JPH06243879A - Solid electrolyte fuel cell - Google Patents

Solid electrolyte fuel cell

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JPH06243879A
JPH06243879A JP5024571A JP2457193A JPH06243879A JP H06243879 A JPH06243879 A JP H06243879A JP 5024571 A JP5024571 A JP 5024571A JP 2457193 A JP2457193 A JP 2457193A JP H06243879 A JPH06243879 A JP H06243879A
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JP
Japan
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fuel cell
oxide fuel
solid oxide
ring
cell according
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JP5024571A
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Japanese (ja)
Inventor
Hirosuke Kawabata
博資 川畑
Tomoo Iwata
友夫 岩田
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06243879A publication Critical patent/JPH06243879A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

PURPOSE:To increase mechanical strength as well as to make electrical connection excellent by engaging a plurality of single type cells/aggregates of base substances with one another via intercomectors so as to be formed into a stack where each base substance of the cells is formed into the tapered pipe with a porous thick wall. CONSTITUTION:A groove to which energizing seal rings 17 and 18 are put in, is formed in the inner circumference of the wide opening of a base substance 11 composed of an alloy whose thermal expansion coefficient is low, where the base substance is processed into a tapered pipe with its wall kept as thin as 2 to 3mm. In order that a plurality of single type cells/aggregates of base substances are engaged with one another via interconnectors 19, electrical connection is made excellent with the energizing ring 17 softened using Ag capable of being softened at working temperatures, and aluminum silica g1.ass is used for the seal ring 18 where the ring is fused so as to be sealed. By this constitution, it is thereby possible that mechanical strength is increased, and the mutual mechanical and electrical connection of the single type cells/the aggregates of base substances are made excellent together with the interconnectors.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は固体電解質型燃料電池
に係り、特に固体電解質型燃料電池のセル構造に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid oxide fuel cell, and more particularly to a cell structure of a solid oxide fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体電解質型燃料電池はジルコニア等の
固体電解質を用いる電池であり、800ないし1000
℃の高温で作動されるため発電効率が高いうえに触媒が
不要であり、また電解質が固体であるために取扱が容易
である等の特徴を有し、第三世代の燃料電池として期待
されている。
2. Description of the Related Art A solid oxide fuel cell is a battery using a solid electrolyte such as zirconia, and has a capacity of 800 to 1000.
Since it operates at a high temperature of ℃, it has high power generation efficiency, requires no catalyst, and has a solid electrolyte that makes it easy to handle. It is expected as a third-generation fuel cell. There is.

【0003】固体電解質型燃料電池はその殆どがセラミ
ックス材料で構成されており、従って固体電解質型燃料
電池の開発はセラミックス材料技術に依存することが大
きく、セラミックス材料技術に制約されることが多かっ
た。しかしながら近年セラミックス材料技術が進歩して
きたため固体電解質型燃料電池の開発があらためて注目
されるに至った。
Most of the solid oxide fuel cells are composed of ceramic materials. Therefore, the development of the solid oxide fuel cells depends largely on the ceramic material technology, and is often restricted by the ceramic material technology. . However, due to recent advances in ceramics material technology, the development of solid oxide fuel cells has come to the forefront of attention.

【0004】現在平板型,円筒型,モノリシック型など
の開発が進められており、最も実用化に近いものとして
ウエスティングハウス社の円筒型セルが知られている。
1970年代には円筒型の変形に属するテーパ管型の固
体電解質型燃料電池の開発が行われた。図6は従来のテ
ーパ管型の固体電解質型燃料電池を示す断面図である。
自立膜型の(ZrO2)0.92(Y2O3)0.04(Yb2O3)0.04 からなる
固体電解質体41と、ランタンビスマスニッケライトLa
(Bi)NiO3またはランタンストロンチウムマンガナイトLa
(Sr)MnO3からなるカソード43と、ニッケルNiからなる
アノード42と、ランタンストロンチウムニッケルクロ
マイトLa(Sr)Cr(Ni)O3またはランタンストロンチウムマ
ンガナイトLa(Sr)MnO3からなるインタコネクタ44から
構成され、セルサイズは直径25mm、高さ12mm、
厚さ0.4mmとされている。
Currently, flat plate type, cylindrical type, monolithic type, etc. are being developed, and the cylindrical cell of Westinghouse is known as the one that is most practically used.
In the 1970s, a tapered tube type solid oxide fuel cell, which belongs to a cylindrical deformation, was developed. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a conventional taper tube type solid oxide fuel cell.
A free-standing membrane type solid electrolyte body 41 composed of (ZrO 2 ) 0.92 (Y 2 O 3 ) 0.04 (Yb 2 O 3 ) 0.04 and lanthanum bismuth nickelite La
(Bi) NiO 3 or lanthanum strontium manganite La
From a cathode 43 made of (Sr) MnO 3 , an anode 42 made of nickel Ni, and an interconnector 44 made of lanthanum strontium nickel chromite La (Sr) Cr (Ni) O 3 or lanthanum strontium manganite La (Sr) MnO 3. The cell size is 25mm in diameter, 12mm in height,
The thickness is 0.4 mm.

