JPH1116581A - Solid oxide type fuel cell - Google Patents
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- JPH1116581A JPH1116581A JP9164515A JP16451597A JPH1116581A JP H1116581 A JPH1116581 A JP H1116581A JP 9164515 A JP9164515 A JP 9164515A JP 16451597 A JP16451597 A JP 16451597A JP H1116581 A JPH1116581 A JP H1116581A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、平板型の固体酸
化物型燃料電池の構造に係わり、特に反応ガスの供給構
造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a flat plate type solid oxide fuel cell, and more particularly to a structure for supplying a reactive gas.
【０００２】[0002]
【従来の技術】固体電解質型燃料電池の構造は、大き
く、平板型と円筒型とに分類される。平板型は、リン酸
型や溶融炭酸型と類似の構造である。一般的な従来公知
の平板型の固体電解質型燃料電池の構造を以下に簡単に
述べると、固体電解質体の両主面に、それぞれアノード
およびカソードが配設される。これは、電極／固体電解
質体集合体と称される。電極／固体電解質集合体は、セ
パレータと相互に積層される。セパレータと電極／固体
電解質体集合体には、ガスマニホールドが設けられ、電
極／固体電解質体集合体に対する反応ガス（燃料ガスお
よび酸化剤ガス）の供給とその排出が行われる。2. Description of the Related Art The structure of a solid oxide fuel cell is roughly classified into a flat plate type and a cylindrical type. The flat plate type has a similar structure to the phosphoric acid type and the molten carbonic acid type. The structure of a generally known flat plate type solid electrolyte fuel cell will be briefly described below. An anode and a cathode are provided on both main surfaces of a solid electrolyte body, respectively. This is called an electrode / solid electrolyte assembly. The electrode / solid electrolyte assembly is mutually laminated with the separator. A gas manifold is provided in the separator and the electrode / solid electrolyte assembly to supply and discharge reaction gases (fuel gas and oxidant gas) to the electrode / solid electrolyte assembly.
【０００３】このようなタイプの固体電解質型燃料電池
において、セパレータと電極／固体電解質体集合体との
間に通流する反応ガスをシールするために、従来では、
セパレータと電極／電解質体集合体との間にガラスリン
グを介在させていた。しかし、このタイプの燃料電池で
は、まず第１に、電極／固体電解質体集合体とセパレー
タは熱膨張率の異なる材料を用いているために、ガラス
リングが固化した状態で電池の昇温、降温が起こると、
電池内部に熱応力が発生し、応力割れにより反応ガスが
混合し、電池の性能が低下する、という問題があった。
さらに、第２に、運転温度では、ガラスは液体状態であ
るが、長時間の間には、この液体状のガラスが浸透、蒸
発等により消失し、その結果、シール効果が減少して、
反応ガスの混合が生じ、ガスの利用率の低減や電池性能
の低下が発生する、という問題もあった。In such a type of solid oxide fuel cell, in order to seal a reaction gas flowing between the separator and the electrode / solid electrolyte assembly, a conventional method has been used.
A glass ring was interposed between the separator and the electrode / electrolyte assembly. However, in this type of fuel cell, first, since the electrodes / solid electrolyte assembly and the separator use materials having different coefficients of thermal expansion, the temperature of the cell is raised and lowered while the glass ring is solidified. Happens,
There has been a problem that thermal stress is generated inside the battery, the reaction gas is mixed due to stress cracking, and the performance of the battery is reduced.
Second, at the operating temperature, the glass is in a liquid state, but for a long time, the liquid glass disappears due to permeation, evaporation, and the like, and as a result, the sealing effect decreases,
There is also a problem that mixing of the reaction gas occurs, resulting in a reduction in gas utilization and a decrease in battery performance.
【０００４】これらの問題を解決するために、ガラスシ
ールを用いない固体電解質型燃料電池が提案されてい
る。例えば、特開平６−１３０８８号公報に開示されて
いる固体電解質型燃料電池では、図５に示すような円盤
状のセパレータ４０が用いられている。このセパレータ
４０は、その両主面上に反応ガス通流用の迷路状のガス
溝４６が設けられ、かつ内部には、燃料ガス供給管４４
および酸化剤ガス供給管４５からそれぞれ供給される燃
料ガスおよび酸化剤ガスを中心部に向かって通流し、そ
の中心部から主面上に流出させるためのガス供給通路４
７，４９が穿孔され、さらにガス供給口４８，５０が設
けられている。このようなセパレータ４０を、電極／固
体電解質体集合体（図示せず）と交互に積層させて燃料
電池を形成している。すなわち、燃料ガス供給管４４お
よび酸化剤ガス供給管４５はセパレータ４０の側面に取
り付けられ、セパレータ４０には側面から中心部までガ
ス供給通路４７，４９が穿たれている。さらに、燃料ガ
ス供給管４４および酸化剤ガス供給管４５はセパレータ
４０とガス分配器（図示せず）との間に直線的に配置さ
れ、燃料ガス供給管４４および酸化剤ガス供給管４５の
一部にはアルミナ磁器管（図示せず）が介装されてい
た。In order to solve these problems, a solid oxide fuel cell without a glass seal has been proposed. For example, in a solid oxide fuel cell disclosed in JP-A-6-13088, a disk-shaped separator 40 as shown in FIG. 5 is used. The separator 40 has a maze-shaped gas groove 46 for flowing a reaction gas on both main surfaces thereof, and a fuel gas supply pipe 44 therein.
And a gas supply passage 4 through which the fuel gas and the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas supply pipe 45 flow toward the center and flow out from the center onto the main surface.
7, 49 are perforated, and gas supply ports 48, 50 are further provided. Such a separator 40 is alternately stacked with an electrode / solid electrolyte assembly (not shown) to form a fuel cell. That is, the fuel gas supply pipe 44 and the oxidizing gas supply pipe 45 are attached to the side surface of the separator 40, and the gas supply passages 47 and 49 are formed in the separator 40 from the side surface to the center. Further, the fuel gas supply pipe 44 and the oxidizing gas supply pipe 45 are linearly arranged between the separator 40 and a gas distributor (not shown). The part was provided with an alumina porcelain tube (not shown).
