JP2002008682A - Solid electrolyte type fuel cell - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば平板型等の
固体電解質からなる固体電解質型燃料電池に関し、特
に、固体電解質の正極側及び負極側を両側から挟み込
み、正極側及び負極側のそれぞれに異なる反応ガスを供
給するセパレータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid electrolyte fuel cell comprising, for example, a flat solid electrolyte, and more particularly, to a solid electrolyte fuel cell having a positive electrode and a negative electrode sandwiched from both sides, and having a positive electrode and a negative electrode, respectively. The present invention relates to a separator for supplying different reaction gases.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、例えば特開平3−129675号
公報に開示された固体電解質型燃料電池のように、固体
電解質体とセパレータ間のガスシールを不要とした固体
電解質型燃料電池が知られている。図6は、上記従来技
術の一例による固体電解質型燃料電池1の要部斜視図で
ある。この固体電解質型燃料電池1は、例えばジルコニ
ア等の酸化物固体電解質からなる固体電解質板を両側か
ら挟み込む正極及び負極を備えてなる単セル2と、セパ
レート板3とが、交互に積層されて構成されている。単
セル2と対向するセパレート板3の表面上には、固体電
解質型燃料電池1の中心軸Pと同軸に、互いに接続され
た複数の円環状凹溝が形成されている。中心軸P近傍に
は、セパレート板3の一方の表面側の円環状凹溝に燃料
ガスを供給する燃料ガス供給管4と、他方の表面側の円
環状凹溝に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給管5と
が、中心軸Pに沿って内部を貫通するように配設されて
いる。そして、セパレート板3の表面上にて、中心軸P
近傍の各ガス供給管4,5に設けられた反応ガス吹出口
から外周側へと向かい流通させられた燃料ガス及び酸化
剤ガスは、セパレート板3の外周面上で開口した燃料ガ
ス排出口6及び酸化剤ガス排出口7から外部へと排出さ
れる。2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a solid electrolyte fuel cell which does not require a gas seal between a solid electrolyte body and a separator, such as a solid electrolyte fuel cell disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-129675. I have. FIG. 6 is a perspective view of a main part of a solid oxide fuel cell 1 according to an example of the above-mentioned conventional technology. The solid oxide fuel cell 1 is configured by alternately stacking a single cell 2 having a positive electrode and a negative electrode sandwiching a solid electrolyte plate made of an oxide solid electrolyte such as zirconia from both sides, and a separate plate 3. Have been. On the surface of the separate plate 3 facing the single cell 2, a plurality of annular concave grooves connected to each other are formed coaxially with the central axis P of the solid oxide fuel cell 1. In the vicinity of the central axis P, a fuel gas supply pipe 4 for supplying a fuel gas to the annular groove on one surface side of the separate plate 3 and an oxidizing gas for supplying an oxidizing gas to the annular groove on the other surface side. An agent gas supply pipe 5 is provided so as to penetrate the inside along the central axis P. Then, on the surface of the separate plate 3, the central axis P
The fuel gas and the oxidizing gas circulated from the reaction gas outlets provided in the gas supply pipes 4 and 5 in the vicinity to the outer peripheral side are supplied to the fuel gas outlet 6 opened on the outer peripheral surface of the separate plate 3. And the oxidizing gas is discharged from the oxidizing gas discharge port 7 to the outside.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術の一例による固体電解質型燃料電池1では、セパレー
ト板3の表面上において、各ガス供給管4,5から反応
ガスを吹き出させる反応ガス吹出口は中心軸P近傍にの
み設けられており、燃料ガス及び酸化剤ガスをセパレー
ト板3の中心部から外周部へと向かい拡散させて供給す
る構成となっている。このため、例えば発電出力を高め
るために固体電解質板が大型化されると、燃料ガス及び
酸化剤ガスを固体電解質板の発電面に均一かつ効率的に
供給することができなくなるという問題が生じる。すな
わち、反応ガス吹出口近傍では燃料ガス及び酸化剤ガス
の濃度が相対的に高くなり、中心部から外周部に向かう
に連れて発電反応により反応ガスが消費されて、燃料ガ
ス排出口6及び酸化剤ガス排出口7近傍では燃料ガス及
び酸化剤ガスの濃度が相対的に低くなる。すると、大型
化された単セル2の内部で位置による発電出力のばらつ
きが増大して、単セル2当たりの出力密度が低下して、
発電出力が低下してしまう恐れがある。本発明は上記事
情に鑑みてなされたもので、固体電解質体に対して反応
ガスを均一に供給して、単セル内部での発電出力の分布
を均一化することが可能な固体電解質型燃料電池を提供
することを目的とする。By the way, in the solid oxide fuel cell 1 according to one example of the prior art, a reaction gas outlet for blowing a reaction gas from each of the gas supply pipes 4 and 5 on the surface of the separate plate 3. Is provided only in the vicinity of the central axis P, and is configured to diffuse and supply the fuel gas and the oxidizing gas from the central portion of the separate plate 3 to the outer peripheral portion. For this reason, for example, when the size of the solid electrolyte plate is increased in order to increase the power generation output, a problem arises in that the fuel gas and the oxidizing gas cannot be uniformly and efficiently supplied to the power generation surface of the solid electrolyte plate. That is, the concentrations of the fuel gas and the oxidizing gas are relatively high in the vicinity of the reactant gas outlet, and the reactant gas is consumed by the power generation reaction from the center to the outer periphery, and the fuel gas outlet 6 and the oxidant gas are oxidized. In the vicinity of the chemical gas outlet 7, the concentrations of the fuel gas and the oxidizing gas are relatively low. Then, the variation in the power generation output depending on the position inside the enlarged single cell 2 increases, and the output density per single cell 2 decreases,
The power generation output may be reduced. The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a solid oxide fuel cell capable of uniformly supplying a reaction gas to a solid electrolyte body and making the distribution of power generation output within a single cell uniform. The purpose is to provide.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決して係る
目的を達成するために、請求項1に記載の本発明の固体
電解質型燃料電池は、正極及び負極により挟み込まれた
固体電解質からなる単セルと、この単セルの前記正極側
及び前記負極側に積層されたセパレータとを備えた固体
電解質型燃料電池であって、前記セパレータの表面上に
設けられた複数の反応ガス供給穴と、前記セパレータの
内部に設けられて前記セパレータ側部の開口部と前記反
応ガス供給穴とを接続する反応ガス流通用配管と、前記
単セルに対向する前記セパレータの表面上で前記反応ガ
ス供給穴を中心として渦を巻く略螺旋状の反応ガス流通
用凹溝とを備えたことを特徴としている。In order to solve the above-mentioned problems and to achieve the above object, a solid oxide fuel cell according to the present invention according to the present invention comprises a solid electrolyte sandwiched between a positive electrode and a negative electrode. A single cell, a solid oxide fuel cell including a separator stacked on the positive electrode side and the negative electrode side of the single cell, a plurality of reaction gas supply holes provided on the surface of the separator, A reaction gas distribution pipe that is provided inside the separator and connects the opening on the separator side and the reaction gas supply hole, and the reaction gas supply hole on the surface of the separator facing the single cell. It is characterized in that it has a substantially spiral groove for reacting gas flow that spirals around the center.