【0005】この型の電池はセル構造が簡単であるこ
と、セルの大きさがセラミックスの製造技術上適当なサ
イズで量産性が高いこと、さらにセルの形状からスタッ
ク化が容易であるといった長所があった。
This type of battery has the advantages that the cell structure is simple, that the size of the cell is an appropriate size in terms of ceramics manufacturing technology, and mass productivity is high, and that the shape of the cell facilitates stacking. there were.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来のテーパ管型の固体電解質型燃料電池は自立膜型
の固体電解質体を使用するため固体電解質型燃料電池の
機械的強度が十分でない、セルの厚さが0.4mmで薄
かったため精度良くテーパ加工をすることができずその
ためにテーパの接続部分におけるガスシール性が十分で
なくさらに電気的接触も充分でないといった問題があっ
た。
However, such a conventional taper tube type solid electrolyte fuel cell uses a self-supporting membrane type solid electrolyte body, so that the mechanical strength of the solid electrolyte fuel cell is not sufficient. Since the thickness was 0.4 mm, which was thin, it was not possible to perform taper processing with high accuracy, and therefore there was a problem that the gas sealing property at the connecting portion of the taper was insufficient and electrical contact was also insufficient.

【0007】この発明は上述の点に鑑みてなされその目
的はテーパ管型のセルに改良を加えて従来のテーパ管型
のセルの長所に加えて機械的強度に優れる上、ガスシー
ル性と電気的接続性にも優れる固体電解質型燃料電池を
提供することにある。
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to improve the taper tube type cell, to provide not only the advantages of the conventional taper tube type cell but also to have excellent mechanical strength, gas sealability and electric property. The object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell that is excellent in electrical connectivity.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上述の目的はこの発明に
よればテーパ管型の固体電解質型燃料電池であって、
(1)単セル/基体集合体と、(2)筐体を包含し、基
体は肉厚多孔質のテーパ管であって所定の外表面全周に
単セルが積層され、単セルは固体電解質体がカソードと
アノードに挟まれてなり、単セル/基体集合体はインタ
コネクタを介して複数個が相互に嵌合されてスタックを
形成し、筐体は前記スタックを支持固定して、スタック
の内部と外部に酸化剤ガスと燃料ガスを個別に通流させ
るものであるとすることにより達成される。
According to the present invention, there is provided a taper tube type solid oxide fuel cell,
(1) Single cell / base assembly, and (2) housing are included, the base is a thick porous taper tube, and the single cells are laminated on a predetermined outer circumference, and the single cell is a solid electrolyte. A body is sandwiched between a cathode and an anode, and a plurality of single cell / substrate assemblies are fitted to each other via an interconnector to form a stack, and a housing supports and fixes the stack to form a stack. This is achieved by allowing the oxidant gas and the fuel gas to separately flow inside and outside.

【0009】[0009]

【作用】固体電解質型燃料電池スタックの単位である単
セル/基体集合体は肉厚の基体を支持体とするので機械
的強度が高く堅牢な固体電解質型燃料電池が得られる。
また基体は機械加工が容易であり、インタコネクタとと
もに単セル/基体集合体相互の機械的、電気的接続を良
好にすることができる。
The single cell / base assembly, which is a unit of the solid electrolyte fuel cell stack, uses a thick base as a support, so that a solid electrolyte fuel cell having high mechanical strength and robustness can be obtained.
Further, the base body is easily machined, and the mechanical and electrical connection between the single cell / base body aggregate can be improved together with the interconnector.

【0010】[0010]

【実施例】次にこの発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1はこの発明の実施例に係る固体電解質型燃料
電池の単セル/基体集合体を示す断面図である。図2は
この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池のインタ
コネクタを単セル/基体集合体の要部とともに示す断面
図である。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a unit cell / substrate assembly of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an interconnector of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention together with a main part of a single cell / base assembly.

