CN105393392A - 混合动力装置以及混合动力系统 - Google Patents

混合动力装置以及混合动力系统 Download PDF

Info

Publication number
CN105393392A
CN105393392A CN201480040753.3A CN201480040753A CN105393392A CN 105393392 A CN105393392 A CN 105393392A CN 201480040753 A CN201480040753 A CN 201480040753A CN 105393392 A CN105393392 A CN 105393392A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cell
fuel cell
stack device
electrolysis cells
manifold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201480040753.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105393392B (zh
Inventor
小野孝
白石晋平
高桥成门
内一隆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Publication of CN105393392A publication Critical patent/CN105393392A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105393392B publication Critical patent/CN105393392B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0656—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by electrochemical means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/05—Pressure cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04228—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/2432—Grouping of unit cells of planar configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
    • H01M8/2485—Arrangements for sealing external manifolds; Arrangements for mounting external manifolds around a stack
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

本发明的课题在于提供一种混合动力装置以及混合动力系统。本实施方式的混合动力装置(1)具备：电解单元堆装置(2)，其具有电解单元堆(5)，该电解单元堆(5)具备多个从包含水蒸气的气体生成含氢的气体的电解单元(4)；和燃料电池单元堆装置(3)，其具有燃料电池单元堆(11)，该燃料电池单元堆(11)具备多个燃料电池单元(10)，并构成为由电解单元堆装置(2)生成的含氢的气体的至少一部分被供给到燃料电池单元堆装置(3)，在燃料电池单元堆(11)的附近配置有用于生成包含向电解单元堆装置(2)供给的水蒸气的气体的气化器(16)。

