JPS63138666A - 固体電解質型燃料電池モジユ−ル - Google Patents

固体電解質型燃料電池モジユ−ル

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JPS63138666A
JPS63138666A JP61284579A JP28457986A JPS63138666A JP S63138666 A JPS63138666 A JP S63138666A JP 61284579 A JP61284579 A JP 61284579A JP 28457986 A JP28457986 A JP 28457986A JP S63138666 A JPS63138666 A JP S63138666A
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JP
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chamber
partition wall
combustion chamber
gas chamber
combustion
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JP61284579A
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Masayasu Sakai
正康 坂井
Mitsuo Kamisaka
光男 神坂
Tatsuo Kahata
達雄 加幡
Kazuji Fukui
和司 福井
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M8/243Grouping of unit cells of tubular or cylindrical configuration
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • H01M2300/0068Solid electrolytes inorganic
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    • H01M2300/0074Ion conductive at high temperature
    • HELECTRICITY
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    • H01M8/04022Heating by combustion
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は固体電解質型燃料電池モジュールの改良に関す
る。
[従来の技術] 固体電解質型燃料電池(3olid  QxideFu
el  Ce1l 、以下5OFCと記す)は高効率発
電システムの1つとして注目されている。しかし、現在
までのところ、5OFGについては燃料電池単体の研究
・開発が行なわれているにすぎず、発電システムとして
の具体的な技術は確立されていない。
従来提案されている5OFCモジユールを第3図及び第
4図を参照して説明する。なお、第3図は従来の5OF
Cモジユールを一部破断して示す斜視図、第4図は同モ
ジュールの一部を拡大して示す断面図である。
第3図及び第4図において、ケーシング1内部には下部
多孔板2、上部多孔板3、隔壁4及び隔壁5が設けられ
、下方から順に燃料室6、反応室7、燃焼室8、空気室
9及び排ガス室10に区分されている。反応室7と燃焼
室8とを区分する上部多孔板3には複数の単位電池11
の上部開口部側が取付けられ、これら単位電池11の電
池本体側は反応室7内に収納されている。これら単位電
池11の概略的な構造は、筒状の多孔質セラミックスの
表面に空気極、固体電解質及び燃料極が順次1111状
に形成されたものである。また、燃焼室8と空気室9と
の間の隔壁4には、複数のインナーチューブ12が取付
けられ、これらインナーチューブ12は上記燃焼室8を
通って上記単位電池11内部に挿入されている。なお、
第3図において、単位電池11、インナーチューブ12
等の一部は省略されている。上記隔壁4と隔壁5との間
には燃焼室8と排ガス室10とが連通ずるように排ガス
連絡管13が取付けられている。上記隔壁5には上記ケ
ーシング1上部及び排ガス室10を貫通して空気室9に
連通ずる空気供給管14が取付けられている。更に、ケ
ーシング1上部には排ガスv10に連通する排ガス排出
管15が取付けられている。
上述した5OFCモジユールは以下のように作動する。
すなわち、燃料ガスは外部から図示しない燃料ガス供給
管を通って燃料室6へ供給され、更に下部多孔板2を透
過して反応室7内に入り、単位電池11の外周に沿って
上昇する。一方、空気は外部から空気供給管14を通っ
て空気室9内に供給され、更にインナーチューブ12を
通って単位電池11の内部下端まで達し、単位電池11
内周に沿って上昇する。こうした燃料ガス及び空気の供
給により電極反応が起こり、発電が行なわれる。また、
電極反応に寄与しなかった余剰の燃料ガスは上部多孔板
3を透過し、余剰の空気は単位電池11の上部開口部を
通って、それぞれ燃焼室8へ送られ、両者の反応により
燃焼される。この燃焼により生じた排ガスは、燃焼室8
から排ガス連絡管13を通って排ガス室10へ送られ、
更に排ガス排出管15から外部へ排出される。
[発明が解決しようとする問題点〕 しかし、上述した従来の5OFGモジユールには以下の
ような問題がある。
まず問題になるのは、燃焼室8内での燃焼である。すな
わち、上述したように余剰の燃料ガスと余剰の空気とは
燃焼室8内で燃焼されるが、従来の5OFGモジユール
ではこの燃焼は単位電池11の上部開口部近傍で起こる
ため、燃焼室8内部で温度分布が生じる。このため、希
薄な燃料ガスを用いた場合には、燃焼が不安定になる。
また、単位電池11の上部開口部で燃焼が起こると、生
成した排ガスが単位電池1内部へ逆流するおそれがある
次に問題になるのは、5OFCモジユール内の各室で温
度が異なることである。すなわち、従来の5OFCモジ
ユールでは、反応室7、燃焼室8及び排ガス室10は比
較的高温であるのに対し、燃料室6と空気室9とは比較
的低温である。そして、各室の間の隔壁4.5等は排ガ
ス3!l絡管13や空気供給管14等により連結され、
これらによって拘束された状態となっている。このため
、各室の温度差に起因して排ガス連絡管13等の伸びに
差が生じ、その際の応力により隔壁4.5等に割れを生
じさせるおそれがある。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
り、燃焼室内で余剰の燃料ガスと空気とを安定に燃焼さ
せるとともに、各室の温度差に起因する隔壁の割れの発
生を防止することができる固体電解質型燃料電池モジュ
ールを提供することを目的とする。
C問題点を解決するための手段〕 本発明の固体電解質型燃料電池モジュールは、第1の原
料ガス室(空気室又は燃料室)、反応室、余剰ガス室及
び第2の原料ガス室〈燃料室又は空気室)が順次隣接す
るように区分され、筒状の多孔質セラミックス表面に電
池IIIが形成された複数の単位電池が上記反応室と余
剰ガス室とを区分する隔壁に取付けられて反応室内に収
納され、複数のチューブが上記余剰ガス室と第2の原料
ガス室とを区分する隔壁に取付けられ余剰ガス室を通っ
て上記単位電池内部に挿入されてなる本体と、該本体の
少なくとも上記反応室及び余剰ガス室の外周を囲むよう
に設けられ上記本体との間で燃焼室を形成する外部ケー
シングと、該外部ケーシングを貫通し上記燃焼室を通っ
て上記第1の原料ガス室に接続された予熱管とを具備し
、上記本体の反応室と燃焼室との間の隔壁及び余剰ガス
室と燃焼室との間の隔壁にそれぞれポーラス部を設けた
ことを特徴とするものである。
[作用コ このような固体電解質型燃料電池モジュールによれば、
反応室と燃焼室との間の隔壁及び余剰ガス室と燃焼室と
の間の隔壁にそれぞれ設けられたポーラス部から、空気
と燃料ガスとが燃焼室内に送られて燃焼する。そして、
上記ポーラス部は高温では触媒作用を示すので、希薄な
燃料ガスを用いた場合でも燃焼室内での燃焼が安定にな
る。しかも、燃焼により生成した排ガスが逆流すること
もない。また、本体と外部ケーシングとの間で形成され
る燃焼室に予熱管を通し、この予熱管内で空気又は燃料
を予熱して第1の原料ガス室に供給するので、第2の原
料ガス室のみが比較的低温であり、その他の至は比較的
高温である。そして、余剰ガス室と第2の原料ガス室と
の間の隔壁には他端が自由なチューブが取付けられてい
るだけであり、従来のモジュールと興なり、上記隔壁が
連結管によって他の隔壁と連結され拘束された状態とは
なっていないので、熱応力による割れが発生することも
ない。
[実施例] 以下、本発明の実施例を第1図及び第2図を参照して説
明する。なお、第1図は本発明に係る5OFGモジユー
ルの断面図、第2図は同モジュールを分解して示す断面
図である。
第1図及び第2図において、モジュールの本体は、下部
