JP3420487B2 - 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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- 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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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、円筒状の固体電解
質型燃料電池に関するものである。
質型燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の代表的な円筒状の固体電解質型燃
料電池（Solid Oxide Fuel Cell で、以下、ＳＯＦＣと
いう）−Ｆを図５に示す（特開平８−１６２１４０号公
報参照）。同図はＳＯＦＣ−Ｆの断面図であり、１は全
体を納めたケース、２はセラミック等から成りＳＯＦＣ
−Ｆ用の個々の円筒状セルであり、上端４が開放され下
端が閉じた構造となっている。また、円筒状セル２の断
面は多層円筒状をしており、空気極、固体電解質、燃料
極等が積層された構成とされている（図示せず）。
料電池（Solid Oxide Fuel Cell で、以下、ＳＯＦＣと
いう）−Ｆを図５に示す（特開平８−１６２１４０号公
報参照）。同図はＳＯＦＣ−Ｆの断面図であり、１は全
体を納めたケース、２はセラミック等から成りＳＯＦＣ
−Ｆ用の個々の円筒状セルであり、上端４が開放され下
端が閉じた構造となっている。また、円筒状セル２の断
面は多層円筒状をしており、空気極、固体電解質、燃料
極等が積層された構成とされている（図示せず）。
【０００３】また、３は断熱材から成り円筒状セル２の
上端４側を保持し固定する仕切り部材、５は燃焼室であ
り、ケース１の下端の供給口１３から供給された燃料ガ
ス（Ｈ2 ，ＣＯ，ＣＨ4 等）の排気ガスが、仕切り部材
３に形成された通気孔等（図示せず）を通して燃焼室５
内で空気の排気と混合され、円筒状セル２内で反応しな
かった酸素と燃料ガスが燃焼室５内で燃焼する。６は円
筒状セル２内に空気を通すための空気管であり、空気供
給口１２から一旦空気分配器１４に送られた空気は、空
気管６を通じて円筒状セル２の底部に達し、発電反応に
寄与した後、円筒状セル２内を上方に向かい上端４の開
口から燃焼室５に至る。
上端４側を保持し固定する仕切り部材、５は燃焼室であ
り、ケース１の下端の供給口１３から供給された燃料ガ
ス（Ｈ2 ，ＣＯ，ＣＨ4 等）の排気ガスが、仕切り部材
３に形成された通気孔等（図示せず）を通して燃焼室５
内で空気の排気と混合され、円筒状セル２内で反応しな
かった酸素と燃料ガスが燃焼室５内で燃焼する。６は円
筒状セル２内に空気を通すための空気管であり、空気供
給口１２から一旦空気分配器１４に送られた空気は、空
気管６を通じて円筒状セル２の底部に達し、発電反応に
寄与した後、円筒状セル２内を上方に向かい上端４の開
口から燃焼室５に至る。
【０００４】７は燃焼室５からの排気ガスが排出される
排気口、８は円筒状セル２集合体の最外側面に設けられ
た集電板、９は電力を外部へ取り出す集電棒、１０はＮ
ｉフェルト、１１は円筒状セル２を電気的に接続するた
めのインターコネクタである。同図の場合、所望の電力
を得るために複数の円筒状セル２が直列に接続され、所
謂スタック化されている。
排気口、８は円筒状セル２集合体の最外側面に設けられ
た集電板、９は電力を外部へ取り出す集電棒、１０はＮ
ｉフェルト、１１は円筒状セル２を電気的に接続するた
めのインターコネクタである。同図の場合、所望の電力
を得るために複数の円筒状セル２が直列に接続され、所
謂スタック化されている。
【０００５】ここで、上記発電反応は以下のようにして
生じる。円筒状セル２の各層は厚さ数μｍ〜１．５ｍｍ
程度であり、それぞれ導電性，通気性，固体電解質，電
気化学触媒性等の機能を有する。約１０００℃の温度に
保持された円筒状セル２の内側に酸化剤としての空気等
を流し、外側には燃料ガスを流すと、円筒状セル２内で
はＯ2-イオンが移動して電気化学反応が起こり、空気極
と燃料極との間に電位差が生じ発電が可能となる。
生じる。円筒状セル２の各層は厚さ数μｍ〜１．５ｍｍ
程度であり、それぞれ導電性，通気性，固体電解質，電
気化学触媒性等の機能を有する。約１０００℃の温度に
保持された円筒状セル２の内側に酸化剤としての空気等
