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1. WO2011125378 - 発電装置

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明 細 書

発明の名称 発電装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0006  

課題を解決するための手段

0007   0008  

発明の効果

0009   0010   0011  

図面の簡単な説明

0012  

発明を実施するための形態

0013   0014   0015   0016   0017  

符号の説明

0018  

請求の範囲

1   2   3  

図面

1   2   3  

明 細 書

発明の名称 : 発電装置

技術分野

[0001]
 本発明は、燃料ガスを燃料電池の燃料極に供給して発電するための発電装置に関するものである。

背景技術

[0002]
 燃料電池は、電解質を介した燃料極及び空気極からなっている。これらに燃料ガス等を供給して発電が行われる。特に固体酸化物型燃料電池(SOFC)は、固体酸化物からなる電解質に燃料極(水素極)と空気極(酸素極)とを接合等したものである。燃料極に燃料ガスを、空気極に空気等をそれぞれ供給することにより、高出力の電力を発生することができる。また、固体酸化物型燃料電池は、水素ガスだけでなく、一酸化炭素を多量に含むガス(例えば自動車等の内燃機関により駆動する車両の排ガス)も燃料ガスとして使用できる。
[0003]
 このような固体酸化物型燃料電池を円筒型としたものが、特許文献1に記載されている。特許文献1の燃料電池は、燃料電池に対して直接管継手を螺着させ、ガスタンクと接続するものである。
[0004]
 しかしながら、燃料電池の電極には、燃料極であっても空気極であっても、多孔質体が用いられているので、この電極を直接他の部材と接触させることは、強度的に問題がある。すなわち、長期間の使用で電極が破損することがある。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 特開2003-282128号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0006]
 本発明は、管状(筒型)の燃料電池を他の部材と接続して使用する場合であっても、取付強度の向上あるいは耐久性の向上を図ることができ、さらに外側の電極に対しても所定の流速で燃料又は空気を供給することができる発電装置を提供する。

課題を解決するための手段

[0007]
 本発明では、燃料ガスの供給を受ける内外の電極で電解質層を挟み込み、内部が前記燃料ガスの内側流通路として形成された管状の燃料電池と、該燃料電池の外側に前記外電極と間隔を存して配置されたカバー管と、前記燃料電池と前記カバー管とを接続し、前記燃料電池の外側に前記間隔を利用して前記燃料ガスの外側流通路を確保する接続部材と、前記カバー管の両端部に接続され、前記カバー管とともに前記燃料ガスの流通経路を形成する燃料ガス管とを備えたことを特徴とする発電装置を提供する。
[0008]
 好ましくは、前記間隔は、前記燃料電池の内径より小さい。
 好ましくは、前記接続部材は、前記外側流通路の上流端及び下流端を塞ぐべくそれぞれ配置され、前記外側流通路を通じての前記燃料ガスの流通を確保するための貫通孔を有する。

発明の効果

[0009]
 本発明によれば、カバー管が燃料ガス管と接続されるため、直接燃料電池と燃料ガス管が接触して接続されることはない。したがって、カバー管の材質を適宜変更することにより、取り付けるべき燃料ガス管の構造、材質に応じてその取付強度及び耐久性を確保することができる。また、燃料電池とカバー管で二重管構造を形成するので、燃料電池の外側に位置する電極(アノード又はカソード)にも所定の流速で燃料ガスを供給することができる。
[0010]
 また、本発明によれば、燃料電池とカバー管との間の間隔を流れる燃料ガスの流速をさらに高速にすることができ、燃料電池の外側に位置する電極に対する燃料ガスの供給量を増加させることができる。
[0011]
 また、本発明によれば、外側流通路の上流端及び下流端に接続部材が配置されるので、燃料電池又はカバー管、あるいはその両方がその両端において互いに接続される。したがって、互いの接続を安定させることができる。接続部材には、貫通孔が設けられているので、外側流通路を通じての燃料ガスの流通が妨げられることはない。

図面の簡単な説明

[0012]
[図1] 本発明に係る発電装置の概略断面図である。
[図2] スタックの例を示す概略断面図である。
[図3] スタックの別の例を示す概略正面図である。

