JPH07114930A

JPH07114930A - 発電装置

Info

Publication number: JPH07114930A
Application number: JP5258401A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kawasaki; 真司川崎; Kiyoshi Okumura; 清志奥村
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1993-10-15
Filing date: 1993-10-15
Publication date: 1995-05-02

Abstract

(57)【要約】【目的】固体電解質型燃料電池の単電池を集合させた
集合電池内の一部に発電用ガスの漏れが発生し、異常発
熱が生じた場合に、多額の投資、稼働費用を要すること
なく、このガス漏れを防止して異常発熱が集合電池の他
の部分に波及しないようにすること、及び発電装置の全
部に対して発電用ガスの供給を停止する必要がないよう
にすることである。【構成】単電池２４を複数個備え、各単電池２４に発
電用ガス（酸化ガスや燃料ガス）を供給するための発電
用ガス供給機構を備えた発電装置が、所定温度以上で熱
変形する材料からなる加熱変形体を備えている。発電装
置内の異常発熱によってこの加熱変形体が変形し、残骸
３３、３４を形成し、発電用ガスの通路を閉塞するよう
に構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
（ＳＯＦＣ）を利用した発電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＳＯＦＣの構成材はすべて固体であり、
形状の設計を比較的自由に行えるので、様々な形状、構
造のＳＯＦＣが提案されている。これらは、平板型と円
筒型とに大別される( エネルギー総合工学13−２，199
0) 。ＳＯＦＣの単電池の起電力は、開回路において約
１Ｖ、電流密度も精々数100mA ／cm²程度であるため、
実際の使用に際しては、単電池の発電面積を大きくする
こと、多くの単電池を容易に直列、並列に接続できるよ
うにすることが重要である。この観点から、単電池とそ
のスタック( 集合電池) の構造を検討しなければならな
い。

【０００３】ＳＯＦＣを利用した発電装置においては、
空気電極側に酸化ガスを供給し、燃料電極側に燃料ガス
を供給し、酸化ガスと燃料ガスとが混合しないようにす
る必要がある。ウエスティングハウス社の円筒型セル
（エネルギー総合工学13−２、1990年) においては、構
造上強度のある円筒型単電池を用いることで、セラミッ
クスの脆弱性を緩和し、さらに単電池の片端を封じた構
造にすることでシールレス構造を可能としている。各円
筒型単電池の内部に酸化ガス供給管を挿入し、円筒型単
電池の有底部付近に酸化ガスを供給している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
多くの単電池を直列、並列に接続して集合電池を形成
し、各単電池に酸化ガスを供給するとき、次の問題が生
ずる。即ち、集合電池を例えば１０００°Ｃの高温で長
時間作動させたときに、一つの単電池にクラックが生じ
た場合、そのクラックでガス漏れが生じ、異常発熱を起
こしうる。この異常発熱を放置すると、その周辺の温度
が上昇し続けるため、更に新たなクラック等を引き起こ
し、事故につながる可能性がある。

【０００５】この際、集合電池内には多数の単電池が存
在しており、各単電池が発熱しているので、一部分の異
常発熱を検出することは困難である。集合電池の一部分
のみの異常発熱を検出するには、発電装置内のあらゆる
箇所に温度計を設置し，監視しなければならないので、
多額の投資、稼働費用が必要になる。また、異常発熱を
もし検出できたとしても、多数の単電池の中で、異常が
生じている単電池を特定することは不可能に近い。従っ
て、発電装置の全部に対して一律に、ガスの供給を停止
し、稼働を停止しなければならないので、非常に損失が
大きくなる。

【０００６】本発明の課題は、集合電池内の一部に発電
用ガスの漏れが発生し、異常発熱が生じた場合に、多額
の投資、稼働費用を要することなく、このガス漏れを防
止して異常発熱が集合電池の他の部分に波及しないよう
にすることである。また、発電装置の全部に対して発電
用ガスの供給を停止する必要がないようにすることであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の発電装置は、固
体電解質型燃料電池の単電池を複数個備えており、これ
らの各単電池に発電用ガスを供給するための発電用ガス
供給機構を備えており、所定温度以上で熱変形する材料
からなる加熱変形体を備えており、発電装置内の異常発
熱によって加熱変形体が変形して発電用ガスの通路を閉
塞するように構成されている。

