JP4240806B2

JP4240806B2 - Fuel cell

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Publication number: JP4240806B2
Application number: JP2000389869A
Authority: JP
Inventors: 徳久真竹; 健一郎小阪; 山田　　明; 長生久留; 浩二池田
Original assignee: Electric Power Development Co Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Electric Power Development Co Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: JP2002190306A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に関し、特に、そのセル構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の円筒型固体電解質燃料電池の一例の概略構成を図１４に示し、その要部の概略構成を図１５に示す。
【０００３】
図１４に示すように、ヘッダ１１０の内部は、仕切板１１０ａにより上下方向に区分けされ、上方が供給室１１０ｃとして構成され、下方が排出室１１０ｄとして構成されている。ヘッダ１１０の底板１１０ｂには、多孔質性の基体管の外周面に電池膜を形成された円筒型のセルチューブ１１１の上端側（一端側）が上記排出室１１０ｄと連通するようにして複数連結支持されており、当該セルチューブ１１１は、その下端側（他端側）が閉塞されている。これらセルチューブ１１１の内部には、案内管１１２が同軸をなしてそれぞれ挿入されており、当該案内管１１２は、その一端側（上端側）が上記供給室１１０ｃと連通するように上記ヘッダ１１０の仕切板１１０ａにそれぞれ連結支持されている。また、図１５に示すように、セルチューブ１１１の上端部には、筒状をなす集電キャップ１１３が嵌合しており、当該集電キャップ１１３は、セルチューブ１１１の電池膜と電気的に接続している。
【０００４】
このような構造をなす円筒型固体電解質燃料電池においては、ヘッダ１１０の供給室１１０ｃ内に水素やメタンなどのような燃料ガス１を供給すると共に、セルチューブ１１１の外周面に沿って酸素や空気などのような酸化剤ガス２を供給すると、燃料ガス１が各案内管１１４に対してバラツキのない流量で流入してセルチューブ１１１の内部へ供給され、セルチューブ１１１の内周面に沿って当該セルチューブ１１１の他端側から一端側へ向かって流通することにより、燃料ガス１と酸化剤ガス２とがセルチューブ１１１の前記電池膜で電気化学的に反応して電力を発生し、当該電力が前記集電キャップ１１３等を介して外部に取り出される。
【０００５】
このようにして発電に供された使用済みの燃料ガス１は、セルチューブ１１１の上端の前記案内管１１２との隙間からヘッダ１１０の排出室１１０ｄ内に送出された後、外部に排出される。一方、発電に供された使用済みの酸化剤ガス２は、図示しない排出管を介して外部に送出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような従来の円筒型固体電解質燃料電池において、例えば、何らかの原因でセルチューブ１１１が損傷して燃料ガス１と酸化剤ガス２との隔壁としての機能を失ってしまうと、ヘッダ１１０の排出室１１０ｄ内の圧力がセルチューブ１１１の外側の圧力よりも高いため、排出室１１０ｄ内の燃料ガス１がセルチューブ１１１の上端側から内部に逆流入してセルチューブ１１１の外部へ流出してしまい、発電能力が大幅に低下してしまう場合があった。
【０００７】
このようなことから、本発明は、セルが損傷してしまっても、発電能力の低下を抑えることができる燃料電池を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、本発明による燃料電池は、基体管の表面に電池膜を形成した円筒型のセルチューブの内面及び外面のいずれか一方の面に燃料ガスを流通させると共に、当該セルチューブの内面及び外面のいずれか他方の面に酸化剤ガスを流通させることにより燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電力を発生させる燃料電池において、前記セルチューブの内面を流通するガスの排出口の大きさを絞ると共に、蛇腹状のベローズ部を有する金属製の絞り部材を備えたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明による燃料電池の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１０】
［第一番目の参照例］
本発明による燃料電池の理解を容易にするための第一番目の参照例を図１，２を用いて説明する。図１は、円筒型固体電解質燃料電池の全体概略構成図、図２は、要部の抽出拡大図である。
【００１１】
図１に示すように、ヘッダ１０の内部は、仕切板１０ａにより上下方向に区分けされ、上方が供給室１０ｃとして構成され、下方が排出室１０ｄとして構成されている。ヘッダ１０の底板１０ｂには、多孔質性の基体管の外周面に電池膜を形成された円筒型の複数のセルチューブ１１の上端側（一端側）が上記排出室１０ｄと連通するようにしてそれぞれ連結支持されており、当該セルチューブ１１は、その下端側（他端側）が閉塞されている。これらセルチューブ１１の内部には、案内管１２が同軸をなしてそれぞれ挿入されており、当該案内管１２は、その一端側（上端側）が上記供給室１０ｃと連通するように上記ヘッダ１０の仕切板１０ａにそれぞれ連結支持されている。
【００１２】
図２に示すように、セルチューブ１１の上端部には、筒状をなす集電キャップ１３が嵌合しており、当該集電キャップ１３は、当該セルチューブ１３の内部に嵌合する接続円筒部１３ａと、当該接続円筒部１３ａの上端に形成された環状のフランジ部１３ｂと、当該フランジ部１３ａ上に上記接続円筒部１３ａと同軸をなして立設されて当該接続円筒部１３ａよりも大径をなす取付円筒部１３ｃとを備え、上記接続円筒部１３ａがセルチューブ１１の前記電池膜と電気的に接続されている。
【００１３】
前記集電キャップ１３のフランジ部１３ｂ上には、セラミックス繊維などのような通気性、耐熱性、可撓性を有する材料からなる筒状（試験管型）の逆流防止部材である多孔質体２０が集電キャップ１３と案内管１２との隙間（燃料ガス１の排出口）を覆うようにして前記取付円筒部１３ｃの内側に差し込まれて取り付けられている。
【００１４】
このような構造をなす円筒型固体電解質燃料電池においては、ヘッダ１０の供給室１０ｃ内に水素やメタンなどのような燃料ガス１を供給すると共に、セルチューブ１１の外面（他方の面）に沿って酸素や空気などのような酸化剤ガス２を供給すると、燃料ガス１が各案内管１４に対してバラツキのない流量で流入してセルチューブ１１の内部へ供給され、セルチューブ１１の内面（一方の面）に沿って当該セルチューブ１１の他端側から一端側へ向かって流通することにより、燃料ガス１と酸化剤ガス２とがセルチューブ１１の前記電池膜で電気化学的に反応して電力を発生し、当該電力が前記集電キャップ１３等を介して外部に取り出される。
【００１５】
このようにして発電に供された使用済みの燃料ガス１は、セルチューブ１１の上端の案内管１２との隙間の燃料ガス１の排出口から多孔質体２０を透過してヘッダ１０の排出室１０ｄ内に送出された後、外部に排出される。一方、発電に供された使用済みの酸化剤ガス２は、図示しない排出管を介して外部に送出される。
【００１６】
このようにして発電を行っている際に、例えば、何らかの原因でセルチューブ１１が損傷して燃料ガス１と酸化剤ガス２との隔壁としての機能を失ってしまっても、多孔質体２０が集電キャップ１３と案内管１２との隙間の燃料ガス１の排出口を覆うようにして配設されているので、ヘッダ１０の排出室１０ｄ内の圧力がセルチューブ１１の外側の圧力よりも高いものの、多孔質体２０が圧損抵抗となるため、排出室１０ｄ内の使用済みの燃料ガス１のセルチューブ１１内部への逆流入が抑制され、セルチューブ１１外部への流出が抑制される。