Description

混合动力装置以及混合动力系统
技术领域
本发明涉及具备电解单元堆装置和燃料电池单元堆装置的混合动力装置以及具备该混合动力装置的混合动力系统。
背景技术
近几年，作为下一代能量，提出了将能够使用燃料气体(含氢气体)和含氧气体(空气)来得到电力的固体氧化物型的燃料电池单元(SOFC)排列多个而成的燃料电池单元堆装置。
另一方面，近几年作为制造氢的其他方法，也提倡了使用具备固体氧化物型的电解质膜的电解单元(SOEC)的高温水蒸气电解法。
进而，还提出了将该固体氧化物型的燃料电池单元(SOFC)和固体氧化物型的电解单元(SOEC)组合而成的固体电解质型燃料电池发电设备(例如参照专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开平11-214021号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在上述专利文献1中，仅仅是将固体氧化物型的燃料电池单元(SOFC)和固体氧化物型的电解单元(SOEC)进行组合的情况作为框图来进行了记载，而对于具体的构成并没有任何启示，希望得到一种更高效率的构成。
因此，本发明的目的在于提供一种将电解单元堆装置和燃料电池单元堆装置组合而成的、效率更高的混合动力装置以及具备该混合动力装置的混合动力系统。
用于解决课题的手段
本发明的混合动力装置的特征在于，具备：电解单元堆装置，其具有电解单元堆，所述电解单元堆具备多个从包含水蒸气的气体生成含氢的气体的电解单元；和燃料电池单元堆装置，其具有燃料电池单元堆，所述燃料电池单元堆具备多个燃料电池单元，并构成为由所述电解单元堆装置生成的含氢的气体的至少一部分被供给到所述燃料电池单元堆装置，在所述燃料电池单元堆的附近配置有用于生成包含向所述电解单元堆装置供给的水蒸气的气体的气化器。
此外，本发明的混合动力系统的特征在于，具备上述的混合动力装置、和用于向所述燃料电池单元堆装置的所述歧管供给含氧的气体或水蒸气的辅助装置。
进而，本发明的混合动力系统的特征在于，具备：上述的混合动力装置；和控制装置，其在该混合动力装置的运行停止处理中进行控制，使得停止向所述燃料电池单元堆装置的外部负载的电流的供给，并且在所述燃料电池单元的温度成为给定温度以下之后，停止向所述电解单元堆装置的电流的供给以及向所述气化器的水的供给。
发明效果
本发明的混合动力装置由于能够高效率地将水蒸气供给到电解单元堆装置，并且能够改善燃料电池单元堆装置的温度分布，能够提高发电效率，因此能够成为高效率的混合动力装置。
此外，本发明的混合动力系统能够成为可靠性得到提高的混合动力系统。
附图说明
图1是表示本实施方式的混合动力装置的一例的外观立体图。
图2(a)是摘取构成本实施方式的混合动力装置的电解单元堆装置的一部分来进行表示的俯视图，(b)是摘取构成本实施方式的混合动力装置的燃料电池单元堆装置的一部分来进行表示的俯视图。
图3是表示本实施方式的混合动力装置的另一例的外观立体图。
图4是表示本实施方式的混合动力装置的又一例的外观立体图。
图5是表示构成图4所示的混合动力装置的电解单元堆装置的一例的剖面图。
图6是表示本实施方式的混合动力装置的又一例的外观立体图。
图7(a)、(b)是表示本实施方式的混合动力系统的一例的框图。
图8是与本实施方式的混合动力系统的起动相关的流程图。
具体实施方式
图1是表示本实施方式的混合动力装置的一例的外观立体图。另外，在以下的说明中，针对同一要素使用同一符号来进行说明。
如图1所示，本实施方式的混合动力装置1具备固体氧化物型的电解单元堆装置2、和固体氧化物型的燃料电池单元堆装置3。
在电解单元堆装置2中，通过供给水蒸气，并且在电解单元堆装置2中流动电流(施加电压)，从而产生电解反应，生成含氢的气体。
另一方面，在燃料电池单元堆装置3中，通过供给燃料气体即含氢的气体，从而能够产生发电反应并获得电力。
因此，通过将该电解单元堆装置和燃料电池单元堆装置进行组合，除了能够得到含氢的气体以外，还能够获得电力，能够成为高效率的混合动力装置。
电解单元堆装置2具备将多个电解单元4以竖立设置的状态排成一列并电连接的电解单元堆5，构成该电解单元堆5的电解单元4的一端部(下端部)通过玻璃密封材料等的绝缘性接合材料(未图示)而被固定于由金属等形成的第1歧管(manifold)6。另外，在电解单元堆5的两端部，配置有端部导电构件8，其中端部导电构件8具有用于使电流在电解单元堆5(电解单元4)中流动的导电部9。
此外，电解单元堆5(多个电解单元4)的另一端部(上端部)通过玻璃密封材料等的绝缘性接合材料(未图示)而被固定于由金属等形成的第2歧管7。在该电解单元堆装置2中，供给到电解单元4通过电解反应而产生的含氢的气体由第2歧管7进行回收。即，第2歧管7本身成为回收部。第2歧管7所回收的含氢的气体除了通过气体导出管18来导出到外部以外，还通过气体导入管19来供给到相邻配置的燃料电池单元堆装置3。换言之，电解单元堆装置2的第2歧管7和后述的燃料电池单元堆装置3的歧管12由气体导入管19来连接。由此，构成为在电解单元堆装置2中生成的含氢的气体的至少一部分被供给到燃料电池单元堆装置3。
另外，虽未图示，但在气体导出管18或气体导入管19中适当设置有阀，通过控制该阀的动作，从而能够将含氢的气体除了导出到外部以外还供给到燃料电池单元堆装置3。此外，详细内容虽在后面叙述，但作为图1所示的电解单元，具备竖条纹型的电解单元1。另外，也可以以使电流在各电解单元4中容易流动为目的，在各电解单元4间配置导电构件。
另外，通过向电解单元4供给水蒸气，同时将电解单元4加热到600～1000℃，并且施加电流使得电压成为1.0～1.5V(平均每1个电解单元)程度，从而供给到电解单元4的水蒸气的一部分或者全部在阴极和阳极产生由下述的反应式所示的反应，分解为氢和氧。另外，氧从后述的阳极排出。
阴极：H2O+2e-→H2+O2-
阳极：O2 -→1/2O2+2e-
另一方面，燃料电池单元堆装置3具备将多个燃料电池单元10以竖立设置的状态排列成一列、并经由集电构件而电连接的燃料电池单元堆11，构成该燃料电池单元堆11的燃料电池单元10的一端部(下端部)通过玻璃密封材料等的绝缘性接合材料(未图示)而被固定于由金属等形成的歧管12。另外，在燃料电池单元堆11的两端部，配置有端部集电构件13，其中端部集电构件13具有用于导出由燃料电池单元堆11(燃料电池单元10)发电的电流的电流引出部14。另外，详细内容虽在后面叙述，但作为图1所示的燃料电池单元，具备竖条纹型的燃料电池单元10。
然后，通过向燃料电池单元10供给含氢的气体(含氢气体)以及含氧气体，并且将燃料电池单元10加热到600～1000℃，从而供给到燃料电池单元10的含氢的气体以及含氧气体在阴极和阳极产生由下述的反应式所示的反应，能够获得电力。另外，通过使发电中未使用的含氢的气体在燃料电池单元10的另一端部侧(上端部侧)进行燃烧，从而由该燃烧热也能够使燃料电池单元堆11的温度上升或维持于高温。
阴极：1/2O2+2e-→O2 -
阳极：H2+O2-→H2O+2e-
然后，对于电解单元堆装置2和燃料电池单元堆装置3而言，关于其构成，在电解单元堆装置2的上方配置有第2歧管7这一点上有较大不同。
此外，在燃料电池单元堆11的附近，配置有用于生成向电解单元堆装置2的第1歧管6供给的水蒸气的气化器16。另外，在图1中，气化器16配置于沿着燃料电池单元10的排列方向的中央部，具体来说，在图1所示的燃料电池单元堆11中，配置于沿着燃料电池单元10的排列方向的中央部的侧方，但并不限于此。
在此，在气化器16的上端连接了用于将由水供给装置所供给的水导入到气化器16中的水导入管15，另一方面，在下端部侧，连接了一端与气化器16连接而另一端与第1歧管6连接的水蒸气流入管17。由此，通过水导入管15来供给并由气化器16气化的水蒸气经由水蒸气流入管17而被供给到电解单元堆装置2的第1歧管6。