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような固体酸化物型燃料電池においては、次に述べるよ
うな問題があった。However, the solid oxide fuel cell as described above has the following problems.
【０００６】まず第１に、十分な燃料ガスおよび酸化剤
ガスを供給するには、それぞれに対応するガス供給管４
４，４５およびガス供給通路４７，４９を太くしなけれ
ばならず、その場合セパレータ４０が厚くなってしまう
という問題がある。さらに、セパレータ４０自体は薄い
ものなので、そのように十分な太さを有するガス供給通
路を穿つことは技術的に困難であるという問題もある。First, in order to supply sufficient fuel gas and oxidizing gas, a gas supply pipe 4 corresponding to each of them is required.
4, 45 and the gas supply passages 47, 49 must be thickened, in which case there is a problem that the separator 40 becomes thick. Furthermore, since the separator 40 itself is thin, there is a problem that it is technically difficult to form a gas supply passage having such a sufficient thickness.
【０００７】第２に、燃料ガスおよび酸化剤ガスはそれ
ぞれのガス供給管４４，４５を流れる間に電池周囲での
排ガス燃料の熱で加熱されて電池に供給されるが、それ
ぞれのガス分配器（図示せず）とセパレータ４０との間
の距離が短いため、つまり、ガス供給管４４，４５が短
いために十分な加熱ができないという問題がある。Second, while the fuel gas and the oxidizing gas flow through the respective gas supply pipes 44 and 45, they are heated by the heat of the exhaust gas fuel around the cell and supplied to the cell. There is a problem that sufficient heating cannot be performed because the distance between the separator (not shown) and the separator 40 is short, that is, because the gas supply pipes 44 and 45 are short.
【０００８】第３に、電極／電解質集合体とセパレータ
とは交互に積層されて、接触を密にする目的で上部から
押圧するが、この積層体（電池）の厚さは、１０００℃
の運転状態において経時的に減少するという問題があ
る。この問題は、セパレータのソリが時間とともに修正
されて平らになること、多孔質である電極がクリープす
ることによる。しかしながらセパレータはガス分配管と
ガス供給管によって強固につながれているため、積層体
のみが変形するとガス供給管に無理な曲げ応力が掛か
り、ガス供給管の一部に介装されているアルミナ磁器管
が破損してしまうという問題をさらに引き起こす。Third, the electrode / electrolyte assemblies and the separators are alternately stacked and pressed from above for the purpose of increasing the contact density. The thickness of the stacked body (battery) is 1000 ° C.
There is a problem that it decreases with time in the operation state of the above. The problem is due to the warpage of the separator being corrected and flattened over time, and the porous electrode creeping. However, since the separator is firmly connected by the gas distribution pipe and the gas supply pipe, if only the laminate is deformed, an excessive bending stress is applied to the gas supply pipe, and the alumina porcelain pipe inserted in a part of the gas supply pipe This causes a further problem that the device is damaged.
【０００９】[0009]
（１）上記問題を解決するために、本発明の第１の形態
による固体酸化物型燃料電池は、平板状の固体電解質の
両主面にアノードおよびカソードをそれぞれ配設してな
る電極／電解質集合体と、ガス通流溝もしくはリブが両
主面に形成されたセパレータとを交互に積層して積層体
を形成し、燃料ガス分配器もしくは酸化剤ガス分配器
と、前記各ガス分配器から分岐した燃料ガス供給管もし
くは酸化剤ガス供給管とを経由して、燃料ガスおよび酸
化剤ガスを前記各々のセパレータへ導いて前記セパレー
タの両主面上をそれぞれ通流させることにより、アノー
ドに燃料ガスを、カソードに酸化剤ガスをそれぞれ供給
して発電を行う固体酸化物型燃料電池において、前記セ
パレータの両主面には、各主面の一端縁から中心部へ延
びる溝が各々形成され、前記溝には燃料ガス供給管およ
び酸化剤ガス供給管の少なくとも一部がそれぞれ埋設さ
れてなることを特徴とする。(1) In order to solve the above problem, a solid oxide fuel cell according to a first embodiment of the present invention is an electrode / electrolyte comprising an anode and a cathode provided on both main surfaces of a flat solid electrolyte, respectively. The assembly and the gas flow grooves or ribs are alternately laminated with separators formed on both main surfaces to form a laminate, and the fuel gas distributor or the oxidizing gas distributor and the gas distributors The fuel gas and the oxidizing gas are led to the respective separators via the branched fuel gas supply pipe or the oxidizing gas supply pipe, and are allowed to flow on both main surfaces of the separators. In a solid oxide fuel cell in which a gas is supplied to a cathode and an oxidizing gas is supplied to generate electricity, grooves are formed on both main surfaces of the separator from one edge of each main surface to the center. , The said groove and at least a part of the fuel gas supply pipe and the oxidizing gas supply pipe is formed by buried respectively.
【００１０】（２）上記（１）の固体酸化物型燃料電池
において、前記燃料ガス供給管および前記酸化剤ガス供
給管が、前記セパレータの中央付近まで埋設され、前記
セパレータの両主面の中央部から燃料ガスおよび酸化剤
ガスをそれぞれ供給してもよい。(2) In the solid oxide fuel cell according to the above (1), the fuel gas supply pipe and the oxidizing gas supply pipe are buried to near the center of the separator, and the center of both main surfaces of the separator is provided. The fuel gas and the oxidizing gas may be supplied from the unit.
