JP2010238436A - Solid oxide fuel battery - Google Patents
Solid oxide fuel battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010238436A JP2010238436A JP2009083262A JP2009083262A JP2010238436A JP 2010238436 A JP2010238436 A JP 2010238436A JP 2009083262 A JP2009083262 A JP 2009083262A JP 2009083262 A JP2009083262 A JP 2009083262A JP 2010238436 A JP2010238436 A JP 2010238436A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cooling
- separator
- fuel cell
- electrode layer
- air
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、発電セルとセパレータを交互に積層したスタック構造の固体酸化物形燃料電池に関し、特に、スタックの積層方向における温度の均一化を図った固体酸化物形燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a solid oxide fuel cell having a stack structure in which power generation cells and separators are alternately stacked, and more particularly to a solid oxide fuel cell in which the temperature is uniform in the stacking direction of the stack.
近年、燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する固体酸化物形燃料電池が高効率でクリーンな発電装置として注目されている。この固体酸化物形燃料電池は、酸化物イオン導電体から成る固体電解質層を両側から空気極層(カソード)と燃料極層(アノード)で挟み込んだ積層構造を有する。 In recent years, solid oxide fuel cells that directly convert chemical energy of fuel into electrical energy have attracted attention as high-efficiency and clean power generators. This solid oxide fuel cell has a stacked structure in which a solid electrolyte layer made of an oxide ion conductor is sandwiched between an air electrode layer (cathode) and a fuel electrode layer (anode) from both sides.
発電時、反応用ガスとして空気極層側に酸化剤ガス(酸素) が、また燃料極層側に燃料ガス (H2、CO、CH4等)が供給される。空気極層と燃料極層は、反応用ガスが固体電解質層との界面に到達することができるよう、何れも多孔質の層とされている。 During power generation, an oxidant gas (oxygen) is supplied to the air electrode layer side and a fuel gas (H 2 , CO, CH 4, etc.) is supplied to the fuel electrode layer side as a reaction gas. The air electrode layer and the fuel electrode layer are both porous layers so that the reaction gas can reach the interface with the solid electrolyte layer.
空気極層側に供給された酸素は、空気極層内の気孔を通って固体電解質層との界面近傍に到達し、この部分で空気極層から電子を受け取って酸化物イオン(O2-)にイオン化される。この酸化物イオンは、燃料極層に向かって固体電解質層内を拡散移動し、燃料極層との界面近傍に到達した酸化物イオンはこの部分で燃料ガスと反応して反応生成物(H2O、CO2等)を生じ、燃料極層に電子を放出する。電極反応(発電反応)で生じた電子は、別ルートの外部負荷にて起電力として取り出すことができる。 Oxygen supplied to the air electrode layer passes through the pores in the air electrode layer and reaches the vicinity of the interface with the solid electrolyte layer, and receives electrons from the air electrode layer at this portion to receive oxide ions (O 2− ). Is ionized. The oxide ions diffuse and move in the solid electrolyte layer toward the fuel electrode layer, and the oxide ions that reach the vicinity of the interface with the fuel electrode layer react with the fuel gas at this portion to react with the reaction product (H 2 O, CO 2, etc.) are generated and electrons are emitted to the fuel electrode layer. Electrons generated in the electrode reaction (power generation reaction) can be taken out as an electromotive force at an external load on another route.
そして、平板積層型の固体酸化物形燃料電池は、発電セル、集電体、セパレータを交互に複数積層してスタック化すると共に、この積層体(これを燃料電池スタックという)に積層方向の荷重を掛けて上述した各構成要素を相互に圧接・密着させることにより構成されている。 A flat-stacked solid oxide fuel cell stacks a plurality of power generation cells, current collectors, and separators alternately, and stacks them, and loads in this stack (this is called a fuel cell stack) in the stacking direction. And the above-described constituent elements are pressed and brought into close contact with each other.
ところで、上述した平板積層型の燃料電池スタックでは、スタック中段部のセル温度(セパレータ温度)がスタック端部のセル温度に比べて極端に高くなる傾向がある。これは、燃料電池スタックが積層構造であるため両端部に比べて中段部の放熱性が悪く、発電時のジュール熱をセル外に発散し難くなっていることに起因している。 By the way, in the flat plate type fuel cell stack described above, the cell temperature (separator temperature) at the middle stage of the stack tends to be extremely higher than the cell temperature at the end of the stack. This is due to the fact that the fuel cell stack has a laminated structure, so that the heat dissipation of the middle stage is poor compared to both ends, and it is difficult for the Joule heat generated during power generation to be dissipated outside the cell.
