JP2783926B2 - Single cell of solid oxide fuel cell and power generator using the same - Google Patents
Single cell of solid oxide fuel cell and power generator using the sameInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
の単電池及びこれを用いた発電装置に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a unit cell of a solid oxide fuel cell and a power generator using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】最近、燃料電池が発電装置として注目さ
れている。これは、燃料が有する化学エネルギーを直接
電気エネルギーに変換できる装置で、カルノーサイクル
の制約を受けないため、本質的に高いエネルギー変換効
率を有し、燃料の多様化が可能で（ナフサ、天然ガス、
メタノール、石炭改質ガス、重油等）、低公害で、しか
も発電効率が設備規模によって影響されず、極めて有望
な技術である。特に、固体電解質型燃料電池 (SOFC)
は、1000℃の高温で作動するため電極反応が極めて活発
で、高価な白金などの貴金属触媒を全く必要とせず、分
極が小さく、出力電圧も比較的高いため、エネルギー変
換効率が他の燃料電池にくらべ著しく高い。更に、構造
材は全て固体から構成されるため、安定且つ長寿命であ
る。2. Description of the Related Art Recently, fuel cells have attracted attention as power generation devices. This is a device that can directly convert the chemical energy of fuel into electrical energy. It is not restricted by the Carnot cycle, so it has essentially high energy conversion efficiency and can diversify the fuel (naphtha, natural gas). ,
(Methanol, coal reformed gas, heavy oil, etc.), low pollution, and power generation efficiency is not affected by the scale of equipment, and is a very promising technology. In particular, solid oxide fuel cells (SOFC)
Operates at a high temperature of 1000 ° C, the electrode reaction is extremely active, does not require expensive precious metal catalysts such as platinum, has a small polarization, and has a relatively high output voltage, so energy conversion efficiency is higher than other fuel cells. Significantly higher than. Further, since all the structural materials are composed of solids, they have a stable and long life.
【０００３】上記のように、SOFCの構成材がすべて固体
であることから、様々な構造のSOFCが提案されている。
これらは、平板型と円筒型とに大別される( エネルギー
総合工学13−２，1990) 。これらのSOFCの単電池の起電
力は、開回路において約１Ｖ、電流密度も精々数100mA
／cm2 程度である為、実使用にあたっては、大きな発電
面積を有する単電池を容易に直列、並列に接続できるよ
うにすることが重要である。この観点から、単電池とそ
のスタック( 集合電池) の構造を検討しなければならな
い。[0003] As described above, SOFCs having various structures have been proposed because the constituent materials of the SOFC are all solid.
These are roughly classified into flat type and cylindrical type (Energy Engineering 13-2, 1990). The electromotive force of these SOFC cells is about 1 V in open circuit, and the current density is at most several hundred mA.
/ Cm 2 , it is important for practical use that cells having a large power generation area can be easily connected in series and in parallel. From this viewpoint, the structure of the unit cell and its stack (collective cell) must be examined.
【０００４】しかし、平板型セルにおいては、セラミッ
クスの脆弱性から、平面精度の高い大面積の単電池を作
製することは困難であった。これを解決する為に、単セ
ル間の電気的接続用に柔かい材料を介在させる方法が提
案されている（特開平3-55764)。しかし、この方法をも
ってしても、一体で作製するセラミックス平板の大きさ
には限界があり、また構造が複雑であるため、単電池間
の並列接続が困難で、出力電流量を容易に拡大できな
い。更に、平板型の単電池では、その端部でガスシール
を行うことが困難である。However, in the case of a flat cell, it has been difficult to produce a large area single cell with high planar accuracy due to the fragility of ceramics. In order to solve this, a method of interposing a soft material for electrical connection between the single cells has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 3-55764). However, even with this method, there is a limit to the size of the ceramic flat plate that is integrally manufactured, and the structure is complicated, so that parallel connection between cells is difficult, and the output current amount cannot be easily increased. . Further, in the case of a flat cell, it is difficult to perform gas sealing at the end.
【０００５】これに対して、現在最も製作技術の進んで
いるウエスティングハウス社の円筒型セル（エネルギー
総合工学13−２、1990年) においては、構造上強度のあ
る円筒型を用いることで、セラミックスの脆弱性を緩和
し、さらに単電池の片端を封じた構造にすることでシー
ルレス構造を可能としている。更に、金属性フェルトを
用いて直列、並列に容易に接続できる点で優れている。
しかし、この構造においては、電流が空気電極内におい
て固体電解質膜に平行に流れる為、電流経路が長く、こ
の過程での電力消費がある。これを解決する為に、円筒
断面の周方向以外に電流経路を設ける方法が提案されて
いる( 特開昭63-261678)。しかし、これでも固体電解質
膜に垂直に電流を流す平板型セル程には、セルの内部抵
抗を低減できない。また、この方法では、円筒状の多孔
質支持体の上に、気密質固体電解質膜を設ける必要があ
るが、この際、EVD 法等の高度で生産速度が小さく、製
造コストの大きい技術を用いる必要があった。On the other hand, in a cylindrical cell of Westinghouse Co., Ltd. (Energy Comprehensive Engineering 13-2 , 1990), which is currently the most advanced in manufacturing technology, the use of a structurally strong cylindrical cell makes it possible to use ceramics. The structure has a structure in which one end of a unit cell is sealed, thereby enabling a sealless structure. Furthermore, it is excellent in that it can be easily connected in series and parallel using a metallic felt.
However, in this structure, since the current flows in the air electrode in parallel with the solid electrolyte membrane, the current path is long, and power is consumed in this process. In order to solve this, a method has been proposed in which a current path is provided in a direction other than the circumferential direction of the cylindrical cross section (Japanese Patent Laid-Open No. 63-261678). However, even in this case, the internal resistance of the cell cannot be reduced as much as a flat cell in which a current flows vertically to the solid electrolyte membrane. In addition, in this method, it is necessary to provide an airtight solid electrolyte membrane on a cylindrical porous support. In this case, a technique such as an EVD method, which has a high production speed and a low production cost, is used. Needed.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、固体
電解質型燃料電池の単電池の単位体積当たりの発電量が
大きく、また単電池それ自体の構造でガスシールを行え
るような単電池であって、固体電解質と他の構成部材と
の熱膨張差による熱応力に起因する剥離やシール不良の
発生を防止し、単電池とそのスタックとの信頼性を高め
ることである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a single cell of a solid oxide fuel cell which can generate a large amount of electric power per unit volume of a single cell and can perform gas sealing with the structure of the single cell itself. It is an object of the present invention to prevent the occurrence of peeling or poor sealing due to thermal stress due to a difference in thermal expansion between the solid electrolyte and other constituent members, and to enhance the reliability of a unit cell and its stack.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、固体電解質型
燃料電池の単電池であって、緻密質の電子伝導体からな
り、平面西辺形状の平板状本体と、この平板状本体の幅
方向縁部の表面に相対向する一対の側壁を備えており、
単電池を構造的に支持するセパレータと、このセパレー
タの側壁に接合された空気電極とからなる接合体を備え
ており、セパレータの各側壁の各外壁面と空気電極の一
対の各幅方向側面とが段差なく連続しており、セパレー
タの平板状本体と一対の側壁と空気電極とによって囲ま
れた空間に導電性の隔壁が設けられており、この陽壁が
平板状本体と空気電極とに対して結合されており、セパ
レータの側壁と隔壁との間および各隔壁の間にそれぞれ
酸化ガス流路が形成されており、空気電極の表面と各幅
方向側面とを覆い、かつセパレータの各側壁の各外壁面
の一部を覆う、緻密質の固体電解質及びこの固体電解質
の表面に設けられた燃料電極を有することを特徴とす
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a unit cell of a solid oxide fuel cell, which is composed of a dense electronic conductor, and has a flat west-sided flat body and a width of the flat body. It has a pair of opposing side walls on the surface of the direction edge,
A separator that structurally supports the unit cell and a joined body composed of an air electrode joined to the side wall of the separator, each outer wall surface of each side wall of the separator, and a pair of width direction side surfaces of the air electrode. Are continuous without a step, and a conductive partition is provided in a space surrounded by the plate-shaped main body of the separator, the pair of side walls, and the air electrode, and this positive wall is provided with respect to the plate-shaped main body and the air electrode. Oxidizing gas flow paths are formed between the side walls and the partition walls of the separator and between the partition walls, respectively, and cover the surface of the air electrode and the side surfaces in the width direction, and form the side walls of the separator. It is characterized by having a dense solid electrolyte covering a part of each outer wall surface and a fuel electrode provided on the surface of the solid electrolyte.
【０００８】また、本発明においては、上記の単電池を
集合化するのに際し、複数個の単電池を発電室に互いに
所定間隔を於いて配列し、この際複数個の単電池の燃料
電極及び開口の向きがほぼ同じになるように配列し、隣
り合う単電池の燃料電極とセパレータとを、気体の流通
を妨げない構造の耐熱導電体によって直列接続し、隣り
合う単電池のセパレータ同士を、気体の流通を妨げない
構造の耐熱導電体によって並列接続し、単電池の酸化ガ
ス流路内に酸化ガスを供給できると共に発電室内に燃料
ガスを供給できるように構成する。Further, in the present invention, when assembling the above-mentioned unit cells, a plurality of unit cells are arranged in a power generation chamber at a predetermined interval from each other. Arranged so that the directions of the openings are almost the same, the fuel electrodes and separators of adjacent cells are connected in series by a heat-resistant conductor having a structure that does not hinder the flow of gas, and the separators of adjacent cells are connected to each other. A parallel connection is made by a heat-resistant conductor having a structure that does not hinder the flow of gas, so that oxidizing gas can be supplied into the oxidizing gas flow path of the unit cell and fuel gas can be supplied into the power generation chamber.
【０００９】[0009]
（実施例１）以下、図１〜図８を順次参照しつつ、本発
明の実施例について説明する。図２はセパレータ5Aを示
す斜視図である。このセパレータ5Aの平面形状は長方形
であり、この長方形の長辺の長さと、短辺の長さとの比
は２以上である。(Embodiment 1) Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a perspective view showing the separator 5A. The planar shape of the separator 5A is a rectangle, and the ratio of the length of the long side to the length of the short side of the rectangle is 2 or more.
【００１０】平面長方形状の平板状本体5aの幅方向縁部
の表面に、一対の細長い側壁5hが形成されている。これ
らの側壁5hは、共に四角柱形状であり、セパレータの長
さ方向の一端から他端へと向って延びる。一対の側壁5h
の間に、四角柱形状の隔壁5bが、長さ方向の一端から他
端へと向って、互いに平行に例えば計３列形成されてい
る。セパレータ5Aを長さ方向にみたとき、一方の縁部に
四角柱状の縁部側隔壁5cが形成されている。縁部側隔壁
5cは、隔壁5b及び側壁5hと連続している。隔壁5b、側壁
5hの間に、互いに平行な酸化ガス流路６が計四列形成さ
れている。各酸化ガス流路６の一端は縁部側隔壁5cによ
って、後述するように閉塞される。各酸化ガス流路６の
他端は開口している。各隔壁5b及び縁部側隔壁5cの高さ
は、ほぼ同じに設定されている。A pair of elongated side walls 5h are formed on the surface of the flat rectangular main body 5a at the edge in the width direction. Each of these side walls 5h has a quadrangular prism shape, and extends from one end in the longitudinal direction of the separator to the other end. A pair of side walls 5h
Between them, for example, a total of three rows of quadrangular prism-shaped partitions 5b are formed parallel to each other from one end to the other end in the length direction. When the separator 5A is viewed in the longitudinal direction, a quadrangular prism-shaped edge-side partition wall 5c is formed on one edge. Edge partition
5c is continuous with the partition wall 5b and the side wall 5h. Partition wall 5b, side wall
During 5 h, a total of four rows of oxidizing gas channels 6 parallel to each other are formed. One end of each oxidizing gas channel 6 is closed by an edge-side partition 5c as described later. The other end of each oxidizing gas passage 6 is open. The heights of the partition walls 5b and the edge-side partition walls 5c are set to be substantially the same.
【００１１】このセパレータ5Aは、気密質の電子伝導体
からなる。更に、このセパレータ5Aは、酸化ガスと燃料
ガスとに対して曝されるので、耐酸化性と耐還元性とを
備えていなければならない。こうした材料としては、La
CrO3セラミックス、酸化ガスにさらされる部分をLaCrO3
セラミックスで被覆したニッケルジルコニアサーメット
等を例示できる。The separator 5A is made of an airtight electronic conductor. Furthermore, since this separator 5A is exposed to an oxidizing gas and a fuel gas, it must have oxidation resistance and reduction resistance. Such materials include La
CrO 3 ceramic, the part exposed to oxidizing gas is LaCrO 3
Examples include nickel zirconia cermet coated with ceramics.
【００１２】図３は、電池素子部分を燃料電極２の側か
らみた平面図、図４は電池素子部分のみを空気電極4Aの
側からみた平面図、図１は完成した単電池を示す断面図
である。緻密質の固体電解質板３の平面形状は、セパレ
ータ5Aの平面形状とほぼ同じである。固体電解質板３の
表面には、平面長方形状の燃料電極膜２が形成されてい
る。FIG. 3 is a plan view of the cell element portion viewed from the fuel electrode 2 side, FIG. 4 is a plan view of only the cell element portion viewed from the air electrode 4A side, and FIG. 1 is a cross-sectional view showing a completed unit cell. It is. The planar shape of the dense solid electrolyte plate 3 is substantially the same as the planar shape of the separator 5A. On the surface of the solid electrolyte plate 3, a flat rectangular fuel electrode film 2 is formed.
【００１３】固体電解質３の燃料電極２と反対側の表面
には、やはり平面長方形状の空気電極4Aが形成されてい
る。空気電極4Aが存在しない部分では、固体電解質３の
周縁に沿って、一対の細長い突起3aと、細長い突起3bと
が形成されている。これらの突起3a、3bも、固体電解質
３の一部をなす。空気電極4Aの幅方向側面4aは、突起3a
によって覆われており、露出しない。空気電極膜4Aの長
さ方向の縁部側側面4bも、突起3bによって覆われてお
り、露出しない。A flat rectangular air electrode 4A is formed on the surface of the solid electrolyte 3 opposite to the fuel electrode 2. In a portion where the air electrode 4A does not exist, a pair of elongated projections 3a and an elongated projection 3b are formed along the periphery of the solid electrolyte 3. These projections 3a, 3b also form part of the solid electrolyte 3. The side surface 4a in the width direction of the air electrode 4A is
Covered and not exposed. The edge side surface 4b in the length direction of the air electrode film 4A is also covered with the protrusion 3b and is not exposed.
【００１４】ここで、この単電池の好ましい製造手順に
ついて触れる。ここでは図５を参照する。空気電極4A
は、ドーピングされたか、又はドーピングされていない
LaMnO3, CaMnO3, CaNiO3, LaCoO3等で製造でき、ストロ
ンチウムを添加したLaMnO3が好ましい。この空気電極
は、あらかじめ気孔率が20〜35％となるように焼成さ
れ、別個に準備したセパレータ5Aと接合される。接合の
際には、空気電極4Aと隔壁5b, 5c及び側壁5hとを向い合
わせる。隔壁5b, 5c、側壁5hの表面に、接合用のセラミ
ックス粉末層８を設ける。セラミックス粉末層８の材質
は、空気電極4Aの材質か、セパレータ5Aの材質が提案さ
れる。そして各隔壁5b, 5c、側壁5hをそれぞれ空気電極
4Aに当接させた状態で加熱処理し、空気電極、インター
コネクター（セパレータ）からなる積層体を得る。Here, a preferred manufacturing procedure of the unit cell will be described. Here, reference is made to FIG. Air electrode 4A
Is doped or undoped
LaMnO 3, CaMnO 3, Canio 3, LaCoO can be manufactured at 3 or the like, preferably LaMnO 3 added with strontium. This air electrode is fired in advance so that the porosity is 20 to 35%, and is joined to a separately prepared separator 5A. At the time of joining, the air electrode 4A faces the partition walls 5b, 5c and the side wall 5h. A ceramic powder layer 8 for bonding is provided on the surfaces of the partition walls 5b, 5c and the side wall 5h. As the material of the ceramic powder layer 8, the material of the air electrode 4A or the material of the separator 5A is proposed. Then, each partition 5b, 5c and side wall 5h are air electrode respectively.
Heat treatment is performed in a state where the laminate is in contact with 4A to obtain a laminate including an air electrode and an interconnector (separator).
【００１５】固体電解質３は、前記空気電極4A、セパレ
ータ積層体の空気電極及び空気電極とセパレータの界面
を覆う様に、前記したような形状で形成される。形成法
としては、溶射法が提案される。燃料電極膜２は図３に
示す様に固体電解質３の表面に形成される。これによ
り、図１、図６に示す単電池1Aを作製できる。The solid electrolyte 3 is formed in the shape described above so as to cover the air electrode 4A, the air electrode of the separator laminate, and the interface between the air electrode and the separator. As a forming method, a thermal spraying method is proposed. The fuel electrode film 2 is formed on the surface of the solid electrolyte 3 as shown in FIG. Thus, the cell 1A shown in FIGS. 1 and 6 can be manufactured.
【００１６】この単電池１Ａにおいては、酸化ガス流路
６の一端が縁部側隔壁５ｃによって閉塞される。固体電
解質３の一対の各突起３ａによって、空気電極４Ａの一
対の各幅方向側面４ａと、セパレータ５Ａの一対の各幅
方向外壁面５ｇの一部とが、それぞれ覆われる。細長い
突起３ｂによって、空気電極４Ａの長さ方向の縁部側の
側面４ｂと、縁部側隔壁５ｃの外壁面の一部とが覆われ
る。酸化ガス流路６と空気電極４Ａの側面４ａ、４ｂと
は、いずれも気密質であるセパレータ５Ａと固体電解質
３とによって包囲されている。従って、酸化ガス流路６
の開口以外から、酸化ガスが漏れることはないので、単
電池それ自体の構造でガスシールを行える。しかも、固
体電解質と空気電極４Ａ、セパレータ５Ａとの熱膨張差
による熱応力は、主として図１において水平方向に加わ
る。本発明では、一対の各細長い突起３ａによって、空
気電極４Ａの一対の各幅方向側面４ａと、セパレータ５
Ａの一対の各幅方向外壁面５ｇの一部とが、それぞれ覆
われているので、前記の熱応力によって、固体電解質の
剥離やシール不良が起こりにくい。In this cell 1A, one end of the oxidizing gas flow path 6 is closed by the edge-side partition 5c. The pair of projections 3a of the solid electrolyte 3 cover the pair of width direction side surfaces 4a of the air electrode 4A and a part of the pair of width direction outer wall surfaces 5g of the separator 5A. The elongated protrusion 3b covers the side surface 4b on the edge side in the length direction of the air electrode 4A and a part of the outer wall surface of the edge-side partition wall 5c. The oxidizing gas passage 6 and the side surfaces 4a and 4b of the air electrode 4A are surrounded by a separator 5A and a solid electrolyte 3 which are both airtight. Therefore, the oxidizing gas flow path 6
Since the oxidizing gas does not leak from the openings other than the opening, the gas seal can be performed by the structure of the unit cell itself. Moreover, thermal stress due to the difference in thermal expansion between the solid electrolyte, the air electrode 4A, and the separator 5A is mainly applied in the horizontal direction in FIG. In the present invention, the pair of elongated protrusions 3a allow the pair of width side surfaces 4a of the air electrode 4A and the separator 5
Since a part of the pair of width-direction outer wall surfaces 5g of A is covered with each other, peeling of the solid electrolyte and poor sealing are unlikely to occur due to the thermal stress.
【００１７】次に、上記の単電池を集合してなる発電装
置の構成例について述べる。図７は、こうした発電装置
を単電池の長さ方向に切ってみた一部断面図である。図
８は、図７の発電装置を単電池の幅方向に切ってみた部
分断面図である。発電装置全体は、略直方体状の缶10内
に収容されている。缶10の内部には、燃料ガス室18、発
電室17、燃焼室16、酸化ガス室15が設けられている。缶
10の貫通孔10c が燃料ガス室18に連通し、貫通孔10b が
酸化ガス室15に連通し、貫通孔10a が燃焼室16に連通す
る。Next, a description will be given of an example of the configuration of a power generating apparatus formed by assembling the above-described cells. FIG. 7 is a partial cross-sectional view of such a power generator cut along the length direction of a unit cell. FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the power generation device of FIG. 7 cut in a width direction of a unit cell. The entire power generation device is housed in a substantially rectangular parallelepiped can 10. Inside the can 10, a fuel gas chamber 18, a power generation chamber 17, a combustion chamber 16, and an oxidizing gas chamber 15 are provided. can
Ten through holes 10c communicate with the fuel gas chamber 18, the through holes 10b communicate with the oxidizing gas chamber 15, and the through holes 10a communicate with the combustion chamber 16.