【００１１】（３）本発明の第２の形態による固体酸化
物型燃料電池は、平板状の固体電解質の両主面にアノー
ドおよびカソードをそれぞれ配設してなる電極／電解質
集合体と、ガス通流溝もしくはリブが両主面に形成され
たセパレータとを交互に積層して積層体を形成し、燃料
ガス分配器もしくは酸化剤ガス分配器と、前記各ガス分
配器から分岐した燃料ガス供給管もしくは酸化剤ガス供
給管とを経由して、燃料ガスおよび酸化剤ガスを前記各
々のセパレータへ導いて前記セパレータの両主面上をそ
れぞれ通流させることにより、アノードに燃料ガスを、
カソードに酸化剤ガスをそれぞれ供給して発電を行う固
体酸化物型燃料電池において、前記セパレータの両主面
には、各主面の一端縁から中心部へ延びる溝が各々形成
され、前記溝は穴を有する蓋により覆われ、かつ前記穴
はセパレータ中央部に位置し、燃料ガスおよび酸化剤ガ
スは、前記各溝を通流したのち前記各穴から前記セパレ
ータの各主面上へそれぞれ供給させることを特徴とす
る。(3) A solid oxide fuel cell according to a second embodiment of the present invention comprises an electrode / electrolyte assembly in which an anode and a cathode are respectively disposed on both main surfaces of a flat solid electrolyte; A flow passage groove or rib is alternately laminated with separators formed on both main surfaces to form a laminate, and a fuel gas distributor or an oxidizing gas distributor, and a fuel gas supply branched from each of the gas distributors Via a pipe or an oxidizing gas supply pipe, a fuel gas and an oxidizing gas are led to each of the separators and flow on both main surfaces of the separator, respectively.
In a solid oxide fuel cell that generates electricity by supplying an oxidizing gas to the cathode, grooves are respectively formed on both main surfaces of the separator from one edge of each of the main surfaces to the center, and the grooves are It is covered with a lid having holes, and the holes are located at the center of the separator, and the fuel gas and the oxidizing gas are supplied from the holes to the respective main surfaces of the separator after flowing through the grooves. It is characterized by the following.
【００１２】（４）上記（３）の固体酸化物型燃料電池
において、前記各溝のセパレータ側両側の端部に燃料ガ
ス供給管および酸化剤ガス供給管の端部がそれぞれ埋設
されていてもよい。(4) In the solid oxide fuel cell according to (3), the ends of the fuel gas supply pipe and the oxidant gas supply pipe may be respectively buried at both ends of each groove on the separator side. Good.
【００１３】（５）上記（１），（２）および（４）の
いずれかの固体酸化物型燃料電池において、前記燃料ガ
ス供給管および前記酸化剤ガス供給管のうち少なくとも
前記各溝に埋設された部位の形状が前記セパレータの厚
さ以下の偏平な楕円形状であってもよい。(5) In the solid oxide fuel cell according to any one of (1), (2) and (4), at least each of the fuel gas supply pipe and the oxidizing gas supply pipe is embedded in each of the grooves. The shape of the formed portion may be a flat elliptical shape not more than the thickness of the separator.
【００１４】（６）上記（１），（２），（４）および
（５）のいずれかの固体酸化物型燃料電池において、前
記積層体周囲に断熱壁が配設されてなり、前記燃料ガス
供給管および酸化剤ガス供給管は、前記断熱壁と前記分
配器との間において少なくとも一部分が可撓性を有する
材料からなっていてもよい。(6) In the solid oxide fuel cell according to any one of the above (1), (2), (4) and (5), a heat insulating wall is provided around the stacked body, The gas supply pipe and the oxidant gas supply pipe may be at least partially made of a flexible material between the heat insulating wall and the distributor.
【００１５】（７）上記（１），（２）および（４）〜
（６）のいずれかの固体酸化物型燃料電池において、前
記燃料ガス供給管および前記酸化剤ガス供給管のうち前
記断熱壁内にあってかつ前記セパレータの溝に至るまで
の部位の少なくとも一部が、前記セパレータの周囲を取
巻くようにそれぞれ配管されてなっていてもよい。(7) The above (1), (2) and (4) to
(6) In any one of the solid oxide fuel cells according to (6), at least a part of a portion of the fuel gas supply pipe and the oxidizing gas supply pipe which is inside the heat insulating wall and reaches a groove of the separator. However, piping may be provided so as to surround the periphery of the separator.
【００１６】（８）本発明の第３の形態による固体酸化
物型燃料電池は、平板状の固体電解質の両主面にアノー
ドおよびカソードをそれぞれ配設してなる電極／電解質
集合体と、ガス通流溝もしくはリブが両主面に形成され
たセパレータとを交互に積層して積層体を形成し、燃料
ガス分配器もしくは酸化剤ガス分配器と、前記各ガス分
配器から分岐した燃料ガス供給管もしくは酸化剤ガス供
給管とを経由して、燃料ガスおよび酸化剤ガスを前記各
々のセパレータへ導いて前記セパレータの両主面上をそ
れぞれ通流させることにより、アノードに燃料ガスを、
カソードに酸化剤ガスをそれぞれ供給して発電を行う固
体酸化物型燃料電池において、前記各ガス分配器が、複
数のマニホールド部を絶縁リングを介して積層した後、
垂直方向に締付けることにより形成されてなり、前記各
ガス供給管は可撓性を有し、前記ガス分配器および前記
ガス供給管は耐熱性を有することを特徴とする。(8) A solid oxide fuel cell according to a third embodiment of the present invention is an electrode / electrolyte assembly having an anode and a cathode disposed on both main surfaces of a flat solid electrolyte, and a gas. A flow passage groove or rib is alternately laminated with separators formed on both main surfaces to form a laminate, and a fuel gas distributor or an oxidizing gas distributor, and a fuel gas supply branched from each of the gas distributors Via a pipe or an oxidizing gas supply pipe, a fuel gas and an oxidizing gas are led to each of the separators and flow on both main surfaces of the separator, respectively.
In a solid oxide fuel cell that generates power by supplying an oxidizing gas to the cathode, each of the gas distributors stacks a plurality of manifold portions via an insulating ring.
The gas supply pipes are formed by tightening in a vertical direction, and each of the gas supply pipes has flexibility, and the gas distributor and the gas supply pipes have heat resistance.
【００１７】（９）上記（８）の固体酸化物型燃料電池
において、前記各ガス分配器を前記積層体近傍に配置
し、前記積層体の排熱により前記ガス分配器内を通流す
るガスを昇温させてもよい。(9) In the solid oxide fuel cell according to the above (8), each of the gas distributors is arranged near the stacked body, and the gas flowing through the gas distributor by exhaust heat of the stacked body. May be heated.