【００１７】
したがって、このような燃料電池によれば、セルチューブ１１が損傷してしまっても、発電能力の低下を抑えることができ、安定した発電を維持することができる。
【００１８】
また、多孔質体２０が可撓性を有するので、組み付けの際にセルチューブ１１の軸心に対して案内管１２の軸心が傾斜してしまっても、多孔質体２０の損傷を防止することができ、セルチューブ１１と案内管１２との軸心を一致させるように組み付け直すことが簡単にできる。
【００１９】
［第二番目の参照例］
本発明による燃料電池の理解を容易にするための第二番目の参照例を図３を用いて説明する。図３は、要部の概略構成図である。ただし、前述した第一番目の参照例の場合と同様な部分については、その説明を省略し、前述した第一番目の参照例と異なる部分についてだけ説明する。
【００２０】
図３に示すように、集電キャップ１３のフランジ部１３ｂ上には、セラミックス繊維などのような通気性および耐熱性を有する材料からなる筒状（試験管型）の逆流防止部材である多孔質体２１が集電キャップ１３と案内管１２との隙間の燃料ガス１の排出口を覆うように取付円筒部１３ｃの外側に差し込まれて取り付けられている。
【００２１】
すなわち、前述した第一番目の参照例では、多孔質体２０を集電キャップ１３の取付円筒部１３ｃの内側に差し込むようにして取り付けたが、本参照例では、多孔質体２１を集電キャップ１３の取付円筒部１３ｃの外側に差し込むようにして取り付けたのである。
【００２２】
このため、前述した第一番目の参照例の場合と同様に、例えば、何らかの原因でセルチューブ１１が損傷して燃料ガス１と酸化剤ガス２との隔壁としての機能を失ってしまっても、多孔質体２１が集電キャップ１３と案内管１２との隙間の燃料ガス１の排出口を覆うようにして配設されているので、ヘッダ１０の排出室１０ｄ内の圧力がセルチューブ１１の外側の圧力よりも高いものの、多孔質体２１が圧損抵抗となるため、排出室１０ｄ内の使用済みの燃料ガス１のセルチューブ１１内部への逆流入が抑制され、セルチューブ１１外部への流出が抑制される。
【００２３】
したがって、本参照例の燃料電池のセル構造によれば、前述した第一番目の参照例の場合と同様に、セルチューブ１１の損傷時の発電能力の低下の抑制やセルチューブ１１に対する案内管１２の組み付け直しの容易化を図ることができるのはもちろんのこと、集電キャップ１３の取付円筒部１３ｃの外側に多孔質体２１を差し込んで取り付けるようにしたので、集電キャップ１３の取付円筒部１３ｃの内側に多孔質体２０を差し込んで取り付けるようにした第一番目の参照例の場合よりも、多孔質体２１を簡単に取り付けることができ、第一番目の参照例の場合よりも組立作業性を向上させることができる。
【００２４】
［第三番目の参照例］
本発明による燃料電池の理解を容易にするための第三番目の参照例を図４を用いて説明する。図４は、要部の概略構成図である。ただし、前述した第一，二番目の参照例の場合と同様な部分については、その説明を省略し、前述した第一，二番目の参照例と異なる部分についてだけ説明する。
【００２５】
図４に示すように、集電キャップ１３の取付円筒部１３ｃの内部には、セラミックス繊維などのような通気性および耐熱性を有する材料からなる環状（円盤状）の逆流防止部材である多孔質体２２が集電キャップ１３と案内管１２との隙間の燃料ガス１の排出口を塞ぐように差し込まれており、当該多孔質体２２は、上記取付円筒部１３ｃの内周面に嵌合する下部押えリング１３ｄと上部押えリング１３ｅとで挾持されて当該集電キャップ１３に取り付けられている。
【００２６】
すなわち、前述した第一，二番目の参照例では、筒状（試験管型）をなす多孔質体２０，２１を集電キャップ１３の取付円筒部１３ｃに差し込んで取り付けるようにしたが、本参照例では、環状（円盤状）をなす多孔質体２２を集電キャップ１３の取付円筒部１３ｃの内周面に押えリング１３ｄ，１３ｅで挾持して取り付けるようにしたのである。
【００２７】
このため、前述した第一，二番目の参照例の場合と同様に、例えば、何らかの原因でセルチューブ１１が損傷して燃料ガス１と酸化剤ガス２との隔壁としての機能を失ってしまっても、多孔質体２２が集電キャップ１３と案内管１２との隙間の燃料ガス１の排出口を塞ぐようにして配設されているので、ヘッダ１０の排出室１０ｄ内の圧力がセルチューブ１１の外側の圧力よりも高いものの、多孔質体２２が圧損抵抗となるため、排出室１０ｄ内の使用済みの燃料ガス１のセルチューブ１１内部への逆流入が抑制され、セルチューブ１１外部への流出が抑制される。
【００２８】
したがって、本参照例によれば、前述した第一，二番目の参照例の場合と同様に、セルチューブ１１の損傷時の発電能力の低下の抑制やセルチューブ１１に対する案内管１２の組み付け直しの容易化を図ることができる。
【００２９】
［主な実施の形態］
本発明による燃料電池の主な実施の形態を図５を用いて説明する。図５は、要部の概略構成図である。ただし、前述した第一〜三番目の参照例の場合と同様な部分については、その説明を省略し、前述した第一〜三番目の参照例と異なる部分についてだけ説明する。
【００３０】
図５に示すように、集電キャップ１３のフランジ部１３ｂ上には、当該集電キャップ１３と前記案内管１２との隙間の燃料ガス１の排出口の大きさを絞る筒状をなす金属製の絞り部材２３が取付円筒部１３ｃの内側に差し込まれて取り付けられており、当該絞り部材２３は、上記取付円筒部１３ｃの内側に嵌合する円筒状の嵌合部２３ａと、当該嵌合部２３ａに連続すると共に可撓性を有するように蛇腹状に形成されたベローズ部２３ｂと、当該ベローズ部２３ｂに連続すると共に径方向内側を向くフランジ部２３ｃと、当該フランジ部２３ｃに連続すると共に案内管１２の外周面との間に所定の大きさの隙間を有するように当該案内管１２の外周面に近接する円筒状の絞り部２３ｄとを備えている。
【００３１】
すなわち、前述した第一〜三番目の参照例では、セラミックス繊維などのような材料からなる多孔質体２０，２１，２２を用いたが、本実施の形態では、金属製の絞り部材２３を用いるようにしたのである。
【００３２】
このような本実施の形態では、何らかの原因でセルチューブ１１が損傷して燃料ガス１と酸化剤ガス２との隔壁としての機能を失ってしまっても、絞り部材２３により、セルチューブ１１の上端と案内管１２との隙間の燃料ガス１の排出口が絞られているので、ヘッダ１０の排出室１０ｄ内の圧力がセルチューブ１１の外側の圧力よりも高いものの、当該絞り部材２３の絞り筒２３ｄが抵抗となるため、排出室１０ｄ内の使用済みの燃料ガス１のセルチューブ１１内部への逆流入が抑制され、セルチューブ１１外部への流出が抑制される。
【００３３】
したがって、本実施の形態によれば、前述した第一〜三番目の参照例の場合と同様に、セルチューブ１１が損傷してしまっても、発電能力の低下を抑えることができ、安定した発電を維持することができると共に、組み付けの際にセルチューブ１１の軸心に対して案内管１２の軸心が傾斜してしまっても、案内管１２の当該傾斜に対応して絞り部材２３のベローズ部２３ｂが撓むので、絞り部材２３の損傷を防止することができ、セルチューブ１１と案内管１２との軸心を一致させるように組み付け直すことが簡単にできる。
【００３４】
［第四番目の参照例］
本発明による燃料電池の理解を容易にするための第四番目の参照例を図６，７を用いて説明する。図６は、円筒型固体電解質燃料電池の概略構成図、図７は、要部の概略構成図である。ただし、前述した第一〜三番目の参照例及び主な実施の形態の場合と同様な部分については、その説明を省略し、前述した第一〜三番目の参照例及び主な実施の形態と異なる部分についてだけ説明する。
【００３５】
図６に示すように、供給ヘッダ１４の側板１４ａには、多孔質性の基体管の外周面に電池膜を形成された円筒型の複数のセルチューブ１６の一端側が当該供給ヘッダ１４の内部と連通するようにそれぞれ連結支持されている。これらセルチューブ１６の他端側は、排出ヘッダ１５の側板１５ａに当該排出ヘッダ１５の内部と連通するようにしてそれぞれ連結支持されている。
【００３６】
つまり、前述した第一〜三番目の参照例及び主な実施の形態は、セルチューブ１６の一端側から供給した燃料ガス１をセルチューブ１６の一端側から排出するようにした片端閉鎖タイプの円筒型固体電解質燃料電池であったが、本参照例は、セルチューブ１６の一端側から供給した燃料ガス１をセルチューブ１６の他端側から排出するようにした両端開放タイプの円筒型固体電解質燃料電池なのである。
【００３７】
図７に示すように、セルチューブ１６の他端部には、セラミックス繊維などのような通気性、耐熱性、可撓性を有する材料からなる筒状（試験管型）の逆流防止部材である多孔質体２４が嵌合している。
【００３８】
また、セルチューブ１６の一端部にも、上記多孔質体２４が嵌合しており、前述した第一〜三番目の参照例及び主な実施の形態の片端閉鎖タイプにおいて、案内管１２で行っていたセルチューブ１６への燃料ガス１の供給バラツキの抑制作用を両端開放タイプにおいても発現できるようにしている。
【００３９】
このような構造をなす円筒型固体電解質燃料電池においては、供給ヘッダ１４内に燃料ガス１を供給すると共に、セルチューブ１６の外面（他方の面）に沿って酸化剤ガス２を供給すると、燃料ガス１がセルチューブ１６の一端側から多孔質体２４を介してバラツキのない流量で流入し、セルチューブ１６の内面（一方の面）に沿って当該セルチューブ１６の一端側から他端側へ向かって流通することにより、燃料ガス１と酸化剤ガス２とがセルチューブ１６の前記電池膜で電気化学的に反応して電力を発生する。
【００４０】
このようにして発電に供された使用済みの燃料ガス１は、セルチューブ１６の他端側から多孔質体２４を透過して排出ヘッダ１５内に送出された後、外部に排出される。一方、発電に供された使用済みの酸化剤ガス２は、図示しない排出管を介して外部に送出される。
【００４１】
このようにして発電を行っている際に、例えば、何らかの原因でセルチューブ１６が損傷して燃料ガス１と酸化剤ガス２との隔壁としての機能を失ってしまっても、セルチューブ１６の他端側の燃料ガス１の排出口が多孔質体２４で覆われているので、排出ヘッダ１５内の圧力がセルチューブ１６の外側の圧力よりも高いものの、多孔質体２４が圧損抵抗となるため、排出ヘッダ１５内の使用済みの燃料ガス１のセルチューブ１６内部への逆流入が抑制され、セルチューブ１６外部への流出が抑制される。
【００４２】
したがって、このような燃料電池によれば、前述した第一〜三番目の参照例及び主な実施の形態の場合と同様に、セルチューブ１６が損傷してしまっても、発電能力の低下を抑えることができ、安定した発電を維持することができる。
【００４３】
［第五番目の参照例］
本発明による燃料電池の理解を容易にするための第五番目の参照例を図８を用いて説明する。図８は、要部の概略構成図である。ただし、前述した第四番目の参照例の場合と同様な部分については、その説明を省略し、前述した第四番目の参照例と異なる部分についてだけ説明する。
【００４４】
図８に示すように、セルチューブ１６の他端部には、セラミックス繊維などのような通気性、耐熱性、可撓性を有する材料からなる逆流防止部材である多孔質体２５が詰め込まれている。また、セルチューブ１６の一端部にも、上記多孔質体２５が詰め込まれている。
【００４５】
つまり、前述した第四番目の参照例では、筒状（試験管型）の多孔質体２４をセルチューブ１６の端部に嵌合するようにしたが、本参照例では、多孔質体２５をセルチューブ１６の端部に詰め込むようにしたのである。
【００４６】
このため、前述した第四番目の参照例の場合と同様に、何らかの原因でセルチューブ１６が損傷して燃料ガス１と酸化剤ガス２との隔壁としての機能を失ってしまっても、セルチューブ１６の他端側の燃料ガス１の排出口が多孔質体２５で閉塞されているので、排出ヘッダ１５内の圧力がセルチューブ１６の外側の圧力よりも高いものの、多孔質体２５が圧損抵抗となるため、排出ヘッダ１５内の使用済みの燃料ガス１のセルチューブ１６内部への逆流入が抑制され、セルチューブ１６外部への流出が抑制される。
【００４７】
したがって、本参照例によれば、前述した第四番目の参照例の場合と同様に、セルチューブ１６の損傷時の発電能力の低下の抑制を図ることができると共に、多孔質体２５をセルチューブ１６の端部に詰め込むだけで組み付けることができるので、前述した第四番目の参照例の場合よりも組み付け作業を簡単に行うことができる。
【００４８】
［第六番目の参照例］
本発明による燃料電池の理解を容易にするための第六番目の参照例を図９を用いて説明する。図９は、要部の概略構成図である。ただし、前述した第四，五番目の参照例の場合と同様な部分については、その説明を省略し、前述した第四，五番目の参照例と異なる部分についてだけ説明する。
【００４９】
図９に示すように、セルチューブ１６の他端部には、当該セルチューブ１６の他端側（燃料ガス１の排出口）の大きさを絞る筒状をなす金属製の絞り部材２６が嵌合しており、当該絞り部材２６は、当該セルチューブ１６の端部に嵌合する円筒状の嵌合部２６ａと、当該嵌合部２６ａに連続すると共に径方向内側を向くフランジ部２６ｃと、当該フランジ部２６ｃに連続すると共に上記嵌合部２６ａよりも小径をなして所定の径サイズをなす円筒状の絞り部２６ｄとを備えている。また、セルチューブ１６の一端部にも、上記絞り部材２６が嵌合している。
【００５０】
すなわち、前述した第四，五番目の参照例では、セラミックス繊維などのような材料からなる多孔質体２４，２５を用いたが、本参照例では、金属製の絞り部材２６を用いるようにしたのである。
【００５１】
このような本参照例では、何らかの原因でセルチューブ１６が損傷して燃料ガス１と酸化剤ガス２との隔壁としての機能を失ってしまっても、絞り部材２６により、セルチューブ１６の他端側の燃料ガス１の排出口が絞られているので、供給ヘッダ１４内の圧力がセルチューブ１６の外側の圧力よりも高いものの、当該絞り部材２６の絞り筒２６ｄが抵抗となるため、排出ヘッダ１５内の使用済みの燃料ガス１のセルチューブ１６内部への逆流入が抑制され、セルチューブ１６外部への流出が抑制される。
【００５２】
したがって、本参照例によれば、前述した第四，五番目の参照例の場合と同様に、セルチューブ１６が損傷してしまっても、発電能力の低下を抑えることができ、安定した発電を維持することができる。
【００５３】
［第七番目の参照例］
本発明による燃料電池の理解を容易にするための第七番目の参照例を図１０を用いて説明する。図１０は、要部の概略構成図である。ただし、前述した第四〜六番目の参照例の場合と同様な部分については、その説明を省略し、前述した第四〜六番目の参照例と異なる部分についてだけ説明する。
【００５４】
図１０に示すように、セルチューブ１６の他端部には、当該セルチューブ１６の他端側（燃料ガス１の排出口）の大きさを絞る筒状をなす金属製の絞り部材２７が嵌合しており、当該絞り部材２７は、当該セルチューブ１６の端部に嵌合する円筒状の嵌合部２７ａと、当該嵌合部２７ａに連続するオリフィス型の絞り部２７ｄとを備えている。また、セルチューブ１６の一端部にも、上記絞り部材２７が嵌合している。
【００５５】
すなわち、前述した第六番目の参照例では、円筒型の絞り部２６ｄを有する絞り部材２６を用いたが、本参照例では、オリフィス型の絞り部２７ｄを有する絞り部材２７を用いるようにしたのである。
【００５６】
このため、本参照例では、何らかの原因でセルチューブ１６が損傷して燃料ガス１と酸化剤ガス２との隔壁としての機能を失ってしまっても、前述した第六番目の参照例の場合と同様に、絞り部材２７により、セルチューブ１６の他端側の燃料ガス１の排出口が絞られているので、供給ヘッダ１４内の圧力がセルチューブ１６の外側の圧力よりも高いものの、当該絞り部材２７の絞り筒２７ｄが抵抗となるため、排出ヘッダ１５内の使用済みの燃料ガス１のセルチューブ１６内部への逆流入が抑制され、セルチューブ１６外部への流出が抑制される。
【００５７】
したがって、本参照例によれば、前述した第四〜六番目の参照例の場合と同様に、セルチューブ１６が損傷してしまっても、発電能力の低下を抑えることができ、安定した発電を維持することができる。
【００５８】
［第八番目の参照例］
本発明による燃料電池の理解を容易にするための第八番目の参照例を図１１を用いて説明する。図１１は、要部の概略構成図である。ただし、前述した第四〜七番目の参照例の場合と同様な部分については、その説明を省略し、前述した第四〜七番目の参照例と異なる部分についてだけ説明する。
【００５９】
図１１に示すように、一端側を開放されて他端側を閉塞された多孔質性の基体管１１ａの表面を電池膜１１ｂで覆ったセルチューブ１１は、その閉塞された他端面に、所定の径サイズの孔１１ｃが形成されている。上記セルチューブ１１は、一端側が供給ヘッダ１４の内部と連通するように当該供給ヘッダ１４の側板１４ａに連結支持され、他端側が排出ヘッダ１５の内部と連通するように当該排出ヘッダ１５の側板１５ａに連結支持されている。上記セルチューブ１１の一端側には、前述した第四〜七番目の参照例で用いた多孔質体２４，２５や絞り部材２６，２７のうちのいずれかが設けられている。
【００６０】
すなわち、本参照例で用いたセルチューブ１１は、前述した第一〜三番目の参照例及び主な実施の形態で用いた片端閉塞タイプのセルチューブ１１の閉塞された端部に所定の径サイズの孔１１ｃを開けたものなのである。
【００６１】
このため、本参照例では、何らかの原因でセルチューブ１１が損傷して燃料ガス１と酸化剤ガス２との隔壁としての機能を失ってしまっても、セルチューブ１１の他端側の燃料ガス１の排出口が所定の径サイズの孔１１ｃとなっているので、供給ヘッダ１４内の圧力がセルチューブ１１の外側の圧力よりも高いものの、上記孔１１ｃが圧損抵抗となるため、排出ヘッダ１５内の使用済みの燃料ガス１のセルチューブ１１内部への逆流入が抑制され、セルチューブ１１外部への流出が抑制される。
【００６２】
したがって、本参照例によれば、前述した第四〜七番目の参照例の場合と同様に、セルチューブ１１の損傷時の発電能力の低下の抑制を図ることができると共に、片端閉鎖タイプのセルチューブ１１に孔１１ｃを形成するだけで済むので、前述した第四〜七番目の参照例の場合よりも、製作にかかる手間およびコストの低減を図ることができる。
【００６３】
［第九番目の参照例］
本発明による燃料電池の理解を容易にするための第九番目の参照例を図１２を用いて説明する。図１２は、要部の概略構成図である。ただし、前述した第四〜八番目の参照例の場合と同様な部分については、その説明を省略し、前述した第四〜八番目の参照例と異なる部分についてだけ説明する。
【００６４】
図１２に示すように、セルチューブ１７は、一端側を開放されて他端側を閉塞された多孔質性の基体管１７ａの他端面のみを露出させるように当該基体管１７ａの外周面側だけが電池膜１１ｂで覆われている。上記セルチューブ１７は、一端側が供給ヘッダ１４の内部と連通するように当該供給ヘッダ１４の側板１４ａに連結支持され、他端側が排出ヘッダ１５の内部と連通するように当該排出ヘッダ１５の側板１５ａに連結支持されている。上記セルチューブ１１の一端側には、前述した第四〜七番目の参照例で用いた多孔質体２４，２５や絞り部材２６，２７のうちのいずれかが設けられている。
【００６５】
すなわち、前述した第八番目の参照例では、前述した第一〜三番目の参照例及び主な実施の形態で用いた片端閉塞タイプのセルチューブ１１の閉塞された端部に所定の径サイズの孔１１ｃを開けることにより、燃料ガス１の流通を可能にしながら圧損抵抗を生じさせるようにしたが、本参照例では、片端閉塞タイプの多孔質性の基体管１７ａの閉塞された端部を電池膜１７ｂで覆うことなく露出させたセルチューブ１７を用いることにより、基体管１７ａの閉塞された端部での燃料ガス１の流通を可能にしながら圧損抵抗を生じさせるようにしたのである。
【００６６】
このため、本参照例では、何らかの原因でセルチューブ１７が損傷して燃料ガス１と酸化剤ガス２との隔壁としての機能を失ってしまっても、セルチューブ１７の他端側の燃料ガス１の排出口が多孔質体で覆われている状態なので、排出ヘッダ１５内の使用済みの燃料ガス１のセルチューブ１７内部への逆流入が抑制され、セルチューブ１７外部への流出が抑制される。
【００６７】
したがって、本参照例によれば、前述した第四〜八番目の参照例の場合と同様に、セルチューブ１７の損傷時の発電能力の低下の抑制を図ることができると共に、基体管１７ａの表面に形成する電池膜１７ｂの面積を少なくするだけで実現可能となるので、前述した第四〜七番目の参照例の場合よりも、製作にかかる手間およびコストの低減を図ることができる。
【００６８】
［他の参照例及び実施の形態］
なお、前述した各参照例及び実施の形態では、セルチューブ１１，１６，１７の内面に燃料ガス１を流通させ、セルチューブ１１，１６，１７の外面に酸化剤ガス２を流通させるようにした円筒型固体電解質燃料電池に適用した場合について説明したが、本発明は、これに限らず、セルチューブ１１，１６，１７の内面に酸化剤ガス２を流通させ、セルチューブ１１，１６，１７の外面に燃料ガス１を流通させるようにした円筒型固体電解質燃料電池の場合（例えば図１３参照）であっても、前述した参照例及び実施の形態の場合と同様にして適用することができる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明による燃料電池は、基体管の表面に電池膜を形成した円筒型のセルチューブの内面及び外面のいずれか一方の面に燃料ガスを流通させると共に、当該セルチューブの内面及び外面のいずれか他方の面に酸化剤ガスを流通させることにより燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電力を発生させる燃料電池において、前記セルチューブの内面を流通するガスの排出口の大きさを絞ると共に、蛇腹状のベローズ部を有する金属製の絞り部材を備えたことから、何らかの原因でセルチューブが損傷して燃料ガスと酸化剤ガスとの隔壁としての機能を失ってしまっても、排出口から排出された使用済みの上記ガスのセルチューブ内への逆流入を抑制することができるので、発電能力の低下を抑えることができ、安定した発電を維持することが確実にできると共に、燃料電池の運転時や組み付けの際の損傷の防止を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料電池の理解を容易にするための第一番目の参照例の全体概略構成図である。
【図２】図１の要部の抽出拡大図である。
【図３】本発明による燃料電池の理解を容易にするための第二番目の参照例の要部の抽出拡大図である。
【図４】本発明による燃料電池の理解を容易にするための第三番目の参照例の要部の抽出拡大図である。
【図５】本発明による燃料電池の主な実施の形態の要部の抽出拡大図である。
【図６】本発明による燃料電池の理解を容易にするための第四番目の参照例の全体概略構成図である。
【図７】図６の要部の抽出拡大図である。
【図８】本発明による燃料電池の理解を容易にするための第五番目の参照例の要部の抽出拡大図である。
【図９】本発明による燃料電池の理解を容易にするための第六番目の参照例の要部の抽出拡大図である。
【図１０】本発明による燃料電池の理解を容易にするための第七番目の参照例の要部の抽出拡大図である。
【図１１】本発明による燃料電池の理解を容易にするための第八番目の参照例の要部の抽出拡大図である。
【図１２】本発明による燃料電池の理解を容易にするための第九番目の参照例の要部の抽出拡大図である。
【図１３】本発明による燃料電池の他の参照例及び実施の形態の要部の抽出拡大図である。
【図１４】従来の円筒型固体電解質燃料電池の一例の全体概略構成図である。
【図１５】図１４の要部の抽出拡大図である。
【符号の説明】
１燃料ガス
２空気
１０ヘッダ
１０ａ仕切板
１０ｂ底板
１０ｃ供給室
１０ｄ排出室
１１セルチューブ
１１ａ基体管
１１ｂ電池膜
１１ｃ孔
１２案内管
１３集電キャップ
１３ａ接続円筒部
１３ｂフランジ部
１３ｃ取付円筒部
１３ｄ下部押えリング
１３ｅ上部押えリング
１４供給ヘッダ
１５排出ヘッダ
１６セルチューブ
１７セルチューブ
１７ａ基体管
１７ｂ電池膜
２０〜２２，２４，２５多孔質体
２３，２６，２７絞り部材
２３ａ，２６ａ，２７ａ嵌合部
２３ｂベローズ部
２３ｃ，２６ｃフランジ部
２３ｄ，２６ｄ，２７ｄ絞り部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a cell structure thereof.
