WO2005117179A1 - 固体酸化物形燃料電池及びそのシール方法 - Google Patents

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Hiroshi Nomura
Toshihisa Takanami
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Nihon University
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Definitions

  • the present invention relates to a solid oxidant fuel cell and a sealing method thereof, and more particularly to a solid oxidant fuel cell using an incombustible gas as a sealing material and a sealing method thereof.
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • a solid oxide fuel cell (hereinafter abbreviated as SOFC) in the present specification is a type in which an electrolyte has a high ionic conductivity at a high temperature. Is used. SOFC is operated at the highest temperature among various fuel cells, and its operating temperature reaches 800 ° C to 1000 ° C. Since the operating temperature is high, it is difficult to select the material of the equipment used for SOFC. Usually, most parts are made of ceramics.
  • a fuel cell composed of the solid electrolyte 1, the air electrode 2, and the fuel electrode 3 is fixed to the fuel pipe 4 using a sealing material 5.
  • a fuel cell obtains an electromotive force by supplying hydrogen and oxygen, which are reaction gases, from the outside and causing a chemical reaction.
  • hydrogen used as a fuel gas is a colorless, odorless, flammable gas with a small molecular weight, so it can easily leak from even a small gap.
  • a sealing material having gas barrier properties is required.
  • a rubber-silicon-based sealing material or the like cannot be used as the sealing material 5.
  • a fuel cell is generally completely fixed to a fuel pipe by using ceramics, glass, or the like as a sealing material.
  • Patent Document 4 As a sealing method using a vitreous material, for example, in Patent Document 4, by controlling the composition ratio of sodium silicate glass, a solid-liquid coexistence range from the solidus line to the liquidus line is defined.
  • a seal material composed of two or more binary oxidized products, which forms a matrix and in which a liquid layer functions as a seal material.
  • Patent Document 5 discloses a sealing material in which a metal foil reinforced with ceramic fibers is used as an aggregate, and the aggregate holds sodium silicate glass.
  • Patent Document 6 the compatibility between the separator and the vitreous sealing material is increased by improving the sealability by forming an oxide layer on the surface of the separator by previously heat-treating the separator in an oxygen atmosphere.
  • Patent Documents 7 and 8 disclose solid electrolyte fuel cells using glass for sealing between a cylindrical cell and a flange and between a flange and a gas seal plate (partition plate).
  • Patent Document 9 a concave and a projection are provided on the upper and lower surfaces of the separator, respectively, so that they have a mortise and joint structure, and a gasket of a heat-resistant metal is provided between the separator and the solid electrolyte. It discloses a method of ensuring airtightness by inserting and making surface contact with each other.
  • Patent Document 10 discloses a sealing method in which a material containing both components of two materials to be joined is used as a sealing material in a solid oxide fuel cell.
  • Patent Document 11 discloses a composite having a sealing property in which a metal member is filled in a storage part and a part or all of a boundary portion is filled with the metal member.
  • Patent Document 1 JP-A-11154525
  • Patent Document 2 JP-A-10-116624
  • Patent Document 3 JP-A-10-12252
  • Patent Document 4 JP-A-5-325999
  • Patent Document 5 JP-A-6-231784
  • Patent Document 6 JP-A-8-7904
  • Patent Document 7 JP-A-5-29010
  • Patent Document 8 JP-A-5-29011
  • Patent Document 9 JP-A-9-115530
  • Patent document 10 JP-A-9 129251
  • Patent Document 11 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-349714
  • the present invention aims to provide a solid oxide fuel cell having a safe and high gas barrier property and capable of easily removing a fuel cell, and a sealing method thereof. It is.
  • the sealing means may be any as long as it has a sealing area provided between the air area and the fuel area, and a non-combustible gas supply port for supplying a non-combustible gas to the sealing area.
  • the gas pressure in the seal region may be slightly higher than the gas pressure in the air region and the fuel region.