そして、燃料電池スタックの積層方向に温度差が生じると、高温部においては流通ガスの濃度が低下し、各発電セルへの反応用ガスの等流配が崩れるため、セル電圧の不均一が生じることになる。多数の発電セルを直列に接続して構成される燃料電池スタックでは、各発電セルにこのような電圧の不均一が生じていると、燃料電池のトータル出力が一部の低電圧セルにより制限されることになり、効率的な発電が行えない。 When a temperature difference occurs in the stacking direction of the fuel cell stack, the concentration of the circulating gas decreases in the high temperature part, and the uniform distribution of the reaction gas to each power generation cell collapses, resulting in nonuniform cell voltage. It will be. In a fuel cell stack configured by connecting a large number of power generation cells in series, if such voltage non-uniformity occurs in each power generation cell, the total output of the fuel cell is limited by some low voltage cells. Therefore, efficient power generation cannot be performed.
そこで、燃料電池スタックの温度を均一化する技術として、下記特許文献1に、燃料電池スタックの積層方向の中段部分におけるセパレータ間に放熱体を配設した燃料電池が開示されている。
Therefore, as a technique for equalizing the temperature of the fuel cell stack, the following
図11は、特許文献1に記載された燃料電池スタックの構成図、図12は放熱体の構成を示す斜視図、図13は放熱体を積層した燃料電池スタックにおける反応用ガスの流れを示す図である。
FIG. 11 is a configuration diagram of the fuel cell stack described in
図11に示すように、燃料電池スタック1は、固体電解質層2の両面に燃料極層3と空気極層4を配して構成された発電セル5と、燃料極層3の外側に配した燃料極集電体6と、空気極層4の外側に配した空気極集電体7と、各集電体6、7の外側に配したセパレータ8とで構成される単セル10を多数積層して構成されている。
As shown in FIG. 11, the
ここで、例えば、固体電解質層2はイットリアを添加した安定化ジルコニア(YSZ)等で構成され、燃料極層3はNi、Co等の金属、あるいはNi−YSZ、Co−YSZ等のサーメットで構成され、空気極層4はLaMnO3、LaCoO3等で構成され、燃料極集電体6はNi基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、空気極集電体7はAg基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、セパレータ8はステンレス等で構成されている。
Here, for example, the solid electrolyte layer 2 is made of stabilized zirconia (YSZ) or the like to which yttria is added, and the
上記セパレータ8は、発電セル5間を電気的に接続すると共に、発電セル5に対して反応用ガスを供給する機能を有し、燃料ガスをセパレータ8の外周部から導入してセパレータ8の燃料極集電体6に対向する面のほぼ中央部に位置する反応ガス吐出孔11aから吐出する燃料ガス通路11と、酸化剤ガスをセパレータ8の外周部から導入してセパレータ8の空気極集電体7に対向する面のほぼ中央部に位置する反応ガス吐出孔12aから吐出する酸化剤ガス通路12を有している。
The
また、燃料電池スタック1の内部には、スタック積層方向に延びる燃料ガス用マニホールド13と酸化剤ガス用マニホールド14が形成されており、燃料ガス用マニホールド13には、各セパレータ8の燃料ガス通路11が連通し、酸化剤ガス用マニホールド14には、各セパレータの酸化剤ガス通路12が連通している。
In addition, a
そして、運転時には、各マニホールド13、14に外部から供給された燃料ガスと酸化剤ガス(空気)が導入され、各反応用ガスが各セパレータ8の各ガス通路11、12を介して燃料極集電体6側と空気極集電体7側に吐出し、これら集電体6、7の内部を拡散・移動して各発電セル5の各電極に誘導され、発電反応を生じさせる。
During operation, fuel gas and oxidant gas (air) supplied from the outside are introduced into the
この燃料電池スタック1は、発電セル5の外周部にガス漏れ防止シールを敢えて設けないシールレス構造を採用しており、発電反応で消費されなかった余剰ガス(排ガス)を発電セルの外周部から自由に放出するようになっている。また、この発電反応の際に生じた発電セル部分のジュール熱は、隣接するセパレータ8に熱伝導され、セパレータ8の外周部より放熱される。
This
また、この燃料電池スタック1では、積層方向の中段付近において、上下をセパレータ8に挟まれる形で放熱体20が配設されている。この放熱体20は、熱伝導性に優れる金属にて構成されており、図12に示すように、円柱状の支持部22と、この支持部22の周側面より放射状に突設した複数枚の放熱用プレート部材23(放熱フィン23)と、支持部22の上下両端に設けたフランジ部21、21とを備え、支持部22が燃料電池スタック1の面方向のほぼ中央に位置するように配設されている。
In the
ここで、フランジ部21は、セパレータ8とセパレータ8の間に一体的に密接した状態で配設されることにより、隣接セパレータ8、8との良好な電気的接触が得られるようになっている。また、支持部22は、主にセル電流の経路となると共に、上部フランジ部21に加わる積層方向の荷重を支える。