を流し、外側には燃料ガスを流すと、円筒状セル２内で
はＯ2-イオンが移動して電気化学反応が起こり、空気極
と燃料極との間に電位差が生じ発電が可能となる。
【０００６】近年、このようなＳＯＦＣ−Ｆは、小型で
あることに加えて円筒状セル２での動作温度が１０００
〜１０５０℃と高温であるため、発電効率が高く、第３
世代の発電システムとして期待されている。
あることに加えて円筒状セル２での動作温度が１０００
〜１０５０℃と高温であるため、発電効率が高く、第３
世代の発電システムとして期待されている。
【０００７】一般に、ＳＯＦＣ−Ｆ用のセルには、円筒
状セル２と平板型セルの２種類が知られている。平板型
セルは、単位体積当たりの出力密度が高いという特長が
あるが、実用化においてはガスシールの不完全性や平板
型セル内の温度分布の不均一性の問題がある。一方、円
筒状セル２は出力密度は低いものの、その形状により機
械的強度が高いという特長がある。
状セル２と平板型セルの２種類が知られている。平板型
セルは、単位体積当たりの出力密度が高いという特長が
あるが、実用化においてはガスシールの不完全性や平板
型セル内の温度分布の不均一性の問題がある。一方、円
筒状セル２は出力密度は低いものの、その形状により機
械的強度が高いという特長がある。
【０００８】また、円筒状セル２は上記の通りセラミッ
クから成り、開気通気孔率が３０％程度のＣａＯ安定化
ＺｒＯ2 等を支持管とし、その外側にＬａＭｎＯ3 系材
料等からなる多通気孔性の空気極、Ｙ2 Ｏ3 安定化Ｚｒ
Ｏ2 等からなる固体電解質、多通気孔性のＮｉ／ＺｒＯ
2 等の燃料極が順次設けられている。
クから成り、開気通気孔率が３０％程度のＣａＯ安定化
ＺｒＯ2 等を支持管とし、その外側にＬａＭｎＯ3 系材
料等からなる多通気孔性の空気極、Ｙ2 Ｏ3 安定化Ｚｒ
Ｏ2 等からなる固体電解質、多通気孔性のＮｉ／ＺｒＯ
2 等の燃料極が順次設けられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＳＯＦＣ−Ｆは、図４に示すように、円筒状セル２の開
口端２ａ部が燃焼室５に直接晒されているか突き出てお
り、前記開口端２ａ部が高温の燃焼領域に直接触れてい
た。このため、熱応力によって円筒状セル２が割れると
いう問題があった。尚、同図において、２２は円筒状セ
ル２を開口端２ａ側で保持し、かつ未反応の燃料ガスを
反応室１５から燃焼室５へ通気させる通気孔を有する仕
切り部材、２２ａは通気孔の燃焼室５側の燃料ガス排出
口、２２ｂは燃料ガスを通気させる通気孔である。
ＳＯＦＣ−Ｆは、図４に示すように、円筒状セル２の開
口端２ａ部が燃焼室５に直接晒されているか突き出てお
り、前記開口端２ａ部が高温の燃焼領域に直接触れてい
た。このため、熱応力によって円筒状セル２が割れると
いう問題があった。尚、同図において、２２は円筒状セ
ル２を開口端２ａ側で保持し、かつ未反応の燃料ガスを
反応室１５から燃焼室５へ通気させる通気孔を有する仕
切り部材、２２ａは通気孔の燃焼室５側の燃料ガス排出
口、２２ｂは燃料ガスを通気させる通気孔である。
【００１０】この場合、燃焼反応の反応速度は、所定の
温度において混合ガス中の燃料ガスと酸素の濃度に依存
し、例えば燃料ガスを水素とすると、水素と酸素の濃度
がそれぞれ約１０％〜９０％の範囲にあるとき、比較的
大きな反応速度で激しく燃焼する。この為、仕切り部材
２２の燃料ガス排出口２２ａに対し、空気の燃焼室５へ
の排出口である開口端２ａ部が同程度か若しくは燃焼室
５側へ突出している場合、燃料ガスと空気の混ざる領
域、つまり燃焼領域は開口端２ａ部付近となる。そのた
め、開口端２ａ部は燃焼領域に直接晒されて高温にな
り、熱応力により割れ等の欠陥を生じていた。
温度において混合ガス中の燃料ガスと酸素の濃度に依存
し、例えば燃料ガスを水素とすると、水素と酸素の濃度
がそれぞれ約１０％〜９０％の範囲にあるとき、比較的
大きな反応速度で激しく燃焼する。この為、仕切り部材
２２の燃料ガス排出口２２ａに対し、空気の燃焼室５へ
の排出口である開口端２ａ部が同程度か若しくは燃焼室
５側へ突出している場合、燃料ガスと空気の混ざる領
域、つまり燃焼領域は開口端２ａ部付近となる。そのた
め、開口端２ａ部は燃焼領域に直接晒されて高温にな
り、熱応力により割れ等の欠陥を生じていた。
【００１１】従って、本発明は上記事情に鑑みて完成さ
れたものであり、その目的は燃焼室内の高温の燃焼領域
に円筒状セルの端部が直接晒されて、熱応力により破壊
されるのを抑制、防止することにある。
れたものであり、その目的は燃焼室内の高温の燃焼領域
に円筒状セルの端部が直接晒されて、熱応力により破壊
