JP5270385B2 - Solid electrolyte fuel cell - Google Patents

Solid electrolyte fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP5270385B2
JP5270385B2 JP2009008972A JP2009008972A JP5270385B2 JP 5270385 B2 JP5270385 B2 JP 5270385B2 JP 2009008972 A JP2009008972 A JP 2009008972A JP 2009008972 A JP2009008972 A JP 2009008972A JP 5270385 B2 JP5270385 B2 JP 5270385B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power generation
generation cell
fuel
solid electrolyte
cell group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2009008972A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010165629A (en
Inventor
浩也 石川
泰志 墨
昌宏 柴田
秀樹 上松
圭三 古崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Spark Plug Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP2009008972A priority Critical patent/JP5270385B2/en
Publication of JP2010165629A publication Critical patent/JP2010165629A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5270385B2 publication Critical patent/JP5270385B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid electrolyte fuel battery capable of efficiently extracting power even if fuel gas is not evenly supplied to all fuel battery cells, and solving a problem of temperature distribution even in case solid electrolyte fuel battery cells are laminated. <P>SOLUTION: The solid electrolyte fuel battery 1 is provided with a fuel flow path 35 distributing fuel gas to solid electrolyte fuel battery cells 3 of a first power generation cell group 11, gathering fuel gas after reacting at the solid electrolyte fuel battery cells 3 of the first power generation cell group 11, and distributing the fuel gas gathered after reaction to solid electrolyte fuel battery cells 3 of second and third power generation cell groups 12, 13. Further, the number of the total solid electrolyte fuel battery cells 3 of the second and the third power generation cell groups 12, 13 is to be set smaller than that of the first power generation cell group 11, and the second and the third power generation cell groups 12, 13 are laminated at either side in a lamination direction of the first power generation cell group 11. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、固体電解質形燃料電池セルを積層して形成される固体電解質形燃料電池に関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell formed by stacking solid oxide fuel cells.

従来より、固電解質形燃料電池は、固体電解質層の両面に電極を配した燃料電池セルの両面に、支燃性ガス(通常空気)と燃料ガス(H2、メタン、メタノール等)を供給して、発電を行うようになっている。このような固体電解質形燃料電池は、一個の燃料電池セルで得られる電力量は小さいので、燃料電池セルを複数個使用して大きな電力になるよう設計されている。 Conventionally, solid body electrolyte fuel cell, on both sides of the fuel cell which arranged electrodes to the surfaces of the solid electrolyte layer, and supply combustion supporting gas (usually air) fuel gas (H 2, methane, methanol, etc.) Then, it is designed to generate electricity. Such a solid oxide fuel cell is designed so that a large amount of power can be obtained by using a plurality of fuel cells because the amount of power obtained by one fuel cell is small.

この燃料電池セルを複数個使用している構造においては、すべての燃料電池セルで発電させるために、供給する支燃性ガス及び燃料ガスは、すべての燃料電池セルに不足なく供給されなければならない。一方、発電効率を上げるためには、燃料利用率を上げなければならず、すべての燃料電池セルで燃料を無駄なく消費させなければならない。つまり、すべての燃料電池セルに燃料ガスは過不足無く供給されなければならないこととなる。   In the structure using a plurality of fuel cells, in order to generate power in all the fuel cells, the supplied combustion-supporting gas and the fuel gas must be supplied to all the fuel cells without shortage. . On the other hand, in order to increase power generation efficiency, the fuel utilization rate must be increased, and fuel must be consumed without waste in all fuel cells. That is, the fuel gas must be supplied to all fuel cells without excess or deficiency.

そのため、すべての燃料電池セルに均等に支燃性ガス及び燃料ガスを供給できる構造とすることで解決する方法(例えば、特許文献1参照)や、各燃料電池セルごとに個別に電力を取り出すことによって、支燃性ガス及び燃料ガスの供給に過不足が生じても燃料電池セルの発電効率を向上させる方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。   Therefore, a method that solves the problem by providing a structure that can supply fuel-supporting gas and fuel gas evenly to all the fuel cells (for example, refer to Patent Document 1), or take out power individually for each fuel cell. Has proposed a method for improving the power generation efficiency of the fuel battery cell even if the supply of the combustion-supporting gas and the fuel gas is excessive or insufficient (see, for example, Patent Document 2).

特開2004−207008号公報JP 2004-207008 A 特開2005−190670号公報JP 2005-190670 A

ところが、前記特許文献1に記載の様に、すべての燃料電池セルに均等に支燃性ガス及び燃料ガスを供給できる構造とした場合、その構造の特徴から、燃料電池セル数が多くなるに従い支燃性ガス及び燃料ガスをすべての燃料電池セルに均等に供給することが難しくなるという問題があった。   However, as described in Patent Document 1, in the case where a structure that can supply fuel-supporting gas and fuel gas equally to all fuel cells is used, the number of fuel cells increases as the number of fuel cells increases. There has been a problem that it becomes difficult to uniformly supply the fuel gas and the fuel gas to all the fuel cells.

更に、前記特許文献2に記載の様に、個々の燃料電池セルから電力を取り出す方法では、電力を取り出すときの制御や電流の統合が難しいという問題があった。   Further, as described in Patent Document 2, in the method of taking out electric power from individual fuel cells, there is a problem that it is difficult to perform control and electric current integration when taking out electric power.

しかも、この問題とは別に、平板状の燃料電池セルを複数枚積層した燃料電池スタックにおいては、積層方向における温度差によって、燃料電池の性能が低下するという問題があった。   Moreover, apart from this problem, in the fuel cell stack in which a plurality of flat fuel cells are stacked, there is a problem that the performance of the fuel cell is deteriorated due to the temperature difference in the stacking direction.

つまり、燃料電池スタックにおいては、設定した作動温度で均一に発電させることが、内部抵抗が小さく電圧の低下が少ないので好ましいが、一般には、燃料電池スタックの積層方向の両端の温度が低く、中央部の温度が高くなり易いという問題があった。   That is, in a fuel cell stack, it is preferable to generate power uniformly at a set operating temperature because the internal resistance is small and the voltage drop is small, but in general, the temperature at both ends in the stacking direction of the fuel cell stack is low, and the center There was a problem that the temperature of the part was likely to be high.

これは、燃料電池スタックの中心部の燃料電池セルでは、ジュール熱により温度が高くなる傾向があり、両端の燃料電池セルでは、燃料電池スタックからの放熱により、温度が低くなりやすいためである。   This is because the temperature of the fuel cell at the center of the fuel cell stack tends to increase due to Joule heat, and the temperature of the fuel cell at both ends tends to decrease due to heat dissipation from the fuel cell stack.

なお、本発明者等は、特願2007−154133号にて、発電効率を高めるために、複数の固体電解質形燃料電池セルを所定方向に積層した第1発電セル群と、第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セルの数よりも少ない第2発電セル群と、燃料ガスを第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セルに分配供給し、第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セルにて反応した後の燃料ガスを統合し、統合した反応後の燃料ガスを第2発電セル群の固体電解質形燃料電池セルへ分配供給する燃料ガス流路を備えた固体電解質形燃料電池を提案している。   In addition, in order to increase power generation efficiency, the present inventors in Japanese Patent Application No. 2007-154133 have a first power generation cell group in which a plurality of solid electrolyte fuel cells are stacked in a predetermined direction, and a first power generation cell group The number of second power generation cell groups less than the number of solid electrolyte fuel cell cells and the fuel gas is distributed and supplied to the solid electrolyte fuel cell cells of the first power generation cell group, so that the solid electrolyte fuel cell of the first power generation cell group A solid oxide fuel cell having a fuel gas flow path that integrates the fuel gas after reaction in the cell and distributes and distributes the integrated fuel gas after reaction to the solid electrolyte fuel cell of the second power generation cell group is suggesting.

しかし、この燃料電池の場合も、スタック全体の温度分布という観点において、改良の余地が残されている。   However, this fuel cell also has room for improvement in terms of the temperature distribution of the entire stack.

本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、燃料ガスがすべての燃料電池セルに対し均一に供給されなくても効率よく電力を取り出すことができるとともに、固体電解質形燃料電池セルを積層した場合でも、温度分布の問題を解決することができる固体電解質形燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these problems. When the fuel gas is not uniformly supplied to all fuel cells, power can be efficiently taken out, and solid oxide fuel cells are stacked. However, an object is to provide a solid oxide fuel cell that can solve the problem of temperature distribution.

(1)かかる問題を解決するためになされた請求項1の発明は、固体電解質形燃料電池セルに燃料ガスと酸素を含む支燃性ガスとを供給して発電を行う固体電解質形燃料電池において、複数の前記固体電解質形燃料電池セルを所定方向に積層した第1発電セル群と、1又は複数の前記固体電解質形燃料電池セルからなる第2及び第3発電セル群と、前記燃料ガスを前記第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セルに分配供給し、該第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セルにて反応した後の燃料ガスを統合し、該統合した反応後の燃料ガスを前記第2及び第3発電セル群の固体電解質形燃料電池セルへ分配供給する燃料ガス流路と、を備えるとともに、前記第2及び第3発電セル群の合計の固体電解質形燃料電池セルの数を、前記第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セルの数よりも少なくし、且つ、前記第1発電セル群の積層方向の一方の側に前記第2発電セル群を積層するとともに、他方の側に前記第3発電セル群を積層したことを特徴とする。 (1) In order to solve such a problem, the invention of claim 1 is directed to a solid oxide fuel cell that generates power by supplying a fuel gas and a combustion-supporting gas containing oxygen to the solid electrolyte fuel cell. A first power generation cell group in which a plurality of the solid electrolyte fuel cell units are stacked in a predetermined direction, a second and third power generation cell group composed of one or a plurality of the solid electrolyte fuel cell units, and the fuel gas. Distributing and supplying to the solid electrolyte fuel cells of the first power generation cell group, integrating the fuel gas after reacting in the solid electrolyte fuel cell of the first power generation cell group, and integrating the reacted fuel after the reaction A fuel gas flow path for distributing and supplying gas to the solid electrolyte fuel cells of the second and third power generation cell groups, and a total solid electrolyte fuel cell of the second and third power generation cell groups The number of the first power generation The second power generation cell group is stacked on one side in the stacking direction of the first power generation cell group, and the third power generation cell is stacked on the other side. The power generation cell group is laminated.

本発明の固体電解質形燃料電池では、燃料ガスが、まず第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セルに分配供給される。そして、第1発電セル群において発電に使われた燃料ガスは、統合され、第2及び第3発電セル群の固体電解質形燃料電池セルへ分配供給され、再度燃料ガスとして利用される。   In the solid oxide fuel cell of the present invention, fuel gas is first distributed and supplied to the solid oxide fuel cells of the first power generation cell group. Then, the fuel gas used for power generation in the first power generation cell group is integrated, distributed and supplied to the solid oxide fuel cells of the second and third power generation cell groups, and again used as fuel gas.

