JP2007282449A

JP2007282449A - 熱電変換装置

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Publication number: JP2007282449A
Application number: JP2006108854A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Gamachi; 厚志蒲地; Shunsuke Itami; 俊輔伊丹
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2007-10-25
Also published as: US7846602B2; US20070235325A1

Abstract

【課題】熱エネルギから電気エネルギへの変換を高効率で行うことを可能とする熱電変換装置を提供する。
【解決手段】熱電変換装置１０は、液相の作動媒体を加熱して蒸発させる蒸発器３８と、蒸発器３８で蒸発した作動媒体と反応ガスとが供給されることで、濃淡電池が形成されて発電を行う発電器１２と、発電器１２から排出される前記作動媒体とカソードオフガスが導入され、作動媒体と反応ガスとが分離される気液分離器３０とを備える。さらに、熱電変換装置１０は、気液分離器３０で分離された反応ガスを発電器１２に供給するアノード側供給流路３２と、気液分離器３０で分離された作動媒体を蒸発器３８を経由させた後、発電器１２に供給するカソード側供給流路３４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換装置に関する。

例えば、内燃機関や燃料電池等からの廃熱を回収し、この廃熱を電気エネルギに変換する熱電変換装置を用いると、該熱電変換装置を含むシステム全体の総合効率を大幅に向上させることが可能となる。

このような熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換方法としては、例えば、熱電素子やランキンサイクル等が知られている。ところが、前記熱電素子の場合には材料の性能が低く、また、前記ランキンサイクルの場合には特に小規模発電における膨張機での損失（ロス）が大きくなるという問題があり、いずれも十分な変換効率を得ることが困難である。

一方、特許文献１には、水素吸蔵合金と水素濃淡電池を利用した電気化学的方法による熱電変換水素電池が開示されている。このような熱電変換水素電池では、発電規模の影響に変換効率が左右されにくく、また、機械的な損失も少ないという利点がある。

ところで、前記熱電変換水素電池では、電解質膜（プロトン伝導膜）が固体高分子により形成されているため、該電解質膜への加湿が必要である。しかしながら、水素吸蔵合金は水が存在すると十分に機能することができないという問題があった。

特開２００５−３３９６０号公報

本発明は、上記のような課題を考慮してなされたものであり、水素吸蔵合金等を用いる必要がなく、熱エネルギから電気エネルギへの変換を高効率で行うことを可能とする新規な構成の熱電変換装置を提供することを目的とする。

本発明の熱電変換装置は、液相の作動媒体を加熱して蒸発させる蒸発器と、反応ガスがアノード電極に供給され、前記蒸発器で蒸発した前記作動媒体がカソード電極に供給されることで、濃淡電池が形成されて発電を行う発電器と、前記カソード電極から排出される前記濃淡電池での反応後の反応ガスと前記作動媒体との混合ガスが導入され、前記作動媒体を凝縮させて該作動媒体と前記反応ガスとを分離する気液分離器と、前記気液分離器で分離された前記反応ガスを前記発電器に供給するための第１の供給流路と、前記気液分離器で分離された液相の前記作動媒体を前記蒸発器を経由させた後、前記発電器に供給するための第２の供給流路と、を備えることを特徴とする。

このような構成によれば、ランキンサイクルと濃淡電池とが相互に組合された構成のクローズドサイクルを構築することができる。従って、蒸発器にて作動媒体を加熱する熱源として、例えば、内燃機関や燃料電池等の廃熱を有効に活用しながら、熱エネルギから電気エネルギへの高効率な変換を行うことが可能となる。

また、前記気液分離器には、前記アノード電極から排出される未反応の反応ガスが前記混合ガスと共に導入されることを特徴とする。

さらに、前記第２の供給流路における前記蒸発器の出口側と前記発電器の入口側との間に設けられ、前記蒸発器で蒸発した前記作動媒体により駆動される膨張機と、前記第１の供給流路における前記気液分離器の出口側と前記発電器の入口側との間に設けられ、前記膨張機と同軸で回転するように構成されることで、前記発電器に供給される前記反応ガスを圧縮する圧縮機と、を備えると、膨張機により水蒸気の圧力エネルギや運動エネルギを有効に回収して、圧縮機により水素ガスを加圧することができる。このため、アノード電極側での水素圧力を増大させることができ、発電器での起電力を向上させることができる。