されるのを抑制、防止することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の固体電解質型燃
料電池は、多層円筒状に積層された空気極、固体電解
質、燃料極を有するとともに、一端が開口端とされ、前
記固体電解質の内側に前記空気極が形成された単一種か
らなる複数の円筒状セルと、前記円筒状セルの開口端側
に固定され、前記開口端から排出される空気と未反応の
燃料ガスとを燃焼させる燃焼室と燃料ガスが充填されて
いる反応室とを分ける仕切り部材とを有する固体電解質
型燃料電池であって、前記仕切り部材は燃料ガスを反応
室から燃焼室へ通気させる通気孔を有し、かつ前記開口
端が仕切り部材の反応室側に奥まって位置していること
を特徴とする。 また、本発明の固体電解質型燃料電池
は、多層円筒状に積層された燃料極、固体電解質、空気
極を有するとともに、一端が開口端とされ、前記固体電
解質の内側に前記燃料極が形成された単一種からなる複
数の円筒状セルと、前記円筒状セルの開口端側に固定さ
れ、前記開口端から排出される未反応の燃料ガスと空気
とを燃焼させる燃焼室と空気が充填されている反応室と
を分ける仕切り部材とを有する固体電解質型燃料電池で
あって、前記仕切り部材は空気を反応室から燃焼室へ通
気させる通気孔を有し、かつ前記開口端が仕切り部材の
反応室側に奥まって位置していることを特徴とする。 こ
のような固体電解質型燃料電池では、燃料ガスと空気の
混合する領域、つまり燃焼領域に円筒状セルの開口端部
が直接晒されることがなく、その結果円筒状セルの開口
端部が熱応力により破壊されるのを抑制、防止すること
ができる。
料電池は、多層円筒状に積層された空気極、固体電解
質、燃料極を有するとともに、一端が開口端とされ、前
記固体電解質の内側に前記空気極が形成された単一種か
らなる複数の円筒状セルと、前記円筒状セルの開口端側
に固定され、前記開口端から排出される空気と未反応の
燃料ガスとを燃焼させる燃焼室と燃料ガスが充填されて
いる反応室とを分ける仕切り部材とを有する固体電解質
型燃料電池であって、前記仕切り部材は燃料ガスを反応
室から燃焼室へ通気させる通気孔を有し、かつ前記開口
端が仕切り部材の反応室側に奥まって位置していること
を特徴とする。 また、本発明の固体電解質型燃料電池
は、多層円筒状に積層された燃料極、固体電解質、空気
極を有するとともに、一端が開口端とされ、前記固体電
解質の内側に前記燃料極が形成された単一種からなる複
数の円筒状セルと、前記円筒状セルの開口端側に固定さ
れ、前記開口端から排出される未反応の燃料ガスと空気
とを燃焼させる燃焼室と空気が充填されている反応室と
を分ける仕切り部材とを有する固体電解質型燃料電池で
あって、前記仕切り部材は空気を反応室から燃焼室へ通
気させる通気孔を有し、かつ前記開口端が仕切り部材の
反応室側に奥まって位置していることを特徴とする。 こ
のような固体電解質型燃料電池では、燃料ガスと空気の
混合する領域、つまり燃焼領域に円筒状セルの開口端部
が直接晒されることがなく、その結果円筒状セルの開口
端部が熱応力により破壊されるのを抑制、防止すること
ができる。
【００１３】本発明において、好ましくは、前記仕切り
部材の燃料ガス排出口の周囲が凹面状とされている。ま
た好ましくは、前記開口端と前記仕切り部材の燃焼室側
端部との距離が１０ｍｍ以上である。
部材の燃料ガス排出口の周囲が凹面状とされている。ま
た好ましくは、前記開口端と前記仕切り部材の燃焼室側
端部との距離が１０ｍｍ以上である。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明のＳＯＦＣを以下に説明す
る。図１は本発明のＳＯＦＣの仕切り部材周辺の断面
図、図２は仕切り部材の平面図、図３は本発明の他の実
施形態であり、仕切り部材周辺の断面図である。
る。図１は本発明のＳＯＦＣの仕切り部材周辺の断面
図、図２は仕切り部材の平面図、図３は本発明の他の実
施形態であり、仕切り部材周辺の断面図である。
【００１５】図１において、２ａは円筒状セル２の開口
端、１５は反応室、２０は円筒状セル２の開口端２ａ側
を保持固定する仕切り部材であり、燃料ガスを反応室１
５から燃焼室５へ通気させる通気孔２０ｂを有する。２
０ａは前記通気孔２０ｂの燃焼室５側の燃料ガス排出口
である。同図に示すように、開口端２ａが仕切り部材２
０の厚さ方向（又は空気の流れ方向）において、反応室
１５側に奥まって位置している。尚、他の部品について
は、図５の従来例で示したものと同様であり、同一の符
号を付してその説明を省略する。
