(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器内に燃焼室仕切板を設けて、燃焼室と反応室を形成し、複数の有底筒状の固体電解質型燃料電池セルを、前記燃焼室仕切板に形成された複数のセル挿入孔に、開口部が前記燃焼室仕切板から前記燃焼室側に突出するようにそれぞれ挿入し固定してなり、前記燃焼室を貫通する空気導入管により空気を前記固体電解質型燃料電池セル内にそれぞれ供給し、かつ、燃料ガスを前記反応室内の前記固体電解質型燃料電池セル間に供給して反応させ、余剰の燃料ガスを前記燃焼室仕切板に形成された余剰燃料ガス噴出孔から前記燃焼室内に噴出させ、前記燃焼室内の空気と反応させて燃焼させる固体電解質型燃料電池であって、前記反応室の前記燃焼室側に、燃料ガスの供給源側の前記反応室よりも断面積が大きい余剰燃料ガス分散室を設けるとともに、該余剰燃料ガス分散室に連続して前記燃焼室を設けたことを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【請求項２】
余剰燃料ガス分散室の断面積が燃焼室側に向けて次第に大きく形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。
【請求項３】
余剰燃料ガス分散室に、複数のセラミックボールを収容してなることを特徴とする請求項１または２記載の固体電解質型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体電解質型燃料電池に関し、特に、燃焼室仕切板を用いて燃焼室および反応室を形成した固体電解質型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来の固体電解質型燃料電池は、図６に示すように、反応容器５１内に、空気室仕切板５３、燃焼室仕切板５５、燃料ガス室仕切板５７を用いて空気室Ａ、燃焼室Ｂ、反応室Ｃ、燃料ガス室Ｄが形成されている。
【０００３】
反応容器５１内に収容された複数の有底筒状の固体電解質型燃料電池セル５９は燃焼室仕切板５５に形成された複数のセル挿入孔６０にそれぞれ挿入固定され、その開口部６１は燃焼室仕切板５５から燃焼室Ｂ内に突出しており、その内部には、空気室仕切板５３に固定された空気導入管６３の一端が挿入されている。
【０００４】
燃焼室仕切板５５には、余剰の燃料ガスを燃焼室Ｂに導入するための余剰燃料ガス噴出孔６４が形成されており、燃料ガス室仕切板５７には、燃料ガスを反応室Ｃ内に供給するための供給孔が形成されている。
【０００５】
また、反応容器５１には、例えば水素からなる燃料ガスを導入する燃料ガス導入口６５、空気を導入する空気導入口６７、燃焼室Ｂ内で燃焼したガスを排出するための排気口６９が形成されている。
【０００６】
このような固体電解質型燃料電池は、空気室Ａからの空気を、空気導入管６３を介して固体電解質型燃料電池セル５９内にそれぞれ供給し、かつ、燃料ガス室Ｄからの燃料ガスを複数の固体電解質型燃料電池セル５９間に供給し、反応室Ｃにて反応させ、余剰の空気と余剰の燃料ガスを燃焼室Ｂにて燃焼させ、燃焼したガスが排気口６９から外部に排出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の固体電解質型燃料電池は、図６に示すように、有底筒状の固体電解質型燃料電池セル５９の開口部６１が燃焼室仕切板５５から燃焼室Ｂ内に突出しており、この開口部６１付近に、燃焼室仕切板５５に形成された余剰燃料ガス噴出孔６４が集中して設けられた構造であり、余剰の燃料ガスが噴出されるため、セル５９の開口部６１付近に燃焼領域が集中していた。このため、燃焼室Ｂに突出したセル５９の開口部６１付近がスポット的に高温にさらされ、熱応力によって割れるという問題があった。この開口部６１の割れに起因してセル全体が破損し、発電性能が劣化する虞があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題に検討を加えた結果、反応室の燃焼室側に余剰燃料ガス分散室を設け、この余剰燃料ガス分散室の断面積を、反応室側の燃料ガス供給源側よりも大きくし、余剰燃料ガス分散室に連続して燃焼室を設けることで、燃焼室内の燃焼領域を分散させ、セルの開口部付近の温度を下げることができ、セルの開口部に作用する熱応力を効果的に低減できることを見出し、本発明に至った。
【０００９】