なお、前記反応ガスは水素であり、前記作動媒体は水であってもよい。

また、前記発電器の前記アノード電極から未反応の反応ガスが排出される第１の排出流路はエゼクタを介して、前記カソード電極から前記混合ガスが排出される第２の排出流路、又は、前記第１の供給流路に連結されていると、アノード電極から排出される未反応の反応ガスを一層効率よく循環させることが可能となる。

さらに、前記第２の供給流路には、前記作動媒体を循環させるための循環ポンプが設けられていてもよい。

本発明によれば、熱エネルギから電気エネルギへの変換を行う熱電変換装置において、ランキンサイクルと濃淡電池とが相互に組合された構成のクローズドサイクルを構築することができる。このため、蒸発器にて作動媒体を加熱する熱源として、例えば、内燃機関や燃料電池等の廃熱を有効に活用しながら、熱エネルギから電気エネルギへの高効率な変換が可能となる。

以下、本発明に係る熱電変換装置についての実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱電変換装置１０の概略構成図である。

熱電変換装置１０は、クローズドサイクル（閉サイクル）で構成され、例えば、図示しない内燃機関、燃料電池等からの廃熱を熱源として作動媒体である水を蒸発させて水蒸気とし、該水蒸気と、系内に封入されている反応ガスである水素ガスとを発電器１２に供給することで濃淡電池を形成させて発電を行うものである。なお、反応ガスとしては水素ガス以外、例えば、酸素ガス等を使用してもよい。また、前記作動媒体として水以外、例えば、アルコールやアンモニア等を使用してもよい。

発電器１２は、電解質膜１２ｂをアノード電極１２ａとカソード電極１２ｃとで挟んだセル構造であり、公知の燃料電池セルと略同様に構成される。従って、セルを複数積層させて一体化させたスタック構造とすることもできる。この発電器１２を構成するアノード電極１２ａ及びカソード電極１２ｃは、高分子電解質膜型燃料電池（ＰＥＦＣ）等の触媒層として用いられる公知の電極材料を用いればよく、例えば、カーボンブラックに白金（Ｐｔ）を担持したものでよい。また、電解質膜１２ｂは、プロトン（水素イオン）を移動させることができる膜、いわゆるプロトン伝導膜であればよく、例えば、過フッ化スルホン酸膜や炭化水素系の高分子膜、無機膜又は有機−無機複合膜等が挙げられる。

そして、発電器１２では、アノード電極１２ａに水素ガスが供給され、カソード電極１２ｃに水蒸気が供給されると、両電極間で水素分圧の差ができることで起電力を生じる。すなわち、発電器１２では、アノード電極１２ａでの触媒作用により、式（１）に示すように、水素ガスが電子とプロトンとに解離され、前記電子は負荷１４に給電しつつ、カソード電極１２ｃ側に移動する。一方、前記プロトンは電解質膜１２ｂを通過してカソード電極１２ｃ側に移動することで、式（２）に示すように、カソード電極１２ｃ側に移動した電子と再結合して水素ガス（水素分子）となり、水蒸気と共に発電器１２から排出されることになる。
Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- （１）
２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂ （２）

なお、このような発電器１２で生じる起電力は、アノード電極１２ａとカソード電極１２ｃの水素分圧と温度とから決まり、起電力をＶ（Ｖ）、気体定数をＲ、絶対温度をＴ（Ｋ）、ファラデー定数をＦ、アノード電極１２ａ側の水素分圧をＰａ（Ｐａ、パスカル）、カソード電極１２ｃ側の水素分圧をＰｃ（Ｐａ、パスカル）とすると、次式（３）にて求めることができる。
Ｖ＝（ＲＴ／２Ｆ）ｌｎ（Ｐａ／Ｐｃ）（３）

さらに、図１に示すように、発電器１２には、アノード電極１２ａに反応ガスとして水素（Ｈ₂）ガスを供給するためのアノード側供給口１６と、前記アノード電極１２ａから未反応の水素ガスを含むアノードオフガスを排出するためのアノード側排出口１８と、カソード電極１２ｃに作動媒体として水蒸気（水）を供給するためのカソード側供給口２０と、カソード電極１２ｃ側から水蒸気や反応後の再結合した水素ガスからなるカソードオフガス（混合ガス）を排出するためのカソード側排出口２２とが設けられる。

そして、アノード側排出口１８にはアノード側排出流路２４（第１の排出流路）が連結され、カソード側排出口２２にはカソード側排出流路２６（第２の排出流路）が連結される。また、カソード側排出流路２６には、エゼクタ２８（エジェクタ）が設けられる。

