JP2001102075A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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Abstract
これにより動作開始時間を短縮できるとともに、固体電
解質型燃料電池セルの保温のための無駄なエネルギー消
費をなくすことができる固体電解質型燃料電池を提供す
る。 【解決手段】反応容器1内に、固体電解質22の内面に
空気極21を、外面に燃料極23を形成してなる円筒状
の固体電解質型燃料電池セル7を複数収容するととも
に、固体電解質型燃料電池セル7内に酸素含有ガス導入
管9を挿入してなる固体電解質型燃料電池において、酸
素含有ガス導入管9および/または固体電解質型燃料電
池セル7に発熱体31、41を設けた。
Description
電池に関し、特に、発熱体を有する固体電解質型燃料電
池に関する。
に、反応容器1内に、酸素含有ガス室仕切板2、燃焼室
仕切板3、燃料ガス室仕切板5を用いて酸素含有ガス室
A、燃焼室B、反応室C、燃料ガス室Dが形成されてい
る。
電解質型燃料電池セル7が収容されており、これらの固
体電解質型燃料電池セル7は、燃焼室仕切板3に形成さ
れたセル挿入孔に挿入固定されており、また、その内部
には酸素含有ガス室仕切板2に固定された酸素含有ガス
導入管9の一端が挿入されている。
の燃料ガスを燃焼室Bに導入するための燃料ガス噴出孔
が形成されており、燃料ガス室仕切板5には、図示しな
いが、燃料ガスを反応室C内に供給するための供給孔が
形成されている。
る燃料ガスを導入する燃料ガス導入口13、酸素含有ガ
ス、例えば空気を導入する酸素含有ガス導入口17、燃
焼室B内で燃焼したガスを排出するための排気口19が
形成されている。
含有ガス室Aからの酸素含有ガス、例えば空気を、酸素
含有ガス導入管9を介して固体電解質型燃料電池セル7
内にそれぞれ供給し、かつ、燃料ガス室Dからの燃料ガ
スを複数の固体電解質型燃料電池セル7間に供給し、反
応室Cにて反応させ、余剰の空気と燃料ガスを燃焼室B
にて燃焼させ、燃焼したガスが排気口19から外部に排
出される。
電解質型燃料電池セル7を約1000℃という高温で動
作させるため、装置立ち上げの際は、酸素含有ガス、例
えば空気を外部でプレヒートした後、酸素含有ガス導入
口17より酸素含有ガス室A内に導入し、酸素含有ガス
室Aから酸素含有ガス導入管9を介して固体電解質型燃
料電池セル7内にそれぞれ供給され、このプレヒートさ
れた空気により固体電解質型燃料電池セル7を昇温して
いた。
質型燃料電池セル7間を通過し、燃焼室仕切板3の燃料
ガス噴出孔より噴出した余剰の燃料ガスと、固体電解質
型燃料電池セル7内を通過した空気が、燃焼室B内にて
燃焼し、この熱により酸素含有ガス導入管9を暖め、そ
の内部を通過する空気を暖めることによって固体電解質
型燃料電池セル7を昇温していた。
ような方法では、反応容器1内に導入する前に酸素含有
ガスを加熱し、この加熱した酸素含有ガスを反応容器1
内に導入することで固体電解質型燃料電池セル7を昇温
したり、余剰の燃料ガスと酸素含有ガスの燃焼により、
酸素含有ガス導入管9内の酸素含有ガスを加熱し、この
加熱した酸素含有ガスの循環により固体電解質型燃料電
池セル7を昇温していたため、加熱した酸素含有ガスと
反応容器1内に導入する経路が長くなり、酸素含有ガス
と固体電解質型燃料電池セル7間の熱交換効率が低く、
固体電解質型燃料電池セル7を加熱するのに時間がかか
り、固体電解質型燃料電池が作動するのに長時間を要す
という問題があった。
時に迅速に取り出せるように、常時固体電解質型燃料電
池セル7を加熱しておく必要があり、無駄なエネルギー
を消費するという問題も生じていた。
速に昇温でき、これにより動作開始時間を短縮できると
ともに、固体電解質型燃料電池セルの保温のための無駄
なエネルギー消費をなくすことができる固体電解質型燃
料電池を提供することを目的とする。
料電池は、反応容器内に、固体電解質の内面に空気極
を、外面に燃料極を形成してなる円筒状の固体電解質型
燃料電池セルを複数収容するとともに、前記固体電解質
型燃料電池セル内に酸素含有ガス導入管を挿入してなる
固体電解質型燃料電池において、前記酸素含有ガス導入
管および/または前記固体電解質型燃料電池セルに発熱
体を設けたものである。
体電解質型燃料電池セルを急速に昇温でき、迅速に発電
状態に立ち上げることができ、起動性に優れた固体電解