【００１８】燃料ガス室18と発電室17とは隔壁14によっ
て区分される。隔壁14には、一定間隔で燃料ガス供給孔
14a が設けられている。発電室17と燃焼室16とは隔壁12
によって区分される。隔壁12には、一定間隔で単電池挿
通孔12a が形成される。燃焼室16と酸化ガス室15とは隔
壁11によって区分される。隔壁11には、一定間隔で貫通
孔11a が形成される。The fuel gas chamber 18 and the power generation chamber 17 are separated by a partition 14. The partition 14 has fuel gas supply holes at regular intervals.
14a is provided. The power generation chamber 17 and the combustion chamber 16 are separated from each other by the partition 12
Is divided by In the partition wall 12, cell insertion holes 12a are formed at regular intervals. The combustion chamber 16 and the oxidizing gas chamber 15 are separated by the partition 11. In the partition 11, through holes 11a are formed at regular intervals.
【００１９】各単電池1Aは発電室17内に収容され、単電
池1Aの端部が隔壁14に、アルミナフェルト等の絶縁性セ
ラミックスフェルト材を介して当接する。各単電池1Aの
開口８側の端部は、各単電池挿通口12a を貫通し、燃焼
室16に露出する。この結果、各酸化ガス流路６は、燃焼
室16と連通する。単電池挿通孔12a と単電池1Aの外周面
との間には、単電池挿通孔12a のほぼ全周に亘って若干
の隙間が開いており、この隙間に、緩衝材13が充填され
ている。この結果、各単電池1Aの端部が、緩衝材13を介
してゆるく保持される。緩衝材13としては、例えば、ア
ルミナフェルト等のセラミックスフェルト材が好まし
い。Each unit cell 1A is housed in a power generation chamber 17, and the end of the unit cell 1A contacts the partition wall 14 via an insulating ceramic felt material such as alumina felt. The end of each cell 1A on the opening 8 side penetrates each cell insertion opening 12a and is exposed to the combustion chamber 16. As a result, each oxidizing gas passage 6 communicates with the combustion chamber 16. A slight gap is formed between the cell insertion hole 12a and the outer peripheral surface of the cell 1A over substantially the entire circumference of the cell insertion hole 12a, and the gap is filled with the cushioning material 13. . As a result, the end of each cell 1A is loosely held via the cushioning material 13. As the buffer material 13, for example, a ceramic felt material such as alumina felt is preferable.
【００２０】缶10の発電室17の底には、平板状の集電板
19が設置され、集電板19の上に集電材層20が設けられて
いる。単電池1Aは、本実施例では、上下方向と左右方向
とに、それぞれ一定間隔を置いて延びるように配置され
ている。ただし、図８においては、図面の寸法上の制約
から、こうした集合電池のうち下方の３列のみを図示
し、かつ左側の２列のみを図示した。むろん、こうした
集合電池中に含まれる単電池1Aの個数は、適宜選択でき
るものである。At the bottom of the power generation chamber 17 of the can 10, a flat current collector plate is provided.
A current collecting material layer 20 is provided on the current collecting plate 19. In this embodiment, the unit cells 1A are arranged so as to extend at regular intervals in the up-down direction and the left-right direction. However, FIG. 8 shows only the lower three columns and only the left two columns of such assembled batteries due to the dimensional restrictions of the drawing. Of course, the number of cells 1A included in such an assembled battery can be appropriately selected.
【００２１】発電室17内において最下端の単電池1Aは、
集電材層20の上に載置される。集電材層20は、単電池1A
の形状や変形に追随させるため、弾性と可塑性とを有す
るものがよい。最下端の単電池1Aの上に、所定間隔を置
いて順次他の単電池1Aを配置し、上下の単電池1Aの燃料
電極２と平板状本体5aとを対向させる。これらの間に、
略平板形状の耐熱導電体21A を挿入し、上下方向に隣り
合った単電池1Aの燃料電極２と平板状本体5aとを電気的
に接続する。また、図８において左右方向に隣り合う単
電池1Aの間に、細長い耐熱導電体21B を挿入する。これ
により、単電池1Aのセパレータ5A同士を電気的に接続す
る。各耐熱導電体21A と21B は、接触しないようにす
る。The lowermost unit cell 1A in the power generation chamber 17 is
It is placed on the current collector layer 20. The current collector layer 20 is a single cell 1A
It is preferable that the material has elasticity and plasticity in order to follow the shape and deformation. The other unit cells 1A are sequentially arranged at a predetermined interval on the lowermost unit cell 1A, and the fuel electrodes 2 of the upper and lower unit cells 1A and the flat main body 5a are opposed to each other. Between these,
The substantially flat heat-resistant conductor 21A is inserted to electrically connect the fuel electrode 2 of the vertically adjacent unit cell 1A and the flat main body 5a. In addition, an elongated heat-resistant conductor 21B is inserted between the unit cells 1A adjacent in the left-right direction in FIG. Thereby, the separators 5A of the unit cell 1A are electrically connected to each other. The heat-resistant conductors 21A and 21B do not come into contact with each other.
【００２２】隔壁11の貫通孔11a とほぼ同じ内径を有す
る円筒状の供給管９が、隔壁11に一定間隔で固定され
る。各供給管９の内側空間は、それぞれ貫通孔11a を介
して酸化ガス室15に連通する。各供給管９は、燃焼室16
を横切り、開口８を通って酸化ガス流路６内に挿入さ
れ、平板状本体5a上に支持される。各供給管９の先端に
ある供給口が、縁部側隔壁5cと若干の距離を置いて対向
する。A cylindrical supply pipe 9 having substantially the same inner diameter as the through hole 11a of the partition 11 is fixed to the partition 11 at regular intervals. The space inside each supply pipe 9 communicates with the oxidizing gas chamber 15 through the through hole 11a. Each supply pipe 9 has a combustion chamber 16
, Is inserted into the oxidizing gas flow path 6 through the opening 8, and is supported on the flat main body 5a. The supply port at the tip of each supply pipe 9 faces the edge-side partition wall 5c at a slight distance.
【００２３】次に、図７を参照しつつ、この発電装置の
動作について述べる。酸化ガスは、缶10の外部から、貫
通孔10b を通して矢印Ａのように供給され、酸化ガス室
15を通り、貫通孔11a から矢印Ｂのように供給管９内へ
と送られる。次いで、この酸化ガスは、矢印Ｃのように
供給管９内を流れ、供給口から矢印Ｄのように酸化ガス
流路６内へと供給される。そして、この酸化ガスはすぐ
に縁部側隔壁5cに衝突して矢印Ｄのように方向転換し、
空気電極4Aと供給管９との間を流れ、開口８から燃焼室
16へと排出される。Next, the operation of the power generator will be described with reference to FIG. The oxidizing gas is supplied from the outside of the can 10 through the through hole 10b as shown by an arrow A,
Through the through hole 15, it is sent from the through hole 11 a into the supply pipe 9 as shown by the arrow B. Next, the oxidizing gas flows through the supply pipe 9 as shown by the arrow C, and is supplied from the supply port into the oxidizing gas flow path 6 as shown by the arrow D. Then, this oxidizing gas immediately collides with the edge-side partition wall 5c and changes direction as shown by the arrow D.
The gas flows between the air electrode 4A and the supply pipe 9 and passes through the opening 8 to the combustion chamber.
Exhausted to 16.
【００２４】一方、燃料ガスは、缶10の外部から、矢印
Ｅのように貫通孔10c を通って燃料ガス室18内へと供給
され、更に燃料ガス供給孔14a を通って矢印Ｆのように
発電室17内に供給される。そして、主として耐熱導電体
21A, 21Bの中を通り抜け、更に緩衝材13を矢印Ｇのよう
に通り抜けて、燃焼室16内に排出される。発電装置の動
作時には、空気電極4Aと固体電解質３との界面で酸化ガ
スが酸素イオン等を生じ、これらの酸素イオン等が固体
電解質３を通って燃料電極２へと移動し、燃料ガスと反
応すると共に電子を燃料電極２へと放出する。そして、
正極である空気電極4Aと負極である燃料電極２との間に
電位差が生ずる。こうした単電池を前記したように直列
接続、並列接続し、最終的に集電板19から電力を取り出
す。On the other hand, the fuel gas is supplied from the outside of the can 10 into the fuel gas chamber 18 through the through hole 10c as shown by the arrow E, and further through the fuel gas supply hole 14a as shown by the arrow F. The power is supplied into the power generation chamber 17. And mainly heat-resistant conductors
After passing through the inside of 21A and 21B, and further passing through the cushioning material 13 as shown by the arrow G, it is discharged into the combustion chamber 16. During operation of the power generator, oxidizing gas generates oxygen ions and the like at the interface between the air electrode 4A and the solid electrolyte 3, and these oxygen ions and the like move to the fuel electrode 2 through the solid electrolyte 3 and react with the fuel gas. At the same time, electrons are emitted to the fuel electrode 2. And
A potential difference occurs between the air electrode 4A as the positive electrode and the fuel electrode 2 as the negative electrode. These cells are connected in series and in parallel as described above, and the electric power is finally taken out from the current collector 19.
【００２５】発電室17と燃焼室16との間では、僅かの差
圧で燃焼室16へと燃料ガスの流れが生ずるように設計さ
れており、燃焼室16から発電室17への逆流を防いでい
る。発電室17を通過した燃料ガスには、反応によって生
成した水蒸気、炭酸ガス等が含まれており、かつその燃
料含有量も減少している。この減損した燃料ガスが、同
様に減損した排酸化ガスと燃焼室16内で燃焼する。この
燃焼熱により、供給管９内を流れている新鮮な酸化ガス
を予熱できる。貫通孔10a から、矢印Ｈのように燃焼排
ガスを排出する。燃料ガスとしては、水素，改質水素，
一酸化炭素，炭化水素等の燃料を含むガスを用いる。酸
化ガスとしては、酸素を含むガスを用いる。The flow of the fuel gas between the power generation chamber 17 and the combustion chamber 16 is designed to generate a flow of the fuel gas into the combustion chamber 16 with a slight pressure difference, so that the backflow from the combustion chamber 16 to the power generation chamber 17 is prevented. In. The fuel gas that has passed through the power generation chamber 17 contains water vapor, carbon dioxide gas, and the like generated by the reaction, and has a reduced fuel content. The impaired fuel gas burns in the combustion chamber 16 together with the similarly impaired exhaust oxidizing gas. By this heat of combustion, fresh oxidizing gas flowing in the supply pipe 9 can be preheated. The combustion exhaust gas is discharged from the through hole 10a as indicated by an arrow H. As fuel gas, hydrogen, reformed hydrogen,
Gas containing fuel such as carbon monoxide and hydrocarbon is used. As the oxidizing gas, a gas containing oxygen is used.