Here, the
この支持部22を、スタック面方向のほぼ中央部に配置することにより、発電セル5の中央部に集中して積層方向に流れるスタック電流を効率良く次段の発電セル5に中継することができる。なお、支持部22は、中実であっても中空であってもよく、中空の場合は、中空部に生じる熱溜まりを外部に逃がすための多数の孔が周壁に設けられている。
By disposing the
また、放熱フィン23が支持部22を中心に放射状に設けられていることにより、放熱フィン23による放熱効果が向上する。
In addition, since the
このように、放熱体20をセパレータ8とセパレータ8の間に一体的に密接した状態で配設した場合、スタック内部の温度が相対的に高くなり易いスタック中段部において発電セル5からのジュール熱を隣接セパレータ8、8の全面より熱伝導して、放熱フィン23より効率良く放熱することができる。
Thus, when the
その結果、スタック中段部の温度をスタック上下段部の温度に近づくように、積層方向の全体に亘って温度差を低下させることができ、これにより、スタック積層方向の温度分布の均一化を図ることができ、各発電セル5における電圧分布を抑えることができると共に、スタック全体の温度を発電反応温度に適した所定の温度範囲に維持することが可能となる。よって、一部の低電圧セルに規制されない効率的な発電が行えるようになると共に、高温下で生じ易い熱応力による各電極層3、4の剥離等、発電セル5の破損を防止でき、燃料電池の耐久性(熱サイクル特性)を向上することができる。
As a result, the temperature difference across the stacking direction can be reduced so that the temperature of the stack middle stage approaches the temperature of the stack upper and lower stages, thereby achieving a uniform temperature distribution in the stack stacking direction. Thus, the voltage distribution in each
ところで、上述した特許文献1に記載の燃料電池では、セパレータ8とセパレータ8の間に放熱体20を挟み込み、放熱体20の表面からの放熱作用により高温部位の温度を下げて、燃料電池スタックの積層方向の温度分布の均一化を図っているが、それでも単セルの最高温度を十分に下げられない場合がある。そのような場合は、放熱体20の厚さや放熱フィンの枚数を増すなどして放熱面積を増やすようにしているが、放熱効果を上げようとすると、構造が複雑化するという問題ある。
By the way, in the fuel cell described in
また、放熱体20を配置しても、なお最高温度が高い場合には、発電セル5への空気の供給量を増やして最高温度を下げるようにしているが、発電セル5への空気の供給量を増やすと、同じ割合で他の部分(最低温度部等)も温度が下がってしまい、発電効率が下がるという問題が生じる。
In addition, even when the
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、放熱体よりも簡単な構成で効果的に最高温度を下げることができ、それにより、燃料電池スタックの積層方向の温度分布の一層の均一化を図れるようにして、発電効率の向上を可能にした固体酸化物形燃料電池を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and can effectively lower the maximum temperature with a simpler structure than a radiator, thereby further uniforming the temperature distribution in the stacking direction of the fuel cell stack. Therefore, an object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell that can improve power generation efficiency.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、固体電解質層の両面に燃料極層と空気極層を配置して発電セルを構成し、この発電セルの外側に燃料極集電体と空気極集電体を配置し、これらの集電体の外側にセパレータを配置して単セルを構成すると共に、この単セルを複数積層することにより燃料電池スタックを構成し、更に上記セパレータの上記燃料極層及び空気極層に対向する各面に反応ガスを吐出するための反応ガス吐出孔を形成して、当該セパレータの内部流路を通して上記反応ガス吐出孔より上記集電体を介して上記燃料極層及び空気極層に反応ガスを供給することにより発電反応を生じさせる固体酸化物形燃料電池において、上記燃料電池スタックの積層方向の任意の箇所に冷却用セパレータを積層し、該冷却用のセパレータの内部に、冷却用の空気を流通させることができ且つ流通後の空気を上記反応ガス吐出孔とは非連通の別の出口よりセパレータ外に排出する冷却専用通路を設けたことを特徴とするものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池において、上記冷却用セパレータの内部に、上記冷却専用通路の他に、上記燃料極層に対向する上記反応ガス吐出孔に連通した燃料ガス供給路、及び、上記空気極層に対向する上記反応ガス吐出孔に連通した酸化剤ガス供給路の少なくとも1つの内部ガス供給路を形成したことを特徴とするものである。
The invention according to claim 2 is the solid oxide fuel cell according to
さらに、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の固体酸化物形燃料電池において、上記燃料電池スタックの積層方向の上記冷却用セパレータに隣接する箇所に放熱体を配設し、該放熱体に向けて上記冷却専用通路からの空気が排出されるように、当該冷却専用通路の出口を設けたことを特徴とするものである。
