JP2021131947A - Fuel battery composite system - Google Patents

Fuel battery composite system Download PDF

Info

Publication number
JP2021131947A
JP2021131947A JP2020025609A JP2020025609A JP2021131947A JP 2021131947 A JP2021131947 A JP 2021131947A JP 2020025609 A JP2020025609 A JP 2020025609A JP 2020025609 A JP2020025609 A JP 2020025609A JP 2021131947 A JP2021131947 A JP 2021131947A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
air
fuel
fuel cell
air supply
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.)
Pending
Application number
JP2020025609A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
優樹 山田
Yuki Yamada
優樹 山田
昭生 紺野
Akio Konno
昭生 紺野
黎 花崎
Rei Hanasaki
黎 花崎
直芳 可知
Naoyoshi Kachi
直芳 可知
始 小西
Hajime Konishi
始 小西
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.)
Connexx Systems Corp
Original Assignee
Connexx Systems 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 Connexx Systems Corp filed Critical Connexx Systems Corp
Priority to JP2020025609A priority Critical patent/JP2021131947A/en
Publication of JP2021131947A publication Critical patent/JP2021131947A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

To provide a fuel battery composite system having a simple and compact structure at a low cost.SOLUTION: A fuel battery composite system 10 includes: a fuel battery system 20; and a heat insulation container 30. The fuel battery system 20 includes: a flat-plate electrode composite body 22; and a negative electrode fuel material body 24. The electrode composite body 22 includes: an air electrode 22a; a fuel electrode 22b; and a solid electrolyte body 22c. The air electrode 22a reduces oxygen in an air to an oxygen ion during an electric discharge. The fuel electrode 22b oxidizes a hydrogen gas to moisture vapor during the electric discharge. The negative electrode fuel material body 24 is reacted with the moisture vapor during the electric discharge to generate the hydrogen gas, and the negative electrode fuel material body itself becomes an oxygen material. The heat insulation container 30 houses the fuel battery system 20, and comprises an air supply port 30a and an exhaust port 30b. By a high temperature air supplied from the air supply port 30a, the temperature of the electrode composite body 22 is maintained at 450 to 1000°C by heating, and the temperature of the negative electrode fuel material body 24 at 300 to 1000°C by heating.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、据え置き用あるいは自動車等の移動体用の電源として有用な燃料電池システムを複合した燃料電池複合システムに関するものであり、特に鉄粉を用いて系内で燃料ガスを再生する固体酸化物形燃料電池システムを複合した燃料電池複合システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell composite system in which a fuel cell system useful as a power source for a stationary vehicle or a mobile body such as an automobile is combined, and in particular, a solid oxide that regenerates a fuel gas in the system using iron powder. It relates to a fuel cell composite system that is a composite of a fuel cell system.

燃料電池は、燃料気体を供給することで発電体に電力を発生させる手段である。燃料電池の中でも酸素イオン伝導性の無機固体電解質を用いた固体酸化物形燃料電池(SOFC、Solid Oxide Fuel Cell)は、クリーンで発電効率の高い優れた発電装置であることが知られている。また、燃料電池の放電によって消費された燃料気体を復元させる仕組みを持ち、二次電池として使用できる燃料電池システムが開発されている。 A fuel cell is a means for generating electric power in a generator by supplying a fuel gas. Among fuel cells, solid oxide fuel cells (SOFC, Solid Oxide Fuel Cell) using an oxygen ion conductive inorganic solid electrolyte are known to be clean and excellent power generation devices with high power generation efficiency. In addition, a fuel cell system that has a mechanism for restoring the fuel gas consumed by the discharge of the fuel cell and can be used as a secondary battery has been developed.

特許文献1には、酸化性ガス(例えば水蒸気)との酸化反応によって燃料(例えば水素)を発生し、還元性ガス(例えば水素)との還元反応により再生可能な燃料発生部と、電解質膜の両面に燃料極と酸化剤極である空気極を接合した燃料電池部と、燃料発生部及び燃料電池部の温度を調節するヒータと、燃料発生部、燃料電池部、及びヒータを収容する容器と、を備えた2次電池型燃料電池システムが記載されている。 Patent Document 1 describes a fuel generation unit that generates fuel (for example, hydrogen) by an oxidation reaction with an oxidizing gas (for example, steam) and regenerates by a reduction reaction with a reducing gas (for example, hydrogen), and an electrolyte membrane. A fuel cell unit in which a fuel electrode and an air electrode, which is an oxidizing agent electrode, are joined on both sides, a heater for adjusting the temperature of the fuel generating unit and the fuel cell unit, and a container for accommodating the fuel generating unit, the fuel cell unit, and the heater. A secondary cell fuel cell system with, is described.

特許第5896015号Patent No. 5896015

特許文献1の2次電池型燃料電池システムには、2次電池型燃料電池システムを構成する容器の数が複数になるとヒータの数も複数になるため、システムの寸法が大きくかつ複雑になると共にコストが高くなるという問題があった。 In the secondary battery type fuel cell system of Patent Document 1, when the number of containers constituting the secondary battery type fuel cell system becomes a plurality of, the number of heaters also becomes a plurality, so that the size of the system becomes large and complicated. There was a problem that the cost was high.

本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、シンプルかつコンパクトでしかも低コストの燃料電池複合システムを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記目的に加え、従来と同等以上に安定的に電力を供給し、出力を大きくすることが可能な燃料電池複合システムを提供することにある。
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a simple, compact, and low-cost fuel cell composite system.
Another object of the present invention is to provide a fuel cell composite system capable of supplying electric power more stably than the conventional one and increasing the output in addition to the above object.

本発明者は、上記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、まず、空気極、燃料極、及び負極燃料物質体を有する燃料電池システムを断熱容器に収容し、その空気の給気口から高温の空気を供給して、空気極、燃料極、及び負極燃料物質体をそれぞれの所定の温度に加熱維持することによって、システム全体をシンプルかつコンパクトでしかも低コストにすることができることを見出した。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor first accommodates a fuel cell system having an air electrode, a fuel electrode, and a negative fuel material in a heat insulating container, and supplies the air. By supplying hot air from the mouth and heating and maintaining the air electrode, fuel electrode, and negative fuel material at their respective predetermined temperatures, the entire system can be made simple, compact, and low cost. I found it.

また、本発明者は、断熱容器の排気口と給気口との間を断熱配管で接続し、その断熱配管を用いて高温の空気を循環させることによって、一層システム全体をシンプルかつコンパクトでしかも低コストにすることができることを見出し、本発明に至ったものである。 Further, the present inventor connects the exhaust port and the air supply port of the heat insulating container with a heat insulating pipe, and circulates high temperature air using the heat insulating pipe to make the entire system simpler and more compact. It was found that the cost can be reduced, and the present invention was reached.

即ち、本発明は、電力を放電できると共に逆反応によって電力を充電できる燃料電池システムと、燃料電池システムを収容し、空気の給気口及び排気口を備えた断熱容器と、を有し、燃料電池システムは、放電時に空気中の酸素を酸素イオンに還元する空気極、放電時に水素ガスを水蒸気に酸化する燃料極、及び空気極と燃料極との間に形成され、酸素イオンを伝導する平板状の気密性の固体電解質体から成る平板状の電極複合体と、放電時に水蒸気と反応して水素ガスを生成し、自らは酸化物となる負極燃料物質体と、を有し、電極複合体及び負極燃料物質体は、給気口から供給される高温の空気によって、それぞれの所定の温度に加熱維持されるものであり、電極複合体の所定の温度は、450〜1000℃であり、負極燃料物質体の所定の温度は、300〜1000℃である燃料電池複合システムを提供するものである。 That is, the present invention has a fuel cell system capable of discharging electric power and charging electric power by a reverse reaction, and a heat insulating container accommodating the fuel cell system and having an air supply port and an exhaust port for fuel. The battery system consists of an air electrode that reduces oxygen in the air to oxygen ions during discharge, a fuel electrode that oxidizes hydrogen gas to steam during discharge, and a flat plate that is formed between the air electrode and the fuel electrode to conduct oxygen ions. It has a flat plate-shaped electrode composite made of a state-like airtight solid electrolyte, and a negative electrode fuel material body that reacts with water vapor to generate hydrogen gas at the time of discharge and becomes an oxide by itself. The negative electrode fuel material body is heated and maintained at a predetermined temperature by the high temperature air supplied from the air supply port, and the predetermined temperature of the electrode composite is 450 to 1000 ° C., and the negative electrode A predetermined temperature of the fuel material body provides a fuel cell composite system of 300 to 1000 ° C.