【０００８】

【作用】本発明の発電装置によれば、発電装置内の異常
発熱によって加熱変形体が変形して発電用ガスの通路を
閉塞するように構成されているので、発電用ガスの漏れ
が防止され、異常発熱が集合電池の他の部分に波及しな
い。むろん、発電装置内のあらゆる箇所に温度計を設置
する必要はなく、これらの温度計を監視する必要もない
ので、多額の投資、稼働費用を要しない。しかも、加熱
変形体は、異常発熱によって初めて変形し、発電用ガス
の通路を閉塞するのであり、異常発熱部分から離れた加
熱変形体は全く変形しない。従って、異常発熱部分で発
電用ガスの供給を停止しつつも、その他の部分では発電
用ガスの供給は阻害されず、発電が行われる。

【０００９】

【実施例】前記加熱変形体を構成する材料は、加熱変形
体を使用する場所の、発電時における正常な温度領域に
おいて変形せず、正常な温度領域を越えた異常発熱に反
応して軟化又は溶解する材料でなければならない。従っ
て、この材料は、使用する場所に応じて選択する必要が
ある。

【００１０】この材料としては、具体的には、金属、有
機物、ガラス、金属とセラミックスとの複合材料、有機
物とセラミックスとの複合材料及びガラスとセラミック
スとの複合材料からなる群より選ばれた材料がある。な
お、特開平５─８２１５４号公報、特開平５─８２１５
５号公報においては、酸化ガス供給管の材料として、イ
ットリア又はカルシア安定化ジルコニアが提案されてい
るが、これらはいずれも固体電解質の材料であり、従っ
て、ＳＯＦＣの発電装置内で熱変形することはない。

【００１１】前記金属としては、アルミニウム（融点６
５９°Ｃ）、亜鉛（融点４２０°Ｃ）、銅（同１０８３
°Ｃ）、すず（同２３２°Ｃ）、鉛（同３２７°Ｃ）、
金（同１０６３°Ｃ）、銀（同９６１°Ｃ）等の低融点
金属、及びこれらの合金がある。これらの金属の融点
を、使用箇所の発電時における正常な温度領域より若干
高くする。

【００１２】前記有機物としては、テフロン（約３００
°Ｃ〜４００°Ｃで軟化する。）、ポリプロピレン（１
００°Ｃ以上で軟化する。）、ビニール、シリコンゴ
ム、その他熱可塑性のプラスチックを使用できる。これ
には、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネー
ト、ポリエチレンフタレート、ポリサルホン、ポリエー
テルイミド、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＣＳ樹脂、超高
分子量ポリエチレン、メタクリル樹脂等を例示できる。
上記のガラスとしては、Ｎａ₂Ｏ─ＣａＯ─ＳｉＯ
₂系、ＰｂＯ─Ｂ₂Ｏ₃─Ａｌ₂Ｏ₃─ＳｉＯ₂系、Ｎ
ａ₂Ｏ─Ｂ₂Ｏ₃─Ａｌ₂Ｏ₃─ＳｉＯ₂系等のガラス
を例示できる。

【００１３】最初に、図１〜図５を参照しつつ、本発明
の実施例を説明する。図１は、セパレータ１を示す斜視
図である。セパレータ１の平面形状は長方形である。平
面長方形状の平板状本体１ｄの幅方向縁部の表面に、一
対の細長い側壁１ａが形成されている。これらの側壁１
ａは、共に四角柱形状であり、セパレータ１の長さ方向
の一端から他端へと向って延びる。一対の側壁１ａの間
に、四角柱形状の隔壁１ｂが、長さ方向の一端から他端
へと向って、互いに平行に例えば計３列形成されてい
る。

【００１４】隔壁１ｂ、側壁１ａの間に、互いに平行な
酸化ガス流路９が計四列形成されている。各酸化ガス流
路９の両端が開口している。各隔壁１ｂ及び側壁１ａの
高さは、ほぼ同じに設定されている。図１において、３
は予熱領域を示し、２は発電領域を示す。

