JPH0439867A - 円筒固体電解質型燃料電池の集電装置 - Google Patents

円筒固体電解質型燃料電池の集電装置

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JPH0439867A
JPH0439867A JP2145796A JP14579690A JPH0439867A JP H0439867 A JPH0439867 A JP H0439867A JP 2145796 A JP2145796 A JP 2145796A JP 14579690 A JP14579690 A JP 14579690A JP H0439867 A JPH0439867 A JP H0439867A
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JP
Japan
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cell
metal
felt
electrode
fuel injection
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JP2145796A
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Katsumi Nagata
勝巳 永田
Osao Kudome
長生 久留
Katsuya Ito
克哉 伊藤
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023Porous and characterised by the material
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    • HELECTRICITY
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    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1231Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte with both reactants being gaseous or vaporised
    • YGENERAL 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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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は円筒固体電解質型燃料電池(以後円筒5OFG
という。)の集電装置に関する。
〔従来の技術〕
円筒型5OFCを第5図から第7図に示す。
第5図から第7図は、本出願人の先出願(%願平01−
198396号)に係る図である。第5図は円筒5OF
Cのモジュール構造を示す。
断熱材から成るモジュール本体38と燃料注入管1及び
円筒セル2が取り付けられている2枚の管板44,45
とによってモジュール本体38内部は、燃料供給室20
、燃料排出室5及び発電室37に仕切られ、各室共にシ
ール構造としている。管板45に取り付けられたセル2
は燃料排出室5に向けて開口端を有し、発電室37に発
電部が位置するように突き出された円筒セル下端は閉じ
られている。管板44に取り付けられた燃料注入管1は
両端を開口した円筒形状で、一端は燃料供給室22に向
けて開口しており、他端はセル内部に挿入されている。
燃料供給室20へ導入された燃料ガス46は、燃料注入
管1を通ってセル2内へ供給される。セル2で発電の為
に使われた燃料の残りは各セルから燃料排出室5に集め
られモジュールの外へ燃料排ガス47として排出される
一方反応用空気42は、下方より導入され、空気予熱室
41を介して輻射変換体39で所定の温度まで昇温され
、発電室37に供給される。
発電室37で反応した排空気43は空気排出管40内を
流れてモジュール外へ排出される。セル2により発電さ
れた電気は、一方の電極については還元雰囲気の燃料排
出室5から集電線34より、また、他方の電極について
は、燃料注入管1を通じ、還元雰囲気の燃料供給室20
から集電線33より取り出し、各セルの集電線33゜3
4を各電極同志で結線し並列に集電される。
あるいは各セルの集電線33.34をそれぞれの電極を
交互に結線し、直列に集電しても良い(図示せず。)。
次に、円筒セル2の断面図を第6図に示す。
第6図においてセル20片端はシールキャップ7により
閉じ、空気の逆流及燃料のリークを防止スる。一方の電
極についてはセル2を構成する空気極55に接続したイ
ンタコネクタリード56を通じ、N1フェルト60、燃
料注入管1を通り集を線33で集電される。他方の電極
については、燃料極53に接続したインタコネクタリー
ド56を通じ集電線34で集電される。
なお52は多孔質基体管、57はシール膜である。第7
図に円筒セルの第2の従来例の構造図を示す。第7図に
おいて、セル下側の極は、リード部15をセル2内側に
巻き込み、N1フェルト13により上端部まで伸ばし集
電用金属キャップ6によりセル連結用Niフェルト10
と接続する。上側の極は、リード部14をそのまま上端
部まで伸ばし、そこでセル連結用Niフェルト10と接
続され、両極共に燃料排出室5から集電される。なお燃
料注入管11はセラミック製である。
〔発明が解決しようとする課題〕
第6図に示したような集電構造において、Niフェルト
はセル内部でインターコネクターリードと燃料供給管に
接触しているだけであるので、インクコネクタリードと
Niフェルトとの接続及び燃料供給管とNiフェルトと