ここで、上記においては、燃料電池複合システムは、さらに、断熱容器の排気口を通った排気を大気に排出する配管の途中及び大気から採取された給気を断熱容器の給気口に供給する配管の途中に配置され、排気の熱エネルギを給気に伝導する熱交換器と、給気を圧縮して熱交換器に供給するポンプと、熱交換器を通った給気を加熱して給気口に供給するヒータと、を有するのが好ましい。
ヒータは、余剰熱を利用して熱交換器を通った給気を加熱する熱源装置であるのが好ましい。
断熱容器は、さらに、空気極に空気を供給する空気供給管と、空気極から空気を排出する空気排出管と、燃料極に水素ガスを供給する水素供給管と、燃料極から水素ガスを排出する水素排出管と、を有するのが好ましい。
Here, in the above, the fuel cell composite system further supplies the air supply collected from the air and the middle of the pipe for discharging the exhaust through the exhaust port of the heat insulating container to the air supply port of the heat insulating container. A heat exchanger that is placed in the middle of the pipe and conducts the heat energy of the exhaust to the supply air, a pump that compresses the supply air and supplies it to the heat exchanger, and a pump that heats and supplies the supply air that has passed through the heat exchanger. It is preferable to have a heater that supplies air to the air vent.
The heater is preferably a heat source device that uses excess heat to heat the supply air that has passed through the heat exchanger.
The heat insulating container further includes an air supply pipe that supplies air to the air electrode, an air discharge pipe that discharges air from the air electrode, a hydrogen supply pipe that supplies hydrogen gas to the fuel electrode, and hydrogen gas from the fuel electrode. It is preferable to have a hydrogen discharge pipe.

燃料電池システムは、さらに、空気極を覆うように配置された空気極集電体と、空気極集電体を覆うように配置され、空気極集電体との間に形成された空気の流路を持ち、空気極集電体を介して空気極の表面に電気的に接続される空気供給板と、電極複合体の空気極側の外縁部の表面とその外縁部に隣接した全ての端面とを覆う接続フランジと、接続フランジと外縁部との間に配置された第1ガラスシールと、接続フランジと空気供給板との間に配置された絶縁板と、電極複合体の燃料極の側の表面の一部を露出させる貫通孔を備え、接続フランジに気密に接合され、燃料極の表面に電気的に接続される接続板と、負極燃料物質体が気密に収容される内部空間を備えると共に、内部空間を構成する壁の一部に、内部空間の中の水素ガスを貫通孔を介して燃料極の表面に接触させるための開口部及び開口部を塞ぐために接続板が気密に固定される外周部を備えた密閉容器と、接続板と外周部との間に配置された第2ガラスシールと、を有し、空気供給板は、正極接続端子を有し、接続板は、負極接続端子を有するのが好ましい。 The fuel cell system is further arranged to cover an air pole collector and an air flow formed between the air pole collector and the air pole collector. An air supply plate that has a path and is electrically connected to the surface of the air pole via an air pole current collector, and the surface of the outer edge of the electrode composite on the air pole side and all end faces adjacent to the outer edge. A connection flange that covers the above, a first glass seal arranged between the connection flange and the outer edge, an insulating plate arranged between the connection flange and the air supply plate, and the fuel electrode side of the electrode composite. It has a through hole that exposes a part of the surface of the fuel, a connection plate that is airtightly joined to the connection flange and electrically connected to the surface of the fuel electrode, and an internal space that airtightly houses the negative fuel material. At the same time, an opening for contacting the surface of the fuel electrode with hydrogen gas in the internal space through a through hole and a connection plate for closing the opening are airtightly fixed to a part of the wall constituting the internal space. It has a closed container provided with an outer peripheral portion and a second glass seal arranged between the connection plate and the outer peripheral portion, the air supply plate has a positive electrode connection terminal, and the connection plate has a negative electrode connection. It is preferable to have terminals.

