JP6184809B2 - 還元処理装置及び還元処理方法 - Google Patents
還元処理装置及び還元処理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6184809B2 JP6184809B2 JP2013184390A JP2013184390A JP6184809B2 JP 6184809 B2 JP6184809 B2 JP 6184809B2 JP 2013184390 A JP2013184390 A JP 2013184390A JP 2013184390 A JP2013184390 A JP 2013184390A JP 6184809 B2 JP6184809 B2 JP 6184809B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cell stack
- reducing gas
- reduction processing
- oxidizing gas
- outer peripheral
- 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.)
- Active
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
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明に係る還元処理装置は、燃料電池を構成する円筒形状のセルスタックの燃料極を還元処理する還元処理装置であって、前記セルスタックは、基体管の外周面上に燃料極と固体電解質と空気極とが順に積層されており、前記セルスタックの軸方向に直交する直交方向の外周形状よりも大きい内周形状を有する挿入部と前記セルスタックの前記直交方向の前記外周形状よりも小さい内周形状を有する規制部とを有し、前記セルスタックの端部が前記挿入部に挿入され、かつ前記規制部により前記セルスタックの軸方向の相対位置が規制された状態で配置される一対の管状部材と、前記セルスタックの前記端部の外周面及び前記挿入部の内周面に接触して充填した状態で配置され、前記セルスタックの内部と外部とを隔離する一対の隔離部材と、還元性ガス入口から供給される還元性ガスを、前記セルスタックの一端部の内部に導く還元性ガス供給路と、前記セルスタックの他端部の内部から排出される前記還元性ガスを、還元性ガス出口へ導く還元性ガス排出路と、を備えることを特徴とする。
このようにすることで、還元処理装置内に配置されるセルスタックの空気極の周囲を酸化性ガス雰囲気とし、空気極が還元処理されることを防止することができる。また、還元処理装置内に配置されるセルスタックの温度を高温に維持し、セルスタックの燃料極の還元処理をより確実に行わせることができる。
このようにすることで、非気密材料によってセルスタックの先端部を還元性ガス雰囲気とし、セルスタックが酸化性ガスにより再び酸化してしまうことを防止することができる。
このようにすることで、酸化性ガスが隔離部材を介して侵入することが防止される。
このようにすることで、還元性ガスにより還元処理されたリード膜の露出部が、酸化性ガスにより再び酸化してしまうことを防止することができる。
このようにすることで、隔離部材の寸法に多少の誤差があったとしても、隔離部材と管状部材をセルスタックの軸方向に沿って互いに接触する方向に移動させることにより、これらを確実に接触させることができる。したがって、隔離部材の寸法の誤差によって還元性ガスが隔離部材を介して空気極の周囲に侵入し、空気極が還元されてしまう不具合を防止することができる。
このようにすることで、セラミック製ファイバーを用いて、セルスタックの内部と外部を隔離しつつ、還元性ガスが通過できる非気密性を確保し、リード膜を適切に還元処理することができる。
このような還元方法を実行することにより、還元処理に要する期間を短縮化しつつ、還元処理を行うために必要な費用を削減することができる。
以下においては、説明の便宜上、紙面を基準として「上」及び「下」の表現を用いて各構成要素の位置関係を特定するが、鉛直方向に対して必ずしもこの限りである必要はない。例えば、紙面における上方向が鉛直方向における下方向に対応してもよい。また、紙面における上下方向が鉛直方向に直行する水平方向に対応してもよい。
空気極113は、例えば、LaSrMnO3系酸化物、又はLaCoO3系酸化物で構成される。この空気極113は、固体電解質111との界面付近において、供給される空気等の酸化性ガス中の酸素を解離させて酸素イオン(O2−)を生成するものである。
このインターコネクタ107は、隣り合う燃料電池セル105において、一方の燃料電池セル105の空気極113と他方の燃料電池セル105の燃料極109とを電気的に接続し、隣り合う燃料電池セル105同士を直列に接続するものである。
なお、複数のSOFCカートリッジは、燃料ガス供給管(不図示)、燃料ガス排出管(不図示)、酸化性ガス供給管(不図示)、酸化性ガス排出管(不図示)にそれぞれ接続された状態で、圧力容器(不図示)に格納される。
圧力容器の外部から燃料ガス及び酸化性ガスを供給することにより、SOFCカートリッジの円筒形セルスタック内の燃料電池セルが発電する。圧力容器の内部は、0.1MPa〜1MPa程度の圧力、大気温度〜550℃程度の温度にて運用される。
図3に示すように、本実施形態の還元処理装置100は、セルスタック101の両端部に配置される管板部材303及び管板部材306(一対の管状部材)を備える。
そこで、リード膜115の露出部分が再び酸化されてしまうことを防止するために、本実施形態の還元処理装置100は、還元性ガス供給路308に供給される還元性ガスの圧力が、酸化性ガス流路311に供給される酸化性ガスの圧力よりも高くなるように、還元性ガス及び酸化性ガスの少なくともいずれか一方の圧力を調整する圧力調整部(不図示)を備えている。
