JPH034451A

JPH034451A - 固体電解質型燃料電池のガス供給構造

Info

Publication number: JPH034451A
Application number: JP1138364A
Authority: JP
Inventors: Masakatsu Nagata; 雅克永田; Ryuichi Okiayu; 置鮎　隆一; Shotaro Yoshida; 昭太郎吉田; Shoichi Hasegawa; 正一長谷川; Masayuki Tan; 丹　正之; Hiroshi Yamanouchi; 山之内　宏
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1989-05-31
Filing date: 1989-05-31
Publication date: 1991-01-10
Anticipated expiration: 2014-10-25
Also published as: JP2967878B2

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】産業上の利用分野この発明は、固体電解質燃料電池の燃料電極と！！素電
穫との少なくとも一方に、燃料ガスあるいは酸化性ガス
を供給するガス供給構造に関するものである。

従来の技術固体電解質型燃料電池は、固体電解質を挾んで一方の側
に燃料電極が、他方の側に酸素電極がそれぞれ形成され
ており、その燃料電極側には水素等の燃料ガスを供給し
、また酸素電極側には空気等の酸素を含む酸化性ガスを
供給することにより、固体電解質を介して酸化・還元反
応を起させ、反応時に生じた電力を取出して利用する装
置である。

例えば第６図は従来の一般的な固体電解質型燃料電池を
示すもので、周囲を断熱材１ａで囲んだハウジング１内
を、隔壁１ｂによって燃焼至２と排出ガス室３とに分割
し、この燃焼室２内に、有底円筒形の単電池４が複数本
収容されている。

これら各単電池４は、円筒形の固体電解質の内側に燃料
電極を、外側に酸素電極をそれぞれ形成したもので、開
放した基端（第６図において上端）を前記隔壁１ｂに形
成された円形の各貫通孔１Ｃに気密に取付けて互いに平
行に配設されている。

そして、前記燃焼室２内には空気取入れ口５から酸化性
ガスである空気が取入れられて、有底円筒形の各単電池
４の酸素電極の周囲の空間を巡って流れ、また各単電池
４の燃料電極の内側の空間には、隔壁１ｂによって隔て
られた排出ガス室３側から各貫通孔１Ｃを介して内側に
挿入された燃料ガス供給管６によって水素等の燃料ガス
が供給され、各単電池４の内側の先端底部付近まで差込
まれた各燃料ガス供給管６の先端から燃料ガスが吹出し
、各単電池４内を、基端側（第６図において上方）に向
けて流れ、残務ガスが各貫通孔１Ｃより排出ガス室３内
に流入した後、燃料ガス排出管７からハウジング１の外
へ排出されるようになっており、各単電池４間を直列ま
たは並列あるいは直並列に電気的に接続して、発生した
電力を取出す構造となっている。

発明が解決しようとする課題しかし、前述した従来の固体電解質型燃料電池の場合の
ように、有底円筒形の各単電池４の燃料電極が形成され
た内側空間に、燃料ガス供給管６をそれぞれ挿入してそ
の先端から燃料ガスを噴出させる構造の場合においては
、燃、料ガス供給管６の吹出し孔である先端部が配設さ
れている各単電池４内の先端側には、高濃度の燃料ガス
が供給されるが、供給された燃料ガスが酸化・還元反応
に消費されなから基端側に流れるため、各単電池４の基
端側となるにしたがって、燃料ガスの濃度が低下し、基
端側においては燃料ガスの濃度が稀薄となって酸化・還
元反応が弱まり、各単電池４の出力が低下するという問
題があった。

そのため従来においては、各単電池４の燃料ガスの吹出
し孔から離れた位置にも充分なガス濃度の燃料ガスが供
給されるように、燃料ガスの供給量を必要以上に増量し
、燃料電池の酸化・還元反応に必要とされる量を大幅に
上回る量の燃料ガスを供給することにより出力低下を防
止していたが、残務ガスの吊が多くなって燃料ガスを無
駄に消費するという問題があった。

この発明は上記事情に鑑みなされたもので、固体電解質
型燃料電池の全長に亘って、充分に高濃度でかつ等しい
濃度の燃料ガス、あるいは充分なΦの酸化性ガスを供給
することのできる固体電解質型燃料電池のガス供給構造
を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段上記課題を解決するための手段としてこの発明の固体電
解質型燃料電池のガス供給構造は、環状の固体電解質の
内側に酸素電極または燃料電極を、外側に反対の電極を
設けた円筒状の固体電解質型燃料電池において、前記酸
素電極もしくは燃料電極の軸線方向に異る複数の位置に
吹出し孔を備えたガス供給管を、酸素電極もしくは燃料
電極に近接して設けたことをｖｆｙｌとしている。