【００１５】図２（ａ）は、電池素子部分を燃料電極６
の側からみた平面図、図２（ｂ）は、電池素子部分を空
気電極７の側からみた平面図、図３は、完成した単電池
８を幅方向に切ってみた断面図である。

【００１６】緻密質の固体電解質５の平面形状は、セパ
レータ１の平面形状とほぼ同じである。固体電解質５の
表面には、平面長方形状の燃料電極６が形成されてい
る。この燃料電極は、固体電解質の表面で発電に供され
る部分のみ形成してもよいし、それ以外の部分に形成し
てもよい。発電部分以外に形成した場合、予熱領域内に
ある燃料極は、メタンなどの改質触媒として働く。固体
電解質５の燃料電極６と反対側の表面には、やはり平面
長方形状の空気電極７が形成されている。空気電極７が
存在しない部分では、固体電解質５の周縁に沿って、一
対の細長い突起５ａが形成されている。

【００１７】単電池８においては、細長い突起５ａによ
って、空気電極７の幅方向側面７ａと、セパレータ１の
幅方向外壁面１ｃの一部とが覆われる。酸化ガス流路９
と空気電極７の側面７ａとは、いずれも気密質であるセ
パレータ１と固体電解質５とによって包囲されている。
従って、酸化ガス流路９の開口以外から、酸化ガスが漏
れることはない。各酸化ガス流路９は、単電池８の長さ
方向の両端に開口する。また、単電池８の長さ方向の両
端に、空気電極７の側面が露出する。

【００１８】空気電極７は、ドーピングされたか、又は
ドーピングされていないLaMnO₃, CaMnO₃, LaNiO₃, LaCo
O₃等で製造でき、ストロンチウムを添加したLaMnO₃が好
ましい。空気電極７は、あらかじめ気孔率が20〜35％と
なるように焼成され、別個に準備したセパレータ１と接
合される。

【００１９】次に、上記の単電池を集合してなる発電装
置の構成例について述べる。図４は、こうした発電装置
を単電池の幅方向に切ってみた一部断面図である。図５
は、図４の発電装置を単電池の長さ方向に切ってみた部
分断面図である。

【００２０】緻密質材料からなる略直方体形状の缶１３
の相対向する側壁に、貫通孔１３ａと１３ｂとが設けら
れる。缶１３の内部には、図５において右側から順番
に、燃料ガス室５０、酸化ガス室５１、発電室２１、燃
焼室５２が設けられる。燃料ガス室５０と酸化ガス室５
１とは気密性の隔壁１４によって区分され、酸化ガス室
５１と発電室２１とは気密性隔壁１５によって区分さ
れ、発電室２１と燃焼室５２とは隔壁１６によって区分
されている。

【００２１】発電室２１は、予熱領域３と発電領域２と
に分けられる。予熱領域３は隔壁１５側にあり、発電領
域２は隔壁１６側にある。燃料ガス室５０を供給管１７
が横断し、供給管１７の内部空間が酸化ガス室５１に通
じている。気密性隔壁１５には、貫通孔１５ａと単電池
挿通孔１５ｂとが形成されている。酸化ガス室５１を供
給管１８が横切っており、各供給管１８の内部空間が燃
料ガス室５０に通じている。各供給管１８の内径は貫通
孔１５ａの径とほぼ同じであり、各供給管１８が貫通孔
１５ａに位置合わせされている。各貫通孔１５ａは予熱
領域３に面している。

【００２２】単電池挿通孔１５ｂの形状及び寸法は、単
電池８の幅方向の形状及び寸法とほぼ同じである。図面
表示の都合上、図５においては、一つの単電池８につい
ては断面図を示し、二つの単電池８については正面図を
示してある。このため、図５においては、単電池挿通孔
１５ｂのうち一つを断面で示し、他の二つを点線で示し
てある。各単電池挿通孔１５ｂは、貫通孔１５ａの間に
規則的に設けられている。隔壁１６にも、単電池挿通孔
１６ａが、所定間隔を置いて規則的に設けられている。
各単電池挿通孔１６ａの寸法は、単電池８の幅方向寸法
よりも若干大きくなっている。

