JP2004288493A - Solid electrolyte fuel cell assembly - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体電解質型燃料電池組立体、更に詳しくはセルを所定方向に配列して構成されたセルスタックとセルの各々にガスを供給するためのガスマニホルドとがハウジング内に配設されている形態の固体電解質型燃料電池組立体に関する。
【0002】
【従来の技術】
次世代エネルギーとして、近年、固体高分子型、リン酸型、溶融炭酸塩型及び固体電解質型等の種々の型の燃料電池発電システムが提案されている。特に、電解質型燃料電池発電システムは、作動温度が1000℃程度と高いが、発電効率が高い、排熱利用ができる等の利点を有しており、研究開発が押し進められている。
【0003】
固体電解質型燃料電池発電システムの典型例においては、下記特許文献1及び2に開示されている如く、ハウジングの下部にガスマニホルドを配設し、かかるガスマニホルド上にセルスタックを配置して構成して燃料電池組立体を具備している。燃料ガスでよいガスが供給されるガスマニホルドは中空箱形状であり、その上面には複数個のガス排出口が形成されている。セルスタックは鉛直方向に細長く延びるセルを水平方向に複数個配列して構成されている。セルの各々は、通常、鉛直方向に細長く延びる電極支持基板を含んでおり、この電極支持基板に燃料極層、固体電解質層、酸素極層及びインターコネクタが装着されている。電極支持基板にはこれを鉛直方向に貫通して延びるガス通路が形成されている。電極支持基板の下端はガスマニホルドの上面に連結され、ガスマニホルドに形成されているガス排出口が電極支持基板に形成されているガス通路に連通せしめられる。
【0004】
【特許文献1】
特開平6−349514号公報
【特許文献2】
特開2000−149976号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の固体電解質型燃料電池組立体には次のとおりの解決すべき問題が存在する。セル、電極支持基板を備えている形態の場合には電極支持基板、の片端即ち下端とガスマニホルドの片面即ち上面とは、例えば燃料ガスであるガスの漏出を確実に防止するために充分気密に連結することが必要であり、通常、耐熱性を有する無機系セメント或いは適宜のセラミック系接着剤を使用して相互に接合している。然るに、燃料電池組立体が作動せしめられると、セルスタック及びガスマニホルドが配設されているハウジング内は高温にせしめられ、セルとガスマニホルドとの接合領域も700乃至800℃程度の高温になる。従って、燃料電池組立体の作動と停止が繰り返されると、セルとガスマニホルドとの接合領域は繰り返し昇温及び降温せしめられる。セルとガスマニホルドとの接合に使用されているセメント或いは接着剤の熱膨張率とセルの熱膨張率との間には幾分かの差があること、セルとガスマニホルドとの接合に使用されているセメント或いは接着剤は脆性を有すること等に起因して、繰り返し昇温及び降温せしめられると、セルとガスマニホルドとの接合領域にクラックが発生し、ガスマニホルド内のガス(例えば燃料ガス)がハウジング内に漏出し或いはハウジング内に供給されたガス(例えば酸素含有ガス)がガスマニホルド内に侵入し、これによって発電性能が著しく低下してしまうことが少なくない。
【0006】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、セルとガスマニホルドとの接合領域にクラックが発生することが充分に防止乃至抑制される、新規且つ改良された固体電解質型燃料電池組立体を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ハウジング内を断熱性区画板によって発電・燃焼室とガスマニホルド室とに区画し、ガスマニホルドはガスマニホルド室内に配置し、セルスタックにおけるセルの主部は発電・燃焼室内に配置するがセルの片端部は区画板を貫通してガスマニホルド室内に延出せしめることによって上記主たる技術的課題が達成される。
【0008】
即ち、本発明によれば、上記主たる技術的課題を達成する固体電解質型燃料電池組立体として、ハウジングと、該ハウジング内に配設された少なくとも1個のセルスタックと、該ハウジング内に配設された少なくとも1個のガスマニホルドとを具備し、該セルスタックは第一の方向に細長く延在するセルを該第一の方向に対して垂直な第二の方向に複数個配置して構成されており、該セルの各々にはその片端に開口せしめられているガス通路が形成されており、該ガスマニホルドの片面には複数個のガス排出口が形成されており、該セルの該片端を該ガスマニホルドの該片面に連結することによって該ガス通路が該ガスマニホルド内に連通せしめられている固体電解質型燃料電池組立体において、
