JPH0828229B2 - 燃料電池の焼成方法 - Google Patents
燃料電池の焼成方法Info
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- JPH0828229B2 JPH0828229B2 JP4331441A JP33144192A JPH0828229B2 JP H0828229 B2 JPH0828229 B2 JP H0828229B2 JP 4331441 A JP4331441 A JP 4331441A JP 33144192 A JP33144192 A JP 33144192A JP H0828229 B2 JPH0828229 B2 JP H0828229B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池の焼成方法に係
わり、特に高積層したセル積層体を焼成するときの積層
体の傾きや水平方向のずれを抑える焼成方法に関する。
わり、特に高積層したセル積層体を焼成するときの積層
体の傾きや水平方向のずれを抑える焼成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池の作成にあたり焼
成作業が行われる。焼成とは電解質（炭酸塩）を融解
し、融解した電解質を保持しておく電解質基板へ染み込
ませる作業であって、通常なるべく電池モジュール全体
の温度が等しくなるように途中で何度か温度を保持した
状態で行われ、最終的に燃料電池の運転温度である650
℃まで昇温される。焼成前においては電解質基板には固
体炭酸塩が塗布された状態となっており、焼成過程にお
いて温度491 ℃付近に達すると電解質板に塗布された炭
酸塩が溶融する。その結果、塗布された炭酸塩の厚み分
が積層方向で収縮することになる。従来の焼成ではセル
面内にその積層方向に温度分布がつくことが避けられ
ず、しかも全セルに同じようにセル面内の温度分布が付
くことから、炭酸塩が溶け出すと一斉に同じ方向にセル
が傾いてしまう事態が生じてきている。その傾きの度合
いは、20セル程度で30mm程度の収縮量の差による傾きと
なる。
成作業が行われる。焼成とは電解質（炭酸塩）を融解
し、融解した電解質を保持しておく電解質基板へ染み込
ませる作業であって、通常なるべく電池モジュール全体
の温度が等しくなるように途中で何度か温度を保持した
状態で行われ、最終的に燃料電池の運転温度である650
℃まで昇温される。焼成前においては電解質基板には固
体炭酸塩が塗布された状態となっており、焼成過程にお
いて温度491 ℃付近に達すると電解質板に塗布された炭
酸塩が溶融する。その結果、塗布された炭酸塩の厚み分
が積層方向で収縮することになる。従来の焼成ではセル
面内にその積層方向に温度分布がつくことが避けられ
ず、しかも全セルに同じようにセル面内の温度分布が付
くことから、炭酸塩が溶け出すと一斉に同じ方向にセル
が傾いてしまう事態が生じてきている。その傾きの度合
いは、20セル程度で30mm程度の収縮量の差による傾きと
なる。
【０００３】従来行われてきた燃料電池の焼成方法を図
７に基づき具体的に説明する。図において１は単位セル
であり、溶融後に電解質として作用する固体炭酸塩が配
置された電解質板と、該電解質板を挟持するカノード及
びカソードからなる一対の電極と、該一対の電極の前記
電解質基板と反対側に配置され、隣接する電極に反応ガ
スを流通せしめるガス流路を形成するセパレータで構成
される。該単位セルが複数積層されて積層セル群６をな
し、該積層セル群６はそこに反応ガスを流通させるアノ
−ドガスヘッダ２、カソ−ドガスヘッダ３により挟持さ
れて燃料電池モジュ−ル４を形成し、該燃料電池モジュ
−ル４が複数個積層状に組み込まれ燃料電池積層体が構
成される。このような燃料電池積層体に組み込まれてい
る上記各セル１を焼成する場合、焼成過程において、ア
ノ−ドガスヘッダ２、カソ−ドガスヘッダ３を通して各
セルへ供給されるガスを、外部設置された図示しないプ
レヒ−タで温めながら積層セル群６へ流し、内部から積
層セル群６を加熱すると同時に、積層セル群６の側面に
配置したヒ−タ７、上面、下面に配置したヒ−タ１３で
外側から加熱し、電池モジュ−ル４を構成する全てのセ
ル１が均一な温度となるように、電解質板の炭酸塩が溶
融する温度４９１℃付近の昇温速度を１℃／ｈ程度に小
さくして緩やかに焼成する方法が取られている。それに
より、固体炭酸塩が溶融して電解質基板に含浸され、燃
料電池モジュ−ル４は固体炭酸塩の厚み分だけ積層方向
に収縮する。
７に基づき具体的に説明する。図において１は単位セル
であり、溶融後に電解質として作用する固体炭酸塩が配
置された電解質板と、該電解質板を挟持するカノード及
びカソードからなる一対の電極と、該一対の電極の前記
電解質基板と反対側に配置され、隣接する電極に反応ガ
スを流通せしめるガス流路を形成するセパレータで構成
される。該単位セルが複数積層されて積層セル群６をな
し、該積層セル群６はそこに反応ガスを流通させるアノ