端、１５は反応室、２０は円筒状セル２の開口端２ａ側
を保持固定する仕切り部材であり、燃料ガスを反応室１
５から燃焼室５へ通気させる通気孔２０ｂを有する。２
０ａは前記通気孔２０ｂの燃焼室５側の燃料ガス排出口
である。同図に示すように、開口端２ａが仕切り部材２
０の厚さ方向（又は空気の流れ方向）において、反応室
１５側に奥まって位置している。尚、他の部品について
は、図５の従来例で示したものと同様であり、同一の符
号を付してその説明を省略する。
【００１６】そして図２に示すように、仕切り部材２０
には、円筒状セル２の開口端２ａ側を嵌合させ、又は接
着させるための孔２ｂと、燃料ガス排出口２０ａが設け
られている。尚、図１の断面図は図２のＡ−Ａ線におけ
るものである。
には、円筒状セル２の開口端２ａ側を嵌合させ、又は接
着させるための孔２ｂと、燃料ガス排出口２０ａが設け
られている。尚、図１の断面図は図２のＡ−Ａ線におけ
るものである。
【００１７】上記構成により、燃焼領域が円筒状セル２
の開口端２ａから離れ、上側に移動する。
の開口端２ａから離れ、上側に移動する。
【００１８】図３は本発明の他の実施形態を示し、仕切
り部材２１の燃料ガス排出口２１ａの周囲が凹面状とさ
れた構成である。これにより、燃料ガス排出口２１ａの
周囲の表面積が増大し、仕切り部材２１の熱の輻射量が
増加する。その結果、仕切り部材２１の温度が上昇し、
空気管６を通じて供給される空気が仕切り部材２０によ
って暖められ、つまり空気が予熱されて円筒状セル２の
温度が均一化し、発電効率が向上する。
り部材２１の燃料ガス排出口２１ａの周囲が凹面状とさ
れた構成である。これにより、燃料ガス排出口２１ａの
周囲の表面積が増大し、仕切り部材２１の熱の輻射量が
増加する。その結果、仕切り部材２１の温度が上昇し、
空気管６を通じて供給される空気が仕切り部材２０によ
って暖められ、つまり空気が予熱されて円筒状セル２の
温度が均一化し、発電効率が向上する。
【００１９】図３の実施形態において、燃料ガス排出口
２１ａの周囲の凹面状部は、半球面状、半回転楕円体
状、逆円錐状、逆多角錐状、逆円錐状や逆多角錐状にお
いて傾斜面の傾斜角が中途で異なるもの、略逆円錐状に
おいて傾斜面が凸状曲面とされたもの、円筒状、角柱状
等の形状を適用できる。
２１ａの周囲の凹面状部は、半球面状、半回転楕円体
状、逆円錐状、逆多角錐状、逆円錐状や逆多角錐状にお
いて傾斜面の傾斜角が中途で異なるもの、略逆円錐状に
おいて傾斜面が凸状曲面とされたもの、円筒状、角柱状
等の形状を適用できる。
【００２０】図１及び図３において、開口端２ａと仕切
り部材２０，２１の燃焼室５側端部との距離ｈ、即ち燃
料ガス及び空気の流れ方向における距離ｈは、１０ｍｍ
以上あるのがよい。１０ｍｍ未満では燃焼領域の移動が
不十分で、円筒状セル２の熱応力による割れ防止の効果
が小さく、また空気の予熱効果も小さい。
り部材２０，２１の燃焼室５側端部との距離ｈ、即ち燃
料ガス及び空気の流れ方向における距離ｈは、１０ｍｍ
以上あるのがよい。１０ｍｍ未満では燃焼領域の移動が
不十分で、円筒状セル２の熱応力による割れ防止の効果
が小さく、また空気の予熱効果も小さい。
【００２１】ここで、前記距離ｈを１０ｍｍ以上あける
方法は、仕切り部材２０，２１を厚くしてもよいし、仕
切り部材２０，２１の燃焼室５側に燃料ガスの通る通気
孔を開けた断熱材を設置してもよい。
方法は、仕切り部材２０，２１を厚くしてもよいし、仕
切り部材２０，２１の燃焼室５側に燃料ガスの通る通気
孔を開けた断熱材を設置してもよい。
【００２２】本発明のＳＯＦＣセルの基本構造は、開気
孔率が３０％程度のＣａＯ安定化ＺｒＯ2 を支持管と
し、その上（外表面）にＬａＭｎＯ3 系あるいはＬａＣ
ｏＯ3系材料からなる多孔性の空気極を形成し、その外
表面にＹ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 等の安定化ＺｒＯ2 あるい
はＹ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3 ，Ｎｄ2 Ｏ3 ，Ｓ
ｍ2 Ｏ3 ，ＣａＯ等を含有するＣｅＯ2 からなる固体電
解質を被覆し、更にこの外表面に多孔性のＮｉ，Ｃｏ，
Ｆｅ，Ｒｕ等を含有したＺｒＯ2 あるいはＣｅＯ2 のサ
ーメットの燃料極が設けられた構造である。
孔率が３０％程度のＣａＯ安定化ＺｒＯ2 を支持管と
し、その上（外表面）にＬａＭｎＯ3 系あるいはＬａＣ
ｏＯ3系材料からなる多孔性の空気極を形成し、その外
