JP2003282128A - 燃料電池 - Google Patents
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
る。 【解決手段】軸長方向にガス通過可能な燃料側電極33
aの表面に、固体電解質33b、酸素側電極33cを順
次形成してなる複数の円筒型燃料電池セル33と、該複
数の円筒型燃料電池セル33の軸長方向一端部にそれぞ
れ取り付けられた管継手53と、該管継手53が取り付
けられ、外部からのガスが供給されるガスタンク35と
を具備する。
Description
過可能な内側電極の表面に、固体電解質、外側電極を順
次形成してなる複数の円筒型燃料電池セルを有する燃料
電池に関するものである。
質型燃料電池セルを収納容器内に複数収容した燃料電池
が種々提案されている。円筒型固体電解質型燃料電池セ
ルは、例えば、酸素側電極の表面に固体電解質、燃料側
電極を順次形成して構成されており、内部の酸素側電極
側に空気(酸素)を、外部の燃料側電極側に燃料(水
素)を流して600〜1000℃程度で発電される。
うに、2種のガスを用い、しかも高温に曝されるため、
高温においてもガスが漏出しないように、燃料ガスの供
給管やセルにおけるシール性について種々の改良がなさ
れている。例えば、特開平8−287940号公報に
は、収納容器内のガスタンクにガス供給管を気密に接続
する構造が開示されており、ガスは燃料電池セル内にガ
ス供給管により供給される。燃料電池セルは、一般に収
納容器内に配置された隔壁に支持固定されている。
供給する方法として、特開平6−349514号公報に
は、軸長方向にガス通過孔を有する燃料電池セルの両端
部が、収納容器内に所定間隔をおいて配置された一対の
隔壁にガラス等により接合された燃料電池が開示されて
おり、この燃料電池では、一方の隔壁がガスタンク壁と
され、ガス供給管を用いることなく、ガスタンクのガス
を燃料電池セルのガス通過孔に供給できる。
た特開平8−287940号公報に開示された燃料電池
では、ガス供給管をガスタンクにガス封止した状態で接
続するとともに、燃料電池セル自体も隔壁に固定する必
要があり、ガス供給法が複雑であり、燃料電池自体が複
雑化し、製造工程が多いという問題があった。
示された燃料電池では、燃料電池セルの両端部を隔壁に
固定する必要があり、燃料電池が複雑化し、製造工程が
多いという問題があった。
電池を提供することを目的とする。
長方向にガス通過可能な内側電極の表面に、固体電解
質、外側電極を順次形成してなる複数の円筒型燃料電池
セルと、該複数の円筒型燃料電池セルの軸長方向一端部
にそれぞれ取り付けられた管継手と、該管継手が取り付
けられ、外部からのガスを前記複数の円筒型燃料電池セ
ルに供給するガス供給体とを具備することを特徴とす
る。
継手によりガスタンクやガス配管に機械的な方法で直接
取り付けられ、何ら支持されることなくガスタンクやガ
ス配管に立設することができるため、燃料電池の構造を
簡略化でき、製造が容易となるとともに、燃料電池セル
の内側電極にガスを供給するためのガス供給管が不要で
あり、ガス封止個所を殆どなくすことができるため、ガ
ス封止信頼性を向上できる。
一室に、複数の燃料電池セルがガス供給体に立設した状
態で収納され、従来のような燃料電池セルを支持固定す
るための隔壁が不要であるため、内側電極、固体電解
質、外側電極の形成面積を増加でき、燃料電池セルの発
電領域を拡大できる。
を通過したガスと、円筒型燃料電池セル間を通過したガ
スが反応して、前記円筒型燃料電池セルの先端近傍で燃
焼することを特徴とする。このような燃料電池では、燃
焼ガスが発生する室に燃料電池セルが存在するため、燃
料ガスにより燃料電池セル全体を直接加熱でき、燃料電
池セルが発電する温度まで迅速に加熱でき、起動時間を
短縮できる。
態を示すもので、符号31は断熱構造を有する収納容器
を示している。この収納容器31の内部には、複数の円
筒型燃料電池セル33と、これらの燃料電池セル33が
設けられる燃料ガスタンク(ガス供給体)35と、燃料
電池セル33間に挿入された酸素含有ガス供給管39
と、燃料電池セル33の上方の熱交換部41とが設けら
れている。
31aと、この枠体31aの内面に設けられた断熱材3
1bとから構成されている。
2に示すように、円筒状の多孔質な金属を主成分とする
燃料側電極(内側電極)33aの外面に、緻密質な固体
電解質33b、多孔質な導電性セラミックスからなる酸
素側電極(外側電極)33cを順次積層し、固体電解質
33b及び酸素側電極33cから露出した燃料側電極3
3aの外面に、インターコネクタ33d、P型半導体3
3eを順次形成して構成されており、燃料側電極33a
が支持体となっている。
その軸長方向に固体電解質33b及び酸素側電極33c
が形成されていない部分を有しており、この固体電解質
33b及び酸素側電極33cから露出した燃料側電極3
3aの外面には、導電性セラミックスからなるインター