挿入部301の他端部方向の先端に対応するのが位置L1であり、セルスタック101の一端部の先端に対応するのが位置L3である。位置L1と位置L3の間に位置するのが位置L2であり、セルスタック101の外周面近傍の還元性ガス濃度が50%となる位置である。
このようにして、図4に示す構成の還元処理装置100によりセルスタック101のリード膜115及び燃料極109が還元性ガスにより還元処理される。
本実施形態の還元処理方法は、セルスタック101の外径よりも大きい内径を有する挿入部301,304とセルスタック101の外径よりも小さい内径を有する規制部302,305とを有する一対の管板部材303,306に、セルスタック101の端部が挿入部301,304に挿入され、かつ規制部302,305によりセルスタック101の軸方向の相対位置が規制された状態で配置する工程(配置工程)を含む。
このような還元方法を実行することにより、還元処理に要する期間を短縮化しつつ、還元処理を行うために必要な費用を削減することができる。
このようにすることで、還元処理装置100内に配置されるセルスタック101の空気極113の周囲を酸化性ガス雰囲気とし、空気極113が還元処理されることを防止することができる。
このようにすることで、還元処理装置100内に配置されるセルスタック101の温度を高温に維持し、セルスタック101の燃料極109の還元処理をより確実に行わせることができる。
このようにすることで、酸化性ガスがシール部材401,402を介して侵入し、還元処理したリード膜115の露出部分が再び酸化されてしまうことが防止される。
このようにすることで、還元性ガスにより還元処理されたリード膜の露出部が、酸化性ガスにより再び酸化してしまうことを防止することができる。
このようにすることで、セラミック製ファイバーを用いて、セルスタックの内部と外部を隔離しつつ、還元性ガスが通過できる非気密性を確保し、リード膜115を適切に還元処理することができる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態は、第1実施形態の変形例である。以下で特に説明する箇所を除き、第1実施形態に示される各構成は第2実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。
それに対して、第2実施形態は、挿入部601が規制部602から遠ざかるにしたがって徐々に内径が拡大する形状であり、シール部材701が規制部602から遠ざかるにしたがって徐々に外径が拡大する形状である。
管板部材603は、第1実施形態の管板部材303を変形したものであり、第1実施形態の挿入部301が第2実施形態の挿入部601に対応し、第1実施形態の規制部302が第2実施形態の規制部602に対応する。また、第1実施形態のシール部材401に対応するのが第2実施形態のシール部材701である。
このようにすることで、シール部材701の寸法に多少の誤差があったとしても、シール部材701と管板部材603をセルスタック101の軸方向に沿って互いに接触する方向に移動させることにより、これらを確実に接触させることができる。したがって、シール部材701の寸法の誤差によって還元性ガスがシール部材701を介して空気極113の周囲に侵入し、空気極が還元されてしまう不具合や還元性ガスが酸化性ガス中の酸素と燃焼反応し、セルスタック101の温度が過昇温することを防止することができる。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。第3実施形態は、第1実施形態の変形例である。
第1実施形態の還元処理装置100は、還元性ガスと酸化性ガスの圧力差を適切に調整する圧力調整部を用いることにより、リード膜115の露出部分が酸化性ガスにより酸化されてしまうことを防止するものであった。
前述の実施形態において、還元処理装置は、1つのセルスタックを還元処理するものであったが、複数のセルスタックを同時に還元処理する態様であってもよい。
この場合、還元処理装置は、第1実施形態の管板部材303、シール部材401、管板部材306、シール部材402を1組の還元処理ユニットとする複数組の還元処理ユニットを備える。そして、還元性ガス供給路は、複数組の還元処理ユニットの各々に対応する複数のセルスタックの一端部の内部に還元性ガスを導き、還元性ガス排出路は、複数組の還元処理ユニットの各々に対応する複数のセルスタックの他端部の内部から排出される還元性ガスを還元性ガス出口へ導く。
101 セルスタック
103 基体管
105 燃料電池セル
109 燃料極
111 固体電解質
113 空気極
115 リード膜
301,601 挿入部
302,602 規制部
303,603 管板部材(管状部材)
304 挿入部
305 規制部
306 管板部材(管状部材)
307 還元性ガス入口
308 還元性ガス供給路
309 還元性ガス排出路
310 還元性ガス出口
311 酸化性ガス流路
312 管板部材(酸化性ガス管状部材)
314 ヒータ
401,402,701 シール部材(隔離部材)
Claims (9)
- 燃料電池を構成するセルスタックの燃料極を還元処理する還元処理装置であって、
前記セルスタックは、基体管の外周面上に燃料極と固体電解質と空気極とが順に積層されており、
前記セルスタックの軸方向に直交する直交方向の外周形状よりも大きい内周形状を有する挿入部と前記セルスタックの前記直交方向の前記外周形状よりも小さい内周形状を有する規制部とを有し、前記セルスタックの端部が前記挿入部に挿入され、かつ前記規制部により前記セルスタックの軸方向の相対位置が規制された状態で配置される一対の管状部材と、