表面にＹ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 等の安定化ＺｒＯ2 あるい
はＹ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3 ，Ｎｄ2 Ｏ3 ，Ｓ
ｍ2 Ｏ3 ，ＣａＯ等を含有するＣｅＯ2 からなる固体電
解質を被覆し、更にこの外表面に多孔性のＮｉ，Ｃｏ，
Ｆｅ，Ｒｕ等を含有したＺｒＯ2 あるいはＣｅＯ2 のサ
ーメットの燃料極が設けられた構造である。
【００２３】また、その他の基本構造として、ＬａＭｎ
Ｏ3 系あるいはＬａＣｏＯ3 系材料により空気極支持管
を作製し、Ｙ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 等の安定化ＺｒＯ2 あ
るいはＹ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3 ，Ｎｄ
2 Ｏ3 ，Ｓｍ2 Ｏ3 ，ＣａＯ等を含有するＣｅＯ2 から
なる粉末により固体電解質用グリーンシートを作製し、
更ににＬａＣｒＯ3 系材料によりインターコネクタ用グ
リーンシートを作製し、空気極支持管の外表面に固体電
解質用グリーンシート及びインターコネクタ用グリーン
シートを巻き付け、同時焼成した後、ＮｉＯ又はＲｕを
含有するＺｒＯ2 からなるスラリーを塗布し、焼成して
成るものもある。
Ｏ3 系あるいはＬａＣｏＯ3 系材料により空気極支持管
を作製し、Ｙ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 等の安定化ＺｒＯ2 あ
るいはＹ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3 ，Ｎｄ
2 Ｏ3 ，Ｓｍ2 Ｏ3 ，ＣａＯ等を含有するＣｅＯ2 から
なる粉末により固体電解質用グリーンシートを作製し、
更ににＬａＣｒＯ3 系材料によりインターコネクタ用グ
リーンシートを作製し、空気極支持管の外表面に固体電
解質用グリーンシート及びインターコネクタ用グリーン
シートを巻き付け、同時焼成した後、ＮｉＯ又はＲｕを
含有するＺｒＯ2 からなるスラリーを塗布し、焼成して
成るものもある。
【００２４】本発明の円筒状セル２の製造方法について
以下に述べる。
以下に述べる。
【００２５】（１）開気孔率が３０〜４０％前後の安定
化ＺｒＯ2 支持管を押し出し成形あるいはラバー成形で
作製し、焼結して円筒状支持管とする。
化ＺｒＯ2 支持管を押し出し成形あるいはラバー成形で
作製し、焼結して円筒状支持管とする。
【００２６】（２）この円筒状支持管の外表面に、空気
極として、多孔質のＬａＭｎＯ3 系材料を約２ｍｍの厚
みで塗布する。
極として、多孔質のＬａＭｎＯ3 系材料を約２ｍｍの厚
みで塗布する。
【００２７】（３）その外表面に、固体電解質として、
Ｙ2 Ｏ3 含有の安定化ＺｒＯ2 を溶射法あるいはＥＶＤ
（Electrochemical Vapor Deposition）法により厚みが
５０〜２００μｍとなるように被覆する。
Ｙ2 Ｏ3 含有の安定化ＺｒＯ2 を溶射法あるいはＥＶＤ
（Electrochemical Vapor Deposition）法により厚みが
５０〜２００μｍとなるように被覆する。
【００２８】（４）さらに、その外表面に多孔質の燃料
極を、空気極のシート抵抗値との差が所定の範囲となる
ように形成する。
極を、空気極のシート抵抗値との差が所定の範囲となる
ように形成する。
【００２９】そして、インターコネクタは空気極と接す
るようにＬａを１０〜２０原子％のＳｒ、Ｃａで置換し
たＬａＣｒＯ3 、あるいはＣｒを５〜２０原子％のＭｇ
で置換したＬａＣｒＯ3 を溶射法あるいはＥＶＤ法によ
り形成する。
るようにＬａを１０〜２０原子％のＳｒ、Ｃａで置換し
たＬａＣｒＯ3 、あるいはＣｒを５〜２０原子％のＭｇ
で置換したＬａＣｒＯ3 を溶射法あるいはＥＶＤ法によ
り形成する。
【００３０】また、安定化ＺｒＯ2 支持管を用いず空気
極材料を直接支持管として利用してもよい。例えば、Ｌ
ａＭｎＯ3 系材料を円筒状に成形し、焼成して空気極を
作製し、この空気極に、固体電解質材料のグリーンシー
ト及びインターコネクタ材料のグリーンシートを積層し
て所定温度で焼成し、その後燃料極材料のスラリーを塗
布することにより作製してもよい。この場合、空気極成
形体に固体電解質材料のグリーンシート及びインターコ
ネクタ材料のグリーンシートを積層し、同時焼成しても
よい。
極材料を直接支持管として利用してもよい。例えば、Ｌ
ａＭｎＯ3 系材料を円筒状に成形し、焼成して空気極を