ケーシング21、中央ケーシング22及び上部ケーシン
グ23を組合せることにより構成されている。上記下部
ケーシング21内には多孔板24が設けられ、下部ケー
シング21の底部及び多孔板24により空気室25が形
成される。また、多孔板24、下部ケーシング21及び
中央ケーシング22の底面により反応室26が形成され
る。また、中央ケーシング22及び上部ケーシング21
の底面により余剰ガス室27が形成される。
更に、上部ケーシング23の内部が燃料室28となって
いる。以上のように空気室(第1の原料ガス室)25、
反応室26、余剰ガス室27及び燃料室(第2の原料ガ
ス室)28が順次隣接するように区分されている。そし
て、中央ケーシング22の底面(反応室26と余剰ガス
室27との間の隔壁)には複数の単位電池29の上部開
口部側が取付けられ、これら単位電池29の電池本体側
は反応室26内に収納されている。これら単位電池29
の概略的な構造は、筒状の多孔質セラミックスの表面に
電池Hm、すなわち燃料極、固体電解質及び空気極が順
次薄膜状に形成されたものである。また、上部ケーシン
グ23の底面(余剰ガス室27と燃料室28との間の隔
壁)には、複数のインナーチューブ3oが取付けられ、
これらインナーチューブ3oは上記余剰ガス室27を通
って上記単位電池29内部に挿入されている。更に、上
部ケーシング23には燃料室28に連通ずる2本の燃料
供給管31が接続されている。以上の各部材により5O
FGモジユールの本体が構成されている。
また、下部ケーシング21及び中央ケーシング22の外
周を囲むように外部ケーシング32が設けられ、これら
の間に燃焼室33が形成される。
また、この外部ケーシング32の上部を貫通し、燃焼室
33内を螺旋状に巻かれた状態で通過し、燃焼室25に
連通する2本(又は4本)の予熱管34が設けられてい
る。空気室25内は隔壁によって中央部と周辺部とに分
割されており、2本の予熱管34はそれぞれ空気室25
の中央部と周辺部とに連通している。
更に、下部ケーシング21の側壁(反応室26と燃焼室
33との隔壁)上部にはポーラス部21aが、中央ケー
シング22の側壁(余剰ガス室27と燃焼室33との隔
1)にはポーラス部22aがそれぞれ形成されている。
なお、第2図に示すように、本発明に係る5OFCモジ
ユールは、全体的には、下部ケーシング21、外部ケー
シング32及び予熱管34からなる部分と、中央ケーシ
ング22及び単位電池29からなる部分と、上部ケーシ
ング23及びインナーチューブ30からなる部分とを組
合せることにより製作される。そして、下部ケーシング
21と中央ケーシング22のフランジ部とが固定され、
中央ケーシング22と上部ケーシング23との間にはセ
ラミックス等のガスケットがはさまれ、外部ケーシング
32と上部ケーシング23のフランジ部とが固定されて
いる。
上述した5OFGモジユールは以下のように作動する。
すなわち、燃料ガスは燃料ガス供給管31を通って燃料
室28へ供給され、更にインナーチューブ30を通って
単位電池29の内部下端まで達し、単位電池29内周に
沿って上昇する。
一方、空気は予熱管34を通って空気室25内に供給さ
れ、更に多孔板24を透過して反応室26内に入り〜単
位電池29の外周に沿って上昇する。
こうした燃料ガス及び空気の供給により電極反応が起こ
り、発電が行なわれる。また、電極反応に寄与しなかっ
た余剰の燃料ガスは単位電池29の上部開口部を通って
余剰ガス室27に送られ、更に中央ケーシング22のポ
ーラス部22aを透過して燃焼室33へ送られる。一方
、余剰の空気は燃焼室33で余剰の燃料ガスと空気とが
燃焼される。この燃焼により生じた排ガスは、排ガス排
出口35から外部へ排出される。
このような5OFGモジユールによれば、下部ケーシン
グ21及び中央ケーシング22にそれぞれ設けられたポ
ーラス部21a、22aから、空気と燃料ガスとが燃焼
室33内に送られて燃焼する。そして、上記ポーラス部
21a、22aは高温では触媒作用を示すので、希薄な
燃料ガスを用いた場合でも燃焼苗33内での燃焼が安定
になる。
しかも、燃焼により生成した排ガスが逆流することもな
い。
また、燃焼室33に予熱管34を通し、この予熱管34
内で空気を予熱して空気室25に供給するので、結局燃
料室28のみが比較的低温であり、その他の燃焼室33
、空気室25、反応室26及び余剰ガス室27は比較的
A濃である。そして、低温の燃料室28と高温の余剰ガ
ス室27との隔壁である上部ケーシング23の底面には
他端が自由なインナーチューブ30が取付けられている