質型燃料電池を得ることができる。
燃料電池セル内における外側表面に発熱体が形成され、
該発熱体が絶縁層により被覆されていることが望まし
い。このような構成では、酸素含有ガス導入管により、
例えば、空気からなる酸素含有ガスが固体電解質型燃料
電池セル内に導入されるが、酸素含有ガス導入管の外側
表面に形成された発熱体により、酸素含有ガス導入管内
部を流れる空気や、酸素含有ガス導入管と固体電解質型
燃料電池セル間を流れる空気を加熱することができ、加
熱された空気によって固体電解質型燃料電池セルを昇温
できるとともに、固体電解質型燃料電池セルが発熱体の
近傍に配置されているため、輻射熱により固体電解質型
燃料電池セルを急速に昇温できる。
燃料電池セル内面の空気極と、酸素含有ガス導入管の外
側表面との間隔が狭いため、酸素含有ガス導入管の外側
表面に形成された発熱体が空気極と接触する虞がある
が、絶縁層が発熱体を被覆しているため、固体電解質型
燃料電池セルの内面に酸素含有ガス導入管が接触して
も、発熱体を流れる電流が固体電解質型燃料電池セルに
流れることがなく、このため、確実に発熱体を加熱で
き、損失なく燃料電池セルを昇温できる。
2 O3 、MgOおよびZrO2 のうち少なくとも1種を
主成分とすることが望ましい。Al2 O3 、MgO、Z
rO2 は耐熱性を有するため、1000℃での連続運転
に使用できる。中でもAl2O3 は熱伝導性が良好なた
め、固体電解質型燃料電池セルを急速に昇温させること
ができる。
に発熱体が内蔵されていることが望ましい。このような
構成を採用することにより、固体電解質型燃料電池セル
を直接加熱できるため、急速に加熱することができる。
は、固体電解質型燃料電池セルの空気極に発熱体を内蔵
した点、酸素含有ガス導入管に発熱体を形成した点を除
いて実質的に従来と同様の構造を有しているため、本発
明の固体電解質型燃料電池を、図1で説明する。
すように、反応容器1内に、酸素含有ガス室仕切板2、
燃焼室仕切板3、燃料ガス室仕切板5を用いて酸素含有
ガス室A、燃焼室B、反応室C、燃料ガス室Dが形成さ
れている。
電解質型燃料電池セル7が収容されており、これらの固
体電解質型燃料電池セル7は、燃焼室仕切板3に形成さ
れたセル挿入孔に挿入固定されており、また、その内部
には酸素含有ガス室仕切板2に固定された酸素含有ガス
導入管9の一端が挿入されている。
の燃料ガスを燃焼室Bに導入するための燃料ガス噴出孔
が形成されており、燃料ガス室仕切板5には、図示しな
いが、燃料ガスを反応室C内に供給するための供給孔が
形成されている。
る燃料ガスを導入する燃料ガス導入口13、酸素含有ガ
ス、例えば空気を導入する酸素含有ガス導入口17、燃
焼室B内で燃焼したガスを排出するための排気口19が
形成されている。
すように、例えば、支持管としてのLaMnO3 系空気
極21と、この空気極21の表面に形成されたY2 O3
安定化ZrO2 からなる固体電解質22と、固体電解質
22の表面に形成されたNi一ジルコニア系の燃料極2
3と、空気極21と電気的に接続されるLaCrO3系
よりなるインターコネクタ24とから構成されている。
のインターコネクタ24を、Ni金属繊維等の接続部材
25を介して他方のセル7の燃料極23に接続して、複
数のセル7が電気的に接続され、スタック27が構成さ
れており、このようなスタック27が、図1に示したよ
うに、反応容器1内に複数収容されて固体電解質型燃料
電池が構成されている。
は、図4に示すように、セル7内部における酸素含有ガ
ス導入管9の外面に発熱体31が形成されており、この
発熱体31が、図4(b)に示すように、絶縁層33に
より被覆されている。この絶縁層33は、1000℃で
の高温でも耐久性を有するという点から、ZrO2 、M
gOおよびAl2 O3 のうち少なくとも一種を主成分と
するものが望ましい。
O3 が望ましい。尚、図4(a)では絶縁層33は省略
した。
引き出され、空気室Aで、直並列に接続され、燃料電池
の外部に取り出され、外部電源に接続されている。
電池では、酸素含有ガス室Aからの酸素含有ガス、例え
ば空気を、酸素含有ガス導入管9を介して固体電解質型
燃料電池セル7内にそれぞれ供給し、かつ、燃料ガス室
Dからの燃料ガスを複数の固体電解質型燃料電池セル7
間に供給し、反応室Cにて反応させ、余剰の空気と燃料
ガスを燃焼室Bにて燃焼させ、燃焼したガスが排気口1
9から外部に排出される。
は、酸素含有ガス導入管9の外側表面に発熱体31が形
成されているので、酸素含有ガス導入管9内を流通する