該ハウジング内には断熱性区画板が配設されていて、該ハウジング内は発電・燃焼室とガスマニホルド室とに区画されており、該ガスマニホルドは該ガスマニホルド室内に配置されており、該セルの主部は該発電・燃焼室内に配置されているが、該セルの片端部は該区画板を貫通して該ガスマニホルド室内に延出せしめられている、ことを特徴とする固体電解質型燃料電池組立体が提供される。
【0009】
本発明の固体電解質型燃料電池組立体においては、セルとガスマニホルドとの接合領域は断熱性区画板によって発電・燃焼室から区画されているガスマニホルド室内に位置せしめられ、燃料電池組立体の作動時における温度上昇が比較的低温、例えば100乃至400℃、に制限され、それ故にセルとガスマニホルドとの接合領域にクラックが発生することが充分に防止乃至抑制される。
【0010】
該セルの各々は電極支持基板並びに該電極支持基板に装着された燃料極層、固体電解質層、酸素極層及びインターコネクタを含んでおり、該電極支持基板に該ガス通路が形成されており、該酸素極層は該発電・燃焼室内のみに位置せしめられているのが好適である。好適実施形態においては、該第一の方向は実質上鉛直であり、該ガス通路は該セルの下端から上端まで実質上鉛直に延びており、該区画板は該ハウジングの下部を実質上水平に延在せしめられており、該ガスマニホルド室は該区画板の下方に規定され、該発電・燃焼室は該区画板の上方に規定されている。該セルスタックは該第一の方向及び該第二の方向に垂直な第三の方向に間隔をおいて複数個並列配置されており、該ガスマニホルドも該第一の方向及び該第二の方向に垂直な第三の方向に間隔をおいて複数個並列配置されているのが好都合である。好ましくは、該区画板は多孔質セラミックに無機系セメントを流し込むことによって形成されている。好適実施形態においては、該ガスマニホルドには燃料ガスが供給される。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成された固体電解質型燃料電池組立体の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【0012】
図1は、本発明に従って構成された固体電解質型燃料電池組立体の好適実施形態の主要部を図示している。図示の組立体は略直方体形状であるハウジング2を具備し、このハウジング2は耐熱性金属から形成された外枠体4とこの外枠体4の内面に張設された断熱材層6とから構成されている。断熱材層6は適宜のセラミックから形成することができる。
【0013】
ハウジング2の下部には複数個(図示の場合は4個)の燃料ガスマニホルド8が配設されている。耐熱性を有する適宜のセラミックから構成することができる燃料ガスマニホルド8の各々は、図1において図面に垂直な方向に延びる直方体形状の中空箱体から構成されている。燃料ガスマニホルド8の各々はハウジング2を貫通して延びる燃料ガス導入管(図示していない)を介して燃料ガス供給源10に接続されている。
【0014】
ハウジング2の上方には、実質上水平に延びる水平壁12とかかる水平壁12の4周縁から実質上鉛直に上方に延びる直立壁14(4個の直立壁14のうちの2個を図1に図示している)を有する耐熱金属製区画部材16が配設されている。区画部材16の直立壁14間には水平壁12から上方に間隔をおいて位置する水平板18が固定されており、区画部材16の水平壁12及び4個の直立壁14並びに水平板18によって酸素含有ガスマニホルド20が形成されている。この酸素含有ガスマニホルド20は、図1に簡略に図示する如く、熱交換手段22を介して酸素含有ガス供給源24に接続されている。
【0015】
上記燃料ガスマニホルド8の上方には、図1において左右方向(第三の方向)に間隔をおいて4個のセルスタック24a、24b、24c及び24dが並列配置されている。図1と共に図2を参照して説明を続けると、セルスタック24a、24b、24c及び24dの各々は、鉛直方向、即ち図1において上下方向、図2において紙面に垂直な方向(第一の方向)に細長く延在するセル26を図1において紙面に垂直な方向、図2において上下方向(第二の方向)に複数個(図示の場合は5個)配置して構成されている。図2に明確に図示する如く、図示の実施形態におけるセル26の各々は電極支持基板28、内側電極層である燃料極層30、固体電解質層32、外側電極層である酸素極層34、及びインターコネクタ36から構成されている。
【0016】
電極支持基板28は鉛直方向に細長く延びる板状片であり、平坦な両面と半円形状の両側面を有する。電極支持基板28にはこれを鉛直方向に貫通する複数個(図示の場合は4個)のガス通路38が形成されている。セル26における酸素極層34は、電極支持基板28の長手方向全体に渡ってではなく電極支持基板28の長手方向中間部即ち主部に配設されており、電極支持基板28の下端部及び上端部には酸素極層34は存在しない。
【0017】