【００２３】各単電池８の一端は単電池挿通孔１５ｂ内
に挿通され、他端が単電池挿通孔１６ａに挿通される。
これにより、各単電池８が、隔壁１５と１６との間に架
け渡される。単電池８と単電池挿通孔１５ｂとの間は、
気密にシールし、燃料ガスや酸化ガスがここから漏れな
いようにしなければならない。こうした気密シールを行
うには、ガスケットを用いるか、又は有機樹脂で両部材
の隙間を封じる方法が提案される。

【００２４】単電池挿通孔１６ａの周面と単電池８の外
周面との間には、単電池挿通孔１６ａの全周に亘って、
若干の隙間がある。この隙間に、気体の流通を妨げない
緩衝材１９が充填されている。単電池８の図５において
左側の端部は、緩衝材１９を介して、隔壁１６によりゆ
るく支持される。緩衝材１９としては、例えば、アルミ
ナフェルト等のセラミックスフェルト材が好ましい。

【００２５】発電領域２においては、缶１３上に集電板
１２が設置され、集電板１２の上に集電材層１１が設け
られている。単電池８は、本実施例では、上下方向と左
右方向とに、それぞれ一定間隔を置いて延びるように配
置されている。ただし、図４においては、図面の寸法上
の制約から、こうした集合電池のうち下方の３列のみを
図示し、かつ左側の２列のみを図示した。むろん、こう
した集合電池中に含まれる単電池８の個数は、適宜選択
できるものである。

【００２６】発電室２１において最下端の単電池８は、
集電材層１１の上に載置される。集電材層１１は、単電
池８の形状や変形に追随させるため、弾性と可塑性とを
有するものがよい。最下端の単電池８の上に、所定間隔
を置いて順次他の単電池８を配置し、上下の単電池８の
燃料電極６と平板状本体１ｄとを対向させる。これらの
間に、略平板形状の耐熱導電体１０Ｂを挿入し、上下方
向に隣り合った単電池８の燃料電極６と平板状本体１ｄ
とを電気的に接続する。

【００２７】また、図４において左右方向に隣り合う単
電池８の間に、細長い耐熱導電体１０Ａを挿入する。こ
れにより、単電池８のセパレータ１同士を電気的に接続
する。各耐熱導電体１０Ａと１０Ｂとは、互いに接触し
ないようにする。

【００２８】予熱領域３においては、上下方向、左右方
向に隣り合う各単電池８の間の空間に、通気性断熱材２
０を充填する。通気性断熱材２０は、単電池８の膨脹と
収縮とに対応するため、変形可能な耐熱性材料で形成す
るのが好ましい。こうした材料としては、セラミックス
ファイバーを編んで作製したセラミックスフェルト材
や、多数の開気孔を有するセラミックス多孔体が好まし
い。これらの断熱材２０は、単電池８の支持材料として
も機能する。

【００２９】この発電装置の動作を説明する。燃料ガス
は、貫通孔１３ａから燃料ガス室５０内に矢印Ｄのよう
に供給され、供給管１８内に矢印Ｅのように送り込まれ
る。次いで、この燃料ガスは、供給管１８、貫通孔１５
ａを通過し、予熱領域３、発電領域２を流れ、矢印Ｆの
ように緩衝材１９を通過し、燃焼室５２に入る。

【００３０】酸化ガスは、矢印Ａのように供給管１７内
を通過し、酸化ガス室５１内に入り、次いで、矢印Ｂで
示すように、酸化ガス流路９内に流入する。そして、こ
の酸化ガスは、予熱領域３、発電領域２を順次通過し、
矢印Ｃのように燃焼室５２内に流出する。燃焼室５２に
おいて、減損した燃料ガスと減損した酸化ガスとが燃焼
される。貫通孔１３ｂから、矢印Ｇのように、燃焼排ガ
スが排出される。

【００３１】本例では、予熱領域３内で、単電池８の内
周面の全面にわたって、加熱変形体からなる加熱変形層
５４が設けられている。本実施例によれば、以下の効果
を奏しうる。

