JPH0316752B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0316752B2
JPH0316752B2 JP56148902A JP14890281A JPH0316752B2 JP H0316752 B2 JPH0316752 B2 JP H0316752B2 JP 56148902 A JP56148902 A JP 56148902A JP 14890281 A JP14890281 A JP 14890281A JP H0316752 B2 JPH0316752 B2 JP H0316752B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
chamber
power generation
fuel cell
conduit
fuel
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP56148902A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS57113561A (en
Inventor
Otsutoo Aizenbaagu Aanorudo
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.)
CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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 Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
Publication of JPS57113561A publication Critical patent/JPS57113561A/ja
Publication of JPH0316752B2 publication Critical patent/JPH0316752B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/243—Grouping of unit cells of tubular or cylindrical configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
    • H01M2300/0071—Oxides
    • H01M2300/0074—Ion conductive at high temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は固体電解質燃料電池に関する。更に
詳しくはこの発明はこのような電池からなる発電
装置に関する。
高温度固体電解質燃料電池は化学エネルギーを
代表的には700℃以上の温度で直流電気エネルギ
ーに変換する。この温度範囲は抵抗発熱による電
力損失を少なくするために固体電解質が充分に導
電性となるのに必要な温度である。このような電
池では高価な電極触媒および精製された燃料は必
要ではない。例えば、一酸化炭素−水素燃料混合
物を転化反応を行うことなしに直接使用できる。
安定化ジルコニアが最良の電解質候補物質で、セ
ラミツクスの管状支持構造上に薄層となして使用
される。薄層（薄膜）高温度固体酸化物電解質電
池用の管状支持構造も一般に安定化ジルコニアか
ら造られ、反応剤の１方の燃料または酸化剤の導
管として役立つ。このためには管状支持構造（支
持管）が多孔性であることを必要とする。
このような燃料電池は約１ボルトの端子電圧の
ものであるから、高電圧を得るためには多数のこ
のような電池を直列に接続しなければならない。
大型の発電装置建造に際して一つの問題が生じ
た。それは燃料と空気のような酸化剤とをセラミ
ツクスから造られるような高温度熱交換器を必要
とする温度に予熱しなければならず、このような
技術はその目的に対しては経済的に利用できない
からである。
炉のような高温度操作用大型セラミツクス組体
は普通自由熱膨張が可能な小さな構築用ブロツク
からでき、それによつてこの種の構造物の制御で
きない破壊を軽減している。従つて、高温度固体
酸化物電解質燃料電池は高温度で使用される現存
の大型セラミツク構造物に似た構造要件を備えな
ければならないと思われる。
このような燃料電池の封止も反応剤を分離しな
ければならないから一つの関連する問題である。
これは燃料と酸化剤とが電気化学的燃焼以外の相
互反応を回避するのに必要であるだけでなく、代
表的には燃料環境または酸化剤環境中でだけ動作
するのが望ましい電極の損傷を回避するためにも
必要である。
このような装置において、燃料の消費は完全で
なく、５〜15％の燃料がアノード排ガス中に残存
する。同様に、空気のような酸化剤（代表的には
これは冷却材としても働く）は燃料電池中で減耗
される。もつとも空気中の酸素の減耗は少ない。
この減耗した燃料は完全な能力にまで利用できな
い。現在まで高温度固体酸化物電解質燃料電池発
電装置の構造について経済的で技術的に実施可能
な方式は提案されていない。大抵の提案の概念は
外殻−管熱交換型構造（これは燃料電池の管をセ
ラミツク封止か金属対セラミツク封止によつて厳
密に封止する）である。しかし、このような封止
は複雑で、信頼性についての不安が大きい。
これらの、およびその他の不安を軽減し、有用
なエネルギーを発生する信頼性ある効率のよい手
段を提供することが望まれる。
この発明は現在の発電装置設計に関連する問題
を軽減する、燃料電池発電装置と熱交換装置とを
