JP3346784B2 - Vertical stripe cylindrical solid electrolyte fuel cell - Google Patents
Vertical stripe cylindrical solid electrolyte fuel cellInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質燃料電池に
関する。更に詳述すると、本発明は、円筒状の多孔質支
持管の外側に空気極を設置し、更にその上に固体電解
質、インターコネクタ、燃料極を積層し、多孔質支持管
の内側に酸化剤ガスを流すと共に燃料極の周囲に燃料ガ
スを流して発電する縦縞円筒型固体電解質燃料電池に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid oxide fuel cell. More specifically, according to the present invention, an air electrode is provided outside a cylindrical porous support tube, a solid electrolyte, an interconnector, and a fuel electrode are further laminated thereon, and an oxidizing agent is provided inside the porous support tube. The present invention relates to a vertical-striped cylindrical solid electrolyte fuel cell that generates gas by flowing gas and fuel gas around a fuel electrode.
【0002】[0002]
【従来の技術】固体電解質燃料電池は電池自身の発電効
率が高い上に、大規模発電プラントとしてボトミングサ
イクルと組合せると、従来の発電プラント以上の高効率
発電システムの構築ができるものと期待でき、その実用
化が急がれている。また、大気汚染ガスの発生が少ない
ことやシステムの小型化が予想されるため、電力消費地
に隣接して長距離の送電によるエネルギーロスを回避で
きる分散電源として活用することもできる。更にこの固
体電解質燃料電池が優れているのは、電力消費地と隣接
しているため、燃料電池から得られる熱を冷暖房に有効
に利用でき、よりエネルギー効率を高めることができる
ことである。2. Description of the Related Art A solid electrolyte fuel cell has high power generation efficiency and, when combined with a bottoming cycle as a large-scale power plant, can be expected to be capable of constructing a more efficient power generation system than conventional power plants. , Its practical use is urgent. Further, since it is expected that the generation of air polluting gas is small and the size of the system is reduced, it can be used as a distributed power source that can avoid energy loss due to long-distance power transmission adjacent to a power consumption area. Even more is better the solid electrolyte fuel cell, since the adjacent power consumption area, the heat obtained from the fuel cell can be effectively used for heating and cooling, it is to more energy efficiency can be high Mel.
【0003】ところで、縦縞円筒型固体電解質燃料電池
の場合、例えば図6及び図7に斜視図で示すような構成
の円筒型燃料電池モジュールが従来より提案されてい
る。この単電池101は、図5に示すように、円筒状の
多孔質支持管11の上に多孔性空気極12、ち密な固体
電解質13、多孔性燃料極15およびち密なインターコ
ネクタ14の各電池構成材料がこの順番で積層されてい
る。多孔質支持管11は、図6及び図7に示すように、
先端が閉じられると共に後端が開口された円筒状を成し
後端から酸化剤ガス供給管107が挿入され、閉塞され
た多孔性支持管の先端付近まで酸化剤ガス例えば空気な
どが供給されている。また、単電池101,101,
…,101の周囲には、燃料ガス例えば水素などが単電
池101の閉塞端付近の燃料ガス供給口105から供給
され、単電池101に沿って流される。各ガスの未反応
分は単電池101の上部に設けられた空間106におい
て燃焼し、酸化剤ガスの予熱に使われる。このような構
造をもつ燃料電池では燃料ガスと酸化剤ガスの混合を防
ぐためのガスシールを考える必要はない。Meanwhile, in the case of a vertical stripe cylindrical solid electrolyte fuel cell, a cylindrical fuel cell module having a configuration as shown in, for example, a perspective view in FIGS. 6 and 7 has been conventionally proposed. As shown in FIG. 5, each unit cell 101 has a porous air electrode 12, a dense solid electrolyte 13, a porous fuel electrode 15, and a dense interconnector 14 on a cylindrical porous support tube 11. The constituent materials are laminated in this order. As shown in FIGS. 6 and 7, the porous support tube 11
An oxidizing gas supply pipe 107 is inserted from the rear end into a cylindrical shape having a closed front end and an open rear end, and an oxidizing gas such as air is supplied to the vicinity of the front end of the closed porous support tube. I have. In addition, the cells 101, 101,
, 101, a fuel gas such as hydrogen is supplied from a fuel gas supply port 105 near the closed end of the unit cell 101, and flows along the unit cell 101. An unreacted portion of each gas burns in a space 106 provided above the unit cell 101 and is used for preheating the oxidizing gas. In the fuel cell having such a structure, it is not necessary to consider a gas seal for preventing the mixture of the fuel gas and the oxidizing gas.
