JPH10247509A - 円筒形セルタイプ固体電解質型燃料電池 - Google Patents
円筒形セルタイプ固体電解質型燃料電池Info
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- JPH10247509A JPH10247509A JP9060097A JP6009797A JPH10247509A JP H10247509 A JPH10247509 A JP H10247509A JP 9060097 A JP9060097 A JP 9060097A JP 6009797 A JP6009797 A JP 6009797A JP H10247509 A JPH10247509 A JP H10247509A
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- cylindrical cell
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- 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
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 円筒形セルスタックの組立てメカニズムに改
良を加えるとともに、発電セルと集電板の間や、発電セ
ル同士の間の接触抵抗が低下させ、発電性能を向上させ
た円筒形セルタイプ固体電解質型燃料電池を提供する。 【解決手段】 本発明の円筒形セルタイプ固体電解質型
燃料電池１においては、左右の集電板５間に吊りバー６
が掛け渡されており、このバーに円筒形セル７が吊り下
げられている。そして、集電棒８を集電板５に押し付け
る手段９が備えられている。集電板の押圧に伴うセルの
横移動がよりスムーズとなるので、セル間の密着が向上
し、電気的接続部の接触抵抗を低く抑えることができ燃
料電池の出力が増大する。
良を加えるとともに、発電セルと集電板の間や、発電セ
ル同士の間の接触抵抗が低下させ、発電性能を向上させ
た円筒形セルタイプ固体電解質型燃料電池を提供する。 【解決手段】 本発明の円筒形セルタイプ固体電解質型
燃料電池１においては、左右の集電板５間に吊りバー６
が掛け渡されており、このバーに円筒形セル７が吊り下
げられている。そして、集電棒８を集電板５に押し付け
る手段９が備えられている。集電板の押圧に伴うセルの
横移動がよりスムーズとなるので、セル間の密着が向上
し、電気的接続部の接触抵抗を低く抑えることができ燃
料電池の出力が増大する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、円筒形セルタイプ
の固体電解質型燃料電池（以下Ｔ−ＳＯＦＣともいう）
に関する。特には、円筒形セルスタックの組立てメカニ
ズムに改良を加えられているとともに、発電セルと集電
板の間や、発電セル同士の間の接触抵抗が低く、発電性
能が向上した円筒形セルタイプ固体電解質型燃料電池に
関する。
の固体電解質型燃料電池（以下Ｔ−ＳＯＦＣともいう）
に関する。特には、円筒形セルスタックの組立てメカニ
ズムに改良を加えられているとともに、発電セルと集電
板の間や、発電セル同士の間の接触抵抗が低く、発電性
能が向上した円筒形セルタイプ固体電解質型燃料電池に
関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｔ−ＳＯＦＣは、特公平１−５９７０５
等に開示されている固体電解質型燃料電池の一タイプで
ある。Ｔ−ＳＯＦＣは、多孔質支持管−空気電極−固体
電解質−燃料電極−インターコネクターで構成される円
筒形セルを有する。空気電極側に酸素（空気）を流し、
燃料電極側にガス燃料（Ｈ2 、ＣＯ等）を流してやる
と、このセル内でＯ2-イオンが移動して化学的燃焼が起
り、空気電極と燃料電極の間に電位が生じ発電が行われ
る。なお、空気電極が支持管を兼用する形式のものもあ
る。Ｔ−ＳＯＦＣの実証試験は、１９９３年段階で２５
kw級のもの（セル有効長５０cm、セル数１１５２本) ま
でが進行中である。
等に開示されている固体電解質型燃料電池の一タイプで
ある。Ｔ−ＳＯＦＣは、多孔質支持管−空気電極−固体
電解質−燃料電極−インターコネクターで構成される円
筒形セルを有する。空気電極側に酸素（空気）を流し、
燃料電極側にガス燃料（Ｈ2 、ＣＯ等）を流してやる
と、このセル内でＯ2-イオンが移動して化学的燃焼が起
り、空気電極と燃料電極の間に電位が生じ発電が行われ
る。なお、空気電極が支持管を兼用する形式のものもあ
る。Ｔ−ＳＯＦＣの実証試験は、１９９３年段階で２５
kw級のもの（セル有効長５０cm、セル数１１５２本) ま
でが進行中である。
【０００３】現状の代表的なＴ−ＳＯＦＣの構成材料、
厚さ及び製造方法は以下のとおりである（Proc. of the
3rd Int. Symp. on SOFC, 1993 ）。 支持管：ＺｒＯ2 （ＣａＯ）、厚さ１．２mm、押し出し 空気電極：Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3 、厚さ１．４mm、スラ
リーコート 固体電解質：ＺｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 ）、厚さ４０μm 、Ｅ
ＶＤ インターコネクター：ＬａＣｒ（Ｍｇ）Ｏ3 、厚さ４０
μm 、ＥＶＤ 燃料電極：Ｎｉ−ＺｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 ）、厚さ１００μ
m 、スラリーコート−ＥＶＤ
厚さ及び製造方法は以下のとおりである（Proc. of the