  • the sealing means is provided at an end of the fuel cell unit sandwiched between the air region and the fuel region. Should be sealed.
  • a nitrogen gas can be used as the non-combustible gas. It is also possible to use the exhaust gas discharged from the solid oxide fuel cell car! ⁇ .
  • a plurality of fuel cell units each including an air region, a fuel region, and fuel cells interposed therebetween are used as a stack type, and a plurality of separators for separating and stacking the plurality of fuel cell units are provided. It is good also as composition which has.
  • the sealing means may also seal the end of the separator sandwiched between the plurality of fuel cell units.
  • Fail-safe means that functions when the operation of the sealing means becomes abnormal may be provided.
  • This may be a power source that can supply a plurality of noncombustible gas or a power source that shuts off the fuel supply to the fuel area.
  • the sealing method of the present invention supplies the fuel of the fuel cell while supplying a nonflammable gas for sealing between the air region and the fuel region to the seal region.
  • the solid oxide fuel cell fuel cell and the method of sealing the same according to the present invention have the advantage that while having high gas noria properties, the fuel cell can be easily removed. Therefore, the inspection and maintenance of the fuel cell can be easily performed, and even when the fuel cell is replaced, the fuel cell can be replaced easily and inexpensively in a short time.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining a seal portion of the fuel cell of the SOFC according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a partial cross section used for explaining a seal portion of the SOFC in FIG.
  • portions denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 represent the same functional portions.
  • a flat fuel cell will be described as an example in the drawings.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to other types of fuel cells such as a cylindrical fuel cell. .
  • a fuel cell comprising a solid electrolyte 1, an air electrode 2, and a fuel electrode 3 is: It is located on the support 40 of the fuel tube 4.
  • a cell cover 6 is mounted on the upper part of the fuel cell to fix the fuel cell.
  • the cell cover 6 is mounted as a weight that does not completely fix the fuel cell.
  • a sealing gas pipe 7 is provided so as to cover the outside of the fuel pipe 4 with a small gap concentrically with the fuel pipe.
  • the fuel pipe 4 is provided with a nonflammable gas supply port 9 for supplying a nonflammable gas from the sealing gas pipe 7 to the seal region 8.
  • the non-combustible gas supply port 9 is provided at four places. However, the present invention is not limited to this, and if the non-combustible gas is supplied to the seal area 8, one place is provided. There may be multiple locations.
  • the SOFC In the SOFC, if the fuel of the fuel region 11, such as hydrogen, enters the air region 10, there is a risk of explosion. Therefore, in the SOFC of the present invention, the SOFC is sandwiched between the air region 10 and the fuel region 11. The end of the fuel cell unit is sealed with a seal region 8. The non-combustible gas is introduced into the seal region 8 from the sealing gas pipe 7 through the non-combustible gas supply port 9 and is filled with the non-combustible gas. With this non-combustible gas, a gap between the air region 10 and the fuel region 11 is formed.
  • the noncombustible gas to be introduced is, for example, nitrogen gas, and is preferably supplied in a state where the gas pressure is slightly higher than the gas pressure in the air region 10 or the fuel region 11.
  • the gas pressure may be completely the same, but by setting the gas pressure slightly higher, it is possible to completely prevent the air in the air region 10 and the fuel in the fuel region 11 from leaking into the seal region 8. Is possible.
  • the gas pressure of the noncombustible gas is too high, the fuel or air is diluted by the noncombustible gas leaked into the air region 10 or the fuel region 11, so that the fuel or air is sealed. It is preferable that the gas pressure be controlled to be slightly higher than that in the area 8 so as to maintain the gas pressure. If non-combustible gas is supplied first and fuel is supplied in that state, there is a possibility that fuel may flow out to the air area or air may flow out to the fuel area even when the device is started. Absent.
  • exhaust gas discharged from a fuel cell as a non-combustible gas for sealing, instead of always preparing new nitrogen as a non-combustible gas.