【0011】単セル/基体集合体は多孔質で肉厚のテー
パ管である基体11とその外表面に積層された単セル1
5からなる。単セルはカソード12と固体電解質体13
とアノード14とからなる。基体11は低熱膨張率の耐
熱性合金であるMoを20ないし30%、Crを7ない
し12%を含有するNiベース合金またはWを20ない
し30%、Crを7ないし12%を含有するNiベース
合金を用い、厚さ2ないし3mmに調製する。いずれも
熱膨張率は800℃で(12〜15)×10-6/℃であ
る。基体11はテーパ状に精密加工される。基体の広口
の内周にはインタコネクタ19である導通用のOリング
17と封止用のOリング18を嵌め込むために嵌め込み
用溝が形成される。導通用のOリング17には後述する
電池の低温動作にともないAgを用いることができる。
AgのOリングは固体電解質型燃料電池の動作温度で軟
化して接触抵抗を良好にする。封止用のOリング18に
は上述と同一の理由によりアルミノケイ酸ガラス(例え
ばAl2O315 〜20% 、SiO260〜70%)が用いられる。封止用
のOリング18であるアルミノケイ酸ガラスは溶融して
多孔質のアノード14と基体11を封孔する。アルミノ
ケイ酸ガラスは組成の選択によりその軟化溶融温度を調
整することができる。導通用のOリング17と封止用の
Oリング18は必要に応じ任意個数を用いることができ
る。図示のようにAgのOリングを封孔ガラスで取り囲
む構造とするときは、反応ガスである酸化性あるいは還
元性の両高温ガス雰囲気においてAgの変質が防止され
単セル/基体集合体相互の電気的接触性が安定化され
る。さらにAgのOリングと接触する電極あるいはテー
パ管に対しても反応ガスである酸化性あるいは還元性の
両高温ガス雰囲気においてそれらの変質を防止する。
The unit cell / base body assembly is a base body 11 which is a porous and thick tapered tube and a unit cell 1 laminated on the outer surface thereof.
It consists of 5. The single cell has a cathode 12 and a solid electrolyte body 13.
And the anode 14. The base 11 is a heat-resistant alloy having a low coefficient of thermal expansion, that is, a Ni base alloy containing 20 to 30% of Mo and 7 to 12% of Cr or a Ni base alloy containing 20 to 30% of W and 7 to 12% of Cr. An alloy is used to prepare a thickness of 2 to 3 mm. In both cases, the coefficient of thermal expansion is 800 ° C. and is (12 to 15) × 10 −6 / ° C. The base 11 is precision processed into a tapered shape. A fitting groove is formed on the inner circumference of the wide mouth of the base body for fitting the O-ring 17 for conduction and the O-ring 18 for sealing, which are interconnectors 19. For the O-ring 17 for conduction, Ag can be used with the low temperature operation of the battery described later.
The O-ring of Ag softens at the operating temperature of the solid oxide fuel cell to improve the contact resistance. The sealing O-ring 18 is made of aluminosilicate glass (for example, Al 2 O 3 15 to 20%, SiO 2 60 to 70%) for the same reason as above. The aluminosilicate glass, which is the O-ring 18 for sealing, melts and seals the porous anode 14 and the substrate 11. The softening and melting temperature of aluminosilicate glass can be adjusted by selecting the composition. The O-ring 17 for conduction and the O-ring 18 for sealing can be used in arbitrary numbers as necessary. When the Ag O-ring is surrounded by the sealing glass as shown in the figure, the deterioration of Ag is prevented in both the oxidizing and reducing high temperature gas atmospheres which are the reaction gas, and the electrical conductivity between the single cell / substrate assembly is reduced. Physical contact is stabilized. Further, the electrode or the tapered tube which is in contact with the O-ring of Ag is prevented from being deteriorated in the oxidizing gas or the reducing high temperature gas atmosphere which is the reaction gas.

【0012】基体の外周の全面にはランタンマンガナイ
トLaMnO3からなるカソード12が、次いでイットリア安
定化ジルコニアYSZ からなる固体電解質体13が、続い
てニッケル−ジルコニアNi-ZrO2 サーメットからなるア
ノード14が積層される。基体の直径の大きい端部は固
体電解質体を被覆して封止処理を施す。また固体電解質
体に替えてアルミノケイ酸ガラスを用いて封止処理を施
すこともできる。
A cathode 12 made of lanthanum manganite LaMnO 3 is formed on the entire outer circumference of the base body, a solid electrolyte body 13 made of yttria-stabilized zirconia YSZ, and an anode 14 made of nickel-zirconia Ni-ZrO 2 cermet. Stacked. The large diameter end of the substrate is covered with a solid electrolyte body and sealed. In addition, instead of the solid electrolyte body, an aluminosilicate glass may be used for the sealing treatment.