・このように、第1発電セル群おいて利用された燃料ガスを統合することによって、第1発電セル群の各固体電解質形燃料電池セルに対する燃料ガスの分配に均一性がなくとも、第2及び第3発電セル群において燃料ガスの不均一性を緩和することができるので、固体電解質形燃料電池全体での発電効率を高めることができる。以下詳細に説明する。   As described above, by integrating the fuel gas used in the first power generation cell group, even if the distribution of the fuel gas to each solid electrolyte fuel cell of the first power generation cell group is not uniform, the second In addition, since the nonuniformity of the fuel gas can be alleviated in the third power generation cell group, the power generation efficiency of the entire solid oxide fuel cell can be increased. This will be described in detail below.

固体電解質形燃料電池の発電効率を高めるためには、燃料ガス利用率を上げる必要がある。例えば、燃料ガス利用率90%で発電させたい場合には、固体電解質形燃料電池を構成する各固体電解質形燃料電池セルに利用率90%となるように燃料ガスを供給する必要がある。   In order to increase the power generation efficiency of the solid oxide fuel cell, it is necessary to increase the fuel gas utilization rate. For example, when it is desired to generate power at a fuel gas utilization rate of 90%, it is necessary to supply fuel gas to each solid electrolyte fuel cell constituting the solid oxide fuel cell so that the utilization rate is 90%.

ここで、各固体電解質形燃料電池セルを例えば電気的に直列接続したとき、各固体電解質形燃料電池セルで消費される燃料の量は同じになるので、燃料ガスは各固体電解質形燃料電池セルすべてにおいて90%の燃料利用率となるように、均等に配分されるように供給しなければならない。   Here, when each solid electrolyte fuel cell is electrically connected in series, for example, the amount of fuel consumed in each solid electrolyte fuel cell is the same, so the fuel gas is each solid electrolyte fuel cell. The supply must be evenly distributed so that the fuel utilization rate is 90% in all cases.

しかし、実際には各固体電解質形燃料電池セルすべてに均等配分することは難しく、燃料ガス供給量は、固体電解質形燃料電池セル毎にバラツキが出てしまう。   However, in practice, it is difficult to evenly distribute to all the solid electrolyte fuel cells, and the fuel gas supply amount varies for each solid oxide fuel cell.

例えば、供給量に10%以上のバラツキが出たとすると、固体電解質形燃料電池セルによっては利用率100%以上で動かすことになってしまい、発電が成立しない。このため、このバラツキを考慮し、利用率を平均で80%程度にして運転させることが一般的である。   For example, if there is a variation of 10% or more in the supply amount, depending on the solid oxide fuel cell, it will be operated at a utilization rate of 100% or more, and power generation will not be established. For this reason, it is common to operate with an average utilization rate of about 80% in consideration of this variation.

これに対し、本発明の固体電解質形燃料電池では、固体電解質形燃料電池セルを第1発電セル群と第2及び第3発電セル群とに分け、第1発電セル群の燃料排ガスを用いて第2及び第3発電セル群を発電させている。   In contrast, in the solid oxide fuel cell of the present invention, the solid electrolyte fuel cell is divided into the first power generation cell group and the second and third power generation cell groups, and the fuel exhaust gas of the first power generation cell group is used. The second and third power generation cell groups are caused to generate power.

したがって、第1発電セル群における燃料利用率があまり高なくても、第1発電セル群において使用された燃料ガスが第2及び第3発電セル群において再利用されるので、第1発電セル群と第2及び第3発電セル群において、燃料利用率を下げること、つまり、各固体電解質形燃料電池セルの燃料ガス供給量のバラツキの許容量を大きくできる。   Therefore, even if the fuel utilization rate in the first power generation cell group is not so high, the fuel gas used in the first power generation cell group is reused in the second and third power generation cell groups. In the second and third power generation cell groups, it is possible to reduce the fuel utilization rate, that is, to increase the allowable amount of variation in the fuel gas supply amount of each solid oxide fuel cell.

また、本発明の固体電解質形燃料電池では、第2及び第3発電セル群の合計の固体電解質形燃料電池セル数を第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セル数より少なくしている。これにより、第2及び第3発電セル群の固体電解質形燃料電池セルに供給される燃料ガスは、濃度としては低いものの、流量は第1発電セル群よりも多くできる。こうすることで濃度の薄い燃料でも十分に発電を行うことができる。   In the solid oxide fuel cell of the present invention, the total number of solid electrolyte fuel cells in the second and third power generation cell groups is less than the number of solid electrolyte fuel cell cells in the first power generation cell group. Thereby, although the concentration of the fuel gas supplied to the solid oxide fuel cells of the second and third power generation cell groups is low, the flow rate can be larger than that of the first power generation cell group. By doing so, it is possible to sufficiently generate power even with a low concentration fuel.

・特に本発明では、第1発電セル群の積層方向の一方の側に第2発電セル群を積層するとともに、他方の側に第3発電セル群を積層している。つまり、第1発電セル群の両側に、第2発電セル群と第3発電セル群とを配置している。   In particular, in the present invention, the second power generation cell group is stacked on one side in the stacking direction of the first power generation cell group, and the third power generation cell group is stacked on the other side. That is, the second power generation cell group and the third power generation cell group are arranged on both sides of the first power generation cell group.

これにより、固体電解質形燃料電池の積層方向における温度分布を均一化することができる。   Thereby, the temperature distribution in the stacking direction of the solid oxide fuel cell can be made uniform.

すなわち、第1発電セル群にて使用された燃料の排ガスは、第1発電セル群に投入される前の温度より高い温度であるため、その排ガスが第1発電セル群の両側に配置された第2及び第3発電セル群に投入されると、固体電解質形燃料電池の積層方向の両端側のセル群の温度低下を低減することができる。よって、固体電解質形燃料電池の積層方向における温度分布をより均一に維持することができる。   That is, since the exhaust gas of the fuel used in the first power generation cell group has a temperature higher than the temperature before being input to the first power generation cell group, the exhaust gas is disposed on both sides of the first power generation cell group. When it is inserted into the second and third power generation cell groups, it is possible to reduce the temperature drop of the cell groups on both ends in the stacking direction of the solid oxide fuel cell. Therefore, the temperature distribution in the stacking direction of the solid oxide fuel cell can be maintained more uniformly.

これにより、固体電解質形燃料電池の内部抵抗のバラツキを小さくできるので、両端の発電セル群の電圧の低下を抑制でき、よって、固体電解質形燃料電池の性能を高めることができる。   Thereby, since the variation in the internal resistance of the solid oxide fuel cell can be reduced, it is possible to suppress a decrease in the voltage of the power generation cell groups at both ends, and thus the performance of the solid oxide fuel cell can be enhanced.

また、固体電解質形燃料電池は、その特性上、作動温度は例えば700〜1000℃程度と、通常の周囲温度よりかなり高温である。   In addition, due to the characteristics of the solid oxide fuel cell, the operating temperature is, for example, about 700 to 1000 ° C., which is considerably higher than the normal ambient temperature.

従って、固体電解質形燃料電池では、周囲温度の影響によって温度分布が大きくなり易いが、本発明では、温度分布を小さくできるので、この種の固体電解質形燃料電池の性能の維持には、極めて好適である。   Accordingly, in the solid oxide fuel cell, the temperature distribution tends to be large due to the influence of the ambient temperature. However, in the present invention, the temperature distribution can be reduced, so that it is extremely suitable for maintaining the performance of this type of solid oxide fuel cell. It is.

(2)請求項2の発明は、請求項1に記載の固体電解質形燃料電池において、前記第1発電セル群と前記2発電セル群と前記第3発電セル群とを、電気的に直列接続したことを特徴とする。 (2) The invention according to claim 2 is the solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the first power generation cell group, the second power generation cell group, and the third power generation cell group are electrically connected in series. It is connected.

本発明の様に、第1〜第3発電セル群を電気的に直列接続すると、充分な電圧を確保でき、また、個々の固体電解質形燃料電池セルから電力を取り出す必要がないので、電力を取り出すときの制御や電流の統合を行う必要がない。よって、その構造を簡易化できるという利点がある。   If the first to third power generation cell groups are electrically connected in series as in the present invention, a sufficient voltage can be secured, and there is no need to take out power from each solid oxide fuel cell, There is no need to control when taking out or to integrate current. Therefore, there is an advantage that the structure can be simplified.

(3)請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の固体電解質形燃料電池において、前記第2発電セル群の固体電解質形燃料電池セルの数と前記第3発電セル群の固体電解質形燃料電池セルの数とを、同じとしたことを特徴とする。   (3) The invention of claim 3 is the solid oxide fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the number of solid electrolyte fuel cells of the second power generation cell group and the number of the third power generation cell group The number of solid electrolyte fuel cells is the same.

これにより、積層方向における温度分布を一層均一にできるという効果がある。   Thereby, there is an effect that the temperature distribution in the stacking direction can be made more uniform.

(4)請求項4の発明は、請求項1〜請求項3のいずれかに記載の固体電解質形燃料電池において、前記酸素を含む支燃性ガスを前記第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セルに分配供給し、該第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セルにて反応した後の酸素を含む支燃性ガスを統合し、該統合した反応後の酸素を含む支燃性ガスを、前記第2及び第3発電セル群の固体電解質形燃料電池セルに分配供給することを特徴とする。 (4) The invention according to claim 4 is the solid electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the combustion-supporting gas containing oxygen is used as the solid electrolyte fuel of the first power generation cell group. Distributing and supplying the battery cells, integrating the combustion-supporting gas containing oxygen after reacting in the solid electrolyte fuel cell of the first power generation cell group, and integrating the support-supporting gas containing oxygen after the reaction Is distributed and supplied to the solid oxide fuel cells of the second and third power generation cell groups.

本発明では、上述の様に、第1〜第3発電セル群の固体電解質形燃料電池セルに酸素を含む支燃性ガスを分配供給するための経路を備えているので、必要な酸素を含む支燃性ガスを第1〜第3発電セル群に供給することができる。 In the present invention, as described above, since a path for distributing and supplying a combustion-supporting gas containing oxygen to the solid electrolyte fuel cells of the first to third power generation cell groups is provided, the necessary oxygen is included. The combustion-supporting gas can be supplied to the first to third power generation cell groups.

これにより、すべての固体電解質形燃料電池セルに十分な量の酸素を含む支燃性ガスを供給することができるとともに、第1発電セル群から排出された高温の酸素を含む支燃性ガスを第2及び第3発電セル群に供給するため、固体電解質形燃料電池内の温度分布を均一にすることに寄与する。 As a result, a combustion-supporting gas containing a sufficient amount of oxygen can be supplied to all the solid oxide fuel cells, and the combustion-supporting gas containing high-temperature oxygen discharged from the first power generation cell group can be supplied. The supply to the second and third power generation cell groups contributes to uniform temperature distribution in the solid oxide fuel cell.

(5)請求項5の発明は、請求項1〜請求項4のいずれかに記載の固体電解質形燃料電池において、前記第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セルの数は、前記第2及び第3発電セル群の合計の固体電解質形燃料電池セルの数の2〜10倍であることを特徴とする。   (5) The invention according to claim 5 is the solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the number of solid electrolyte fuel cells in the first power generation cell group is the second. And 2 to 10 times the total number of solid oxide fuel cells in the third power generation cell group.

