JPH07201351A - 固体電解質型燃料電池の構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 出力ロスを少なくしかつ出力密度を高くして
発電効率を向上させる。 【構成】 複数本のセル２１が、その中心軸線を互いに
平行にして少なくとも２列に配列され、これらのセル２
１の列の間に、各列における２本のセル２１の中心間隔
より広い幅の複数の第１の導電板２２が、互いに非導通
状態に配列されるとともに、第１の導電板２２とほぼ等
しい幅の複数の第２の導電板２４が、各列のセル２１を
挟みかつ第１の導電板２２に対してその幅のほぼ半分の
長さだけセル２１の配列方向にずらして互いに非導通状
態に配列され、さらに各列のセル２１がその外周側電極
をいずれか一方の導電板２２に導通させるとともにイン
ターコネクター２５を他の導電板２４に導通させること
により互いに直列に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、固体電解質を使用し
た燃料電池に関し、特に筒状に形成した多数のセルを組
み合わせてセルバンドルとした構造に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】固体電解質を使用した燃料電池としてイ
ットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を挟んで空気電極
と燃料電極とを形成し、空気電極側に空気を流通させ、
また燃料電極側に水素ガス等の可燃性ガスを流通させる
構成のものが広く知られている。この種の燃料電池で
は、空気と燃料ガスとの遮蔽性を良好にする必要がある
ので、固体電解質を円筒状に形成し、その内周面と外周
面とに電極を設けた円筒型のものが開発されている。

【０００３】ところで固体電解質の単位面積当りでの発
電容量は僅少であるから、実用に供するには多数本の燃
料電池を使用する必要があり、従来、その一例として、
図３ないし図７に示すように構成した発電装置が知られ
ている。これらの図に示す装置では、６本の円筒型セル
１を互いに並列に接続して１つのモジュール２とし、そ
のモジュール２を９つ、直列に接続して１つのセルバン
ドル３とし、そのセルバンドル３を４つ、直列にして１
つのユニット４としている。より具体的には、セル１
は、図３に示すように、多孔質の支持管５の外周面にペ
ロブスカイト型ランタン系複合酸化物などを素材とした
空気電極６が形成されるとともに、この空気電極に導通
したインターコネクター７が半径方向で外側に突出させ
て形成され、またその空気電極６の外周面にＹＳＺ等か
らなる固体電解質層８を形成され、さらにその固体電解
質層８の外周面にニッケル（Ｎi ）を主体とする燃料電
極９が形成されている。この６本のセル１が図４に示す
ように燃料電極９に接触して陰極となる管状体１０の内
部に、そのインターコネクター７を中心部に向けて配列
され、かつその中心部に挿入した集電軸１１に各インタ
ーコネクター７が導通させられ、こうしてモジュール２
が構成されている。

【０００４】これらのモジュール２は、図５に示すよう
に方形の収容部に９本づつ収容され、その状態で隣接す
るモジュール２の集電軸１１と管状体１０とが導電子１
３によって電気的に接続され、全体として直列接続され
ている。なお、導電子１３による接続は、図６に示すよ
うに、集電軸１１と管状体１０の一部とを軸線方向に突
出させ、その突出部分に導電子１３の各端部を連結する
ことにより行われている。このようにして構成されたセ
ルバンドル３が、図７に示すように、互いに密着して方
形に配置され、それぞれのセルバンドル３の陽極端子と
陰極端子とが順に接続されて全体として直列接続となっ
ている。図７に電流の流れを矢印で示してある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の構成で
は、６本のセル１によって１つのモジュール２を構成し
ているが、これらのセル１は集電軸１１を中心に放射状
に配列され、その起電力は集電軸１１を介して取り出さ
れるから、セル１は互いに並列接続となって集電軸１１
を流れる電流量が多くなる。また各モジュール２の間で
は、その端部に設けてある導電子１３を介して電流を流
すことになるので、導電子１３の断面積に比較して電流
量が多くなる。このように上記従来の構成では、集電軸
１１や導電子１３に流れる電流量が多いために、電圧ド
ロップ（出力ロス）を生じやすく、発電効率が低くなる
おそれがあった。