【0013】基体には耐熱性合金の他セラミックスであ
るランタンマンガナイトLaMnO3を用いることができる。
ランタンマンガナイトLaMnO3を用いる場合はカソードを
省略することができる。さらにニッケル−ジルコニアNi
-ZrO2 サーメットを用いることもできる。この場合はア
ノードを省略して固体電解質体13とカソード12を順
次積層する。
In addition to the heat-resistant alloy, lanthanum manganite LaMnO 3 , which is a ceramic, can be used for the substrate.
When using lanthanum manganite LaMnO 3 , the cathode can be omitted. Further nickel-zirconia Ni
-ZrO 2 cermet can also be used. In this case, the anode is omitted and the solid electrolyte body 13 and the cathode 12 are sequentially laminated.

【0014】図3はこの発明の実施例に係る固体電解質
型燃料電池の単セル/基体集合体の製造工程を示し、図
3(a)はテーパ管を示す断面図、図3(b)はカソー
ドを形成した基体を示す断面図、図3(c)はカソード
の上に固体電解質体を形成した基体を示す断面図、図3
(d)は固体電解質体の上にアノードを形成した基体を
示す断面図である。
FIG. 3 shows a manufacturing process of a unit cell / substrate assembly of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 (a) is a sectional view showing a taper tube, and FIG. 3 (b) is FIG. 3C is a cross-sectional view showing a base body on which a cathode is formed, and FIG. 3C is a cross-sectional view showing a base body on which a solid electrolyte body is formed on the cathode.
(D) is a cross-sectional view showing a substrate having an anode formed on a solid electrolyte body.

【0015】単セル/基体集合体は次のようにして製造
される。粉末冶金法で調製した管をテーパ状に精密加工
して低熱膨張率の耐熱性合金からなる多孔質の肉厚テー
パ管を調製する。得られたテーパ管11にディップ法に
よりカソードを塗布する。塗布液はランタンマンガナイ
トLaMnO3の粉体を溶剤に分散して調製したものである。
塗布されたカソードは酸素分圧10-1Pa程度の還元雰
囲気中で温度1100ないし1200℃で焼成される。
次いでプラズマ溶射法によりイットリア安定化ジルコニ
アYSZ からなる固体電解質体13が緻密に積層される。
プラズマ溶射はAr−Heのプラズマガス中で減圧下に
試料を中心軸の回りに回転させながら行った。単セル/
基体集合体の広口の端部にもイットリア安定化ジルコニ
アYSZ からなる固体電解質体が溶射される。続いてニッ
ケル−ジルコニアNi-ZrO2 サーメットの粉体を溶剤中に
分散させた塗布液を用いてアノードを塗布し、焼成して
アノード14とし、単セル/基体集合体を形成する。ア
ノードの焼成はカソードの場合とほぼ同様である。
The unit cell / substrate assembly is manufactured as follows. A tube prepared by powder metallurgy is precision processed into a tapered shape to prepare a porous thick taper tube made of a heat resistant alloy having a low coefficient of thermal expansion. The cathode is applied to the obtained tapered tube 11 by the dip method. The coating liquid was prepared by dispersing powder of lanthanum manganite LaMnO 3 in a solvent.
The applied cathode is fired at a temperature of 1100 to 1200 ° C. in a reducing atmosphere with an oxygen partial pressure of about 10 -1 Pa.
Then, the solid electrolyte body 13 made of yttria-stabilized zirconia YSZ is densely laminated by the plasma spraying method.
Plasma spraying was performed in Ar-He plasma gas under reduced pressure while rotating the sample around the central axis. Single cell /
A solid electrolyte body made of yttria-stabilized zirconia YSZ is also sprayed on the wide end of the base assembly. Subsequently, an anode is applied using a coating solution in which a powder of nickel-zirconia Ni-ZrO 2 cermet is dispersed in a solvent, and is baked to form an anode 14 to form a single cell / substrate assembly. The firing of the anode is similar to that of the cathode.

