JPH0359956A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JPH0359956A JPH0359956A JP1194319A JP19431989A JPH0359956A JP H0359956 A JPH0359956 A JP H0359956A JP 1194319 A JP1194319 A JP 1194319A JP 19431989 A JP19431989 A JP 19431989A JP H0359956 A JPH0359956 A JP H0359956A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
- H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
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- 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
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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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。
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)
本発明は燃料電池発電装置に関するものである。
(従来の技術)
最近、燃料電池が発電装置として注目されている。これ
は、燃料が有する化学エネルギーを直接電気エネルギー
に変換できる装置で、カルノーサイクルの制約を受けな
いため、本質的に高いエネルギー変換効率を有し、燃料
の多様化が可能で(ナフサ、天然ガス、メタノール、石
炭改質ガス、重油等)、低公害で、しかも発電効率が設
備規模によって影響されず、極めて有望な技術である。
は、燃料が有する化学エネルギーを直接電気エネルギー
に変換できる装置で、カルノーサイクルの制約を受けな
いため、本質的に高いエネルギー変換効率を有し、燃料
の多様化が可能で(ナフサ、天然ガス、メタノール、石
炭改質ガス、重油等)、低公害で、しかも発電効率が設
備規模によって影響されず、極めて有望な技術である。
特に、固体電解質型燃料電池(SOFC)は、1000
°Cの高温で作動するため電極反応が極めて活発で、高
価な白金などの貴金属触媒を全く必要とせず、分極が小
さく、出力電圧も比較的高いため、エネルギー変換効率
が他の燃料電池にくらべ著しく高い。更に、構造材は全
て固体から構成されるため、安定且つ長寿命である。
°Cの高温で作動するため電極反応が極めて活発で、高
価な白金などの貴金属触媒を全く必要とせず、分極が小
さく、出力電圧も比較的高いため、エネルギー変換効率
が他の燃料電池にくらべ著しく高い。更に、構造材は全
て固体から構成されるため、安定且つ長寿命である。
5OPC単電池の構成要素は、−船釣に空気電極、固体
電解質、燃料電極からなる。そして、従来は、円筒状5
OFC単電池として、一方が閉塞した袋管状の単電池を
用い、内側の空気電極へは空気供給管を通して空気を与
え、外側の燃料電極へは、隣接する燃料ガス供給室より
燃料ガスを供給していた。
電解質、燃料電極からなる。そして、従来は、円筒状5
OFC単電池として、一方が閉塞した袋管状の単電池を
用い、内側の空気電極へは空気供給管を通して空気を与
え、外側の燃料電極へは、隣接する燃料ガス供給室より
燃料ガスを供給していた。
(発明が解決しようとする課題)
発電効率を上げるためには、この袋管を長くして一本当
りの発電面積を増大させる必要があった。
りの発電面積を増大させる必要があった。
しかし、袋管状の5OFG単電池を長くすると、温度勾
配、電流勾配が大きくなり、かえって発電効率に悪影響
を与えるという問題があった。
配、電流勾配が大きくなり、かえって発電効率に悪影響
を与えるという問題があった。
即ち、燃料ガスの導入部付近では、まだ燃料の含有量が
多いため、電気化学的反応が活発であり、温度が上昇し
、この温度上昇によってまずまず反応が活発となる。一
方、他端では、燃料ガスがかなり減損しているため、反
応が不活発で温度が低く、この温度の低さからますます
反応が不活発となる。しかも、減損した燃料ガス中には
かなりCO□水蒸気が含まれており、これが電極面に付
着して反応を聞書するため、ますまず温度が低下する。
多いため、電気化学的反応が活発であり、温度が上昇し
、この温度上昇によってまずまず反応が活発となる。一
方、他端では、燃料ガスがかなり減損しているため、反
応が不活発で温度が低く、この温度の低さからますます
反応が不活発となる。しかも、減損した燃料ガス中には
かなりCO□水蒸気が含まれており、これが電極面に付
着して反応を聞書するため、ますまず温度が低下する。
この傾向は、袋管状の単電池が長くなるにつれて一層激
しくなる。
しくなる。
また、セラミックスにまり長尺状の袋管を各部分とも均
一な状態で成形するためには高度な技術を必要とし、長
尺化には製造上の困難を伴なう。
一な状態で成形するためには高度な技術を必要とし、長
尺化には製造上の困難を伴なう。
本発明の課題は、燃料電池素子における温度勾配、発電
効率の勾配を低く抑えることができ、かつセラごツクス
燃料電池素子の長尺化のための困難をも解決できるよう
な燃料電池発電装置を提供することである。
効率の勾配を低く抑えることができ、かつセラごツクス
燃料電池素子の長尺化のための困難をも解決できるよう