Furthermore, the invention described in
請求項1に記載の発明によれば、冷却用セパレータの内部に冷却専用通路を設け、その冷却専用通路に空気を流通させることにより、積極的にセパレータおよびその周囲の熱を逃がすことができるので、このセパレータを最高温度箇所に挿入しておくことにより、最高温度の低減を図ることができ、燃料電池スタックの積層方向における温度分布の均一化を図ることができる。その際、この冷却専用通路に流す空気は、発電セルに向かうものではないので、セパレータに供給する空気量を増やしたからといって、高温部以外の温度を従来のように予想外に低下させてしまうことはない。 According to the first aspect of the present invention, since the cooling dedicated passage is provided in the cooling separator and air is circulated through the cooling dedicated passage, the separator and the surrounding heat can be actively released. By inserting this separator at the maximum temperature location, the maximum temperature can be reduced, and the temperature distribution in the stacking direction of the fuel cell stack can be made uniform. At that time, the air flowing through this cooling-only passage does not go to the power generation cell, so just because the amount of air supplied to the separator is increased, the temperature other than the high temperature part is lowered unexpectedly. There is no end.
また、一般的に酸化剤ガスとして発電セルに供給する空気量は、発電に必要な空気量よりも多目(例えば、1.4倍程度)に設定してあるので、その余分な空気量をセパレータの冷却に回すことができ、供給する空気の有効利用が図れる。また、構造的にはセパレータの内部に冷却専用通路を設けるだけであるから、嵩張ることもなく、スタックの構造が特に複雑になることもない。 In general, the amount of air supplied to the power generation cell as the oxidant gas is set to be larger (for example, about 1.4 times) than the amount of air necessary for power generation. The separator can be used for cooling, and the supplied air can be effectively used. Moreover, structurally, only the cooling dedicated passage is provided inside the separator, so that it is not bulky and the stack structure is not particularly complicated.
また、冷却用セパレータには冷却に必要な量だけ空気を流すことができ、必要に応じて空気量を増やすだけで、冷却効果を大いに高めることができる。また、冷却用の空気は、酸化剤ガスとして発電セルに供給するものと同じラインで供給できることから、大きな構造変更やコスト増を伴わずに、スタック内の積層方向における温度分布の均一化を図ることができて、発電効率を高めることができる。 In addition, air can be flowed through the cooling separator in an amount necessary for cooling, and the cooling effect can be greatly enhanced by simply increasing the amount of air as necessary. In addition, since the cooling air can be supplied through the same line as that supplied to the power generation cell as the oxidant gas, the temperature distribution in the stacking direction in the stack is made uniform without major structural changes and cost increases. It is possible to increase the power generation efficiency.
さらに、請求項2に記載の発明によれば、冷却用のセパレータとはいえ、発電セルへの反応用ガスの吐出機能も備えているので、通常のセパレータと全く同じにスタック内に組み込むことができる。 Furthermore, according to the invention described in claim 2, although it is a separator for cooling, it also has a function of discharging a reaction gas to the power generation cell, so that it can be incorporated into the stack in exactly the same manner as a normal separator. it can.