3rd Int. Symp. on SOFC, 1993 ）。 支持管：ＺｒＯ2 （ＣａＯ）、厚さ１．２mm、押し出し 空気電極：Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3 、厚さ１．４mm、スラ
リーコート 固体電解質：ＺｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 ）、厚さ４０μm 、Ｅ
ＶＤ インターコネクター：ＬａＣｒ（Ｍｇ）Ｏ3 、厚さ４０
μm 、ＥＶＤ 燃料電極：Ｎｉ−ＺｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 ）、厚さ１００μ
m 、スラリーコート−ＥＶＤ
【０００４】図６は、従来知られている代表的なＴ−Ｓ
ＯＦＣの全体構造を示す図である。図７は、図６の燃料
電池のセルの構造を示す断面図である。（Ａ）は全体の
縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面を示す横
断面図である。この固体電解質型燃料電池１０１の中枢
部分である円筒セル集合体１０２は、細長い円筒状（寸
法例、径１５mm×長さ５００mm）の多数のセル１０７か
ら構成されている。円筒セル１０７は、上端開放、下端
閉のセラミックチューブである。円筒セル１０７の断面
は多層円筒状をしており（図７（Ｂ）参照）、空気極１
６１、固体電解質層１６３、燃料極１６５及びインター
コネクター１６７の各層が積層されている。
ＯＦＣの全体構造を示す図である。図７は、図６の燃料
電池のセルの構造を示す断面図である。（Ａ）は全体の
縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面を示す横
断面図である。この固体電解質型燃料電池１０１の中枢
部分である円筒セル集合体１０２は、細長い円筒状（寸
法例、径１５mm×長さ５００mm）の多数のセル１０７か
ら構成されている。円筒セル１０７は、上端開放、下端
閉のセラミックチューブである。円筒セル１０７の断面
は多層円筒状をしており（図７（Ｂ）参照）、空気極１
６１、固体電解質層１６３、燃料極１６５及びインター
コネクター１６７の各層が積層されている。
【０００５】円筒セルの各層は、それぞれ必要な機能
（導電性、通気性、固体電解質、電気化学触媒性等）を
有する酸化物を主成分とする材料で形成されている。円
筒セル１０７内には、空気を通すための細長い空気導入
管１０４が通っている。空気導入管１０４は、燃料電池
１０１上部の空気分配器１３１から下に出て、円筒セル
１０７チューブの底近くにまで達している。この空気導
入管１０４によって、空気分配器１３１内の空気が、円
筒セル１０７チューブ内に供給される。チューブ内
（底）に供給された空気は、上述の発電反応に寄与しつ
つチューブ内を上方に向い、セル上端１２１から排気燃
焼室１３７に出る。この排気燃焼室１３７においては、
後述する燃料ガス排気と空気排気とが混合され、円筒セ
ル１０７で未反応のまま排気された酸素と燃料成分が燃
焼（一般的な燃焼）する。
（導電性、通気性、固体電解質、電気化学触媒性等）を
有する酸化物を主成分とする材料で形成されている。円
筒セル１０７内には、空気を通すための細長い空気導入
管１０４が通っている。空気導入管１０４は、燃料電池
１０１上部の空気分配器１３１から下に出て、円筒セル
１０７チューブの底近くにまで達している。この空気導
入管１０４によって、空気分配器１３１内の空気が、円
筒セル１０７チューブ内に供給される。チューブ内
（底）に供給された空気は、上述の発電反応に寄与しつ
つチューブ内を上方に向い、セル上端１２１から排気燃
焼室１３７に出る。この排気燃焼室１３７においては、
後述する燃料ガス排気と空気排気とが混合され、円筒セ
ル１０７で未反応のまま排気された酸素と燃料成分が燃
焼（一般的な燃焼）する。
【０００６】円筒セル１０７の外面には、燃料電池１０
１下部の燃料ヘッダー１０９から上方に向けて燃料ガス
が供給され、上述の発電に供される。燃料ガスの未反応
部分と、セル部での電気化学的燃焼生成物（ＣＯ2 、Ｈ
2 Ｏ等）とは、円筒セル１０７上端外面のスキマを通っ
て排気燃焼室１３７に入る。この排気燃焼室１３７で
は、上述のように未反応燃料が燃焼する。燃焼排ガス
は、排気口１３５から排出される。この排ガスの顕熱
は、燃料電池に供給される空気及び燃料ガスの余熱に用
いられたり、あるいは、通常の蒸気ボイラー・タービン
を用いる発電システムに送られて発電に利用される。
１下部の燃料ヘッダー１０９から上方に向けて燃料ガス
が供給され、上述の発電に供される。燃料ガスの未反応
部分と、セル部での電気化学的燃焼生成物（ＣＯ2 、Ｈ
2 Ｏ等）とは、円筒セル１０７上端外面のスキマを通っ
て排気燃焼室１３７に入る。この排気燃焼室１３７で
は、上述のように未反応燃料が燃焼する。燃焼排ガス
は、排気口１３５から排出される。この排ガスの顕熱
は、燃料電池に供給される空気及び燃料ガスの余熱に用
いられたり、あるいは、通常の蒸気ボイラー・タービン
を用いる発電システムに送られて発電に利用される。
【０００７】図６に示されている６列の円筒セル１０７
は、互いに電気的に接続されている。すなわち、右側の
円筒セルのインターコネクター１６７が、その左側の円
筒セルの外面（外面電極、この場合燃料極）に、Ｎｉフ
ェルト１０８を介して接続されているので、結局、図６
の６本の円筒セルは、直列に接続されていることとな
る。通常の固体電解質型燃料電池にあっては、円筒セル
１本における発電電圧は約１ボルトなので、多数の円筒
セルを直列に接続して所要の電圧を得る。円筒セル集合
体１０２の最外列の外側には、集電板１０５ａ、１０５