な燃料電池発電装置を提供することである。
(課題を解決するための手段)
本発明は、イオン導電性を有する固体電解質隔壁とこの
固体電解質隔壁の一方の側に設けられた燃料電極と前記
固体電解質隔壁の他方の側に設けられた空気電極とを少
なくとも有しかつ内部空間が両端で開口している筒状又
はハニカム状燃料電池素子を、互いに隣接する前記燃料
電池素子の開口同士が互いに対向された状態で複数個配
列してなる燃料電池素子配列体と;この燃料電池素子配
列体に属する複数の前記燃料電池素子の前記内部空間を
貫通し、燃料ガス供給口又は酸化ガス供給口を介して複
数の前記燃料電池素子の前記内部空間へと燃料ガス又は
酸化ガスを供給する燃料ガス供給管又は酸化ガス供給管
と を有する燃料電池発電装置に係るものである。
固体電解質隔壁の一方の側に設けられた燃料電極と前記
固体電解質隔壁の他方の側に設けられた空気電極とを少
なくとも有しかつ内部空間が両端で開口している筒状又
はハニカム状燃料電池素子を、互いに隣接する前記燃料
電池素子の開口同士が互いに対向された状態で複数個配
列してなる燃料電池素子配列体と;この燃料電池素子配
列体に属する複数の前記燃料電池素子の前記内部空間を
貫通し、燃料ガス供給口又は酸化ガス供給口を介して複
数の前記燃料電池素子の前記内部空間へと燃料ガス又は
酸化ガスを供給する燃料ガス供給管又は酸化ガス供給管
と を有する燃料電池発電装置に係るものである。
「内部空間」とは、筒状燃料電池素子にあっては筒内空
間を意味し、ハニカム状燃料電池素子にあってはハニカ
ムの各孔内空間を意味する。
間を意味し、ハニカム状燃料電池素子にあってはハニカ
ムの各孔内空間を意味する。
「互いに隣接する燃料電池素子の開口同士が互いに対向
された状態」とは、開口の中心軸同士が全く同一直線上
で重なり合う場合の他、開口の中心軸がずれた状態で開
口の一部分が対向する場合や、開口同士が少し傾き所定
の角度をなして対向する場合も含む。また、開口同士が
所定の距離をもって対向する場合と、隣接する燃料電池
素子の端面が接触し、開口同士が間隔を置かずに直接対
向する場合等とを含む。
された状態」とは、開口の中心軸同士が全く同一直線上
で重なり合う場合の他、開口の中心軸がずれた状態で開
口の一部分が対向する場合や、開口同士が少し傾き所定
の角度をなして対向する場合も含む。また、開口同士が
所定の距離をもって対向する場合と、隣接する燃料電池
素子の端面が接触し、開口同士が間隔を置かずに直接対
向する場合等とを含む。
複数の燃料電池素子の内部空間へと、燃料ガス供給管か
らは燃料ガスを供給し、酸化ガス供給管からは酸化ガス
を供給するのであるが、例えばハニカム状燃料電池素子
においては、ある孔内空間へは燃料ガス供給管を配し、
別の孔内空間へは酸化ガス供給管を配することがある。
らは燃料ガスを供給し、酸化ガス供給管からは酸化ガス
を供給するのであるが、例えばハニカム状燃料電池素子
においては、ある孔内空間へは燃料ガス供給管を配し、
別の孔内空間へは酸化ガス供給管を配することがある。
(実施例)
第1図は5OFG発電装置の一部破断斜視図、第2図は
第1図の■−■線矢視断面図(概略図)、第3図は第1
図のIII−I[1線矢視断面図、第4図はこの5OF
G発電装置の一部平面図である。説明の便宜上、各図面
ともに装置の一部のみを示しである。
第1図の■−■線矢視断面図(概略図)、第3図は第1
図のIII−I[1線矢視断面図、第4図はこの5OF
G発電装置の一部平面図である。説明の便宜上、各図面
ともに装置の一部のみを示しである。
また、第2図では5OFC素子1を簡略化して示しであ
る。
る。
本例では、両端を開放した円筒型の5OFG素子lを直
列、並列に多数配列した燃料電池発電装置について説明
する。
列、並列に多数配列した燃料電池発電装置について説明
する。
多孔質隔壁4を複数個互いに平行となるよう配列固定し
、発電室6と燃焼生成室7とを交互に形成する。発電室
6においては、対向する多孔室隔壁4の貫通孔に5OF
C素子1の端部を挿入して支持し、5OFG素子1が発
電室6をまたいで架は渡された形とする。5OFC素子
1は多孔室隔壁によって)ェルト25を介してソフトに
押えられ、位置決めされる(ただし、第1図ではフェル
ト25を図示省略)。
、発電室6と燃焼生成室7とを交互に形成する。発電室
6においては、対向する多孔室隔壁4の貫通孔に5OF
C素子1の端部を挿入して支持し、5OFG素子1が発
電室6をまたいで架は渡された形とする。5OFC素子
1は多孔室隔壁によって)ェルト25を介してソフトに
押えられ、位置決めされる(ただし、第1図ではフェル
ト25を図示省略)。
この5OFC素子1の両端開口50は燃焼物生成室7へ
と向って開放され、隣接する5OFG素子lの端部開口
と対向する。
と向って開放され、隣接する5OFG素子lの端部開口
と対向する。
5OFC素子1は円筒状固体電解質隔膜9の内側に空気
電極膜10を設け、外周面に燃料電極膜8を設けた構成
のものである。空気電極膜8は、ドーピングされたか、
又はドーピングされていないLaMnO3、CaMnO
3、LaNiO3,1acoO+、LaCr0:+等で
製造でき、ストロンチウムを添加したlaMno:+が
好ましい。固体電解質隔膜は、一般にはイツトリア安定
化ジルコニア等で製造できる。燃料電極は、一般にはニ
ッケルージルコニアサーメット又はコバルト−ジルコニ
アサーメットである。
電極膜10を設け、外周面に燃料電極膜8を設けた構成
のものである。空気電極膜8は、ドーピングされたか、
又はドーピングされていないLaMnO3、CaMnO
3、LaNiO3,1acoO+、LaCr0:+等で
製造でき、ストロンチウムを添加したlaMno:+が
好ましい。固体電解質隔膜は、一般にはイツトリア安定
