JP5156766B2 - Fuel cell assembly - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池組立体、更に詳しくは発電・燃焼室内に配設されたセルスタックに燃料ガスと酸素含有ガスとを供給して発電せしめると共に、発電・燃焼室内において燃料ガスを燃焼せしめる形態の燃料電池組立体に関する。   The present invention relates to a fuel cell assembly, more specifically, a mode in which fuel gas and oxygen-containing gas are supplied to a cell stack disposed in a power generation / combustion chamber to generate power, and fuel gas is combusted in the power generation / combustion chamber. The present invention relates to a fuel cell assembly.

次世代エネルギーとして、近年、固体高分子形、リン酸形、溶融炭酸塩形及び固体電解質形等の種々の型の燃料電池発電システムが提案されている。特に、固体電解質形燃料電池発電システムは、作動温度が1000℃程度と高いが、発電効率が高い、排熱が利用できる等の利点を有しており,研究開発が推し進められている。   In recent years, various types of fuel cell power generation systems such as solid polymer type, phosphoric acid type, molten carbonate type, and solid electrolyte type have been proposed as next-generation energy. In particular, the solid oxide fuel cell power generation system has an operating temperature as high as about 1000 ° C., but has advantages such as high power generation efficiency and use of exhaust heat, and research and development are being promoted.

固体電解質形燃料電池発電システムの典型例においては、下記特許文献1に開示されている如く、発電・燃焼室、この発電・燃焼室内に配設されたセルスタック、セルスタックに接続され且つ発電・燃焼室から延出する延出部を有する一対の電力取り出し部材、セルスタックに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段、セルスタックに酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給手段、発電・燃焼室内から燃焼ガスを排出するための燃焼ガス排出手段、及び熱交換手段を具備する固体電解質形燃料電池組立体が装備されている。発電・燃焼室から排出される燃焼ガスが熱交換手段を通して排出されると共に、酸素含有ガスが熱交換手段を通してセルスタックに供給され、かくして酸素含有ガスが予熱される。   In a typical example of a solid oxide fuel cell power generation system, as disclosed in the following Patent Document 1, a power generation / combustion chamber, a cell stack disposed in the power generation / combustion chamber, a cell stack connected to the cell stack and A pair of power extraction members having extending portions extending from the combustion chamber, fuel gas supply means for supplying fuel gas to the cell stack, oxygen-containing gas supply means for supplying oxygen-containing gas to the cell stack, power generation A solid oxide fuel cell assembly including combustion gas discharge means for discharging combustion gas from the combustion chamber and heat exchange means is provided. The combustion gas discharged from the power generation / combustion chamber is discharged through the heat exchange means, and the oxygen-containing gas is supplied to the cell stack through the heat exchange means, and thus the oxygen-containing gas is preheated.

特開2000−149976号公報JP 2000-149976 A

而して、上述した従来の固体電解質形燃料電池組立体には次のとおりの解決すべき問題が存在する。   Thus, the conventional solid oxide fuel cell assembly described above has the following problems to be solved.

すなわち、セルスタックにおいて発電された電力を取り出すための一対の電力取り出し部材は、高導電性であることが重要であり、通常,熱伝導率も高い。それ故に、セルスタックに接続された内側端から発電・燃焼室外まで延びる一対の電力取り出し部材を通して、発電・燃焼室内の熱が大気に相当放熱され、この点からも排熱利用が充分でない。   That is, it is important that the pair of power extraction members for extracting electric power generated in the cell stack is highly conductive, and usually has high thermal conductivity. Therefore, the heat in the power generation / combustion chamber is considerably dissipated to the atmosphere through a pair of power extraction members extending from the inner end connected to the cell stack to the outside of the power generation / combustion chamber, and the exhaust heat utilization is not sufficient from this point.

本発明の技術的課題は、一対の電極取り出し部材を介した発電・燃焼室から大気への放熱が充分に抑制された,新規且つ改良された燃料電池組立体を提供することである。   The technical problem of the present invention is to provide a new and improved fuel cell assembly in which heat dissipation from the power generation / combustion chamber to the atmosphere via the pair of electrode extraction members is sufficiently suppressed.

本発明においては,技術的課題を達成するために、酸素含有ガス供給手段の酸素含有ガス流路と燃料ガス供給手段の燃料ガス流路との少なくとも一方を、一対の電力取り出し部材の少なくとも一方の、発電・燃焼室から延出する延出部に沿って延在せしめる。かくして、一対の電力取り出し部材を通した発電・燃焼室からの放熱を抑制する。   In the present invention, in order to achieve the technical problem, at least one of the oxygen-containing gas flow path of the oxygen-containing gas supply means and the fuel gas flow path of the fuel gas supply means is connected to at least one of the pair of power extraction members. Extend along the extension extending from the power generation / combustion chamber. Thus, heat dissipation from the power generation / combustion chamber through the pair of power extraction members is suppressed.

即ち、本発明によれば、上記技術的課題を達成する燃料電池組立体として、発電・燃焼室と、該発電・燃焼室内に配設されたセルスタックと、該セルスタックに接続され且つ前記発電・燃焼室から延出する延出部を有する一対の電力取り出し部材と、前記セルスタックに供給する燃料ガスが流通する燃料ガス流路を備える燃料ガス供給手段と、前記セルスタックに供給する酸素含有ガスが流通する酸素含有ガス流路を備える酸素含有ガス供給手段と、前記発電・燃焼室内から燃焼ガスを排出するための燃焼ガス排出手段とを具備する燃料電池組立体において、
前記酸素含有ガス流路および前記燃料ガス流路のうち少なくとも一方が、前記一対の電力取り出し部材のうち少なくとも一方の前記延出部に沿って配置され、前記燃料ガス流路を流れる前記燃料ガスおよび前記酸素含有ガス流路を流れる前記酸素含有ガスのうち少なくとも一方と、前記電力取り出し部材の前記延出部とで熱交換を行なうための熱交換部を構成していることを特徴とする燃料電池組立体が提供される。
That is, according to the present invention, as a fuel cell assembly that achieves the above technical problem, a power generation / combustion chamber, a cell stack disposed in the power generation / combustion chamber, and the power generation connected to the cell stack A pair of power extraction members having an extending portion extending from the combustion chamber, a fuel gas supply means including a fuel gas passage through which the fuel gas supplied to the cell stack flows, and an oxygen content supplied to the cell stack In a fuel cell assembly comprising an oxygen-containing gas supply means having an oxygen-containing gas flow path through which gas flows, and a combustion gas discharge means for discharging combustion gas from the power generation / combustion chamber,
At least one of the oxygen-containing gas channel and the fuel gas channel is disposed along the extended portion of at least one of the pair of power extraction members, and the fuel gas flowing through the fuel gas channel and fuel cell characterized in that it constitutes at least one of said oxygen-containing gas flowing through the oxygen-containing gas flow passage, a heat exchanger for performing heat exchange between the extending portion of the power take-out member An assembly is provided.

