JP2010003669A - 電気化学リアクターユニット、それらから構成される電気化学リアクターモジュール及び電気化学反応システム - Google Patents
電気化学リアクターユニット、それらから構成される電気化学リアクターモジュール及び電気化学反応システム Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】チューブ構造を有するチューブから構成される電気化学リアクターセルが、放熱機能と集電機能を有する多孔質体に、複数個格納されており、それらが電気的に直列接続されて、これに燃料マニホールドが装着されている構成を有する電気化学リアクターユニット、該ユニットが、燃料供給孔に複数配列されて構成される電気化学リアクターモジュールであって、該モジュール全体に、空気が直接供給される構造を有する電気化学リアクターモジュール、及びそれを利用した電気化学反応システム。
【効果】空気圧力の損失を従来製品の1/5以下にまで低減可能で、650℃以下の低温条件下で運転可能で、ユニット毎の空気マニホールドが不必要となり、システムのコンパクト化が可能となる。
【選択図】図1
Description
(1)チューブ構造を有するマイクロサイズ径のチューブから構成されるチューブ型電気化学リアクターセルが、放熱機能と集電機能を有する多孔質体に格納されており、かつ該多孔質体にガスシールと集電部材が取り付けられている電気化学リアクターセルの複数個が、チューブ型電気化学リアクターセルの配列方向に1次元的に電気的に直列接続されており、これに、燃料供給手段が装着されている構成を有することを特徴とする電気化学リアクターユニット。
(2)上記チューブ構造が、セラミック中空チューブから構成されたアノードチューブ構造であり、該アノードチューブに緻密な電解質の層が形成され、該電解質の層の外側にカソードが配置され、上記アノードチューブの一端には、電解質が積層されていないアノード露出部が形成され、チューブの管厚みが、厚くても0.5mmで、チューブの管径が、大きくても2mmのマイクロサイズである、前記(1)に記載の電気化学リアクターユニット。
(3)上記チューブ構造を有するチューブから構成される電気化学リアクターセルが、セル運転時の放熱機能とカソードからの集電機能を有する多孔質集電体に1次元的に配列・集積されている、前記(1)又は(2)に記載の電気化学リアクターユニット。
(4)上記多孔質体が、金属、及び/又は伝導性セラミックスからなる、前記(1)から(3)のいずれかに記載の電気化学リアクターユニット。
(5)上記燃料供給手段が、チューブ型燃料マニホールドである、前記(1)から(4)のいずれかに記載の電気化学リアクターユニット。
(6)前記(1)から(5)のいずれかに記載の電気化学リアクターユニットが、燃料供給孔に複数配列された電気化学リアクターモジュールであって、該電気化学リアクターモジュール全体に、空気が直接供給される構造を有することを特徴とする電気化学リアクターモジュール。
(7)上記電気化学リアクターモジュールが、モジュール格納ケースに配置され、該格納ケースに、空気入口及び空気出口が形成されていて、モジュール全体に、空気が直接供給される構造を有する、前記(6)に記載の電気化学リアクターモジュール。
(8)前記(6)又は(7)に記載の電気化学リアクターモジュールより構成され、運転温度が高くても650℃の低温条件であることを特徴とする電気化学反応システム。
(9)上記電気化学反応システムが、固体酸化物燃料電池、排ガス浄化、水素製造、又は合成ガス製造用電気反応システムである、前記(8)に記載の電気化学反応システム。
本発明は、チューブ構造を有するマイクロサイズ径のチューブから構成されるチューブ型電気化学リアクターセルが、放熱機能と集電機能を有する多孔質体に格納されており、これに、ガスシールと集電部材が取り付けられてなる電気化学リアクターセルの複数個が、チューブ型電気化学リアクターセルの配列方向に1次元的に電気的に直列接続されており、これに、燃料供給手段が装着されている構成を有することを特徴とするものである。本発明では、上記燃料供給手段が、チューブ型燃料マニホールドであること、を好ましい実施の態様としている。
(2)多孔質集電体の側面とチューブ面に対して、シール層を構築する工程。
(3)チューブ先端(アノード露出部)を金属等の集電部材によって結合する工程。
(4)多孔質集電体の側面のシール層上に集電シートを取り付け、チューブ先端を結合した金属等の集電部材と接合させる工程。
(5)上記部材を伝導ペーストで結合し、燃料マニホールドを装着することで、電気化学リアクターユニットを作製する工程。
