JPH05315001A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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- JPH05315001A JPH05315001A JP4120938A JP12093892A JPH05315001A JP H05315001 A JPH05315001 A JP H05315001A JP 4120938 A JP4120938 A JP 4120938A JP 12093892 A JP12093892 A JP 12093892A JP H05315001 A JPH05315001 A JP H05315001A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体電解質型燃料電池のセルの発電効率，出
力密度を増加させるとともに、セル内の温度分布を十分
に均一化して耐久性を向上させる。 【構成】 酸素極２，電解質１，燃料極３から成る単セ
ル４とインタコネクタ５，６，７とが交互に並んだ集合
体を形成し、その上部にガス供給・排出の開口部を形成
し、この開口部から燃料ガス供給管８，酸素ガス供給管
９を挿入配置する。各ガス供給管８，９には、ガス流路
が底部で折り返される以外に、その壁部から酸素極２，
燃料極３の電極面にガスが均一に供給されるガス供給開
口部１６を設ける。これにより、各電極面のガス濃度を
同じにして、発電の電流密度の片寄りを少なくし、高出
力化を図ると共に、電極面の温度分布を均一化する。更
に、インタコネクタ５，６，７に熱伝導性の良い金属体
を用い、温度分布の均一化を一層効率よく図る。以上に
よって、セルの変形・亀裂の発生を防止する。
力密度を増加させるとともに、セル内の温度分布を十分
に均一化して耐久性を向上させる。 【構成】 酸素極２，電解質１，燃料極３から成る単セ
ル４とインタコネクタ５，６，７とが交互に並んだ集合
体を形成し、その上部にガス供給・排出の開口部を形成
し、この開口部から燃料ガス供給管８，酸素ガス供給管
９を挿入配置する。各ガス供給管８，９には、ガス流路
が底部で折り返される以外に、その壁部から酸素極２，
燃料極３の電極面にガスが均一に供給されるガス供給開
口部１６を設ける。これにより、各電極面のガス濃度を
同じにして、発電の電流密度の片寄りを少なくし、高出
力化を図ると共に、電極面の温度分布を均一化する。更
に、インタコネクタ５，６，７に熱伝導性の良い金属体
を用い、温度分布の均一化を一層効率よく図る。以上に
よって、セルの変形・亀裂の発生を防止する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、平板状の固体電解質型
燃料電池のセルスタック構造に係り、特に側壁にガス供
給開口部を有するガス供給管内包セル構造を有した小形
・高発電効率の平板状の固体電解質型燃料電池に関する
ものである。
燃料電池のセルスタック構造に係り、特に側壁にガス供
給開口部を有するガス供給管内包セル構造を有した小形
・高発電効率の平板状の固体電解質型燃料電池に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池は、電解質が固体
であるため、電解液の管理が不要であるほか、動作温度
が１０００℃と高温であるため、発電効率が高く、熱エ
ネルギーの回収効率の向上が期待できるなど、数々の利
点を有している。ところが、動作温度が高いことは、メ
リットだけでなく、構成材料の熱膨張係数の違いによる
クラックなどが発生し易く、寿命が短いという問題があ
る。この問題を解決するために、電極材，電解質材料の
研究のほかに、セル構造についても検討が進められてお
り、円筒型，平板型などが提案されている。
であるため、電解液の管理が不要であるほか、動作温度
が１０００℃と高温であるため、発電効率が高く、熱エ
ネルギーの回収効率の向上が期待できるなど、数々の利
点を有している。ところが、動作温度が高いことは、メ
リットだけでなく、構成材料の熱膨張係数の違いによる
クラックなどが発生し易く、寿命が短いという問題があ
る。この問題を解決するために、電極材，電解質材料の
研究のほかに、セル構造についても検討が進められてお
り、円筒型，平板型などが提案されている。
【０００３】図８は、従来例の一つとして、特開昭６４
−４１１７２号で説明されている従来の平板型の固体電
解質型燃料電池の構造図である。図８において、１，
１′は、Ｙｔを固溶させたＺｒＯ2（ＹＳＺ）からな
る、例えば、厚さ１００μｍの固体電解質、２，２′は
Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3からなる、例えば、厚さ１５０μ
ｍの酸素極、３，３′はＮｉ−ＺｒＯ2サーメットから
なる多孔質の燃料極である。これらより、電解質１，
１′を酸素極２，２′と燃料極３，３′で挟む構造で発
電部が構成されている。また、６ａ，６ａ′は酸素ガス
通路を形成するための波型インタコネクタ、６ｂ，６
ｂ′は燃料ガス通路を形成するための波型インタコネク