化ジルコニア等で製造できる。燃料電極は、一般にはニ
ッケルージルコニアサーメット又はコバルト−ジルコニ
アサーメットである。
これら円筒状5OFC素子1は、特に第4図に示すよう
に、隣接する5OFC素子の開口50が対向され、複数
の5OFG素子が図面において横方向へと直線的に配列
された状態で、5OFG素子配列体60を形成している
。第4図では紙幅の都合上、各5OFG素子配列体60
をそれぞれ三個毎の5OFC素子によって形成しである
が、むろんこれは何個でもよい。また、5OFG素子配
列体60自体も、互いに平行な状態で任意の個数配列し
てよい。
に、隣接する5OFC素子の開口50が対向され、複数
の5OFG素子が図面において横方向へと直線的に配列
された状態で、5OFG素子配列体60を形成している
。第4図では紙幅の都合上、各5OFG素子配列体60
をそれぞれ三個毎の5OFC素子によって形成しである
が、むろんこれは何個でもよい。また、5OFG素子配
列体60自体も、互いに平行な状態で任意の個数配列し
てよい。
そして、一つの5OFG素子配列体60に属する各5O
FC素子の内部空間C内を、1本の導電性酸化ガス供給
管(好ましくは耐熱金属製)2が貫通している。各5O
FC素子1と導電性酸素ガス供給管2との間には開口S
O付近でフェルト25が配され、各5OFC素子はこれ
によっても支持される。この酸化ガス供給管2の外周に
は多数の針状集電ブラシ5が固着され、ブラシ5の他端
は空気電極10の電極表面に対して接触押圧される。針
状集電ブラシ5は好ましくは耐熱金属からなり、100
0°C程度の高温で弾性を有するものがよい。酸化ガス
供給管2には、発電室6内の例えば中央付近に酸化ガス
供給口2aが設けられる。
FC素子の内部空間C内を、1本の導電性酸化ガス供給
管(好ましくは耐熱金属製)2が貫通している。各5O
FC素子1と導電性酸素ガス供給管2との間には開口S
O付近でフェルト25が配され、各5OFC素子はこれ
によっても支持される。この酸化ガス供給管2の外周に
は多数の針状集電ブラシ5が固着され、ブラシ5の他端
は空気電極10の電極表面に対して接触押圧される。針
状集電ブラシ5は好ましくは耐熱金属からなり、100
0°C程度の高温で弾性を有するものがよい。酸化ガス
供給管2には、発電室6内の例えば中央付近に酸化ガス
供給口2aが設けられる。
また、複数の発電室6及び燃焼物生成室7を貫通する導
電性燃料ガス供給管3が、導電性酸化ガス供給管と平行
となるよう、円筒状5OFG素子配列体60の外側に設
けられる。導電性燃料ガス供給管3も好ましくは耐熱金
属からなり、発電室6内で燃料ガス供給口3aを有して
いる。導電性燃料ガス供給管3の表面にも多数の針状集
電極5からなる集電ブラシが固着され、針状集電極5の
他方の極が燃料電極8の電極表面へと押圧力をもって当
接されている。そして、−個の導電性燃料ガス供給管3
の外周からは例えば四つの方向へと針状集電極5が伸び
、一つの導電性燃料ガス供給管に対して第3図に示すよ
うに四つの5OFC素子1が電気的に接続される。
電性燃料ガス供給管3が、導電性酸化ガス供給管と平行
となるよう、円筒状5OFG素子配列体60の外側に設
けられる。導電性燃料ガス供給管3も好ましくは耐熱金
属からなり、発電室6内で燃料ガス供給口3aを有して
いる。導電性燃料ガス供給管3の表面にも多数の針状集
電極5からなる集電ブラシが固着され、針状集電極5の
他方の極が燃料電極8の電極表面へと押圧力をもって当
接されている。そして、−個の導電性燃料ガス供給管3
の外周からは例えば四つの方向へと針状集電極5が伸び
、一つの導電性燃料ガス供給管に対して第3図に示すよ
うに四つの5OFC素子1が電気的に接続される。
空気等の含酸素ガスは矢印Aのように導電性酸化ガス供
給管へと供給され、酸化ガス排出口2aより5OFC素
子内部空間Cへと排出され、二方向に分かれて矢印A′
のように進む。また、隣接する5OPC素子1内にも同
様にして酸化ガスが送られる。
給管へと供給され、酸化ガス排出口2aより5OFC素
子内部空間Cへと排出され、二方向に分かれて矢印A′
のように進む。また、隣接する5OPC素子1内にも同
様にして酸化ガスが送られる。
また、水素、−酸化炭素等の燃料ガスは、導電性燃料ガ
ス供給管3内を矢印B′のように進み、上記と同様に燃
料ガス排出口3aより矢印Bのように発電室6内へと排
出され、二方向に分かれて進む。
ス供給管3内を矢印B′のように進み、上記と同様に燃
料ガス排出口3aより矢印Bのように発電室6内へと排
出され、二方向に分かれて進む。
多孔質隔壁4は、発電室6と燃焼物生成室7との間の僅
かな差圧で流れが生じるように設計されており、燃焼物
生成室7から発電室6への燃焼生成ガスの逆流を防ぐ。
かな差圧で流れが生じるように設計されており、燃焼物
生成室7から発電室6への燃焼生成ガスの逆流を防ぐ。
発電に利用された後の減損した酸化ガスが各5opc素
子1の開口50から燃焼物生成室7へと矢印A′のよう
に流入する。と共に、減損した燃料ガスが多孔質隔壁4
を通して燃焼物生成室7内へと矢印B′のように流入し
、酸化ガスと接触して燃焼し、導電性ガス供給管2.3
内を通過中のガスを予熱する。
子1の開口50から燃焼物生成室7へと矢印A′のよう
に流入する。と共に、減損した燃料ガスが多孔質隔壁4
を通して燃焼物生成室7内へと矢印B′のように流入し
、酸化ガスと接触して燃焼し、導電性ガス供給管2.3
内を通過中のガスを予熱する。
発電室6内では、酸化ガスが空気電極10と固体電解質
9との界面で酸素イオンを生じ、これらの酸素イオンは
固体電解質9を通って燃料電極8へと移動し、燃料と反
応すると共に電子を燃料極へ放出する。そして、放出さ