−ドガスヘッダ２、カソ−ドガスヘッダ３により挟持さ
れて燃料電池モジュ−ル４を形成し、該燃料電池モジュ
−ル４が複数個積層状に組み込まれ燃料電池積層体が構
成される。このような燃料電池積層体に組み込まれてい
る上記各セル１を焼成する場合、焼成過程において、ア
ノ−ドガスヘッダ２、カソ−ドガスヘッダ３を通して各
セルへ供給されるガスを、外部設置された図示しないプ
レヒ−タで温めながら積層セル群６へ流し、内部から積
層セル群６を加熱すると同時に、積層セル群６の側面に
配置したヒ−タ７、上面、下面に配置したヒ−タ１３で
外側から加熱し、電池モジュ−ル４を構成する全てのセ
ル１が均一な温度となるように、電解質板の炭酸塩が溶
融する温度４９１℃付近の昇温速度を１℃／ｈ程度に小
さくして緩やかに焼成する方法が取られている。それに
より、固体炭酸塩が溶融して電解質基板に含浸され、燃
料電池モジュ−ル４は固体炭酸塩の厚み分だけ積層方向
に収縮する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
示す方法で燃料電池を焼成する場合、積層セルの面積及
び高さが大きくなるほど積層セルの周囲と中央部との間
に、あるいは積層方向の上層部と下層部との間に大きな
温度差が生じ、目的とする焼成温度となるセル部分は一
部だけとなってしまう。このため目的とする焼成パター
ンどおりに全てのセルを焼成することは実際上困難であ
る。また、炭酸塩が溶融し始める焼成途中の491℃付近
においては、上記のようにセル面内に温度差が生じてお
り、しかも積層した全てのセルの温度分布の傾向が似て
いるため、セルの特定の部分から炭酸塩が溶けだし、セ
ル積層体は溶けだした方向へ傾いたり水平方向にセルが
ずれたりしてしまう。この傾きは前記のように20セル程
度で30mm程度の収縮量の差による傾きとなり、積層セル
数をそれ以上増加させた燃料電池モジュールの場合、収
縮量の差による傾きはさらに大きくなり、電池性能劣化
への影響ばかりではなく、電池スタック全体の倒壊をも
招きかねない危険な状況を生み出し、安全面においても
重要な問題である。
示す方法で燃料電池を焼成する場合、積層セルの面積及
び高さが大きくなるほど積層セルの周囲と中央部との間
に、あるいは積層方向の上層部と下層部との間に大きな
温度差が生じ、目的とする焼成温度となるセル部分は一
部だけとなってしまう。このため目的とする焼成パター
ンどおりに全てのセルを焼成することは実際上困難であ
る。また、炭酸塩が溶融し始める焼成途中の491℃付近
においては、上記のようにセル面内に温度差が生じてお
り、しかも積層した全てのセルの温度分布の傾向が似て
いるため、セルの特定の部分から炭酸塩が溶けだし、セ
ル積層体は溶けだした方向へ傾いたり水平方向にセルが
ずれたりしてしまう。この傾きは前記のように20セル程
度で30mm程度の収縮量の差による傾きとなり、積層セル
数をそれ以上増加させた燃料電池モジュールの場合、収
縮量の差による傾きはさらに大きくなり、電池性能劣化
への影響ばかりではなく、電池スタック全体の倒壊をも
招きかねない危険な状況を生み出し、安全面においても
重要な問題である。
【０００５】本発明の目的は、上記したような従来技術
によって生じている問題を解消した燃料電池の焼成方法
を得ることにある。すなわち、本発明の目的は、高積層
したセルを焼成するときに生じるセルの横ずれや傾きを
解消し、電池性能劣化への影響がなくかつ電池スタック
全体を安全な状態で焼成することのできる燃料電池の焼
成方法を得ることにある。
によって生じている問題を解消した燃料電池の焼成方法
を得ることにある。すなわち、本発明の目的は、高積層
したセルを焼成するときに生じるセルの横ずれや傾きを
解消し、電池性能劣化への影響がなくかつ電池スタック
全体を安全な状態で焼成することのできる燃料電池の焼
成方法を得ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決しかつ目的を達成するために、基本的に、溶融後に電
解質として作用する固体炭酸塩が配置された電解質板
と、該電解質板を挟持するアノード及びカソードからな
る一対の電極と、該一対の電極の前記電解質基板と反対
側に配置され、隣接する電極に反応ガスを流通せしめる
ガス流路を形成するセパレータで構成される単位セルが
複数積層された積層セル群と、該積層セル群に反応ガス
を流通されるガスヘッダとから構成され、焼成過程にお
いて、該固体炭酸塩が溶融して電解質基板に含浸され、
それにより、前記配置された固体炭酸塩の厚み分が積層
方向で収縮する形式の燃料電池モジュールを一つ又は複
数持つ燃料電池積層体における焼成方法であって、該積
層体の所定のセルごとに時間的ずれをもって炭酸塩が溶
融するように制御できる加熱方法により焼成することを
特徴とする燃料電池の焼成方法を提供する。
決しかつ目的を達成するために、基本的に、溶融後に電
解質として作用する固体炭酸塩が配置された電解質板
と、該電解質板を挟持するアノード及びカソードからな