上記燃料電池組立体の前記電力取り出し部材の前記延出部は棒形状であり、前記延出部に沿って配置された前記酸素ガス流路および前記燃料ガス流路のうち少なくとも一方が、前記延出部を覆うように配置されていることが好ましい。
前記燃焼ガス排出手段は、前記発電・燃焼室の側面に沿って外側に配設された燃焼ガス流路を備えており、前記燃料ガス流路前記酸素含有ガス流路との一部は、前記燃焼ガス流路の内部もしくは前記燃焼ガス流路に隣接した部位のうち少なくとも一方に配置されており、前記燃焼ガス流路と、前記燃料ガス流路および前記酸素含有ガス流路とが、前記燃焼ガス流路を流れる前記燃焼ガスと、前記燃料ガス流路を流れる前記燃料ガスおよび前記酸素含有ガス流路を流れる前記酸素含有ガスとで熱交換を行なうための熱交換部を構成していることが好適である。
前記発電・燃焼室が直方体形状であるとともに、前記燃焼ガス流路が、前記発電・燃焼室の4側面に沿って外側に配設され、また、前記発電・燃焼室の上面に沿って外側に、前記酸素含有ガス流路を流れた前記酸素含有ガスを前記発電・燃焼室内に供給するための酸素含有ガスマニホルドを備えており、前記発電・燃焼室の下面に沿って外側に、前記燃焼ガス流路を流れた前記燃焼ガスを外部に排出するための燃焼ガスマニホルドを備えるのが好適である。
The extension portion of the power extraction member of the fuel cell assembly has a rod shape, and at least one of the oxygen gas channel and the fuel gas channel arranged along the extension portion is the extension portion. It is preferable that it is arrange | positioned so that a protrusion part may be covered.
The combustion gas exhaust means comprise a combustion gas passage disposed outside along the side of the power generation and combustion chamber, a portion of the front Symbol fuel gas channel and said oxygen-containing gas flow passage The combustion gas flow path, the fuel gas flow path, and the oxygen-containing gas flow path are disposed in at least one of the inside of the combustion gas flow path or a portion adjacent to the combustion gas flow path. A heat exchanging unit configured to exchange heat between the combustion gas flowing through the combustion gas flow path, the fuel gas flowing through the fuel gas flow path, and the oxygen-containing gas flowing through the oxygen-containing gas flow path; and Turkey is preferred.
The power generation / combustion chamber has a rectangular parallelepiped shape, and the combustion gas flow path is disposed outside along the four side surfaces of the power generation / combustion chamber, and outward along the upper surface of the power generation / combustion chamber. And an oxygen-containing gas manifold for supplying the oxygen-containing gas flowing through the oxygen-containing gas flow path into the power generation / combustion chamber. The combustion gas is provided outside along the lower surface of the power generation / combustion chamber. It is preferable to provide a combustion gas manifold for discharging the combustion gas flowing through the flow path to the outside.

本発明の固体電解質形燃料電池組立体によれば、排熱を効率よく利用して燃料ガス又は酸素含有ガスを予熱することができるとともに、一対の電極取り出し部材を介した発電・燃焼室から大気への放熱が充分に抑制される。   According to the solid oxide fuel cell assembly of the present invention, the exhaust gas can be efficiently used to preheat the fuel gas or the oxygen-containing gas, and the atmosphere from the power generation / combustion chamber via the pair of electrode extraction members Heat dissipation to the is sufficiently suppressed.

本発明に従って構成された固体電解質形燃料電池組立体の好適実施形態を、一部を切り欠いて示す斜面図。1 is a perspective view showing a preferred embodiment of a solid oxide fuel cell assembly constructed according to the present invention, with a part cut away. 図1に示す固体電解質形燃料電池組立体の縦断面図。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the solid oxide fuel cell assembly shown in FIG. 1. 図1に示す固体電解質形燃料電池組立体の横断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of the solid oxide fuel cell assembly shown in FIG. 1. 図1に示す固体電解質形燃料電池におけるセルスタックを示す横断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cell stack in the solid oxide fuel cell shown in FIG. 1. 本発明に従って構成された固体電解質形燃料電池組立体の他の好適実施形態を、一部を切り欠いて示す斜面図。FIG. 6 is a perspective view showing another preferred embodiment of a solid oxide fuel cell assembly constructed according to the present invention, with a part cut away. 図5に示す固体電解質形燃料電池組立体の横断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view of the solid oxide fuel cell assembly shown in FIG. 5.

以下、本発明に従って構成された固体電解質形燃料電池組立体の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。   Hereinafter, a preferred embodiment of a solid oxide fuel cell assembly constructed according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

図1、図2及び図3を参照して説明すると、図示の組立体は全体を番号2で示すハウジングを具備しており、このハウジング2は耐熱性金属から構成された外枠体4とこの外枠体4の内面に配設された断熱材層6とから構成されている。断熱材層6は適宜のセラミックから形成することができる。   Referring to FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3, the assembly shown in the drawing is provided with a housing denoted by reference numeral 2 as a whole. The housing 2 includes an outer frame body 4 made of a heat-resistant metal and the housing. It is comprised from the heat insulating material layer 6 arrange | positioned by the inner surface of the outer frame body 4. As shown in FIG. The heat insulating material layer 6 can be formed from an appropriate ceramic.

ハウジング2内には、更に、断熱材層8によって略直方体形状の発電・燃焼室10が区画されている。そして、発電・燃焼室10の4側面とハウジング2の4側面との間には、耐熱金属板から形成することができる仕切り手段12によって、横断面形状が正方形乃至長方形である中空燃焼ガス流路14と中空酸素含有ガス流路16が規定されている。燃焼ガス流路14は発電・燃焼室10の4側面に沿って延在せしめられており、酸素含有ガス流路16は燃焼ガス流路14の外側をこれに隣接して発電・燃焼室10の4側面に沿って延在せしめられている。後に更に詳述するとおり、発電・燃焼室10の4側面に沿って延在する燃焼ガス流路14は熱交換部を構成し、同様に発電・燃焼室10の4側面に沿って延びる酸素含有ガス流路16も熱交換部を構成する。発電・燃焼室10の上面とハウジング2の上面との間には仕切り手段12によって中空箱形状の酸素含有ガスマニホルド18が規定されている。図2から明確に理解されるとおり、酸素含有ガス流路16の上端は酸素含有ガスマニホルド18に連通せしめられている。発電・燃焼室10の下面とハウジング2の下面との間には、仕切り手段12によって中空箱形状の燃焼ガスマニホルド20と中空箱形状の酸素含有ガスマニホルド22が規定されている。酸素含有ガスマニホルド22は燃焼ガスマニホルド20に隣接してその下方に配置されている。図2から明確に理解される如く、燃焼ガス流路14の下端は燃焼ガスマニホルド20に連通せしめられており、酸素含有ガス流路16の下端は酸素含有ガスマニホルド22に連通せしめられている。   In the housing 2, a power generation / combustion chamber 10 having a substantially rectangular parallelepiped shape is further partitioned by a heat insulating material layer 8. A hollow combustion gas passage having a square or rectangular cross-sectional shape is formed between the four side surfaces of the power generation / combustion chamber 10 and the four side surfaces of the housing 2 by partition means 12 that can be formed from a heat-resistant metal plate. 14 and a hollow oxygen-containing gas flow path 16 are defined. The combustion gas channel 14 is extended along the four side surfaces of the power generation / combustion chamber 10, and the oxygen-containing gas channel 16 is located outside the combustion gas channel 14 adjacent to the power generation / combustion chamber 10. It is extended along the four side surfaces. As will be described in detail later, the combustion gas flow path 14 extending along the four side surfaces of the power generation / combustion chamber 10 constitutes a heat exchanging portion, and similarly contains oxygen that extends along the four side surfaces of the power generation / combustion chamber 10. The gas flow path 16 also constitutes a heat exchange unit. A hollow box-shaped oxygen-containing gas manifold 18 is defined by the partitioning means 12 between the upper surface of the power generation / combustion chamber 10 and the upper surface of the housing 2. As clearly understood from FIG. 2, the upper end of the oxygen-containing gas flow path 16 is communicated with the oxygen-containing gas manifold 18. Between the lower surface of the power generation / combustion chamber 10 and the lower surface of the housing 2, a partition box 12 defines a hollow box-shaped combustion gas manifold 20 and a hollow box-shaped oxygen-containing gas manifold 22. The oxygen-containing gas manifold 22 is disposed adjacent to and below the combustion gas manifold 20. As clearly understood from FIG. 2, the lower end of the combustion gas passage 14 communicates with the combustion gas manifold 20, and the lower end of the oxygen-containing gas passage 16 communicates with the oxygen-containing gas manifold 22.