れた電子は針状集電極5を介して、導電性燃料ガス供給
管3へと集電される。
9との界面で酸素イオンを生じ、これらの酸素イオンは
固体電解質9を通って燃料電極8へと移動し、燃料と反
応すると共に電子を燃料極へ放出する。そして、放出さ
れた電子は針状集電極5を介して、導電性燃料ガス供給
管3へと集電される。
本例の燃料電池発電装置によれば、以下の効果を奏しう
る。
る。
10
(1)各円筒型5OFG素子1の両端に開口50を設け
、開口50同士を対向させた状態で複数個配列して5O
FC素子配列体60を形威し、同時に稼動している。従
って各5OFC素子1の長さ自体は温度勾配が太き(な
らない程度の適当な長さに止め、1つの56pc素子配
列体60に属する5OFG素子lの配列数を変えること
で、発電装置の長さを任意に変えることができ、装置全
体の長さを従来より大きくすることで、装置体積当たり
の発電効率を非常に高めることができる。しかも、一つ
の5OFG素子1の長さは短かくて済むことから、温度
勾配を小さく抑えることが可能である。
、開口50同士を対向させた状態で複数個配列して5O
FC素子配列体60を形威し、同時に稼動している。従
って各5OFC素子1の長さ自体は温度勾配が太き(な
らない程度の適当な長さに止め、1つの56pc素子配
列体60に属する5OFG素子lの配列数を変えること
で、発電装置の長さを任意に変えることができ、装置全
体の長さを従来より大きくすることで、装置体積当たり
の発電効率を非常に高めることができる。しかも、一つ
の5OFG素子1の長さは短かくて済むことから、温度
勾配を小さく抑えることが可能である。
更に、本例では、発電室の中央部付近に酸化ガス供給口
、燃料ガス供給口を設け、これら供給口より排出された
ガスが二方向に分かれ進むので、供給口から燃焼物生成
室までの通過距離は更に半分で済むので、温度勾配の制
御が一層容易である。
、燃料ガス供給口を設け、これら供給口より排出された
ガスが二方向に分かれ進むので、供給口から燃焼物生成
室までの通過距離は更に半分で済むので、温度勾配の制
御が一層容易である。
(2) セラ旦ツクス製の各5OFG素子の長さは小
さくて済むので、製造上の困難を回避しつつ、同時に5
OFC素子配列体を長くすることで、発電効率を高める
ことが可能となる。
さくて済むので、製造上の困難を回避しつつ、同時に5
OFC素子配列体を長くすることで、発電効率を高める
ことが可能となる。
しかも、導電性ガス供給管2.3(第1図参照)を耐熱
金属で製造した場合には、長尺状製品の底形、製造は容
易であり、装置製造上天なる利点がある。
金属で製造した場合には、長尺状製品の底形、製造は容
易であり、装置製造上天なる利点がある。
(3)−本の導電性酸化ガス供給管2へ酸化ガスを送り
込むだけで、一つの5OFC素子配列体60に属するす
べての5OFC素子1の内部空間Cへと同時に、かつ簡
単に酸化ガスを供給できる。従って、従来のように各5
OFG素子毎に酸化ガス供給管を用意する必要はない。
込むだけで、一つの5OFC素子配列体60に属するす
べての5OFC素子1の内部空間Cへと同時に、かつ簡
単に酸化ガスを供給できる。従って、従来のように各5
OFG素子毎に酸化ガス供給管を用意する必要はない。
また、−本の導電性燃料ガス供給管3へと燃料ガスを送
り込むだけで、多数の発電室6内へと同時に燃料ガスを
供給することができ、一つの発電室ごとに従来のように
燃料室を設ける必要はない。
り込むだけで、多数の発電室6内へと同時に燃料ガスを
供給することができ、一つの発電室ごとに従来のように
燃料室を設ける必要はない。
(4)従来、5OFC素子を直列接続するために、単電
池の燃料電極と隣接5OFC素子の空気電極とをインク
コネクタ及びNiフェルトで接続し、5OFC素子を並
列接続するために、隣接する単電池の燃料電極間をNi
フェルトで接続している。円筒型5OFGでは、固体電
解質と空気電極との界面、固体電解質と燃料電極との界
面で、電極の全周面に亘って電子の受は渡しが行われる
。しかし、インクコネクタは空気電極と一箇所で接触し
ているのみであり、Niフェルトも燃料電極と例えば2
〜3箇所で接しているに過ぎず、発生した電流は空気電
極膜、燃料電極膜内を膜面に平行にインクコネクタ、N
iフェルトへと向って流れる。だが、空気電極膜、燃料
電極膜は薄膜であって、電気抵抗が大きいため、電圧損
失が大きく、発電効率が低下する。この電気抵抗を低減
させ、電圧損失を防くには、膜厚を厚くし、かつインク
コネクタ、Niフェルトまでの電流通過距離を短かくす
る必要があるが、いずれも電池構造上の制約から、充分
な解決は望めない。
池の燃料電極と隣接5OFC素子の空気電極とをインク
コネクタ及びNiフェルトで接続し、5OFC素子を並
列接続するために、隣接する単電池の燃料電極間をNi
フェルトで接続している。円筒型5OFGでは、固体電
解質と空気電極との界面、固体電解質と燃料電極との界
面で、電極の全周面に亘って電子の受は渡しが行われる
。しかし、インクコネクタは空気電極と一箇所で接触し
ているのみであり、Niフェルトも燃料電極と例えば2
〜3箇所で接しているに過ぎず、発生した電流は空気電
極膜、燃料電極膜内を膜面に平行にインクコネクタ、N
iフェルトへと向って流れる。だが、空気電極膜、燃料
電極膜は薄膜であって、電気抵抗が大きいため、電圧損
失が大きく、発電効率が低下する。この電気抵抗を低減
させ、電圧損失を防くには、膜厚を厚くし、かつインク
コネクタ、Niフェルトまでの電流通過距離を短かくす
る必要があるが、いずれも電池構造上の制約から、充分
な解決は望めない。
これに対し、本例では、空気電極、燃料電極の電極表面
に全面に亘って針状集電極5が接触しているので、従来
