JPH05266911A - 固体酸化物燃料電池発電装置 - Google Patents

固体酸化物燃料電池発電装置

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JPH05266911A
JPH05266911A JP4290854A JP29085492A JPH05266911A JP H05266911 A JPH05266911 A JP H05266911A JP 4290854 A JP4290854 A JP 4290854A JP 29085492 A JP29085492 A JP 29085492A JP H05266911 A JPH05266911 A JP H05266911A
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fuel cell
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tube sheet
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JP4290854A
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Robert Draper
ドレイパー ロバート
Raymond A George
アンソニイ ジョージ レイモンド
Larry A Shockling
アンソニイ ショックリング ラリー
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 同心配置の長いガス注入管が不要であり、支
持管と管板及び隔壁との間で厳密な許容誤差が必要とさ
れない、構造が簡単な固体酸化物燃料電池発電装置を提
供する。 【構成】 ハウジング（１２）内に互いに離隔した第１
及び第２の管板（１４、１６）が設けられ、該管板の内
側に離隔して設けた２つの中間隔壁（１８、２０）が発
電室（２２）を画定し、発電室内の各燃料電池が第１の
管板と係合する一方の開端部（４２）及び第２の管板と
係合するもう一方の開端部（４４）を有し、それぞれ燃
料電池支持管の外側及び内側を流れる燃料ガス及び酸化
剤ガスが中間隔壁と管板の間の中間緩衝室（３０、３
４）で支持管の反対側を流れるガスにより予熱され、ガ
スの一部が支持管の周りにおいて管板を漏洩し、中間緩
衝室がこの漏洩した燃料ガスをとり込んで発電室へ再び
流入させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体酸化物燃料電池発電
装置に関し、さらに詳細には燃料ガスを酸化ガスと電気
化学的に反応させる細長い管状燃料電池が互いに離隔し
た関係でアレーを形成する発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体酸化物燃料電池発電装置は、天然ガ
スのような燃料ガスの化学エネルギーを電気エネルギー
へ変換するために用いられる。普通、これらの発電装置
は何百個または何千個の燃料電池よりなり、各燃料電池
が発生するエネルギーが０．６乃至１．０ボルトと少量
であるため直列または並列に電気接続されて所望のエネ
ルギーを発生させる。例えば、活性長さが約３０−５０
ｃｍである現在の技術レベルの燃料電池は、ほぼ２０−
４０ワットの電力を発生する。燃料ガスは、温度約１０
００°Ｃで電解質の境界で酸化ガス（普通は空気）と電
気化学的に反応し、炭酸ガスと水蒸気を発生する。
【０００３】現在の技術レベルの固体酸化物燃料電池発
電装置は、発電室を貫通する中空管の周面に支持された
電気化学的電池よりなる細長い管状燃料電池のアレーを
備えている。これらの発電装置は通常、長さが中空支持
管の少なくとも約半分の注入管をその支持管内部に同心
的に配置し、その注入管を介して酸化ガスを支持管内に
導入するような設計である。酸化ガスは注入管内を中空
管の入口とは反対側の端部の方へ流れたところで注入管
から放出されて方向を変え、支持管と注入管の間の環状
空間を逆方向に流れる。この構成は、酸化ガスを反応温
度まで予熱すると共に電気化学的反応が発生する過剰の
熱を除去することにより発電室内を所望の運転温度に維