【００１８】このような構造をとることにより、セパレ
ータを薄くし、燃料ガスおよび酸化剤ガスを、積層体
（電池）に供給する前に十分に予熱し、さらには、積層
体を無理なく押圧して接触を密にすることが可能にな
る。By adopting such a structure, the separator is thinned, the fuel gas and the oxidizing gas are sufficiently preheated before being supplied to the laminate (battery), and the laminate is pressed without difficulty. And close contact is possible.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】以下に、本発明を図面に基づいて
説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２０】図１に、本発明による固体酸化物型燃料電
池で使用可能なセパレータの１つの具体例を示す。FIG. 1 shows one specific example of a separator that can be used in the solid oxide fuel cell according to the present invention.
【００２１】セパレータ１は、ニッケル・クロム合金か
らなる円盤状の４ｍｍ厚のものであり、その両主面に
は、それぞれ高さ１ｍｍの７本のリブ状部材２が放射状
に溶接されている。酸化剤ガスが流れるセパレータ１の
カソード面は、その酸化を防止するために、表面にラン
タンマンガナイトＬａＭｎＯ3 が被覆されている。セパ
レータ１の両主面には、端部から中心部に達する深さ３
ｍｍかつ幅２０ｍｍの溝３がそれぞれ１本ずつ形成され
ており、それぞれの溝３には、外径６ｍｍ、内径５ｍｍ
のステンレス製の燃料ガス供給管４および酸化剤ガス供
給管５が、その先端を厚さ４ｍｍに潰して扁平にしたも
のが挿入されている。燃料ガスは、燃料ガス供給管４の
先端からセパレータ１の周縁部に向かって流れ、同様に
酸化剤ガスも酸化剤ガス供給管５の先端からセパレータ
１の周縁部に向かって流れ、それぞれ排出管（図示せ
ず）から排出される。The separator 1 is a disk-shaped 4 mm thick plate made of a nickel-chromium alloy, and seven rib-shaped members 2 each having a height of 1 mm are radially welded to both main surfaces thereof. The cathode surface of the separator 1 through which the oxidant gas flows is coated with lanthanum manganite LaMnO 3 to prevent its oxidation. On both main surfaces of the separator 1, a depth 3 from the end to the center is set.
Each of the grooves 3 has an outer diameter of 6 mm and an inner diameter of 5 mm.
The fuel gas supply pipe 4 and the oxidizing gas supply pipe 5 made of stainless steel are flattened by crushing the ends to a thickness of 4 mm. The fuel gas flows from the tip of the fuel gas supply pipe 4 toward the peripheral edge of the separator 1. Similarly, the oxidant gas also flows from the tip of the oxidant gas supply pipe 5 toward the peripheral edge of the separator 1, and the discharge pipes respectively. (Not shown).
【００２２】この実施例では、燃料ガス供給管４および
酸化剤ガス供給管５は、先端を潰して扁平にして、セパ
レータ１に殆ど埋没した状態で配設されている。しか
し、本発明では、燃料ガス供給管４および酸化剤ガス供
給管５を、積層体にした際に掛けられる押圧に対して十
分な強度を保持できるような材料で形成して、セパレー
タ１に挿入した際のセパレータ１の厚みからはみ出した
部分を、リブ状部材２として機能させてもよい。In this embodiment, the fuel gas supply pipe 4 and the oxidizing gas supply pipe 5 are disposed in such a state that their tips are flattened and almost buried in the separator 1. However, in the present invention, the fuel gas supply pipe 4 and the oxidizing gas supply pipe 5 are formed of a material capable of maintaining sufficient strength against the pressure applied when the laminate is formed, and inserted into the separator 1. The portion protruding from the thickness of the separator 1 at this time may function as the rib-shaped member 2.
【００２３】また、上記リブ状部材２として用いられる
材料は、導電性であり、かつ燃料ガスおよび酸化剤ガス
の雰囲気下で腐蝕しないものである限り、どのような材
料を用いても良く、また、セパレータ１と同一の材料で
あってもよい。リブ状部材２がセパレータ１と同一の材
料で形成される場合、セパレータの表面をリブ状に彫っ
て形成しても良い。The material used for the rib member 2 may be any material as long as it is conductive and does not corrode under the atmosphere of the fuel gas and the oxidizing gas. And the same material as the separator 1. When the rib member 2 is formed of the same material as the separator 1, the surface of the separator may be formed by engraving the rib surface.
【００２４】図２は、図１のセパレータを具える、本発
明の固体酸化物型燃料電池の積層体およびガス供給シス
テムの例を示す。FIG. 2 shows an example of a stack and a gas supply system of the solid oxide fuel cell of the present invention, including the separator of FIG.
【００２５】電極／電解質集合体６は、ジルコニアから
なる固体電解質体の両主面にアノードとカソードをそれ
ぞれ配置して構成される。アノードは、ニッケル・ジル
コニアサーメット（Ｎｉ−ＺｒＯ2 ）であり、カソード
は、ランタンマンガナイトＬａＭｎＯ3 からなる。The electrode / electrolyte assembly 6 is constituted by disposing an anode and a cathode on both main surfaces of a solid electrolyte made of zirconia, respectively. The anode is a nickel-zirconia cermet (Ni-ZrO 2), the cathode is made of lanthanum manganite LaMnO 3.
【００２６】電極／電解質集合体６とセパレータ１は、
交互に積層されて積層体７を形成し、この積層体７は、
上部よりシリンダ（図示せず）の押圧で密接して、電極
／電解質集合体６とセパレータ１との電気的な接触を確
保する。The electrode / electrolyte assembly 6 and the separator 1
The laminate 7 is alternately laminated to form a laminate 7, and the laminate 7 is
Close contact is made by pressing a cylinder (not shown) from above to ensure electrical contact between the electrode / electrolyte assembly 6 and the separator 1.
【００２７】また、積層体７の周囲には、燃料ガス分配
器１０および酸化剤ガス分配器１１との間に断熱壁８が
設けられている。燃料ガス供給管４および酸化剤ガス供
給管５は、積層体７を取り巻く断熱壁８の一部に設けた
スリット９を通して、断熱壁８の外部に配置した燃料ガ
ス分配器１０および酸化剤ガス分配器１１にプラスチッ
ク製の絶縁性管１２を介して接続される。A heat insulating wall 8 is provided around the stack 7 between the fuel gas distributor 10 and the oxidizing gas distributor 11. The fuel gas supply pipe 4 and the oxidizing gas supply pipe 5 pass through a slit 9 provided in a part of a heat insulating wall 8 surrounding the stacked body 7, and a fuel gas distributor 10 and an oxidizing gas distribution arranged outside the heat insulating wall 8. It is connected to the container 11 via a plastic insulating tube 12.