前記セルスタックの前記端部の外周面及び前記挿入部の内周面に接触して充填した状態で配置され、前記セルスタックの内部と外部とを隔離する一対の隔離部材と、
還元性ガス入口から供給される還元性ガスを、前記セルスタックの一端部の内部に導く還元性ガス供給路と、
前記セルスタックの他端部の内部から排出される前記還元性ガスを、還元性ガス出口へ導く還元性ガス排出路と、
を備えることを特徴とする還元処理装置。 - 前記一対の管状部材の外周を囲うように配置され、前記空気極の周囲に酸化性ガスを流通させる酸化性ガス流路を形成する酸化性ガス管状部材と、
前記酸化性ガス管状部材の外周を囲うように配置され、前記酸化性ガス管状部材の外周面を加熱するヒータを備えることを特徴とする請求項1に記載の還元処理装置。 - 前記一対の隔離部材は、非気密性材料により構成されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の還元処理装置。
- 前記還元性ガス供給路に供給される還元性ガスの圧力が、前記酸化性ガス流路に供給される酸化性ガスの圧力よりも高くなるように、前記還元性ガス及び前記酸化性ガスの少なくともいずれか一方の圧力を調整する圧力調整部を備えることを特徴とする請求項2に記載の還元処理装置。
- 前記セルスタックの前記一端部及び前記他端部には、前記セルスタックが発電する電気を集電するリード膜が配置されており、
前記セルスタックの前記一端部の縁部及び前記他端部の縁部において、前記リード膜は前記セルスタックの外周面に露出しており、
前記一対の隔離部材は、それぞれ前記一端部の縁部及び前記他端部の縁部を覆うように配置されることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の還元処理装置。 - 前記挿入部は、前記規制部から遠ざかるにしたがって、前記直交方向へ徐々に内周形状が拡大する形状であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の還元処理装置。
- 前記一対の管状部材及び前記一対の隔離部材を1組の還元処理ユニットとする複数組の還元処理ユニットを備え、
前記還元性ガス供給路は、前記複数組の還元処理ユニットの各々に対応する複数の前記セルスタックの前記一端部の内部に前記還元性ガスを導き、
前記還元性ガス排出路は、前記複数組の還元処理ユニットの各々に対応する複数の前記セルスタックの前記他端部の内部から排出される前記還元性ガスを前記還元性ガス出口へ導くことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の還元処理装置。 - 前記一対の隔離部材は、セラミック製ファイバーにより構成されていることを特徴とする請求項3に記載の還元処理装置。
- 燃料電池を構成するセルスタックの燃料極を還元処理する還元処理方法であって、
前記セルスタックは、基体管の外周面上に燃料極と固体電解質と空気極とが順に積層されており、
前記セルスタックの軸方向に直交する直交方向の外周形状よりも大きい内周形状を有する挿入部と前記セルスタックの前記直交方向の前記外周形状よりも小さい内周形状を有する規制部とを有する一対の管状部材に、前記セルスタックの端部が前記挿入部に挿入され、かつ前記規制部により前記セルスタックの軸方向の相対位置が規制された状態で配置する配置工程と、
還元性ガス入口から供給される還元性ガスを、前記セルスタックの一端部の内部に導く
還元性ガス供給路に供給する還元性ガス供給工程と、
前記セルスタックの他端部の内部から排出される前記還元性ガスを、還元性ガス排出路を介して還元性ガス出口へ導く還元性ガス排出工程と、を備え、
前記配置工程は、前記セルスタックの前記端部の外周面及び前記挿入部の内周面に接触して充填した状態で前記セルスタックの内部と外部とを隔離する一対の隔離部材を配置することを特徴とする還元処理方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013184390A JP6184809B2 (ja) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | 還元処理装置及び還元処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013184390A JP6184809B2 (ja) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | 還元処理装置及び還元処理方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015053143A JP2015053143A (ja) | 2015-03-19 |
JP6184809B2 true JP6184809B2 (ja) | 2017-08-23 |
Family
ID=52702035
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013184390A Active JP6184809B2 (ja) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | 還元処理装置及び還元処理方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6184809B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4681149B2 (ja) * | 2001-04-27 | 2011-05-11 | 三菱重工業株式会社 | 燃料電池セル管の製造方法 |