持するように設計したものである。通常（酸化ガスが空
気である場合）、燃料ガスとの反応に必要な酸化ガスの
化学量論量の４−８倍の酸化ガスがこの中空管へ供給さ
れ、これにより公称反応温度及び所望温度プロフィール
が発電室内において維持される。
【０００４】低出力、通常出力及び高出力状態のもとで
多くのプロセス変数が公知の発電装置の効率的運転にと
って制約要因となるが、そのプロセス変数のひとつは注
入管及び注入管の周りの環状空間を流れるガスの圧力降
下である。中空管を流れるガスの圧力降下及びその関連
の終端効果は所与の発電装置の高出力運転時ガスの高い
流量を制限する傾向がある。加えて、発電装置の横断面
温度プロフィールには、発電装置ハウジングの近くの周
辺部の燃料電池からハウジングへ放射されるかなり量の
熱が、特に低出力状態のもとで、電気化学的反応が発生
する過剰の熱の実質的部分を占めるためばらつきが生じ
る。通常（空気が燃料電池の中空管内を、燃料ガスが燃
料電池を含む空間を流れる場合）、ある特定量の過剰の
酸化ガスをアレー内側の燃料電池へ供給すると共に周辺
部の燃料電池へはそれより実質的に少ない量の過剰の酸
化ガスを送ることにより、公称反応温度及び温度プロフ
ィールを維持する。これは周辺部の燃料電池が放射によ
りハウジングへ熱を与えた後残る余分な熱が少ないため
である。しかしながら、この設計では内側の燃料電池へ
の空気流量と周辺部の燃料電池への空気流量の制御を別
々に行う必要があるため別の空気流量制御装置を設けな
ければならない。
【０００５】現在の技術レベルの発電装置は電気化学的
活性長さが最大約３０−５０ｃｍの燃料電池アレーを用
いる。かかる燃料電池に何百個あるいは何千個の長い注
入管を設けるのは高コストにつながるだけでなく商業規
模の発電装置を製造する場合大変骨が折れる。さらに、
この分野では将来、燃料電池発電装置が必要とする燃料
電池の数を減らすため最大１００ｃｍあるいはそれ以上
の活性長さを有する長い燃料電池を用いることになるで
あろうと予測されてる。
【０００６】従って、この分野では、現在用いられてい
る設計よりもコストが低く組立が容易であり、しかも高
効率の新しい燃料電池発電装置が模索されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、現在
の燃料電池発電装置と比べて構造的に簡単な改良型固体
酸化物燃料電池発電装置を提供することにある。本発明
のさらに別の目的は、広い出力範囲で効率よく作動する
発電装置を提供することにある。本発明のさらに別の目
的は、長い燃料電池、即ち最大１００−２００ｃｍまた
はそれより長い電池を低い圧力降下で使用可能にするこ
とにある。
【０００８】上記目的に鑑みて、本発明は燃料ガスを酸
化ガスと電気化学的に反応させる固体酸化物燃料電池発
電装置であって、ハウジングと、ハウジング内の互いに
離隔した第１及び第２の管板と、管板間でそれらから離
隔し、ハウジングと共に管板から離隔した発電室を画定
する少なくとも２つの離隔した中間隔壁と、離隔した燃
料電池のアレーとよりなり、各燃料電池は、周面、第１
の管板と係合する一方の開端部及び第２の管板と係合す
るもう一方の開端部を有し、その軸方向長さが２つの開
端部間で発電室を貫通する中空管と、発電室内の中空管
の周面上に形成した電気化学的電池とよりなり、電気化
学的電池は固体酸化物電解質及び隣接する電気的相互接
続部とを有し、固体酸化物電解質は燃料電極と酸化剤電
極との間に同心的に形成してあることを特徴とする発電
装置を提供する。
【０００９】本発明の発電装置の１つの設計によると、
電気化学的燃料電池の軸方向長さは少なくとも約５０ｃ
ｍ、燃料電池の全長の約６０％以下である。もう１つの
好ましい設計では、各燃料電池の活性長さは少なくとも
約１００ｃｍである。かかる設計によると燃料電池の、
またそれらの端部におけるガスの全圧力降下が低くな
り、またガスが燃料電池を流れる際それを予熱し後で冷
却するための大きな熱伝達面積が得られる。
【００１０】本発明の好ましい実施例では、燃料電池は
管板と非密封関係で係合し、燃料電池と管板との間で少
量のガスの漏洩を許容する。この非密封型の発電装置は