だけであり、従来のモジュールと異なり、連結管によっ
て2つの隔壁が連結され拘束された状態とはなっていな
いので、熱応力による割れが発生することもない。また
、その他の箇所でも連結管によって2つの隔壁が連結さ
れているところはなく、しかも隣接する室の濃度差が小
さいので熱応力による割れが発生することはない。また
、上記実施例のようにいくつかのブロックとなった部分
を組立てる構造にしておけば、熱応力を解放する効果が
より一暦大きくなる。なお、予熱管34を設けることに
より、モジュールの自立運転が容易になるとともに、高
効率化を図ることもできる。
更に、上記実施例のように空気室25を中心部と周辺部
とに分割することにより、反応室26への空気の供給を
均一化できるという効果も得られる。
[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、燃焼7内での余剰
の燃料ガスと空気との燃焼を安定化できるとともに、冬
空の温度差に起因する隔壁の割れの発生を防止すること
ができる固体電解質型燃料電池モジュールを提供できる
ものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例における固体電解質型燃料電池
モジュールの断面図、第2図は同固体電解賀型燃料電池
モジュールを分解して示す断面図、第3図は従来の固体
電解質型燃料電池モジュールを一部破断して示す斜視図
、第4図は同固体電解質型燃料胃池モジュールの一部を
拡大して示す断面図である。 21・・・下部ケーシング、21a・・・ポーラス部、
22・・・中央ケーシング、22a・・・ポーラス部、
23・・・上部ケーシング、24・・・多孔板、25・
・・空気至、26・・・反応室、27・・・余剰ガス室
、28・・・燃料室、29・・・単位電池、30・・・
インナーチューブ、31・・・燃料ガス供給管、32・
・・外部ケーシング、33・・・燃焼室、34・・・予
熱管、35・・・排ガス排出口。 出願人復代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 第1の原料ガス室、反応室、余剰ガス室及び第2の原料
    ガス室が順次隣接するように区分され、筒状の多孔質セ
    ラミックス表面に電池薄膜が形成された複数の単位電池
    が上記反応室と余剰ガス室とを区分する隔壁に取付けら
    れて反応室内に収納され、複数のチューブが上記余剰ガ
    ス室と第2の原料ガス室とを区分する隔壁に取付けられ
    余剰ガス室を通つて上記単位電池内部に挿入されてなる
    本体と、該本体の少なくとも上記反応室及び余剰ガス室
    の外周を囲むように設けられ上記本体との間で燃焼室を
    形成する外部ケーシングと、該外部ケーシングを貫通し
    上記燃焼室を通つて上記第1の原料ガス室に接続された
    予熱管とを具備し、上記本体の反応室と燃焼室との間の
    隔壁及び余剰ガス室と燃焼室との間の隔壁にそれぞれポ
    ーラス部を設けたことを特徴とする固体電解質型燃料電
    池モジュール。
JP61284579A 1986-11-29 1986-11-29 固体電解質型燃料電池モジユ−ル Pending JPS63138666A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0374636A1 (de) * 1988-12-20 1990-06-27 Asea Brown Boveri Ag Verfahren zur Umwandlung von in einem Stoff als chemisches Potential vorliegender Energie in elektrische Energie basierend auf einem elektrochemischen Hochtemperaturprozess
WO1996007212A1 (de) * 1994-08-31 1996-03-07 Forschungszentrum Jülich GmbH Feststoffelektrolyt-hochtemperatur-brennstoffzelle und brennstoffzellen-anordnung
EP1473794A1 (en) * 2002-02-05 2004-11-03 Tokyo Gas Company Limited Solid oxide type fuel cell system

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