また、請求項3に記載の発明によれば、冷却用セパレータに隣接する箇所に放熱体を配設し、その放熱体に向けて冷却専用通路から排出された空気を排出するようにしてるので、放熱体を単に加えたことによる冷却効果の向上の他に、流れる空気により放熱体の表面の放熱性能を高めることができる。従って、冷却用セパレータと放熱体との組み合わせによって、より大きな冷却効果を発揮することができて、放熱体の構造の複雑化を避けることもできる。
In addition, according to the invention described in
以下、本発明の実施形態を図1〜図10を参照して説明する。
図1に示す固体酸化物形燃料電池は、先に図11を用いて説明したものと同様に、固体電解質層2の両面に燃料極層3と空気極層4を配置して発電セル5を構成し、この発電セル5の外側に燃料極集電体6と空気極集電体7を配置し、これらの集電体6、7の外側にセパレータ8を配置して単セル10を構成すると共に、この単セル10を複数積層することにより燃料電池スタック101を構成し、更にセパレータ8の燃料極層3及び空気極層4に対向する各面に反応ガスを吐出するための反応ガス吐出孔11a、12aを形成して、当該セパレータ8の内部流路11、12を通して反応ガス吐出孔11a、12aより集電体6、7を介して燃料極層3及び空気極層4に反応ガス(酸化剤ガスAと燃料ガスB)を供給することにより発電反応を生じさせるものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the solid oxide fuel cell shown in FIG. 1, the
この基本的な構成は図11のものと同様である。なお、積層方向の端部のセパレータ8A、8Bは、片面だけに反応ガス吐出孔11a、11bを有するものであるので、便宜上、区別する符号を付してある。
This basic configuration is the same as that of FIG. Note that the
図1に示す本実施形態の燃料電池が図11のものと異なるのは、放熱体を介在させる代わりに、燃料電池スタックの積層方向の任意の箇所に冷却用セパレータ80を積層し、該冷却用のセパレータ80の内部に、冷却用の空気を流通させることができて且つ流通後の空気を反応ガス吐出孔12aとは非連通の別の出口83aよりセパレータ80外に排出する冷却専用通路83を設けた点である。
The fuel cell of the present embodiment shown in FIG. 1 is different from that of FIG. 11 in that a
この場合の冷却用セパレータ80は、冷却専用通路83の他に、燃料極層3に対向する反応ガス吐出孔11aに連通した燃料ガス供給路11、及び、空気極層4に対向する反応ガス吐出孔12aに連通した酸化剤ガス供給路12を共に有するもので、3つの独立した流路を内部に有している。
In this case, the cooling
なお、この冷却用セパレータ80は、図2に示すように、冷却専用通路83だけを形成したセパレータ81と、反応ガス吐出孔11a及び燃料ガス供給路11だけを形成したセパレータ8Bと、反応ガス吐出孔12a及び酸化剤ガス供給路12だけを形成したセパレータ8Aとを積層して構成することもできる。
As shown in FIG. 2, the cooling
図3は、燃料電池スタック101に組み込まれる一般的なセパレータ(ベースセパレータ)8の平面図であり、このセパレータ8には、燃料ガス供給路11及び酸化剤ガス供給路12が形成され、燃料ガス用マニホールド13には燃料ガス通路11が連通し、酸化剤ガス用マニホールド14には酸化剤ガス通路12が連通している。
FIG. 3 is a plan view of a general separator (base separator) 8 incorporated in the
図4は、図2の冷却専用通路だけを形成したセパレータ81の平面構成を示す平面図であり、このセパレータ81には、冷却専用通路83だけしか形成されていない。この冷却専用通路83の基端は酸化剤ガス用マニホールド14に連通し、先端は出口83aとしてセパレータ外周面に開口している。
FIG. 4 is a plan view showing a planar configuration of the
このように、本実施形態の固体酸化物形燃料電池は、燃料電池スタック101の任意の箇所に冷却用セパレータ80を介在させたので、その内部の冷却専用通路83に空気を流通させることにより、積極的にセパレータ80およびその周囲の熱を逃がすことができる。従って、このセパレータ80を最高温度箇所に挿入しておくことにより、最高温度の低減を図ることができ、燃料電池スタック101の積層方向における温度分布の均一化を図ることができる。
As described above, since the solid oxide fuel cell of the present embodiment has the cooling
その際、この冷却専用通路83に流す空気は、発電セル5に向かうものではないので、セパレータ8、80に供給する空気量を増やしたからといって、高温部以外の温度を従来のように予想外に低下させてしまうことはない。また一般的に酸化剤ガスとして発電セル5に供給する空気量は、発電に必要な空気量よりも多目(例えば、1.4倍程度)に設定してあるので、その余分な空気量をセパレータ80の冷却に回すことができ、供給する空気の有効利用が図れる。
At this time, since the air flowing through the cooling
また、構造的にはセパレータ80の内部に冷却専用通路83を設けるだけであるから、嵩張ることもなく、スタック101の構造が特別に複雑になることもない。また、冷却用セパレータ80には冷却に必要な量だけ空気を流すことができ、必要に応じて空気量を増やすだけで、冷却効果を大いに高めることができる。また、冷却用の空気は、酸化剤ガスとして発電セル5に供給するものと同じラインで供給できることから、大き構造変更やコスト増を伴わずに、スタック101内の積層方向における温度分布の均一化を図ることができて、発電効率を高めることができる。
Further, structurally, only the cooling
図5は、第2実施形態の固体酸化物形燃料電池の原理構成を示す側面図である。
この燃料電池では、燃料電池スタック102の積層方向の任意の箇所に、2枚の冷却用セパレータ80A、80Bが介装されており、それら2枚の冷却用セパレータ80A、80Bの間に、電気の流れる経路を確保する導電部材170が介在されている。上側の冷却用セパレータ80Bは、冷却専用通路83と燃料ガス通路11を有するもの、下側の冷却用セパレータ80Aは、冷却専用通路83と酸化剤ガス通路12を有するものである。
FIG. 5 is a side view showing the principle configuration of the solid oxide fuel cell according to the second embodiment.
In this fuel cell, two
この場合は、燃料電池スタック102の途中に2枚の冷却用セパレータ80A、80Bを介在させているので、第1実施形態よりも冷却効果を高めることができる。また、導電部材170を介在させることによって、冷却用セパレータ80A、80Bの片面を開放したので、放熱効果も高めることができる。なお、導電部材170を省略して冷却用セパレータ80A、80B同士を密着させることもできるし、2枚の冷却用セパレータ80A、80Bのうちの一方について、冷却専用通路を持たない通常の片面タイプのセパレータ8A、8Bに置き換えることもできる。
In this case, since the two
図6は、第3実施形態の固体酸化物形燃料電池の原理構成を示す側面図である。
この燃料電池では、燃料電池スタック103の積層方向の任意の箇所に1枚の冷却用セパレータ180を介装し、それに隣接する箇所に放熱体120を配設しており、放熱体120に向けて冷却用セパレータ180内の冷却専用通路83からの空気が排出されるように、冷却専用通路83の出口83の位置を設定している。この場合、冷却用セパレータ180には、図7に示すように、冷却専用通路83の他に燃料ガス通路11が設けられている。
FIG. 6 is a side view showing the principle configuration of the solid oxide fuel cell of the third embodiment.
In this fuel cell, a
図8〜図10は、放熱体120を設けた箇所の具体的な構成を示す図であり、放熱体120は、上側の冷却用セパレータ180と下側のセパレータ8Aに挟まれている。この補熱体120の構成は、図12に示したものとほぼ同様であり、全体が熱伝導性に優れる金属にて構成され、円筒状の支持部122と、この支持部122の外周側に放射状に配置された複数枚の放熱フィン123と、支持部122の上下両端に設けられたフランジ部121、121とを備え、支持部122が燃料電池スタック103の面方向のほぼ中央に位置するように配設されている。
8-10 is a figure which shows the specific structure of the location which provided the
フランジ部121は、セパレータ180とセパレータ8Aの間に一体的に密接した状態で配設されることにより、隣接セパレータ180、8Aとの良好な電気的接触が得られるようになっている。支持部122は、主にセル電流の経路となると共に、上部フランジ部121に加わる積層方向の荷重を支える。この支持部122をスタック面方向のほぼ中央部に配置することにより、発電セル5の中央部に集中して積層方向に流れるスタック電流を効率良く次段の発電セル5に中継することができる。支持部122は中空の円筒体よりなり、周壁に多数の孔122aを有している。
The
また、支持部122の上端はフランジ部121の上面に開口しており、その開口に上側の冷却用セパレータ180の冷却専用通路83の出口83aが連通している。従って、冷却用セパレータ180の出口83aから出てきた空気が、支持部122の円筒周壁の孔122aから上下のフランジ部121の間の空間を抜けて放射状に流れ出て行き、その間、フランジ部121や支持部122や放熱フィン123の表面に接触することで、放熱体120の放熱性能を大幅に向上させる。
Further, the upper end of the
従って、冷却用セパレータ180と放熱体120の組み合わせによって、より大きな冷却効果を発揮することができて、放熱体120の構造の複雑化を避けることができる。
Therefore, a greater cooling effect can be exhibited by the combination of the
2 固体電解質層
3 燃料極層
4 空気極層
5 発電セル
6 燃料極集電体
7 空気極集電体
8,8A,8B セパレータ
11 燃料ガス通路
11a 反応ガス吐出孔
12 酸化剤ガス通路
12a 反応ガス吐出孔
80,80A,80B,180 冷却用セパレータ
83 冷却専用通路
83a 出口
101,102,103 燃料電池スタック
120 放熱体
2
Claims (3)
上記燃料電池スタックの積層方向の任意の箇所に冷却用セパレータを積層し、該冷却用のセパレータの内部に、冷却用の空気を流通させることができ且つ流通後の空気を上記反応ガス吐出孔とは非連通の別の出口よりセパレータ外に排出する冷却専用通路を設けたことを特徴とする固体酸化物形燃料電池。 A power generation cell is configured by disposing a fuel electrode layer and an air electrode layer on both sides of the solid electrolyte layer, and a fuel electrode current collector and an air electrode current collector are disposed outside the power generation cell. A single cell is formed by arranging a separator on the outside, and a fuel cell stack is formed by stacking a plurality of the single cells, and a reaction gas is provided on each surface of the separator facing the fuel electrode layer and the air electrode layer. Forming a reaction gas discharge hole for discharging gas and supplying the reaction gas from the reaction gas discharge hole to the fuel electrode layer and the air electrode layer through the current collector through the internal flow path of the separator. In a solid oxide fuel cell that generates a power generation reaction,