の接続が不安定となる。また、セル電池の接続形態が直
列である場合、セル電池内部の1ケ所の破壊により出力
が取り出せなくなる。逆に、並列の場合、電圧が低いの
で集電用電線が抵抗の低い太いものとなる。
本発明は上記の問題点を解決中る円筒5OFCを提供す
ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
(1)本発明に係る円筒5OFCは、セルの一端を密閉
構造とし、他端より燃料注入管を挿入した円筒5OFC
において、セル外側の電極から伸張される電極リードを
セル両端でセル内側に巻き込み、リング状金属部材をセ
ル端内側に金属フェルトを介在して嵌合し、セル−端の
前記金属フェルトを金属製燃料注入管のセル一端側に接
続し、その金属製燃料注入管のセル他端側とセル他端の
前記リング状金属部材とを集電極として構成することを
特徴とする。
すなわち、セルの一端を完全な閉構造とし、セルにおけ
る燃料の供給・排出を他端のみで行う。集電については
セル両端共に、還元雰囲気のセル内側まで電極リードを
巻き込み、Niフェルト、リング状金属部材に接続され
、セル密閉端側の電極は、金属性燃料供給管に確実に接
続することにより、燃料供給室に位置する金属性燃料供
給管の上端位置で集電極とする。
(2)本発明の第2の発明は、前記円筒5OFCの集電
極である各リング状金属部材を一体の第1金属フエルト
で接続してセル群を複数個形成し、各セル群を構成する
複数のセルは極性の異なるものに2分して配置し、隣接
する2つの該セル群の間で、且つ極性の異なるセルに挿
入された金属性燃料注入管同士を一体の第2金属フエル
トで順次接続したことを特徴とする。すなわちセル同士
を複数個づつまとめて一体の金属フェルトで直列、並列
を組合せて接続し、集電する。
〔作用〕
5OFCは運転時に約1000℃の高温となるのでセラ
ミック性のセルの内側に金属フェルトを介在させて嵌合
されたリング状金属部材は、熱膨張を起こす。このとき
セラミックよりも金属の方が熱膨張率が大きく、リング
状金属部材はセルに対してしまりばめ状態となり、Ni
フェルトは、膨張したリング状金属部材によって、電極
リードが巻き込まれたセルチューブ内側に押し付けられ
て確実に固定される。
集電極となるセルと金属性燃料注入管とが各々別々に複
数個づつ一体の金属フェルトで接続された円筒5OFC
のセル群では、各セルで発電された電気は、セル一端に
嵌合されたリング状金属部材を通り、一体の第1金属フ
エルトに集電され、他端は、リング状金属部材から金属
性燃料注入管を通じ、金属性燃料注入管セル他端側に接
続された一体の第2金属フエルトに集電される。こうし
て複数本づつ並列に集電されさらにこれが複数個直列に
接続される。
〔実施例〕
本発明の実施例を第1図乃至第4図に従って説明する。
尚円筒5OFCの全体的な構成は、第5図に示すものと
同様であり、詳細説明は省略する。
第1図は本発明のセル部分の実施例を示す。
第1図において、金属性燃料注入管1によってセル2内
に供給される燃料とセル外側より供給される反応用空気
とがセル2で反応し発電される。セル上側の極は電極リ
ード部17がセル上端部まで伸ばされセル内側に巻き込
み、N1フェルト12を介して、リング状の集電用金属
キャップ6と電気的に接続され、その集電用金属キャッ
プ6が集電極となる。セル下側の極は電極リード部18
がセル下端部まで伸ばされセル2内側に巻き込み、N1
フェルト4を介して集電用金属リング3を嵌合させ、リ
ード部18と集電用金属リング3をNiフェルトを介し
て接続する。Niフェルト40片端は金属性燃料注入管
1の下端部にNiフェルト固定用ボルト9により接続す
る。また、セル下端にシールキャップ7を嵌合汀せ、セ
ル下端は密閉されている。
この様にしてNiフェルト4の接続された金属性燃料注
入管1の上端が集電極となる。この際に集電用金属キャ
ップ6と金属性の燃料注入管1の短絡防止の為に絶縁用
セラミックスリーブ8が集電用金属キャップ6の上部に
嵌合されている。
尚管板16.19により発電室、燃料排出室5及び燃料
供給室20が各々仕切られる。
第2図に前記セル2の集電キャップ6が複数個接続され
たセル群の状態を示す。集電用金属キャップ6は一体の
金属フェルトである厚さ1嘔程度のNiフェルト23を
用い、極性が半数づつ逆になるように配置したセル20
8本を1組の群として接続された構成となっている。
第3図に前記のセル2の燃料注入管1の上端が複数個接
続されたセル群の状態を示す。
燃料注入管1の上端は一体の金属フェルトである厚さI
B程度のNiフェルト24を用いて第2図の集電用金属
キャップ608本1組の群を、極性の同じ4本づつずら
せて接続されて構T・・ 成されており、そのうちの1つは4本づつ別々接続され
た集電取り出しセル群21.22により構成され、それ
ぞれ燃料供給室より電極の取り出し部となっている。
上記のように構成することにより、装置が高温となる円
筒5OFC作動時には、リング状の集電用金属キャップ
6及び集電用金属リング3は、その熱膨張率がセラミッ
ク性のセル2の熱膨張率より大きいので、Niフェルト
12及び14をはさみ込んで、セル2に対してしまりば
め状態となり、リード部17及び18とNiミツ エルト12及−と集電用金属キャップ6及び集電用金属
リング3との接触状態は良好なる。
つまり、リード部17及18から集電極を通して、一体
フェルト23及び24への接触通電状態が良好となり、
発電された電気は、セルからセルへ一体Niフェルト2
3及び24を通じて効率良く、確実に集電される。
また、第2図と第3図に示したような群の構成により5
OFCモジユ一ル全体としての集電回路構成は、第4図
に示したようになる。
一体のNiフェルトで接続された8本のセルの内、極性
の同じ4本で発電された電気は、集電用金属キャップ6
を通り、一体のN1フェルト23に集電され、そのN1
フェルト23を通じて極性が逆の残りの4本のセル2に
供給されその4本のセル2で発電された電気と和す。こ
の電気は金属性燃料注入管1の上端からその金属性燃料
注入管1の上端に接続された一体のN1フェルト24に
集電され、その一体のNiフェルト24に接続された極
性が逆の残りの4本の金属性燃料注入管に供給される。
この残りの4本の金属性燃料注入管1が挿入されるセル
2は前述の8本のセルの組の隣のセル20組でする。
以上、同様に次々と接続し、集電され、回路構成として
は、第4図に示したようにセル2が4ブ。
本−つの並列回路を12組直列に接続する回路構成とな
り、電極取り出しは、12組目の両端の4本の金属性燃
料注入管1の上端が接続された一体のNiフェル)21
.22から行なう。
このように電極の取り出し部を燃料供給室に配置できる
ので、取り出し部構造が簡素化される。
なお、セルの組合せ本数や、配列数は本実施例に限らず
必要に応じて変えてもさしつかえない。
〔発明の効果〕
本発明は前述のように構成されているので、以下に記載
するような効果を奏する。
電極リードを巻き込んだセル内側に、金属フェルトを介
してリング状金属部材を嵌合した構造になっているので
、5OFC作動時の高温状態ではじまりばめ状態となり
、電極リード、Niフェルト、リング状金属部品は密着
し、電気的にも良好な接触状態となる為に接触抵抗が安
定する。またセル一端の極も金属性燃料注入管のセル一
端側に接続するので、還元雰囲気の燃料供給室に位置す
る 金属性燃料注入管のセル他端側から集電することが
でき集電の安定性、信頼性が向上する。
また上記セルを複数個極性を変え、組み合せて一体の第
1.第2金属フエルトで接続し、その組み合せを複数個
直列に接続しているので、セルや金属性燃料注入管の一
本及び一部が破壊されて電池として不使用となったり、
断線した場合でも、全体の出力の低下を軽減することが
できる。そして電極の取り出し部は、配列両端の金属性
燃料注入管のセル他端側に接続した一体の金属フェルト
で行うことができ、その金属性燃料注入管のセル他端側
は、低温で還元雰囲気の燃料供給室に位置している為、
電極の取り出し部が、他の高温部にある場合に比べ、集
電の為の断熱体も不用で全体にコンパクトにすることが
でき集電の信頼性、効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例に係るセル部分の構造図、 第2図は本発明の第1実施例に係る集電用金属キャップ
接続構造図、 第3図は本発明の第1実施例に係る燃料注入管上端の接
続構造図、 第4図は本発明の第1実施例に係るセル電池の回路構成
図、 第5図は従来の円筒固体電質型燃料電池の構造図。 第6図は従来の円筒セル部分の断面図、第7図は従来の
他の円筒セルの構造図である。 1・・・金属製燃料注入管、2・・・セル、3・・・集
電用金属リング、4・・・Niフェルト、5・・・燃料
排出室、6・・・集電用金属キャップ、7・・シールキ
ャップ(セラミックス)8・・・絶縁用セラミックスス
リーブ、9・・・N1フェルト固定用ホルト、10・・
・Niフェルト、11・・・セラミックス製燃料注入管
、12・・・Niフェルト、13・・・Ni7エルト、
14・・ リード部、15・・・リード部、16・・管
板、17・・・リード部、18・・・リード部、19・
・管板、20・・・燃料供給室、21.22−・・半数
づつに分割された一体のN1フェルト、23・・・一体
のNiフェルト、24・・・一体のNiフェルト、33
・・集電線、34・・・集電線、37・・・発電室、3
8・・・モジュール本体、39・・・輻射変換体、40
・・・空気排出管、41・・・空気排出管、42・・・
反応用空気、43・・・排空気、46・・・燃料、47
・・・燃料排ガス、52・・・多孔質基体管、53・0
.燃料極、54・・・固体電解質、55・・・空気極、
56・・・インタコネクタリード、57・・・シール膜
、60・・・Niフェルト

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)セルの一端を密閉構造とし、他端より燃料注入管
    を挿入した円筒固体電解質型燃料電池において、セル外
    側の各極から伸張される電極リードをセル両端でセル内
    側に巻き込み、リング状金属部材をセル端内側に金属フ
    ェルトを介在して嵌合し、セル一端の前記金属フェルト
    を金属製燃料注入管のセル一端側に接続し、その金属製
    燃料注入管のセル他端側とセル他端の前記リング状金属
    部材とを集電極として構成したことを特徴とする円筒固
    体電解質型燃料電池の集電装置。
  2. (2)特許請求の範囲第1項記載の円筒固体電解質型燃
    料電池の集電極である各リング状金属部材を一体の第1
    金属フェルトで接続してセル群を複数個形成し、各セル
    群を構成する複数のセルは極性の異なるものに2分して
    配置し、隣接する2つのセル群の間で、且つ極性の異な
    るセルに挿入された金属性燃料注入管同士を一体の第2
    金属フェルトで順次接続したことを特徴とする円筒固体
    電解質型燃料電池の集電装置。
JP2145796A 1990-06-04 1990-06-04 円筒固体電解質型燃料電池の集電装置 Pending JPH0439867A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002231275A (ja) * 2001-01-30 2002-08-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体電解質型燃料電池の電極構造
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