【0004】更に、この電池101は、図7に示すよう
に数本ずつを束にして直列及び並列に電気的に接続さ
れ、スタック(集合電池)として構築される。この際の
各単電池101,101,…,101の接続にはニッケ
ルフェルト104,104,…,104が用いられ、発
生した電気はこれらのニッケルフェルト104,…,1
04を介して、容器の上下に設けられたプラス(+)側
集電板102、マイナス(−)側集電板103より外部
に取出される。Further, as shown in FIG. 7, a plurality of batteries 101 are electrically connected in series and in parallel with each other in a bundle, and are constructed as a stack (collective battery). At this time, nickel felts 104, 104,..., 104 are used to connect the cells 101, 101,.
Through the positive and negative (+) side current collectors 102 and 103, the battery is taken out of the container.
【0005】この縦縞円筒型固体電解質燃料電池は固体
の電池構成材料のみで構成されており、空気極と燃料極
は主にスラリーディッピング法で、また電解質とインタ
ーコネクタは電気化学蒸着法で作製されている。また、
図6及び図7によって明らかなように多孔質支持管11
上に電池を構成した円筒構造を取っているために機械的
強度が大きく、電解質膜が20〜50μmの厚さでも熱
衝撃等で破壊されることがなく単位面積当たりの電流密
度を大きくでき、出力の向上が可能であるという利点が
ある。[0005] This vertical stripe cylindrical solid electrolyte fuel cell is made of only solid cell constituent materials. The air electrode and the fuel electrode are mainly made by a slurry dipping method, and the electrolyte and the interconnector are made by an electrochemical vapor deposition method. ing. Also,
6 and 7, the porous support tube 11
Since the battery has a cylindrical structure on top, it has high mechanical strength, and even if the electrolyte membrane has a thickness of 20 to 50 μm, the current density per unit area can be increased without being destroyed by thermal shock or the like. There is an advantage that the output can be improved.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、縦縞円
筒型固体電解質燃料電池にも弱点がある。すなわち、第
一には作製上の問題である。まず、スラリーディッピン
グ法では空気極材料や燃料極材料のスラリー(泥状にし
たセラミックス)に多孔質支持管11を浸漬するが、そ
の後の支持管のスラリーからの引き上げ時および乾燥時
に泥しょう状のセラミックスが下の方に垂れてしまうの
で均一な膜厚の成膜が難しい。また、高温で金属塩化物
を用いる電気化学蒸着法による電解質やインターコネク
タの作製では装置の耐蝕性も問題となるが、特に、成膜
される部分の面積が大きいと膜厚の制御が極めて難しく
なるなどによって、現在の作製技術では50cm程度の
長さのものしか作製することができない。これは、従来
の成膜法では原料が供給される付近で反応が起こりやす
く、供給口から遠ざかったところでは原料ガスの濃度が
希薄になり反応が起こり難いためであり、この原料ガス
の濃度差に応じて膜厚にも差が生じてくる。以上の二点
から一本の電池の長さを実用レベルである1〜2mの長
さにするのは困難であり、固体電解質燃料電池の実用化
にとって大きな障壁になっているのが現状である。However, the vertical stripe cylindrical solid electrolyte fuel cell also has a weak point. That is, first, there is a problem in manufacturing. First, in the slurry dipping method, the porous support tube 11 is immersed in a slurry of an air electrode material or a fuel electrode material (slurried ceramics). Since the ceramic drips downward, it is difficult to form a film having a uniform thickness. Also, in the production of an electrolyte or an interconnector by an electrochemical deposition method using a metal chloride at a high temperature, the corrosion resistance of the device also becomes a problem, but it is extremely difficult to control the film thickness, especially when the area of the film to be formed is large. For example, the current manufacturing technology can only manufacture a device having a length of about 50 cm. This is because, in the conventional film forming method, the reaction is likely to occur near the supply of the raw material, and the concentration of the raw material gas becomes thinner at a distance from the supply port, so that the reaction hardly occurs. The film thickness varies depending on the thickness. From the above two points, it is difficult to reduce the length of one battery to a practical level of 1 to 2 m, and at present it is a major barrier to the practical use of solid electrolyte fuel cells. .
【0007】また、円筒型固体電解質燃料電池の長さを
仮に長くできたとしても、従来の酸化剤ガス・燃料ガス
の供給方法では供給されたガスが電池の端部に流れてい
くに従って、ガスの濃度が希薄になり、大容量電池では
電池面上の長さ方向で取り出せる電流値に差が生じるこ
とにより、電極の過電圧(材料の電池抵抗以外の電圧降
下)が大きくなり、エネルギーの有効利用、電極面積の
有効利用が図れなくなってしまう。即ち、単位体積当た
りの出力密度をあげるために単電池の長さをいくら長く
しても有効に利用できない。したがって、縦縞円筒型固
体電解質燃料電池の開発は世界的にみても二例しかな
く、上述の利点を持ちながらも未だに実用化が図れてい
ないのが現状である。[0007] Even if the length of the cylindrical solid electrolyte fuel cell can be increased, the conventional oxidizing gas / fuel gas supply method requires the gas to flow as the supplied gas flows to the end of the cell. Concentration becomes low, and in the case of large-capacity batteries, there is a difference in the current value that can be extracted in the length direction on the battery surface. As a result, electrode overvoltage (voltage drop other than the battery resistance of the material) increases, and energy is effectively used. In addition, effective use of the electrode area cannot be achieved. That is, even if the length of the unit cell is increased in order to increase the output density per unit volume, it cannot be effectively used. Accordingly, there are only two examples of the development of a vertical stripe cylindrical solid electrolyte fuel cell in the world, and the present situation is that practical use has not yet been achieved while having the above-mentioned advantages.