タ、６ｃ，６ｃ′は両ガスを完全に分離するための緻密
性の平板状インタコネクタである。１，２，３の発電部
と１′，２′，３′の発電部は、波型インタコネクタ６
ａ，６ａ′，６ｂ，６ｂ′、および、インタコネクタ６
ｃ，６ｃ′により電気的に直列に接続される。図８では
発電部が２つしか記載されていないが、実際は多数の発
電部が直列に接続され、スタックが形成される。また、
空気および燃料ガスは、あらかじめ予熱器を経て、波型
のインタコネクタ６ａ，６ａ′と酸素極２，２′の間の
酸素ガス通路および波型のインタコネクタ６ｂ，６ｂ′
と燃料極３，３′の間の燃料ガス通路をそれぞれ流れて
おり、それら二つの流れは発電部に対して直交してい
る。
−４１１７２号で説明されている従来の平板型の固体電
解質型燃料電池の構造図である。図８において、１，
１′は、Ｙｔを固溶させたＺｒＯ2（ＹＳＺ）からな
る、例えば、厚さ１００μｍの固体電解質、２，２′は
Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3からなる、例えば、厚さ１５０μ
ｍの酸素極、３，３′はＮｉ−ＺｒＯ2サーメットから
なる多孔質の燃料極である。これらより、電解質１，
１′を酸素極２，２′と燃料極３，３′で挟む構造で発
電部が構成されている。また、６ａ，６ａ′は酸素ガス
通路を形成するための波型インタコネクタ、６ｂ，６
ｂ′は燃料ガス通路を形成するための波型インタコネク
タ、６ｃ，６ｃ′は両ガスを完全に分離するための緻密
性の平板状インタコネクタである。１，２，３の発電部
と１′，２′，３′の発電部は、波型インタコネクタ６
ａ，６ａ′，６ｂ，６ｂ′、および、インタコネクタ６
ｃ，６ｃ′により電気的に直列に接続される。図８では
発電部が２つしか記載されていないが、実際は多数の発
電部が直列に接続され、スタックが形成される。また、
空気および燃料ガスは、あらかじめ予熱器を経て、波型
のインタコネクタ６ａ，６ａ′と酸素極２，２′の間の
酸素ガス通路および波型のインタコネクタ６ｂ，６ｂ′
と燃料極３，３′の間の燃料ガス通路をそれぞれ流れて
おり、それら二つの流れは発電部に対して直交してい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の燃料
電池の問題点としては、固体電解質の厚みが１００μｍ
と薄膜なためぜい弱で積層に耐えないこと、発電部分が
燃料ガス供給入口部に片寄っており、電極全面に渡る一
様な発電が効率よく行なわれないことがある。さらに、
そのために発電部やインタコネクタなどの温度が均一に
ならず、その結果、熱歪みによる変形が生じ、甚だしい
場合には発電部，インタコネクタにクラックなどが入
り、寿命が短くなることがある。これは、燃料ガス供給
入口部は燃料ガス濃度が高いために発電の電流密度が高
く、電池反応の発熱量により温度が高くなること、及
び、供給ガスの出口部分では電池の発電反応による発熱
量により供給ガスが暖められて行き、温度が高くなるこ
とにより複雑な温度分布をとることに起因している。す
なわち、燃料ガスと空気の流路が直交しているため、例
えば、発電部電極平板の四隅のうち一隅の温度上昇が他
の隅に比べて大きくなる。この結果、同一平面で温度上
昇が大きい部分と少ない部分が発生するために、各材質
の熱膨張係数などを一致させても、同一平面でも個所に
よって熱膨張の程度が異なり、甚だしい場合には電極な
どにクラックが発生することになる。
電池の問題点としては、固体電解質の厚みが１００μｍ
と薄膜なためぜい弱で積層に耐えないこと、発電部分が
燃料ガス供給入口部に片寄っており、電極全面に渡る一
様な発電が効率よく行なわれないことがある。さらに、
そのために発電部やインタコネクタなどの温度が均一に
ならず、その結果、熱歪みによる変形が生じ、甚だしい
場合には発電部，インタコネクタにクラックなどが入
り、寿命が短くなることがある。これは、燃料ガス供給
入口部は燃料ガス濃度が高いために発電の電流密度が高
く、電池反応の発熱量により温度が高くなること、及
び、供給ガスの出口部分では電池の発電反応による発熱
量により供給ガスが暖められて行き、温度が高くなるこ
とにより複雑な温度分布をとることに起因している。す
なわち、燃料ガスと空気の流路が直交しているため、例
えば、発電部電極平板の四隅のうち一隅の温度上昇が他
の隅に比べて大きくなる。この結果、同一平面で温度上
昇が大きい部分と少ない部分が発生するために、各材質
の熱膨張係数などを一致させても、同一平面でも個所に
よって熱膨張の程度が異なり、甚だしい場合には電極な
どにクラックが発生することになる。
【０００５】このため、図８に示すような従来構造で
は、セル全面に渡る効率良い発電が行えず、かつ高温時
での長期運転中にセル破損のおそれが生じること、及
び、ガスリークによる発電効率が低くなることの問題点
があった。
は、セル全面に渡る効率良い発電が行えず、かつ高温時
での長期運転中にセル破損のおそれが生じること、及
び、ガスリークによる発電効率が低くなることの問題点
があった。
【０００６】燃料ガスの改質装置の問題点に関しては、
燃料ガスを直接燃料極へ供給し燃料極面上で水素を作る
ための改質反応を発電反応と同時に進行させる内部改質