発明を実施するための形態

[0013]
 図1に示すように、本発明に係る発電装置1は、燃料電池2と、カバー管9と、接続部材13と、燃料ガス管12とを備えている。燃料電池2は、管状に形成されている。このように管状に形成された燃料電池2はチューブ型とも呼ばれる。図の例では、内側に内電極として燃料極(アノード)5が配置され、外側に外電極として空気極(カソード)6が配置されている。これら燃料極5及び空気極6で固体酸化物からなる電解質層7が挟み込まれている。すなわち、燃料電池2はSOFCである。カバー管9は、燃料電池2の外側に間隔を存して配置されている。このカバー管9も管状であるため、同じく管状の燃料電池2と協働して二重管構造を形成している。図の例では、燃料電池2とカバー管9はその長さが略同等であり、それぞれの両端部において接続部材13で接続されている。このように燃料電池2とカバー管9とを両端部で接続することで、互いに安定して接続することができる。なお、接続部材13の位置は適宜変更可能である。
[0014]
 燃料ガスは、燃料ガス管12の上流側から矢印B方向に流通する。そして、燃料電池2を通過する際に、燃料電池内側に形成された内側流通路3と、燃料電池外側に形成された外側流通路4を通る。外側流通路4には、上流側の燃料ガス管12から接続部材13を貫通する流入孔(貫通孔)10を通って流入する。燃料ガスは、そのまま矢印A方向に流通し、接続部材13を貫通する流出孔(貫通孔)11から下流側の燃料ガス管12に流出する。図の例では、接続部材13が外側流通路4の上流端及び下流端を塞いでいるが、接続部材13の流入孔10及び流出孔11が設けられているので、燃料ガスの流通が妨げられることはない。なお、図のように接続部材13で外側流通路4の下流端を塞いでおけば、内側流通路3を通る燃料ガスの流速で流出孔11内に負圧を生じさせ、外側流通路4内に燃料ガスの流れを形成することができる。
[0015]
 燃料ガスには、水素と酸素が混入している。燃料ガスが排ガスの場合は、排ガス中のメタンガス等や一酸化炭素等に含まれる水素や酸素が電極との反応物質となる。これにより、空気極6は酸素を還元し、還元された酸素イオンが電解質7を通り、燃料極5で燃料ガス中の水素と反応して水を生成する。このとき、燃料極5で生じた電子が回路(不図示)を移動して、空気極6で再び酸素をイオン化するとともに、回路に電流が流れて発電される。
[0016]
 燃料ガス管12と燃料電池2は、カバー管9(及び接続部材13)を介して接続されている。燃料ガス管12にはカバー管9が直接接触して気密に接続されている。燃料電池2は、上述したようにこのカバー管9を介して燃料ガス管12と接続されているので、直接燃料電池2と燃料ガス管12が接触して接続されることはない。したがって、カバー管9の材質を適宜変更することにより、取り付けるべき燃料ガス管12の構造、材質に応じてその取付強度及び耐久性を確保することができる。これにより、燃料ガス管12が車両の排ガス管である場合に、車両の移動による振動にも長期間耐えることができる。さらに、燃料電池2とカバー管9で二重管構造を形成するので、燃料電池2の外側に位置する空気極6にも所定の流速で燃料ガスを供給することができる。このとき、外側流通路4の幅を狭くすることで、ガスの流速を速め、空気極6への燃料ガスの供給量を増加することができる。この幅(燃料電池2とカバー管9との間隔)をさらに狭くして、内側流通路の半径よりも小さくすれば、内側流通路3をある程度広く確保できるとともに、外側流通路4の流速も向上させることができるため、好ましい。燃料ガスを排ガスとした場合は、電極と反応する成分の濃度が低いため、このように流速を高めることが極めて重要となる。排ガスを用いる場合、上流側に燃料改質材(不図示)を設けておくことが好ましい。この燃料改質材は、排ガス中の炭化水素や水等を水素に変換するためのものであり、水素濃度を向上させるものである。
[0017]
 このような発電装置1を複数用いると、図2又は図3に示すようなスタック8となる。図2の例では、縦に4つの発電装置を並べたものであるが、中間に位置する2つに関して本発明に係る発電装置1を用いている。図3の例では、発電装置を6×5の計30個用いたスタック8を示している。この場合は、中間に位置する4×3の計12個の発電装置に関して本発明に係る発電装置1を用いている。燃料電池2とカバー管9とを用いて二重管構造とし、取付強度の向上と流速の高速化を図ったことで、このようなスタック8としたときの内側に配する発電装置として特に好ましく適用できる。外側に配置される発電装置14は、従来用いられているチューブ型の燃料電池を用いてよい。図2では、外側の発電装置14も燃料電池2とカバー管9との二重管構造とし、外側流通路の取り入れ口15をカバー管9に設け、外部の空気を取り入れている。このように、外側に配置される発電装置14に関しては、空気極6に供給するガスとして外気を用いることが好ましい。

符号の説明

[0018]
1 発電装置
2 燃料電池
3 内側流通路
4 外側流通路
5 燃料極
6 空気極
7 電解質
8 スタック
9 カバー管
10 流入孔
11 流出孔
12 燃料ガス管
13 接続部材
14 発電装置
15 取り入れ口

請求の範囲

[請求項1]
 燃料ガスの供給を受ける内外の電極で電解質層を挟み込み、内部が前記燃料ガスの内側流通路として形成された管状の燃料電池と、
 該燃料電池の外側に前記外電極と間隔を存して配置されたカバー管と、
 前記燃料電池と前記カバー管とを接続し、前記燃料電池の外側に前記間隔を利用して前記燃料ガスの外側流通路を確保する接続部材と、
 前記カバー管の両端部に接続され、前記カバー管とともに前記燃料ガスの流通経路を形成する燃料ガス管とを備えたことを特徴とする発電装置。
[請求項2]
 前記間隔は、前記燃料電池の内径より小さいことを特徴とする請求項1に記載の発電装置。
[請求項3]
 前記接続部材は、前記外側流通路の上流端及び下流端を塞ぐべくそれぞれ配置され、前記外側流通路を通じての前記燃料ガスの流通を確保するための貫通孔を有することを特徴とする請求項1に記載の発電装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]