【0016】固体電解質体13はディップ法によっても
形成可能である。上述の工程ではテーパ管の上にカソー
ドが形成されたがカソードに替えてアノードを形成して
もよい。この場合は積層の順序が逆になる。単セル/基
体集合体は固体電解質型燃料電池スタックを構成する単
位となるものであり、上述のようにして構造力学的に均
一性の高いものを効率良く生産することができる。構造
力学的な均一性は単セル/基体集合体のヒートサイクル
時安定性を向上させる。またテーパ管である基体は小型
にすることができ、基体に積層される固体電解質体はそ
の膜厚の均一性が高く、従来よりも肉薄のものが得られ
る。肉薄の固体電解質体は電池を比較的低温度の750
ないし850℃で運転することを可能にする。この場合
は固体電解質型燃料電池の構造材料に耐熱性の金属材料
を使用することができ、前述のヒートサイクル時の単セ
ル/基体集合体の構造力学的安定性と相まって固体電解
質型燃料電池の信頼性が向上する。
The solid electrolyte body 13 can also be formed by the dip method. Although the cathode is formed on the tapered tube in the above process, the anode may be formed instead of the cathode. In this case, the stacking order is reversed. The unit cell / substrate assembly is a unit that constitutes a solid oxide fuel cell stack, and as described above, it is possible to efficiently produce one having a high structural mechanical uniformity. Structural mechanical uniformity improves the stability of the single cell / substrate assembly during heat cycling. Further, the base body which is a tapered tube can be made small, and the solid electrolyte body laminated on the base body has a high uniformity of the film thickness, and a thinner one than the conventional one can be obtained. The thin solid electrolyte allows the battery to operate at a relatively low temperature of 750
To 850 ° C. In this case, a heat-resistant metal material can be used as the structural material of the solid oxide fuel cell, and combined with the structural mechanical stability of the single cell / substrate assembly during the heat cycle described above, Improves reliability.

【0017】さらに動作温度の低温化により電池構成材
料の選択の幅が広がることはインタコネクタに関して述
べた通りであり、さらにスプリング材料に関しても窒化
シリコン等の使用が可能となるなどの長所が生じる。図
4はこの発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池のス
タックを筐体とともに示す断面図である。カバー24と
容器25とカバー26により筐体が形成される。この筐
体は燃料電池のスタックを支持固定して酸化剤ガスと燃
料ガスを個別にスタックに導入する。カバー24と容器
25および容器25とカバー26はそれぞれ端子板32
と31を介して結合される。隔壁板27が設けられその
先端は端子板32となっている。また隔壁板28が設け
られその先端はベローズ45を介して端子板31と繋が
っている。端子板31と端子板32はそれぞれガスケッ
ト29とガスケット30により筐体と絶縁される。隔壁
板27は緻密な導電体でAl 2〜6%、Cr15〜2
1%のNiベースフェライト鋼合金である。隔壁板28
は多孔質の導電体で同様な合金が用いられる。
Further, as the operating temperature is lowered, the range of selection of the battery constituent material is widened, as described in the case of the interconnector. Further, the spring material has an advantage that silicon nitride or the like can be used. FIG. 4 is a sectional view showing a stack of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention together with a housing. The cover 24, the container 25, and the cover 26 form a housing. This housing supports and fixes the stack of the fuel cell, and introduces the oxidant gas and the fuel gas into the stack separately. The cover 24 and the container 25 and the container 25 and the cover 26 are respectively the terminal plates 32.
And 31 through. A partition plate 27 is provided, and the tip thereof serves as a terminal plate 32. A partition plate 28 is provided, and its tip is connected to the terminal plate 31 via a bellows 45. The terminal plate 31 and the terminal plate 32 are insulated from the housing by the gasket 29 and the gasket 30, respectively. The partition wall plate 27 is a dense conductor and has Al 2 to 6% and Cr 15 to 2
It is a 1% Ni-based ferritic steel alloy. Partition plate 28
Is a porous conductor and a similar alloy is used.

