JP2009037903A - 燃料電池と燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、固体電解質型セルユニット50を互いに重合してなるセルスタック60内外に、二種類の反応用ガスを互いに分離して流通させることによる発電を行う燃料電池において、上記二種類の反応用ガスを混流するためのガス混流路136を、上記セルスタック60から排出される一方の反応用ガスの排出経路上であって当該セルスタック60の中心部に形成したことを特徴としている。
【選択図】図2
Description
特許文献1に開示された燃料電池は、セルスタックの中心部から周縁部の反応ガス排気口に向かって反応用ガスを放射状に流動させることにより、その反応用ガスを電池の周囲で燃焼させるようにしたものである。
一方、特許文献2には、セルスタックの周囲に燃焼触媒を配置した概略構成について示されてはいるものの、熱容量の大きなセルスタックの中心部を優先的に加熱することはできないものである。
本実施形態においては、一方の反応用ガスが水素であり、他方の反応用ガスが空気であるが、一方の反応用ガスを空気、他方の反応ガスを水素としてもよいことは勿論である。
上記周壁73には、ケース70内に他方の反応用ガスを導入するためのガス導入口74と、当該ケース70内に導入された他方の反応用ガスを排出するためのガス排出口75が配設されている。
電解質としては、例えばペロブスカイト型酸化物系、リン酸塩系やホウ酸塩系等の固体酸を用いることができる。
円形段差部91には、後述する後述するガス流通路135とガス混流路136…に対応する位置に、それらと同径の貫通孔(図示しない)が開口形成されている。
円形段差部81には、後述する後述するガス流通路135とガス混流路136…に対応する位置に、それらと同径の貫通孔84,85…が開口形成されている。
ガス排出孔134は断面円形に形成されており、外側開口134bを周面130cに、また、内側開口134aを上記ガス混流孔132にそれぞれ臨ませて形成されている。
換言すると、ガス排出孔134の断面積を、ガス混流路136の断面積よりも小さく形成している。
当接した周壁93,83どうしは、全周にわたり気密的(ガス密的)にレーザ溶接等により接合されている。
上側フランジ140は、上記した円形段差部81,91と同径にした円柱形の押さえ部141の周壁141aに、セルユニット50と同径にしたフランジ部142を延出形成した平面視円形板形のものである。
押さえ部151の中心には、上記ガス流通孔131と同径の貫通孔153が穿設されているとともに、上記ガス混流孔132に対向する位置には、そのガス混流孔132と同径の貫通孔154が形成されている。
加熱部体170は、燃焼触媒作用を有する材料で構成されたものであり、本実施形態においては触媒を含浸したアルミナ系セラミックの粒状物を全路長にわたり装填しているが、多孔質体としてもよい。
含浸させる触媒としては例えばバナジウム,ランタン,サマリウム等の化合物や白金等の貴金属を用いることができる。
この段落における「中間部」とは、セルユニット50…の重合方向(図示上下方向)における中央部分と同義である。換言すると、本実施形態においては、セルユニット50…の中央部分における温度を検出するようにしている。
その切替えバルブ30の一方の排出口には、終端を上記上側フランジ140の貫通孔144に連結したパイプ33の始端が、また、他方の排出口には、終端が上記ケース70の導入口74に連結されたパイプ34の始端がそれぞれ連結されている。なお、上側フランジ140の貫通孔144とパイプ33とは、連結パイプ145を介して連結されている。
その切替えバルブ31の一方の排出口には、終端を上記上側フランジ140の貫通孔143に連結したパイプ36の始端が、また、他方の排出口には、終端が上側フランジ140の貫通孔144に連結したパイプ37の始端がそれぞれ連結されている。
なお、上側フランジ140の貫通孔144とパイプ37とは連結パイプ145を介して、また、上側フランジ140の貫通孔144とパイプ33とは、連結パイプ146を介してそれぞれ連結されている。
(1)二種類の反応用ガスをガス混流路136内で混流させている起動時において、そのガス混流路136の所定位置における温度が、所定の動作温度に到達したか否かを判定する機能(第一の判定手段41)。
本実施形態における「所定の動作温度」は、例えば1000(℃)程度を想定している。
(4)第二の判定手段43により、所定位置における温度が所定の動作温度よりも低下したと判定されたときには、セルスタック60外を流通させている反応用ガス(他方の反応用ガス)をガス混流路に送給する機能(送給開始手段44)。
切替えバルブ30,31を切り替えることにより、それら二種類の反応用ガスがガス混流路136において混流されるようにする。すなわち、二種類の反応用ガスは、連結パイプ145を通じてガス混流路136に送給される。これにより、二種類の反応用ガスが燃焼し、セルスタック60の中心部が加熱される。
加熱により、セルスタック60は、室温から中温を経て所定の動作温度に向けて昇温する。なお、中温とは、約300(℃)〜400(℃)を指している。
