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JP4654079B2 - Solid oxide fuel cell - Google Patents
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JP4654079B2 - Solid oxide fuel cell - Google Patents

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Description

この発明は固体酸化物形燃料電池において、単位起電力を発生させる電気化学セルの配列に関する。 The present invention relates to an arrangement of electrochemical cells for generating unit electromotive force in a solid oxide fuel cell.

固体酸化物形燃料電池(SOFC)は、構成材料が固体であること、動作環境が高温であることに特徴がある。古くは平板型、円筒型の固体酸化物形燃料電池により実用化が図られた。しかしながら、円筒型SOFCには単位体積当たりの出力密度が低いと言う難点、平板型SOFCにはシール方法等に困難な問題が有った。 A solid oxide fuel cell (SOFC) is characterized in that the constituent material is solid and the operating environment is high temperature. In the old days, it was put to practical use with flat and cylindrical solid oxide fuel cells. However, the cylindrical SOFC has a drawback that the output density per unit volume is low, and the flat plate SOFC has a difficult problem in the sealing method and the like.

その為、近年ハニカム形状のSOFCについての発明が複数なされている。特許文献1として、特開平10−40934号公報を例示し、その特許請求の範囲、発明の詳細な説明の段落0006から0012および図面を示す。また、特許文献2として、特開2003−51319号公報を例示し、その特許請求の範囲、発明の詳細な説明の段落0007から0015および同公報図面の図1、図3を示す。この出願の背景技術特許の調査範囲はFターム5H026、AA06、CV04またはCV06とし、これらの中から抽出した。 Therefore, in recent years, a plurality of inventions have been made for honeycomb-shaped SOFCs. Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-40934 is exemplified as Patent Document 1, and the claims, paragraphs 0006 to 0012 and drawings of the detailed description of the invention are shown. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-51319 is exemplified as Patent Document 2, and the claims, paragraphs 0007 to 0015 of the detailed description of the invention, and FIGS. The search range of the background art patent of this application was F-term 5H026, AA06, CV04 or CV06, and extracted from these.

特開平10−40934号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-40934 特開2003−51319号公報JP 2003-51319 A

特許文献1には、ハニカム構造を有する電気化学セルの基本的な配置構造についての記載があり。ハニカム構造を有するSOFCが単位体積当たり電極面積が大きく、効率が高いことが説明されている。
特許文献2の請求項2には、発電効率を高めるために、混合ガスを使用した、発電出力が大きくなる燃料電池を、固体電解質層を燃料極層と空気極層で挟持してなる電池要素部を2以上備え、一つセル板に電池要素部を複数直列配置形成した発明が開示されていた。
Patent Document 1 describes a basic arrangement structure of an electrochemical cell having a honeycomb structure. It is described that SOFC having a honeycomb structure has a large electrode area per unit volume and high efficiency.
Claim 2 of Patent Document 2 includes a fuel cell that uses a mixed gas and has a large power generation output in order to increase power generation efficiency, and a battery element in which a solid electrolyte layer is sandwiched between a fuel electrode layer and an air electrode layer. There has been disclosed an invention in which two or more parts are provided and a plurality of battery element parts are arranged in series on one cell plate.

この発明では、燃料ガスと空気ガスの両者を用いた、単位電池要素当たりの出力電圧、出力電流が大きく得られる燃料電池を提供することにある。 It is an object of the present invention to provide a fuel cell that uses both fuel gas and air gas and can obtain a large output voltage and output current per unit cell element.

この発明の請求項1に記載する燃料電池では、ハニカム状構造をなす気密質の固体電解質材料を隔壁とし、複数の第1のガス流路、複数の第2ガス流路、前記第1のガス流路に面する第1の電極(以下、第1電極と言うこともある。)、前記第2のガス流路に面する第2の電極(以下、第2電極と言うこともある。)を備えた固体酸化物形燃料電池において、単一又は複数の第1のガス流路、単一又は複数の第2ガス流路、第1の電極、第2の電極、第1の電極のガス流路末端に設けられた第1の電極端子、第1の電極端子とは反対側に設けた第2の電極端子からなる前記固体酸化物形燃料電池の一部分のうち、電気的に一つにつながれた全ての第1の電極、電気的に一つにつながれた全ての第2の電極、前記第1の電極が面する第1のガス流路、前記第2の電極が面する第2ガス流路、前記第1の電極を電気的に一つにつなぐ第1の電極端子、前記第2の電極を電気的に一つにつなぐ第2の電極端子を一単位の電気化学セルとし、該電気化学セル複数個を同一平面上に並置したものであり、且つ、複数個の電気化学セルの固体電解質材料は互いに分離されずに一体構造をなし、並置に当り隣り合う二つの電気化学セルを第1の電極端子または第2の電極端子、そのどちらかが電気的に接続され、電気化学セル複数個が直列接続されたものであることを要旨としている。
In the fuel cell according to the first aspect of the present invention, the airtight solid electrolyte material having a honeycomb structure is used as the partition, and the plurality of first gas passages, the plurality of second gas passages, and the first gas are provided. A first electrode facing the flow path (hereinafter also referred to as a first electrode), and a second electrode facing the second gas flow path (hereinafter also referred to as a second electrode). In a solid oxide fuel cell comprising: a single or a plurality of first gas flow paths, a single or a plurality of second gas flow paths, a first electrode, a second electrode, a gas of the first electrode Of the part of the solid oxide fuel cell comprising the first electrode terminal provided at the end of the flow path and the second electrode terminal provided on the opposite side of the first electrode terminal , one electrically All connected first electrodes, all electrically connected second electrodes, a first gas facing the first electrode A second gas flow path facing the second electrode, a first electrode terminal that electrically connects the first electrodes together, and a second that electrically connects the second electrodes together. The electrode terminals of the plurality of electrochemical cells are arranged as a unit, and a plurality of the electrochemical cells are juxtaposed on the same plane, and the solid electrolyte materials of the plurality of electrochemical cells have an integrated structure without being separated from each other. None, two adjacent electrochemical cells in juxtaposition are either the first electrode terminal or the second electrode terminal, either of which is electrically connected, and a plurality of electrochemical cells are connected in series It is a summary.

この発明の請求項2に記載する燃料電池では、請求項1の発明に加え、請求項1記載の一単位の電気化学セルが複数の第1のガス流路および複数の第2ガス流路を有することことを要旨としている。 In the fuel cell according to claim 2 of the present invention, in addition to the invention of claim 1, one unit of electrochemical cell according to claim 1 includes a plurality of first gas flow paths and a plurality of second gas flow paths. The gist is to have.

この出願の請求項1の発明によれば、出力電圧の大きな燃料電池を単位電池を積層することなく、簡単な構造に於いて得ることができる。この発明の燃料電池では、平板形燃料電池あるいは円筒形燃料電池では必要となるインターコネクターが不要となる。 According to the invention of claim 1 of this application, a fuel cell having a large output voltage can be obtained with a simple structure without stacking unit cells. In the fuel cell of the present invention, an interconnector required for a flat plate fuel cell or a cylindrical fuel cell is not required.

請求項2の発明では、一単位の電気化学セルが複数の単位起電力を集合させたものとなり、単位容積当たりの出力電流を大きなものとすることができる。 In the invention of claim 2, one unit of electrochemical cell is a collection of a plurality of unit electromotive forces, and the output current per unit volume can be increased.

以下に、この発明の構成要素を順に説明する。
この発明の燃料電池は、気密質の固体電解質材料を隔壁とするハニカム状の燃料電池にあって、その電極配列に特徴を有するものである。
The components of the present invention will be described below in order.
The fuel cell according to the present invention is a honeycomb fuel cell having an airtight solid electrolyte material as partition walls, and is characterized by its electrode arrangement.

ハニカム状の燃料電池にあっては、ハニカムの穴に相当する部分を燃料ガス流路と空気ガス流路として利用される。この発明では、燃料ガス流路と空気ガス流路のことを、順不問の上、第1のガス流路および第2のガス流路と名称付けしている。また、ハニカムの壁に当たる部分には、気密質の固体電解質材料を隔壁とし、燃料ガス流路あるいは空気ガス流路に面する部分に陰極あるいは陽極を形成している。この発明では、複数の陰極あるいは陽極を第1の電極あるいは第2の電極と名称付けしている。 In the honeycomb fuel cell, portions corresponding to the holes of the honeycomb are used as the fuel gas flow path and the air gas flow path. In the present invention, the fuel gas passage and the air gas passage are named as the first gas passage and the second gas passage in any order. In addition, an airtight solid electrolyte material is used as a partition wall at a portion corresponding to the honeycomb wall, and a cathode or an anode is formed at a portion facing the fuel gas channel or the air gas channel. In the present invention, the plurality of cathodes or anodes are named as the first electrode or the second electrode.