発電室と管板との間に中間緩衝室を有する。緩衝室と、
好ましくは緩衝室とガス流連通関係にあるイジェクタ等
のようなガス圧送手段とを設けることにより発電室から
のガスが管板を漏洩する漏洩量を減少させる。
【００１１】叙上の非密封型装置によると、発電室は発
電装置の運転時緩衝室よりも固有に高い圧力下にある。
従って、濃厚な燃料ガスは発電室から漏出するような漏
洩経路をたどる。この発電装置によると、この漏洩した
濃厚な燃料ガスは使用済み燃料ガス流内にとり込まれる
ため酸化ガスとの自然燃焼が阻止され、またこれらの燃
料ガスは発電室の燃料供給部へ再循環される。かくし
て、燃料の効率的な消費及び温度の管理が促進される。
同様に、発電装置には燃料電池端部の酸化ガス室に隣接
する使用済み燃料ガス室が設けられるが、この使用済み
燃料ガス室の圧力は酸化ガス室よりも高い。このため、
使用済み燃料ガスが燃料電池の周りを管板の流孔を介し
て酸化ガス室内へ漏洩し、ここで意図された残りの燃焼
が起こる。かくして、緩衝室を設けるこの構成によると
濃厚な燃料を含む発電室内への酸化ガスの直接の漏洩が
阻止される。
【００１２】以下、添付図面を参照して本発明を実施例
につき詳細に説明する。
【００１３】
【実施例】図１−３を参照して、図１は固体酸化物燃料
電池発電装置１０を示し、この発電装置はハウジング１
２とその内部に収容された垂直な燃料電池アレー１３を
有する。燃料電池アレー１３は特定のプロセス条件を満
足させるため水平或いは他の向きに配置することもでき
る。図１の発電装置１０は天然ガス或いは他の燃料ガス
を空気中の酸素と電気化学的に反応させて電気エネルギ
ーを発生させるのに特に有用であるが、他のプロセスガ
ス或いは燃料を含有する廃棄ガス及び酸化ガスを共に用
いてもよい。これらのガスは発電装置を汚染する汚染ガ
ス或いはそれに取り込まれた粒子を事実上含有しないも
のが好ましい。説明の便宜上、酸化ガス（空気）が燃料
電池の内部を流れ、燃料ガスが燃料電池を含む空間を流
れる発電装置について本発明を説明する。しかしなが
ら、本発明の別の実施例として燃料ガスが燃料電池内部
を流れるようにガスの流れを逆にしてもよい。
【００１４】図１の発電装置１０は、ハウジング１２内
に離隔関係に設置した第１及び第２の管板１４、１６
と、これらの管板間に離隔関係に設けた少なくとも２つ
の中間隔壁１８、２０とを有する。中間隔壁１８、２０
は発電室２２を画定する。中間隔壁１８、２０はまた発
電室２２とそれぞれ管板１４、１６との間に緩衝室２
４、２６を発電室２２に隣接して部分的に画定する。管
板１４、１６はステンレススティールまたはインコネル
（Ｉｎｃｏｎｅｌ）で形成し、また隔壁は適当な耐高温
性を有するジルコニアまたは他の材料で形成することが
できる。図１に示すように、発電室２２内にさらに別の
隔壁２８を設けて燃料電池アレー１３全体に供給燃料ガ
スを分配するための分配室３０（以下において説明す
る）を画定すると共に、さらに別の隔壁３２を１つの管
板１４に隣接して設けることにより燃料電池アレー１３
を流れる空気を予熱する予熱室３４（以下において説明
する）を形成するとよい。図１に示すように、緩衝室２
４、２６は、図示のごとく外側の、或いは燃料電池アレ
ー１３の内側（図示せず）にあるダクト３６により相互
に接続するのが好ましい。
【００１５】アレー１３は、管板１４と１６の間を軸方
向に延びる中空の円筒状燃料電池４０よりなる。各燃料
電池４０は第１の管板１４に係合する開端部４２と第２
の管板１６と係合する開端部４４とを有する。燃料電池
４０はカルシア安定化ジルコニア製の多孔性管状支持体
４６を有し、この支持体は周面４８と軸方向長さ５０と
を有する。適当な中空管４６の厚さは約０．５乃至５ｍ
ｍ、直径は約１ｃｍである。別の実施例（図示せず）で
は、燃料電池を一方の電極で支持させることにより管状
支持体を不要にする。燃料電池４０は管板１４、１６と
非密封関係に係合するのが好ましく、この場合燃料電池
の周りでガスが管板１４、１６を漏洩すると共に、隔壁
１８、２０、２８、３２をも漏洩する。しかしながら一
般的にいって、かかるガスの漏洩は望ましいことではな
く、発電装置の運転状態（特に管板１４、１６の両側で
の圧力差）を発電装置１０の漏洩が最も低い実際的なレ
