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JP2013171789A - Solid oxide fuel battery - Google Patents

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JP2013171789A
JP2013171789A JP2012036438A JP2012036438A JP2013171789A JP 2013171789 A JP2013171789 A JP 2013171789A JP 2012036438 A JP2012036438 A JP 2012036438A JP 2012036438 A JP2012036438 A JP 2012036438A JP 2013171789 A JP2013171789 A JP 2013171789A
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晃弘 山下
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勝仁 桐木平
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陽喜 椋本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid oxide fuel battery which, even when a deteriorated cell occurs, can continue to generate electricity without affecting the other cells.SOLUTION: A solid oxide fuel battery has a plurality of cell stacks 11 housed therein, in each of which cells 20, each including a fuel electrode, a solid electrolyte membrane and an air electrode 23 in a substrate tube, are formed in the circumferential direction of the substrate tube, and a plurality of the cells 20 are arranged along the longer direction of the substrate tube, and an interconnector electrically connecting the cells 20 together in series is formed between the adjacent cells 20. As opposite ends of the plurality of cell stacks 11 are coupled one to another by metal plate, the plurality of cell stacks 11 are electrically arranged in parallel, so that at an operation temperature, the air electrode 23 of any of the cells 20 of any of the cell stacks 11 contacts the air electrode 23 of the cell 20 of the cell stack 11 adjacent thereto to become electrically connected.

Description

本発明は、複数のセルスタックを内部に収容する固体酸化物形燃料電池に関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell in which a plurality of cell stacks are housed.

円筒型の固体酸化物形燃料電池(SOFC)は、基体管上の円周方向に、燃料極、固体電解質膜、空気極を積層させたセルが複数形成され、隣接するセル同士がインターコネクタで電気的に直列に接続されたセルスタックを備える。複数のセルスタックの両端部が複数の孔を有する管板に嵌め込まれることで並列に配列されて、固体酸化物形燃料電池内部に収容されている。セルスタックの端部の各々に集電板が配置され、集電板によって複数のセルスタックが互いに電気的に並列に接続されている(特許文献1参照)。   A cylindrical solid oxide fuel cell (SOFC) has a plurality of cells in which a fuel electrode, a solid electrolyte membrane, and an air electrode are stacked in the circumferential direction on a base tube, and adjacent cells are interconnectors. A cell stack electrically connected in series is provided. Both end portions of the plurality of cell stacks are arranged in parallel by being fitted into a tube plate having a plurality of holes, and are accommodated inside the solid oxide fuel cell. A current collecting plate is disposed at each end of the cell stack, and the plurality of cell stacks are electrically connected to each other in parallel by the current collecting plate (see Patent Document 1).

円筒型の固体酸化物形燃料電池では、円筒形状の支持管の表面に空気極、固体電解質、燃料極が形成されている。また、特許文献3に開示される円筒型の固体酸化物形燃料電池では、円筒状の固体電解質の内面に空気極が、外面に燃料極が形成されている。特許文献2及び特許文献3のいずれも、円筒の長手方向に固体電解質及び燃料極が存在しない領域があり、その領域において空気極と電気的に接続されたインターコネクタが外部に露出して形成されている。すなわち、1つの円筒が1つのセルを構成している。   In a cylindrical solid oxide fuel cell, an air electrode, a solid electrolyte, and a fuel electrode are formed on the surface of a cylindrical support tube. In the cylindrical solid oxide fuel cell disclosed in Patent Document 3, an air electrode is formed on the inner surface of the cylindrical solid electrolyte, and a fuel electrode is formed on the outer surface. In both Patent Document 2 and Patent Document 3, there is a region where the solid electrolyte and the fuel electrode do not exist in the longitudinal direction of the cylinder, and an interconnector electrically connected to the air electrode is exposed to the outside in that region. ing. That is, one cylinder constitutes one cell.

特許文献2では、複数の上記のセルが円筒の長手方向に連結されて、1つのセルのインターコネクタと隣接するセルの燃料極とが直列接続されている。また、直列接続した燃料電池セルが複数本並行して配置され、導電部材により燃料電池セルを直列接続されている。   In Patent Document 2, a plurality of the above cells are connected in the longitudinal direction of a cylinder, and an interconnector of one cell and a fuel electrode of an adjacent cell are connected in series. A plurality of fuel cells connected in series are arranged in parallel, and the fuel cells are connected in series by a conductive member.

特許文献3では、1つのセルのインターコネクタと隣接するセルの燃料極との間にNiを主成分とする導電板が配置されて、セル間が電気的に直列接続されている。   In Patent Document 3, a conductive plate mainly composed of Ni is disposed between an interconnector of one cell and a fuel electrode of an adjacent cell, and the cells are electrically connected in series.

特開2007−109598号公報(段落[0023]、図1)JP 2007-109598 A (paragraph [0023], FIG. 1) 特許第3595091号公報(段落[0012]〜[0022]、図1〜6)Japanese Patent No. 3595091 (paragraphs [0012] to [0022], FIGS. 1 to 6) 特許第4663137号公報(請求項1、段落[0022]〜[0027]、[0033]、図1,2)Japanese Patent No. 4663137 (Claim 1, paragraphs [0022] to [0027], [0033], FIGS. 1 and 2)

円筒型の固体酸化物形燃料電池におけるセルスタックの電気回路図は、図8のようになる。セル61が直列接続されているので、1つのセルスタック60においてセル61を流れる電流の大きさは同じになる。固体酸化物形燃料電池は、両端の電圧はセルスタック60間で等電位として運転される。   The electric circuit diagram of the cell stack in the cylindrical solid oxide fuel cell is as shown in FIG. Since the cells 61 are connected in series, the currents flowing through the cells 61 in one cell stack 60 are the same. The solid oxide fuel cell is operated with the voltage at both ends being equipotential between the cell stacks 60.

図8の電気回路図で表されるように複数のセルスタックを配列する場合、あるセルが劣化すると、そのセルの抵抗が増加してセルの性能が低下する。劣化したセルを含むセルスタックに供給される電流が、他のセルスタックに供給される電流量よりも小さくなる。すなわち、セルスタックにおいて劣化したセルが1つでも存在するとセルスタック全体に影響を及ぼし、他の健全なセルへの電流量も低下するので、そのセルスタックでの発電量が低下することが問題となっていた。また、劣化したセルを含むセルスタック以外の他のセルスタックへの電流供給量が増加する。セルの耐久性は電流密度に依存するため、他のセルスタックの耐久性が低下する恐れがあることが問題となっていた。   When a plurality of cell stacks are arranged as shown in the electric circuit diagram of FIG. 8, when a certain cell deteriorates, the resistance of the cell increases and the performance of the cell decreases. The current supplied to the cell stack including the deteriorated cell is smaller than the amount of current supplied to the other cell stack. That is, if there is even one deteriorated cell in the cell stack, it affects the entire cell stack and the amount of current to other healthy cells also decreases, so the power generation amount in that cell stack decreases. It was. In addition, the amount of current supplied to other cell stacks other than the cell stack including the deteriorated cells increases. Since the durability of the cell depends on the current density, there is a problem that the durability of other cell stacks may be lowered.