空気や、酸素含有ガス導入管9の外面とセル7の内面と
の間を流通する空気が、酸素含有ガス導入管9の外側表
面の発熱体31により加熱され、この加熱された空気に
よりセル7を急速に昇温できる。また、同時に、セル7
が発熱体31の近傍に配置されているため、輻射熱によ
りセル7を動作温度である1000℃まで急速に昇温で
き、このため、固体電解質型燃料電池を迅速に発電状態
に立ち上げることができ、起動性に優れた固体電解質型
燃料電池を得ることができる。
形成された発熱体31が絶縁層33により被覆されてい
るため、セル7内面の空気極21に、酸素含有ガス導入
管9の外側表面が接触したとしても、空気極21と発熱
体31とが導通することがなく、発熱体31を流れる電
流がセル7に流れることがなく、このため損失なく昇温
できる。
が、耐熱性を有するAl2 O3 、MgOおよびZrO2
のうち少なくとも1種を主成分とするため、1000℃
での連続運転に使用できる。
池のセルを示すもので、この固体電解質型燃料電池のセ
ル7の空気極21内には、Pt系材料からなる発熱体4
1が内蔵さられている。尚、発熱体41は、図示しない
が、電極がセル7の開放端に引き出され、燃焼室仕切板
3上に形成された電極を介して外部に引き出され、外部
電源に接続されている。
ル7の空気極21に内蔵された発熱体41により、セル
7を直接加熱することができ、起動性に優れた固体電解
質型燃料電池を得ることができる。
素含有ガス導入管および/または固体電解質型燃料電池
セルに発熱体を設けたので、固体電解質型燃料電池セル
を効率良く急速に昇温できる。これにより動作開始時間
を短縮でき、保温のための無駄なエネルギー消費をなく
すことができる。
例を示すもので、(a)は側面図、(b)は断面図であ
る。
ある。
Claims (4)
- 【請求項1】反応容器内に、固体電解質の内面に空気極
を、外面に燃料極を形成してなる円筒状の固体電解質型
燃料電池セルを複数収容するとともに、前記固体電解質
型燃料電池セル内に酸素含有ガス導入管を挿入してなる
固体電解質型燃料電池において、前記酸素含有ガス導入
管および/または前記固体電解質型燃料電池セルに発熱
体を設けたことを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項2】酸素含有ガス導入管の固体電解質型燃料電
池セル内における外側表面に発熱体が形成され、該発熱
体が絶縁層により被覆されていることを特徴とする請求
項1記載の固体電解質型燃料電池。 - 【請求項3】発熱体を被覆する絶縁層が、Al2 O3 、
MgOおよびZrO2のうち少なくとも1種を主成分と
することを特徴とする請求項2記載の固体電解質型燃料
電池。 - 【請求項4】固体電解質型燃料電池セルの空気極に発熱
体が内蔵されていることを特徴とする請求項1乃至3の
いずれかに記載の固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27686799A JP4817476B2 (ja) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | 固体酸化物形燃料電池 |
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JP27686799A JP4817476B2 (ja) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | 固体酸化物形燃料電池 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001102075A true JP2001102075A (ja) | 2001-04-13 |
JP4817476B2 JP4817476B2 (ja) | 2011-11-16 |
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---|---|
JP (1) | JP4817476B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1999
- 1999-09-29 JP JP27686799A patent/JP4817476B2/ja not_active Expired - Fee Related
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