JPH08162142A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents

固体電解質型燃料電池

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JPH08162142A
JPH08162142A JP6319385A JP31938594A JPH08162142A JP H08162142 A JPH08162142 A JP H08162142A JP 6319385 A JP6319385 A JP 6319385A JP 31938594 A JP31938594 A JP 31938594A JP H08162142 A JPH08162142 A JP H08162142A
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JP
Japan
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cell
electrode
baffle plate
fuel cell
tube
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Application number
JP6319385A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Nakajima
弘之 中島
Kimiyasu Tachibana
公康 立花
Masanobu Aizawa
正信 相沢
Masahiro Kuroishi
正宏 黒石
Haruo Nishiyama
治男 西山
Hiroyuki Nagayama
博之 永山
Akira Ueno
晃 上野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toto Ltd
Kyushu Electric Power Co Inc
Original Assignee
Toto Ltd
Kyushu Electric Power Co Inc
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 円筒型セル(チューブ)の外側のガス流路を
流れるガスの反応度を高め、発電性能が向上した固体電
解質型燃料電池を提供する。 【構成】 本発明の固体電解質型燃料電池においては、
隣り合う円筒型セル1の外周面によって区画されるチュ
ーブ外ガス流路18にじゃま板21が設けられており、
このじゃま板21によって、円筒型セル1の表面から離
れたチューブ外ガス流路18中央部におけるガス流が阻
害される。そのため、大半のガスがセル外面と接触し
て、セルにおける化学的燃焼反応すなわち発電反応に寄
与することとなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、円筒型セルタイプの固
体電解質型燃料電池(以下CTC−SOFCとも言う)
に関する。特には、チューブ(円筒型セル)の外側のガ
ス(空気、燃料)流路を流れるガスの反応率を高め、発
電性能が向上した固体電解質型燃料電池に関する。
【0002】
【従来の技術】特公平1−59705には、円筒型セル
タイプのSOFCの一例が開示されている。このSOF
Cは、支持管−空気極−固体電解質層−燃料極−インタ
ーコネクターから構成される多層円筒型セルを有する。
空気極側に酸素(空気)を流し、燃料極側にガス燃料
(H2 ・CO等)を流してやると、このセル内でO2-
オンが移動して化学的燃焼が起り、空気電極と燃料電極
の間に電位が生じ発電が行われる。
【0003】図3は、従来の固体電解質型燃料電池の断
面を示す図である。図3のCTC−SOFCは、4本の
発電セル集合体(スタック)2と、この発電セル集合体
(スタック)2を挟んで対向する第1集電板と第2集電
板を有する。発電セル1は、円筒形のチューブ状をして
おり、図1の紙面に垂直な方向に長く延びている。発電
セル1の断面は多層構造をしており、内側から外側に向
かって、支持管11、空気電極13、固体電解質層1
5、燃料電極17の4層構造となっている。このうち、
支持管11を空気電極13が兼ねることもある。各層を
酸化物セラミックスや耐熱・耐酸化性の金属で構成して
いる。
【0004】発電セル1の図の上部には、インターコネ
クター19が設けられている。インターコネクター19
の内面(下面)は、空気電極(内面電極)13に接して
おり、インターコネクター19の外面(上面)はセル1
の外表面上に突出している。インターコネクター19側
面周辺には、燃料電極(外面電極)17が設けられてお
らず、固体電解質層15が露出している。
【0005】セル集合体を運転温度(約1000℃)に
加熱した状態で、セル1の内孔(空気流路10)に空気
(又は酸素)を流し、外面(燃料流路18)にH2 ・C
O等の燃料を流すと、上述のとおり、空気電極13にプ
ラス、燃料電極17にマイナスの電圧が生じる。インタ
ーコネクター19は空気電極13と電気的に接続されて
いるので、インターコネクター19もプラスとなる。
【0006】発電セル集合体2における各セル1の電気
的接続関係について説明する。上下のセルは、上セルの