【００３２】（１）各単電池８の保持と位置決めとを、
気体の流通を妨げない耐熱導電体１０Ａ、１０Ｂと、緩
衝材１９とによりソフトに行っている。これにより、単
電池８が熱膨張しても、単電池８にかかる応力が一層小
さくなる。

【００３３】（２）本実施例で用いる単電池８において
は、酸化ガス流路９の一端が封じられておらず、その両
端が開口している。しかも、セパレータ１、空気極４
が、いずれも押し出し成形等によって比較的容易に成形
可能な形をしている。仮に、酸化ガス流路９の一端を封
じるものとすると、こうしたセラミックス加工は難し
く、封じた部分に充分な強度を与えることがかなり困難
になる。このため、生産技術の点からは、単電池８が非
常に有利である。

【００３４】（３）本実施例の発電装置においては、隔
壁１５と単電池８の端部との間で、気密なシールを実施
する。この部分が高温であると、気密シールを形成する
ことが難しくなる。しかし、発電領域２では、1000℃程
度の高温となる。そこで、隔壁１５と発電領域２との間
に断熱材２０を配置し、予熱領域３を形成した。むろ
ん、予熱領域３内では、隔壁１５へと近づくにつれて急
速に温度が下がる。

【００３５】隔壁１５において上述のような気密シール
を行うには、気密シール部分の温度を、発電領域２内よ
りもかなり低温に、好ましくは５００℃以下にしなけれ
ばならない。更に、気密シール部分の温度を３５０℃以
下にすると、気密シール用の樹脂製シール材料の選択範
囲が広がる。しかし、気密シール部分の温度を１００℃
以下にするには、予熱領域３を非常に長くする必要が生
じ、単位体積当たりの発電量が減る。従って、気密シー
ル部分の温度は、１００℃〜３５０℃とすることが、特
に好ましい。燃料ガス及び酸化ガスは、予熱領域３を通
過する間に、共に予熱されることになる。

【００３６】（４）予熱領域３内で、単電池８の内周面
の全面にわたって、加熱変形体からなる加熱変形層５４
が設けられている。加熱変形層５４の材料は、予熱領域
３での正常な温度範囲において変形せず、正常な温度領
域を越えた異常発熱に反応して軟化又は溶解する。予熱
領域３内で単電池８にクラックが生ずると、この単電池
８内に異常発熱が生じ、加熱変形層５４が変形して酸化
ガス流路９が閉塞する。

【００３７】予熱領域内の温度を、前述のように５００
℃以下、更に好ましくは１００℃〜３５０℃とすること
により、加熱変形層５４の材料を広範囲から選択するこ
とができる。特に、上記した各種の有機物を、容易に使
用することができる。こうした有機物を使用すると、金
属等にくらべて低コストであるし、スラリー法、塗布法
等の通常の方法に従って、加熱変形層５４を非常に容易
に形成することができる。

【００３８】上記の例では、単電池８の端部を単電池挿
入孔１５ｂに挿通した。しかし、この代りに単電池８の
末端面を気密性隔壁１５に当接させ、両者の間を気密に
シールしてもよい。ただしこの場合も、気密性隔壁１５
に、酸化ガスを流すための貫通孔を設ける必要がある。

【００３９】また、単電池８内の末端に対して酸化ガス
供給管を接合し、耐熱セラミックス製の酸化ガス供給管
を通して単電池８の酸化ガス流路に酸化ガスを流すこと
もできる。また、円筒形状のＳＯＦＣ単電池の酸化ガス
流路の両端を開口させ、複数の単電池を、図４、図５に
示すように配列し、発電装置を形成することができる。

【００４０】気体の流通を妨げない耐熱導電体は、耐熱
金属繊維を編んで作ったフェルト状物質とするか、多数
の開気孔を有するスポンジ状物質とするのが好ましい。
これらの材質としては、ニッケルが好ましい。上記のス
ポンジ状物質を作製するには、例えば、耐熱金属粉末と
発泡剤とバインダーとを混練し、成形、焼成すればよ
い。