ハニカムの形状としては特に限定されないが、空間の利用効率の観点から、各開口の横断面形状が二等辺三角形、正三角形、長方形、正方形、正六角形など、平面を隙間無く充填できる形状が良い。また、正三角形と正六角形などの相異なる形状の開口が隣接するような設計も可能である。 The shape of the honeycomb is not particularly limited, but from the viewpoint of space utilization efficiency, it is preferable that the cross-sectional shape of each opening is an isosceles triangle, regular triangle, rectangle, square, regular hexagon, or the like that can fill a flat surface without a gap. In addition, a design in which openings having different shapes such as a regular triangle and a regular hexagon are adjacent to each other is possible.

固体電解質の材料としては、イットリア安定化ジルコニア又はイットリア部分安定化ジルコニアが好ましいが、他の材料を使用することもできる。またNOx分解セルの場合には、酸化セリウムも好ましい。 The solid electrolyte material is preferably yttria stabilized zirconia or yttria partially stabilized zirconia, but other materials can also be used. In the case of a NOx decomposition cell, cerium oxide is also preferable.

この発明において、燃料ガス流路と空気ガス流路のことを、順不問の上、第1のガス流路および第2のガス流路としているが、これは燃料ガス流路あるいは空気ガス流路を絶対的な座標位置に設定する必要がなく、燃料ガス流路と空気ガス流路が固体電解質材料の隔壁の両側に設定されていれば、起電力が発生することとなる。 In the present invention, the fuel gas flow path and the air gas flow path are used as the first gas flow path and the second gas flow path in any order, but this is the fuel gas flow path or the air gas flow path. If the fuel gas channel and the air gas channel are set on both sides of the partition wall of the solid electrolyte material, an electromotive force is generated.

燃料ガス流路に面することとなる陰極の主原料には、ランタンを含有するペロブスカイト型複合酸化物であることが好ましく、ランタンマンガナイト又はランタンコバルタイトであることが更に好ましく、ランタンマンガナイトが一層好ましい。ランタンクロマイト及びランタンマンガナイトは、ストロンチウム、カルシウム、クロム(ランタンマンガナイトの場合)、コバルト、鉄、ニッケル、アルミニウム等をドープしたものであってよい。また、パラジウム、白金、ルテニウム、白金−ジルコニア混合粉末、パラジウム−ジルコニア混合粉末、ルテニウム−ジルコニア混合粉末、白金−酸化セリウム混合粉末、パラジウム−酸化セリウム混合粉末、ルテニウム−酸化セリウム混合粉末であってもよい。 The main raw material of the cathode that faces the fuel gas channel is preferably a perovskite type complex oxide containing lanthanum, more preferably lanthanum manganite or lanthanum cobaltite, and lanthanum manganite. Even more preferred. Lanthanum chromite and lanthanum manganite may be doped with strontium, calcium, chromium (in the case of lanthanum manganite), cobalt, iron, nickel, aluminum or the like. Also, palladium, platinum, ruthenium, platinum-zirconia mixed powder, palladium-zirconia mixed powder, ruthenium-zirconia mixed powder, platinum-cerium oxide mixed powder, palladium-cerium oxide mixed powder, ruthenium-cerium oxide mixed powder Good.

空気ガス流路に面することとなる陽極の主原料には、ニッケル、パラジウム、白金、ニッケル−ジルコニア混合粉末、白金−ジルコニア混合粉末、パラジウム−ジルコニア混合粉末、ニッケル−酸化セリウム混合粉末、白金−酸化セリウム混合粉末、パラジウム−酸化セリウム混合粉末、ルテニウム、ルテニウム−ジルコニア混合粉末等が好ましい。 The main raw materials of the anode that will face the air gas flow path are nickel, palladium, platinum, nickel-zirconia mixed powder, platinum-zirconia mixed powder, palladium-zirconia mixed powder, nickel-cerium oxide mixed powder, platinum- Preferred are cerium oxide mixed powder, palladium-cerium oxide mixed powder, ruthenium, ruthenium-zirconia mixed powder and the like.

この発明において電気化学セルとは、単位起電力を発生させるための固体電解質材料を隔壁とし、第1のガス流路、第2ガス流路、前記第1のガス流路に面する第1の電極、前記第2のガス流路に面する第2の電極から構成されるものを言う。この電気化学セルは単一の第1のガス流路と単一の第2ガス流路により構成される場合があれば、複数の第1のガス流路、複数の第2ガス流路から構成されることも有る。また、第1あるいは第2の電極、第1のあるいは第2のガス流路と当該電極の周りの隔壁を纏めて、陰極の場合は燃料極セル、陽極の場合は空気極セルとも言う。 In this invention, the electrochemical cell uses a solid electrolyte material for generating unit electromotive force as a partition, and includes a first gas channel, a second gas channel, and a first gas channel facing the first gas channel. An electrode consists of a second electrode facing the second gas flow path. If there are cases where this electrochemical cell is constituted by a single first gas flow path and a single second gas flow path, it is constituted by a plurality of first gas flow paths and a plurality of second gas flow paths. Sometimes it is done. Further, the first or second electrode, the first or second gas flow path, and the partition wall around the electrode are collectively referred to as a fuel electrode cell in the case of a cathode and an air electrode cell in the case of an anode.

この発明では、陰極で発生した電子を取り出すためあるいは陽極に電子を返すために、ガス流路方向に対してその一端に電極端子を設ける。電極端子は陽極と陰極が反対位置となるように設けられる。請求項において、ガス流路末端と言う表現を用いているが、ガス流路の入口であっても良い。また、縦断面図によって示されるが、電極の形成はガス流路の全面ではなく電極の端子を設けない側においては、電極間に直接電流が流れないようにするため、所定距離だけは電極を形成しない。この所定距離は、固体電解質の材質、燃料、空気の電気伝導度を考慮して最適な寸法が決定される。採用される距離としては、概ね0.5〜5.0mmである。このように第1の電極(例えば、陰極)と第2電極(例えば、陽極)のそれぞれの端において、電極端子を形成する。燃料極セルあるいは空気極セルが複数個より形成される場合には、電極端子において、起電力を集合させることとなる。 In the present invention, in order to take out electrons generated at the cathode or return electrons to the anode, an electrode terminal is provided at one end with respect to the gas flow path direction. The electrode terminals are provided so that the anode and the cathode are in opposite positions. In the claims, the expression gas channel end is used, but it may be the gas channel inlet. In addition, as shown in the longitudinal sectional view, the electrode is not formed on the entire surface of the gas flow path but on the side where the electrode terminal is not provided, so that no current flows directly between the electrodes, Do not form. The predetermined distance is determined in an optimum dimension in consideration of the solid electrolyte material, the electric conductivity of fuel, and air. The adopted distance is approximately 0.5 to 5.0 mm. Thus, electrode terminals are formed at the respective ends of the first electrode (for example, the cathode) and the second electrode (for example, the anode). When a plurality of fuel electrode cells or air electrode cells are formed, electromotive forces are collected at the electrode terminals.

この発明では、電気化学セルを複数個、同一平面上に配置し、且つ、複数個の電気化学セルの固体電解質材料は互いに分離されずに一体構造をなすものとしている。この時、隣り合う二つの電気化学セルを第1の電極端子または第2の電極端子、そのどちらかが電気的に接続され、電気化学セル複数個が直列接続された形にしている。 In the present invention, a plurality of electrochemical cells are arranged on the same plane , and solid electrolyte materials of the plurality of electrochemical cells are not separated from each other to form an integral structure . At this time, two adjacent electrochemical cells are electrically connected to either the first electrode terminal or the second electrode terminal, and a plurality of electrochemical cells are connected in series.

この発明の燃料電池は、ハニカム状の固体電解質からなる隔壁、第1の電極、第2の電極の何れからも成形できるが、通常は隔壁部分より先に成形することが好ましい。 The fuel cell of the present invention can be formed from any of the partition walls made of a honeycomb-shaped solid electrolyte, the first electrode, and the second electrode, but it is usually preferable to form the partition before the partition wall portion.

以下に、この発明を具体化した電気化学セルが複数個からなる燃料電池の電極配列に関する実施形態を、図と共に示し説明する。
図1では、実施例1の燃料電池のガス流路に直交する方向に切断したときの断面図を示している。なお、図は形状を模式的に表したものであり、実施に当たっては、電気化学セルを構成するセルの個数、電気化学セルの個数、寸法あるいは寸法比は調整の上採用することができる。
Hereinafter, an embodiment relating to an electrode arrangement of a fuel cell comprising a plurality of electrochemical cells embodying the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of the fuel cell of Example 1 when cut in a direction perpendicular to the gas flow path. The figure schematically shows the shape. In practice, the number of cells constituting the electrochemical cell, the number, size, or size ratio of the electrochemical cell can be adjusted and employed.

図1に示す実施例1の燃料電池では、第1と第2のガス流路及び電極を二つずつ持つ電気化学セル10を縦横三個ずつ並べたものとなっている。単位となる一つの電気化学セルは、正方形断面の第1のガス流路と第2のガス流路を二つずつ、交差する位置に配したものであり、固体電解質からなるハニカム状隔壁によって区分されたものとなっている。図中符号1の第1のガス流路の周りには符号2の第1の電極が形成され、符号3の第2のガス流路の周りには符号4の第2の電極が形成されている。第1のガス流路に空気ガスを供給する場合には、第1の電極は陽極(空気極とも言う。)とし、第2のガス流路に燃料ガス(例えば、水素ガスを用いる。)を供給し、第2の電極は陰極(燃料極とも言う。)となる。符号5が固体電解質からなる隔壁である。図1においては、単位起電力を発生させる電気化学セル相互の境界を、断面図では本来は表れないが破線によって示すようにした。この実施例1では第1の電極と第2の電極が2つずつ有するものを一つの電気化学セルとし、電極端子にその電流を集めるようにしていることが、図2の平面図と図3の断面図を組み合わせることで理解できる。 In the fuel cell of Example 1 shown in FIG. 1, three electrochemical cells 10 each having two first and second gas flow paths and two electrodes are arranged vertically and horizontally. One electrochemical cell as a unit is formed by arranging two first gas flow paths and two second gas flow paths having a square cross section at intersecting positions, and is divided by a honeycomb-shaped partition wall made of a solid electrolyte. It has been made. In the figure, a first electrode 2 is formed around the first gas flow path 1, and a second electrode 4 is formed around the second gas flow path 3. Yes. In the case of supplying air gas to the first gas flow path, the first electrode is an anode (also referred to as an air electrode), and fuel gas (for example, hydrogen gas is used) is used for the second gas flow path. The second electrode serves as a cathode (also referred to as a fuel electrode). Reference numeral 5 denotes a partition wall made of a solid electrolyte. In FIG. 1, the boundary between electrochemical cells that generate unit electromotive force is indicated by a broken line although it does not originally appear in the sectional view. In Example 1, two electrochemical cells each having two first electrodes and two second electrodes are used as one electrochemical cell, and the current is collected at the electrode terminals. It can be understood by combining the cross-sectional views.

次に、図2では、図1で表された縦横三個ずつ電気化学セル10に形成された符号6の電極端子の接続状態を説明するために、ガス流路の一方の端から見た平面図を示したものである。この平面の左上に位置する電気化学セルの第2の電極4を外部に接続したとき、第1の電極2はこの平面の反対側にて上段2個目の電気化学セルの第2電極4に接続され、図2の上段2個目の第1電極2は上段右にある電気化学セルの第2電極4に接続され、この平面の反対側では上段右の第1電極2が中段右にある電気化学セルの第2電極4に接続されている。同様にして、中段の電気化学セルを右から左に直列接続され、下段の電気化学セルを左から右に直列接続されている。この図2においても電気化学セルの一単位を明確にするために隔壁の間にある境界を実線をもって示すようにした。 Next, in FIG. 2, a plane viewed from one end of the gas flow path in order to explain the connection state of the electrode terminals denoted by reference numeral 6 formed in the electrochemical cell 10 in three vertical and horizontal directions shown in FIG. 1. FIG. When the second electrode 4 of the electrochemical cell located at the upper left of this plane is connected to the outside, the first electrode 2 is connected to the second electrode 4 of the second electrochemical cell on the opposite side of this plane. 2 is connected to the second electrode 4 of the electrochemical cell on the upper right side, and on the opposite side of this plane, the first electrode 2 on the upper right side is on the right on the middle stage. It is connected to the second electrode 4 of the electrochemical cell. Similarly, the middle stage electrochemical cells are connected in series from right to left, and the lower stage electrochemical cells are connected in series from left to right. Also in FIG. 2, the boundary between the partition walls is indicated by a solid line in order to clarify one unit of the electrochemical cell.

また、図3では、図2のA−A線断面であるハニカム状隔壁のガス流路に平行な方向に切断したときの断面図を示している。第1のガス流路に流れるガスを空気ガスとした場合には、第1のガス流路の内側には陽極を形成し、第2のガス流路に流れるガスを燃料ガスとした場合には、第2のガス流路の内側には陰極を形成しておくこととなる。 FIG. 3 shows a cross-sectional view of the honeycomb partition wall taken along the line AA in FIG. 2 when cut in a direction parallel to the gas flow path. When the gas flowing through the first gas flow path is an air gas, an anode is formed inside the first gas flow path, and when the gas flowing through the second gas flow path is a fuel gas, The cathode is formed inside the second gas flow path.