エゼクタ２８は、その内部において図示しないノズルからカソードオフガスを流出させることで生じる負圧により、アノード側排出流路２４からのアノードオフガスを吸引し、前記カソードオフガスと合流させて流出させる機能を果たす。このようなエゼクタ２８としては、燃料電池システム等での水素ガス循環等に用いられている公知の構成のものを用いればよい。なお、エゼクタ２８に替えて水素ポンプを用いることもできる。

また、熱電変換装置１０において、エゼクタ２８から流出されるカソードオフガス及びアノードオフガスは、気液分離器３０に導入される。気液分離器３０は、いわゆるコンデンサとして機能するものであり、カソードオフガスとアノードオフガスとが混合されたガスを冷却することにより、該ガス中に含まれる水を凝縮し、水素ガスと水とに分離する。

気液分離器３０の上部には、該気液分離器３０と、発電器１２のアノード側供給口１６とを連通するアノード側供給流路３２（第１の供給流路）が連結される。これにより、気液分離器３０内で分離された水素ガスは、アノード側供給流路３２を介して発電器１２に供給されることになる。

一方、気液分離器３０の下部には、該気液分離器３０と、発電器１２のカソード側供給口２０とを連通するカソード側供給流路３４（第２の供給流路）が連結される。該カソード側供給流路３４には、気液分離器３０側から順に循環ポンプ３６と蒸発器３８とが接続される。これにより、気液分離器３０内で分離された水は、循環ポンプ３６の作用下に、カソード側供給流路３４を流通し、蒸発器３８にて蒸発した後、発電器１２に供給される。この蒸発器３８は、気液分離器３０から導入される液相の水を、上記のような内燃機関や燃料電池等からの廃熱により加熱し、蒸発させて水蒸気とする機能を果たす。

このように、熱電変換装置１０では、カソード側供給流路３４とカソード側排出流路２６とが作動媒体である水を循環させる循環流路として作用する。同様に、アノード側供給流路３２とアノード側排出流路２４とが反応ガスである水素ガスを循環させる循環流路として作用する。

さらに、熱電変換装置１０では、カソード側供給流路３４における蒸発器３８の出口側と発電器１２の入口側との間には膨張機４０が設けられる。また、アノード側供給流路３２における気液分離器３０の出口側と発電器１２の入口側との間には圧縮機４２が設けられる。膨張機４０と圧縮機４２とは駆動軸４４により同軸で連結されている。

膨張機４０は、蒸発器３８からの水蒸気により駆動（回転）されるタービンとして機能し、該水蒸気の圧力を減圧して発電器１２に供給すると共に、駆動軸４４を介して圧縮機４２を駆動（回転）する。このため、圧縮機４２により、発電器１２に供給される水素ガスが加圧される。従って、熱電変換装置１０において膨張機４０と圧縮機４２とは、水素過給機４６（反応ガス過給機）として機能することになる。

次に、基本的には以上のように構成される熱電変換装置１０の動作について説明する。

熱電変換装置１０は、上記のように、クローズドサイクルで構成されるものであり、その系内には水素ガスと水とが封入されている。なお、熱電変換装置１０の運転停止時には、系内の水の大部分は液相の状態で、気液分離器３０内に貯留されているものとする。

このような熱電変換装置１０において、図示しない制御手段により、先ず、循環ポンプ３６が駆動されると、気液分離器３０に貯留されている水が、カソード側供給流路３４を流通して蒸発器３８に流入する。蒸発器３８に流入する前の点Ｃ１での水の状態は、例えば、温度約＋１００℃である。

蒸発器３８に流入した液相の水は、該蒸発器３８にて加熱されて水蒸気となる。該水蒸気は、蒸発器３８において、さらに過加熱（スーパーヒート）され、蒸発器３８の出口側の点Ｃ２では、例えば、温度約＋２５０℃、圧力約１ＭＰａ（約１０ａｔｍ）となる。すなわち、本実施形態では、蒸発器３８にて水を加熱する熱源の温度は、例えば、約＋２５０℃である。

次いで、蒸発器３８から流出された水蒸気は膨張機４０に至り、圧力エネルギが回収されて減圧されると共に、膨張機４０を回転（駆動）させた後、カソード側供給口２０から発電器１２のカソード電極１２ｃに供給される。このとき、膨張機４０の出口側（発電器１２の入口側）の点Ｃ３における水蒸気の状態は、例えば、温度約＋１２０℃、圧力約０．２ＭＰａ（約２ａｔｍ）である。

一方、熱電変換装置１０の系内に封入されている水素ガスは、駆動軸４４を介して、前記膨張機４０により駆動される圧縮機４２により、加圧された状態でアノード側供給口１６から発電器１２のアノード電極１２ａに供給される。すなわち、圧縮機４２の入口側の点Ａ１において、例えば、温度約＋５０℃、圧力約０．１ＭＰａ（１ａｔｍ）の水素ガスは、圧縮機４２にて加圧（圧縮）されることにより、圧縮機４２の出口側（発電器１２の入口側）の点Ａ２において、例えば、圧力約０．４ＭＰａ（約４ａｔｍ）となる。

以上のようにして、発電器１２のアノード電極１２ａに水素ガスが供給され、カソード電極１２ｃに水蒸気が供給されると、発電器１２では、上記のように濃淡電池が形成されることにより発電が行われる。なお、この際、カソード電極１２ｃには水蒸気が供給されているため、該水蒸気により電解質膜１２ｂの加湿が行われている。ところで、この場合の水蒸気の温度は、約＋１２０℃と高温であるため、カソード電極１２ｃからアノード電極１２ａへの水の逆拡散等に起因するアノード電極１２ａでの水の貯留、いわゆるフラッディングが効果的に抑制される。

そして、発電器１２のカソード側排出口２２からカソード側排出流路２６に排出される水蒸気や反応後の再結合した水素ガスからなるカソードオフガスは、例えば、温度約＋１２０℃、圧力約０．１ＭＰａ（１ａｔｍ）の状態（点Ｃ４）でエゼクタ２８を通過する。これに対して、発電器１２のアノード側排出口１８からアノード側排出流路２４に排出される未反応の水素ガスを含むアノードオフガスは、エゼクタ２８の吸引作用下、前記カソードオフガスと共に気液分離器３０に導入される。

次いで、気液分離器３０において、カソードオフガスとアノードオフガスとが混合されたガスが冷却されることにより、水が凝縮される。これにより、水素ガスと水とが分離される。

前記分離された水素ガスは、例えば、温度約＋５０℃（Ａ３点）となり、気液分離器３０の上部に連結されているアノード側供給流路３２を流通して再び発電器１２に供給されることになる。これに対して、前記分離された水は、例えば、温度約＋１００℃以下（Ｃ５点）となり、気液分離器３０内に貯留され、循環ポンプ３６の作用下、カソード側供給流路３４を流通して再び発電器１２に供給されることになる。

本実施形態における熱電変換装置１０では、以上のように、ランキンサイクルと濃淡電池とが相互に組合された構成のクローズドサイクルが構築されることにより、熱エネルギを電気エネルギに変換している。

従って、熱電変換装置１０では、内燃機関や燃料電池等の廃熱を有効に活用して、発電を行うことができる。さらに、発電器１２では、気液分離器３０での水素ガスと水との分離に係るエネルギ（熱エネルギや重力エネルギ等）を回収することができるため、熱電変換効率が一層向上する。

また、循環ポンプ３６は、液相の水を循環すればよいため、例えば、気相の水（水蒸気）を循環する形式のものに比べて、大幅に少ない消費電力で駆動することができる。

さらに、熱電変換装置１０では、水素過給機４６を備えているため、膨張機４０により水蒸気の圧力エネルギや運動エネルギを回収して、圧縮機４２に伝達し、該圧縮機４２にて水素ガスを加圧することができる。これにより、アノード電極１２ａでの水素圧力を増大させることができ、発電器１２での起電力をより向上させることができる。なお、前記水素圧力の増大により、アノード電極１２ａでのフラッディングの発生が抑制されるため、発電器１２での発電安定性が向上する。

さらにまた、熱電変換装置１０は、クローズドサイクルであり且つ濃淡電池では水素ガスの解離と再結合とを利用していることから、水素ガスや水がほとんど消費されず、水素ガスや水の消費量を大幅に抑制することができる。

ところで、熱電変換装置１０では、発電器１２のセルにおいて、電解質膜１２ｂを２枚とし、これら２枚の電解質膜１２ｂの間に水の透過を防止し且つプロトンを透過させる膜を挟持させることも可能である。このようにすると、カソード電極１２ｃからアノード電極１２ａへの水の透過が確実に阻止され、燃料電池等に比べて比較的起電力が低い傾向にある濃淡電池（発電器１２）での発電効率を向上させることができる。なお、このような水の透過を阻止する膜としては、例えば、パラジウム（Ｐｄ）膜や、パラジウムの金属化合物膜（Ｐｄ−Ａｇ膜、Ｐｄ−Ｃｕ膜）等が挙げられる。