コネクタ33dが形成されている。この燃料側電極33
aの内部には、燃料側電極33aの軸長方向に同心円状
に形成された一つの燃料ガス通過孔33fが形成されて
いる。尚、燃料ガス通過孔33fを複数形成しても良い
ことは勿論であり、連続気孔体からなる3次元網目構造
であっても良い。
1内に複数集合しており、一方の燃料電池セル33と他
方の燃料電池セル33との間に、金属フェルト及び/又
は金属板からなる集電部材42を介在させ、一方の燃料
電池セル33の燃料側電極33aを、該燃料側電極33
aに設けられたインターコネクタ33d、P型半導体3
3e、集電部材42を介して他方の燃料電池セル33の
酸素側電極33cに電気的に接続して構成されている。
集電部材42は、耐熱性、耐酸化性、電気伝導性という
点から、Pt、Ag、Ni基合金、Fe−Cr鋼合金の
少なくとも一種からなることが望ましい。
に、2列に整列しており、隣設した2列の最外部の燃料
電池セル33の電極同士が導電部材(図示せず)で接続
され、これにより2列に整列した複数の燃料電池セル3
3が電気的に直列に接続されている。尚、図1では4列
に整列した状態を記載した。
たように、燃料ガスを燃料電池セル33に供給するため
の燃料ガスタンク35がセル列毎に設けられており、こ
れらの燃料ガスタンク35には、外部から燃料ガスを燃
料ガスタンク35に供給するための燃料ガス供給管(図
示せず)がそれぞれ接続されている。
図4に示すように、燃料電池セル33の下端部(軸長方
向端部)が管継手53を介してそれぞれ取り付けられて
おり、これにより、燃料電池セル33が燃料ガスタンク
35に何ら支持されることなくそれぞれ立設している。
に示すようなSWAGELOKチューブ継手(商品名)
が用いられている。具体的に説明すると、管継手53
は、燃料ガスタンク35に一端が螺着する継手本体53
aと、この継手本体53aの他端に螺着するナット53
bと、燃料電池セル33端部に密着して固定される密着
リング53cと、この密着リング53cを継手本体53
a内部に形成されたテーパに押圧して縮径させる押圧リ
ング53dとから構成され、燃料電池セル33端部がナ
ット53b、押圧リング53d、密着リング53cを挿
通した状態で、ナット53bを締め付けることにより、
燃料電池セル33の一端部が管継手53に気密に取り付
けられている。
示したように、その先端部が燃料電池セル33間に位置
している。発電で用いられなかった余剰の酸素含有ガス
は、燃料電池セル33間を通って燃料電池セル33の上
方に流れ、発電で用いられなかった余剰の燃料ガスは、
燃料電池セル33の燃料ガス通過孔33fを通って燃料
電池セル33の上方から吹き出し、燃料電池セル33の
上端(軸長方向端部)近傍において、燃料ガスと酸素含
有ガスが反応して燃焼するように構成されている。
有ガス収容室41bとから構成されている。
板61と波板63を交互に積層したプレートフィン型構
造とされており、酸素含有ガス収容室41bと連通する
通路を形成する波板63aは、図5(b)に示すように
形成され、また、燃焼ガスの排出用の通路を形成する波
板63bは、図5(c)に示すように形成されている。
に熱交換器41aの下部側面から導入され、熱交換器4
1aの上方へ排出され、一方、酸素含有ガスは、図1に
破線で示したように熱交換器41aの上部側面から導入
され、熱交換器41aの下方へ導かれ、酸素含有ガス収
容室41b内に導入される。
ように、熱交換器41aの酸素含有ガスが導入される側
の端面、即ち燃料電池セル33側端面に設けられてお
り、波板63aの各通路を通過した酸素含有ガスが一旦
収容されるようになっている。
素含有ガス供給管39の一端が開口し、連通している。
収容室41bの側面と断熱材31bとの間、即ち酸素含
有ガス収容室41bの周囲は、燃焼ガスを熱交換器41
aに導入する燃焼ガス導入口71とされている。この燃
焼ガス導入口71を介して燃焼ガスが熱交換器41aの
波板63bの通路へ導出される。
バーナー用ガスタンク81がそれぞれ配置されており、
これらのバーナー用ガスタンク81にはバーナ83が立
設し、燃料電池セル33を直接加熱できるようになって
いる。このようなバーナ83は、燃料電池の起動時に燃
焼され、燃料電池セル33を直接的に加熱し、燃料電池
セル33が発電するまでの起動を飛躍的に早めることが
できる。
部からの酸素含有ガス(例えば空気)を酸素含有ガス管
73を介して熱交換器41aに導入し、酸素含有ガス収
容室41bに導入し、酸素含有ガス供給管39を介して
燃料電池セル33間に噴出させるとともに、燃料ガス
(例えば水素)を燃料ガス供給管を介して燃料ガスタン
ク35に一旦収容し、管継手53を介して燃料電池セル
33の燃料ガス通過孔33f内に供給し発電させる。
燃料ガス通過孔34の上端から噴出し、発電に用いれら
なかった余剰の酸素含有ガスは燃料電池セル33間を上
方に流れ、余剰の燃料ガスと余剰の酸素含有ガスを反応
させて燃焼させ、燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガスが
燃焼ガス導入口71を介して熱交換器41aに導出さ
れ、熱交換器41aの上端から排出される。
セル33が、管継手53を介してガスタンク35に機械
的に直接取り付けられるため、燃料電池セル33の下端
部をガスタンク35に強固に固定できるとともに、燃料
電池セル33は管継手53を介してガスタンク35に立
設しているため、何ら支持されることなくガスタンク3
5に立設しているため、燃料電池の構造を簡略化でき、
製造が容易となる。
極にガスを供給するためのガス供給管を不要とすること
ができ、ガス封止する個所を殆どなくすことができるた
め、ガス封止信頼性を向上できる。尚、多少、構造は複
雑となるが、燃料電池セル33の上部を支持する支持板
を設けても良い。
が発生する室に燃料電池セル33が存在するため、燃焼
ガスにより燃料電池セル33全体を加熱でき、燃料電池
セル33が起動するまでの時間を短縮できる。
スと酸素含有ガスが反応して燃焼し、この燃焼ガス及び
外部の酸素含有ガスを熱交換器41aに導入し、この熱
交換器41aで燃焼ガスと酸素含有ガスとの間で熱交換
させ、起動時に酸素含有ガスを予熱することができ、ま
た、酸素含有ガス供給管39が燃焼ガス中を挿通するこ
とにより、燃焼ガスにより酸素含有ガス供給管39内の
酸素含有ガスをさらに加熱することができるため、加熱
した酸素含有ガスにより燃料電池セル33を間接的に加
熱して実質的に発電するまでの起動時間を短縮できる。
有ガス収容室41b、熱交換器41aが隣接して形成さ
れているため、高温の燃焼ガスを、配管等を用いること
なく熱交換器41aに直接導入でき、簡単な構造で酸素
含有ガスの予熱効率を大きくできる。
含有ガスとを熱交換できるため、酸素含有ガスの予熱を
行うためのバーナーを収納容器31内に別途設ける必要
がなく、小型にでき、しかも燃焼ガスを有効利用でき
る。
容室41bを設けたので、熱交換器41aと酸素含有ガ
ス供給管39との接続を酸素含有ガス収容室41bを介
して行うことができ、熱交換器41aからの酸素含有ガ
スを燃料電池セル33間に確実に供給できる。
はなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可
能である。例えば、上記例では熱交換器41aとしてプ
レートフィン型を用いたが、本発明ではこれに限定され
るものではなく、それ以外の熱交換器を用いても良いこ
とは勿論である。
列に接続した例について説明したが、並列接続しても良
いことは勿論である。また、燃料側電極33aを内側電
極としたが、酸素側電極33cを内側電極としても良
い。さらにガスタンク35の代わりにガス配管を用いて
も良い。
管継手によりガスタンクやガス配管に機械的な方法で直
接取り付けられ、何ら支持されることなくガスタンクや
ガス配管に立設することができ、しかも従来のような燃
料電池セルの内側電極にガスを供給するためのガス供給
管を不要とすることができるため、燃料電池の構造を簡
略化でき、製造が容易となるとともに、管継手により燃
料電池セルがガスタンクに直接気密に取り付けられ、ま
た従来のようなガス燃料供給パイプを不要とすることが
でき、ガス封止する個所を殆どなくすことができ、さら
に、従来のような燃料電池セルを支持固定するための隔
壁が不要であるため、燃料電池セルの発電領域を拡大で
きる。
付けた状態を示す斜視図である。
図、(b)は分解斜視図である。
り、(a)は熱交換器の斜視図、(b)は酸素含有ガス
の通路を形成するための波板を示す斜視図、(c)は燃
焼ガスの通路を形成するための波板を示す斜視図であ
る。
る。
Claims (4)
- 【請求項1】軸長方向にガス通過可能な内側電極の表面
に、固体電解質、外側電極を順次形成してなる複数の円
筒型燃料電池セルと、該複数の円筒型燃料電池セルの軸
長方向一端部にそれぞれ取り付けられた管継手と、該管
継手が取り付けられ、外部からのガスを前記複数の円筒
型燃料電池セルに供給するガス供給体とを具備すること
を特徴とする燃料電池。 - 【請求項2】ガス供給体がガスタンク又はガス配管であ
ることを特徴とする請求項1記載の燃料電池。 - 【請求項3】収納容器の一室に、複数の燃料電池セルが
ガス供給体に立設した状態で収納されていることを特徴
とする請求項1又は2記載の燃料電池。 - 【請求項4】内側電極を通過したガスと、円筒型燃料電
池セル間を通過したガスが反応して、前記円筒型燃料電
池セルの先端近傍で燃焼することを特徴とする請求項1
乃至3のうちいずれかに記載の燃料電池。
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2002
- 2002-03-27 JP JP2002087274A patent/JP4018921B2/ja not_active Expired - Fee Related
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