【0008】本発明は、作製上の問題点を解消しかつ性
能面で従来のものよりも優れた縦縞円筒型固体電解質燃
料電池を提供し、電力供給源としての早期実用化を促進
することを目的とする。更に、具体的には、本発明は、
単位面積当たり(kW/m2 )および単位体積当たり
(kW/m3 )の出力密度の向上と、熱応力が生じた際
の電池破壊の防止並びに電池の品質管理や製造方法の容
易化を可能とする縦縞円筒型固体電解質燃料電池を提供
することを目的とする。[0008] The present invention aims to provide a vertical-striped cylindrical solid electrolyte fuel cell which solves manufacturing problems and is superior in performance to conventional ones, and promotes early practical use as a power supply source. Aim. More specifically, the present invention provides:
Improvement of output density per unit area (kW / m 2 ) and unit volume (kW / m 3 ), prevention of battery destruction when thermal stress occurs, and simplification of battery quality control and manufacturing method It is an object of the present invention to provide a vertical stripe cylindrical solid electrolyte fuel cell.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の縦縞円筒型固体電解質燃料電池は、一端が
閉じられ他端が開口された円筒状の多孔質支持管の外側
に燃料極等を積層した単電池と、両端が開口された円筒
状の多孔質支持管の外側に燃料極等を積層した少なくと
も1本以上の単電池とを縦方向に接続して1本の単電池
アッセンブリーを構成し、該単電池アッセンブリーの内
側に挿入される酸化剤ガス供給管によって前記単電池の
閉塞された端部付近から開口端部へ向けて酸化剤ガスを
流す一方、前記単電池の閉塞された端部側から単電池の
周囲に単電池に沿って燃料ガスを流すようにして、尚か
つ単電池アッセンブリーを構成する各単電池は、各々電
池面積を異にすると共に燃料ガスの供給口から離れる単
電池ほど電池面積が大きくなるようにしている。 In order to achieve the above object, a vertically striped cylindrical solid electrolyte fuel cell according to the present invention comprises a fuel electrode provided outside a cylindrical porous support tube having one end closed and the other end opened. And a unit cell in which at least one unit cell in which a fuel electrode and the like are stacked outside a cylindrical porous support tube having both ends opened is connected in the longitudinal direction to form a single unit cell assembly. The oxidizing gas supply pipe inserted inside the unit cell assembly allows the oxidizing gas to flow from near the closed end of the unit cell toward the open end, while the unit cell is closed. from the end side around the unit cells so as to flow the fuel gas along the unit cells, yet do
Each cell constituting the single cell assembly is
With a different pond area and a simple separation from the fuel gas supply port
The battery area is set to be larger for the battery.
【0010】[0010]
【0011】また、本発明の縦縞円筒型固体電解質燃料
電池は、単電池アッセンブリーの内側に酸化剤ガス供給
管を設置すると共に外側にも燃料ガス供給管を設置し、
対応する各単電池の長さに応じて各供給管にガス供給口
を複数設け、酸化剤ガス及び燃料ガスを単電池アッセン
ブリーの長手方向に分配して供給するようにしている。Further, in the vertical stripe cylindrical solid electrolyte fuel cell according to the present invention, an oxidizing gas supply pipe is provided inside the unit cell assembly and a fuel gas supply pipe is provided outside.
A plurality of gas supply ports are provided in each supply pipe according to the length of each corresponding single cell, so that the oxidizing gas and the fuel gas are distributed and supplied in the longitudinal direction of the single cell assembly.
【0012】[0012]
【作用】したがって、現状の作製技術で問題なく作製し
得る長さの単電池を製作し、これを縦方向に接続するこ
とによって実用レベルの長さの単電池アッセンブリーを
得ることができる。しかも、この燃料電池の場合、燃料
ガス及び酸化剤ガスが希薄化する下流側の即ち燃料ガス
の供給口から離れる単電池ほど電流密度が小さくなる
が、発電面積が大きくなるため、出力電流はほぼ均一化
され、電池の過電圧によるエネルギー損失を低減する。Accordingly, a unit cell having a practically usable length can be obtained by manufacturing a unit cell having a length that can be manufactured without any problem using the current manufacturing technology and connecting the unit cell in the vertical direction. In addition, in the case of this fuel cell, the current density decreases as the unit cell on the downstream side where the fuel gas and the oxidizing gas are diluted, that is, farther away from the fuel gas supply port, but the output current increases because the power generation area increases It is uniform and reduces energy loss due to battery overvoltage.
