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JP2008103298A - Fuel cell, structure for stack and power generating method - Google Patents

Fuel cell, structure for stack and power generating method Download PDF

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JP2008103298A
JP2008103298A JP2006308417A JP2006308417A JP2008103298A JP 2008103298 A JP2008103298 A JP 2008103298A JP 2006308417 A JP2006308417 A JP 2006308417A JP 2006308417 A JP2006308417 A JP 2006308417A JP 2008103298 A JP2008103298 A JP 2008103298A
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Japan
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cathode
anode
plate
current collector
fuel
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Application number
JP2006308417A
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Japanese (ja)
Inventor
Kokichi Uematsu
宏吉 上松
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Original Assignee
Individual
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an outside manifold type cell enabling; reduction in molten carbonate form cell cost, improvement in electrode effective area ratio in the cell and easy dissembling of an assembly cell, etc. <P>SOLUTION: The cell is composed by providing a narrow width and projecting platform shaped sealing part all over periphery part of a rectangular metal plate, storing a rectangular and flat plate shape cathode 37 inside a platform shape part of a cathode current-collecting board 31 with numerous small holes 34 on its interior bottom surface, installing an electrolyte plate 38 on top of the cathode 37 so that the total surface of the cathode current-collecting board 31 is covered as well as arranging to have a wet seal work by bringing into contact with the platform shape part in the periphery of the cathode current-collecting board. In addition, an anode 39 is installed above the electrolyte plate 38, a fuel gas passage 41 is arranged above the anode 39 and an anode current-collecting plate 44 composed of a rectangular thin metal plate is made to cover the fuel gas passage 41 from above. The cell composed thus has material cost and processing cost greatly reduced by having a small number of parts in a separator and making welding not necessary. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明はエネルギー変換装置の分野に属し、燃料の有する化学エネルギーを直接電気に変換する燃料電池に関するものである。特に、溶融炭酸塩形燃料電池のセル及びスタックの構造を一変し、セル及びスタックのコストを大幅に低減し、コストの安い燃料電池発電設備を実現し、それを通じて、エネルギー資源の有効利用や地球環境の改善に貢献することが本発明の主たる目的である。The present invention belongs to the field of energy conversion devices, and relates to a fuel cell that directly converts chemical energy of a fuel into electricity. In particular, the structure of the molten carbonate fuel cell and stack has been completely changed, the cost of the cell and stack has been greatly reduced, and a low-cost fuel cell power generation facility has been realized. Contributing to the improvement of the environment is the main purpose of the present invention.

(1)図1に従来型の溶融炭酸塩型燃料電池(以下、MCFCは溶融炭酸塩型燃料電池と同義語として使用する)のセルの構成要素を示す。
図1[A]はセルの鳥瞰図を、また、[B]はカソード側、アノード側それぞれの側面図を示しているが、説明上の観点から両者には多少の差がある。
図1[A]に示すように、1つのセルの基本構成要素は、セラミックスの粉末を平板状に成形し、その粒子間の空隙に電解質であるアルカリ炭酸塩を充填した電解質板1と、その両側に金属粉末の焼結体等で作られたアノード電極2とカソード電極3の3つで、セルは電解質板を2つの電極アノードとカソードで挟むように相互に密着させた構造である。
通常、セルは単独で使用することはなく、セルを多数積層し、セル間を直列に接続したスタックとして使用される。
この状態では上記3つの構成要素のほかにセパレータと呼ばれる構成要素が必要となる。
セパレータはカソード電極にカソードガス(MCFCの場合は酸素と二酸化炭素を含むガス)を流す通路を形成するためのカソードコルゲート板4と、アノード電極にアノードガス(水素等の燃料ガス)を流す通路を形成するためのアノードコルゲート板5と、カソードガスとアノードガスの混合を防止するためのセンタープレート6の3つの構成要素が最低限必要となる。
その外に、セパレータの側面を通してアノードガス及びカソードガスが漏洩または混合しないようにそれぞれマスクプレート7を使用している。
更に、図1[B]に示すように、必要に応じてカソード電極とカソードコルゲート板の間及びアノード電極とアノードコルゲート板の間にそれぞれカソード集電板8、アノード集電板9を入れる。
これらの集電板は電極を強度的に支持し、同時にセル間の電気抵抗を低減する機能を担っている。
(2)図2は従来型燃料電池のカソード電極及びアノード電極にそれぞれ必要なガスを流す方法に関する説明のための図である。
図2[A]は内部マニフォールド型と呼ばれる方式で、セパレータのセルの有効電極面10の外側の部分にカソード入口12、カソード出口13、アノード入口14、アノード出口15を設けたもので、このほかセルとしては、ガスの流量配分を良くするための抵抗部11やガスが外部に漏洩しないためのシール部16が設けられている。
図2[B]は外部マニフォールド型と呼ばれる方式で、長方形である有効電極面17の4つの側面をガスの供給口、排出口として利用する方式で、カソード入口20、カソード出口21、アノード入口22、アノード出口23のほかセルとしてはシール部19と必要に応じてガスの流量配分を良くするための抵抗部18が設けられる。
(3)図3は従来型の外部マニフォールド型スタックの概念図である。
多数のセル24を積層して側面にガス供給用のマニフォールド25を設け、上下に断熱・絶縁材26を入れて、上下から締め付け装置27、締め付けロッド28、スプリング29を使って一体化させたもので、電流30はセルの上下端から取り出す構造である。
(1) FIG. 1 shows the components of a conventional molten carbonate fuel cell (hereinafter, MCFC is used as a synonym for a molten carbonate fuel cell).
FIG. 1A shows a bird's-eye view of the cell, and FIG. 1B shows side views of the cathode side and the anode side, respectively, but there is a slight difference from the viewpoint of explanation.
As shown in FIG. 1A, the basic constituent elements of one cell are: an electrolyte plate 1 in which ceramic powder is formed into a flat plate shape, and voids between the particles are filled with alkaline carbonate as an electrolyte; The cell has a structure in which the cell is in close contact with each other so that the electrolyte plate is sandwiched between the two electrode anodes and the cathode, the anode electrode 2 and the cathode electrode 3 being made of sintered metal powder or the like on both sides.
Usually, the cells are not used alone, but are used as a stack in which many cells are stacked and the cells are connected in series.
In this state, in addition to the above three components, a component called a separator is required.
The separator has a cathode corrugated plate 4 for forming a passage for flowing cathode gas (a gas containing oxygen and carbon dioxide in the case of MCFC) to the cathode electrode, and a passage for flowing anode gas (fuel gas such as hydrogen) to the anode electrode. At least three components of the anode corrugated plate 5 for forming and the center plate 6 for preventing mixing of the cathode gas and the anode gas are required.
In addition, mask plates 7 are used so that the anode gas and the cathode gas do not leak or mix through the side surfaces of the separator.
Further, as shown in FIG. 1B, a cathode current collector plate 8 and an anode current collector plate 9 are inserted between the cathode electrode and the cathode corrugated plate and between the anode electrode and the anode corrugated plate, respectively, as necessary.
These current collectors support the electrodes in strength and at the same time have a function of reducing the electrical resistance between the cells.
(2) FIG. 2 is a diagram for explaining a method of flowing necessary gases to the cathode electrode and the anode electrode of the conventional fuel cell.
FIG. 2A shows a system called an internal manifold type, in which a cathode inlet 12, a cathode outlet 13, an anode inlet 14, and an anode outlet 15 are provided on the outer side of the effective electrode surface 10 of the separator cell. The cell is provided with a resistance portion 11 for improving gas flow distribution and a seal portion 16 for preventing gas from leaking to the outside.
FIG. 2B shows a system called an external manifold type, in which four side surfaces of the rectangular effective electrode surface 17 are used as gas supply ports and gas discharge ports. The cathode inlet 20, the cathode outlet 21, and the anode inlet 22 are used. In addition to the anode outlet 23, the cell is provided with a seal portion 19 and, if necessary, a resistance portion 18 for improving gas flow distribution.
(3) FIG. 3 is a conceptual diagram of a conventional external manifold type stack.
A large number of cells 24 are stacked, a gas supply manifold 25 is provided on the side, heat insulating / insulating materials 26 are placed on the top and bottom, and integrated from above and below using a tightening device 27, a tightening rod 28, and a spring 29. Thus, the current 30 is extracted from the upper and lower ends of the cell.