即ち、本発明の固体電解質型燃料電池は、反応容器内に燃焼室仕切板を設けて、燃焼室と反応室を形成し、複数の有底筒状の固体電解質型燃料電池セルを、前記燃焼室仕切板に形成された複数のセル挿入孔に、開口部が前記燃焼室仕切板から前記燃焼室側に突出するようにそれぞれ挿入し固定してなり、前記燃焼室を貫通する空気導入管により空気を前記固体電解質型燃料電池セル内にそれぞれ供給し、かつ、燃料ガスを前記反応室内の前記固体電解質型燃料電池セル間に供給して反応させ、余剰の燃料ガスを前記燃焼室仕切板に形成された余剰燃料ガス噴出孔から前記燃焼室内に噴出させ、前記燃焼室内の空気と反応させて燃焼させる固体電解質型燃料電池であって、前記反応室の前記燃焼室側に、燃料ガスの供給源側の前記反応室よりも断面積が大きい余剰燃料ガス分散室を設けるとともに、該余剰燃料ガス分散室に連続して前記燃焼室を設けたものである。
【００１０】
ここで、余剰燃料ガス分散室の断面積が、燃焼室側に向けて次第に大きく形成されていることが望ましい。また、余剰燃料ガス分散室に、複数のセラミックボールを収容してなることが望ましい。
【００１１】
【作用】
余剰燃料ガスの燃焼反応は比較的大きな反応速度を有するため、余剰燃料ガスは燃焼室に供給された直後にすぐ燃焼反応する。このため、燃焼反応による温度上昇は燃焼領域の熱容量、即ち余剰燃料ガスの供給面積に反比例する。
【００１２】
本発明の固体電解質型燃料電池では、反応室の燃焼室側に、燃料ガスの供給源側の反応室よりも断面積が大きい余剰燃料ガス分散室を設けるとともに、この余剰燃料ガス分散室に連続して燃焼室を設けたので、余剰燃料ガスの燃焼室への供給面積が大きくなり、燃焼室内の燃焼領域を分散させ、セルの開口部付近の温度を下げることができ、セルの開口部に作用する熱応力を効果的に低減することができる。また、燃焼室内の局所的な高温を抑制することで、各部材への熱的負荷を軽減することができる。
【００１３】
また、余剰燃料ガス分散室の断面積を、燃焼室側に向けて次第に大きくしたので、余剰燃料ガス分散室において余剰燃料ガスが十分に分散される。
【００１４】
さらに、余剰燃料ガス分散室に、複数のセラミックボールを収容することにより、余剰燃料ガス分散室において余剰燃料ガスが十分に分散される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の固体電解質型燃料電池は、図１に示すように、反応容器１内に、空気室仕切板３、燃焼室仕切板５、燃料ガス室仕切板７を用いて空気室Ａ、燃焼室Ｂ、反応室Ｃ、燃料ガス室Ｄが形成されている。
【００１６】
反応容器１内に収容された複数の有底筒状の固体電解質型燃料電池セル９は、燃焼室仕切板５に形成された複数のセル挿入孔６にそれぞれ挿入固定され、その開口部１０は燃焼室仕切板５から燃焼室Ｂ内に突出しており、その内部には、空気室仕切板３に挿入固定された空気導入管１１の一端が挿入されている。
【００１７】
燃焼室仕切板５には、図２に示すように、余剰の燃料ガスを燃焼室Ｂに導入するための多数の余剰燃料ガス噴出孔１２が形成されており、燃料ガス室仕切板７には、燃料ガスを反応室Ｃ内に供給するための多数の供給孔１４が形成されている。
【００１８】
また、反応容器１には、図１に示すように、例えば水素からなる燃料ガスを導入する燃料ガス導入口１３、空気を導入する空気導入口１７、燃焼室Ｂ内で燃焼したガスを排出するための排気口１９が形成されている。
【００１９】
そして、本発明の固体電解質型燃料電池では、反応室Ｃの燃焼室Ｂ側に、燃料ガスの供給源側の反応室Ｃよりも断面積が大きい余剰燃料ガス分散室Ｅが設けられている。この余剰燃料ガス分散室Ｅは燃焼室Ｂと連続している。
【００２０】
即ち、反応室Ｃ内に分散室仕切板２１が配置されており、燃焼室仕切板５と分散室仕切板２１との間が余剰燃料ガス分散室Ｅとされ、分散室仕切板２１には、余剰燃料ガスの噴出孔が多数形成されている。燃焼室Ｂの断面積は、反応室Ｃの断面積よりも大きくなるように形成されており、燃焼室Ｂと反応室Ｃとの間の余剰燃料ガス分散室Ｅは、燃焼室Ｂ側に向けて次第に断面積が大きく形成され、燃焼室Ｂに連続している。この余剰燃料ガス分散室Ｅには、余剰燃料ガスを分散するための複数のセラミックボール２３が収容されている。
【００２１】
尚、上記例では、余剰燃料ガス分散室Ｅにセラミックボール２３を収容したが、本発明では、余剰燃料ガス分散室Ｅにおいて余剰燃料ガスを十分に分散できれば、どのような分散部材を用いても良い。特に、固体電解質型燃料電池は１０００℃程度で作動するため、耐熱性という点から、セラミックボール２３を収容することが望ましい。
【００２２】
さらに、本発明においては、余剰燃料ガス分散室Ｅは燃焼室Ｂに向けて次第に断面積が大きくなる形状とされ、余剰燃料ガス分散室Ｅの上端部の断面積は燃焼室Ｂの下端部の断面積と同一とされ、余剰燃料ガス分散室Ｅは燃焼室Ｂに連続している。これにより、余剰燃料ガスが余剰燃料ガス分散室Ｅにおいて有効に分散され、燃焼室Ｂ内に噴出される。