【0013】また、酸化剤ガス及び燃料ガスの供給を単
電池アッセンブリーの長さ方向に分けて行なう場合、稀
薄な酸素及び燃料ガスの拡散抵抗増加による電極の過電
圧損失を少なくし、エネルギーを有効に使うと共に単電
池アッセンブリー一本当たり(特に、下流側(供給ガス
濃度が低い部分))の発電性能を向上させる。Further, when the oxidizing gas and the fuel gas are supplied separately in the length direction of the cell assembly, the overvoltage loss of the electrode due to the increased diffusion resistance of the diluted oxygen and the fuel gas is reduced, and the energy is effectively used. Use and improve the power generation performance per cell assembly (particularly on the downstream side (portion where the supply gas concentration is low)).
【0014】[0014]
【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The construction of the present invention will be described below in detail with reference to the embodiments shown in the drawings.
【0015】図1〜図5に本発明の一実施例を示す。こ
の燃料電池の作製上の問題点は前述したように約50c
m以下の比較的短いものであれば現状の技術で作製でき
るが、それよりも長いものの製作には困難をきたしてい
る点である。そこで、本発明では現状の技術を生かしつ
つ、これらの単電池を長さ方向に接続することで1本当
りの電池の長さを長くしたり短くしたりできるようにし
ている。即ち、図1に示すように、一番下の部分に位置
する単電池2には一方の端部は閉じられているが他方の
端部は開口された円筒型単電池を用い、それよりも上の
単電池3a,…,3nには両端が開口された同じ直径の
円筒型単電池を1本以上接続することによって1本の単
電池アッセンブリー1を構成している。各単電池2,3
a,…,3nの接続面は平面出し加工を施しておき、接
続の際にはインターコネクタ14,14の方向を同一方
向とする。電気的な接続はこれまでと同様にニッケルフ
ェルトを用いることによって行う。さらに、燃料供給口
27寄り(供給ガス濃度が高い部分)の円筒電池2を短
く、燃料供給口27より離れた部位(供給ガス濃度が低
い部分)の円筒電池3a,…,3nを長く調整すること
で発電面積を調整することにより、供給ガスが稀薄にな
ることによって生ずる電極部分の過電圧をより小さくす
ることができる。1 to 5 show an embodiment of the present invention. The problem in the fabrication of this fuel cell is about 50 c
If the length is relatively short, it can be manufactured by the current technology, but it is difficult to manufacture a longer one. In view of this, the present invention makes it possible to extend or shorten the length of one battery by connecting these cells in the length direction while utilizing the current technology. That is, as shown in FIG. 1, a cylindrical cell having one end closed but the other end opened is used for the cell 2 located at the lowermost part. Each of the upper cells 3a,..., 3n constitutes one cell assembly 1 by connecting one or more cylindrical cells having the same diameter and open at both ends. Each cell 2, 3
The connection surfaces of a,..., 3n are subjected to flattening processing, and the direction of the interconnectors 14, 14 is set to the same direction at the time of connection. The electrical connection is made by using nickel felt as before. Furthermore, the length of the cylindrical battery 2 near the fuel supply port 27 (portion where the supply gas concentration is high) is shortened, and the length of the cylindrical batteries 3a,..., 3n away from the fuel supply port 27 (portion where the supply gas concentration is low) is adjusted. Thus, by adjusting the power generation area, it is possible to further reduce the overvoltage of the electrode portion caused by the lean supply gas.
【0016】この単電池において、13はその固体電解
質部分であって、例えばイットリア安定化ジルコニアや
イットリア部分安定化ジルコニアなどを電気化学蒸着法
を用いて作られる。12は空気極であって、例えばスト
ロンチウムまたはカルシウム等を添加したランタンマン
ガナイトやランタンコバルタイト等によりスラリーディ
ッピング法を用いて作られる。15は燃料極であって、
例えばニッケルジルコニアサーメットによって作られ
る。更に、14はインターコネクタであって、例えばマ
グネシウムやストロンチウム等を添加したランタンクロ
マイト等で作られている。これらの電池構成物質は、例
えばカルシウムで安定化したジルコニアで作製した多孔
性を有する支持管11上に図5に示すように積層されて
いる。In this single cell, reference numeral 13 denotes a solid electrolyte portion thereof, which is made of, for example, yttria-stabilized zirconia or yttria partially-stabilized zirconia using an electrochemical deposition method. Reference numeral 12 denotes an air electrode, which is made of, for example, lanthanum manganite or lanthanum cobaltite to which strontium or calcium is added by using a slurry dipping method. 15 is a fuel electrode,
For example, it is made of nickel zirconia cermet. An interconnector 14 is made of, for example, lanthanum chromite to which magnesium, strontium, or the like is added. These battery constituent materials are laminated on a porous support tube 11 made of, for example, zirconia stabilized with calcium as shown in FIG.