作製し、この空気極に、固体電解質材料のグリーンシー
ト及びインターコネクタ材料のグリーンシートを積層し
て所定温度で焼成し、その後燃料極材料のスラリーを塗
布することにより作製してもよい。この場合、空気極成
形体に固体電解質材料のグリーンシート及びインターコ
ネクタ材料のグリーンシートを積層し、同時焼成しても
よい。
【００３１】本発明において、円筒状の固体電解質の内
側に空気極、外側に燃料極が、又は、固体電解質の内側
に燃料極、外側に空気極が形成されていればよく、その
製造方法は必ずしも上記方法に限らない。
側に空気極、外側に燃料極が、又は、固体電解質の内側
に燃料極、外側に空気極が形成されていればよく、その
製造方法は必ずしも上記方法に限らない。
【００３２】そして、本発明のＳＯＦＣは、基本的に、
円筒状の固体電解質の内側又は外側に空気極、外側又は
内側に燃料極が形成された複数の円筒状セル２を、仕切
り部材２０，２１で保持し固定したスタック（円筒状セ
ル２の集合体）と、円筒状セル２の開口端２ａ部から排
出される空気と仕切り部材２０，２１の燃料ガス排出口
２０ａ，２１ａから排出される燃料ガスとを燃焼させる
燃焼室５とを具備するものであり、図５のものと基本構
成は同様である。
円筒状の固体電解質の内側又は外側に空気極、外側又は
内側に燃料極が形成された複数の円筒状セル２を、仕切
り部材２０，２１で保持し固定したスタック（円筒状セ
ル２の集合体）と、円筒状セル２の開口端２ａ部から排
出される空気と仕切り部材２０，２１の燃料ガス排出口
２０ａ，２１ａから排出される燃料ガスとを燃焼させる
燃焼室５とを具備するものであり、図５のものと基本構
成は同様である。
【００３３】かくして、本発明は、燃焼領域が円筒状セ
ル２の開口端２ａから離れ上側に移動して、円筒状セル
２の熱応力による割れ等が防止でき、また、空気管６を
通じて供給される空気の予熱領域が拡大し、その結果円
筒状セル２の温度が均一化すると共に、発電効率が向上
するという作用効果を有する。
ル２の開口端２ａから離れ上側に移動して、円筒状セル
２の熱応力による割れ等が防止でき、また、空気管６を
通じて供給される空気の予熱領域が拡大し、その結果円
筒状セル２の温度が均一化すると共に、発電効率が向上
するという作用効果を有する。
【００３４】尚、本発明は上記実施形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の
変更は何等差し支えない。
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の
変更は何等差し支えない。
【００３５】
【実施例】本発明の実施例を以下に説明する。図１のＳ
ＯＦＣを以下のようにして構成した。
ＯＦＣを以下のようにして構成した。
【００３６】空気極材料として純度９９. ９％で平均粒
径が５μｍのＬａ0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 とＬａ0.9 Ｓｒ
0.1 ＣｏＯ3 と、固体電解質材料として純度が９９. ９
％で平均粒径が０．７μｍの１０モル％Ｙ2 Ｏ3 を含有
したＺｒＯ2 と、インターコネクタ材料として純度９
９. ９％で平均粒径が１μｍのＬａ0.8 Ｃａ0.22ＣｒＯ
3 粉末と、燃料極材料として８０重量％Ｎｉを含有する
ＺｒＯ2 をそれぞれ準備した。
径が５μｍのＬａ0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 とＬａ0.9 Ｓｒ
0.1 ＣｏＯ3 と、固体電解質材料として純度が９９. ９
％で平均粒径が０．７μｍの１０モル％Ｙ2 Ｏ3 を含有
したＺｒＯ2 と、インターコネクタ材料として純度９
９. ９％で平均粒径が１μｍのＬａ0.8 Ｃａ0.22ＣｒＯ
3 粉末と、燃料極材料として８０重量％Ｎｉを含有する
ＺｒＯ2 をそれぞれ準備した。
【００３７】そして、下記工程（１）〜（３）により製
造した。
造した。
【００３８】（１）Ｌａ0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 とＬａ
0.9 Ｓｒ0.1 ＣｏＯ3 粉末をそれぞれ押し出し成形して
焼結後、外径が１８ｍｍ、厚みが２．３ｍｍ、長さが３
００ｍｍになるような中空円筒状の空気極を作製した。
0.9 Ｓｒ0.1 ＣｏＯ3 粉末をそれぞれ押し出し成形して
焼結後、外径が１８ｍｍ、厚みが２．３ｍｍ、長さが３
００ｍｍになるような中空円筒状の空気極を作製した。
【００３９】（２）この後、１０モル％Ｙ2 Ｏ3 を含有
したＺｒＯ2 粉末と、Ｌａ0.8 Ｃａ0.22ＣｒＯ3 粉末を