ステップ3:ガス混流路136内の所定位置における温度が所定の動作温度に到達したか否かを判定し、当該温度が所定の動作温度に達していなければステップ2に戻り、所定の動作温度に達していれば、一方の反応用ガスのガス混流路136への送給を停止してステップ4に進む。
ステップ5:ガス流通路135に一方の反応用ガスが送給されるように切替えバルブ31を切り替えてステップ6に進む。このステップ5により、発電が開始される。
なお、以下の説明において、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
ガス混流孔155は、内側開口155aを上記ガス混流孔153に、また、外側開口155bを周壁151aにそれぞれ臨ませて形成されている。
また、炭素析出が起こるであろう上記した中温(300〜400℃)付近においては、ガス流通路から一方の反応用ガスを供給できないが、本発明においては、ガス流通路において二種類の反応用ガスを供給して加熱燃焼させることができる。
上記の実施形態においては、加熱部体として、触媒を含浸させたアルミナ系セラミックの粒状物について例示しているが、触媒を含浸させたアルミナ系セラミックの多孔質体であっても適用できる。
40 ガス送給制御部
41 第一の判定手段
42 送給停止手段
43 第二の判定手段
44 送給開始手段
50 固体電解質型セルユニット
60 セルスタック
130 流路形成体
132 ガス混流孔
134 ガス排出孔
136 ガス混流路
140,150 フランジ
144 貫通孔(ガス流入口)
170 加熱部体
Claims (10)
- 固体電解質型セルユニットを互いに重合してなるセルスタック内外に、二種類の反応用ガスを互いに分離して流通させることによる発電を行う燃料電池において、
上記二種類の反応用ガスを混流するためのガス混流路を、上記セルスタックから排出される一方の反応用ガスの排出経路上であって当該セルスタックの中心部に形成したことを特徴とする燃料電池。 - 二種類の反応用ガスによりセルスタックを加熱するための加熱部体を上記ガス混流路内に設けたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
- 加熱部体は、燃焼触媒作用を有する材料で構成されていることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池。
- 加熱部体は、触媒を含浸させたアルミナ系セラミックの粒状物又は多孔質体であることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池。
- 複数の固体電解質型セルユニットどうしを重合することにより、上記ガス混流路を連成するガス混流孔を形成した流路形成体が各固体電解質型セルユニットに介挿されており、
上記流路形成体に、当該ガス混流路に他方の反応用ガスを流入させるためのガス排出孔を、ガス混流孔よりも小さい断面積に形成したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池。 - 互いに複数重合した固体電解質型セルユニットを2つのフランジの間に挟み込んで保持しており、それらのフランジのいずれかに、ガス混流路に連通したガス流入口を形成していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載したガス混流路の所定位置における温度を検出するための温度検出センサと、
上記の温度検出センサによって検出した温度に基づいて、二種類の反応用ガスの双方又は他方の反応用ガスをガス混流路に送給するガス送給制御部とを有することを特徴とする燃料電池システム。 - ガス送給制御部は、ガス混流路に送給する二種類の反応用ガスの流量を互いに独立して増減することを特徴とする請求項7に記載の燃料電池システム。
- 上記二種類の反応用ガスをガス混流路内で混流させている起動時において、
ガス送給制御部に、ガス混流路の所定位置における温度が、所定の動作温度に到達したか否かを判定する第一の判定手段と、
第一の判定手段により所定の動作温度に到達していると判定されたときには、セルスタック外を流通させている反応用ガスのガス混流路への送給を停止する送給停止手段とを設けたことを特徴とする請求項7又は8に記載の燃料電池システム。 - セルスタック内外に二種類の反応用ガスを互いに分離して流通させることにより、所定の動作温度において発電を行っている発電動作時において、
ガス送給制御部に、ガス混流路の所定位置における温度が所定の動作温度よりも低下したか否かを判定する第二の判定手段と、
第二の判定手段により、所定位置における温度が所定の動作温度よりも低下したと判定されたときには、セルスタック外を流通させている反応用ガスをガス混流路に送給する送給開始手段とを設けたことを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
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