なお、熱電変換装置１０では、上記のように、反応ガスとして水素ガス以外にも、例えば、酸素ガス等を使用することができる。ただし、水素ガスを用いると、アノード電極１２ａでの触媒作用による電子とプロトンへの解離の反応速度が上記酸素ガス等に比べて速い。従って、反応ガスとしては水素ガスが最も好適である。

次に、本発明の第２の実施形態につき、図２を参照して説明する。図２は、この第２の実施形態に係る熱電変換装置１００の概略構成図である。なお、図２において、図１に示される参照符号と同一の参照符号は、同一又は同様な構成を示し、このため同一又は同様な機能及び効果を奏するものとして、その詳細な説明を省略する。

本第２の実施形態に係る熱電変換装置１００は、上記熱電変換装置１０と比べて、水素過給機４６を有さず、また、エゼクタ２８がカソード側排出流路２６ではなく、アノード側供給流路３２に設けられている点が相違する。

この熱電変換装置１００では、作動媒体である水が蒸発器３８にて蒸発され水蒸気となると、該水蒸気は、熱電変換装置１０のように膨張機４０を経由することなく、発電器１２に直接供給されることになる。すなわち、蒸発器３８から流出される水蒸気が、その圧力や温度を膨張機４０にて失うことなく、発電器１２に供給される。従って、熱電変換装置１００は、蒸発器３８にて水を加熱する熱源が比較的低温（例えば、約＋１２０℃）の場合であっても、効率的に熱エネルギを電気エネルギに変換することが可能である。

以上のように構成される熱電変換装置１００の動作について説明する。熱電変換装置１００は、上記熱電変換装置１０と同様に、クローズドサイクルで構成されるものであり、その系内には水素ガスと水とが封入されている。

このような熱電変換装置１００において、図示しない制御手段により、先ず、循環ポンプ３６が駆動されると、気液分離器３０に貯留されている水が、カソード側供給流路３４を流通して蒸発器３８に流入する。ここで、蒸発器３８に流入する前の点Ｃ１１での水の状態は、例えば、温度約＋１００℃である。

蒸発器３８に流入した液相の水は、該蒸発器３８にて加熱されて水蒸気となる。該水蒸気は、蒸発器３８の出口側の点Ｃ１２において、例えば、温度約＋１２０℃、圧力約０．２ＭＰａ（約２ａｔｍ）となる。

このようにして蒸発器３８から流出した水蒸気は、カソード側供給口２０から発電器１２のカソード電極１２ｃに供給される。なお、発電器１２のカソード側排出口２２からカソード側排出流路２６に排出されるカソードオフガスは、例えば、温度約＋１２０℃、圧力約０．１ＭＰａ（１ａｔｍ）の状態（点Ｃ１３）で気液分離器３０に導入される。

一方、熱電変換装置１００の系内に封入されている水素ガスは、気液分離器３０において、該気液分離器３０に導入されるカソードオフガスから水素ガスと水とが分離されることによる圧力エネルギ及び運動エネルギにより、次第にアノード側供給流路３２に流通する。

そして、アノード側供給流路３４を流通する水素ガスがエゼクタ２８を通過すると、該水素ガスは、エゼクタ２８の吸引作用によりアノード側排出流路２４から吸引されたアノードオフガスと共に、発電器１２のアノード電極１２ａに供給されることになる。このように発電器１２に供給される水素ガスは、例えば、点Ａ１１において、圧力約０．２ＭＰａ（２ａｔｍ）となっている。

以上のようにして発電器１２のアノード電極１２ａに水素ガスが供給され、カソード電極１２ｃに水蒸気が供給されると、発電器１２では、上記熱電変換装置１０と同様に、濃淡電池が形成されて発電が行われることになる。

なお、気液分離器３０に導入されたカソードオフガスは、該気液分離器３０にて水素ガスと水とに分離される。この際、前記凝縮され分離された水は、例えば、温度約＋１００℃（Ｃ１４点）となり、気液分離器３０内に貯留され、循環ポンプ３６の作用下、カソード側供給流路３４を流通して再び発電器１２に供給されることになる。一方、前記分離された水素ガスは、例えば、温度約＋５０℃（Ａ１２点）となり、気液分離器３０の上部に連結されているアノード側供給流路３２を流通し、エゼクタ２８を通過して、再び発電器１２に供給されることになる。

