JPH09312163A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/1231—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte with both reactants being gaseous or vaporised
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Abstract
(57)【要約】
【課題】発電膜の面内での熱応力分布にアンバランスが
生じること。 【解決手段】互いに離間して並行に配置されたインター
コネクタ（11，12）と、これらインターコネクタ間に配
置され、固体電解質と該固体電解質の両面側に夫々形成
された空気極，燃料極とを有する凹凸状の発電膜(13)と
を具備し、前記発電膜(13)の空気極側に酸化剤(14)を流
しかつ前記燃料極側に燃料(15)を流す構成の平板型の固
体電解質燃料電池において、前記発電膜(13)の凹凸のピ
ッチが前記酸化剤や燃料の入口から出口方向へ向って粗
くなっていることを特徴とする固体電解質燃料電池。
生じること。 【解決手段】互いに離間して並行に配置されたインター
コネクタ（11，12）と、これらインターコネクタ間に配
置され、固体電解質と該固体電解質の両面側に夫々形成
された空気極，燃料極とを有する凹凸状の発電膜(13)と
を具備し、前記発電膜(13)の空気極側に酸化剤(14)を流
しかつ前記燃料極側に燃料(15)を流す構成の平板型の固
体電解質燃料電池において、前記発電膜(13)の凹凸のピ
ッチが前記酸化剤や燃料の入口から出口方向へ向って粗
くなっていることを特徴とする固体電解質燃料電池。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体電解質型燃
料電池に関する。
料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば図２（Ａ），（Ｂ）に示す
ように１段の並行流型タイプの固体電解質型燃料電池が
知られている。ここで、図２（Ａ）は前記電池の断面
図、図２（Ｂ）は前記電池の斜視図である。
ように１段の並行流型タイプの固体電解質型燃料電池が
知られている。ここで、図２（Ａ）は前記電池の断面
図、図２（Ｂ）は前記電池の斜視図である。
【０００３】図中の符番１，２は、各々互いに離間して
平行に配置されたインターコネクタを示す。これらイン
ターコネクタ１，２間には、電解質とその上下面側に形
成された空気極，燃料極（ぞれぞれ図示せず）からなる
凹凸状の発電膜３が配置されている。この発電膜３は、
鋳込み成形、射出成形、冷間加圧成形等された生の成形
体の単品を焼成して構造体とすればよい。ここで、前記
発電膜３を凹凸状にするのは、発電のための比表面積を
多くするためである。前記発電膜３では面内の凹凸は規
則正しく等しいピッチＰで配されている。これについて
は、例えば三菱重工技報Ｖol．32 Ｎｏ．１(1995)，ｐ
35〜ｐ37に開示されている。なお、図中の符番４（一点
鎖線）は酸化剤（例えば空気）、符番５（点線）は燃料
（例えば水素）を示す。
平行に配置されたインターコネクタを示す。これらイン
ターコネクタ１，２間には、電解質とその上下面側に形
成された空気極，燃料極（ぞれぞれ図示せず）からなる
凹凸状の発電膜３が配置されている。この発電膜３は、
鋳込み成形、射出成形、冷間加圧成形等された生の成形
体の単品を焼成して構造体とすればよい。ここで、前記
発電膜３を凹凸状にするのは、発電のための比表面積を
多くするためである。前記発電膜３では面内の凹凸は規
則正しく等しいピッチＰで配されている。これについて
は、例えば三菱重工技報Ｖol．32 Ｎｏ．１(1995)，ｐ
35〜ｐ37に開示されている。なお、図中の符番４（一点
鎖線）は酸化剤（例えば空気）、符番５（点線）は燃料
（例えば水素）を示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図２の固体
電解質燃料電池のように、並行流タイプの燃料，酸化剤
の配し方であると、発電に伴う熱発生のため、入口から
出口へと流体（燃料及び酸化剤）の温度は上昇して行