【0017】また、これらの単電池2,3a,3b,
…,3nの内部には各単電池の長さ(電池面積)に応じ
て必要な数のガス供給口6aを開けた酸化剤ガス供給管
6が挿入される。ただし、このガス供給管6は、例えば
アルミナのような耐熱性に優れたセラミックス製のもの
であることが望まれる。また、単電池アッセンブリー1
の周囲には、各単電池2,3a,3b,…,3nの長さ
(電池面積)に応じて必要な数の燃料ガス供給口5aを
開けた燃料ガス供給管5が4本の単電池アッセンブリー
1の隙間に酸化剤ガス供給管6とは逆方向に挿入されて
いる。また、単電池2と単電池3aとの間、また他の単
電池3a,3b,…,3n同士の間にはそれらを接続す
るための接続部品4が装着されている。この接続部品4
は例えば図4に示すように、短い円筒状を成し、その両
端面に単電池2あるいは3a,3b,…,3nを嵌め込
むための溝16が形成してあり、この溝16に単電池2
あるいは3a,3b,…,3nが嵌め込まれるように設
けられている。この接続部品4は空気極12と燃料極1
5とが短絡しないように、電気絶縁性材料で構成されて
いる。In addition, these cells 2, 3a, 3b,
, 3n, oxidant gas supply pipes 6 each having a required number of gas supply ports 6a opened according to the length (battery area) of each unit cell are inserted. However, the gas supply pipe 6 is desirably made of ceramics having excellent heat resistance, such as alumina. Also, the cell assembly 1
Are provided with four fuel gas supply pipes 5 each having a required number of fuel gas supply ports 5a in accordance with the length (cell area) of each cell 2, 3a, 3b,..., 3n. The oxidizing gas supply pipe 6 is inserted in the gap of the assembly 1 in the opposite direction. Further, connecting parts 4 for connecting them between the unit cells 2 and the unit cells 3a and between the other unit cells 3a, 3b,..., 3n are mounted. This connection part 4
As shown in FIG. 4, for example, a short cylindrical shape is formed, and grooves 16 for fitting the cells 2 or 3a, 3b ,... , 3n are formed on both end surfaces thereof. 2
Or, 3a, 3b,..., 3n are provided so as to be fitted. The connecting part 4 includes the air electrode 12 and the fuel electrode 1
5 is made of an electrically insulating material so as not to be short-circuited.
【0018】上述のように構成された単電池アッセンブ
リー1は所定本数が集められてスタックを構成し、それ
が燃料電池ケーシング10内に収容されて酸化剤ガス供
給管6や燃料ガス供給管5を配置してモジュールを構成
している。そして、ニッケルフェルト17によって隣な
る単電池アッセンブリー1同士が互いに電気的に接続さ
れ空気極集電板18や燃料極集電板19を介して電気が
出力される。ここで、燃料電池ケーシング10は、床板
7と仕切り板8及び天井壁板9によって、燃料ガス導入
室20と、反応室21と酸化剤ガス加熱室22及び酸化
剤ガス供給室23との4室に区画されている。床板7に
は燃料ガス供給用の穴27が開けられており、更にそれ
らの縁に、燃料ガス供給管5を嵌め込むための突起28
が設けられている。仕切り板8には、単電池アッセンブ
リー1の多孔性支持管11の端部を貫通させると共に反
応室21内で消費されなかった未反応ガス(燃料ガス)
を酸化剤ガス加熱室22内に導入するための連通孔29
が設けられている。更に、天井壁板9には酸化剤ガス供
給管6を貫通させるための孔30が設けられ、酸化剤ガ
ス供給室23内の酸化剤ガスを酸化剤ガス供給管6を介
して各単電池アッセンブリー1内に供給するように設け
られている。The unit cell assembly 1 configured as described above forms a stack by collecting a predetermined number of the unit cells. The stack is housed in the fuel cell casing 10 and is connected to the oxidizing gas supply pipe 6 and the fuel gas supply pipe 5. They are arranged to form a module. Then, the adjacent cell assemblies 1 are electrically connected to each other by the nickel felt 17, and electricity is output through the air electrode current collector 18 and the fuel electrode current collector 19. Here, the fuel cell casing 10 has four chambers of a fuel gas introduction chamber 20, a reaction chamber 21, an oxidizing gas heating chamber 22, and an oxidizing gas supply chamber 23 by the floor plate 7, the partition plate 8, and the ceiling wall plate 9. Is divided into Holes 27 for supplying the fuel gas are formed in the floor plate 7, and projections 28 for fitting the fuel gas supply pipe 5 are fitted to the edges thereof.
Is provided. An unreacted gas (fuel gas) which is not consumed in the reaction chamber 21 and penetrates the partition plate 8 through the end of the porous support tube 11 of the unit cell assembly 1.