[0002]
[Prior art]
FIG. 14 shows a schematic configuration of an example of a conventional cylindrical solid electrolyte fuel cell, and FIG. 15 shows a schematic configuration of a main part thereof.
[0003]
As shown in FIG. 14, the inside of the header 110 is partitioned in the vertical direction by a partition plate 110a, the upper part is configured as a supply chamber 110c, and the lower part is configured as a discharge chamber 110d. The bottom plate 110b of the header 110 is connected in a plural number so that the upper end side (one end side) of a cylindrical cell tube 111 having a battery film formed on the outer peripheral surface of the porous base tube communicates with the discharge chamber 110d. The lower end side (the other end side) of the cell tube 111 is closed. Inside these cell tubes 111, guide tubes 112 are inserted coaxially, and the guide tubes 112 are connected to the supply chamber 110c so that one end side (upper end side) thereof communicates with the supply chamber 110c. Each of the partition plates 110a is connected and supported. As shown in FIG. 15, a cylindrical current collecting cap 113 is fitted to the upper end portion of the cell tube 111, and the current collecting cap 113 is electrically connected to the battery membrane of the cell tube 111. Connected.
[0004]
In the cylindrical solid electrolyte fuel cell having such a structure, the fuel gas 1 such as hydrogen or methane is supplied into the supply chamber 110c of the header 110, and oxygen or air is supplied along the outer peripheral surface of the cell tube 111. When the oxidant gas 2 is supplied, the fuel gas 1 flows into the guide tubes 114 at a flow rate without variation, and is supplied to the inside of the cell tube 111, along the inner peripheral surface of the cell tube 111. By flowing from the other end side to the one end side of the cell tube 111, the fuel gas 1 and the oxidant gas 2 electrochemically react with the battery membrane of the cell tube 111 to generate electric power, Electric power is taken out through the current collecting cap 113 and the like.
[0005]
The spent fuel gas 1 used for power generation in this way is sent into the discharge chamber 110d of the header 110 from the gap between the upper end of the cell tube 111 and the guide tube 112 and then discharged to the outside. On the other hand, the used oxidant gas 2 used for power generation is sent to the outside through a discharge pipe (not shown).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional cylindrical solid electrolyte fuel cell as described above, for example, if the cell tube 111 is damaged for some reason and loses its function as a partition between the fuel gas 1 and the oxidant gas 2, the header 110 is discharged. Since the pressure in the chamber 110 d is higher than the pressure outside the cell tube 111, the fuel gas 1 in the discharge chamber 110 d flows back into the inside from the upper end side of the cell tube 111 and flows out to the outside of the cell tube 111. In some cases, the power generation capacity was greatly reduced.
[ 0007 ]
In view of the above, an object of the present invention is to provide a fuel cell capable of suppressing a decrease in power generation capacity even if a cell is damaged.
[ 0008 ]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a fuel cell according to the present invention circulates fuel gas on one of an inner surface and an outer surface of a cylindrical cell tube in which a battery membrane is formed on the surface of a base tube. In a fuel cell for generating electric power by electrochemically reacting a fuel gas and an oxidant gas by causing an oxidant gas to flow through either the inner surface or the outer surface of the cell tube, the inner surface of the cell tube is A feature of the present invention is that a metal throttle member having a bellows-like bellows portion is provided while reducing the size of a gas discharge port.
[ 0009 ]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the fuel cell according to the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these embodiments.
[ 0010 ]
[First Reference example ]
Fuel cell according to the invention To facilitate understanding The first of Reference example Will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of a cylindrical solid electrolyte fuel cell, and FIG. 2 is an enlarged view of essential parts.
[ 0011 ]
As shown in FIG. 1, the interior of the header 10 is divided in a vertical direction by a partition plate 10a, and the upper portion is configured as a supply chamber 10c and the lower portion is configured as a discharge chamber 10d. On the bottom plate 10b of the header 10, the upper end side (one end side) of a plurality of cylindrical cell tubes 11 each having a battery film formed on the outer peripheral surface of a porous base tube communicate with the discharge chamber 10d. Each cell tube 11 is connected and supported, and the lower end side (the other end side) of the cell tube 11 is closed. Inside these cell tubes 11, guide tubes 12 are inserted coaxially, and the guide tubes 12 are connected to the supply chamber 10c so that one end side (upper end side) thereof communicates with the supply chamber 10c. Each of the partition plates 10a is connected and supported.
[ 0012 ]
As shown in FIG. 2, a cylindrical current collecting cap 13 is fitted to the upper end portion of the cell tube 11, and the current collecting cap 13 is connected to the inside of the cell tube 13. A portion 13a, an annular flange portion 13b formed at the upper end of the connection cylindrical portion 13a, and a shaft erected on the flange portion 13a so as to be coaxial with the connection cylindrical portion 13a and larger than the connection cylindrical portion 13a. A connecting cylindrical portion 13 c having a diameter is provided, and the connecting cylindrical portion 13 a is electrically connected to the battery membrane of the cell tube 11.
[ 0013 ]
On the flange portion 13b of the current collecting cap 13, a porous body 20 which is a tubular (test tube type) backflow prevention member made of a material having air permeability, heat resistance and flexibility such as ceramic fiber. Is inserted and attached to the inside of the mounting cylindrical portion 13c so as to cover the gap (discharge port of the fuel gas 1) between the current collecting cap 13 and the guide tube 12.
[ 0014 ]
In the cylindrical solid electrolyte fuel cell having such a structure, the fuel gas 1 such as hydrogen or methane is supplied into the supply chamber 10c of the header 10 and along the outer surface (the other surface) of the cell tube 11. When the oxidant gas 2 such as oxygen or air is supplied, the fuel gas 1 flows into each guide tube 14 at a flow rate without variation, and is supplied to the inside of the cell tube 11. The fuel gas 1 and the oxidant gas 2 electrochemically react with each other in the battery membrane of the cell tube 11 by flowing from the other end side to the one end side of the cell tube 11 along one surface). The electric power is generated, and the electric power is taken out through the current collecting cap 13 and the like.
[ 0015 ]
The spent fuel gas 1 used for power generation in this way passes through the porous body 20 from the discharge port of the fuel gas 1 in the gap with the guide tube 12 at the upper end of the cell tube 11 and discharge chamber of the header 10. After being sent out within 10d, it is discharged to the outside. On the other hand, the used oxidant gas 2 used for power generation is sent to the outside through a discharge pipe (not shown).
[ 0016 ]
When power generation is performed in this manner, even if the cell tube 11 is damaged for some reason and loses its function as a partition between the fuel gas 1 and the oxidant gas 2, for example, the porous body 20 Since it is disposed so as to cover the discharge port of the fuel gas 1 in the gap between the current collecting cap 13 and the guide tube 12, the pressure in the discharge chamber 10 d of the header 10 is higher than the pressure outside the cell tube 11. However, since the porous body 20 becomes a pressure loss resistance, the reverse flow of the spent fuel gas 1 in the discharge chamber 10d into the cell tube 11 is suppressed, and the outflow to the outside of the cell tube 11 is suppressed.
[ 0017 ]
Therefore, according to such a fuel cell, even if the cell tube 11 is damaged, it is possible to suppress a decrease in power generation capacity and to maintain stable power generation.
[ 0018 ]
Moreover, since the porous body 20 has flexibility, even if the axial center of the guide tube 12 is inclined with respect to the axial center of the cell tube 11 during assembly, the porous body 20 is prevented from being damaged. It is possible to easily reassemble the cell tube 11 and the guide tube 12 so that their axes coincide with each other.
[ 0019 ]
[Second Reference example ]
Fuel cell according to the invention To facilitate understanding The second of Reference example Will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a main part. However, the first mentioned above Reference example For the same parts as in, the explanation is omitted and the first part mentioned above is omitted. Reference example Only the differences will be described.
[ 0020 ]
As shown in FIG. 3, on the flange portion 13 b of the current collecting cap 13, a porous material that is a cylindrical (test tube type) backflow prevention member made of a material having air permeability and heat resistance such as ceramic fibers. The body 21 is inserted and attached to the outside of the attachment cylindrical portion 13 c so as to cover the discharge port of the fuel gas 1 in the gap between the current collecting cap 13 and the guide tube 12.