【００２８】さらに、燃料ガス供給管４および酸化剤ガ
ス供給管５は、断熱壁８の内側をセパレータ１を取り巻
くように長く配管され、これにより、燃料ガスおよび酸
化剤ガスが、断熱壁８の内側で、それぞれ燃料ガス供給
管４および酸化剤ガス供給管５を通過する間に予熱（約
９００℃）されるようにする。このような構造を有する
固体酸化物型燃料電池は、（１）セパレータ内に、セパ
レータの主面と平行にガス供給通路を穿孔するような難
しい技術を必要としないこと、（２）燃料ガス供給管お
よび酸化剤ガス供給管の先端を扁平にして積層体の溝に
挿入することにより、セパレータをより薄く形成できる
こと、（３）燃料ガスおよび酸化剤ガスを、供給管を流
れる間に十分に加熱できること、および（４）断熱壁の
外側の温度が高くない雰囲気で、可撓性のあるプラスチ
ック製の絶縁性管が使用可能になること等の利点があ
る。Further, the fuel gas supply pipe 4 and the oxidizing gas supply pipe 5 are long pipes inside the heat insulating wall 8 so as to surround the separator 1, so that the fuel gas and the oxidizing gas flow through the heat insulating wall 8. On the inside, it is preheated (about 900 ° C.) while passing through the fuel gas supply pipe 4 and the oxidizing gas supply pipe 5, respectively. The solid oxide fuel cell having such a structure does not require (1) a difficult technique for perforating a gas supply passage parallel to the main surface of the separator in the separator, and (2) fuel gas supply. The separator can be formed thinner by flattening the ends of the pipe and the oxidizing gas supply pipe into the groove of the laminate, and (3) heating the fuel gas and the oxidizing gas sufficiently while flowing through the supply pipe. There are advantages such as (4) that a flexible plastic insulating tube can be used in an atmosphere where the temperature outside the heat insulating wall is not high.
【００２９】図３は、本発明の固体酸化物型燃料電池で
使用可能なセパレータのもう１つの例を示す。FIG. 3 shows another example of a separator that can be used in the solid oxide fuel cell of the present invention.
【００３０】セパレータ２１の２つの主面には、その周
縁部から中心部に向かって形成される溝２３が設けられ
ている。溝２３は、セパレータ２１の中心部で２つの溝
同士が貫通しないように、セパレータ２１の中心部付近
で浅く形成される。溝２３には、一方の端部に貫通穴３
４を有する蓋３３が、貫通穴３４がセパレータ２１の中
心部に配置するように取り付けられている。燃料ガス供
給管２４および酸化剤ガス供給管２５は、セパレータ２
１の側面の溝端部に取り付けられ、燃料ガスおよび酸化
剤ガスは、それぞれ燃料ガス供給管２４および酸化剤ガ
ス供給管２５から蓋付きの溝２３を通って、セパレータ
２１の中心部の貫通穴３４から両主面にそれぞれ流出す
る。The two main surfaces of the separator 21 are provided with grooves 23 formed from the peripheral edge toward the center. The groove 23 is formed shallow near the center of the separator 21 so that the two grooves do not penetrate at the center of the separator 21. The groove 23 has a through hole 3 at one end.
A lid 33 having a cover 4 is attached so that the through hole 34 is disposed at the center of the separator 21. The fuel gas supply pipe 24 and the oxidizing gas supply pipe 25 are connected to the separator 2.
1, the fuel gas and the oxidizing gas pass through the groove 23 with the lid from the fuel gas supply pipe 24 and the oxidizing gas supply pipe 25, respectively, and pass through the through hole 34 in the center of the separator 21. From the main surface.
【００３１】このような構造においては、図１のセパレ
ータ１が有する上記（１）および（２）の利点に加え
て、さらに、燃料ガスおよび酸化剤ガスがセパレータ２
１の円盤の真の中心から両主面に垂直に吹き出し、さら
に、蓋３３もセパレータの他の部分と同一平面となるの
で、セパレータ２１の中心部から周縁へのガスの流れが
均一になる、という利点がある。In such a structure, in addition to the advantages (1) and (2) of the separator 1 shown in FIG.
Since the true center of the disc 1 is blown out perpendicularly to both main surfaces and the lid 33 is also flush with the other parts of the separator, the flow of gas from the center of the separator 21 to the periphery becomes uniform. There is an advantage.