【0005】上記構成の固体電解質型燃料電池によれ
ば、セパレータの表面上における各反応ガス供給穴を中
心として渦を巻く1つあるいは複数の螺旋状の反応ガス
流通用凹溝と、セパレータが積層された単セルの表面と
によって、複数の反応ガスの流通路が形成される。反応
ガスは、例えばセパレータ内部の反応ガス流通用配管に
よりセパレータ側部の開口部から各反応ガス供給穴へと
供給され、各反応ガス供給穴にて反応ガス流通用配管か
ら反応ガス流通用凹溝へと導かれ、螺旋状の反応ガス流
通用凹溝に沿って渦を巻くようにして滑らかに流通させ
られる間に単セルの固体電解質に作用する。[0005] According to the solid oxide fuel cell having the above structure, one or a plurality of spiral grooves for reactant gas flow spiraling around each reactant gas supply hole on the surface of the separator, and the separator are laminated. A flow path for a plurality of reaction gases is formed by the surface of the single cell thus formed. The reaction gas is supplied to each reaction gas supply hole from the opening on the side of the separator by, for example, a reaction gas circulation pipe inside the separator, and the reaction gas circulation groove is formed at each reaction gas supply hole from the reaction gas circulation pipe. And acts on the solid electrolyte of the single cell while being swirled smoothly along the spiral reaction gas flow groove.
【0006】この場合、反応ガス流通用配管によって供
給される反応ガスは、セパレータの表面上の複数の反応
ガス供給穴に分配されるため、固体電解質の発電面の全
面に亘って濃度が高い状態で均一に反応ガスを供給する
ことができ、反応ガスの濃度分布の均一化に資すること
ができる。これにより、例えば反応ガスの排出口近傍で
反応ガスの濃度が低下することを防ぐために反応ガスの
流量を増大させる等の必要がなくなり、反応ガスを有効
に利用する利用率が低下することを防止することができ
る。しかも、反応ガス供給穴が複数化することで、螺旋
状の反応ガス流通用凹溝がコンパクトな形状となり、反
応ガス供給穴から供給された反応ガスが反応ガス流通用
凹溝を流通させられて外部に排出されるまでの間に反応
ガスの分圧(濃度)差が大きくなることが抑制されてい
る。このため、発電反応の度合いが位置によって変化す
ることが抑制されて、発電出力に大きなばらつきが生じ
ることを防止することができる。In this case, since the reaction gas supplied through the reaction gas distribution pipe is distributed to a plurality of reaction gas supply holes on the surface of the separator, the concentration of the reaction gas is high over the entire power generation surface of the solid electrolyte. Can uniformly supply the reaction gas, which can contribute to the uniformization of the concentration distribution of the reaction gas. This eliminates the need to increase the flow rate of the reaction gas, for example, in order to prevent the concentration of the reaction gas from decreasing near the outlet of the reaction gas, and prevents the utilization rate of effectively using the reaction gas from decreasing. can do. Moreover, since the number of reaction gas supply holes is plural, the spiral reaction gas circulation groove has a compact shape, and the reaction gas supplied from the reaction gas supply hole is allowed to flow through the reaction gas circulation groove. An increase in the partial pressure (concentration) difference of the reaction gas before being discharged to the outside is suppressed. For this reason, the degree of the power generation reaction is suppressed from changing depending on the position, and it is possible to prevent a large variation in the power generation output.
【0007】さらに、請求項2に記載の本発明の固体電
解質型燃料電池では、前記反応ガス流通用凹溝は前記反
応ガス供給穴から所定距離以内の領域に設けられてお
り、前記所定距離は前記固体電解質型燃料電池の出力密
度に応じて設定されたことを特徴としている。上記構成
の固体電解質型燃料電池によれば、例えば単セルの全域
で高い出力密度の状態を均一に維持することができる程
度に反応ガス供給穴の数や反応ガス流通用凹溝の周回数
等を設定する。例えば反応ガス供給穴の数を増加させる
ことで、これらの反応ガス供給穴を中心として渦を巻く
略螺旋状の反応ガス流通用凹溝がコンパクトな形状とな
り、反応ガス供給穴から供給された反応ガスが反応ガス
流通用凹溝を流通させられて外部に排出されるまでの間
に反応ガスの分圧(濃度)差が大きくなることが抑制さ
れて、出力密度の位置による差異が大きくなることを防
止することができる。Further, in the solid oxide fuel cell according to the present invention, the groove for reactant gas flow is provided in a region within a predetermined distance from the reactant gas supply hole, and the predetermined distance is equal to or smaller than the predetermined distance. It is characterized in that it is set according to the output density of the solid oxide fuel cell. According to the solid oxide fuel cell having the above-described structure, for example, the number of reaction gas supply holes and the number of turns of the reaction gas circulation groove can be maintained so that a high output density state can be maintained uniformly throughout the single cell. Set. For example, by increasing the number of reaction gas supply holes, a substantially spiral reaction gas circulation groove that spirals around these reaction gas supply holes becomes a compact shape, and the reaction gas supplied from the reaction gas supply hole is reduced. The difference between the partial pressures (concentrations) of the reaction gas is prevented from increasing during the time when the gas is caused to flow through the groove for flowing the reaction gas and discharged to the outside. Can be prevented.
【0008】さらに、請求項3に記載の本発明の固体電
解質型燃料電池では、前記セパレータは対向する2つの
表面上に前記反応ガス流通用凹溝を備え、一方の前記表
面上の前記反応ガス流通用凹溝と、他方の前記表面上の
前記反応ガス流通用凹溝とは、両表面側から見て互いに
同一形状に形成されたことを特徴としている。上記構成
の固体電解質型燃料電池によれば、単セルを両側から挟
み込む一方の反応ガス流通用凹溝と、他方の反応ガス流
通用凹溝とは、互いに交差するように配置されるため、
例えば、一方の反応ガス流通用凹溝に供給された反応ガ
スと他方の反応ガス流通用凹溝に供給された反応ガスと
の圧力差に起因する内圧が発生した場合であっても、固
体電解質が変形したり、破損してしまうことを防止する
ことができる。Further, in the solid oxide fuel cell according to the present invention as set forth in claim 3, the separator is provided with the groove for flowing the reaction gas on two opposing surfaces, and the reaction gas is formed on one of the surfaces. The flow groove and the reaction gas flow groove on the other surface are formed in the same shape when viewed from both surfaces. According to the solid oxide fuel cell having the above structure, one of the reaction gas circulation grooves sandwiching the unit cell from both sides and the other of the reaction gas circulation grooves are arranged so as to intersect with each other.
For example, even when an internal pressure is generated due to a pressure difference between the reaction gas supplied to one of the reaction gas flow grooves and the reaction gas supplied to the other reaction gas flow groove, the solid electrolyte Can be prevented from being deformed or damaged.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
固体電解質型燃料電池ついて添付図面を参照しながら説
明する。図1は本発明の一実施形態に係る固体電解質型
燃料電池10の要部側断面図であり、図2は図1に示す
セパレータ12の側面図であり、図3は図2に示すセパ
レータ12の燃料極側の平面図であり、図4は図2に示
すセパレータ12の空気極側の平面図であって内部にお
ける反応ガスの流路を強調して示す図であり、図5は図
3に示すセパレータ12のA−A線断面図である。本実
施の形態による固体電解質型燃料電池10は、例えば外
観略円柱状に形成されており、例えばジルコニア等の酸
化物固体電解質からなる円板状の固体電解質板11A
と、この固体電解質板11Aの両側の正極11B及び負
極11Cと、セパレータ12と、円板状の多孔質金属板
13とを備えて構成されている。そして、固体電解質板
11A及び両電極11B,11Cは一つの単セル11を
なし、この単セル11とセパレータ12との間に多孔質
金属板13を介在させて、単セル11とセパレータ12
とが交互に積層されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A solid oxide fuel cell according to one embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a side sectional view of a main part of a solid oxide fuel cell 10 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view of a separator 12 shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a plan view of the separator 12 shown in FIG. 2 on the air electrode side, in which the flow path of the reaction gas in the inside is emphasized, and FIG. 5 is a plan view of FIG. FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of the separator 12 shown in FIG. The solid oxide fuel cell 10 according to the present embodiment is formed, for example, in a substantially columnar appearance, and has a disk-shaped solid electrolyte plate 11A made of, for example, an oxide solid electrolyte such as zirconia.