【００４１】図６、図７は、いわゆる「縦縞セル」型の
単電池２４を用いた発電装置の一部を概略的に示す断面
図である。単電池２４は、有底円筒形状であり、円筒形
状部分２４ｃ、有底部分２４ｂからなる。単電池２４
は、固体電解質膜、燃料電極膜、空気電極基体、インタ
ーコネクター等の部分を備えているが、単電池２４自体
の構成は公知であるので、各図面ではこれらの細部は図
示しない。

【００４２】単電池２４の有底部２４ｂの下に隔壁２９
が設けられ、単電池２４が発電室３１内に設置されてい
る。発電室３１と燃焼室３０とは隔壁２８によって区分
されている。隔壁２８の単電池挿入孔２８ａに単電池２
４の上部が挿入され、単電池２４の開口２４ａが燃焼室
３０に面している。隔壁２７に酸化ガス供給管２３が固
定され、酸化ガス供給管２３が単電池２４の内側空間２
６に収容され、酸化ガス供給管２３の下端２３ｄが、有
底部２４ｂに対向している。

【００４３】新鮮な酸化ガスが、酸化ガス供給管２３の
上端２３ｂから酸化ガス流路２５へと矢印Ｈのように供
給され、下端２３ｄから内側空間２６に排出され、供給
管２３の外側と単電池２４の内壁との間を上昇する。減
損した酸化ガスが、開口２４ａから矢印Ｉのように燃焼
室３０へと排出される。新鮮な燃料ガスは、単電池２４
の外壁に沿って上昇し、隔壁２８の単電池挿入孔２８ａ
と単電池２４の外壁との間に矢印Ｊのように入り、燃焼
室３０へと矢印Ｋのように排出される。

【００４４】減損した酸化ガスと燃料ガスとが燃焼室３
０で反応して発熱し、酸化ガス供給管２３内を流れる酸
化ガスを予熱する。発電装置の動作時には、空気電極と
固体電解質との界面で酸化ガスが酸素イオン等を生じ、
これらの酸素イオン等が固体電解質を通って燃料電極へ
と移動し、燃料ガスと反応すると共に電子を燃料電極へ
と放出する。

【００４５】酸化ガス供給管２３は、上部２３ａと加熱
変形部２３ｃとからなる。上部２３ａは燃焼室３０内に
配置され、加熱変形部２３ｃは、発電室３１内に配置さ
れている。単電池２４の内部が異常発熱すると、加熱変
形部２３ｃの一部が変形する。例えば、図７に示すよう
に単電池２４の略中央部３３が、クラック等により異常
発熱すると、この部分で加熱変形部２３ｃの一部が変形
し、残骸６０と３４とが残る。各残骸にはそれぞれ閉塞
部分３２が形成される。

【００４６】本例では、酸化ガス供給管２３の加熱変形
部２３ｃが、単電池２４の発電部分内に配置されている
ので、加熱変形部２３ｃの材質は、発電温度で変形せ
ず、発電温度を越えると変形するものとする。現在、イ
ットリア安定化ジルコニア固体電解質を使用した単電池
では、発電温度が１０００°Ｃ程度である。従って、金
等の低融点金属や低融点ガラスを使用できる。

【００４７】また、酸化ガス供給管の継ぎ手に対して、
本発明の加熱変形体を適用することもできる。例えば、
図８（ａ）に示す酸化ガス供給管３５においては、耐熱
性金属又はセラミックスからなる本体３５ａと３５ｃと
が、加熱変形体である継ぎ手３５ｂによって結合されて
いる。この酸化ガス供給管３５を、図８（ｂ）のように
単電池２４内に挿入する。この際、本体３５ａが有底部
２４ｂ側に位置し、本体３５ｃが燃焼室３０側に位置
し、継ぎ手３５ｂが発電室３１内に位置するようにす
る。

【００４８】発電室３１内が異常発熱すると、継ぎ手３
５ｂが熱変形し、図８（ｂ）に示すように、残骸３６と
３７とが残り、各残骸３６、３７にそれぞれ閉塞部分３
２が形成される。