第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セルの数が、第2及び第3発電セル群の合計の固体電解質形燃料電池セルの数の2倍より小さいと、第2及び第3発電セル群において、燃料ガスの供給量が少なくなるので、発電効率が低下してしまう。従って、第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セルの数は、第2及び第3発電セル群の合計の固体電解質形燃料電池セルの数の2倍以上であることが好ましい。   When the number of solid electrolyte fuel cells in the first power generation cell group is less than twice the total number of solid electrolyte fuel cells in the second and third power generation cell groups, the second and third power generation cell groups However, since the amount of fuel gas supplied decreases, the power generation efficiency decreases. Therefore, the number of solid electrolyte fuel cells in the first power generation cell group is preferably at least twice the total number of solid electrolyte fuel cells in the second and third power generation cell groups.

一方、第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セルの数が、第2及び第3発電セル群の固体電解質形燃料電池セルの数の10倍より大きいと、第2及び第3発電セル群に供給される燃料ガスの流量が多くなる。そのため、燃料ガスの圧損が大きくなり、燃料ガスの供給が困難になる。従って、第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セルの数は、第2及び第3発電セル群の合計の固体電解質形燃料電池セルの数の10倍以下であることが好ましい。   On the other hand, if the number of solid electrolyte fuel cells in the first power generation cell group is greater than 10 times the number of solid electrolyte fuel cells in the second and third power generation cell groups, the second and third power generation cell groups The flow rate of the fuel gas supplied to is increased. For this reason, the pressure loss of the fuel gas increases, and it becomes difficult to supply the fuel gas. Therefore, the number of solid electrolyte fuel cells in the first power generation cell group is preferably 10 times or less the total number of solid electrolyte fuel cells in the second and third power generation cell groups.

(a)は実施例1の固体電解質形燃料電池の平面図、(b)は固体電解質形燃料電池の側面図である。(A) is a top view of the solid oxide fuel cell of Example 1, (b) is a side view of a solid oxide fuel cell. 固体電解質形燃料電池セルを分解した状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which decomposed | disassembled the solid electrolyte form fuel cell. (a)は空気極フレーム構成を示す説明図、(b)は第1発電セル群の燃料極フレームの構成を示す説明図、(c)は第2及び第3発電セル群の燃料極フレームの構成を示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows an air electrode frame structure, (b) is explanatory drawing which shows the structure of the fuel electrode frame of a 1st power generation cell group, (c) is the fuel electrode frame of a 2nd and 3rd power generation cell group. It is explanatory drawing which shows a structure. ボルトとその使用状態を破断して示す説明図である。It is explanatory drawing which fractures | ruptures and shows a volt | bolt and its use condition. 燃料ガス及び空気の流路の概略を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the outline of the flow path of fuel gas and air. (a)は空気の流路を示す説明図、(b)は燃料ガスの流路を示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows the flow path of air, (b) is explanatory drawing which shows the flow path of fuel gas. 実施例2の固体電解質形燃料電池の平面図である。3 is a plan view of a solid oxide fuel cell of Example 2. FIG. (a)は第1発電セル群の空気極フレームの構成を示す説明図、(b)は第2及び第3発電セル群の空気極フレームの構成を示す説明図、(c)は第1発電セル群の燃料極フレームの構成を示す説明図、(d)は第2及び第3発電セル群の燃料極フレームの構成を示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows the structure of the air electrode frame of a 1st electric power generation cell group, (b) is explanatory drawing which shows the structure of the air electrode frame of a 2nd and 3rd electric power generation cell group, (c) is 1st electric power generation. FIG. 3D is an explanatory diagram showing the configuration of the fuel electrode frame of the cell group, and FIG. 4D is an explanatory diagram showing the configuration of the fuel electrode frame of the second and third power generation cell groups. 燃料ガス及び空気の流路の概略を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the outline of the flow path of fuel gas and air.

以下、本発明が適用された実施例について図面を用いて説明する。   Embodiments to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.

a)まず、固体電解質形燃料電池の構成について、図1〜図3に基づいて説明する。   a) First, the configuration of the solid oxide fuel cell will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、固体電解質形燃料電池1は、燃料ガス(例えば水素)と支燃性ガス(例えば空気(詳しくは空気中の酸素))との供給を受けて発電を行う装置であり、第1発電セル群11、第2発電セル群12、第3発電セル群13、及びボルト15〜33を備えている。   As shown in FIG. 1, a solid oxide fuel cell 1 is a device that generates power by receiving supply of a fuel gas (for example, hydrogen) and a combustion-supporting gas (for example, air (specifically, oxygen in the air)). The first power generation cell group 11, the second power generation cell group 12, the third power generation cell group 13, and the bolts 15 to 33 are provided.

第1発電セル群11は、10個の固体電解質形燃料電池セル3が積層されて形成されており、第2発電セル群12及び第3発電セル群13は、それぞれ第1発電セル群11よりも少ない各2個(合計4個)の固体電解質形燃料電池セル3からなる。   The first power generation cell group 11 is formed by laminating ten solid oxide fuel cells 3, and the second power generation cell group 12 and the third power generation cell group 13 are respectively from the first power generation cell group 11. Each of which is composed of two (four in total) solid oxide fuel cells 3.

また、第2発電セル群12は、第1発電セル群11の積層方向の一方の側(図1(b)の上側)に積層されるとともに、第3発電セル群13は、第1発電セル群11の積層方向の他方の側(図1(b)の下側)に積層されている。   In addition, the second power generation cell group 12 is stacked on one side in the stacking direction of the first power generation cell group 11 (upper side in FIG. 1B), and the third power generation cell group 13 is the first power generation cell. They are stacked on the other side of the group 11 in the stacking direction (the lower side of FIG. 1B).

なお、第1発電セル群11と第2発電セル群12と第3発電セル群13とは、電気的に(図1(b)の上下方向に)直列に接続されている。   The first power generation cell group 11, the second power generation cell group 12, and the third power generation cell group 13 are electrically connected in series (in the vertical direction of FIG. 1B).

図2に分解して示すように、固体電解質形燃料電池セル3は、いわゆる燃料極支持膜形タイプの燃料電池セルであり、燃料ガス流路35側には、燃料極(アノード)37が配置されるとともに、燃料極37の同図上側の表面には薄膜の固体電解質体39が形成される。その固体電解質体39の空気流路43側の表面には、空気極(カソード)41が形成されている。   As shown in an exploded view in FIG. 2, the solid oxide fuel cell 3 is a so-called fuel electrode supporting membrane type fuel cell, and a fuel electrode (anode) 37 is disposed on the fuel gas flow path 35 side. At the same time, a thin-film solid electrolyte body 39 is formed on the upper surface of the fuel electrode 37. An air electrode (cathode) 41 is formed on the surface of the solid electrolyte body 39 on the air flow path 43 side.

固体電解質体39としては、YSZ、ScSZ、SDC、GDC、ペロブスカイト系酸化物等の材料が使用できる。また、燃料極37としては、Ni及びNiとセラミックとのサーメットが使用でき、空気極41としては、ペロブスカイト系酸化物、各種貴金属及び貴金属とセラミックとのサーメットが使用できる。   As the solid electrolyte body 39, materials such as YSZ, ScSZ, SDC, GDC, and perovskite oxide can be used. Further, as the fuel electrode 37, Ni and a cermet of Ni and ceramic can be used, and as the air electrode 41, a perovskite oxide, various noble metals and cermets of noble metal and ceramic can be used.

空気極41と上方の金属製のインターコネクタ(発電セル3間の導通を確保するとともにガス流路を遮断する長方形のプレート)45との間には、その導通を確保するために、例えば、空気極41と同様なLSCF(ランタンストロンチウムコバルト鉄)、LSM(ランタンストロンチウムマンガネート)等からなる集電体47が配置されている。なお、ここでは、燃料極37と固体電解質体39と空気極41とをセル本体49と称する。   In order to ensure the electrical connection between the air electrode 41 and the upper metal interconnector (a rectangular plate that secures electrical connection between the power generation cells 3 and blocks the gas flow path) 45, for example, air A current collector 47 made of LSCF (lanthanum strontium cobalt iron), LSM (lanthanum strontium manganate) or the like similar to the electrode 41 is disposed. Here, the fuel electrode 37, the solid electrolyte body 39, and the air electrode 41 are referred to as a cell body 49.

更に詳しくは、この固体電解質形燃料電池セル3は、上下一対の金属製のインターコネクタ45、45の間に、空気流路43側の金属製の四角枠状の空気極フレーム51と、セラミックス製の四角枠状の絶縁フレーム53と、セル本体49を接合して配置するとともにガス流路を遮断する金属製の四角枠状のセパレータ55と、燃料ガス流路35側の金属製の四角枠状の燃料極フレーム57とを備えている。   More specifically, the solid oxide fuel cell 3 includes a metal square frame-shaped air electrode frame 51 on the air flow path 43 side, and a ceramic product between a pair of upper and lower metal interconnectors 45, 45. A rectangular frame-shaped insulating frame 53, a metal rectangular frame-shaped separator 55 which is disposed by joining the cell main body 49 and blocks the gas flow path, and a metal square frame-like shape on the fuel gas flow path 35 side. The fuel electrode frame 57 is provided.

つまり、インターコネクタ(その外周縁部)45と空気極フレーム51と絶縁フレーム53とセパレータ(その外周縁部)55と燃料極フレーム57とにより、固体電解質形燃料電池セル3の枠部59が構成されており、この枠部59に、ボルト15〜33が貫挿される貫通孔61が形成されている。   That is, the frame portion 59 of the solid oxide fuel cell 3 is configured by the interconnector (the outer peripheral edge portion) 45, the air electrode frame 51, the insulating frame 53, the separator (the outer peripheral edge portion) 55, and the fuel electrode frame 57. A through hole 61 into which the bolts 15 to 33 are inserted is formed in the frame portion 59.

このうち、空気極フレーム51は、図3(a)に示すように、同図中の上下両端の3個の孔の中央の孔(空気の流路A1、A2)に空気が誘導されるように形成されている。   Of these, as shown in FIG. 3A, the air electrode frame 51 is such that air is guided to the central holes (air flow paths A1, A2) of the three holes at the upper and lower ends in the figure. Is formed.

また、燃料極フレーム57には、第1発電セル群11用と第2及び第3発電セル群12、13用とがある。具体的には、図3(b)に示すように、第1発電セル群11用の燃料極フレーム57は、同図中の左端の4個の孔の下から2個目の孔(燃料の流路F1)と右端の4個の孔の上から2個目の孔(燃料の流路F2)とに燃料を導くように形成されている。一方、図3(c)に示すように、第2及び第3発電セル群12、13用の燃料極フレーム55は、同図中の右端の4個の孔の上から2個目の孔(燃料の流路F2)と左端の4個の孔の上から2個目の孔(燃料の流路F3)とに燃料を導くように形成されている。   In addition, the fuel electrode frame 57 includes one for the first power generation cell group 11 and one for the second and third power generation cell groups 12 and 13. Specifically, as shown in FIG. 3 (b), the fuel electrode frame 57 for the first power generation cell group 11 has a second hole (the fuel hole) from the bottom of the four holes at the left end in the figure. It is formed so as to guide the fuel to the second hole (fuel flow path F2) from the top of the four holes at the right end of the flow path F1). On the other hand, as shown in FIG. 3C, the fuel electrode frame 55 for the second and third power generation cell groups 12 and 13 has a second hole (from the top of the four holes at the right end in the figure). The fuel flow path F2) and the leftmost four holes are formed so as to lead the fuel to the second hole (fuel flow path F3).

なお、各フレーム51、57などの孔により、空気や燃料の流路となる前記貫通孔61が形成されている。   The through holes 61 serving as air and fuel flow paths are formed by the holes of the frames 51 and 57 and the like.

前記図1に戻り、前記ボルト15〜33は、第1発電セル群11と第2及び第3発電セル群12、13を積層した積層体5を積層方向に押圧して固体電解質形燃料電池セル3を拘束するために用いる部材であり、その構造から2種類のボルト15〜33が使用されている。   Returning to FIG. 1, the bolts 15 to 33 press the stacked body 5 in which the first power generation cell group 11 and the second and third power generation cell groups 12 and 13 are stacked in the stacking direction to solid oxide fuel cell. 3 is a member used for restraining 3, and two types of bolts 15 to 33 are used because of its structure.

すなわち、単に固体電解質形燃料電池セル3を押圧するための第1のボルト25〜33と、内部に燃料ガス又は空気が流通するガス流路を備えた第2のボルト15〜23である。   That is, the first bolts 25 to 33 for simply pressing the solid oxide fuel cell 3 and the second bolts 15 to 23 having gas flow paths through which fuel gas or air flows.

このうち、第2のボルト15〜23には、空気のガス流路を備えた空気用のボルト15、17と燃料ガスのガス流路を備えた燃料用のボルト19〜23とがある。なお、使用する第2のボルト15〜23の本数は、固体電解質形燃料電池1の構造や定格等に応じて適宜選択できる。   Among these, the second bolts 15 to 23 include air bolts 15 and 17 having an air gas passage and fuel bolts 19 to 23 having a fuel gas passage. The number of second bolts 15 to 23 to be used can be appropriately selected according to the structure and rating of the solid oxide fuel cell 1.

b)次に、第2のボルト15〜23の基本的な構造について図4に基づいて説明する。なお、第2のボルト15〜23の細部は各々異なっているが、異なる部分は後述する「燃料ガスの流路」及び「空気の流路」において説明することとし、ここでは、基本的な構造についてボルト15を示して説明する。   b) Next, the basic structure of the second bolts 15 to 23 will be described with reference to FIG. The details of the second bolts 15 to 23 are different from each other, but the different portions will be described in “fuel gas flow path” and “air flow path” to be described later. Will be described with reference to the bolt 15.

図4に示すように、ボルト15は、円柱状の長尺の中空ボルトであり、そのボルト15の上下両端には、六角形のナット63、65が螺合されている。   As shown in FIG. 4, the bolt 15 is a long cylindrical hollow bolt, and hexagonal nuts 63 and 65 are screwed into both upper and lower ends of the bolt 15.

前記ボルト15の軸中心には、ガス流路として用いられる有底の中心孔67が開けられるとともに、その中心孔67から径方向(同図左右方向)に複数の横穴69が形成されている。この中心孔67の形状及び横穴69が設けられている位置が、各ボルト15〜23によって異なっている。   A bottomed central hole 67 used as a gas flow path is formed at the axial center of the bolt 15, and a plurality of horizontal holes 69 are formed from the central hole 67 in the radial direction (left-right direction in the figure). The shape of the center hole 67 and the position where the lateral hole 69 is provided differ depending on the bolts 15 to 23.

このボルト15は、積層体5の外周近傍に開けられた前記貫通孔61に貫挿されており、ボルト15の外周面と貫通孔61との内周面との間には、円筒状のガス流路となる空間71が形成されている。   The bolt 15 is inserted into the through hole 61 opened near the outer periphery of the laminate 5, and a cylindrical gas is interposed between the outer peripheral surface of the bolt 15 and the inner peripheral surface of the through hole 61. A space 71 serving as a flow path is formed.

また、ボルト15の上下方向には、各ナット63、65と積層体5との間に、フランジ形状の絶縁スペーサ(絶縁リング)73、75が外嵌されている。   In addition, flange-shaped insulating spacers (insulating rings) 73 and 75 are externally fitted between the nuts 63 and 65 and the laminated body 5 in the vertical direction of the bolt 15.

なお、ボルト15の上端には、ジョイント77が螺合され、このジョイント77には、ガス供給(又は排出)用のガスパイプ79が取り付けられている。   A joint 77 is screwed to the upper end of the bolt 15, and a gas pipe 79 for gas supply (or discharge) is attached to the joint 77.

c)次に、空気及び燃料ガスの流路について、図5及び図6に基づいて説明する。   c) Next, the flow paths of air and fuel gas will be described with reference to FIGS.

なお、図5及び図6においては、説明を簡単にするために、燃料ガス及び空気について最小限の数のボルトを示している。   5 and 6 show a minimum number of bolts for fuel gas and air for the sake of simplicity.

(空気の流路)
図5に示すように、支燃性ガスである空気は、空気用のボルト15の上方から供給され、そのボルト15の軸中心に形成された中心孔67に導入され、各横穴69から第1発電セル11と第2発電セル12と第3発電セル13とに供給される。
(Air flow path)
As shown in FIG. 5, air that is a combustion-supporting gas is supplied from above the bolt 15 for air, introduced into a center hole 67 formed at the axial center of the bolt 15, and first through each lateral hole 69. The power generation cell 11, the second power generation cell 12, and the third power generation cell 13 are supplied.

詳しくは、ボルト15の中心孔67から供給された空気は、図6(a)に示すように、ボルト15の外周側の空間71から、第1〜第3発電セル11〜13の導入孔81を介して、第1〜第3発電セル11〜13の各固体電解質形燃料電池セル3内の空気流路43側に導入される。   Specifically, the air supplied from the center hole 67 of the bolt 15 is introduced from the space 71 on the outer peripheral side of the bolt 15 into the introduction holes 81 of the first to third power generation cells 11 to 13 as shown in FIG. Is introduced to the air flow path 43 side in each solid electrolyte fuel cell 3 of the first to third power generation cells 11 to 13.

次に、空気流路43の空気は、排出孔83を介して、他の空気用(排出用)のボルト17の外周側の空間71に排出され、図5に示すように、ボルト17の横穴85を介して中心孔87に導入され、その上方より固体電解質形燃料電池1外に排出される。   Next, the air in the air flow path 43 is discharged to the space 71 on the outer peripheral side of the other air (discharge) bolts 17 through the discharge holes 83, and as shown in FIG. It is introduced into the central hole 87 through 85 and discharged from the upper part to the outside of the solid oxide fuel cell 1.

(燃料ガスの流路)
図5に示すように、燃料ガスは、燃料用のボルト19の上方から供給され、ボルト19の軸中心に形成された中心孔89に導入され、第1発電セル群11に対応する位置に設けられた横穴91から第1発電セル群11に供給される。換言すれば、ボルト19では、第1発電セル群11に燃料ガスが供給される位置に横穴91が設けられている。
(Fuel gas flow path)
As shown in FIG. 5, the fuel gas is supplied from above the fuel bolt 19, introduced into a center hole 89 formed at the axial center of the bolt 19, and provided at a position corresponding to the first power generation cell group 11. The first power generation cell group 11 is supplied from the lateral hole 91 formed. In other words, in the bolt 19, the horizontal hole 91 is provided at a position where the fuel gas is supplied to the first power generation cell group 11.

第1発電セル群11に供給された燃料ガスは、第1発電セル群11を構成する各固体電解質形燃料電池セル3内の燃料流路35側に導入される(図6(b)中図参照)。   The fuel gas supplied to the first power generation cell group 11 is introduced to the fuel flow path 35 side in each solid oxide fuel cell 3 constituting the first power generation cell group 11 (FIG. 6B). reference).

次に、固体電解質形燃料電池セル3内に導入された燃料流路35の燃料ガスは、他の燃料中継用のボルト21の第1発電セル群11に対応する位置に設けられた横穴93を介して、ボルト21の中心孔97に導入され、ボルト21の上部に設けられた横穴94から第2発電セル群12に供給されるとともに、ボルト21の下部に設けられた横穴95から第3発電セル群13に供給される。   Next, the fuel gas in the fuel flow path 35 introduced into the solid oxide fuel cell 3 passes through a horizontal hole 93 provided at a position corresponding to the first power generation cell group 11 of the other bolt 21 for fuel relay. Through the center hole 97 of the bolt 21 and supplied to the second power generation cell group 12 from the lateral hole 94 provided in the upper part of the bolt 21, and the third power generation from the lateral hole 95 provided in the lower part of the bolt 21. It is supplied to the cell group 13.

換言すれば、ボルト21では、第1発電セル群11に対応する位置と第2及び第3発電セル群12、13に対応する位置に横穴93〜95が設けられている。なお、ボルト21からは外部に燃料ガスを排出しないので、中心孔97は貫通孔とはなっていない。   In other words, in the bolt 21, the lateral holes 93 to 95 are provided at positions corresponding to the first power generation cell group 11 and positions corresponding to the second and third power generation cell groups 12 and 13. Since the fuel gas is not discharged from the bolt 21 to the outside, the center hole 97 is not a through hole.

そして、第2及び第3発電セル群12、13に供給された燃料ガスは、第2及び第3発電セル群12、13を構成する各固体電解質形燃料電池セル3内の燃料流路35側に導入される(図6(b)上下図参照)。   The fuel gas supplied to the second and third power generation cell groups 12 and 13 is on the fuel flow path 35 side in each solid oxide fuel cell 3 constituting the second and third power generation cell groups 12 and 13. (See the upper and lower views in FIG. 6B).

燃料流路35に導入された燃料ガスは、他のボルト23の第2及び第3発電セル群12、13に対応する位置に設けられた横穴99、101を介して、ボルト21の中心孔103に導入され、中心孔103の上方より固体電解質形燃料電池1外に排出される。   The fuel gas introduced into the fuel flow path 35 passes through the horizontal holes 99 and 101 provided at positions corresponding to the second and third power generation cell groups 12 and 13 of the other bolts 23, and the center hole 103 of the bolt 21. And is discharged out of the solid oxide fuel cell 1 from above the center hole 103.

d)次に、上述した構造の固体電解質形燃料電池1の動作原理について、簡単に説明する。   d) Next, the operating principle of the solid oxide fuel cell 1 having the above-described structure will be briefly described.

ここでは、固体電解質体39として、例えばYSZを用いた例を挙げて説明する。   Here, as the solid electrolyte body 39, for example, an example using YSZ will be described.

本実施例の固体電解質形燃料電池1は、使用される固体電解質等の特性上、作動温度は例えば700〜1000℃と、通常の周囲温度(大気温)よりかなり高温で使用されるものである。   The solid electrolyte fuel cell 1 of the present embodiment is used at a temperature considerably higher than the normal ambient temperature (atmospheric temperature), for example, 700 to 1000 ° C. due to the characteristics of the solid electrolyte used. .

この固体電解質形燃料電池1では、燃料極37では、「H2+O2-→H2O+2e-」の反応が起こり、空気極41では、「1/2O2+2e-→O2-」の反応が起こるので、全反応としては、「H2+1/2O2-→H2O」となる。 In the solid oxide fuel cell 1, a reaction of “H 2 + O 2 − → H 2 O + 2e ” occurs at the fuel electrode 37, and a reaction of “½O 2 + 2e → O 2 ” occurs at the air electrode 41. Therefore, the total reaction is “H 2 + 1 / 2O 2 − → H 2 O”.

従って、本実施例では、燃料極37側には水蒸気が発生するので、例えばPEFCに比べて、燃料極37側での燃料ガスの体積変化が少ないという特徴がある。   Therefore, in this embodiment, since water vapor is generated on the fuel electrode 37 side, there is a feature that the volume change of the fuel gas on the fuel electrode 37 side is smaller than that of, for example, PEFC.

e)次に、固体電解質形燃料電池1の製造方法について、簡単に説明する。   e) Next, a method for manufacturing the solid oxide fuel cell 1 will be briefly described.

まず、例えばSUS430からなる板材を打ち抜いて、インターコネクタ45、空気極フレーム51、燃料極フレーム57、セパレータ55を製造した。   First, for example, a plate material made of SUS430 was punched out to manufacture an interconnector 45, an air electrode frame 51, a fuel electrode frame 57, and a separator 55.

また、定法により、アルミナを主成分とするグリーンシートを所定形状に形成し、焼成して、絶縁フレーム53を製造した。   Further, an insulating frame 53 was manufactured by forming a green sheet containing alumina as a main component into a predetermined shape and firing it by a conventional method.

固体電解質形燃料電池セル3のセル本体49を、定法に従って製造した。具体的には、燃料極37のグリーンシート上に、固体電解質体39の材料を印刷し、その上に空気極41の材料を印刷し、その後焼成した。なお、セル本体49は、セパレータ55にろう付けして固定した。   The cell main body 49 of the solid oxide fuel cell 3 was manufactured according to a conventional method. Specifically, the material of the solid electrolyte body 39 was printed on the green sheet of the fuel electrode 37, the material of the air electrode 41 was printed thereon, and then fired. The cell body 49 was fixed to the separator 55 by brazing.

これとは別に、空気用及び燃料用のボルト15〜23を、ザグリ加工等により製造した。   Apart from this, bolts 15 to 23 for air and fuel were manufactured by counterboring or the like.

そして、上述したインターコネクタ45、空気極フレーム51、燃料極フレーム57、セル本体49をろう付けしたセパレータ55、集電体47などを一体にして、各固体電解質形燃料電池セル3を組み付けるとともに、各固体電解質形燃料電池セル3を積層して積層体5を構成した。   Then, the above-mentioned interconnector 45, air electrode frame 51, fuel electrode frame 57, separator 55 brazed to the cell body 49, current collector 47, etc. are integrated to assemble each solid oxide fuel cell 3; Each solid electrolyte fuel cell 3 was laminated to form a laminate 5.

そして、この積層体5の貫通孔61にボルト15〜33を嵌め込むとともに、それらの両端から絶縁スペーサ73、75を嵌め、ボルト15〜33の両端にナット63、65を螺合させた。   Then, the bolts 15 to 33 were fitted into the through holes 61 of the laminate 5, the insulating spacers 73 and 75 were fitted from both ends thereof, and the nuts 63 and 65 were screwed to both ends of the bolts 15 to 33.

その後、このナット63、65を締め付けて、積層体5を押圧して一体化して固定し、固体電解質形燃料電池1を完成した。   Thereafter, the nuts 63 and 65 were tightened, and the laminated body 5 was pressed and integrated and fixed to complete the solid oxide fuel cell 1.

f)次に、本実施例の固体電解質形燃料電池1の効果について説明する。   f) Next, effects of the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment will be described.

・本実施例の固体電解質形燃料電池1では、燃料ガスが、まず第1発電セル群11の固体電解質形燃料電池セル3に分配供給される。そして、第1発電セル群11において発電に使われた燃料ガスは、統合され、第2及び第3発電セル群12、13の固体電解質形燃料電池セル3へ分配供給され、再度燃料ガスとして利用される。   In the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment, the fuel gas is first distributed and supplied to the solid oxide fuel cell 3 of the first power generation cell group 11. The fuel gas used for power generation in the first power generation cell group 11 is integrated, distributed and supplied to the solid oxide fuel cell 3 of the second and third power generation cell groups 12 and 13, and again used as fuel gas. Is done.

このように、第1発電セル群11おいて利用された燃料ガスを統合することによって、第1発電セル群11の各固体電解質形燃料電池セル3に対する燃料ガスの分配に均一性がなくとも、第2及び第3発電セル群12、13において燃料ガスの不均一性を緩和することができるので、固体電解質形燃料電池1全体での発電効率を高めることができる。   As described above, by integrating the fuel gas used in the first power generation cell group 11, even if the distribution of the fuel gas to each solid electrolyte fuel cell 3 of the first power generation cell group 11 is not uniform, Since the nonuniformity of the fuel gas can be reduced in the second and third power generation cell groups 12 and 13, the power generation efficiency of the entire solid oxide fuel cell 1 can be increased.

・本実施例の固体電解質形燃料電池1では、第2及び第3発電セル群12、13の合計の固体電解質形燃料電池セル数を第1発電セル群11の固体電解質形燃料電池セル数より少なくしている。これにより、第2及び第3発電セル群12、13の固体電解質形燃料電池セル3に供給される燃料ガスは、濃度としては低いものの、流量は第1発電セル群11よりも多くできる。こうすることで濃度の薄い燃料でも十分に発電を行うことができる。   In the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment, the total number of solid electrolyte fuel cells in the second and third power generation cell groups 12 and 13 is calculated from the number of solid electrolyte fuel cells in the first power generation cell group 11. Less. Thereby, although the concentration of the fuel gas supplied to the solid electrolyte fuel cells 3 of the second and third power generation cell groups 12 and 13 is low, the flow rate can be larger than that of the first power generation cell group 11. By doing so, it is possible to sufficiently generate power even with a low concentration fuel.

・本実施例では、第1発電セル群11の積層方向の一方の側に第2発電セル群12を積層するとともに、他方の側に第3発電セル群13を積層している。つまり、第1発電セル群11の両側に、第2発電セル群12と第3発電セル群13とを配置している。   In this embodiment, the second power generation cell group 12 is stacked on one side of the first power generation cell group 11 in the stacking direction, and the third power generation cell group 13 is stacked on the other side. That is, the second power generation cell group 12 and the third power generation cell group 13 are arranged on both sides of the first power generation cell group 11.

これにより、固体電解質形燃料電池1の積層方向における温度分布を均一化することができる。よって、固体電解質形燃料電池1の内部抵抗のバラツキを小さくできるので、固体電解質形燃料電池1の性能を高めることができる。   Thereby, the temperature distribution in the stacking direction of the solid oxide fuel cell 1 can be made uniform. Therefore, since the variation in the internal resistance of the solid oxide fuel cell 1 can be reduced, the performance of the solid electrolyte fuel cell 1 can be enhanced.

特に、この固体電解質形燃料電池1は、その特性上、作動温度は700〜1000℃と、通常の周囲温度よりかなり高温であり、周囲温度の影響によって温度分布が大きくなり易いが、本実施例では、温度分布を小さくできるので、この種の固体電解質形燃料電池1の性能の維持には、極めて好適である。   In particular, this solid oxide fuel cell 1 has an operating temperature of 700 to 1000 ° C., which is considerably higher than the normal ambient temperature, and its temperature distribution tends to be large due to the influence of the ambient temperature. Then, since the temperature distribution can be reduced, it is extremely suitable for maintaining the performance of this type of solid oxide fuel cell 1.

・本実施例では、第2発電セル群12の固体電解質形燃料電池セル3の数と第3発電セル群13の固体電解質形燃料電池セル3の数とを、同じにしているので、固体電解質形燃料電池1の積層方向における温度分布を一層均一にできる。   In this embodiment, since the number of solid electrolyte fuel cells 3 in the second power generation cell group 12 and the number of solid electrolyte fuel cells 3 in the third power generation cell group 13 are the same, the solid electrolyte The temperature distribution in the stacking direction of the fuel cell 1 can be made more uniform.

・本実施例では、第1発電セル群11の固体電解質形燃料電池セル3の数が第2及び第3発電セル群12、13の固体電解質形燃料電池セル3の合計の数の2倍より大きい。従って、第2及び第3発電セル群12、13において、燃料ガスの供給量が少なくなることがないので、燃料利用率が低下することがない。   In this embodiment, the number of solid electrolyte fuel cells 3 in the first power generation cell group 11 is twice the total number of solid electrolyte fuel cells 3 in the second and third power generation cell groups 12 and 13. large. Therefore, in the second and third power generation cell groups 12 and 13, the supply amount of fuel gas does not decrease, and the fuel utilization rate does not decrease.

また、第1発電セル群11の固体電解質形燃料電池セル3の数が第2及び第3発電セル群12、13の固体電解質形燃料電池セル3の合計の数の10倍より小さいので、第2及び第3発電セル群12、13に供給される燃料ガスの流量が多くなり過ぎない。従って、燃料ガスの圧損が大きくならないので、燃料ガスの供給を容易に行うことができる。   In addition, since the number of solid electrolyte fuel cells 3 in the first power generation cell group 11 is smaller than 10 times the total number of solid electrolyte fuel cells 3 in the second and third power generation cell groups 12 and 13, The flow rate of the fuel gas supplied to the second and third power generation cell groups 12 and 13 does not increase too much. Therefore, the pressure loss of the fuel gas does not increase, so that the fuel gas can be easily supplied.

・本実施例では、第1〜第3発電セル群11〜13を直列に接続しているので、固体電解質形燃料電池1では、個々の固体電解質形燃料電池セル3から電力を取り出す必要がなく、よって、電力を取り出すときの制御や電流の統合を行う必要がないという利点がある。   In the present embodiment, since the first to third power generation cell groups 11 to 13 are connected in series, in the solid oxide fuel cell 1, it is not necessary to take out electric power from each solid oxide fuel cell 3. Therefore, there is an advantage that it is not necessary to perform control and current integration when taking out electric power.

g)次に、上述した構造を有する固体電解質形燃料電池の性能を確認した実験例について説明する。   g) Next, an experimental example for confirming the performance of the solid oxide fuel cell having the above-described structure will be described.

なお、本実験例では、第1発電セル群として10個の固体電解質形燃料電池セルを積層し、第2及び第3発電セル群として、それぞれ1個の固体電解質形燃料電池セルを積層した固体電解質形燃料電池を用いた。また、電気ヒーターを備えた断熱容器に固体電解質形燃料電池を設置し、容器内を700℃まで加熱し、ほぼ同じ温度まで予熱した燃料ガスと支燃性ガスを投入し、第1発電セル群の中央側面部と第2及び第3発電セル群の側面部温度も計測できるように熱電対を取り付けた。   In this experimental example, 10 solid electrolyte fuel cell units were stacked as the first power generation cell group, and one solid electrolyte fuel cell unit was stacked as the second and third power generation cell groups. An electrolyte fuel cell was used. In addition, a solid oxide fuel cell is installed in a heat insulating container equipped with an electric heater, the inside of the container is heated to 700 ° C., fuel gas and a combustion-supporting gas preheated to approximately the same temperature are charged, and the first power generation cell group A thermocouple was attached so that the central side surface portion and the side surface temperature of the second and third power generation cell groups could be measured.

・そして、この固体電解質形燃料電池に、燃料ガスとしてH2ガスを7.6L/min投入し、75Aの電流を取り出して発電した。なお、発電中は断熱容器の電気ヒーターは切り、断熱容器からの放熱と発電によるジュール熱がバランスするようにしているため、概ね700℃が維持されながら発電が継続される。この状態で、第1発電セル群の中央側面部と第2、第3のセル群の側面部温度を計測した。 -Then, 7.6 L / min of H 2 gas was introduced into the solid electrolyte fuel cell as a fuel gas, and a current of 75 A was taken out to generate electric power. During the power generation, the electric heater of the heat insulating container is turned off so that the heat radiation from the heat insulating container and the Joule heat generated by the power generation are balanced, so that the power generation is continued while the temperature is generally maintained at 700 ° C. In this state, the temperature of the central side surface of the first power generation cell group and the side surface temperatures of the second and third cell groups were measured.

この場合、第1発電セル群の1個あたりの平均H2ガス流量は0.76L/min、平均利用率は75%となる。また第2及び第3発電セル群の合計の投入ガス流量は7.6L/min、その内H2ガス分は0.95L/min、利用率は60%となる。 In this case, the average H 2 gas flow rate per one first power generation cell group is 0.76 L / min, and the average utilization rate is 75%. The total input gas flow rate of the second and third power generation cell groups is 7.6 L / min, of which the H 2 gas component is 0.95 L / min, and the utilization factor is 60%.

このように、第1発電セル群、第2及び第3発電セル群の利用率は低く、セル毎の燃料バラツキの許容量を大きくすることができるにも拘わらず、この燃料電池全体の燃料利用率は90%と高くすることができる。   As described above, although the utilization rate of the first power generation cell group, the second power generation cell group, and the third power generation cell group is low and the allowable amount of fuel variation for each cell can be increased, the fuel utilization of the entire fuel cell The rate can be as high as 90%.

・また、この固体電解質形燃料電池の積層方向の温度分布を調べた。   -Also, the temperature distribution in the stacking direction of this solid oxide fuel cell was examined.

その結果、第1発電セル群の中央側面部(710℃)と第2及び第3発電セル群の側面部温度(692℃)の温度差は、約20℃以内で良好であった。   As a result, the temperature difference between the central side surface portion (710 ° C.) of the first power generation cell group and the side surface temperatures (692 ° C.) of the second and third power generation cell groups was good within about 20 ° C.

h)次に、従来の固体電解質形燃料電池との比較実験について説明する。   h) Next, a comparison experiment with a conventional solid oxide fuel cell will be described.

ここでは、従来の固体電解質形燃料電池と比較するために、12個の固体電解質形燃料電池セルを電気的に直列接続した固体電解質形燃料電池を作製した。なお、その他の条件は、前記実験例と同様である。   Here, for comparison with a conventional solid electrolyte fuel cell, a solid oxide fuel cell in which 12 solid electrolyte fuel cells were electrically connected in series was produced. Other conditions are the same as in the experimental example.

・そして、この燃料電池にH2ガスを7.6L/min投入し、75Aの電流を取り出して発電した。 -Then, 7.6 L / min of H 2 gas was charged into this fuel cell, and a current of 75 A was taken out to generate electricity.

この場合、1個の固体電解質形燃料電池セルあたりの平均ガス流量は0.63L/min、平均利用率は90%となる。また、各固体電解質形燃料電池セルに供給されるガス流量が少ないため、固体電解質形燃料電池セルごとの燃料バラツキの許容量は極めて小さいものとなる。   In this case, the average gas flow rate per solid electrolyte fuel cell is 0.63 L / min, and the average utilization is 90%. In addition, since the gas flow rate supplied to each solid electrolyte fuel cell is small, the allowable amount of fuel variation for each solid electrolyte fuel cell is extremely small.

・また、この従来の固体電解質形燃料電池の積層方向の温度分布を、前記実験例と同様にして調べた。   In addition, the temperature distribution in the stacking direction of this conventional solid oxide fuel cell was examined in the same manner as in the experimental example.

その結果、12段の中央部となる下から6段目の側面温度(710℃)と両端に相当する下から1段目の側面温度(652℃)と12段目の側面温度(654℃)には、約60℃の温度分布があり、両端に近いセルほど電圧低下が大きいことが確認できた。   As a result, the side temperature of the sixth step from the bottom (710 ° C.), which is the center of the 12th step, the side temperature of the first step (652 ° C.) and the side temperature of the 12th step (654 ° C.) corresponding to both ends. Has a temperature distribution of about 60 ° C., and it was confirmed that the voltage drop was larger in the cells closer to both ends.

次に、実施例2について説明するが、前記実施例1と同様な内容の説明は省略する。   Next, the second embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.

なお、本実施例2の固体電解質形燃料電池の基本構造は、前記実施例1と同様であるので、図面は省略する。   Since the basic structure of the solid oxide fuel cell of Example 2 is the same as that of Example 1, the drawing is omitted.

本実施例の固体電解質形燃料電池では、第1発電セル群を構成する固体電解質形燃料電池セルを6個、第2及び第3発電セル群を構成する固体電解質形燃料電池セルをそれぞれ1個(合計2個)とした。   In the solid oxide fuel cell of this example, six solid electrolyte fuel cells constituting the first power generation cell group and one solid electrolyte fuel cell constituting the second and third power generation cell groups, respectively. (2 in total).

そして、実際にこの構成の固体電解質形燃料電池を作製し、H2ガスを5.06L/min投入し75Aの電流を取り出して発電した。 Then, actually to fabricate a solid electrolyte fuel cell of this configuration, and the H 2 gas and power generation is taken out 5.06L / min turned to 75A of current.

この場合、第1発電セル群の1個あたりの平均ガス流量は0.84L/min、平均利用率は67.5%となる。また、第2及び第3発電セル群の投入ガス流量は合計で5.06L/min、その内H2ガス分は0.82L/min、利用率は69.3%となる。 In this case, the average gas flow rate per one first power generation cell group is 0.84 L / min, and the average utilization rate is 67.5%. In addition, the input gas flow rates of the second and third power generation cell groups are 5.06 L / min in total, the H 2 gas component is 0.82 L / min, and the utilization rate is 69.3%.

この燃料電池全体の燃料利用率は90%となる。ただし、この構成では、第1発電セル群の利用率は低くなるが、第2及び第3発電セル群の利用率はあまり低くできないことになる。   The fuel utilization rate of the entire fuel cell is 90%. However, in this configuration, the utilization rate of the first power generation cell group is low, but the utilization rates of the second and third power generation cell groups cannot be reduced very much.

本実施例においても、前記実施例1と同様に、固体電解質形燃料電池セルの積層方向における温度分布を小さくできるとう利点がある。   In the present embodiment, as in the first embodiment, there is an advantage that the temperature distribution in the stacking direction of the solid oxide fuel cells can be reduced.

なお、第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セルの数は、第2及び第3発電セル群の固体電解質形燃料電池セルの合計の数の2〜10倍であればよく、例えば、第1発電セル群を12個、第2及び第3発電セル群を各2個(合計4個)としても、同様な効果が得られる。   The number of solid electrolyte fuel cells in the first power generation cell group may be 2 to 10 times the total number of solid electrolyte fuel cells in the second and third power generation cell groups. The same effect can be obtained by using 12 power generation cell groups and 2 each of the second and third power generation cell groups (total of 4).

次に、実施例3について説明するが、前記実施例1と同様な内容の説明は省略する。   Next, the third embodiment will be described, but the description of the same contents as the first embodiment will be omitted.

a)まず、本実施例の固体電解質形燃料電池の構成について、図7及び図8に基づいて説明する。   a) First, the configuration of the solid oxide fuel cell of this example will be described with reference to FIGS.

図7に示すように、固体電解質形燃料電池111は、第1発電セル群121、第2発電セル群122、第3発電セル群123、及びボルト125〜147を備えている。   As shown in FIG. 7, the solid oxide fuel cell 111 includes a first power generation cell group 121, a second power generation cell group 122, a third power generation cell group 123, and bolts 125 to 147.

第1発電セル群121は、10個の固体電解質形燃料電池セル113が積層されて形成されており、第2発電セル群122及び第3発電セル群123は、それぞれ第1発電セル群121よりも少ない各2個(合計4個)の固体電解質形燃料電池セル113からなる。   The first power generation cell group 121 is formed by stacking ten solid oxide fuel cell cells 113. The second power generation cell group 122 and the third power generation cell group 123 are respectively formed from the first power generation cell group 121. Each of them is composed of two (four in total) solid oxide fuel cells 113.

また、第2発電セル群122は、第1発電セル群121の積層方向の一方の側(図7(b)の上側)に積層されるとともに、第3発電セル群123は、第1発電セル群121の積層方向の他方の側(図7(b)の下側)に積層されている。   The second power generation cell group 122 is stacked on one side (the upper side in FIG. 7B) of the first power generation cell group 121 in the stacking direction, and the third power generation cell group 123 is the first power generation cell. They are stacked on the other side of the group 121 in the stacking direction (the lower side in FIG. 7B).

前記ボルト125〜147は、第1発電セル群121と第2及び第3発電セル群122、123を積層した積層体115を積層方向に押圧して固体電解質形燃料電池セル113を拘束するために用いる部材であり、その構造から2種類のボルト125〜147が使用されている。   The bolts 125 to 147 restrain the solid oxide fuel cell 113 by pressing the laminated body 115 in which the first power generation cell group 121 and the second and third power generation cell groups 122 and 123 are stacked in the stacking direction. It is a member to be used, and two types of bolts 125 to 147 are used because of its structure.

すなわち、単に固体電解質形燃料電池セル113を押圧するための第1のボルト137〜147と、内部に燃料ガス又は空気が流通するガス流路を備えた第2のボルト125〜135である。このうち、第2のボルト125〜147には、空気のガス流路を備えた空気用のボルト125〜129と燃料ガスのガス流路を備えた燃料用のボルト131〜135とがある。   That is, the first bolts 137 to 147 for simply pressing the solid oxide fuel cell 113 and the second bolts 125 to 135 having gas flow paths through which fuel gas or air flows. Among these, the second bolts 125 to 147 include air bolts 125 to 129 having an air gas flow path and fuel bolts 131 to 135 having a fuel gas flow path.

また、固体電解質形燃料電池セル113を構成する部材として、前記実施例1と同様に、(図示しないが)セル本体や集電体等があるが、そのうち、図8に示すように、空気極フレーム149には、第1発電セル群121用と第2及び第3発電セル群122、123用とがある。   Further, as the members constituting the solid oxide fuel cell 113, there are a cell main body and a current collector (not shown) as in the first embodiment. Among them, as shown in FIG. The frame 149 includes a first power generation cell group 121 and a second and third power generation cell groups 122 and 123.

具体的には、図8(a)に示すように、第1発電セル群121用の空気極フレーム149は、同図中の上端の4個の孔の左から2個目の孔(空気の流路A1)と下端の4個の孔の右から2個目の孔(空気の流路A2)とに空気を導くように形成されている。一方、図8(b)に示すように、第2及び第3発電セル群122、123用の空気極フレーム149は、同図中の下端の4個の孔の右から2個目の孔(空気の流路A2)と上端の4個の孔の右から2個目の孔(空気の流路A3)とに空気を導くように形成されている。   Specifically, as shown in FIG. 8A, the air electrode frame 149 for the first power generation cell group 121 has a second hole (air flow) from the left of the four holes at the upper end in the figure. It is formed so as to guide air to the flow path A1) and the second hole (air flow path A2) from the right of the four holes at the lower end. On the other hand, as shown in FIG. 8 (b), the air electrode frame 149 for the second and third power generation cell groups 122 and 123 has the second hole from the right of the four holes at the lower end ( It is formed so as to guide air to the air passage A2) and the second hole (air passage A3) from the right of the four holes at the upper end.

同様に、燃料極フレーム151には、第1発電セル群121用と第2及び第3発電セル群122、123用とがある。   Similarly, the fuel electrode frame 151 includes one for the first power generation cell group 121 and one for the second and third power generation cell groups 122 and 123.

具体的には、図8(c)に示すように、第1発電セル群121用の燃料極フレーム151は、同図中の左端の4個の孔の下から2個目の孔(燃料の流路F1)と右端の4個の孔の上から2個目の孔(燃料の流路F2)とに燃料を導くように形成されている。一方、図8(d)に示すように、第2及び第3発電セル群122、123用の燃料極フレーム151は、同図中の右端の4個の孔の上から2個目の孔(燃料の流路F2)と左端の4個の孔の上から2個目の孔(燃料の流路F3)とに燃料を導くように形成されている。   Specifically, as shown in FIG. 8 (c), the fuel electrode frame 151 for the first power generation cell group 121 has the second hole (the fuel hole) from the bottom of the four holes at the left end in the figure. It is formed so as to guide the fuel to the second hole (fuel flow path F2) from the top of the four holes at the right end of the flow path F1). On the other hand, as shown in FIG. 8D, the fuel electrode frame 151 for the second and third power generation cell groups 122 and 123 has the second hole (from the top of the four holes at the right end in FIG. The fuel flow path F2) and the leftmost four holes are formed so as to lead the fuel to the second hole (fuel flow path F3).

b)次に、空気及び燃料ガスの流路について、図9に基づいて説明する。   b) Next, air and fuel gas flow paths will be described with reference to FIG.

なお、図9においては、説明を簡単にするために、燃料ガス及び空気について最小限の数のボルトを示している。   In FIG. 9, the minimum number of bolts is shown for fuel gas and air for the sake of simplicity.

(空気の流路)
図9に示すように、支燃性ガスである空気は、空気用のボルト125の上方から供給され、ボルト125の軸中心に形成された中心孔153(流路A1)に導入され、第1発電セル群121に対応する位置に設けられた横穴155から第1発電セル群121に供給される。
(Air flow path)
As shown in FIG. 9, air, which is a combustion-supporting gas, is supplied from above the bolt 125 for air, introduced into the center hole 153 (flow path A1) formed at the axial center of the bolt 125, and the first The first power generation cell group 121 is supplied from a lateral hole 155 provided at a position corresponding to the power generation cell group 121.

第1発電セル群121に供給された空気は、第1発電セル群121を構成する各固体電解質形燃料電池セル113内の空気流路157(図8(a)参照)に導入される。   The air supplied to the first power generation cell group 121 is introduced into the air flow path 157 (see FIG. 8A) in each solid electrolyte fuel cell 113 constituting the first power generation cell group 121.

次に、固体電解質形燃料電池セル113内に導入された空気流路157の空気は、他の空気中継用のボルト127の第1発電セル群121に対応する位置に設けられた横穴159を介して、ボルト127の中心孔161(流路A2)に導入され、ボルト127の上部に設けられた横穴163から第2発電セル群122に供給されるとともに、ボルト127の下部に設けられた横穴165から第3発電セル群123に供給される。なお、ボルト127からは外部に空気を排出しないので、中心孔161は貫通孔とはなっていない。   Next, the air in the air flow path 157 introduced into the solid oxide fuel cell 113 passes through a lateral hole 159 provided at a position corresponding to the first power generation cell group 121 of another air relay bolt 127. Then, it is introduced into the central hole 161 (flow path A2) of the bolt 127, supplied to the second power generation cell group 122 from the horizontal hole 163 provided at the upper part of the bolt 127, and at the horizontal hole 165 provided at the lower part of the bolt 127. To the third power generation cell group 123. In addition, since air is not discharged | emitted from the bolt 127 outside, the center hole 161 is not a through-hole.

そして、第2及び第3発電セル群122、123に供給された空気は、第2及び第3発電セル群122、123を構成する各固体電解質形燃料電池セル113内の空気流路167(図8(b)参照)に導入される。   The air supplied to the second and third power generation cell groups 122 and 123 is supplied from the air flow path 167 in each solid electrolyte fuel cell 113 constituting the second and third power generation cell groups 122 and 123 (FIG. 8 (b)).

空気流路167に導入された空気は、他のボルト129の第2及び第3発電セル群122、123に対応する位置に設けられた横穴169、171を介して、ボルト129の中心孔173(流路A3)に導入され、中心孔173の上方より固体電解質形燃料電池111外に排出される。   The air introduced into the air flow path 167 passes through the lateral holes 169 and 171 provided at positions corresponding to the second and third power generation cell groups 122 and 123 of the other bolts 129, and the center hole 173 ( It is introduced into the flow path A3) and discharged out of the solid oxide fuel cell 111 from above the center hole 173.

(燃料ガスの流路)
燃料ガスは、燃料用のボルト135の上方から供給され、ボルト135の軸中心に形成された中心孔175(流路F1)に導入され、第1発電セル群121に対応する位置に設けられた横穴177から第1発電セル群121に供給される。
(Fuel gas flow path)
The fuel gas is supplied from above the fuel bolt 135, introduced into a center hole 175 (flow path F <b> 1) formed at the axial center of the bolt 135, and provided at a position corresponding to the first power generation cell group 121. It is supplied to the first power generation cell group 121 from the lateral hole 177.

第1発電セル群121に供給された燃料ガスは、第1発電セル群121を構成する各固体電解質形燃料電池セル113内の燃料流路179(図8(c)参照)に導入される。   The fuel gas supplied to the first power generation cell group 121 is introduced into the fuel flow path 179 (see FIG. 8C) in each solid electrolyte fuel cell 113 constituting the first power generation cell group 121.

次に、固体電解質形燃料電池セル113内に導入された燃料流路179の燃料ガスは、他の燃料中継用のボルト133の第1発電セル群121に対応する位置に設けられた横穴181を介して、ボルト133の中心孔183(流路F2)に導入され、ボルト133の上部に設けられた横穴185から第2発電セル群122に供給されるとともに、ボルト133の下部に設けられた横穴187から第3発電セル群123に供給される。なお、ボルト133からは外部に燃料ガスを排出しないので、中心孔183は貫通孔とはなっていない。   Next, the fuel gas in the fuel flow path 179 introduced into the solid oxide fuel cell 113 passes through the lateral hole 181 provided at a position corresponding to the first power generation cell group 121 of the other fuel relay bolt 133. Through the center hole 183 (flow path F2) of the bolt 133, and is supplied to the second power generation cell group 122 from the lateral hole 185 provided in the upper part of the bolt 133, and is provided in the lower part of the bolt 133. 187 to the third power generation cell group 123. Since the fuel gas is not discharged from the bolt 133 to the outside, the center hole 183 is not a through hole.

そして、第2及び第3発電セル群122、123に供給された燃料ガスは、第2及び第3発電セル群122、123を構成する各固体電解質形燃料電池セル113内の燃料流路189(図8(d)参照)に導入される。   The fuel gas supplied to the second and third power generation cell groups 122 and 123 is a fuel flow path 189 (in each solid electrolyte fuel cell 113 constituting the second and third power generation cell groups 122 and 123). (See FIG. 8D).

燃料流路189に導入された燃料ガスは、他のボルト135の第2及び第3発電セル群122、123に対応する位置に設けられた横穴191、193を介して、ボルト135の中心孔195(流路F3)に導入され、中心孔195の上方より固体電解質形燃料電池111外に排出される。   The fuel gas introduced into the fuel flow path 189 passes through the horizontal holes 191 and 193 provided at positions corresponding to the second and third power generation cell groups 122 and 123 of the other bolts 135, and the center hole 195 of the bolt 135. It is introduced into (flow path F3), and is discharged out of the solid oxide fuel cell 111 from above the center hole 195.

c)本実施例の固体電解質形燃料電池111は、前記実施例1と同様な効果を奏する。   c) The solid oxide fuel cell 111 of the present embodiment has the same effects as the first embodiment.

また、本実施例では、空気を第1発電セル群121の固体電解質形燃料電池セル113に分配供給し、第1発電セル群121の固体電解質形燃料電池セル113にて反応した後の空気を統合し、統合した反応後の空気を、第2及び第3発電セル群122、123の固体電解質形燃料電池セル111に分配供給している。   Further, in this embodiment, air is distributed and supplied to the solid electrolyte fuel cells 113 of the first power generation cell group 121, and the air after reacting in the solid electrolyte fuel cells 113 of the first power generation cell group 121 is changed. The integrated air after the reaction is distributed and supplied to the solid oxide fuel cells 111 of the second and third power generation cell groups 122 and 123.

これにより、すべての固体電解質形燃料電池セル113に十分な量の空気を供給することができるとともに、第1発電セル群121から排出されたより高温の空気を第2及び第3発電セル群122、123に供給するため、この点からも、固体電解質形燃料電池111内の温度分布を均一にすることができる。   Accordingly, a sufficient amount of air can be supplied to all the solid oxide fuel cells 113, and the higher-temperature air discharged from the first power generation cell group 121 can be supplied to the second and third power generation cell groups 122, Therefore, the temperature distribution in the solid oxide fuel cell 111 can be made uniform from this point as well.

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。   As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited to the said Example, A various aspect can be taken.

例えば、本発明は、前記実施例1〜3の様に、板状の固体電解質形燃料電池セルを積層した固体電解質形燃料電池に限らず、例えば円筒形状等の筒状の固体電解質形燃料電池セルを所定方向に積層配置した固体電解質形燃料電池に適用することも可能である。また、筒状の固体電解質形燃料電池セルについても、円筒に限らず、例えば扁平な形状で、内部に1又は複数のガス流路が形成された固体電解質形燃料電池セルを採用することができる。   For example, the present invention is not limited to a solid electrolyte fuel cell in which plate-shaped solid electrolyte fuel cells are stacked as in the first to third embodiments. For example, the present invention is a cylindrical solid electrolyte fuel cell having a cylindrical shape or the like. It is also possible to apply to a solid oxide fuel cell in which cells are stacked in a predetermined direction. Also, the cylindrical solid electrolyte fuel cell is not limited to a cylinder, and a solid electrolyte fuel cell in which one or a plurality of gas passages are formed in a flat shape, for example, can be adopted. .

1、111…固体電解質形燃料電池
3、113…固体電解質形燃料電池セル
5、115…積層体
11、121…第1発電セル群
12、122…第2発電セル群
13、123…第3発電セル群
15、17、19、21、23、25、27、29、31、33、125、127、129、131、133、135、137、139、141、143、145、147、149…ボルト
35、179、189…燃料流路
37…燃料極
39…固体電解質体
41…空気極
43、157、167…空気流路
51、149…空気極フレーム
57、151…燃料極フレーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,111 ... Solid electrolyte form fuel cell 3,113 ... Solid electrolyte form fuel cell 5,115 ... Laminate 11,121 ... 1st power generation cell group 12,122 ... 2nd power generation cell group 13,123 ... 3rd power generation Cell group 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 125, 127, 129, 131, 133, 135, 137, 139, 141, 143, 145, 147, 149 ... bolt 35 179, 189 ... fuel flow path 37 ... fuel electrode 39 ... solid electrolyte body 41 ... air electrode 43, 157, 167 ... air flow path 51, 149 ... air electrode frame 57, 151 ... fuel electrode frame

Claims (5)

固体電解質形燃料電池セルに燃料ガスと酸素を含む支燃性ガスとを供給して発電を行う固体電解質形燃料電池において、
複数の前記固体電解質形燃料電池セルを所定方向に積層した第1発電セル群と、
1又は複数の前記固体電解質形燃料電池セルからなる第2及び第3発電セル群と、
前記燃料ガスを前記第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セルに分配供給し、該第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セルにて反応した後の燃料ガスを統合し、該統合した反応後の燃料ガスを前記第2及び第3発電セル群の固体電解質形燃料電池セルへ分配供給する燃料ガス流路と、
を備えるとともに、
前記第2及び第3発電セル群の合計の固体電解質形燃料電池セルの数を、前記第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セルの数よりも少なくし、
且つ、前記第1発電セル群の積層方向の一方の側に前記第2発電セル群を積層するとともに、他方の側に前記第3発電セル群を積層したことを特徴とする固体電解質形燃料電池。
In a solid oxide fuel cell that generates power by supplying a fuel gas and a combustion-supporting gas containing oxygen to a solid oxide fuel cell,
A first power generation cell group in which a plurality of the solid electrolyte fuel cells are stacked in a predetermined direction;
Second and third power generation cell groups comprising one or a plurality of the solid electrolyte fuel cells;
The fuel gas is distributed and supplied to the solid electrolyte fuel cells of the first power generation cell group, and the fuel gas after reacting in the solid electrolyte fuel cells of the first power generation cell group is integrated and integrated. A fuel gas flow path for distributing and supplying the reacted fuel gas to the solid electrolyte fuel cells of the second and third power generation cell groups;
With
The total number of solid oxide fuel cells in the second and third power generation cell groups is less than the number of solid electrolyte fuel cells in the first power generation cell group;
In addition, the second power generation cell group is stacked on one side in the stacking direction of the first power generation cell group, and the third power generation cell group is stacked on the other side. .
請求項1に記載の固体電解質形燃料電池において、
前記第1発電セル群と前記2発電セル群と前記第3発電セル群とを、電気的に直列接続したことを特徴とする固体電解質形燃料電池。
The solid oxide fuel cell according to claim 1,
A solid oxide fuel cell, wherein the first power generation cell group, the second power generation cell group, and the third power generation cell group are electrically connected in series.
請求項1又は請求項2に記載の固体電解質形燃料電池において、
前記第2発電セル群の固体電解質形燃料電池セルの数と前記第3発電セル群の固体電解質形燃料電池セルの数とを、同じとしたことを特徴とする固体電解質形燃料電池。
The solid oxide fuel cell according to claim 1 or 2,
A solid oxide fuel cell characterized in that the number of solid electrolyte fuel cells in the second power generation cell group is the same as the number of solid electrolyte fuel cells in the third power generation cell group.
請求項1〜請求項3のいずれかに記載の固体電解質形燃料電池において、
前記酸素を含む支燃性ガスを前記第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セルに分配供給し、該第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セルにて反応した後の酸素を含む支燃性ガスを統合し、該統合した反応後の酸素を含む支燃性ガスを、前記第2及び第3発電セル群の固体電解質形燃料電池セルに分配供給することを特徴とする固体電解質形燃料電池。
In the solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
The oxygen-containing combustion-supporting gas is distributed and supplied to the solid oxide fuel cells of the first power generation cell group, and the oxygen-containing support after reacting in the solid electrolyte fuel cell of the first power generation cell group is supplied. A solid electrolyte type comprising: integrating a combustible gas; and distributing and supplying the integrated combustion-supporting gas containing oxygen after reaction to the solid oxide fuel cells of the second and third power generation cell groups. Fuel cell.
請求項1〜請求項4のいずれかに記載の固体電解質形燃料電池において、
前記第1発電セル群の固体電解質形燃料電池セルの数は、前記第2及び第3発電セル群の合計の固体電解質形燃料電池セルの数の2〜10倍であることを特徴とする固体電解質形燃料電池。
In the solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 4,
The number of solid electrolyte fuel cells in the first power generation cell group is 2 to 10 times the total number of solid electrolyte fuel cells in the second and third power generation cell groups. Electrolytic fuel cell.
JP2009008972A 2009-01-19 2009-01-19 Solid electrolyte fuel cell Active JP5270385B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009008972A JP5270385B2 (en) 2009-01-19 2009-01-19 Solid electrolyte fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009008972A JP5270385B2 (en) 2009-01-19 2009-01-19 Solid electrolyte fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010165629A JP2010165629A (en) 2010-07-29
JP5270385B2 true JP5270385B2 (en) 2013-08-21

Family

ID=42581637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009008972A Active JP5270385B2 (en) 2009-01-19 2009-01-19 Solid electrolyte fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5270385B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6213894B2 (en) * 2012-09-25 2017-10-18 Toto株式会社 Solid oxide fuel cell device
DK3046171T3 (en) 2013-09-10 2019-03-18 Ngk Spark Plug Co FUEL CELL AND FUEL CELL STACK.
JP6139393B2 (en) * 2013-12-11 2017-05-31 日本特殊陶業株式会社 Fuel cell stack and fuel cell module
JP6093452B2 (en) * 2013-12-11 2017-03-08 日本特殊陶業株式会社 Fuel cell stack and fuel cell module
JP6098615B2 (en) * 2014-11-12 2017-03-22 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell and fuel cell system
JP6498992B2 (en) * 2015-03-31 2019-04-10 日本特殊陶業株式会社 Flat fuel cell

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2816473B2 (en) * 1989-05-22 1998-10-27 株式会社フジクラ Solid oxide fuel cell module
JPH10223240A (en) * 1997-02-06 1998-08-21 Fuji Electric Co Ltd Fuel cell
JP3632468B2 (en) * 1998-04-22 2005-03-23 トヨタ自動車株式会社 Gas separator for fuel cell and fuel cell using the gas separator for fuel cell
JP2001256993A (en) * 2000-03-13 2001-09-21 Fuji Electric Co Ltd Fuel cell laminate using high-concentration hydrogen gas
JP3509693B2 (en) * 2000-04-05 2004-03-22 トヨタ自動車株式会社 Manufacturing method of organic EL device
JP4598977B2 (en) * 2001-03-21 2010-12-15 住友化学株式会社 Burning rate measuring device, limit combustion-supporting gas concentration measuring method, and method for handling powdery or granular substances
JP4025640B2 (en) * 2002-12-25 2007-12-26 京セラ株式会社 Fuel cell
US7820333B2 (en) * 2005-04-25 2010-10-26 Gm Global Technology Operations, Inc. Fuel cell operating method with improved hydrogen and oxygen utilization
JP2007227162A (en) * 2006-02-23 2007-09-06 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2008176986A (en) * 2007-01-17 2008-07-31 Toyota Motor Corp Fuel cell and fuel cell system
WO2008153073A1 (en) * 2007-06-11 2008-12-18 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Solid state electrolyte fuel cell module
JP2009266534A (en) * 2008-04-24 2009-11-12 Toyota Motor Corp Fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010165629A (en) 2010-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6263638B2 (en) Assembly method and arrangement for cell system
JP7001408B2 (en) Solid oxide fuel cell device
JP5270385B2 (en) Solid electrolyte fuel cell
US9728797B2 (en) Fuel cell and fuel cell stack
CN105765776B (en) Unit stacking apparatus, module, and module housing apparatus
EP2787570B1 (en) Method of fabricating fuel cell stack device
JP5709670B2 (en) Fuel cell device
JP5368333B2 (en) Solid oxide fuel cell
JP5377271B2 (en) Cell stack device, fuel cell module and fuel cell device
JP2008066296A (en) Electrochemical device
JP6294134B2 (en) Fuel cell stack
JP2008041303A (en) Separator of flat plate type solid oxide fuel cell
EP1852929B1 (en) Solid oxide fuel cell
JP5717559B2 (en) Covered film member, current collecting member, and fuel cell apparatus
JP6748518B2 (en) Method for manufacturing electrochemical reaction cell
JP6177836B2 (en) Method for producing bonding material precursor and method for producing electrochemical reaction cell stack
JP6407069B2 (en) Fuel cell stack
JP2008010255A (en) Electrochemical device
JP2004055195A (en) Flat layer-built solid oxide fuel cell
US20190288322A1 (en) Electrochemical cell stack
JP2013257973A (en) Solid oxide fuel cell stack
JP6797153B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP2018181405A (en) Fuel cell power generation module
JP5840983B2 (en) Solid oxide fuel cell and fuel cell unit
US11158878B2 (en) Electrochemical reaction cell stack

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110802

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130122

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130123

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130322

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130416

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130509

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 5270385

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250