図1及び図2を参照することによって理解される如く、燃焼ガスマニホルド20には、その中央部から下方に延びる燃焼ガス排出路24が接続されている。燃焼ガス排出路24は適宜の配管部材から形成することができる。酸素含有ガスマニホルド22には、対角線上に位置する2個の部位(後述する電力取り出し部材64が配置されている部位)の各々に、適宜の配管部材から形成することができる酸素含有ガス流路26が接続されている。酸素含有ガス流路26は適宜の配管手段(図示していない)を介して酸素含有ガス供給源28に接続されており、酸素含有ガス供給源28から酸素含有ガス流路26に例えば空気でよい酸素含有ガスが送給される。酸素含有ガス流路26は、後に更に言及する如く付加熱交換部を構成する。   As can be understood by referring to FIGS. 1 and 2, the combustion gas manifold 20 is connected to a combustion gas discharge path 24 extending downward from the center thereof. The combustion gas discharge path 24 can be formed from an appropriate piping member. In the oxygen-containing gas manifold 22, an oxygen-containing gas flow path that can be formed from an appropriate piping member in each of two portions located on a diagonal line (a portion where a power extraction member 64 described later is disposed). 26 is connected. The oxygen-containing gas flow channel 26 is connected to an oxygen-containing gas supply source 28 via appropriate piping means (not shown), and air may be supplied from the oxygen-containing gas supply source 28 to the oxygen-containing gas flow channel 26, for example. An oxygen-containing gas is delivered. The oxygen-containing gas flow path 26 constitutes an additional heat exchange section as will be further described later.

図1及び図2に図示する如く、上記発電・燃焼室10の下端部には、仕切り手段12によって燃料ガスマニホルド30が区画されている。そして、この燃料ガスマニホルド30上には図2において左右方向に間隔をおいて複数個(図示の場合は4個)のセルスタック32a、32b 、32c 及び32dが配設されている。図1及び図2と共に図4を参照して説明を続けると、セルスタック32a、32b、32c及び32dの各々は、鉛直方向、即ち図2において上下方向、図4において紙面に垂直な方向に細長く延在するセル34を図2において紙面に垂直な方向、図4において上下方向に複数個(図示の場合は5個)配置して構成されている。図4に明確に図示する如く、セル34の各々は電極支持基板36、内側電極層である燃料極層38、固体電解質層40、外側電極層である酸素極層42、及びインターコネクタ44から構成されている。図1及び図2から明確に理解される如く、セルスタック32a、32b、32c及び32dを構成するセル34は発電・燃焼室10の上端までは延びておらず、セルスタック32a、32b、32c及び32dは発電・燃焼室10の下部乃至中間部に配設されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, a fuel gas manifold 30 is partitioned by a partitioning means 12 at the lower end of the power generation / combustion chamber 10. On the fuel gas manifold 30, a plurality (four in the illustrated case) of cell stacks 32a, 32b, 32c and 32d are arranged at intervals in the left-right direction in FIG. 4 and FIG. 4 together, each of the cell stacks 32a, 32b, 32c and 32d is elongated in the vertical direction, that is, the vertical direction in FIG. 2 and the direction perpendicular to the paper surface in FIG. A plurality of extending cells 34 are arranged in a direction perpendicular to the paper surface in FIG. 2 and in a vertical direction in FIG. 4 (five in the case of illustration). As clearly shown in FIG. 4, each cell 34 includes an electrode support substrate 36, a fuel electrode layer 38 that is an inner electrode layer, a solid electrolyte layer 40, an oxygen electrode layer 42 that is an outer electrode layer, and an interconnector 44. Has been. As clearly understood from FIGS. 1 and 2, the cells 34 constituting the cell stacks 32a, 32b, 32c and 32d do not extend to the upper end of the power generation / combustion chamber 10, and the cell stacks 32a, 32b, 32c and 32 d is disposed in a lower part or an intermediate part of the power generation / combustion chamber 10.

電極支持基板36は鉛直方向に細長く延びる板状片であり、平坦な両面と半円形状の両側面を有する。電極支持基板36にはこれを鉛直方向に貫通する複数個(図示の場合は4個)のガス通路46が形成されている。電極支持基板36の各々は燃料ガスマニホルド30の上壁上に、例えば耐熱性に優れたセラミック接着剤によって接合される。燃料ガスマニホルド30の上壁には図2において左右方向及び紙面に垂直な方向に間隔をおいて左右方向に延びる複数個(図示の場合は20個)のスリット(図示していない)が形成されており、電極支持基板36の各々に形成されているガス通路46がスリットの各々に連通せしめられる。   The electrode support substrate 36 is a plate-like piece that is elongated in the vertical direction, and has both flat surfaces and both sides of a semicircular shape. A plurality (four in the illustrated example) of gas passages 46 are formed in the electrode support substrate 36 so as to penetrate the electrode support substrate 36 in the vertical direction. Each of the electrode support substrates 36 is bonded to the upper wall of the fuel gas manifold 30 by, for example, a ceramic adhesive having excellent heat resistance. On the upper wall of the fuel gas manifold 30, a plurality of slits (not shown) (not shown) are formed extending in the left-right direction at intervals in the left-right direction and the direction perpendicular to the paper surface in FIG. A gas passage 46 formed in each of the electrode support substrates 36 is communicated with each of the slits.

インターコネクタ44は電極支持基板36の片面(図4のセルスタック32aにおいて上面)上に配設されている。燃料極層38は電極支持基板36の他面(図4のセルスタック32aにおいて下面)及び両側面に配設されており、その両端はインターコネクタ44の両端に接合せしめられている。固体電解質層40は燃料極層38の全体を覆うように配設され、その両端はインターコネクタ44の両端に接合せしめられている。酸素極層42は、固体電解質層40の主部上、即ち電極支持基板36の他面を覆う部分上、に配置され、電極支持基板36を挟んでインターコネクタ44に対向して位置せしめられている。   The interconnector 44 is disposed on one side of the electrode support substrate 36 (upper surface in the cell stack 32a in FIG. 4). The fuel electrode layer 38 is disposed on the other surface of the electrode support substrate 36 (the lower surface in the cell stack 32a in FIG. 4) and on both side surfaces, and both ends thereof are joined to both ends of the interconnector 44. The solid electrolyte layer 40 is disposed so as to cover the entire fuel electrode layer 38, and both ends thereof are joined to both ends of the interconnector 44. The oxygen electrode layer 42 is disposed on the main part of the solid electrolyte layer 40, that is, on the portion covering the other surface of the electrode support substrate 36, and is positioned to face the interconnector 44 with the electrode support substrate 36 interposed therebetween. Yes.

セルスタック32a、32b、32c及び32dの各々における隣接するセル34間には集電部材48が配設されており、一方のセル34のインターコネクタ44と他方のセル34の酸素極層42とを接続している。セルスタック32a、32b、32c及び32dの各々において両端、即ち図4において上端及び下端に位置するセル34の片面及び他面にも集電部材48が配設されている。そして、セルスタック32a及び32bの片端(図4において下端)に配設された集電部材48は導電部材50によって接続され、セルスタック32b及び32cの他端(図4において上端)に配設された集電部材48も導電部材50によって接続され、セルスタック32c及び32dの片端(図4において下端)に配設された集電部材48も導電部材50によって接続されている。更に、セルタック32aの他端(図4において上端)に配設された集電部材48には導電部材50が接続され、セルスタック32dの片端(図4において上端)に配設された集電部材48にも導電部材50が接続されている。かくして、全てのセル34が電気的に直列接続されている。   A current collecting member 48 is disposed between adjacent cells 34 in each of the cell stacks 32a, 32b, 32c and 32d, and the interconnector 44 of one cell 34 and the oxygen electrode layer 42 of the other cell 34 are connected. Connected. In each of the cell stacks 32a, 32b, 32c and 32d, current collecting members 48 are disposed on both sides, that is, on one side and the other side of the cell 34 located at the upper end and the lower end in FIG. The current collecting member 48 disposed at one end (the lower end in FIG. 4) of the cell stacks 32a and 32b is connected by the conductive member 50, and is disposed at the other end (the upper end in FIG. 4) of the cell stacks 32b and 32c. The current collecting member 48 is also connected by the conductive member 50, and the current collecting member 48 disposed at one end (the lower end in FIG. 4) of the cell stacks 32 c and 32 d is also connected by the conductive member 50. Further, a conductive member 50 is connected to a current collecting member 48 disposed at the other end (upper end in FIG. 4) of the cell tack 32a, and a current collecting member disposed at one end (upper end in FIG. 4) of the cell stack 32d. A conductive member 50 is also connected to 48. Thus, all the cells 34 are electrically connected in series.

セル34について更に詳述すると、電極支持基板36は燃料ガスを燃料極層38まで透過させるためにガス透過性であること、そしてまたインターコネクタ44を介して集電するために導電性であることが要求され、かかる要求を満足する多孔質の導電性セラミック(若しくはサーメット)から形成することができる。燃料極層38及び/又は固体電解質層40との同時焼成により電極支持基板36を製造するためには、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから電極支持基板36を形成することが好ましい。所要ガス透過性を備えるために開気孔率が30%以上、特に35乃至50%の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は300S/cm以上、特に440S/cm以上であるのが好ましい。燃料極層38は多孔質の導電性セラミック、例えば希土類元素が固溶しているZrO(安定化ジルコニアと称されている)とNi及び/又はNiOとから形成することができる。固体電解質層40は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有するものであることが必要であり、通常、3〜15モル%の希土類元素が固溶したZrOから形成されている。酸素極層42は所謂ABO型のペロブスカイト型酸化物からなる導電セラミックから形成することができる。酸素極層42はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が20%以上、特に30乃至50%の範囲にあることが好ましい。インターコネクタ44は導電性セラミックから形成することができるが、水素ガスでよい燃料ガス及び空気でよい酸素含有ガスと接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、このためにランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO系酸化物)が好適に使用される。インターコネクタ44は電極支持基板36に形成されたガス通路46を通る燃料ガス及び電極支持基板36の外側を流動する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、93%以上、特に95%以上の相対密度を有していることが望まれる。集電部材48は弾性を有する金属又は合金から形成された適宜の形状の部材或いは金属繊維又は合金繊維から成るフェルトに所要表面処理を加えた部材から構成することができる。導電部材50は適宜の金属又は合金から形成することができる。 More specifically about the cell 34, the electrode support substrate 36 is gas permeable to allow fuel gas to permeate to the anode layer 38, and is also conductive to collect current via the interconnector 44. Can be formed from a porous conductive ceramic (or cermet) that satisfies such requirements. In order to manufacture the electrode support substrate 36 by co-firing with the fuel electrode layer 38 and / or the solid electrolyte layer 40, the electrode support substrate 36 is preferably formed from an iron group metal component and a specific rare earth oxide. In order to provide the required gas permeability, it is preferred that the open porosity is in the range of 30% or more, in particular 35 to 50%, and the conductivity is also 300 S / cm or more, in particular 440 S / cm or more. Is preferred. The fuel electrode layer 38 can be formed of a porous conductive ceramic, for example, ZrO 2 (referred to as stabilized zirconia) in which a rare earth element is dissolved and Ni and / or NiO. The solid electrolyte layer 40 has a function as an electrolyte that bridges electrons between the electrodes, and at the same time has a gas barrier property to prevent leakage between the fuel gas and the oxygen-containing gas. It is necessary and is usually formed from ZrO 2 in which 3 to 15 mol% of a rare earth element is dissolved. The oxygen electrode layer 42 can be formed of a conductive ceramic made of a so-called ABO 3 type perovskite oxide. The oxygen electrode layer 42 is required to have gas permeability, and preferably has an open porosity of 20% or more, particularly 30 to 50%. Although the interconnector 44 can be formed from a conductive ceramic, it needs to have reduction resistance and oxidation resistance because of contact with a fuel gas that may be hydrogen gas and an oxygen-containing gas that may be air. In addition, a lanthanum chromite perovskite oxide (LaCrO 3 oxide) is preferably used. The interconnector 44 must be dense in order to prevent leakage of the fuel gas passing through the gas passages 46 formed in the electrode support substrate 36 and the oxygen-containing gas flowing outside the electrode support substrate 36, and more than 93% In particular, it is desirable to have a relative density of 95% or more. The current collecting member 48 can be composed of a member having an appropriate shape formed from an elastic metal or alloy, or a member obtained by subjecting a felt made of metal fiber or alloy fiber to a required surface treatment. The conductive member 50 can be formed from an appropriate metal or alloy.

図1、図2及び図4を参照して説明を続けると、発電・燃焼室10内に配設されているセルスタック32a、32b、32c及び32d間の各々には、図2において紙面に垂直な方向に間隔をおいて図2において上下に延びる複数個の酸素含有ガス供給管52が配設されている。かかる酸素含有ガス供給管52の各々の上端部は、発電・燃焼室10の上壁を貫通して上述した酸素含有ガスマニホルド18内に延出せしめられている。酸素含有ガス供給管52の下端は燃料ガスマニホルド30の上面よりも幾分上方に位置せしめられている。   The description will be continued with reference to FIGS. 1, 2, and 4. Each of the cell stacks 32 a, 32 b, 32 c, and 32 d disposed in the power generation / combustion chamber 10 is perpendicular to the paper surface in FIG. 2. A plurality of oxygen-containing gas supply pipes 52 are provided extending in the vertical direction in FIG. The upper ends of the oxygen-containing gas supply pipes 52 extend through the upper wall of the power generation / combustion chamber 10 into the oxygen-containing gas manifold 18 described above. The lower end of the oxygen-containing gas supply pipe 52 is positioned somewhat above the upper surface of the fuel gas manifold 30.

図2を参照することによって理解される如く、発電・燃焼室10の上端部においては4側面において断熱材層8が存在せず、発電・燃焼室10は横方向に拡張されて、上記燃焼ガス流路14の上端に連通せしめられている。そして、発電・燃焼室10の上端部における拡張部には燃料ガス改質手段54が配設されている。図示の実施形態における燃料ガス改質手段54は、発電・燃焼室10の上端部における拡張部に沿って4角形状に延びる中空ダクト部材から構成されている。かかる中空ダクト部材内には都市ガスでよい燃料ガスを改質して水素リッチなガスにせしめるためのそれ自体は周知のものでよい触媒(図示していない)が収容されている。   As can be understood by referring to FIG. 2, the heat insulating material layer 8 does not exist on the four side surfaces at the upper end portion of the power generation / combustion chamber 10, and the power generation / combustion chamber 10 is expanded laterally, It communicates with the upper end of the flow path 14. A fuel gas reforming means 54 is disposed at the extended portion at the upper end of the power generation / combustion chamber 10. The fuel gas reforming means 54 in the illustrated embodiment is constituted by a hollow duct member extending in a quadrangular shape along the extended portion at the upper end portion of the power generation / combustion chamber 10. The hollow duct member contains a catalyst (not shown) which may be a well-known catalyst for reforming the fuel gas, which may be city gas, into a hydrogen-rich gas.

図3に図示するとおり、発電・燃焼室10を規定している断熱部材8の外側4角部には、発電・燃焼室10に沿って上下方向に延びる接続部材56が配設されている。接続部材56の各々には2個の貫通孔58が形成されており、かかる貫通孔58の上端は燃料ガス改質手段54に連通せしめられている。貫通孔58の下端はハウジング2の下壁を貫通してハウジング2外に延出している接続管(図示していない)を介して燃料ガス供給源(図示していない)に接続されている。後に更に言及する如く、貫通孔58は燃料ガス流路の第一の熱交換部を構成する。更に、発電・燃焼室10を規定している断熱部材8の4外側面の中央部にも上下方向に延びる接続部材60が配設されている。接続部材60の各々にも2個の貫通孔62が形成されており、かかる貫通孔62の上端は燃料ガス改質手段54に連通せしめられ、下端は断熱部材8を貫通して発電・燃料室10内に延びる連結部材(図示していない)を介して燃料ガスマニホルド30に連通せしめられている。後に更に言及する如く、貫通孔62は燃料ガス流路の第二の熱交換部を構成する。   As shown in FIG. 3, connecting members 56 extending in the vertical direction along the power generation / combustion chamber 10 are disposed at the outer four corners of the heat insulating member 8 defining the power generation / combustion chamber 10. Two through holes 58 are formed in each of the connection members 56, and the upper ends of the through holes 58 are communicated with the fuel gas reforming means 54. The lower end of the through hole 58 is connected to a fuel gas supply source (not shown) through a connecting pipe (not shown) that extends through the lower wall of the housing 2 and extends outside the housing 2. As will be further described later, the through hole 58 constitutes a first heat exchange part of the fuel gas flow path. Further, a connecting member 60 extending in the vertical direction is also arranged at the center of the four outer side surfaces of the heat insulating member 8 defining the power generation / combustion chamber 10. Two through holes 62 are also formed in each of the connecting members 60, and the upper end of the through hole 62 communicates with the fuel gas reforming means 54, and the lower end passes through the heat insulating member 8 to generate the power generation / fuel chamber. The fuel gas manifold 30 is communicated with the fuel gas manifold 30 through a connecting member (not shown) extending into the fuel cell 10. As will be further described later, the through hole 62 constitutes a second heat exchange part of the fuel gas flow path.

図2及び図3に図示する如く、組立体には一対の電力取り出し部材64が配設されている。導電性に優れた金属から形成することができる電力取り出し部材64の各々は、発電・燃焼室10を区画している断熱部材8を通って延び、そして更に、その延出部(即ちハウジング2を貫通して延びる部分)は酸素含有ガス流路26を挿通してハウジング2外に延出せしめられている。図2に明確に図示する如く、電力取り出し部材64は燃料ガスマニホルド30及び燃焼ガスマニホルド20も貫通して延びているが、燃料ガスマニホルド30及び燃焼ガスマニホルド20には仕切り手段66及び68によって電力取り出し部材64が挿通することができる貫通穴が規定されている。一対の電力取り出し部材64の上端はセルスタック32a、32b、32c及び32dに電気的に接続されている。更に詳しくは、一方の電力取り出し部材64の上端は、適宜の接続片(図示していない)を介して、図4においてセルスタック32aの上方に位置する導電部材50に接続され、他方の電力取り出し部材64の上端は、適宜の接続片(図示していない)を介して、図4においてセルスタック32dの上方に位置する導電部材50に接続されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the assembly is provided with a pair of power extraction members 64. Each of the power take-out members 64, which can be formed of a metal having excellent conductivity, extends through the heat insulating member 8 that defines the power generation / combustion chamber 10, and further, the extension portion (that is, the housing 2). A portion extending through the gas passage 26 extends through the oxygen-containing gas flow path 26 and extends out of the housing 2. As clearly shown in FIG. 2, the power extraction member 64 extends through the fuel gas manifold 30 and the combustion gas manifold 20, but the fuel gas manifold 30 and the combustion gas manifold 20 are powered by partition means 66 and 68. A through hole through which the extraction member 64 can be inserted is defined. The upper ends of the pair of power extraction members 64 are electrically connected to the cell stacks 32a, 32b, 32c and 32d. More specifically, the upper end of one power extraction member 64 is connected to the conductive member 50 located above the cell stack 32a in FIG. 4 via an appropriate connection piece (not shown), and the other power extraction member 64 The upper end of the member 64 is connected to a conductive member 50 located above the cell stack 32d in FIG. 4 via an appropriate connection piece (not shown).

上述したとおりの固体電解質形燃料電池組立体においては、燃料ガス供給源(図示していない)から燃料ガス流路の第一の熱交換部即ち貫通孔58の下端に、都市ガスでよい燃料ガスが送給される。そして、かかる燃料ガスが貫通孔58を上昇して燃料ガス改質手段54内に導入される。燃料ガス改質手段54内で水素リッチなガスに改質された後、燃料ガス流路の第二の熱交換部即ち貫通孔62を下降して燃料ガスマニホルド30内に進入する。次いで、セル34の各々の電極支持基板36に形成されているガス通路46の下端に導入され、ガス通路46を上昇する。従って、燃料ガス供給源、貫通孔58(燃料ガス流路の第一の熱交換部)、燃料ガス改質手段54、貫通孔62(燃料ガス流路の第二の熱交換部)、及び燃料ガスマニホルド30は燃料ガス供給手段を構成する。一方、酸素含有ガス供給源28は2個の酸素含有ガス流路26に空気でよい酸素含有ガスを送給する。酸素含有ガス流路26に送給された酸素含有ガスは、酸素含有ガスマニホルド22内に進入し、次いで酸素含有ガス流路16を通って上昇して酸素含有ガスマニホルド18内に進入する。しかる後に、酸素含有ガス供給管52を通って流下し、酸素含有ガス供給管52の下端から発電・燃焼室10の下端部に排出されて発電・燃焼室10内を上昇し、かくしてセル34の各々に供給される。従って、酸素含有ガス供給源28、酸素含有ガス流路26、酸素含有ガスマニホルド22、酸素含有ガス流路16、酸素含有ガスマニホルド18及び酸素含有ガス供給管52は酸素含有ガス供給手段を構成する。セル34の各々においては、酸素極層42で下記式(1)の電極反応が生成され、また燃料極層38では下記式(2)の電極反応が生成されて発電される。そして、生成された電力は一対の電力取り出し部材64を通して取り出される。   In the solid oxide fuel cell assembly as described above, a fuel gas that may be city gas is supplied from a fuel gas supply source (not shown) to the first heat exchange portion of the fuel gas flow path, that is, the lower end of the through hole 58. Will be sent. Then, the fuel gas rises through the through hole 58 and is introduced into the fuel gas reforming means 54. After being reformed into hydrogen-rich gas in the fuel gas reforming means 54, the fuel gas reforming means 54 descends the second heat exchanging portion of the fuel gas flow path, that is, the through hole 62 and enters the fuel gas manifold 30. Next, the gas is introduced into the lower end of the gas passage 46 formed in each electrode support substrate 36 of the cell 34, and the gas passage 46 is raised. Accordingly, the fuel gas supply source, the through hole 58 (first heat exchange part of the fuel gas flow path), the fuel gas reforming means 54, the through hole 62 (second heat exchange part of the fuel gas flow path), and the fuel The gas manifold 30 constitutes fuel gas supply means. On the other hand, the oxygen-containing gas supply source 28 supplies oxygen-containing gas, which may be air, to the two oxygen-containing gas flow paths 26. The oxygen-containing gas fed to the oxygen-containing gas flow path 26 enters the oxygen-containing gas manifold 22, then rises through the oxygen-containing gas flow path 16 and enters the oxygen-containing gas manifold 18. Thereafter, it flows down through the oxygen-containing gas supply pipe 52 and is discharged from the lower end of the oxygen-containing gas supply pipe 52 to the lower end portion of the power generation / combustion chamber 10 to rise in the power generation / combustion chamber 10. Supplied to each. Therefore, the oxygen-containing gas supply source 28, the oxygen-containing gas passage 26, the oxygen-containing gas manifold 22, the oxygen-containing gas passage 16, the oxygen-containing gas manifold 18, and the oxygen-containing gas supply pipe 52 constitute an oxygen-containing gas supply means. . In each cell 34, an electrode reaction of the following formula (1) is generated in the oxygen electrode layer 42, and an electrode reaction of the following formula (2) is generated in the fuel electrode layer 38 to generate electric power. The generated power is taken out through the pair of power take-out members 64.

酸素極: 1/2O+2e → O2−(固体電解質) ・・・(1)
燃料極: O2−(固体電解質)+H → HO+2e ・・・(2)
Oxygen electrode: 1 / 2O 2 + 2e → O 2− (solid electrolyte) (1)
Fuel electrode: O 2− (solid electrolyte) + H 2 → H 2 O + 2e (2)

セル34における電極支持基板36のガス通路46を流動する燃料ガスの、電極反応に使用されなかった燃料ガスは、電極支持基板34の上端から発電・燃焼室10内に流出せしめられる。発電・燃焼室10内に流出せしめられた燃料ガスは流出と同時に燃焼せしめられる。発電・燃焼室10内には適宜の着火手段(図示していない)が配設されており、燃料ガスが発電・燃焼室10に流出され始めると着火手段が作動せしめられて燃焼が開始される。酸素含有ガス供給管52を通して発電・燃焼室10に供給された酸素含有ガス中の酸素で電極反応に使用されなかったものは燃焼に利用される。発電・燃焼室10内は、セル34での発電及び燃焼ガスの燃焼に起因して例えば1000℃程度の高温になる。   The fuel gas flowing through the gas passage 46 of the electrode support substrate 36 in the cell 34 that has not been used for the electrode reaction is caused to flow into the power generation / combustion chamber 10 from the upper end of the electrode support substrate 34. The fuel gas discharged into the power generation / combustion chamber 10 is burned simultaneously with the outflow. Appropriate ignition means (not shown) is disposed in the power generation / combustion chamber 10, and when the fuel gas starts to flow out into the power generation / combustion chamber 10, the ignition means is activated to start combustion. . The oxygen contained in the oxygen-containing gas supplied to the power generation / combustion chamber 10 through the oxygen-containing gas supply pipe 52 is used for combustion. The power generation / combustion chamber 10 has a high temperature of, for example, about 1000 ° C. due to power generation in the cell 34 and combustion of combustion gas.

発電・燃焼室10内での燃料ガスの燃焼によって生成された燃焼ガスは、発電・燃焼室10の上端部における拡張部から燃焼ガス流路14に排出され、燃焼ガス流路14を通って流下して燃焼ガスマニホルド20に進入し、そして燃焼ガス排出路24を通ってハウジング2から排出される。従って、燃焼ガス流路14、燃焼ガスマニホルド20及び燃焼ガス排出路24は燃焼ガス排出手段を構成する。   The combustion gas generated by the combustion of the fuel gas in the power generation / combustion chamber 10 is discharged from the extended portion at the upper end of the power generation / combustion chamber 10 to the combustion gas flow path 14 and flows down through the combustion gas flow path 14. Then, it enters the combustion gas manifold 20 and is discharged from the housing 2 through the combustion gas discharge passage 24. Accordingly, the combustion gas passage 14, the combustion gas manifold 20, and the combustion gas discharge passage 24 constitute a combustion gas discharge means.

而して、本発明に従って構成された上述したとおりの固体電解質形燃料電池組立体においては、次のとおりの事実が注目されるべきである。発電・燃焼室10内で生成された高温の燃焼ガスは、燃焼ガス流路14及び燃焼ガスマニホルド20を通して排出される。一方、酸素含有ガスは燃焼ガスマニホルド20に隣接してその下方に配置された酸素含有ガスマニホルド22及び燃焼ガス流路14に隣接してその外側に配置された酸素含有ガス流路16を通して供給される。従って、排出される燃焼ガスと供給される酸素含有ガスとの間で効果的に熱交換が遂行される。また、燃料ガスも燃焼ガス流路14に隣接して配設された貫通孔58及び62を通して供給され、従って燃焼ガスと燃料ガスとの間でも効果的に熱交換が遂行される。発電・燃焼室10の4側面は燃焼ガス流路14、燃料ガス流路を構成する貫通孔58及び62並びに酸素含有ガス流路16によって囲繞されている。また、発電・燃焼室10の上面は酸素含有ガスマニホルド18に覆われ、発電・燃焼室10の下面は燃焼ガスマニホルド20及び酸素含有ガスマニホルド22によって覆われている。それ故に、発電・燃焼室10内の熱が直接的に大気に放熱されることが効果的に抑制される。   Thus, the following facts should be noted in the solid oxide fuel cell assembly constructed according to the present invention as described above. High-temperature combustion gas generated in the power generation / combustion chamber 10 is discharged through the combustion gas passage 14 and the combustion gas manifold 20. On the other hand, the oxygen-containing gas is supplied through an oxygen-containing gas manifold 22 disposed below and adjacent to the combustion gas manifold 20 and an oxygen-containing gas passage 16 disposed adjacent to the combustion gas passage 14 and outside thereof. The Accordingly, heat exchange is effectively performed between the exhausted combustion gas and the supplied oxygen-containing gas. Further, the fuel gas is also supplied through the through holes 58 and 62 disposed adjacent to the combustion gas flow path 14, so that heat exchange is effectively performed between the combustion gas and the fuel gas. The four side surfaces of the power generation / combustion chamber 10 are surrounded by the combustion gas passage 14, the through holes 58 and 62 constituting the fuel gas passage, and the oxygen-containing gas passage 16. The upper surface of the power generation / combustion chamber 10 is covered with an oxygen-containing gas manifold 18, and the lower surface of the power generation / combustion chamber 10 is covered with a combustion gas manifold 20 and an oxygen-containing gas manifold 22. Therefore, the heat in the power generation / combustion chamber 10 is effectively suppressed from being directly radiated to the atmosphere.

燃料ガス供給手段における燃料ガス改質手段54は発電・燃焼室10の上部に配設されており、従って発電・燃焼室10内の熱が燃料ガス改質手段54内の燃料ガスに充分に伝達され、改質作用が効率的に遂行される。燃料ガスが貫通孔58内を流動して燃焼ガス流路14内を流動する燃焼ガスを熱交換されることによっても、改質作用が助長される。更に、一対の電力取り出し部材64の延出部は酸素含有ガス流路26(付加熱交換部)を挿通して延びている。従って、酸素含有ガスが電力取り出し部材64の延出部に沿って流動し、電力取り出し部材64の延出部を効果的に冷却する。かくして、電力取り出し部材64を介して発電・燃焼室10内の熱が大気に放熱されることも効果的に抑制される。   The fuel gas reforming means 54 in the fuel gas supply means is disposed in the upper part of the power generation / combustion chamber 10, so that the heat in the power generation / combustion chamber 10 is sufficiently transferred to the fuel gas in the fuel gas reforming means 54. Thus, the reforming action is efficiently performed. The reforming action is also promoted by the heat exchange of the combustion gas flowing in the through-hole 58 and the combustion gas flowing in the combustion gas flow path 14. Furthermore, the extending portions of the pair of power extraction members 64 extend through the oxygen-containing gas channel 26 (additional heat exchanging portion). Therefore, the oxygen-containing gas flows along the extending portion of the power extracting member 64, and the extending portion of the power extracting member 64 is effectively cooled. Thus, the heat in the power generation / combustion chamber 10 is effectively suppressed from being radiated to the atmosphere via the power extraction member 64.

図5及び図6は本発明に従って構成された固体電解質形燃料電池組立体の他の実施形態を図示している。図5及び図6に図示する実施形態においては、接続部材56及び接続部材60の厚さ方向寸法が低減せしめられており、発電・燃焼室10の側面に沿って延在せしめられている燃焼ガス流路14は発電・燃焼室10の側面全体に渡って連続せしめられている。そして、かかる燃焼ガス流路14内には全体として螺旋状に延在する整流板70が配設されている。従って、発電・燃焼室10から排出される燃焼ガスは、整流板70に案内されて燃焼ガス流路14を螺旋状に流動して下降し燃焼ガスマニホルド20に流入する。図5及び図6に図示する実施形態においては、更に、発電・燃焼室10の側面に沿って延在せしめられている酸素含有ガス流路16も発電・燃焼室10の側面全体に渡って連続せしめられている。そして、かかる酸素含有ガス流路16内にも全体として螺旋状に延在する整流板72が配設されている。従って、酸素含有ガスは整流板72に案内されて酸素含有ガス流路16を螺旋状に流動して上昇し、酸素含有ガスマニホルド18に流入する。側面全体に渡って連続せしめられている酸素含有ガス流路16における4角部での酸素含有ガスの周方向への流動を助長するために、4角部の外側を規定する仕切り手段12の横断面形状は円弧形状にせしめられている。所望ならば、酸素含有ガス流路16における4角部の内側を規定する仕切り手段12の横断面形状も円弧形状にせしめることができる。また、燃焼ガス流路14における4角部に関しても、その外側及び/又は内側を規定する仕切り手段12の横断面形状を円弧形状にせしめることもできる。更に、燃焼ガス流路14における燃焼ガスの螺旋状流動を円滑にせしめるために、所望ならば燃焼ガス流路14の横断面形状を円環形状にせしめることもできる。同様に、酸素含有ガス流路16における酸素含有ガスの螺旋状流動を円滑にせしめるために、所望ならば酸素含有ガス流路16の横断面形状を円環形状にせしめることもできる。図5及び図6に図示する実施形態における上述した構成以外は、図1乃至図4に図示する実施形態と実質上同一である。図5及び図6に図示する実施形態においては、燃焼ガスは燃焼ガス流路14内を全体として螺旋状に流動し、従って単純な軸線方向流動に比べて流動長さ及び流動時間が相当延長せしめられ、同様に酸素含有ガスも酸素含有ガス流路16内を全体として螺旋状に流動し、従って単純な軸線方向流動に比べて流動長さ及び流動時間が相当延長せしめられ、かくして熱交換率が相当向上せしめられることが注目されるべきである。   5 and 6 illustrate another embodiment of a solid oxide fuel cell assembly constructed in accordance with the present invention. In the embodiment shown in FIGS. 5 and 6, the connecting member 56 and the connecting member 60 are reduced in thickness in the thickness direction, and the combustion gas is extended along the side surface of the power generation / combustion chamber 10. The flow path 14 is continuous over the entire side surface of the power generation / combustion chamber 10. A rectifying plate 70 extending in a spiral shape as a whole is disposed in the combustion gas flow path 14. Therefore, the combustion gas discharged from the power generation / combustion chamber 10 is guided by the rectifying plate 70, spirally flows through the combustion gas flow path 14, descends, and flows into the combustion gas manifold 20. In the embodiment shown in FIGS. 5 and 6, the oxygen-containing gas flow path 16 extending along the side surface of the power generation / combustion chamber 10 is also continuous over the entire side surface of the power generation / combustion chamber 10. I'm hurt. A rectifying plate 72 extending in a spiral shape as a whole is also disposed in the oxygen-containing gas flow path 16. Accordingly, the oxygen-containing gas is guided by the rectifying plate 72 and flows up in a spiral manner through the oxygen-containing gas flow path 16, and flows into the oxygen-containing gas manifold 18. In order to promote the flow in the circumferential direction of the oxygen-containing gas at the four corners in the oxygen-containing gas flow path 16 that is continuous over the entire side surface, the crossing of the partition means 12 that defines the outside of the four corners The surface shape is an arc shape. If desired, the cross-sectional shape of the partitioning means 12 that defines the inside of the four corners of the oxygen-containing gas flow path 16 can also be made arcuate. Further, with respect to the four corners in the combustion gas flow path 14, the cross-sectional shape of the partitioning means 12 that defines the outer side and / or the inner side thereof can also be formed into an arc shape. Furthermore, in order to make the spiral flow of the combustion gas in the combustion gas passage 14 smooth, the cross-sectional shape of the combustion gas passage 14 can be made an annular shape if desired. Similarly, in order to smoothen the spiral flow of the oxygen-containing gas in the oxygen-containing gas flow channel 16, the cross-sectional shape of the oxygen-containing gas flow channel 16 can be formed into an annular shape if desired. Except for the configuration described above in the embodiment shown in FIGS. 5 and 6, it is substantially the same as the embodiment shown in FIGS. 1 to 4. In the embodiment shown in FIGS. 5 and 6, the combustion gas flows spirally as a whole in the combustion gas flow path 14, and therefore the flow length and flow time are considerably extended compared to a simple axial flow. Similarly, the oxygen-containing gas flows spirally in the oxygen-containing gas flow path 16 as a whole, and therefore, the flow length and flow time are considerably extended compared with a simple axial flow, and thus the heat exchange rate is increased. It should be noted that it can be improved considerably.

以上、本発明に従って構成された固体電解質形燃料電池組立体の好適実施形態について添付図面を参照して詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能であることが理解されるべきである。例えば、図示の実施形態においては発電・燃焼室の周囲に燃焼ガス流路、酸素含有ガス流路及び燃料ガス流路を夫々1層毎配設しているが、燃焼ガス流路、酸素含有ガス流路及び燃料ガス流路の少なくとも1個を複数層配列することもできる。また、図示の実施形態においては、電力取り出し部材の延出部を酸素含有ガス流路内に挿通せしめることによって、酸素含有ガスが電力取り出し部材の延出部に沿って流動してこれを冷却するようにせしめているが、所望ならば、電力取り出し部材の延出部を中空にせしめ、かかる中空部を酸素含有ガス流路の一部とすることによって、酸素含有ガスが電力取り出し部材の延出部に沿って流動してこれを冷却するようにせしめることもできる。更に、図示の実施形態においては電力取り出し部材の延出部に沿って酸素含有ガスを流動せしめることによって電力取り出し部材の延出部を冷却しているが、電力取り出し部材の延出部に沿って燃料ガスを流動せしめることによって電力取り出し部材の延出部を冷却することもできる。   The preferred embodiments of the solid oxide fuel cell assembly constructed according to the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to such embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereto. It should be understood that various changes and modifications can be made without departing from the invention. For example, in the illustrated embodiment, a combustion gas flow path, an oxygen-containing gas flow path, and a fuel gas flow path are provided for each layer around the power generation / combustion chamber. A plurality of layers of at least one of the flow path and the fuel gas flow path can also be arranged. In the illustrated embodiment, the oxygen-containing gas flows along the extension portion of the power extraction member to cool it by inserting the extension portion of the power extraction member into the oxygen-containing gas flow path. However, if desired, the extension portion of the power extraction member is made hollow, and the hollow portion is made a part of the oxygen-containing gas flow path so that the oxygen-containing gas can be extended to the power extraction member. It can also be allowed to flow along the part to cool it. Further, in the illustrated embodiment, the extension portion of the power extraction member is cooled by causing the oxygen-containing gas to flow along the extension portion of the power extraction member, but along the extension portion of the power extraction member. It is also possible to cool the extended portion of the power takeout member by causing the fuel gas to flow.

2:ハウジング
10:発電・燃焼室
14:燃焼ガス流路(熱交換部)
16:酸素含有ガス流路(熱交換部)
18:酸素含有ガスマニホルド
20:燃焼ガスマニホルド
22:酸素含有ガスマニホルド
24:燃焼ガス排出路
26:酸素含有ガス流路(付加熱交換部)
30:燃料ガスマニホルド
32a:セルスタック
32b:セルスタック
32c:セルスタック
32d:セルスタック
34:セル
52:酸素含有ガス供給管
54:燃料ガス改質手段
58:貫通孔(燃料ガス流路・第一の熱交換部)
62:貫通孔(燃料ガス流路・第二の熱交換部)
64:電力取り出し部材
70:整流板
72:整流板
2: Housing 10: Power generation / combustion chamber 14: Combustion gas flow path (heat exchange section)
16: Oxygen-containing gas flow path (heat exchange part)
18: Oxygen-containing gas manifold 20: Combustion gas manifold 22: Oxygen-containing gas manifold 24: Combustion gas discharge path
26: Oxygen-containing gas flow path (additional heat exchange section)
30: Fuel gas manifold 32a: Cell stack 32b: Cell stack 32c: Cell stack 32d: Cell stack 34: Cell 52: Oxygen-containing gas supply pipe 54: Fuel gas reforming means 58: Through hole (fuel gas flow path, first Heat exchanger)
62: Through hole (fuel gas flow path, second heat exchange section)
64: Power extraction member
70: Current plate 72: Current plate

Claims (5)

発電・燃焼室と、該発電・燃焼室内に配設されたセルスタックと、該セルスタックに接続され且つ前記発電・燃焼室から延出する延出部を有する一対の電力取り出し部材と、前記セルスタックに供給する燃料ガスが流通する燃料ガス流路を備える燃料ガス供給手段と、前記セルスタックに供給する酸素含有ガスが流通する酸素含有ガス流路を備える酸素含有ガス供給手段と、前記発電・燃焼室内から燃焼ガスを排出するための燃焼ガス排出手段とを具備する燃料電池組立体において、
前記酸素含有ガス流路および前記燃料ガス流路のうち少なくとも一方が、前記一対の電力取り出し部材のうち少なくとも一方の前記延出部に沿って配置され、前記燃料ガス流路を流れる前記燃料ガスおよび前記酸素含有ガス流路を流れる前記酸素含有ガスのうち少なくとも一方と、前記電力取り出し部材の前記延出部とで熱交換を行なうための熱交換部を構成していることを特徴とする燃料電池組立体。
Power generation / combustion chamber, a cell stack disposed in the power generation / combustion chamber, a pair of power extraction members connected to the cell stack and extending from the power generation / combustion chamber, and the cell A fuel gas supply means having a fuel gas flow path through which fuel gas to be supplied to the stack flows; an oxygen-containing gas supply means having an oxygen-containing gas flow path through which the oxygen-containing gas to be supplied to the cell stack; A fuel cell assembly comprising combustion gas discharge means for discharging combustion gas from the combustion chamber;
At least one of the oxygen-containing gas channel and the fuel gas channel is disposed along the extended portion of at least one of the pair of power extraction members, and the fuel gas flowing through the fuel gas channel and fuel cell characterized in that it constitutes at least one of said oxygen-containing gas flowing through the oxygen-containing gas flow passage, a heat exchanger for performing heat exchange between the extending portion of the power take-out member Assembly.
前記電力取り出し部材の前記延出部は棒形状であり、前記延出部に沿って配置された前記酸素ガス流路および前記燃料ガス流路のうち少なくとも一方が、前記延出部を覆うように配置されていることを特微とする請求項1に記載の燃料電池組立体。 The extension part of the power take-out member has a rod shape, and at least one of the oxygen gas flow path and the fuel gas flow path arranged along the extension part covers the extension part. The fuel cell assembly according to claim 1, wherein the fuel cell assembly is disposed. 前記燃焼ガス排出手段は、前記発電・燃焼室の側面に沿って外側に配設された燃焼ガス流路を備えており
記燃料ガス流路と前記酸素含有ガス流路との一部は、前記燃焼ガス流路の内部もしくは前記燃焼ガス流路に隣接した部位のうち少なくとも一方に配置されており、
前記燃焼ガス流路と、前記燃料ガス流路および前記酸素含有ガス流路とが、前記燃焼ガス流路を流れる前記燃焼ガスと、前記燃料ガス流路を流れる前記燃料ガスおよび前記酸素含有ガス流路を流れる前記酸素含有ガスとで熱交換を行なうための熱交換部を構成している請求項1に記載の燃料電池組立体。
The combustion gas discharge means includes a combustion gas flow path disposed outside along the side surface of the power generation / combustion chamber ,
Some the previous SL fuel gas flow before and Symbol oxygen-containing gas flow passage is disposed on at least one portion adjacent to or inside the combustion gas flow passage of the combustion gas flow passage,
The combustion gas flow path, the fuel gas flow path, and the oxygen-containing gas flow path, the combustion gas flowing through the combustion gas flow path, and the fuel gas and oxygen-containing gas flow flowing through the fuel gas flow path. fuel cell assembly according to Motomeko first heat exchange unit that make up the for performing heat exchange between said oxygen-containing gas flowing through the road.
前記発電・燃焼室が直方体形状であるとともに、前記燃焼ガス流路が、前記発電・燃焼室の4側面に沿って外側に配設されている、請求項3に記載の燃料電池組立体。   4. The fuel cell assembly according to claim 3, wherein the power generation / combustion chamber has a rectangular parallelepiped shape, and the combustion gas flow path is disposed outside along the four side surfaces of the power generation / combustion chamber. 前記発電・燃焼室の上面に沿って外側に、前記酸素含有ガス流路を流れた前記酸素含有ガスを前記発電・燃焼室内に供給するための酸素含有ガスマニホルドを備えており、前記発電・燃焼室の下面に沿って外側に、前記燃焼ガス流路を流れた前記燃焼ガスを外部に排出するための燃焼ガスマニホルドを備える、請求項3に記載の燃料電池組立体。   An oxygen-containing gas manifold for supplying the oxygen-containing gas flowing through the oxygen-containing gas flow path into the power generation / combustion chamber is provided outside along the upper surface of the power generation / combustion chamber, and the power generation / combustion is provided. The fuel cell assembly according to claim 3, further comprising a combustion gas manifold for discharging the combustion gas flowing through the combustion gas flow path to the outside along a lower surface of the chamber.
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