【００２６】本実施例によれば、以下の効果を奏しう
る。 (1) 電池素子7Aが平板状であるので、例えば、現在最も
実用性が高いと言われるSOFCである円筒型SOFC (特開昭
57-11356 号公報等) にくらべて、格段に発電面積を大
きくでき、単位体積当たりの発電量を増大させることが
できる。According to this embodiment, the following effects can be obtained. (1) Since the battery element 7A has a flat plate shape, for example, a cylindrical SOFC, which is currently considered to be the most practical SOFC (JP-A
The power generation area can be remarkably increased as compared with that of No. 57-11356, and the amount of power generation per unit volume can be increased.
【００２７】(2) 固体電解質３を成形する際、プラズマ
溶射法を使用できる。即ち、円筒型の単電池を製造する
場合のように、固体電解質をEVD で設ける必要はない。
従って、こうした従来法にくらべ、固体電解質膜の生産
性を上げ、コストを下げることができる。こうした意味
で、固体電解質３の厚さは10μm 以上、500 μm 以下と
することが好ましく、50μm 以上、100 μm 以下とする
と更に好ましい。(2) When forming the solid electrolyte 3, a plasma spraying method can be used. That is, there is no need to provide a solid electrolyte by EVD as in the case of manufacturing a cylindrical unit cell.
Therefore, the productivity of the solid electrolyte membrane can be increased and the cost can be reduced as compared with such a conventional method. In this sense, the thickness of the solid electrolyte 3 is preferably 10 μm or more and 500 μm or less, and more preferably 50 μm or more and 100 μm or less.
【００２８】(3) セパレータ5Aに隔壁5bが設けられ、各
隔壁5bが空気電極4Aに連結されている。これにより、空
気電極4Aから隔壁5bを通る電流経路が発生するので、空
気電極4A内を膜と平行に流れる距離が格段に短縮され
る。この結果、特に空気電極4A内における内部抵抗が低
減されるので、単電池出力が向上する。(3) Separators 5A are provided with partitions 5b, and each partition 5b is connected to the air electrode 4A. As a result, a current path is generated from the air electrode 4A through the partition 5b, so that the distance flowing in the air electrode 4A in parallel with the film is significantly reduced. As a result, the internal resistance in the air electrode 4A is reduced, and the output of the unit cell is improved.
【００２９】(4) 上記のように、各隔壁5bが平板状の電
池素子に対して接合されているので構造強度が大きい。
従って、単電池のレベルで見ても、集合電池のレベルで
見ても、信頼性が高くなった。この理由は、単電池1A
が、マルチチャンネル構造、即ち、小さな四角筒状部を
幾つか合体させたような構造を備え、緻密なセラミック
ス等を実質的な支持体としているからである。(4) As described above, since each partition 5b is joined to the flat battery element, the structural strength is large.
Therefore, the reliability has been improved both at the unit cell level and at the assembled cell level. This is because the cell 1A
However, this is because it has a multi-channel structure, that is, a structure in which several small square tubular parts are united, and uses a dense ceramic or the like as a substantial support.
【００３０】(5) 前述したように、発電室17の圧力を燃
焼室16の圧力よりも大きくして燃料ガスを一方向に流
す。また、酸化ガスについても、酸化ガス流路６から燃
焼室16へと一方向的に流している。従って、単電池1Aの
四周を単電池挿通孔12a において気密かつリジッドにシ
ールする必要がない。このために単電池1Aには固定、シ
ールに起因する歪応力の発生が少なく、構造体としての
信頼性が向上する。(5) As described above, the pressure of the power generation chamber 17 is made higher than the pressure of the combustion chamber 16 to flow the fuel gas in one direction. Also, the oxidizing gas flows unidirectionally from the oxidizing gas flow path 6 to the combustion chamber 16. Therefore, there is no need to tightly and air-tightly seal the four circumferences of the cell 1A in the cell insertion hole 12a. For this reason, the generation of strain stress due to fixing and sealing is small in the unit cell 1A, and the reliability as a structural body is improved.
【００３１】(6) しかも、各単電池1Aの保持と位置決め
とを、気体の流通を妨げない耐熱導電体21A, 21Bと、緩
衝材13とによりソフトに行っている。これにより、単電
池1Aが熱膨張しても、単電池1Aにかかる応力が一層小さ
くなる。(6) In addition, the holding and positioning of each unit cell 1A are performed softly by the heat-resistant conductors 21A and 21B which do not hinder the gas flow and the cushioning material 13. Thereby, even if the cell 1A thermally expands, the stress applied to the cell 1A is further reduced.
【００３２】(7) 燃料ガス室18と燃焼室16との間に発電
室17が設けられているので、酸化ガスは、燃焼室16にお
いて、既に減損した水蒸気等の多い廃燃料ガスと接触す
る。従って、開口８付近で、局部的で急激な燃焼と発熱
とが発生することはない。従って、これに伴なって単電
池端部で亀裂が生ずるおそれはない。(7) Since the power generation chamber 17 is provided between the fuel gas chamber 18 and the combustion chamber 16, the oxidizing gas comes into contact with the waste fuel gas having a large amount of depleted steam or the like in the combustion chamber 16. . Therefore, near the opening 8, there is no occurrence of local rapid combustion and heat generation. Accordingly, there is no possibility that a crack is generated at the end of the unit cell.
【００３３】（実施例２）図９は、他の単電池1Bを幅方
向に切ってみた、図１と同様の断面図である。このう
ち、固体電解質３、燃料電極膜２の構成、製造法は実施
例１と同様である。空気電極4Bとセパレータ5Bについて
は形状が実施例１と異なる。すなわち、セパレータ5Bの
平板状本体5aの幅方向の両縁に、それぞれ側壁5hが設け
られる。また空気電極4Bには、複数列の隔壁4cが設けら
れる。これらを接合することによって、側壁5hと隔壁4c
の間、隣り合う隔壁4cの間に、それぞれ酸化ガス流路６
が形成される。こうした幅方向断面を有する単電池1Bの
他の部分の構成は、単電池1Aの構成と同じにすることが
できる。Embodiment 2 FIG. 9 is a cross-sectional view similar to FIG. 1, but showing another unit cell 1B cut in the width direction. Among them, the configuration and manufacturing method of the solid electrolyte 3 and the fuel electrode membrane 2 are the same as those in the first embodiment. The shapes of the air electrode 4B and the separator 5B are different from those of the first embodiment. That is, the side walls 5h are provided on both edges in the width direction of the flat plate-shaped main body 5a of the separator 5B. The air electrode 4B is provided with a plurality of rows of partition walls 4c. By joining these, the side wall 5h and the partition wall 4c
Between the partition walls 4c adjacent to each other,
Is formed. The configuration of the other portion of the unit cell 1B having such a cross section in the width direction can be the same as the configuration of the unit cell 1A.
【００３４】（実施例３）本実施例においては、酸化ガ
ス流路が双方向的に開口しているタイプの単電池と、こ
うした単電池の新たな集合形態について説明する。図10
は、セパレータ5Cを示す斜視図であり、図11は単電池1C
をその長さ方向に切って見た断面図である。(Embodiment 3) In this embodiment, a single cell in which an oxidizing gas flow path is bidirectionally opened and a new assembly form of such a single cell will be described. FIG.
Is a perspective view showing a separator 5C, and FIG.
Is a cross-sectional view taken along a length direction of FIG.
【００３５】このセパレータ5Cにおいては、平板状本体
5aの表面に、一対の側壁5hと、例えば３列の隔壁5bが互
いに平行に形成されている。本例では、各隔壁5b、側壁
5hがセパレータ5Cの長さ方向の一端から他端まで延びて
いる。各隔壁5bはいずれも四角柱形状であり、隔壁5b、
側壁5hの間に、やはりいずれも四角柱形状の酸化ガス流
路６が形成されている。各酸化ガス流路６は、セパレー
タ5Cの長さ方向の一端から他端まで、直線状に延びてい
る。図10において、24は後述する予熱領域を示し、25は
後述する発電領域を示す。In this separator 5C, a flat main body
On the surface of 5a, a pair of side walls 5h and, for example, three rows of partition walls 5b are formed in parallel with each other. In this example, each partition 5b, side wall
5h extends from one end of the separator 5C in the longitudinal direction to the other end. Each partition 5b is a quadrangular prism shape, and the partition 5b,
Between the side walls 5h, oxidizing gas flow paths 6 each having a quadrangular prism shape are formed. Each oxidizing gas passage 6 extends linearly from one end to the other in the length direction of the separator 5C. In FIG. 10, 24 indicates a preheating region described later, and 25 indicates a power generation region described later.
【００３６】空気電極4Aは、セパレータ5Cとほぼ同じ平
面形状を備え、隔壁5b、側壁5hの表面に接合されてい
る。空気電極4Aの表面に固体電解質23が設けられ、固体
電解質23の表面に燃料電極２が設けられる。この単電池
1Cの幅方向断面形状は、図１に示した単電池1Aと同じで
ある。単電池1Cの長さ方向の両端において、酸化ガス流
路６が開口している。空気電極4Aは、セパレータ5Cの幅
方向においては固体電解質23によって覆われるが（図１
と同じ）、セパレータ5Cの長さ方向の両端においては、
固体電解質23によって覆われてはいない。これらの開口
部分は、酸化ガス室か燃焼室に露出するので、多孔質の
空気電極4Aの表面を緻密質材料で覆わなくともよい。The air electrode 4A has substantially the same planar shape as the separator 5C, and is joined to the surfaces of the partition walls 5b and the side walls 5h. The solid electrolyte 23 is provided on the surface of the air electrode 4A, and the fuel electrode 2 is provided on the surface of the solid electrolyte 23. This cell
The cross-sectional shape in the width direction of 1C is the same as the cell 1A shown in FIG. Oxidizing gas channels 6 are open at both ends of the unit cell 1C in the length direction. The air electrode 4A is covered with the solid electrolyte 23 in the width direction of the separator 5C (see FIG. 1).
At the both ends in the length direction of the separator 5C.
It is not covered by the solid electrolyte 23. Since these openings are exposed to the oxidizing gas chamber or the combustion chamber, it is not necessary to cover the surface of the porous air electrode 4A with a dense material.