ｂが、円筒セル１０７に接して（Ｎｉフェルト１０８を
介して）設けられている。この集電板１０５と、それに
接続されている集電棒１４１から、セル集合体１０２で
発電された電力を外部へ取り出す。
は、互いに電気的に接続されている。すなわち、右側の
円筒セルのインターコネクター１６７が、その左側の円
筒セルの外面（外面電極、この場合燃料極）に、Ｎｉフ
ェルト１０８を介して接続されているので、結局、図６
の６本の円筒セルは、直列に接続されていることとな
る。通常の固体電解質型燃料電池にあっては、円筒セル
１本における発電電圧は約１ボルトなので、多数の円筒
セルを直列に接続して所要の電圧を得る。円筒セル集合
体１０２の最外列の外側には、集電板１０５ａ、１０５
ｂが、円筒セル１０７に接して（Ｎｉフェルト１０８を
介して）設けられている。この集電板１０５と、それに
接続されている集電棒１４１から、セル集合体１０２で
発電された電力を外部へ取り出す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述のＴ−ＳＯＦＣに
おいては次のような問題があった。すなわち、電池を運
転状態（温度約１０００℃）とした場合に、集電板とセ
ルの間や、セル相互間の電気的接続状態が悪くなること
があった。その理由は、ＳＯＦＣ装置のケーシング（容
器、例えばＮｉ系金属材料製）とセルの熱膨張率が異な
ることや、Ｎｉフェルトの焼結現象に起因して、各電気
的接続部の接触が悪くなるためであった。
おいては次のような問題があった。すなわち、電池を運
転状態（温度約１０００℃）とした場合に、集電板とセ
ルの間や、セル相互間の電気的接続状態が悪くなること
があった。その理由は、ＳＯＦＣ装置のケーシング（容
器、例えばＮｉ系金属材料製）とセルの熱膨張率が異な
ることや、Ｎｉフェルトの焼結現象に起因して、各電気
的接続部の接触が悪くなるためであった。
【０００９】Ｎｉフェルトは、新品の時点では適当な弾
性を有するので、少々スキマが開いたくらいでは、電気
的接続が悪化しないようになっており、それがＮｉフェ
ルトが使用されている理由である。しかし、フェルトを
構成するＮｉ繊維同士が高温下で焼結することにより、
Ｎｉフェルトの弾性も次第に失われる。このように、Ｓ
ＯＦＣ各部の電気的接続が悪くなると、接続抵抗が増し
てＳＯＦＣから外部に取り出し得る電力が減り、ＳＯＦ
Ｃの発電性能が低下する。
性を有するので、少々スキマが開いたくらいでは、電気
的接続が悪化しないようになっており、それがＮｉフェ
ルトが使用されている理由である。しかし、フェルトを
構成するＮｉ繊維同士が高温下で焼結することにより、
Ｎｉフェルトの弾性も次第に失われる。このように、Ｓ
ＯＦＣ各部の電気的接続が悪くなると、接続抵抗が増し
てＳＯＦＣから外部に取り出し得る電力が減り、ＳＯＦ
Ｃの発電性能が低下する。
【００１０】この対策として、両側の集電板間を中央に
寄せる方向に圧力をかけてセル集合体各部の電気的接続
を改善する提案もなされている（特開平８−１６２１４
６）。しかし、単にセル集合体に圧力をかけても、従来
のＳＯＦＣでは各セルの移動が拘束されて各Ｎｉフェル
トの各部に有効な圧縮力がかからないという問題点があ
った。本発明は、円筒形セルスタックの組立てメカニズ
ムに改良を加えるとともに、発電セルと集電板の間や、
発電セル同士の間の接触抵抗が低下させ、発電性能を向
上させた円筒形セルタイプ固体電解質型燃料電池を提供
することを目的とする。
寄せる方向に圧力をかけてセル集合体各部の電気的接続
を改善する提案もなされている（特開平８−１６２１４
６）。しかし、単にセル集合体に圧力をかけても、従来
のＳＯＦＣでは各セルの移動が拘束されて各Ｎｉフェル
トの各部に有効な圧縮力がかからないという問題点があ
った。本発明は、円筒形セルスタックの組立てメカニズ
ムに改良を加えるとともに、発電セルと集電板の間や、
発電セル同士の間の接触抵抗が低下させ、発電性能を向
上させた円筒形セルタイプ固体電解質型燃料電池を提供
することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の円筒形セルタイプ固体電解質型燃料電池
は、 多層円筒状に積層された空気電極、固体電解質層
及び燃料電極と、 空気電極または燃料電極のうち内面
側の電極と電気的に接続され、円筒外面に表出するイン
ターコネクターと、 を有する複数の円筒形セルの集合
体を、 隣り合う円筒形セルの外面の電極とインターコ
ネクターとが接するように配列したセル集合体と、 こ
のセル集合体の１つの側の最外列に位置するセルの外面
電極に接する第１集電板と、 この第１集電板と円筒形
セル集合体を挟んで対向する、円筒形セル集合体の他の
側の最外列に位置するセルのインターコネクターに接す
る第２集電板と、 上記集電板から電気を取り出す集電
棒と、 を備える円筒形セルタイプ固体電解質型燃料電
池であって； 上記円筒形セルが吊り下げられて配置さ
れているとともに、 上記集電棒を上記集電板に押し付
ける手段を有することを特徴とする。
め、本発明の円筒形セルタイプ固体電解質型燃料電池
は、 多層円筒状に積層された空気電極、固体電解質層
及び燃料電極と、 空気電極または燃料電極のうち内面
側の電極と電気的に接続され、円筒外面に表出するイン
ターコネクターと、 を有する複数の円筒形セルの集合
体を、 隣り合う円筒形セルの外面の電極とインターコ
ネクターとが接するように配列したセル集合体と、 こ
のセル集合体の１つの側の最外列に位置するセルの外面
電極に接する第１集電板と、 この第１集電板と円筒形
セル集合体を挟んで対向する、円筒形セル集合体の他の
側の最外列に位置するセルのインターコネクターに接す
る第２集電板と、 上記集電板から電気を取り出す集電
