JP4578114B2 - Fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、固体電解質形燃料電池セルへのガス供給が簡単な燃料電池に関するものである。
The present invention relates to a fuel cell in which gas supply to a solid oxide fuel cell is simple.

次世代エネルギーとして、近年、固体電解質形燃料電池セルを収納容器内に複数収容し
た燃料電池が種々提案されている。固体電解質形燃料電池セルは、例えば、酸素側電極の表面に固体電解質、燃料側電極を順次形成して構成されており、燃料側電極側に燃料（水素）を流し、酸素側電極側に空気（酸素）を流して１０００℃程度で発電される。
In recent years, various types of fuel cells in which a plurality of solid electrolyte fuel cells are accommodated in a storage container have been proposed as next-generation energy. Solid oxide fuel cell, for example, a solid electrolyte on the surface of the oxygen-side electrode is constructed by sequentially forming a fuel-side electrode, flow of the fuel (hydrogen) to the fuel side electrode side, the air to the oxygen side electrode side Electricity is generated at about 1000 ° C. by flowing (oxygen).

従来、固体電解質形燃料電池セルの一端部を、マニホールドの天板に形成されたセル形状の収容凹部に収納し、シール材によりガスシールした燃料電池が知られている（特許文献１参照）。また、固体電解質形燃料電池セルの一端部を、セル支持板に形成されたセル形状の収容凹部に収納し、このセル支持板をマニホールドの天板に固定した燃料電池も知られている（特許文献２参照）。
特開２００３−２８２１０７号公報 特開２００３−２８２１３２号公報 Conventionally, one end portion of the solid electrolyte fuel cells, then placed in a concave of cell shape formed in the top plate of the manifold, fuel cell gas seal is known by a sealing material (see Patent Document 1). Further, one end portion of the solid electrolyte fuel cells, then placed in a concave of cell shape formed in the cell supporting plate, are also known fuel cell fixing the cell support plate to the top plate of the manifold (patent Reference 2).
JP 2003-282107 A JP 2003-282132 A

しかしながら、上記特許文献１，２に記載された燃料電池では、マニホールドの天板や、支持板にセル形状の収容凹部を形成する必要があり、セル形状の収容凹部を形成するのにＮＣ旋盤等を用いる必要があり、加工が複雑であり、加工費用も高く、加工時間も長くなるという問題があった。   However, in the fuel cells described in Patent Documents 1 and 2, it is necessary to form a cell-shaped accommodation recess on the top plate of the manifold or the support plate, and an NC lathe or the like is used to form the cell-shaped accommodation recess. There is a problem that machining is complicated, machining costs are high, and machining time is long.

本発明は、マニホールドの加工を容易、安価かつ短時間に行うことができる燃料電池を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a fuel cell capable of easily processing a manifold, inexpensively, and in a short time.

本発明の燃料電池は、複数の固体電解質形燃料電池セルの一端部を箱状のマニホールド上に形成した複数のスリットにそれぞれ挿入して固定してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、前記スリットが、平面視したときに前記固体電解質形燃料電池セルの配列方向に垂直な方向における前記マニホールドの側面を形成する一端面から該一端面に対向する他端面にわたって設けられているとともに、前記固体電解質形燃料電池セルの一端部が、前記一端面及び前記他端面の前記スリットから露出しており、シール材によりガスシールされていることを特徴とする。
The fuel cell of the present invention is formed by inserting and fixing one end portions of a plurality of solid oxide fuel cells into a plurality of slits formed on a box-shaped manifold, and the gas in the manifold is the fuel cell. A fuel cell that passes through a cell, wherein the slit faces the one end surface from one end surface that forms a side surface of the manifold in a direction perpendicular to the arrangement direction of the solid electrolyte fuel cell when viewed in plan together provided over the other end surface of one end portion of the solid oxide fuel cell, before Symbol exposed from the slit one end surface and the other end face, and is gas sealed with a sealing material It is characterized by that.

このような燃料電池では、マニホールド上に形成された複数のスリットは、従来のようにＮＣ旋盤のような装置を用いることなく、例えばワイヤー放電加工で形成でき、容易に、安価かつ短時間で複数のスリットを形成できる。
In such a fuel cell, multiple slits formed on the manifold without the use of conventional equipment such as an NC lathe as, for example, be formed by wire EDM, easily, inexpensively and in a short time It can form multiple slits.

また、本発明の燃料電池は、前記マニホールドが、下面が開口した箱状のセル支持板及び上面が開口した箱状のマニホールド本体からなり、前記セル支持板と前記マニホールド本体の開口側を当接させて固定してあることが望ましい。これにより、容易、安価に短時
間でマニホールドを形成できる。
The fuel cell of the present invention, the manifold, the lower surface is a box-shaped manifold body which opening a box-like cell support plate and an open top, contact the open side of the manifold body and the cell support board Oh Rukoto is desirable to fix by. Thereby, a manifold can be formed easily and inexpensively in a short time.

また、本発明の燃料電池は、前記マニホールドが、角状の管状体の両端開口部を閉塞してなるとともに、閉塞した部分にガス導入路が接続されていることが望ましい。このような燃料電池では、市販の例えば、四角筒状の管状体を用いて、マニホールドを容易、安価かつ短時間で作製できるとともに、マニホールドに固体電解質形燃料電池セルを容易に固定できる。
In the fuel cell of the present invention, it is desirable that the manifold closes both end openings of the rectangular tubular body, and a gas introduction path is connected to the closed portion. In such a fuel cell, a commercially available, for example, rectangular tube- shaped tubular body can be used to produce a manifold easily, inexpensively and in a short time, and a solid oxide fuel cell can be easily fixed to the manifold.

さらに、本発明の燃料電池は、前記固体電解質形燃料電池セルが中空平板状であることが望ましい。
Furthermore, in the fuel cell of the present invention, it is desirable that the solid oxide fuel cell has a hollow plate shape .

このような燃料電池では、固体電解質形燃料電池セルをスリットの開口する側から挿入して固定することができる。また、固体電解質形燃料電池セルは、スリット内に収容されるため、そのスリット内の所定位置に固体電解質形燃料電池セルを立設し、固定することできる。
In such fuel cells, it is possible to fix the solid electrolyte fuel cell is inserted from the side opening of the slit. Further, solid electrolyte fuel cells is to be housed in the slit, erected a solid electrolyte fuel cell at a predetermined position in the slit, it can be fixed.

本発明の燃料電池は、複数の固体電解質形燃料電池セルの一端部を箱状のマニホールド上に形成した複数のスリットにそれぞれ挿入して固定してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、前記スリットが、平面視したときに前記固体電解質形燃料電池セルの配列方向に垂直な方向における前記マニホールドの側面を形成する一端面から該一端面に対向する他端面にわたって設けられているとともに、前記固体電解質形燃料電池セルの一端部が、前記一端面及び前記他端面の前記スリットから露出しており、シール材によりガスシールされているため、マニホールド上に形成された複数のスリットを、従来のようにＮＣ旋盤のような装置を用いることなく、例えばワイヤー放電加工で形成でき、容易に、安価かつ短時間で複数のスリットを形成でき、コスト低減が可能な燃料電池を容易に得ることができる。
The fuel cell of the present invention is formed by inserting and fixing one end portions of a plurality of solid oxide fuel cells into a plurality of slits formed on a box-shaped manifold, and the gas in the manifold is the fuel cell. A fuel cell that passes through a cell, wherein the slit faces the one end surface from one end surface that forms a side surface of the manifold in a direction perpendicular to the arrangement direction of the solid electrolyte fuel cell when viewed in plan together provided over the other end surface of one end portion of the solid oxide fuel cell, before Symbol exposed from the slit one end surface and the other end face, and is gas sealed with a sealing material Therefore, a plurality of slits formed on the manifold can be formed by, for example, wire electric discharge machining without using a device such as an NC lathe as in the past. , Easily, inexpensively and can form a plurality of slits in a short time, it is possible to easily obtain a fuel cell capable of cost reduction.

図１は、本発明の燃料電池を示すもので、符号１は断熱構造を有する収納容器（ハウジング）を示している。この収納容器１の内部には、複数の固体電解質形燃料電池セル（以下、燃料電池セルと略す場合がある。）２が縦列配列して集合した複数のセルスタック３と、セルスタック３の上方に存在する燃焼領域４を挿通し、セルスタック３間に配設された酸素含有ガス供給管５と、燃焼領域４の上方に設けられた改質器６と、この改質器６の上方に設けられた熱交換部７とから構成されている。尚、酸素含有ガス供給管５は、理解を容易にするため、破線で記載した。
FIG. 1 shows a fuel cell according to the present invention. Reference numeral 1 denotes a storage container (housing) having a heat insulating structure. Inside the storage container 1, there are a plurality of cell stacks 3 in which a plurality of solid oxide fuel cells (hereinafter sometimes abbreviated as fuel cells) 2 are assembled in a tandem arrangement, and above the cell stack 3. The oxygen-containing gas supply pipe 5 disposed between the cell stacks 3, the reformer 6 provided above the combustion region 4, and the reformer 6 above The heat exchanger 7 is provided. The oxygen-containing gas supply pipe 5 is indicated by a broken line for easy understanding.

収納容器１は、耐熱性金属からなる枠体１ａと、枠体１ａ内面に設けられた断熱材１ｂとから構成されている。   The storage container 1 includes a frame 1a made of a heat-resistant metal and a heat insulating material 1b provided on the inner surface of the frame 1a.

セルスタック３は、例えば、図２に示すように、複数の燃料電池セル２を整列して構成され、３つのセルスタック３は３列に整列され、隣設した２列のセルスタック３最外部の燃料電池セル２の電極同士が導電部材４２で接続され、これにより３列に整列した複数の燃料電池セル２が電気的に直列に接続している。３つのセルスタック３はそれぞれマニホールド５０を有している。
For example, as shown in FIG. 2, the cell stack 3 is configured by arranging a plurality of fuel cells 2, and the three cell stacks 3 are arranged in three rows, and the two outermost cell stacks 3 arranged adjacent to each other. The electrodes of the fuel cells 2 are connected by a conductive member 42, whereby a plurality of fuel cells 2 arranged in three rows are electrically connected in series. Three of the cell stack 3 has respectively Rema in manifold 50.

具体的に説明すると、燃料電池セル２は扁平状（細長板状）であり、その内部には複数の燃料ガス通過孔８が軸長方向に形成されている。この燃料電池セル２は中空平板型であり、楕円柱状（扁平状）の電極支持体２ａの外面に、燃料側電極（内側電極）２ｂ、緻密質な固体電解質２ｃ、多孔質な導電性セラミックスからなる酸素側電極２ｄを順次積層し、酸素側電極２ｄと反対側の電極支持体２ａの外面にインターコネクタ２ｅを形成して構成されている。   If it demonstrates concretely, the fuel cell 2 is flat shape (elongated plate shape), and the several fuel gas passage hole 8 is formed in the axial length direction in the inside. This fuel cell 2 is a hollow flat plate type, and comprises an outer surface of an elliptical columnar (flat) electrode support 2a, a fuel side electrode (inner electrode) 2b, a dense solid electrolyte 2c, and porous conductive ceramics. The oxygen side electrodes 2d are sequentially laminated, and the interconnector 2e is formed on the outer surface of the electrode support 2a opposite to the oxygen side electrode 2d.

一方の燃料電池セル２と他方の燃料電池セル２との間には集電部材９を介在させ、一方の燃料電池セル２の電極支持体２ａを、該電極支持体２ａに設けられたインターコネクタ２ｅ、集電部材９を介して他方の燃料電池セル２の酸素側電極２ｄに電気的に接続して、セルスタック３が構成されている。集電部材９は、金属及び／又は導電性の無機材質からなる板状及び／又はフェルト状とされている。   A current collecting member 9 is interposed between one fuel battery cell 2 and the other fuel battery cell 2, and an electrode support 2a of one fuel battery cell 2 is connected to the electrode connector 2a. The cell stack 3 is configured by being electrically connected to the oxygen side electrode 2d of the other fuel cell 2 through the current collecting member 9e. The current collecting member 9 has a plate shape and / or a felt shape made of a metal and / or a conductive inorganic material.

燃料電池セル２をさらに詳細に説明すると、電極支持体２ａは上下方向に細長く延びる板状片であり、平坦な両面と半円形状の両側面を有する。電極支持体２ａにはこれを鉛直方向に貫通する複数個（図２では６個、図３の場合は４個で記載）の燃料ガス通過孔８が形成されている。   The fuel cell 2 will be described in more detail. The electrode support 2a is a plate-like piece that is elongated in the vertical direction, and has both flat surfaces and both sides of a semicircular shape. The electrode support 2a is formed with a plurality of fuel gas passage holes 8 (6 in FIG. 2 and 4 in FIG. 3) penetrating in the vertical direction.

インターコネクタ２ｅは電極支持体２ａの片面（図２の左側のセルスタック３において上面）上に配設されている。燃料側電極２ｂは電極支持体２ａの他面（図２の左側のセルスタック３において下面）及び両側面に配設されており、その両端はインターコネクタ２ｅの両端に接合せしめられている。固体電解質２ｃは燃料側電極２ｂの全体を覆うように配設され、その両端はインターコネクタ２ｅの両端に接合せしめられている。酸素側電極２ｄは、固体電解質２ｃの主部上、即ち電極支持体２ａの他面を覆う部分上に配置され、電極支持体２ａを挟んでインターコネクタ２ｅに対向して位置せしめられている。   The interconnector 2e is disposed on one surface of the electrode support 2a (upper surface in the cell stack 3 on the left side in FIG. 2). The fuel-side electrode 2b is disposed on the other surface of the electrode support 2a (the lower surface in the left cell stack 3 in FIG. 2) and on both side surfaces, and both ends thereof are joined to both ends of the interconnector 2e. The solid electrolyte 2c is disposed so as to cover the entire fuel side electrode 2b, and both ends thereof are joined to both ends of the interconnector 2e. The oxygen-side electrode 2d is disposed on the main part of the solid electrolyte 2c, that is, on the portion covering the other surface of the electrode support 2a, and is positioned to face the interconnector 2e with the electrode support 2a interposed therebetween.

セルスタック３における隣接するセル２間には集電部材９が配設されており、一方のセル２のインターコネクタ２ｅと他方のセル２の酸素側電極２ｄとを接続している。セルスタック３の両端、即ち図２において上端及び下端に位置するセル２の片面及び他面にも集電部材４２が配設されている。セルスタック３の両端に位置する集電部材４２には電力取出手段（図示していない）が接続されている。   A current collecting member 9 is disposed between adjacent cells 2 in the cell stack 3 to connect the interconnector 2e of one cell 2 and the oxygen side electrode 2d of the other cell 2. Current collecting members 42 are also arranged at both ends of the cell stack 3, that is, one side and the other side of the cell 2 located at the upper end and the lower end in FIG. Electric power extraction means (not shown) is connected to the current collecting members 42 located at both ends of the cell stack 3.

燃料電池セル２について更に詳述すると、電極支持体２ａは燃料ガスを燃料側電極２ｂまで透過させるためにガス透過性であること、そしてまたインターコネクタ２ｅを介して集電するために導電性であることが要求され、かかる要求を満足する多孔質の導電性セラミック（若しくはサーメット）から形成することができる。
 The fuel cell 2 will be described in more detail. The electrode support 2a is gas permeable to allow fuel gas to permeate to the fuel side electrode 2b, and is also electrically conductive to collect current via the interconnector 2e. It can be formed from a porous conductive ceramic (or cermet) that is required and satisfies such requirements.

燃料側電極２ｂ及び／又は固体電解質２ｃとの同時焼成により電極支持体２ａを製造するためには、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから電極支持体２ａを形成することが好ましい。所要ガス透過性を備えるために開気孔率が３０％以上、特に３５乃至５０％の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｃ／ｃｍ以上であるのが好ましい。   In order to produce the electrode support 2a by co-firing with the fuel side electrode 2b and / or the solid electrolyte 2c, it is preferable to form the electrode support 2a from an iron group metal component and a specific rare earth oxide. In order to provide the required gas permeability, it is preferable that the open porosity is in the range of 30% or more, in particular 35 to 50%, and the conductivity is also 300 S / cm or more, in particular 440 C / cm or more. Is preferred.

特に電極支持体２ａは、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ及びＰｒから選ばれた１種以上からなる希土類元素酸化物と、Ｎｉ及び／又はＮｉＯとを主成分とすることが望ましい。このような組成とすることにより、固体電解質の熱膨張係数に近づけることができる。   In particular, the electrode support 2a is composed mainly of a rare earth element oxide composed of one or more selected from Y, Lu, Yb, Tm, Er, Ho, Dy, Gd, Sm and Pr, and Ni and / or NiO. Is desirable. By setting it as such a composition, it can approximate the thermal expansion coefficient of a solid electrolyte.

燃料側電極２ｂは多孔質の導電性セラミック、例えば希土類元素が固溶しているＺｒＯ２（安定化ジルコニアを称されている）とＮｉ及び／又はＮｉＯとから形成することができる。 The fuel side electrode 2b can be formed of a porous conductive ceramic, for example, ZrO 2 (referred to as stabilized zirconia) in which a rare earth element is dissolved and Ni and / or NiO.

固体電解質２ｃは、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有するものであることが必要であり、通常、３〜１５モル％の希土類元素が固溶したＺｒＯ２から形成されている。 The solid electrolyte 2c has a function as an electrolyte for bridging electrons between electrodes, and at the same time needs to have a gas barrier property in order to prevent leakage between the fuel gas and the oxygen-containing gas. Usually, it is formed from ZrO 2 in which 3 to 15 mol% of a rare earth element is dissolved.

酸素側電極２ｄは所謂ＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電セラミックから形成することができる。酸素側電極２ｄはガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。 The oxygen side electrode 2d can be formed of a conductive ceramic made of a so-called ABO 3 type perovskite oxide. The oxygen side electrode 2d is required to have gas permeability, and the open porosity is preferably 20% or more, particularly preferably in the range of 30 to 50%.

インターコネクタ２ｅは導電性セラミックから形成することができるが、水素ガスでよい燃料ガス及び空気でよい酸素含有ガスと接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、このためにランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３系酸化物）が好適に使用される。インターコネクト２ｅは電極支持体２ａに形成された燃料ガス通過孔８を通る燃料ガス及び電極支持体２ａの外側を流動する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが望まれる。 Although the interconnector 2e can be formed from a conductive ceramic, it needs to have reduction resistance and oxidation resistance because it comes in contact with a fuel gas that may be hydrogen gas and an oxygen-containing gas that may be air. In addition, a lanthanum chromite perovskite oxide (LaCrO 3 oxide) is preferably used. The interconnect 2e must be dense in order to prevent leakage of fuel gas passing through the fuel gas passage hole 8 formed in the electrode support 2a and oxygen-containing gas flowing outside the electrode support 2a. As described above, it is particularly desirable to have a relative density of 95% or more.

集電部材９は、弾性を有する金属又は合金若しくは導電性セラミックから形成された適宜の形状の部材、或いは金属繊維又は合金繊維から成るフェルトに、所要表面処理を加えた部材から構成することができる。   The current collecting member 9 can be composed of a member having an appropriate shape formed from an elastic metal, alloy, or conductive ceramic, or a member obtained by adding a required surface treatment to a felt composed of metal fiber or alloy fiber. .

そして、複数の燃料電池セル２の下端部は、図１、３、４に示すように箱状のマニホールド５０に支持固定されている。即ち、マニホールド５０の天板が、燃料電池セル２の下端部を保持固定するセル支持板５０ａとされ、セル支持板５０ａがマニホールド本体５０ｂに接合され、このセル支持板５０ａに燃料電池セル２の下端部が支持固定されている。このセル支持板５０ａは下面が開口する矩形箱状であり、幅方向にマニホールド５０の側面を形成する一端面から一端面に対向する他端面にわたって複数のスリット５３が所定間隔を置いて平行に形成され、これらのスリット５３内に複数の燃料電池セル２の下端部がそれぞれ収容された状態で、シール材５５によりガスシールされている。セル支持板５０ａは、図３（ｂ）に示すように、燃料電池セル２の幅方向端部が、スリット５３により露出した幅方向端部５０ａ２に載置されるような寸法とされ、燃料電池セル２の幅方向端が、セル支持板５０aから突出しないように構成されている。また、燃料電池セル２の平坦
な側面は、スリット５３の側面５０ａ１と所定間隔を置いて離間している。セル支持板５０ａと、開口するマニホールド本体５０ｂの開口部にシール材５５を介して接合されている。
The lower ends of the plurality of fuel cells 2 are supported and fixed to a box-shaped manifold 50 as shown in FIGS. That is, the top plate of the manifold 50 is a cell support plate 50a that holds and fixes the lower end portion of the fuel cell 2. The cell support plate 50a is joined to the manifold body 50b, and the fuel cell 2 is connected to the cell support plate 50a. The lower end is supported and fixed. The cell support plate 50a has a rectangular box shape with an open bottom surface, and a plurality of slits 53 are parallel to each other from one end surface forming the side surface of the manifold 50 in the width direction to the other end surface facing the one end surface. In this state, the lower ends of the plurality of fuel cells 2 are accommodated in the slits 53, respectively, and are gas-sealed by the sealing material 55. As shown in FIG. 3B, the cell support plate 50 a is dimensioned so that the width direction end of the fuel cell 2 is placed on the width direction end 50 a 2 exposed by the slit 53. The end in the width direction of the cell 2 is configured not to protrude from the cell support plate 50a. Further, the flat side surface of the fuel battery cell 2 is separated from the side surface 50a1 of the slit 53 at a predetermined interval. The cell support plate 50a and the opening of the manifold body 50b that is opened are joined to each other via a seal material 55.

即ち、図３、４に示すように、複数のスリット５３が形成されたセル支持板５０ａに、燃料電池セル２を、複数のスリット５３の側面５０ａ１に燃料電池セル２の平板状の側面が対向するように挿入され、接合されている。挿入する際は燃料電池セル２の挿入する側の端面で、幅方向両端がセル支持板５０ａのスリット５３の底面５０ａ２に接触するように挿入する。燃料電池セル２の幅の寸法は、セル支持板５０ａの幅よりも小さくされている。これにより燃料電池セルの高さ方向の位置決め精度が向上し、容易に固定することができる。さらに、セル支持板５０ａの幅が燃料電池セル２の長軸長さ（幅）より広くならないため、マニホールド５０を小型化でき、収納容器１の内部を狭くすることで熱自立し易くなる。
That is, as shown in FIGS. 3 and 4, the cell supporting plate 50a of the slit 53 of the multiple is formed, the fuel cell 2, flat side surface of the fuel cell 2 to the side surface 50a1 of the multiple slits 53 Are inserted and joined so as to face each other. When inserting, it inserts so that the both ends of the width direction may contact the bottom face 50a2 of the slit 53 of the cell support plate 50a at the end face on the side where the fuel cell 2 is inserted. The width dimension of the fuel cell 2 is made smaller than the width of the cell support plate 50a. Thereby, the positioning accuracy of the fuel cell in the height direction is improved and can be easily fixed. Furthermore, since the width of the cell support plate 50a is not wider than the long axis length (width) of the fuel cell 2, the manifold 50 can be reduced in size, and by making the inside of the storage container 1 narrower, it becomes easier to stand by heat.

また、セル支持板５０ａの材質にＳＵＳ等の金属を利用する場合であって、燃料電池セル２との絶縁性を確保する必要がある場合には、燃料電池セル２とセル支持板５０ａが接触する部位、例えば、スリット５３の側面５０ａ１又は底面５０ａ２と燃料電池セル２との間にマイカ板やアルミナ板などのセラミック製の薄い絶縁板などを挟み込むことができる。このような場合、マニホールドのセル支持板５０ａとマニホールド本体５０ｂとを２分割した構造とすることにより、燃料電池セルを挿入したセル支持板５０ａの裏面より、絶縁性の板を固定したり、また燃料電池セルを仮止めするためのアルミナ等を主成分とするセメントを挿入したりすることができるため、作業性が向上するとともに、燃料電池セルの確実な固定が可能となる。
Further, when a metal such as SUS is used as the material of the cell support plate 50a and it is necessary to ensure insulation from the fuel cell 2, the fuel cell 2 and the cell support plate 50a are in contact with each other. For example, a thin insulating plate made of ceramic such as a mica plate or an alumina plate can be sandwiched between the side surface 50 a 1 or the bottom surface 50 a 2 of the slit 53 and the fuel cell 2. In this case, by a cell supporting plate 50 a of the manifold and the manifold body 50b and bisected structures, from the back of the cell supporting plate 50a of inserting the fuel cell, or to fix the insulating plate, Further, it is possible to insert or cement consisting mainly of alumina or the like for temporarily stopping the fuel cell, together with the workability is improved, thereby enabling reliable fixing of the fuel cells.

燃料が漏れることが無いようにガスタイトなシールを行うためには、固定された燃料電池セル２とスリット５３との隙間を埋めるように粘土状のガラスペースト等のシール材５５を挿入し、乾燥、焼成することでできる。   In order to perform a gas tight seal so that the fuel does not leak, a sealing material 55 such as a clay-like glass paste is inserted so as to fill a gap between the fixed fuel cell 2 and the slit 53, and is dried. It can be done by firing.

また予め燃料電池セル２の端部と相似形状に成型されたソケット状のガラスを燃料電池セル２の端部に挿入した後に、この燃料電池セル２をスリット５３に収納し、前記固定法により燃料電池セル２を固定し、焼成することでも可能である。また、セル支持板５０ａはマニホールド５０の一部を構成しているため、マニホールド５０とは別個にセル支持板５０ａを用いる必要がないため、燃料電池を簡素な構造とでき、しかも容易に作製できる。
The preliminary fuel cell second end shape similar to the molded socket-shaped glass after inserting the end portion of the fuel cell 2, accommodating the fuel cell 2 to the slit 53, the fuel by the fixing method It is also possible to fix the battery cell 2 and fire it. Further, since the cell support plate 50a constitutes a part of the manifold 50, it is not necessary to use the cell support plate 50a separately from the manifold 50, so that the fuel cell can have a simple structure and can be easily manufactured. .

また、本発明の燃料電池では、マニホールド５０は収納容器１内に収納され、収納容器１とは別個独立に存在するため、例えば、マニホールド５０に設けられた複数の燃料電池セル２が破損した場合であっても、収納容器１からマニホールド５０毎取り出して交換することができる。
Further, in the fuel cell of the present invention, the manifold 50 is stored in the storage container 1 and exists separately from the storage container 1, and therefore, for example, when a plurality of fuel cells 2 provided in the manifold 50 are damaged. Even so, the manifold 50 can be taken out of the storage container 1 and replaced.

燃料電池セル２とセル支持板５０ａとの固定に用いられるシール材５５は、セラミックスからなるもの、ガラス、セメントなどが利用され、ペースト状、スラリー状のものを燃料電池セル２との隙間に流し込む方法や、粘土状もしくは隙間の形状に合わせた成型物などを燃料電池セル２との隙間に固定する方法が用いられ、焼成することで燃料電池セル２とセル支持板５０ａが固定される。
The sealing material 55 used for fixing the fuel cell 2 and the cell support plate 50a is made of ceramics, glass, cement or the like, and paste or slurry is poured into the gap between the fuel cell 2. A method or a method of fixing a clay or a molded product matched to the shape of the gap in the gap between the fuel cells 2 is used, and the fuel cells 2 and the cell support plate 50a are fixed by firing.

シール材５５としては燃料電池セル２をセル支持板５０ａに固定する必要があるため、燃料電池の運転温度、例えば６００℃から９００℃において固相状態にあることが望ましい。固相状態にあることにより燃料電池の運転時においても燃料電池セル２を保持固定すると同時に、シール材５５の表面に被覆形成される無機薄膜にクラックや剥離等の欠陥を生じることなく安定に維持することができる。
Since it is necessary to fix the fuel cell 2 to the cell support plate 50a as the sealing material 55, it is desirable that the sealing material 55 be in a solid phase at the operating temperature of the fuel cell, for example, 600 ° C to 900 ° C. Due to being in the solid phase, the fuel cell 2 is held and fixed even during operation of the fuel cell, and at the same time, the inorganic thin film formed on the surface of the sealing material 55 is stably maintained without causing defects such as cracks and peeling. can do.

また、シール材５５からの燃料ガスの漏れを防止することが必要であり、シール材５５が緻密化していることが好ましく、ガスタイトなシール性、安定性の観点から非晶質なガラス材料、結晶質の材料を含むガラス材料であることが望ましい
更にシール材５５としては支持板５０ａと燃料電池セル２両方の熱膨張に近いことが望ましいが、支持板５０ａと燃料電池セル２との熱膨張係数には差異があることより、好ましくは支持板５０ａと燃料電池セル２と間の熱膨張係数を有する材料を利用することが好ましい。 Further, it is necessary to prevent leakage of the fuel gas from the sealing material 55, and it is preferable that the sealing material 55 is dense. From the viewpoints of gastight sealing properties and stability, amorphous glass materials, crystals The sealing material 55 is preferably close to the thermal expansion of both the support plate 50a and the fuel cell 2, but the coefficient of thermal expansion between the support plate 50a and the fuel cell 2 is desirable. Therefore, it is preferable to use a material having a coefficient of thermal expansion between the support plate 50a and the fuel cell 2.

さらに、本発明の燃料電池は、燃料電池セル２の一端部は、外側電極の非形成領域とされており、露出した固体電解質がシール材５５にてセル支持板５０ａに固定されている。燃料電池セル２では、外側電極は固体電解質へガスを供給する必要があるため多孔質とされ、固体電解質は燃料ガスと酸素含有ガスを遮断する必要があるため緻密質とされており、緻密質の固体電解質部分をセル支持板５０ａにシール材５５にて接合するため、燃料電池セル２からのガスの漏出を防止できる。   Furthermore, in the fuel cell of the present invention, one end of the fuel cell 2 is a non-exposed region of the outer electrode, and the exposed solid electrolyte is fixed to the cell support plate 50a by the sealing material 55. In the fuel cell 2, the outer electrode is made porous because it is necessary to supply gas to the solid electrolyte, and the solid electrolyte is made dense because it is necessary to shut off the fuel gas and the oxygen-containing gas. Since the solid electrolyte portion is joined to the cell support plate 50a by the sealing material 55, leakage of gas from the fuel cell 2 can be prevented.

マニホールド５０には、燃料電池セル２内部に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給管１７が接続され、この燃料ガス供給管１７は改質器６に接続され、この改質器６には、被改質ガスを供給するための被改質ガス供給管１９が接続されており、外部から被改質ガス供給管１９を介して被改質ガスが改質器６に供給され、この改質器６で改質され、燃料ガスが燃料ガス供給管１７を介してマニホールド５０に供給される。
The the manifold 50, the fuel gas supply pipe 17 for supplying the fuel gas is connected to the fuel cell 2, the fuel gas supply pipe 17 is connected to the reformer 6, in the reformer 6 A to-be-reformed gas supply pipe 19 for supplying the to-be-reformed gas is connected, and the to-be-reformed gas is supplied to the reformer 6 from the outside via the to-be-reformed gas supply pipe 19. modified with quality unit 6, the fuel gas is supplied to the manifold 50 through the fuel gas supply pipe 17.

また、図１に示したように、燃焼領域４を挿通する酸素含有ガス供給管５は、その先端部が発電領域の下部であってセルスタック３間に位置している。発電で用いられなかった余剰の酸素含有ガスは、燃焼領域４内に自然流動するように構成されている。   Further, as shown in FIG. 1, the oxygen-containing gas supply pipe 5 inserted through the combustion region 4 has a tip portion located below the power generation region and located between the cell stacks 3. Excess oxygen-containing gas that has not been used for power generation is configured to naturally flow into the combustion region 4.

熱交換部７は、燃料電池セル２上方で燃焼された排ガスが排出する排ガス通路７ａと、燃焼領域４を介してセルスタック３に対向して設けられた酸素含有ガス収容室７ｂとから構成されている。   The heat exchanging unit 7 includes an exhaust gas passage 7a through which exhaust gas combusted above the fuel battery cell 2 is discharged, and an oxygen-containing gas storage chamber 7b provided to face the cell stack 3 through the combustion region 4. ing.

排ガス通路７ａは、燃料電池セル２上方から外部に向けて排出するように構成されており、酸素含有ガス収容室７ｂには外部から空気が導入されるようになっており、また酸素含有ガス供給管５が連通している。排ガス通路７ａは酸素含有ガス収容室７ｂに沿って形成されており、この部分で熱交換される。   The exhaust gas passage 7a is configured to discharge from above the fuel cell 2 to the outside, and air is introduced into the oxygen-containing gas storage chamber 7b from the outside, and oxygen-containing gas supply The tube 5 is in communication. The exhaust gas passage 7a is formed along the oxygen-containing gas storage chamber 7b, and heat is exchanged in this portion.

以上のように構成された燃料電池では、外部からの酸素含有ガス（例えば空気）を熱交換部６の酸素含有ガス収容室７ｂに導入し、酸素含有ガス供給管５を介して発電室のセルスタック３間に噴出させ、燃料電池セル２間に供給するとともに、被改質ガスを被改質ガス供給管１９を介して改質器６内に供給し、この改質器６にて改質して、燃料ガス（例えば水素）を燃料ガス供給管１７、マニホールド５０を介して燃料電池セル２の燃料ガス通過孔８内に供給し、発電領域における燃料電池セル２において発電させる。
In the fuel cell configured as described above, an oxygen-containing gas (for example, air) from the outside is introduced into the oxygen-containing gas storage chamber 7 b of the heat exchanging unit 6, and the cell of the power generation chamber is connected via the oxygen-containing gas supply pipe 5. The gas is blown between the stacks 3 and supplied between the fuel cells 2, and the gas to be reformed is supplied into the reformer 6 through the gas to be reformed gas supply pipe 19. Then, fuel gas (for example, hydrogen) is supplied into the fuel gas passage hole 8 of the fuel cell 2 through the fuel gas supply pipe 17 and the manifold 50 , and power is generated in the fuel cell 2 in the power generation region.

発電に用いられなかった余剰の燃料ガスは燃料ガス通過孔８の上端から燃焼領域４内に噴出し、発電に用いれらなかった余剰の酸素含有ガスは、燃焼領域４内に噴出し、余剰の燃料ガスと余剰の酸素含有ガスを反応させて燃焼させ、燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガスが燃焼ガス導入口を介して熱交換部７の排ガス通路７ａに導出され、熱交換器７の上端から排出される。   Excess fuel gas that has not been used for power generation is ejected into the combustion region 4 from the upper end of the fuel gas passage hole 8, and surplus oxygen-containing gas that has not been used for power generation is ejected into the combustion region 4, The fuel gas and the surplus oxygen-containing gas are reacted and burned to generate combustion gas. This combustion gas is led to the exhaust gas passage 7a of the heat exchange section 7 through the combustion gas inlet, and the upper end of the heat exchanger 7 is Discharged from.

そして、本発明の燃料電池では、燃料電池セル２の一端部をセル支持板５０ａに保持固定し、このセル支持板５０ａをマニホールド５０に設けたため、燃料電池セル２は収納容器１に固定されるのではなく、収納容器１内に収容されたマニホールド５０に保持固定されるため、例えば、１本の燃料電池セル２が破損した場合、その燃料電池セル２が保持固定されたマニホールド５０を収納容器１から取り出し、他の良品と取り替えることができ、メンテナンスが容易となる。
Then, in the fuel cell of the present invention, one end portion of the fuel cell 2 held stationary in the cell supporting plate 50a, since the provision of the cell supporting plate 50a to the manifold 50, the fuel cell 2 is fixed to the container 1 Runode not, because it is held fixed to the manifold 50 which is accommodated in the storage container 1, for example, if one of the fuel cell 2 is damaged, the manifold 50 to the fuel cell 2 is held fixed Can be taken out of the storage container 1 and replaced with another non-defective product, which facilitates maintenance.

また、マニホールド５０内のガスが、電極支持体２ａを燃料電池セル２の一端部から他端部に通過するため、従来のように配管等を用いることなく、マニホールド５０から燃料電池セル２にガスを供給することができる。
 Further, the gas in the manifold 50, to pass the electrode support 2a from one end of the fuel cell 2 at the other end, without using the conventional way piping, fuel cells from the manifold 50 2 Can be supplied with gas.

また、発電に寄与しなかった余剰の燃料ガスと酸素含有ガスが燃焼領域４内に導入され、この燃焼領域４中で反応して燃焼し、この燃焼ガス及び外部の酸素含有ガスを熱交換部７に導入し、この熱交換器７で燃焼ガスと酸素含有ガスとの間で熱交換、及び燃焼による酸素含有ガス収容室７ｂ内の酸素含有ガスの加熱により、酸素含有ガスを予熱することができるため、燃料電池セル２を加熱して実質的に発電するまでの起動時間を大幅に短縮できる。   In addition, surplus fuel gas and oxygen-containing gas that did not contribute to power generation are introduced into the combustion region 4 and reacted and burned in the combustion region 4, and the combustion gas and the external oxygen-containing gas are converted into a heat exchange unit The oxygen-containing gas is preheated by heat exchange between the combustion gas and the oxygen-containing gas in the heat exchanger 7 and heating of the oxygen-containing gas in the oxygen-containing gas storage chamber 7b by combustion. Therefore, the starting time until the fuel cell 2 is heated to substantially generate power can be greatly shortened.

さらに、燃料電池セル２の上方に改質器６を設けたことにより、燃焼ガスにより改質器６を直接加熱でき、改質に必要な熱を十分に供給でき、改質性能を向上できる。   Furthermore, by providing the reformer 6 above the fuel battery cell 2, the reformer 6 can be directly heated by the combustion gas, heat necessary for reforming can be sufficiently supplied, and reforming performance can be improved.

尚、本発明は上記形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。
In addition, this invention is not limited to the said form, A various change is possible in the range which does not change the summary of invention .

さらにまた、マニホールドは、市販の既製の角型のパイプをそのまま利用することができ、安価に製造できる。例えば、図５に示すように、マニホールド７０は、角パイプ状の管状体７０ａの両端開口部を閉塞してなるとともに、軸長方向端面の閉塞した部分にガス導入路７５が接続され、管状体７０ａの側面に複数のスリット７３が形成され、このスリット７３内に燃料電池セル２の一端部が支持固定される。このような燃料電池では、セル支持板５０ａとマニホールド本体５０ｂとのシール部がなくなるため、燃料漏れ等に対しての信頼性を向上することができる。具体的には、所定の長さの既製のパイプ上に複数のスリットを形成し、パイプの一端を封止することにより、マニホールド７０を容易に作製することができる。 Moreover, the manifold can be used as it is a commercially available off-the-shelf square pipe, it can be manufactured at low cost. For example, as shown in FIG. 5, the manifold 70 is formed by closing both end openings of a rectangular pipe-shaped tubular body 70a, and a gas introduction path 75 is connected to the closed portion of the end face in the axial length direction. A plurality of slits 73 are formed on the side surface of 70a, and one end of the fuel cell 2 is supported and fixed in the slit 73. In such a fuel cell, since there is no seal portion between the cell support plate 50a and the manifold body 50b, the reliability against fuel leakage or the like can be improved. Specifically, the manifold 70 can be easily manufactured by forming a plurality of slits on a ready-made pipe having a predetermined length and sealing one end of the pipe.

本発明の燃料電池を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the fuel cell of this invention. 本発明の燃料電池のセルスタックを示す横断面図である。It is a cross-sectional view showing the cell stack of the fuel cell of the present invention. （ａ）は固体電解質形燃料電池セルとマニホールドとの接続を示す分解斜視図、（ｂ）は平面図である。(A) is a disassembled perspective view which shows the connection of a solid oxide fuel cell and a manifold, (b) is a top view. 固体電解質形燃料電池セルとマニホールドとの接続の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of a connection of a solid electrolyte form fuel cell and a manifold. 管状体のマニホールド上にスリットを形成した状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which formed the slit on the manifold of a tubular body.

符号の説明Explanation of symbols

２ａ・・・導電性支持体
２ｂ・・・燃料側電極（内側電極）
２ｃ・・・固体電解質
２ｄ・・・酸素側電極（外側電極）
２・・・固体電解質形燃料電池セル
８・・・ガス通過孔
５０・・・マニホールド
５０ａ・・・セル支持板
５０ｂ・・・スリットの側面
５０ｃ・・・スリットの底面
５５・・・シール材
７０ａ・・・管状体
７５・・・ガス導入路
2a ... conductive support 2b ... fuel side electrode (inner electrode)
2c: Solid electrolyte 2d: Oxygen side electrode (outer electrode)
2 ... solid oxide fuel cell 8 ... gas passage hole 50 ... manifold 50a ... cell support plate 50b ... slit side surface 50c ... slit bottom surface 55 ... sealing material 70a ... Tubular body 75 ... Gas introduction path

Claims (4)

複数の固体電解質形燃料電池セルの一端部を箱状のマニホールド上に形成した複数のスリットにそれぞれ挿入して固定してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、
前記スリットが、平面視したときに前記固体電解質形燃料電池セルの配列方向に垂直な方向における前記マニホールドの側面を形成する一端面から該一端面に対向する他端面にわたって設けられているとともに、前記固体電解質形燃料電池セルの一端部が、前記一端面及び前記他端面の前記スリットから露出しており、シール材によりガスシールされていることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell in which one end of a plurality of solid electrolyte fuel cells is inserted and fixed into a plurality of slits formed on a box-shaped manifold, and gas in the manifold passes through the fuel cells. Because
The slit is provided from one end surface forming the side surface of the manifold in a direction perpendicular to the arrangement direction of the solid oxide fuel cells when viewed in plan to the other end surface facing the one end surface , fuel cell end portion of the solid electrolyte fuel cell is, before Symbol exposed from the slit one end surface and the other end face, characterized in that it is gas sealed with a sealing material. 前記マニホールドが、下面が開口した箱状のセル支持板及び上面が開口した箱状のマニホールド本体からなり、前記セル支持板と前記マニホールド本体の開口側を当接させて固定してあることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。   The manifold includes a box-shaped cell support plate having an open bottom surface and a box-shaped manifold body having an open top surface, and the cell support plate and the opening side of the manifold body are fixed in contact with each other. The fuel cell according to claim 1. 前記マニホールドが、角状の管状体の両端開口部を閉塞してなるとともに、閉塞した部分にガス導入路が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。 2. The fuel cell according to claim 1, wherein the manifold closes both end openings of the rectangular tubular body, and a gas introduction path is connected to the closed portion. 3. 前記固体電解質形燃料電池セルが中空平板状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料電池。   The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the solid electrolyte fuel cell has a hollow plate shape.
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