【００３７】図12は、こうした単電池１を集合してなる
発電装置の一部分を示す断面図である。図面の寸法の制
約から、図12においては、本発電装置のうち下側の３列
のみを図示する。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a part of a power generation device obtained by assembling the unit cells 1. 12, only the lower three rows of the power generator are shown in FIG.
【００３８】緻密質材料からなる略直方体形状の缶30の
相対向する側壁に、貫通孔30a と30b とが設けられる。
この缶30の内部には、図面において右側から順番に、燃
料ガス室37、酸化ガス室38、発電室40、燃焼室39が設け
られる。燃料ガス室37と酸化ガス室38とは気密性の隔壁
33によって区分され、酸化ガス室38と発電室40とは気密
性隔壁34によって区分され、発電室40と燃焼室39とは隔
壁36によって区分されている。Through holes 30a and 30b are provided on opposing side walls of a substantially rectangular parallelepiped can 30 made of a dense material.
Inside the can 30, a fuel gas chamber 37, an oxidizing gas chamber 38, a power generation chamber 40, and a combustion chamber 39 are provided in order from the right side in the drawing. The fuel gas chamber 37 and the oxidizing gas chamber 38 are airtight partitions.
The oxidizing gas chamber 38 and the power generation chamber 40 are separated by an airtight partition 34, and the power generation chamber 40 and the combustion chamber 39 are separated by a partition 36.
【００３９】発電室40は、予熱領域24と発電領域25とに
分けられる。予熱領域24は隔壁34側にあり、発電領域25
は隔壁36側にある。燃料ガス室37を供給管31が横断し、
供給管31の内部空間が酸化ガス室38に連通する。気密性
隔壁34には、貫通孔34a と単電池挿通孔34b とが形成さ
れている。酸化ガス室38を供給管32が横切っており、各
供給管32の内部空間が燃料ガス室37に連通している。各
供給管32の内径は貫通孔34a の内径とほぼ同じであり、
各供給管32が貫通孔34a に位置合わせされている。各貫
通孔34a は予熱領域24に面している。The power generation chamber 40 is divided into a preheating area 24 and a power generation area 25. The preheating area 24 is on the partition wall 34 side, and the power generation area 25
Is on the partition wall 36 side. The supply pipe 31 traverses the fuel gas chamber 37,
The internal space of the supply pipe 31 communicates with the oxidizing gas chamber 38. The airtight partition wall 34 has a through hole 34a and a cell insertion hole 34b. The supply pipes 32 cross the oxidizing gas chamber 38, and the internal space of each supply pipe 32 communicates with the fuel gas chamber 37. The inner diameter of each supply pipe 32 is substantially the same as the inner diameter of the through hole 34a,
Each supply pipe 32 is aligned with the through hole 34a. Each through hole 34a faces the preheating region 24.
【００４０】単電池挿通孔34b の形状及び寸法は、単電
池1Cの幅方向の形状及び寸法とほぼ同じである。図面表
示の都合上、図12においては、一つの単電池1Cについて
は断面図を示し、二つの単電池1Cについては正面図を示
してある。このため、図12においては、貫通孔34b のう
ち一つを断面で示し、他の二つを点線で示してある。各
単電池挿通孔34b は、貫通孔34a の間に規則的に設けら
れている。隔壁36にも、単電池挿通孔36a が、所定間隔
を置いて規則的に設けられている。各単電池挿通孔36a
の寸法は、単電池1Cの幅方向寸法よりも若干大きくなっ
ている。The shape and size of the cell insertion hole 34b are substantially the same as the shape and size in the width direction of the cell 1C. For convenience of drawing, FIG. 12 shows a cross section of one cell 1C and a front view of two cells 1C. For this reason, in FIG. 12, one of the through holes 34b is shown by a cross section, and the other two are shown by dotted lines. Each cell insertion hole 34b is regularly provided between the through holes 34a. The cell walls 36 are also provided with unit cell insertion holes 36a regularly at predetermined intervals. Each cell insertion hole 36a
Are slightly larger than the width dimension of the cell 1C.
【００４１】各単電池1Cの一端は単電池挿通孔34b 内に
挿通され、他端が単電池挿通孔36aに挿通される。これ
により、各単電池1Cが、隔壁34と36との間に架け渡され
る。単電池1Cと単電池挿通孔34b との間は、気密にシー
ルし、燃料ガスや酸化ガスがここから漏れないようにし
なければならない。こうした気密シールを行うには、ガ
スケットを用いるか、又は有機樹脂で両部材の隙間を封
じる方法が提案される。One end of each cell 1C is inserted into the cell insertion hole 34b, and the other end is inserted into the cell insertion hole 36a. Thereby, each cell 1C is bridged between the partition walls 34 and 36. The space between the unit cell 1C and the unit cell insertion hole 34b must be hermetically sealed so that fuel gas and oxidizing gas do not leak therefrom. In order to perform such hermetic sealing, a method of using a gasket or sealing a gap between both members with an organic resin is proposed.
【００４２】単電池挿通孔36a の周面と単電池1Cの外周
との間には、単電池挿通孔36a の全周に亘って、若干の
隙間がある。この隙間に、気体の流通を妨げない緩衝材
13が充填されている。単電池1Cの図面において左側の端
部は、緩衝材13を介して、隔壁36によりゆるく支持され
る。There is a slight gap between the peripheral surface of the cell insertion hole 36a and the outer periphery of the cell 1C over the entire periphery of the cell insertion hole 36a. A cushioning material that does not hinder gas flow
13 are filled. The left end in the drawing of the cell 1C is loosely supported by the partition wall 36 via the cushioning material 13.
【００４３】予熱領域24においては、上下方向及び左右
方向に隣り合う各単電池1Cの間の空間に、通気性断熱材
35が充填されている。従って、これらの断熱材35は、単
電池の支持材料としても機能する。In the preheating area 24, a space between the cells 1C adjacent in the vertical and horizontal directions is provided with a gas-permeable heat insulating material.
35 is filled. Therefore, these heat insulators 35 also function as support materials for the unit cells.
【００４４】発電領域25においては、図８に示したもの
と同じ構成になっている。即ち、上下方向に隣り合った
単電池1Cの燃料電極２とセパレータ5Cとが、耐熱導電体
21Aによって電気的に接続されている。最下端の単電池1
Cのセパレータ5Cは、耐熱導電体21A を介して、集電板1
9A に電気的に接続されている。The power generation area 25 has the same configuration as that shown in FIG. That is, the fuel electrode 2 and the separator 5C of the unit cell 1C vertically adjacent to each other are formed of a heat-resistant conductor.
It is electrically connected by 21A. The bottom cell 1
The C separator 5C is connected to the current collector 1 via the heat-resistant conductor 21A.
Electrically connected to 9A.
【００４５】この発電装置の動作を説明する。燃料ガス
は、貫通孔30a から燃料ガス室37内に矢印Ｉのように供
給され、供給管32内に矢印Ｊのように送り込まれる。次
いで、この燃料ガスは、供給管32、貫通孔34a を通過
し、予熱領域24を通過し、更に発電領域25を流れ、矢印
Ｋのように緩衝材13を通過し、燃焼室39に入る。The operation of the power generator will be described. The fuel gas is supplied from the through hole 30a into the fuel gas chamber 37 as shown by the arrow I, and is fed into the supply pipe 32 as shown by the arrow J. Next, the fuel gas passes through the supply pipe 32 and the through hole 34a, passes through the preheating area 24, further flows through the power generation area 25, passes through the buffer material 13 as indicated by the arrow K, and enters the combustion chamber 39.
【００４６】一方、酸化ガスは、矢印Ｌのように供給管
31内を通過し、酸化ガス室38内に入り、次いで、矢印Ｍ
で示すように、酸化ガス流路６内に流入する。そして、
この酸化ガスは、予熱領域24、発電領域25を順次通過
し、矢印Ｎのように燃焼室39内に流出する。燃焼室39に
おいて、減損した燃料ガスと減損した酸化ガスとが燃焼
される。貫通孔30b から、矢印Ｐのように、燃焼排ガス
が排出される。On the other hand, the oxidizing gas is supplied to the supply pipe as indicated by the arrow L.
31 and into the oxidizing gas chamber 38, and then the arrow M
As shown by, flows into the oxidizing gas flow path 6. And
This oxidizing gas sequentially passes through the preheating region 24 and the power generation region 25 and flows out into the combustion chamber 39 as indicated by an arrow N. In the combustion chamber 39, the impaired fuel gas and the impaired oxidizing gas are burned. As shown by the arrow P, the combustion exhaust gas is discharged from the through hole 30b.
【００４７】本実施例に係る単電池及び発電装置におい
ても、実施例１で述べた(1) 〜(7)の効果を奏すること
ができる。ただし、本発電装置では、単電池1Cの図12に
おいて右側の端部はリジッドに固定している。The unit cell and the power generator according to the present embodiment can also provide the effects (1) to (7) described in the first embodiment. However, in this power generation device, the right end in FIG. 12 of the unit cell 1C is fixed to a rigid.
【００４８】更に重要なことに、本実施例で用いる単電
池1Cにおいては、酸化ガス流路６の一端が封じられてお
らず、その両端が開口している。しかも、セパレータ5C
が押し出し成形等によって比較的容易に成形可能な形を
している。仮に、酸化ガス流路６の一端を封じるものと
すると、こうしたセラミックス加工は難しく、封じた部
分に充分な強度を与えることがかなり困難になる。この
ため、生産技術の点からは、単電池1Cが非常に有利であ
る。More importantly, in the cell 1C used in this embodiment, one end of the oxidizing gas flow path 6 is not sealed, and both ends are open. Moreover, separator 5C
Has a shape that can be relatively easily formed by extrusion or the like. If one end of the oxidizing gas flow path 6 is sealed, such ceramic processing is difficult, and it is considerably difficult to give sufficient strength to the sealed portion. For this reason, the unit cell 1C is very advantageous from the viewpoint of production technology.
【００４９】また、図12に示すような構成の発電装置を
提供することで、単電池1Cを集合化し、動作させること
が可能となった。こうした構成の発電装置は、非常に特
徴があるので、その作用等を更に詳しく説明する。固体
電解質型燃料電池を動作させるに当って重要なことは、
燃料ガスと酸化ガスとを分離することである。このため
には、各部材を気密にシールしなければならない。こう
した気密シールを行うには、ガスケットや有機封止材な
どを用いる方法がある。Further, by providing the power generation device having the configuration as shown in FIG. 12, it becomes possible to collectively operate the unit cells 1C. Since the power generator having such a configuration has a very characteristic feature, its operation and the like will be described in more detail. What is important in operating a solid oxide fuel cell is
It is to separate fuel gas and oxidizing gas. For this purpose, each member must be hermetically sealed. In order to perform such airtight sealing, there is a method using a gasket, an organic sealing material, or the like.