のように高抵抗の空気電極3 膜、燃料電極膜内を流れることによる電圧損失はなくな
り、電極膜に垂直の方向へと集電される。従って、発電
効率が飛躍的に向上する。
に全面に亘って針状集電極5が接触しているので、従来
のように高抵抗の空気電極3 膜、燃料電極膜内を流れることによる電圧損失はなくな
り、電極膜に垂直の方向へと集電される。従って、発電
効率が飛躍的に向上する。
しかも、内部空間C内に導電性酸化ガス供給管2を貫通
させ、針状集電極5を介して空気電極10と電気的に接
続させているので、導電性酸化ガス供給管を通じて直接
集電でき、従来のようなインクコネクタは必要としない
。
させ、針状集電極5を介して空気電極10と電気的に接
続させているので、導電性酸化ガス供給管を通じて直接
集電でき、従来のようなインクコネクタは必要としない
。
(5)従来、Niフェルトを集電体として用いていたが
、これは高温使用中にへたり、電極との接触不良を起し
、発電効率を低下させるという問題点を有していた。
、これは高温使用中にへたり、電極との接触不良を起し
、発電効率を低下させるという問題点を有していた。
これに対し、本例では、針状集電体が弾性を有し、空気
電極、燃料電極表面へと押圧接触されることから、接触
不良が起りにくく、発電効率の低下を防止できる。
電極、燃料電極表面へと押圧接触されることから、接触
不良が起りにくく、発電効率の低下を防止できる。
上述の例では以下の変形が可能である。
(a) 上述の例では、各円筒状5OFC素子1の開
口50同士を燃焼室を挟んで互いに対向させていたが、
隣接する円筒状5OFC素子1の端部を密着接触さ4 せ、二個又は三個以上の円筒状5OFC素子lを一体と
してもよい。この場合は、密着された部分では酸化ガス
が内部空間Cから外部へと排出されないので、この箇所
では燃焼物生成室は省略され、発電室が連続することに
なる。こうした構成により、密着一体化する5OFG素
子の数を変えることで、一つの発電室の長さを自由に変
えることができる。また、一つの発電室の長さを一定と
した場合には、各5OFC素子一本当りの長さも自由に
変えうる。
口50同士を燃焼室を挟んで互いに対向させていたが、
隣接する円筒状5OFC素子1の端部を密着接触さ4 せ、二個又は三個以上の円筒状5OFC素子lを一体と
してもよい。この場合は、密着された部分では酸化ガス
が内部空間Cから外部へと排出されないので、この箇所
では燃焼物生成室は省略され、発電室が連続することに
なる。こうした構成により、密着一体化する5OFG素
子の数を変えることで、一つの発電室の長さを自由に変
えることができる。また、一つの発電室の長さを一定と
した場合には、各5OFC素子一本当りの長さも自由に
変えうる。
なお、各5OFC素子の断面形状は、円形の他、四辺形
、六角形等でもよい。
、六角形等でもよい。
導電性酸化ガス供給管2、導電性燃料ガス供給管3にお
いて、酸化ガス供給口2a、燃料ガス供給口3aの位置
、個数、孔径等は種々変更できる。
いて、酸化ガス供給口2a、燃料ガス供給口3aの位置
、個数、孔径等は種々変更できる。
(b) 円筒型固体電解質隔壁9の外周面に空気電極
を設け、内周面に燃料電極を設けてもよい。この場合は
、5OFC素子の内部空間に燃料ガスを供給し、外部に
酸化ガスを供給する。
を設け、内周面に燃料電極を設けてもよい。この場合は
、5OFC素子の内部空間に燃料ガスを供給し、外部に
酸化ガスを供給する。
(C) 第1図〜第4図において、針状集電体5の代
りに、櫛歯状金属集電極、金属ウール状の集電体を使用
でき、また他の低剛性、弾性を有する集電体を使用でき
る。むろん、燃料電極側と空気電極側とで異なる集電体
を用いてもよい。更に、Niフェルト等のフェルト状集
電体を上記の代りに用い、電極表面のほぼ全体に亘って
多点接触させることも可能である。
りに、櫛歯状金属集電極、金属ウール状の集電体を使用
でき、また他の低剛性、弾性を有する集電体を使用でき
る。むろん、燃料電極側と空気電極側とで異なる集電体
を用いてもよい。更に、Niフェルト等のフェルト状集
電体を上記の代りに用い、電極表面のほぼ全体に亘って
多点接触させることも可能である。
(d) 多孔質隔壁4は必ずしも必要なく、導電性ガ
ス供給管2.3を固定し、針状集電体5を介して各5O
FC素子lを支持してもよい。
ス供給管2.3を固定し、針状集電体5を介して各5O
FC素子lを支持してもよい。
多孔質隔壁5の他、支持用又はフロー用のバッフルを更
に組み込んでもよく、また密封構造のものでなくてもよ
い。
に組み込んでもよく、また密封構造のものでなくてもよ
い。
(e) 第1図では各5OFC素子1を水平に支持し
たが、この発電装置全体を垂直にしてもよく、また所定
角度傾けてもよい。
たが、この発電装置全体を垂直にしてもよく、また所定
角度傾けてもよい。
(f) 上記の例では、円筒状固体電解質隔壁自体が
剛性体として働き、電池要素で自立できる構造としたが
、他に多孔質で導電性の基体管を用い、この上に単位電
池を形成してもよい。
剛性体として働き、電池要素で自立できる構造としたが
、他に多孔質で導電性の基体管を用い、この上に単位電
池を形成してもよい。
多孔質導電性基体は、例えばSrをドープしたLaMn
0zで製造できる。
0zで製造できる。
(8)第1図において、導電性燃料ガス供給管3を用い
る代りに、従来のような燃料室を設け、この燃料室から
発電室6内へと燃料を供給してもよい。この場合、空気
電極側の集電は第1図のように行う。そして、各5OF
C素子の燃料電極の表面のほぼ全体に亘り、針状集電体
5のブラシ、耐熱金属ウール、耐熱金属フェルト等の多
点接触集電体を接触させ、この多点接触集電体によって