【００４９】図９（ａ）、（ｂ）に示す酸化ガス供給管
３８を使用することもできる。酸化ガス供給管３８は、
本体３８ａと、本体３８ａの両端に設けられた一対のキ
ャップ３８ｂ、３８ｃとからなる。キャップ３８ｂ、３
８ｃには貫通孔３９が設けられている。内側空間５６を
矢印Ｌのように流れてきた酸化ガスが、貫通孔３９から
矢印Ｍのように流出する。貫通孔３９から流出した新鮮
な酸化ガスが、次いで有底部２４ｂ（図６参照）に当た
って方向転換し、発電に利用される。

【００５０】本例では、キャップ３８ｂ、３８ｃが加熱
変形体であり、各キャップの材質は、発電温度で変形せ
ず、発電温度を越えると変形するものとする。キャップ
の周辺が異常発熱すると、キャップが変形して貫通孔３
９がつぶれ、図９（ｃ）に示すように、残骸４０が酸化
ガス供給管３８の出口を閉塞させる。本体３８ａは、耐
熱性金属又はセラミックスで形成することが好ましい。

【００５１】また、図６に示すような単電池において、
図５に示した加熱変形層５４を、酸化ガス供給管の内壁
に形成することができる。この場合には、酸化ガス供給
管を、耐熱性の金属やセラミックスで形成する。この加
熱変形層は、好ましくは、発電室３１内で形成する。

【００５２】単電池２４内の一部分が前述のように異常
発熱すると、この部分で、酸化ガス供給管の内壁の加熱
変形層が変形し、熱変形材料が縮んで集合し、変形物を
形成する。変形物が酸化ガスの流路を塞ぎ、酸化ガスの
供給を止める。また、この場合、単電池２４の有底部２
４ｂ近くで、酸化ガス供給管の内壁に加熱変形層を形成
することもできる。この場合には、熱により軟化又は溶
解した熱変形材料が酸化ガス供給管の下端の排出孔付近
に集まり、この排出孔を塞ぐ。

【００５３】むろん、本発明は、種々の型式の単電池に
対して適用できるものである。図１０に模式的に示す例
においては、両端が開口した、いわゆる「横縞セル」型
の単電池４１の両端に、それぞれ押さえ部材４２を嵌め
合わせ、各押さえ部材４２に貫通孔４２ａを形成してい
る。図１０においても、「横縞セル」型の単電池４１自
体の構成は公知であるので、その細部は図示しない。

【００５４】単電池４１の内壁４１ａに、加熱変形体で
ある加熱変形層（図示しない。）を形成しておく。単電
池４１内が異常発熱すると、この加熱変形層が軟化又は
溶解し、表面張力によって変形物４３を形成する。変形
物４３が、単電池４１内での酸化ガスの流路を塞ぎ、酸
化ガスの供給を止める。

【００５５】図１〜図１０に示した各例では、異常発熱
が生じた場合には、各単電池ごとに酸化ガスの供給を止
めることができ、その際、他の単電池は稼働させ続ける
ことができる。従って、異常発熱による稼働停止部分
が、故障した単電池のみにとどまる。

【００５６】また、図４、図５に示したような形態の発
電装置において、集合電池は耐熱性材料の缶の内部に収
容されており、この缶に、酸化ガスを供給するためのパ
イプが取り付けられている。このパイプの内壁に、加熱
変形体である加熱変形層を形成することができる。パイ
プの周辺が異常発熱すると、パイプ内壁の加熱変形層が
変形し、パイプを塞ぎ、缶内への酸化ガスの供給を停止
させる。

【００５７】このパイプ内での酸化ガスの温度は通常５
００°Ｃ程度なので、上記の加熱変形層は、５００°Ｃ
程度で変形せず、これより高温で変形する材料によっ
て、形成することができる。また、上記の各例では、酸
化ガス供給管又は酸化ガス供給用のパイプについて本発
明を適用してきたが、燃料ガス供給管又は燃料ガス供給
用のパイプについて本発明を適用することができる。

【００５８】また、平板型単電池の場合には、単電池を
複数個積層してなる集合電池を金属製マニホールド内に
収容し、このマニホールドに酸化ガス供給孔、燃料ガス
供給孔を形成し、マニホールドの内部で酸化ガスと燃料
ガスとの流れを分配している。この際、マニホールドの
酸化ガス供給孔、燃料ガス供給孔に対して、本発明を適
用することができる。