る一対の電極と、該一対の電極の前記電解質基板と反対
側に配置され、隣接する電極に反応ガスを流通せしめる
ガス流路を形成するセパレータで構成される単位セルが
複数積層された積層セル群と、該積層セル群に反応ガス
を流通されるガスヘッダとから構成され、焼成過程にお
いて、該固体炭酸塩が溶融して電解質基板に含浸され、
それにより、前記配置された固体炭酸塩の厚み分が積層
方向で収縮する形式の燃料電池モジュールを一つ又は複
数持つ燃料電池積層体における焼成方法であって、該積
層体の所定のセルごとに時間的ずれをもって炭酸塩が溶
融するように制御できる加熱方法により焼成することを
特徴とする燃料電池の焼成方法を提供する。
【０００７】焼成時に所定のセルの面内温度分布をも均
一になるように制御して焼成することはより好ましい態
様である。さらに、前記制御を、セルの積層方向に温度
分布を付けることのできるように該積層体の周囲に分割
して設置したヒータの温度を制御して行うこと、セルの
水平面の温度分布が均一となるように温度制御をするこ
とができるように該積層体の水平面方向に分割して設置
したヒータの温度を制御して行うこと、あるいは焼成時
に該燃料電池モジュ−ルのそれぞれのガスヘッダに供給
するガスの温度を制御して行うこと、さらにはその双方
を用いて行うことは同様に好ましい態様である。
一になるように制御して焼成することはより好ましい態
様である。さらに、前記制御を、セルの積層方向に温度
分布を付けることのできるように該積層体の周囲に分割
して設置したヒータの温度を制御して行うこと、セルの
水平面の温度分布が均一となるように温度制御をするこ
とができるように該積層体の水平面方向に分割して設置
したヒータの温度を制御して行うこと、あるいは焼成時
に該燃料電池モジュ−ルのそれぞれのガスヘッダに供給
するガスの温度を制御して行うこと、さらにはその双方
を用いて行うことは同様に好ましい態様である。
【０００８】また、焼成中に生じる該積層体の傾きを適
宜の手段により測定し、該測定値に基づき全体の傾きを
抑えるように前記制御を行うようにしてもよく、さら
に、該積層体の上下方向に温度勾配を付けて焼成をおこ
ない、より上側に位置するセル側の炭酸塩から順次溶融
させていくことにより、該積層体の傾きを抑えるように
焼成を行うことも好ましい態様である。
宜の手段により測定し、該測定値に基づき全体の傾きを
抑えるように前記制御を行うようにしてもよく、さら
に、該積層体の上下方向に温度勾配を付けて焼成をおこ
ない、より上側に位置するセル側の炭酸塩から順次溶融
させていくことにより、該積層体の傾きを抑えるように
焼成を行うことも好ましい態様である。
【０００９】より具体的には、本発明による燃料電池の
焼成方法の特徴は、焼成時に生じる傾きや横ずれを防止
するため、高積層したセルの高さ方向及び水平面におい
て温度分布を制御して加熱できる加熱手段を設置するこ
とにより、特定枚数のセルごとに炭酸塩が溶融するよう
に積層方向に昇温時期がずれるように該加熱手段を操作
して焼成を行うようにしている点にある。
焼成方法の特徴は、焼成時に生じる傾きや横ずれを防止
するため、高積層したセルの高さ方向及び水平面におい
て温度分布を制御して加熱できる加熱手段を設置するこ
とにより、特定枚数のセルごとに炭酸塩が溶融するよう
に積層方向に昇温時期がずれるように該加熱手段を操作
して焼成を行うようにしている点にある。
【００１０】
【作用】本発明の焼成方法によれば、高積層されたセル
を部分的に加熱することができ、これによって、上記の
ようにセル面内に温度分布が生じていても、スタックが
傾く原因となる炭酸塩融解の時間差がセル面内で生じて
いるセルの枚数を最小限の枚数にとどめることが可能と
なる。その結果セル面に傾きを生じるのはこの最小限の
枚数のセルだけであるため、従来のように全セルが同時
に傾きを生じる場合に比べてその傾き度合いをきわめて
小さくすることができる。例えば全セル数20枚のスタッ
クにおいて面内で傾きを生じるセル数が５枚程度になる
ように温度制御を行えば、従来の方法に比べて傾きを４
分の１に減少することが可能となる。
を部分的に加熱することができ、これによって、上記の
ようにセル面内に温度分布が生じていても、スタックが
傾く原因となる炭酸塩融解の時間差がセル面内で生じて
いるセルの枚数を最小限の枚数にとどめることが可能と
なる。その結果セル面に傾きを生じるのはこの最小限の
枚数のセルだけであるため、従来のように全セルが同時
に傾きを生じる場合に比べてその傾き度合いをきわめて
小さくすることができる。例えば全セル数20枚のスタッ
クにおいて面内で傾きを生じるセル数が５枚程度になる
ように温度制御を行えば、従来の方法に比べて傾きを４
分の１に減少することが可能となる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明をいくつかの実施例に基づきよ
り詳細に説明する。なお、燃料電池の全体の構造は図７
に基づき先に説明した従来例のものとほぼ同一であるの
で、同一の部材には同一の符号を付すことにより詳細な