またこの発明では、前記ガス供給管を、複数の吹出し孔
が形成された１本の管体で構成することができる。

さらにこの発明では、前記ガス供給管を、それぞれの開
放端を吹出し孔とした長さの異なる複数の管体で構成す
ることができる。

そしてまたこの発明では、前記ガス供給管の各吹出し孔
を、前記酸素電極あるいは燃料電極の各電極面に向けて
ガスを吹き出すように形成することができる。

作　　　用酸化性ガスもしくは燃料ガスは前記吹出し口から吐出す
るが、その吹出し口は酸素電極もしくは燃料電極の軸線
方向で異なる位置に複数段けられ、かつそのガス供給管
が酸素電極もしくは燃料電極に近接して設けられている
ので、酸素電極もしくは燃料電極の軸線方向で異なる複
数箇所に未反応の高濃度のガスが供給されることになり
、各固体電解質型燃料電池の発電能力を高水準まで引出
すことができる。

実　　施　　例以下、この発明の固体電解質型燃料電池のガス供給構造
の実施例を第１図ないし第５図に基づいて説明する。

第１図および第２図は、この発明の固体電解質型燃料電
池のガス供給構造の第１実施例を示すもので、固体電解
質型燃料電池１１は、環状の固体電解質の内側に燃料電
極を、外側にＷ１素電極をそれぞれ設けた有底円筒状に
形成されており、前記固体電解質はイツトリア安定化ジ
ルコニア（ＹＳＺ）で、燃料電極はニッケルとジルコニ
アとのサーメットで、また酸素電極はベロアスカイト型
ランタン系複合酸化物でそれぞれ形成されている。

この固体電解質型燃料電池１１の前記燃料電極の内側の
空間には、燃料ガス供給管１２が、固体電解質型燃料電
池１１のほぼ中心部に軸線方向に挿入されている。この
燃料ガス供給管１２は、第２図に示すように、燃料電極
の内側の空間に配設された円筒部分に複数のガス吹出し
孔１３が、軸線方向に異なる位置にそれぞれ形成され、
その先端（第１図において左端）は、有底円筒状の固体
雷解質型燃Ｖ４電池１１内の先端底部の近傍まで差込ま
れている。また、この固体電解質型撚′ｎ電池１１の外
側の酸素電極の外周には、酸化性ガスである空気が流通
するように構成されている。

次に、上記のように構成されるこの実施例の作用を説明
する。

固体電解質型燃料電池１１は、内側の空間に挿入された
燃料ガス供給管１２により水素ガスが供給されるととも
に、外側に酸化性ガスとして空気が供給されると、内側
の燃料電極と外側の酸素電極との間で固体電解質を介し
て酸化・還元反応が起こし、この反応に伴って電力を生
じる。

この時、固体電解質型燃料電池１１の内側には、燃料ガ
スの水素が燃料ガス供給管１２によって供給されるが、
この燃料ガス供給管１２に複数のガス吹出し孔１３が、
軸線方向に異る位置にそれぞれ形成されているため、各
ガス吹出し孔１３がら吹出した燃料ガスは、固体電解質
型燃料電池１１の内側に設けられた燃料電極の内周面に
直接供給され、燃料電極の各部位に充分な濃度の燃料ガ
スが均等に供給される。その結果、固体電解質型燃料電
池１１に高水準の発電性能を発揮させることができる。

また第３図は、この発明の固体電解質型燃料電池のガス
供給構造の第２実施例を示すもので、固体電解質型撚′
Ｊ４電池２１は、前記第１実施例の場合と同様に、環状
の固体電解質の内側に燃料電極を、外側にＷ１素電極を
それぞれ設けた有底円筒状に形成されており、この固体
電解質型燃料電池２１の燃料電極の内側の空間には、燃
料ガス供給管２２がほぼ中心部に挿入され、その開放さ
れた先端（第３図において左端）は、有底円筒状の固体
電解質型燃料電池２１内の先ｙＭｇ部の近傍まで差し込
まれ、この燃料ガス供給管２２により水素が供給される
ようになっている。