以上のように、本第２の実施形態における熱電変換装置１００においても、ランキンサイクルと濃淡電池とが相互に組合された構成のクローズドサイクルが構築されることにより、熱エネルギを電気エネルギに変換している。

また、熱電変換装置１００は、蒸発器３８からの水蒸気を膨張機４０を経由することなく直接発電器１２に供給するように構成している。このため、上記のように、水蒸気がその圧力及び温度を膨張機４０にて失うことなく、発電器１２に供給される。従って、熱電変換装置１００では、蒸発器３８にて水を加熱する熱源が比較的低温（例えば、約＋１２０℃）の場合に特に好適である。

すなわち、熱電変換装置１００では、比較的低温の熱源の熱エネルギからでも電気エネルギを得ることができる。なお、熱電変換装置１００では、水素過給機４６を持たないため、コスト低減を図ることもできる。

以上、上記各実施形態により本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは当然可能である。

例えば、第１の実施形態に係る熱電変換装置１０においても、第２の実施形態に係る熱電変換装置１００のように、アノード側排出流路２４が連結されるエゼクタ２８をアノード側供給流路３２に設けた熱電変換装置１０ａとしてもよい（図３参照）。同様に、熱電変換装置１００においても、熱電変換装置１０のように、アノード側排出流路２４が連結されるエゼクタ２８をカソード側排出流路２６に設けた熱電変換装置１００ａとしてもよい（図４参照）。

また、蒸発器３８にて作動媒体を加熱する熱源としては、上記のような内燃機関や燃料電池等の廃熱以外の熱源を用いても当然よく、例えば、工場廃熱や太陽熱、地熱等が挙げられる。

本発明の第１の実施形態に係る熱電変換装置の概略構成図である。本発明の第２の実施形態に係る熱電変換装置の概略構成図である。前記第１の実施形態に係る熱電変換装置の変形例を示す概略構成図である。前記第２の実施形態に係る熱電変換装置の変形例を示す概略構成図である。

符号の説明

１０、１０ａ、１００、１００ａ…熱電変換装置
１２…発電器１２ａ…アノード電極
１２ｂ…電解質膜１２ｃ…カソード電極
１４…負荷１６…アノード側供給口
１８…アノード側排出口２０…カソード側供給口
２２…カソード側排出口２４…アノード側排出流路
２６…カソード側排出流路２８…エゼクタ
３０…気液分離器３２…アノード側供給流路
３４…カソード側供給流路３６…循環ポンプ
３８…蒸発器４０…膨張機
４２…圧縮機４４…駆動軸
４６…水素過給機

Claims

液相の作動媒体を加熱して蒸発させる蒸発器と、
反応ガスがアノード電極に供給され、前記蒸発器で蒸発した前記作動媒体がカソード電極に供給されることで、濃淡電池が形成されて発電を行う発電器と、
前記カソード電極から排出される前記濃淡電池での反応後の反応ガスと前記作動媒体との混合ガスが導入され、前記作動媒体を凝縮させて該作動媒体と前記反応ガスとを分離する気液分離器と、
前記気液分離器で分離された前記反応ガスを前記発電器に供給するための第１の供給流路と、
前記気液分離器で分離された液相の前記作動媒体を前記蒸発器を経由させた後、前記発電器に供給するための第２の供給流路と、
を備えることを特徴とする熱電変換装置。
請求項１記載の熱電変換装置において、
前記気液分離器には、前記アノード電極から排出される未反応の反応ガスが前記混合ガスと共に導入されることを特徴とする熱電変換装置。
請求項１又は２記載の熱電変換装置において、
さらに、前記第２の供給流路における前記蒸発器の出口側と前記発電器の入口側との間に設けられ、前記蒸発器で蒸発した前記作動媒体により駆動される膨張機と、
前記第１の供給流路における前記気液分離器の出口側と前記発電器の入口側との間に設けられ、前記膨張機と同軸で回転するように構成されることで、前記発電器に供給される前記反応ガスを圧縮する圧縮機と、
を備えることを特徴とする熱電変換装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱電変換装置において、
前記反応ガスは水素であり、前記作動媒体は水であることを特徴とする熱電変換装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱電変換装置において、
前記発電器の前記アノード電極から未反応の反応ガスが排出される第１の排出流路はエゼクタを介して、前記カソード電極から前記混合ガスが排出される第２の排出流路、又は、前記第１の供給流路に連結されている
ことを特徴とする熱電変換装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱電変換装置において、
さらに、前記第２の供給流路には、前記作動媒体を循環させるための循環ポンプが設けられていることを特徴とする熱電変換装置。