絶縁層
Claims (3)
- 反応容器内に、固体電解質の内面に空気極を、外面に燃料極を形成してなる有底筒状の固体電酸化物形燃料電池セルを複数収容するとともに、それぞれの該固体酸化物形燃料電池セル内に酸素含有ガス導入管を挿入してなる固体酸化物形燃料電池において、前記固体酸化物形燃料電池セル内における前記酸素含有ガス導入管の外側表面に外部電源に接続された発熱体が形成されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
- 反応容器内に、固体電解質の内面に空気極を、外面に燃料極を形成してなる有底筒状の固体電酸化物形燃料電池セルを複数収容するとともに、それぞれの該固体酸化物形燃料電池セル内に酸素含有ガス導入管を挿入してなる固体酸化物形燃料電池において、前記空気極に、外部電源に接続された発熱体が内蔵されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
- 前記発熱体は、Al2O3、MgOおよびZrO2のうち少なくとも1種を主成分とする絶縁層により被覆されていることを特徴とする請求項1または2記載の固体酸化物形燃料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27686799A JP4817476B2 (ja) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | 固体酸化物形燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27686799A JP4817476B2 (ja) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | 固体酸化物形燃料電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001102075A JP2001102075A (ja) | 2001-04-13 |
JP4817476B2 true JP4817476B2 (ja) | 2011-11-16 |
Family
ID=17575529
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27686799A Expired - Fee Related JP4817476B2 (ja) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | 固体酸化物形燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4817476B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4859279B2 (ja) * | 2001-04-20 | 2012-01-25 | 京セラ株式会社 | 固体電解質形燃料電池セル及び燃料電池 |
JP4991059B2 (ja) * | 2001-07-26 | 2012-08-01 | 京セラ株式会社 | 燃料電池及びその発電方法 |
JP4072049B2 (ja) * | 2002-12-25 | 2008-04-02 | 京セラ株式会社 | 燃料電池セル及び燃料電池 |
JP4789429B2 (ja) * | 2004-06-11 | 2011-10-12 | トヨタ自動車株式会社 | チューブ型燃料電池用膜電極複合体 |
JP4776606B2 (ja) * | 2007-10-25 | 2011-09-21 | 京セラ株式会社 | 燃料電池 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4640875A (en) * | 1985-02-07 | 1987-02-03 | Westinghouse Electric Corp. | Fuel cell generator containing a gas sealing means |
JPH07183043A (ja) * | 1993-12-22 | 1995-07-21 | Toshiba Corp | 燃料電池発電設備 |
JP3680232B2 (ja) * | 1997-03-31 | 2005-08-10 | トヨタ自動車株式会社 | 固体電解質と、これを用いた燃料電池、水素ポンプ、酸素濃度センサおよび水蒸気濃度センサ |
EP0926755B1 (de) * | 1997-11-25 | 2002-06-05 | Sulzer Hexis AG | Brennstoffzellenmodul mit integrierter Zusatzheizung |
-
1999
- 1999-09-29 JP JP27686799A patent/JP4817476B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2001102075A (ja) | 2001-04-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR20150128716A (ko) | 일체형 히터를 갖는 soec 스택 | |
JP2006269419A (ja) | 固体酸化物形燃料電池および運転方法 | |
JP2003243000A (ja) | 固体酸化物形燃料電池システムおよびその制御方法 | |
JP2008235286A (ja) | 燃料電池およびその運転方法 | |
JP4654567B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池およびその運転方法 | |
JP5189290B2 (ja) | 一体型の燃料電池スタック及び触媒燃焼器装置、アセンブリ、及び使用方法 | |
JP3796182B2 (ja) | 燃料電池 | |
KR100599735B1 (ko) | 연료 전지 시스템 및 개질기 | |
JP4817476B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池 | |
JP4991059B2 (ja) | 燃料電池及びその発電方法 | |
JP4513281B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP2007080761A (ja) | 燃料電池およびその起動方法 | |
JP4313558B2 (ja) | 燃料電池およびその運転方法 | |
JP5435191B2 (ja) | 燃料電池モジュール、及びそれを備える燃料電池 | |
JP3706959B2 (ja) | 導電性チューブを挿入した円筒形固体電解質型燃料電池セルの構造、このセルを複数本束ねたバンドルの構造並びにこのバンドルを用いた発電モジュールの構造 | |
JP2007018966A (ja) | 燃料電池 | |
JP2005100818A (ja) | 燃料電池 | |
JP2011029201A (ja) | 燃料電池及び燃料電池の運転方法 | |
JP4761722B2 (ja) | 燃料電池 | |
KR101173858B1 (ko) | 연료 전지 시스템의 개질기 및 이를 채용한 연료 전지시스템 | |
JP3580704B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP3686781B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP4942064B2 (ja) | 集電体及びそれを備えた固体酸化物型燃料電池スタック | |
JP4018916B2 (ja) | 燃料電池セル及びセルスタック並びに燃料電池 | |
JP4461705B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池の運転方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060912 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100303 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100601 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100802 |
|
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: 20110802 |
|
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: 20110830 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140909 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |