JPH02103864A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、酸素極と燃料極との間に電解質層を介在させ
た固体電解質型のセルを設け、前記酸素極を臨ませる酸
素含有ガス流路、及び、前記燃料極を臨ませる燃料流路
を設けた燃料電池に関する。

〔従来の技術〕

従来は、酸素含有ガス流路への酸素含有ガス供給量を電
池反応に必要な理論量よりもかなり大きい量とし、それ
によって、酸素含有ガスを冷却用ガスに兼用する状態で
固体電解質型セルの異常昇温を防止してセル温度を適度
な温度に維持するようにしていた。

そして、酸素含有ガス流路から排出された排ガスと水と
を熱交換させて熱回収する熱交換器（第１図における（
１７）に相当）を設け、もって、排熱回収していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、酸素含有ガスの供給量を大きくするために、酸
素含有ガスの供給のための装置構成が大型化する問題が
あり、又、排熱回収用熱交換器により排ガスを所定温度
にまで冷却して排熱回収するにしても、排ガスの量が酸
素含有ガス供給量の大量化に伴って大量となっているこ
とに起因して排気熱損失も大となる問題があった。

本発明の目的は、合理的なセル冷却構成を採用すること
により上述問題を抑制する点にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による燃料電池の特徴構成は、酸素極と燃料極と
の間に電解質層を介在させた固体電解質型のセルを設け
、前記酸素極を臨ませる酸素含有ガス流路、及び、前記
燃料極を臨ませる燃料流路を設けた基本構成に対して、
前記酸素含有ガス流路、又は、前記燃料流路に、前記セ
ルの異常昇温を防止するための水冷ジャケットを設けた
ことにあり、その作用・効果は次の通りである。

〔作　用〕 つまり、水冷ジャケットの冷却作用により固体電解質型
セルを冷却してセルの異常昇温を防止するから、酸素含
有ガスの供給量を従来に比して大巾に少量化できて理論
量に近づけることができる。

〔発明の効果〕

その結果、 （イ）酸素含有ガスの供給のための装置構成を小型化で
き、ひいては、燃料電池全体のコンパクト化を図ること
ができる。

尚、水冷ジャケット、及び、それに対する冷却水供給の
ための装置構成が必要となるが、これについては、排熱
回収用熱交換器、及び、それに対する水供給のための装
置構成が不要となること、ないし、小型化することをも
って十分に相殺される。

又、水冷によるセル冷却であれば従来の空冷に比して冷
却効率も高いことから、セル冷却のための構成の小型化
も期待できる。

（ロ）排ガスの放出温度を従来と同等の温度としても、
排ガスの量そのものが酸素含有ガス供給量の少量化に伴
い少量となることにより、排気熱損失が減少し、ひいて
はシステム熱効率を従前に比して向上できる。

（ハ）水冷ジャケットの配設において、固体電解質型セ
ルに対する水冷ジャケットの冷却能力分布を適当に設定
することにより、セルの温度分布における片寄りを抑制
できてセルをその全体にわたって均等に適度な温度に維
持できるようになり、それによって、発電効率を向上で
きる。

〔実施例〕

次に実施例を第１図ないし第４図に基づいて説明する。

図中（１）は有底筒状の固体電解質型セルであり、内周
面側に空気極（酸素極）（２）を設け、かつ、外周面側
に燃料極（３）を設け、それら空気極（２）と燃料極（
３）との間に固体電解質層（４）を介在させである。

燃料電池を構成するに、上述セル（１）の複数を並べた
セル列（１）を２列づつ束ねてバンドル（Ｂ）を形成し
、そのバンドル（Ｂ）の複数をセル収容室（５）内で並
設し、そして、セル長手方向においてセル収容室（５）
の−側部に、セル収容室（５）に対して燃料（ｇ）を供
給する燃料供給室（６）を形成し、かつ、他側部に、空
気供給管（７）を介して各セル（１）の孔内奥部に空気
（ａ）を供給する空気供給室（８）、及び、各セル（１
）の一端側開口から排出される排ガス（反応に寄与した
後の空気（ａ’））　とセル収容室（５）から排出され
る排ガス（反応に寄与した後の燃料（ｇ’））とを受入
れる排ガス室（９）を形成しである。

つまり、セル収容室（５）内において各セル（１）の外
側を燃料供給室（６）側から排ガス室（９）側へ向かう
燃料、流路（ｆｇ）とし、かつ、各セル（１）の孔内を
孔内奥部から排ガス室（９）側へ向かう空気流路（ｆａ
）としである。