  • hydrogen is mixed in off-gas, which is fuel-side exhaust gas. Heat generated by mixing air is used, and the exhaust gas discharged at this time can also be used as non-combustible gas.
  • the gas pressure in the air region 10 and the gas pressure in the fuel region 11 are used in agreement.
  • the fuel cell has a thin structure of less than lmm, and the fuel cell may be broken if it receives mechanical stress due to a difference in gas pressure in addition to thermal stress. Therefore, there is no possibility that the nonflammable gas for sealing flows out to only one side.
  • the difference between the gas pressure in the air region and the gas pressure in the fuel region is small enough to withstand the stress of the fuel cell, a slightly higher V, depending on the higher gas pressure, It is necessary to supply a non-combustible gas of gas pressure.
  • the seal region 8 is a room-like region surrounded by the solid electrolyte 1, the fuel pipe 4, and the cell cover 6.
  • the present invention is not limited to this. It goes without saying that the region may be in a state of being in close contact without any problem. That is, in this case, a small gap portion in the state of being in close contact becomes a seal region.
  • the sealing method of the present invention is not intended to be used in a completely fixed state, even in a fixed state, the sealing method of the present invention should be used as a safety measure in case of leakage. Is of course also possible
  • the seal portion of the present invention is a gas seal using a nonflammable gas as a seal material, it is not necessary to completely fix the seal portion.
  • it since it is a gas, it has a sealing function without any problem even at high temperatures.
  • a fail-safe function for example, a plurality of non-combustible gas supplies to the sealing gas pipe should be provided so that even if one fails, it can be supplied by another supply. Conceivable. Further, when an abnormality is detected, the supply of fuel may be stopped immediately. Not only such, but also all fail-safe functions can be applied to the present application.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining an example in which the sealing means of the present invention is applied to an SOFC in which a plurality of fuel cells are stacked.
  • FIG. 4 portions denoted by the same reference numerals as those in FIG. 2 represent the same functional portions.
  • the air region 10, the fuel cell and the fuel region 11 constitute a fuel cell as one unit, and these are stacked with a separator 15 interposed therebetween. Even with such a stack type SOFC, it is possible to seal the space between the air region and the fuel region, that is, the end of the fuel cell unit, with an inert gas.
  • the separator 15 and the fuel pipe 4 or the cell cover 6 may be completely fixed, but if not fixed, the end of the separator should be sealed like the fuel cell unit. May be.
  • a seal region may be provided at the end of the separator 15, and a non-combustible gas supply port for supplying a non-combustible gas may be provided there.
  • the sealing means of the present invention may be provided between the fuel cell and a partition plate holding the same. That is, a nonflammable gas supply port may be provided inside the partition plate, and a seal region may be provided at the boundary between the fuel cell and the partition plate. Furthermore, even if the fuel cell is completely fixed to the fuel pipe or the like with a ceramic sealing material or the like, it is of course possible to provide the sealing means of the present application as a fail-safe means for preventing leakage.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a method of sealing a fuel cell unit of a conventional general SOFC.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining a method of sealing a fuel cell unit of an SOFC according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view for explaining a method of sealing the fuel cell unit of the SOFC according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a method for sealing a stack-type fuel cell unit of an SOFC according to a second embodiment of the present invention.