[ 0021 ]
That is, the first mentioned above Reference example Then, the porous body 20 was attached so as to be inserted inside the attachment cylindrical portion 13 c of the current collecting cap 13. Reference example Then, the porous body 21 is attached so as to be inserted into the outside of the attachment cylindrical portion 13 c of the current collecting cap 13.
[ 0022 ]
For this reason, the first mentioned above Reference example As in the case of the above, even if, for example, the cell tube 11 is damaged for some reason and the function as the partition wall of the fuel gas 1 and the oxidant gas 2 is lost, the porous body 21 guides the current collecting cap 13. Since it is disposed so as to cover the discharge port of the fuel gas 1 in the gap with the pipe 12, the pressure inside the discharge chamber 10 d of the header 10 is higher than the pressure outside the cell tube 11, but the porous body 21. Therefore, the reverse flow of the spent fuel gas 1 in the discharge chamber 10d into the cell tube 11 is suppressed, and the outflow to the outside of the cell tube 11 is suppressed.
[ 0023 ]
So book Reference example According to the fuel cell structure of the first, the first mentioned above Reference example As in the case of the above, it is possible to suppress the decrease in power generation capacity when the cell tube 11 is damaged, and to facilitate the reassembly of the guide tube 12 to the cell tube 11, and to attach the current collecting cap 13. Since the porous body 21 is inserted and attached to the outside of the cylindrical portion 13c, the porous body 20 is inserted and attached to the inside of the mounting cylindrical portion 13c of the current collecting cap 13. Reference example The porous body 21 can be attached more easily than in the case of Reference example The assembly workability can be improved as compared with the case of.
[ 0024 ]
[Third Reference example ]
Fuel cell according to the invention To facilitate understanding The third of Reference example Will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a main part. However, the first and second mentioned above Reference example For the same parts as in, the explanation is omitted, and the first and second mentioned above are omitted. Reference example Only the differences will be described.
[ 0025 ]
As shown in FIG. 4, the inside of the mounting cylindrical portion 13c of the current collecting cap 13 is a porous which is an annular (disc-shaped) backflow prevention member made of a material having air permeability and heat resistance such as ceramic fibers. The body 22 is inserted so as to close the discharge port of the fuel gas 1 in the gap between the current collecting cap 13 and the guide tube 12, and the porous body 22 is fitted to the inner peripheral surface of the mounting cylindrical portion 13c. The lower presser ring 13d and the upper presser ring 13e are clamped and attached to the current collecting cap 13.
[ 0026 ]
That is, the first and second mentioned above Reference example Then, the porous bodies 20 and 21 having a cylindrical shape (test tube type) are inserted into the mounting cylindrical portion 13c of the current collecting cap 13 and mounted. Reference example Then, the porous body 22 having an annular shape (disc shape) is attached to the inner peripheral surface of the mounting cylindrical portion 13c of the current collecting cap 13 by holding with the pressing rings 13d and 13e.
[ 0027 ]
For this reason, the first and second mentioned above Reference example As in the case of the above, even if, for example, the cell tube 11 is damaged for some reason and the function as the partition wall of the fuel gas 1 and the oxidant gas 2 is lost, the porous body 22 guides the current collecting cap 13. Since the discharge port of the fuel gas 1 in the gap with the tube 12 is closed, the pressure inside the discharge chamber 10 d of the header 10 is higher than the pressure outside the cell tube 11, but the porous body 22. Therefore, the reverse flow of the spent fuel gas 1 in the discharge chamber 10d into the cell tube 11 is suppressed, and the outflow to the outside of the cell tube 11 is suppressed.
[ 0028 ]
So book Reference example According to the first and second mentioned above Reference example Similarly to the case, it is possible to suppress the decrease in power generation capacity when the cell tube 11 is damaged and to facilitate reassembly of the guide tube 12 to the cell tube 11.
[ 0029 ]
[ main Embodiment]
Fuel cell according to the invention The main The embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a main part. However, the first to third mentioned above Reference example For the same parts as in, the explanation is omitted, and the first to third mentioned above are omitted. Reference example Only the differences will be described.
[ 0030 ]
As shown in FIG. 5, on the flange portion 13 b of the current collecting cap 13, a cylindrical metal that narrows the size of the discharge port of the fuel gas 1 in the gap between the current collecting cap 13 and the guide tube 12. The throttle member 23 is inserted and attached inside the mounting cylindrical portion 13c. The throttle member 23 includes a cylindrical fitting portion 23a that fits inside the mounting cylindrical portion 13c, and the fitting portion. A bellows portion 23b formed in a bellows shape so as to be flexible while being continuous with 23a, a flange portion 23c continuous with the bellows portion 23b and facing radially inward, and continuous with the flange portion 23c and guided. A cylindrical throttle portion 23d that is close to the outer peripheral surface of the guide tube 12 is provided so as to have a predetermined gap between the outer peripheral surface of the tube 12 and the pipe 12.
[ 0031 ]
That is, the first to third mentioned above Reference example In this embodiment, the porous bodies 20, 21, and 22 made of a material such as ceramic fiber are used. However, in the present embodiment, the metal diaphragm member 23 is used.
[ 0032 ]
In this embodiment, even if the cell tube 11 is damaged for some reason and loses its function as a partition between the fuel gas 1 and the oxidant gas 2, the upper end of the cell tube 11 is caused by the throttle member 23. Since the discharge port of the fuel gas 1 in the gap between the guide tube 12 and the guide tube 12 is throttled, the pressure in the discharge chamber 10d of the header 10 is higher than the pressure outside the cell tube 11, but the throttle tube of the throttle member 23 is concerned. Since 23d becomes resistance, the reverse inflow of the spent fuel gas 1 in the discharge chamber 10d into the cell tube 11 is suppressed, and the outflow to the outside of the cell tube 11 is suppressed.
[ 0033 ]
Therefore, according to the present embodiment, the first to third described above. Reference example As in the case of the above, even if the cell tube 11 is damaged, it is possible to suppress a decrease in power generation capacity, maintain stable power generation, and to the axis of the cell tube 11 during assembly. Even if the axis of the guide tube 12 is inclined, the bellows portion 23b of the throttle member 23 bends corresponding to the inclination of the guide tube 12, so that the throttle member 23 can be prevented from being damaged. It is possible to easily reassemble the tube 11 and the guide tube 12 so that the axial centers thereof coincide with each other.
[ 0034 ]
[No. Four Th Reference example ]
Fuel cell according to the invention To facilitate understanding The first Four Th Reference example Will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a cylindrical solid electrolyte fuel cell, and FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a main part. However, the first three Th Reference examples and main The description of the same parts as those in the embodiment is omitted, and the first to three Th Reference examples and main Only the parts different from the embodiment will be described.
[ 0035 ]
As shown in FIG. 6, the side plate 14 a of the supply header 14 has one end side of a plurality of cylindrical cell tubes 16 in which a battery film is formed on the outer peripheral surface of the porous base tube, and the inside of the supply header 14. Each is connected and supported so as to communicate. The other end sides of these cell tubes 16 are connected and supported by side plates 15a of the discharge header 15 so as to communicate with the inside of the discharge header 15.
[ 0036 ]
That is, the first mentioned above three Th Reference examples and main The embodiment is a cylindrical solid electrolyte fuel cell of one end closed type in which the fuel gas 1 supplied from one end side of the cell tube 16 is discharged from one end side of the cell tube 16. Reference example Is a cylindrical solid electrolyte fuel cell of open both ends type in which the fuel gas 1 supplied from one end side of the cell tube 16 is discharged from the other end side of the cell tube 16.
[ 0037 ]
As shown in FIG. 7, the other end portion of the cell tube 16 is a cylindrical (test tube type) backflow prevention member made of a material having air permeability, heat resistance, and flexibility such as ceramic fiber. The porous body 24 is fitted.
[ 0038 ]
Further, the porous body 24 is also fitted to one end portion of the cell tube 16, and the first to the above-described first to three Th Reference examples and main In the one-end closed type of the embodiment, the effect of suppressing the variation in the supply of the fuel gas 1 to the cell tube 16 performed by the guide tube 12 can be expressed even in the both-end open type.