図10として、この実施例1における電気化学セルの接続状態を示すための、モデル図を示す。この図10では、第1電極を陽極、第2電極を陰極として利用した場合のモデルである。図では一個の電気化学セルを一個の電池として示している。この実施例1では、電気化学セルを縦横三個ずつ並べたものとなっているので、横一列の接続状態を示す回路を3行並べたものとしている。燃料電池により発生した電力を消費するものとして点線で囲われた抵抗を加えている。それぞれの電気化学セルは相対的に表裏が発生するので、図2の平面図に表れた側を便宜上ハニカム表面として示し、その反対側をハニカム裏面とした。この図から解されるように電気化学セル電極端子のどちらか一方が隣接する電気化学セルの電極端子と接続されていることとなる。As FIG. 10, the model figure for showing the connection state of the electrochemical cell in this Example 1 is shown. FIG. 10 shows a model in which the first electrode is used as an anode and the second electrode is used as a cathode. In the figure, one electrochemical cell is shown as one battery. In Example 1, since three electrochemical cells are arranged in the vertical and horizontal directions, three rows of circuits indicating the connection state in one horizontal row are arranged. A resistor surrounded by a dotted line is added to consume power generated by the fuel cell. Since each electrochemical cell is relatively front and back, the side shown in the plan view of FIG. 2 is shown as the honeycomb surface for convenience, and the opposite side is the honeycomb back surface. As understood from this figure, either one of the electrochemical cell electrode terminals is connected to the electrode terminal of the adjacent electrochemical cell.

図4及び図5においては、実施例2おける平面図と図4中のB−B線断面図を示している。この実施例2では実施例1における電極端子となる部分を一部変更したものとなっている。実施例1と実施例2における電極端子の違いとしては、平面で比べた時、実施例1は電極端子を燃料極セルあるいは空気極セルの2辺に設けたものであるのに対して、実施例2では、電極端子を燃料極セルあるいは空気極セルの4辺に設けたものとなっている。 4 and 5 show a plan view in the second embodiment and a cross-sectional view taken along line BB in FIG. In the second embodiment, a part to be an electrode terminal in the first embodiment is partially changed. The difference between the electrode terminals in Example 1 and Example 2 is that, when compared in plan, Example 1 is provided with electrode terminals provided on two sides of the fuel electrode cell or the air electrode cell. In Example 2, the electrode terminals are provided on the four sides of the fuel electrode cell or the air electrode cell.

実施例1あるいは実施例2では、1個の電気化学セルを4個のハニカム状格子からなるものを例示したが、この個数は6個あるいは9個のように、より多くの個数よりなる電気無化学セルとしても良い。この場合は、1個の電気化学セルより発生する電流量をより大きなものとすることができる。また、図では第1のガス流路も第2のガス流路も断面積が同じものとして示しているが、起電力を大きくするためあるいは発電の制御にためにそれぞれのガス流路断面積に大小を設けることも可能である。 In Example 1 or Example 2, one electrochemical cell is exemplified by four honeycomb lattices. However, this number is six or nine, such as a larger number of electrochemical cells. It may be a chemical cell. In this case, the amount of current generated from one electrochemical cell can be made larger. In the figure, the first gas flow path and the second gas flow path are shown as having the same cross-sectional area. However, in order to increase the electromotive force or to control power generation, the cross-sectional area of each gas flow path is set. It is also possible to provide large and small.

図6ないし図9では、実施例3を図面により示している。実施例3は、4個の電気化学セルの組合せであり、それぞれが5個のガス流路を有したものとなっている。電気化学セルの一つは、1個の第1のガス流路を中心置き、隔壁を隔てその4辺に4個の第2のガス流路を配置している。もう一方の電気化学セルでは、1個の第2のガス流路を中心置き、隔壁を隔てその4辺に4個の第1のガス流路を配置している。なお、ガス流路以外の流路は、冷却用の空気流が流れることができる冷却空気流路としている。燃料電池は、電気的にはその4つの電気化学セルが直列するように並んだものとなっている。図6は、ガス流路に対して直交する方向にて切断したときの断面図を示している。図6においては、単位起電力を発生させる電気化学セル相互の境界を、断面図では本来は表れないが破線によって示すようにした。図7では、ガス流路の一方の入口側から見た平面図を示している。この図7においても電気化学セルの一単位を明確にするために隔壁の間にある境界を実線をもって示すようにした。図8は、図6のC−C線断面図を示し、図9は図6のD−D線断面図を示している。 6 to 9 show a third embodiment with reference to the drawings. Example 3 is a combination of four electrochemical cells, each having five gas flow paths . One electrochemical cell placed around the one first gas flow path are arranged a second gas flow path 4 on the four sides partition walls. In the other electrochemical cell, one second gas flow path is placed in the center, and four first gas flow paths are arranged on four sides of the partition wall. The channels other than the gas channel are cooling air channels through which a cooling air flow can flow. The fuel cell is electrically arranged such that its four electrochemical cells are in series. FIG. 6 shows a cross-sectional view when cut in a direction perpendicular to the gas flow path. In FIG. 6, the boundary between the electrochemical cells generating the unit electromotive force is indicated by a broken line although it does not originally appear in the sectional view. In FIG. 7, the top view seen from one inlet side of the gas flow path is shown. Also in FIG. 7, the boundary between the partition walls is shown by a solid line in order to clarify one unit of the electrochemical cell. 8 shows a cross-sectional view taken along line CC of FIG. 6, and FIG. 9 shows a cross-sectional view taken along line DD of FIG.