在燃料电池单元堆装置3中，存在伴随发电而产生温度分布的情况。在此，通过将气化器16配置在燃料电池单元堆装置的附近，从而能够改善该温度分布，能够抑制燃料电池单元堆装置3的发电效率下降，换言之能够提高发电效率。
尤其是在上述的燃料电池单元堆装置3中，存在产生沿着燃料电池单元10的排列方向的中央部的温度较高而两端部的温度较低这样的温度分布的情况。因此，通过将气化器16配置于沿着燃料电池单元10的排列方向的中央部，从而能够使中央部的温度下降，能够进一步改善温度分布。由此，能够进一步提高发电效率。另外，在图1中，示出了将气化器16配置在电解单元堆装置2与燃料电池单元堆装置3之间的示例，但位于燃料电池单元堆装置3的附近即可，例如也可以设置在与电解单元堆装置2相反的一侧。
此外，例如在电解单元4包含Ni的情况下，若向电解单元4仅供给水蒸气，则Ni有可能会被水蒸气氧化。若Ni被氧化，则含有Ni的支承体或内侧电极层(阴极)由于氧化而引起体积变化，随之在固体电解质产生过度的应力，从而有时固体电解质会被破坏。由此固体电解质的交叉泄漏(crossleak)发生，电解单元4的性能大幅劣化。因此，为了避免这一情况，通过除了水蒸气以外还供给少量的氢，从而能够抑制电解单元4的氧化。因此，除了在电解单元堆装置2中的氢的生成效率较低的温度的时间点，施加电流开始氢的生成，来抑制电解单元4的氧化以外，以及除了将用于从外部供给氢的氢供给管与第1歧管6连接以外，还可以将氢连同水一起供给到气化器16。
进而，详细内容虽在后面叙述，但在图1所示的燃料电池单元堆装置3的歧管12，连接了用于供给原燃料或含氢的气体的燃料供给管20。另外，燃料供给管20能够向歧管12直接或者间接地供给原燃料即可，例如也可以将上述的水导入管15作为与燃料供给管20的二重管，经由气化器16、水蒸气流入管17、电解单元堆5、第2歧管7、气体导入管19而供给到歧管12。此外，也可以如后所述，在燃料电池单元堆装置3的上方，设置改质器并将燃料供给管20与改质器连接，经由改质器而供给到歧管12。另外，作为原燃料，能够例示烃类气体。
以下，使用图2对电解单元4(电解单元堆5)以及燃料电池单元10(燃料电池单元堆11)进行说明。
图2(a)是摘取构成本实施方式的混合动力装置的电解单元堆装置的一部分来进行表示的俯视图，(b)是摘取构成本实施方式的混合动力装置的燃料电池单元堆装置的一部分来进行表示的俯视图。
在本实施方式的混合动力装置中，由于电解单元4和燃料电池单元10能够使用大致相同的构成的单元，因此针对各单元使用电解单元4来进行说明，仅针对电解单元4和燃料电池单元10中存在不同的部分的情况，也会针对燃料电池单元10来进行说明。
如图2(a)所示，电解单元4是中空平板型，具备剖面为扁平状、且整体看来呈椭圆柱状的多孔质的导电性支承体(以下有时称作支承体)21。
在支承体21的内部，以适当的间隔形成了多个流通孔26，使其沿着电解单元4的长度方向从一端贯通至另一端，电解单元4具有在该支承体21上设置了各种构件的结构。另外，流通孔26在电解单元4的横剖面中呈圆形或者椭圆形为好。
根据图2(a)所示的形状可以理解，支承体21由彼此平行的一对平坦面n和将一对平坦面n的两端相连的侧面(弧状部)m构成。平坦面n的两面形成为彼此大致平行，并覆盖平坦面n的一方的表面和两侧的侧面m地设置了内侧电极层22(阴极)，进而覆盖该内侧电极层22地层叠了致密的固体电解质层23。此外，在固体电解质层23上，与内侧电极层22对置地层叠了多孔质的外侧电极层24(阳极)，内侧电极层22、固体电解质层23以及外侧电极层24重叠的部分成为电解元件部。此外，在未层叠内侧电极层22以及固体电解质层23的另一方的平坦面n上，层叠了互连器(interconnector)25。
顺便提及一下，在图2(b)所示的燃料电池单元10中，内侧电极层22作为阳极而发挥作用，外侧电极层24作为阴极而发挥作用。然后，内侧电极层22、固体电解质层23以及外侧电极层24重叠的部分成为发电元件部。
根据图2(a)可知，固体电解质层23(以及内侧电极层22)经由将平坦面n的两端相连的弧状的侧面m而延伸至另一方的平坦面n侧，互连器25的两端面与内侧电极层22以及固体电解质层23的两端面抵接。另外，也能够将互连器25的两端部配置为堆积在固体电解质层23的两端部上。
另外，在互连器25与支承体21之间，能够设置用于将互连器25和支承体21牢固地接合的密接层，此外，在固体电解质层23与外侧电极层24之间，能够设置用于抑制固体电解质层23和外侧电极层24的成分反应而产生高电阻的反应生成物的反应防止层。
在此，在电解单元4中，通过在支承体21内的流通孔26中流动水蒸气，加热到上述给定工作温度，并且对内侧电极层22与外侧电极层24之间施加上述给定电压，从而能够产生电解反应。另外，电压通过经由层叠在支承体21上的互连器25在电解单元4中流动电流来施加。
另一方面，在燃料电池单元10中，通过在支承体21内的流通孔26中流动含氢的气体，并达到上述给定工作温度，从而能够产生发电反应。另外，通过发电而产生的电流经由层叠在支承体21上的互连器25，并经由集电构件27而流入相邻的燃料电池单元10。
在图2所示的燃料电池单元堆装置3中，在各燃料电池单元10之间，配置有内侧为含氧气体流动的空间的集电构件27。另外，集电构件27和互连器25经由导电性的粘接剂28来接合。
以下，按顺序对构成电解单元4、燃料电池单元10的各构成进行说明。
支承体21由于为了使水蒸气、含氢的气体透过到固体电解质层23而被要求具有使水蒸气、含氢的气体透过的透过性，为了经由互连器25流动电流而被要求具有导电性，因此优选例如通过铁族金属成分和特定的无机氧化物(例如稀土类元素氧化物)来形成。
作为铁族金属成分，可以举出铁族金属单体、铁族金属氧化物、铁族金属的合金或者合金氧化物等。更详细来说，例如，作为铁族金属而能够使用Fe、Ni以及Co，特别是由于廉价而优选作为铁族成分/铁族金属氧化物而含有Ni以及/或者NiO。另外，除了Ni以及/或者NiO以外也可以含有Fe、Co。另外，NiO被通过电解反应而产生的H2还原，其一部分或者全部作为Ni而存在。
此外，所谓稀土类元素氧化物，是指用于使支承体21的热膨胀系数接近于固体电解质层23的热膨胀系数的物质，包含从由Y、Lu、Yb、Tm、Er、Ho、Dy、Gd、Sm、Pr构成的群中选择的至少1种元素的稀土类元素氧化物能够与上述铁族成分组合来使用。作为这样的稀土类元素氧化物的具体例，可以例示Y2O3、Lu2O3、Yb2O3、Tm2O3、Er2O3、Ho2O3、Dy2O3、Gd2O3、Sm2O3、Pr2O3，几乎不存在与铁族金属的氧化物的固溶、反应，此外，从热膨胀系数几乎与固体电解质层23相同程度并且廉价这些点出发，优选Y2O3、Yb2O3。
在此，在维持支承体21的良好的导电率，并且使热膨胀系数近似于固体电解质层23这些点上，优选铁族金属成分和稀土类元素氧化物成分的烧成-还原后的体积比率以35∶65～65∶35的体积比存在。另外，在作为铁族金属成分而使用Ni、作为稀土类元素氧化物成分而使用Y2O3的情况下，优选含有Ni/(Ni+Y)成为79～93摩尔％。另外，在支承体21中，在不损害所要求的特性的范围内，也可以含有其他金属成分或氧化物成分。
此外，支承体21由于需要具有水蒸气透过性，因此通常优选开气孔率为30％以上，特别是在35～50％的范围内。此外，支承体21的导电率优选为50S/cm以上，更优选为300S/cm以上，特别优选为440S/cm以上。
另外，支承体21的平坦面n的长度(支承体21的宽度方向的长度)通常优选为15～35mm，侧面m的长度(弧的长度)优选为2～8mm，支承体21的厚度(平坦面n的两面间的厚度)优选为1.5～5mm。