各隣接5OFC素子の燃料電極同士を電気的に接続し、
最終的には金属プレートに電気的に接続して金属プレー
トで集電すればよい。そして、導電性酸化ガス供給管2
と上記金属プレートとの間に負荷を設ける。
る代りに、従来のような燃料室を設け、この燃料室から
発電室6内へと燃料を供給してもよい。この場合、空気
電極側の集電は第1図のように行う。そして、各5OF
C素子の燃料電極の表面のほぼ全体に亘り、針状集電体
5のブラシ、耐熱金属ウール、耐熱金属フェルト等の多
点接触集電体を接触させ、この多点接触集電体によって
各隣接5OFC素子の燃料電極同士を電気的に接続し、
最終的には金属プレートに電気的に接続して金属プレー
トで集電すればよい。そして、導電性酸化ガス供給管2
と上記金属プレートとの間に負荷を設ける。
多点接触集電体は耐熱金属以外の導電体、例えば導電性
セラミックス、セラミック被覆金属で製造してもよい。
セラミックス、セラミック被覆金属で製造してもよい。
第5図はハニカム形状の5OFG素子に本発明を適7
用した一実施例を示す一部破断斜視図、第6図は第5図
のVl−Vl線矢視断面図、第7図は同じく一部平面図
である。本実施例において第1図の発電装置と同一の機
能部材には同一符号を付しである。
のVl−Vl線矢視断面図、第7図は同じく一部平面図
である。本実施例において第1図の発電装置と同一の機
能部材には同一符号を付しである。
本例においては、固体電解質隔壁19が断面四角形のい
わゆるハニカム形状をなしている(ここでは単位管を説
明の便宜上、縦二列、横二列のみ示しであるが、むろん
単位管の個数は任意に変化させてよい)。
わゆるハニカム形状をなしている(ここでは単位管を説
明の便宜上、縦二列、横二列のみ示しであるが、むろん
単位管の個数は任意に変化させてよい)。
固体電解質隔壁19により、縦二列、横二列の直方体状
の空間(孔)が形成され、この内周面に燃料電極18、
空気電極20が交互に市松模様をなすように設けられる
。
の空間(孔)が形成され、この内周面に燃料電極18、
空気電極20が交互に市松模様をなすように設けられる
。
各孔内空間りの開口50は、隣接するハニカム状5OF
G素子11の対応する開口50と対向しており、この状
態で複数個(第7図では三個のみ図示した。)のハニカ
ム状5OFC素子11によって5OFC素子配列体70
が形成される。
G素子11の対応する開口50と対向しており、この状
態で複数個(第7図では三個のみ図示した。)のハニカ
ム状5OFC素子11によって5OFC素子配列体70
が形成される。
そして、孔内空間りの表面に燃料電極18が露出する場
合には、孔内空間り中に導電性燃料ガス供8 給管3を貫通させ、一つの5OFC素子配列体70に属
する各5OFG素子11の孔内空間りを貫通させる。ま
た、孔内空間りの表面に空気電極20が露出する場合に
は、孔内空間り中に導電性酸化ガス供給管2を貫通させ
、一つの5OFC素子配列体70に属する各5OFC素
子11の孔内空間りを貫通させる。これにより、一つの
導電性燃料ガス供給管3又は1つの導電性酸化ガス供給
管2に燃料ガス又は酸化ガスを供給することで、一つの
5opc素子配列体70に属する各5OFG素子11の
孔内空間D(−列)へと燃料ガス又は酸化ガスを送り込
める。
合には、孔内空間り中に導電性燃料ガス供8 給管3を貫通させ、一つの5OFC素子配列体70に属
する各5OFG素子11の孔内空間りを貫通させる。ま
た、孔内空間りの表面に空気電極20が露出する場合に
は、孔内空間り中に導電性酸化ガス供給管2を貫通させ
、一つの5OFC素子配列体70に属する各5OFC素
子11の孔内空間りを貫通させる。これにより、一つの
導電性燃料ガス供給管3又は1つの導電性酸化ガス供給
管2に燃料ガス又は酸化ガスを供給することで、一つの
5opc素子配列体70に属する各5OFG素子11の
孔内空間D(−列)へと燃料ガス又は酸化ガスを送り込
める。
燃料電極18又は空気電極20の電極表面の全面に亘っ
て針状集電体5の一端が押圧接触せしめられ、この針状
集電体5の他端は導電性燃料ガス供給管3又は導電性酸
化ガス供給管に固着されている。
て針状集電体5の一端が押圧接触せしめられ、この針状
集電体5の他端は導電性燃料ガス供給管3又は導電性酸
化ガス供給管に固着されている。
他の構成は第1図の発電装置とほぼ同様であって、燃料
電極18と導電性燃料ガス供給管3、空気電極20と導
電性酸化ガス供給管18を針状集電体5で電気的に接続
し、集電を行う。また、酸化ガス排出口2a又は燃料ガ
ス排出口3aより排出された酸化ガス又は燃料ガスは、
基孔り内で矢印A′又はB′のように二方向に分れて進
み、基孔りの開口より燃焼物生成室7内へと流入し、こ
こで混合されて燃焼される。
電極18と導電性燃料ガス供給管3、空気電極20と導
電性酸化ガス供給管18を針状集電体5で電気的に接続
し、集電を行う。また、酸化ガス排出口2a又は燃料ガ
ス排出口3aより排出された酸化ガス又は燃料ガスは、
基孔り内で矢印A′又はB′のように二方向に分れて進
み、基孔りの開口より燃焼物生成室7内へと流入し、こ
こで混合されて燃焼される。
本例においては、前述の(1)〜(5)の効果を奏しう
る他、固体電解質隔壁19がハニカム構造をなしている
ため、構造力学上、第1図のものよりも強度の高い構造
であり、従って構造部材としての固体電解質隔壁の厚み
を従来よりも薄く(例えば200μm以下)しても実用
的な強度が得られる。また、単位体積当りの隔壁面積が
大きい。
る他、固体電解質隔壁19がハニカム構造をなしている
ため、構造力学上、第1図のものよりも強度の高い構造
であり、従って構造部材としての固体電解質隔壁の厚み
を従来よりも薄く(例えば200μm以下)しても実用