説明は省略する。図１は本発明の第１の実施例を示す側
面図であり、電池積層体の４周に位置する側面加熱用ヒ
ータ70が積層方向に分割された複数の単位ヒータ71、71
…により構成されており、また、同様に電池積層体の最
上位、最下位及び単位電池モジュール４、４間に位置す
る水平面加熱用ヒータ130も面内で複数の単位ヒータ13
1、131…に分割されている。さらに、図２にその一部を
模式的に示すように、各電池モジュール４、４…にはそ
のセル内部の適宜の位置に熱電対に代表されるような温
度センサ14（Ｂ１〜Ｂ８）を設置しており、該温度セン
サ14により計測された温度情報はスタック外部に設置し
た出力制御装置15に取り込まれる。
り詳細に説明する。なお、燃料電池の全体の構造は図７
に基づき先に説明した従来例のものとほぼ同一であるの
で、同一の部材には同一の符号を付すことにより詳細な
説明は省略する。図１は本発明の第１の実施例を示す側
面図であり、電池積層体の４周に位置する側面加熱用ヒ
ータ70が積層方向に分割された複数の単位ヒータ71、71
…により構成されており、また、同様に電池積層体の最
上位、最下位及び単位電池モジュール４、４間に位置す
る水平面加熱用ヒータ130も面内で複数の単位ヒータ13
1、131…に分割されている。さらに、図２にその一部を
模式的に示すように、各電池モジュール４、４…にはそ
のセル内部の適宜の位置に熱電対に代表されるような温
度センサ14（Ｂ１〜Ｂ８）を設置しており、該温度セン
サ14により計測された温度情報はスタック外部に設置し
た出力制御装置15に取り込まれる。
【００１２】出力制御装置15は予め設定したスタック全
体の焼成時の昇温パターンと入力した温度情報とを比較
し、側面加熱用ヒータ70を構成する各単位ヒータ71、71
…及び水平面加熱用ヒータ130を構成する各単位ヒータ1
31、131…のそれぞれに制御された独立した出力情報
（Ａ１〜Ａ20）を出力する。そして、測定温度情報と出
力情報とはフィードバックし続けることにより、各単位
ヒータに適切な温度差を与えるよう構成されている。
体の焼成時の昇温パターンと入力した温度情報とを比較
し、側面加熱用ヒータ70を構成する各単位ヒータ71、71
…及び水平面加熱用ヒータ130を構成する各単位ヒータ1
31、131…のそれぞれに制御された独立した出力情報
（Ａ１〜Ａ20）を出力する。そして、測定温度情報と出
力情報とはフィードバックし続けることにより、各単位
ヒータに適切な温度差を与えるよう構成されている。
【００１３】このような構成により、側面加熱用ヒータ
７０によって積層方向には温度勾配を与え、水平面加熱
用ヒータ１３０によって水平面方向には温度が均一にな
るようにヒータ出力を制御する。また、水平面加熱用ヒ
ータ１３０を電池スタックに複数設置する場合は、ある
水平面を強く加熱し、ある水平面を弱く加熱するという
ように各々のヒータ出力を調節することで、複数の水平
面温度を変えることが可能となり、積層方向に温度勾配
を与えることもできる。
７０によって積層方向には温度勾配を与え、水平面加熱
用ヒータ１３０によって水平面方向には温度が均一にな
るようにヒータ出力を制御する。また、水平面加熱用ヒ
ータ１３０を電池スタックに複数設置する場合は、ある
水平面を強く加熱し、ある水平面を弱く加熱するという
ように各々のヒータ出力を調節することで、複数の水平
面温度を変えることが可能となり、積層方向に温度勾配
を与えることもできる。
【００１４】それにより、焼成時において各積層セルの
水平面方向での温度分布を均一にし、また高さ方向での
温度分布を予め設定した任意の値に制御することが可能
となり、好ましくは積層セル４の炭酸塩が融解する時期
が例えば最上部に位置するセルから順に所定の枚数ずつ
ずれてくるよう電池スタック全体に所望の温度勾配を与
えることができる。また、積層セルの周囲と中央部との
間に、あるいは積層方向の上層部と下層部との間に所望
しない大きな温度差が生じるのも防止することができ
る。
水平面方向での温度分布を均一にし、また高さ方向での
温度分布を予め設定した任意の値に制御することが可能
となり、好ましくは積層セル４の炭酸塩が融解する時期
が例えば最上部に位置するセルから順に所定の枚数ずつ
ずれてくるよう電池スタック全体に所望の温度勾配を与
えることができる。また、積層セルの周囲と中央部との
間に、あるいは積層方向の上層部と下層部との間に所望
しない大きな温度差が生じるのも防止することができ
る。
【００１５】すなわち、本発明による燃料電池の焼成方
法においては面方向及び高さ方向のヒータを個々に温度
制御することができることから、例えば特定枚数のセル
ごとに炭酸塩が溶融するように積層方向に昇温時期がず
れるように操作して焼成を行うことが可能となり、従来
の焼成時に生じていたような炭酸塩が溶融し始める焼成
途中の491℃付近においてセルの特定の部分から炭酸塩
が溶けだしてセル積層体が溶けだした方向へ傾いたり水
平方向にセルがずれたりしてしまうという不都合を最小