内侧电极层22是产生电极反应的电极层，其自身优选通过公知的多孔质的导电性陶瓷来形成。例如可以由固溶有稀土类元素氧化物的ZrO2或固溶有稀土类元素氧化物的CeO2、和Ni以及/或者NiO形成。另外，作为稀土类元素，能够使用在支承体21中例示的稀土类元素，例如可以由固溶有Y2O3的ZrO2(YSZ)和Ni以及/或者NiO形成。
内侧电极层22中的固溶有稀土类元素氧化物的ZrO2或固溶有稀土类元素氧化物的CeO2的含量、和Ni或者NiO的含量优选烧成-还原后的体积比率以35∶65～65∶35的体积比存在。进而，该内侧电极层22的开气孔率优选为15％以上，特别是在20～40％的范围内，其厚度优选为1～30μm。例如，若内侧电极层22的厚度太薄，则性能有可能下降，此外若太厚，则有可能在固体电解质层23与内侧电极层22之间发生热膨胀差所引起的剥离等。
此外，在图2(a)的示例中，内侧电极层22虽然从一方的平坦面n(图中位于左侧的平坦面n)经由侧面m而延伸至另一方的平坦面n(图中位于右侧的平坦面n)，但由于只要形成于与外侧电极层24对置的位置即可，因此例如也可以仅在设置有外侧电极层24的一侧的平坦面n形成内侧电极层22。即，也可以构成为内侧电极层22仅设置于平坦面n，固体电解质层23形成在内侧电极层22上、两侧面m上以及未形成内侧电极层22的另一方的平坦面n上。
固体电解质层23优选使用由含有3～15摩尔％的Y2O3、Sc2O3、Yb2O3等稀土类元素氧化物的部分稳定化或者稳定化ZrO2构成的致密的陶瓷。此外，作为稀土类元素，从廉价这一点出发优选Y。进而，固体电解质层23从防止水蒸气的透过这一点出发，期望相对密度(基于阿基米德法)为93％以上，特别期望为95％以上的致密质地，并且优选其厚度为5～50μm。
如上所述，在固体电解质层23与后述的外侧电极层24之间，为了使固体电解质层23和外侧电极层24的接合变得牢固，并且抑制固体电解质层23的成分和外侧电极层24的成分反应而产生高电阻的反应生成物，也可以具备反应防止层。
作为反应防止层，能够通过含有Ce(铈)和其他稀土类元素的组成来形成，例如优选具有由(CeO2)1-x(REO1.5)x来表示的组成，其中RE为Sm、Y、Yb、Gd的至少1种，x是满足0＜x≤0.3的数。进而，从降低电阻这一点出发，优选使用Sm或Gd作为RE，例如优选包括固溶了10～20摩尔％的SmO1.5或GdO1.5的CeO2。
此外，为了将固体电解质层23和外侧电极层24牢固地接合，并且进一步抑制固体电解质层23的成分和外侧电极层24的成分反应而产生高电阻的反应生成物，也可以由2层来形成反应防止层。
作为外侧电极层24，优选通过包括所谓ABO3型的钙钛矿型氧化物的导电性陶瓷来形成。作为该钙钛矿型氧化物，优选过渡金属钙钛矿型氧化物，特别是Sr和La共存于A位(site)处的LaMnO3系氧化物、LaFeO3系氧化物、LaCoO3系氧化物的至少1种，从600～1000℃程度的工作温度下的电传导性高这一点出发，特别优选LaCoO3系氧化物。另外，在上述钙钛矿型氧化物中，也可以Sr和La存在于A位，Fe(铁)、Mn(锰)和Co(钴)一起存在于B位。
此外，外侧电极层24需要具有氧气的透过性，因此，形成外侧电极层24的导电性陶瓷(钙钛矿型氧化物)优选开气孔率为20％以上，特别是在30～50％的范围内。进而，外侧电极层24的厚度从电解单元4或燃料电池单元10的导电性的观点出发，优选为30～100μm。
此外，在支承体21的与外侧电极层24侧相反一侧的平坦面n上，层叠有互连器25。
作为互连器25，优选由导电性陶瓷形成，但由于会与含氢的流体以及含氧的流体接触，因而需要具有耐还原性、耐氧化性。因此，作为具有耐还原性、耐氧化性的导电性陶瓷，一般优选使用铬酸镧系的钙钛矿型氧化物(LaCrO3系氧化物)。进而，特别是出于使支承体21和固体电解质层23的热膨胀系数接近的目的，优选使用Mg存在于B位的LaCrMgO3系氧化物。另外Mg的量具体来说能够适当调整为10～12ppm/K，使得互连器25的热膨胀系数接近于支承体21以及固体电解质层23的热膨胀系数。
此外，如上所述，在支承体21与互连器25之间，也能够设置用于减小互连器25与支承体21之间的热膨胀系数差等的密接层。
作为这样的密接层，能够采用与内侧电极层22类似的组成。例如，能够由稀土类元素氧化物、固溶有稀土类元素氧化物的ZrO2、固溶有稀土类元素氧化物的CeO2中的至少1种、和Ni以及/或者NiO形成。更具体来说，例如能够由包括Y2O3和Ni以及/或者NiO的组成、包括固溶有Y2O3的ZrO2(YSZ)和Ni以及/或者NiO的组成、包括固溶有Y、Sm、Gd等的氧化物的CeO2和Ni以及/或者NiO的组成来形成。另外，固溶有稀土类元素氧化物的ZrO2或固溶有稀土类元素氧化物的CeO2的含量、和Ni或者NiO的含量优选烧成-还原后的体积比率以40∶60～60∶40的体积比存在。
另外，在图2(a)所示的电解单元堆装置2中，一方的电解单元4的互连器25与相邻的另一方的电解单元4的外侧电极层24接合，由此将电解单元4彼此电连接。另外，将一方的电解单元4的互连器25与另一方的电解单元4的外侧电极层24电连接即可，例如也可以中间经由图2(b)所示的集电构件(导电构件)27而电连接。
在这样的电解单元堆5中，通过使用未形成外侧电极层24的电解单元4，在一方的电解单元4的互连器25上涂敷构成外侧电极层24的膏剂，在相邻的另一方的电解单元4的固体电解质层23上，涂敷形成外侧电极层24的所述膏剂，并使涂敷有膏剂的面彼此附着，进行热处理，从而能够将相邻的一方的电解单元4的互连器25与另一方的电解单元4的外侧电极层24直接接合并电连接。
而且，如上所述，外侧电极层24具有给定气孔率，因而许多气孔连通，在外侧电极层24内形成了气体通路，能够使通过电解反应而产生的氧经由在外侧电极层24内形成的气体通路而释放到外侧电极层24外，通过更简单的结构，能够排出来自电解单元4的气体，并且能够将多个电解单元4电连接。
此外，在图2(b)所示的燃料电池单元堆装置3中，作为将一方的燃料电池单元10的互连器25和集电构件27进行接合的导电性的粘接剂28，只要具有导电性即可，例如能够采用包括与外侧电极层28同样的材料的粘接剂。
图3是表示本实施方式的混合动力装置的另一例的外观立体图。
在图3所示的混合动力装置29中，与图1所示的混合动力装置1相比，其不同之处在于：在燃料电池单元堆装置3的沿着燃料电池单元10的排列方向的中央部、并且燃料电池单元10的上方配置了气化器16。
通过将气化器16配置在燃料电池单元10的上方，从而通过在燃料电池单元10的上方使发电中未使用的含氢的气体燃烧而产生的燃烧热，能够高效率地使供给到气化器16的水气化成水蒸气。由此，能够高效率地向电解单元堆装置2供给水蒸气。
此外，通过将气化器16配置于燃料电池单元堆装置3的沿着燃料电池单元10的排列方向的中央部，从而能够降低燃料电池单元堆装置3的中央部的温度，能够改善温度分布，因此能够提高发电效率。
图4是表示本实施方式的混合动力装置的又一例的外观立体图，图5是构成图4所示的混合动力装置的电解单元堆装置的剖面图。
相对于在图1以及图3所示的混合动力装置中，供给到第1歧管6的水蒸气在电解单元4的流通孔26中从一端(下端)向另一端(上端)流动，被回收到第2歧管7这样的结构，而在图4所示的混合动力装置30中构成为，电解单元4具有2个以上的流通孔26，一方的流通孔26设为去程侧流通孔36，另一方的流通孔26设为回程侧流通孔37，并经由第2歧管31在电解单元4折返。
如图5所示，第2歧管31在图1所示的电解单元4的另一端部(上端部)，具有用于使通过去程侧流通孔36的流体流通到回程侧流通孔37的空间32。
另一方面，在第1歧管6的内部，图5中朝向左侧设为流体(主要是包含水蒸气的气体)的供给部34，右侧设为流体(主要是含氢的气体)的回收部35，这些通过分隔构件33来分隔开。
然后，设置于电解单元4的去程侧流通孔36的下端和供给部34连通，由此，供给到供给部34的水蒸气在去程侧流通孔36中向上方流动的期间中，其一部分或者全部会产生电解反应，从而成为含氢的气体。