And a positive electrode 11B and a negative electrode 11C on both sides of the solid electrolyte plate 11A, a separator 12, and a disc-shaped porous metal plate 13. The solid electrolyte plate 11A and the two electrodes 11B and 11C form one single cell 11, and the porous metal plate 13 is interposed between the single cell 11 and the separator 12, so that the single cell 11 and the separator 12
Are alternately stacked.
【0010】図2に示すように、例えばステンレス鋼等
からなるセパレータ12は円板状に形成されており、セ
パレータ12の厚さ方向において表面12A側(燃料極
側)と裏面12B側(空気極側)とは略同一形状に形成
され、例えば表面12A側に水素を含む燃料ガスが供給
され、裏面12B側に酸素を含む酸化剤ガスが供給され
ている。セパレータ12は、外周面12Cから径方向内
側に所定長さの略円環板状の外周部14と、略円板状の
内周部15とから構成されており、セパレータ12の厚
さ方向において、内周部15は外周部14よりも薄く形
成されている。すなわち、内周部15の表面15Aは外
周部14の表面14Aから一段凹むようにして形成さ
れ、同様に、内周部15の裏面15Bは外周部14の裏
面14Bから一段凹むようにして形成されている。そし
て、この一段凹んだ部分には多孔質金属板13が装着さ
れており、内周部15と、この内周部15を両側から挟
み込む2つの多孔質金属板13,13とからなる積層体
の厚さが、外周部14の厚さと等しいか、多少外周部1
4の厚さより厚くなるようにされている。As shown in FIG. 2, a separator 12 made of, for example, stainless steel or the like is formed in a disk shape, and the surface 12A side (fuel electrode side) and the back surface 12B side (air electrode side) in the thickness direction of the separator 12. Side), for example, a fuel gas containing hydrogen is supplied to the front surface 12A side, and an oxidizing gas containing oxygen is supplied to the back surface 12B side. The separator 12 is composed of a substantially annular plate-shaped outer peripheral portion 14 having a predetermined length radially inward from the outer peripheral surface 12C, and a substantially disk-shaped inner peripheral portion 15. The inner peripheral portion 15 is formed thinner than the outer peripheral portion 14. That is, the surface 15A of the inner peripheral portion 15 is formed so as to be recessed one step from the surface 14A of the outer peripheral portion 14, and similarly, the back surface 15B of the inner peripheral portion 15 is formed so as to be recessed one step from the back surface 14B of the outer peripheral portion 14. A porous metal plate 13 is attached to the one-step recessed portion, and a laminated body including an inner peripheral portion 15 and two porous metal plates 13 sandwiching the inner peripheral portion 15 from both sides is provided. The thickness is equal to or slightly greater than the thickness of the outer peripheral portion 14.
4 is made thicker.
【0011】外周部14には、図3に示すように、外周
面12Cにて開口して燃料極側の内部を径方向に伸びる
例えば1つの燃料ガス供給孔16aが設けられており、
さらに、図4に示すように、外周面12Cにて開口して
空気極側の内部を径方向に伸びる例えば1つの酸化剤ガ
ス供給孔16bが、セパレータ12の周方向において燃
料ガス供給孔16aと180°ずれた位置に配置されて
いる。As shown in FIG. 3, the outer peripheral portion 14 is provided with, for example, one fuel gas supply hole 16a which is opened at the outer peripheral surface 12C and extends radially inside the fuel electrode side.
Further, as shown in FIG. 4, for example, one oxidizing gas supply hole 16 b that opens in the outer peripheral surface 12 </ b> C and extends radially inward on the air electrode side is provided with a fuel gas supply hole 16 a in the circumferential direction of the separator 12. It is arranged at a position shifted by 180 °.
【0012】図3に示すように、外周部14の内部で表
面14A側にずれた位置には、外周部14を径方向に貫
通する複数(例えば6個)の燃料ガス排出ノズル17
a,…,17aが、周方向に所定の間隔を置いて配置さ
れており、これらの燃料ガス排出ノズル17a,…,1
7aは、排出される燃料ガスの流量を所定量に調整可能
である。同様にして、図4に示すように、外周部14の
内部で裏面14B側にずれた位置には、外周部14を径
方向に貫通する複数(例えば6個)の酸化剤ガス排出ノ
ズル17b,…,17bが、周方向に所定の間隔を置い
て配置されており、これらの酸化剤ガス排出ノズル17
b,…,17bは、排出される酸化剤ガスの流量を所定
量に調整可能である。As shown in FIG. 3, a plurality of (for example, six) fuel gas discharge nozzles 17 penetrating the outer peripheral portion 14 in the radial direction are provided at positions shifted toward the surface 14A inside the outer peripheral portion 14.
, 17a are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction, and these fuel gas discharge nozzles 17a,.
7a can adjust the flow rate of the discharged fuel gas to a predetermined amount. Similarly, as shown in FIG. 4, a plurality of (for example, six) oxidizing gas discharge nozzles 17 b, which penetrate the outer peripheral portion 14 in the radial direction, at positions shifted toward the back surface 14 </ b> B inside the outer peripheral portion 14. , 17b are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction.
, 17b can adjust the flow rate of the oxidizing gas to be discharged to a predetermined amount.
【0013】そして、燃料ガス供給孔16aはセパレー
タ12の周方向において隣接する2つの燃料ガス排出ノ
ズル17a,17aの略中間位置に配置され、同様に、
酸化剤ガス供給孔16bはセパレータ12の周方向にお
いて隣接する2つの酸化剤ガス排出ノズル17b,17
bの略中間位置に配置されている。なお、外周部14の
径方向の長さは、特に限定されるものではないが、燃料
ガス排出ノズル17aから排出された燃料ガスと、酸化
剤ガス排出ノズル17bから排出された酸化剤ガスと
が、化学反応を起こして発熱する際に、例えば固体電解
質板11Aの温度特性等を参考にして固体電解質板11
Aの外周側と内周側とで大きな温度差が生じないように
設定されている。The fuel gas supply hole 16a is disposed at a substantially intermediate position between two fuel gas discharge nozzles 17a, 17a adjacent in the circumferential direction of the separator 12, and similarly,
The oxidizing gas supply holes 16b are provided between two oxidizing gas discharge nozzles 17b, 17 adjacent in the circumferential direction of the separator 12.
It is arranged at a substantially middle position of b. Although the radial length of the outer peripheral portion 14 is not particularly limited, the fuel gas discharged from the fuel gas discharge nozzle 17a and the oxidant gas discharged from the oxidant gas discharge nozzle 17b are separated. When a heat is generated due to a chemical reaction, the solid electrolyte plate 11 may be referred to, for example, by referring to the temperature characteristics of the solid electrolyte plate 11A.
A is set so that a large temperature difference does not occur between the outer peripheral side and the inner peripheral side of A.