型燃料電池にする方法がある。このような内部改質型燃
料電池は、改質装置が不要なため、従来に比べてコンパ
クトな燃料電池発電システムを実現できる利点がある。
しかしその反面、燃料ガスの改質により炭素析出反応が
起こるため、燃料極の寿命を短くし、電池寿命が低下す
るという問題点が存在している。
燃料ガスを直接燃料極へ供給し燃料極面上で水素を作る
ための改質反応を発電反応と同時に進行させる内部改質
型燃料電池にする方法がある。このような内部改質型燃
料電池は、改質装置が不要なため、従来に比べてコンパ
クトな燃料電池発電システムを実現できる利点がある。
しかしその反面、燃料ガスの改質により炭素析出反応が
起こるため、燃料極の寿命を短くし、電池寿命が低下す
るという問題点が存在している。
【０００７】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、セルの発電効率，出力
密度を増加させるとともに、セル内の温度分布を十分に
均一化して耐久性を向上させることができる固体電解質
型燃料電池を提供することにある。
されたものであり、その目的は、セルの発電効率，出力
密度を増加させるとともに、セル内の温度分布を十分に
均一化して耐久性を向上させることができる固体電解質
型燃料電池を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、固体電解質型燃料電池の構成を、燃料
極，断面形状がＨ型である電解質，酸素極からなる平板
状単セルと、該単セル間を電気的につなぐ平板状インタ
コネクタとを垂直に交互に付設した固体電解質型燃料電
池であって、前記電解質及びインタコネクタの形状が、
その底部と側部の端部が厚くなっているつば形状を有
し、その上面に燃料ガスと酸素ガスの各ガス供給・排出
の開口部を有し、前記燃料ガスと酸素ガスの各ガス供給
・排出の開口部から該燃料ガスと酸素ガスのガス供給管
がセル内部に挿入され、該ガス供給管にセル底部のみな
らず側壁部分からも前記燃料極もしくは酸素極の電極表
面に均一にガス供給可能なガス供給開口部が形成されて
いるものとし、燃料ガス用のガス供給管の内壁部に燃料
ガス改質層を設けたり、インタコネクタに耐酸化性に優
れる表面処理金属を用いたりすることを特徴としてい
る。
め、本発明では、固体電解質型燃料電池の構成を、燃料
極，断面形状がＨ型である電解質，酸素極からなる平板
状単セルと、該単セル間を電気的につなぐ平板状インタ
コネクタとを垂直に交互に付設した固体電解質型燃料電
池であって、前記電解質及びインタコネクタの形状が、
その底部と側部の端部が厚くなっているつば形状を有
し、その上面に燃料ガスと酸素ガスの各ガス供給・排出
の開口部を有し、前記燃料ガスと酸素ガスの各ガス供給
・排出の開口部から該燃料ガスと酸素ガスのガス供給管
がセル内部に挿入され、該ガス供給管にセル底部のみな
らず側壁部分からも前記燃料極もしくは酸素極の電極表
面に均一にガス供給可能なガス供給開口部が形成されて
いるものとし、燃料ガス用のガス供給管の内壁部に燃料
ガス改質層を設けたり、インタコネクタに耐酸化性に優
れる表面処理金属を用いたりすることを特徴としてい
る。
【０００９】
【作用】本発明の固体電解質型燃料電池では、単セルと
インタコネクタとが交互に並んだ集合体上部の開口部を
ガス供給口及びガス排出口とし、ガス供給管を通してガ
ス流路を底部で折り返す以外にガス供給管壁部のガス供
給開口部から電極表面にガスを供給することにより、電
極表面に供給される燃料ガス，酸素ガス濃度が全面にわ
たって同じになるようにしている。このことにより、発
電の電流密度も片寄りを少なくし、高出力化を図ると同
時に、セル電極面の温度分布をガス導入口の開口部から
セル底部に渡って均一化する。さらに、インタコネクタ
を熱伝導性の良い金属体とすることによって、均一化が
効率よく図られるようにしている。このことによって、
セルの不均一温度に起因するセルの変形・亀裂の発生も
防止する。さらに、燃料ガス用のガス供給管の内壁に燃
料ガスを改質する触媒層を設置することにより、改質装
置不用による小形化と燃料極の炭素析出による劣化の防
止の両方を達成する。
インタコネクタとが交互に並んだ集合体上部の開口部を
ガス供給口及びガス排出口とし、ガス供給管を通してガ
ス流路を底部で折り返す以外にガス供給管壁部のガス供
給開口部から電極表面にガスを供給することにより、電
極表面に供給される燃料ガス，酸素ガス濃度が全面にわ
たって同じになるようにしている。このことにより、発
電の電流密度も片寄りを少なくし、高出力化を図ると同
時に、セル電極面の温度分布をガス導入口の開口部から
セル底部に渡って均一化する。さらに、インタコネクタ
を熱伝導性の良い金属体とすることによって、均一化が
効率よく図られるようにしている。このことによって、
セルの不均一温度に起因するセルの変形・亀裂の発生も
防止する。さらに、燃料ガス用のガス供給管の内壁に燃
料ガスを改質する触媒層を設置することにより、改質装
置不用による小形化と燃料極の炭素析出による劣化の防
止の両方を達成する。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１１】図１は本発明の第１の実施例に係るガス供