また前記固体電解質型燃料電池２１の外側の空間には、
複数の酸化性ガス供給管２３が、それぞれ固体電解′ｌ
ｉ型燃料電池２１と平行に配設されており、各酸化性ガ
ス供給菅２３には、固体電解質型燃料電池２１のＭ素電
極が形成された外周部分と対応する区間に、複数のガス
吹出し孔２４が、それぞれ酸素層４ｊ（固体電解質型燃
料電池２１の外周部）に面した側でかつ軸線方向に異な
る位置に形成され、この酸化性ガス供給管２３を介して
酸素が供給されるようになって０る。

固体電解質型燃料電池２１は、内側の空ｅ１に挿入され
た燃料ガス供給管２２により水素が供給されるとともに
、外側に複数配設された各酸化性ガス供給管２３を介し
て酸素が酸化性ガスとして供給されると、内側の燃料電
極と外側の酸素電極との間で固体電解質を介して酸化・
還元反応を起こし、その反応に伴って電力を生じる。

この時、固体電解質型燃料電池２１の外側には、酸化性
ガスとして酸素ガスが、各酸化性ガス供給管２３によっ
て供給されるが、それぞれの酸化性ガス供給管２３に複
数のガス吹出し孔２４が、軸線方向に異る位置にそれぞ
れ形成きれているため、各ガス吹出し孔２４から吹出し
た酸素ガスは、固体電解質型燃料電池２１の外側に設け
られた酸素電極の外周面に直接供給され、酸素電極の各
部位に充分な１度の酸素ガスが均等に供給される。その
結果、固体電解質型燃料電池２１に高水準の発電性能を
発揮させることができる。

さらに、第４図はこの発明の第３実施例の固体電解質型
燃料電池のガス供給構造に使用されるガス供給管を示す
もので、このガス供給管３１は、それぞれ長さの異なる
管体３２．３３．３４から構成されており、これらの管
体３２，３３．３４のガス吹出し孔となる各先端が、固
体電解質型燃料電池（図示せず）の軸線方向にそれぞれ
異る位置となるように配設されている。

したがって、複数の管体３２．３３．３４からなるガス
供給管３１を、燃料ガス供給管または酸化性ガス供給管
に、あるいは燃料ガス供給管および酸化性ガス供給管の
両方に用いれば、前記両実施例の場合と同様に、固体電
解質型燃料電池の酸素電極あるいは燃料電極に、それぞ
れＷ１素あるいは水素等のガスを直接供給できるので、
前記両実施例の場合と同様に固体電解質型燃料電池に高
水準の発電性能を発揮させることができる。

また、第５図はこの発明の固体電解質型燃料電池のガス
供給構造の第４実施例として、多孔質の支持管の外周に
、複数の燃料電池単体を軸線方向に直列に接続した状態
で形成した、いわゆる固体電解質型燃料電池スタックの
ガス供給構造に適用した例を示すもので、以下図面に基
づいて説明する。

固体電解質型燃料電池スタック４１は、１本の長尺な支
持管４２の外周に、内側から燃ｎ電極層、固体電解質層
、酸素電極層の順に積層した燃料電池単体４３を、支持
管４２の軸線方向に所定の長さでかつ隣接する燃料電池
単体４３．４３間に所定の間隙を設けて複数形成すると
ともに、軸線方向に隣接する各燃′ｊ４電池４３．４３
を、両者間の間隙、すなわち非電池部４４にインターコ
ネクタ（図示せず）を設けて互いに直列接続された状態
に形成しである。

そして、この固体電解質型燃料電池スタック４１の前記
支持管４２の内側の空間には、燃料ガス供給管４５が中
心に挿通されている。

この燃料ガス供給管４５は、多孔質の支持管４２の外周
に形成された各燃料電池単体４３の内周側（燃料電極層
側）とそれぞれ対応した位置に、ノズル状のガス吹出し
部４６をそれぞれ複数備えており、各ガス吹出し部４６
はそれぞれ対応する各燃料電池単体４３の内周面に向け
て形成０れている。なお、図示していないが、固体電解
質型燃料電池スタック４１の外周に酸化性ガスである空
気が供給されるようになっている。

固体電解質型燃料電池スタック４１は、内側の空間に挿
入された燃料ガス供給管４５により燃料ガスの水素が供
給されるとともに、外側に酸化性ガスとして空気が供給
されると、支持管４２の外周に複数形成された各燃料電
池単体４３において、それぞれの最内層の燃料電極層と
、最外層の酸素電極層との間で固体電解’！層を介して
酸化・還元反応が起こし、直列に接続された各燃料電池
単体４３毎に電力を生じる。

この時、固体電解質型燃料電池スタック４１の内側には
、燃料ガスの水素ガスが燃料ガス供給管４５によって供
給されるが、この燃料ガス供給管４５には、固体電解質
型燃料電池スタック４１に複数形成された各燃料電池単
体４３のそれぞれの位置に向で、ノズル状のガス吹出し
部４６が複数形成されているため、非電池部間の各燃料
電池単体４３部分に向けて燃料ガスが吹き出し、各燃料
電池単体４３の最内層の燃料電極層の内側に燃料ガスが
直接供給され、燃料電極の各部位に充分な濃度の燃料ガ
スが均等にかつ無駄無く供給される。

その結果、各燃料電池単体４３が、それぞれ高水準の発
電性能を発揮し、固体電解質型燃料電池スタック４１の
全体として高出力を得ることができる。

なお、前記各実施例においては、各ガス供給管１２．２
３，３１．４５としてそれぞれ直線状に形成されたもの
につりで説明したが、ガス供給管はコイル状等の他の形
状とすることもできる。

発明の詳細な説明したようにこの発明の固体電解質型燃料電池のガ
ス供給構造は、環状の固体電解質の内側に＃１素電極ま
たは燃料電極を、外側に反対の電極を設けた円筒状の固
体電解質型燃料電池において、前記酸素電極もしくは燃
料電極の軸線方向に異る複数の位置に吹出し孔を備えた
ガス供給管を、ｉ１素電極もしくは燃料電極に近接して
設けた構造としたので、ガス供給管の各吹出し孔から固
体電解質型燃料電池の各部位に燃料ガスまたは酸化性ガ
スを直接供給できるので、各電極に必要充分な吊の燃料
ガスあるいは酸化性ガスを供給でき、固体電解質型燃料
電池の発電能力を向上できるとともに、反応に使用され
ずに排出される無駄な燃料ガスまたは酸化性ガスの吊を
■１減して、燃料ガスまたは酸化性ガスの利用効率を大
幅に向上させることができる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の第１実施例を示すもの
で、第１図は固体電解質型燃料電池のガス供給構造を示
す概略断面図、第２図は燃料ガス供給管の斜視図、第３
図はこの発明の第２実施例の固体電解質型燃料電池のガ
ス供給構造を示す概略断面図、第４図はこの発明の第３
実施例の固体電解質型燃料電池のガス供給構造に使用さ
れるガス供給管の斜視図、第５図はこの発明の第４実施
例の固体電解質型燃料電池スタックのガス供給構造を示
す概略断面図、第６図は従来の燃料電池のガス供給構造
の一例を示す図である。１１・・・固体電解質型燃料電池、　１２・・・燃料ガ
ス供給管、　１３・・・ガス吹出し孔、　２１・・・固
体電解質型燃料電池、　２２・・・燃料ガス供給管、２
３・・・酸化性ガス供給管、　２４・・・ガス吹出し孔
、３１・・・ガス供給管、　３２．３３．３４・・・管
体、４１・・・固体電解質型燃料電池スタック、　４２
・・・支持管、　４３・・・燃料電池単体、　４４・・
・非電池部、　４５・・・燃料ガス供給管、　４６・・
・ガス吹出し部。第１図第４図３１：力ス、４跣争与管第２図第６図第３図 ↑ を九

Claims

【特許請求の範囲】

（１）環状の固体電解質の内側に酸素電極または燃料電
極を、外側に反対の電極を設けた円筒状の固体電解質型
燃料電池において、前記酸素電極もしくは燃料電極の軸
線方向に異る複数の位置に吹出し孔を備えたガス供給管
を、酸素電極もしくは燃料電極に近接して設けたことを
特徴とする固体電解質型燃料電池のガス供給構造。
（２）前記ガス供給管は、複数の吹出し孔が形成された
１本の管体であることを特徴とする請求項１記載の固体
電解質型燃料電池のガス供給構造。
（３）前記ガス供給管は、それぞれの開放端を吹出し孔
とした長さの異なる複数の管体で構成されていることを
特徴とする請求項１記載の固体電解質型燃料電池のガス
供給構造。（４）前記ガス供給管の各吹出し孔が、前記
酸素電極あるいは燃料電極の各電極面に向けてガスを吹
き出すように形成されていることを特徴とする請求項１
ないし３のいずれかに記載の固体電解質型燃料電池のガ
ス供給構造。