Holes 29 for introducing the gas into the oxidizing gas heating chamber 22
Is provided. Further, the ceiling wall plate 9 is provided with a hole 30 through which the oxidizing gas supply pipe 6 is penetrated, and the oxidizing gas in the oxidizing gas supply chamber 23 is supplied to each unit cell assembly through the oxidizing gas supply pipe 6. 1 is provided.
【0019】以上のように構成された燃料電池は次のよ
うに組立てられる。まず、床板7の突起28部分に燃料
ガス供給管5を嵌め込み、側壁や各集電板18,19な
どを組立てて蓋のない箱状態のケーシングを作る。続い
て一端が閉塞された単電池2を所定の位置に置いた後に
ニッケルフェルト17を各単電池2,2,…,2間に詰
め込む。その後、電池接続部品4,4,…,4を各単電
池2,…,2に取付ける。このとき、各電池接続部品
4,…,4の溝16の部分にはシール材(図示省略)を
充填し、酸化剤ガスあるいは燃料ガスが電池接続部品4
と単電池2との間の隙間を透過しないように設けられて
いる。更に両端開口の単電池3a,3a,…,3aを上
から電池接続部品4の溝16内に挿入し、かつニッケル
フェルト17を各単電池3a,3a,…,3a間に詰め
込む。必要であればこの組立を繰返して単電池アッセン
ブリー1の一本当たりの長さを長くすればよい。最後
に、仕切り板8、天井壁板9をセットしてから酸化剤ガ
ス供給管6を単電池アッセンブリー1内に挿入し燃料電
池ケーシング10を構成する。The fuel cell constructed as described above is assembled as follows. First, the fuel gas supply pipe 5 is fitted into the projection 28 of the floor plate 7, and the side walls and the current collecting plates 18, 19 are assembled to produce a box-shaped casing without a lid. Subsequently, after the cell 2 whose one end is closed is placed in a predetermined position, the nickel felt 17 is packed between the cells 2, 2,. Thereafter, the battery connecting parts 4, 4,..., 4 are attached to the respective cells 2,. At this time, a sealing material (not shown) is filled into the groove 16 of each of the battery connecting parts 4,.
It is provided so as not to pass through the gap between the battery and the unit cell 2. Further, the cells 3a, 3a,..., 3a having openings at both ends are inserted into the grooves 16 of the battery connecting parts 4 from above, and nickel felt 17 is packed between the cells 3a, 3a,. If necessary, this assembly may be repeated to increase the length per cell assembly 1. Finally, after setting the partition plate 8 and the ceiling wall plate 9, the oxidizing gas supply pipe 6 is inserted into the unit cell assembly 1 to form the fuel cell casing 10.
【0020】この燃料電池において、下部の燃料ガス導
入室20に送られてきた燃料ガス、例えばある程度加熱
された水素は床板7上に突出した燃料ガス供給管5を通
って各単電池アッセンブリー1の周囲に送り込まれる。
また一方、酸化剤ガス、例えば空気は一番上部の酸化剤
ガス供給室23に入りここで酸化剤ガス加熱室22から
の熱を受けて加熱された後に酸化剤ガス供給管6を通っ
て各単電池アッセンブリー1内に送り込まれる。これら
の供給された燃料ガス及び酸化剤ガスによって発電が行
われる。尚、酸化剤ガス(空気)の加熱は、反応室21
から連通孔29を通って酸化剤ガス加熱室22に流入し
た燃料ガス及び酸化剤ガスの未利用分が燃焼するときに
発生する熱によって行なわれる。In this fuel cell, the fuel gas sent to the lower fuel gas introduction chamber 20, for example, hydrogen heated to a certain extent, passes through the fuel gas supply pipe 5 protruding above the floor plate 7, and the fuel cell of each unit cell assembly 1 Sent around.
On the other hand, the oxidizing gas, for example, air, enters the uppermost oxidizing gas supply chamber 23, receives heat from the oxidizing gas heating chamber 22, is heated, and then passes through the oxidizing gas supply pipe 6 to each of them. It is sent into the cell assembly 1. Electric power is generated by the supplied fuel gas and oxidant gas. The heating of the oxidizing gas (air) is performed in the reaction chamber 21.
The fuel gas and the oxidant gas that have flowed into the oxidant gas heating chamber 22 through the communication hole 29 from the fuel gas are burned by the unused heat.