然后，包含通过电解反应而产生的氢、反应中未使用的水蒸气的气体继续从去程侧流通孔36的上方，流入第2歧管31的空间32。即，第2歧管31成为含氢的气体流动的歧管。然后，流入空间32的流体会继续流入回程侧流通孔37，并在回程侧流通孔37中向下方流动。
另一方面，回程侧流通孔37的下端和回收部35连通。由此，经由空间32，流入回程侧流通孔37，并向下方流经该回程侧流通孔37之后，会流入回收部35。因此，通过对流入回收部35的流体进行回收，能够高效率地回收含氢的气体。即，在图4所示的混合动力装置30中，电解单元堆装置2的第1歧管6成为具备供给水蒸气的供给部、并且具备对含氢的气体进行回收的回收部的歧管。另外，在该回程侧流通孔37中向下方流动的期间中，流体所包含的未发生反应的水蒸气的一部分或全部也会产生电解反应，能够生成氢。
另外，在图5的第1歧管6的上表面由斜线所示的部分示出了将电解单元4和第1歧管6固定的绝缘性接合剂。
此外，第2歧管31的内面也能够设为圆弧状，使得流经去程侧流通孔36的含氢的气体高效率地流入回程侧流通孔37。
此外，第2歧管31可以覆盖电解单元堆5整体，此外也可以设置于一个一个的电解单元4的上端。
在以上那样的混合动力装置中，能够通过电解单元堆装置2来高效率地生成含氢的气体，并且能够通过燃料电池单元堆装置3来高效率地进行发电，因此能够成为高效率的混合动力装置。
图6是表示本实施方式的混合动力装置的又一例的外观立体图，与图1所示的混合动力装置1相比，其不同之处在于：在燃料电池单元堆装置3中，在燃料电池单元堆的另一端侧附近，设置了对原燃料进行改质的改质器39。
在上述的混合动力装置中，能够将由电解单元堆装置2所生成的含氢的气体的一部分供给到燃料电池单元堆装置3，但存在根据外部的请求，很多的含氢的气体被取出到外部，能够供给到燃料电池单元堆装置3的含氢的气体的量变少的情况。因此，通过在燃料电池单元堆装置3中，在燃料电池单元堆的另一端侧附近，设置对原燃料进行改质的改质器39，从而能够稳定地继续燃料电池单元堆装置3的发电。由此，能够成为效率进一步提高的混合动力装置38。
另外，作为改质器39，优选为能够进行高改质效率的水蒸气改质的改质器，改质器39优选构成为具有将水气化的气化部和具备改质催化剂的改质部。此外在改质器39连接了用于供给碳化氢气体等的原燃料的原燃料供给管40。
此外，通过在燃料电池单元10的上方使发电中未利用的剩余的含氢的气体燃烧而产生的燃烧热，从而除了能够高效率地提升改质器39的温度，并能够缩短改质器39的起动时间以外，还能够提高改质效率。
另外，在图6中，示出了将能够进行水蒸气改质的改质器39和气化器16设为分开构成的示例，但例如也可以构成为对改质器39的气化部进行兼用，从设置于改质器39的气化部将水蒸气供给到电解单元堆装置2。
进而，虽未图示，但改质器39中的通过改质反应而生成的含氢的气体通过将改质器39和燃料电池单元堆装置3的歧管12进行连接的燃料供给管来供给到歧管12。另外，在起动时，在改质器39的改质反应开始为止的期间所供给的原燃料会直接供给到歧管12，通过了燃料电池单元10之后，在燃料电池单元10的上方被燃烧。因此，将改质器39和燃料电池单元堆装置3的歧管12连接的燃料供给管起到了图1所示的燃料供给管20的作用。
另外，由于在上述的电解单元堆装置2中的第2歧管7、31中，含氢的气体流动，因此第2歧管7、31的内面优选设为与电解单元4的另一端(上端)具有给定距离的形状。
此外，作为第1歧管6、第2歧管7、31，能够通过具有耐热性的材料来制作，例如能够利用陶瓷、金属等来制作。但是，在通过金属来构成第1歧管6、第2歧管7、31的情况下，优选第1歧管6、第2歧管7、31和电解单元4绝缘。因此，优选例如将第1歧管6、第2歧管7、31和电解单元4空开间隙来配置，例如利用玻璃等的绝缘性的粘接剂来进行固定。此外，为了防止第2歧管7、31的内面与电解单元4接触，除了在电解单元4的另一端(上端)配置具有绝缘性的环状或者筒状的构件以外，还优选在第2歧管7、31的内面施加绝缘性的涂层，对第2歧管7、31和电解单元4进行绝缘。由此，能够确保第1歧管6、第2歧管7、31和电解单元4的绝缘性，并且抑制流经流通孔26的水蒸气、含氢的气体等流体漏出。另外，在第2歧管7、31与电解单元4之间，配置具有绝缘性的环状或者筒状的构件的情况下，该环状或筒状的内侧成为空间32。
图7是摘取具备本实施方式的混合动力装置的混合动力系统的构成的一部分来进行表示的框图，(a)摘取构成图1所示的混合动力装置1的一部分来进行表示，(b)摘取构成图6所示的混合动力装置38的一部分来进行表示。
在图7(a)中，在燃料电池单元堆装置的歧管12连接了燃料供给管20，在其上游设置了燃料泵42。另一方面，关于含氧气体，具备向燃料电池单元10的外侧电极层供给含氧气体的含氧气体流通路47、和与第1歧管12连接的含氧气体供给管48，并在它们的上游连接了含氧气体供给装置(送风机)41。另外，在图7中示出了从一个含氧气体供给装置41在含氧气体流通路47以及含氧气体供给管48中流动含氧气体的示例，但也可以构成为分别设置一个含氧气体供给装置41。另外，在歧管12中，也可以供给水蒸气来代替含氧气体。
另一方面，在向气化器16供给水的水供给管15的上游设置了水供给装置即水泵43。由此，能够向气化器16适当供给水。此外，气化器16和电解单元堆装置的第1歧管6通过水蒸气流入管17来连接。
此外，在第2歧管7，连接了将由电解单元堆装置5所生成的含氢的气体向外部导出的气体导出管18、和用于向燃料电池单元堆装置的歧管12流动的气体导入管19。另外，在图7中，在气体导出管18设置了阀49。
此外，在燃料电池单元10的附近，设置了用于使在发电中未使用的含氢的气体燃烧的点火装置52、和用于测量燃料电池单元堆的温度的温度传感器53。
在图7(b)中，除了上述构成以外，还在改质器39连接了供给原燃料的燃料供给管50，并在其上游设置了用于供给原燃料的燃料泵42。另一方面，为了由改质器39进行高改质效率的水蒸气改质，在改质器39连接了水供给管51，并在其上游设置了水泵46。
然后，由燃料电池单元堆装置所发电的电流经由功率调节器44从直流变换为交流之后被供给到外部，各泵等由控制装置45来进行控制。另外，控制装置45具有微型计算机，并具备输入输出接口、CPU、RAM以及ROM。另外，CPU用于实施混合动力装置的运转，RAM暂时地存储程序的执行所需要的变量，ROM存储程序。
另外，上述的混合动力装置收纳于收纳容器内而作为混合动力模块，在图中以点划线对此进行了表示。另外在收纳容器内，能够设置用于保持温度的绝热材料、用于提升/保持电解单元堆装置2、燃料电池单元堆装置3的温度的加热器等。
接着，使用图8对本实施方式的混合动力装置1的起动处理工序的一例进行说明。另外在本实施方式中，所谓起动处理工序，意味着直到在电解单元堆装置中电解反应能够开始，并且在燃料电池单元堆装置3中能够开始发电，能够额定运转为止的工序。
首先，在开始混合动力装置1的起动时，在步骤S1中向燃料电池单元堆装置的歧管(图8中表示为SOFC歧管)，经由燃料供给管来供给城市煤气、液化石油气等原燃料。同时，向燃料电池单元堆装置的外侧电极层供给含氧气体。另外，作为供给含氧气体的含氧气体供给装置，例如能够使用送风机等。
接下来，在步骤S2中，为了将从燃料电池单元10的流通孔26排出的原燃料进行燃烧，起动点火装置。另外，点火装置配置在燃料电池单元堆装置的上方即可，例如能够使用点火加热器等。
接下来，在步骤S3中，使水泵工作向气化器开始水的供给。另外，在该时点存在燃料电池单元堆装置的温度尚未充分地上升，水不能气化的情况。因此，例如也可以设置气化器、在水蒸气流入管中设置阀，并且在气化器中设置温度传感器，在温度传感器所测量的温度成为水气化的温度之后进行开阀的控制。