図2を参照して説明を続けると、インターコネクタ36は電極支持基板28の片面(図2において上面)上に配設されている。燃料極層30は電極支持基板28の他面(図2において下面)及び両側面に配設されており、その両端はインターコネクト36の両端に接合せしめられている。固体電解質層32は燃料極層30の全体を覆うように配設され、その両端はインターコネクタ36の両端に接合せしめられている。酸素極層34は、固体電解質層32の主部上、即ち電極支持基板28の他面を覆う部分上、に配置され、電極支持基板板38を挟んでインターコネクト36に対向して位置せしめられている。
【0018】
セルスタック24a、24b、24c及び24dの各々における隣接するセル26間には集電部材40が配設されており、一方のセル26のインターコネクタ36と他方のセル26の酸素極層34とを接続している。セルスタック24a、24b、24c及び24dの各々において両端、即ち図2において上端及び下端に位置するセル26の片面及び他面にも集電部材40が配設されている。そして、セルスタック24a及び24bの片端(図2において上端)に配設された集電部材40は導電部材42によって接続され、セルスタック24b及び24cの他端(図2において下端)に配設された集電部材40も導電部材42によって接続され、セルスタック24c及び24dの片端(図2において上端)に配設された集電部材40も導電部材42によって接続されている。更に、セルタック24aの他端(図2において下端)に配設された集電部材40には導電部材42が接続され、セルスタック24dの片端(図2において上端)に配設された集電部材40にも導電部材42が接続されている。かくして、全てのセル36が電気的に直列接続されている。
【0019】
セル26について更に詳述すると、電極支持基板28は燃料ガスを燃料極層40まで透過させるためにガス透過性であること、そしてまたインターコネクタ36を介して集電するために導電性であることが要求され、かかる要求を満足する多孔質の導電性セラミック(若しくはサーメット)から形成することができる。燃料極層30及び/又は固体電解質層32との同時焼成により電極支持基板28を製造するためには、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから電極支持基板28を形成することが好ましい。所要ガス透過性を備えるために開気孔率が30%以上、特に35乃至50%の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は300S/cm以上、特に440C/cm以上であるのが好ましい。燃料極層30は多孔質の導電性セラミック、例えば希土類元素が固溶しているZrO2(安定化ジルコニアを称されている)とNi及び/又はNiOとから形成することができる。固体電解質層32は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有するものであることが必要であり、通常、3〜15モル%の希土類元素が固溶したZrO2から形成されている。酸素極層44は所謂ABO3型のペロブスカイト型酸化物からなる導電セラミックから形成することができる。酸素極層34はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が20%以上、特に30内50%の範囲にあることが好ましい。インターコネクタ36は導電性セラミックから形成することができるが、水素ガスでよい燃料ガス及び空気でよい酸素含有ガスと接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、このためにランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO3系酸化物)が好適に使用される。インターコネクト36は電極支持基板28に形成された燃料通路38を通る燃料ガス及び電極支持基板28の外側を流動する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、93%以上、特に95%以上の相対密度を有していることが望まれる。集電部材40は弾性を有する金属又は合金から形成された適宜の形状の部材或いは金属繊維又は合金繊維から成るフェルトに所要表面処理を加えた部材から構成することができる。導電部材42は適宜の金属又は合金から形成することができる。
【0020】
図1及び図2と共に図3を参照して説明を続けると、セルスタック24a、24b、24c及び24d間には、酸素含有ガス供給手段を構成する中空板状部材44が配設されている。かかる中空板状部材44は適宜のセラミックの如き耐熱性材料から形成することができる。中空板状部材44はセルスタック24a、24b、24c及び24d間に配置され、実質上鉛直な方向(第一の方向)に延在せしめられている。図3を参照することによって明確に理解されるとおり、中空板状部材44の片端即ち上端には酸素含有ガス導入口46が形成されている。図示の実施形態においては、酸素含有ガス導入口46は中空板状部材の上端を図2において上下方向に細長く延びるスリットから構成されている。中空板状部材44の上端には実質上水平に突出するフランジ48が形成されており、酸素含有ガス導入口46はフランジ48によって囲繞されている。中空板状部材44の両側壁の他端部即ち下端部には酸素含有ガス排出口50が形成されている。図示の実施形態においては、酸素含有ガス排出口50は、中空板状部材44の両側壁の下端部を幅方向(即ち図1において紙面に垂直な方向、図2において上下方向)に延びるスリットから形成されている。所望ならば、中空板状部材44の両側壁の下端部に幅方向に間隔をおいて形成された複数個の孔から酸素含有ガス排出口を形成することもできる。図1を参照することによって理解される如く、中空板状部材44の上端は、上記区画部材16の水平壁12に形成されている対応する開口内に位置せしめられ、従って酸素含有ガス導入口46は酸素含有ガスマニホルド20内に開口せしめられている(後に更に言及する如く中空板状部材44の下端は後述する区画板よりも幾分上方に、従って発電・燃焼室の下端部に位置せしめられている)。
【0021】
図1と共に図4を参照して説明を続けると、本発明に従って構成された固体電解質型燃料電池組立体においては、ハウジング2内には断熱性区画板52が配設されていて、ハウジング2内は発電・燃焼室54と燃料ガスマニホルド室56とに、好ましくは気密に区画されていることが重要である。図示の実施形態においては、ハウジング2の下部に実質上水平に延在する区画板52が配設されており、ハウジング2内は区画板52よりも上方の発電・燃焼室54と区画板52よりも下方の燃料ガスマニホルド室54に区画されている。
【0022】
上述した燃料ガスマニホルド8の各々は燃料ガスマニホルド室56内に配置されている。一方、セルスタック24a、24b、24c及び24dを構成するセル26の各々の主部は発電・燃焼室54内に位置せしめられているが、セル26の各々の電極支持基板28(並びにこれに装着された燃料極層30、固体電解質層32及びインターコネクタ36)の片端部即ち下端部は、区画板52を貫通して燃料ガスマニホルド室56内に延出せしめられている。酸素極層34は電極支持基板28の下端部には配設されておらず、区画板52を貫通して燃料ガスマニホルド質56内に延出することはない。区画板52は、セル26の各々における電極支持基板28が貫通する複数の開口を有する形態の板状体を多孔質ジルコニアの如き断熱性及び耐熱性に優れた多孔質セラミックから形成し、上記開口に電極支持基板28の下端部を貫通せしめた後に、無機系セメントを流し込んで中実体にせしめることによって好都合に形成することができる。
【0023】
図4に図示する如く、燃料ガスマニホルド8の各々には、図1において紙面に垂直な方向に間隔をおいて図1において左右方向に延びる複数個(図示の場合は5個)のスリット58が形成されている。そして、燃料ガスマニホルド室56内に延出せしめられた電極支持基板28の各々の片端は、スリット58が形成されている部位において燃料ガスマニホルド8の上面に連結せしめられ、電極支持基板28に形成されているガス通路38がスリット58を介して燃料ガスマニホルド8に連通せしめられる。図示の実施形態においては、図4を参照することによって理解されるとおり、燃料ガスマニホルド8の上面の形成されているスリット58を覆うように電極支持部材28の下端が燃料ガスマニホルド8の上面上に位置せしめられる。そして、燃料ガスマニホルド8の上面に電極支持基板28の下端部外周縁との境界領域に適宜の接合材60が施され、これによって燃料ガスマニホルド8の上面上に電極支持基板28の下端が気密に接合せしめられる。接合材60は適宜の合成樹脂接着材、無機系セメント或いはセラミック接着材でよい。
【0024】
セル26の各々における酸素極層34は電極支持基板28の下端部には配設されておらず、発電・燃焼室54内に位置せしめられており、燃料ガスマニホルド室56内に延在することはない。従って、発電は発電・燃焼室54内で行われ、燃料ガスマニホルド室56内で行われることはない。また、酸素含有ガス供給手段を構成する中空板状部材44の下端は区画板52よりも幾分上方に、従って発電・燃焼室54内に位置せしめられており、酸素含有ガスが燃料ガスマニホルド室56内に侵入することはない。
【0025】
上述したとおりの固体電解室燃料電池組立体においては、燃料ガス供給源10から燃料ガス導入管(図示していない)を通して、例えば都市ガスをそれ自体は周知の適宜の様式で改質することによって得られる水素でよい燃料ガスが、燃料ガスマニホルド8に供給される。そして、かかる燃料ガスが燃料ガスマニホルド8からセル26の各々の電極支持基板28に形成されているガス通路38の下端に導入され、ガス通路28を通して上方に流動せしめられる。一方、酸素含有ガス供給源24は、空気でよい酸素含有ガスを熱交換手段22を通して酸素含有ガスマニホルド20に供給する。酸素含有ガスマニホルド20に供給された酸素含有ガスは、酸素含有ガス導入口46から中空板状部材44内に流入して中空板状部材44内を流下し、酸素含有ガス排出口50から排出される。酸素含有ガス排出口50は中空板状部材44の両側壁に形成され、セルスタック24a、24b、24c及び24dに指向されている。従って、酸素含有ガスは発電・燃焼室54の下端部においてセルスタック24a、24b、24c及び24dに向けて噴出せしめられ、次いで発電・燃焼室54内を上昇せしめられる。セル26の各々においては、酸素極層44で下記式(1)の電極反応が生成され、また燃料極層40では下記式(2)の電極反応が生成されて発電される。
【0026】
酸素極: 1/2O2+2e− → O2−(固体電解質) ・・・(1)
燃料極: O2−(固体電解質)+H2→ H2O+2e− ・・・(2)
【0027】
セル26における電極支持基板28のガス通路38を流動する燃料ガスの、電極反応に使用されなかった燃料ガスは、電極支持基板28の上端から発電・燃焼室54内に流出せしめられる。発電・燃焼室54内に流出せしめられた燃料ガスは流出と同時に燃焼せしめられる。発電・燃焼室54内には適宜の着火手段(図示していない)が配設されており、燃料ガスが発電・燃焼室54に流出され始めると着火手段が作動せしめられて燃焼が開始される。中空板状部材44を通して発電・燃焼室54に供給された酸素含有ガス中の酸素で電極反応に使用されなかったものは燃焼に利用される。燃焼ガスは適宜の流路手段(図示していない)を通して熱交換手段22に送給され、熱交換手段22において酸素含有ガスと熱交換した後にハウジング2から排出される。
【0028】
発電及び燃焼によって発電・燃焼室54内は例えば1000℃程度の高温にせしめられる。しかしながら、断熱性区画板52によって発電・燃焼室54から区画されている燃料ガスマニホルド室56は発電・燃焼室54から熱的に隔離されており、例えば100乃至400℃程度の比較的低温に維持される。従って、燃料ガスマニホルド8と電極支持基板28との接合領域に加えられる熱衝撃が充分に抑制され、かかる領域にクラックが発生することが充分に防止乃至抑制される。
【0029】
本発明に従って構成された固体電解質型燃料電池組立体の好適実施形態について添付図面を参照して詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能であることが理解されるべきである。例えば、図示の実施形態においては、電極支持基板に形成されているガス通路を通して燃料ガスを流動せしめているが、電極支持基板に形成されているガス通路を通して酸素含有ガスを流動せしめる(この場合には断熱性区画板の下方に区画される室に配置されるガスマニホルドに酸素含有ガスを供給する)形態の固体電解質型燃料電池組立体にも本発明を適用することができる。
【発明の効果】
本発明の固体電解質型燃料電池組立体によれば、セルとガスマニホルドとの接合領域にクラックが発生することが充分に防止乃至抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従って構成された固体電解質型燃料電池組立体の好適実施形態の主要部を示す縦断面図。
【図2】図1に示す固体電解質型燃料電池組立体の主要部を示す横断面図。
【図3】図1に示す固体電解質型燃料電池組立体における中空板状部材を示す斜面図。
【図4】図1に示す固体電解質型燃料電池組立体における燃料ガスマニホルドと電極支持基板との接合領域及びその近傍を、一部を破断して図示する部分斜面図。
【符号の説明】
2:ハウジング
8:燃料ガスマニホルド(ガスマニホルド)
20:酸素含有ガスマニホルド
24a:セルスタック
24b:セルスタック
24c:セルスタック
24d:セルスタック
26:セル
28:電極支持基板
30:燃料極層
32:固体電解室層
34:酸素極層
36:インターコネクタ
38:ガス通路
40:集電部材
42:導電部材
44:中空板状部材(酸素含有ガス供給手段)
52:断熱性区画板
54:発電燃焼室
56:燃料ガスマニホルド室(ガスマニホルド室)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a solid oxide fuel cell assembly, more specifically, a cell stack configured by arranging cells in a predetermined direction and a gas manifold for supplying gas to each of the cells are disposed in a housing. And a solid oxide fuel cell assembly.
[0002]
[Prior art]
In recent years, various types of fuel cell power generation systems such as solid polymer type, phosphoric acid type, molten carbonate type, and solid electrolyte type have been proposed as next-generation energy. In particular, the electrolyte fuel cell power generation system has an operating temperature as high as about 1000 ° C., but has advantages such as high power generation efficiency and utilization of waste heat, and research and development are being promoted.
[0003]
In a typical example of a solid oxide fuel cell power generation system, as disclosed in
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-6-349514 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-149976
[Problems to be solved by the invention]
The conventional solid oxide fuel cell assembly described above has the following problems to be solved. One end or lower end of the cell and the electrode support substrate, in the case of the form including the electrode support substrate, and one surface or upper surface of the gas manifold are airtight enough to reliably prevent leakage of gas, for example, a fuel gas. It is necessary to connect them, and they are usually joined to each other using an inorganic cement having heat resistance or an appropriate ceramic adhesive. However, when the fuel cell assembly is operated, the inside of the housing in which the cell stack and the gas manifold are disposed is heated to a high temperature, and the junction area between the cell and the gas manifold is also heated to about 700 to 800 ° C. Therefore, when the operation and the stop of the fuel cell assembly are repeated, the junction area between the cell and the gas manifold is repeatedly heated and lowered. There must be some difference between the coefficient of thermal expansion of the cement or adhesive used to join the cell to the gas manifold and the coefficient of thermal expansion of the cell. If the temperature of the cement or adhesive is raised and lowered repeatedly due to the brittleness of the cement or the adhesive, cracks occur in the joint area between the cell and the gas manifold, and the gas (eg, fuel gas) in the gas manifold is generated. Often, gas leaks into the housing or gas (eg, an oxygen-containing gas) supplied into the housing enters the gas manifold, thereby significantly reducing power generation performance.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-mentioned facts, and a main technical problem thereof is that a new and improved solid is sufficiently prevented or suppressed from generating cracks in a joint region between a cell and a gas manifold. It is an object of the present invention to provide an electrolyte fuel cell assembly.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, the inside of the housing is partitioned into a power generation / combustion chamber and a gas manifold chamber by a heat insulating partition plate, the gas manifold is disposed in the gas manifold chamber, and the main part of the cell in the cell stack is located in the power generation / combustion chamber. The main technical problem is achieved by disposing, but by extending one end of the cell through the partition plate and extending into the gas manifold chamber.
[0008]
That is, according to the present invention, as a solid oxide fuel cell assembly which achieves the main technical problem, a housing, at least one cell stack provided in the housing, and a cell stack provided in the housing are provided. At least one gas manifold, wherein the cell stack is configured by arranging a plurality of cells elongated in a first direction in a second direction perpendicular to the first direction. Each of the cells has a gas passage formed at one end thereof, and a plurality of gas discharge ports formed at one side of the gas manifold. A solid oxide fuel cell assembly, wherein the gas passage is communicated within the gas manifold by connecting to the one side of the gas manifold.
A heat insulating partition plate is provided in the housing, the housing is partitioned into a power generation / combustion chamber and a gas manifold chamber, and the gas manifold is disposed in the gas manifold chamber. A solid electrolyte type wherein a main part of the cell is disposed in the power generation / combustion chamber, but one end of the cell extends through the partition plate into the gas manifold chamber. A fuel cell assembly is provided.
[0009]
In the solid oxide fuel cell assembly of the present invention, the joint area between the cell and the gas manifold is located in the gas manifold chamber separated from the power generation / combustion chamber by the heat insulating partition plate, and the operation of the fuel cell assembly is performed. The temperature rise at that time is limited to a relatively low temperature, for example, 100 to 400 ° C., so that the occurrence of cracks in the joint region between the cell and the gas manifold is sufficiently prevented or suppressed.
[0010]
Each of the cells includes an electrode support substrate and a fuel electrode layer, a solid electrolyte layer, an oxygen electrode layer and an interconnector mounted on the electrode support substrate, wherein the gas passage is formed in the electrode support substrate, Preferably, the oxygen electrode layer is located only in the power generation / combustion chamber. In a preferred embodiment, the first direction is substantially vertical, the gas passage extends substantially vertically from a lower end of the cell to an upper end, and the partition plate extends the lower portion of the housing substantially horizontally. The gas manifold chamber is defined below the partition and the power generation and combustion chamber is defined above the partition. A plurality of the cell stacks are arranged in parallel at intervals in a third direction perpendicular to the first direction and the second direction, and the gas manifold is also arranged in the first direction and the second direction. It is convenient that a plurality of juxtaposed units are arranged in parallel at intervals in a third direction perpendicular to. Preferably, the partition plate is formed by pouring an inorganic cement into the porous ceramic. In a preferred embodiment, the gas manifold is supplied with fuel gas.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a solid oxide fuel cell assembly constituted according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
[0012]
FIG. 1 illustrates a main part of a preferred embodiment of a solid oxide fuel cell assembly constructed according to the present invention. The illustrated assembly includes a
[0013]
A plurality (four in the illustrated case) of
[0014]
Above the
[0015]
Above the
[0016]
The
[0017]
Continuing the description with reference to FIG. 2, the
[0018]
A current collecting
[0019]
More specifically, the
[0020]
Continuing the description with reference to FIG. 3 together with FIG. 1 and FIG. 2, a hollow plate-
[0021]
Continuing with FIG. 4 in conjunction with FIG. 1, in the solid oxide fuel cell assembly constructed according to the present invention, a heat insulating
[0022]
Each of the above-described
[0023]
As shown in FIG. 4, each of the
[0024]
The oxygen electrode layer 34 in each of the
[0025]
In the solid-electrolyte-chamber fuel cell assembly as described above, for example, city gas is reformed from the fuel
[0026]
Oxygen electrode: 1 / 2O 2 + 2e − → O 2− (solid electrolyte) (1)
Fuel electrode: O 2-(solid electrolyte) + H 2 → H 2 O + 2e - ··· (2)
[0027]
Of the fuel gas flowing in the
[0028]
The inside of the power generation /
[0029]
Although the preferred embodiments of the solid oxide fuel cell assembly constituted according to the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such embodiments, and departs from the scope of the present invention. It should be understood that various changes and modifications can be made without doing so. For example, in the illustrated embodiment, the fuel gas flows through the gas passage formed in the electrode support substrate, but the oxygen-containing gas flows through the gas passage formed in the electrode support substrate (in this case, The present invention can also be applied to a solid oxide fuel cell assembly in which the oxygen-containing gas is supplied to a gas manifold disposed in a chamber partitioned below the heat insulating partition plate.
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the solid oxide fuel cell assembly of the present invention, the occurrence of cracks in the joint region between the cell and the gas manifold is sufficiently prevented or suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a main part of a preferred embodiment of a solid oxide fuel cell assembly constituted according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a main part of the solid oxide fuel cell assembly shown in FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing a hollow plate-shaped member in the solid oxide fuel cell assembly shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a partially cutaway perspective view showing a joint region between a fuel gas manifold and an electrode support substrate and its vicinity in the solid oxide fuel cell assembly shown in FIG.
[Explanation of symbols]
2: Housing 8: Fuel gas manifold (gas manifold)
20: oxygen-containing
52: heat insulating partition plate 54: power generation combustion chamber 56: fuel gas manifold chamber (gas manifold chamber)
Claims (7)
該ハウジング内には断熱性区画板が配設されていて、該ハウジング内は発電・燃焼室とガスマニホルド室とに区画されており、該ガスマニホルドは該ガスマニホルド室内に配置されており、該セルの主部は該発電・燃焼室内に配置されているが、該セルの片端部は該区画板を貫通して該ガスマニホルド室内に延出せしめられている、ことを特徴とする固体電解質型燃料電池組立体。A housing, at least one cell stack disposed within the housing, and at least one gas manifold disposed within the housing, wherein the cell stack elongates in a first direction. A plurality of cells are arranged at intervals in a second direction perpendicular to the first direction, and each of the cells has a gas passage formed at one end thereof. A plurality of gas outlets are formed on one side of the gas manifold, and the gas passage communicates with the gas manifold by connecting the one end of the cell to the one side of the gas manifold. In the solid oxide fuel cell assembly being operated,
A heat insulating partition plate is provided in the housing, the housing is partitioned into a power generation / combustion chamber and a gas manifold chamber, and the gas manifold is disposed in the gas manifold chamber. A solid electrolyte type wherein a main part of the cell is disposed in the power generation / combustion chamber, but one end of the cell extends through the partition plate into the gas manifold chamber. Fuel cell assembly.
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