本発明は上記課題に鑑み、劣化セルが発生した場合でも他のセルに影響を及ぼすことなく発電を継続させることができる固体酸化物形燃料電池を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell capable of continuing power generation without affecting other cells even when a deteriorated cell is generated.

上記課題を解決するために、本発明は、基体管上に燃料極と固体電解質膜と空気極とを備えるセルが前記基体管の円周方向に形成され、複数の前記セルが前記基体管の長手方向に沿って配列され、隣接する前記セルの間に前記セル同士を電気的に直列に接続するインターコネクタが形成されているセルスタックを、複数本内部に収容する固体酸化物形燃料電池であって、前記複数のセルスタックの両端部が金属板により連結されることにより、前記複数のセルスタックが電気的に並列に配列され、運転温度において、任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記空気極が、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記空気極と接触して、電気的に接続する固体酸化物形燃料電池を提供する。   In order to solve the above problems, the present invention provides a cell including a fuel electrode, a solid electrolyte membrane, and an air electrode formed on a base tube in a circumferential direction of the base tube, and a plurality of the cells are formed on the base tube. A solid oxide fuel cell in which a plurality of cell stacks arranged in the longitudinal direction and having interconnectors for electrically connecting the cells in series between adjacent cells are accommodated in a plurality of cells. In addition, by connecting both ends of the plurality of cell stacks with metal plates, the plurality of cell stacks are electrically arranged in parallel, and at any operating temperature, any of the cells in any of the cell stacks A solid oxide fuel cell is provided in which the air electrode is in contact with and electrically connected to the air electrode of the cell of the adjacent cell stack.

上記発明において、全ての前記セルスタックの全ての前記セルの前記空気極が、隣接する前記セルスタック中の前記セルの前記空気極に接触することが好ましい。   In the above invention, it is preferable that the air electrodes of all the cells of all the cell stacks are in contact with the air electrodes of the cells in the adjacent cell stack.

本発明の固体酸化物形燃料電池において、任意のセルで発生した電流は、セルスタック中で直列接続されたセルを通過だけでなく、空気極を介して隣接するセルスタック中のセルを通過して集電される。従って、あるセルスタック中のセルが劣化した場合、同じセルスタック中のセルで発生した電流は、劣化したセル以外のセルの空気極を介して、隣接するセルスタックへと流れることができる。このため、セルスタック内に劣化セルが発生しても、他の正常なセルが発電に寄与する。本発明の固体酸化物形燃料電池は、劣化セルが発生しても高い発電量を維持することが可能となる。   In the solid oxide fuel cell of the present invention, the current generated in any cell not only passes through the cells connected in series in the cell stack, but also passes through the cells in the adjacent cell stack via the air electrode. Collected. Therefore, when a cell in a certain cell stack deteriorates, a current generated in a cell in the same cell stack can flow to an adjacent cell stack via the air electrode of a cell other than the deteriorated cell. For this reason, even if a deteriorated cell occurs in the cell stack, another normal cell contributes to power generation. The solid oxide fuel cell of the present invention can maintain a high power generation amount even when a deteriorated cell is generated.

あるいは、上記発明において、一部の前記セルスタックの一部の前記セルの前記空気極が、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記空気極と離間し、残りの前記セルの前記空気極が、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記空気極と接触していても良い。
この場合、前記空気極同士が接触する場合は、前記空気極同士が離間している場合よりも前記空気極が厚く形成されている。
Alternatively, in the above invention, the air electrodes of some of the cells of some of the cell stacks are separated from the air electrodes of the cells of the adjacent cell stack, and the air electrodes of the remaining cells are It may be in contact with the air electrode of the cell of the adjacent cell stack.
In this case, when the air electrodes are in contact with each other, the air electrodes are formed thicker than when the air electrodes are separated from each other.

本発明の固体酸化物形燃料電池は、一部のセルを隣接するセルスタックのセルと接触させてセルスタック間での電気的接続を確保する。同時に、一部のセルを隣接するセルスタックのセルと離間させる。こうすることで、セルスタックの発電部において所望の酸化ガスの流通経路を作ることができる。
本発明では、空気極の膜厚を変えることによって、所定位置でセル同士を接触させたり、離間させることができる。すなわち、容易な方法により所望の酸化ガスの流通経路を適宜設定することができる。
In the solid oxide fuel cell of the present invention, some cells are brought into contact with the cells of the adjacent cell stack to ensure electrical connection between the cell stacks. At the same time, some cells are separated from the cells in the adjacent cell stack. In this way, a desired oxidant gas flow path can be created in the power generation section of the cell stack.
In the present invention, by changing the film thickness of the air electrode, the cells can be brought into contact with or separated from each other at a predetermined position. That is, a desired oxidizing gas flow path can be appropriately set by an easy method.

この場合、前記セルスタックの周囲を酸化ガスが蛇行して流通することで前記酸化ガスの流通経路が長くなるように、前記空気極が相対的に厚い前記セルと、前記空気極が相対的に薄い前記セルとが配置されていることが好ましい。   In this case, the air electrode is relatively thick and the air electrode is relatively positioned so that the oxidizing gas flows in a meandering manner around the cell stack to increase the flow path of the oxidizing gas. It is preferable that the thin cells are arranged.

このように、セルスタックの発電部において酸化ガスの流通経路を長くすると、固体酸化物形燃料電池内部での酸化ガスの圧損が上昇して、酸化ガスの流速を上昇させることができる。また、発電部周辺で酸化ガスの滞留時間が長くなるので、伝熱特性を向上させることができる。   As described above, when the flow path of the oxidizing gas in the power generation section of the cell stack is lengthened, the pressure loss of the oxidizing gas inside the solid oxide fuel cell increases, and the flow rate of the oxidizing gas can be increased. Moreover, since the residence time of the oxidizing gas is increased around the power generation unit, the heat transfer characteristics can be improved.

上記発明において、前記空気極が、導電膜を介して隣接する前記セルスタックの前記セルの前記空気極と接触し、前記導電膜が、少なくとも一方の前記空気極上に形成されていても良い。   In the above invention, the air electrode may be in contact with the air electrode of the cell of the adjacent cell stack via a conductive film, and the conductive film may be formed on at least one of the air electrodes.

この場合、前記導電膜が、LaCrO、(La,Sr)CrO、La(Cr,Mg)O、(La,Ca)CrO、(Sr,La)TiO、(La,Sr)MnO、(La,Sr,Ca)MnO、(La,Sr)FeO、(La,Sr,Ca)FeO、(La,Sr)CoO、(La,Sr,Ca)CoOのいずれかの膜であることが好ましい。 In this case, the conductive film includes LaCrO 3 , (La, Sr) CrO 3 , La (Cr, Mg) O 3 , (La, Ca) CrO 3 , (Sr, La) TiO 3 , (La, Sr) MnO. 3 , (La, Sr, Ca) MnO 3 , (La, Sr) FeO 3 , (La, Sr, Ca) FeO 3 , (La, Sr) CoO 3 , (La, Sr, Ca) CoO 3 It is preferable that it is a film | membrane.

導電膜を設けることにより、セル同士が接触した時のセル間の導電性を向上させることができる。   By providing the conductive film, the conductivity between the cells when the cells contact each other can be improved.

本発明の固体酸化物形燃料電池では、1つのセルスタック内でセルを電気的に接続するだけでなく、隣接するセルスタック間でセルを電気的に接続する。任意のセルスタックに劣化セルが発生した場合、そのセルスタック中の他の正常なセルで発生した電流は、空気極を介して隣接するセルスタックのセルへと流れる。すなわち、セルスタックに劣化セルが発生しても、他の正常なセルが発電に寄与する。このため、高い発電量を維持することができる。
また、他のセルスタックへの電流供給量が増加して他のセルスタックの耐久性が低下することを防止することができる。この結果、固体酸化物形燃料電池全体で高い耐久性を確保できる。
In the solid oxide fuel cell of the present invention, not only cells are electrically connected within one cell stack, but also cells are electrically connected between adjacent cell stacks. When a deteriorated cell is generated in an arbitrary cell stack, a current generated in another normal cell in the cell stack flows to a cell in the adjacent cell stack through the air electrode. That is, even if a deteriorated cell occurs in the cell stack, another normal cell contributes to power generation. For this reason, a high power generation amount can be maintained.
Further, it is possible to prevent the current supply amount to other cell stacks from increasing and the durability of the other cell stacks from being lowered. As a result, high durability can be ensured for the entire solid oxide fuel cell.

第1実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の概略図である。1 is a schematic view of a solid oxide fuel cell according to a first embodiment. 発電時における第1実施形態に係る固体酸化物形燃料電池のセルスタック発電部付近の概略図である。It is the schematic of the cell stack electric power generation vicinity of the solid oxide fuel cell which concerns on 1st Embodiment at the time of electric power generation. 第1実施形態に係る固体酸化物形燃料電池におけるセルスタックの電気回路図である。It is an electric circuit diagram of the cell stack in the solid oxide fuel cell according to the first embodiment. 第1実施形態の固体酸化物形燃料電池において、劣化セルが発生した場合の電流の流れを説明する電気回路図である。In the solid oxide fuel cell according to the first embodiment, it is an electric circuit diagram illustrating a current flow when a deteriorated cell is generated. 発電時における第2実施形態に係る固体酸化物形燃料電池のセルスタック発電部付近の概略図である。It is the schematic of the cell stack electric power generation part vicinity of the solid oxide fuel cell which concerns on 2nd Embodiment at the time of electric power generation. 発電時における第2実施形態の別の例に係る固体酸化物形燃料電池のセルスタック発電部付近の概略図である。It is the schematic of the cell stack electric power generation vicinity of the solid oxide fuel cell which concerns on another example of 2nd Embodiment at the time of electric power generation. 発電時における第2実施形態の別の例に係る固体酸化物形燃料電池のセルスタック発電部付近の概略図である。It is the schematic of the cell stack electric power generation vicinity of the solid oxide fuel cell which concerns on another example of 2nd Embodiment at the time of electric power generation. 従来の固体酸化物形燃料電池におけるセルスタックの電気回路図である。It is an electric circuit diagram of the cell stack in the conventional solid oxide fuel cell.

<第1実施形態>
第1実施形態に係る固体酸化物形燃料電池を以下で説明する。
図1は、第1実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の概略図であり、図1(a)は正面の縦断面図、図1(b)は側面の縦断面図、図1(c)は上面図である。
<First Embodiment>
The solid oxide fuel cell according to the first embodiment will be described below.
1A and 1B are schematic views of a solid oxide fuel cell according to a first embodiment, in which FIG. 1A is a front longitudinal sectional view, FIG. 1B is a side longitudinal sectional view, and FIG. ) Is a top view.

第1実施形態の固体酸化物形燃料電池1は、容器2と、管板(金属板)3a,3bとを備える。管板3aは、容器2内部を発電室4と発電室4上部に設けられる燃料供給室5とを仕切っている。管板3bは、容器2内部を発電室4と発電室4下部に設けられる燃料排出室6とを仕切っている。   The solid oxide fuel cell 1 according to the first embodiment includes a container 2 and tube plates (metal plates) 3a and 3b. The tube plate 3 a partitions the inside of the container 2 into a power generation chamber 4 and a fuel supply chamber 5 provided on the power generation chamber 4. The tube sheet 3b partitions the inside of the container 2 into a power generation chamber 4 and a fuel discharge chamber 6 provided at the lower portion of the power generation chamber 4.

発電室4の下部に、酸化ガス供給部7が接続される。発電室4の上部に、酸化ガス排出部8が接続される。発電室4の大きさに応じて、発電室4に複数の酸化ガス供給部7及び酸化ガス排出部8が設置されていても良い。本実施形態において、酸化ガスは酸素を含む気体とされ、特に空気が好ましい。   An oxidizing gas supply unit 7 is connected to the lower part of the power generation chamber 4. An oxidizing gas discharge unit 8 is connected to the upper part of the power generation chamber 4. Depending on the size of the power generation chamber 4, a plurality of oxidizing gas supply units 7 and oxidizing gas discharge units 8 may be installed in the power generation chamber 4. In this embodiment, the oxidizing gas is a gas containing oxygen, and air is particularly preferable.

燃料供給室5に燃料供給部9が接続される。燃料排出室6に燃料排出部10が接続される。本実施形態において、燃料ガスは水素ガスまたはメタンガスとされる。   A fuel supply unit 9 is connected to the fuel supply chamber 5. A fuel discharge unit 10 is connected to the fuel discharge chamber 6. In the present embodiment, the fuel gas is hydrogen gas or methane gas.

容器2は、内部に複数のセルスタック11を収納する。セルスタック11は、多孔質の基体管で構成される。セルスタック11の中央部に発電部が形成され、発電部の両側は非発電部である。複数のセルスタック11の非発電部は、それぞれ管板3a,3bで固定されている。管板3a,bには複数の孔が開いており、その孔に各セルスタック11がシールリング(不図示)を介して嵌め込まれている。管板3によって、複数のセルスタック11が整列されている。図1に示される例では、正面から見たときに7本のセルスタック11が整列し、側面から見たときに30本のセルスタック11が整列している。但し、収納されるセルスタック11の数は、上記に限定されない。   The container 2 stores a plurality of cell stacks 11 therein. The cell stack 11 is composed of a porous substrate tube. A power generation unit is formed at the center of the cell stack 11, and both sides of the power generation unit are non-power generation units. The non-power generation portions of the plurality of cell stacks 11 are fixed by tube plates 3a and 3b, respectively. A plurality of holes are opened in the tube plates 3a, 3b, and the cell stacks 11 are fitted into the holes via seal rings (not shown). A plurality of cell stacks 11 are aligned by the tube sheet 3. In the example shown in FIG. 1, seven cell stacks 11 are aligned when viewed from the front, and 30 cell stacks 11 are aligned when viewed from the side. However, the number of cell stacks 11 accommodated is not limited to the above.

セルスタック11の発電部及び非発電部の一部は発電室4内に収納されているが、非発電部の両端部は燃料供給室5内に配置される。これにより、燃料供給室5内の燃料ガスが、セルスタック11の内側を流通して燃料排出室6に排出されるようになっている。   A part of the power generation unit and the non-power generation unit of the cell stack 11 are housed in the power generation chamber 4, but both ends of the non-power generation unit are disposed in the fuel supply chamber 5. As a result, the fuel gas in the fuel supply chamber 5 flows inside the cell stack 11 and is discharged to the fuel discharge chamber 6.

セルスタック11の発電部において、複数のセルがセルスタック11の長手方向に沿って形成されている。1本のセルスタック11には、例えば85個のセルが形成されるが、これに限定されない。
1つのセルは、基体管の円周方向に沿って形成されている。1つのセルは、基体管側から燃料極、固体酸化物膜、及び、空気極の積層体で構成されている。隣接するセル同士は、インターコネクタで連結される。基体管材料としては、Ca安定化ジルコニアが適用される。燃料極材料としては、例えばNi及びYSZの混合物が適用される。固体電解質膜材料としては、YSZが適用される。空気極材料としては、LaMnO系材料、LaFeO系材料、LaCoO系材料などが適用される。インターコネクタ材料としては、LaCrO、(La,Sr)CrO、La(Cr,Mg)O、(La,Ca)CrO、(Sr,La)TiOが適用される。
In the power generation unit of the cell stack 11, a plurality of cells are formed along the longitudinal direction of the cell stack 11. For example, 85 cells are formed in one cell stack 11, but the present invention is not limited to this.
One cell is formed along the circumferential direction of the base tube. One cell is composed of a stack of a fuel electrode, a solid oxide film, and an air electrode from the base tube side. Adjacent cells are connected by an interconnector. Ca-stabilized zirconia is applied as the base tube material. As the fuel electrode material, for example, a mixture of Ni and YSZ is applied. YSZ is applied as the solid electrolyte membrane material. As the air electrode material, LaMnO 3 -based material, LaFeO 3 -based material, LaCoO 3 -based material, or the like is applied. As the interconnector material, LaCrO 3 , (La, Sr) CrO 3 , La (Cr, Mg) O 3 , (La, Ca) CrO 3 , (Sr, La) TiO 3 are applied.

発電室4内部におけるセルスタック11の非発電部の周囲、及び、セルスタック11の非発電部の位置に対応する発電室4の外側周囲に、断熱材12が設置される。セルスタック11と断熱材12とは離間しており、その隙間を酸化ガスが流通可能とされている。発電時において、発電部は750℃〜950℃に加熱されるが、管板3a,3bの周囲は材料面からの仕様により約550℃とされる。断熱材12を設けることにより、発電部は高温に保持される。また、断熱材12を設けることにより酸化ガスの流通路の面積を小さくして、酸化ガスの流速が高められる。   The heat insulating material 12 is installed around the non-power generation portion of the cell stack 11 inside the power generation chamber 4 and around the outside of the power generation chamber 4 corresponding to the position of the non-power generation portion of the cell stack 11. The cell stack 11 and the heat insulating material 12 are separated from each other, and the oxidizing gas can flow through the gap. At the time of power generation, the power generation unit is heated to 750 ° C. to 950 ° C., but the periphery of the tube plates 3a and 3b is set to about 550 ° C. according to the specifications from the material side. By providing the heat insulating material 12, the power generation unit is maintained at a high temperature. In addition, by providing the heat insulating material 12, the area of the flow path of the oxidizing gas is reduced, and the flow velocity of the oxidizing gas is increased.

燃料供給室5及び燃料排出室6において、セルスタック11の両端部に集電板13a,13bがそれぞれ設置される。集電板13a,13bはそれぞれ集電極14a,14bに連結される。集電板13a,13bによって、複数のセルスタック11が電気的に並列に接続される。   In the fuel supply chamber 5 and the fuel discharge chamber 6, current collector plates 13 a and 13 b are respectively installed at both ends of the cell stack 11. Current collector plates 13a and 13b are connected to collector electrodes 14a and 14b, respectively. The plurality of cell stacks 11 are electrically connected in parallel by the current collector plates 13a and 13b.

図2は、第1実施形態に係る固体酸化物形燃料電池について、発電時におけるセルスタックの発電部付近の概略図である。図2(a)は縦断面図であり、図2(b)は発電部の横断面図である。
第1実施形態の固体酸化物形燃料電池の発電時に、セルスタック11の発電部22は750℃〜950℃程度に加熱される。発電部22において、全てのセル20の空気極23が、隣接するセルスタック11のセル20の空気極23と接触している。すなわち、隣り合うセルスタック11の同じ高さに位置するセル20の空気極同士が接触する。1つのセルスタックでは空気極同士は接触しておらず、隣接するセル間の空気極の間で、固体電解質膜及びインターコネクタが露出している(図2中の符号24)。一方、非発電部21にはセルは形成されていない。
FIG. 2 is a schematic view of the vicinity of the power generation unit of the cell stack during power generation of the solid oxide fuel cell according to the first embodiment. 2A is a longitudinal sectional view, and FIG. 2B is a transverse sectional view of the power generation unit.
During power generation of the solid oxide fuel cell according to the first embodiment, the power generation unit 22 of the cell stack 11 is heated to about 750 ° C. to 950 ° C. In the power generation unit 22, the air electrodes 23 of all the cells 20 are in contact with the air electrodes 23 of the cells 20 of the adjacent cell stack 11. That is, the air electrodes of the cells 20 located at the same height of the adjacent cell stacks 11 are in contact with each other. In one cell stack, the air electrodes are not in contact with each other, and the solid electrolyte membrane and the interconnector are exposed between the air electrodes between adjacent cells (reference numeral 24 in FIG. 2). On the other hand, no cell is formed in the non-power generation unit 21.

図3は、第1実施形態の固体酸化物形燃料電池の電気回路図である。セル20は、抵抗25と電池26で表される。1つのセルスタック11では、セル20が直列接続されている。セルスタック11同士は、セルスタック11の端部だけでなく、セル20の間でも並列に接続されている。   FIG. 3 is an electric circuit diagram of the solid oxide fuel cell according to the first embodiment. The cell 20 is represented by a resistor 25 and a battery 26. In one cell stack 11, cells 20 are connected in series. The cell stacks 11 are connected in parallel not only between the ends of the cell stacks 11 but also between the cells 20.

燃料供給部9から燃料ガスが燃料供給室5内に供給される。燃料ガスは、燃料供給部9からセルスタック11の基体管内側に流入し、セルスタック11の内側を流通する。
酸化ガス供給部7から発電室4内に酸化ガスが供給される。酸化ガスは、セルスタック11と断熱材12との間を通過して、セルスタック11の発電部22周辺に流入する。発電部22周囲に流入した酸化ガスは、図2(b)における円筒型のセルスタック11間の隙間や、図1におけるセルスタック11と発電室4との隙間を流通する。
Fuel gas is supplied from the fuel supply unit 9 into the fuel supply chamber 5. The fuel gas flows from the fuel supply unit 9 to the inside of the base tube of the cell stack 11 and circulates inside the cell stack 11.
An oxidizing gas is supplied from the oxidizing gas supply unit 7 into the power generation chamber 4. The oxidizing gas passes between the cell stack 11 and the heat insulating material 12 and flows into the vicinity of the power generation unit 22 of the cell stack 11. The oxidizing gas that has flowed around the power generation unit 22 flows through the gap between the cylindrical cell stacks 11 in FIG. 2B or the gap between the cell stack 11 and the power generation chamber 4 in FIG.

セルスタック11の内部を流通する燃料ガスは、基体管側から外側に向かって拡散する。セルスタック11の外側を流通する酸化ガスは、空気極23から基体管の方に向かって拡散する。固体電解質膜において、燃料ガスと酸化ガス中の酸素とが反応し、電気が発生する。発生した電流は、セルスタック11中で直列接続されたセル20を通過するだけでなく、空気極を介して隣接するセルスタック11中のセル20も通過して、集電板13に到達する。電流は集電極14を通じて外部に取り出される。   The fuel gas flowing inside the cell stack 11 diffuses outward from the base tube side. The oxidizing gas flowing outside the cell stack 11 diffuses from the air electrode 23 toward the base tube. In the solid electrolyte membrane, the fuel gas and oxygen in the oxidizing gas react to generate electricity. The generated current not only passes through the cells 20 connected in series in the cell stack 11 but also passes through the cells 20 in the adjacent cell stack 11 via the air electrode and reaches the current collector plate 13. The current is taken out through the collector electrode 14.

反応に寄与しなかった燃料ガスは、セルスタック11から燃料排出室6に流出する。燃料排出室6内の燃料ガスは、燃料排出部10を介して固体酸化物形燃料電池1の外部に排出される。反応に寄与しなかった酸化ガスは、酸化ガス排出部8を介して固体酸化物形燃料電池1の外部に排出される。   The fuel gas that has not contributed to the reaction flows out from the cell stack 11 to the fuel discharge chamber 6. The fuel gas in the fuel discharge chamber 6 is discharged outside the solid oxide fuel cell 1 through the fuel discharge unit 10. The oxidizing gas that has not contributed to the reaction is discharged outside the solid oxide fuel cell 1 through the oxidizing gas discharge unit 8.

図4に、劣化セルが発生したときの電流の流れの一例を示す電気回路図を示す。任意のセルスタックの任意のセルが劣化した場合、劣化セル27での抵抗は他の正常なセルよりも大きくなる。このため、他のセル20で発生した電流は、劣化セル27を迂回するように流れて集電板13に到達する。劣化セル27と同じセルスタック11中の他の正常なセル20は発電する。発生した電流は、そのセルスタック11中のいずれかの正常なセル20から空気極を介して隣接するセルスタック11へと流れる。本実施形態では、劣化セル27が発生しても、同じセルスタック11内の他の正常なセル20が発電に寄与することができる。   FIG. 4 is an electric circuit diagram showing an example of a current flow when a deteriorated cell is generated. When any cell in any cell stack deteriorates, the resistance in the deteriorated cell 27 becomes larger than other normal cells. For this reason, the current generated in the other cells 20 flows so as to bypass the deteriorated cell 27 and reaches the current collector 13. Other normal cells 20 in the same cell stack 11 as the deteriorated cell 27 generate power. The generated current flows from any normal cell 20 in the cell stack 11 to the adjacent cell stack 11 via the air electrode. In this embodiment, even if the deteriorated cell 27 occurs, other normal cells 20 in the same cell stack 11 can contribute to power generation.

本実施形態の固体酸化物形燃料電池1では、発電時にセルスタック11が膨張してセル20の空気極23同士が接触すれば良いので、セルスタック11を管板3a,3bに嵌める際(室温)には必ずしも隣接するセルスタック11のセル20の空気極23同士が接触している必要はない。空気極23の厚さは、セルスタック間の距離、発電時のセルの温度、セルスタックの各層の熱膨張率などを考慮して決定される。例えば、熱膨張により空気極23同士が接触した際に、空気極23に大きな応力がかかって空気極23が破損することが懸念される場合には、室温ではセル20同士は離間し、発電時に確実に接触するように、空気極23の厚さを設計する。   In the solid oxide fuel cell 1 of the present embodiment, the cell stack 11 only needs to expand during power generation and the air electrodes 23 of the cell 20 are in contact with each other. Therefore, when the cell stack 11 is fitted to the tube plates 3a and 3b (room temperature ) Does not necessarily require that the air electrodes 23 of the cells 20 of the adjacent cell stacks 11 are in contact with each other. The thickness of the air electrode 23 is determined in consideration of the distance between the cell stacks, the cell temperature during power generation, the thermal expansion coefficient of each layer of the cell stack, and the like. For example, when the air electrodes 23 come into contact with each other due to thermal expansion, if there is a concern that the air electrode 23 may be damaged due to large stress, the cells 20 are separated from each other at room temperature, The thickness of the air electrode 23 is designed to ensure contact.

セル20の空気極23同士が接触した時の導電性を向上させるために、各セル20の空気極23表面に導電膜が形成されていても良い。導電膜は、接触している2つのセル20の内、少なくとも一方のセル20の空気極23上に形成される。導電膜は導電性セラミックスからなる。本実施形態に適用可能な導電性セラミックスは、高い導電性を有するとともに、空気極材料(LaMnO系材料、LaFeO系材料、LaCoO系材料)と同程度の熱膨張率を有することが要求される。具体的に、導電性セラミックスには、LaCrO、(La,Sr)CrO、La(Cr,Mg)O、(La,Ca)CrO、(Sr,La)TiOで表される導電性酸化物が適用可能である。これらはインターコネクタに用いられる材料である。あるいは、導電膜はLaMnO系材料、LaFeO系材料、LaCoO系材料としても良い。具体的に、(La,Sr)MnO、(La,Sr,Ca)MnO、(La,Sr)FeO、(La,Sr,Ca)FeO、(La,Sr)CoO、(La,Sr,Ca)CoOで表される導電性酸化物が適用可能である。この場合、導電膜は空気極と異なる材料を使用する。 In order to improve conductivity when the air electrodes 23 of the cells 20 are in contact with each other, a conductive film may be formed on the surface of the air electrode 23 of each cell 20. The conductive film is formed on the air electrode 23 of at least one of the two cells 20 in contact. The conductive film is made of conductive ceramics. The conductive ceramic applicable to the present embodiment is required to have high conductivity and a thermal expansion coefficient comparable to that of the air electrode material (LaMnO 3 -based material, LaFeO 3 -based material, LaCoO 3 -based material). Is done. Specifically, the conductive ceramic includes conductive materials represented by LaCrO 3 , (La, Sr) CrO 3 , La (Cr, Mg) O 3 , (La, Ca) CrO 3 , and (Sr, La) TiO 3. A functional oxide is applicable. These are materials used for interconnectors. Alternatively, the conductive film may be a LaMnO 3 based material, a LaFeO 3 based material, or a LaCoO 3 based material. Specifically, (La, Sr) MnO 3 , (La, Sr, Ca) MnO 3 , (La, Sr) FeO 3 , (La, Sr, Ca) FeO 3 , (La, Sr) CoO 3 , (La , Sr, Ca) CoO 3 represented by a conductive oxide is applicable. In this case, the conductive film uses a material different from the air electrode.

導電膜は、空気極23の表面の全面に形成されていても良いし、空気極23の表面の一部に形成されていても良い。導電膜は、スクリーン印刷やジェットディスペンサを用いて形成される。導電膜形成後にセルスタック11を焼成して、導電膜を焼結しても良い。あるいは、導電膜形成後に焼成することなくセルスタック11を固体酸化物形燃料電池1に収納しても良い。この場合は、運転時にセルスタック11が加熱されることにより、導電膜が焼結される。   The conductive film may be formed on the entire surface of the air electrode 23, or may be formed on a part of the surface of the air electrode 23. The conductive film is formed using screen printing or a jet dispenser. After forming the conductive film, the cell stack 11 may be fired to sinter the conductive film. Alternatively, the cell stack 11 may be housed in the solid oxide fuel cell 1 without firing after forming the conductive film. In this case, the conductive film is sintered by heating the cell stack 11 during operation.

導電膜の膜厚は、セルスタック間の距離、空気極の厚さ、発電時のセルの温度、セルスタックの各層の熱膨張率などを考慮して決定される。導電膜を設ける場合、空気極の厚さは導電膜の厚さも考慮して適宜設定される。   The film thickness of the conductive film is determined in consideration of the distance between the cell stacks, the thickness of the air electrode, the temperature of the cell during power generation, the thermal expansion coefficient of each layer of the cell stack, and the like. When the conductive film is provided, the thickness of the air electrode is appropriately set in consideration of the thickness of the conductive film.

<第2実施形態>
第2実施形態に係る固体酸化物形燃料電池を以下で説明する。第2実施形態の固体酸化物形燃料電池は、セルの発電部以外は第1実施形態と同じである。
Second Embodiment
A solid oxide fuel cell according to the second embodiment will be described below. The solid oxide fuel cell of the second embodiment is the same as that of the first embodiment except for the power generation part of the cell.

図5は、第2実施形態に係る固体酸化物形燃料電池について、発電時におけるセルスタックの発電部付近の概略図である。図5(a)は正面の縦断面図であり、図5(b)は図5(a)の右側から見た縦断面図である。図5では、正面から見たときにセルスタック30が9本、側面から見たときに5本配列され、1つのセルスタック30にセル31が6つ形成された例として示している。
第2実施形態の固体酸化物形燃料電池において、一部のセルスタック30中の一部のセル31の空気極32aは、隣接するセルスタック30のセル31の空気極32bと接触せず、離間している。残りのセル31の空気極32bは、隣接するセルスタック30のセル31の空気極32bと接触している。図5の例では、空気極32aが他のセルの空気極と離間しているセルは任意の位置に設けられている。空気極同士が接触している部分のみで、隣接するセルスタック30のセル31同士が電気的に接続されている。
FIG. 5 is a schematic view of the vicinity of the power generation unit of the cell stack during power generation, for the solid oxide fuel cell according to the second embodiment. FIG. 5A is a front longitudinal sectional view, and FIG. 5B is a longitudinal sectional view seen from the right side of FIG. 5A. FIG. 5 shows an example in which nine cell stacks 30 are arranged when viewed from the front and five cell stacks 30 are arranged when viewed from the side, and six cells 31 are formed in one cell stack 30.
In the solid oxide fuel cell according to the second embodiment, the air electrodes 32a of some of the cells 31 in some of the cell stacks 30 are not in contact with the air electrodes 32b of the cells 31 of the adjacent cell stacks 30 and are separated from each other. doing. The air electrode 32 b of the remaining cell 31 is in contact with the air electrode 32 b of the cell 31 of the adjacent cell stack 30. In the example of FIG. 5, the cell in which the air electrode 32a is separated from the air electrodes of other cells is provided at an arbitrary position. The cells 31 of the adjacent cell stacks 30 are electrically connected only at the portion where the air electrodes are in contact with each other.

隣接するセルスタック30のセル31の空気極32bと接触しているセル31の空気極32bは、接触していないセル31の空気極32aと比較して、相対的に厚く形成されている。このように1つのセルスタック30内でセル31の空気極の厚さを変えるためには、ジェットディスペンサを用いて空気極を形成すると良い。   The air electrode 32b of the cell 31 that is in contact with the air electrode 32b of the cell 31 of the adjacent cell stack 30 is formed relatively thicker than the air electrode 32a of the cell 31 that is not in contact. Thus, in order to change the thickness of the air electrode of the cell 31 in one cell stack 30, it is good to form an air electrode using a jet dispenser.

セルスタック30の発電部の周囲に流入した酸化ガスは、円筒型のセルスタック30間の隙間を流通する他、空気極が接触していないセル31の間隙を流通する。セルスタック30間の隙間よりも空気極が接触していないセル31間の間隙の流路面積を大きくすれば、酸化ガスは主としてセル31間を流通する。   The oxidizing gas flowing into the periphery of the power generation section of the cell stack 30 flows through the gap between the cylindrical cell stacks 30 and also through the gap between the cells 31 where the air electrode is not in contact. If the flow area of the gap between the cells 31 that are not in contact with the air electrode is larger than the gap between the cell stacks 30, the oxidizing gas mainly flows between the cells 31.

図6は、第2実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の別の例について、発電時におけるセルスタックの発電部付近の概略図である。図6(a)は正面の縦断面図であり、図6(b)は図6(a)の左側面から見た縦断面図であり、図6(c)は図6(a)の右側面から見た縦断面図である。図6の固体酸化物形燃料電池は、正面から見たときにセルスタック40が8本、側面から見たときに4本配列され、1つのセルスタックにセル41が12つ形成されている。   FIG. 6 is a schematic view of the vicinity of the power generation unit of the cell stack during power generation, for another example of the solid oxide fuel cell according to the second embodiment. 6 (a) is a front longitudinal sectional view, FIG. 6 (b) is a longitudinal sectional view seen from the left side of FIG. 6 (a), and FIG. 6 (c) is a right side of FIG. 6 (a). It is the longitudinal cross-sectional view seen from the surface. The solid oxide fuel cell of FIG. 6 has eight cell stacks 40 when viewed from the front and four cells stack when viewed from the side, and 12 cells 41 are formed in one cell stack.

図6の例では、隣接するセルスタック40のセル41の空気極と接触する空気極42bが縦方向に2列ずつ設けられている。正面から見たときに(図6(a))この空気極42bの列の左端部または右端部は、隣接するセルスタックのセルの空気極と接触しない空気極42aとなっている。図6では列内で空気極42aは2つずつ設けられている。正面から見た図6(a)では、空気極42bの列は、空気極42aが設けられる位置が縦方向に交互になるように配列されている。
空気極42bの列の間には、隣接するセルスタックのセルの空気極と接触しない空気極42aのみが設けられる列が配列されている。
In the example of FIG. 6, two rows of air electrodes 42 b that are in contact with the air electrodes of the cells 41 of the adjacent cell stack 40 are provided in the vertical direction. When viewed from the front (FIG. 6A), the left end or the right end of the row of air electrodes 42b is an air electrode 42a that does not contact the air electrode of the cell of the adjacent cell stack. In FIG. 6, two air electrodes 42a are provided in each row. In FIG. 6A as viewed from the front, the rows of air electrodes 42b are arranged so that the positions where the air electrodes 42a are provided are alternately arranged in the vertical direction.
Between the row | line | columns of the air electrode 42b, the row | line | column in which only the air electrode 42a which does not contact the air electrode of the cell of an adjacent cell stack is provided is arranged.

図6の固体酸化物形燃料電池では、発電部の周囲に流入した酸化ガスは、空気極42aが接触していないセル41の間隙を主として通過するように、流通面積が設計されている。このため、正面から見たとき(図6(a))に、酸化ガスは発電部を蛇行しながら下方から上方に向かって流通することになる。こうすることで、発電部を流通する酸化ガスの流通経路が長くなるので、圧力損失が上昇して発電部周囲での酸化ガスの流速が上昇する。更に、発電部での酸化ガスの滞留時間が長くなるので、熱交換率が上昇する。従って、伝熱特性が向上する。   In the solid oxide fuel cell of FIG. 6, the flow area is designed so that the oxidizing gas that flows into the periphery of the power generation section mainly passes through the gaps of the cells 41 that are not in contact with the air electrode 42a. For this reason, when viewed from the front (FIG. 6A), the oxidizing gas circulates from below to above while meandering the power generation section. By doing so, the flow path of the oxidizing gas that circulates through the power generation unit becomes long, so that the pressure loss increases and the flow rate of the oxidizing gas around the power generation unit increases. Furthermore, since the residence time of the oxidizing gas in the power generation unit becomes longer, the heat exchange rate increases. Therefore, heat transfer characteristics are improved.

なお、図6の例では、縦方向に空気極42bが設けられる列の数、当該列内での空気極42aの数、及び、空気極42aのみが設けられる列の数は特に限定されない。これらは、酸化ガスの流路面積を考慮して適宜設定すると良い。但し、縦方向に空気極42bが設けられる列の数が多くなると、列中心部のセル41は酸化ガスが十分に送給されなくなる可能性があるので、列数は1列または2列である方が有利である。   In the example of FIG. 6, the number of rows in which the air electrodes 42b are provided in the vertical direction, the number of air electrodes 42a in the row, and the number of rows in which only the air electrodes 42a are provided are not particularly limited. These may be appropriately set in consideration of the flow area of the oxidizing gas. However, if the number of columns in which the air electrodes 42b are provided in the vertical direction increases, the cell 41 at the center of the column may not be sufficiently supplied with the oxidizing gas, so the number of columns is one or two. Is more advantageous.

図7は、第2実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の更に別の例について、発電時におけるセルスタックの発電部付近の概略図である。図7(a)は正面の縦断面図であり、図7(b)は図7(a)の左側面から見た縦断面図であり、図7(c)は図7(a)を右側面から見た縦断面図である。図7の固体酸化物形燃料電池は、正面から見たときにセルスタック50が8本、側面から見たときに5本配列され、1つのセルスタックにセル51が12つ形成されている。   FIG. 7 is a schematic view of the vicinity of the power generation unit of the cell stack during power generation, for still another example of the solid oxide fuel cell according to the second embodiment. 7 (a) is a front longitudinal sectional view, FIG. 7 (b) is a longitudinal sectional view seen from the left side of FIG. 7 (a), and FIG. 7 (c) is a right side view of FIG. 7 (a). It is the longitudinal cross-sectional view seen from the surface. The solid oxide fuel cell shown in FIG. 7 has eight cell stacks 50 when viewed from the front and five cell stacks when viewed from the side, and 12 cells 51 are formed in one cell stack.

図7の例では、隣接するセルスタック50のセル51の空気極と接触する空気極52bが縦方向に2列ずつ設けられる。正面から見たときに(図7(a))、空気極52bの列は全てのセルスタック50に亘って設けられる。一方、側面からみた場合(図7(b)、図7(c))に、空気極52bの列の左端部または右端部は、隣接するセルスタックのセルの空気極と接触しない空気極52aとなっている。図7では、列内で空気極52aは1つずつ設けられる。空気極52bの列は、側面から見たときに空気極52aが設けられる位置が縦方向に交互になるように配列されている。
空気極52bの列の間には、空気極52aのみが設けられる列が配列されている。
In the example of FIG. 7, two rows of air electrodes 52b that are in contact with the air electrodes of the cells 51 of the adjacent cell stack 50 are provided in the vertical direction. When viewed from the front (FIG. 7A), the row of air electrodes 52 b is provided across all the cell stacks 50. On the other hand, when viewed from the side (FIG. 7B, FIG. 7C), the left end or right end of the row of air electrodes 52b is not in contact with the air electrode 52a that is not in contact with the air electrode of a cell in the adjacent cell stack. It has become. In FIG. 7, one air electrode 52a is provided in each row. The rows of the air electrodes 52b are arranged so that the positions at which the air electrodes 52a are provided alternate in the vertical direction when viewed from the side.
Between the rows of the air electrodes 52b, rows in which only the air electrodes 52a are provided are arranged.

この例においても、発電部の周囲に流入した酸化ガスは、空気極52aが接触していないセル51の間隙を主として通過するように、流通面積が設計されている。このため、側面から見たとき(図7(b)、図7(c))に、酸化ガスは発電部を蛇行しながら下方から上方に向かって流通することになる。こうすることで、発電部を流通する酸化ガスの流通経路が長くなるので、圧力損失が上昇して発電部周囲での酸化ガスの流速が上昇する。更に、発電部での酸化ガスの滞留時間が長くなるので、熱交換率が上昇する。従って、伝熱特性が向上する。   Also in this example, the flow area is designed so that the oxidizing gas flowing into the periphery of the power generation section mainly passes through the gaps of the cells 51 that are not in contact with the air electrode 52a. For this reason, when viewed from the side (FIGS. 7B and 7C), the oxidizing gas circulates from below to above while meandering the power generation section. By doing so, the flow path of the oxidizing gas that circulates through the power generation unit becomes long, so that the pressure loss increases and the flow rate of the oxidizing gas around the power generation unit increases. Furthermore, since the residence time of the oxidizing gas in the power generation unit becomes longer, the heat exchange rate increases. Therefore, heat transfer characteristics are improved.

図7の例では、縦方向に空気極52bが設けられる列の数、当該列内での空気極52aの数、及び、空気極52aのみが設けられる列の数は特に限定されず、酸化ガスの流路面積を考慮して適宜設定すると良い。   In the example of FIG. 7, the number of rows in which the air electrodes 52b are provided in the vertical direction, the number of air electrodes 52a in the row, and the number of rows in which only the air electrodes 52a are provided are not particularly limited. It is preferable to set appropriately considering the flow path area.

第2実施形態においても、空気極同士が接触しているセルにおいて、空気極表面に導電膜が形成されていても良い。
導電膜を設ける場合は、空気極の厚さはセルスタック内で同じとして、導電膜により隣接するセルスタックのセル同士の接触を確保しても良い。この場合、導電膜は、発電時に熱膨張してセル同士が接触することができる厚さで形成される。
Also in the second embodiment, a conductive film may be formed on the surface of the air electrode in a cell in which the air electrodes are in contact with each other.
In the case of providing a conductive film, the thickness of the air electrode may be the same in the cell stack, and contact between cells of the adjacent cell stack may be ensured by the conductive film. In this case, the conductive film is formed with a thickness that allows the cells to contact each other by thermal expansion during power generation.

1 固体酸化物形燃料電池
2 容器
3a,3b 管板
4 発電室
5 燃料供給室
6 燃料排出室
7 酸化ガス供給部
8 酸化ガス排出部
9 燃料供給部
10 燃料排出部
11,30,40,50,60 セルスタック
12 断熱材
13 集電板
14 集電極
20,31,41,51,61 セル
21 非発電部
22 発電部
23,32a,32b,42a,42b,52a,52b 空気極
24 固体電解質膜及びインターコネクタ
25,65 抵抗
26,66 電池
27 劣化セル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid oxide fuel cell 2 Container 3a, 3b Tube plate 4 Power generation chamber 5 Fuel supply chamber 6 Fuel discharge chamber 7 Oxidation gas supply part 8 Oxidation gas discharge part 9 Fuel supply part 10 Fuel discharge part 11, 30, 40, 50 , 60 Cell stack 12 Heat insulation material 13 Current collector plate 14 Current collector electrode 20, 31, 41, 51, 61 Cell 21 Non-power generation unit 22 Power generation unit 23, 32a, 32b, 42a, 42b, 52a, 52b Air electrode 24 Solid electrolyte membrane And interconnector 25, 65 resistance 26, 66 battery 27 deteriorated cell

Claims (7)

基体管上に燃料極と固体電解質膜と空気極とを備えるセルが前記基体管の円周方向に形成され、複数の前記セルが前記基体管の長手方向に沿って配列され、隣接する前記セルの間に前記セル同士を電気的に直列に接続するインターコネクタが形成されているセルスタックを、複数本内部に収容する固体酸化物形燃料電池であって、
前記複数のセルスタックの両端部が金属板により連結されることにより、前記複数のセルスタックが電気的に並列に配列され、
運転温度において、任意の前記セルスタック中の任意の前記セルの前記空気極が、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記空気極と接触して、電気的に接続する固体酸化物形燃料電池。
A cell including a fuel electrode, a solid electrolyte membrane, and an air electrode is formed on the base tube in the circumferential direction of the base tube, and a plurality of the cells are arranged along the longitudinal direction of the base tube, and the adjacent cells A solid oxide fuel cell containing a plurality of cell stacks in which an interconnector that electrically connects the cells in series is formed between
By connecting both ends of the plurality of cell stacks with a metal plate, the plurality of cell stacks are electrically arranged in parallel,
A solid oxide fuel cell in which the cathode of any of the cells in any of the cell stacks is in contact with and electrically connected to the cathode of the cells of the adjacent cell stack at an operating temperature.
全ての前記セルスタックの全ての前記セルの前記空気極が、隣接する前記セルスタック中の前記セルの前記空気極に接触する請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。   2. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the cathodes of all the cells of all the cell stacks are in contact with the cathodes of the cells in the adjacent cell stack. 一部の前記セルスタックの一部の前記セルの前記空気極が、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記空気極と離間し、残りの前記セルの前記空気極が、隣接する前記セルスタックの前記セルの前記空気極と接触している請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。   The cathodes of some of the cells of some of the cell stacks are spaced apart from the cathodes of the cells of the adjacent cell stack, and the cathodes of the remaining cells of the adjacent cell stack The solid oxide fuel cell according to claim 1, which is in contact with the air electrode of the cell. 前記空気極同士が接触する場合は、前記空気極同士が離間している場合よりも前記空気極が厚く形成されている請求項3に記載の固体酸化物形燃料電池。   The solid oxide fuel cell according to claim 3, wherein when the air electrodes are in contact with each other, the air electrode is formed thicker than when the air electrodes are separated from each other. 前記セルスタックの周囲を酸化ガスが蛇行して流通することで前記酸化ガスの流通経路が長くなるように、前記空気極が相対的に厚い前記セルと、前記空気極が相対的に薄い前記セルとが配置されている請求項3または請求項4に記載の固体酸化物形燃料電池。   The cell having a relatively thick air electrode and the cell having a relatively thin air electrode so that the circulation path of the oxidant gas becomes longer due to the meandering gas flowing through the periphery of the cell stack. The solid oxide fuel cell according to claim 3 or 4, wherein 前記空気極が、導電膜を介して隣接する前記セルスタックの前記セルの前記空気極と接触し、
前記導電膜が、少なくとも一方の前記空気極上に形成されている請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。
The air electrode is in contact with the air electrode of the cell of the adjacent cell stack through a conductive film;
The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the conductive film is formed on at least one of the air electrodes.
前記導電膜が、LaCrO、(La,Sr)CrO、La(Cr,Mg)O、(La,Ca)CrO、(Sr,La)TiO、(La,Sr)MnO、(La,Sr,Ca)MnO、(La,Sr)FeO、(La,Sr,Ca)FeO、(La,Sr)CoO、(La,Sr,Ca)CoOのいずれかの膜である請求項6に記載の固体酸化物形燃料電池。 The conductive film is composed of LaCrO 3 , (La, Sr) CrO 3 , La (Cr, Mg) O 3 , (La, Ca) CrO 3 , (Sr, La) TiO 3 , (La, Sr) MnO 3 , ( La, Sr, Ca) MnO 3 , (La, Sr) FeO 3 , (La, Sr, Ca) FeO 3 , (La, Sr) CoO 3 , (La, Sr, Ca) CoO 3 The solid oxide fuel cell according to claim 6.
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