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Abstract

 高いガスバリア性を有する一方、容易に燃料電池セルを取り外すことも可能な固体酸化物形燃料電池及びそのシール方法を提供する。  固体酸化物形燃料電池に用いられる燃料電池セルを固定する部分の空気領域10と燃料領域11との間をシールするために、不燃性ガスによるシールを用いる。シールは、シール用ガス管7とシール領域8と、シール領域に不燃性ガスを供給するための不燃性ガス供給口9とからなる。シール領域のガス圧は、空気領域及び燃料領域のガス圧よりも僅かに高くする。

Description

明 細 書
固体酸化物形燃料電池及びそのシール方法
技術分野
[0001] 本発明は、固体酸ィ匕物形燃料電池及びそのシール方法に関し、特に、不燃性ガス をシール材として用いる固体酸ィ匕物形燃料電池及びそのシール方法に関する。 背景技術
[0002] 燃料電池はその電解質によって様々な形式に分類されるが、その中で固体酸ィ匕物 形燃料電池 (以下、本明細書では SOFCと略す。)は、電解質に高温でイオン導電 性を持つ酸ィ匕物を用いるものである。 SOFCは、各種燃料電池の中で最も高温で運 転されるものであり、その電池動作温度は 800°C〜1000°Cに達する。運転温度が高 温であるため、 SOFCに用いられる装置の材質の選択は難しぐ通常、ほとんどの部 分がセラミックスで作成される。
[0003] 図 1を用いて、従来の SOFCの燃料電池セル部分のシール方法を説明する。固体 電解質 1と空気極 2と燃料極 3とからなる燃料電池セルは、燃料管 4にシール材 5を用 いて固着されている。燃料電池は反応ガスである水素と酸素を外部より供給し、化学 反応させることで起電力を得るものである。特に燃料ガスとして用いられる水素は分 子量が小さぐ無色、無臭の可燃性ガスであるため、僅かな隙間からでも漏れやすい ので、燃料電池セルと燃料管との間には高!、ガスバリア性を有するシール材が要求 される。
[0004] ここで、 SOFCの動作温度が高温になることから、このシール材 5にはゴムゃシリコ ーン系のシール材等は用いることはできない。 SOFCでは、一般的にはセラミックス やガラス質等をシール材として用いて、燃料電池セルを燃料管に完全に固着してい る。
[0005] このように、 800°Cを超える高温領域でのシール技術は非常に重要な意味を持つ ており、様々なシール方法が開発されている。例えば特許文献 1、特許文献 2、特許 文献 3では、シール部が SOFCの動作温度より高 、融点を持つ超微粒子酸化物を 主成分とするシール液剤を塗布して焼成することで得られる焼結体力ゝらなるシール材 を用いたものを開示して 、る。
[0006] また、ガラス質等を用いたシール方法としては、例えば特許文献 4では、珪酸ソーダ ガラスの組成比を制御して、固相線以上、液相線以下の固液共存範囲で固相がマト リックスを形成し、液層がシール材として機能する 2元系以上の酸ィ匕物カゝらなるシー ル材を開示している。また、特許文献 5では、セラミックス繊維で補強された金属箔を 骨材とし、この骨材に珪酸ソーダガラスを保持させたシール材を開示している。特許 文献 6では、セパレータを予め酸素雰囲気中で熱処理して表面に酸化物層を形成す ることにより、セパレータとガラス質のシール材の適合性を上げ、シール性を向上させ ている。特許文献 7、特許文献 8では、円筒形セルとフランジ間、及びフランジとガス シール板 (仕切板)間のシールにガラスを用いる固体電解質燃料電池を開示して ヽ る。
[0007] また、特許文献 9では、セパレータの上下面にそれぞれ凹部と突起部を備え、これ らが嵌合するありほぞ継ぎ手構造とするとともに、セパレータと固体電解質の間に耐 熱性金属のガスケットを挿入し互いに面接触させて気密性を確保する方法を開示し ている。
[0008] 特許文献 10では、固体電解質燃料電池において、接合しょうとする 2つの材料の 成分をともに含んだ材料をシール材として用いるシール方法を開示して 、る。上述の 技術は、平板型の燃料電池を対象としているが、円筒型構造の燃料電池の場合、円 筒形のセルとこれを保持する仕切板との間をシールする必要がある。