く。ところで、一般的に熱応力σT は（σT はＥαΔＴ
に比例する）という性質をもつ。ここで、Ｅはヤング
率、αは熱膨脹係数、σT は基準温度からの温度変化分
を示す。
電解質燃料電池のように、並行流タイプの燃料，酸化剤
の配し方であると、発電に伴う熱発生のため、入口から
出口へと流体（燃料及び酸化剤）の温度は上昇して行
く。ところで、一般的に熱応力σT は（σT はＥαΔＴ
に比例する）という性質をもつ。ここで、Ｅはヤング
率、αは熱膨脹係数、σT は基準温度からの温度変化分
を示す。
【０００５】従って、等ピッチＰをもつ凹凸状の発電膜
３では、ヤング率Ｅ、αは熱膨脹係数は入口付近でも出
口付近でも一定である。この結果、例えば室温を基準温
度とすると、入口での熱応力σT1より出口での熱応力σ
T2が大きくなり、面内での熱応力分布にアンバランスが
生じてしまう。
３では、ヤング率Ｅ、αは熱膨脹係数は入口付近でも出
口付近でも一定である。この結果、例えば室温を基準温
度とすると、入口での熱応力σT1より出口での熱応力σ
T2が大きくなり、面内での熱応力分布にアンバランスが
生じてしまう。
【０００６】この発明はこうした事情を考慮してなされ
たもので、流体の入口から出口方向への凹凸のピッチを
変化させた発電膜を用いることにより、発電膜面内での
熱応力分布にアンバランスが生じるのを抑制しえる固体
電解質型燃料電池を提供することを目的とする。
たもので、流体の入口から出口方向への凹凸のピッチを
変化させた発電膜を用いることにより、発電膜面内での
熱応力分布にアンバランスが生じるのを抑制しえる固体
電解質型燃料電池を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、互いに離間
して並行に配置されたインターコネクタと、これらイン
ターコネクタ間に配置され、固体電解質と該固体電解質
の両面側に夫々形成された空気極，燃料極とを有する凹
凸状の発電膜とを具備し、前記発電膜の空気極側に酸化
剤を流しかつ前記燃料極側に燃料を流す構成の平板型の
固体電解質燃料電池において、前記発電膜の凹凸のピッ
チが前記酸化剤や燃料の入口から出口方向へ向って変化
していることを特徴とする固体電解質燃料電池である。
して並行に配置されたインターコネクタと、これらイン
ターコネクタ間に配置され、固体電解質と該固体電解質
の両面側に夫々形成された空気極，燃料極とを有する凹
凸状の発電膜とを具備し、前記発電膜の空気極側に酸化
剤を流しかつ前記燃料極側に燃料を流す構成の平板型の
固体電解質燃料電池において、前記発電膜の凹凸のピッ
チが前記酸化剤や燃料の入口から出口方向へ向って変化
していることを特徴とする固体電解質燃料電池である。
【０００８】次に、この発明の作用について説明する。
一般的に、熱応力σT はほぼＥαΔＴに比例すると見積
られている。そこで、例えば図１の様に凹凸のピッチＰ
1 ，Ｐ2 …を入口から出口へと変化させることにより、
入口での熱応力σT1も出口での熱応力σT2もほぼ同程度
の大きさとし、面内での熱応力分布の平滑化を図る。例
えば、もし凹凸ピッチにもかかわらず、熱膨脹係数αが
一様と見做せる様でれば、ＥΔＴの値が一定となる様な
ヤング率Ｅが得られる様に凹凸ピッチを与えればよい。
あるいは、凹凸ピッチに依存して熱膨張係数αが変化す
る様であれば、ＥαΔＴの値が一定となるようなヤング
率Ｅと熱膨張係数αの組み合わせが得られる凹凸ピッチ
の分布を与える。
一般的に、熱応力σT はほぼＥαΔＴに比例すると見積
られている。そこで、例えば図１の様に凹凸のピッチＰ
1 ，Ｐ2 …を入口から出口へと変化させることにより、
入口での熱応力σT1も出口での熱応力σT2もほぼ同程度
の大きさとし、面内での熱応力分布の平滑化を図る。例
えば、もし凹凸ピッチにもかかわらず、熱膨脹係数αが
一様と見做せる様でれば、ＥΔＴの値が一定となる様な
ヤング率Ｅが得られる様に凹凸ピッチを与えればよい。
あるいは、凹凸ピッチに依存して熱膨張係数αが変化す
る様であれば、ＥαΔＴの値が一定となるようなヤング
率Ｅと熱膨張係数αの組み合わせが得られる凹凸ピッチ
の分布を与える。
【０００９】より具体的には、Ｅ（ヤング率）はピッチ
に依存すると考えている（あるいは依存して変化するよ