【００３２】図４は、図３のセパレータと、複数個のマ
ニホールド部からなる燃料ガス分配器および酸化剤ガス
分配器を具える、本発明の固体酸化物型燃料電池の積層
体およびガス供給システムのもう１つの例を示す。FIG. 4 shows a stack and a gas supply system of a solid oxide fuel cell according to the present invention, comprising the separator of FIG. 3, and a fuel gas distributor and an oxidizing gas distributor comprising a plurality of manifold portions. Here is another example of
【００３３】燃料ガス分配器３０および酸化剤ガス分配
器３１は、セパレータ２１と電極／電解質集合体２６と
を交互に積層して形成される積層体２７へ燃料ガスおよ
び酸化剤ガスをそれぞれ供給するためのものであり、そ
れぞれ、各セパレータ２１に対応した筒状のマニホール
ド部３５を積み重ねて形成される。各セパレータ２１
と、それに対応するマニホールド部３５とは、フレキシ
ブルな（可撓性を有する）ガス供給管２４，２５を介し
て連結される。マニホールド部３５、燃料ガス供給管２
４および酸化剤ガス供給管２５は耐熱金属でつくられ
る。各セパレータ２１に対応する各マニホールド部３５
は、アルミナ製のセラミックの絶縁リング３６を介して
互いに積み重ね、上下を端板３７で挟んでボルト３８と
ナット３９とで締め付けることにより、燃料ガス分配器
３０および酸化剤ガス分配器３１が構成される。各マニ
ホールド部３５と絶縁リング３６は、互いに接する面が
平滑に加工されており、従って、締め付けによりマニホ
ールド部３５と絶縁リング３６とは密に接触し、その隙
間からガスが漏れることはない。また、セパレータ２１
および電極／電解質集合体２６からなる積層体２７とマ
ニホールド部３５とは、フレキシブルな（可撓性を有す
る）耐熱性のガス供給管２４，２５で連結されているの
で、積層体２７を締め付ける際に、その十分な締め付け
を妨げるような無理な力がマニホールド部から及ぶこと
はなく、また、逆に、積層体２７が収縮変形しても、そ
の変形力がマニホールド部３５に及ぶことはない。The fuel gas distributor 30 and the oxidizing gas distributor 31 respectively supply the fuel gas and the oxidizing gas to a stacked body 27 formed by alternately stacking the separators 21 and the electrode / electrolyte assemblies 26. Each of them is formed by stacking cylindrical manifold portions 35 corresponding to the respective separators 21. Each separator 21
And the corresponding manifold section 35 are connected via flexible (flexible) gas supply pipes 24 and 25. Manifold section 35, fuel gas supply pipe 2
4 and the oxidizing gas supply pipe 25 are made of a refractory metal. Each manifold 35 corresponding to each separator 21
The fuel gas distributor 30 and the oxidizing gas distributor 31 are formed by stacking each other via an alumina insulating ring 36 made of alumina, and clamping the upper and lower ends with an end plate 37 with a bolt 38 and a nut 39. You. The surfaces of the respective manifold portions 35 and the insulating ring 36 that are in contact with each other are smoothed. Therefore, the manifold portion 35 and the insulating ring 36 are in close contact with each other by tightening, and no gas leaks from the gap therebetween. Also, the separator 21
The laminate 27 composed of the electrode / electrolyte assembly 26 and the manifold 35 are connected by flexible (flexible) heat-resistant gas supply pipes 24 and 25, so that when the laminate 27 is tightened, In addition, the manifold portion does not exert an excessive force that hinders its sufficient tightening, and conversely, even if the laminate 27 contracts and deforms, the deformation force does not reach the manifold portion 35.
【００３４】図４の固体酸化物型燃料電池では、ガス分
配器３０，３１は断熱壁２８の外部に設置したが、本発
明のこのような構造においては、ガス供給管２４，２５
およびガス分配器３０，３１の構成材料は全て耐熱性で
あるので、ガス分配器３０，３１を断熱壁２８内の積層
体２７近傍に配置することが可能になる。それにより、
ガス分配器３０，３１自体が積層体２７の廃熱により加
熱され、従って内部を流通するガスも加熱される。した
がって、例えば図２に示すような供給ガスを加熱するた
めに、ガス供給管２４，２５を積層体２７の周囲に取り
巻くような面倒な配管構造をとる必要がなくなる、とい
う利点がある。In the solid oxide fuel cell shown in FIG. 4, the gas distributors 30 and 31 are installed outside the heat insulating wall 28. In such a structure of the present invention, the gas supply pipes 24 and 25 are used.
In addition, since the constituent materials of the gas distributors 30 and 31 are all heat-resistant, the gas distributors 30 and 31 can be arranged near the laminated body 27 in the heat insulating wall 28. Thereby,
The gas distributors 30 and 31 themselves are heated by the waste heat of the laminate 27, and therefore the gas flowing inside is also heated. Therefore, for example, there is an advantage that it is not necessary to take a troublesome piping structure that surrounds the gas supply pipes 24 and 25 around the stacked body 27 in order to heat the supply gas as shown in FIG.
【００３５】さらに、この構造の固体酸化物型燃料電池
のガス供給システムでは、ガス分配器３０，３１が、積
層体２７中の各セパレータ２１と連結された、すなわち
該セパレータ２１に対応する個数のマニホールド部３５
の積層構造をとっているので、積層体２７の積層数の変
化に応じてマニホールド部３５の積層数もそれに対応し
て変化し、ガス分配器３０，３１のサイズが必然的に調
節できるようになる、という利点がある。したがって、
このような構造のガス分配器を用いることにより、一体
型構造のガス分配器を用いた場合に生ずる、積層体の厚
みを変える毎にその厚みに対応するサイズのガス分配器
を新たに準備しなければならない、という不具合が解消
される。Further, in the gas supply system of the solid oxide fuel cell having this structure, the gas distributors 30 and 31 are connected to the respective separators 21 in the stacked body 27, that is, the number of gas distributors corresponding to the number of the separators 21. Manifold section 35
Since the number of stacked layers of the multilayer body 27 is changed, the number of stacked layers of the manifold section 35 is also changed correspondingly, so that the sizes of the gas distributors 30 and 31 can be necessarily adjusted. There is an advantage that it becomes. Therefore,
By using a gas distributor having such a structure, each time the thickness of the laminated body is changed, a gas distributor having a size corresponding to the thickness is newly prepared. The problem of having to do so is eliminated.
【００３６】[0036]
【発明の効果】上記したように、本発明によれば、従来
用いられてきた固体酸化物型燃料電池よりも、セパレー
タを薄くすることができ、かつ供給ガスを十分予熱する
ことができ、さらに積層体を無理なく押圧でき、その結
果、信頼性と同時にコンパクトな固体酸化物型燃料電池
が得られる。As described above, according to the present invention, the separator can be made thinner and the supply gas can be sufficiently preheated as compared with the conventionally used solid oxide fuel cell. The stack can be pressed without difficulty, and as a result, a solid oxide fuel cell that is compact with reliability can be obtained.
【図１】本発明による固体電解質型燃料電池で用いられ
るセパレータの１つの具体例を示し、（ａ）はその斜視
図であり、（ｂ）は（ａ）の線Ｘ−Ｘについての断面図
であり、（ｃ）は（ａ）の線Ｙ−Ｙについての断面図で
ある。FIG. 1 shows one specific example of a separator used in a solid oxide fuel cell according to the present invention, (a) is a perspective view thereof, and (b) is a sectional view taken along line XX of (a). (C) is a cross-sectional view taken along line YY in (a).
【図２】図１のセパレータを用いて形成される、本発明
による積層構造の固体電解質型燃料電池の１つの具体例
を示し、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は側面図で
ある。2 shows a specific example of a solid oxide fuel cell having a laminated structure according to the present invention, which is formed using the separator of FIG. 1, (a) is a plan view thereof, and (b) is a side view thereof. It is.