(1)図1に示す従来のセルは、その基本構成要素が電解質板とそれを両側から挟むように配置されたカソード、アノードの2つの電極で構成されている点は本発明も同じであるが、従来技術はアノード電極及びカソード電極にそれぞれアノードガス、カソードガスを供給するためのセパレータと呼ばれる金属部品が大変複雑な構造で、部品点数が多く、材質も高価な材料が使用されていたため、セルコストの大半がこのセパレータのコストで占められているという欠点があった。
更に、アノード、カソードそれぞれの電極はそれ自体強度の高いものではないので、電極を直接コルゲート板の上に置くと、コルゲート板は波板で、当然、電極が支持される部分と支持されない部分が存在し、締め付けた時に電極が変形する。電極が変形すると各セル構成要素間の密着性が悪くなり、セル性能を低下させることになる。従って、その欠点を防止するために、図1[B]に示すようにカソード電極とカソードコルゲート板の間に、多数の細かい孔の開いた平板で作られるカソード集電板8を入れている。また、アノード電極とアノードコルゲート板の間にも同様のアノード集電板9を入れている。
従って、セパレータはカソード集電板、カソードコルゲート板、センタープレート、アノードコルゲート板、アノード集電板、マスクプレートと非常に多くの要素で構成されている上に、これらを製造するために必要な金属板のプレス加工や溶接は大変コストと時間の掛かるプロセスである。
更に、アノード側の材料は電解質による腐食を防止するためにニッケルが使用されており、材料費の面からもコストが高くなっている。
この課題に対しては、本発明では、セパレータの部品点数を大幅に削減し、また、部品の構造をシンプルにすると同時に溶接を行わない方式とすることで加工費を下げ、更に、高価なニッケル板材を使用しないことで材料費を下げ、全体としてコストの著しく安いセルを実現する。
(2)また、図2[A]に示す内部マニフォールド型のセルの場合、カソード入口12、出口13、アノード入口14、出口15をセパレータの有効電極面の外側に設ける必要があることから、セルのコストの大半を占めるセパレータの面積がセルの有効電極面積に較べて著しく大きくなり、セルのコストを引き上げてしまうという大きな欠点があった。一方、アノードガス(燃料ガス)とカソードガス(酸素と二酸化炭素を含むガス)の間で起こる発電反応は発熱反応であるので、一般的にはアノードガスもカソードガスも入口より出口の方が温度が高くなる。スタック内でどのような温度分布が発生するかによって、それに応じた熱応力が発生する。
複雑な熱応力の発生を避けるためには、アノードガスとカソードガスを並流または対向流とすることが好ましく、内部マニフォールド型ではこれらのガスの流れを自由に選択することができるという利点がある。
逆に、図2[B]に示す外部マニフォールド型の場合は、セパレータの殆どがセルの有効電極面積となるため、コストが安くなる利点があるが、アノードガスとカソードガスは直交流に限られるためスタック内の温度分布が複雑になり、捩じれ等を含む複雑な熱応力によってスタックに損傷を与える可能性があるという大きな欠点がある。
これらの課題に対して、本発明では、セパレータに占める有効電極面積の割合を大きくしてコストを下げると同時に、熱応力的に最も安定で、かつ、スタックの寿命を長くすることのできる対向流方式を取ることのできる新しいセルの構造を考案する。
(3)また、図3に示す従来型のスタックでは、多数のセルを直接積層して強い力で締め付けたもので、セパレータは溶接構造であり、セパレータとセパレータの間に置かれる電解質板は接着性があるので、一度運転に入ったスタックはセル間が密着して一体のものになってしまう。従って、スタックの中の1つのセルの電圧が劣化したり、部分的にセルにクラックが入りガスのリークが発生する等の損傷が起こった場合でも、そのセルだけ交換するということができなかった。
また、電解質板に充填されている電解質は時間とともに次第に減少し、電池の性能が低下していくが、従来型のスタックではスタックを1つ1つのセルに分解することができないので、途中で電解質を補充することができなかった。
この課題に対しては、本発明では、スタックを分解し、劣化したセルの交換や電解質の補充ができるセル及びスタックの構造を考案し、スタックの実質的な寿命を長くすることで、スタックの更なるコスト低減を図ることを目的としている。
(1) The conventional cell shown in FIG. 1 is the same as that of the present invention in that the basic component is composed of an electrolyte plate and two electrodes, a cathode and an anode, arranged so as to sandwich it from both sides. However, in the prior art, metal parts called separators for supplying anode gas and cathode gas to the anode electrode and the cathode electrode, respectively, have a very complicated structure, a large number of parts, and expensive materials were used. There was a disadvantage that most of the cell cost was occupied by the cost of this separator.
Furthermore, since the electrodes of the anode and the cathode are not strong in themselves, when the electrode is placed directly on the corrugated plate, the corrugated plate is a corrugated plate. Present and deforms when tightened. When the electrode is deformed, the adhesion between the cell constituent elements is deteriorated, and the cell performance is lowered. Therefore, in order to prevent the drawbacks, as shown in FIG. 1B, a cathode current collector plate 8 made of a flat plate having a large number of fine holes is inserted between the cathode electrode and the cathode corrugated plate. A similar anode current collector plate 9 is also inserted between the anode electrode and the anode corrugated plate.
Therefore, the separator is composed of a large number of elements such as a cathode current collector plate, a cathode corrugated plate, a center plate, an anode corrugated plate, an anode current collector plate, and a mask plate, and the metal necessary for manufacturing them. Sheet pressing and welding are very costly and time consuming processes.
Further, nickel is used for the material on the anode side in order to prevent corrosion due to the electrolyte, and the cost is high in terms of material cost.
In order to solve this problem, the present invention greatly reduces the number of parts of the separator, simplifies the structure of the parts, and at the same time reduces the processing cost, and further increases the cost of nickel. By not using a plate material, the material cost is reduced, and a cell with significantly low cost as a whole is realized.
(2) In the case of the internal manifold type cell shown in FIG. 2A, the cathode inlet 12, the outlet 13, the anode inlet 14, and the outlet 15 need to be provided outside the effective electrode surface of the separator. The area of the separator, which occupies most of the cost, is significantly larger than the effective electrode area of the cell, resulting in a major drawback of raising the cost of the cell. On the other hand, since the power generation reaction that occurs between the anode gas (fuel gas) and the cathode gas (gas containing oxygen and carbon dioxide) is an exothermic reaction, the temperature of the anode gas and the cathode gas is generally higher at the outlet than at the inlet. Becomes higher. Depending on what kind of temperature distribution is generated in the stack, thermal stress is generated accordingly.
In order to avoid the occurrence of complicated thermal stress, it is preferable that the anode gas and the cathode gas be cocurrent or counterflow, and the internal manifold type has an advantage that the flow of these gases can be freely selected. .
On the contrary, in the case of the external manifold type shown in FIG. 2B, since most of the separator has an effective electrode area of the cell, there is an advantage that the cost is reduced, but the anode gas and the cathode gas are limited to the orthogonal flow. Therefore, the temperature distribution in the stack becomes complicated, and there is a great disadvantage that the stack may be damaged by complicated thermal stress including twisting.
In response to these problems, the present invention reduces the cost by increasing the proportion of the effective electrode area in the separator, and at the same time is the most stable in terms of thermal stress and can increase the life of the stack. A new cell structure that can be used is devised.
(3) In the conventional stack shown in FIG. 3, a large number of cells are directly stacked and tightened with a strong force. The separator has a welded structure, and the electrolyte plate placed between the separator is bonded. As a result, once the stack is in operation, the cells are in close contact with each other and become an integral one. Therefore, even if the voltage of one cell in the stack deteriorates or damage such as partial cracking of the cell and gas leakage occurs, it is not possible to replace only that cell. .
In addition, the electrolyte filled in the electrolyte plate gradually decreases with time and the battery performance deteriorates. However, in the conventional stack, the stack cannot be disassembled into individual cells. Could not be replenished.
To solve this problem, the present invention devised a cell and stack structure capable of disassembling the stack, replacing a deteriorated cell, and replenishing the electrolyte, and prolonging the substantial life of the stack. The purpose is to further reduce costs.

本発明は、従来のセル、スタックの構造と全く異なる新しい構造の考案であるので、その内容を理解しないと[課題を解決するための手段]を記載することが難しいので、本来は次の[発明を実施するための最良の形態]で記載すべきと思われる図面を引用しての本発明の説明を先行的に記述し、その中で、[課題を解決するための手段]を説明する。
なお、ここでは請求項2または5に対応する燃料電池を基準に説明を行い、次の[発明を実施するための最良の形態]の中で、請求項1から7に対応する各種実施例の違いについて纏めて記述する。
Since the present invention is a novel structure that is completely different from the conventional cell and stack structures, it is difficult to describe [means for solving the problems] without understanding the contents thereof. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION First, an explanation of the present invention will be given with reference to the drawings that are supposed to be described in the Detailed Description of the Invention, in which [Means for Solving the Problems] will be explained. .
Here, description will be made based on the fuel cell corresponding to claim 2 or 5, and in the following [Best Mode for Carrying Out the Invention], various embodiments corresponding to claims 1 to 7 will be described. Summarize the differences.

(1)図4は本発明のカソード集電板31である。
全体形状は長方形で、薄い金属平板をプレス成形等によって製作する。全周辺部には上に凸で幅の狭い台状部33があり、その内側はカソード電極収納部32となっている。即ち、周辺の台状部の上面を基準にすればカソード電極収納部は浅い凹部となる。このカソード電極収納部の底面には多数の小孔34が設けられている。この小孔を介してカソード電極にカソードガスが供給される。各周辺の台状部33の上面は平面で、電解質板と接して電解質によるウェットシールをするために設けられている。また、カソード集電板の周辺の台状部の外側壁面35の短辺側には切り欠き36が設けられており、カソードガスの入口、出口となる。
(1) FIG. 4 shows the cathode current collector 31 of the present invention.
The overall shape is rectangular, and a thin metal flat plate is manufactured by press molding or the like. The entire peripheral portion has a base portion 33 that is convex upward and narrow, and the inside thereof is a cathode electrode storage portion 32. That is, the cathode electrode storage portion becomes a shallow concave portion with reference to the upper surface of the peripheral trapezoidal portion. A large number of small holes 34 are provided on the bottom surface of the cathode electrode storage portion. Cathode gas is supplied to the cathode electrode through the small holes. The upper surface of each peripheral platform 33 is flat and is provided for wet sealing with the electrolyte in contact with the electrolyte plate. A notch 36 is provided on the short side of the outer wall surface 35 of the trapezoidal portion around the cathode current collector plate, and serves as an inlet and an outlet for the cathode gas.

(2)図5はカソード電極37で、形状は長方形の平板で、大きさはカソード集電板のカソード電極収納部より僅か小さく、厚さは僅か厚い形状である。これは電子導電性と通気性を併せ持つ材料で作られている。
これをカソード集電板のカソード電極収納部に収納すると、カソード集電板の周辺の台状部33と高さがほぼ等しくなり、全体がほぼ同じ高さの平面を形成することになる。
(2) FIG. 5 shows a cathode electrode 37, which is a rectangular flat plate, whose size is slightly smaller than the cathode electrode storage portion of the cathode current collector plate, and whose thickness is slightly thicker. It is made of a material that has both electronic conductivity and air permeability.
When this is housed in the cathode electrode housing portion of the cathode current collector plate, the height is substantially equal to the height of the base portion 33 around the cathode current collector plate, and the entire surface forms a plane having substantially the same height.