負極燃料物質体の重力が第1ガラスシールに掛かるように、密閉容器は上方に、空気供給板は下方に配置されるのが好ましい。
負極燃料物質体の重力が第2ガラスシールに掛かるように、外周部は、開口部の全周の内の少なくとも一部が開口部の内側に伸びた内縁部を備えるのが好ましい。
It is preferable that the closed container is arranged above and the air supply plate is arranged below so that the gravity of the negative electrode fuel material is applied to the first glass seal.
It is preferable that the outer peripheral portion includes an inner edge portion in which at least a part of the entire circumference of the opening extends inward of the opening so that the gravity of the negative electrode fuel material body is applied to the second glass seal.

本発明によれば、システム全体をシンプルかつコンパクトでしかも低コストにすることができる。
また、本発明の他の目的は、上記目的に加え、従来と同等以上に安定的に電力を供給し、出力を大きくすることができる。
According to the present invention, the entire system can be simple, compact, and low cost.
In addition to the above object, another object of the present invention can supply electric power more stably than the conventional one and increase the output.

(a)は、本発明の燃料電池複合システムの主要部を示すブロック図であり、(b)は、図1(a)の燃料電池複合システムの主要部に含まれない部分を模式的に示すブロック図である。(A) is a block diagram showing a main part of the fuel cell composite system of the present invention, and (b) schematically shows a part not included in the main part of the fuel cell composite system of FIG. 1 (a). It is a block diagram. 本発明の燃料電池複合システムを構成する燃料電池システムを模式的に示す正面図である。It is a front view which shows typically the fuel cell system which comprises the fuel cell composite system of this invention. (a)は、図2の燃料電池システムを構成する空気供給板の平面図であり、(b)は、図3(a)の断面AAを示す断面図であり、(c)は、図3(b)の断面BBを示す断面図である。(A) is a plan view of an air supply plate constituting the fuel cell system of FIG. 2, (b) is a cross-sectional view showing a cross section AA of FIG. 3 (a), and (c) is a cross-sectional view of FIG. It is sectional drawing which shows the cross section BB of (b). 図2の燃料電池システムの変形例を模式的に示す正面図である。It is a front view which shows typically the modification of the fuel cell system of FIG.

以下に、本発明の燃料電池複合システムを添付の図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。図1(a)は、本発明の燃料電池複合システムの主要部を示すブロック図であり、図1(b)は、図1(a)の燃料電池複合システムの主要部に含まれない部分を模式的に示すブロック図である。 Hereinafter, the fuel cell composite system of the present invention will be described in detail based on the preferred embodiments shown in the accompanying drawings. FIG. 1 (a) is a block diagram showing a main part of the fuel cell composite system of the present invention, and FIG. 1 (b) shows a portion not included in the main part of the fuel cell composite system of FIG. 1 (a). It is a block diagram schematically shown.

本発明の燃料電池複合システム10は、燃料電池システム20と断熱容器30とを有する。燃料電池システム20は、電力を放電できると共に逆反応によって電力を充電できるものである。燃料電池システム20は、平板状の電極複合体22と負極燃料物質体24とを有する。電極複合体22は、空気極22a(正極、カソード層ともいう)と燃料極22b(負極、アノード層ともいう)と平板状の気密性の固体電解質体22cとから成るものである。空気極22aは、放電時に空気中の酸素を酸素イオンに還元するものである。燃料極22bは、放電時に水素ガスを水蒸気に酸化するものである。固体電解質体22cは、空気極22aと燃料極22bとの間に形成され、酸素イオンを伝導するものである。負極燃料物質体24は、放電時に水蒸気と反応して水素ガスを生成し、自らは酸化物となるものである。断熱容器30は、燃料電池システム20を収容し、空気の給気口30aと排気口30bとを備えたものである。電極複合体22及び負極燃料物質体24は、給気口30aから供給される高温の空気によって、それぞれの所定の温度に加熱維持されるものである。 The fuel cell composite system 10 of the present invention includes a fuel cell system 20 and a heat insulating container 30. The fuel cell system 20 can discharge electric power and charge electric power by a reverse reaction. The fuel cell system 20 has a flat plate-shaped electrode composite 22 and a negative electrode fuel material body 24. The electrode composite 22 is composed of an air electrode 22a (also referred to as a positive electrode and a cathode layer), a fuel electrode 22b (also referred to as a negative electrode and an anode layer), and a flat plate-shaped airtight solid electrolyte 22c. The air electrode 22a reduces oxygen in the air to oxygen ions at the time of discharge. The fuel electrode 22b oxidizes hydrogen gas into water vapor at the time of discharge. The solid electrolyte body 22c is formed between the air electrode 22a and the fuel electrode 22b and conducts oxygen ions. The negative electrode fuel material 24 reacts with water vapor at the time of discharge to generate hydrogen gas, and itself becomes an oxide. The heat insulating container 30 accommodates the fuel cell system 20 and includes an air supply port 30a and an exhaust port 30b. The electrode composite 22 and the negative electrode fuel material body 24 are heated and maintained at their respective predetermined temperatures by the high-temperature air supplied from the air supply port 30a.