外面電極17(マイナス)と、下セルのインターコネク
ター19とが、Niフェルト3を介して接続されてい
る。したがって、上下セルは直列に接続されている。左
右のセルは、両セルの外面電極17同士が、Niフェル
ト3’を介して接続されている。したがって、左右のセ
ルは並列に接続されている。各セルの発電電圧は約1ボ
ルト程度であるので、100ボルトの出力電圧を得るた
めには、セルを100個直列に接続しなければならな
い。
【0007】セル集合体2の最外列(図の上面、下面)
には集電板5、7が接している。第1集電板5は、Ni
フェルト3を介して、セルのインターコネクター19に
電気的に接続されている。第2集電板7は、Niフェル
ト3を介してセルの外面電極17に電気的に接続されて
いる。したがって、第1集電板5にはセル全体のプラス
出力電圧が、第2集電板7にはセル全体のマイナス出力
電圧が出力される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来のCTC−SOF
Cにおいては、チューブ外ガス流路18を流れる燃料の
うち、セルの表面から遠い部分(流路中央部)を流れる
燃料のかなりの部分が、セルに接触せずセルにおける化
学的燃焼反応にあずからないで、SOFCの外に排出さ
れているおそれがあった。ちなみに、チューブ外ガス流
路18の断面積は、セル(セル集合体部)の断面積の3
0%近くになっていた。未反応燃料は、SOFC外で通
常の燃焼に供せられ、その顕熱はある程度有効に利用さ
れるものではあるが、SOFC発電システム全体の発電
効率を上げるためには、より多くの燃料がセル内で反応
して直接的な発電に寄与することが望ましい。一方、チ
ューブ外ガス流路に空気を流す場合も、余分な空気を流
すことによる熱ロスを防ぐ観点から、同様の課題があっ
た。また、集合体を形成する上でセルの四方をNiフェ
ルトでつないでいるが、セッティング際中や、昇温時の
収縮などのため、Niフェルトがずれやすく、ずれるこ
とにより電池を短絡したり、接触不良の原因となってい
た。
【0009】本発明は、円筒型セル(チューブ)の外側
のガス流路を流れるガスの反応度を高め、発電性能が向
上した固体電解質型燃料電池を提供することを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の固体電解質型燃料電池は、多層円筒状に積
層された空気電極、固体電解質層及び燃料電極と、空気
電極または燃料電極のうち内面側の電極(内面電極)と
電気的に接続され、円筒外面に表出するインターコネク
ターと、を有する複数の円筒型セルの集合体を有し;該
円筒型セル集合体は、隣り合う円筒型セルの外面の電極
(外面電極)とインターコネクターとが接して配列され
ている固体電解質型燃料電池であって;隣り合う円筒型
セルの外周面によって区画されるチューブ外ガス流路に
じゃま板が設けられており、このじゃま板によって、円
筒型セル表面から離れたチューブ外ガス流路中央部にお
けるガス流が阻害されることを特徴とする。さらに、じ
ゃま板を導電性材質で形成することにより、並列接続の
Niフェルトを不要にしたことを特徴とする。
【0011】
【作用】チューブ外ガス流路中央部のガス流はじゃま板
によって妨害されるため、大半のガス流がセル外面近く
を通過することになる。そのため、大半のガスがセル外
面と接触して、セルにおける化学的燃焼反応すなわち発
電反応に寄与することとなる。したがって、固体電解質
型燃料電池の発電性能が向上する。また、じゃま板を導
電性材質で形成した場合には、並列接続のNiフェルト
が不要になり、左右のフェルトが発電中にずれることが
なくなる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図1は、
本発明の一実施例に係る固体電解質型燃料電池(SOF
C)の構造を表す断面図である。図3の従来例のSOF
Cと同様の部分は、同一の符号で示されている、。図1
のSOFCの特長は、じゃま板21を有する中間集電板
9が設けられていることである。また、外側の集電板5
にも、じゃま板23が設けられている。
【0013】本実施例の中間集電板9は、Ni合金等の
板金製であり、薄い板状の平板部20は、その一面(図
の上面)がNiフェルト3を介して、上段列の発電セル
1の外面電極(燃料電極)17と接している。平板部2
0のほかの一面(図の下面)は、下段列の発電セル1の
インターコネクター19と直接接している(Niフェル
ト3を介してもよい)。そのため、該外面電極17と該
インターコネクター19とは電気的に接続されており、
上下の列の発電セル1は直列に接続されていることにな
る。
【0014】中間集電板9はNi合金等の導電性材質で
あり、上下列の各発電セル1間に延びるように一体物と
して(あるいは接続されて)設けられており、各発電セ
ル1と上記のように接続されている。したがって、横の
列の各発電セル1は、中間集電板9によって、並列に接
続されていることとなる。このように構成することの利
点としては、図3に示されている、横列の発電セルを並
列に接続するためのNiフェルト3´が不要となるた
め、Niフェルト3´と接触することにより発電反応が
不良となるような電池部分がなくなって、SOFCの発
電性能(発電量)が向上することである。中間集電板9