【0021】尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の
一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、本実施例では縦に組み上げられた各単電池
をそれぞれ横に並列接続した場合について主に説明した
が特にこれに限定されるものではなく、各単電池や縦方
向に電気的に接続(直列接続)することも可能であり、
この場合は大電流を取り出すことができる。即ち、電池
接続部品4,4,…,4で絶縁されてしまう各単電池
2,3a,3b,…,3nをニッケルフェルトによって
接続し、単電池アッセンサリー1を電気的に単一の電池
とする。また、本実施例では酸化剤ガスと燃料ガスの供
給を多数のガス供給口5a,6aを有する管5,6を利
用して数箇所から分配しているが特にこれに限定される
ものではなく、燃料ガス供給口27から離れるに従って
単電池の電池面積を増大させている場合には、1箇所か
ら供給することも可能である。この場合、燃料ガス供給
口27から離れる単電池ほど電流密度が小さくなるが発
電面積増大によって出力電流そのものは低下しないの
で、過電圧となることがない。更に、酸化剤ガス供給管
6と燃料ガス供給管5のガス供給口6a,5aを各ガス
濃度が薄くなる上側ほど多くしてガス濃度を均一化する
場合には、単電池アッセンブリー1を構成する各単電池
の長さは同じにしてもよい。The above embodiment is a preferred embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in this embodiment, the case where the vertically assembled cells are connected in parallel in the horizontal direction is mainly described. However, the present invention is not particularly limited to this, and the cells are electrically connected in the vertical direction ( Series connection) is also possible,
In this case, a large current can be taken out. That is, the cells 2, 3a, 3b,..., 3n that are insulated by the battery connecting parts 4, 4,..., 4 are connected by nickel felt, and the cell assembly 1 is electrically connected to a single battery. I do. Further, in this embodiment, the supply of the oxidizing gas and the fuel gas is distributed from several places using the pipes 5 and 6 having a large number of gas supply ports 5a and 6a, but the present invention is not particularly limited to this. When the cell area of the unit cell is increased as the distance from the fuel gas supply port 27 increases, it is also possible to supply the battery from a single location. In this case, the current density becomes smaller as the unit cell is farther from the fuel gas supply port 27, but the output current itself does not decrease due to the increase in the power generation area, so that an overvoltage does not occur. Further, in the case where the gas concentration is made uniform by increasing the gas supply ports 6a and 5a of the oxidizing gas supply pipe 6 and the fuel gas supply pipe 5 as the gas concentration becomes thinner, the unit cell assembly 1 is constituted. The length of each cell may be the same.
【0022】[0022]
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、一端が閉じた単電池に両端開口の単電池を1本以上
接続して1本の単電池アッセンブリーを構成するように
しているので、従来の製作技術をそのまま利用しつつ電
池の大容量を可能にする。即ち、従来の製造技術を用
いて大容量燃料電池の作製が可能となり、新たに製造に
関する開発を行なわなくてもよい。設定する条件、つ
まり場所や必要となる容量、敷地面積などによって必要
な長さを設定でき、小さいものから大きなものまで大き
さに関する自由度が広がる。50cm程度のものを製
造するという従来技術の導入によって品質管理やその他
製造、運搬等が容易である。更に、ニッケルフェルト
による接続を変えれば、長さ方向には一本の電池であっ
ても電気的には複数の電池として組合わせることも可能
となり、高い電圧を得ることができる。単電池を前記
の様に分割すれば、分割された電池を直列に接続した
それぞれの部分の電流値が一定である必要性が生じてく
るため、予想される供給ガスの濃度にあわせて最適面積
が設定することもできるために、上側(供給ガス濃度が
低い部分)の円筒型電池の分極によるエネルギーロスも
最小限に抑えることができる。以上のことから、コスト
面での利点が大きく実用化の促進を図り得ることが期待
できる点にある。As is apparent from the above description, in the present invention, one or more unit cells with both ends open are connected to a unit cell with one end closed to form one unit cell assembly. Therefore, it is possible to increase the capacity of the battery while using the conventional manufacturing technology as it is. In other words, a large-capacity fuel cell can be manufactured by using the conventional manufacturing technology, and it is not necessary to newly develop the manufacturing. The required length can be set according to the conditions to be set, that is, the place, the required capacity, the site area, and the like, and the degree of freedom regarding the size is widened from small to large. The introduction of the conventional technology of manufacturing a product having a size of about 50 cm facilitates quality control and other manufacturing and transportation. Furthermore, if the connection by nickel felt is changed, even one battery in the length direction can be electrically combined as a plurality of batteries, and a high voltage can be obtained. If the unit cell is divided as described above, it becomes necessary to keep the current value of each part where the divided cells are connected in series constant. Can be set, so that the energy loss due to polarization of the cylindrical battery on the upper side (portion where the supply gas concentration is low) can be minimized. From the above, there is a great advantage in terms of cost, and it can be expected that practical application can be promoted.
【0023】更に、本発明において、ガス供給管にも電
池の長さを考慮した改良を加えた場合、電池の発電性能
を向上させることが可能になるなど従来の問題点を解決
した縦縞円筒型固体電解質燃料電池が提供可能となり、
電力供給源としての性能向上への寄与並びに普及の促進
を加速するものとして期待できる。Further, in the present invention, when the gas supply pipe is also improved in consideration of the length of the battery, it is possible to improve the power generation performance of the battery. Solid electrolyte fuel cells can be provided,
It can be expected to contribute to the improvement of performance as a power supply source and accelerate the promotion of its spread.