(6)得られた電気化学リアクターユニットを、燃料供給手段に装着し、それぞれのユニットを電気的に接続する工程。
(1)本発明のチューブ型電気化学リアクターユニットは、放熱機能と集電機能を有する多孔質体に、チューブ型電気化学リアクターセルが集積されており、運転時における放熱制御を簡便に行うことができる。
(2)更に、ユニットの配列方法に制限がないことから、コンパクト性を維持しつつ、空気圧力損失を従来製品の1/5以下にまで低減することができる。
(3)これまで必要とされていたバンドル毎の空気マニホールドが不必要になり、モジュールの構造の簡便化を図ることができる。
(4)電気化学リアクターユニットの単純な積層によって、数Wから数百Wクラスまでのモジュールの構築を容易に行うことができる。
(5)電気化学リアクターユニットの効率な配列と、燃料ガスの導入、排出部分のコンパクト化が実現でき、小型で高性能な電気化学リアクターモジュールを、工業的に汎用的なプロセスによって製造することが可能であり、それにより、低コストで、高性能な電気化学リアクターの提供が可能になる。
(6)上記チューブ型電気化学セラミックリアクターセルを利用することで、650℃以下の低温条件下で運転可能な固体酸化物燃料電池等の電気化学反応システムを提供することができる。
(7)本発明の電気化学反応システムは、例えば、クリーンエネルギー源や、環境浄化装置等に有用な電気化学反応システムとして好適に使用することができる。
2 アノードチューブ
3 カソード
4 チューブ孔
5 アノード露出部
6 チューブセル
7 多孔質集電体
8 シール層
9 集電部材(金属細線)
10 集電シート
11 バンドル
12 燃料マニホールド
13 電気化学リアクターユニット
14 燃料供給穴
15 燃料排出孔
16 燃料孔
17 燃料供給管
18 燃料
19 電気化学リアクターモジュール
20 空気
21 空気入口
22 空気出口
23 モジュール格納ケース
24 従来モジュール
25 燃料マニホールド
26 空気マニホールド
27 空気(自然対流)
28 集電端子
29 電気炉
30 温度測定用熱電対
31 温度測定用熱電対
Claims (9)
- チューブ構造を有するマイクロサイズ径のチューブから構成されるチューブ型電気化学リアクターセルが、放熱機能と集電機能を有する多孔質体に格納されており、かつ該多孔質体にガスシールと集電部材が取り付けられている電気化学リアクターセルの複数個が、チューブ型電気化学リアクターセルの配列方向に1次元的に電気的に直列接続されており、これに、燃料供給手段が装着されている構成を有することを特徴とする電気化学リアクターユニット。
- 上記チューブ構造が、セラミック中空チューブから構成されたアノードチューブ構造であり、該アノードチューブに緻密な電解質の層が形成され、該電解質の層の外側にカソードが配置され、上記アノードチューブの一端には、電解質が積層されていないアノード露出部が形成され、チューブの管厚みが、厚くても0.5mmで、チューブの管径が、大きくても2mmのマイクロサイズである、請求項1に記載の電気化学リアクターユニット。
- 上記チューブ構造を有するチューブから構成される電気化学リアクターセルが、セル運転時の放熱機能とカソードからの集電機能を有する多孔質集電体に1次元的に配列・集積されている、請求項1又は2に記載の電気化学リアクターユニット。
- 上記多孔質体が、金属、及び/又は伝導性セラミックスからなる、請求項1から3のいずれかに記載の電気化学リアクターユニット。
- 上記燃料供給手段が、チューブ型燃料マニホールドである、請求項1から4のいずれかに記載の電気化学リアクターユニット。
- 請求項1から5のいずれかに記載の電気化学リアクターユニットが、燃料供給孔に複数配列された電気化学リアクターモジュールであって、該電気化学リアクターモジュール全体に、空気が直接供給される構造を有することを特徴とする電気化学リアクターモジュール。
- 上記電気化学リアクターモジュールが、モジュール格納ケースに配置され、該格納ケースに、空気入口及び空気出口が形成されていて、モジュール全体に、空気が直接供給される構造を有する、請求項6に記載の電気化学リアクターモジュール。
- 請求項6又は7に記載の電気化学リアクターモジュールより構成され、運転温度が高くても650℃の低温条件であることを特徴とする電気化学反応システム。
- 上記電気化学反応システムが、固体酸化物燃料電池、排ガス浄化、水素製造、又は合成ガス製造用電気反応システムである、請求項8に記載の電気化学反応システム。
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