ベルに減少するように維持するのが好ましい。
【００１６】図２及び３に最もよく示されるように、各
燃料電池４０は管状支持体４６の周面４８上に重ねて形
成した電気化学的電池５１を有する。管状支持体４６は
電気化学的電池５１を発電室２２内において機械的に支
持する。電気化学的電池５１は一般的に、同心の多孔性
空気及び燃料電極５２、５４を有し、これらの電極は非
多孔性の固体酸化物電解質５６で分離されている。酸化
ガスとして用いる空気が支持体４６内をその開端部４２
から開端部４４へ流れると、空気中の酸素は一般的に管
状支持体４６の多孔性ジルコニア及び多孔性空気電極５
２を外方向へ拡散する。酸素はこの後分解してイオンと
なり、このイオンは固体酸化物電解質を拡散して燃料電
極５０の所の燃料と反応することにより水蒸気と炭酸ガ
スを発生させる。
【００１７】空気電極５２の好ましい厚さは少なくとも
約０．５乃至２ｍｍであり、ペロブスカイト族の酸化
物、稀土類酸化物、酸化インジウム及びコバルト、ニッ
ケル、銅、鉄、クロム及びマンガンの酸化物にドープし
たもの或いはドープしないもの、もしくはそれらの酸化
物の混合物よりなる複合材で形成する。燃料電極５０の
好ましい厚さは少なくとも約１００マイクロメータであ
り、ニッケル−ジルコニアのサーメットまたは他の適当
な材料で形成する。固体酸化物電解質５６の好ましい厚
さは少なくとも約２０マイクロメータであり、イットリ
ア安定化ジルコニアまたは他の適当なセラミック材料で
形成する。
【００１８】非多孔性で導電性の相互接続部５８は空気
電極５８から半径方向に延びて、燃料電池４０とその周
辺の燃料電池をニッケル繊維のフェルト等（図示せず）
を介して相互接続する。相互接続部５８の好ましい厚さ
は約１０−１００マイクロメータであり、カルシウム、
ストロンチウムまたはマグネシウム酸化物をドープした
亜クロム酸ランタン薄膜または他の適当なセラミック材
料で形成する。
【００１９】好ましい燃料電池４０は、厚さ０．７ｍｍ
の多孔性の中空管４６、厚さ２ｍｍの空気電極５２、厚
さ４０マイクロメータの固体酸化物電解質、厚さ１００
マイクロメータの燃料電極及び厚さ４０マイクロメータ
の相互接続部５６を有する。
【００２０】電気化学的電池５０は、従来の電池よりも
大きな燃料電池当りの出力を発生させるため軸方向へ少
なくとも約５０ｃｍ延びるのが好ましい。また、電気化
学的電池５１は、空気と燃料ガスとの間の実質的な熱伝
達面積を与えるため少なくとも燃料電池４０の全長の約
６０％以下の長さ軸方向に延びるのが好ましい。ここで
有利なことは、これらのガスの予熱或いは燃料電池４０
の冷却を行うため注入管を同心的に配置する必要がな
い。本発明の他の実施例では、ガスを燃料電池４０の開
端部４２内へ注入するため短い注入管（図示せず）を用
いることがあるが、燃料電池の長さが約１００ｃｍ以下
の場合かかる構成は好ましいものではない。
【００２１】イジェクタ７０または他のガス圧送手段に
よりガスを中間緩衝室２４、２６から圧送することによ
り、漏洩する燃料ガスと空気が使用済みガスにより緩衝
作用を受けるようにしてもよい。ここで重要なことは、
ガスが管板１６を漏洩する漏洩量がイジェクタ７０によ
り減少することである。管板１６の両側の圧力差は中間
緩衝室２６内のガスをパイプ７２によりイジェクタ７０
の吸込側へ圧送することにより一般的に維持される。吸
込パイプ７２と排気室７８からの排気パイプ７６との間
に背圧制御弁７４を設けると、管板１６の両側の圧力差
をさらに効率的に制御することができる。図示のイジェ
クタ７０は燃料供給パイプ８０内の供給燃料ガスを用い
て使用済み燃料ガスを緩衝室２４、２６から圧送する。
ここで有利なことは、吐出されるガスがイジェクタ７０
において改質され、ガスをハウジング１２全体に分配す
る燃料ガス分配室３０へパイプ８２を介して再導入され
ることである。イジェクタ７０内の燃料ガスは好ましく
は、排気パイプ７６からイジェクタのジャケット８４を
通りパイプ８６を介して空気を予熱するための予熱室３
４へ流入する排気空気により加熱する（使用済み燃料を
改質するため）。燃料ガスはまた排気空気により中間分
配室３０において予熱される。排気ガスが改質されない
他の実施例もある。