[ 0039 ]
In the cylindrical solid electrolyte fuel cell having such a structure, when the fuel gas 1 is supplied into the supply header 14 and the oxidant gas 2 is supplied along the outer surface (the other surface) of the cell tube 16, the fuel The gas 1 flows in from the one end side of the cell tube 16 through the porous body 24 at a uniform flow rate, and travels from one end side of the cell tube 16 to the other end side along the inner surface (one surface) of the cell tube 16. The fuel gas 1 and the oxidant gas 2 are electrochemically reacted in the battery membrane of the cell tube 16 to generate electric power.
[ 0040 ]
The spent fuel gas 1 used for power generation in this way passes through the porous body 24 from the other end side of the cell tube 16 and is sent into the discharge header 15 and then discharged to the outside. On the other hand, the used oxidant gas 2 used for power generation is sent to the outside through a discharge pipe (not shown).
[ 0041 ]
When power generation is performed in this way, for example, even if the cell tube 16 is damaged for some reason and loses its function as a partition wall between the fuel gas 1 and the oxidant gas 2, the cell tube 16 Since the discharge port of the fuel gas 1 on the end side is covered with the porous body 24, the pressure inside the discharge header 15 is higher than the pressure outside the cell tube 16, but the porous body 24 becomes a pressure loss resistance. The reverse flow of the spent fuel gas 1 in the discharge header 15 into the cell tube 16 is suppressed, and the outflow to the outside of the cell tube 16 is suppressed.
[ 0042 ]
Therefore, according to such a fuel cell, the above-described first to three Th Reference examples and main As in the case of the embodiment, even if the cell tube 16 is damaged, a decrease in power generation capacity can be suppressed, and stable power generation can be maintained.
[ 0043 ]
[No. Five Th Reference example ]
Fuel cell according to the invention To facilitate understanding The first Five Th Reference example Will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a main part. However, the first mentioned Four Th Reference example The description of the same part as in the case of is omitted, and the above-mentioned part Four Th Reference example Only the differences will be described.
[ 0044 ]
As shown in FIG. 8, the other end of the cell tube 16 is packed with a porous body 25 that is a backflow prevention member made of a material having air permeability, heat resistance, and flexibility such as ceramic fibers. Yes. The porous body 25 is also packed in one end of the cell tube 16.
[ 0045 ]
That is, the first mentioned Four Th Reference example In this case, the cylindrical (test tube type) porous body 24 is fitted to the end of the cell tube 16. Reference example Then, the porous body 25 is packed in the end of the cell tube 16.
[ 0046 ]
For this reason, Four Th Reference example As in the case of, even if the cell tube 16 is damaged for some reason and loses its function as a partition wall between the fuel gas 1 and the oxidant gas 2, the exhaust of the fuel gas 1 on the other end side of the cell tube 16 is lost. Since the outlet is closed with the porous body 25, the pressure in the discharge header 15 is higher than the pressure outside the cell tube 16, but the porous body 25 becomes pressure loss resistance. The reverse inflow of the fuel gas 1 into the cell tube 16 is suppressed, and the outflow to the outside of the cell tube 16 is suppressed.
[ 0047 ]
So book Reference example According to the aforementioned Four Th Reference example As in the case of the above, since it is possible to suppress a decrease in the power generation capacity when the cell tube 16 is damaged, and the porous body 25 can be assembled simply by filling the end portion of the cell tube 16, Four Th Reference example Assembly work can be performed more easily than in the case of.
[ 0048 ]
[No. Six Th Reference example ]
Fuel cell according to the invention To facilitate understanding The first Six Th Reference example Will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a main part. However, the first mentioned Four or five Th Reference example The description of the same part as in the case of is omitted, and the above-mentioned part Four or five Th Reference example Only the differences will be described.
[ 0049 ]
As shown in FIG. 9, a cylindrical metal throttle member 26 that squeezes the size of the other end side of the cell tube 16 (exhaust port for the fuel gas 1) is fitted to the other end portion of the cell tube 16. The throttle member 26 includes a cylindrical fitting portion 26a that is fitted to the end of the cell tube 16, a flange portion 26c that is continuous with the fitting portion 26a and faces radially inward, A cylindrical throttle part 26d that is continuous with the flange part 26c and has a smaller diameter than the fitting part 26a and a predetermined diameter size is provided. The throttle member 26 is also fitted to one end of the cell tube 16.
[ 0050 ]
That is, the first mentioned Four or five Th Reference example In this example, porous bodies 24 and 25 made of a material such as ceramic fiber were used. Reference example Then, the metal diaphragm member 26 is used.
[ 0051 ]
Book like this Reference example Then, even if the cell tube 16 is damaged for some reason and loses its function as a partition between the fuel gas 1 and the oxidant gas 2, the throttle member 26 causes the fuel gas 1 on the other end side of the cell tube 16 to be removed. Since the discharge port is throttled, the pressure in the supply header 14 is higher than the pressure outside the cell tube 16, but the throttle cylinder 26d of the throttle member 26 becomes a resistance. The reverse inflow of the fuel gas 1 into the cell tube 16 is suppressed, and the outflow to the outside of the cell tube 16 is suppressed.
[ 0052 ]
So book Reference example According to the aforementioned Four or five Th Reference example As in the case of, even if the cell tube 16 is damaged, a decrease in power generation capacity can be suppressed, and stable power generation can be maintained.
[ 0053 ]
[No. Seven Th Reference example ]
Fuel cell according to the invention To facilitate understanding The first Seven Th Reference example Will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a main part. However, the first mentioned Four to six Th Reference example The description of the same part as in the case of is omitted, and the above-mentioned part Four to six Th Reference example Only the differences will be described.
[ 0054 ]
As shown in FIG. 10, at the other end of the cell tube 16 is fitted a cylindrical metal throttle member 27 that restricts the size of the other end side of the cell tube 16 (the discharge port for the fuel gas 1). The throttle member 27 includes a cylindrical fitting portion 27a fitted to the end portion of the cell tube 16, and an orifice type throttle portion 27d continuous with the fitting portion 27a. . The throttle member 27 is also fitted to one end of the cell tube 16.
[ 0055 ]
That is, the first mentioned Six Th Reference example In this example, the diaphragm member 26 having the cylindrical diaphragm portion 26d is used. Reference example Then, the throttle member 27 having the orifice type throttle portion 27d is used.
[ 0056 ]
Because of this, the book Reference example Then, even if the cell tube 16 is damaged for some reason and loses the function as the partition wall of the fuel gas 1 and the oxidant gas 2, the above-mentioned first Six Th Reference example In the same manner as in the above, since the outlet of the fuel gas 1 on the other end side of the cell tube 16 is throttled by the throttle member 27, the pressure in the supply header 14 is higher than the pressure outside the cell tube 16. Since the throttle cylinder 27d of the throttle member 27 becomes a resistance, the reverse flow of the spent fuel gas 1 in the discharge header 15 into the cell tube 16 is suppressed, and the outflow to the outside of the cell tube 16 is suppressed. .
[ 0057 ]
So book Reference example According to the aforementioned Four to six Th Reference example As in the case of, even if the cell tube 16 is damaged, a decrease in power generation capacity can be suppressed, and stable power generation can be maintained.
[ 0058 ]
[No. Eight Th Reference example ]
Fuel cell according to the invention To facilitate understanding The first Eight Th Reference example Will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a main part. However, the first mentioned Four to seven Th Reference example The description of the same part as in the case of is omitted, and the above-mentioned part Four to seven Th Reference example Only the differences will be described.
[ 0059 ]
As shown in FIG. 11, the cell tube 11 in which the surface of the porous base tube 11a whose one end side is opened and the other end side is closed is covered with the battery film 11b, A hole 11c having a diameter of 1 mm is formed. The cell tube 11 is connected and supported to the side plate 14 a of the supply header 14 so that one end side communicates with the inside of the supply header 14, and the side plate 15 a of the discharge header 15 so that the other end side communicates with the inside of the discharge header 15. It is supported by connection. The one end side of the cell tube 11 Four to seven Th Reference example Any of the porous bodies 24 and 25 and the throttle members 26 and 27 used in FIG.
[ 0060 ]
Ie book Reference example The cell tube 11 used in the first to the first three Th Reference examples and main A hole 11c having a predetermined diameter is formed at the closed end of the one-end closed type cell tube 11 used in the embodiment.
[ 0061 ]
Because of this, the book Reference example Then, even if the cell tube 11 is damaged for some reason and loses the function as the partition wall between the fuel gas 1 and the oxidant gas 2, the discharge port of the fuel gas 1 on the other end side of the cell tube 11 is predetermined. Since the hole 11c has a diameter size, the pressure in the supply header 14 is higher than the pressure outside the cell tube 11, but the hole 11c becomes a pressure loss resistance. Therefore, the spent fuel gas in the discharge header 15 is used. The reverse inflow into one cell tube 11 is suppressed, and the outflow to the outside of the cell tube 11 is suppressed.
[ 0062 ]
So book Reference example According to the aforementioned Four to seven Th Reference example As in the case of the above, since it is possible to suppress a decrease in the power generation capacity when the cell tube 11 is damaged, it is only necessary to form the hole 11c in the one-end closed type cell tube 11. Four to seven Th Reference example Compared to the case, it is possible to reduce the labor and cost for manufacturing.
[ 0063 ]
[No. Nine Th Reference example ]
Fuel cell according to the invention To facilitate understanding The first Nine Th Reference example Will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a main part. However, the first mentioned Four to eight Th Reference example The description of the same part as in the case of is omitted, and the above-mentioned part Four to eight Th Reference example Only the differences will be described.
[ 0064 ]
As shown in FIG. 12, the cell tube 17 is formed only on the outer peripheral surface side of the base tube 17a so as to expose only the other end surface of the porous base tube 17a having one end opened and the other end closed. Is covered with the battery membrane 11b. The cell tube 17 is connected and supported to the side plate 14 a of the supply header 14 so that one end side communicates with the inside of the supply header 14, and the side plate 15 a of the discharge header 15 so that the other end side communicates with the inside of the discharge header 15. It is supported by connection. The one end side of the cell tube 11 Four to seven Th Reference example Any of the porous bodies 24 and 25 and the throttle members 26 and 27 used in FIG.
[ 0065 ]
That is, the first mentioned Eight Th Reference example Then, the first ~ three Th Reference examples and main Although a hole 11c having a predetermined diameter is formed at the closed end of the one-end closed type cell tube 11 used in the embodiment, pressure loss resistance is generated while allowing the fuel gas 1 to flow. ,Book Reference example Then, the fuel at the closed end of the base tube 17a is used by using the cell tube 17 in which the closed end of the porous base tube 17a of one end closed type is exposed without being covered with the battery membrane 17b. The pressure loss resistance is generated while allowing the gas 1 to flow.
[ 0066 ]
Because of this, the book Reference example Then, even if the cell tube 17 is damaged for some reason and loses its function as a partition between the fuel gas 1 and the oxidant gas 2, the discharge port of the fuel gas 1 on the other end side of the cell tube 17 is porous. Since it is covered with the body, the reverse flow of the spent fuel gas 1 in the discharge header 15 into the cell tube 17 is suppressed, and the outflow to the outside of the cell tube 17 is suppressed.
[ 0067 ]
So book Reference example According to the aforementioned Four to eight Th Reference example As in the case of the above, it is possible to suppress the decrease in power generation capacity when the cell tube 17 is damaged, and it can be realized only by reducing the area of the battery film 17b formed on the surface of the base tube 17a. No. mentioned above Four to seven Th Reference example Compared to the case, it is possible to reduce the labor and cost for manufacturing.
[ 0068 ]
[other Reference examples and Embodiment]
Each of the above mentioned Reference examples and In the embodiment, the present invention is applied to a cylindrical solid electrolyte fuel cell in which the fuel gas 1 is circulated on the inner surfaces of the cell tubes 11, 16, 17 and the oxidant gas 2 is circulated on the outer surfaces of the cell tubes 11, 16, 17. However, the present invention is not limited to this, and the oxidant gas 2 is circulated on the inner surfaces of the cell tubes 11, 16, 17 and the fuel gas 1 is circulated on the outer surfaces of the cell tubes 11, 16, 17. Even in the case of such a cylindrical solid electrolyte fuel cell (see, for example, FIG. 13), Reference examples mentioned above and It can be applied in the same manner as in the embodiment.
[ 0069 ]
【The invention's effect】
The fuel cell according to the present invention allows fuel gas to flow through either the inner surface or the outer surface of a cylindrical cell tube having a battery membrane formed on the surface of the substrate tube, and either the inner surface or the outer surface of the cell tube. In a fuel cell that generates electric power by electrochemically reacting a fuel gas and an oxidant gas by flowing an oxidant gas on the other surface, the size of the discharge port of the gas flowing through the inner surface of the cell tube Since the metal throttle member having the bellows-shaped bellows portion is provided, even if the cell tube is damaged for some reason and loses its function as a partition between the fuel gas and the oxidant gas, Since it is possible to suppress the reverse flow of the used gas discharged from the discharge port into the cell tube, it is possible to suppress a decrease in power generation capacity and maintain stable power generation. It together can be securely, to prevent damage during or assembly during operation of the fuel cell can be reliably performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a fuel cell according to the present invention. To facilitate understanding The first of Reference example FIG.
FIG. 2 is an enlarged view of essential parts of FIG.
FIG. 3 shows a fuel cell according to the present invention. To facilitate understanding The second of Reference example It is an extraction enlarged view of the principal part.
FIG. 4 shows a fuel cell according to the present invention. To facilitate understanding The third of Reference example It is an extraction enlarged view of the principal part.
FIG. 5 shows a fuel cell according to the present invention. The main It is the extraction enlarged view of the principal part of embodiment.
FIG. 6 shows a fuel cell according to the present invention. To facilitate understanding The first Four Th Reference example FIG.
7 is an enlarged enlarged view of the main part of FIG. 6. FIG.
FIG. 8 shows a fuel cell according to the present invention. To facilitate understanding The first Five Th Reference example It is an extraction enlarged view of the principal part.
FIG. 9 shows a fuel cell according to the present invention. To facilitate understanding The first Six Th Reference example It is an extraction enlarged view of the principal part.
FIG. 10 shows a fuel cell according to the present invention. To facilitate understanding The first Seven Th Reference example It is an extraction enlarged view of the principal part.
FIG. 11 shows a fuel cell according to the present invention. To facilitate understanding The first Eight Th Reference example It is an extraction enlarged view of the principal part.
FIG. 12 shows a fuel cell according to the present invention. To facilitate understanding The first Nine Th Reference example It is an extraction enlarged view of the principal part.
FIG. 13 shows a fuel cell according to the present invention. Other reference examples and It is the extraction enlarged view of the principal part of embodiment.
FIG. 14 is an overall schematic configuration diagram of an example of a conventional cylindrical solid electrolyte fuel cell.
15 is an enlarged enlarged view of the main part of FIG.
[Explanation of symbols]
1 Fuel gas
2 Air
10 Header
10a Partition plate
10b Bottom plate
10c Supply room
10d discharge chamber
11 Cell tube
11a Base tube
11b Battery membrane
11c hole
12 Guide pipe
13 Current collecting cap
13a Connection cylinder
13b Flange
13c Mounting cylinder
13d Lower presser ring
13e Upper presser ring
14 Supply header
15 Discharge header
16 cell tube
17 Cell tube
17a Base tube
17b Battery membrane
20-22, 24, 25 Porous material
23, 26, 27 Diaphragm member
23a, 26a, 27a Fitting part
23b Bellows part
23c, 26c Flange
23d, 26d, 27d Aperture part

Claims

基体管の表面に電池膜を形成した円筒型のセルチューブの内面及び外面のいずれか一方の面に燃料ガスを流通させると共に、当該セルチューブの内面及び外面のいずれか他方の面に酸化剤ガスを流通させることにより燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電力を発生させる燃料電池において、
前記セルチューブの内面を流通するガスの排出口の大きさを絞ると共に、蛇腹状のベローズ部を有する金属製の絞り部材を備えた
ことを特徴とする燃料電池。A fuel gas is circulated through one of the inner and outer surfaces of a cylindrical cell tube having a battery membrane formed on the surface of the base tube, and an oxidant gas is disposed on the other of the inner and outer surfaces of the cell tube. In a fuel cell that generates electric power by electrochemically reacting fuel gas and oxidant gas by circulating
A fuel cell comprising a metal throttle member having a bellows-like bellows portion and a size of a gas discharge port flowing through the inner surface of the cell tube.