用いてドクターブレード法にて厚さ１５０μｍの固体電
解質シートおよびインターコネクタシートを作製した
後、それぞれのシートを上記の空気極に巻き付け、１５
００℃で３時間焼成し空気極に焼き付けた。
したＺｒＯ2 粉末と、Ｌａ0.8 Ｃａ0.22ＣｒＯ3 粉末を
用いてドクターブレード法にて厚さ１５０μｍの固体電
解質シートおよびインターコネクタシートを作製した
後、それぞれのシートを上記の空気極に巻き付け、１５
００℃で３時間焼成し空気極に焼き付けた。
【００４０】（３）更に、固体電解質の表面に８０重量
％Ｎｉを含有するＺｒＯ2 粉末からなるスラリーを塗布
し、１４００℃で２時間焼き付けを行った。固体電解質
の厚みは１００μｍであった。
％Ｎｉを含有するＺｒＯ2 粉末からなるスラリーを塗布
し、１４００℃で２時間焼き付けを行った。固体電解質
の厚みは１００μｍであった。
【００４１】発電は、１６本の円筒状セル２を水平面内
において４直４並列（４×４のマトリックス状）に配置
し、図１の仕切り部材２０を用いてスタック化し、空気
極内部に１６０ＳＬＭ（Standard Liter per Minute ）
の空気を、燃料極側に２５ＳＬＭの水素ガスを流して、
発電炉の温度設定を１０００℃として実施した。この発
電試験において、開口端２ａと仕切り部材２０の燃焼室
側端部との距離ｈは１５ｍｍであり、円筒状セル２の開
口端２ａ付近の温度を測定したところ、図４の従来の仕
切り部材２２では約１１５０℃で開口端２ａ部が割れた
が、本発明の場合約１０４０℃で円筒状セル２は破壊し
なかった。
において４直４並列（４×４のマトリックス状）に配置
し、図１の仕切り部材２０を用いてスタック化し、空気
極内部に１６０ＳＬＭ（Standard Liter per Minute ）
の空気を、燃料極側に２５ＳＬＭの水素ガスを流して、
発電炉の温度設定を１０００℃として実施した。この発
電試験において、開口端２ａと仕切り部材２０の燃焼室
側端部との距離ｈは１５ｍｍであり、円筒状セル２の開
口端２ａ付近の温度を測定したところ、図４の従来の仕
切り部材２２では約１１５０℃で開口端２ａ部が割れた
が、本発明の場合約１０４０℃で円筒状セル２は破壊し
なかった。
【００４２】図３のタイプでは、上記と同様の条件で発
電試験を行ったところ、開口端２ａ付近の温度は約１０
５０℃で円筒状セル２は破壊しなかった。また、燃料ガ
ス排出口２１ａの周囲の半球面状の凹部により、空気管
６内の空気が予熱され、円筒状セル２の温度分布が均一
化された。その結果、発生する電力の分布が均一化され
て、局所的な電力発生による局所的な内部抵抗の増加が
抑制され、発電効率が向上した。
電試験を行ったところ、開口端２ａ付近の温度は約１０
５０℃で円筒状セル２は破壊しなかった。また、燃料ガ
ス排出口２１ａの周囲の半球面状の凹部により、空気管
６内の空気が予熱され、円筒状セル２の温度分布が均一
化された。その結果、発生する電力の分布が均一化され
て、局所的な電力発生による局所的な内部抵抗の増加が
抑制され、発電効率が向上した。
【００４３】
【発明の効果】本発明は、円筒状セルの開口端が仕切り
部材の反応室側に奥まって位置していることにより、燃
焼領域が円筒状セルの開口端から離れ上側に移動して、
円筒状セルの熱応力による割れ等が防止でき、また、空
気管を通じて供給される空気の予熱領域が拡大し、その
結果円筒状セルの温度が均一化すると共に、発電効率が
向上するという効果を有する。
部材の反応室側に奥まって位置していることにより、燃
焼領域が円筒状セルの開口端から離れ上側に移動して、
円筒状セルの熱応力による割れ等が防止でき、また、空
気管を通じて供給される空気の予熱領域が拡大し、その
結果円筒状セルの温度が均一化すると共に、発電効率が
向上するという効果を有する。
【図１】本発明のＳＯＦＣを示し、円筒状セルを保持す
る仕切り部材周辺の断面図であって、図２のＡ−Ａ線に
おける断面図である。
る仕切り部材周辺の断面図であって、図２のＡ−Ａ線に
おける断面図である。
【図２】図１の仕切り部材の平面図である。
【図３】本発明の他の実施形態であり、仕切り部材周辺
の断面図である。
の断面図である。
【図４】従来のＳＯＦＣを示し、円筒状セルを保持する
仕切り部材周辺の断面図である。
仕切り部材周辺の断面図である。
【図５】従来のＳＯＦＣ−Ｆ全体の断面図である。
１：ケース
２：円筒状セル
２ａ：開口端
５：燃焼室
６：空気管
１５：反応室
２０：仕切り部材
２０ａ：燃料ガス排出口
２０ｂ：通気孔
Claims (4)
- 【請求項１】多層円筒状に積層された空気極、固体電解