うに製作する）。α（熱膨張係数）についてはピッチ依
存の具合がよく判明していない。そこで、αがピッチに
依存しないとすると、Ｅのピッチ依存を用いて、例えば
比例係数Ｃ（一定）を用いて、熱応力σT は、 σT はＣＥ（ピッチ）αΔＴ＝Ｄ（一定値） 従って、Ｄ（つまりσT ）を一定として、場所の関数で
ある温度上昇ΔＴに対して、 Ｅ＝Ｄ／（ＣαΔＴ） …αが一定の場合 となるように作成すればよい。もし、αがピッチ依存で
あれば、 Ｅα＝Ｄ／（ＣΔＴ） …αが変数の場合 とする。
に依存すると考えている（あるいは依存して変化するよ
うに製作する）。α（熱膨張係数）についてはピッチ依
存の具合がよく判明していない。そこで、αがピッチに
依存しないとすると、Ｅのピッチ依存を用いて、例えば
比例係数Ｃ（一定）を用いて、熱応力σT は、 σT はＣＥ（ピッチ）αΔＴ＝Ｄ（一定値） 従って、Ｄ（つまりσT ）を一定として、場所の関数で
ある温度上昇ΔＴに対して、 Ｅ＝Ｄ／（ＣαΔＴ） …αが一定の場合 となるように作成すればよい。もし、αがピッチ依存で
あれば、 Ｅα＝Ｄ／（ＣΔＴ） …αが変数の場合 とする。
【００１０】例えば、発電膜面内での温度分布の予測あ
るいは実測値を基に、発電膜構成材料の温度依存の物性
値を利用していくつかのピッチについて例えば均質化法
の様な数値解析手法を援用し、凹凸ピッチ対ヤング率
Ｅ，熱膨張係数αの対応を準備し、逆にＥαΔＴが一定
になる様なＥ，αの組を与えるピッチを定めればよい。
るいは実測値を基に、発電膜構成材料の温度依存の物性
値を利用していくつかのピッチについて例えば均質化法
の様な数値解析手法を援用し、凹凸ピッチ対ヤング率
Ｅ，熱膨張係数αの対応を準備し、逆にＥαΔＴが一定
になる様なＥ，αの組を与えるピッチを定めればよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施例を図１
を参照して説明する。図中の符番11，12は、各々互いに
離間して平行に配置されたインターコネクタを示す。こ
れらインターコネクタ11，12間には、電解質とその上下
面側に形成された空気極，燃料極（ぞれぞれ図示せず）
からなる凹凸状の発電膜13が配置されている。この発電
膜13は、従来の発電膜の形成工程において生の成形体の
単品を焼成して構造体とする工程があるが、この生の成
形体を形成する時にピッチを変えて成形すればよい。な
お、図中の符番14（一点鎖線）は酸化剤（例えば空気）
を示し、符番15（点線）は燃料（例えば水素）を示す。
を参照して説明する。図中の符番11，12は、各々互いに
離間して平行に配置されたインターコネクタを示す。こ
れらインターコネクタ11，12間には、電解質とその上下
面側に形成された空気極，燃料極（ぞれぞれ図示せず）
からなる凹凸状の発電膜13が配置されている。この発電
膜13は、従来の発電膜の形成工程において生の成形体の
単品を焼成して構造体とする工程があるが、この生の成
形体を形成する時にピッチを変えて成形すればよい。な
お、図中の符番14（一点鎖線）は酸化剤（例えば空気）
を示し、符番15（点線）は燃料（例えば水素）を示す。
【００１２】前記発電膜13を凹凸状にするのは、発電の
ための比表面積を多くするためである。前記発電膜13で
は、面内の凹凸のピッチＰ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，…Ｐ10は、
酸化剤又は燃料の入口から出口へ向って粗くなるように
設定されている。つまり、ピッチは、Ｐ1 ＜Ｐ2 ＜Ｐ3
＜……＜Ｐ10と順次大きくなる。ここで、凹凸ピッチの
分布については、もし熱膨脹係数αの分布効果を無視で
きる様であれば、ＥΔＴが一定となることを目途とし、
あるいは熱膨張係数αの分布効果が重要であれば、Ｅα
ΔＴが一定となるＥ及びαの組み合わせ分布を与える凹
凸ピッチ分布とする。
ための比表面積を多くするためである。前記発電膜13で
は、面内の凹凸のピッチＰ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，…Ｐ10は、
酸化剤又は燃料の入口から出口へ向って粗くなるように
設定されている。つまり、ピッチは、Ｐ1 ＜Ｐ2 ＜Ｐ3
＜……＜Ｐ10と順次大きくなる。ここで、凹凸ピッチの
分布については、もし熱膨脹係数αの分布効果を無視で
きる様であれば、ＥΔＴが一定となることを目途とし、
あるいは熱膨張係数αの分布効果が重要であれば、Ｅα
ΔＴが一定となるＥ及びαの組み合わせ分布を与える凹
凸ピッチ分布とする。
【００１３】このように、上記実施例に係る固体電解質
型燃料電池によれば、発電膜13の面内の凹凸のピッチＰ
1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，…Ｐ10が酸化剤又は燃料の入口から出
口へ向って粗くなるように設定された構成となっている
ため、発電膜13のヤング率Ｅを入口から出口へ向って弱
くし、入口から出口へ向っての温度上昇効果をキャンセ
ルし、面内の熱応力σT の平滑化を図ることができる。
型燃料電池によれば、発電膜13の面内の凹凸のピッチＰ
1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，…Ｐ10が酸化剤又は燃料の入口から出
口へ向って粗くなるように設定された構成となっている
ため、発電膜13のヤング率Ｅを入口から出口へ向って弱
くし、入口から出口へ向っての温度上昇効果をキャンセ
ルし、面内の熱応力σT の平滑化を図ることができる。
【００１４】なお、上記実施例では、発電膜の凹凸のピ
ッチが酸化剤（又は燃料）の入口から出口へ向って粗く
なるように設定されている場合について述べたが、これ
に限定されない。つまり、上記実施例は入口から出口に
向けて温度が上昇している場合を想定しているために徐
々にピッチを大きくしたが、例えば中央で温度のピーク
があるとすると入口から中央に向けてピッチが大きくな
り、中央から出口に向けてピッチを小さくするというよ
うに、ピッチは温度分布に依存して変える。
ッチが酸化剤（又は燃料）の入口から出口へ向って粗く
なるように設定されている場合について述べたが、これ
に限定されない。つまり、上記実施例は入口から出口に
向けて温度が上昇している場合を想定しているために徐
々にピッチを大きくしたが、例えば中央で温度のピーク
があるとすると入口から中央に向けてピッチが大きくな
り、中央から出口に向けてピッチを小さくするというよ
うに、ピッチは温度分布に依存して変える。
【００１５】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
流体の入口から出口方向へピッチを変化させた発電膜を
用いることにより、発電の結果生じる温度分布Δのため
面内で均一なヤング率Ｅ，及び／あるいは熱膨張計数α
をもつ凹凸状の発電膜の面内熱応力の不均一について、
ヤング率Ｅ及び／あるいは熱膨張計数αを調整して面内
の熱応力の平滑化を図ることができる固体電解質燃料電
池を提供できる。
流体の入口から出口方向へピッチを変化させた発電膜を
用いることにより、発電の結果生じる温度分布Δのため
面内で均一なヤング率Ｅ，及び／あるいは熱膨張計数α
をもつ凹凸状の発電膜の面内熱応力の不均一について、
ヤング率Ｅ及び／あるいは熱膨張計数αを調整して面内
の熱応力の平滑化を図ることができる固体電解質燃料電
池を提供できる。
【図１】この発明の一実施例に係る固体電解質燃料電池
の断面図。
の断面図。
【図２】従来の固体電解質燃料電池の説明図で、図２
（Ａ）は断面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の斜視図。
（Ａ）は断面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の斜視図。
11，12…インターコネクタ、 13…発電膜、 14…酸化剤（空気）、 15…燃料（水素）。
Claims (1)
- 【請求項１】 互いに離間して並行に配置されたインタ
ーコネクタと、これらインターコネクタ間に配置され、
固体電解質と該固体電解質の両面側に夫々形成された空
気極，燃料極とを有する凹凸状の発電膜とを具備し、前
記発電膜の空気極側に酸化剤を流しかつ前記燃料極側に
燃料を流す構成の平板型の固体電解質燃料電池におい
て、前記発電膜の凹凸のピッチが前記酸化剤や燃料の入
口から出口方向へ向って変化していることを特徴とする
固体電解質燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8127063A JPH09312163A (ja) | 1996-05-22 | 1996-05-22 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8127063A JPH09312163A (ja) | 1996-05-22 | 1996-05-22 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09312163A true JPH09312163A (ja) | 1997-12-02 |
Family
ID=14950675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8127063A Withdrawn JPH09312163A (ja) | 1996-05-22 | 1996-05-22 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09312163A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001229935A (ja) * | 1999-12-27 | 2001-08-24 | Corning Inc | 固体酸化物電解質型燃料電池モジュールおよびその製造方法 |
| JP2001319665A (ja) * | 2000-05-08 | 2001-11-16 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池及びその電解質の製造方法 |
| WO2004082058A1 (ja) * | 2003-03-13 | 2004-09-23 | Tokyo Gas Company Limited | 固体酸化物形燃料電池モジュール |
| JP2008524808A (ja) * | 2004-12-17 | 2008-07-10 | コーニング インコーポレイテッド | 波形パターンを有する電解質シート |
| JP2009507341A (ja) * | 2005-09-02 | 2009-02-19 | コーニング インコーポレイテッド | 波型パターンを備えた電解質シート |
-
1996
- 1996-05-22 JP JP8127063A patent/JPH09312163A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001229935A (ja) * | 1999-12-27 | 2001-08-24 | Corning Inc | 固体酸化物電解質型燃料電池モジュールおよびその製造方法 |
| JP2001319665A (ja) * | 2000-05-08 | 2001-11-16 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池及びその電解質の製造方法 |
| WO2004082058A1 (ja) * | 2003-03-13 | 2004-09-23 | Tokyo Gas Company Limited | 固体酸化物形燃料電池モジュール |
| EP1603183A4 (en) * | 2003-03-13 | 2008-03-12 | Tokyo Gas Co Ltd | SOLID-OXYGEN FUEL CELL MODULE |
| US7989113B2 (en) | 2003-03-13 | 2011-08-02 | Tokyo Gas Co., Ltd. | Solid-oxide shaped fuel cell module |
| JP2008524808A (ja) * | 2004-12-17 | 2008-07-10 | コーニング インコーポレイテッド | 波形パターンを有する電解質シート |
| JP2009507341A (ja) * | 2005-09-02 | 2009-02-19 | コーニング インコーポレイテッド | 波型パターンを備えた電解質シート |
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