【0018】単セル/基体集合体16は複数個が嵌合さ
れ、さらにタイボルト20により隔壁板28とともに隔
壁板27に支持固定される。スタックはタイボルト20
とナット22と皿バネ23を介して上部に吊り上げられ
る。隔壁板28はベローズ45を介して上下に変位する
ことができる。ガイドブッシュ21がスタックの位置を
決め、さらにガスシールを行う。ガイドブッシュ21は
絶縁体である。絶縁体33がタイボルト20と隔壁板2
7の絶縁を行う。タイボルト20はAl 2〜6%、C
r15〜21%のNiベースフェライト鋼合金が用いら
れる。この他にアルミナ,YSZまたは部分安定化ジル
コニアPSZも用いることができる。皿バネ23は窒化
ケイ素により調製される。スタックは鉛直方向に熱膨張
収縮か自由であり、タイボルト20との熱膨張収縮の差
は皿バネ23により吸収される。
A plurality of single cell / base assembly 16 are fitted together, and are further supported and fixed to partition plate 27 together with partition plate 28 by tie bolts 20. Tie bolt 20 for stack
It is hung on the upper part through the nut 22 and the disc spring 23. The partition plate 28 can be vertically displaced via the bellows 45. The guide bush 21 determines the position of the stack and further performs gas sealing. The guide bush 21 is an insulator. The insulator 33 is the tie bolt 20 and the partition plate 2.
7. Insulate. Tie bolt 20 is Al 2-6%, C
A Ni-based ferritic steel alloy with r15-21% is used. Besides, alumina, YSZ or partially stabilized zirconia PSZ can also be used. The disc spring 23 is made of silicon nitride. The stack is free to undergo thermal expansion / contraction in the vertical direction, and the difference in thermal expansion / contraction with the tie bolt 20 is absorbed by the disc spring 23.

【0019】空気入口36より送入された空気はタイボ
ルト20の上部に穿設されたガス導入孔34よりタイボ
ルト20に導入されスタックの内部を通流しガス排出孔
35より排出される。一方燃料ガスは燃料ガス入口37
より入り、スタックの外部を通流し、隔壁板28を拡散
して排出空気と混合され反応して水となり排ガス出口3
8より送出される。
The air introduced from the air inlet 36 is introduced into the tie bolt 20 through the gas introduction hole 34 formed in the upper portion of the tie bolt 20, flows through the inside of the stack, and is discharged through the gas discharge hole 35. On the other hand, the fuel gas is the fuel gas inlet 37
It flows in through the outside of the stack, diffuses through the partition plate 28, is mixed with the exhaust air and reacts to become water, and the exhaust gas outlet 3
8 is sent.

【0020】スタックの基体11は隔壁板27に電気的
に接続する。カソードの電位は隔壁板27を介して端子
板32により取り出される。またアノード14は隔壁板
28に接続する。カソードの電位は隔壁板28とベロー
ズ45を介して端子板31に取り出される。図5はこの
発明の異なる実施例に係る固体電解質型燃料電池のスタ
ックを筐体とともに示す断面図である。この固体電解質
型燃料電池は燃料ガス出口40と空気出口39が設けら
れ、燃料ガスと酸化剤ガスがそれぞれ個別に排出され
る。
The substrate 11 of the stack is electrically connected to the partition plate 27. The potential of the cathode is taken out by the terminal plate 32 via the partition plate 27. The anode 14 is connected to the partition plate 28. The potential of the cathode is taken out to the terminal plate 31 via the partition plate 28 and the bellows 45. FIG. 5 is a sectional view showing a stack of a solid oxide fuel cell according to another embodiment of the present invention together with a housing. This solid oxide fuel cell is provided with a fuel gas outlet 40 and an air outlet 39, and the fuel gas and the oxidant gas are individually discharged.

【0021】[0021]