図6以下においては、符号1〜符号5までは、実施例1あるいは実施例2と同じものを示している。符号7は、冷却空気流路を示している。図7に示す上段左の電気化学セルの中央に位置する第2電極を電極端子により外部への取り出し端子としたとき、図7の反対面にある第1電極の電極端子は、上段右の電気化学セルに於ける第2電極の電極端子に接続されている。また、上段右の電気化学セルに於ける中央に位置する第1電極は平面図表れる下段右の電気化学セルに於ける中央の第2電極に接続されている。そして、下段右の電気化学セルの第1電極は図7の反対面にある第2電極に接続されている。 In FIG. 6 and subsequent figures, reference numerals 1 to 5 denote the same elements as those in the first or second embodiment. Reference numeral 7 denotes a cooling air flow path. When the second electrode located at the center of the upper left electrochemical cell shown in FIG. 7 is used as an extraction terminal to the outside by an electrode terminal, the electrode terminal of the first electrode on the opposite surface of FIG. It is connected to the electrode terminal of the second electrode in the chemical cell. The first electrode located at the center of the upper right electrochemical cell is connected to the second electrode at the center of the lower right electrochemical cell shown in the plan view. The first electrode of the lower right electrochemical cell is connected to the second electrode on the opposite surface of FIG.

実施例3では、1つの電気化学セルを9個のハニカム状格子からなるものにより例示したが、この電気化学セルはより多くの個数からなる電気化学セルから構成されるもの(例えば、5行×5列とする25個のハニカム状格子あるいは7行×7列とする49個のハニカム状格子からなるものがある。)に変更しても良い。この場合は、1個の電気化学セルより発生する電流量をより大きなものとすることができる。また、図では第1のガス流路、第2のガス流路あるいは冷却空気流路も断面積がほぼ同じものとして示しているが、起電力を大きくするためあるいは発電の制御にためにそれぞれの流路断面積に大小を設けることも可能である。 In Example 3, one electrochemical cell is exemplified by one composed of nine honeycomb lattices. However, this electrochemical cell is composed of a larger number of electrochemical cells (for example, 5 rows × There are 25 honeycomb lattices with 5 columns or 49 honeycomb lattices with 7 rows × 7 columns. In this case, the amount of current generated from one electrochemical cell can be made larger. In the figure, the first gas flow path, the second gas flow path, or the cooling air flow path is shown as having substantially the same cross-sectional area. However, in order to increase the electromotive force or to control power generation, It is also possible to provide a large and small channel cross-sectional area.

この発明の燃料電池は、上記図1〜図3あるいは図6〜図9に示される複数の電気化学セルの集合体を多段に積層させて使用することも可能である。積層数は一段を構成する電気化学セルのセルの長さ、必要とする出力電圧、選定する固体電解質の材質、ハニカム状セルのサイズ、全体のヒートバランス、経済性などを考慮した上で設計される。 The fuel cell of the present invention can be used by stacking a plurality of electrochemical cell assemblies shown in FIGS. 1 to 3 or FIGS. 6 to 9 in multiple stages. The number of layers is designed in consideration of the cell length of the electrochemical cell constituting one stage, the required output voltage, the material of the solid electrolyte to be selected, the size of the honeycomb cell, the overall heat balance, economy, etc. The