若水被供给到气化器而生成水蒸气，则水蒸气经由水蒸气流入管而供给到电解单元堆的第1歧管。供给到第1歧管的水蒸气在电解单元的流通孔中向上方流动。另外，在该情况下，由于电解单元堆装置的温度尚未充分上升，因此流经电解单元的流通孔的水蒸气保持水蒸气的状态流入第2歧管。流经第2歧管的水蒸气经由气体导入管而供给到燃料电池单元堆装置的歧管。当然，在该情况下，会对阀进行控制使得水蒸气不经由气体流通管而释放到外部。
在此，前进到步骤S4，对从电解单元堆装置向燃料电池单元堆装置的歧管是否供给了水蒸气进行探测。换言之，对气化器中的水是否被气化进行探测。另外，作为探测方法，例如可以在气体导入管中配置湿度传感器等传感器来确认是否有水蒸气流动。
在此，在判断为从电解单元堆装置向燃料电池单元堆装置的歧管没有水蒸气流动的情况下，接下来前进到步骤S5，对燃料电池单元堆装置的温度是否小于预先规定的第1设定温度进行探测。即，在原燃料被继续供给到燃料电池单元堆装置的歧管而水蒸气未被供给到燃料电池单元堆装置的歧管的状况持续的过程中，探测燃料电池单元堆装置是否达到了第1设定温度。顺便提及一下，通过在燃料电池单元堆装置的附近设置温度传感器，从而能够测量燃料电池单元堆装置的温度。
若燃料电池单元堆装置的温度小于第1设定温度，则原燃料所包含的碳析出的可能性较低，因此返回到步骤S4对从电解单元堆装置向燃料电池单元堆装置的歧管是否供给了水蒸气进行探测。
另一方面，若燃料电池单元堆装置的温度为第1设定温度以上，则原燃料所包含的碳析出的可能性较高。在此，若碳析出，则由于燃料电池单元的性能劣化，因此前进到步骤S6，为了防止碳的析出，向燃料电池单元堆装置的歧管，使用辅助装置(含氧气体供给装置或水蒸气供给装置)来直接供给水蒸气、含氧气体。另外，含氧气体也可以同时使用向燃料电池单元的外侧电极层供给含氧气体的送风机等来供给。通过向燃料电池单元堆装置的歧管直接供给水蒸气、含氧气体，从而能够抑制通过原燃料的分解而产生的碳析出。另外，所谓第1设定温度，只要设为小于通过原燃料的分解而产生的碳析出开始的温度即可，例如在200～350℃的范围内，能够按照原燃料的种类来适当设定。
在步骤S4中判断为从电解单元堆装置向燃料电池单元堆装置的歧管供给了水蒸气的情况下、或在步骤S6中，向燃料电池单元堆装置的歧管直接供给了水蒸气、含氧气体之后，前进到步骤S7，确认燃料电池单元堆装置的温度是否为比第1设定温度高的第2设定温度(能开始发电的温度)以上。
在步骤S7中，燃料电池单元堆装置的温度成为第2设定温度(能开始发电的温度)以上之后，开始燃料电池单元堆装置的发电。另外，通过将燃料电池单元设为包含Ni等的燃料电池单元，从而能够对原燃料进行改质(所谓内部改质)。此外，也可以在燃料电池单元堆装置的歧管中配置改质催化剂。此外在具备对原燃料进行改质的改质器的情况下，若是该温度，则能够进行充分的改质反应。
在燃料电池单元堆装置的发电开始之后，由于通过发电而产生的热、在燃料电池单元的上方使发电中未使用的含氢的气体燃烧而产生的燃烧热，从而电解单元堆装置2的温度上升。
在步骤S9中，探测电解单元堆装置的温度是否为电解单元的导电性支承体、阴极的主要成分即Ni的水蒸气氧化温度的最下限值即给定温度(在250～350℃的范围内可适当设定)以上。另外，通过在电解单元堆装置的附近配置温度传感器，从而能够测量电解单元堆装置的温度。
在判断为电解单元堆装置的温度小于给定温度的情况下，再次返回到步骤S9，反复对电解单元堆装置的温度重新进行测量。
另一方面，在判断为电解单元堆装置的温度为给定温度以上的情况下，前进到步骤S10，经由端部导电构件对电解单元堆装置接通电流。另外该电流可以由所谓系统电源来供给，此外也可以将通过燃料电池单元堆装置的发电而产生的电力的一部分供给到电解单元堆装置。通过对电解单元堆装置接通电流，从而在电解单元中产生电解反应，生成含氢的气体。由此即使达到电解单元的导电性支承体、阴极的主要成分即Ni的水蒸气氧化温度，也能够降低该材料被氧化的风险，此外还能够得到含氢的气体。另外，通过该电解反应而产生的含氢的气体的至少一部分被供给到燃料电池单元堆装置的歧管。
接下来前进到步骤S11，探测从电解单元堆装置向燃料电池单元堆装置的歧管供给的含氢的气体的量是否为给定量以上。在向燃料电池单元堆装置的歧管供给了给定量以上的含氢的气体的情况下，由于无需经由燃料供给管继续供给原燃料，因此前进到步骤S12，停止原燃料的供给。
另外，在探测从电解单元堆装置向燃料电池单元堆装置的歧管供给的含氢的气体的量是否为给定量以上时，例如可以在气体导入管中配置2个压力传感器，基于由该压力传感器所测量的压力差，来探测含氢的气体的量，此外可以通过在此基础上设置氢传感器，对其氢浓度进行检测，基于该含氢的气体的量和氢浓度的信息，来探测从电解单元堆装置供给的含氢的气体的量是否为给定量以上。另外，该给定量可以根据构成燃料电池单元堆装置的燃料电池单元的个数来适当设定，但优选设为燃料电池单元能够发电的最低流量以上。另外，在具备改质器的情况下，考虑在改质器中生成的含氢的气体量来适当设定即可。
通过上述的运转控制，起动处理完成之后，控制装置开始通常运转(额定运转)控制即可。即，基于电解单元堆装置或燃料电池单元堆装置的温度、外部负载、从气体流通管排出的所需要的含氢气体的量等，适当控制各装置的动作即可。
接着，对本实施方式的混合动力装置1的运行停止的一例进行说明。
在停止混合动力装置的运行时，首先为了停止燃料电池单元堆装置的发电，而停止向外部负载、电解单元堆装置的电流的供给。由此，燃料电池单元堆装置中的焦耳热减少，燃料电池单元堆装置的温度下降。另外也可以同时使向燃料电池单元堆装置供给的原燃料以及含氢的气体、向改质器供给的原燃料的量下降。由此，能够使燃料电池单元堆装置的温度更快地下降。
在停止了来自燃料电池单元堆装置的电流的供给之后，为了使电解单元堆装置中的电解反应减少，使对电解单元堆装置通电的电流量减少。
如上所述，燃料电池单元堆装置的温度在给定温度(第1设定温度)以上时，原燃料所包含的碳析出的可能性较高。因此，为了抑制燃料电池单元的劣化，在燃料电池单元堆装置的温度为给定温度以上的情况下，优选从电解单元堆装置供给包含水蒸气的气体。
因此，至少优选在燃料电池单元堆装置的温度成为小于给定温度为止，不停止电解单元堆装置的运行。
但是，若在电解单元堆装置继续稳定状态的运转，则水蒸气量较少的气体会被供给到燃料电池单元堆装置。因此，例如通过降低对电解单元堆装置通电的电流量，抑制电解反应，从而能够将水蒸气量较多的气体供给到燃料电池单元堆装置。
另外，在该情况下，也可以根据供给到燃料电池单元堆装置的水蒸气量，来降低向气化器供给的水的量。
然后，在燃料电池单元堆装置的温度成为小于给定温度(第1设定温度)之后，停止向燃料电池单元堆装置供给的原燃料、含氧气体的供给，并且停止对电解单元堆装置的通电，同时停止向气化器供给的水。
通过控制装置进行上述控制，从而能够抑制燃料电池单元的劣化，能够成为可靠性得到提高的混合动力系统。
以上，对本发明详细进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种变更、改良等。
例如，在上述的示例中，作为电解单元、燃料电池单元，使用竖条纹型的单元来进行了说明，但也可以使用在支承体上设置多个按顺序配置了内侧电极层22、固体电解质层23、外侧电极层24的电解元件部或发电元件部而成的所谓横条纹型的单元。
符号说明
1、29、30：混合动力装置
2：电解单元堆装置
3：燃料电池单元堆装置
4：电解单元
5：电解单元堆
6：第1歧管
7、31：第2歧管
10：燃料电池单元
11：燃料电池单元堆
12：歧管
15：水供给管
16：气化器
17：水蒸气流入管
18：气体导出管
19：气体导入管
20：燃料供给管
21：导电性支承体
22：内侧电极层
23：固体电解质层
24：外侧电极层
26：流通孔
32：空间
33：分隔构件
34：供给部
35：回收部
36：去程侧流通孔
37：回程侧流通孔
39：改质器
40：原燃料供给管

