JP5356903B2 - 固体酸化物形燃料電池 - Google Patents
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Description
このSOFCは、例えば板状の固体電解質体の各面に燃料極と空気極とを備えた燃料電池セルを、多数積層してスタック(燃料電池スタック)を形成し、燃料極に燃料ガスを供給するとともに、空気極に空気を供給し、燃料及び空気中の酸素を固体電解質体を介して化学反応させることによって電力を発生させるものである。
例えば下記特許文献1には、燃料電池スタックを、外部から供給される空気を加熱するための熱交換層や、外部から供給される燃料ガス(主に都市ガス、天然ガスなど)を改質するための改質層などの補助層で挟み込んで一体化する構造が開示されている。
つまり、一体化の手法としては、例えば燃料電池スタックと補助層とをロー付けや溶接により接合する方法が考えられるが、補助層には改質触媒や燃焼触媒など比較的劣化の早い機能を持つものがあり、そのため、劣化の激しい補助層を交換したいという要求がある。しかし、この接合により一体化する方法では、補助層だけを交換することが難しいという問題があった。
つまり、本発明では、補助層の交換時には、スタック用ボルトによる締結を維持したままで、全体用ボルトの締結のみを開放すればよい。これにより、燃料電池スタックと補助層とを分離した場合でも、燃料電池スタックの締結状態は維持されるので、インターコネクタや燃料電池セル間で位置ずれや剥がれを起こすことない。よって、補助層を交換する際に、燃料電池スタック自体の性能の低下を引き起こす恐れがないという顕著な効果を奏する。
また、全体用ボルトとしては、1本以上あれば良く、特に2本以上、更には4本以上(通常16本以下)が、押圧力の均一化の点から望ましい。また、スタック用ボルトも、1本以上あれば良く、特に2本以上、更には4本以上(通常16本以下)が、押圧力の均一化の点から望ましい。
(3)請求項3の発明は、前記全体用ボルトは、前記固体酸化物形燃料電池を前記積層方向から見た場合に、点対称の位置に配置されていることを特徴とする。
図1に示すように、固体酸化物形燃料電池1は、燃料ガス(例えば水素)と酸化剤ガス(例えば空気)との供給を受けて発電を行う装置である。
詳しくは、正方形の補助層7、9の平面方向における対向する両端側には、ボルト13、23の両端に螺合するナット31が嵌り込むように、V字形状の切り欠き61が形成されている。
前記図1に示すように、ボルト11〜29及びナット31は、固体酸化物形燃料電池1を分離可能に一体に結束して固定するための連結部材である。
c)次に、本実施例におけるガスの流路について説明する。
前記図4に示す様に、空気は、空気導入管73から空気予熱器7の内側層65(詳しくは図5(b)に示す内側層65のガス流路87)に導入される。
各燃料電池セル3にて発電に寄与した残余の空気は、ボルト19の周囲の挿通孔59を通って、空気予熱器7の外側層67に導入され、上述した熱交換の後に、ボルト27の周囲の挿通孔59を通り、空気排出管77を介して、外部に外出される。
燃料ガスは、燃料ガス導入管81から燃料ガス予熱器9の外側層71(詳しくは図5(d)に示す外側層71のガス流路91)に導入される。
各燃料電池セル3にて発電に寄与した残余の燃料ガスは、ボルト25の周囲の挿通孔59を通って、燃料ガス予熱器9の内側層69に導入され、上述した熱交換の後に、ボルト11の周囲の挿通孔59を通り、燃料ガス排出管85を介して、外部に外出される。
本実施例の固体酸化物形燃料電池1では、燃料電池スタック5と補助層7、9とは、全体用ボルト11、15〜21、25〜29により分離可能に一体化されているとともに、燃料電池スタック5はスタック用ボルト13、23により一体に固定されている。
図7に模式的に示す様に、本実施例の固体酸化物形燃料電池101は、燃料電池スタック103の一方の側(図7上方)に平板状の第1燃焼器105を設けるとともに、他方の側(図7下方)に平板状の第2燃焼器107を設け、更に、第2燃焼器の外側に平板状の改質器109を設け、ボルト111〜125にて分離可能に一体に結合したものである。
図8に模式的に示す様に、本実施例の固体酸化物形燃料電池151は、燃料電池スタック153の一方の側(図8上方)に平板状の第1燃焼器155を設けるとともに、他方の側(図8下方)に平板状の第2燃焼器157を設け、ボルト157〜167にて分離可能に一体に結合したものである。
[実施例4〜9]
実施例4〜9は、補助層の形状やボルトの配置を違えたものである。
例えば補助層として、液体原料(例えば水)を気化する気化器を採用できる。この気化器で気化された例えば水は、改質器にて燃料の改質に使用することができる。
3、127、169…燃料電池セル
5、103、153、183、213、243、273、303、333…燃料電池スタック
7…空気予熱器(補助層)
9…燃料ガス予熱器(補助層)
11、15、17、19、21、25、27、29、111、113、115、117、119、121、157、159、161、163、187、191、193、195、199、201、217、219、223、225、227、231、249、253、257、261、279、281、285、287、291、293、297、299、307、311、315、319、337、343、349、355、337…全体用ボルト
13、23、123、125、165、167、189、197、221、229、247、251、255、259、277、283、289、295、309、313、317、321、339、341、345、347、351、353、357、359…スタック用ボルト
105、107、155、157…燃焼器(補助層)
109…改質器(補助層)
185、215、243、275、305、335…補助層
Claims (4)
- 固体酸化物形燃料電池セルに燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して発電を行う固体酸化物形燃料電池において、
複数の前記固体酸化物形燃料電池セルを所定方向に積層した固体酸化物形燃料電池スタックと、
前記燃料ガスを改質する改質器、前記発電後の残余の燃料ガスを燃焼する燃焼器、前記酸化剤ガスを予熱する酸化剤ガス予熱器、前記燃料ガスを予熱する燃料ガス予熱器、及び液体原料を気化する気化器の機能のうち、少なくとも一つの機能を有する補助層と、を備えるとともに、
前記固体酸化物形燃料電池スタックと前記補助層とは、前記積層方向に配置されており、
前記固体酸化物形燃料電池スタックと前記補助層とは、前記固体酸化物形燃料電池スタックと前記補助層とを前記積層方向に貫通する全体用ボルトにより、分離可能に一体化されているとともに、前記固体酸化物形燃料電池スタックは、前記固体酸化物形燃料電池スタックを前記積層方向に貫通するスタック用ボルトにより一体に固定されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。 - 前記全体用ボルトと前記スタック用ボルトとは、前記固体酸化物形燃料電池を前記積層方向から見た場合に、その平面における位置をずらして配置されてことを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記全体用ボルトは、前記固体酸化物形燃料電池を前記積層方向から見た場合に、点対称の位置に配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記固体酸化物形燃料電池スタックと前記補助層と間のガス流通は、前記全体用ボルト及び/又はスタック用ボルトが挿通される挿通孔を介して行われる構造であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。
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