は、加工の容易性や、コストの点から板金製が好まし
い。材質は、高温還元雰囲気で使用することから、Ni
あるいはNi系耐熱合金が好ましい。
【0015】図1の実施例の中間集電板9のじゃま板2
1はひし形(45°傾いた正方形)である。ちなみに、
発電セル(チューブ)1の外径12mmに対して、じゃま
板21の一片は6mmである。一方、集電板5の内面(セ
ル側)の、セルとセルとの間の部分にも、短辺6mmの二
等辺直角三角形のじゃま板23が取り付けられている。
このように構成することにより、チューブ外ガス流路1
8の断面積は約半分になった。なお、じゃま板23は、
セルの軸方向(図1の紙面垂直方向)には、連続したも
の(棒状)であってもよいし、何枚かの板をスダレ状に
取り付けたものであってもよい。
【0016】図2は、上記実施例の固体電解質型燃料電
池(じゃま板付き電極)と従来の固体電解質型燃料電池
(従来集電)の発電性能を表すグラフである。横軸は電
流密度(全電流÷有効電極面積)を、縦軸は出力密度
(全出力÷有効電極面積)を示す。このグラフから分か
るように、本発明の実施例の固体電解質型燃料電池で
は、約15%出力が向上した。
【0017】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の固体電解質型燃料電池は以下の効果を発揮する。 チューブ外ガス流路を流れるガスがセル表面に近接
して流れるため、ガスの反応率が高まり発熱効果が高く
なる。 中間集電板を有する場合には、並列接続用のセル相
互接触部を設ける必要がないので、セルの集積が容易に
なり、さらに発電中にフェルトがずれることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例にかかる固体電解質型燃料電
池(SOFC)の構造を表す断面図である。
【図2】上記実施例の固体電解質型燃料電池(じゃま板
付き電極)と従来の固体電解質型燃料電池(従来集電)
の発電性能を表すグラフである。
【図3】図3は、従来のCTC−SOFCの構造を表す
断面図である。
【符号の説明】
1 円筒型発電セル 2 セル集合体 3 Niフェルト 5 集電板 9 中間集電板 10 チューブ内ガ
ス流路 11 支持管 13 内面電極 15 固体電解質層 17 外面電極 18 チューブ外ガス流路 19 インターコ
ネクター 20 平板部 21 じゃま板 23 じゃま板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 立花 公康 福岡市南区塩原2丁目1番47号 九州電力 株式会社総合研究所内 (72)発明者 相沢 正信 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番1 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 黒石 正宏 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番1 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 西山 治男 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番1 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 永山 博之 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番1 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 上野 晃 福岡県北九州市小倉北区中島2丁目1番1 号 東陶機器株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多層円筒状に積層された空気電極、固体
    電解質層及び燃料電極と、 空気電極または燃料電極のうち内面側の電極(内面電
    極)と電気的に接続され、円筒外面に表出するインター
    コネクターと、 を有する複数の円筒型セルの集合体を有し;該円筒型セ
    ル集合体は、隣り合う円筒型セルの外面の電極(外面電
    極)とインターコネクターとが接して配列されている固
    体電解質型燃料電池であって;隣り合う円筒型セルの外
    周面によって区画されるチューブ外ガス流路にじゃま板
    が設けられており、 このじゃま板によって、円筒型セル表面から離れたチュ
    ーブ外ガス流路中央部におけるガス流が阻害されること
    を特徴とする固体電解質型燃料電池。
  2. 【請求項2】 隣り合う円筒型セルのインターコネクタ
    ーと外面側電極との間に集電バーを有し、この集電バー
    に上記じゃま板が付設されている請求項1記載の固体電
    解質型燃料電池。
  3. 【請求項3】 上記じゃま板を導電性材質で構成するこ
    とを特徴とする請求項1又は2記載の固体電解質型燃料
    電池。
JP6319385A 1994-11-30 1994-11-30 固体電解質型燃料電池 Pending JPH08162142A (ja)

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