(3)図6は電解質板38で、セラミックス等の粉末で形成される長方形の平板状で、その粒子間の隙間に電解質である炭酸リチウム(LiCO)、炭酸カリウム(KCO)、炭酸ナトリウム(NaCO)等の混合塩が含浸されているもので、運転条件においてイオン導電性、絶縁性、気密性を有するものである。
また、この形状は面積的にカソード集電板の投影面積とほぼ同じで、カソード電極を収納したカソード集電板の上に、カソード電極全体を覆い、かつ、カソード集電板の各周辺の台状部と接して、運転状態において電解質によるウェットシール機能が働くように配置する。
(3) FIG. 6 shows an electrolyte plate 38, which is a rectangular flat plate formed of a powder such as ceramics, and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and potassium carbonate (K 2 CO 3 ) that are electrolytes in the gaps between the particles. ), A mixed salt such as sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), and has ionic conductivity, insulating properties, and airtightness under the operating conditions.
In addition, this shape is almost the same as the projected area of the cathode current collector plate, covers the entire cathode electrode on the cathode current collector plate containing the cathode electrode, and supports each of the peripheral plates of the cathode current collector plate. Arranged so that the wet seal function by the electrolyte works in the operating state in contact with the shape portion.

(4)図7はアノード電極39で、電子導電性と通気性を有する材料で作られている。
形状は長方形の平板で、面積的にはカソード集電板のカソード電極収納部より少し大きく、かつ、アノード集電板のアノード電極及び燃料ガス通路の収納部より僅かに小さくなっている。なお、全体として見た時は長方形であるが、各コーナーには切り欠き部40があり、燃料ガスの流れが良好になるよう配慮している。
このアノード電極を電解質板の上に配置した状態では、アノード電極の各周辺部がカソード集電板のカソード電極収納部より外側になるように設計され、また、そのように配置される。
これは、カソード電極とアノード電極の端部が重なると、その部分で電解質板にせん断応力が働き、電解質板が破損しやすくなるで、それを避けるためである。
(4) FIG. 7 shows an anode electrode 39 made of a material having electronic conductivity and air permeability.
The shape is a rectangular flat plate, and the area is slightly larger than the cathode electrode housing portion of the cathode current collector plate and slightly smaller than the anode electrode of the anode current collector plate and the fuel gas passage housing portion. In addition, although it is a rectangle when it sees as a whole, there is a notch 40 in each corner, and consideration is given so that the flow of fuel gas becomes good.
In a state where the anode electrode is disposed on the electrolyte plate, each peripheral portion of the anode electrode is designed so as to be outside the cathode electrode storage portion of the cathode current collector plate, and is disposed as such.
This is because, when the end portions of the cathode electrode and the anode electrode overlap each other, a shear stress acts on the electrolyte plate at that portion, and the electrolyte plate is likely to be damaged.

(5)図8は金属平板から成形されたブリッジスクリーンを使った燃料ガス通路41で、[A]は参考のためのブリッジスクリーンのイメージ図である。この場合、ブリッジスクリーンの形状は長方形で、金属薄板をプレス加工したもので、長辺側は切断され、短辺側は切断されずにブリッジ状の形状に塑性加工されたもので、ブリッジの下は長方形の開口部である。図8の燃料ガス通路は全面がブリッジスクリーンとなっており、42はその1つの形状を示している。燃料通路全体として見た形状は長方形であるが、各コーナーには切り欠き部43を設けている。ブリッジスクリーンの凸部42Aの間の空間には改質触媒を適宜配置する。この燃料ガス通路を平面が下、凸部42Aが上になるようにアノード電極の上に置く。
図8は一体の長方形の平板として記載してあるが、目的はアノード電極の支持、集電機能、燃料ガスの通路としてのスペーサ機能であるので、必ずしも全体が一体である必要はなく、分割されていても良い。
(5) FIG. 8 is a fuel gas passage 41 using a bridge screen formed from a flat metal plate, and [A] is an image of the bridge screen for reference. In this case, the shape of the bridge screen is a rectangle, a thin metal plate is pressed, the long side is cut, the short side is not cut, and is plastically processed into a bridge-like shape. Is a rectangular opening. The entire surface of the fuel gas passage in FIG. 8 is a bridge screen, and 42 shows one of the shapes. The shape of the fuel passage as a whole is rectangular, but a notch 43 is provided at each corner. A reforming catalyst is appropriately disposed in the space between the convex portions 42A of the bridge screen. This fuel gas passage is placed on the anode electrode so that the plane is on the bottom and the convex portion 42A is on the top.
Although FIG. 8 is illustrated as an integral rectangular flat plate, the purpose is to support the anode electrode, to collect current, and to function as a spacer as a fuel gas passage. May be.

(6)図9はアノード集電板44で、薄い金属平板をプレス等で加工したもので、周辺部には下に凸の台状部45がある。この台状部の下面45は平面で、電解質板と接して、運転条件下で電解質によるウェットシール機能が働くようになっている。また、この台状部の内側46はアノード電極39及び燃料ガス通路41の収納部で、その形状は長方形で、アノード電極及び燃料ガス通路とほぼ同じ形状で僅かに大きく、高さは両者を重ね合わせた高さにほぼ等しく、天井面には多数の上向きの突起部46Aを有する。この突起部の内側に適宜改質触媒を充填する。周辺の台状部の長辺側の両端には台状部の高さが低くなっている部分47及び47Aがあり、ここはアノード電極への燃料ガスの供給口及びアノードからの排気口として使われる。この部分にはそれぞれ電解質板支持部品48が配置され、電解質板が変形・破損しないように、かつ、ガスの通路を維持するように配慮されている。また、台状部の外側壁面49の短辺側には切り欠き部50が設けられており、ここはカソードガスの通路となる。
このようなアノード集電板44のアノード電極及び燃料ガス通路の収納部46に両者が収納されるように燃料ガス通路の上から置かれる。
(6) FIG. 9 shows an anode current collector plate 44, which is a thin metal flat plate processed by a press or the like. The lower surface 45 of the trapezoidal portion is flat and is in contact with the electrolyte plate so that a wet seal function by the electrolyte works under operating conditions. Further, the inside 46 of the trapezoidal portion is a housing portion for the anode electrode 39 and the fuel gas passage 41, and the shape thereof is rectangular. The shape is almost the same as the anode electrode and the fuel gas passage, and the height is slightly overlapped. It is substantially equal to the combined height, and has a large number of upward projections 46A on the ceiling surface. The reforming catalyst is appropriately filled inside the protruding portion. At both ends on the long side of the peripheral trapezoidal portion, there are portions 47 and 47A where the height of the trapezoidal portion is low, which are used as a fuel gas supply port to the anode electrode and an exhaust port from the anode. Is called. In each of these portions, an electrolyte plate support component 48 is disposed, and consideration is given to maintaining the gas passage so that the electrolyte plate is not deformed or broken. Further, a notch 50 is provided on the short side of the outer wall surface 49 of the trapezoidal portion, which serves as a cathode gas passage.
The anode current collector plate 44 is placed from above the fuel gas passage so that both are accommodated in the anode 46 and the fuel gas passage housing 46.

(7)以上は1つのセルの構成とそれぞれのコンポーネントの関係を説明するためにカソード集電板を一番下に置き、その上に順次積み重ねるということで説明してきたが、実際の組立手順としては、アノード側とカソード側はそれぞれ別々に組立、最後に両者を合わせて1つのセルとする方式を取る。
即ち、アノード集電板のアノード電極及び燃料ガス通路の収納部を上に向けて置き、その上に燃料ガス通路のブリッジスクリーンのブリッジ部(凸部)42Aを下にして収納し、その上にアノード電極を収納し、その上に電解質板を置く。一方、それとは別にカソード集電板のカソード電極収納部を上にして置き、そこにカソード電極を収納する。この際、両者を仮接着する接着剤を使って一体化し、それを反転して電解質板の上に置くことでセルを完成する。この際に使用する仮接着剤は運転時に消滅するか、少なくとも害のないものを使用する。
(7) The above has been described by placing the cathode current collector at the bottom and stacking sequentially on top of it in order to explain the configuration of one cell and the relationship between each component. The anode side and cathode side are assembled separately, and finally both are combined into one cell.
That is, the anode electrode of the anode current collector plate and the storage portion of the fuel gas passage are placed facing upward, and the bridge portion (convex portion) 42A of the bridge screen of the fuel gas passage is placed thereon, and the storage portion is placed thereon. An anode electrode is accommodated, and an electrolyte plate is placed thereon. On the other hand, the cathode electrode storage part of the cathode current collector plate is placed facing upward, and the cathode electrode is stored there. At this time, the cells are integrated by using an adhesive that temporarily bonds them together, and then inverted and placed on the electrolyte plate to complete the cell. The temporary adhesive used at this time disappears during operation, or at least uses no harm.

(8)図10[A]はセルの組立断面図を示している。下から順にカソード集電板31、カソード電極37、電解質板38、アノード電極39、燃料ガス通路41、アノード集電板44となっている。アノード集電板には周辺の台状部に燃料ガス供給口47があり、この開口部は絶縁兼シール材52の開口部を介して燃料供給ヘッダー53の開口部54と接続されており、燃料ガスはここからアノードに供給される。図10[B]はアノードへの燃料ガスの供給とアノードからの排気の状態を説明するための図である。セル上部の両端に燃料供給口53があり、下部の両端に排気口55がある。(8) FIG. 10A shows an assembled cross-sectional view of the cell. A cathode current collecting plate 31, a cathode electrode 37, an electrolyte plate 38, an anode electrode 39, a fuel gas passage 41, and an anode current collecting plate 44 are arranged in order from the bottom. The anode current collector plate has a fuel gas supply port 47 in a peripheral trapezoidal portion, and this opening portion is connected to an opening portion 54 of the fuel supply header 53 through an opening portion of the insulating and sealing material 52. From here the gas is supplied to the anode. FIG. 10B is a diagram for explaining the state of supply of fuel gas to the anode and the state of exhaust from the anode. There are fuel supply ports 53 at both ends of the upper portion of the cell, and exhaust ports 55 at both ends of the lower portion of the cell.