【0014】内周部15の表面15A上の中心位置、及
び、内周部15の半径rに対する約(2/3)rの円周
上に所定距離を置いて等間隔に配置された複数(例えば
6個)の位置には、各底面18Aを有する例えば合計7
個の凹部18a,…,18aが設けられ、これらの底面
18A,…,18Aは内周部15の内部で表面15A側
にずれた位置に配置され、同様にして、内周部15の裏
面15B上の中心位置、及び、内周部15の半径rに対
する約(2/3)rの円周上に所定距離を置いて等間隔
に配置された複数(例えば6個)の位置には、各底面1
8Bを有する例えば合計7個の凹部18b,…,18b
が設けられ、これらの底面18Bは内周部15の内部で
裏面15B側にずれた位置に配置されている。すなわ
ち、表面15A側の凹部18aと裏面15B側の凹部1
8bは連通することがないようにされている。A plurality (a) of a plurality of (a) are arranged at a predetermined distance on a center position on the surface 15A of the inner peripheral portion 15 and on a circumference of about (2/3) r with respect to the radius r of the inner peripheral portion 15 ( (For example, 6 positions), each having a bottom surface 18A, for example, a total of 7
, 18a are provided, and these bottom surfaces 18A,..., 18A are arranged at positions shifted toward the front surface 15A inside the inner peripheral portion 15, and similarly, the back surface 15B of the inner peripheral portion 15 is provided. The upper center position and a plurality of (for example, six) positions arranged at equal intervals at a predetermined distance on a circumference of about (2/3) r with respect to the radius r of the inner peripheral portion 15 have respective Bottom 1
.., 18b, for example, a total of seven recesses 18b,.
Are provided, and these bottom surfaces 18B are arranged at positions shifted inside the inner peripheral portion 15 toward the back surface 15B. That is, the concave portion 18a on the front surface 15A side and the concave portion 1 on the back surface 15B side
8b is prevented from communicating.
【0015】そして、例えば図4に示すように、内周部
15の燃料極側の内部には、半径が約(2/3)rの円
周上に配置された6個の凹部18a,…,18aを接続
するようにして円環状燃料ガス用配管19aが配設され
ている。さらに、内周部15の中心位置に配置された凹
部18aと円環状燃料ガス用配管19aとを接続するよ
うにして、中心位置の凹部18aから放射状に伸びる複
数(例えば4本)の燃料ガス用配管19b,…,19b
が配設され、円環状燃料ガス用配管19aと外周部14
の燃料ガス供給孔16aを接続する燃料ガス用配管19
cが配設されている。同様にして、内周部15の空気極
側の内部には、半径が約(2/3)rの円周上に配置さ
れた6個の凹部18b,…,18bを接続するようにし
て円環状酸化剤ガス用配管19dが配設されている。さ
らに、内周部15の中心位置に配置された凹部18bと
円環状酸化剤ガス用配管19dとを接続するようにし
て、中心位置の凹部18bから放射状に伸びる複数(例
えば4本)の酸化剤ガス用配管19e,…,19eが配
設され、円環状燃料ガス用配管19dと外周部14の酸
化剤ガス供給孔16bを接続する酸化剤ガス用配管19
fが配設されている。As shown in FIG. 4, for example, inside the inner peripheral portion 15 on the fuel electrode side, six concave portions 18a arranged on a circumference having a radius of about (2/3) r are provided. , 18a are connected to form an annular fuel gas pipe 19a. Further, a plurality of (for example, four) fuel gas radially extending from the central portion of the concave portion 18a is connected to the concave portion 18a arranged at the central position of the inner peripheral portion 15 and the annular fuel gas pipe 19a. Piping 19b, ..., 19b
Is disposed, and the annular fuel gas pipe 19a and the outer peripheral portion 14 are provided.
Gas pipe 19 connecting the fuel gas supply holes 16a
c is provided. Similarly, inside the inner peripheral portion 15 on the air electrode side, six concave portions 18b,..., 18b arranged on a circumference having a radius of about (2/3) r are connected to form a circle. An annular oxidant gas pipe 19d is provided. Further, a plurality of (for example, four) oxidants extending radially from the concave portion 18b at the center position so as to connect the concave portion 18b disposed at the center position of the inner peripheral portion 15 and the annular oxidant gas pipe 19d. A gas pipe 19e,..., 19e is provided, and the oxidant gas pipe 19 connects the annular fuel gas pipe 19d to the oxidant gas supply hole 16b of the outer peripheral portion 14.
f is provided.
【0016】ここで、半径が約(2/3)rの円周上に
配置された6個の凹部18a,…,18aは、各凹部1
8aと内周部15の中心位置とを結ぶ直線がセパレータ
12の周方向において隣接する外周部14の2つの燃料
ガス排出ノズル17a,17aの略中間位置を通るよう
に配置されている。すなわち、これらの直線のうちの一
本は燃料ガス供給孔16aを通過するようになってい
る。さらに、4本の燃料ガス用配管19b,…,19b
は互いにセパレータ12の周方向に等角度つまり90°
をなすように配置されると共に、各燃料ガス用配管19
bが燃料ガス用配管19cの伸びる方向と交差するよう
に配置されている。すなわち、4本の燃料ガス用配管1
9b,…,19bのうち、互いに180°をなす2本の
燃料ガス用配管19b,19bは、半径が約(2/3)
rの円周上の各凹部18a,18aに接続されており、
燃料ガス用配管19cは、燃料ガス用配管19b,19
bが接続された各凹部18a,18a以外の凹部18a
に接続されている。これにより、燃料ガス供給孔16a
と接続された燃料ガス用配管19cから供給された燃料
ガスは、先ず、円環状燃料ガス用配管19a内を円環状
に流通させられ、この後、円環状燃料ガス用配管19a
から4本の燃料ガス用配管19b,…,19bに導入さ
れる。Here, six recesses 18a,..., 18a arranged on a circumference having a radius of about (2/3) r are
A straight line connecting 8a and the center position of the inner peripheral portion 15 is disposed so as to pass through a substantially intermediate position between the two fuel gas discharge nozzles 17a, 17a of the outer peripheral portion 14 adjacent in the circumferential direction of the separator 12. That is, one of these straight lines passes through the fuel gas supply hole 16a. Further, four fuel gas pipes 19b,.
Are equiangular with each other in the circumferential direction of the separator 12, that is, 90 °.
And each fuel gas pipe 19
b is arranged so as to intersect with the direction in which the fuel gas pipe 19c extends. That is, four fuel gas pipes 1
Of the fuel gas pipes 9b,..., 19b, the two fuel gas pipes 19b, 19b, which form an angle of 180 °, have a radius of about (2).
r is connected to each of the recesses 18a on the circumference of r.
The fuel gas pipe 19c is connected to the fuel gas pipes 19b and 19b.
recesses 18a other than the respective recesses 18a, 18a to which b is connected
It is connected to the. Thereby, the fuel gas supply holes 16a
First, the fuel gas supplied from the fuel gas pipe 19c connected to the annular fuel gas pipe 19a is circulated in the annular fuel gas pipe 19a in an annular shape.
Are introduced into four fuel gas pipes 19b,..., 19b.
【0017】同様にして、空気極側の合計7個の凹部1
8b,…,18b及び円環状酸化剤ガス用配管19d及
び4本の酸化剤ガス用配管19e,…,19eのそれぞ
れは、燃料極側の合計7個の凹部18a,…,18a及
び円環状燃料ガス用配管19a及び4本の燃料ガス用配
管19b,…,19bと対向するようにして、セパレー
タ12の燃料極側と空気極側とで面対称に配置されてい
る。ただし、外周部14の酸化剤ガス供給孔16bと接
続された酸化剤ガス用配管19fは、セパレータ12の
中心点に関して、燃料ガス供給孔16aと接続された燃
料ガス用配管19cに対して点対称に配置されている。Similarly, a total of seven recesses 1 on the air electrode side are provided.