一体化した装置を提供する。この発明は構成要素
の熱膨張における自由度が大きく、複雑な封止配
列および高温度熱交換装置を必要としない発電装
置を提供するものである。
ここに開示する発電装置は複雑な封止構造を無
くし、燃料と酸化剤とが別々の、しかし封止され
ない室にあつて制御された仕方で連通することが
可能となす。その上、上記連通は消費ずみ（減耗
した）燃料と消費ずみ（減耗した）酸化剤との間
に非電気化学的燃焼反応ならびに前記反応生成物
中に含まれる顕熱を利用することによつて電気化
学的燃焼に必要な予熱を行うものである。こうし
て、この発明の発電装置は高温度予熱装置を備
え、これは別途に高温度熱交換装置を備える必要
をなくし、従つて複雑な封止手段を必要としな
い。
好適な形態においては、ハウジングが３個の室
を封密に囲んで、これら室は互に制御された滲出
により連通する。燃料導入室、すなわち発電室は
燃焼生成物室或は予熱室から多孔質障壁により分
離される。燃焼生成物室は酸化剤導入室または空
気導入室から導管支持板（チユーブシート）によ
り分離される。
管状固体酸化物電解質燃料電池は燃焼生成物室
から発電室へ延びる。管状電池は発電室内で端部
が閉塞され、燃焼生成物室内で端部が開放されて
いる。こうして電池は多孔室障壁を貫通して該多
孔質障壁により部分的に支持されている。
酸化剤輸送導管は上記導管支持板により一端を
ゆるく支持され、燃焼生成物室を貫通し燃料電池
の開放端部中に延びる。各酸化剤輸送導管は１個
ずつの燃料電池に対応し、燃料電池を貫通してそ
の閉塞端部近くまで延びる。この導管は燃料電池
の閉塞端部近くに開放端すなわち放出孔を備える
ことによつて空気を燃料電池内に放出する。
装置の動作中、約600℃〜700℃に予熱された空
気は空気導入室に入り、導管中を流れる。空気は
次いで導管中を通り燃焼生成物室中の導管中で更
に加熱され、燃料電池内の導管の部分で約800℃
に更に加熱される。この空気は導管から逆方向に
燃料電池の内側に放出され、燃焼生成物に向つて
逆流する。空気が燃料電池の内側を移動する間に
電気化学的反応が起り、直流電気エネルギー、熱
および水の蒸気のような生成物を発生する。空気
は次いで燃料電池の開放端部を通つて燃焼生成物
室に放出される。
燃料は燃料電池の閉塞端部近くの発電室に入
り、燃料電池の周りの上を流れ、空気からの酸素
と電気化学的に反応して減耗した形態で多孔質障
壁に到達する。この熱い減耗した燃料は障壁を拡
散して燃焼生成物室に入り、ここで酸素が減耗し
た空気と直接反応する。減耗した燃料と減耗した
空気との顕熱ならびに反応熱は導入空気の予熱に
利用される。燃料と空気との直接反応の生成物は
次いで燃焼生成物室から放出され、この生成物中
に含まれる熱エネルギーは例えば慣用の金属熱交
換器中に入つてくる反応剤を予熱するのに有利に
利用される。
空気輸送導管を支え且つ燃焼生成物室から空気
導入室を分離している導管支持板は、燃焼生成物
室への空気の漏入が減耗した燃料と酸素との燃焼
を支えるのにすぎないから、封止された障壁であ
る必要はない。
細長い燃料電池は複数列と複数段とを形成する
矩形状の配列をなして設けられるのが好ましい。
電池はそれらの軸長に沿つて直列−並列に電気的
に接続される。各列にある池は並列に接続するこ
とによつて共通の電圧で動作し、各段の電池は直
列に接続して出力電圧を増大する。集電板は燃料
電池集合体の各端部に設けられるのが好ましい。
従つて、この発明の目的は先行技術の欠点を解
決するために改善された高温度固体電解質燃料電
池装置を提供するにある。
この発明は、発電室および燃焼生成物室を含む
複数個の室を囲むハウジング、発電室と燃焼生成
物室とを分離する多孔質障壁、多数の細長い環状
の燃料電池（各電池は前記発電室内に配置された
電気化学的に活性な部分を備える）、環状燃料電
池及び前記多孔質障壁を通つて燃焼生成物へ第１
ガス状反応剤を流すための装置、発電室中の燃料
電池の周りを通つた後多孔質障壁を通つて燃焼生
成物室へ第２ガス状反応剤を通すための装置、第
１ガス状反応剤および第２ガス状反応剤の各々が
燃焼生成物室へ入るまではそれらが互に直接接触
するのを隔離するための装置を備えることを特徴
とする燃料電池発電装置にある。
この発明の他の要件、性質および利点は図を参
照して行う下記の記載から明らかとなろう。
さて、第１図および第４図を参照すると、ガス
密なハウジング１２を含む燃料電池発電装置１０
が示される。ハウジング１２は発電室１４および
燃焼生成物室（または予熱室）１６を含む多数の
室を取囲んでいる。酸化剤導入室１８もハウジン
グ１２内に含まれる。或はまた酸化剤を導管２０
内に分配する他の手段を使用してもよい。ハウジ
ング１２は鋼からなるものが好ましく、低密度ア
ルミナ熱絶縁材のような熱絶縁材２２で全体を内
張されているのが好ましい。ハウジング１２およ
び熱絶縁材内張り２２を貫通して燃料導入口２
４、空気導入口２６、燃焼生成物排出口２８およ
び電気導線用孔が備えられる。
発電室１４はハウジング１２の端部壁３０と多
孔質障壁３２との間に延び、予熱室１６は多孔質
障壁３２と導管支持板３４のような導管支持構造
間に延びる。酸化剤導入室１８は導管支持板３４
とハウジングの他方の端部壁３６との間に延び
る。分離用（多孔質）障壁３２は他のタイプのも
のでもよく、更に別の支持材および流通邪魔板を
備えていてもよい。図示の障壁の多孔質障壁３２
と導管支持板３４は封止された構造体である必要
はない。特に多孔質障壁３２は大気圧より僅かに
高い圧力で操作される発電装置室１４と矢印３８
により示すように発電室より僅かに低い圧力で操
作される予熱室１６との間が流通可能なように設