Claims (13)

1.一种混合动力装置，其特征在于，具备：
电解单元堆装置，其具有电解单元堆，所述电解单元堆具备多个从包含水蒸气的气体生成含氢的气体的电解单元；和
燃料电池单元堆装置，其具有燃料电池单元堆，所述燃料电池单元堆具备多个燃料电池单元，
所述混合动力装置构成为由所述电解单元堆装置生成的含氢的气体的至少一部分被供给到所述燃料电池单元堆装置，
在所述燃料电池单元堆的附近配置有气化器，所述气化器用于生成包含向所述电解单元堆装置供给的水蒸气的气体。
2.根据权利要求1所述的混合动力装置，其特征在于，
所述气化器配置于所述燃料电池单元堆中的沿着所述燃料电池单元的排列方向的中央部。
3.根据权利要求1或2所述的混合动力装置，其特征在于，
由所述燃料电池单元堆装置发电的电流的至少一部分被供给到所述电解单元堆装置。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的混合动力装置，其特征在于，
所述气化器配置于所述燃料电池单元堆中的沿着所述燃料电池单元的排列方向的侧方。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的混合动力装置，其特征在于，
所述混合动力装置构成为：所述燃料电池单元在内部具备从一端贯通至另一端的气体流路，使发电中未利用的剩余的含氢的气体在所述燃料电池单元的另一端侧进行燃烧，
所述气化器配置于所述燃料电池单元的另一端侧。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的混合动力装置，其特征在于，
所述电解单元在内部具备从一端贯通至另一端的气体流路，
所述电解单元堆装置具备：
第1歧管，其将多个所述电解单元的一端固定，并且用于向该电解单元供给包含水蒸气的气体；和
第2歧管，其将多个所述电解单元的另一端固定，并且用于回收由该电解单元所生成的含氢的气体。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的混合动力装置，其特征在于，
所述混合动力装置构成为：
所述电解单元在内部具备从一端贯通至另一端的二个以上的气体流路，
所述电解单元堆装置具备将多个所述电解单元的一端固定的第1歧管、和将多个所述电解单元的另一端固定的第2歧管，所述第1歧管包括供给包含水蒸气的气体的供给部、和回收含氢的气体的回收部，被供给到所述供给部的含氢的气体的至少一部分通过所述二个以上的气体流路的一方而流入所述第2歧管，并通过所述二个以上的气体流路的另一方而流入所述回收部。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的混合动力装置，其特征在于，
所述混合动力装置构成为：所述燃料电池单元在内部具备从一端贯通至另一端的气体流路，使发电中未利用的剩余的含有氢的气体在所述燃料电池单元的另一端侧进行燃烧，
在所述燃料电池单元的另一端侧附近，配置有对原燃料进行改质来生成向所述燃料电池单元供给的含有氢的气体的改质器。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的混合动力装置，其特征在于，
所述燃料电池单元堆装置还包含将所述燃料电池单元的一端固定的歧管、与该歧管连接并用于供给原燃料或含氢的气体的燃料供给管。
10.一种混合动力系统，其特征在于，具备：
权利要求8或权利要求9所述的混合动力装置；和
辅助装置，其用于向所述燃料电池单元堆装置的所述歧管供给含氧的气体或水蒸气。
11.根据权利要求10所述的混合动力系统，其特征在于，
所述混合动力系统具备用于测量所述燃料电池单元堆装置的温度的温度传感器和控制装置，该控制装置在起动处理工序中，在原燃料被供给到所述燃料电池单元堆装置的所述歧管而从所述电解单元堆装置向所述燃料电池单元堆装置的所述歧管未供给水蒸气的状态下，在所述温度传感器的温度已经成为第1设定温度的情况下，进行控制使得所述辅助装置工作。
12.根据权利要求11所述的混合动力系统，其特征在于，
所述混合动力系统还具备用于从外部向所述改质器或所述燃料电池单元堆装置的所述歧管供给原燃料或含氢的气体的燃料供给装置，所述控制装置在从所述电解单元堆装置向所述燃料电池单元堆装置的所述歧管供给的含氢的气体的量为给定量以上的情况下，进行控制使得停止所述燃料供给装置的运行。
13.一种混合动力系统，其特征在于，具备：
权利要求8或权利要求9所述的混合动力装置；和
控制装置，其在该混合动力装置的运行停止处理中进行控制，使得停止向所述燃料电池单元堆装置的外部负载的电流的供给，并且在所述燃料电池单元的温度成为给定温度以下之后，停止向所述电解单元堆装置的电流的供给以及向所述气化器的水的供给。
CN201480040753.3A 2013-07-24 2014-07-24 混合动力装置以及混合动力系统 Active CN105393392B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013153688 2013-07-24
JP2013-153688 2013-07-24
PCT/JP2014/069613 WO2015012372A1 (ja) 2013-07-24 2014-07-24 ハイブリッド装置およびハイブリッドシステム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105393392A true CN105393392A (zh) 2016-03-09
CN105393392B CN105393392B (zh) 2018-04-10