, 18b, the annular oxidizing gas pipe 19d, and the four oxidizing gas pipes 19e,..., 19e are a total of seven concave portions 18a,. The separators 12 are arranged symmetrically on the fuel electrode side and the air electrode side so as to face the gas pipe 19a and the four fuel gas pipes 19b,..., 19b. However, the oxidizing gas pipe 19f connected to the oxidizing gas supply hole 16b of the outer peripheral portion 14 is point-symmetric with respect to the center point of the separator 12 with respect to the fuel gas pipe 19c connected to the fuel gas supply hole 16a. Are located in
【0018】そして、図3に示すように、内周部15の
表面15A上には、各凹部18aから螺旋状に伸びる複
数(例えば各16個)の燃料ガス用凹溝21a,…,2
1aが、隣り合う各凹溝21a,21a間に所定の間隔
をおいて形成されており、各燃料ガス用凹溝21aの一
端は凹部18a内にて開口し、他端は各凹部18aと同
軸に配置された円環状の燃料ガス用円環状凹溝21bに
接続されている。なお、凹部18a内にて、複数(例え
ば16個)の燃料ガス用凹溝21a,…,21aの開口
部は、凹部18aの内壁面上に周方向に所定間隔をおい
て配置されている。また、燃料ガス用凹溝21aの底面
21Aは、内周部15の内部の厚さ方向において燃料ガ
ス用配管19aよりも表面15A側にずれた位置に配置
されている。As shown in FIG. 3, on the surface 15A of the inner peripheral portion 15, a plurality of (for example, 16) fuel gas grooves 21a,...
1a is formed at a predetermined interval between the adjacent grooves 21a, 21a. One end of each fuel gas groove 21a is opened in the recess 18a, and the other end is coaxial with each recess 18a. Is connected to the annular annular groove 21b for fuel gas disposed in the fuel cell. In the recess 18a, the openings of the plurality of (for example, 16) fuel gas recesses 21a,..., 21a are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction on the inner wall surface of the recess 18a. Further, the bottom surface 21A of the fuel gas groove 21a is disposed at a position shifted from the fuel gas pipe 19a toward the surface 15A in the thickness direction inside the inner peripheral portion 15.
【0019】ここで、内周部15の表面15A上に各凹
部18a,…,18aと同軸に配置された複数(例えば
7個)の燃料ガス用円環状凹溝21b,…,21bは、
互いに外接するように配置されており、これらの外接部
分にて互いに接続されている。すなわち、内周部15の
表面15A上の中心位置と同軸に配置された燃料ガス用
円環状凹溝21bの外周を取り囲むようにして、6個の
燃料ガス用円環状凹溝21b,…,21bが配置されて
いる。さらに、半径が約(2/3)rの円周上に配置さ
れた6個の燃料ガス用円環状凹溝21b,…,21bに
内接して、これらの内接部分にて互いに接続された外周
側燃料ガス用円環状凹溝21cが、内周部15の表面1
5A上の中心位置と同軸に配置されており、この外周側
燃料ガス用円環状凹溝21cには外周部14の複数の燃
料ガス排出ノズル17a,…,17aが接続されてい
る。また、内周部15の表面15A上には、セパレータ
12の径方向において円環状燃料ガス用配管19aより
も外周側かつ外周側燃料ガス用円環状凹溝21cよりも
内周側の位置であって、隣接する燃料ガス用円環状凹溝
21b,21bの間には、外周側燃料ガス用円環状凹溝
21cと同軸に互いに径方向に所定間隔を置いて配置さ
れた複数の円環状凹溝の一部をなすような燃料ガス用弧
状凹溝21d,…,21dが配設されている。そして、
これらの燃料ガス用弧状凹溝21d,…,21dは隣り
合う燃料ガス用円環状凹溝21b,21bと接続されて
いる。Here, a plurality of (for example, seven) annular grooves 21b,..., 21b for fuel gas arranged coaxially with the recesses 18a,.
They are arranged so as to circumscribe each other, and are connected to each other at these circumscribed portions. That is, six fuel gas annular grooves 21b,..., 21b surround the outer circumference of the fuel gas annular groove 21b arranged coaxially with the center position on the surface 15A of the inner peripheral portion 15. Is arranged. Further, the fuel gas is inscribed in six annular grooves 21b,..., 21b for fuel gas arranged on a circumference having a radius of about (2/3) r, and connected to each other at these inscribed portions. The outer circumferential side fuel gas annular groove 21 c is formed on the surface 1 of the inner circumferential portion 15.
A plurality of fuel gas discharge nozzles 17a,..., 17a of the outer peripheral portion 14 are connected to the outer peripheral side annular groove 21c for fuel gas. In addition, on the surface 15A of the inner peripheral portion 15, the radially outer side of the annular fuel gas pipe 19a and the inner peripheral side of the outer peripheral fuel gas annular groove 21c in the radial direction of the separator 12. The plurality of annular grooves 21b are coaxially arranged at predetermined intervals in the radial direction between the adjacent annular grooves 21b for the fuel gas. , 21d are formed. And
These fuel gas arc-shaped concave grooves 21d,..., 21d are connected to adjacent fuel gas annular concave grooves 21b, 21b.
【0020】同様にして、図4に示すように、内周部1
5の裏面15B上には、各凹部18bから螺旋状に伸び
る複数(例えば各16個)の酸化剤ガス用凹溝21e,
…,21eが、隣り合う各凹溝21e,21e間に所定
の間隔をおいて形成されており、各酸化剤ガス用凹溝2
1eの一端は凹部18b内にて開口し、他端は各凹部1
8bと同軸に配置された円環状の酸化剤ガス用円環状凹
溝21fに接続されている。そして、複数(例えば7
個)の酸化剤ガス用円環状凹溝21f,…,21fは互
いの外接部分にて接続されており、半径が約(2/3)
rの円周上に配置された6個の酸化剤ガス用円環状凹溝
21f,…,21fに内接して、これらの内接部分にて
互いに接続された外周側酸化剤ガス用円環状凹溝21g
が配設されており、この外周側酸化剤ガス用円環状凹溝
21gには外周部14の複数の酸化剤ガス排出ノズル1
7b,…,17bが接続されている。Similarly, as shown in FIG.
5, a plurality of (for example, 16) grooves 21e for oxidant gas extending spirally from each recess 18b.
, 21e are formed at a predetermined interval between the adjacent grooves 21e, 21e.
1e is open in the recess 18b and the other end is in each recess 1b.
8b is connected to an annular oxidant gas annular groove 21f arranged coaxially with 8b. And a plurality (for example, 7
, 21f) are connected to each other at circumscribed portions and have a radius of about (2/3).
, 21f arranged on the circumference of the circle r and connected to each other at the inscribed portions thereof at the outer peripheral side annular groove for oxidizing gas. Groove 21g
A plurality of oxidant gas discharge nozzles 1 on the outer peripheral portion 14 are provided in the outer peripheral side oxidant gas annular groove 21g.
, 17b are connected.