【図３】本発明による固体電解質型燃料電池で用いられ
るセパレータのもう１つの具体例を示し、（ａ）はその
平面図であり、（ｂ）は（ａ）の線Ｘ−Ｘについての断
面図であり、（ｃ）は（ａ）の線Ｙ−Ｙについての断面
図である。3A and 3B show another specific example of the separator used in the solid oxide fuel cell according to the present invention, wherein FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a cross section taken along line XX of FIG. It is a figure and (c) is sectional drawing about line YY of (a).
【図４】図３のセパレータを用いて形成される、本発明
による積層構造の固体電解質型燃料電池のもう１つの具
体例を示し、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は側面
図である。4 shows another specific example of a solid oxide fuel cell having a laminated structure according to the present invention, which is formed by using the separator of FIG. 3, (a) is a plan view thereof, and (b) is a side view. FIG.
【図５】従来技術による固体電解質型燃料電池で用いら
れるセパレータの１つの具体例を示し、（ａ）はその平
面図であり、（ｂ）は（ａ）の線Ｘ−Ｘについての断面
図である。5A and 5B show one specific example of a separator used in a solid oxide fuel cell according to the related art, where FIG. 5A is a plan view and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line XX of FIG. It is.
１，２１，４０ セパレータ ２，２２ リブ状部材 ３，２３ 溝 ４，２４，４４ 燃料ガス供給管 ５，２５，４５ 酸化剤ガス供給口 ６，２６ 電極／電解質集合体 ７，２７ 積層体 ８，２８ 断熱壁 ９，２９ スリット部 １０，３０ 燃料ガス分配器 １１，３１ 酸化剤ガス分配器 １２ 絶縁性管 ３３ 蓋 ３４ 貫通穴 ３５ マニホールド部 ３６ 絶縁リング ３７ 端板 ３８ ボルト ３９ ナット ４６ ガス溝 ４７ 燃料ガス供給通路 ４８ 燃料ガス供給口 ４９ 酸化剤ガス供給通路 ５０ 酸化剤ガス供給口 ５１ ガス排出口 1, 21, 40 Separator 2, 22 Rib-shaped member 3, 23 Groove 4, 24, 44 Fuel gas supply pipe 5, 25, 45 Oxidant gas supply port 6, 26 Electrode / electrolyte assembly 7, 27 Stack 8, 28 Insulating wall 9, 29 Slit part 10, 30 Fuel gas distributor 11, 31 Oxidant gas distributor 12 Insulating tube 33 Cover 34 Through hole 35 Manifold part 36 Insulation ring 37 End plate 38 Bolt 39 Nut 46 Gas groove 47 Fuel Gas supply passage 48 Fuel gas supply port 49 Oxidant gas supply passage 50 Oxidant gas supply port 51 Gas outlet
フロントページの続き (72)発明者 竹野入 俊司 神奈川県横須賀市長坂２丁目２番１号 株 式会社富士電機総合研究所内 (72)発明者 新藤 義彦 神奈川県横須賀市長坂２丁目２番１号 株 式会社富士電機総合研究所内Continued on the front page (72) Inventor Shunji Takenoiri 2-2-1 Nagasaka, Yokosuka City, Kanagawa Prefecture Inside Fuji Electric Research Institute (72) Inventor Yoshihiko Shindo 2-2-1 Nagasaka, Yokosuka City, Kanagawa Prefecture Shikisha Fuji Electric Research Laboratory
Claims (9)
およびカソードをそれぞれ配設してなる電極／電解質集
合体と、ガス通流溝もしくはリブが両主面に形成された
セパレータとを交互に積層して積層体を形成し、燃料ガ
ス分配器もしくは酸化剤ガス分配器と、前記各ガス分配
器から分岐した燃料ガス供給管もしくは酸化剤ガス供給
管とを経由して、燃料ガスおよび酸化剤ガスを前記各々
のセパレータへ導いて前記セパレータの両主面上をそれ
ぞれ通流させることにより、アノードに燃料ガスを、カ
ソードに酸化剤ガスをそれぞれ供給して発電を行う固体
酸化物型燃料電池において、 前記セパレータの両主面には、各主面の一端縁から中心
部へ延びる溝が各々形成され、前記溝には燃料ガス供給
管および酸化剤ガス供給管の少なくとも一部がそれぞれ
埋設されてなることを特徴とする固体酸化物型燃料電
池。1. An electrode / electrolyte assembly in which an anode and a cathode are respectively disposed on both main surfaces of a plate-shaped solid electrolyte, and a separator having gas flow grooves or ribs formed on both main surfaces alternately. The fuel gas and the oxidizing gas are passed through a fuel gas distributor or an oxidizing gas distributor and a fuel gas supply pipe or an oxidizing gas supply pipe branched from each of the gas distributors. A solid oxide fuel cell in which an oxidant gas is supplied to an anode and an oxidant gas is supplied to a cathode to generate electric power by introducing an oxidant gas to each of the separators by guiding the oxidant gas to each of the separators. In each of the two main surfaces of the separator, a groove extending from one end edge of each main surface to the center is formed, and the groove has at least a part of a fuel gas supply pipe and an oxidizing gas supply pipe. Solid oxide fuel cell characterized by comprising embedded respectively.
ス供給管が、前記セパレータの中央付近まで埋設され、
前記セパレータの両主面の中央部から燃料ガスおよび酸
化剤ガスをそれぞれ供給することを特徴とする請求項１
記載の固体酸化物型燃料電池。2. The fuel gas supply pipe and the oxidant gas supply pipe are buried near the center of the separator,
2. A fuel gas and an oxidizing gas are supplied from central portions of both main surfaces of the separator, respectively.
The solid oxide fuel cell according to the above.