給管内包セルスタック断面図で、図２はスタック構成要
素斜視図、図３はスタック構成要素をスタック化したセ
ルスタック斜視図、図４はセルスタック平面図、図５は
燃料ガス供給管斜視図である。
給管内包セルスタック断面図で、図２はスタック構成要
素斜視図、図３はスタック構成要素をスタック化したセ
ルスタック斜視図、図４はセルスタック平面図、図５は
燃料ガス供給管斜視図である。
【００１２】本実施例の固体電解質型燃料電池構造で
は、電解質１，酸素極２，燃料極３からなる単セル４と
インタコネクタ６（スタック中間部）とが縦向き姿勢で
左右に並ぶ状態に交互に集合され、これらの両側がイン
タコネクタ５（スタック左端部）とインタコネクタ７
（スタック右端部）で挟まれる。その電解質１及びイン
タコネクタ５の形状は、底部と側部の端部において発電
部の電解質１の層よりも厚さの厚いつば形状を有してお
り、単セル４の上面から見た電解質１の形状は、図２，
図３に示すごとくＨ形状のフレーム付きになっている。
それらのつば部が交互に並んで構成されるスタック外壁
部は非伝導性高粘度融体のガラスシール部１４で満たさ
れる外容器１０に収納される。また、スタック上部面に
は酸素ガスと燃料ガスのガス供給・排出のための各開口
部が形成されており、それぞれの開口部から燃料ガス供
給管８および酸素ガス供給管９がセル内部に挿入され
る。これらのガス供給管８，９には、セル底部部分及び
ガス供給管８，９側から燃料極３表面又は酸素極２表面
に各ガスが均等に供給されるガス供給開口部１６が形成
されている。ガス排出のための開口部上部には空間が形
成され、この空間において、各開口部から排出される燃
料ガスと酸素ガスが互いに混合されて燃焼し、その空間
を通るガス供給管８，９の供給ガスを加熱／保温する。
燃料ガスとして水素ガスへの改質前のメタン，エタン，
プロパン等のガスを用いる場合には、燃料ガス供給管８
の内壁部に燃料ガスの改質触媒層１５（図５）を設け
る。さらに、セルスタック全体の温度分布を均一化する
ために、インタコネクタ５は耐酸化性，耐還元性に良好
な金属体とする。
は、電解質１，酸素極２，燃料極３からなる単セル４と
インタコネクタ６（スタック中間部）とが縦向き姿勢で
左右に並ぶ状態に交互に集合され、これらの両側がイン
タコネクタ５（スタック左端部）とインタコネクタ７
（スタック右端部）で挟まれる。その電解質１及びイン
タコネクタ５の形状は、底部と側部の端部において発電
部の電解質１の層よりも厚さの厚いつば形状を有してお
り、単セル４の上面から見た電解質１の形状は、図２，
図３に示すごとくＨ形状のフレーム付きになっている。
それらのつば部が交互に並んで構成されるスタック外壁
部は非伝導性高粘度融体のガラスシール部１４で満たさ
れる外容器１０に収納される。また、スタック上部面に
は酸素ガスと燃料ガスのガス供給・排出のための各開口
部が形成されており、それぞれの開口部から燃料ガス供
給管８および酸素ガス供給管９がセル内部に挿入され
る。これらのガス供給管８，９には、セル底部部分及び
ガス供給管８，９側から燃料極３表面又は酸素極２表面
に各ガスが均等に供給されるガス供給開口部１６が形成
されている。ガス排出のための開口部上部には空間が形
成され、この空間において、各開口部から排出される燃
料ガスと酸素ガスが互いに混合されて燃焼し、その空間
を通るガス供給管８，９の供給ガスを加熱／保温する。
燃料ガスとして水素ガスへの改質前のメタン，エタン，
プロパン等のガスを用いる場合には、燃料ガス供給管８
の内壁部に燃料ガスの改質触媒層１５（図５）を設け
る。さらに、セルスタック全体の温度分布を均一化する
ために、インタコネクタ５は耐酸化性，耐還元性に良好
な金属体とする。
【００１３】以下、上記構造例をさらに詳細に説明す
る。電解質１の材料はイットリア（Ｙ2Ｏ3）で安定化さ
れたジルコニア（ＺｒＯ2）で、ガス不透過性の緻密体
である。酸素極２はＬａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3からなる多孔
質体、燃料極３はＮｉとＺｒＯ2のサーメットの多孔質
体である。インタコネクタ５，６，７はＬａＣｒＯ3か
らなるガス不透過性の緻密体、又はＬａＣｒＯ3をコー
トした金属体である。単セル４とインタコネクタ５，
６，７の集合体は、外容器１０に収納され、単セル４と
インタコネクタ５，６，７で構成される外壁部と外容器
１０の間には、ジルコニア粉を含有した非導電性ガラス
融体で満たされたガラスシール部１４が形成され、単セ
ル４とインタコネクタ５，６，７の接触界面からのガス
リークの防止、及び室温から動作温度昇温時に発生する
セルスタックの応力歪を緩和している。また、単セル４
とインタコネクタ５，６，７は、上下方向の熱膨張変化
による熱応力による破損を防止するように、セル上部面
で固定されない構成とされている。また、左右方向の熱
膨張変化に対しては、図では省略しているが、スタック
外壁部と外容器１０の間にある側壁部ガラスシール部１
４にさらに無機繊維ファイバをスペーサとして介在させ
て、外容器１０との発生応力を吸収できるように構成す