Family

ID=52393405

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480040753.3A Active CN105393392B (zh) 2013-07-24 2014-07-24 混合动力装置以及混合动力系统

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20160164128A1 (zh)
EP (1) EP3026745B1 (zh)
JP (1) JP6219953B2 (zh)
CN (1) CN105393392B (zh)
WO (1) WO2015012372A1 (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6026044B1 (ja) 2015-07-03 2016-11-16 日本碍子株式会社 燃料電池スタック
WO2017154137A1 (ja) * 2016-03-09 2017-09-14 株式会社 東芝 固体酸化物形電解セルスタックの収容容器、水素製造システム、電力貯蔵システム
JP6275225B1 (ja) * 2016-11-02 2018-02-07 日本碍子株式会社 燃料電池スタック
JP7002951B2 (ja) * 2018-01-23 2022-02-04 森村Ｓｏｆｃテクノロジー株式会社 燃料電池セルスタック装置
JP6547052B1 (ja) * 2018-07-12 2019-07-17 日本碍子株式会社 セルスタック装置
US10727524B2 (en) 2018-07-12 2020-07-28 Ngk Insulators, Ltd. Cell stack device
DE112019002557T5 (de) * 2018-09-07 2021-02-18 Ngk Insulators, Ltd. Verteiler, Zellenstapelvorrichtung und elektrochemische Zelle
JP6605101B1 (ja) * 2018-09-07 2019-11-13 日本碍子株式会社 マニホールド、及びセルスタック装置
GB2604593B (en) * 2021-03-03 2024-01-24 Ceres Ip Co Ltd Fuel cell system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040180249A1 (en) * 2003-03-12 2004-09-16 The Regents Of The University Of California System for the co-production of electricity and hydrogen
US20060222912A1 (en) * 2005-03-31 2006-10-05 Smith William F Modular regenerative fuel cell system
CN101180759A (zh) * 2005-05-23 2008-05-14 本田技研工业株式会社 燃料电池系统
TW201143196A (en) * 2010-05-27 2011-12-01 Aquafairy Corp Power generating device
JP2012094417A (ja) * 2010-10-28 2012-05-17 Kyocera Corp 燃料電池用気化器、燃料電池用改質器、セルスタック装置、燃料電池モジュール、燃料電池装置および充填物収納ケース

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3105668B2 (ja) * 1992-11-18 2000-11-06 関西電力株式会社 電力貯蔵装置
JPH11214021A (ja) 1998-01-27 1999-08-06 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 固体電解質型燃料電池発電設備
JP4502614B2 (ja) * 2003-09-17 2010-07-14 大阪瓦斯株式会社 燃料電池システム
JP5001761B2 (ja) * 2007-09-10 2012-08-15 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 水蒸気発生器及び燃料電池システムの運転方法
JP2009224293A (ja) * 2008-03-19 2009-10-01 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP5431800B2 (ja) * 2009-06-12 2014-03-05 日本特殊陶業株式会社 燃料電池用原料供給装置
JP2013030359A (ja) * 2011-07-28 2013-02-07 Kyocera Corp 燃料電池装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040180249A1 (en) * 2003-03-12 2004-09-16 The Regents Of The University Of California System for the co-production of electricity and hydrogen
US20060222912A1 (en) * 2005-03-31 2006-10-05 Smith William F Modular regenerative fuel cell system
CN101180759A (zh) * 2005-05-23 2008-05-14 本田技研工业株式会社 燃料电池系统
TW201143196A (en) * 2010-05-27 2011-12-01 Aquafairy Corp Power generating device
JP2012094417A (ja) * 2010-10-28 2012-05-17 Kyocera Corp 燃料電池用気化器、燃料電池用改質器、セルスタック装置、燃料電池モジュール、燃料電池装置および充填物収納ケース

Also Published As

Publication number Publication date
EP3026745B1 (en) 2018-07-04
JPWO2015012372A1 (ja) 2017-03-02
US20160164128A1 (en) 2016-06-09
JP6219953B2 (ja) 2017-10-25
EP3026745A4 (en) 2016-12-21
EP3026745A1 (en) 2016-06-01
WO2015012372A1 (ja) 2015-01-29
CN105393392B (zh) 2018-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105393392A (zh) 混合动力装置以及混合动力系统
KR102119441B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 복합 발전 시스템, 그리고 연료 전지 시스템의 제어 방법
US6620535B2 (en) Strategies for preventing anode oxidation
US6495279B1 (en) Ultrahigh power density miniaturized solid-oxide fuel cell
KR102132314B1 (ko) 연료 전지의 온도 분포 제어 시스템, 연료 전지 및 온도 분포 제어 방법
JP4745618B2 (ja) 燃料電池構造体の運転方法
JP5883028B2 (ja) セルスタック装置の作製方法
JP2018088324A (ja) 複合発電システムの制御装置、複合発電システム、複合発電システムの制御方法および複合発電システムの制御プログラム
JP5735312B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池システム
JP6239229B2 (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池運転方法
JP6486649B2 (ja) 複合発電システム及び複合発電システムの制御方法
JP6433778B2 (ja) 燃料電池および燃料電池の電気的接続方法
JP5157264B2 (ja) 燃料電池発電システム
JP5156171B2 (ja) 燃料電池システム
TWI804207B (zh) 燃料電池之燃料氣體供給裝置
JP5977142B2 (ja) 燃料電池装置
JP6734455B1 (ja) 燃料電池ユニット、及び燃料電池システム
JP5659975B2 (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
JP7057731B2 (ja) 燃料電池および燃料電池の製造方法
JP6711558B2 (ja) Ｓｏｆｃセルチューブ及び固体酸化物形燃料電池装置
JP5299207B2 (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法
KR20230074212A (ko) 연료 전지 발전 시스템, 및 연료 전지 발전 시스템의 제어 방법
JP6121826B2 (ja) 電解装置
JP2017130273A (ja) 固体酸化物形燃料電池スタック、固体酸化物形燃料電池モジュールおよび固体酸化物形燃料電池システム
JP2016095945A (ja) 燃料電池カートリッジ、燃料電池モジュール、燃料電池システム、燃料電池カートリッジの製造方法および燃料電池カートリッジの温度調整方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant