JP6638834B2 - Cell module for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell using the same - Google Patents

Cell module for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell using the same Download PDF

Info

Publication number
JP6638834B2
JP6638834B2 JP2019024469A JP2019024469A JP6638834B2 JP 6638834 B2 JP6638834 B2 JP 6638834B2 JP 2019024469 A JP2019024469 A JP 2019024469A JP 2019024469 A JP2019024469 A JP 2019024469A JP 6638834 B2 JP6638834 B2 JP 6638834B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cell
gas
cell substrate
gas permeability
substrate
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
Application number
JP2019024469A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019091712A (en
Inventor
岩切　保憲
保憲 岩切
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2019024469A priority Critical patent/JP6638834B2/en
Publication of JP2019091712A publication Critical patent/JP2019091712A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6638834B2 publication Critical patent/JP6638834B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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

本発明は、固体酸化物形燃料電池用セルモジュール及びそれを用いた固体酸化物形燃料電池に関する。詳細には本発明は、過度な温度上昇を抑制した固体酸化物形燃料電池用セルモジュール及びそれを用いた固体酸化物形燃料電池に関する。   The present invention relates to a cell module for a solid oxide fuel cell and a solid oxide fuel cell using the same. More specifically, the present invention relates to a solid oxide fuel cell cell module in which an excessive rise in temperature is suppressed and a solid oxide fuel cell using the same.

地球環境問題への関心の高まりから、近年、各種燃料電池の自動車への利用が検討されている。そして、各種燃料電池の中でも固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は効率が高く、自動車用電源として注目されている。   In recent years, the use of various fuel cells for automobiles has been studied due to increasing interest in global environmental issues. Among various fuel cells, a solid oxide fuel cell (SOFC) has high efficiency and is attracting attention as a power source for automobiles.

固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、安定化ジルコニアやセリア系固溶体のような酸素イオン伝導性を備えた固体酸化物材料を電解質として用いている。さらにＳＯＦＣは、固体電解質の両面に、ガス透過性を備えた空気極と燃料極とをそれぞれ積層して単セルを構成している。そして、ガス不透過性の固体電解質を隔壁として、外部から燃料極側に水素や炭化水素等の燃料ガスを供給し、空気極側には空気等の酸化剤ガスを供給して電気を発生させる。なお、燃料ガスとしては、水素や炭化水素以外にも、各種液体燃料を改質して得られる改質ガスを用いる場合がある。   A solid oxide fuel cell (SOFC) uses a solid oxide material having oxygen ion conductivity, such as stabilized zirconia or a ceria-based solid solution, as an electrolyte. Further, in the SOFC, an air electrode and a fuel electrode having gas permeability are laminated on both surfaces of a solid electrolyte to constitute a single cell. A gas-impermeable solid electrolyte is used as a partition to supply a fuel gas such as hydrogen or hydrocarbon from the outside to the fuel electrode side, and to supply an oxidizing gas such as air to the air electrode side to generate electricity. . In addition, as a fuel gas, a reformed gas obtained by reforming various liquid fuels other than hydrogen and hydrocarbon may be used.

固体酸化物形燃料電池を自動車等に適用する場合、利用形態の特殊性として、高出力運転と高耐久性が同時に求められることがある。例えば、特許文献１では、固体電解質層、第１多孔質電極層、第２多孔質電極層、及びこれらを支持するための導電性多孔質支持体を備え、導電性多孔質支持体の表面とガスが接触した状態で流通するガス流通路が設けられた電気化学セルを開示している。そして、導電性多孔質支持体が気孔率の異なる部分を有し、かつ、気孔率の異なる部分が、ガス流通路のガス流れ方向の上流側で気孔率が低く下流側で気孔率が高くなっている構成を開示している。このように、ガス流通路の上流側で気孔率が低く下流側で気孔率を高める構成とすることで、電気化学セルの高性能化及び高効率化を図っている。   When a solid oxide fuel cell is applied to an automobile or the like, there are cases where high output operation and high durability are required at the same time as a special use form. For example, in Patent Literature 1, a solid electrolyte layer, a first porous electrode layer, a second porous electrode layer, and a conductive porous support for supporting the same are provided. An electrochemical cell provided with a gas flow passage through which gas flows in contact with the gas is disclosed. The conductive porous support has portions with different porosity, and the portions with different porosity have low porosity on the upstream side in the gas flow direction of the gas flow passage and high porosity on the downstream side. The disclosed configuration is disclosed. As described above, by adopting a configuration in which the porosity is low on the upstream side of the gas flow passage and the porosity is high on the downstream side, the performance and efficiency of the electrochemical cell are improved.

特許第５３６４４７７号公報Japanese Patent No. 5,364,477

ここで、固体酸化物形燃料電池は、発電時において単セルに温度分布が発生する。つまり、単セルの面内で燃料ガスと酸化剤ガスとが同じ方向に流れる並行流の場合、燃料ガスと酸化剤ガスの出口において単セルの温度が最も高くなる。このため、特許文献１のように、単セルの下流側で気孔率を高くすると、そもそも単セル温度の高い下流部で気孔率を上げて発電を増加させるため、単セルの温度が過度に上昇してしまう。その結果、セル材料の特性で決まる作動限界温度を越え、単セルにダメージを与え、耐久性の低下を招く恐れがあった。   Here, in the solid oxide fuel cell, a temperature distribution occurs in a single cell during power generation. That is, in the case of a parallel flow in which the fuel gas and the oxidizing gas flow in the same direction in the plane of the single cell, the temperature of the single cell becomes highest at the outlet of the fuel gas and the oxidizing gas. For this reason, if the porosity is increased on the downstream side of the unit cell as in Patent Document 1, the porosity is increased in the downstream part where the unit cell temperature is high, and power generation is increased. Resulting in. As a result, the temperature may exceed the operating limit temperature determined by the characteristics of the cell material, damaging the single cell, and possibly lowering the durability.

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、単セルの作動限界温度を超え難くし、耐久性の低下を抑制することが可能な固体酸化物形燃料電池用セルモジュール及びそれを用いた固体酸化物形燃料電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems of the related art. Further, an object of the present invention is to provide a cell module for a solid oxide fuel cell that can hardly exceed the operating limit temperature of a single cell and can suppress a decrease in durability, and a solid oxide fuel cell using the same. Is to provide.

上記課題を解決するために、本発明の態様に係る固体酸化物形燃料電池用セルモジュールは、ガス透過性を有するセル基板と、セル基板上に形成された燃料極、固体電解質及び空気極を有する。そして、燃料ガスと酸化剤ガスとを対向して流す場合、セル基板の中央部のガス透過率が、入口部及び出口部のガス透過率よりも低い。また、燃料ガスと酸化剤ガスとを並行して流す場合、セル基板の出口部のガス透過率が、出口部以外の部分のガス透過率よりも低い。   In order to solve the above problems, a cell module for a solid oxide fuel cell according to an aspect of the present invention includes a cell substrate having gas permeability, a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode formed on the cell substrate. Have. When the fuel gas and the oxidizing gas flow in opposition, the gas permeability at the center of the cell substrate is lower than the gas permeability at the inlet and the outlet. When the fuel gas and the oxidizing gas flow in parallel, the gas permeability at the outlet of the cell substrate is lower than the gas permeability at portions other than the outlet.

本発明の固体酸化物形燃料電池用セルモジュールを用いることで、セル基板におけるガス透過率が減少した部分に対向する単セルの発電量が減少する。そのため、セルモジュールの最高温度を低くし、セルモジュールの耐久性の低下を抑制することが可能となる。   By using the cell module for a solid oxide fuel cell of the present invention, the power generation amount of a single cell opposed to the portion of the cell substrate where the gas permeability is reduced is reduced. Therefore, it is possible to lower the maximum temperature of the cell module and suppress a decrease in the durability of the cell module.

図１は、固体酸化物形燃料電池用セルモジュールを示す概略断面図である。（ａ）は燃料ガスと酸化剤ガスとが並行流の場合を示し、（ｂ）は燃料ガスと酸化剤ガスとが対向流の場合を示す。FIG. 1 is a schematic sectional view showing a cell module for a solid oxide fuel cell. (A) shows the case where the fuel gas and the oxidizing gas flow in parallel, and (b) shows the case where the fuel gas and the oxidizing gas flow in the counter flow. 図２は、固体酸化物形燃料電池を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a solid oxide fuel cell. 図３は、セルモジュールにおけるガス流れ方向の位置とセルモジュールの温度との関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the position of the cell module in the gas flow direction and the temperature of the cell module. 図４は、燃料ガスと酸化剤ガスが並行流であるセルモジュールにおける、ガス流れ方向の位置とセル基板のガス透過率及びセルモジュールの温度との関係を示すグラフである。（ａ）はセルモジュールにおけるガス流れ方向の位置とセル基板のガス透過率との関係を示すグラフであり、（ｂ）はセルモジュールにおけるガス流れ方向の位置とセルモジュールの温度との関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the position in the gas flow direction, the gas permeability of the cell substrate, and the temperature of the cell module in the cell module in which the fuel gas and the oxidizing gas flow in parallel. (A) is a graph showing the relationship between the position of the cell module in the gas flow direction and the gas permeability of the cell substrate, and (b) shows the relationship between the position of the cell module in the gas flow direction and the temperature of the cell module. It is a graph. 図５は、燃料ガスと酸化剤ガスが並行流であるセルモジュールにおける、ガス流れ方向の位置とセルモジュールの温度との関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the position in the gas flow direction and the temperature of the cell module in the cell module in which the fuel gas and the oxidizing gas flow in parallel. 図６は、燃料ガスと酸化剤ガスが対向流であるセルモジュールにおける、ガス流れ方向の位置とセル基板のガス透過率及びセルモジュールの温度との関係を示すグラフである。（ａ）はセルモジュールにおけるガス流れ方向の位置とセル基板のガス透過率との関係を示すグラフであり、（ｂ）はセルモジュールにおけるガス流れ方向の位置とセルモジュールの温度との関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the position in the gas flow direction, the gas permeability of the cell substrate, and the temperature of the cell module in the cell module in which the fuel gas and the oxidizing gas flow in opposite directions. (A) is a graph showing the relationship between the position of the cell module in the gas flow direction and the gas permeability of the cell substrate, and (b) shows the relationship between the position of the cell module in the gas flow direction and the temperature of the cell module. It is a graph. 図７は、セル基板のガス透過率とセルモジュールの温度との関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the gas permeability of the cell substrate and the temperature of the cell module. 図８は、第一実施形態に係るセルモジュールの製造方法を示す図である。（ａ）は均一なガス透過率を有するセル基板を示す概略断面図であり、（ｂ）は圧縮加工が施されたセル基板を示す概略断面図である。（ｃ）は、圧縮加工が施されたセル基板に空気極、固体電解質及び燃料極を積層した状態を示し、（ｅ）のＣ−Ｃ線に沿った概略断面図である。（ｄ）は、（ｅ）のＤ−Ｄ線に沿った概略断面図である。（ｅ）は、本実施形態のセルモジュールを示す底面図である。FIG. 8 is a diagram illustrating the method for manufacturing the cell module according to the first embodiment. (A) is a schematic sectional view showing a cell substrate having a uniform gas permeability, and (b) is a schematic sectional view showing a cell substrate subjected to compression processing. (C) is a schematic cross-sectional view taken along line CC of (e), showing a state in which an air electrode, a solid electrolyte, and a fuel electrode are stacked on the cell substrate that has been subjected to compression processing. (D) is a schematic sectional view along the DD line of (e). (E) is a bottom view showing the cell module of the present embodiment. 図９は、第二実施形態に係るセルモジュールの製造方法を示す図である。（ａ）は均一なガス透過率を有するセル基板を示す概略断面図であり、（ｂ）は切り欠き加工が施されたセル基板を示す概略断面図である。（ｃ）は、切り欠き加工が施されたセル基板に空気極、固体電解質及び燃料極を積層した状態を示し、（ｅ）のＣ−Ｃ線に沿った概略断面図である。（ｄ）は、（ｅ）のＤ−Ｄ線に沿った概略断面図である。（ｅ）は、本実施形態のセルモジュールを示す底面図である。FIG. 9 is a diagram illustrating the method for manufacturing the cell module according to the second embodiment. (A) is a schematic cross-sectional view showing a cell substrate having a uniform gas permeability, and (b) is a schematic cross-sectional view showing a notched cell substrate. (C) is a schematic cross-sectional view taken along line CC of (e), showing a state in which an air electrode, a solid electrolyte, and a fuel electrode are stacked on the cell substrate subjected to the notch processing. (D) is a schematic sectional view along the DD line of (e). (E) is a bottom view showing the cell module of the present embodiment. 図１０は、第三実施形態に係るセルモジュールの製造方法を示す図である。（ａ）は均一なガス透過率を有するセル基板を示す概略断面図であり、（ｂ）は多孔質板をセル基板に貫入する前の状態を示す概略断面図である。（ｃ）は、貫入部が設けられたセル基板に空気極、固体電解質及び燃料極を積層した状態を示す概略断面図である。（ｄ）は、本実施形態のセルモジュールを示す平面図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the method for manufacturing the cell module according to the third embodiment. (A) is a schematic sectional view showing a cell substrate having a uniform gas permeability, and (b) is a schematic sectional view showing a state before a porous plate penetrates the cell substrate. (C) is a schematic sectional view showing a state in which an air electrode, a solid electrolyte and a fuel electrode are stacked on a cell substrate provided with a penetration portion. (D) is a plan view showing the cell module of the present embodiment. 図１１は、第四実施形態に係るセルモジュールの製造方法を示す図である。（ａ）は均一なガス透過率を有するセル基板を示す概略断面図であり、（ｂ）は多孔質板をセル基板に貫入する前の状態を示す概略断面図である。（ｃ）は、貫入部が設けられたセル基板に空気極、固体電解質及び燃料極を積層した状態を示し、（ｅ）のＣ−Ｃ線に沿った概略断面図である。（ｄ）は、（ｅ）のＤ−Ｄ線に沿った概略断面図である。（ｅ）は、本実施形態のセルモジュールを示す底面図である。FIG. 11 is a diagram illustrating the method for manufacturing the cell module according to the fourth embodiment. (A) is a schematic sectional view showing a cell substrate having a uniform gas permeability, and (b) is a schematic sectional view showing a state before a porous plate penetrates the cell substrate. (C) is a schematic cross-sectional view taken along line CC of (e), showing a state in which the air electrode, the solid electrolyte, and the fuel electrode are stacked on the cell substrate provided with the penetration portion. (D) is a schematic sectional view along the DD line of (e). (E) is a bottom view showing the cell module of the present embodiment. 図１２は、第五実施形態に係るセルモジュールの製造方法を示す図である。（ａ）は低透過率構造体と高透過率構造体を接合する前の状態を示す概略断面図であり、（ｂ）は低透過率構造体と高透過率構造体を接合してなるセル基板に、空気極、固体電解質及び燃料極を積層した状態を示す概略断面図である。FIG. 12 is a diagram illustrating the method for manufacturing the cell module according to the fifth embodiment. (A) is a schematic sectional view showing a state before joining a low transmittance structure and a high transmittance structure, and (b) is a cell formed by joining a low transmittance structure and a high transmittance structure. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state where an air electrode, a solid electrolyte, and a fuel electrode are stacked on a substrate. 図１３は、第六実施形態に係るセルモジュールの製造方法を示す図である。（ａ）は均一なガス透過率を有するセル基板を示す概略断面図であり、（ｂ）はセル基板にガス侵入障害部材を接合した状態を示す概略断面図である。（ｃ）は、ガス侵入障害部材が設けられたセル基板に、空気極、固体電解質及び燃料極を積層した状態を示し、（ｄ）のＣ−Ｃ線に沿った概略断面図である。（ｄ）は、本実施形態のセルモジュールを示す底面図である。FIG. 13 is a diagram illustrating the method for manufacturing the cell module according to the sixth embodiment. (A) is a schematic cross-sectional view showing a cell substrate having a uniform gas permeability, and (b) is a schematic cross-sectional view showing a state where a gas intrusion obstacle member is joined to the cell substrate. (C) is a schematic cross-sectional view taken along line CC of (d), showing a state in which an air electrode, a solid electrolyte, and a fuel electrode are stacked on a cell substrate provided with a gas intrusion obstacle member. (D) is a bottom view showing the cell module of the present embodiment.

以下、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用セルモジュール及びそれを用いた固体酸化物形燃料電池について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。   Hereinafter, a cell module for a solid oxide fuel cell according to the present embodiment and a solid oxide fuel cell using the same will be described in detail. Note that the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for the sake of explanation, and may differ from the actual ratios.

［第一実施形態］
本実施形態に係るセルモジュール１０は、図１に示すように、ガス透過性を有するセル基板１を備えている。さらにセルモジュール１０は、セル基板１上に形成される、燃料極及び空気極のいずれか一方の電極２と、当該一方の電極２上に形成される固体電解質３と、固体電解質３上に形成される他方の電極４とを備えている。 [First embodiment]
As shown in FIG. 1, a cell module 10 according to the present embodiment includes a cell substrate 1 having gas permeability. Further, the cell module 10 is formed on the cell substrate 1, the electrode 2 of one of the fuel electrode and the air electrode, the solid electrolyte 3 formed on the one electrode 2, and the solid electrolyte 3 formed on the solid electrode 3. And the other electrode 4 to be used.

さらに図２に示すように、本実施形態の固体酸化物形燃料電池２０において、セルモジュール１０は、燃料極インターコネクター２１（燃料極セパレーター）と、空気極インターコネクター２２（空気極セパレーター）とにより挟持されている。燃料極インターコネクター２１は複数の燃料ガス流路２１ａを備え、空気極インターコネクター２２は複数の酸化剤ガス流路２２ａを備えている。そして、燃料ガス流路２１ａ及び酸化剤ガス流路２２ａは、互いに並行して配置された多数の直線状の流路（パラレル型流路）となっている。   Further, as shown in FIG. 2, in the solid oxide fuel cell 20 of the present embodiment, the cell module 10 includes a fuel electrode interconnector 21 (fuel electrode separator) and a fuel electrode interconnector 22 (air electrode separator). It is pinched. The fuel electrode interconnector 21 has a plurality of fuel gas flow paths 21a, and the air electrode interconnector 22 has a plurality of oxidizing gas flow paths 22a. The fuel gas flow path 21a and the oxidizing gas flow path 22a are a large number of linear flow paths (parallel flow paths) arranged in parallel with each other.

燃料極インターコネクター２１及び空気極インターコネクター２２に設けられた流路（燃料ガス流路２１ａ，酸化剤ガス流路２２ａ）の断面形状は、リブと呼ばれる凸部と、チャネルと呼ばれる凹部とからなる。このうち、燃料極インターコネクター２１及び空気極インターコネクター２２の一方のリブがセル基板１と接触することにより、インターコネクターとセル基板１との間で電子を導通させる。また、燃料極インターコネクター２１及び空気極インターコネクター２２の他方のリブが他方の電極４と接触することにより、インターコネクターと他方の電極４との間で電子を導通させる。   The cross-sectional shapes of the flow paths (the fuel gas flow path 21a and the oxidizing gas flow path 22a) provided in the fuel electrode interconnector 21 and the air electrode interconnector 22 include a convex portion called a rib and a concave portion called a channel. . When one of the ribs of the fuel electrode interconnector 21 and the air electrode interconnector 22 comes into contact with the cell substrate 1, electrons are conducted between the interconnector and the cell substrate 1. In addition, the other ribs of the fuel electrode interconnector 21 and the air electrode interconnector 22 come into contact with the other electrode 4 so that electrons are conducted between the interconnector and the other electrode 4.

ここで、燃料ガス流路２１ａを流れる燃料ガス及び酸化剤ガス流路２２ａを流れる酸化剤ガスは、セルモジュール１０の面内で対向して流れる対向流（カウンターフロー）であってもよい。また、燃料ガス及び酸化剤ガスは、セルモジュール１０の面内で同じ方向に流れる並行流（コーフロー）であってもよい。   Here, the fuel gas flowing through the fuel gas flow path 21a and the oxidizing gas flowing through the oxidizing gas flow path 22a may be counterflows (counter flows) that flow in the plane of the cell module 10 to face each other. Further, the fuel gas and the oxidizing gas may be a co-flow (co-flow) flowing in the same direction in the plane of the cell module 10.

なお、以下、説明の便宜上、一方の電極２を燃料極とし、他方の電極４を空気極として、本実施形態に係るセルモジュール１０を説明する。この場合、燃料極インターコネクター２１がセル基板１と接触し、空気極インターコネクター２２が空気極と接触する構成となる。   Hereinafter, for convenience of explanation, the cell module 10 according to the present embodiment will be described with one electrode 2 being a fuel electrode and the other electrode 4 being an air electrode. In this case, the fuel electrode interconnector 21 comes into contact with the cell substrate 1 and the air electrode interconnector 22 comes into contact with the air electrode.

図１（ａ）に示すように、燃料ガス及び酸化剤ガスがセルモジュール１０の面内で同じ方向に流れる並行流の場合、図３に示すように燃料ガス及び酸化剤ガスの出口部１ｃでセルモジュール温度が最も高くなる。つまり、並行流型の場合、電池反応による発熱とジュール熱によって発生する熱が、作動流体による対流熱伝達の効果で下流側に伝わる。そのため、ガス流路の入口から出口に至るにつれて、セルモジュールの温度が上昇する。   As shown in FIG. 1A, when the fuel gas and the oxidizing gas flow in the same direction in the plane of the cell module 10 in a parallel flow, as shown in FIG. The cell module temperature is highest. That is, in the case of the parallel flow type, the heat generated by the heat generated by the battery reaction and the Joule heat is transmitted to the downstream side by the effect of the convective heat transfer by the working fluid. Therefore, the temperature of the cell module increases from the inlet to the outlet of the gas flow path.

このような現象は、セル基板１の気孔率が全面で一定の場合でも、特許文献１のように、燃料ガス及び酸化剤ガスの出口部で気孔率を上げた場合でも同様である。このことは、実験上からも文献上からも明らかで、従来より各種の報告がある。例えば、K. Lai, B.J.Koeppel, K.S.Choi, et al., “A quasi-two-dimensional electrochemistry modeling tool for planar solid oxide fuel cell stacks,” Journal of Power Sources, vol.196, no.6, pp.3204-3222, 2011.では、温度分布の実験結果とシミュレーション結果の比較が記載されている。特に、特許文献１のように、ガス下流側でセル基板の気孔率を上げる、すなわち燃料極２の発電表面部に燃料ガスを侵入しやすくすると、燃料ガスの出口部１ｃでの発電量が入口部１ａより増加する。そのため、セル基板１の気孔率が一定の場合に比べて、出口部１ｃにおけるセルモジュールの温度が集中的に上昇しやすくなる。   Such a phenomenon is the same even when the porosity of the cell substrate 1 is constant over the entire surface or when the porosity is increased at the outlets of the fuel gas and the oxidizing gas as in Patent Document 1. This is clear from experiments and from the literature, and there have been various reports. For example, K. Lai, BJ Koeppel, KSChoi, et al., “A quasi-two-dimensional electrochemistry modeling tool for planar solid oxide fuel cell stacks,” Journal of Power Sources, vol.196, no.6, pp. 3204-3222, 2011. describes a comparison between experimental and simulated temperature distribution results. In particular, as in Patent Document 1, when the porosity of the cell substrate is increased on the gas downstream side, that is, when the fuel gas easily penetrates into the power generation surface of the fuel electrode 2, the amount of power generated at the fuel gas outlet 1c increases at the inlet. It increases from the part 1a. Therefore, as compared with the case where the porosity of the cell substrate 1 is constant, the temperature of the cell module at the outlet 1c tends to increase intensively.

一方、図１（ｂ）に示すように、燃料ガス及び酸化剤ガスがセルモジュール１０の面内で対向して流れる対向流の場合、並行流の場合と異なる温度分布を示す。具体的には、対向流の場合、セルモジュール１０における酸化剤ガス及び燃料ガスの入口部１ａ及び出口部１ｃでなく、中央部１ｂにセルモジュール温度が高くなる部分が生じる。これは、対向流の場合には酸化剤ガスの出口側が燃料ガスの入口側となり、酸化剤ガスの出口側で低温の燃料ガスが流入する。そのため、当該出口部１ｃ及び入口部１ａよりも中央部１ｂのセルモジュール温度が集中的に上昇しやすくなる。   On the other hand, as shown in FIG. 1B, in the case of the counter flow in which the fuel gas and the oxidizing gas flow in the plane of the cell module 10, the temperature distribution is different from that in the case of the parallel flow. Specifically, in the case of the counterflow, a portion where the temperature of the cell module becomes high occurs in the central portion 1b instead of the inlet portion 1a and the outlet portion 1c of the oxidizing gas and the fuel gas in the cell module 10. In the case of counterflow, the outlet side of the oxidizing gas serves as the inlet side of the fuel gas, and the low-temperature fuel gas flows in at the outlet side of the oxidizing gas. Therefore, the temperature of the cell module in the central portion 1b tends to increase more intensively than the outlet portion 1c and the inlet portion 1a.

このように、燃料ガス及び酸化剤ガスが並行流及び対向流のいずれの場合も、セルモジュール１０の温度が部分的に上昇し、作動限界温度を超え、耐久性の低下を招く恐れがある。そのため、部分的な温度上昇を抑制するために、本実施形態では、セルモジュール１０における高温部に対応する部分のセル基板１のガス透過率を低減している。つまり、並行流の場合、セル基板１における燃料ガスの出口部１ｃのガス透過率を、セル基板１における出口部１ｃ以外の部分のガス透過率よりも低く設定している。このことにより、出口部１ｃでは、燃料極２の表面への燃料ガスの到達が抑制されるため、単セルの下流部（出口部１ｃ）での発電量が低下する。この場合、単セルは同一出力を得るために、不足した発電量を上流側で賄うことから、上流部（入口部１ａ）の発電量が増加する。その結果、低温であった入口部１ａで温度が上昇し、出口部１ｃで温度が低下することから、出口部１ｃの高温集中が緩和され、セルモジュール全体の温度を均一化することが可能となる。   As described above, in both the case where the fuel gas and the oxidizing gas flow in the parallel flow and the case where the counter gas flows, the temperature of the cell module 10 partially increases, exceeds the operation limit temperature, and may cause a decrease in durability. Therefore, in this embodiment, in order to suppress a partial temperature rise, the gas permeability of the cell substrate 1 in a portion corresponding to the high-temperature portion in the cell module 10 is reduced. That is, in the case of the parallel flow, the gas permeability of the outlet 1c of the fuel gas in the cell substrate 1 is set lower than the gas permeability of the portion other than the outlet 1c in the cell substrate 1. As a result, at the outlet 1c, the arrival of the fuel gas at the surface of the fuel electrode 2 is suppressed, so that the amount of power generation at the downstream part of the single cell (the outlet 1c) is reduced. In this case, in order to obtain the same output, the single cell covers the insufficient power generation amount on the upstream side, so that the power generation amount at the upstream portion (the entrance 1a) increases. As a result, the temperature rises at the inlet 1a, which has been low, and decreases at the outlet 1c. Therefore, the concentration of the high temperature at the outlet 1c is reduced, and the temperature of the entire cell module can be made uniform. Become.

より詳細に説明すると、図４（ａ）に示すように、特許文献１では、ガス流路の下流側で気孔率を上げ、ガス透過率を高めている。しかし、本実施形態では、ガス流路の下流側でガス透過率を低く設定している。そのため、図４（ｂ）及び図５に示すように、特許文献１の構成と比較してセルモジュール１０の出口部１ｃでの温度が低下することから、作動限界温度を下回る状態を維持することができる。その結果、セルモジュール１０の熱劣化を抑制し、耐久性を向上させることが可能となる。   More specifically, as shown in FIG. 4A, in Patent Document 1, the porosity is increased on the downstream side of the gas flow path to increase the gas permeability. However, in the present embodiment, the gas permeability is set low on the downstream side of the gas flow path. For this reason, as shown in FIGS. 4B and 5, the temperature at the outlet 1c of the cell module 10 is lower than that of the configuration of Patent Literature 1, and the state where the temperature is lower than the operation limit temperature is maintained. Can be. As a result, it is possible to suppress the thermal deterioration of the cell module 10 and improve the durability.

上述と同様に、対向流の場合には、図６（ａ）に示すように、ガス流れ方向におけるセル基板１の中央部１ｂのガス透過率を、セル基板１における燃料ガスの入口部１ａ及び出口部１ｃのガス透過率よりも低く設定している。このことにより、中央部１ｂでは、燃料極２の表面への燃料ガスの到達が抑制されるため、単セルの中央部１ｂでの発電量が抑制される。この場合、単セルは同一出力を得るために、不足した発電量を中央部１ｂ以外の入口部１ａ及び出口部１ｃで賄うことから、中央部１ｂ以外の発電量が増加する。その結果、図６（ｂ）に示すように、中央部１ｂ以外で温度が上昇し、中央部１ｂで温度が低下することから、中央部１ｂの高温集中が緩和され、単セル全体の温度を均一化することが可能となる。   As described above, in the case of the counter flow, as shown in FIG. 6A, the gas permeability of the central portion 1b of the cell substrate 1 in the gas flow direction is determined by changing the fuel gas inlet portion 1a and the fuel gas inlet portion 1a of the cell substrate 1. It is set lower than the gas permeability of the outlet 1c. Thus, in the central portion 1b, the amount of fuel gas reaching the surface of the fuel electrode 2 is suppressed, so that the power generation amount in the central portion 1b of the single cell is suppressed. In this case, in order to obtain the same output, the single cell covers the insufficient power generation at the inlet 1a and the outlet 1c other than the central portion 1b, so that the power generation other than the central portion 1b increases. As a result, as shown in FIG. 6 (b), the temperature rises outside the central portion 1b and decreases at the central portion 1b, so that the high-temperature concentration in the central portion 1b is alleviated, and the temperature of the entire unit cell is reduced. It can be made uniform.

図７では、セルモジュールの温度が高い部分における、セル基板のガス透過率と最高温度との関係を示す。具体的には、並行流の場合、セル基板１における燃料ガスの出口部１ｃのガス透過率と最高温度との関係を示している。また、対向流の場合、ガス流れ方向におけるセル基板１の中央部１ｂのガス透過率と最高温度との関係を示している。図７において、ガス透過率が１．０とは、セル基板の他の場所と同じガス透過率であることを示す。また、ガス透過率が０．６とは、６割のガスが透過する、つまりガスの透過量が４割減少することを示す。   FIG. 7 shows the relationship between the gas permeability of the cell substrate and the maximum temperature in the portion where the temperature of the cell module is high. Specifically, in the case of the parallel flow, the relationship between the gas permeability of the fuel gas outlet 1c in the cell substrate 1 and the maximum temperature is shown. Further, in the case of the counterflow, the relationship between the gas permeability of the central portion 1b of the cell substrate 1 in the gas flow direction and the maximum temperature is shown. In FIG. 7, a gas permeability of 1.0 indicates that the gas permeability is the same as other parts of the cell substrate. A gas permeability of 0.6 indicates that 60% of the gas permeates, that is, the gas permeation amount is reduced by 40%.

図７に示すように、ガス透過率を下げた場合、セルモジュールの最高温度は低下する傾向を示すが、ガス透過率を更に下げた場合、セルモジュールの最高温度は逆に上昇する傾向を示す。このため、セルモジュールの最高温度が最も低くなるガス透過率は０．６前後となる。したがって、セル基板の製造条件やセルモジュールの温度低下効果を考慮した場合、ガス透過率は０．４〜０．８とすることが好ましく、０．５〜０．７とすることがより好ましい。言い換えれば、セル基板１において、ガス透過率が低い部分のガス透過率は、他の部分のガス透過率の高い部分の４０〜８０％であることが好ましく、５０〜７０％であることがより好ましい。   As shown in FIG. 7, when the gas permeability is decreased, the maximum temperature of the cell module tends to decrease, but when the gas permeability is further decreased, the maximum temperature of the cell module tends to increase. . Therefore, the gas permeability at which the maximum temperature of the cell module becomes the lowest is about 0.6. Therefore, in consideration of the manufacturing conditions of the cell substrate and the effect of lowering the temperature of the cell module, the gas permeability is preferably set to 0.4 to 0.8, more preferably 0.5 to 0.7. In other words, in the cell substrate 1, the gas permeability of a portion having a low gas permeability is preferably 40 to 80% of that of the other portion having a high gas permeability, and more preferably 50 to 70%. preferable.

なお、セル基板１のガス透過率の測定方法は、ガス透過率が低い部分におけるガス透過率とその他の部分のガス透過率との相対値を求めることができれば特に限定されない。セル基板１のガス透過率は、例えば差圧式ガス透過率評価装置を用いて測定することができる。   The method for measuring the gas permeability of the cell substrate 1 is not particularly limited as long as the relative value between the gas permeability in a portion having a low gas permeability and the gas permeability in other portions can be obtained. The gas permeability of the cell substrate 1 can be measured using, for example, a differential pressure gas permeability evaluation device.

次に、反応ガスの流れ位置により、セル基板１のガス透過率を変化させるための方法について説明する。なお、説明の便宜上、対向流の場合に適用される、セル基板１の中央部１ｂにおけるガス透過率を低下させる方法について説明する。また、並行流の場合に適用される、セル基板１の出口部１ｃにおけるガス透過率を低下させる方法も同様に行うことができる。   Next, a method for changing the gas permeability of the cell substrate 1 according to the flow position of the reaction gas will be described. For convenience of description, a method for reducing the gas permeability in the central portion 1b of the cell substrate 1, which is applied in the case of the counter flow, will be described. Further, a method of reducing the gas permeability at the outlet 1c of the cell substrate 1, which is applied in the case of the parallel flow, can be similarly performed.

本実施形態において、セル基板１のガス透過率は、セル基板１を圧縮してなる緻密部を設けることで低下させることができる。つまり、均一なガス透過率を持つセル基板１に対し、ガス透過率を低下させたい部分を圧縮して凹ませ、ガス透過率に変化を持たせたものである。   In the present embodiment, the gas permeability of the cell substrate 1 can be reduced by providing a dense portion formed by compressing the cell substrate 1. That is, in the cell substrate 1 having a uniform gas permeability, a portion where the gas permeability is desired to be reduced is compressed and dented, so that the gas permeability is changed.

具体的には、図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、均一なガス透過率を持つセル基板１に対し、ガス透過率を低下させたい部分を、セル基板１の下面から圧縮して凹ませることにより、緻密部１ｄを形成する。そして、図８（ｃ）に示すように、セル基板１における下面の反対側の平滑面（上面）上に、燃料極２、固体電解質３及び空気極４を積層することにより、セルモジュール１０が得られる。なお、燃料極２、固体電解質３及び空気極４の積層方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。   Specifically, as shown in FIGS. 8A and 8B, a portion of the cell substrate 1 having a uniform gas permeability is to be compressed from a lower surface of the cell substrate 1 by reducing a portion of the cell substrate 1 where the gas permeability is to be reduced. To form a dense portion 1d. Then, as shown in FIG. 8C, the fuel electrode 2, the solid electrolyte 3, and the air electrode 4 are stacked on a smooth surface (upper surface) opposite to the lower surface of the cell substrate 1, whereby the cell module 10 is formed. can get. The method of laminating the fuel electrode 2, the solid electrolyte 3, and the air electrode 4 is not particularly limited, and a known method can be used.

このような緻密部１ｄは、セル基板１が圧縮されて密度が高まるため、燃料ガスが侵入し難くなる。そのため、緻密部１ｄでは燃料ガスの透過率が低下し、燃料極２へ侵入する燃料ガスが減少している。よって、このような圧縮加工が施された緻密部に対向する単セルの発電量は減少することから、セルモジュールの最高温度を低下させることができる。また、緻密部１ｄの圧縮量、つまり緻密部の厚みや密度を調整することで、所望のガス透過率を容易に得ることが可能となる。   In such a dense portion 1d, since the cell substrate 1 is compressed and the density increases, it becomes difficult for the fuel gas to enter. Therefore, the permeability of the fuel gas is reduced in the dense portion 1d, and the fuel gas entering the fuel electrode 2 is reduced. Therefore, since the power generation amount of the single cell facing the dense portion subjected to such compression processing is reduced, the maximum temperature of the cell module can be reduced. In addition, by adjusting the compression amount of the dense portion 1d, that is, the thickness and density of the dense portion, a desired gas permeability can be easily obtained.

なお、緻密部１ｄは、ガス透過率を低減させたい部分の全体に形成してもよい。つまり、対向流の場合には、セル基板１の中央部１ｂの全体に緻密部１ｄを形成してもよい。また、並行流の場合には、セル基板１の出口部１ｃの全体に緻密部１ｄを形成してもよい。ただ、緻密部１ｄは、セル基板１の下面から圧縮して凹ませることにより形成しているため、凹ませた部分は燃料極インターコネクター２１のリブと接触しておらず、セル基板１と燃料極インターコネクター２１との間の導通が十分に確保できない可能性がある。   Note that the dense portion 1d may be formed over the entire portion where the gas permeability is to be reduced. That is, in the case of the counterflow, the dense portion 1d may be formed on the entire central portion 1b of the cell substrate 1. In the case of the parallel flow, a dense portion 1d may be formed on the entire outlet 1c of the cell substrate 1. However, since the dense portion 1d is formed by compressing and denting the lower surface of the cell substrate 1, the dented portion does not contact the rib of the fuel electrode interconnector 21 and the cell substrate 1 There is a possibility that conduction with the pole interconnector 21 cannot be sufficiently ensured.

そのため、本実施形態では、図８の（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示すように、緻密部１ｄを燃料ガスの流通方向（Ｚ軸方向）に沿って長尺状に形成し、さらに複数の緻密部１ｄを、Ｚ軸方向に垂直な方向（Ｘ軸方向）に間隔をあけて設けることが好ましい。このように複数の緻密部１ｄを間隔をあけて設けることにより、ガス透過率を低減させたい部分においても、セル基板１と燃料極インターコネクター２１との間が電気的に接続される。そのため、セル基板１と燃料極インターコネクター２１との間の導通を確保することが可能となる。また、複数の緻密部１ｄを間隔をあけて設け、さらに緻密部１ｄの幅、間隔及び密度を調整することにより、所望のガス透過率を得ることが可能となる。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIGS. 8C, 8D, and 8E, the dense portion 1d is formed in a long shape along the fuel gas flow direction (Z-axis direction). Furthermore, it is preferable to provide a plurality of dense portions 1d at intervals in a direction perpendicular to the Z-axis direction (X-axis direction). By providing a plurality of dense portions 1d at intervals as described above, the cell substrate 1 and the fuel electrode interconnector 21 are electrically connected even at a portion where the gas permeability is to be reduced. Therefore, conduction between the cell substrate 1 and the fuel electrode interconnector 21 can be ensured. Further, by providing a plurality of dense portions 1d at intervals, and further adjusting the width, interval, and density of the dense portions 1d, a desired gas permeability can be obtained.

本実施形態において、セル基板１としては、ガス透過性を有し、支持体としての十分な強度を有するものであれば、特に限定されるものではないが、電気伝導度が高いものを用いることが好ましい。例えば、ニッケル（Ｎｉ）やクロム（Ｃｒ）を含有する耐食合金や耐食鋼、ステンレス鋼などからなり、多数の空隙を備えた板状のものを適用することができる。具体的には、上記材料により構成された、パンチングメタル基板、エッチングメタル基板、エキスパンドメタル基板、発泡金属体、金属粉末焼結体、金網等の金属メッシュ、金属不織布などを用いることができる。また、これらは、必要に応じて同種又は異種のものを積層してもよい。   In the present embodiment, the cell substrate 1 is not particularly limited as long as it has gas permeability and has sufficient strength as a support. Is preferred. For example, a plate made of a corrosion-resistant alloy, corrosion-resistant steel, stainless steel, or the like containing nickel (Ni) or chromium (Cr) and having many voids can be used. Specifically, a punched metal substrate, an etched metal substrate, an expanded metal substrate, a foamed metal body, a sintered metal powder, a metal mesh such as a wire mesh, a metal nonwoven fabric, or the like can be used. Further, these may be of the same type or different types as required.

燃料極２としては、還元雰囲気に強く、燃料ガスを透過し、電気伝導度が高く、水素分子をプロトンに変換する触媒作用を有するものを好適に用いることができる。燃料極の構成材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）などの金属が単独で適用される場合もあるが、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）に代表される酸素イオン伝導体を混在させたサーメットを適用することが好ましい。このような材料を用いることによって反応エリアが増加し、電極性能を向上させることができる。なお、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）に替えて、サマリアドープセリア（ＳＤＣ）やガドリアドープセリア（ＧＤＣ）のようなセリア固溶体を適用することもできる。   As the fuel electrode 2, a fuel electrode that is strong in a reducing atmosphere, permeable to a fuel gas, has high electric conductivity, and has a catalytic action of converting hydrogen molecules into protons can be suitably used. As a constituent material of the fuel electrode, for example, a metal such as nickel (Ni) may be applied alone, but a cermet mixed with an oxygen ion conductor represented by yttria-stabilized zirconia (YSZ) is applied. Is preferred. By using such a material, the reaction area increases, and the electrode performance can be improved. Note that, instead of yttria-stabilized zirconia (YSZ), a ceria solid solution such as samarium-doped ceria (SDC) or gadria-doped ceria (GDC) can be used.

空気極４としては、酸化雰囲気に強く、酸化剤ガスを透過し、電気伝導度が高く、酸素分子を酸化物イオンに変換する触媒作用を有するものを好適に用いることができる。また、空気極４は、電極触媒からなるものであっても、電極触媒と電解質材料とのサーメットからなるものであってもよい。電極触媒としては、例えば、銀（Ａｇ）や白金（Ｐｔ）などの金属が適用される場合もあるが、ランタンストロンチウムコバルタイト（Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３：ＬＳＣ）やランタンストロンチウムコバルトフェライト（Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏ１−ｙＦｅｙＯ３：ＬＳＣＦ）、サマリウムストロンチウムコバルタイト（ＳｍｘＳｒ１−ｘＣｏＯ３：ＳＳＣ）、ランタンストロンチウムマンガナイト（Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３：ＬＳＭ）などのペロブスカイト型酸化物を適用することが好ましい。しかしながら、これらに限定されるものではなく、従来公知の空気極材料を適用することができる。なお、これらは一種を単独で又は複数種を組み合わせて適用することができる。さらに、電解質材料としては、例えば、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）などを挙げることができるが、これに限定されるものではなく、各種の安定化ジルコニアやセリア固溶体などの酸化物との混合体を好適に用いることができる。 As the air electrode 4, an air electrode that is resistant to an oxidizing atmosphere, transmits an oxidizing gas, has high electric conductivity, and has a catalytic action of converting oxygen molecules into oxide ions can be suitably used. The air electrode 4 may be made of an electrode catalyst, or may be made of a cermet of an electrode catalyst and an electrolyte material. As the electrode catalyst, for example, a metal such as silver (Ag) or platinum (Pt) may be applied, but lanthanum strontium cobaltite (La 1-x Sr x CoO 3 : LSC) or lanthanum strontium cobalt ferrite ( La 1-x Sr x Co 1 -y Fe y O 3: LSCF), samarium strontium cobaltite (Sm x Sr 1-x CoO 3: SSC), lanthanum strontium manganite (La 1-x Sr x MnO 3: LSM It is preferable to use a perovskite oxide such as However, the present invention is not limited to these, and a conventionally known air electrode material can be applied. In addition, these can be applied individually by 1 type or in combination of 2 or more types. Further, examples of the electrolyte material include, but are not limited to, cerium oxide (CeO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), and lanthanum oxide (La 2 O 3 ). Instead, a mixture with various kinds of oxides such as stabilized zirconia and ceria solid solution can be suitably used.

固体電解質３としては、ガス不透過性と、電子を通さずに酸素イオンを通す性能を有するものを好適に用いることができる。固体電解質の構成材料としては、例えば、イットリア（Ｙ２Ｏ３）や酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）、サマリア（Ｓｍ２Ｏ３）、ガドリア（Ｇｄ２Ｏ３）、スカンジア（Ｓｃ２Ｏ３）などを固溶した安定化ジルコニアを適用することができる。また、サマリアドープセリア（ＳＤＣ）やイットリアドープセリア（ＹＤＣ）、ガドリアドープセリア（ＧＤＣ）のようなセリア固溶体や、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、ランタンストロンチウムマグネシウムガレート（Ｌａ１−ｘＳｒｘＧａ１−ｙＭｇｙＯ３：ＬＳＭＧ）などを適用することもできる。 As the solid electrolyte 3, those having gas impermeability and a property of passing oxygen ions without passing electrons can be suitably used. As a constituent material of the solid electrolyte, for example, yttria (Y 2 O 3 ), neodymium oxide (Nd 2 O 3 ), samaria (Sm 2 O 3 ), gadria (Gd 2 O 3 ), scandia (Sc 2 O 3 ) For example, stabilized zirconia in which a solid solution is dissolved can be used. Further, samaria-doped ceria (SDC) and yttria doped ceria (YDC), and ceria solid solution, such as gadolinium doped ceria (GDC), bismuth oxide (Bi 2 O 3), lanthanum strontium magnesium gallate (La 1-x Sr x Ga 1-y Mg y O 3 : LSMG) or the like can also be applied.

このように、本実施形態のセルモジュール１０は、ガス透過性を有するセル基板１と、セル基板１上に形成される、燃料極及び空気極のいずれか一方の電極２と、一方の電極２上に形成される固体電解質３と、固体電解質３上に形成される他方の電極４とを備える。そして、燃料ガスと酸化剤ガスとを対向して流す場合、ガス流れ方向におけるセル基板１の中央部１ｂのガス透過率が、セル基板１の入口部１ａ及び出口部１ｃのガス透過率よりも低い構成となっている。また、本実施形態のセルモジュール１０は、燃料ガスと酸化剤ガスとを並行して流す場合、ガス流れ方向におけるセル基板１の出口部１ｃのガス透過率が、セル基板１の出口部１ｃ以外の部分のガス透過率よりも低い構成となっている。そのため、セル基板１におけるガス透過率が減少した部分に対向する単セルの発電量が減少することから、セルモジュールの最高温度を低下させ、セルモジュールの耐久性を向上させることが可能となる。   As described above, the cell module 10 of the present embodiment includes a cell substrate 1 having gas permeability, an electrode 2 of one of a fuel electrode and an air electrode, and one electrode 2 formed on the cell substrate 1. It has a solid electrolyte 3 formed thereon and another electrode 4 formed on the solid electrolyte 3. When the fuel gas and the oxidizing gas flow in opposition to each other, the gas permeability of the central portion 1b of the cell substrate 1 in the gas flow direction is higher than the gas permeability of the inlet portion 1a and the outlet portion 1c of the cell substrate 1. It has a low configuration. When the fuel gas and the oxidizing gas flow in parallel in the cell module 10 of the present embodiment, the gas permeability of the outlet 1c of the cell substrate 1 in the gas flow direction is different from that of the outlet 1c of the cell substrate 1. Is lower than the gas permeability of the portion. Therefore, since the power generation amount of the single cell facing the portion of the cell substrate 1 where the gas permeability is reduced is reduced, it is possible to lower the maximum temperature of the cell module and improve the durability of the cell module.

また、本実施形態のセルモジュール１０において、セル基板１のガス透過率は、セル基板１を圧縮してなる緻密部１ｄを設けることで低下させている。このようにガス透過率を低下させたい部分を圧縮して凹ませることにより緻密部１ｄを形成しているため、簡易な方法でガス透過率を低下させることが可能となる。   Further, in the cell module 10 of the present embodiment, the gas permeability of the cell substrate 1 is reduced by providing the dense portion 1d formed by compressing the cell substrate 1. Since the dense portion 1d is formed by compressing and denting the portion where the gas permeability is to be reduced, the gas permeability can be reduced by a simple method.

なお、上述では、セル基板１をガス流れ方向（Ｚ軸方向）に沿って三等分し、燃料ガスの上流側から、入口部１ａ、中央部１ｂ及び出口部１ｃと規定して詳述した。しかし、本実施形態はこの態様に限定されない。つまり、セル基板１をガス流れ方向（Ｚ軸方向）に三分割以上に分割し、燃料ガスの入口を包含する部分を入口部１ａとし、燃料ガスの出口を包含する部分を出口部１ｃとし、入口部１ａと出口部１ｃとの間における高温の箇所を中央部１ｂとして規定してもよい。   In the above description, the cell substrate 1 is divided into three equal parts along the gas flow direction (Z-axis direction), and the inlet 1a, the center 1b, and the outlet 1c are defined in detail from the upstream side of the fuel gas. . However, the present embodiment is not limited to this mode. That is, the cell substrate 1 is divided into three or more in the gas flow direction (Z-axis direction), a portion including the fuel gas inlet is defined as an inlet 1a, a portion including the fuel gas outlet is defined as an outlet 1c, A high-temperature location between the inlet 1a and the outlet 1c may be defined as the center 1b.

［第二実施形態］
次に、第二実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用セルモジュールについて、図面に基づき詳細に説明する。なお、第一実施形態と同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 [Second embodiment]
Next, a cell module for a solid oxide fuel cell according to a second embodiment will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

本実施形態のセルモジュールは、対向流の場合には、セル基板１の中央部１ｂのガス透過率を入口部１ａ及び出口部１ｃのガス透過率よりも低い構成とすることは、第一実施形態と同様である。また、並行流の場合には、セル基板１の出口部１ｃのガス透過率を出口部１ｃ以外の部分のガス透過率よりも低い構成とすることも、第一実施形態と同様である。本実施形態は、セル基板１のガス透過率を変化させるための方法が第一実施形態と異なる。なお、説明の便宜上、セル基板１の中央部１ｂにおけるガス透過率を低下させる方法について説明するが、出口部１ｃにおけるガス透過率を低下させる方法も同様に行うことができる。   In the cell module of the present embodiment, in the case of the counterflow, the gas permeability of the central portion 1b of the cell substrate 1 is lower than the gas permeability of the inlet portion 1a and the outlet portion 1c. Same as the form. Further, in the case of the parallel flow, the gas permeability of the outlet 1c of the cell substrate 1 is configured to be lower than the gas permeability of the portion other than the outlet 1c as in the first embodiment. This embodiment is different from the first embodiment in the method for changing the gas permeability of the cell substrate 1. For convenience of explanation, a method for reducing the gas permeability at the central portion 1b of the cell substrate 1 will be described. However, a method for reducing the gas permeability at the outlet portion 1c can be similarly performed.

本実施形態において、セル基板１のガス透過率は、セル基板１に溝形状の切り欠きを設けることで調整することができる。つまり、均一なガス透過率を持つセル基板１に対し、ガス透過率を上昇させたい部分（例えば、入口部１ａと出口部１ｃ）の表面を切除して溝を作製し、ガス透過率の変化を持たせたものである。   In the present embodiment, the gas permeability of the cell substrate 1 can be adjusted by providing a groove-shaped notch in the cell substrate 1. In other words, for the cell substrate 1 having a uniform gas permeability, the surface of the portion where the gas permeability is to be increased (for example, the inlet 1a and the outlet 1c) is cut off to form a groove, and the gas permeability is changed. It is the one that has.

具体的には、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、均一なガス透過率を持つセル基板１に対し、ガス透過率を上昇させたい部分は下面から部分的に切除して切り欠きを設け、ガス透過率を低下させたい部分は切除せずにそのまま維持する。そして、図９（ｃ）に示すように、セル基板１における下面の反対側の平滑面（上面）上に、燃料極２、固体電解質３及び空気極４を積層することにより、セルモジュール１０が得られる。なお、燃料極２、固体電解質３及び空気極４の積層方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。   Specifically, as shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), for a cell substrate 1 having a uniform gas permeability, a portion where the gas permeability is desired to be increased is partially cut from the lower surface and cut. A notch is provided, and a portion where gas permeability is desired to be reduced is maintained without being cut off. Then, as shown in FIG. 9C, the fuel electrode 2, the solid electrolyte 3, and the air electrode 4 are stacked on a smooth surface (upper surface) opposite to the lower surface of the cell substrate 1, whereby the cell module 10 is formed. can get. The method of laminating the fuel electrode 2, the solid electrolyte 3, and the air electrode 4 is not particularly limited, and a known method can be used.

このように、セル基板１を部分的に切除して切り欠き１ｅを設けることにより、切り欠き１ｅが設けられた入口部１ａ及び出口部１ｃのセル基板１は燃料ガスが侵入しやすくなり、ガス透過性が向上する。逆に、切り欠き１ｅが設けられない中央部１ｂのセル基板１は、ガス透過性がそのまま維持される。そのため、セルモジュール全体で見ると、セル基板１の中央部１ｂのガス透過率が相対的に減少する。よって、このような切り欠き加工が施されない中央部１ｂに対向する単セルの発電量は減少することから、セルモジュールの最高温度を低下させることができる。また、ガス透過率の低減量は、切り欠きの幅および切除深さを調整することで、容易に調整することが可能となる。   As described above, by providing the notch 1e by partially cutting the cell substrate 1, the fuel cell can easily enter the cell substrate 1 at the inlet 1a and the outlet 1c provided with the notch 1e, and the gas 1 The permeability is improved. Conversely, the gas permeability of the cell substrate 1 in the central portion 1b where the notch 1e is not provided is maintained. Therefore, the gas permeability of the central portion 1b of the cell substrate 1 is relatively reduced in the entire cell module. Therefore, since the power generation amount of the single cell facing the central portion 1b where such notch processing is not performed is reduced, the maximum temperature of the cell module can be reduced. Further, the amount of reduction in the gas permeability can be easily adjusted by adjusting the width of the notch and the cutting depth.

なお、切り欠き１ｅは、ガス透過率を上昇させたい部分の全体に形成してもよい。つまり、対向流の場合には、セル基板１の入口部１ａ及び出口部１ｃの全体に切り欠き１ｅを形成してもよい。また、並行流の場合には、セル基板１の入口部１ａ及び中央部１ｂの全体に切り欠き１ｅを形成してもよい。ただ、切り欠き１ｅは、セル基板１の下面を部分的に切除ことにより形成しているため、切除した部分は燃料極インターコネクター２１のリブと接触しておらず、セル基板１と燃料極インターコネクター２１との間の導通が十分に確保できない可能性がある。また、切り欠き１ｅが増加した場合、セル基板の強度が過度に低下する恐れがある。   Note that the notch 1e may be formed in the entire portion where the gas permeability is to be increased. That is, in the case of the counterflow, the notch 1e may be formed in the entire inlet 1a and outlet 1c of the cell substrate 1. In the case of a parallel flow, a cutout 1e may be formed in the entire inlet 1a and central portion 1b of the cell substrate 1. However, since the notch 1e is formed by partially cutting the lower surface of the cell substrate 1, the cut portion is not in contact with the rib of the fuel electrode interconnector 21, and the cell substrate 1 and the fuel electrode There is a possibility that conduction with the connector 21 cannot be sufficiently ensured. Further, when the notch 1e increases, the strength of the cell substrate may be excessively reduced.

そのため、本実施形態では、図９の（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示すように、切り欠き１ｅを燃料ガスの流通方向（Ｚ軸方向）に沿って長尺状に形成し、さらに複数の切り欠き１ｅを、Ｚ軸方向に垂直な方向（Ｘ軸方向）に間隔をあけて設けることが好ましい。このように複数の切り欠き１ｅを間隔をあけて設けることにより、セル基板１と燃料極インターコネクター２１との間が電気的に接続され、これらの間の導通を確保することが可能となる。また、複数の切り欠き１ｅを間隔をあけて設け、さらに切り欠き１ｅの幅、間隔及び切除深さを調整することにより、所望のガス透過率を得ることが可能となる。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIGS. 9C, 9D, and 9E, the notch 1e is formed in a long shape along the fuel gas flow direction (Z-axis direction). Further, it is preferable to provide a plurality of notches 1e at intervals in a direction perpendicular to the Z-axis direction (X-axis direction). By providing the plurality of notches 1e at intervals as described above, the cell substrate 1 and the fuel electrode interconnector 21 are electrically connected to each other, and it is possible to secure conduction between them. Further, by providing a plurality of notches 1e at intervals, and further adjusting the width, interval, and cutting depth of the notches 1e, a desired gas permeability can be obtained.

このように、本実施形態では、セル基板１のガス透過率は、セル基板１に溝形状の切り欠きを設けることで調整している。言い換えれば、セル基板１のガス透過率は、セル基板１の見かけ体積を下げることにより調整している。そのため、セル基板１の入口部１ａ及び出口部１ｃを切り欠き、多孔質体からなるセル基板１の見かけの体積を減少させることにより、入口部１ａ及び出口部１ｃのガス透過率を高め、相対的に中央部１ｂのガス透過率を低下させることが可能となる。   As described above, in the present embodiment, the gas permeability of the cell substrate 1 is adjusted by providing the cell substrate 1 with the groove-shaped notch. In other words, the gas permeability of the cell substrate 1 is adjusted by reducing the apparent volume of the cell substrate 1. Therefore, the inlet 1a and the outlet 1c of the cell substrate 1 are cut out, and the apparent volume of the cell substrate 1 made of a porous body is reduced, thereby increasing the gas permeability of the inlet 1a and the outlet 1c. In this way, the gas permeability of the central portion 1b can be reduced.

［第三実施形態］
次に、第三実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用セルモジュールについて、図面に基づき詳細に説明する。なお、第一実施形態と同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 [Third embodiment]
Next, a cell module for a solid oxide fuel cell according to a third embodiment will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

本実施形態は、セル基板１のガス透過率を変化させるための方法が第一実施形態と異なる。なお、説明の便宜上、セル基板１の中央部１ｂにおけるガス透過率を低下させる方法について説明するが、出口部１ｃにおけるガス透過率を低下させる方法も同様に行うことができる。   This embodiment is different from the first embodiment in the method for changing the gas permeability of the cell substrate 1. For convenience of explanation, a method for reducing the gas permeability at the central portion 1b of the cell substrate 1 will be described. However, a method for reducing the gas permeability at the outlet portion 1c can be similarly performed.

本実施形態において、セル基板１のガス透過率は、セル基板１を構成する多孔体の気孔率を下げることにより低下させることができる。つまり、均一なガス透過率を持つセル基板１に対し、ガス透過率を低下させたい部分に多孔質板を追加圧縮してセル基板に貫入させ、ガス透過率に変化を持たせたものである。   In the present embodiment, the gas permeability of the cell substrate 1 can be reduced by reducing the porosity of the porous body constituting the cell substrate 1. That is, a porous plate is additionally compressed at a portion where the gas permeability is desired to be reduced, and is penetrated into the cell substrate with respect to the cell substrate 1 having a uniform gas permeability so that the gas permeability is changed. .

具体的には、図１０の（ａ）及び（ｂ）に示すように、均一なガス透過率を持つセル基板１に対し、ガス透過率を低下させたい部分に、セル基板１の下面から多孔質板１ｆを圧縮し、セル基板１の内部に多孔質板１ｆを貫入することにより、貫入部１ｇを形成する。そして、図１０（ｃ）に示すように、貫入加工を施したセル基板１における下面は平滑にすることができるため、当該下面に燃料極２、固体電解質３及び空気極４を積層することにより、セルモジュール１０が得られる。なお、燃料極２、固体電解質３及び空気極４の積層方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。   Specifically, as shown in FIGS. 10A and 10B, a cell substrate 1 having a uniform gas permeability is provided with a porous material from the lower surface of the cell substrate 1 at a portion where the gas permeability is to be reduced. The porous plate 1f is compressed, and the porous plate 1f penetrates into the cell substrate 1 to form a penetrating portion 1g. Then, as shown in FIG. 10C, since the lower surface of the cell substrate 1 subjected to the penetration processing can be made smooth, the fuel electrode 2, the solid electrolyte 3, and the air electrode 4 are laminated on the lower surface. , The cell module 10 is obtained. The method of laminating the fuel electrode 2, the solid electrolyte 3, and the air electrode 4 is not particularly limited, and a known method can be used.

このような貫入部１ｇは、セル基板１に多孔質板１ｆが貫入し、気孔率が低下するため、燃料ガスが侵入し難くなる。そのため、貫入部１ｇでは燃料ガスの透過率が低下し、燃料極２へ侵入する燃料ガスが減少している。よって、貫入部１ｇに対向する単セルの発電量は減少することから、セルモジュールの最高温度を低下させることができる。また、貫入部１ｇを形成するための多孔質板１ｆの厚みを調整することで、所望のガス透過率を容易に得ることが可能となる。   In such a penetrating portion 1g, the porous plate 1f penetrates into the cell substrate 1 and the porosity is reduced, so that it becomes difficult for the fuel gas to enter. Therefore, the permeability of the fuel gas is reduced in the penetration portion 1g, and the fuel gas entering the fuel electrode 2 is reduced. Therefore, since the power generation amount of the single cell opposed to the penetration portion 1g decreases, the maximum temperature of the cell module can be reduced. Further, by adjusting the thickness of the porous plate 1f for forming the penetration portion 1g, a desired gas permeability can be easily obtained.

本実施形態では、セル基板１の表面から多孔質板１ｆを圧縮し、セル基板１の内部に多孔質板１ｆを貫入することにより、貫入部１ｇを形成している。そのため、セル基板１の上面及び下面の両方とも平滑面とすることができるため、図１０（ｃ）のように、燃料極２、固体電解質３及び空気極４をセル基板１の下面に形成することができる。なお、燃料極２、固体電解質３及び空気極４は、セル基板１の上面に形成してもよい。   In the present embodiment, the porous plate 1f is compressed from the surface of the cell substrate 1, and the porous plate 1f penetrates into the inside of the cell substrate 1, thereby forming the penetration portion 1g. Therefore, since both the upper and lower surfaces of the cell substrate 1 can be smooth, the fuel electrode 2, the solid electrolyte 3, and the air electrode 4 are formed on the lower surface of the cell substrate 1 as shown in FIG. be able to. The fuel electrode 2, the solid electrolyte 3, and the air electrode 4 may be formed on the upper surface of the cell substrate 1.

そして、セル基板１の上面及び下面を平滑面とすることができるため、第一及び第二実施形態のセル基板と比較し、燃料極インターコネクター２１のリブとの接触面積が多く確保される。そのため、本実施形態のセルモジュールは、第一及び第二実施形態と比べてより発電性能を向上させることが可能となる。   Since the upper and lower surfaces of the cell substrate 1 can be made smooth, a larger contact area with the ribs of the fuel electrode interconnector 21 is ensured as compared with the cell substrates of the first and second embodiments. Therefore, the cell module of the present embodiment can further improve the power generation performance as compared with the first and second embodiments.

なお、多孔質板１ｆとしては、セル基板１と同様に、ニッケル（Ｎｉ）やクロム（Ｃｒ）を含有する耐食合金や耐食鋼、ステンレス鋼などからなり、多数の空隙を備えた板状のものを使用することができる。具体的には、上記材料により構成された、パンチングメタル基板、エッチングメタル基板、エキスパンドメタル基板、発泡金属体、金属粉末焼結体、金網等の金属メッシュ、金属不織布などを用いることができる。また、多孔質板１ｆの形状は図１０のような錐台状に限定されず、例えば直方体状であってもよい。   Note that, like the cell substrate 1, the porous plate 1f is made of a corrosion-resistant alloy, corrosion-resistant steel, stainless steel, or the like containing nickel (Ni) or chromium (Cr), and has a large number of voids. Can be used. Specifically, a punched metal substrate, an etched metal substrate, an expanded metal substrate, a foamed metal body, a sintered metal powder, a metal mesh such as a wire mesh, a metal nonwoven fabric, or the like can be used. Further, the shape of the porous plate 1f is not limited to a frustum shape as shown in FIG. 10, but may be, for example, a rectangular parallelepiped shape.

［第四実施形態］
次に、第四実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用セルモジュールについて、図面に基づき詳細に説明する。なお、第三実施形態と同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 [Fourth embodiment]
Next, a solid oxide fuel cell cell module according to a fourth embodiment will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same components as those of the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

本実施形態において、セル基板１のガス透過率は、第三実施形態と同様に、セル基板１を構成する多孔体の気孔率を下げることにより低下させている。具体的には、図１１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、均一なガス透過率を持つセル基板１に対し、ガス透過率を低下させたい部分に、セル基板１の下面から多孔質板１ｆを圧縮し、内部に多孔質板１ｆを貫入することにより貫入部１ｇを形成する。そして、図１１（ｃ）に示すように、セル基板１の上面に燃料極２、固体電解質３及び空気極４を積層することにより、セルモジュール１０が得られる。   In the present embodiment, the gas permeability of the cell substrate 1 is reduced by lowering the porosity of the porous body constituting the cell substrate 1, as in the third embodiment. Specifically, as shown in FIGS. 11A and 11B, a cell substrate 1 having a uniform gas permeability is provided with a porous material from the lower surface of the cell substrate 1 at a portion where the gas permeability is to be reduced. The porous plate 1f is compressed to penetrate the porous plate 1f to form a penetrating portion 1g. Then, as shown in FIG. 11C, by stacking the fuel electrode 2, the solid electrolyte 3, and the air electrode 4 on the upper surface of the cell substrate 1, the cell module 10 is obtained.

ここで、本実施形態では、図１１の（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示すように、貫入部１ｇを燃料ガスの流通方向（Ｚ軸方向）に沿って長尺状に形成し、さらに複数の貫入部１ｇを、Ｚ軸方向に垂直な方向（Ｘ軸方向）に間隔をあけて設けている。このように複数の貫入部１ｇを間隔をあけて設け、貫入部１ｇの幅及び間隔を調整することにより、所望のガス透過率を得ることが可能となる。   Here, in this embodiment, as shown in (c), (d), and (e) of FIG. 11, the penetrating portion 1g is formed in an elongated shape along the fuel gas flow direction (Z-axis direction). Further, a plurality of penetration portions 1g are provided at intervals in a direction perpendicular to the Z-axis direction (X-axis direction). Thus, by providing a plurality of penetration portions 1g at intervals, and adjusting the width and spacing of the penetration portions 1g, it is possible to obtain a desired gas permeability.

また、第三実施形態と同様に、セル基板１の上面及び下面を平滑面とすることができるため、第一及び第二実施形態のセル基板と比較し、燃料極インターコネクター２１のリブとの接触面積が多く確保される。そのため、本実施形態のセルモジュールは、第一及び第二実施形態と比べてより発電性能を向上させることが可能となる。   Further, as in the third embodiment, the upper and lower surfaces of the cell substrate 1 can be made smooth surfaces, so that the upper and lower surfaces of the cell substrate 1 are compared with the cell substrates of the first and second embodiments. A large contact area is secured. Therefore, the cell module of the present embodiment can further improve the power generation performance as compared with the first and second embodiments.

［第五実施形態］
次に、第五実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用セルモジュールについて、図面に基づき詳細に説明する。なお、第一実施形態と同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 [Fifth embodiment]
Next, a cell module for a solid oxide fuel cell according to a fifth embodiment will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

本実施形態は、セル基板１のガス透過率を変化させるための方法が第一実施形態と異なる。なお、説明の便宜上、セル基板１の中央部１ｂにおけるガス透過率を低下させる方法について説明するが、出口部１ｃにおけるガス透過率を低下させる方法も同様に行うことができる。   This embodiment is different from the first embodiment in the method for changing the gas permeability of the cell substrate 1. For convenience of explanation, a method for reducing the gas permeability at the central portion 1b of the cell substrate 1 will be described. However, a method for reducing the gas permeability at the outlet portion 1c can be similarly performed.

本実施形態において、セル基板１のガス透過率は、セル基板１を構成する多孔体の気孔率を下げることにより低下させることができる。具体的には、図１２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、セル基板１のガス透過率は、気孔率を変えてガス透過率を異ならせた二種類の多孔質構造体を用い、これらを重ね合わせることにより、ガス透過率を調整している。   In the present embodiment, the gas permeability of the cell substrate 1 can be reduced by reducing the porosity of the porous body constituting the cell substrate 1. Specifically, as shown in FIGS. 12A and 12B, the gas permeability of the cell substrate 1 is determined by using two types of porous structures having different gas permeability by changing the porosity. The gas permeability is adjusted by superposing these.

図１２（ａ）に示すように、本実施形態のセル基板１は、低透過率構造体１ｈと、低透過率構造体１ｈよりもガス透過量が少ない高透過率構造体１ｉとを用いている。そして、低透過率構造体１ｈにおける中央部１ｂの厚みを大きくし、高透過率構造体１ｉにおける中央部１ｂの厚みを小さくしている。つまり、中央部１ｂに関し、積層方向（Ｙ軸方向）における低透過率構造体１ｈの厚みは、高透過率構造体１ｉの厚みよりも大きくなっている。また、相対的に、低透過率構造体１ｈにおける入口部１ａ及び出口部１ｃの厚みを小さくし、高透過率構造体１ｉにおける入口部１ａ及び出口部１ｃの厚みを大きくしている。つまり、入口部１ａ及び出口部１ｃに関し、積層方向（Ｙ軸方向）における低透過率構造体１ｈの厚みは、高透過率構造体１ｉの厚みよりも小さくなっている。   As shown in FIG. 12A, the cell substrate 1 of the present embodiment uses a low transmittance structure 1h and a high transmittance structure 1i having a smaller gas transmission amount than the low transmittance structure 1h. I have. The thickness of the central portion 1b of the low transmittance structure 1h is increased, and the thickness of the central portion 1b of the high transmittance structure 1i is reduced. That is, with respect to the central portion 1b, the thickness of the low transmittance structure 1h in the stacking direction (Y-axis direction) is larger than the thickness of the high transmittance structure 1i. Further, the thickness of the inlet 1a and the outlet 1c in the low transmittance structure 1h is relatively reduced, and the thickness of the inlet 1a and the outlet 1c in the high transmittance structure 1i is relatively increased. That is, regarding the inlet 1a and the outlet 1c, the thickness of the low transmittance structure 1h in the stacking direction (Y-axis direction) is smaller than the thickness of the high transmittance structure 1i.

そして、図１２（ａ）に示すように、低透過率構造体１ｈにおける凸状の中央部１ｂを、高透過率構造体１ｉにおける凹状の中央部１ｂに挿入するように積層することで、本実施形態に係るセル基板１が得られる。このように、ガス透過率を低くしたい部分を厚くした低透過率構造体１ｈと、ガス透過率を低くしたい部分以外を厚くした高透過率構造体１ｉとを接合することで、容易にガス透過率を調整することが可能となる。   Then, as shown in FIG. 12 (a), the convex central portion 1b of the low transmittance structure 1h is laminated so as to be inserted into the concave central portion 1b of the high transmittance structure 1i. The cell substrate 1 according to the embodiment is obtained. As described above, by joining the low-permeability structure 1h having a thicker portion where the gas permeability is desired to be reduced and the high-permeability structure 1i having a thicker portion other than the portion where the gas permeability is desired to be reduced, gas permeation can be easily performed. The rate can be adjusted.

次いで、得られたセル基板１上に、燃料極２、固体電解質３及び空気極４を積層することにより、セルモジュール１０が得られる。なお、燃料極２、固体電解質３及び空気極４の積層方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。   Next, the cell module 10 is obtained by stacking the fuel electrode 2, the solid electrolyte 3, and the air electrode 4 on the obtained cell substrate 1. The method of laminating the fuel electrode 2, the solid electrolyte 3, and the air electrode 4 is not particularly limited, and a known method can be used.

このような構成により、低透過率構造体１ｈが厚い部分では燃料ガスの透過率が低下し、燃料極２へ侵入する燃料ガスが減少している。よって、低透過率構造体１ｈの厚い部分に対向する単セルの発電量は減少することから、セルモジュールの最高温度を低下させることができる。また、低透過率構造体１ｈの厚みや、低透過率構造体１ｈ及び高透過率構造体１ｉのガス透過率を調整することで、所望のガス透過率を容易に得ることが可能となる。   With such a configuration, the transmittance of the fuel gas is reduced in the portion where the low transmittance structure 1h is thick, and the fuel gas entering the fuel electrode 2 is reduced. Therefore, the power generation amount of the single cell opposed to the thick portion of the low transmittance structure 1h decreases, so that the maximum temperature of the cell module can be reduced. Further, by adjusting the thickness of the low transmittance structure 1h and the gas transmittance of the low transmittance structure 1h and the high transmittance structure 1i, a desired gas transmittance can be easily obtained.

また、図１２に示すように、本実施形態では、セル基板１の上面及び下面を平滑面とすることができるため、第一及び第二実施形態のセル基板と比較し、燃料極インターコネクター２１のリブとの接触面積が多く確保される。そのため、本実施形態のセルモジュールは、第一及び第二実施形態と比べてより発電性能を向上させることが可能となる。   Further, as shown in FIG. 12, in the present embodiment, since the upper and lower surfaces of the cell substrate 1 can be made smooth, the fuel electrode interconnector 21 can be compared with the cell substrates of the first and second embodiments. And a large contact area with the rib is secured. Therefore, the cell module of the present embodiment can further improve the power generation performance as compared with the first and second embodiments.

［第六実施形態］
次に、第六実施形態に係る固体酸化物形燃料電池用セルモジュールについて、図面に基づき詳細に説明する。なお、第一実施形態と同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 [Sixth embodiment]
Next, a cell module for a solid oxide fuel cell according to a sixth embodiment will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

本実施形態は、セル基板１のガス透過率を変化させるための方法が第一実施形態と異なる。なお、説明の便宜上、セル基板１の中央部１ｂにおけるガス透過率を低下させる方法について説明するが、出口部１ｃにおけるガス透過率を低下させる方法も同様に行うことができる。   This embodiment is different from the first embodiment in the method for changing the gas permeability of the cell substrate 1. For convenience of explanation, a method for reducing the gas permeability at the central portion 1b of the cell substrate 1 will be described. However, a method for reducing the gas permeability at the outlet portion 1c can be similarly performed.

本実施形態において、セル基板１のガス透過率は、セル基板１にガス侵入障害部材を設けることで低下させることができる。つまり、均一なガス透過率を持つセル基板１に対し、ガス透過率を低下させたい部分の表面にガス侵入障害部材を設置し、当該部分のガス侵入を抑制することで、ガス透過率に変化を持たせたものである。   In the present embodiment, the gas permeability of the cell substrate 1 can be reduced by providing the cell substrate 1 with a gas intrusion obstacle member. In other words, a gas infiltration obstacle is installed on the surface of a portion of the cell substrate 1 having a uniform gas permeability to reduce the gas permeability, and gas infiltration into the portion is suppressed, thereby changing the gas permeability. It is the one that has.

具体的には、図１３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、均一なガス透過率を持つセル基板１に対し、ガス透過率を低下させたい部分の下面にガス侵入障害部材１ｊを接合する。そして、図１３（ｃ）に示すように、セル基板１の上面に燃料極２、固体電解質３及び空気極４を積層することにより、セルモジュール１０が得られる。なお、燃料極２、固体電解質３及び空気極４の積層方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。   Specifically, as shown in FIGS. 13A and 13B, a gas intrusion obstruction member 1j is provided on the lower surface of the portion where the gas permeability is to be reduced with respect to the cell substrate 1 having a uniform gas permeability. Join. Then, as shown in FIG. 13C, the fuel module 2, the solid electrolyte 3, and the air electrode 4 are stacked on the upper surface of the cell substrate 1, whereby the cell module 10 is obtained. The method of laminating the fuel electrode 2, the solid electrolyte 3, and the air electrode 4 is not particularly limited, and a known method can be used.

このようなガス侵入障害部材１ｊを設けることで、セル基板１におけるガス侵入障害部材１ｊが接合された部分に、燃料ガスが侵入し難くなる。そのため、ガス侵入障害部材１ｊが設けられた部分では燃料ガスの透過率が低下し、燃料極２へ侵入する燃料ガスが減少している。よって、このようなガス侵入障害部材１ｊが設けられた部分に対向する単セルの発電量は減少することから、セルモジュールの最高温度を低下させることができる。   By providing such a gas intrusion obstruction member 1j, it becomes difficult for the fuel gas to intrude into the portion of the cell substrate 1 where the gas intrusion obstruction member 1j is joined. Therefore, in the portion where the gas intrusion obstruction member 1j is provided, the permeability of the fuel gas is reduced, and the fuel gas entering the fuel electrode 2 is reduced. Therefore, since the power generation amount of the single cell facing the portion where the gas intrusion obstruction member 1j is provided is reduced, the maximum temperature of the cell module can be reduced.

ガス侵入障害部材１ｊは、セル基板１に対して燃料ガスの侵入を抑制する部材ならば特に限定されない。ガス侵入障害部材１ｊは、例えば、セル基板１と同じ材質であるが、より緻密な構造体を用いてもよく、さらに板材に多数の貫通孔を設けたものであってもよい。具体的には、パンチングメタル基板、エッチングメタル基板、エキスパンドメタル基板、発泡金属体、金属粉末焼結体、金網等の金属メッシュ、金属不織布などを用いることができる。なお、ガス侵入障害部材１ｊは、セル基板１の下面に接合されていればよく、またセル基板１に部分的に埋め込まれていてもよい。   The gas intrusion obstacle member 1j is not particularly limited as long as it is a member that suppresses the intrusion of the fuel gas into the cell substrate 1. The gas intrusion obstruction member 1j is made of, for example, the same material as that of the cell substrate 1, but may be a denser structure, or may be a plate having a large number of through holes. Specifically, a punched metal substrate, an etched metal substrate, an expanded metal substrate, a foamed metal body, a sintered metal powder, a metal mesh such as a wire mesh, a metal nonwoven fabric, or the like can be used. The gas intrusion obstruction member 1j only needs to be bonded to the lower surface of the cell substrate 1, or may be partially embedded in the cell substrate 1.

また、ガス侵入障害部材１ｊとして、セル基板１の表面に接触するインターコネクターを使用することも可能である。つまり、セル基板１におけるガス侵入を抑制したい場所に対して、インターコネクターの接触面積を増加させ、セル基板１の内部への燃料ガスの侵入量を抑制する。逆に、セル基板１におけるガス侵入を増加したい場所に対して、インターコネクターの接触面積を減少させ、セル基板１の内部への燃料ガスの侵入量を増加させる。このような構成により、単セルの発電量を調整し、セルモジュールの最高温度を低下させることが可能となる。   Further, an interconnector that contacts the surface of the cell substrate 1 can be used as the gas intrusion obstruction member 1j. That is, the contact area of the interconnector is increased with respect to the place where gas intrusion in the cell substrate 1 is desired to be suppressed, and the amount of fuel gas entering the inside of the cell substrate 1 is suppressed. Conversely, the contact area of the interconnector is reduced with respect to the place where the gas intrusion in the cell substrate 1 is desired to be increased, and the amount of fuel gas entering the inside of the cell substrate 1 is increased. With such a configuration, it is possible to adjust the power generation amount of the single cell and lower the maximum temperature of the cell module.

以上、複数の実施形態に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。   As described above, the content of the present invention has been described along a plurality of embodiments, but the present invention is not limited to these descriptions, and it is obvious to those skilled in the art that various modifications and improvements are possible. is there.

１ セル基板
１ａ 入口部
１ｂ 中央部
１ｃ 出口部
１ｅ 切り欠き
１ｊ ガス侵入障害部材
２ 燃料極
３ 固体電解質
４ 空気極
１０ セルモジュール
２０ 固体酸化物形燃料電池
２１ 燃料極インターコネクター
２２ 空気極インターコネクター DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cell board | substrate 1a Inlet part 1b Central part 1c Outlet part 1e Notch 1j Gas invasion obstacle member 2 Fuel electrode 3 Solid electrolyte 4 Air electrode 10 Cell module 20 Solid oxide fuel cell 21 Fuel electrode interconnector 22 Air electrode interconnector

Claims (8)

ガス透過性を有するセル基板と、
前記セル基板上に形成される、燃料極及び空気極のいずれか一方の電極と、
前記一方の電極上に形成される固体電解質と、
前記固体電解質上に形成される他方の電極と、
を備え、
燃料ガスと酸化剤ガスとを並行して流す場合、ガス流れ方向における前記セル基板の出口部のガス透過率が、前記セル基板の前記出口部以外の部分のガス透過率よりも低いことを特徴とする固体酸化物形燃料電池用セルモジュール。 A cell substrate having gas permeability,
One of a fuel electrode and an air electrode formed on the cell substrate,
A solid electrolyte formed on the one electrode,
The other electrode formed on the solid electrolyte,
With
When the fuel gas and the oxidizing gas flow in parallel, the gas permeability at the outlet of the cell substrate in the gas flow direction is lower than the gas permeability at a portion other than the outlet of the cell substrate. A cell module for a solid oxide fuel cell. 前記セル基板のガス透過率は、前記セル基板を圧縮してなる緻密部を設けることで低下させる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用セルモジュール。   2. The cell module for a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the gas permeability of the cell substrate is reduced by providing a dense portion formed by compressing the cell substrate. 3. 前記セル基板のガス透過率は、前記セル基板に溝形状の切り欠きを設けることで調整する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用セルモジュール。   The cell module for a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the gas permeability of the cell substrate is adjusted by providing a groove-shaped notch in the cell substrate. 前記セル基板のガス透過率は、前記セル基板の見かけ体積を下げることにより調整する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用セルモジュール。   The cell module for a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the gas permeability of the cell substrate is adjusted by reducing an apparent volume of the cell substrate. 前記セル基板のガス透過率は、前記セル基板を構成する多孔体の気孔率を下げることにより低下させる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用セルモジュール。   2. The cell module for a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the gas permeability of the cell substrate is reduced by reducing a porosity of a porous body constituting the cell substrate. 3. 前記セル基板のガス透過率は、前記セル基板にガス侵入障害部材を設けることで低下させる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用セルモジュール。   2. The cell module for a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the gas permeability of the cell substrate is reduced by providing a gas intrusion obstacle member on the cell substrate. 3. 前記セル基板において、ガス透過率が低い部分のガス透過率は、他の部分のガス透過率の高い部分の４０〜８０％であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池用セルモジュール。   7. The cell substrate according to claim 1, wherein a gas permeability of a portion having a low gas permeability is 40 to 80% of a portion having a high gas permeability of another portion in the cell substrate. 8. A cell module for a solid oxide fuel cell according to the above. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池用セルモジュールと、
前記固体酸化物形燃料電池用セルモジュールを挟持するインターコネクターと、
を備えることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。 A solid oxide fuel cell cell module according to any one of claims 1 to 7, and
An interconnector for sandwiching the solid oxide fuel cell cell module,
A solid oxide fuel cell comprising:
JP2019024469A 2019-02-14 2019-02-14 Cell module for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell using the same Active JP6638834B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019024469A JP6638834B2 (en) 2019-02-14 2019-02-14 Cell module for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019024469A JP6638834B2 (en) 2019-02-14 2019-02-14 Cell module for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell using the same

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017518695A Division JP6504249B2 (en) 2015-05-21 2015-05-21 Cell module for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019091712A JP2019091712A (en) 2019-06-13
JP6638834B2 true JP6638834B2 (en) 2020-01-29

Family

ID=66837514

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019024469A Active JP6638834B2 (en) 2019-02-14 2019-02-14 Cell module for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6638834B2 (en)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005190684A (en) * 2003-12-24 2005-07-14 Toyota Motor Corp Fuel cell
GB2440038B (en) * 2006-07-07 2009-04-15 Ceres Ip Co Ltd Metal substrate for fuel cells
JP5105840B2 (en) * 2006-11-28 2012-12-26 京セラ株式会社 Flat fuel cell interconnector and method for manufacturing the same, flat fuel cell, flat fuel cell stack and method for manufacturing the same
JP5364477B2 (en) * 2009-07-09 2013-12-11 株式会社東芝 Electrochemical cell
JP2012094427A (en) * 2010-10-28 2012-05-17 Kyocera Corp Solid oxide fuel cell and fuel cell module
JP6118694B2 (en) * 2013-09-25 2017-04-19 株式会社日本自動車部品総合研究所 Anode for fuel cell and single cell for fuel cell
US20160329587A1 (en) * 2015-05-07 2016-11-10 Lg Fuel Cell Systems, Inc. Fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019091712A (en) 2019-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018181922A1 (en) Electrochemical element, electrochemical module, electrochemical device, energy system, solid oxide fuel cell, and method for producing electrochemical element
JP6279519B2 (en) Fuel cell stack and single fuel cell
JP6504249B2 (en) Cell module for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell using the same
JP4883733B1 (en) Fuel cell structure
JP2014123544A (en) Solid oxide fuel cell and method of manufacturing interconnector
JP5198675B1 (en) Fuel cell structure
US20140045097A1 (en) Current collector for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell having the same
JP7378040B2 (en) Membrane electrode assembly and fuel cell
JP6158659B2 (en) Solid oxide fuel cell
JP4902013B1 (en) Fuel cell
JP6638834B2 (en) Cell module for solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell using the same
KR102564764B1 (en) Electrochemical devices, energy systems, and solid oxide fuel cells
JP6169932B2 (en) Solid oxide fuel cell
JP2019179757A (en) Metal plate, electrochemical element, electrochemical module, electrochemical device, energy system, solid oxide fuel cell and, method for manufacturing metal plate
US11605821B2 (en) Solid oxide type fuel battery cell
JP5062786B1 (en) Fuel cell structure
US20240204304A1 (en) Solid oxide cell and solid oxide cell stack
JP2009087876A (en) Single-chamber fuel cell and single-chamber fuel cell laminate
KR101397753B1 (en) Solid oxide fuel cell
KR20240110318A (en) Solid oxide cell
JP2009087725A (en) Single-chamber fuel cell and its manufacturing method
JP2023135375A (en) Electrochemical element, electrochemical module, solid oxide type fuel battery, solid oxide type electrolysis cell, electrochemical device, and energy system
JP2009087711A (en) Single-chamber fuel cell and single-chamber fuel cell laminate
JP2014165128A (en) Solid oxide type fuel battery cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190214

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: 20191126

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191209

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6638834

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151