[0009] さらに、特許文献 11では、金属部材が貯留部に充填され境界部の一部又は全部 に金属部材が充填されるシール性を有する複合体を開示している。
[0010] これらの従来技術はすべてシール材により燃料電池セルが燃料管等に完全に固 着されるものであった。
[0011] 特許文献 1 :特開平 11 154525号公報
特許文献 2:特開平 10— 116624号公報
特許文献 3 :特開平 10— 12252号公報
特許文献 4:特開平 5— 325999号公報
特許文献 5:特開平 6 - 231784号公報 特許文献 6:特開平 8— 7904号公報
特許文献 7:特開平 5 - 29010号公報
特許文献 8:特開平 5 - 29011号公報
特許文献 9:特開平 9 - 115530号公報
特許文献 10 :特開平 9 129251号公報
特許文献 11:特開 2002— 349714号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0012] し力しながら、従来のようなシール方法を用いた場合、燃料電池セルは完全に固着 されて ヽるため、燃料電池セル自体の点検やメンテナンスを行!、たくてもできなかつ た。燃料電池セルを交換する場合には、燃料電池セルやその周辺のシール材を破 壊するしかなぐその交換には手間とコストがかかるものであった。また、燃料電池セ ルがまだ再利用できるものであったとしても、取り出すには破壊するしかな力つたため 再利用することもできな力つた。
[0013] 本発明は、斯かる実情に鑑み、安全で高いガスバリア性を有する一方、容易に燃 料電池セルを取り外すことも可能な固体酸化物形燃料電池及びそのシール方法を 提供しょうとするものである。
課題を解決するための手段
[0014] 上述した本発明の目的を達成するために、本発明による固体酸化物形燃料電池は 、固体電解質と空気極と燃料極とからなる燃料電池セルと、空気極に接する空気領 域と、燃料極に接する燃料領域と、燃料電池セルの部分の空気領域と燃料領域との 間をシールするための不燃性ガスによるシール手段とを有するものである。
[0015] ここで、シール手段は、空気領域と燃料領域との間に設けられるシール領域と、該 シール領域に不燃性ガスを供給する不燃性ガス供給口とを有するものであれば良 ヽ
[0016] また、シール領域のガス圧は、空気領域及び燃料領域のガス圧よりも僅かに高くす れば良い。
[0017] また、シール手段は、空気領域と燃料領域との間に挟まれる燃料電池セルの端部 をシールすれば良い。
[0018] なお、不燃性ガスは、窒素ガスを用いることが可能である。また、固体酸化物形燃 料電池カゝら排出される排気ガスを用いても良!ヽ。
[0019] さらに、空気領域と燃料領域とその間に挟まれる燃料電池セルとからなる燃料電池 ユニットを複数用いてスタック型とし、複数の燃料電池ユニットを分離して積層するた めの複数のセパレータを有する構成としても良い。
[0020] このとき、シール手段は、複数の燃料電池ユニットの間に挟まれるセパレータの端 部もシールするようにしても良 、。
[0021] なお、シール手段は、燃料電池セルに固着されていなければ良い。
[0022] さらに、シール手段の動作が異常となったときに機能するフェイルセーフ手段を有 するようにしても良い。これは、複数の不燃性ガス供給手段力もなるものや、燃料領 域への燃料供給を遮断する手段力 なるものであれば良い。
[0023] また、本発明のシール方法は、空気領域と燃料領域との間をシールするための不 燃性ガスをシール領域に供給しながら、燃料電池の燃料を供給するものである。 発明の効果
[0024] 本発明の固体酸ィ匕物形燃料電池及びそのシール方法には、高いガスノリア性を 有する一方、容易に燃料電池セルを取り外すことも可能という利点がある。したがつ て、燃料電池セルの点検やメンテナンスが容易に行えるようになり、燃料電池セルを 交換する場合にも安価に簡単に短時間で交換することが可能となる。
発明を実施するための最良の形態
[0025] 以下、本発明を実施するための最良の形態を図示例と共に説明する。図 2は、本発 明の第 1実施例の SOFCの燃料電池セルのシール部分を説明するための模式的な 断面図である。また、図 3は図 2の SOFCのシール部分の説明をするのに用いる一部 断面の模式的な斜視図である。図中、図 1と同一の符号を付した部分は同一機能部 分を表わしている。なお、以下の説明では平板型の燃料電池セルを図示例に挙げて 説明するが、本発明はこれに限定されず、円筒型等の他の燃料電池セルの形式で あっても適用可能である。
[0026] 図 2に示すように、固体電解質 1と空気極 2と燃料極 3とからなる燃料電池セルが、 燃料管 4の支持部 40に置かれている。そして、燃料電池セルの上部にはセルカバー 6が載せられ、燃料電池セルを固定している。なお、セルカバー 6は燃料電池セルを 完全に固定するようなものではなぐ錘として載せられているものである。さらに、燃料 管 4の外側を覆うように、燃料管と同心円上で僅かな隙間をもってシール用ガス管 7 が設けられる。ここで燃料管 4には、シール用ガス管 7から不燃性ガスをシール領域 8 に供給するための不燃性ガス供給口 9が設けられている。なお、図示例では不燃性 ガス供給口 9は 4箇所に設けられているものを示したが、本発明はこれに限定されず 、シール領域 8に不燃性ガスが供給されれば、 1箇所であっても複数箇所であっても 構わない。
[0027] SOFCにおいて、空気領域 10に燃料領域 11の燃料、例えば水素等が入り込むと 、爆発の危険性があるため、本発明の SOFCでは、空気領域 10と燃料領域 11との 間に挟まれる燃料電池セルの端部をシール領域 8でシールして 、る。シール領域 8 には、不燃性ガス供給口 9を介してシール用ガス管 7から不燃性ガスを導入し、不燃 性ガスが満たされる。この不燃性ガスにより、空気領域 10と燃料領域 11の間がシー ノレされる。
[0028] ここで、導入される不燃性ガスは、例えば窒素ガスであり、空気領域 10や燃料領域 11のガス圧よりも僅かに高くなる状態で供給されることが好ましい。勿論完全に等し いガス圧であっても良いが、僅かに高いガス圧とすることで、空気領域 10の空気や燃 料領域 11の燃料がシール領域 8に漏れ出ることを完全に防ぐことが可能である。な お、不燃性ガスのガス圧が高すぎる場合には、空気領域 10や燃料領域 11に漏れた 不燃性ガスにより、燃料や空気を希釈してしまうことになるため、燃料や空気がシー ル領域 8に入り込まな 、程度の僅かに高 、ガス圧を保つように制御されることが好ま しい。なお、まず不燃性ガスを供給し、その状態で燃料を供給するようにすれば、装 置起動時でも、燃料が空気領域の方へ、又は空気が燃料領域の方へ流出する可能 '性はない。
[0029] また、不燃性ガスとして常に新しい窒素を用意するのではなぐ燃料電池から排出 される排気ガスをシール用の不燃性ガスとして再利用することも可能である。例えば、 燃料側の排気であるオフガスには水素も混入して ヽるため、コジェネレーションとして 空気を混ぜて燃焼させた熱を利用したりするが、このとき排出される排気ガスも不燃 性ガスとして利用可能である。
[0030] ここで、通常、 SOFCにおいて、空気領域 10と燃料領域 11のガス圧は一致させて 使用する。これは、燃料電池セルは lmm未満と薄い構造であり、熱応力に加えてガ ス圧の差による機械的応力を受けると燃料電池セルが割れてしまう可能性があるから である。したがって、シール用の不燃性ガスが一方の側のみに流出する可能性はな い。但し、空気領域と燃料領域のガス圧の差が、燃料電池セルが応力に耐えられる 程度の微小な差である場合には、ガス圧が高いほうに合わせて、それよりも僅かに高 V、ガス圧の不燃性ガスを供給する必要がある。