【０００６】また上記従来の構成では、ほぼ円形断面の
セル１を管状体１０の内部に収容して、より大径の円形
断面のモジュール２とし、これを方形断面の収容部に９
本、収容しているから、円形断面であることによる不可
避的な空間部分が多く生じ、その結果、装置全体が大型
化し、換言すれば、出力密度が低くなる不都合がある。

【０００７】この発明は上記の事情を背景としてなされ
たもので、発電効率および出力密度に優れた固体電解質
型燃料電池を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、筒状の固体電解質を挟んでその内周
面と外周面とに電極を形成し、かつその内周側の電極に
導通したインターコネクターを外周側の一部に突出させ
た構造の複数本のセルが、その中心軸線を互いに平行に
して少なくとも２列に配列され、これらのセルの列の間
に、各列における２本のセルの中心間隔より広い幅の複
数の第１の導電板が、互いに非導通状態に配列されると
ともに、第１の導電板とほぼ等しい幅の複数の第２の導
電板が、各列のセルを挟みかつ第１の導電板に対してそ
の幅のほぼ半分の長さだけセルの配列方向にずらして互
いに非導通状態に配列され、さらに各列のセルがその外
周側電極をいずれか一方の導電板に導通させるとともに
インターコネクターを他の導電板に導通させることによ
り互いに直列に接続されていることを特徴とするもので
ある。

【０００９】

【作用】この発明の固体電解質型燃料電池では、互いに
電気的に非導通状態にして配列した第１の導電板を挟ん
で、互いに軸線を平行にした筒状のセルが２列に配置さ
れ、それらのセルが第１の導電板およびこれと平行でか
つ配列方向にずらした第２の導電板とによって互いに直
列に接続されている。したがって各セルの間では、断面
積の広い導電板を介して電流が流れるから、ジュール損
が少なくなる。また各セルは直列接続されるから、全体
としての出力電圧が高くなり、その結果、出力ロスが少
なくなる。さらに各セルをそのまま可及的に接近させて
配列することになるので、無駄な空間部分が生じにく
く、出力密度が向上する。

【００１０】

【実施例】つぎにこの発明を図に示す実施例に基づいて
説明する。図１はこの発明の一実施例を概略的に示す図
であり、矩形の外装容器２０の内部に円筒状のセル２１
が２列に配列されている。この外装容器２０は絶縁構造
であり、またセル２１は図３に示す従来のセルと同様な
構成であり、これらのセル２１はその軸線を互いに平行
にしてかつ互いにわずか離れて配列されている。また外
装容器２０の中心部には、セル２１の直径の２倍程度の
幅でかつセル２１の長さとほぼ等しい長さの導電板２２
が、互いにわずか離すなど、電気的に非導通状態で外装
容器２０の長手方向に沿って配列されている。さらに各
列のセル２１を挟んで導電板２２とは反対側には、前記
導電板２２と同様な構成の第２の導電板２４が、外装容
器２０の長手方向に導電板２２の幅の半分の寸法（半ピ
ッチ）ずらして配列されている。この第２の導電板２４
も互いにわずか離隔させるなど、電気的に非導通状態と
なっている。なお。これらの導電板２２，２４はセル２
１の動作温度である高温雰囲気に配置されるから、ニッ
ケルを主体とする素材で形成された板状体が使用され
る。また中央部の（第１の）導電板２２はその両側に亘
るガスの流通を可能にするために、中央部に開口が形成
されている。