【発明の効果】この発明によればテーパ管型の固体電解
質型燃料電池であって、(1)単セル/基体集合体と、
(2)筐体を包含し、基体は肉厚多孔質のテーパ管であ
って所定の外表面全周に単セルが積層され、単セルは固
体電解質体がカソードとアノードに挟まれてなり、単セ
ル/基体集合体はインタコネクタを介して複数個が相互
に嵌合されてスタックを形成し、筐体は前記スタックを
支持固定して、スタックの内部と外部に酸化剤ガスと燃
料ガスを個別に通流させるものであるとするので、固体
電解質型燃料電池スタックの単位である単セル/基体集
合体は肉厚の基体を支持体として構成され、機械的強度
の高い固体電解質型燃料電池が得られる。また単セル/
基体集合体の基体は機械加工が容易であり、インタコネ
クタとともに単セル/基体集合体相互の機械的、電気的
接続を良好にする。さらに単セル/基体集合体は固体電
解質体の膜厚を肉薄にすることができ、電池の動作温度
を従来のものより低温度に設定できる。その結果耐熱性
金属の使用が可能となり単セル/基体集合体の構造力学
的な均一性と相まって耐ヒートサイクル性に優れる固体
電解質型燃料電池が得られる。
According to the present invention, there is provided a taper tube type solid oxide fuel cell, which comprises (1) a single cell / substrate assembly.
(2) Including a housing, the substrate is a thick porous taper tube, and a single cell is laminated on the entire circumference of a predetermined outer surface. In the single cell, a solid electrolyte body is sandwiched between a cathode and an anode, A plurality of single cell / base assemblies are fitted to each other through an interconnector to form a stack, and a housing supports and fixes the stack, and an oxidant gas and a fuel gas are provided inside and outside the stack. Since the individual cells are made to flow individually, the unit cell / substrate assembly, which is a unit of the solid oxide fuel cell stack, is constructed with a thick substrate as a support, and has a high mechanical strength. Is obtained. Single cell /
The base body of the base body assembly is easy to machine and, together with the interconnector, improves the mechanical and electrical connection between the single cell / base body assembly. Further, in the unit cell / substrate assembly, the thickness of the solid electrolyte body can be made thin, and the operating temperature of the battery can be set to a lower temperature than the conventional one. As a result, a heat-resistant metal can be used, and a solid oxide fuel cell having excellent heat cycle resistance can be obtained in combination with the structural mechanical uniformity of the single cell / substrate assembly.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
の単セル/基体集合体を示す断面図
FIG. 1 is a sectional view showing a unit cell / base assembly of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.

【図2】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
のインタコネクタを単セル/基体集合体の要部とともに
示す断面図
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an interconnector of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention together with a main part of a single cell / base assembly.

【図3】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
の単セル/基体集合体の製造工程を示し、図3(a)は
テーパ管を示す断面図、図3(b)はカソードを形成し
た基体を示す断面図、図3(c)はカソードの上に固体
電解質体を形成した基体を示す断面図、図3(d)は固
体電解質体の上にアノードを形成した基体を示す断面図
FIG. 3 shows a manufacturing process of a unit cell / substrate assembly of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 (a) is a sectional view showing a taper tube, and FIG. 3 (b) shows a cathode. Sectional view showing the formed substrate, FIG. 3 (c) is a sectional view showing a substrate having a solid electrolyte body formed on a cathode, and FIG. 3 (d) is a sectional view showing a substrate having an anode formed on the solid electrolyte body. Figure

【図4】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
のスタックを筐体とともに示す断面図
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a stack of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention together with a housing.

【図5】この発明の異なる実施例に係る固体電解質型燃
料電池のスタックを筐体とともに示す断面図
FIG. 5 is a sectional view showing a stack of a solid oxide fuel cell according to another embodiment of the present invention together with a housing.

【図6】従来のテーパ管型の固体電解質型燃料電池を示
す断面図
FIG. 6 is a sectional view showing a conventional taper tube type solid oxide fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基体 12 カソード 13 固体電解質体 14 アノード 15 単セル 16 単セル/基体集合体 17 導通用のOリング 18 封止用のOリング 19 インタコネクタ 20 タイボルト 21 ガイドブッシュ 22 ナット 23 皿バネ 24 カバー 25 容器 26 カバー 27 隔壁板 28 隔壁板 29 ガスケット 30 ガスケット 31 端子板 32 端子板 33 絶縁体 34 ガス導入孔 35 ガス排出孔 36 空気入口 37 燃料ガス入口 38 排ガス出口 39 空気出口 40 燃料ガス出口 41 固体電解質体 42 アノード 43 カソード 44 インタコネクタ 45 ベローズ 11 Base 12 Cathode 13 Solid Electrolyte 14 Anode 15 Single Cell 16 Single Cell / Substrate Assembly 17 O-ring for Conducting 18 O-ring for Sealing 19 Interconnector 20 Tie Bolt 21 Guide Bush 22 Nut 23 Disc Spring 24 Cover 25 Container 26 cover 27 partition plate 28 partition plate 29 gasket 30 gasket 31 terminal plate 32 terminal plate 33 insulator 34 gas introduction hole 35 gas discharge hole 36 air inlet 37 fuel gas inlet 38 exhaust gas outlet 39 air outlet 40 fuel gas outlet 41 solid electrolyte body 42 Anode 43 Cathode 44 Interconnector 45 Bellows