【0021】また、セパレータ12の径方向において円
環状酸化剤ガス用配管19aよりも外周側かつ外周側酸
化剤ガス用円環状凹溝21gよりも内周側の位置であっ
て、隣接する酸化剤ガス用円環状凹溝21f,21fの
間には、外周側酸化剤ガス用円環状凹溝21gと同軸に
互いに径方向に所定間隔を置いて配置された複数の円環
状凹溝の一部をなすような酸化剤ガス用弧状凹溝21
h,…,21hが配設されている。そして、これらの酸
化剤ガス用弧状凹溝21h,…,21hは、隣り合う酸
化剤ガス用円環状凹溝21f,21fと接続されてい
る。ここで、内周部15の表面15A側の燃料ガス用凹
溝21aと、裏面15B側の酸化剤ガス用凹溝21eと
は、例えば互いに等しい形状に形成されて、互いに等し
い方向に渦を巻くようにされている。すなわち、例えば
図3及び図4に示すように、セパレータ12の表面12
A側から見た燃料ガス用凹溝21aが、凹部18aから
時計回りに渦を巻きながら離間するように形成されてい
る場合には、セパレータ12の裏面12B側から見た酸
化剤ガス用凹溝21eも、凹部18bから時計回りに渦
を巻きながら離間するように形成されている。In the radial direction of the separator 12, the oxidizing gas is located on the outer circumferential side of the annular oxidizing gas pipe 19 a and on the inner circumferential side of the outer circumferential oxidizing gas annular groove 21 g. Between the annular grooves 21f for gas, a part of a plurality of annular grooves arranged coaxially with the annular groove 21g for outer peripheral oxidant gas and spaced apart from each other by a predetermined distance in the radial direction. Arc groove 21 for oxidizing gas
h,..., 21h are provided. The arc-shaped grooves 21h,..., 21h for the oxidizing gas are connected to adjacent annular grooves 21f, 21f for the oxidizing gas. Here, the groove 21a for the fuel gas on the front surface 15A side of the inner peripheral portion 15 and the groove 21e for the oxidizing gas on the back surface 15B side are formed, for example, in the same shape, and swirl in the same direction. It has been like that. That is, as shown in FIG. 3 and FIG.
When the fuel gas groove 21a as viewed from the A side is formed so as to be separated from the concave portion 18a while swirling clockwise, the oxidizing gas groove as viewed from the back surface 12B side of the separator 12. 21e is also formed so as to be separated from the concave portion 18b while swirling clockwise.
【0022】そして、図1及び図5に示すように、内周
部15の表面15A及び裏面15Bのそれぞれに面接触
するようにして、内周部15と等しい外径を有する円板
状の多孔質金属板13,13が配置されており、多孔質
金属板13の裏面13Bと燃料ガス用の各凹溝21a,
21b,21c,21dとにより燃料ガス流通路が画成
され、多孔質金属板13の裏面13Bと酸化剤ガス用の
各凹溝21e,21f,21g,21hとにより酸化剤
ガス流通路が画成されている。なお、多孔質金属板13
の厚さは、特に限定されるものではないが、好ましくは
各凹溝21a,21bの深さの半分以下に設定されてお
り、ここで、多孔質金属板13の厚さが各凹溝21a,
21bの深さの半分よりも大きくなると、各凹溝21
a,…,21h内を流れる燃料ガス又は酸化剤ガスの流
量が低下して、発電出力が低下する恐れがある。また、
固体電解質板11Aの外径は、多孔質金属板13の外径
よりも大きくなるように形成されており、セパレータ1
2に積層された単セル11の外周部近傍が、セパレータ
12の外周部14に積層体を、両側より加圧して保持し
た時にほぼ面接触させることで、単セル11とセパレー
タ12の内周部15との間に気密な閉空間を形成してい
る。As shown in FIGS. 1 and 5, a disc-shaped porous member having the same outer diameter as the inner peripheral portion 15 is brought into surface contact with the front surface 15A and the rear surface 15B of the inner peripheral portion 15, respectively. Metal plates 13, 13 are disposed, and the back surface 13 </ b> B of the porous metal plate 13 and the grooves 21 a,
21b, 21c, and 21d define a fuel gas flow passage, and the back surface 13B of the porous metal plate 13 and the grooves 21e, 21f, 21g, and 21h for the oxidant gas define an oxidant gas flow passage. Have been. The porous metal plate 13
Is not particularly limited, but is preferably set to be equal to or less than half the depth of each of the grooves 21a and 21b. Here, the thickness of the porous metal plate 13 is set to be ,
When the depth is larger than half of the depth of the groove 21b,
a,..., 21h, the flow rate of the fuel gas or the oxidizing gas may decrease, and the power generation output may decrease. Also,
The outer diameter of the solid electrolyte plate 11 </ b> A is formed to be larger than the outer diameter of the porous metal plate 13.
The outer peripheral portion of the unit cells 11 stacked in 2 is brought into almost surface contact with the outer peripheral portion 14 of the separator 12 when the laminate is pressed and held from both sides, so that the inner peripheral portion of the unit cells 11 and the separator 12 15 to form an airtight closed space.
【0023】なお、燃料ガス用凹溝21a及び酸化剤ガ
ス用凹溝21bの溝幅L及び深さDは、特に限定される
ものではないが、溝の深さDは、セパレータ12内での
燃料ガス及び酸化剤ガスの内圧を所定値に維持するよう
に設定され、溝幅Lは、好ましくは、セパレータ12の
表面上での各凹溝21a,…,21dの各底面21A,
…,21Dの総面積と内周部15の表面15Aの面積が
等しくなり、各凹溝21e,…,21hの各底面21
E,…,21Hの総面積と裏面15Bの面積とが等しく
なるように設定される。ここで、溝幅Lが、内周部15
の表面15Aの面積よりも各凹溝21a,…,21dの
各底面21A,…,21Dの総面積が小さくなるよう
に、或いは、裏面15Bの面積よりも各凹溝21e,
…,21hの各底面21E,…,21Hの総面積が小さ
くなるように設定されると、固体電解質板11Aを有効
利用することができなくなり、逆に、各底面21A,
…,21Dの総面積或いは各底面21E,…,21Hの
総面積が大きくなるように設定されると、集電効率が低
下するという問題が生じる。The groove width L and depth D of the fuel gas groove 21a and the oxidizing gas groove 21b are not particularly limited. The internal pressures of the fuel gas and the oxidizing gas are set to predetermined values, and the groove width L is preferably set to each of the bottom surfaces 21A,.
, 21D are equal to the area of the surface 15A of the inner peripheral portion 15, and the respective bottom surfaces 21 of the concave grooves 21e,.
.., 21H are set to be equal to the area of the back surface 15B. Here, when the groove width L is equal to
, 21D such that the total area of the bottom surfaces 21A,..., 21D of the grooves 21a,..., 21d is smaller than the area of the front surface 15A, or
, 21h, the total area of the bottom surfaces 21E,..., 21H is set to be small, so that the solid electrolyte plate 11A cannot be used effectively.
, 21D or the total area of the bottom surfaces 21E,..., 21H is set to be large.
【0024】例えば、固体電解質板11Aの直径を約1
50mmとした場合には、燃料ガス用円環状凹溝21b
及び酸化剤ガス用円環状凹溝21fの直径は約50mm
程度となり、溝幅Lを1mm、溝の深さDを1mmとし
て、各16個の螺旋状の燃料ガス用凹溝21a,…,2
1a及び酸化剤ガス用凹溝21e,…,21eを形成す
ると、燃料ガス及び酸化剤ガスはセパレータ12内を約
半周だけ周回して、外周部14の各排出ノズル17a,
17bから排出される。ここで、両円環状凹溝21b,
21fの直径が約50mm程度に設定されることで、各
凹部18a,18bから供給された燃料ガス及び酸化剤
ガスが各排出ノズル17a,17bから外部に排出され
るまでの間に分圧(濃度)差が大きくなることを抑制し
て、単セル11の全領域で出力密度が高い状態を維持す
ることができる。For example, the diameter of the solid electrolyte plate 11A is set to about 1
In the case of 50 mm, the annular groove 21 b for fuel gas is used.
And the diameter of the annular groove 21f for the oxidizing gas is about 50 mm.
When the groove width L is 1 mm and the groove depth D is 1 mm, each of the 16 spiral fuel gas grooves 21a,.