およびカソードをそれぞれ配設してなる電極／電解質集
合体と、ガス通流溝もしくはリブが両主面に形成された
セパレータとを交互に積層して積層体を形成し、燃料ガ
ス分配器もしくは酸化剤ガス分配器と、前記各ガス分配
器から分岐した燃料ガス供給管もしくは酸化剤ガス供給
管とを経由して、燃料ガスおよび酸化剤ガスを前記各々
のセパレータへ導いて前記セパレータの両主面上をそれ
ぞれ通流させることにより、アノードに燃料ガスを、カ
ソードに酸化剤ガスをそれぞれ供給して発電を行う固体
酸化物型燃料電池において、 前記セパレータの両主面には、各主面の一端縁から中心
部へ延びる溝が各々形成され、 前記溝は穴を有する蓋により覆われ、かつ前記穴はセパ
レータ中央部に位置し、 燃料ガスおよび酸化剤ガスは、前記各溝を通流したのち
前記各穴から前記セパレータの各主面上へそれぞれ供給
させることを特徴とする固体酸化物型燃料電池。3. An electrode / electrolyte assembly in which an anode and a cathode are respectively disposed on both main surfaces of a plate-shaped solid electrolyte, and a separator having gas flow grooves or ribs formed on both main surfaces, alternately. The fuel gas and the oxidizing gas are passed through a fuel gas distributor or an oxidizing gas distributor and a fuel gas supply pipe or an oxidizing gas supply pipe branched from each of the gas distributors. A solid oxide fuel cell in which an oxidant gas is supplied to an anode and an oxidant gas is supplied to a cathode to generate electric power by introducing an oxidant gas to each of the separators by guiding the oxidant gas to each of the separators. In each of the two main surfaces of the separator, a groove extending from one end edge of each main surface to the center is formed, the groove is covered by a lid having a hole, and the hole is formed in the center of the separator. Position, and fuel gas and oxidant gas, solid oxide fuel cells, characterized in that to supply from each of the respective holes after flowed the respective grooves on the main surface of the separator.
料ガス供給管および酸化剤ガス供給管の端部がそれぞれ
埋設されてなることを特徴とする請求項３記載の固体酸
化物型燃料電池。4. The solid oxide fuel according to claim 3, wherein ends of a fuel gas supply pipe and an oxidizing gas supply pipe are respectively buried at both ends of each groove on the separator side. battery.
ス供給管のうち少なくとも前記各溝に埋設された部位の
形状が前記セパレータの厚さ以下の偏平な楕円形状であ
ることを特徴とする請求項１，２および４のいずれかに
記載の固体酸化物型燃料電池。5. The fuel gas supply pipe and the oxidant gas supply pipe, wherein at least a portion embedded in each of the grooves has a flat elliptical shape equal to or less than the thickness of the separator. Item 5. The solid oxide fuel cell according to any one of Items 1, 2, and 4.
り、前記燃料ガス供給管および酸化剤ガス供給管は、前
記断熱壁と前記分配器との間において少なくとも一部分
が可撓性を有する材料からなることを特徴とする請求項
１，２，４および５のいずれかに記載の固体酸化物型燃
料電池。6. A heat insulating wall is provided around the laminate, and at least a part of the fuel gas supply pipe and the oxidizing gas supply pipe has flexibility between the heat insulating wall and the distributor. The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1, 2, 4, and 5, wherein the solid oxide fuel cell is made of a material having:
ス供給管のうち前記断熱壁内にあってかつ前記セパレー
タの溝に至るまでの部位の少なくとも一部が、前記セパ
レータの周囲を取巻くようにそれぞれ配管されてなるこ
とを特徴とする請求項１，２および４〜６のいずれかに
記載の固体酸化物型燃料電池。7. At least a part of the fuel gas supply pipe and the oxidizing gas supply pipe in the heat insulating wall and up to the groove of the separator surrounds the periphery of the separator. The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1, 2, and 4 to 6, wherein the solid oxide fuel cell is formed by piping.
およびカソードをそれぞれ配設してなる電極／電解質集
合体と、ガス通流溝もしくはリブが両主面に形成された
セパレータとを交互に積層して積層体を形成し、燃料ガ
ス分配器もしくは酸化剤ガス分配器と、前記各ガス分配
器から分岐した燃料ガス供給管もしくは酸化剤ガス供給
管とを経由して、燃料ガスおよび酸化剤ガスを前記各々
のセパレータへ導いて前記セパレータの両主面上をそれ
ぞれ通流させることにより、アノードに燃料ガスを、カ
ソードに酸化剤ガスをそれぞれ供給して発電を行う固体
酸化物型燃料電池において、 前記各ガス分配器が、複数のマニホールド部を絶縁リン
グを介して積層した後、垂直方向に締付けることにより
形成されてなり、 前記各ガス供給管は可撓性を有し、 前記ガス分配器および前記ガス供給管は耐熱性を有する
ことを特徴とする固体酸化物型燃料電池。8. An electrode / electrolyte assembly in which an anode and a cathode are respectively disposed on both main surfaces of a flat solid electrolyte, and a separator having gas flow grooves or ribs formed on both main surfaces alternately. The fuel gas and the oxidizing gas are passed through a fuel gas distributor or an oxidizing gas distributor and a fuel gas supply pipe or an oxidizing gas supply pipe branched from each of the gas distributors. A solid oxide fuel cell in which an oxidant gas is supplied to an anode and an oxidant gas is supplied to a cathode to generate electric power by introducing an oxidant gas to each of the separators by guiding the oxidant gas to each of the separators. In the above, each of the gas distributors is formed by laminating a plurality of manifold portions via an insulating ring and then tightening in a vertical direction, and each of the gas supply pipes is flexible. A, the gas distributor and the gas supply pipe is a solid oxide fuel cell characterized by having heat resistance.
置し、前記積層体の排熱により前記ガス分配器内を通流
するガスを昇温させることを特徴とする請求項８記載の
固体酸化物型燃料電池。9. The gas distributor according to claim 8, wherein each of the gas distributors is arranged near the laminate, and the temperature of the gas flowing through the gas distributor is increased by exhaust heat of the laminate. Solid oxide fuel cell.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9164515A JPH1116581A (en) | 1997-06-20 | 1997-06-20 | Solid oxide type fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9164515A JPH1116581A (en) | 1997-06-20 | 1997-06-20 | Solid oxide type fuel cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1116581A true JPH1116581A (en) | 1999-01-22 |
Family
ID=15794638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9164515A Pending JPH1116581A (en) | 1997-06-20 | 1997-06-20 | Solid oxide type fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1116581A (en) |
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