JP4831805B2 (ja) * | 2005-02-23 | 2011-12-07 | 三菱重工業株式会社 | 酸化膜の還元方法および燃料電池電極の還元方法ならびに燃料電池電極の製造方法 |
JP5413808B2 (ja) * | 2008-11-11 | 2014-02-12 | Toto株式会社 | 固体酸化物形燃料電池セル、及びそれを備える燃料電池モジュール |
JP2012026477A (ja) * | 2010-07-20 | 2012-02-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックスと金属との結合体及び固体酸化物形燃料電池 |
-
2013
- 2013-09-05 JP JP2013184390A patent/JP6184809B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015053143A (ja) | 2015-03-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6463203B2 (ja) | 電気化学素子、それを備えた電気化学モジュール、電気化学装置およびエネルギーシステム | |
WO2019160036A1 (ja) | 燃料電池システム及び複合発電システム並びに燃料電池システムの制御方法 | |
JP2018087501A (ja) | 複合発電システムの制御装置、複合発電システム、複合発電システムの制御方法および複合発電システムの制御プログラム | |
JP5980144B2 (ja) | 発電システム、発電システムの運転方法、及び制御装置 | |
JP2007128717A (ja) | 燃料電池の運転方法 | |
JP6037749B2 (ja) | 燃料電池モジュール | |
JP6734048B2 (ja) | 燃料電池カートリッジ及び燃料電池モジュール並びに燃料電池カートリッジの制御装置及び制御方法 | |
JP6165609B2 (ja) | 燃料電池およびその運転方法 | |
JP6509552B2 (ja) | 燃料電池カートリッジおよびその製造方法、並びに燃料電池モジュールおよび燃料電池システム | |
JP2014165072A (ja) | 燃料電池発電システム、コンバインド発電システム、運転方法、及び制御装置 | |
JP6239229B2 (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池運転方法 | |
JP6184809B2 (ja) | 還元処理装置及び還元処理方法 | |
EP3136491A1 (en) | Cell stack device, module, and module housing device | |
JP6522393B2 (ja) | 燃料電池装置および燃料電池システム | |
JP6479400B2 (ja) | 燃料電池装置および燃料電池システム | |
JP6433778B2 (ja) | 燃料電池および燃料電池の電気的接続方法 | |
KR20220120626A (ko) | 연료 전지 발전 시스템 | |
JP6113646B2 (ja) | 還元処理装置及び還元処理方法 | |
JP2018139193A (ja) | 燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールを備えた複合発電システム並びにサブモジュールの組み立て方法 | |
JP2017142919A (ja) | 燃料電池−水素製造システムおよびその運転方法 | |
JP2019071303A (ja) | 燃料電池サブモジュール、燃料電池モジュール及び複合発電システム並びにサブモジュールの組み立て方法 | |
JP2005079060A (ja) | 燃料電池管、燃料電池モジュール、水電解モジュール | |
JP2016085927A (ja) | 複合発電システム及び複合発電システムの制御方法 | |
JP2018133305A (ja) | 燃料電池モジュール、これを備えた複合発電システム及び燃料電池モジュールの温度調整方法 | |
JP6982586B2 (ja) | 燃料電池カートリッジ、燃料電池モジュール及び複合発電システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20150119 |
|
A625 | Written request for application examination (by other person) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A625 Effective date: 20160708 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170425 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170426 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170612 |
|
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: 20170627 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170726 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6184809 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |