JPH03266370A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

燃料電池発電装置

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JPH03266370A
JPH03266370A JP2065159A JP6515990A JPH03266370A JP H03266370 A JPH03266370 A JP H03266370A JP 2065159 A JP2065159 A JP 2065159A JP 6515990 A JP6515990 A JP 6515990A JP H03266370 A JPH03266370 A JP H03266370A
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JP
Japan
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cell
fuel
manifold
air
box
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Pending
Application number
JP2065159A
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English (en)
Inventor
Yasuhiro Yamauchi
康弘 山内
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、水素、−酸化炭素、メタン等の炭化水素、メ
タノール等のアルコールを使用する燃料電池発電装置に
関する。
[従来の技術] (1)従来技術例1(米国ウェスチングツ1ウス・エレ
クトリック・コーポレーション 出展: FuelCe
lls Handbook May、 1988)第5
図は、カルシア安定化ジルコニアで作られた円筒形状の
セルの断面図を示す。図中の1は、電子絶縁性の長尺な
多孔質支持管である。この支持管1の周りには、薄い(
厚さ200〜800μm)の多孔性空気極2が付着され
ている。前記空気極2は、ドーピングされたベロブスキ
ー石型構造の酸化物例えばLaMnO3,CaMn0.
、LaNiO3,LaCoO3,LaCr0i等又はこ
れらの酸化物の混合物を用いて形成される。前記空気極
2の外周面上には、イツトリア安定化ジルコニアで作ら
れた気密な固体電解質3が設けられている。この固体電
解質3は、ニッケルージルコニア・サーメットでできた
燃料極4により包囲されている。なお、図中の5はイン
クコネクタ、6はインクコネクタ接点である。前記固体
電解質3及びインクコネクタ5は、両方共セル間を直列
に接続するための電気的接続材料を組込めるように不連
続をもつ。
上記構造のセルは、第6図に示す如く組立て発電を行う
。なお、図中の7はNiフェルト、8はNi板、9は燃
料偏集重体、10は空気側集電体である。
(2)従来技術例2(米国、アルゴンヌ国立研究所 出
展: ATOMJCENEI?GY OF CANAD
A LJ)IITEDJune、1987) 第7図は、平板形セルの集合体の断面図を示す。
図中の11は、ニッケルージルコニアサーメットからな
る燃料極(アノード)である。この燃料極11には、電
解質12、空気極13が積層され、セル14が構成され
ている。ここで、電解質12はイツトリア安定化ジルコ
ニアからなる。空気極は、ドーピングされたベロブスキ
ー石型構造の酸化物、例えばLaMnO3、LaCoO
3、LaCry、等又はこれらの酸化物の混合物からな
る。
前記燃料極11等は、上記材料粉末を適当な分散剤と結
合剤を用い、均一な泥しようにしてテープキャスティン
グ法により均一な膜厚の帯状の膜にすることにより作ら
れる。前記燃料極11.電解質12及び空気極13は、
約1300℃で焼結させてセルとなる。これらのセル同
士を電気的に接続し、かつ、燃料と酸化剤の混合を防ぐ
ため、セルとセルの間に接続材が挾まれている。また、
それぞれのセル14と接続材の間には、燃料極材。
空気極材で作られた波状板15か配置され、これによっ
て作られる隙間を、燃料極側を燃料が、空気極側を酸化
剤か通り反応する。燃料及び酸化剤通路は各々直交する
ようになっており、矩形のセル端部に取付けられた供給
用マニホールドより、燃料、酸化剤が供給1回収される
こうしたセル集合体は、第8図に示すように燃料供給ヘ
ッダ16及び酸化剤供給へラダ17を取付けて発電を行
う。
[発明が解決しようとする課題] しかし、従来の技術には、以下の課題がある。
(従来技術1)・・・単位体積当り出力が小さい。即ち
、セルに構造上の一体性を与えるためにカルシア安定化
ジルコニア製の多孔質支持管1を用いているため、セル
直径の大きさに制限があり、かつ重量も重く、単位体積
当りの出力が約1100k/m3と小さい。なお、この
出力値は、第8図において、セル配列ピッチ1.5 D
 (Dはセル直径)、燃料、空気マニホールドの厚さ1
cm、燃料室の厚さ1cn+の条件下で計算した値であ
る。
(従来技術2)・・・熱応力によるセル破壊。即ち、平
板型のセル14を用いるため、少なくともセルの2辺を
固定して燃料と酸化剤が混合しないよう気密構造とする
必要がある。しかし、セル14で発熱した熱を燃料及び
酸化剤の顕熱で除去するため、燃料及び酸化剤の入口、
出口で温度差が150〜250℃生しる。このため、平
板内に圧縮応力が生じ、セル14が破壊する恐れがある
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、単位体積当
りの出力を大きくできるとともに、熱応力によるセル破
壊を回避しえる燃料電池発電装置を提供することを目的
とする。
[課題を解決するための手段] 本発明では、従来5OFCセルを集合体として組み立て
た後に、燃料、空気供給マニホールドを取り付けていた
ものを、セルと一体化したマニホールドにしている。即
ち、本発明は、反応により熱が発生するセル部をマニホ
ールド面に対して垂直に配置し、セルの軸方向に燃料、
空気を流すことにより、セルの軸方向にのみ温度分布を
生じさせ、この温度上昇によるセルの熱膨脹をセルの軸
方向に逃がすことを特徴とする。より具体的には、「単
位体積当り出力の向上」は、基体管をもたずセル自身で
構造的に一体性をもったセルを用い、これを平板状のガ
スマニホールド上に垂直かつ緻密に配置することにより
行った。又、「熱応力によるセル破壊の防止」は、平板
状のガスマニホールドの上にセルを垂直に燃料と酸化剤
の流れを平行流とし、さらにセルの支持部をガスマニホ
ールド側の端部に限定することにより行った。
[作用] 本発明によれば、下記に詳述する単位体積当りの出力の
向上、熱応力によるセル破壊の防止を達成できる。
(1)単位体積当り出力の向上 セル自身に構造的な一体性を持たせたため、セルの形状
に任意性がある。このため、円筒形のセルでは直径を5
n程度まで小さくすることが可能であり、平板形のセル
では厚さを1〜2 mmにすることかできる。これらを
平板状のガスマニホールド上に密に配置することにより
、セルの単位体積当りの発電有効面積を増加させ、単位
体積当りの出力を向上させる。
(2)熱応力によるセル破壊の防止 燃料と酸化剤の流れを平行流とすることにより、セルに
電流が流れる場合の内部抵抗による発熱により生じる温
度分布をセルのガス流れ方向にのみ生じるようにでき、
ガスマニホールド面内での温度分布が生じにくくなる。
また、セルの支持部をガスマニホールド側の端部に限定
されているため、セルの発熱により生じる熱膨張による
歪が生じにくい。これらの効果により熱応力によるセル
の破壊が防止できる。
[実施例] 以下、本発明の一実施例を第1図、第2図及び第3図を
参照して説明する。ここで、第1図は本発明に係る燃料
電池発電装置の概略斜視図、第2図は燃料及び空気マニ
ホールドとセルとの結合状態を示す部分断面図、第3図
はマニホールド接続時の電気的接続を示す部分断面図で
ある。
図中の31は円筒形の固体電解質燃料電池(セル)を示
し、ここで反応が行われる。このセル31は、空気極3
2と、この外周側に順次設けられた電解質33、燃料極
34との3層構造になっている。前記セル31の内部と
外部に空気と燃料が供給され、空気極32.電解質33
及び燃料極34の3層構造部で反応が生じ電気が発生す
る。前記空気極32は、ドーピングされたベロブスキー
石型構造の酸化物例えばL a M n O3lCaM
n0.、LaNi0.、LaCo0.。
LaCrO3等又はこれらの酸化物の混合物を用いて形
成される。電解質33は、イツトリア安定化ジルコニア
を用いて形成される。燃料極34は、ニッケルージルコ
ニア・サーメットを用いて形成される。
前記セル31は、互いに接合された燃料マニホールド3
5と空気マニホールド36(以下、両者を総称して箱形
容器と呼ぶ)に垂直に多数取付けられている。前記燃料
マニホールド35は、片面かカルシアもしくはイツトリ
ア安定化ジルコニアで作られ、他方の面が多孔質のニッ
ケルジルコニアサーメットでできた燃料側多孔質集電体
37の平たい箱状の形状をしている。前記空気マニホー
ルド36は、燃料マニホールド35のカルシア安定化ジ
ルコニアでできた面側にあり、カルシアもしくはイツト
リア安定化ジルコニアで作られた箱状の形状をしている
。前記空気マニホールド36の内側の燃料マニホールド
側には、ドープされたベロブスキー石形酸化物のLaM
nO3゜LaCrO3でできた空気側集電体37がある
前記セル31は、燃料側集電体38と空気側集電体31
で並列に接続されている。前記セル31の電解質33は
、燃料マニホールド35の安定化ジルコニア板とジルコ
ニアスラリを介して焼結接合されている。セル31の燃
料極34および空気極32は、夫々燃料極側集電体38
と前記空気側集電体37に接触しており、電気的導電性
がある。
なお、接触抵抗を減少させるため、燃料極側にNiOの
YSZサーメットスラリ、空気極側にL a M n 
O3スラリを介して焼結接合させても良い。
前記空気マニホールド36、燃料マニホールド35の端
部は、第3図に示すように、次のマニホルドと接続され
ている。前記空気側集電体37は、空気マニホールド3
6の端部で緻密な電気的接続材39を介して次のマニホ
ールドの燃料側集電体38に接続される。このように陰
極である空気極と陽極である燃料極を接続し、各マニホ
ールドを電気的に直列に接続する。燃料ガスは、燃料マ
ニホールド隔壁40と次のマニホールドの電気的接続材
39の燃料排出孔41より、次のマニホールドと連結さ
れている。なお、図中の42は空気マニホールド隔壁、
43は空気供給孔、44は燃料供給孔を示す。
上記実施例に係る燃料電池発電装置は、燃料マニホール
ド35と空気マニホールド36により燃料と空気を供給
する箱形容器を形成し、がっこの箱形容器主面に対し空
気極32.電解質33及び燃料極34から構成される固
体電解質燃料電池(SOFC)即ちセル31を垂直に取
付け、前記箱形容器より燃料と空気を前記セル31に供
給する構成となっている。従って、本発明によれば、単
位体積当りの出力を向上できるとともに、熱応力による
セル破壊を防止できる。
事実、本発明に係るセルについて、モジュール単位体積
当りの出力とセル長との関係を調べたところ、第4図に
示す特性図か得られた。同図は、セル31の直径を0.
5cm、電解質厚さ100μm。
空気極厚さ300μm1燃料極厚さ100μmとしたと
き、第1図のように配置したセルの性能を計算したもの
である。同図より、素子長1cmのときニハ、素子電圧
0.7Vて電流密度0.75A/cm2モジュール単位
体積当りの出力は0.36MW/m’と高い値が得られ
ることが明らかである。
[発明の効果] 以上詳述した如く本発明によれば、単位体積当りの出力
を大きくできるとともに、反応により生じた熱で熱歪が
生じることもなく熱応力によるセル破壊を防止しえる燃
料電池発電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る燃料電池発電装置の概
略斜視図、第2図は燃料及び空気マニホールドとセルと
の結合状態を示す部分断面図、第3図はマニホールド接
続時の電気的接続を示す部分断面図、第4図はモジュー
ル単位体積当りの出力とセル長との関係を示す特性図、
第5図は従来の円筒形状セルの断面、第6図は第5図の
セルを組立てた状態の説明図、第7図は従来の平板形セ
ルの集合体の断面図、第8図は第7図の集合体を組立て
た状態の説明図である。 31・・・固体電解質燃料電池(セル)、32−3・空
気極、33・・・電解質、34・・・燃料極、35・・
・燃料マニホールド、36・・・空気マニホールド、3
7・・・燃料側集電体、38・・・空気側集電体、39
・・・電気的接続材、40・・・燃料マニホールド隔壁
、41・・・燃料排出孔。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 燃料と空気を供給する二重構造の箱形容器と、空気極、
    電解質及び燃料極より構成される固体電解質燃料電池と
    を具備し、前記燃料電池が前記箱形容器に対して垂直に
    取付けられ、箱形容器より燃料と空気を燃料電池に供給
    することを特徴とする燃料電池発電装置。
JP2065159A 1990-03-15 1990-03-15 燃料電池発電装置 Pending JPH03266370A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2065159A JPH03266370A (ja) 1990-03-15 1990-03-15 燃料電池発電装置

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JP2065159A JPH03266370A (ja) 1990-03-15 1990-03-15 燃料電池発電装置

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JPH03266370A true JPH03266370A (ja) 1991-11-27

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ID=13278826

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JP2065159A Pending JPH03266370A (ja) 1990-03-15 1990-03-15 燃料電池発電装置

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JP (1) JPH03266370A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007194205A (ja) * 2005-12-22 2007-08-02 Nok Corp 燃料電池モジュール

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007194205A (ja) * 2005-12-22 2007-08-02 Nok Corp 燃料電池モジュール

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