る。
る。電解質１の材料はイットリア（Ｙ2Ｏ3）で安定化さ
れたジルコニア（ＺｒＯ2）で、ガス不透過性の緻密体
である。酸素極２はＬａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3からなる多孔
質体、燃料極３はＮｉとＺｒＯ2のサーメットの多孔質
体である。インタコネクタ５，６，７はＬａＣｒＯ3か
らなるガス不透過性の緻密体、又はＬａＣｒＯ3をコー
トした金属体である。単セル４とインタコネクタ５，
６，７の集合体は、外容器１０に収納され、単セル４と
インタコネクタ５，６，７で構成される外壁部と外容器
１０の間には、ジルコニア粉を含有した非導電性ガラス
融体で満たされたガラスシール部１４が形成され、単セ
ル４とインタコネクタ５，６，７の接触界面からのガス
リークの防止、及び室温から動作温度昇温時に発生する
セルスタックの応力歪を緩和している。また、単セル４
とインタコネクタ５，６，７は、上下方向の熱膨張変化
による熱応力による破損を防止するように、セル上部面
で固定されない構成とされている。また、左右方向の熱
膨張変化に対しては、図では省略しているが、スタック
外壁部と外容器１０の間にある側壁部ガラスシール部１
４にさらに無機繊維ファイバをスペーサとして介在させ
て、外容器１０との発生応力を吸収できるように構成す
る。
【００１４】単セル４とインタコネクタ５，６，７とで
構成される空間には、燃料極３側において燃料ガス供給
管８、酸素極２側において酸素ガス供給管９が、それぞ
れ開口部から挿入されて設置されており、ガス供給管
８，９壁部のガス供給開口部１６より各ガスが酸素極
２，燃料極３の各電極面上に供給される。酸素ガス供給
管９は燃料ガス供給管８（図５）の改質触媒層１５がな
い構造となっている。各ガス供給管８，９は外容器１０
上部にある二つの空間のそれぞれのセラミックガイド１
１を通してセルスタック内部にその開口部から挿入さ
れ、外容器１０は上記各空間を形成する上部とセルスタ
ックを収容する下部に分離可能となっており、その間の
ガスシールは非導電性ガラス融体を用いた上部ガラスシ
ール部１２によってなされる。ガス供給管８，９を通過
する供給ガスは、ガス供給開口部１６を通して電極面一
様に定濃度で供給されるため、電極面の発生する電流密
度は均等になる。また、発熱量も均等になり温度分布の
均一化が図れるように構成されている。さらに、前述し
たように、セルスタック上部に形成された空間で、開口
部から排出される燃料ガスと酸素ガスを燃焼させ、その
燃焼ガスの燃焼熱でその空間を通るガス供給管８，９に
供給されるガスを加温または保温するように構成してあ
る。
構成される空間には、燃料極３側において燃料ガス供給
管８、酸素極２側において酸素ガス供給管９が、それぞ
れ開口部から挿入されて設置されており、ガス供給管
８，９壁部のガス供給開口部１６より各ガスが酸素極
２，燃料極３の各電極面上に供給される。酸素ガス供給
管９は燃料ガス供給管８（図５）の改質触媒層１５がな
い構造となっている。各ガス供給管８，９は外容器１０
上部にある二つの空間のそれぞれのセラミックガイド１
１を通してセルスタック内部にその開口部から挿入さ
れ、外容器１０は上記各空間を形成する上部とセルスタ
ックを収容する下部に分離可能となっており、その間の
ガスシールは非導電性ガラス融体を用いた上部ガラスシ
ール部１２によってなされる。ガス供給管８，９を通過
する供給ガスは、ガス供給開口部１６を通して電極面一
様に定濃度で供給されるため、電極面の発生する電流密
度は均等になる。また、発熱量も均等になり温度分布の
均一化が図れるように構成されている。さらに、前述し
たように、セルスタック上部に形成された空間で、開口
部から排出される燃料ガスと酸素ガスを燃焼させ、その
燃焼ガスの燃焼熱でその空間を通るガス供給管８，９に
供給されるガスを加温または保温するように構成してあ
る。
【００１５】燃料ガス供給管８は、メタン，エタン，プ
ロパン等の燃料ガスを水素ガスに改質できるように、内
壁部に改質触媒層１５（図５）を設けたアルミナ又はジ
ルコニア等の耐熱性セラミック管から成る。改質触媒層
１５はアルミナ又はジルコニア等の耐熱性セラミックに
燃料の水蒸気改質反応に対し、活性のあるロジウム（Ｒ
ｈ），ルテニウム（Ｒｕ），ニッケル（Ｎｉ），白金
（Ｐｔ）の８族遷移金属又は酸化バリウム（ＢａＯ）を
含有させたものから成る。改質反応は吸熱反応のため
に、セルスタック上部での燃焼熱及びセル発電反応によ
る反応熱は、改質反応を促進させる供給熱として使用さ
れる。
ロパン等の燃料ガスを水素ガスに改質できるように、内
壁部に改質触媒層１５（図５）を設けたアルミナ又はジ
ルコニア等の耐熱性セラミック管から成る。改質触媒層
１５はアルミナ又はジルコニア等の耐熱性セラミックに
燃料の水蒸気改質反応に対し、活性のあるロジウム（Ｒ
ｈ），ルテニウム（Ｒｕ），ニッケル（Ｎｉ），白金
（Ｐｔ）の８族遷移金属又は酸化バリウム（ＢａＯ）を
含有させたものから成る。改質反応は吸熱反応のため
に、セルスタック上部での燃焼熱及びセル発電反応によ
る反応熱は、改質反応を促進させる供給熱として使用さ
れる。