限に回避することができる。
法においては面方向及び高さ方向のヒータを個々に温度
制御することができることから、例えば特定枚数のセル
ごとに炭酸塩が溶融するように積層方向に昇温時期がず
れるように操作して焼成を行うことが可能となり、従来
の焼成時に生じていたような炭酸塩が溶融し始める焼成
途中の491℃付近においてセルの特定の部分から炭酸塩
が溶けだしてセル積層体が溶けだした方向へ傾いたり水
平方向にセルがずれたりしてしまうという不都合を最小
限に回避することができる。
【００１６】電池スタック全体の積層方向の昇温時期の
時間的ずれをどのようなパターンで行うかは任意であ
り、最上方に位置するセルから順次下方のセルへ昇温時
期を送らせるようにしてもよく、その逆のパターンであ
ってもよい。また、積層方向の中央部から上下両方向に
時間的ずれをもたせるようにしてもよい。これらは電池
スタック積層体の構造等の要因により実験的に最適なも
のが選択される。
時間的ずれをどのようなパターンで行うかは任意であ
り、最上方に位置するセルから順次下方のセルへ昇温時
期を送らせるようにしてもよく、その逆のパターンであ
ってもよい。また、積層方向の中央部から上下両方向に
時間的ずれをもたせるようにしてもよい。これらは電池
スタック積層体の構造等の要因により実験的に最適なも
のが選択される。
【００１７】図３は水平面ヒータ130の他の実施例を示
している。この水平面ヒータ130は既に知られているカ
ートリッジヒータ16を水平面に複数個並べて構成したも
のであり、各カートリッジヒータ16は図２に示した実施
例の場合と同様に適宜の出力制御装置によりそれぞれ独
立してあるいはグループ化して出力を制御するようにさ
れる。
している。この水平面ヒータ130は既に知られているカ
ートリッジヒータ16を水平面に複数個並べて構成したも
のであり、各カートリッジヒータ16は図２に示した実施
例の場合と同様に適宜の出力制御装置によりそれぞれ独
立してあるいはグループ化して出力を制御するようにさ
れる。
【００１８】さらに、図２、３に示した温度センサ14の
位置及び個数、側面加熱用ヒータ70の分割制御できる個
数、水平面加熱用ヒータ130の分割制御できる個数、ま
た図１にあるガスヘッダ、積層モジュール数等は対象と
する燃料電池により種々変更できることは容易に理解さ
れることであり、従って、本発明はそれらに制限される
ものではないことは明らかである。さらに、側面加熱用
ヒータ70と水平面加熱用ヒータ130との双方を分割制御
することも必ずしも必要でなく、対象とする燃料電池の
構成によっては側面加熱用ヒータ70のみを分割制御する
ことによっても所期の目的は達成できることも容易に理
解されよう。
位置及び個数、側面加熱用ヒータ70の分割制御できる個
数、水平面加熱用ヒータ130の分割制御できる個数、ま
た図１にあるガスヘッダ、積層モジュール数等は対象と
する燃料電池により種々変更できることは容易に理解さ
れることであり、従って、本発明はそれらに制限される
ものではないことは明らかである。さらに、側面加熱用
ヒータ70と水平面加熱用ヒータ130との双方を分割制御
することも必ずしも必要でなく、対象とする燃料電池の
構成によっては側面加熱用ヒータ70のみを分割制御する
ことによっても所期の目的は達成できることも容易に理
解されよう。
【００１９】図４は、本発明の第２の実施例を示す側面
図であり、アノードガス、カソードガスを所定のガスヘ
ッダへ供給するためのガス母管から分岐したガス配管に
ヒータを設置し、焼成時にアノードガス、カソードガス
の温度を制御可能とすることにより電池スタックの積層
方向に温度勾配を与えるようにしたものである。図にお
いて、セルを一定の枚数積層した積層セル６をカソード
ヘッダ３の上下に配置して、さらにアノードガスヘッダ
２をその上下から挟んで単位電池モジュール４を構成し
ている。この電池モジュール４を何層も積層してその上
下に水平面加熱ヒータ13を設置し、その側面及び上下を
保温材12で断熱し、電池スタック８を構成している。こ
れらは第１の実施例と同様な構成である。さらに、それ
ぞれのアノードガスヘッダ２にはアノードガス配管18が
分岐管を介して接続し、またそれぞれのカソードヘッダ
３にはカソードガス配管19が同様に分岐管を介して接続
している。各分岐管にはトレースヒータ17が設置されて
いる。
図であり、アノードガス、カソードガスを所定のガスヘ
ッダへ供給するためのガス母管から分岐したガス配管に
ヒータを設置し、焼成時にアノードガス、カソードガス
の温度を制御可能とすることにより電池スタックの積層
方向に温度勾配を与えるようにしたものである。図にお
いて、セルを一定の枚数積層した積層セル６をカソード
ヘッダ３の上下に配置して、さらにアノードガスヘッダ
２をその上下から挟んで単位電池モジュール４を構成し
ている。この電池モジュール４を何層も積層してその上
下に水平面加熱ヒータ13を設置し、その側面及び上下を
保温材12で断熱し、電池スタック８を構成している。こ