【００１１】これらの導電板２２，２４に挟まれたセル
２１は、インターコネクター２５をいずれか一方の導電
板２２（もしくは２４）に電気的に導通し、かつ外周面
の燃料電極２６を他方の導電板２４（もしくは２２）に
電気的に導通しており、また互いに隣接するセル２１同
士の導電板２２，２４に対する導通状態は互いに反対と
なっている。具体的には、図１における左端のセル２１
は、インターコネクター２５を第１の導電板２２に電気
的に導通させている。またその燃料電極２６を外装容器
２０の端部に形成した陰極端子２７に電気的に導通させ
ている。このセル２１に配列方向で隣接するセル２１
は、第１の導電板２２に外周面の燃料電極２６を導通さ
せ、かつインターコネクター２５を第２の導電板２４に
導通させている。そして図１の右端に配置されたセル２
１は、外装容器２０の端部に形成してある陽極端子２８
に導通させた導電板２２にインターコネクター２５を導
通させている。したがって各列のセル２１は各導電板２
２，２４を介して互いに直列に接続されている。

【００１２】なお、導電板２２，２４とセル２１との接
触部分には、両者の熱膨張量の差を吸収するとともに、
接触面積を確保するためにニッケルフェルト等の比較的
柔軟な良導体２９が配置されている。図２はセル２１と
導電板２２，２４との相対位置を概略的に示す説明図で
ある。

【００１３】上記のように構成した燃料電池では、各セ
ル２１の内周側に空気を流通させ、かつ外周側に水素ガ
ス等の燃料ガスを流通させることにより、各セル２１の
固体電解質層を酸素イオンが透過して電気化学的な酸化
還元反応が生じ、これにより起電力が生じる。そして各
列のセル２１同士は互いに直列に接続されているから、
外装容器２１の各端部に設けてある陰極端子２７と陽極
端子２８との間の電圧が高くなる。そのため燃料電池の
全体としては高電圧型となり、ジュール損などに起因す
る出力ロスを少なくして発電効率が高くなる。また上記
の構造では、各セル２１をそのまま接近して２列もしく
はそれ以上の複数列に配列するから、無駄な空間が生じ
にくく、したがって出力密度が高くなる。

【００１４】なお、上記の実施例では、セルを２列に配
列した例について説明したが、この発明は上記の実施例
に限定されるものではないのであって、３列以上にセル
を配列してもよい。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
少なくとも２列に配列した多数のセルを、各列のセルを
挟んで配置した第１および第２の導電板を介して直列に
接続したので、出力電圧を高くして出力ロスを少なく
し、発電効率を向上させることができる。またセルの配
置に無駄な空間が生じないので、出力密度を従来になく
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を模式的に示す平面図であ
る。

【図２】このセルと導電板との相対位置関係を説明する
ための部分斜視図である。

【図３】円筒型セルの一例を示す断面図である。

【図４】円筒型セルを６本使用した従来のモジュールの
端面図である。

【図５】セルバンドルを模式的に示す図である。

【図６】モジュール同士の接続構造を示す部分断面図で
ある。

【図７】４セルバンドルで構成した従来の燃料電池を示
す模式図である。

【符号の説明】 ２１…セル、 ２２，２４…導電板、 ２５…インター
コネクター、 ２６…燃料電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩澤 力 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 山岡 悟 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状の固体電解質を挟んでその内周面と
   外周面とに電極を形成し、かつその内周側の電極に導通
   したインターコネクターを外周側の一部に突出させた構
   造の複数本のセルが、その中心軸線を互いに平行にして
   少なくとも２列に配列され、これらのセルの列の間に、
   各列における２本のセルの中心間隔より広い幅の複数の
   第１の導電板が、互いに非導通状態に配列されるととも
   に、第１の導電板とほぼ等しい幅の複数の第２の導電板
   が、各列のセルを挟みかつ第１の導電板に対してその幅
   のほぼ半分の長さだけセルの配列方向にずらして互いに
   非導通状態に配列され、さらに各列のセルがその外周側
   電極をいずれか一方の導電板に導通させるとともにイン
   ターコネクターを他の導電板に導通させることにより互
   いに直列に接続されていることを特徴とする固体電解質
   型燃料電池の構造。