【００５９】例えば、図１１（ａ）に示すように、マニ
ホールド４４のガス供給孔４４ａに、加熱変形体である
環状部材４５を固定し、環状部材４５の貫通孔４５ａ
に、ガスを矢印Ｎのように通過させる。ガス供給孔４５
ａ付近で異常発熱が生ずると、環状部材４５が熱変形
し、図１１（ｂ）に示すように、残骸４６を形成する。
残骸４６が、ガスの流路を塞ぎ、ガスの供給を停止させ
る。本例においては、一つのマニホールド内の集合電池
の稼働を停止させるが、発電装置の他のマニホールド内
の集合電池については稼働を続けることができる。

【００６０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の発電装置に
よれば、発電用ガスの漏れが防止され、異常発熱が集合
電池の他の部分に波及しない。従って、異常発熱の波及
による事故を防止できる。この際、発電装置内のあらゆ
る箇所に温度計を設置し，監視する必要がないので、多
額の投資、稼働費用を要しない。しかも、異常発熱部分
で発電用ガスの供給を停止しつつも、その他の部分では
発電用ガスの供給は阻害されず、発電が行われる。即
ち、発電装置の全部に対して一律に稼働を停止する必要
がないので、非常に経済的であり、産業上の利用性が大
きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】セパレータ１の斜視図である。

【図２】（ａ）は、電池素子部分を燃料電極６側から見
た平面図であり、（ｂ）は、電池素子部分を空気電極７
側から見た平面図である。

【図３】単電池８を幅方向に切って見た断面図である。

【図４】発電装置の一部分を単電池の幅方向に切って見
た断面図である。

【図５】図４の発電装置の一部分を、単電池の長さ方向
に切って見た一部断面図である。

【図６】いわゆる「縦縞」型の単電池２４を使用した発
電装置の一部を、概略的に示す断面図である。

【図７】図６の発電装置において、酸化ガス供給管２３
が異常発熱によって変形した後の状態を示す断面図であ
る。

【図８】（ａ）は、酸化ガス供給管３５を示す斜視図、
（ｂ）は、加熱変形体である継ぎ手３５ｂが異常発熱に
よって変形した後の状態を示す断面図である。

【図９】（ａ）は、酸化ガス供給管３８を示す斜視図、
（ｂ）は、酸化ガス供給管３８の要部を示す断面図、
（ｃ）は、キャップ３８ｃが異常発熱によって変形した
後の状態を示す断面図である。

【図１０】単電池４１の内部で、加熱変形層が変形して
変形物４３を形成し、変形物４３が酸化ガスの流路を閉
塞させた状態を示す断面図である。

【図１１】（ａ）は、マニホールド４４のガス供給孔４
４ａに環状部材４５を固定した状態を示す断面図、
（ｂ）は、環状部材４５が異常発熱によって変形した後
の状態を示す断面図である。

【符号の説明】

３予熱領域８、２４、４１単電池２０断熱材
２１、３１発電室２３、３５、３８酸化ガス供給管２３ｃ、３５ｂ、
３８ｃ、４５加熱変形体３０、５２燃焼室３２
閉塞部分３４、３６、３７、４０、４６、６０残
骸４３変形物Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｈ、Ｉ酸化ガスの
流れＤ、Ｅ、Ｆ、Ｊ、Ｋ燃料ガスの流れ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体電解質型燃料電池の単電池を複数個
備えており、これらの各単電池に発電用ガスを供給する
ための発電用ガス供給機構を備えている発電装置であっ
て、所定温度以上で熱変形する材料からなる加熱変形体
を備えており、前記発電装置内の異常発熱によって前記
加熱変形体が変形して前記発電用ガスの通路を閉塞する
ように構成されている、発電装置。
【請求項２】前記材料が、金属、有機物、ガラス、金属
とセラミックスとの複合材料、有機物とセラミックスと
の複合材料及びガラスとセラミックスとの複合材料から
なる群より選ばれた、前記異常発熱により熱変形しうる
材料である、請求項１記載の発電装置。