れらは第１の実施例と同様な構成である。さらに、それ
ぞれのアノードガスヘッダ２にはアノードガス配管18が
分岐管を介して接続し、またそれぞれのカソードヘッダ
３にはカソードガス配管19が同様に分岐管を介して接続
している。各分岐管にはトレースヒータ17が設置されて
いる。
【００２０】この実施例において、アノードガスはアノ
ードガス配管18からアノードガスヘッダ２へ供給され、
カソードガスはカソードガス配管19からカソードガスヘ
ッダ３へ供給される。焼成時において、分岐した配管に
設置させたトレースヒータ17により、このガス温度は後
記するように調整される。図５は実施例２におけるトレ
ースヒータ17の出力制御方法を示している。電池モジュ
ール４内には実施例１の場合と同様に温度センサ14が設
置されており、該センサにより測定されたモジュール内
各部の温度情報は、外部設置した出力制御装置15に取り
込まれる。出力制御装置15の機能は第１の実施例の場合
と同様であり、予め設定したスタック全体の焼成時の昇
温パターンと入力された温度情報とを比較する。そして
アノードガス配管18及びカソードガス配管19それぞれの
分岐配管に設置させたトレースヒータ17に対して、実施
例１の場合と同様にそれぞれに制御された独立した出力
情報を出力する。測定温度情報と出力情報とはフィード
バックし続けられ、それにより各電池モジュールに供給
されるアノードガス及びカソードガスの温度は、適切な
温度制御を受け、各電池モジュールに適切な温度差を与
える。
ードガス配管18からアノードガスヘッダ２へ供給され、
カソードガスはカソードガス配管19からカソードガスヘ
ッダ３へ供給される。焼成時において、分岐した配管に
設置させたトレースヒータ17により、このガス温度は後
記するように調整される。図５は実施例２におけるトレ
ースヒータ17の出力制御方法を示している。電池モジュ
ール４内には実施例１の場合と同様に温度センサ14が設
置されており、該センサにより測定されたモジュール内
各部の温度情報は、外部設置した出力制御装置15に取り
込まれる。出力制御装置15の機能は第１の実施例の場合
と同様であり、予め設定したスタック全体の焼成時の昇
温パターンと入力された温度情報とを比較する。そして
アノードガス配管18及びカソードガス配管19それぞれの
分岐配管に設置させたトレースヒータ17に対して、実施
例１の場合と同様にそれぞれに制御された独立した出力
情報を出力する。測定温度情報と出力情報とはフィード
バックし続けられ、それにより各電池モジュールに供給
されるアノードガス及びカソードガスの温度は、適切な
温度制御を受け、各電池モジュールに適切な温度差を与
える。
【００２１】これらの構成によってガスを分配し、各々
のガスをガスヘッダ２、３に供給する直前で各々のトレ
ースヒータ17により予め定められた温度及び時間差を持
って加熱し各ガスヘッダから供給することにより、第１
の実施例の場合と同様に、積層セル６の炭酸塩が融解す
る時期が好ましくは最上部に位置するセルから順に所定
の枚数ずつずれてくるように、あるいは任意の態様でず
れてくるように制御することができることは容易に理解
できよう。
のガスをガスヘッダ２、３に供給する直前で各々のトレ
ースヒータ17により予め定められた温度及び時間差を持
って加熱し各ガスヘッダから供給することにより、第１
の実施例の場合と同様に、積層セル６の炭酸塩が融解す
る時期が好ましくは最上部に位置するセルから順に所定
の枚数ずつずれてくるように、あるいは任意の態様でず
れてくるように制御することができることは容易に理解
できよう。
【００２２】図６は、本発明の第３の実施例を示してお
り、実質的に、第１の実施例における積層方向に分割さ
れた複数の単位ヒータにより構成された側面加熱用ヒー
タ70と同様に複数の単位ヒータに分割されている水平面
加熱用ヒータ130による温度制御機構と第２の実施例に
おけるアノードガス配管18及びカソードガス配管19に設
置したトレースヒータ17による温度制御機構とを組み合
わせた構成となっている。
り、実質的に、第１の実施例における積層方向に分割さ
れた複数の単位ヒータにより構成された側面加熱用ヒー
タ70と同様に複数の単位ヒータに分割されている水平面
加熱用ヒータ130による温度制御機構と第２の実施例に
おけるアノードガス配管18及びカソードガス配管19に設
置したトレースヒータ17による温度制御機構とを組み合
わせた構成となっている。
【００２３】この実施例３の構成においては、焼成時に
電池モジュール４内に設置された温度センサ14による温
度情報を共通の入力値として、分割ヒータ70、130及び
各トレースヒータ17それぞれの出力を制御することによ
り、各電池モジュールに所定の温度勾配を与えることが
できる。この実施例のように２種の温度制御方法を組み
合わせた方法であっても第１の実施例あるいは第２の実
施例の場合と同様にあるいはより精緻に焼成時の各電池
モジュールの温度制御を行うことができそれによりより
優れた効果が得られることは容易に理解できる。
電池モジュール４内に設置された温度センサ14による温
度情報を共通の入力値として、分割ヒータ70、130及び
各トレースヒータ17それぞれの出力を制御することによ
り、各電池モジュールに所定の温度勾配を与えることが
できる。この実施例のように２種の温度制御方法を組み
合わせた方法であっても第１の実施例あるいは第２の実
施例の場合と同様にあるいはより精緻に焼成時の各電池
モジュールの温度制御を行うことができそれによりより
優れた効果が得られることは容易に理解できる。
【００２４】以上の説明は、本発明のいくつかの実施例
の説明であって他に多くの変形例が存在しうる。例え
ば、図示しないが各燃料電池モジュール毎に焼成中に生
じる傾きを測定しうる計測手段を配置してその測定値を
ヒータ出力制御装置にフィードバックし、該測定値に基
づきあるいは該測定値を温度情報への付加情報として用
いて全体の傾きを抑えるように制御を行うことも可能で
ある。また、焼成時に燃料電池モジュールのそれぞれの
ガスヘッダに供給するガスの温度を昇温する手段もアノ
ードガス配管及びカソードガス配管に設置したトレース
ヒータに限るものではなく、任意のガス昇温手段を用い
得るものである。
の説明であって他に多くの変形例が存在しうる。例え
ば、図示しないが各燃料電池モジュール毎に焼成中に生
じる傾きを測定しうる計測手段を配置してその測定値を
ヒータ出力制御装置にフィードバックし、該測定値に基
づきあるいは該測定値を温度情報への付加情報として用
いて全体の傾きを抑えるように制御を行うことも可能で
ある。また、焼成時に燃料電池モジュールのそれぞれの
ガスヘッダに供給するガスの温度を昇温する手段もアノ
ードガス配管及びカソードガス配管に設置したトレース
ヒータに限るものではなく、任意のガス昇温手段を用い
得るものである。
【００２５】
【発明の効果】以上の説明に明らかな通り、本発明によ
れば、高積層したセルを焼成するときに電解質板に塗布
された炭酸塩が不均一に溶融することに伴うセルの横ず
れや傾きが生じるのを抑えることが可能となり、電池ス
タック全体を電池性能劣化への影響がないかつ安全な状
態で焼成することができる。
れば、高積層したセルを焼成するときに電解質板に塗布
された炭酸塩が不均一に溶融することに伴うセルの横ず
れや傾きが生じるのを抑えることが可能となり、電池ス
タック全体を電池性能劣化への影響がないかつ安全な状
態で焼成することができる。
【図１】 本発明の第１の実施例を示す側面図。
【図２】 第１の実施例におけるヒータ制御方法の説明
図。
図。
【図３】 水平面加熱用ヒータの他の実施例を示す斜視
図。
図。
【図４】 本発明の第２の実施例を示す側面図。
【図５】 第２の実施例の制御方法の説明図。
【図６】 本発明の第３の実施例を示す側面図。
【図７】 従来の焼成方法を示す図。
１…セル、２…アノードガスヘッダ、３…カソードガス
ヘッダ、４…電池モジュール、５…プレヒータ、６…積
層セル、７…側面ヒータ、８…電池スタック、９…上締
め付け板、10…下締め付け板、11…締め付けベローズ、
12…保温材、13…水平面加熱用ヒータ、14…温度セン
サ、15…ヒータ出力制御装置、16…カートリッジヒー
タ、17…トレースヒータ、18…アノードガス配管、19…
カソードガス配管。
ヘッダ、４…電池モジュール、５…プレヒータ、６…積
層セル、７…側面ヒータ、８…電池スタック、９…上締
め付け板、10…下締め付け板、11…締め付けベローズ、
12…保温材、13…水平面加熱用ヒータ、14…温度セン
サ、15…ヒータ出力制御装置、16…カートリッジヒー
タ、17…トレースヒータ、18…アノードガス配管、19…
カソードガス配管。
フロントページの続き (72)発明者 加原 俊樹 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 昭60−138855（ＪＰ，Ａ)
Claims (8)
- 【請求項１】 溶融後に電解質として作用する固体炭酸
塩が配置された電解質板と、該電解質板を挟持するアノ
ード及びカソードからなる一対の電極と、該一対の電極
の前記電解質基板と反対側に配置され、隣接する電極に
反応ガスを流通せしめるガス流路を形成するセパレータ
で構成される単位セルが複数積層された積層セル群と、
該積層セル群に反応ガスを流通させるガスヘッダとから
構成され、焼成過程において、該固体炭酸塩が溶融して
電解質基板に含浸され、それにより、前記配置された固
体炭酸塩の厚み分が積層方向で収縮する形式の燃料電池
モジュールを一つ又は複数持つ燃料電池積層体における
焼成方法であって、該燃料電池積層体の所定のセルごと
に時間的ずれをもって該固体炭酸塩が溶融するように制
御できる加熱方法により焼成することを特徴とする燃料
電池の焼成方法。 - 【請求項２】 前記制御を、セルの積層方向に温度分布
を付けることのできるように該積層体の周囲に分割して
設置したヒータの温度を制御して行うことを特徴とする
請求項１記載の燃料電池の焼成方法。 - 【請求項３】 焼成時に所定のセルの面内温度分布をも