[0031] なお、図示例ではシール領域 8は、固体電解質 1と燃料管 4とセルカバー 6とに囲ま れた部屋状の領域となっているが、本発明はこれに限定されず、部屋状の領域が無 く密着した状態となっていても勿論構わない。即ち、この場合、密着している状態に おける僅かな隙間部分がシール領域となるわけである。また、本発明のシール方法 は、完全に固着された状態で使うことは意図していないが、固着された状態であって も、漏れた場合の安全策等として本発明のシール方法を用いることも勿論可能である
[0032] このように、本発明のシール部分は、シール材として不燃性ガスを用いるガスシー ルであるため完全に固着する必要がない。また、ガスであるため、高温になっても問 題なくシール機能を有するものである。ただし、不活性ガスの供給が何らかのトラブル で停止した場合には、簡単に燃料と空気が混合する危険性がある。したがって、これ を防止するためのフェイルセーフ機能を設けることが好ま 、。具体的なフェイルセ ーフ機能としては、例えばシール用ガス管への不燃性ガスの供給器を複数設けてお き、一つが故障しても別の供給器により供給可能なようにしておくことが考えられる。 さらに、異常を感知した場合に、即、燃料の供給を停止できるようにしても良い。この ようなものに限らず、あらゆるフェイルセーフ機能を本願に適用することが可能である
[0033] 次に、本発明の第 2実施例の SOFCを説明する。図 4は、燃料電池セルを複数スタ ックした SOFCに、本発明のシール手段を適用した例を説明するための模式的な断 面図である。図中、図 2と同一の符号を付した部分は同一機能部分を表わしている。 空気領域 10と燃料電池セルと燃料領域 11とが 1ユニットとして燃料電池を構成し、こ れがセパレータ 15を介して積層されている。このようなスタック型の SOFCであっても 、空気領域と燃料領域との間、即ち、燃料電池セルの端部を不活性ガスによりシー ルすることが可能である。さらに、セパレータ 15と燃料管 4又はセルカバー 6とは、完 全に固着していても良いが、固着しない場合には、燃料電池セルの部分と同様に、 セパレータの端部をシールするようにしても良い。この場合も燃料電池セルと同様に 、セパレータ 15の端部にシール領域を設け、そこに不燃性ガスを供給するための不 燃性ガス供給口を設ければ良!ヽ。
[0034] なお、本発明の固体酸ィ匕物形燃料電池及びそのシール方法は、上述の図示例に のみ限定されるものではなぐ本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更 を加え得ることは勿論である。例えば、円筒型の燃料電池セルの場合では、これを保 持する仕切り板との間に本発明のシール手段を設ければ良い。即ち、仕切り板内部 に不燃性ガス供給口を設け、燃料電池セルと仕切り板の境界部分にシール領域を 設ければ良い。さら〖こ、燃料電池セルがセラミックスシール材等で燃料管等に完全に 固着されたものであっても、漏れ防止のフェイルセーフ手段として本願のシール手段 を設けることも勿論可能である。
図面の簡単な説明
[0035] [図 1]図 1は、従来の一般的な SOFCの燃料電池セル部のシール方法を説明するた めの模式的な断面図である。
[図 2]図 2は、本発明の第 1実施例の SOFCの燃料電池セル部のシール方法を説明 するための模式的な断面図である。
[図 3]図 3は、本発明の第 1実施例の SOFCの燃料電池セル部のシール方法を説明 するための模式的な斜視図である。
[図 4]図 4は、本発明の第 2実施例の SOFCのスタック型の燃料電池セル部のシール 方法を説明するための模式的な断面図である。
符号の説明
[0036] 1 固体電解質 空気極
燃料極
燃料管
シール材 セノレカノく一 シーノレ用ガス管 シール領域 不燃性ガス供給口 空気領域 燃料領域 セパレータ 支持部

Claims

請求の範囲
[1] 燃料電池の動作温度が高温である固体酸ィ匕物形燃料電池であって、該燃料電池 は、
固体電解質と空気極と燃料極とからなる燃料電池セルと、
前記空気極に接する空気領域と、
前記燃料極に接する燃料領域と、
前記燃料電池セルの部分の前記空気領域と燃料領域との間をシールするための 不燃性ガスによるシール手段と、