【００１６】さらに、インタコネクタ５，６，７と単セ
ル４との間には、電気的接続が得られるようにフェルト
状導電性体１３を設けてある。フェルト状導電性体１３
の材料としては、酸素極２側では耐熱性，耐酸化性に優
れたＬａＭｎＯ3やＮｉ基合金やＣｏ基合金やＰｔのフ
ェルト状材、その他の適当なもの、燃料極３側では還元
に対する耐食性に優れたＮｉのフェルト状材、その適当
なものから成る。
ル４との間には、電気的接続が得られるようにフェルト
状導電性体１３を設けてある。フェルト状導電性体１３
の材料としては、酸素極２側では耐熱性，耐酸化性に優
れたＬａＭｎＯ3やＮｉ基合金やＣｏ基合金やＰｔのフ
ェルト状材、その他の適当なもの、燃料極３側では還元
に対する耐食性に優れたＮｉのフェルト状材、その適当
なものから成る。
【００１７】以上のように構成した第１の実施例の作用
を説明する。
を説明する。
【００１８】本発明の固体電解質型燃料電池は、単セル
４とインタコネクタ５，６，７とが交互に並んだ集合体
上部の開口部がガス供給口及びガス排出口となり、ガス
供給管８，９を通してガス流路が底部で折り返される以
外に、ガス供給管８，９壁部のガス供給開口部１６から
酸素極２，燃料極３の各電極表面に均等に供給される。
即ち、各電極表面に供給される燃料ガス，酸素ガス濃度
は同じになるように設計されている。そのために発電の
電流密度も片寄りが少なく、高出力化が図れると同時
に、セル電極面の温度分布はガス導入口の開口部よりセ
ル底部に渡って均一化される。さらに、インタコネクタ
５，６，７が熱伝導性の良い金属体のために、温度分布
の均一化が効率よく図られる。このことによって、セル
の不均一温度に起因するセルの変形・亀裂の発生も防止
できる。さらに、セルの上下及び左右方向は応力歪を開
放できる構造のため、このことも亀裂の発生を防止し得
る。また、もしセルの変形によりガスリークが生じる状
況が生じても、スタック外壁部が非導電性高粘度融体で
あるガラスシール部１４によりガスシールされる。
４とインタコネクタ５，６，７とが交互に並んだ集合体
上部の開口部がガス供給口及びガス排出口となり、ガス
供給管８，９を通してガス流路が底部で折り返される以
外に、ガス供給管８，９壁部のガス供給開口部１６から
酸素極２，燃料極３の各電極表面に均等に供給される。
即ち、各電極表面に供給される燃料ガス，酸素ガス濃度
は同じになるように設計されている。そのために発電の
電流密度も片寄りが少なく、高出力化が図れると同時
に、セル電極面の温度分布はガス導入口の開口部よりセ
ル底部に渡って均一化される。さらに、インタコネクタ
５，６，７が熱伝導性の良い金属体のために、温度分布
の均一化が効率よく図られる。このことによって、セル
の不均一温度に起因するセルの変形・亀裂の発生も防止
できる。さらに、セルの上下及び左右方向は応力歪を開
放できる構造のため、このことも亀裂の発生を防止し得
る。また、もしセルの変形によりガスリークが生じる状
況が生じても、スタック外壁部が非導電性高粘度融体で
あるガラスシール部１４によりガスシールされる。
【００１９】また、開口部上部での排気ガスの水素ガス
と酸素ガスにより生成される燃焼熱は、ガス供給管８，
９を通る供給ガスの加温／保温に使用されるため、新た
な加温室の設置を不用又は小型化できる。さらに、燃料
ガス供給管８の内壁に燃料ガスを改質する改質触媒層１
５を設置しているために、改質装置不用による小形化と
燃料極３の炭素析出による劣化の防止の両方を達成する
ことができる。
と酸素ガスにより生成される燃焼熱は、ガス供給管８，
９を通る供給ガスの加温／保温に使用されるため、新た
な加温室の設置を不用又は小型化できる。さらに、燃料
ガス供給管８の内壁に燃料ガスを改質する改質触媒層１
５を設置しているために、改質装置不用による小形化と
燃料極３の炭素析出による劣化の防止の両方を達成する
ことができる。
【００２０】次に、本発明の第２の実施例を説明する。
【００２１】図６に溝付インタコネクタ５′，６′，
７′と単セル４とから構成される第２の実施例のスタッ
ク構成要素斜視図、図７にそのセルスタック平面図を示
す。本実施例は、単セル４間の電気的接合をフェルト状
導電体１３を用いずに溝付インタコネクタ５′，６′，
７′を用いて行う以外は、前記第１の実施例と同じ構成
になっている。
７′と単セル４とから構成される第２の実施例のスタッ
ク構成要素斜視図、図７にそのセルスタック平面図を示
す。本実施例は、単セル４間の電気的接合をフェルト状
導電体１３を用いずに溝付インタコネクタ５′，６′，
７′を用いて行う以外は、前記第１の実施例と同じ構成
になっている。
【００２２】本実施例では、単セル４と溝付インタコネ
クタ６′（スタック中間部）とが縦向きに交互に並べら
れ、スタック左端部には溝付インタコネクタ５′、スタ
ック右端部には溝付インタコネクタ７′が配置され、外
容器１０に収められる。本実施例は、第１の実施例のフ
ェルト状導電体１３を挿入する工程を省けるため組立性
が容易となる。セルスタック外壁部と外容器１０との間
にはガラスシール部１４が存し、燃料ガス及び酸素ガス
のガスリークを防止し発電効率を向上させている。
クタ６′（スタック中間部）とが縦向きに交互に並べら
れ、スタック左端部には溝付インタコネクタ５′、スタ
ック右端部には溝付インタコネクタ７′が配置され、外
容器１０に収められる。本実施例は、第１の実施例のフ
ェルト状導電体１３を挿入する工程を省けるため組立性
が容易となる。セルスタック外壁部と外容器１０との間
にはガラスシール部１４が存し、燃料ガス及び酸素ガス
のガスリークを防止し発電効率を向上させている。
【００２３】単セル４間の電気的接続は、溝付インタコ
ネクタ５′，６′，７′の突状部により保持されてい
る。溝付インタコネクタ５′，６′，７′の溝部に沿っ
てガス供給管８，９が挿入され、ガス供給開口部１６よ
り、酸素ガス及び燃料ガスはそれぞれ単セル４の酸素極
２、燃料極３に供給される。そのことにより前記第１の
実施例と同様にセル全面で効率よく発電するため出力密
度の増大が図れ、かつセルスタック全体の温度分布の均
一化が図れ、セルスタックの変形破損を防止し得る。ま
た、燃料ガス供給管８は、前記第１の実施例と同様に内
壁部に改質触媒層１５を設けてあり、燃料極３での改質
に伴う劣化を防止できるようにしてある。
ネクタ５′，６′，７′の突状部により保持されてい
る。溝付インタコネクタ５′，６′，７′の溝部に沿っ
てガス供給管８，９が挿入され、ガス供給開口部１６よ
り、酸素ガス及び燃料ガスはそれぞれ単セル４の酸素極
２、燃料極３に供給される。そのことにより前記第１の
実施例と同様にセル全面で効率よく発電するため出力密
度の増大が図れ、かつセルスタック全体の温度分布の均
一化が図れ、セルスタックの変形破損を防止し得る。ま
た、燃料ガス供給管８は、前記第１の実施例と同様に内
壁部に改質触媒層１５を設けてあり、燃料極３での改質
に伴う劣化を防止できるようにしてある。
【００２４】なお、改質された燃料ガスのガス供給開口
部１６の形状は、図５に示された四角形状である必要は
なく、丸形状でも、だ円形でも任意の形状でよい。その
他、上記の実施例に限ることなく、本発明は、その主旨
に沿って種々に応用され、種々の実施態様を取り得るも
のである。
部１６の形状は、図５に示された四角形状である必要は
なく、丸形状でも、だ円形でも任意の形状でよい。その
他、上記の実施例に限ることなく、本発明は、その主旨
に沿って種々に応用され、種々の実施態様を取り得るも
のである。
【００２５】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
固体電解質型燃料電池によれば、ガス供給口とガス排出
口が同じ開口部に位置し、ガス流路がセルの電極全面に
均等なガス濃度になるように設計された構造になってい
るため、セルの出力密度の増大が図れ、またセルスタッ
クの温度分布の均一化ができ、セルスタックの変形・破
損を防止することも可能である。
固体電解質型燃料電池によれば、ガス供給口とガス排出
口が同じ開口部に位置し、ガス流路がセルの電極全面に
均等なガス濃度になるように設計された構造になってい
るため、セルの出力密度の増大が図れ、またセルスタッ
クの温度分布の均一化ができ、セルスタックの変形・破
損を防止することも可能である。
【００２６】また、請求項２の発明によれば、特に、セ
ルスタック内に挿入された燃料ガス供給管の内壁部に燃
料ガスの改質層を設けてあるために、燃料極での改質に
伴う劣化を抑制し、長寿命化を実現出来る。
ルスタック内に挿入された燃料ガス供給管の内壁部に燃
料ガスの改質層を設けてあるために、燃料極での改質に
伴う劣化を抑制し、長寿命化を実現出来る。
【００２７】さらに、請求項３の発明によれば、特に、
インタコネクタの熱伝導率が良いため、セルスタックの
温度分布をさらに均一化でき、より一層、セルスタック
の変形・破損を防止する効果が得られる。
インタコネクタの熱伝導率が良いため、セルスタックの
温度分布をさらに均一化でき、より一層、セルスタック
の変形・破損を防止する効果が得られる。
【図１】本発明の第１の実施例に係るガス供給管内包セ
ルスタック断面図
ルスタック断面図
【図２】上記第１の実施例のセルスタック構成要素斜視
図
図
【図３】上記第１の実施例のセルスタック斜視図
【図４】上記第１の実施例のセルスタック平面図
【図５】上記第１の実施例の燃料ガス供給管斜視図
【図６】本発明の第２の実施例に係るスタック構成要素
斜視図
斜視図
【図７】上記第２の実施例のセルスタック平面図
【図８】従来例の平板型の固体電解質型燃料電池構造図
１…電解質 ２…酸素極 ３…燃料極 ４…単セル ５，６，７…インタコネクタ ５′，６′，７′…溝付インタコネクタ ８…燃料ガス供給管 ９…酸素ガス供給管 １０…外容器 １１…セラミックガイド １２…上部ガラスシール部 １３…フェルト状導電体 １４…側壁部ガラスシール部 １５…改質触媒層 １６…ガス供給開口部
Claims (3)
- 【請求項１】 燃料極，断面形状がＨ型である電解質，
酸素極からなる平板状単セルと、該単セル間を電気的に
つなぐ平板状インタコネクタとを垂直に交互に付設した
固体電解質型燃料電池であって、 前記電解質及びインタコネクタの形状が、その底部と側
部の端部が厚くなっているつば形状を有し、その上面に
燃料ガスと酸素ガスの各ガス供給・排出の開口部を有
し、 前記燃料ガスと酸素ガスの各ガス供給・排出の開口部か
ら該燃料ガスと酸素ガスのガス供給管がセル内部に挿入
され、該ガス供給管にセル底部のみならず側壁部分から
も前記燃料極もしくは酸素極の電極表面に均一にガス供
給可能なガス供給開口部が形成されていることを特徴と
する固体電解質型燃料電池。 - 【請求項２】 燃料ガス用のガス供給管がその内壁部に
燃料ガス改質層を有することを特徴とする請求項１記載
の固体電解質型燃料電池。 - 【請求項３】 インタコネクタに耐酸化性に優れる表面
処理金属を用いたことを特徴とする請求項１または２記
載の固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4120938A JPH05315001A (ja) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4120938A JPH05315001A (ja) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05315001A true JPH05315001A (ja) | 1993-11-26 |
Family
ID=14798687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4120938A Pending JPH05315001A (ja) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05315001A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10229820A1 (de) * | 2002-06-28 | 2004-02-05 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Gasverteilungsvorrichtung für eine elektrochemische Elektrode und Verfahren zur Reaktionsgasbeaufschlagung einer elektrochemischen Elektrode |
| JP2007200809A (ja) * | 2006-01-30 | 2007-08-09 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システム及び発電方法 |
| JP2008147086A (ja) * | 2006-12-12 | 2008-06-26 | Sumitomo Precision Prod Co Ltd | 燃料電池設備 |
| JP2015060643A (ja) * | 2013-09-17 | 2015-03-30 | 住友電気工業株式会社 | 燃料電池 |
-
1992
- 1992-05-14 JP JP4120938A patent/JPH05315001A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10229820A1 (de) * | 2002-06-28 | 2004-02-05 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Gasverteilungsvorrichtung für eine elektrochemische Elektrode und Verfahren zur Reaktionsgasbeaufschlagung einer elektrochemischen Elektrode |
| DE10229820B4 (de) * | 2002-06-28 | 2004-12-30 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Gasverteilungsvorrichtung für eine elektrochemische Elektrode und Verfahren zur Reaktionsgasbeaufschlagung einer elektrochemischen Elektrode |
| JP2007200809A (ja) * | 2006-01-30 | 2007-08-09 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システム及び発電方法 |
| JP4719580B2 (ja) * | 2006-01-30 | 2011-07-06 | 株式会社日立製作所 | 燃料電池発電システム及び発電方法 |
| JP2008147086A (ja) * | 2006-12-12 | 2008-06-26 | Sumitomo Precision Prod Co Ltd | 燃料電池設備 |
| JP2015060643A (ja) * | 2013-09-17 | 2015-03-30 | 住友電気工業株式会社 | 燃料電池 |
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