When the grooves 1a and the oxidizing gas grooves 21e,..., 21e are formed, the fuel gas and the oxidizing gas go around the separator 12 by about half a turn, and the discharge nozzles 17a,
It is discharged from 17b. Here, both annular concave grooves 21b,
By setting the diameter of 21f to about 50 mm, the partial pressure (concentration) is increased until the fuel gas and the oxidizing gas supplied from the recesses 18a and 18b are discharged from the discharge nozzles 17a and 17b to the outside. 3.) The state where the output density is high in the entire region of the single cell 11 can be maintained by suppressing the difference from increasing.
【0025】本実施の形態による固体電解質型燃料電池
10は上記構成を備えており、次に、この固体電解質型
燃料電池10の動作について説明する。先ず、セパレー
タ12の外周部14に設けられた燃料ガス供給孔16a
から水素を含む燃料ガスが燃料ガス用配管19cに供給
される。そして、燃料ガス用配管19cに供給された燃
料ガスは円環状燃料ガス用配管19a内を円環状に流通
させられると共に、円周上に配置された各凹部18a内
へと供給される。また、円環状燃料ガス用配管19aか
ら4本の燃料ガス用配管19b,…,19bに導入され
た燃料ガスは中心位置の凹部18aへと供給される。そ
して、各凹部18aに供給された燃料ガスは螺旋状の1
6個の燃料ガス用凹溝21a,…,21aに分配され
る。The solid oxide fuel cell 10 according to the present embodiment has the above-described configuration. Next, the operation of the solid oxide fuel cell 10 will be described. First, a fuel gas supply hole 16a provided in the outer peripheral portion 14 of the separator 12
The fuel gas containing hydrogen is supplied to the fuel gas pipe 19c. The fuel gas supplied to the fuel gas pipe 19c is annularly circulated in the annular fuel gas pipe 19a, and is also supplied into each of the recesses 18a arranged on the circumference. The fuel gas introduced from the annular fuel gas pipe 19a into the four fuel gas pipes 19b,..., 19b is supplied to the recess 18a at the center. Then, the fuel gas supplied to each recess 18a is a spiral 1
The fuel gas is distributed to the six fuel gas grooves 21a,..., 21a.
【0026】一方、セパレータ12の外周部14に設け
られた酸化剤ガス供給孔16bから酸素を含む酸化剤ガ
スが酸化剤ガス用配管19fに供給される。そして、酸
化剤ガスは、酸化剤ガス用配管19fから裏面15B側
の凹部18b内へと供給され、各凹部18bから螺旋状
の16個の酸化剤ガス用凹溝21e,…,21eに分配
される。ここで、酸化剤ガスに含まれる酸素は、酸素イ
オンの形態で固体電解質板11Aの内部を正極11B側
から負極11C側へと移動して、負極11C側において
燃料ガスに含まれる水素ガスと化学反応する。この化学
反応に伴う発熱により固体電解質型燃料電池10が内部
から加温されると共に、正極11Bと負極11C間に電
位差が生じる。On the other hand, an oxidizing gas containing oxygen is supplied to the oxidizing gas pipe 19f from an oxidizing gas supply hole 16b provided in the outer peripheral portion 14 of the separator 12. Then, the oxidizing gas is supplied from the oxidizing gas pipe 19f into the concave portion 18b on the back surface 15B side, and is distributed from the concave portions 18b to 16 spiral oxidizing gas concave grooves 21e,. You. Here, oxygen contained in the oxidizing gas moves in the solid electrolyte plate 11A from the positive electrode 11B side to the negative electrode 11C side in the form of oxygen ions in the form of oxygen ions, and chemically reacts with the hydrogen gas contained in the fuel gas on the negative electrode 11C side. react. The heat generated by the chemical reaction heats the solid oxide fuel cell 10 from the inside and generates a potential difference between the positive electrode 11B and the negative electrode 11C.
【0027】そして、セパレータ12の表面12A側で
は、未反応の燃料ガスと化学反応により発生した水蒸気
が燃料ガス排出ノズル17aから排出され、セパレータ
12の裏面12B側では未反応の酸化剤ガスが、酸化剤
ガス排出ノズル17bから排出される。両ノズル17
a,17bから排出された燃料ガスと酸化剤ガスは、例
えばセパレータ12の外側で混合されて、化学反応に伴
う発熱により固体電解質型燃料電池10が外周側から加
温される。On the front surface 12A of the separator 12, water vapor generated by a chemical reaction with the unreacted fuel gas is discharged from the fuel gas discharge nozzle 17a. On the back surface 12B of the separator 12, the unreacted oxidizing gas is discharged. It is discharged from the oxidizing gas discharge nozzle 17b. Both nozzles 17
The fuel gas and the oxidant gas discharged from a and 17b are mixed, for example, outside the separator 12, and the solid oxide fuel cell 10 is heated from the outer peripheral side by heat generated by a chemical reaction.
【0028】上述したように、本実施の形態による固体
電解質型燃料電池10によれば、セパレータ12の燃料
極側及び空気極側に燃料ガス及び酸化剤ガスを分配して
供給する複数の凹部18a,18bが設けられているた
め、固体電解質板11Aの発電面の全面に亘って濃度が
高い状態で均一に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するこ
とができる。これにより、燃料ガス及び酸化剤ガスを有
効に利用する利用率が低下することを防止することがで
きる。しかも、螺旋状の燃料ガス用凹溝21a,…,2
1a及び酸化剤ガス用凹溝21e,…,21eがコンパ
クトな形状となり、燃料ガス及び酸化剤ガスが外部に排
出されるまでの間に消費されて濃度差が大きくなること
が抑制されている。これにより、発電反応の度合いが位
置によって変化することが抑制されて、発電出力に大き
なばらつきが生じることを防止することができる。As described above, according to the solid oxide fuel cell 10 of the present embodiment, the plurality of recesses 18a for distributing and supplying the fuel gas and the oxidizing gas to the fuel electrode side and the air electrode side of the separator 12 are provided. , 18b are provided, so that the fuel gas and the oxidizing gas can be supplied uniformly in a high concentration state over the entire power generation surface of the solid electrolyte plate 11A. As a result, it is possible to prevent a reduction in the utilization rate of effectively using the fuel gas and the oxidizing gas. Moreover, the spiral fuel gas grooves 21a,.
The oxidant gas grooves 21e,..., 21e have a compact shape, so that the fuel gas and the oxidant gas are not consumed until they are discharged to the outside, thereby preventing the concentration difference from increasing. This suppresses a change in the degree of the power generation reaction depending on the position, and prevents a large variation in the power generation output.
【0029】[0029]
【発明の効果】以上説明したように、請求項1に記載の
本発明の固体電解質型燃料電池によれば、固体電解質の
発電面の全面に亘って濃度が高い状態で均一に反応ガス
を供給することができ、反応ガスの濃度分布の均一化に
資することができる。これにより、反応ガスを有効に利
用する利用率が低下することを防止することができる。
しかも、反応ガス供給穴から供給された反応ガスが反応
ガス流通用凹溝を流通させられて外部に排出されるまで
の間に反応ガスの分圧(濃度)差が大きくなることが抑
制されている。このため、発電反応の度合いが位置によ
って変化することが抑制されて、発電出力に大きなばら
つきが生じることを防止することができる。さらに、請
求項2に記載の本発明の固体電解質型燃料電池によれ
ば、反応ガス供給穴から供給された反応ガスが反応ガス
流通用凹溝を流通させられて外部に排出されるまでの間
に反応ガスの分圧(濃度)差が大きくなることが抑制さ
れて、出力密度を均一化することができる。さらに、請
求項3に記載の本発明の固体電解質型燃料電池によれ
ば、セパレータの燃料極側と空気極側とで反応ガスの圧
力差に起因する内圧が発生した場合であっても、固体電
解質が変形したり、破損してしまうことを防止すること
ができる。As described above, according to the solid oxide fuel cell of the first aspect of the present invention, the reactive gas is uniformly supplied in a high concentration state over the entire power generation surface of the solid electrolyte. This can contribute to making the concentration distribution of the reaction gas uniform. As a result, it is possible to prevent the utilization rate of effectively using the reaction gas from decreasing.
In addition, it is possible to prevent the difference in the partial pressure (concentration) of the reaction gas from increasing between the time when the reaction gas supplied from the reaction gas supply hole flows through the groove for flowing the reaction gas and is discharged to the outside. I have. For this reason, the degree of the power generation reaction is suppressed from changing depending on the position, and it is possible to prevent a large variation in the power generation output. Furthermore, according to the solid oxide fuel cell of the present invention as set forth in claim 2, the reaction gas supplied from the reaction gas supply hole is caused to flow through the reaction gas flow groove and to be discharged to the outside. Therefore, the difference in the partial pressure (concentration) of the reaction gas is suppressed from increasing, and the output density can be made uniform. Furthermore, according to the solid oxide fuel cell of the present invention as set forth in claim 3, even when the internal pressure due to the pressure difference of the reaction gas between the fuel electrode side and the air electrode side of the separator is generated, the solid It is possible to prevent the electrolyte from being deformed or damaged.
【図1】 本発明の一実施形態に係る固体電解質型燃料
電池の要部側断面図である。FIG. 1 is a side sectional view of a main part of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
【図2】 図1に示すセパレータの側面図である。FIG. 2 is a side view of the separator shown in FIG.
【図3】 図2に示すセパレータの燃料極側の平面図で
ある。FIG. 3 is a plan view of the separator shown in FIG. 2 on the fuel electrode side.
【図4】 図2に示すセパレータの空気極側の平面図で
あって内部における反応ガスの流路を強調して示す図で
ある。FIG. 4 is a plan view of the separator shown in FIG. 2 on the air electrode side, in which a flow path of a reaction gas in the inside is emphasized.
【図5】 図3に示すセパレータのA−A線断面図であ
る。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA of the separator shown in FIG.
【図6】 従来技術の一例による固体電解質型燃料電池
の要部斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of a main part of a solid oxide fuel cell according to an example of the related art.
10 固体電解質型燃料電池 11 単セル 11A 固体電解質板(固体電解質) 12 セパレータ 18a,18b 凹部(反応ガス供給穴) 19a 円環状燃料ガス用配管(反応ガス流通用配管) 19b,19c 燃料ガス用配管(反応ガス流通用配
管) 19d 円環状酸化剤ガス用配管(反応ガス流通用配
管) 19e,19f 酸化剤ガス用配管(反応ガス流通用配
管) 21a 燃料ガス用凹溝(反応ガス流通用凹溝) 21e 酸化剤ガス用凹溝(反応ガス流通用凹溝)Reference Signs List 10 solid electrolyte fuel cell 11 single cell 11A solid electrolyte plate (solid electrolyte) 12 separator 18a, 18b recess (reaction gas supply hole) 19a annular fuel gas pipe (reaction gas distribution pipe) 19b, 19c fuel gas pipe (Reaction gas distribution pipe) 19d Annular oxidant gas pipe (reaction gas distribution pipe) 19e, 19f Oxidant gas pipe (reaction gas distribution pipe) 21a Fuel gas groove (reaction gas distribution groove) ) 21e Groove for oxidant gas (groove for reactant gas flow)
Claims (3)
解質からなる単セルと、この単セルの前記正極側及び前
記負極側に積層されたセパレータとを備えた固体電解質
型燃料電池であって、 前記セパレータの表面上に設けられた複数の反応ガス供
給穴と、前記セパレータの内部に設けられて前記セパレ
ータ側部の開口部と前記反応ガス供給穴とを接続する反
応ガス流通用配管と、前記単セルに対向する前記セパレ
ータの表面上で前記反応ガス供給穴を中心として渦を巻
く略螺旋状の反応ガス流通用凹溝とを備えたことを特徴
とする固体電解質型燃料電池。1. A solid oxide fuel cell comprising: a single cell made of a solid electrolyte sandwiched between a positive electrode and a negative electrode; and a separator laminated on the positive electrode side and the negative electrode side of the single cell. A plurality of reaction gas supply holes provided on the surface of the separator; a reaction gas distribution pipe provided inside the separator and connecting the opening on the separator side to the reaction gas supply hole; A solid oxide fuel cell, comprising: a substantially spiral groove for reactant gas flow spiraling around the reactant gas supply hole on the surface of the separator facing the cell.
供給穴から所定距離以内の領域に設けられており、前記
所定距離は前記固体電解質型燃料電池の出力密度に応じ
て設定されたことを特徴とする請求項1に記載の固体電
解質型燃料電池。2. The reaction gas circulation groove is provided in a region within a predetermined distance from the reaction gas supply hole, and the predetermined distance is set according to an output density of the solid oxide fuel cell. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein:
に前記反応ガス流通用凹溝を備え、 一方の前記表面上の前記反応ガス流通用凹溝と、他方の
前記表面上の前記反応ガス流通用凹溝とは、両表面側か
ら見て互いに同一形状に形成されたことを特徴とする請
求項1又は請求項2の何れかに記載の固体電解質型燃料
電池。3. The separator has the reaction gas flow groove on two opposing surfaces, the reaction gas flow groove on one surface, and the reaction gas flow groove on the other surface. 3. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the concave grooves are formed in the same shape as each other as viewed from both surface sides. 4.
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005317418A (en) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell |
| US6964824B2 (en) | 2002-08-21 | 2005-11-15 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell and method of operating the same |
| US7201991B2 (en) | 2002-03-04 | 2007-04-10 | Mitsubishi Materials Corporation | Solid oxide fuel cell and separator |
| JP2007519187A (en) * | 2004-01-16 | 2007-07-12 | ゼネラル・モーターズ・コーポレーション | Channel flow field with extremely short high pressure gradient |
| JP2007179899A (en) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell and fuel cell stack |
| US8153330B2 (en) | 2006-05-26 | 2012-04-10 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell separator stacked on an electrolyte electrode assembly |
-
2000
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Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7201991B2 (en) | 2002-03-04 | 2007-04-10 | Mitsubishi Materials Corporation | Solid oxide fuel cell and separator |
| US7517605B2 (en) | 2002-03-04 | 2009-04-14 | Mitsubishi Materials Corporation | Solid oxide fuel cell and separator |
| US7989121B2 (en) | 2002-03-04 | 2011-08-02 | Mitsubishi Materials Corporation | Solid oxide fuel cell and separator |
| US6964824B2 (en) | 2002-08-21 | 2005-11-15 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell and method of operating the same |
| DE10337233B4 (en) * | 2002-08-21 | 2009-08-20 | Honda Giken Kogyo K.K. | Fuel cell and associated operating method |
| JP2007519187A (en) * | 2004-01-16 | 2007-07-12 | ゼネラル・モーターズ・コーポレーション | Channel flow field with extremely short high pressure gradient |
| US7655340B2 (en) * | 2004-01-16 | 2010-02-02 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Ultra short high pressure gradient flow path flow field |
| JP2005317418A (en) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell |
| US8288052B2 (en) | 2004-04-30 | 2012-10-16 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell |
| JP2007179899A (en) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell and fuel cell stack |
| US8153330B2 (en) | 2006-05-26 | 2012-04-10 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell separator stacked on an electrolyte electrode assembly |
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