的な強度が得られる。また、単位体積当りの隔壁面積が
大きい。
更に、従来もハニカム状固体電解質隔壁を用いた5OF
G素子は知られてはいるが、この場合空気電極同士、燃
料電極同士をリード線で逐一接続し、途中で短絡しない
ように配線する必要があり、煩雑であった。これに対し
、本例では、導電性ガス供給管2又は3により一括して
集電するので、かかる煩雑な配線は必要なく、短絡の危
険もない。
G素子は知られてはいるが、この場合空気電極同士、燃
料電極同士をリード線で逐一接続し、途中で短絡しない
ように配線する必要があり、煩雑であった。これに対し
、本例では、導電性ガス供給管2又は3により一括して
集電するので、かかる煩雑な配線は必要なく、短絡の危
険もない。
本例においても、前述の(a)〜(樽のような変形が可
能である。更に、各単位管の断面形状は三角形、四角形
、六角形その他任意の多角形とでき、また隔壁を波形と
してもよい。各単位孔を三角形、四角形又は六角形とす
ると隔壁面積の増大及び電極槽配置の点で好ましく、六
角形のものは製造し易い。
能である。更に、各単位管の断面形状は三角形、四角形
、六角形その他任意の多角形とでき、また隔壁を波形と
してもよい。各単位孔を三角形、四角形又は六角形とす
ると隔壁面積の増大及び電極槽配置の点で好ましく、六
角形のものは製造し易い。
第8図は他の燃料電池発電装置を示す第6図と同様の断
面図である。
面図である。
本例においては、燃料電極28をハニカム構造体とした
。そして、図面において左上、右下の単位管では燃料電
極28を内周面に露出させ、導電性燃料ガス供給管3を
孔内に通し、燃料電極28の電極表面に全面に亘って針
状集電体5を圧接させ、この針状集電体5の他端を導電
性燃料ガス供給管3の外周面に固着させる。また、図面
において、右上、左下の単位管では、燃料電極28の内
周面に固体電解質膜29を設け、この内周面に空気電極
20を設けた。更に、孔り内に導電性酸化ガス供給管2
を通し、空気電極20の電極表面に全面に亘って針状集
電体5を圧接させ、この針状集電体5の他端を導電性酸
化ガス供給管3の外周面に固着させる。
。そして、図面において左上、右下の単位管では燃料電
極28を内周面に露出させ、導電性燃料ガス供給管3を
孔内に通し、燃料電極28の電極表面に全面に亘って針
状集電体5を圧接させ、この針状集電体5の他端を導電
性燃料ガス供給管3の外周面に固着させる。また、図面
において、右上、左下の単位管では、燃料電極28の内
周面に固体電解質膜29を設け、この内周面に空気電極
20を設けた。更に、孔り内に導電性酸化ガス供給管2
を通し、空気電極20の電極表面に全面に亘って針状集
電体5を圧接させ、この針状集電体5の他端を導電性酸
化ガス供給管3の外周面に固着させる。
1
他の部分の構成は第5図〜第7図の燃料電池発電装置と
同様であって、5OFC素子配列体を形威しており、同
様の効果を奏しうる。しかも、固体電解質膜29を、ハ
ニカム構造の燃料電極28の内壁に底膜するので、固体
電解質膜29には構造部材としての強度は要求されず、
第6図の場合よりも薄い固体電解質膜(例えば50μm
程度)を製造しうる。
同様であって、5OFC素子配列体を形威しており、同
様の効果を奏しうる。しかも、固体電解質膜29を、ハ
ニカム構造の燃料電極28の内壁に底膜するので、固体
電解質膜29には構造部材としての強度は要求されず、
第6図の場合よりも薄い固体電解質膜(例えば50μm
程度)を製造しうる。
酸素イオンが透過する固体電解質を薄膜化することで、
酸素イオンの通過距離が短かくなり、発電効率を一層向
上させることも可能である。
酸素イオンの通過距離が短かくなり、発電効率を一層向
上させることも可能である。
また、第8図の例において、燃料電極と空気電極とを入
れ換えてハニカム構造の空気電極を形威し、この空気電
極の内周面に固体電解質膜、燃料電極を底膜することも
できる。この場合は、例えば第8図において、左上、右
下の単位管では孔内に空気電極が露出しかつ導電性酸化
ガス供給管が貫通し、右上、左下の単位管では孔内に燃
料電極が露出しておりかつ導電性燃料ガス供給管が貫通
する。
れ換えてハニカム構造の空気電極を形威し、この空気電
極の内周面に固体電解質膜、燃料電極を底膜することも
できる。この場合は、例えば第8図において、左上、右
下の単位管では孔内に空気電極が露出しかつ導電性酸化
ガス供給管が貫通し、右上、左下の単位管では孔内に燃
料電極が露出しておりかつ導電性燃料ガス供給管が貫通
する。
2
(発明の効果)
本発明に係る燃料電池発電装置によれば、互いに隣接す
る燃料電池素子の開口同士が互いに対向された状態で、
燃料電池素子を複数個配列して燃料電池素子配列体を形
成しているので、この燃料電池素子配列体に属する燃料
電池素子の数を変えることで、この配列体の長さを任意
に変えることができ、配列体を長くして発電装置の体積
当りの発電効率を非常に高めうると共に、同時に各燃料
電池素子の長さは短かくとも済むことから、この素子に
おける温度勾配、熱勾配を小さく抑えることができる。
る燃料電池素子の開口同士が互いに対向された状態で、
燃料電池素子を複数個配列して燃料電池素子配列体を形
成しているので、この燃料電池素子配列体に属する燃料
電池素子の数を変えることで、この配列体の長さを任意
に変えることができ、配列体を長くして発電装置の体積
当りの発電効率を非常に高めうると共に、同時に各燃料
電池素子の長さは短かくとも済むことから、この素子に
おける温度勾配、熱勾配を小さく抑えることができる。
しかも燃料電池素子自体を長尺化する場合のように、素
子の製造が困難となることはなく、製造上極めて有利で
ある。
子の製造が困難となることはなく、製造上極めて有利で
ある。
しかも、燃料電池素子配列体に属する複数の燃料電池素
子の内部空間を燃料ガス供給管又は酸化ガス供給管に貫
通させ、複数の燃料電池素子の内部空間へと燃料ガス又
は酸化ガスを供給しているので、従来のように燃料電池
素子一個毎に一本ずつ酸化ガス供給管を用意したり、−
室ずつ燃料室を設けたりする必要はなく、簡略な操作で
高能率の稼動が可能となる。
子の内部空間を燃料ガス供給管又は酸化ガス供給管に貫
通させ、複数の燃料電池素子の内部空間へと燃料ガス又
は酸化ガスを供給しているので、従来のように燃料電池
素子一個毎に一本ずつ酸化ガス供給管を用意したり、−
室ずつ燃料室を設けたりする必要はなく、簡略な操作で
高能率の稼動が可能となる。
第1図は実施例の燃料電池発電装置を示す一部破断斜視
図、 第2図は第1図の■−■線矢視断面図、第3図は第1図
の■−■線矢視断面図、第4図は第1図の燃料電池発電
装置を示す一部平面図、 第5図は他の燃料電池発電装置を示す一部破断斜視図、 第6図は第5図のVI−Vl線矢視断面図、第7図は第
5図の燃料電池発電装置を示す一部平面図、 第8図は更に他の燃料電池発電装置を示す第6図と同様
の断面図である。 1・・・円筒状5OFC素子 2・・・導電性酸化ガス
供給管3・・・導電性燃料ガス供給管 4・・・多孔室隔壁 5・・・針状集電体(ブラシ状集重体)6・・・発電室 7・・・燃焼物生成室 8、18.28・・・燃料電極 9、19.29・・・固体電解質隔壁 10、20・・・空気電極 11・・・ハニカム状5OFC素子 50・・・開口 60・・・円筒状5OFC素子配列体 70・・・ハニカム状5OFC素子配列体A、A’・・
・酸化ガスの流れ B、B’・・・燃料ガスの流れ C・・・円筒状5OFC素子の内部空間D・・・ハニカ
ム状5OFC素子の各孔内空間5
図、 第2図は第1図の■−■線矢視断面図、第3図は第1図
の■−■線矢視断面図、第4図は第1図の燃料電池発電
装置を示す一部平面図、 第5図は他の燃料電池発電装置を示す一部破断斜視図、 第6図は第5図のVI−Vl線矢視断面図、第7図は第
5図の燃料電池発電装置を示す一部平面図、 第8図は更に他の燃料電池発電装置を示す第6図と同様
の断面図である。 1・・・円筒状5OFC素子 2・・・導電性酸化ガス
供給管3・・・導電性燃料ガス供給管 4・・・多孔室隔壁 5・・・針状集電体(ブラシ状集重体)6・・・発電室 7・・・燃焼物生成室 8、18.28・・・燃料電極 9、19.29・・・固体電解質隔壁 10、20・・・空気電極 11・・・ハニカム状5OFC素子 50・・・開口 60・・・円筒状5OFC素子配列体 70・・・ハニカム状5OFC素子配列体A、A’・・
・酸化ガスの流れ B、B’・・・燃料ガスの流れ C・・・円筒状5OFC素子の内部空間D・・・ハニカ
ム状5OFC素子の各孔内空間5
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、イオン導電性を有する固体電解質隔壁とこの固体電
解質隔壁の一方の側に設けられた燃料電極と前記固体電
解質隔壁の他方の側に設けられた空気電極とを少なくと
も有しかつ内部空間が両端で開口している筒状又はハニ
カム状燃料電池素子を、互いに隣接する前記燃料電池素
子の開口同士が互いに対向された状態で複数個配列して
なる燃料電池素子配列体と;この燃料電池素子配列体に
属する複数の前記燃料電池素子の前記内部空間を貫通し
、燃料ガス供給口又は酸化ガス供給口を介して複数の前
記燃料電池素子の前記内部空間へと燃料ガス又は酸化ガ
スを供給する燃料ガス供給管又は酸化ガス供給管と を有する燃料電池発電装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1194319A JP2793275B2 (ja) | 1989-07-28 | 1989-07-28 | 燃料電池発電装置 |
EP90308284A EP0410797B1 (en) | 1989-07-28 | 1990-07-27 | Fuel cell generator |
DE69013786T DE69013786T2 (de) | 1989-07-28 | 1990-07-27 | Brennstoffzellengenerator. |
US07/983,253 US5273839A (en) | 1989-07-28 | 1992-11-30 | Fuel cell generator |
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---|---|---|---|
JP1194319A JP2793275B2 (ja) | 1989-07-28 | 1989-07-28 | 燃料電池発電装置 |
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-
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- 1990-07-27 DE DE69013786T patent/DE69013786T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-07-27 EP EP90308284A patent/EP0410797B1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
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DE69013786T2 (de) | 1995-04-27 |
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