(9)上記のように組み立てられたセルの燃料ガス通路は、アノード集電板と電解質板によって平板状のチューブが形成され、基本的に燃料ガスの外部への漏洩はない。ここに燃料供給口47から燃料ガスを流せばアノード電極に燃料ガスが供給される。一方、アノード集電板とカソード集電板で形成された平板状のセルの外部にカソードガスを流せば、カソード集電板の多数の開口部を介してカソード電極にカソードガスが供給される。
このようにして作られたセルは、両面が金属でできたカソード集電板とアノード集電板であるので、積層しても相互に密着状態になることはなく1つ1つのセルは独立しており、アノード集電板とカソード集電板の間にはアノード集電板の突起部46Aがあり、これがカソードガスの通路としてのスペーサーの役割を果たしている。従って、一度スタックとして組み上げ、運転しても、1つのセルは電解質板によって一体化されてしまうが、セルとセルの間は接着されてしまうことはなく、必要に応じて1つ1つのセルに解体することができる。
(9) In the fuel gas passage of the cell assembled as described above, a flat tube is formed by the anode current collecting plate and the electrolyte plate, and basically there is no leakage of the fuel gas to the outside. If fuel gas is allowed to flow through the fuel supply port 47, the fuel gas is supplied to the anode electrode. On the other hand, when a cathode gas is caused to flow outside the flat cell formed by the anode current collector plate and the cathode current collector plate, the cathode gas is supplied to the cathode electrode through a large number of openings of the cathode current collector plate.
Since the cells made in this way are a cathode current collector plate and an anode current collector plate made of metal on both sides, they are not in close contact with each other even if they are stacked, and each cell is independent. A projection 46A of the anode current collector plate is provided between the anode current collector plate and the cathode current collector plate, and this serves as a spacer as a cathode gas passage. Therefore, even if it is assembled and operated once as a stack, one cell is integrated by the electrolyte plate, but the cells are not bonded to each other. Can be dismantled.

(10)また、このセルは内部マニフォールドを持っておらず、基本的に周辺のシール部以外は総て有効電極面積であるので全セル面積に占める有効電極面積の割合が大きい。
さらにセルの形状が縦長の長方形であり、燃料ガスも空気も流れの方向の幅に対して長さが長く、流量配分改善のための抵抗部を設けなくてもガスの流量配分が均一になる。図10を見るとセルは縦長ではあるが、縦横比はそれほど大きくないように見えるが、燃料ガスの供給、排出は両側から行われているので、セルの幅は実質的に半分ということになる。
また、幅が狭いので中心部と周辺部の温度差が小さく、ホットスポットや熱応力によるダメージを受けにくい。
(10) Since this cell does not have an internal manifold and basically has an effective electrode area except for the peripheral seal portion, the ratio of the effective electrode area to the total cell area is large.
Furthermore, the shape of the cell is a vertically long rectangle, and both the fuel gas and the air are long in the flow direction width, and the gas flow distribution is uniform without providing a resistance portion for improving the flow distribution. . Although FIG. 10 shows that the cell is vertically long, the aspect ratio does not appear to be very large, but since the fuel gas is supplied and discharged from both sides, the width of the cell is substantially halved. .
Further, since the width is narrow, the temperature difference between the central portion and the peripheral portion is small, and it is difficult to be damaged by hot spots or thermal stress.

(11)図11は図10Aのセルを積層したスタックの概念図である。
セル積層部56の上下に電流取り出し板57があり、その上下に断熱・絶縁材58が配置されている。その上下から締め付け装置59によってスプリング60を介して締め付けロッド62で全体を締め付けている。
しかし、1つ1つのセルは上下が金属板であるので相互に密着状態になることはなく、燃料ガスヘッダーと締め付け装置を外せば1つ1つのセルをバラバラにすることができるので、損傷を受けたセルを交換することも可能で、それによって実質的な寿命延長が可能となる。また、バラバラにしなくても、カソード集電板に設けられた多数の開口部を介して電解質を補充することも可能である。
なお、図11で61はスプリングカバーを、63は電流取り出しケーブルを64はインバータを示している。
(11) FIG. 11 is a conceptual diagram of a stack in which the cells of FIG. 10A are stacked.
Current extraction plates 57 are provided above and below the cell stack 56, and heat insulating and insulating materials 58 are provided above and below the plate. From the upper and lower sides, the whole is clamped by a clamping rod 62 via a spring 60 by a clamping device 59.
However, since each cell is a metal plate at the top and bottom, it will not be in close contact with each other, and if the fuel gas header and the clamping device are removed, each cell can be broken apart, so damage can be avoided. It is also possible to replace the received cell, thereby substantially extending the service life. Further, the electrolyte can be replenished through a large number of openings provided in the cathode current collector plate without being separated.
In FIG. 11, reference numeral 61 denotes a spring cover, 63 denotes a current extraction cable, and 64 denotes an inverter.

(12)図12はスタック周りの機器の配置とカソードガス、アノードガスの流れを示している。スタック65は燃料入口ヘッダー53が上部になるように、また、アノード排気ヘッダー55が下部に来るように配置する。燃料ガスFGは燃料ガスヘッダー53を介して各セルのアノード側に供給される。燃料ガスは上から下へ向かって流れ、スタック下部のアノード排気ヘッダー55を介して混合室68に導かれる。一方、空気AIRはスタックの周辺を取り囲むように配置された平板状の空気予熱器66で予熱されながら上から下に向かって流れ、下部から混合室に導かれてアノード排気と混合される。次いで、燃焼室69の中の燃焼触媒70に接してアノード排気中の可燃成分が燃焼され、COと酸素を含む燃焼ガスがカソード側の通路を通って下から上に向かって流れる。
即ち、燃料ガスは上から下へ、カソードガスは下から上へ向かって流れる対向流方式となる。一般に、発電反応は発熱であるため、アノードガスもカソードガスも入口より出口の温度が高くなるが、対向流では相互に相殺しあい、従って、スタックは全体が最も均一な温度になり、熱応力によるダメージを受けにくい構造である。
この際、カソードガスの温度は燃料利用率を調整することで制御できるので、スタックの温度分布を均一に維持でき、それによってスタックに掛かる熱応力を低減することができる。
(12) FIG. 12 shows the arrangement of devices around the stack and the flow of cathode gas and anode gas. The stack 65 is arranged so that the fuel inlet header 53 is at the top and the anode exhaust header 55 is at the bottom. The fuel gas FG is supplied to the anode side of each cell via the fuel gas header 53. The fuel gas flows from top to bottom and is guided to the mixing chamber 68 via the anode exhaust header 55 at the bottom of the stack. On the other hand, the air AIR flows from the top to the bottom while being preheated by a flat air preheater 66 disposed so as to surround the periphery of the stack, and is guided from the lower part to the mixing chamber to be mixed with the anode exhaust. Next, combustible components in the anode exhaust are combusted in contact with the combustion catalyst 70 in the combustion chamber 69, and combustion gas containing CO 2 and oxygen flows from the bottom upward through the passage on the cathode side.
That is, a counter flow system in which the fuel gas flows from the top to the bottom and the cathode gas flows from the bottom to the top is used. In general, since the power generation reaction is exothermic, both the anode gas and the cathode gas have a higher temperature at the outlet than the inlet, but in the counterflow, they cancel each other, so the entire stack is at the most uniform temperature and is due to thermal stress. It is a structure that is not easily damaged.
At this time, since the temperature of the cathode gas can be controlled by adjusting the fuel utilization rate, the temperature distribution of the stack can be maintained uniformly, thereby reducing the thermal stress applied to the stack.

(1)本発明のセルの構造は、セルの中で最もコストに影響を与える1セル当たりのセパレータの金属加工板の数を従来のセルに較べて極端に少なくしており、セルのコストを大幅に引き下げることができる。(1) The cell structure of the present invention has an extremely small number of separator metal working plates per cell that has the greatest effect on the cost of the cell compared to conventional cells. Can be greatly reduced.

(2)本発明で使用するセルの構成部品は総て単純な長方形で、金属加工板は簡単なプレス加工で、その他のポーラス部品はテープ成形機と連続焼成炉で成形でき、溶接を必要とするところはない。従って、加工時間も短く、セルの加工費を大幅に引き下げることができる。(2) The components of the cell used in the present invention are all simple rectangles, the metal processed plates can be formed by simple press processing, and the other porous components can be formed by a tape forming machine and a continuous firing furnace, requiring welding. There is nothing to do. Therefore, the processing time is short and the cell processing cost can be greatly reduced.

(3)本発明のセルの構成部品の形状は単純な長方形で、かつ、幅が狭いので、プレス、テープ成形機、連続焼成炉等生産設備はいずれも幅の狭い小型の設備で済むので設備投資が少なくて済む。(3) Since the shape of the constituent parts of the cell of the present invention is a simple rectangle and the width is narrow, production facilities such as a press, a tape molding machine, and a continuous firing furnace are all equipped with small and narrow equipment. Less investment is required.