を有することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
[2] 請求項 1に記載の固体酸化物形燃料電池にお!、て、前記シール手段は、前記空 気領域と燃料領域との間に設けられるシール領域と、該シール領域に不燃性ガスを 供給する不燃性ガス供給口とを有することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
[3] 請求項 2に記載の固体酸ィ匕物形燃料電池において、前記シール領域のガス圧は、 前記空気領域及び燃料領域のガス圧よりも僅かに高いことを特徴とする固体酸化物 形燃料電池。
[4] 請求項 1乃至請求項 3の何れかに記載の固体酸化物形燃料電池において、前記 シール手段は、前記空気領域と燃料領域との間に挟まれる前記燃料電池セルの端 部をシールすることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
[5] 請求項 1乃至請求項 4の何れかに記載の固体酸化物形燃料電池において、前記 不燃性ガスは、窒素ガスであることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
[6] 請求項 1乃至請求項 5の何れかに記載の固体酸化物形燃料電池において、前記 不燃性ガスは、前記固体酸ィ匕物形燃料電池カゝら排出される排気ガスであることを特 徴とする固体酸化物形燃料電池。
[7] 請求項 1乃至請求項 6の何れかに記載の固体酸化物形燃料電池であって、前記空 気領域と燃料領域とその間に挟まれる前記燃料電池セルとからなる燃料電池ュ-ッ トを複数有し、さらに、前記複数の燃料電池ユニットを分離して積層するための複数 のセパレータを有することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
[8] 請求項 7に記載の固体酸化物形燃料電池にお!、て、前記シール手段は、前記複 数の燃料電池ユニットの間に挟まれる前記セパレータの端部をシールすることを特徴 とする固体酸化物形燃料電池。
請求項 1乃至請求項 8の何れかに記載の固体酸化物形燃料電池において、前記 シール手段は、前記燃料電池セルに固着されていないことを特徴とする固体酸ィ匕物 形燃料電池。
請求項 1乃至請求項 9の何れかに記載の固体酸ィヒ物形燃料電池であって、さらに 、前記シール手段の動作が異常となったときに機能するフェイルセーフ手段を有する ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
請求項 10に記載の固体酸ィ匕物形燃料電池において、前記フェイルセーフ手段は 、複数の不燃性ガス供給手段からなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。 請求項 10又は請求項 11に記載の固体酸化物形燃料電池にお!、て、前記フェイル セーフ手段は、前記燃料領域への燃料供給を遮断する手段カゝらなることを特徴とす る固体酸化物形燃料電池。
固体電解質と空気極と燃料極とからなる燃料電池セルと、前記空気極に接する空 気領域と、前記燃料極に接する燃料領域とを有する固体酸化物形燃料電池におい て、前記空気領域と燃料領域との間のシール領域をシールする方法であって、該方 法は、
前記空気領域と燃料領域との間をシールするための不燃性ガスを前記シール領域 に供給しながら、燃料電池の燃料を供給することを特徴とする固体酸化物形燃料電 池のシール方法。
請求項 13に記載の固体酸ィ匕物形燃料電池のシール方法において、前記供給され る不燃性ガスは、前記空気領域及び燃料領域のガス圧よりも僅かに高 ヽガス圧で供 給されることを特徴とする固体酸化物形燃料電池のシール方法。
請求項 13又は請求項 14に記載の固体酸ィ匕物形燃料電池のシール方法であって 、さらに、前記不燃性ガスの供給に異常があった場合には、燃料電池への燃料の供 給を停止することを特徴とする固体酸化物形燃料電池のシール方法。
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