計される。発電装置１０は第１図に水平方向に設
置されたものとして示したけれども垂直方向また
は他の姿勢で操作することもできる。
高温度の細長い固体酸化物電解質環状燃料電池
４０は予熱室１６と発電室１４との間に延び、電
池は予熱室１６内に開放端部４２と発電室１４内
に閉塞端部４４とを備える。燃料電池は管状であ
るのが好ましく、1980年12月22目出願に係る米国
特許願シリアルNo.219204号に開示のように管状多
孔質支持体上に支持された２個の電極間に挟持さ
れた固体酸化物電解質を備える。各燃料電池は電
気化学的に活性部分４６および不活性部分４８を
備える。電気化学的に活性部分４６は発電室１４
に含まれる。電池の閉塞端部４４は電気化学的に
不活性で反応剤燃料の予熱最終端として役立つ。
各個の電池は約１ボルトの電気を発生し、多数
の電池は好ましくは直列−並列接触により矩形状
に配列されているのが好ましい。説明のために、
この配列は列５０と段５２とからなるとして説明
される。列５０の各電池はその活性部分４６の長
さに沿つて隣接する次の電池に、好ましくはそれ
らの外部周縁の直接接触により電気的に接続す
る。第１図に示す好適な構造では燃料が各電池の
まわりに流れ、空気のような酸化剤が各電池内を
流れ、アノードは各電池の外部周縁部で、カソー
ドは内側に配備される。こうして列内の電池−電
池接触は隣接するアノード間での並列接続であ
る。
段５２中の各電池は隣接する次の電池４０に直
列に接続する。好適な構造ではこの接続は一つの
電池の内側カソードから次の段の電池の外側アノ
ードに中間接続５４を経て接続される。電池４０
と中間接続５４との関係は更に詳細に上記引用特
許願明細書に記載されている。
第１図に示した好適な構造では、第１列５０′
中の電池は例えば約１ボルトで動作し、第２列５
０″中の電池は約２ボルトで動作し、第３列５０
中の電池は約３ボルト、以下同様に動作する。
何百もの電池がこのように接続されて所望の電圧
と電流出力を達成する。こうして発生した直流電
気エネルギーは１個の集電板、好適には第１列５
０′中の各電池４０と電気的に接続して配置され
た第１集電板である導電性金属板５６またはフエ
ルトパツドと最後の列の電池と接触して配置され
た類似の第２の集電板により集電される。従つて
導線５８がそれらの集電板に接続される。
導管２０は第２図に最もよく示すように導管支
持板３４中に一方の端部を好適にはゆるく支持さ
れる。導管支持板３４は好ましくは不銹鋼からな
り、導管２０が自由熱膨張できるように導管２０
にゆるくはまる孔６０を備える。導管２０はアル
ミナからなるのが好ましく、導管支持板３４は低
密度アルミナのような絶縁材６２で被覆される。
矢印６３で示すように酸化剤は孔６０を経て漏れ
てもよい。
導管２０は導管支持板３４から燃料電池４０の
開放端部４２中に延びる。１個の導管は１個の電
池に対応して配置される。各導管２０は燃料電池
の活性部分４６の長さに沿つて好適には電池の閉
塞端部４４近くまで延びる。この好適な実施態様
を第３図に示す。第３図では導管２０は閉塞端部
４４近くに、しかし該端部から離れて挿入されて
いる。各導管２０を対応する電池４０内に支持す
るために放射状支持部材６４を使用できる。実際
の支持機構は発電装置の操作方針に基いて決定さ
れる。各導管は開口６６のような燃料電池中に反
応剤媒体を放出するための手段を備える。導管２
０はまた端部が開放され、燃料電池の端部４４か
ら離れて設けられてもよく、或は熱膨張が解決で
きれば電池の閉塞端部と直接接触していてもよ
い。
多孔質障壁３２（これは減耗した燃料の通過が
可能である）は各燃料電池を取巻く繊維質アルミ
ナフエルト、またはセラミツクウール充填物のよ
うな多孔質挿入物を含むセラミツク板部材のよう
な多孔質セラミツク邪魔板であるのが好ましい。
動作中、空気のような酸化剤は（空気）導入口
２６を通つて酸化剤導入室１８へ入る。室１８は
各個の導管２０の導入マニホルドとして働く。空
気はハウジングに入る前にブロワー７０と組合わ
された熱交換器６８（第７図）のような慣用の手
段によつて予め加熱されて約500℃〜700℃の温度
および大気圧より高い圧力で導管に入る。空気は
予熱室１６を通つて導管内に入り、ここで更に約
900℃に加熱される。空気は次いで導管の活性部
分を通り更に1000℃に加熱され、開口６６を通つ
て燃料電池４０中に放出される。燃料電池内の空
気は燃料電池カソードで活性部分４６の長さに沿
つて電気化学的に反応し、電池の開放端部４２に
近ずくとその酸素含有量が若干減耗する。減耗し
た空気は燃焼生成物室（すなわち予熱室）１６に
放出される。
水素または水素と一酸化炭素の混合物のような
燃料はポンプ７２および予熱装置６９を通り、燃
料導入口２４を経て発電室１４に入る。燃料は燃
料電池のまわりを流れながらアノードで電気化学
的に反応する。燃料導入口２４は電池４０の閉塞
端部４４の近くに設けてあるのが好ましく、従つ
て燃料が多孔質障壁３２に近ずくにつれて減耗す
る。最初の燃料含量の約５％ないし約15％の燃料
を含有する減耗した燃料は多孔質障壁３２を拡散
により通過して予熱室１６に入る。
酸素が減耗した空気と燃料とを含む燃焼混合物
（これは導管支持板３４を通つて予熱室１６中に
漏入した空気をも含む）は発熱式に直接反応す
る。この反応熱（この反応は燃料を完全に燃焼さ
せる）と、減耗した燃料と空気との顕熱とは一緒
になつて導入される空気を予熱する。この燃焼生
成物は約900℃の温度で燃焼生成物排出口２８か
ら排出される。燃焼生成物中に含まれる残存エネ
ルギーは例えば熱交換器６８，６９で入来する空
気または燃料を予熱するか、或は慣用の発電装置
７４（第７図）中でスチーム７１（第７図）を発
生するのに使用できる。
予熱室１６は低BTU燃料の燃焼室として働く
から、温度分布を調節し燃焼を増進するために障
壁および邪魔板を備えていてもよい。
燃料が燃料電池４０の活性部分４６と接触する
前に燃料を予熱するのが望ましい。第４図に示す
ように、燃料電池４０は、この目的を達成するた
めにハウジング１２の燃料導入端部で、拡大した
不活性部分７６を備えることができる。予熱室１
６中の圧力はガス漏入の方向を調整するために発
電室１４の圧力或は酸化剤導入室１８の圧力より
低い。
第５図および第６図は燃料電池発電装置１０の
別の態様を示し、この態様では環状燃料電池の内
側に燃料アノードが、外側に酸化剤カソードが設
けられる。（第５図および第６図の）両者の実施
態様共に上述のように調整された漏洩すなわち無
封止配列が使用される。第５図では発電室１１
４、燃焼生成物室（予熱室）１１６、酸化剤導入
室１１８および燃料（マニホルド）導入室１１７
が更に付加された４個の主要な室が絶縁され封止
されたハウジング１１２内に示される。
酸化剤予熱導管１２０は第１導管支持板１３４
内に取付けられ、燃料予熱導管１２１は第２導管
支持板１３５内に取付けられる。絶縁材を備えた
これらの取付部は第２図に示したのと同様であ
り、導管の熱膨張および反応剤の漏洩を可能とな
す。燃料導管１２１は環状燃料電池１４０中に延
び、空気導管１２０は電池の間に介設され、複数
電池の所定の群の間に介設された列として配列で
きる。例えば３段の電池を上述のように直列−並
列に接続し、空気導管の一段によつて他の３段の
電池の群から電気的に分離される。この場合には
周縁の集電板は３段の電池の各群に結合する。或
はまた、電池を互に接続し、接続された全セツト
の周縁に空気導管を備えてもよい。更に、空気導
管の直径に比べて電池の直径が大きい時には空気
導管を例えば四角に配列した４個ずつの電池の一
群の間隙に設置してもよい。
酸化剤フイードバツク導管１９０も使用され
る。この導管１９０はハウジング１１２の外側に
示される。ハウジング１１２の中に多孔質障壁１
３２を通る流通フイードバツク導管も使用でき
る。この導管は、室１１４中の圧力は室１１７中
の圧力より大きく、導管に沿つた抵抗は小さいか
ら好適な流路をなす。
動作中、空気のような予熱された酸化剤は酸化
剤導入室１１８に入り、導管１２０中に分配され
る。空気は導管１２０中を通り更に加熱されて発
電室１１４中に放出され、ここで空気は燃料セル
１４０の周りを流れ、電気化学的反応が起る。電
池は活性部分を含む。酸素が減耗した空気は次に
フイードバツク導管１９０を通つて燃焼生成物室
１１６へ入り、減耗した燃料と直接燃焼する。
予熱された燃料は燃料導入室（燃料（マニホル
ド）導入室）１１７に入り、導管１２１を流れて
更に予熱され、次いで燃料電池１４０中に放出さ
れ、反対方向に流れて電気化学的反応をする。減
耗した燃料は次いで燃焼生成物室１１６中へ放出
され、ここで減耗した燃料、減耗した酸化剤、燃
料（これは導管支持板１３５を流れる）および酸
化剤（これは障壁１３２を流れる）は直接反応し
て残存燃料を燃焼し、熱を発生する。この反応に
より発生する熱は、減耗した燃料および減耗した
酸化剤中にそれぞれ含まれる顕熱と共に導管１２
１を通る燃料を予熱する。燃焼生成物と共に放出
された過剰のエネルギーは発電室の下流で有利に
使用できる。
ここに開示された発電装置中では、減耗した燃
料と空気のような他方の反応剤とが必要に応じ燃
焼反応および過剰の空気によりもたらされる冷却
のために混合される時に、直接燃焼後に約10％の
酸素を含むガス混合物が残る。この酸素含量のレ
ベルはカソードガスとして使用するのに充分であ
る。第６図の実施態様はこの酸素含量を使用する
例である。
第６図に示すように、燃料は導入室２１７に入
り、導管２２１を通り、内部アノードを備える環
状電池２４０中に放出され、次いで燃焼生成物室
２１６に流れる。空気のような新鮮な酸化剤は導
入口２２６を経て燃焼生成物室２１６に入り、こ
こで酸化剤は直接減耗した燃料および導管支持板
２３５を通り抜ける燃料と直接反応する。この直
接燃焼により得られる混合物は可使量の酸素を含
有するから燃焼生成物室２１６から酸化剤導管２
９２を通つて発電室２１４に向う。この混合物中
の酸化剤は燃料電池２４０の活性部分の長さに沿
つて電気化学的に反応する。好ましくはアルミナ
からなる流通障壁２９４は残存混合物をサブプレ
ナム２９６へ指向させ、排出口２９８を通つてハ
ウジング２１２の外へ排出させる。燃焼生成物室
２１６から多孔質障壁２３２を通つてサブプレナ
ム２９６へのガスの拡散も起るかも知れないが、
全体の発電操作に影響はない。
ここに記載の無封止配列による発電装置は自己
始動性である。これは燃料が本質上燃焼して熱い
硬化剤に富んだガスをカソードに供給するからで
ある。加うるに、予熱された燃料はアノードに燃
料ガスを供給する。また減耗した燃料は燃焼生成
物室で酸化剤により直接燃焼して例えば700℃の
活性電池温度で負荷がかけられるまで酸化剤を更
に加熱する。分極およびエントロピイ熱を含む電
気化学反応熱に加えてオーム熱（I2R）も活性区
域で約1000℃の中央値動作温度まで発電装置にも
たらす。
直列−並列接続電池への電気的接触は金属板、
金属棒およびフエルトメタルパツドを経て燃料側
で行うのが好ましい。これらの接点はハウジング
の外部の所で燃料供給原料中で酸化により金属が
損傷される温度未満の温度まで冷却される。酸化
側すなわちカソード上での電流の捕集は希金属酸
化物の分散第２相を含有するクロムのような導電
性保護酸化物被膜を備えた特殊な合金集電板によ
り達成される。
この発明の精神および範囲を逸脱することなく
上述の配列について多くの改変が可能であるか
ら、上述の記載に含まれるすべての事項はこの発
明の説明のためだけのものであつて、これにより
この発明を制限することを意図するものではな
い。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の燃料電池発電装置の破断針
視図、第２図は導管支持板に支持された導管の縦
断面図、第３図は燃料電池内に配置された導管の
縦断面図、第４図は第１図に示すような発電装置
の部分縦断面図、第５図はこの発明による他の発
電装置の部分縦断面図、第６図は更に他の発電装
置の部分縦断面側面図、第７図は反応剤と反応生
成物との流通路を例示する概略説明図である。図
中： １０……燃料電池発電装置、１２……ハウジン
グ、１４……発電室、１６……燃焼生成物室（予
熱室）、１８……（酸化剤）導入室、２０……導
管、２２……熱絶縁材（内張り）、２４……燃料
導入口、２６……空気導入口、２８……燃焼生成
物排出口、３０……（ハウジング）端部壁、３２
……多孔質障壁、３４……導管支持板、３６……
（ハウジング）端部壁、３８……矢印、４０……
（燃料）電池、４２……（電池）開放端部、４４
……（電池）閉塞端部、４６……活性部分、４８
……不活性部分、５０……（電池の）列、５２…
…（電池の）段、５４……中間接続、５６……集
電板、５８……導線、６０……孔、６２……絶縁
材（例えばアルミナ）、６３……（酸化剤の漏れ
を示す）矢印、６４……（導管２０）支持材、６
６……（導管）開口、６８……熱交換器、６９…
…予熱装置、７０……ブロワー、７１……スチー
ム、７２……ポンプ、７６……拡大した不活性部
分、１１２……ハウジング、１１４……発電室、
１１６……燃焼生成物室（予熱室）、１１８……
酸化剤導入室、１１７……燃料（マニホルド）導
入室、１２０……酸化剤予熱導管、１２１……燃
料（予熱）導管、１３２……障壁、１３４……
（第１）導管支持板、１３５……第２導管支持板、
１４０……燃料電池、１９０……酸化剤フイード
バツク導管、２１４……発電室、２１６……燃焼
生成物質、２１７……燃料導入室、２２１……導
管、２２６……酸化剤導入口、２３２……多孔質
障壁、２３５……導管支持板、２４０……燃料電
池、２９２……酸化剤導管、２９４……障壁、２
９６……サブプレナム、２９８……排出口。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 発電室および燃焼生成物室を含む複数個の室
    を囲むハウジング、前記発電室および燃焼生成物
    室を分離する多孔質障壁、各々が発電室内に配置
    された電気化学的に活性な部分を備えた多数の細
    長い環状燃料電池、前記環状燃料電池を貫流して
    前記多孔質障壁を通つて燃焼生成物室へ第１ガス
    状反応剤を流すための装置、前記発電室中の燃料
    電池のまわりに、および前記多孔質障壁を通つて
    燃焼生成物室へ第２ガス状反応剤を流すための装
    置、および各ガス状反応剤が燃焼生成物室へ入る
    まではそれらが互に直接接触することを防止する
    ために分離するための第１ガス状反応剤と第２ガ
    ス状反応剤との分離装置とを備えることを特徴と
    する燃料電池発電装置。 ２ 各細長い燃料電池が閉塞端部および開放端部
    を備え、前記開放端部は燃焼生成物室内に配置さ
    れ、燃料電池は前記開放端部から多孔質障壁を通
    つて発電室へ延び、分離装置が各燃料電池への導
    管からなり、各該導管が電池の発電室内に配置さ
    れた部分に延び、各導管が第１ガス状反応剤を燃
    料電池内に放出する手段を備えてなる、特許請求
    の範囲第１項記載の燃料電池発電装置。 ３ 多孔質障壁がセラミツクフエルトからなる、
    特許請求の範囲第１項または第２項記載の燃料電
    池発電装置。 ４ ハウジング内に第１反応剤室があり、第１反
    応剤室は燃焼生成物室に隣接するが導管支持板に
    より燃焼生成物室から分離され、第１ガス状反応
    剤を各導管に流すための装置がハウジングを貫通
    して第１反応剤室へ通ずる導入口を備えてなる、
    特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか
    １項記載の燃料電池発電装置。 ５ 各導管の端部が各対応する燃料電池の閉塞端
    部の極めて近くに位置し、第１ガス状反応剤を流
    すための装置が各導管の壁を貫通する開口を備え
    てなる、特許請求の範囲第１項または第２項記載
    の燃料電池発電装置。 ６ 各燃料電池が開放端部から多孔質障壁を通つ
    て発電室へ延びる不活性部分を備え、前記電池の
    電気化学的に活性な部分が前記不活性部分から発
    電室内の所定の位置に延び、他の不活性部分が前
    記所定の位置から電池の端部に延びてなる、特許
    請求の範囲第１項または第２項記載の燃料電池発
    電装置。
JP56148902A 1980-12-22 1981-09-22 Fuel battery generator Granted JPS57113561A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US21918580A 1980-12-22 1980-12-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS57113561A JPS57113561A (en) 1982-07-15
JPH0316752B2 true JPH0316752B2 (ja) 1991-03-06

Family

ID=22818226

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP56148902A Granted JPS57113561A (en) 1980-12-22 1981-09-22 Fuel battery generator

Country Status (11)

Country Link
EP (1) EP0055011B1 (ja)
JP (1) JPS57113561A (ja)
AU (1) AU547846B2 (ja)
BR (1) BR8105330A (ja)
CA (1) CA1164041A (ja)
DE (1) DE3175916D1 (ja)
ES (1) ES505676A0 (ja)
MX (1) MX150650A (ja)
NO (1) NO155077C (ja)
NZ (1) NZ198053A (ja)
ZA (1) ZA814990B (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011175853A (ja) * 2010-02-24 2011-09-08 Kyocera Corp 燃料電池モジュール

Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4374184A (en) * 1981-09-29 1983-02-15 Westinghouse Electric Corp. Fuel cell generator and method of operating same
US4520082A (en) * 1983-07-01 1985-05-28 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Fuel cell generator
US4476196A (en) * 1983-10-12 1984-10-09 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Solid oxide fuel cell having monolithic cross flow core and manifolding
US4476198A (en) * 1983-10-12 1984-10-09 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Solid oxide fuel cell having monolithic core
US4598028A (en) * 1985-02-13 1986-07-01 Westinghouse Electric Corp. High strength porous support tubes for high temperature solid electrolyte electrochemical cells
EP0275356B1 (en) * 1984-10-23 1991-06-05 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Solid electrolyte fuel cell and method for preparing it
US4640875A (en) * 1985-02-07 1987-02-03 Westinghouse Electric Corp. Fuel cell generator containing a gas sealing means
US4664986A (en) * 1986-04-16 1987-05-12 Westinghouse Electric Corp. High thermal conductivity gas feeder system
US4728584A (en) * 1986-10-21 1988-03-01 Westinghouse Electric Corp. Fuel cell generator containing self-supporting high gas flow solid oxide electrolyte fuel cells
US4751152A (en) * 1987-04-06 1988-06-14 Westinghouse Electric Corp. High bulk self-supporting electrode with integral gas feed conduit for solid oxide fuel cells
CA1302486C (en) * 1987-04-06 1992-06-02 Philip Reichner Low circumferential voltage gradient self supporting electrode for solidoxide fuel cells
US4874678A (en) * 1987-12-10 1989-10-17 Westinghouse Electric Corp. Elongated solid electrolyte cell configurations and flexible connections therefor
JPH0793144B2 (ja) * 1988-12-22 1995-10-09 日本碍子株式会社 燃料電池用支持管の製造法
JPH02170360A (ja) * 1988-12-22 1990-07-02 Ngk Insulators Ltd 有底セラミック２重管およびその製造法
JPH0793145B2 (ja) * 1988-12-22 1995-10-09 日本碍子株式会社 燃料電池用支持管
JPH02170361A (ja) * 1988-12-22 1990-07-02 Ngk Insulators Ltd 有底セラミック２重管
EP0377151A1 (de) * 1989-01-04 1990-07-11 Asea Brown Boveri Ag Verfahren zur selbsttätigen Temperatur- und Leistungsregulierung einer oder mehrerer, mit Kohlenwasserstoffen betriebenen Hochtemperatur-Brennstoffzellen
JP2528989B2 (ja) * 1990-02-15 1996-08-28 日本碍子株式会社 固体電解質型燃料電池
JP2528988B2 (ja) * 1990-02-15 1996-08-28 日本碍子株式会社 固体電解質型燃料電池
US5158837A (en) * 1990-02-15 1992-10-27 Ngk Insulators, Ltd. Solid oxide fuel cells
DE4011079A1 (de) * 1990-04-05 1991-10-10 Interatom Hochtemperaturbrennstoffzelle
DE59108285D1 (de) * 1990-08-27 1996-11-21 Sulzer Innotec Ag Wärmehaushalt bei Feststoffelektrolyt-Brennstoffzellen
US5292599A (en) * 1991-09-27 1994-03-08 Ngk Insulators, Ltd. Cell units for solid oxide fuel cells and power generators using such cell units
JP2758520B2 (ja) * 1991-09-27 1998-05-28 日本碍子株式会社 固体電解質型燃料電池の単電池及びこれを用いた発電装置
JP2783926B2 (ja) * 1991-12-12 1998-08-06 日本碍子株式会社 固体電解質型燃料電池の単電池及びこれを用いた発電装置
DE4137968A1 (de) * 1991-11-19 1993-05-27 Wolfgang Prof Dr Winkler Verfahren und einrichtungen zur waermeauskopplung aus hochtemperaturbrennstoffzellen
DE4138349C1 (en) * 1991-11-21 1992-11-26 Siemens Ag, 8000 Muenchen, De Monolithic stack of high-temperature fuel cells - has dividing walls mounted in housing grooves for separating alternate fuel and oxygen@ chambers
JPH0737595A (ja) * 1993-07-21 1995-02-07 Fuji Electric Co Ltd 固体電解質型燃料電池
JP3694051B2 (ja) 1994-07-12 2005-09-14 バイエルクロップサイエンス株式会社 １−ピリジルテトラゾリノン誘導体および除草剤
EP1032954A4 (en) * 1997-10-01 2004-06-02 Acumentrics Corp INTEGRATED SOLID FUEL CELL AND REFORMER
CA2447855C (en) 2000-05-22 2011-04-12 Acumentrics Corporation Electrode-supported solid state electrochemical cell
CA2423463C (en) * 2000-09-27 2008-11-18 Siemens Aktiengesellschaft Fuel cell system with a gas-tight pressure container for use in submarines
US6656623B2 (en) * 2001-02-15 2003-12-02 Siemens Westinghouse Power Corporation Low-cost atmospheric SOFC power generation system
JP2002280050A (ja) * 2001-03-21 2002-09-27 Toto Ltd 燃料電池発電装置
US6936367B2 (en) 2002-01-16 2005-08-30 Alberta Research Council Inc. Solid oxide fuel cell system
US7736772B2 (en) 2002-02-14 2010-06-15 Alberta Research Council, Inc. Tubular solid oxide fuel cell stack
EP1479125A2 (en) 2002-02-20 2004-11-24 Acumentrics Corporation Fuel cell stacking and sealing
US7285348B2 (en) 2003-02-28 2007-10-23 Kyocera Corporation Fuel cell
US8709674B2 (en) 2005-04-29 2014-04-29 Alberta Research Council Inc. Fuel cell support structure
JP5158556B2 (ja) * 2006-09-15 2013-03-06 Ｔｏｔｏ株式会社 燃料電池セルスタック及びそれを含む燃料電池
JP6296541B2 (ja) * 2014-03-24 2018-03-20 アイシン精機株式会社 固体酸化物形燃料電池スタック、固体酸化物形燃料電池モジュールおよび固体酸化物形燃料電池システム
CN110600766A (zh) * 2019-08-20 2019-12-20 上海竣铭化工工程设计有限公司 一种固体氧化物燃料电池与工艺加热炉的热电联产方法及装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE28792E (en) * 1966-03-15 1976-04-27 Westinghouse Electric Corporation Electrochemical method for separating O2 from a gas; generating electricity; measuring O2 partial pressure; and fuel cell
US4195119A (en) * 1978-11-21 1980-03-25 Ford Motor Company Fuel cell
US4204033A (en) * 1979-01-02 1980-05-20 Massachusetts Institute Of Technology Electrical cell construction

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011175853A (ja) * 2010-02-24 2011-09-08 Kyocera Corp 燃料電池モジュール

Also Published As

Publication number Publication date
EP0055011B1 (en) 1987-02-04
MX150650A (es) 1984-06-13
ES8303830A1 (es) 1983-02-01
NO155077C (no) 1987-02-04
BR8105330A (pt) 1982-08-31
ZA814990B (en) 1982-11-24
AU547846B2 (en) 1985-11-07
NZ198053A (en) 1985-08-16
EP0055011A1 (en) 1982-06-30
ES505676A0 (es) 1983-02-01
DE3175916D1 (en) 1987-03-12
NO812896L (no) 1982-06-23
JPS57113561A (en) 1982-07-15
AU7385381A (en) 1982-07-01
CA1164041A (en) 1984-03-20
NO155077B (no) 1986-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0316752B2 (ja)
US4395468A (en) Fuel cell generator
EP0191229B1 (en) Electrochemical generators
US4374184A (en) Fuel cell generator and method of operating same
US7875403B2 (en) Solid oxide fuel cell system
US4808491A (en) Corner heating in rectangular solid oxide electrochemical cell generators
US4812373A (en) Fuel feed arrangement for a fuel cell generator
JP2919588B2 (ja) 電気化学的電池
EP0242201B1 (en) Improvements in or relating to gas feeder systems for electrochemical cells
US8241801B2 (en) Integrated solid oxide fuel cell and fuel processor
US20080038622A1 (en) Integrated solid oxide fuel cell and fuel processor
CA1220512A (en) Fuel cell generator
JP2930326B2 (ja) 固体電解質型燃料電池
JPH04306568A (ja) 燃料電池からの熱の放散方法および温度平衡部材
JPH0541241A (ja) 固体電解質型燃料電池
JPS61121268A (ja) 高温固体電解質燃料電池装置
US20090233130A1 (en) Fuel cell
US4824742A (en) Manifold, bus support and coupling arrangement for solid oxide fuel cells
JP3912997B2 (ja) 空気予熱構造
JP4475861B2 (ja) 固体電解質型燃料電池ユニット
CA1188728A (en) Fuel cell generator and method of operating same
JPH03283360A (ja) 発電装置