この発明の実施例1の燃料電池において、ガス流路に直交する方向に切断したときの断面図を示すものである。In the fuel cell of Example 1 of this invention, sectional drawing when cut | disconnected in the direction orthogonal to a gas flow path is shown. 実施例1の燃料電池において、ガス流路の一方の端から見た平面図を示している。In the fuel cell of Example 1, the top view seen from one end of the gas flow path is shown. 図2のA−A線断面であるハニカム状隔壁のガス流路に平行な方向に切断したときの断面図を示している。FIG. 3 shows a cross-sectional view of the honeycomb partition wall taken along the line AA in FIG. 2 when cut in a direction parallel to the gas flow path. この発明の実施例2の燃料電池において、ガス流路の一方の端から見た平面図を示している。In the fuel cell of Example 2 of this invention, the top view seen from one end of the gas flow path is shown. 図4のB−B線断面であるハニカム状隔壁のガス流路に平行な方向に切断したときの断面図を示している。FIG. 5 shows a cross-sectional view of the honeycomb partition wall taken along the line BB in FIG. 4 when cut in a direction parallel to the gas flow path. この発明の実施例3の燃料電池において、ガス流路に対して直交する方向にて切断したときの断面図を示している。In the fuel cell of Example 3 of this invention, sectional drawing when cut | disconnecting in the direction orthogonal to a gas flow path is shown. 実施例3の燃料電池において、ガス流路の一方の端から見た平面図を示している。In the fuel cell of Example 3, the top view seen from one end of the gas flow path is shown. 図6のC−C線断面図を示している。The CC sectional view taken on the line of FIG. 6 is shown. 図6のD−D線断面図を示している。The DD sectional view taken on the line of FIG. 6 is shown. 実施例1における電気化学セルの接続状態を示すためのモデル図である。2 is a model diagram for illustrating a connection state of an electrochemical cell in Example 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…第1のガス流路
2…第1の電極
3…第2のガス流路
4…第2の電極
5…隔壁
6…電極端子
7…冷却空気流路
10…電気化学セル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st gas flow path 2 ... 1st electrode 3 ... 2nd gas flow path 4 ... 2nd electrode 5 ... Partition 6 ... Electrode terminal 7 ... Cooling air flow path 10 ... Electrochemical cell

Claims (2)

ハニカム状構造をなす気密質の固体電解質材料を隔壁とし、複数の第1のガス流路、複数の第2ガス流路、前記第1のガス流路に面する第1の電極、前記第2のガス流路に面する第2の電極を備えた固体酸化物形燃料電池において、
単一又は複数の第1のガス流路、単一又は複数の第2ガス流路、第1の電極、第2の電極、第1の電極のガス流路末端に設けられた第1の電極端子、第1の電極端子とは反対側に設けた第2の電極端子からなる前記固体酸化物形燃料電池の一部分のうち、電気的に一つにつながれた全ての第1の電極、電気的に一つにつながれた全ての第2の電極、前記第1の電極が面する第1のガス流路、前記第2の電極が面する第2ガス流路、前記第1の電極を電気的に一つにつなぐ第1の電極端子、前記第2の電極を電気的に一つにつなぐ第2の電極端子を一単位の電気化学セルとし、該電気化学セル複数個を同一平面上に並置したものであり、且つ、複数個の電気化学セルの固体電解質材料は互いに分離されずに一体構造をなし、
並置に当り隣り合う二つの電気化学セルを第1の電極端子または第2の電極端子、そのどちらかが電気的に接続され、電気化学セル複数個が直列接続されたものであることを特徴とする燃料電池。
An airtight solid electrolyte material having a honeycomb-like structure is used as partition walls, a plurality of first gas passages, a plurality of second gas passages, a first electrode facing the first gas passage, and the second In the solid oxide fuel cell including the second electrode facing the gas flow path of
Single or plural first gas flow paths, single or plural second gas flow paths, first electrode, second electrode, first electrode provided at end of gas flow path of first electrode All of the first electrodes electrically connected to one of the parts of the solid oxide fuel cell comprising the terminal and the second electrode terminal provided on the side opposite to the first electrode terminal , All the second electrodes connected to each other, the first gas channel facing the first electrode, the second gas channel facing the second electrode, and the first electrode electrically The first electrode terminal connected to one and the second electrode terminal electrically connected to the second electrode as one unit of electrochemical cell, and a plurality of the electrochemical cells are juxtaposed on the same plane And the solid electrolyte materials of the plurality of electrochemical cells are not separated from each other to form an integral structure,
Two electrochemical cells adjacent to each other in juxtaposition are electrically connected to either the first electrode terminal or the second electrode terminal, and a plurality of electrochemical cells are connected in series. Fuel cell.
前記一単位の電気化学セルが複数の第1のガス流路および複数の第2ガス流路を有することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。 2. The fuel cell according to claim 1, wherein the unit electrochemical cell has a plurality of first gas flow paths and a plurality of second gas flow paths.
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