【００５０】しかし、発電室内の温度は、動作時には10
00℃にも上る。このような高温下においては、上述のよ
うな気密シール材を用いることが難しい。こうした気密
シール材は、高々500 ℃位までしか耐えられないからで
ある。このため、図７に示すような構造の発電装置にお
いては、上述のような気密シールを不要にしたシールレ
ス構造を採用する。こうしたシールレス構造を実現する
には、縁部側隔壁5cによって単電池1Aの一端を封じなけ
ればならない。However, the temperature in the power generation room is 10
As high as 00 ° C. Under such a high temperature, it is difficult to use the hermetic sealing material as described above. This is because such hermetic sealing materials can only withstand up to about 500 ° C. For this reason, in a power generator having a structure as shown in FIG. 7, a sealless structure which does not require the hermetic seal as described above is employed. To realize such a sealless structure, one end of the cell 1A must be sealed by the edge-side partition 5c.
【００５１】これとは異なり、本実施例の発電装置にお
いては、隔壁34と単電池1Cの端部との間で、気密なシー
ルを実施する。隔壁36側では、燃料ガスを流すために、
気密シールは施さない。この際、発電領域25では、1000
℃程度の高温となる。そこで、隔壁34と発電領域25との
間に断熱材35を配置し、予熱領域24を形成したわけであ
る。むろん、予熱領域24内では隔壁34へと近づくにつれ
て急速に温度が下がる。隔壁34において上述のような気
密シールを行うには、このシール部分の温度を、発電領
域25内よりもかなり低温に、好ましくは500 ℃以下にし
なければならない。更に、350 ℃以下では、樹脂製シー
ル材の選択種が広がる。しかし100 ℃以下にするには、
予熱領域24を長くする必要が生じ、単位体積当たりの発
電量が減る。従って、100 〜350 ℃が最も好ましい範囲
である。この一方、燃料ガス及び酸化ガスは、予熱領域
24を通過する間に、共に予熱されることになる。In contrast to this, in the power generator of the present embodiment, an airtight seal is implemented between the partition wall 34 and the end of the cell 1C. On the partition 36 side, in order to flow fuel gas,
No hermetic seal is applied. At this time, in the power generation area 25, 1000
The temperature will be as high as about ° C. Therefore, the heat insulating material 35 is disposed between the partition wall 34 and the power generation region 25, and the preheating region 24 is formed. Of course, in the preheating region 24, the temperature decreases rapidly as approaching the partition wall. In order to perform the above-described hermetic sealing in the partition wall 34, the temperature of the sealing portion must be considerably lower than that in the power generation region 25, preferably 500 ° C. or less. Further, at 350 ° C. or lower, the selection of resin sealing materials is widened. But below 100 ° C,
It becomes necessary to lengthen the preheating region 24, and the amount of power generation per unit volume is reduced. Therefore, 100-350 ° C is the most preferred range. On the other hand, fuel gas and oxidizing gas
While passing through 24, they will be preheated together.
【００５２】本実施例において、断熱材35の材質は、以
下のものが好ましい。多孔質アルミナブロック、アルミ
ナフェルトを重ねたもの、あるいはこれらの複合体。上
記の例では、単電池1Cの端部を単電池挿通孔34b に挿通
した。しかし、この代りに単電池1Cの末端面を気密性隔
壁34に当接させ、両者の間を気密にシールしてもよい。
ただしこの場合も、気密性隔壁34に、酸化ガスのための
孔を設ける必要はある。In this embodiment, the material of the heat insulating material 35 is preferably as follows. A stack of porous alumina blocks and alumina felt, or a composite of these. In the above example, the end of the cell 1C was inserted into the cell insertion hole 34b. However, instead, the terminal surface of the cell 1C may be brought into contact with the airtight partition wall 34 to hermetically seal the space therebetween.
However, also in this case, it is necessary to provide a hole for the oxidizing gas in the airtight partition wall.
【００５３】図11に示す単電池では、酸化ガス流路６に
は何も障害物を設けていない。しかし、予熱領域24にお
いては、酸化ガスを発電のために消費してはいない。そ
こで、図13に示すように、予熱領域24において、通気性
の断熱材26を充填することができる。こうした断熱材26
としては、セラミックス多孔体、セラミックスファイバ
ー等が好ましい。通気性の断熱材26を予熱領域24に充填
することにより、発電領域25内の高熱を効果的に吸収し
て断熱効果を上げ、気密シール部分の温度を一層引き下
げることができる。これと共に、熱を吸収した断熱材26
を酸化ガスが通過する間に、酸化ガスを一層効果的に予
熱できる。断熱材26がない場合にくらべて、酸化ガスの
流れる距離が長くなるからである。In the unit cell shown in FIG. 11, no obstacle is provided in the oxidizing gas flow path 6. However, in the preheating region 24, the oxidizing gas is not consumed for power generation. Therefore, as shown in FIG. 13, in the preheating region 24, a gas-permeable heat insulating material 26 can be filled. Such insulation 26
As the material, a porous ceramic body, a ceramic fiber or the like is preferable. By filling the preheat region 24 with the air-permeable heat insulating material 26, the high heat in the power generation region 25 can be effectively absorbed, the heat insulating effect can be improved, and the temperature of the hermetic seal portion can be further reduced. Along with this, the heat absorbing material 26 that absorbed the heat
The oxidizing gas can be more effectively preheated during the passage of the oxidizing gas. This is because the distance over which the oxidizing gas flows is longer than when the heat insulating material 26 is not provided.
【００５４】また、図14に示すようなセパレータ5Dを用
いることもできる。このセパレータ5Dでは、セパレータ
の幅方向の両縁部の表面に、一対の側壁5hが互いに平行
に形成されている。発電領域25においては、一対の側壁
5hの内側に、例えば計３列の四角柱状の隔壁5dが、セパ
レータの長さ方向に向って互いに平行に形成されてい
る。この発電部分では、酸化ガス流路６が、互いに平行
に４列設けられている。Further, a separator 5D as shown in FIG. 14 can be used. In the separator 5D, a pair of side walls 5h are formed parallel to each other on the surfaces of both edges in the width direction of the separator. In the power generation area 25, a pair of side walls
Inside 5h, for example, a total of three rows of quadrangular prism-shaped partitions 5d are formed parallel to each other in the longitudinal direction of the separator. In this power generation part, four rows of oxidizing gas channels 6 are provided in parallel with each other.
【００５５】予熱領域24においては、酸化ガス流路が複
雑に屈曲している。まず、単電池の予熱部分の入口側か
らみると、まずセパレータ5Dの幅方向に延びる四角柱形
状の隔壁5fが、セパレータ5Dの一端から発電領域の方へ
と向って、計３列形成されている。各隔壁5fは、互いに
対して平行であり、かつセパレータ5Dの長さ方向に対し
て垂直である。各隔壁5fの一端は、一対の側壁5hのうち
のいずれかと一体化しており、その他端は、側壁5hと若
干の隙間を残している。三列の隔壁5fの間に酸化ガス流
路6Aが形成される。この酸化ガス流路6Aは、側壁5hの間
で大きく蛇行する。In the preheating region 24, the oxidizing gas flow path is bent in a complicated manner. First, when viewed from the inlet side of the preheating portion of the unit cell, first, a rectangular column-shaped partition wall 5f extending in the width direction of the separator 5D is formed in a total of three rows from one end of the separator 5D toward the power generation region. I have. Each partition 5f is parallel to each other and perpendicular to the length direction of the separator 5D. One end of each partition 5f is integrated with one of the pair of side walls 5h, and the other end leaves a slight gap with the side wall 5h. An oxidizing gas channel 6A is formed between the three rows of partition walls 5f. The oxidizing gas flow path 6A meanders largely between the side walls 5h.
【００５６】隔壁5fと5dとの間には、計４個の直方体状
の隔壁5eが形成されている。計４個の幅の小さい隔壁5e
は、セパレータ5Dの幅方向へと向って一列に並び、この
うちの二つはそれぞれ側壁5hに一体化している。隔壁5e
の間には、短かい酸化ガス流路6Bが、計３箇所に形成さ
れている。A total of four rectangular parallelepiped partitions 5e are formed between the partitions 5f and 5d. 4 small bulkheads 5e in total
Are arranged in a row in the width direction of the separator 5D, and two of them are integrated with the side wall 5h. Partition wall 5e
Between them, short oxidizing gas flow paths 6B are formed at a total of three places.
【００５７】本実施例では、予熱領域24において、酸化
ガス流路が蛇行し、屈曲しているので、酸化ガス流路が
直線状の場合にくらべて、酸化ガスの流過距離がかなり
長くなる。従って、酸化ガスの予熱を効果的に行える。
ただし、図14に示すようなセパレータ5Dには押し出し成
形などは適用できないので、生産性の点では、図13のも
のにくらべるとかなり落ちる。In this embodiment, since the oxidizing gas flow path is meandering and bent in the preheating region 24, the flow distance of the oxidizing gas is considerably longer than when the oxidizing gas flow path is linear. . Therefore, the preheating of the oxidizing gas can be effectively performed.
However, since extrusion molding or the like cannot be applied to the separator 5D as shown in FIG. 14, the productivity is considerably lower than that of FIG.
【００５８】上記の実施例においては、平面形状が長方
形の単電池を用いた。しかし、単電池の平面形状を平行
四辺形にしてもよい。この場合も、その短辺の長さに対
する長辺の長さの比は、２倍以上とすることが好まし
い。各酸化ガス流路をその幅方向に切ってみた断面積
は、0.01〜２cm2 とすることが好ましい。これは、断面
積が0.01cm2 以下では酸化ガス導入管を設けることが困
難となる為である。一方、２cm2 以上では単電池内にお
ける酸化ガス容量が大きい為、必要以上に多量の酸化ガ
スを導入する必要が生ずる為である。In the above embodiment, a single cell having a rectangular planar shape was used. However, the planar shape of the unit cell may be a parallelogram. Also in this case, the ratio of the length of the long side to the length of the short side is preferably twice or more. The cross-sectional area of each oxidizing gas passage cut in the width direction is preferably 0.01 to 2 cm 2 . This is because it is difficult to provide an oxidizing gas introduction pipe when the cross-sectional area is 0.01 cm 2 or less. On the other hand, if it is 2 cm 2 or more, the oxidizing gas capacity in the unit cell is large, so that it becomes necessary to introduce an unnecessarily large amount of oxidizing gas.
【００５９】気体の流通を妨げない耐熱導電体は、耐熱
金属繊維を編んで作ったフェルト状物質とするか、多数
の開気孔を有するスポンジ状物質とするのが好ましい。
これらの材質としては、ニッケルが好ましい。上記のス
ポンジ状物質を作製するには、例えば、耐熱金属粉末と
発泡剤とバインダーとを混練し、成形、焼成すればよ
い。The heat-resistant conductor which does not hinder the gas flow is preferably a felt-like material made by knitting heat-resistant metal fibers or a sponge-like material having a large number of open pores.
As these materials, nickel is preferable. In order to produce the sponge-like substance, for example, a heat-resistant metal powder, a foaming agent, and a binder may be kneaded, molded, and fired.
【００６０】[0060]
【発明の効果】本発明によれば、電池素子が平板状であ
るので、円筒型SOFCにくらべて、格段に発電面積を大き
くでき、単位体積当りの発電量を増大させることができ
る。また、固体電解質は、溶射法等で成形できるので、
EVD 等を用いて固体電解質膜を形成する必要のある円筒
型SOFCにくらべ、固体電解質の生産性を上げ、コストを
下げることができる。According to the present invention, since the battery element is flat, the power generation area can be remarkably increased as compared with the cylindrical SOFC, and the amount of power generation per unit volume can be increased. In addition, since the solid electrolyte can be formed by a spraying method or the like,
Compared to a cylindrical SOFC that requires the formation of a solid electrolyte membrane using EVD or the like, the productivity of the solid electrolyte can be increased and the cost can be reduced.
【００６１】更に、緻密質の電子伝導体からなるセパレ
ータに一対の側壁を設け、これらの間に酸化ガス流路を
形成し、空気電極によって酸化ガス流路を覆い、前記一
対の側壁に空気電極を接合させている。そして、導電性
の隔壁が、平板状本体と空気電極とに対して結合されて
いる。これにより、空気電極から隔壁を通る電流経路が
発生するので、空気電極を膜と平行に流れる距離が格段
に短縮される。この結果、特に空気電極内における内部
抵抗が低減されるので、単電池出力が向上する。しか
も、一対の側壁以外に隔壁が平板状の電池素子に対して
接合されており、かつ隔壁も緻密な材料で形成されてい
るので、従来の平板型ＳＯＦＣにくらべて、単電池の構
造強度が飛躍的に向上し、スタックとしての信頼性も高
まった。そして、単電池それ自体の構造でガスシールを
行える上、固体電解質によって、空気電極の一対の各幅
方向側面と、セパレータの一対の各幅方向外壁面の一部
とを、それぞれ被覆しているので、固体電解質とセパレ
ータとの熱膨張差に起因する熱応力によって、固体電解
質の剥離やシール不良が起こりにくい。Further, a pair of side walls is provided on a separator made of a dense electron conductor, an oxidizing gas flow path is formed therebetween, and the oxidizing gas flow path is covered with an air electrode. Are joined. Then, a conductive partition is coupled to the flat main body and the air electrode. As a result, a current path is generated from the air electrode through the partition, so that the distance flowing through the air electrode in parallel with the membrane is significantly reduced. As a result, the internal resistance in the air electrode is particularly reduced, and the output of the unit cell is improved. In addition, since the partition is joined to the flat battery element in addition to the pair of side walls, and the partition is also formed of a dense material, the structural strength of the unit cell is lower than that of the conventional flat SOFC. Dramatically improved, the reliability as a stack also increased. In addition to being able to perform gas sealing with the structure of the unit cell itself, the solid electrolyte covers a pair of width direction side surfaces of the air electrode and a part of the pair of width direction outer wall surfaces of the separator, respectively. Therefore, peeling of the solid electrolyte and poor sealing are unlikely to occur due to thermal stress caused by a difference in thermal expansion between the solid electrolyte and the separator.
【図１】単電池1Aを幅方向に切って見た断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a cell 1A cut in a width direction.
【図２】セパレータ5Aの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a separator 5A.
【図３】電池素子部分を燃料電極２側から見た平面図で
ある。FIG. 3 is a plan view of a battery element portion viewed from a fuel electrode 2 side.
【図４】電池素子部分を空気電極4A側から見た平面図で
ある。FIG. 4 is a plan view of a battery element portion viewed from an air electrode 4A side.
【図５】空気電極4Aとセパレータ5Aとを接合する前の状
態を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a state before joining an air electrode 4A and a separator 5A.
【図６】単電池1Aの閉塞端部の周辺を示す断面図であ
る。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the periphery of a closed end of a unit cell 1A.
【図７】発電装置の一部分を単電池の長さ方向に切って
見た一部断面図である。FIG. 7 is a partial cross-sectional view of a part of the power generation device cut along a length direction of a unit cell.
【図８】図７の発電装置の一部分を単電池の幅方向に切
って見た断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of a part of the power generation device of FIG. 7 cut in a width direction of a unit cell.
【図９】他の単電池1Bを幅方向に切って見た断面図であ
る。FIG. 9 is a cross-sectional view of another unit cell 1B cut in a width direction.
【図１０】セパレータ5Cを示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a separator 5C.
【図１１】単電池1Cをその長さ方向に切って見た断面図
である。FIG. 11 is a cross-sectional view of the cell 1C as viewed in the longitudinal direction.
【図１２】他の発電装置の一部分を、単電池1Cの長さ方
向に切って見た一部断面図である。FIG. 12 is a partial cross-sectional view of a part of another power generation device, taken along a length direction of a unit cell 1C.
【図１３】通気性の断熱材26をセパレータ5Cの酸化ガス
流路内に充填した状態を示す斜視図である。FIG. 13 is a perspective view showing a state in which a gas-permeable heat insulating material 26 is filled in an oxidizing gas flow path of a separator 5C.
【図１４】セパレータ5Dを示す斜視図である。FIG. 14 is a perspective view showing a separator 5D.
1A, 1B, 1C 単電池 ２ 燃料電極 ３，23 固体電解質 4A, 4B 空気電極 4a 空気電極の幅方向側面 4b 縁部側の側面 5A, 5B, 5C, 5D セパレータ 5a 平板状本体 4c, 5b, 5d, 5e, 5f 導電性の隔壁 5c 縁部側隔壁 5g セパレータの側壁の外壁面 5h 一対の側壁 ６，6A, 6B 酸化ガス流路 ８ 開口 ９ 酸化ガス供給管 10, 30 缶 11, 12, 14, 33, 34 気密性の隔壁 13 緩衝材 15, 38 酸化ガス室 16, 39 燃焼室 17, 40 発電室 18, 37 燃料ガス室 21A, 21B 耐熱導電体 24 予熱領域 25 発電領域 26 通気性の断熱材 A, B, C, D, L, M, N 酸化ガスの流れ E, F, G, I, J, K 燃料ガスの流れ H, P 燃焼排ガスの流れ 1A, 1B, 1C Single cell 2 Fuel electrode 3,23 Solid electrolyte 4A, 4B Air electrode 4a Width side of air electrode 4b Edge side 5A, 5B, 5C, 5D Separator 5a Flat body 4c, 5b, 5d , 5e, 5f Conductive partition wall 5c Edge-side partition wall 5g Separator side wall outer wall 5h A pair of side walls 6, 6A, 6B Oxidizing gas passage 8 Opening 9 Oxidizing gas supply pipe 10, 30 Can 11, 12, 14, 33, 34 Airtight bulkhead 13 Buffer material 15, 38 Oxidizing gas chamber 16, 39 Combustion chamber 17, 40 Power generation chamber 18, 37 Fuel gas chamber 21A, 21B Heat-resistant conductor 24 Preheating area 25 Power generation area 26 Air-permeable insulation A, B, C, D, L, M, N Oxidizing gas flow E, F, G, I, J, K Fuel gas flow H, P Flue gas flow
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−197055（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−306545（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−163973（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−62659（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-2-197055 (JP, A) JP-A-2-306545 (JP, A) JP-A-1-163973 (JP, A) 62659 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H01M 8/00-8/24
Claims (14)
て、 緻密質の電子伝導体からなり、平面四辺形状の平板状本
体と、この平板状本体の幅方向縁部の表面に相対向する
一対の側壁を備えており、単電池を構造的に支持するセ
パレータと、このセパレータの側壁に接合された空気電
極とからなる接合体を備えており、前記セパレータの前
記の各側壁の各外壁面と前記空気電極の一対の各幅方向
側面とが段差なく連続しており、前記セパレータの前記
平板状本体と前記一対の側壁と前記空気電極とによって
囲まれた空間に導電性の隔壁が設けられており、この隔
壁が前記平板状本体と前記空気電極とに対して結合され
ており、前記セパレータの前記側壁と前記隔壁との間お
よび各隔壁の間にそれぞれ酸化ガス流路が形成されてお
り、 前記空気電極の表面と前記の各幅方向側面とを覆い、か
つ前記セパレータの前記の各側壁の各外壁面の一部を覆
う、緻密質の固体電解質及びこの固体電解質の表面に設
けられた燃料電極を有していることを特徴とする、固体
電解質型燃料電池の単電池。1. A unit cell of a solid oxide fuel cell, comprising a dense electronic conductor, a flat quadrilateral plate-shaped body, and a surface of an edge in the width direction of the flat plate-shaped body. A separator for structurally supporting the unit cell, comprising a pair of side walls, and a joined body composed of an air electrode joined to the side walls of the separator; and an outer wall surface of each of the side walls of the separator. And a pair of width direction side surfaces of the air electrode are continuous without any level difference, and a conductive partition is provided in a space surrounded by the flat body of the separator, the pair of side walls, and the air electrode. The partition is connected to the flat body and the air electrode, and an oxidizing gas flow path is formed between the side wall and the partition of the separator and between the partition. The said pneumatic A dense solid electrolyte and a fuel electrode provided on the surface of the solid electrolyte, which cover the surface of the solid electrolyte and the respective side surfaces in the width direction and partially cover the outer wall surfaces of the respective side walls of the separator. A cell of a solid oxide fuel cell, characterized in that:
スである、請求項１記載の固体電解質型燃料電池の単電
池。2. The solid oxide fuel cell unit cell according to claim 1, wherein said electron conductor is an electron conductive ceramic.
５００μｍ以下である、請求項１記載の固体電解質型燃
料電池の単電池。3. The thickness of the solid electrolyte is 10 μm or more,
The unit cell of the solid oxide fuel cell according to claim 1, which has a thickness of 500 µm or less.
り、その短辺の長さに対する長辺の長さの比が２倍以上
である、請求項１記載の固体電解質型燃料電池の単電
池。4. The unit cell for a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the planar shape of the solid electrolyte is rectangular, and the ratio of the length of the long side to the length of the short side is twice or more. .
びるように形成され、前記酸化ガス流路をその幅方向に
切ってみた断面積が０．０１〜２ｃｍ２である、請求項
４記載の固体電解質型燃料電池の単電池。5. The oxidizing gas flow path is formed so as to extend in parallel with the long side, and a cross-sectional area of the oxidizing gas flow path cut in the width direction is 0.01 to 2 cm 2. 5. A cell of the solid oxide fuel cell according to 4.
に縁部側隔壁が形成され、これにより前記酸化ガス流路
の一端が閉塞され、この酸化ガス流路の他端が開口し、
前記縁部側陽壁と前記空気電極とが接し、この空気電極
の前記一方の縁部側の側面と前記縁部側隔壁の外壁面の
一部とが前記固体電解質によって覆われており、酸化ガ
ス供給管が前記他端側から前記酸化ガス流路中に挿入さ
れており、この酸化ガス供給管の開口が前記酸化ガス流
路内で前記縁部側隔壁に対向しており、酸化ガスが前記
酸化ガス供給管の前記開口から前記酸化ガス流路に流入
し、前記酸化ガス供給管の外壁に沿って前記酸化ガス流
路内を流れるように構成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の単電池。6. An edge-side partition is formed at one edge in the longitudinal direction of the separator, whereby one end of the oxidizing gas flow path is closed, and the other end of the oxidizing gas flow path is opened,
The edge-side positive wall is in contact with the air electrode, and the side surface of the air electrode on the one edge side and part of the outer wall surface of the edge-side partition are covered with the solid electrolyte, A gas supply pipe is inserted into the oxidizing gas flow path from the other end side, and an opening of the oxidizing gas supply pipe faces the edge-side partition in the oxidizing gas flow path, and the oxidizing gas is It is configured to flow into the oxidizing gas flow path from the opening of the oxidizing gas supply pipe, and to flow in the oxidizing gas flow path along an outer wall of the oxidizing gas supply pipe,
A unit cell of the solid oxide fuel cell according to claim 1.
て、前記酸化ガス流路が開口し、このセパレータの長さ
方向の両端の間で前記酸化ガス流路が導通している、請
求項１記載の固体電解質型燃料電池の単電池。7. The oxidizing gas flow path is open at both ends in the longitudinal direction of the separator, and the oxidizing gas flow path is conducted between both ends in the longitudinal direction of the separator. Solid electrolyte fuel cell unit cell.
記セパレータの長さ方向の一端から他端へと互いに平行
に延びている、請求項７記載の固体電解質型燃料電池の
単電池。8. The unit cell of a solid oxide fuel cell according to claim 7, wherein said oxidizing gas flow path is substantially straight, and extends in parallel from one end to the other in the longitudinal direction of said separator. .
定間隔を置いて配列され、この際複数個の単電池の燃料
電極及び開口の向きがほぼ同じになるように配列され、
隣り合う単電池の燃料電極とセパレータとが気体の流通
を妨げない構造の耐熱導電体によって直列接続され、隣
り合う単電池のセパレータ同士が気体の流通を妨げない
構造の耐熱導電体によって並列接続され、単電池の酸化
ガス流路内に酸化ガスを供給すると共に前記発電室内に
燃料ガスを供給できるように構成された発電装置。9. A plurality of unit cells according to claim 1 are arranged at a predetermined interval from each other, wherein the plurality of unit cells are arranged so that the directions of fuel electrodes and openings of the unit cells are substantially the same,
Fuel cells and separators of adjacent cells are connected in series by a heat-resistant conductor having a structure that does not impede gas flow, and separators of adjacent cells are connected in parallel by a heat-resistant conductor having a structure that does not obstruct gas flow. A power generator configured to supply an oxidizing gas into the oxidizing gas flow path of the unit cell and to supply a fuel gas into the power generating chamber.
ルト状物質又はニッケル製のスポンジ状物質からなる、
請求項９記載の発電装置。10. The heat-resistant conductor is made of a nickel felt-like substance or a nickel sponge-like substance.
The power generator according to claim 9.
発電室と燃焼室と酸化ガス室とが設けられ、請求項６記
載の単電池が前記発電室内に複数個互いに所定間陽を置
いて配列され、この際複数個の単電池の燃料電極及び開
口の向きがほぼ同じになるように配列され、隣り合う単
電池の燃料電極とセパレータとが気体の流通を妨げない
構造の耐熱導電体によって直列接続され、隣り合う単電
池のセパレータ同士が気体の流通を妨げない構造の耐熱
導電体によって並列接続され、前記発電室と前記燃焼室
とを区分する隔壁に設けられた単電池挿通孔に各単電池
の開口端側が挿入され、各単電池と前記隔壁との間に緩
衝材が設けられ、各単電池の開口から各単電池の各酸化
ガス流路内に酸化ガス供給管が挿入され、この酸化ガス
供給管の開口が前記酸化ガス流路内で前記単電池の前記
縁部側隔壁に対向しており、前記酸化ガス室内の酸化ガ
スが前記酸化ガス供給管を流れ、前記酸化ガス供給管の
前記開口から前記酸化ガス流路に流入し、前記酸化ガス
供給管の外壁に沿って前記酸化ガス流路内を流れて前記
燃焼室に至るように構成され、前記燃料ガス室内の燃料
ガスが前記発電室及び前記単電池挿通孔を通過して前記
燃焼室へ流れるように構成された、発電装置。11. A power generating apparatus, wherein at least a fuel gas chamber, a power generating chamber, a combustion chamber, and an oxidizing gas chamber are provided, and a plurality of cells according to claim 6 are arranged in the power generating chamber at a predetermined distance from each other. At this time, the fuel electrodes and the openings of the plurality of cells are arranged so that the directions of the fuel cells and the openings are substantially the same, and the fuel electrodes and the separators of the adjacent cells are connected in series by a heat-resistant conductor having a structure that does not hinder the gas flow. The separators of adjacent cells are connected in parallel by a heat-resistant conductor having a structure that does not hinder the flow of gas, and each cell is inserted into a cell insertion hole provided in a partition partitioning the power generation chamber and the combustion chamber. An opening end side of the battery is inserted, a cushioning material is provided between each unit cell and the partition, and an oxidizing gas supply pipe is inserted into each oxidizing gas flow path of each unit cell from the opening of each unit cell. The opening of the oxidizing gas supply pipe is The oxidizing gas in the oxidizing gas chamber flows through the oxidizing gas supply pipe, and the oxidizing gas flows through the opening of the oxidizing gas supply pipe. And flows through the oxidizing gas supply pipe along the outer wall of the oxidizing gas supply pipe to reach the combustion chamber. The fuel gas in the fuel gas chamber passes through the power generation chamber and the unit cell. A power generator configured to flow through the holes to the combustion chamber.
酸化ガス室と発電室と燃焼室とがこの順で設けられ、前
記発電室が発電領域と予熱領域とに区分され、請求項７
記載の単電池が前記発電室に複数個互いに所定間隔を置
いて配列され、この際複数個の単電池の燃料電極及び開
口の向きがほぼ同じになるように配列され、前記発電領
域で隣り合う単電池の燃料電極とセパレータとが気体の
流通を妨げない構造の耐熱導電体によって直列接続さ
れ、前記発電領域で隣り合う単電池のセパレータ同士が
気体の流通を妨げない構造の耐熱導電体によって並列接
続され、前記予熱領域において隣り合う単電池間に気体
の流通を妨げない構造の断熱材が充填され、前記酸化ガ
ス室と前記予熱領域とが気密性隔壁によって区分され、
この気密性隔壁と各単電池との間が気密にシールされ、
前記燃料ガス室内の燃料ガスが前記予熱領域及び前記発
電領域を通過して前記燃焼室へと流れるように構成さ
れ、前記酸化ガス室内の酸化ガスが前記単電池内の前記
酸化ガス流路を通って前記燃焼室へと流れるように構成
されており、前記燃焼室で生じた燃焼ガスが前記予熱領
域を流れることなく前記燃焼室から外部へと排出される
ことを特徴とする、発電装置。12. A power generator includes at least a fuel gas chamber, an oxidizing gas chamber, a power generation chamber, and a combustion chamber in this order, and the power generation chamber is divided into a power generation area and a preheating area.
A plurality of the unit cells are arranged in the power generation chamber at predetermined intervals, and the plurality of unit cells are arranged so that the directions of the fuel electrodes and the openings of the unit cells are substantially the same, and are adjacent to each other in the power generation region. The fuel electrode and the separator of the unit cell are connected in series by a heat-resistant conductor having a structure that does not hinder the flow of gas, and the separators of the unit cells adjacent in the power generation region are paralleled by a heat-resistant conductor having a structure that does not hinder the flow of gas. Connected, filled with a heat insulating material having a structure that does not impede the flow of gas between adjacent cells in the preheating region, and the oxidizing gas chamber and the preheating region are separated by an airtight partition,
The space between the airtight partition and each cell is hermetically sealed,
The fuel gas in the fuel gas chamber is configured to flow through the preheating area and the power generation area to the combustion chamber, and the oxidizing gas in the oxidizing gas chamber passes through the oxidizing gas flow path in the unit cell. Wherein the combustion gas generated in the combustion chamber is discharged from the combustion chamber to the outside without flowing through the preheating region.
気密シール部分の温度を発電時に１００℃〜５００℃の
温度範囲とすることを特徴とする、請求項１２記載の発
電装置。13. The power generation device according to claim 12, wherein the temperature of the airtight seal between the airtight partition and the unit cell is in a temperature range of 100 ° C. to 500 ° C. during power generation.
電部分においては略直線状の酸化ガス流路が互いに平行
に形成されており、前記単電池のうち前記予熱領域中に
ある予熱部分においては酸化ガス流路が平面的にみて屈
曲していることを特徴とする、請求項１２記載の発電装
置。14. A substantially linear oxidizing gas flow path is formed parallel to each other in a power generation portion of the unit cell in the power generation region, and in a preheating portion of the unit cell in the preheating region. 13. The power generator according to claim 12, wherein the oxidizing gas flow path is bent as viewed in plan.
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1991
- 1991-12-12 JP JP3328697A patent/JP2783926B2/en not_active Expired - Lifetime
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