Cooling separators can be stacked at any location in the stacking direction of the fuel cell stack, cooling air can be circulated inside the cooling separator, and the circulated air can be connected to the reaction gas discharge holes. Is a solid oxide fuel cell characterized in that a cooling-only passage is provided to discharge outside the separator from another non-communication outlet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009083262A JP2010238436A (en) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | Solid oxide fuel battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009083262A JP2010238436A (en) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | Solid oxide fuel battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010238436A true JP2010238436A (en) | 2010-10-21 |
Family
ID=43092600
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009083262A Withdrawn JP2010238436A (en) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | Solid oxide fuel battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010238436A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11108060B2 (en) | 2017-07-26 | 2021-08-31 | Lg Chem, Ltd. | Fuel cell stack structure |
-
2009
- 2009-03-30 JP JP2009083262A patent/JP2010238436A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11108060B2 (en) | 2017-07-26 | 2021-08-31 | Lg Chem, Ltd. | Fuel cell stack structure |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR20060087100A (en) | Stack for fuel cell and fuel cell system with the same | |
US20080274388A1 (en) | Solid Oxide Type Fuel Cell | |
JP4389493B2 (en) | Fuel cell | |
JP2004111395A (en) | Stream disruption receptacle enhanced fuel cell | |
JP2004139960A (en) | Fuel cell | |
JP2005203255A (en) | Manifold structure of fuel cell | |
JP4461949B2 (en) | Solid oxide fuel cell | |
JP2005085520A (en) | Solid oxide fuel cell | |
JP2008226704A (en) | Solid oxide fuel cell, and supplying method of oxidizing gas | |
JP2005085521A (en) | Solid oxide fuel cell | |
JP2010238436A (en) | Solid oxide fuel battery | |
JP4984374B2 (en) | Fuel cell | |
JP2006196325A (en) | Solid oxide fuel cell | |
US20100081027A1 (en) | Solid oxide fuel cell and fuel cell stack | |
JP2005044599A (en) | Fuel cell | |
JP2006086018A (en) | Solid oxide fuel cell | |
JP4544055B2 (en) | Fuel cell | |
JP2008218279A (en) | Solid oxide fuel cell, and supplying method of fuel gas | |
JP2005005073A (en) | Fuel cell separator and solid oxide fuel cell | |
JP5387820B2 (en) | Solid oxide fuel cell | |
JP5423526B2 (en) | Flat plate fuel cell | |
JP2009054414A (en) | Fuel cell stack | |
KR101147233B1 (en) | Fuel cell system and stack of the same | |
JP5211621B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP4945963B2 (en) | Fuel cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20120605 |