【００２２】発電装置１０の運転について説明すると、
この発電装置に連続して供給される空気は供給空気パイ
プ８８から空気供給室９０へ流れ込む。空気は中空管４
０の開端部４２に流入するとともに予熱室３４へ入り、
そこでパイプ８６からの排気空気、中間隔壁３２を漏洩
する使用済み燃料ガス及び管板１４を漏洩する供給空気
の混合物である使用済みガスの燃焼により予熱される。
中空管４０内の予熱空気はさらに中間緩衝室２４内の使
用済み燃料ガスにより加熱された後、発電室２２内へ流
れ込み、燃料電池５１のところで電気化学的反応を行
う。排気空気はさらに中空管４６内を流れて中間分配室
３０へ入り、そこで供給燃料ガスを予熱する。排気空気
は排気室７８へ流入する前に中間緩衝室２６へ入る。排
気空気はパイプ７６、イジェクタのジャケット８４及び
パイプ８６を介して予熱室３４へ流入し、そこで使用済
み燃料ガスと反応して燃焼することにより供給空気を予
熱する。燃焼したガスはその後出口パイプ９２を介して
吐出される。
【００２３】空気供給室９０への空気の供給は連続して
行われるが、燃料ガスは発電室２２の一部である中間分
配室３０へ導入され、そこで燃料電池アレー１３全体に
分配されると共に予熱される。この燃料ガスはその後中
間隔壁２８のオリフィス９４を介して発電室２２へ流入
し、燃料電池５０のところで電気化学的に反応する。本
発明の他の実施例において、燃料ガスをオリフィス９４
を介して流す代わりに、多孔性の中間隔壁（図示せず）
を拡散させるか或いは断熱パイプ・マニフォルド内で分
配するようにしてもよい。加えて、燃料ガスが支持管４
６と隔壁１８、２０、２８、３２との間で漏洩できるよ
うにしてもよい。発電室２２には、燃料ガスが発電室２
２内である方向性を持って流れるようにバッフル（図示
せず）等のような手段を設けてもよい。
【００２４】使用済み燃料ガスは発電室２２から中間隔
壁１８のオリフィス９４を介して中間緩衝室２４へ流入
する。この中間緩衝室２４は管板１６に隣接する中間緩
衝室２６とダクト３６により連結されている。中間緩衝
室２４内のガスの一部は中間隔壁３２を漏洩して隣接す
る中間予熱室３４へ流入し、そこで燃焼して供給空気を
予熱する。中間緩衝室２４のガスの残りは、漏洩して管
板１６のところの空気と混合する燃料ガスを緩衝するた
め中間緩衝室２６内へ圧送される。緩衝室２４、２６内
の使用済み燃料ガスは発電室２２から漏出したものであ
ることに注意されたい。ここで有利なことは、イジェク
タ７０は漏洩量を維持し制御するため管板１６の両側の
圧力差を維持する。
【００２５】図４は、発電装置１０２の燃料電池アレー
１０４のうち内側の燃料電池１０６がハウジング１１０
に隣接する周辺部の短い燃料電池１０８とガスが直列に
流れる関係に配置されている本発明の第２の実施例を示
す。この構成で有利なことは、高出力状態を含む任意の
過渡或いは定常運転状態のもとで高温の中空管のガスが
周辺部の燃料電池１０８へ導入されることである。従っ
て、放射によりハウジング１１０へ失われる熱損失を補
償すべく周辺部の燃料電池１０８を別個に制御するため
の別の空気流量制御装置を設ける必要がない。さらに、
排気空気を中間燃焼室１１２のような予熱器内部に圧力
降下をほどんど伴わずに導入することができる。
【００２６】発電装置１０２のハウジング１１０内に
は、中間隔壁１２６、１２８からそれぞれ離隔した第１
及び第２の管板１２０、１２２を有する。この構造は一
般的に、空気供給室１３２、空気を予熱するための中間
燃焼室１１２、発電室１４２からのガスの漏洩を緩衝す
るため中間緩衝室１４０にダクト１３８により連結され
た中間緩衝室１３６、燃料ガスを発電室１４２に流入す
る前に予熱して分配する付属の中間分配室１４４、及び
排気空気室１４６を画定する。中間緩衝室１３６及び１
４０内の使用済みガスは吸込ポンプ１５０を介してイジ
ェクタ１５２或いは他のガス圧送手段へ圧送される。図
示のごとく、使用済みガスは改質されて供給燃料ガスと
共にパイプ１５６により中間分配室１４４へ戻される。
供給燃料ガス及び改質済み燃料ガスは、中間分配室１４
４内で予熱された後中間隔壁１６０のオリフィス１５８
を通って発電室１４２へ流入し、燃料電池１０６及び１
０８のところで反応する。
【００２７】その後、使用済みガスは隔壁１２６のオリ
フィス１６２を通って中間緩衝室１３６へ流入し、その
一部は管板１６４を漏洩して中間燃焼室１１２内へ入
り、そこで排気空気と反応して燃焼することにより供給
空気ガスを予熱する。中間燃焼室１１２内の燃焼済みガ
スは発電装置１０２から出口パイプ１７０を介して流出
する。燃焼済みガスの一部はブランチパイプ１７２を通
ってイジェクタ１５４の加熱ジャケット１７４内へ流れ
込んだ後、使用済み燃料を改質してパイプ１７６により
排出される。吸込パイプ１５０と出口パイプ１７０との
間のパイプ１８２に設けた制御弁１８０は、中間緩衝室
１４０におけるガスの漏洩及び隣接する管板１２２の周
りの圧力差を軽減するために用いられる。
【００２８】図４の発電装置１０２は、供給空気が入口
１６４を介して空気供給室１３２へ流れ込む。空気は内
側の燃料電池１０６を通って排気空気室１４６へ流れ込
む。排気空気室１４６内の酸化ガスはその後周辺部の燃
料電池内へ流れ込む。高温となった空気は周辺部の燃料
電池１０８内を逆方向に流れて中間燃焼室１１２内へ流
れ込み、漏洩する使用済み燃料ガスと反応して燃焼し供
給空気を予熱する。かくして、周辺部の燃料電池には予
熱された空気が常に供給される。これは、ガス流量が非
常に低い出力レベルでもそうであり、これにより過剰の
熱出力レベルが低い場合でも発電装置の周辺部の燃料電
池１０８が高温に維持される。本発明の好ましい実施例
の発電装置１０２は２０１６本の燃料電池よりなるアレ
ー１０４を具備するが、周辺部の３列の燃料電池１０８
は内側の燃料電池１０６の下流でガスを受けるように直
列に構成され、このため約２５％の燃料電池が約７５％
の燃料電池の下流に直列に配置される。
【００２９】本発明による発電装置は、同心配置の長い
ガス注入管が不要であり、また支持管と管板及び隔壁と
の間に厳密な許容誤差が必要でないため、現在設計の発
電装置に比べて構造が簡単である。加えて、周辺部の燃
料電池を内側の燃料電池の下流に直列に配した発電装置
は、熱放射による損失を補償すべく周辺部の燃料電池の
ガス流量を別に制御するための別個の流量制御装置を必
要としない。
【００３０】本発明の現在において好ましいと思われる
実施例及びそれらのある特定の目的、利点及びその詳細
を図示説明したが、本発明はそれらに限定されるわけで
はなく、頭書した特許請求の範囲内において種々の変形
例または設計変更が可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明による固体酸化物燃料電池発電装
置の第１実施例の概略図である。
【図２】図２は図１の発電装置に用いる燃料電池の概略
図である。
【図３】図３は図２の線３−３に沿う燃料電池の横断面
図である。
【図４】図４は本発明の固体酸化物燃料電池発電装置の
第２実施例の概略図である。
【符号の説明】
１０ 固体酸化物燃料電池発電装置 １２、１１０ ハウジング １３、１０４ 燃料電池アレー １４、１６、１２０、１２２ 管板 １８、２０、２８、３２、１２６、１２８、１６０ 中
間隔壁 ２２、１４２ 発電室 ２４、２６、１３６、１４０ 中間緩衝室 ３０、１４４ 燃料ガス分配室 ４２、４４ 開端部 ４６ 環状支持体 ４８ 周面 ５１ 電気化学的電池 ５２ 空気電極 ５４ 燃料電極 ５６ 固体酸化物電解質 ５８ 相互接続部 ７０、１５２ イジェクタ ７４、１８０ 背圧制御弁 ７６ 排気パイプ ７８ 排気空気室 ８２、１５６ 燃料ガス供給パイプ ８４、１７４ イジェクタのジャケット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レイモンド アンソニイ ジョージ アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 ピッ ツバーグ ダーリントン ロード 5550 (72)発明者 ラリー アンソニイ ショックリング アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 ピッ ツバーグ テトン ドライブ 116

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料ガスを酸化ガスと電気化学的に反応
    させる固体酸化物燃料電池発電装置であって、 ハウジングと、 ハウジング内の互いに離隔した第１及び第２の管板と、 管板間でそれらから離隔し、管板から離隔した発電室を
    ハウジングと共に画定する少なくとも２つの離隔した中
    間隔壁と、 離隔した燃料電池のアレーとよりなり、 各燃料電池は、 周面、第１の管板と係合する一方の開端部及び第２の管
    板と係合するもう一方の開端部を有し、その軸方向長さ
    が２つの開端部間で発電室を貫通する中空管と、 発電室内の中空管の周面上に形成した電気化学的電池と
    よりなり、 電気化学的電池は固体酸化物電解質及び隣接する電気的
    相互接続部とを有し、固体酸化物電解質は燃料電極と酸
    化剤電極との間に同心的に形成してあることを特徴とす
    る発電装置。
  2. 【請求項２】 電気化学的電池は中空管の長手方向に沿
    って少なくとも約５０ｃｍ、中空管の軸方向長さの約６
    ０％以下軸方向に延びていることを特徴とする請求項１
    に記載の発電装置。
  3. 【請求項３】 電気化学的電池は中空管の長手方向に沿
    って少なくとも約１００ｃｍ軸方向に延びていることを
    特徴とする請求項２に記載の発電装置。
  4. 【請求項４】 燃料電池は管板と非密封関係に係合して
    いるためガスが燃料電池の周りにおいて管板を漏洩する
    ことができることを特徴とする請求項１に記載の発電装
    置。
  5. 【請求項５】 中間隔壁は発電室と管板との間の緩衝室
    の壁を画定し、この緩衝室は発電室とガス流連通関係に
    あって発電室からガスを受け取ることを特徴とする請求
    項４に記載の発電装置。
  6. 【請求項６】 発電室から受け取ったガスを圧送するた
    め緩衝室とガス流連通関係にある吸込接続部を有するガ
    ス圧送手段を備えてなることを特徴とする請求項５に記
    載の発電装置。
  7. 【請求項７】 ガス圧送手段は、前記ガスの少なくとも
    一部を緩衝室から発電室へ圧送するため発電室とガス流
    連通関係にある吐出接続部を有することを特徴とする請
    求項６に記載の発電装置。
  8. 【請求項８】 発電室からガスを受け取る緩衝室の少な
    くとも一方が管板に隣接し、その隣接する管板を漏洩す
    るガスの量を減らすためその管板に隣接する緩衝室とガ
    ス流連通関係にある吸込接続部を備えたガス圧送手段を
    有することを特徴とする請求項５に記載の発電装置。
  9. 【請求項９】 第２の管板と係合する中空管の開端部と
    ガス流連通関係にある排気室と、 第１の管板と発電室との間にあって第１の管板から離隔
    した中間の管板と、 ハウジングに隣接し第１の管板から離隔した短い中空管
    を備えた燃料電池とよりなり、 短い中空管の開端部はそれぞれ第２の管板及び中間の管
    板と係合し、この短い中空管は排気室とガス流連通関係
    にあり、このため第１及び第２の管板に係合する中空管
    を流れるガスがその下流の短い中空管へ直列に流れるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
  10. 【請求項１０】 電気化学的電池は中空管の長手方向に
    沿って少なくとも約５０ｃｍ、中空管の軸方向長さの約
    ６０％以下軸方向に延びていることを特徴とする請求項
    ９に記載の発電装置。
  11. 【請求項１１】 電気化学的電池は中空管の長手方向に
    沿って少なくとも約１００ｃｍ軸方向に延びていること
    を特徴とする請求項１０に記載の発電装置。
  12. 【請求項１２】 燃料電池は管板と非密封関係に係合す
    るためガスが燃料電池の周りにおいて管板を漏洩できる
    ことを特徴とする請求項９に記載の発電装置。
JP4290854A 1991-10-11 1992-10-05 固体酸化物燃料電池発電装置 Pending JPH05266911A (ja)

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