均一になるように制御して焼成することを特徴とする請
求項１記載の燃料電池の焼成方法。 - 【請求項４】 前記制御を、セルの水平面の温度分布が
均一となるように温度制御をすることができるように該
積層体の水平面方向に分割して設置したヒータの温度を
制御して行うことを特徴とする請求項３記載の燃料電池
の焼成方法。 - 【請求項５】 前記制御を、焼成時に該燃料電池モジュ
−ルのそれぞれのガスヘッダに供給するガスの温度を制
御して行うことを特徴とする請求項１又は３記載の燃料
電池の焼成方法。 - 【請求項６】 前記制御に加え、さらに、セルの積層方
向に温度分布を付けることのできるように該積層体の周
囲に分割して設置したヒータの温度の制御、又は、セル
の水平面の温度分布が均一となるように温度制御をする
ことができるように該積層体の水平面方向に分割して設
置したヒータの温度の制御、によっても行うことを特徴
とする請求項５記載の燃料電池の焼成方法。 - 【請求項７】 焼成中に生じる該積層体の傾きを適宜の
手段により測定し、該測定値に基づき、積層体の周囲に
分割して設置したヒータの温度を制御して炭酸塩の溶融
を全体の傾きを抑えるように制御することを特徴とする
請求項２記載の燃料電池の焼成方法。 - 【請求項８】 溶融後に電解質として作用する固体炭酸
塩が配置された電解質板と、該電解質板を挟持するアノ
ード及びカソードからなる一対の電極と、該一対の電極
の前記電解質基板と反対側に配置され、隣接する電極に
反応ガスを流通せしめるガス流路を形成するセパレータ
で構成される単位セルが複数積層された積層セル群と、
該積層セル群に反応ガスを流通させるガスヘッダとから
構成され、焼成過程において、該固体炭酸塩が溶融して
電解質基板に含浸され、それにより、前記塗布された固
体炭酸塩の厚み分が積層方向で収縮する形式の燃料電池
モジュールを一つ又は複数持つ燃料電池積層体における
焼成方法であって、該燃料電池積層体の上下方向に温度
勾配を付けて焼成を行い、該積層体の上側もしくは下側
に位置するセル側の炭酸塩から順次溶融させていくこと
により、該積層体の傾きを抑えることを特徴とする燃料
電池の焼成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4331441A JPH0828229B2 (ja) | 1992-12-11 | 1992-12-11 | 燃料電池の焼成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4331441A JPH0828229B2 (ja) | 1992-12-11 | 1992-12-11 | 燃料電池の焼成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06176781A JPH06176781A (ja) | 1994-06-24 |
| JPH0828229B2 true JPH0828229B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=18243699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4331441A Expired - Fee Related JPH0828229B2 (ja) | 1992-12-11 | 1992-12-11 | 燃料電池の焼成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0828229B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4725071B2 (ja) * | 2004-10-15 | 2011-07-13 | トヨタ自動車株式会社 | 電源制御装置、電源制御方法及び電源制御装置を備えた車両 |
| JP6315954B2 (ja) * | 2013-11-27 | 2018-04-25 | 大阪瓦斯株式会社 | 固体酸化物形燃料電池 |
| CN108981321A (zh) * | 2018-07-13 | 2018-12-11 | 浙江天能电池(江苏)有限公司 | 石墨烯基铅炭超级电池端子螺纹孔吹干装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH077674B2 (ja) * | 1983-12-27 | 1995-01-30 | 株式会社東芝 | 燃料電池 |
-
1992
- 1992-12-11 JP JP4331441A patent/JPH0828229B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06176781A (ja) | 1994-06-24 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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