（１０）は燃料供給路、（１１）は空気供給路、（１２
）は空気供給装置、（１３）は排ガス排出路である。

セル収容室（５）内の燃料流路（ｆｇ）には、隣り合う
バンドル（Ｂ）　どうしの間の夫々において、セル長手
方向に対してほぼ直交する姿勢の水冷管（水冷ジャケッ
トの一例）（１４）の複数をセル（１）とは離間させた
状態でセル長手方向に並設してあり、これら水冷管（１
４）によりセル（１）からの放射熱を吸熱することでセ
ルフ１）の異常昇温を防止してセル（１）の温度を所定
の運転温度に維持するようにしである。

又、水冷管（１４）を配設するにあたっては、高温化傾
向が大きい排ガス室（９）側はど（すなわち、燃料流路
（ｆｇ）及び空気流路（ｆａ）夫々の出口側はど）水冷
管（１４）の配設密度を大にして冷却能力を大にしてあ
り、これによって、セル（１）の温度をセル全体につい
て極力均等に所定温度に保って発電効率を向上させるよ
うにしである。

（１５）は水冷管（１４）への冷却水供給路であり、（
１６）は水冷管（１４）において吸熱した熱を例えば燃
料改質や供給空気の予熱等に利用する回収熱利用装置で
あり、その具体的熱利用用途はどのようなものであって
も良い。

又、（１７）は排ガスと水とを熱交換させて排ガスから
熱回収する熱交換器であるが、水冷管（１４）において
吸熱させる熱量の設計値を大とするほど、この排熱回収
用熱交換器（１７）は小型なものですみ、場合によって
は省略が可能である。

〔別実施例〕

次に別実施例を列記する。

（１）固体電解質型のセルはどのような形のものであっ
ても良く、例えば、平板型セルを用いた燃料電池におい
ても本発明を適用することができる。

（ｉｉ　）酸素含有ガス流路（空気流路）、及び、燃料
流路の具体的流路構成は種々の構成変更が可能であり、
又、水冷ジャケットは酸素含有ガス流路に、あるいは、
酸素含有ガス流路と燃料流路との両方に設けても良い。

（ｉｉｉ　）水冷ジャケットの具体的構造、並びに、そ
の配設構成は種々の改良が可能であり、又、場合によっ
ては、水冷ジャケットを固体電解質型セルに接触させた
状態で設けても良い。

（ＴＶ）セルに対する水冷ジャケットの冷却能力分布を
調整設定するにあたっては、水冷ジャケットの配設密度
を調整したり、冷却水の流量分布を調整したりする等、
種々の方式を適用できる。

（ｖ）酸化剤としての酸素含有ガスには、酸素ガスその
もの、酸素富化空気、大気空気等、種々のものを適用で
き、又、還元剤としての燃料にも種々のものを適用でき
る。

（ＶＩ）燃料供給室（６）、セル収容室（５）、空気（
酸素含有ガス〉供給室（８）、及び、排ガス室（９）の
並設方向は上下方向、水平方向等々どのような方向であ
っても良く、又、それらの配設順序も変更が可能である
。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
および方法に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の実施例を示し、第１図は
一部省略した縦断面図、第２図はセルの一部省略断面図
、第３図は第１図における■■線断面図、第４図は平面
視断面図である。 （１）・・・・・・セル、（２）・・・・・・酸素極、
（３）・・・・・・燃料極、（１４）・・・・・・水冷
ジャケット、（ｆａ）・・・・・・酸素含有ガス流路、
（ｆｇ）・・・・・・燃料流路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸素極（２）と燃料極（３）との間に電解質層（４
   ）を介在させた固体電解質型のセル（１）を設け、前記
   酸素極（２）を臨ませる酸素含有ガス流路（ｆａ）、及
   び、前記燃料極（３）を臨ませる燃料流路（ｆｇ）を設
   けた燃料電池であって、前記酸素含有ガス流路（ｆａ）
   、又は、前記燃料流路（ｆｇ）に、前記セル（１）の異
   常昇温を防止するための水冷ジャケット（１４）を設け
   た燃料電池。 ２、前記水冷ジャケット（１４）が、前記セル（１）と
   は離間した状態で前記セル（１）からの放射熱を吸熱す
   るものである請求項１記載の燃料電池。 ３、前記酸素含有ガス流路（ｆａ）の流路出口と前記燃
   料流路（ｆｇ）の流路出口とを前記セル（１）に対して
   同じ側に配置し、前記水冷ジャケット（１４）を、前記
   流路出口側に位置するものほど冷却能力が大きいものと
   した請求項１又は２記載の燃料電池。