(4)本発明のスタックは、必要な数のセルを積層して締め付け装置で締め付けるだけの構造で、燃料ガスヘッダーとスタックの締め付け装置を外せば、それぞれのセルに分解することができ、ダメージを受けたセルを交換したり、電解質を補充することが可能である。また、1つ1つのセルをバラバラにしなくても、カソード集電板のカソード電極収納部に設けられた孔を介して電解質を補充することができる。(4) The stack of the present invention has a structure in which a necessary number of cells are stacked and tightened with a clamping device. If the fuel gas header and the stack clamping device are removed, the stack can be disassembled into each cell and damaged. It is possible to replace the cell that has received the electrolyte or to replenish the electrolyte. In addition, the electrolyte can be replenished through the holes provided in the cathode electrode storage portion of the cathode current collector plate without having to separate each cell.

(5)本発明のセルは、ガスの流れ方向に対する距離が長く、幅が狭いので、流量配分改善のために抵抗部を設けなくても、ガスの流量配分のバラツキが小さい。(5) Since the cell of the present invention has a long distance to the gas flow direction and a narrow width, the variation in the gas flow distribution is small even without providing a resistance portion for improving the flow distribution.

(6)本発明のセルはカソードガスとアノードガスの流れが対向流であることからもともと全体が一定の温度範囲内にあり、温度分布に起因する熱応力が極めて小さいと同時に、セルの幅が狭く、放熱しやすい構造であるのでホットスポットが発生することはなく、ホットスポットによるセルの劣化がない。(6) The cell of the present invention is originally in a certain temperature range because the flow of the cathode gas and the anode gas is a counter flow, and the thermal stress due to the temperature distribution is extremely small, and at the same time the cell width is Since the structure is narrow and easily radiates heat, no hot spot is generated, and the cell is not deteriorated by the hot spot.

(7)本発明のセルは内部改質にも外部改質にも適用することができる。
外部改質の場合、カソードへのガス供給量を増大させる必要があるが、カソードガスの通路に電子導電性材料で作られたスペーサを追加することで、セル部分の形状を変えることなく、容易にカソードガス通路を拡大できる。
(7) The cell of the present invention can be applied to both internal reforming and external reforming.
In the case of external reforming, it is necessary to increase the gas supply amount to the cathode, but by adding a spacer made of an electronically conductive material to the cathode gas passage, it is easy without changing the shape of the cell part. The cathode gas passage can be enlarged.

以上、[課題を解決するための手段]という観点から本発明の基本的な内容について図面を使って説明してきたが、ここでは[発明の実施の形態]の観点から今までに記載しなかった部分や発明の背景となる技術的に詳細な部分の説明を行う。The basic contents of the present invention have been described with reference to the drawings from the viewpoint of [Means for Solving the Problems], but here, they have not been described so far from the viewpoint of [Embodiments of the Invention]. The technical details that explain the background and the background of the invention will be described.

(1)本発明のセルは図10に示す通り、基本的にアノード集電板44と電解質板38で構成される平板チューブ状の閉じられた空間に燃料ガスを流すことでアノード電極39に燃料ガスを供給し、アノード集電板44とカソード集電板31で構成される平板チューブ状セルの外部に酸素とCOを含む酸化剤ガスを流すことでカソード集電板に設けられた多数の小孔を介してカソード電極37に酸化剤ガスを供給し、電解質38を挟んで配置されたアノード39、カソード37両電極の間に起電力を発生させる構造を取っている。この形式のセルの場合、セルを複数積層したスタックにおいて各セルに燃料ガスを供給するヘッダーの構造が非常に重要なポイントとなる。
本発明では、セルは縦長の長方形の薄い箱型の形状をしているが、図10に示す通り、アノード集電板の薄い側面の長手方向の上部両側に燃料供給用の開口部47を有しており、側面の下部の両側にアノード排気のための開口部47Aを有している。
(1) As shown in FIG. 10, the cell of the present invention basically supplies fuel to the anode electrode 39 by flowing a fuel gas through a closed space of a flat plate tube formed by the anode current collector plate 44 and the electrolyte plate 38. Many gases provided on the cathode current collector are supplied by supplying a gas and flowing an oxidant gas containing oxygen and CO 2 outside the flat tube-shaped cell constituted by the anode current collector 44 and the cathode current collector 31. An oxidant gas is supplied to the cathode electrode 37 through a small hole, and an electromotive force is generated between both the anode 39 and the cathode 37 disposed with the electrolyte 38 interposed therebetween. In the case of this type of cell, the structure of a header that supplies fuel gas to each cell in a stack in which a plurality of cells are stacked is a very important point.
In the present invention, the cell has a vertically long rectangular thin box shape. However, as shown in FIG. 10, there are fuel supply openings 47 on both upper sides of the thin side surface of the anode current collector. And has openings 47A for anode exhaust on both sides of the lower portion of the side surface.

(2)本発明のセルは、周辺のシール部以外は有効電極面積となり、全セル面積に占める有効電極面積の割合が大きいことが特徴である。有効電極面積の割合を最大にするのは正方形であるが、一方、この有効電極面積に燃料ガス及び酸化剤ガスを均一に流すためには流れ方向が長く、幅方向が狭い方が好ましい。本発明では、この両方の目的を達成するために、実際のセルの形状は縦長の長方形であるが長さ(L)と幅(D)の比(L/D)を小さくし、一方、燃料供給口とアノード排気口を1つのセルに2つずつ設けることによって、実質的に長さ(L)と幅(D)の比(L/D)を大きくすることで、有効電極面積全体に燃料ガスと酸化剤ガスを均一に流し、かつ、経済性を満足するようにしている。(2) The cell of the present invention has an effective electrode area other than the peripheral seal portion, and is characterized by a large proportion of the effective electrode area in the total cell area. The square of the effective electrode area is maximized, but on the other hand, in order to allow the fuel gas and the oxidant gas to flow uniformly over the effective electrode area, it is preferable that the flow direction is long and the width direction is narrow. In the present invention, in order to achieve both of these objects, the actual cell shape is a vertically long rectangle, but the ratio (L / D) of the length (L) to the width (D) is reduced, while the fuel is By providing two supply ports and two anode exhaust ports in one cell, the ratio of the length (L) to the width (D) (L / D) is substantially increased, so that the entire effective electrode area is fueled. The gas and the oxidant gas are allowed to flow uniformly, and the economy is satisfied.

(3)前記の通り、スタックは上下方向に縦長に配置するが、燃料ガスは上から供給し、アノード排気は底部で排出される。スタック直下にアノード排気中の可燃成分を燃焼するため触媒燃焼室を配置し、更にその直下に空気とアノード排気との混合室が設けられている。空気はスタックの外側を囲うように配置された断熱材の外部に設けられた平板状の空気予熱器66を通って混合室の下部より混合室に供給される。
触媒燃焼室を出た燃焼ガスはカソード集電板とアノード集電板の間を下から上に向かって流れ、アノード集電板のアノード電極及び燃料ガス通路の収納部に設けられた多数の突起部がカソードガス通路を形成するスペーサーの役目を果たし、カソード集電板に設けられた多数の開口部を介してカソード電極にカソードガスを供給する。
即ち、燃料ガスは上から下へ、酸化剤ガスは下から上へ流れる対向流となる。
一方、発電反応はカソードでCO+1/2O+2e=CO 2−の反応で炭酸イオン(CO 2−)が生成され、炭酸イオンが電解質中をアノードに移動し、そこでCO 2−+H=CO+HO+2eの反応で電子を放出し、電子は外部回路を通って再びカソードに戻る。この反応が継続することで、電子の流れ即ち電流が起こることになるが、この反応は全体として水素の燃焼反応であり、発熱反応であるため、一般にアノードガスもカソードガスも入口温度より出口温度の方が高くなる。
本発明ではアノードガスとカソードガスの流れが対向流であるため、セル内の伝熱によって相互に相殺しあい、セル全体の温度が最も均一になり、温度差に起因する熱応力が発生しにくく、熱応力によるスタックのダメージが起こりにくい。
(3) As described above, the stack is arranged vertically in the vertical direction, but the fuel gas is supplied from above, and the anode exhaust is discharged at the bottom. A catalytic combustion chamber is disposed immediately below the stack for burning combustible components in the anode exhaust, and a mixing chamber for air and anode exhaust is further provided immediately below the combustion chamber. Air is supplied to the mixing chamber from the lower part of the mixing chamber through a flat plate air preheater 66 provided outside the heat insulating material arranged so as to surround the outside of the stack.
Combustion gas exiting the catalyst combustion chamber flows from the bottom to the top between the cathode current collector plate and the anode current collector plate, and there are a large number of protrusions provided in the anode electrode of the anode current collector plate and the storage portion of the fuel gas passage. Cathode gas is supplied to the cathode electrode through a large number of openings provided in the cathode current collector, serving as a spacer for forming the cathode gas passage.
That is, the fuel gas becomes a counter flow that flows from top to bottom and the oxidant gas flows from bottom to top.
On the other hand, in the power generation reaction, carbonate ions (CO 3 2− ) are generated by the reaction of CO 2 + 1 / 2O 2 + 2e = CO 3 2− at the cathode, and the carbonate ions move through the electrolyte to the anode, where CO 3 2 - + H 2 = CO 2 + H 2 O + 2e - and the reaction releases electrons in the electrons return to the cathode again through an external circuit. When this reaction continues, an electron flow, that is, an electric current occurs, but this reaction is an overall hydrogen combustion reaction and an exothermic reaction, so that both the anode gas and the cathode gas generally have an outlet temperature higher than the inlet temperature. Is higher.
In the present invention, the flow of the anode gas and the cathode gas is counterflow, so they cancel each other out by heat transfer in the cell, the temperature of the whole cell becomes the most uniform, and thermal stress due to the temperature difference is less likely to occur, Stack damage due to thermal stress is unlikely to occur.

(4)また、セルの内部では発電反応によって発熱が起こっており、この発熱と伝熱による温度降下の関係から一般に中心部は温度が高く、周辺部は温度が低くなる。しかし、本発明のセルは幅が狭く、長さが長い形状になっているため、横方向への伝熱から中心部にホットスポットができにくく、ホットスポットによる熱応力の発生や高温自体によるセルのダメージを受けにくい構造となっている。この観点からも幅を狭く、長さを長くしていることは有効である。
なお、図4から10に記載のものは必ずしも縦横比が大きくなっていないが、アノードへの燃料供給口及びアノード排気口が各セルに2つずつ付いていることから実質的に縦横比が大きくなっていること、また、図は飽くまで一例で、縦長のセルとすることは本発明の1つの目的である。
(4) Also, heat is generated inside the cell due to a power generation reaction, and the temperature is generally high in the central portion and the temperature in the peripheral portion is low due to the relationship between the heat generation and the temperature drop due to heat transfer. However, since the cell of the present invention has a narrow width and a long shape, it is difficult to form a hot spot in the center due to heat transfer in the lateral direction, and the cell is caused by the generation of thermal stress due to the hot spot or the high temperature itself. The structure is less susceptible to damage. From this point of view, it is effective to narrow the width and lengthen the length.
4 to 10 do not necessarily have a large aspect ratio, but the aspect ratio is substantially large because two fuel supply ports to the anode and two anode exhaust ports are attached to each cell. In addition, the figure is an example until it becomes tired, and it is an object of the present invention to make a vertically long cell.

(5)既に記載したように、本発明ではアノード電極の大きさをカソード電極より大きくし、アノード電極の周辺部の位置がカソード電極の周辺部と一致することのないように、アノード電極の全周辺部がカソード集電板のカソード収納部の周辺より外側に来るよう、即ち、カソード集電板の周辺部に重なる位置に来る構造とした。これはカソード電極とアノード電極の両方のエッジが一致すると電解質板のその部分にせん断応力が掛かり易く、電解質板にクラックが入る可能性が高くなるためである。
従って、アノード電極とカソード電極のエッジの位置をずらすことで、電解質板の健全性を高めた。
(5) As already described, in the present invention, the size of the anode electrode is made larger than that of the cathode electrode so that the position of the peripheral portion of the anode electrode does not coincide with the peripheral portion of the cathode electrode. The structure is such that the peripheral part comes outside the periphery of the cathode storage part of the cathode current collector plate, that is, the peripheral part is overlapped with the peripheral part of the cathode current collector plate. This is because if the edges of both the cathode electrode and the anode electrode coincide with each other, shear stress is likely to be applied to that portion of the electrolyte plate, and the possibility of cracks in the electrolyte plate increases.
Therefore, the soundness of the electrolyte plate was improved by shifting the positions of the edges of the anode electrode and the cathode electrode.

(6)図13は本発明の燃料電池発電設備の全体レイアウトを示す。スタック65の直上には燃焼触媒71を配置し、万一、スタックから燃料ガスが漏洩した場合に直ぐに酸化することで、設備の安全を確保している。また、その直ぐ上には起動用バーナ72を配置している。ここに燃料を流し、バーナの着火装置で着火すると、燃焼ガスは上に空気は周辺の空気予熱器を通して継続的に供給され、自然循環で装置を予熱することができる。起動用バーナの上には燃料過熱器73を配置し、その上には予備改質器74を、更にその上には燃料予熱器75を配置している。燃料予熱器の上部には蒸気過熱器76とミキサー77が配置され、一番上に蒸気発生器78が配置される。これらは起動用バーナを着火することで、運転状態に入り、蒸気と燃料を混合し、予備改質された燃料をスタックに供給することができる。
なお、79は空気ブロワ、80は給水ポンプ、81はフィルターサイレンサー、82はインバータ、83はガスボンベ、84はブロータンク、85は制御装置、86は汽水分離装置、87は給水タンクを表わしているが、本発明の主要部ではないので説明は省略する。
(6) FIG. 13 shows the overall layout of the fuel cell power generation facility of the present invention. A combustion catalyst 71 is disposed immediately above the stack 65, and in the unlikely event that fuel gas leaks from the stack, it is oxidized immediately, thereby ensuring the safety of the equipment. In addition, an activation burner 72 is disposed immediately above. When the fuel is flowed here and ignited by the burner ignition device, the combustion gas is continuously supplied through the surrounding air preheater, and the device can be preheated by natural circulation. A fuel superheater 73 is disposed on the startup burner, a pre-reformer 74 is disposed thereon, and a fuel preheater 75 is disposed thereon. A steam superheater 76 and a mixer 77 are disposed above the fuel preheater, and a steam generator 78 is disposed at the top. By igniting the start-up burner, they can enter an operating state, mix steam and fuel, and supply pre-reformed fuel to the stack.
79 represents an air blower, 80 represents a water supply pump, 81 represents a filter silencer, 82 represents an inverter, 83 represents a gas cylinder, 84 represents a blow tank, 85 represents a control device, 86 represents a brackish water separator, and 87 represents a water supply tank. Since it is not the main part of the present invention, the description is omitted.

(1)図14は本発明のセルの基本形と各種の実施例を示すセルの断面図である。
[A]は請求項1に対応する本発明のセルの基本形で、[課題を解決する手段]の中で、図4から10を使って説明してきた燃料電池と異なるところはアノード集電板88だけである。このアノード集電板は、アノード電極及び燃料ガス通路の収納部46の天井部が平面である点が、これまでの説明と異なる。この形のセルを複数積層してスタックとして使用する場合は、積層するセルとセルの間にカソードガスの通路を形成するための導電性を持つスペーサが必要になる。
(1) FIG. 14 is a sectional view of a cell showing the basic form of the cell of the present invention and various embodiments.
[A] is a basic form of the cell of the present invention corresponding to claim 1, and in the [means for solving the problems], the anode current collector plate 88 is different from the fuel cell described with reference to FIGS. Only. The anode current collector plate is different from the above description in that the anode electrode and the ceiling portion of the fuel gas passage housing 46 are flat. When a plurality of cells of this type are stacked and used as a stack, a conductive spacer is required to form a cathode gas passage between the stacked cells.

[B]は[課題を解決する手段]の中で、図4から10を使って説明してきた燃料電池そのもので、請求項2に対応する。この場合はアノード集電板44のアノード電極及び燃料ガス通路46の天井部に多数の上向きの突起部46Aが設けられており、複数のセルを積層してスタックとする時に、この突起部がカソードガス通路を形成するためのスペーサの役割を果たす。[B] is the fuel cell itself described with reference to FIGS. 4 to 10 in [Means for Solving the Problems], and corresponds to claim 2. In this case, a large number of upward protruding portions 46A are provided on the anode electrode of the anode current collector plate 44 and the ceiling portion of the fuel gas passage 46. When a plurality of cells are stacked to form a stack, these protruding portions It serves as a spacer for forming a gas passage.

[C]は請求項4に対応するもので、カソード集電板89だけが基本形と異なる。このカソード集電板はカソード電極収納部の底面がブリッジスクリーンとなっており、多数の下向きに凸のブリッジ部90があり、この部分がカソードガス通路のためのスペーサーとなっていると同時にカソードガスのための開口部ともなっている。(図8[A]にブリッジスクリーンのイメージ図がある)[C] corresponds to claim 4 and only the cathode current collector 89 is different from the basic shape. The cathode current collector plate has a bridge screen at the bottom surface of the cathode electrode storage portion, and has a number of downwardly projecting bridge portions 90. This portion serves as a spacer for the cathode gas passage, and at the same time, the cathode gas. It is also an opening for. (Fig. 8 [A] is an image of the bridge screen)

[D]は[B]のアノード集電板の突起部46Aの内側に改質触媒51を充填した場合で、請求項3に対応する。[D] is a case where the reforming catalyst 51 is filled inside the protrusion 46A of the anode current collector plate of [B] and corresponds to claim 3.

[E]は[D]の燃料電池のブリッジスクリーン型の燃料ガス通路を発泡金属体の燃料ガス通路91に置き換えたもので、請求項6に対応するものである。[E] replaces the bridge screen type fuel gas passage of the fuel cell of [D] with a fuel gas passage 91 of a metal foam body, and corresponds to claim 6.

以上5つの実施例を図14で説明したが、(2)または(3)が基本的な実施形態であり、それに各種の応用、組合せが存在するもので、要求される条件によって最良の組合せが決まる。しかし、[課題を解決するための手段]以降これまで説明してきた内容が基本的に最良の実施形態である。Although the five examples have been described with reference to FIG. 14, (2) or (3) is a basic embodiment, and there are various applications and combinations. The best combination depends on the required conditions. Determined. However, what has been described so far is basically the best embodiment [means for solving the problems].

燃料電池は燃料ガスの持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変えるエネルギー変換装置であるので、基本的に、直流または交流の発電設備または動力源としてあらゆる分野への適用が可能である。一方、本発明は主として溶融炭酸塩型燃料電池の改良に重点があるので、高温型燃料電池として考えた場合、定置型の発電設備に適している。また、高温型の燃料電池は排熱も高温となるので、コジェネレーションに向いており、産業用や家庭用のコジェネレーション用として適している。Since the fuel cell is an energy conversion device that directly converts the chemical energy of the fuel gas into electric energy, it can be basically applied to any field as a DC or AC power generation facility or power source. On the other hand, since the present invention mainly focuses on the improvement of molten carbonate fuel cells, it is suitable for stationary power generation facilities when considered as a high temperature fuel cell. In addition, high-temperature fuel cells are suitable for cogeneration because exhaust heat becomes high, and are suitable for industrial and household cogeneration.

従来型のセルの構成要素の説明図 [A]鳥瞰図 [B]側面図Explanatory drawing of components of conventional cell [A] Bird's eye view [B] Side view 従来型のセルのガス供給方法に関する説明図 [A]内部マニフォールド型 [B]外部マニフォールド型Explanatory drawing concerning conventional gas supply method of cell [A] Internal manifold type [B] External manifold type 従来型のスタックの概念図Conceptual diagram of conventional stack 本発明のカソード集電板の構造図Structural diagram of cathode current collector of the present invention 本発明のカソード電極の構造図Structural diagram of cathode electrode of the present invention 本発明の電解質板の構造図Structure diagram of electrolyte plate of the present invention 本発明のアノード電極の構造図Structure diagram of anode electrode of the present invention 本発明の燃料ガス通路の構造図Structure of fuel gas passage of the present invention 本発明のアノード集電板の構造図Structural diagram of anode current collector of the present invention 本発明のセルの組立断面図 [A]セル組立断面図 [B]燃料供給及び排気ヘッダーの構造図[A] Cell assembly sectional view [B] Fuel supply and exhaust header structure diagram 本発明のスタックの組立断面図Assembly sectional view of the stack of the present invention 本発明のスタック周りの組立断面図及びガスの流れAssembly sectional view and gas flow around the stack of the present invention 本発明の燃料電池発電設備の配置図Layout of fuel cell power generation facility of the present invention 本発明のセルの各種実施例Various embodiments of the cell of the invention

符号の説明Explanation of symbols

1.電解質板
2.アノード電極
3.カソード電極
4.カソードガス通路(コルゲート板)
5.アノードガス通路(コルゲート板)
6.センタープレート
7.マスクプレート
8.カソード集電板
9.アノード集電板
10.内部マニフォールド型セパレータの有効電極部
11.内部マニフォールド型セパレータの抵抗部
12.内部マニフォールド型セパレータのカソードガス入口
13.内部マニフォールド型セパレータのカソードガス出口
14.内部マニフォールド型セパレータのアノードガス入口
15.内部マニフォールド型セパレータのアノードガス出口
16.内部マニフォールド型セパレータのシール部
17.外部マニフォールド型セパレータの有効電極部
18.外部マニフォールド型セパレータの抵抗部
19.外部マニフォールド型セパレータのシール部
20.外部マニフォールド型セパレータのカソードガス入口ヘッダー
21.外部マニフォールド型セパレータのカソードガス出口ヘッダー
22.外部マニフォールド型セパレータのアノードガス入口ヘッダー
23.外部マニフォールド型セパレータのアノードガス出口ヘッダー
24.従来型スタックのセル積層部
25.従来型スタックのヘッダーカバー
26.従来型スタックの断熱・絶縁材
27.従来型スタックの締め付け装置
28.従来型スタックのテンションロッド
29.従来型スタックの締め付け用スプリング
30.従来型スタックの電流の取り出し
31.本発明のカソード集電板
32.本発明のカソード集電板のカソード電極収納部
33.本発明のカソード集電板の台状部(シール部)
34.本発明のカソード集電板のカソード電極収納部に設けられた小孔
35.本発明のカソード集電板の台状部の外側壁
36.本発明のカソード集電板の台状部の外側壁の短辺側に設けられた切り欠き
37.本発明のカソード電極
38.本発明の電解質板
39.本発明のアノード電極
40.本発明のアノード電極の各コーナの切り欠き部
41.本発明の燃料ガス通路
42.本発明の燃料ガス通路のブリッジスクリーンのブリッジ部形状
42A.本発明の燃料ガス通路のブリッジスクリーンのブリッジ部(凸部)
43.本発明の燃料ガス通路の各コーナの切り欠き部
44.本発明のアノード集電板
45.本発明のアノード集電板の台状部(シール部)
46.本発明のアノード集電板のアノード電極及び燃料ガス通路の収納部
46A.本発明のアノード集電板に設けられた突起部
47.本発明のアノード集電板に設けられた燃料供給口
47A.本発明のアノード集電板に設けられたアノード排気口
48.本発明の電解質支持部品
49.本発明のアノード集電板の台状部の外側壁
50.本発明のアノード集電板の台状部の外側壁に設けられた切り欠き
51.本発明の改質触媒
52.本発明の絶縁兼シール材
53.本発明の燃料供給ヘッダー
54.本発明の燃料供給ヘッダーの開口部
55.本発明のアノード排気ヘッダー
56.本発明のスタックのセル積層部
57.本発明のスタックの電流取出し板
58.本発明のスタックの断熱・絶縁材
59.本発明のスタックの締付け装置
60.本発明のスタックの締付け用スプリング
61.本発明のスタックの締付け用スプリングのカバー
62.本発明のスタックの締付け用テンションロッド
63.本発明のスタックの電流取出しケーブル
64.本発明のインバータ
65.本発明のスタックの配置とその中のガスの流れ
66.本発明の空気予熱器
67.本発明の断熱材
68.本発明のアノード排気と空気の混合室
69.本発明の燃焼室
70.本発明の燃焼触媒
71.本発明の燃焼触媒
72.本発明の起動用バーナ
73.本発明の燃料過熱器
74.本発明の予備改質器
75.本発明の燃料予熱器
76.本発明の蒸気過熱器
77.本発明のミキサー
78.本発明の蒸気発生器
79.本発明の空気ブロワ
80.本発明の給水ポンプ
81.本発明のフィルターサイレンサ
82.本発明のインバータ
83.本発明のボンベ置き場
84.本発明のブロータンク
85.本発明の制御装置
86.本発明の汽水分離器
87.本発明の給水タンク
88.本発明のアノード集電板
89.本発明のカソード集電板
90.本発明のカソード集電板のブリッジスクリーンの突起部
91.本発明の発泡金属体
AIR 空気
FG 燃料ガス
1. 1. Electrolyte plate 2. Anode electrode 3. Cathode electrode Cathode gas passage (corrugated plate)
5. Anode gas passage (corrugated plate)
6). Center plate 7. Mask plate8. Cathode current collector 9. Anode current collector 10. 10. Effective electrode part of internal manifold type separator Resistance part of internal manifold type separator 12. 12. Cathode gas inlet of internal manifold type separator 13. Cathode gas outlet of internal manifold type separator Anode gas inlet of internal manifold separator 15. Anode gas outlet of internal manifold separator 16. 16. Seal part of internal manifold type separator Effective electrode part of external manifold type separator 18. Resistance part of external manifold type separator 19. Seal part of external manifold type separator 20. Cathode gas inlet header of external manifold separator 21. Cathode gas outlet header of external manifold separator 22. Anode gas inlet header of external manifold separator 23. Anode gas outlet header of external manifold type separator 24. Cell stack part of conventional stack 25. Conventional stack header cover 26. Insulation / insulation material of conventional stack 27. Conventional stack clamping device 28. Conventional stack tension rod 29. Conventional stack tightening spring 30. Extracting current from a conventional stack 31. Cathode current collector of the present invention 32. Cathode electrode storage portion 33 of the cathode current collector of the present invention. The trapezoidal part (seal part) of the cathode current collector of the present invention
34. A small hole 35 provided in the cathode electrode housing portion of the cathode current collector of the present invention; The outer wall of the trapezoidal portion of the cathode current collector plate of the present invention 36. A notch 37 provided on the short side of the outer wall of the trapezoidal portion of the cathode current collector plate of the present invention 37. Cathode electrode 38 of the present invention. Electrolyte plate of the present invention 39. Anode electrode 40 of the present invention. Cutout portions 41 of each corner of the anode electrode of the present invention. Fuel gas passage 42 of the present invention 42. Bridge portion shape 42A. Of the bridge screen of the fuel gas passage of the present invention. Bridge part (convex part) of bridge screen of fuel gas passage of the present invention
43. Notch 44 of each corner of fuel gas passage of the present invention 44. Anode collector plate 45 of the present invention 45. The base part (seal part) of the anode current collector of the present invention
46. The anode electrode and fuel gas passage housing 46A. Projection 47 provided on the anode current collector of the present invention 47. The fuel supply port 47A. An anode exhaust port provided in the anode current collector of the present invention 48. Electrolyte support component of the present invention 49. The outer wall 50 of the trapezoidal portion of the anode current collector of the present invention 50. 51. Notch 51 provided on the outer wall of the trapezoidal portion of the anode current collector of the present invention 52. Reforming catalyst of the present invention Insulation and sealing material of the present invention 53. Fuel supply header 54. of the present invention. The fuel supply header opening 55 of the present invention 55. Anode exhaust header 56 of the present invention Cell stack portion 57 of the stack of the present invention 57. Current extraction plate 58 of the stack of the present invention 58. Heat insulation / insulation material of stack of the present invention 59. Stack tightening device 60. A spring for tightening the stack of the present invention 61. Cover of the stack clamping spring of the present invention 62. Tension rod for tightening the stack of the present invention 63. Current extraction cable 64. of the stack of the invention. Inverter 65 of the present invention. 56. Stack arrangement of the present invention and gas flow therein. Air preheater 67 of the present invention 67. Insulation material 68 of the present invention 68. The anode exhaust and air mixing chamber of the present invention 69. Combustion chamber 70 of the present invention. Combustion catalyst of the present invention 71. Combustion catalyst of the present invention 72. Activation burner 73 of the present invention 73. Fuel superheater 74. Pre-reformer of the present invention 75. Fuel preheater 76 of the present invention 76. Steam superheater of the present invention 77. Mixer of the present invention 78. Steam generator of the present invention 79. Air blower 80. of the present invention. Water supply pump of the present invention 81. Filter silencer 82. of the present invention. Inverter 83 of the present invention. The cylinder storage place of the present invention 84. Blow tank 85. of the present invention. Control device 86 of the present invention. Brackish water separator 87 of the present invention 87. Water supply tank 88. of the present invention. Anode current collector of the present invention 89. Cathode current collector 90 of the present invention 90. Projection part 91 of the cathode current collector plate of the present invention 91. Metal foam AIR of the present invention Air FG Fuel gas

Claims (12)

長方形の金属平板の全周辺部が上に凸で幅の狭い台状部を形成し、その台状部の内側の底面には多数の小孔を有し、その台状部の高さはカソード電極の厚さにほぼ等しく、その台状部の内側の形状は長方形平板状のカソード電極より僅かに大きくほぼ同じ形状をした金属薄板製のカソード集電板の台状部の内側に、電子導電性と通気性を有する長方形平板状でほぼ同じ形状のカソード電極を収納し、その上にカソード集電板の投影面積とほぼ同じ面積で、絶縁性とイオン導電性と気密性を有する長方形平板状の電解質板をカソード電極全面を覆うように、かつ、電解質板の各周辺部がカソード集電板の各周辺の台状部と接し、液体電解質によるウェットシール機能を確保できるように配置し、その上に、カソード電極より面積が大きく、電解質板より面積が小さく、電子導電性と通気性を有する長方形で平板状のアノード電極を、その各周辺部がカソード集電板のカソード電極収納部より外側に来るように配置し、その上にアノード電極とほぼ同じ面積を有する金属性の燃料ガス通路を置き、更にその上に、長方形の金属薄板で各周辺部が下に凸で幅の狭い台状部を形成し、その台状部の内側の形状は天井部が平面で、その形状は長方形の平板状で、アノード電極及び燃料ガス通路より僅かに面積が大きく、その台状部の高さはアノード電極と燃料ガス通路を重ねた高さにほぼ等しく、かつ、その台状部の長辺側の両端部に燃料ガスの供給及び吐出のための台状部の高さが低くなった部分を有するアノード集電板を、その台状部が電解質板と接して液体電解質によるウェットシール機能を確保できるように配置し、上記の如く形成された燃料電池のアノード集電板の燃料供給部から燃料ガス通路を介してアノード電極に燃料ガスを、また、カソード集電板の外側にカソードガスを流し、カソード集電板に設けられた多数の小孔を介してカソード電極にカソードガスを供給することを特徴とする燃料電池。  A rectangular plate-shaped flat plate is formed with a narrow and narrow base, and a large number of small holes are formed on the inner bottom of the base. The height of the base is the cathode. The thickness of the electrode is approximately equal to the thickness of the electrode, and the inner shape of the trapezoid is slightly larger than the rectangular flat cathode electrode. A rectangular flat plate that has the same shape as the cathode flat plate, and has the same area as the projected area of the cathode current collector, and has insulation, ionic conductivity, and airtightness. The electrolyte plate is placed so as to cover the entire surface of the cathode electrode, and each peripheral portion of the electrolyte plate is in contact with each peripheral plate-like portion of the cathode current collector plate so as to ensure a wet seal function by the liquid electrolyte. Above, the area is larger than the cathode electrode, A rectangular and flat anode electrode having an area smaller than that of the plate and having electronic conductivity and air permeability is arranged so that each peripheral portion thereof is outside the cathode electrode housing portion of the cathode current collector plate, and the anode is placed thereon. A metallic fuel gas passage having almost the same area as the electrode is placed, and further, a rectangular thin plate is formed on each of the peripheral parts, and a narrow base part is formed on the inner side of the base part. The shape of the ceiling is flat, the shape is a rectangular flat plate, the area is slightly larger than the anode electrode and the fuel gas passage, and the height of the platform is the height of the anode electrode and the fuel gas passage overlapped An anode current collector plate having a portion where the height of the trapezoidal portion for supplying and discharging the fuel gas is low at both end portions on the long side of the trapezoidal portion. Wet seal with liquid electrolyte in contact with electrolyte plate The fuel gas is supplied to the anode electrode through the fuel gas passage from the fuel supply portion of the anode current collector plate of the fuel cell formed as described above, and the cathode is provided outside the cathode current collector plate. A fuel cell, wherein a gas is supplied and cathode gas is supplied to the cathode electrode through a large number of small holes provided in the cathode current collector. アノード集電板のアノード電極及び燃料ガス通路の収納部の天井部に多数の独立した上向きの突起部を形成し、多数のセルを積層したスタックにおいて、この突起部がカソードガス通路のためのスペーサの役割を果たすようにしたことを特徴とする請求項1の燃料電池。  In a stack in which a large number of independent upward projections are formed on the ceiling of the anode electrode of the anode current collector plate and the fuel gas passage, and a plurality of cells are stacked, this projection serves as a spacer for the cathode gas passage. 2. The fuel cell according to claim 1, wherein アノード集電板のアノード電極及び燃料ガス通路の収納部の天井部に設けた多数の独立した上向きの突起部の内側に改質触媒を充填したことを特徴とする請求項2の燃料電池。  3. The fuel cell according to claim 2, wherein a reforming catalyst is filled inside a large number of independent upward projections provided on the ceiling of the anode electrode of the anode current collecting plate and the fuel gas passage. カソード集電板のカソード収納部の底面を下に凸のブリッジスクリーンとし、カソードガス通路のための開口部を形成すると同時に、この凸部が多数のセルを積層したスタックにおいて、カソードガス通路のためのスペーサとなるようにしたことを特徴とする請求項1の燃料電池。  The cathode current collector plate has a bottom surface of the cathode storage portion formed as a convex bridge screen, and an opening for the cathode gas passage is formed. At the same time, in the stack in which the plurality of cells are stacked, the cathode gas passage The fuel cell according to claim 1, wherein the spacer is a spacer. 燃料ガス通路としてブリッジスクリーンを使うことを特徴とする請求項1から4の燃料電池。  5. The fuel cell according to claim 1, wherein a bridge screen is used as the fuel gas passage. 燃料ガス通路として金属発泡体を使うことを特徴とする請求項1から4の燃料電池。  5. The fuel cell according to claim 1, wherein a metal foam is used as the fuel gas passage. アノード集電板の燃料供給口及びアノード排気口に電解質板の支持部品を配置することを特徴とする請求項1から6の燃料電池。  7. The fuel cell according to claim 1, wherein supporting members for the electrolyte plate are disposed at the fuel supply port and the anode exhaust port of the anode current collector plate. 請求項1から7の平板状の燃料電池が地面に対して垂直になる方向に複数配置し、前後から全体を締め付け装置で一体化した燃料電池スタックを、アノードへの燃料供給口を上部に、アノード排気口を下部にするように配置し、また、そのスタックの直下に触媒燃焼室を設け、更にその直下にアノード排気と空気の混合室を配置し、アノード排気は混合室に導かれる通路を有し、一方、スタックの4つの側面を取り囲むように板状の空気予熱器を配置し、その上部から空気を供給し、下部から排出された予熱された空気は混合室に導かれ、そこでアノード排気と混合した後触媒燃焼室に導かれ、その中で燃焼触媒と接触してアノード排気中の可燃成分は燃焼され、高温となった燃焼ガスはスタックの下部よりカソード集電板の外側を通って下から上に向かって流れ、その過程でカソード集電板の開口部からカソードに酸素及び二酸化炭素が供給されることによって、アノード中の燃料ガスの流れとカソード中の燃焼ガスの流れを対向流とすることを特徴とする燃料電池発電装置。  A fuel cell stack in which a plurality of flat plate fuel cells according to claim 1 are arranged in a direction perpendicular to the ground, and is integrated with a fastening device from the front and rear, and a fuel supply port to the anode is at the top, The anode exhaust port is arranged at the bottom, and a catalytic combustion chamber is provided immediately below the stack, and further, an anode exhaust and air mixing chamber is provided immediately below the stack, and the anode exhaust has a passage leading to the mixing chamber. On the other hand, a plate-shaped air preheater is arranged so as to surround the four side surfaces of the stack, air is supplied from the upper part, and the preheated air discharged from the lower part is led to the mixing chamber, where the anode After mixing with the exhaust, it is led to the catalyst combustion chamber, where it comes into contact with the combustion catalyst and combustible components in the anode exhaust are combusted, and the high-temperature combustion gas passes through the outside of the cathode current collector plate from the bottom of the stack. Down In the process, oxygen and carbon dioxide are supplied from the opening of the cathode current collector plate to the cathode, so that the flow of fuel gas in the anode and the flow of combustion gas in the cathode A fuel cell power generator. 請求項1から7の複数の燃料電池から構成されるスタックにおいて、燃料供給口及びアノード排気口はスタックの2側面にあるが、それぞれの側面にある総て燃料供給口またはアノード排気口に対し、それぞれ1枚の絶縁性を持つ平板状シール材で覆い、そのシール材には各燃料供給口に対応する開口部を設け、その上に金属製の燃料ガスヘッダーを設けることを特徴とする燃料電池スタック。  The stack composed of a plurality of fuel cells according to claims 1 to 7, wherein the fuel supply port and the anode exhaust port are on two side surfaces of the stack, but all the fuel supply ports or anode exhaust ports on each side surface are A fuel cell characterized in that it is covered with a single flat sealing material each having an insulating property, an opening corresponding to each fuel supply port is provided in the sealing material, and a metal fuel gas header is provided thereon. stack. カソード集電板の台状部の外側壁面の短辺側に複数の切り欠きを設け、カソードガスの通路とすることを特徴とする請求項1から7の燃料電池。  8. The fuel cell according to claim 1, wherein a plurality of notches are provided on a short side of the outer wall surface of the base portion of the cathode current collector plate to form a cathode gas passage. アノード集電板の台状部の外側壁面の短辺側に複数の切り欠きを設け、カソードガスの通路とすることを特徴とする請求項1から7の燃料電池。  8. The fuel cell according to claim 1, wherein a plurality of notches are provided on the short side of the outer wall surface of the base portion of the anode current collector plate to form a cathode gas passage. アノード集電板の台状部の外側壁面とカソード集電板の台状部の外側壁面の少なくとも一部を接合することを特徴とする、複数の請求項1から7の燃料電池から構成される燃料電池スタック。  8. The fuel cell according to claim 1, wherein at least a part of the outer wall surface of the base part of the anode current collector plate and the outer wall surface of the base part of the cathode current collector plate are joined. Fuel cell stack.
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