棒と、 を備える円筒形セルタイプ固体電解質型燃料電
池であって； 上記円筒形セルが吊り下げられて配置さ
れているとともに、 上記集電棒を上記集電板に押し付
ける手段を有することを特徴とする。
【００１２】セルを吊り構造とし、かつセル集合体の両
側の集電板を中央に寄せるように押すこととしてあるの
で、セル間の密着が向上し、電気的接続部の接触抵抗を
低く抑えることができ燃料電池の出力が増大する。ここ
で、セルを吊り下げるようにしたため、集電板の押圧に
伴うセルの移動がよりスムーズとなるとともに、セルに
有害な曲げモーメントや摺動摩擦等が作用しなくなるた
めセルの破損を防止することができ、燃料電池の信頼性
をも向上できる。
側の集電板を中央に寄せるように押すこととしてあるの
で、セル間の密着が向上し、電気的接続部の接触抵抗を
低く抑えることができ燃料電池の出力が増大する。ここ
で、セルを吊り下げるようにしたため、集電板の押圧に
伴うセルの移動がよりスムーズとなるとともに、セルに
有害な曲げモーメントや摺動摩擦等が作用しなくなるた
めセルの破損を防止することができ、燃料電池の信頼性
をも向上できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明においては、上記第１及び
第２集電板間に吊りバーが掛け渡されており、該吊りバ
ーに上記円筒形セルが吊り下げられていることが好まし
い。セルを吊る基体となる構造物としては、ケーシング
の側壁や空気分配器も考えられる。しかし、集電板が最
もセルに近く位置するので、この集電板に吊りバーを渡
してセルを吊るのが、吊りバーにかかる応力を最も低く
することができる。
第２集電板間に吊りバーが掛け渡されており、該吊りバ
ーに上記円筒形セルが吊り下げられていることが好まし
い。セルを吊る基体となる構造物としては、ケーシング
の側壁や空気分配器も考えられる。しかし、集電板が最
もセルに近く位置するので、この集電板に吊りバーを渡
してセルを吊るのが、吊りバーにかかる応力を最も低く
することができる。
【００１４】本発明においては、上記集電棒の集電板に
押し当てられる先端が凸球面に形成されており、集電板
の該集電棒先端が押し当てられる部分がそれを受ける球
面座に形成されていることが好ましい。集電棒の先端が
集電板を押す部位を球面軸受構造としたため、集電棒を
押し付けた場合にもその先端が集電板の定点（例えば集
電板の中心）からずれることがなく、集電板に均一な押
し付け力を加えることができる。
押し当てられる先端が凸球面に形成されており、集電板
の該集電棒先端が押し当てられる部分がそれを受ける球
面座に形成されていることが好ましい。集電棒の先端が
集電板を押す部位を球面軸受構造としたため、集電棒を
押し付けた場合にもその先端が集電板の定点（例えば集
電板の中心）からずれることがなく、集電板に均一な押
し付け力を加えることができる。
【００１５】本発明においては、上記第１及び第２集電
板間に吊りバーが掛け渡されており、該吊りバーに上記
円筒形セルが吊り下げられており、さらに、該集電板が
集電棒に支持されるように構成されていることが好まし
い。集電板が他の物に支えられていたのでは（例えば集
電板が下部ヘッダーの上に載っている）、集電棒で集電
板を押して、セル間のＮｉフェルトの収縮等のために集
電板が移動する際に、集電板がその支持物上をスムーズ
に滑って移動できないおそれもあり、そうなると集電板
が変形するおそれもある。そこで、集電板を集電棒で支
持することとすれば、当然のことながら集電板は集電棒
の動きに追随して変形もなくスムーズに動くことができ
る。
板間に吊りバーが掛け渡されており、該吊りバーに上記
円筒形セルが吊り下げられており、さらに、該集電板が
集電棒に支持されるように構成されていることが好まし
い。集電板が他の物に支えられていたのでは（例えば集
電板が下部ヘッダーの上に載っている）、集電棒で集電
板を押して、セル間のＮｉフェルトの収縮等のために集
電板が移動する際に、集電板がその支持物上をスムーズ
に滑って移動できないおそれもあり、そうなると集電板
が変形するおそれもある。そこで、集電板を集電棒で支
持することとすれば、当然のことながら集電板は集電棒
の動きに追随して変形もなくスムーズに動くことができ
る。
【００１６】以下、図面を参照しつつより詳しく説明す
る。図１は、本発明の１実施例に係るＴ−ＳＯＦＣ組立
体の構造を示す側面断面図である。この固体電解質型燃
料電池１の中枢部分である円筒セル集合体２は、細長い
円筒状の多数のセル７から構成されている。円筒セル７
は、上端開放、下端閉のセラミックチューブである。円
筒セル７の断面は多層円筒状をしており（図７（Ｂ）参
照）、空気極１６１、固体電解質層１６３、燃料極１６
５及びインターコネクター１６７の各層が積層されてい
る。
る。図１は、本発明の１実施例に係るＴ−ＳＯＦＣ組立
体の構造を示す側面断面図である。この固体電解質型燃
料電池１の中枢部分である円筒セル集合体２は、細長い
円筒状の多数のセル７から構成されている。円筒セル７
は、上端開放、下端閉のセラミックチューブである。円
筒セル７の断面は多層円筒状をしており（図７（Ｂ）参
照）、空気極１６１、固体電解質層１６３、燃料極１６
５及びインターコネクター１６７の各層が積層されてい
る。
【００１７】円筒セル７内には、空気を通すための細長
い空気導入管４が通っている。空気導入管は、燃料電池
１上部の空気分配器（図示されず）から下に出て、円筒
セル７チューブの底近くにまで達している。この空気導
入管４によって、空気分配器内の空気が、円筒セル７チ
ューブ内に供給される。チューブ内（底）に供給された
空気は、上述の発電反応に寄与しつつチューブ内を上方
に向い、セル上端２１から排気燃焼室３７に出る。
い空気導入管４が通っている。空気導入管は、燃料電池
１上部の空気分配器（図示されず）から下に出て、円筒
セル７チューブの底近くにまで達している。この空気導
入管４によって、空気分配器内の空気が、円筒セル７チ
ューブ内に供給される。チューブ内（底）に供給された
空気は、上述の発電反応に寄与しつつチューブ内を上方
に向い、セル上端２１から排気燃焼室３７に出る。
【００１８】円筒セル７の外面には、燃料電池１下部の
燃料ヘッダー１５から上方に向けて燃料ガスが供給さ
れ、上述の発電に供される。燃料ガスの未反応部分と、
セル部での電気化学的燃焼生成物（ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏ等）
とは、円筒セル７上端外面のスキマを通って排気燃焼室
３７に入る。この排気燃焼室３７では、未反応燃料が燃
焼する。この排ガスの顕熱は、燃料電池に供給される空
気及び燃料ガスの余熱に用いられたり、あるいは、通常
の蒸気ボイラー・タービンを用いる発電システムに送ら
れて発電に利用される。
燃料ヘッダー１５から上方に向けて燃料ガスが供給さ
れ、上述の発電に供される。燃料ガスの未反応部分と、
セル部での電気化学的燃焼生成物（ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏ等）
とは、円筒セル７上端外面のスキマを通って排気燃焼室
３７に入る。この排気燃焼室３７では、未反応燃料が燃
焼する。この排ガスの顕熱は、燃料電池に供給される空
気及び燃料ガスの余熱に用いられたり、あるいは、通常
の蒸気ボイラー・タービンを用いる発電システムに送ら
れて発電に利用される。
【００１９】図１に示されている９列の円筒セル７は、
互いに電気的に接続されている。すなわち、右側の円筒
セルのインターコネクターが、その左側の円筒セルの外
面（外面電極、この場合燃料極）に、Ｎｉフェルト１１
及び連結板１３（詳細後述）を介して接続されているの
で、結局、図１の９本の円筒セルは、直列に接続されて
いることとなる。通常の固体電解質型燃料電池にあって
は、円筒セル１本における発電電圧は約１ボルトなの
で、多数の円筒セルを直列に接続して所要の電圧を得
る。円筒セル集合体２の最外列の外側には、集電板５
ａ、５ｂが、円筒セル７に接して（Ｎｉフェルト１１を
介して）設けられている。この集電板５と、それに接続
されている３本の集電棒８から、セル集合体２で発電さ
れた電力を外部へ取り出す。なお、図の紙面に垂直の方
向にも、セル７が電気的に並列に３本あるいはその倍数
で連結（配列）されている。
互いに電気的に接続されている。すなわち、右側の円筒
セルのインターコネクターが、その左側の円筒セルの外
面（外面電極、この場合燃料極）に、Ｎｉフェルト１１
及び連結板１３（詳細後述）を介して接続されているの
で、結局、図１の９本の円筒セルは、直列に接続されて
いることとなる。通常の固体電解質型燃料電池にあって
は、円筒セル１本における発電電圧は約１ボルトなの
で、多数の円筒セルを直列に接続して所要の電圧を得
る。円筒セル集合体２の最外列の外側には、集電板５
ａ、５ｂが、円筒セル７に接して（Ｎｉフェルト１１を
介して）設けられている。この集電板５と、それに接続
されている３本の集電棒８から、セル集合体２で発電さ
れた電力を外部へ取り出す。なお、図の紙面に垂直の方
向にも、セル７が電気的に並列に３本あるいはその倍数
で連結（配列）されている。
【００２０】次に、図２を参照しつつ、セルの平面的配
列について説明する。図２は、図１のＴ−ＳＯＦＣにお
けるセルの平面的配列状態を示す平面図である。図２に
おいて、セル集合体２を構成するセルとして、並列方向
（図２の上下方向）に３本のセル７が配列されている。
３本のセル７は、相互に連結部２３で連結されている。
この連結部２３は、セル７の垂直方向における上部でセ
ルが一部繋がった部分である。同部２３は、セルと同じ
セラミックス製であり、セルと一体に成形・焼成されて
いる。連結部２３の存在により、セル相互のずれが少な
くなるとともに、強度向上や、組立て作業の簡易化等の
利点もある。
列について説明する。図２は、図１のＴ−ＳＯＦＣにお
けるセルの平面的配列状態を示す平面図である。図２に
おいて、セル集合体２を構成するセルとして、並列方向
（図２の上下方向）に３本のセル７が配列されている。
３本のセル７は、相互に連結部２３で連結されている。
この連結部２３は、セル７の垂直方向における上部でセ
ルが一部繋がった部分である。同部２３は、セルと同じ
セラミックス製であり、セルと一体に成形・焼成されて
いる。連結部２３の存在により、セル相互のずれが少な
くなるとともに、強度向上や、組立て作業の簡易化等の
利点もある。
【００２１】セル７は、直列方向（図２の左右方向）に
は、前述のようにＮｉフェルト１１及び連結板１３を介
して電気的に接続されている。接続部には、並列方向に
延びる連結板１３が、前後をＮｉフェルト１１にはさま
れるように配置されている。この連結板１３はＮｉから
なり、セル７同士を電気的に並列関係で接続している。
連結板１３があるため、たとえある場所の１個のセル７
が破壊されても、そのセルをバイパスして電流が流れる
ので、発電パワーのダウンを最小限とすることができ
る。なお、端部の集電板５も、セル７の並列方向に延び
ており、図の上下方向３列のセルと導通して、セル集合
体２全体で発電された電力を取り出している。
は、前述のようにＮｉフェルト１１及び連結板１３を介
して電気的に接続されている。接続部には、並列方向に
延びる連結板１３が、前後をＮｉフェルト１１にはさま
れるように配置されている。この連結板１３はＮｉから
なり、セル７同士を電気的に並列関係で接続している。
連結板１３があるため、たとえある場所の１個のセル７
が破壊されても、そのセルをバイパスして電流が流れる
ので、発電パワーのダウンを最小限とすることができ
る。なお、端部の集電板５も、セル７の並列方向に延び
ており、図の上下方向３列のセルと導通して、セル集合
体２全体で発電された電力を取り出している。
【００２２】集電板５はニッケル製の板材であって、上
部に２カ所のバー通し穴２５が開けられている。同穴は
縦長の穴であって、セル吊り用のバー６（寸法例：幅４
mm、高さ１０mm）が通される。図１に示されているよう
に、吊りバー６は、左右の集電板５ａ、５ｂ間に渡され
ている。そして、この吊りバー６上に、上述のセル連結
部２３が載る形となって、セル７が吊りバー６から吊り
下がる格好となっているのである。
部に２カ所のバー通し穴２５が開けられている。同穴は
縦長の穴であって、セル吊り用のバー６（寸法例：幅４
mm、高さ１０mm）が通される。図１に示されているよう
に、吊りバー６は、左右の集電板５ａ、５ｂ間に渡され
ている。そして、この吊りバー６上に、上述のセル連結
部２３が載る形となって、セル７が吊りバー６から吊り
下がる格好となっているのである。
【００２３】図１の実施例のＳＯＦＣの特徴は、左右の
集電板５ａと５ｂを挟んで両者の間に圧縮力を生ぜしめ
るため、集電棒８の押付け手段９が設けられていること
である。押付け手段９は、バネやネジ、油圧シリンダ等
の機構を有し、固定構造部（ＳＯＦＣの外部ケーシング
等）に支持されて、集電板５に集電棒８を押付けること
ができる。
集電板５ａと５ｂを挟んで両者の間に圧縮力を生ぜしめ
るため、集電棒８の押付け手段９が設けられていること
である。押付け手段９は、バネやネジ、油圧シリンダ等
の機構を有し、固定構造部（ＳＯＦＣの外部ケーシング
等）に支持されて、集電板５に集電棒８を押付けること
ができる。
【００２４】押付け手段の主要部は、固体電解質型燃料
電池の高温部の外に置かれており、ＳＯＦＣの運転中
に、押付け力を調整可能である。上述のように、Ｎｉフ
ェルト１１は、運転中に徐々に焼結されて収縮するの
で、それに合わせて、両側の集電板５間の間隔を狭くし
て、電気的接続部の密着性を維持することができる。押
し付け手段としては、ネジ式、油圧式、電気式等を用い
ることができる。
電池の高温部の外に置かれており、ＳＯＦＣの運転中
に、押付け力を調整可能である。上述のように、Ｎｉフ
ェルト１１は、運転中に徐々に焼結されて収縮するの
で、それに合わせて、両側の集電板５間の間隔を狭くし
て、電気的接続部の密着性を維持することができる。押
し付け手段としては、ネジ式、油圧式、電気式等を用い
ることができる。
【００２５】図３は、本発明の１実施例に係るＴ−ＳＯ
ＦＣの集電棒と集電板との当接部の詳細を示す図であ
る。（Ａ）は平面断面図、（Ｂ）は側面断面図、（Ｃ）
は集電板の正面図である。集電棒８の先端は凸球面４１
となっている。また、集電板５の集電棒８当接部は凹球
面の球面座４３となっている。凸球面４１は球面座４３
内に収まっている。球面座４３のアールは、凸球面４１
のアールよりもやや大きくなっており、凸球面４１を球
面座４３の中心部に自動的に案内するようになってい
る。
ＦＣの集電棒と集電板との当接部の詳細を示す図であ
る。（Ａ）は平面断面図、（Ｂ）は側面断面図、（Ｃ）
は集電板の正面図である。集電棒８の先端は凸球面４１
となっている。また、集電板５の集電棒８当接部は凹球
面の球面座４３となっている。凸球面４１は球面座４３
内に収まっている。球面座４３のアールは、凸球面４１
のアールよりもやや大きくなっており、凸球面４１を球
面座４３の中心部に自動的に案内するようになってい
る。
【００２６】図４は、本発明の他の一変形例に係るＴ−
ＳＯＦＣの構造を示す図である。（Ａ）は全体の側面図
であり、（Ｂ）は集電棒と集電板との当接部の詳細を示
す側面断面図である。この実施例の特徴は、集電板５が
下台（ハニカムヘッダー）１５の上に載っておらず、集
電板下端２９は下台１５上に浮いていることである。つ
まり、上下方向においても集電板５が集電棒８によって
支えられていることである。
ＳＯＦＣの構造を示す図である。（Ａ）は全体の側面図
であり、（Ｂ）は集電棒と集電板との当接部の詳細を示
す側面断面図である。この実施例の特徴は、集電板５が
下台（ハニカムヘッダー）１５の上に載っておらず、集
電板下端２９は下台１５上に浮いていることである。つ
まり、上下方向においても集電板５が集電棒８によって
支えられていることである。
【００２７】集電棒８の先端は、図３の実施例同様の球
面（球面ヘッド５１）となっており、集電板５の側面に
形成されている球面座５３と当接している。集電棒８の
先端から少し手前の上面には、溝状の凹部５７が形成さ
れており、同凹部５７と球面ヘッド５１との間は、上方
に突出した引っ掛け部５５となっている。また、集電板
５の球面座５３の上縁の上には、下向きにＬ字状に折り
曲がったフック５９が突設されている。そして、フック
５９と球面座５３との間は、引っ掛け部５５が進入する
のに適した形状の裏凹部６１となっている。このフック
５９と引っ掛け部５５とが係合して、集電板５が集電棒
８に載る（支持される）ようになっている。集電板を集
電棒で支持することにより、集電板は集電棒の動きに追
随して変形もなくスムーズに動くことができる。
面（球面ヘッド５１）となっており、集電板５の側面に
形成されている球面座５３と当接している。集電棒８の
先端から少し手前の上面には、溝状の凹部５７が形成さ
れており、同凹部５７と球面ヘッド５１との間は、上方
に突出した引っ掛け部５５となっている。また、集電板
５の球面座５３の上縁の上には、下向きにＬ字状に折り
曲がったフック５９が突設されている。そして、フック
５９と球面座５３との間は、引っ掛け部５５が進入する
のに適した形状の裏凹部６１となっている。このフック
５９と引っ掛け部５５とが係合して、集電板５が集電棒
８に載る（支持される）ようになっている。集電板を集
電棒で支持することにより、集電板は集電棒の動きに追
随して変形もなくスムーズに動くことができる。
【００２８】図５は、本発明の１実施例に係るＴ−ＳＯ
ＦＣにおいて、集電板押し付け荷重とセル出力との関係
を調べたグラフである。横軸はセル３本用の集電板への
トータルの押し付け荷重を示し、縦軸はセル出力を規準
となる値で割った相対出力値である。グラフから分るよ
うに、押し付け荷重１２kgf で出力値１であったのに対
して、押し付け荷重を増していくと出力値が徐々に上昇
し、押し付け荷重２０kgf では出力値が１．１２程度に
までなることが示されている。
ＦＣにおいて、集電板押し付け荷重とセル出力との関係
を調べたグラフである。横軸はセル３本用の集電板への
トータルの押し付け荷重を示し、縦軸はセル出力を規準
となる値で割った相対出力値である。グラフから分るよ
うに、押し付け荷重１２kgf で出力値１であったのに対
して、押し付け荷重を増していくと出力値が徐々に上昇
し、押し付け荷重２０kgf では出力値が１．１２程度に
までなることが示されている。
【００２９】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の円筒形セルタイプ固体電解質型燃料電池は、セルを吊
り構造とし、かつセル集合体の両側の集電板を中央に寄
せるように押すこととしてあるので、セル間の密着が向
上し、電気的接続部の接触抵抗を低く抑えることができ
燃料電池の出力が増大する。そして、セルを吊り下げる
ようにしたため、集電板の押圧に伴うセルの移動がより
スムーズとなるとともに、セルに有害な曲げモーメント
や摺動摩擦等が作用しなくなるためセルの破損を防止す
ることができ、燃料電池の信頼性をも向上できる。
の円筒形セルタイプ固体電解質型燃料電池は、セルを吊
り構造とし、かつセル集合体の両側の集電板を中央に寄
せるように押すこととしてあるので、セル間の密着が向
上し、電気的接続部の接触抵抗を低く抑えることができ
燃料電池の出力が増大する。そして、セルを吊り下げる
ようにしたため、集電板の押圧に伴うセルの移動がより
スムーズとなるとともに、セルに有害な曲げモーメント
や摺動摩擦等が作用しなくなるためセルの破損を防止す
ることができ、燃料電池の信頼性をも向上できる。
【図１】本発明の１実施例に係るＴ−ＳＯＦＣ組立体の
構造を示す側面断面図である。
構造を示す側面断面図である。
【図２】図１のＴ−ＳＯＦＣにおけるセルの平面的配列
状態を示す平面図である。
状態を示す平面図である。
【図３】本発明の１実施例に係るＴ−ＳＯＦＣの集電棒
と集電板との当接部の詳細を示す図である。（Ａ）は平
面断面図、（Ｂ）は側面断面図、（Ｃ）は集電板の正面
図である。
と集電板との当接部の詳細を示す図である。（Ａ）は平
面断面図、（Ｂ）は側面断面図、（Ｃ）は集電板の正面
図である。
【図４】本発明の他の一変形例に係るＴ−ＳＯＦＣの構
造を示す図である。（Ａ）は全体の側面図であり、
（Ｂ）は集電棒と集電板との当接部の詳細を示す側面断
面図である。
造を示す図である。（Ａ）は全体の側面図であり、
（Ｂ）は集電棒と集電板との当接部の詳細を示す側面断
面図である。
【図５】本発明の１実施例に係るＴ−ＳＯＦＣにおい
て、集電板押し付け荷重とセル出力との関係を調べたグ
ラフである。横軸はセル 本用の集電板へのトータルの
押し付け荷重を示し、縦軸はセル出力を規準となる値で
割った相対出力値である。
て、集電板押し付け荷重とセル出力との関係を調べたグ
ラフである。横軸はセル 本用の集電板へのトータルの
押し付け荷重を示し、縦軸はセル出力を規準となる値で
割った相対出力値である。
【図６】代表的なＴ−ＳＯＦＣの全体構造を示す図であ
る。
る。
【図７】図６のＴ−ＳＯＦＣのセルの詳細構造を示す断
面図である。（Ａ）は全体の縦断面図であり、（Ｂ）は
（Ａ）のＢ−Ｂ断面を示す横断面図である。
面図である。（Ａ）は全体の縦断面図であり、（Ｂ）は
（Ａ）のＢ−Ｂ断面を示す横断面図である。
１ 燃料電池組立体 ２ セル集合体 ３ ケーシング ４ 空気導入管 ５ 集電板 ６ 吊りバー ７ セル ８ 集電棒 ９ 押し付け手段 １１ Ｎｉフェルト １３ 連結板 １５ 下台 １７ 燃料室 ２１ セル上端 ２３ セル並列連結部 ２５ バー通し穴 ２７ セル下端 ２９ 集電板下端 ４１ 凸球面 ４３ 球面座 ５１ 球面ヘッド ５３ 球面座 ５５ 引っ掛け部 ５７ 凹部 ５９ フック ６１ 裏凹部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田尻 浩昭 福岡市南区塩原２丁目１番47号 九州電力 株式会社総合研究所内 (72)発明者 黒石 正宏 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１ 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 相沢 正信 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１ 号 東陶機器株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 多層円筒状に積層された空気電極、固体
電解質層及び燃料電極と、 空気電極または燃料電極の
うち内面側の電極と電気的に接続され、円筒外面に表出
するインターコネクターと、 を有する複数の円筒形セ
ルの集合体を、 隣り合う円筒形セルの外面の電極とイ
ンターコネクターとが接するように配列したセル集合体
と、 このセル集合体の１つの側の最外列に位置するセルの外
面電極に接する第１集電板と、 この第１集電板と円筒形セル集合体を挟んで対向する、
円筒形セル集合体の他の側の最外列に位置するセルのイ
ンターコネクターに接する第２集電板と、 上記集電板から電気を取り出す集電棒と、 を備える円筒形セルタイプ固体電解質型燃料電池であっ
て；上記円筒形セルが吊り下げられて配置されていると
ともに、 上記集電棒を上記集電板に押し付ける手段を有すること
を特徴とする円筒形セルタイプ固体電解質型燃料電池。 - 【請求項２】 上記第１及び第２集電板間に吊りバーが
掛け渡されており、 該吊りバーに上記円筒形セルが吊り下げられていること
を特徴とする請求項１記載の円筒形セルタイプ固体電解
質型燃料電池。 - 【請求項３】 上記集電棒の集電板に押し当てられる先
端が凸球面に形成されており、集電板の該集電棒先端が
押し当てられる部分がそれを受ける球面座に形成されて
いることを特徴とする請求項１記載の円筒形セルタイプ
固体電解質型燃料電池。 - 【請求項４】 上記第１及び第２集電板間に吊りバーが
掛け渡されており、 該吊りバーに上記円筒形セルが吊り下げられており、 さらに、該集電板が集電棒に支持されるように構成され
ていることを特徴とする請求項１記載の円筒形セルタイ
プ固体電解質型燃料電池。 - 【請求項５】 上記押付け手段の主要部が、燃料電池の
高温部の外に設けられており、 上記集電棒を上記集電
板に押し付ける押付け力を燃料電池運転中に調整し得る
請求項１〜４いずれか１項記載の円筒形セルタイプ固体
電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9060097A JPH10247509A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 円筒形セルタイプ固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9060097A JPH10247509A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 円筒形セルタイプ固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10247509A true JPH10247509A (ja) | 1998-09-14 |
Family
ID=13132261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9060097A Pending JPH10247509A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 円筒形セルタイプ固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10247509A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008010335A (ja) * | 2006-06-30 | 2008-01-17 | Toto Ltd | 燃料電池 |
| WO2008123576A1 (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Toto Ltd. | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP2009212029A (ja) * | 2008-03-06 | 2009-09-17 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池スタック及び燃料電池スタック用ターミナルの製造方法 |
-
1997
- 1997-02-28 JP JP9060097A patent/JPH10247509A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008010335A (ja) * | 2006-06-30 | 2008-01-17 | Toto Ltd | 燃料電池 |
| WO2008123576A1 (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Toto Ltd. | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP2008251507A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Toto Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP2009212029A (ja) * | 2008-03-06 | 2009-09-17 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池スタック及び燃料電池スタック用ターミナルの製造方法 |
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Legal Events
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|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20060712 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060801 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061205 |