【００２３】
また、発熱源の分散効果を十分にするために、余剰燃料ガス分散室Ｅの出口側（燃焼室Ｂ側）の断面積を、入口側（反応室Ｃ側）の断面積の２倍以上にすることが望ましい。
【００２４】
セル９は、図３に示すように、例えば、支持管としてのＬａＭｎＯ３  系空気極２５と、この空気極２５の表面に形成されたＹ２  Ｏ３  安定化ＺｒＯ２  からなる固体電解質２６と、固体電解質２６の表面に形成されたＮｉ−ジルコニア系の燃料極２７と、空気極２５と電気的に接続されるＬａＣｒＯ３  系よりなるインターコネクタ２８とから構成されている。
【００２５】
そして、図４に示すように、一方のセル９のインターコネクタ２８を、他方のセル９の燃料極２７にＮｉ金属繊維等の接続部材３１を介して、他方のセル９の燃料極２７に接続して、複数のセル９が電気的に接続され、スタック３３が構成されており、このようなスタック３３が、図１に示したように、反応容器１内に収容されて固体電解質型燃料電池が構成されている。反応容器１内には、一つのセル９のインターコネクタ２８に接続された電極３５と、他方のセル９の燃料極２７に接続された電極３７が配置されており、これらの電極３５、３７を介して電力が取り出される。
【００２６】
このような固体電解質型燃料電池は、空気を空気導入口１７から空気導入管１１を介してセル９内に導入するとともに、燃料ガス導入口１３から水素を導入し、燃料ガス室仕切板７の分散孔で分散してセル９の外部に導入することにより行われ、余剰の空気と燃料ガスは燃焼室Ｂ内で燃焼させられ、排気口１９から外部に排出される。
【００２７】
図５に固体電解質型燃料電池セル一本のガスの流れを示す。水素ガス（燃料ガス）はセル下方から導入され、発電により酸化されながら上方へと進む。一方空気（酸化ガス）は空気導入管１１を介してセル上方よりセル内部下方へ導入される。そしてセル内部下方より上部へと流れる。セル上部より排出された空気は発電で消費されなかった水素ガスと反応し、燃焼室Ｂ内で燃焼する。
【００２８】
以上のように構成された固体電解質型燃料電池では、反応室Ｃの燃焼室Ｂ側に、燃料ガスの供給源側の反応室Ｃよりも断面積が大きい余剰燃料ガス分散室Ｅを設け、余剰燃料ガス分散室Ｅに連続して燃焼室Ｂを設けたので、余剰燃料ガスの燃焼室Ｂへの供給面積が大きくなり、燃焼室Ｂ内の燃焼領域を分散させ、セル９の開口部１０付近の温度を下げることができ、セル９の開口部１０に作用する熱応力を効果的に低減することができる。また、燃焼室Ｂ内の局所的な高温を抑制することで各部材への熱的負荷を軽減することができる。
【００２９】
さらに、余剰燃料ガス分散室Ｅの断面積を、燃焼室Ｂ側に向けて次第に大きくしたので、余剰燃料ガスを有効に分散させることができる。また、余剰燃料ガス分散室に、複数のセラミックボール２３を収容したので、このセラミックボール２３により余剰燃料ガスを十分に分散することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の固体電解質型燃料電池では、反応室の燃焼室側に、燃料ガスの供給源側の反応室よりも断面積が大きい余剰燃料ガス分散室を設け、余剰燃料ガス分散室に連続して燃焼室を設けたので、余剰燃料ガスの燃焼室への供給面積が大きくなり、燃焼室内の燃焼領域を分散させ、セルの開口部付近の温度を下げることができ、セルの開口部に作用する熱応力を効果的に低減することができる。また、燃焼室内の局所的な高温を抑制することで、各部材への熱的負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体電解質型燃料電池の模式図である。
【図２】セル、燃焼室仕切板およびその近傍を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図３】固体電解質型燃料電池セルの断面図である。
【図４】スタックを示す平面図である。
【図５】固体電解質型燃料電池セルのガスの流れを説明するための説明図である。
【図６】従来の固体電解質型燃料電池の模式図である。
【符号の説明】
１・・・反応容器
３・・・空気室仕切板
５・・・燃焼室仕切板
６・・・セル挿入孔
７・・・燃料ガス室仕切板
９・・・固体電解質型燃料電池セル
１０・・・開口部
１２・・・余剰燃料ガス噴出孔
２３・・・セラミックボール
Ａ・・・空気室
Ｂ・・・燃焼室
Ｃ・・・反応室
Ｄ・・・燃料ガス室
Ｅ・・・余剰燃料ガス分散室
【図１】
0003585381.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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