質、燃料極を有するとともに、一端が開口端とされ、前
記固体電解質の内側に前記空気極が形成された単一種か
らなる複数の円筒状セルと、前記円筒状セルの開口端側
に固定され、前記開口端から排出される空気と未反応の
燃料ガスとを燃焼させる燃焼室と燃料ガスが充填されて
いる反応室とを分ける仕切り部材とを有する固体電解質
型燃料電池であって、前記仕切り部材は燃料ガスを反応
室から燃焼室へ通気させる通気孔を有し、かつ前記開口
端が仕切り部材の反応室側に奥まって位置していること
を特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項２】多層円筒状に積層された燃料極、固体電解
質、空気極を有するとともに、一端が開口端とされ、前
記固体電解質の内側に前記燃料極が形成された単一種か
らなる複数の円筒状セルと、前記円筒状セルの開口端側
に固定され、前記開口端から排出される未反応の燃料ガ
スと空気とを燃焼させる燃焼室と空気が充填されている
反応室とを分ける仕切り部材とを有する固体電解質型燃
料電池であって、前記仕切り部材は空気を反応室から燃
焼室へ通気させる通気孔を有し、かつ前記開口端が仕切
り部材の反応室側に奥まって位置していることを特徴と
する固体電解質型燃料電池 。 - 【請求項３】前記仕切り部材の燃料ガス排出口の周囲が
凹面状とされている請求項１記載の固体電解質型燃料電
池。 - 【請求項４】前記開口端と前記仕切り部材の燃焼室側端
部との距離が１０ｍｍ以上である請求項１又は２記載の
固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33067997A JP3420487B2 (ja) | 1997-12-01 | 1997-12-01 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33067997A JP3420487B2 (ja) | 1997-12-01 | 1997-12-01 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11162499A JPH11162499A (ja) | 1999-06-18 |
| JP3420487B2 true JP3420487B2 (ja) | 2003-06-23 |
Family
ID=18235374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33067997A Expired - Fee Related JP3420487B2 (ja) | 1997-12-01 | 1997-12-01 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3420487B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP4574956B2 (ja) * | 2003-05-19 | 2010-11-04 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
| JP5319460B2 (ja) * | 2009-08-27 | 2013-10-16 | 京セラ株式会社 | セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置 |
| JP5516946B2 (ja) * | 2009-11-27 | 2014-06-11 | 東京瓦斯株式会社 | 固体酸化物形燃料電池のオフガス燃焼装置及びオフガス燃焼方法 |
| JP5848144B2 (ja) * | 2012-02-03 | 2016-01-27 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 固体酸化物形燃料電池及び固体酸化物形燃料電池の製造方法 |
| JP5567721B2 (ja) * | 2013-07-19 | 2014-08-06 | 東京瓦斯株式会社 | 固体酸化物形燃料電池のオフガス燃焼装置及びオフガス燃焼方法 |
-
1997
- 1997-12-01 JP JP33067997A patent/JP3420487B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH11162499A (ja) | 1999-06-18 |
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