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】テーパ管型の固体電解質型燃料電池であっ
て、 (1)単セル/基体集合体と、 (2)筐体を包含し、 基体は肉厚多孔質のテーパ管であって所定の外表面全周
に単セルが積層され、 単セルは固体電解質体がカソードとアノードに挟まれて
なり、 単セル/基体集合体はインタコネクタを介して複数個が
相互に嵌合されスタックを形成し、 筐体は前記スタックを支持固定して、スタックの内部と
外部に酸化剤ガスと燃料ガスを個別に通流させるもので
あることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
1. A taper tube type solid oxide fuel cell, comprising: (1) a unit cell / base assembly, and (2) a housing, wherein the base is a thick porous taper tube. A single cell is laminated around a predetermined outer surface, and a solid electrolyte body is sandwiched between a cathode and an anode in the single cell, and a plurality of the single cell / base body assembly are mutually fitted and stacked through an interconnector. The solid electrolyte fuel cell is characterized in that the casing supports and fixes the stack, and allows the oxidant gas and the fuel gas to individually flow through the inside and the outside of the stack.
【請求項2】請求項1記載の固体電解質型燃料電池にお
いて、基体は低熱膨張率の耐熱性合金であることを特徴
とする固体電解質型燃料電池。
2. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the substrate is a heat-resistant alloy having a low coefficient of thermal expansion.
【請求項3】請求項2記載の固体電解質型燃料電池にお
いて、低熱膨張率の耐熱性合金はMoを20ないし30
%、Crを7ないし12%を含有するNiベース合金ま
たはWを20ないし30%、Crを7ないし12%を含
有するNiベース合金であることを特徴とする固体電解
質型燃料電池。
3. The solid oxide fuel cell according to claim 2, wherein the heat-resistant alloy having a low coefficient of thermal expansion contains Mo in an amount of 20 to 30.
%, A Ni-based alloy containing 7 to 12% of Cr or a Ni-based alloy containing 20 to 30% of W and 7 to 12% of Cr, a solid oxide fuel cell.
【請求項4】請求項1記載の固体電解質型燃料電池にお
いて、インタコネクタは導通用のOリングと封止用のO
リングからなることを特徴とする固体電解質型燃料電
池。
4. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the interconnector has an O-ring for conduction and an O-ring for sealing.
A solid oxide fuel cell comprising a ring.
【請求項5】請求項4記載の固体電解質型燃料電池にお
いて、導通用のOリングはAgのOリングであることを
特徴とする固体電解質型燃料電池。
5. The solid oxide fuel cell according to claim 4, wherein the conducting O-ring is an Ag O-ring.
【請求項6】請求項4記載の固体電解質型燃料電池にお
いて、封止用のOリングはアルミノケイ酸ガラスのOリ
ングであることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
6. The solid oxide fuel cell according to claim 4, wherein the O-ring for sealing is an aluminosilicate glass O-ring.
【請求項7】請求項1記載の固体電解質型燃料電池にお
いて、スタックの支持固定はスタックの中心を通るタイ
ボルトとその一端に設けられたスプリングとナットを介
して行われることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
7. The solid electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the supporting and fixing of the stack is performed through a tie bolt passing through the center of the stack and a spring and a nut provided at one end of the tie bolt. Type fuel cell.
【請求項8】請求項7記載の固体電解質型燃料電池にお
いて、スプリングは窒化ケイ素からなる皿バネであるこ
とを特徴とする固体電解質型燃料電池。
8. The solid oxide fuel cell according to claim 7, wherein the spring is a disc spring made of silicon nitride.
【請求項9】請求項7記載の固体電解質型燃料電池にお
いて、タイボルトはフェライト系ステンレス鋼であるこ
とを特徴とする固体電解質型燃料電池。
9. The solid oxide fuel cell according to claim 7, wherein the tie bolt is ferritic stainless steel.
【請求項10】請求項9記載の固体電解質型燃料電池に
おいて、フェライト系ステンレス鋼はAlを2ないし6
%、Crを15ないし21%含有するNiベース合金で
あることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
10. The solid oxide fuel cell according to claim 9, wherein the ferritic stainless steel contains 2 to 6 Al.
%, Cr is a Ni-based alloy containing 15 to 21%, and a solid oxide fuel cell.
【請求項11】請求項1記載の固体電解質型燃料電池に
おいて、基体の端部は緻密な固体電解質体で封止されて
なることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
11. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein an end of the substrate is sealed with a dense solid electrolyte body.
【請求項12】請求項1記載の固体電解質型燃料電池に
おいて、基体の端部はアルミノケイ酸ガラスにより封止
されてなることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
12. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the end of the substrate is sealed with aluminosilicate glass.
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