【図1】本発明の縦縞円筒型固体電解質燃料電池の一例
を説明する縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view illustrating an example of a vertical stripe cylindrical solid electrolyte fuel cell of the present invention.
【図2】本発明の燃料電池の構造を説明する図で、
(A)は単電池アッセンブリーの斜視図、(B)は燃料
電池モジュールを部分断面して示す斜視図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the structure of a fuel cell according to the present invention.
(A) is a perspective view of a unit cell assembly, and (B) is a perspective view showing a fuel cell module in partial cross section.
【図3】本発明の燃料電池の分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the fuel cell of the present invention.
【図4】単電池接続用部品の説明図で、(A)は縦断面
図、(B)は平面図である。FIGS. 4A and 4B are explanatory views of a unit cell connection component, in which FIG. 4A is a longitudinal sectional view and FIG.
【図5】縦縞円筒型固体電解質燃料電池の単電池の構造
を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing the structure of a unit cell of a vertical stripe cylindrical solid electrolyte fuel cell.
【図6】従来の縦縞円筒型固体電解質燃料電池の単電池
を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a unit cell of a conventional vertical stripe cylindrical solid electrolyte fuel cell.
【図7】従来の燃料電池のスタックを説明する図で、
(A)は斜視図、(B)は横断面図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a conventional fuel cell stack.
(A) is a perspective view, (B) is a cross-sectional view.
1 単電池アッセンブリー 2 閉塞単電池 3 両端開口単電池 4 接続部品 5 燃料ガス供給管 5a 燃料ガス供給口 6 酸化剤ガス供給管 6a 酸化剤ガス供給口 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single-cell assembly 2 Closed single cell 3 Single-ended cell 4 Connection parts 5 Fuel gas supply pipe 5a Fuel gas supply port 6 Oxidant gas supply pipe 6a Oxidant gas supply port
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−59955(JP,A) 特開 平3−59956(JP,A) 特開 昭63−110560(JP,A) 特開 平3−280359(JP,A) 特開 平5−190195(JP,A) 特開 平2−75167(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/00 - 8/24 Continuation of the front page (56) References JP-A-3-59955 (JP, A) JP-A-3-59956 (JP, A) JP-A-63-110560 (JP, A) JP-A-3-280359 (JP) JP-A-5-190195 (JP, A) JP-A-2-75167 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01M 8/00-8/24
Claims (2)
の多孔質支持管の外側に燃料極等を積層した単電池と、
両端が開口された円筒状の多孔質支持管の外側に燃料極
等を積層した少なくとも1本以上の単電池とを縦方向に
接続して1本の単電池アッセンブリーを構成し、該単電
池アッセンブリーの内側に挿入される酸化剤ガス供給管
によって前記単電池の閉塞された端部近傍から開口端部
へ向けて酸化剤ガスを流す一方、前記単電池の閉塞され
た端部側から単電池の周囲に単電池に沿って燃料ガスを
流すようにして、尚かつ前記単電池アッセンブリーを構
成する各単電池は各々電池面積を異にすると共に前記燃
料ガスの供給口から離れる単電池ほど電池面積が大きく
形成されていることを特徴とする縦縞円筒型固体電解質
燃料電池。A unit cell in which a fuel electrode and the like are stacked outside a cylindrical porous support tube having one end closed and the other end opened;
At least one unit cell in which a fuel electrode or the like is laminated outside the cylindrical porous support tube having both ends opened is connected in the longitudinal direction to form one unit cell assembly, and the unit cell assembly is provided. The oxidizing gas supply pipe inserted inside the cell allows the oxidizing gas to flow from the vicinity of the closed end of the unit cell toward the open end, and the unit cell from the closed end side of the unit cell. The fuel cell is caused to flow along the cell around the cell, and the cell assembly is constructed.
Each unit cell has a different cell area and the fuel
Cells farther from the gas supply port have larger battery area
A vertically-striped cylindrical solid electrolyte fuel cell characterized by being formed .
剤ガス供給管を設置すると共に外方に燃料ガス供給管を
設置し、対応する各単電池の長さに応じて各供給管にガ
ス供給口を複数設け、酸化剤ガス及び燃料ガスを単電池
アッセンブリーの長手方向に分配して供給することを特
徴とする請求項1記載の縦縞円筒型固体電解質燃料電
池。2. An oxidizing gas supply pipe is installed inside the unit cell assembly and a fuel gas supply pipe is installed outside, and gas is supplied to each supply pipe according to the length of the corresponding unit cell. providing a plurality of mouth claim 1 Symbol placement vertical stripe cylindrical solid electrolyte fuel cell and supplying to distribute the oxidant gas and the fuel gas in the longitudinal direction of the cell assembly.
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