即ち、本発明の燃料電池複合システム10は、燃料電池システム20を構成する電極複合体22及び負極燃料物質体24をそれぞれの所定の温度に加熱維持するために、それらの近くにヒータを配置するものではなく、それらを収容した断熱容器30の中に高温の空気を供給するものである。本発明の燃料電池複合システム10を構成する断熱容器30の形状は、特に制限的ではなく、円筒でも中空直方体でも良いが、スペース効率を考慮すると中空直方体が好ましい。また、断熱容器30の寸法は、特に制限的ではない。本発明の燃料電池複合システム10を構成する断熱容器30の材料の材料は、断熱性が高い材料であれば特に制限的ではないが、鉄又はアルミニウムの内側又は外側に繊維系断熱材を設けた二重構造であるのが好ましい。繊維系断熱材は、例えば、グラスウール、ロックウール、セルローズファイバー、炭化コルクである。図1(a)には、2つの燃料電池システム20を断熱容器30に収容する場合を一例として示したが、燃料電池システム20の収容数は、特に制限的ではなく、3つ以上でも良い。 That is, in the fuel cell composite system 10 of the present invention, in order to heat and maintain the electrode composite 22 and the negative electrode fuel material 24 constituting the fuel cell system 20 at their respective predetermined temperatures, heaters are arranged near them. It is not a thing, but a hot air is supplied into a heat insulating container 30 containing them. The shape of the heat insulating container 30 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention is not particularly limited and may be a cylinder or a hollow rectangular parallelepiped, but a hollow rectangular parallelepiped is preferable in consideration of space efficiency. Further, the dimensions of the heat insulating container 30 are not particularly limited. The material of the heat insulating container 30 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention is not particularly limited as long as it is a material having high heat insulating properties, but a fiber-based heat insulating material is provided inside or outside of iron or aluminum. It preferably has a double structure. Fiber-based heat insulating materials are, for example, glass wool, rock wool, cellulose fiber, and carbonized cork. FIG. 1A shows an example in which two fuel cell systems 20 are housed in the heat insulating container 30, but the number of fuel cell systems 20 housed is not particularly limited and may be three or more.

次に、本発明の燃料電池複合システムを構成する燃料電池システムの温度条件について説明する。
本発明の燃料電池複合システム10を構成する燃料電池システム20の電極複合体22の所定の温度は、450〜1000℃であり、負極燃料物質体24の所定の温度は、300〜1000℃である。即ち、電極複合体22の温度が450℃未満又は負極燃料物質体24の温度が300℃未満の場合には、燃料電池システム20が作動しない可能性がある。電極複合体22の温度が1000℃超又は負極燃料物質体24の温度が1000℃超の場合には、負極燃料物質体24の凝集に伴う出力低下が生じる可能性がある。
Next, the temperature conditions of the fuel cell system constituting the fuel cell composite system of the present invention will be described.
The predetermined temperature of the electrode composite 22 of the fuel cell system 20 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention is 450 to 1000 ° C., and the predetermined temperature of the negative electrode fuel material 24 is 300 to 1000 ° C. .. That is, if the temperature of the electrode composite 22 is less than 450 ° C. or the temperature of the negative electrode fuel material 24 is less than 300 ° C., the fuel cell system 20 may not operate. When the temperature of the electrode composite 22 exceeds 1000 ° C. or the temperature of the negative electrode fuel material body 24 exceeds 1000 ° C., the output may decrease due to the aggregation of the negative electrode fuel material body 24.

このような構成とすることで、本発明の燃料電池複合システムは、システム全体をシンプルかつコンパクトでしかも低コストにすることができる。 With such a configuration, the fuel cell composite system of the present invention can make the entire system simple, compact, and low cost.

本発明の燃料電池複合システム10は、さらに、熱交換器32とポンプ34とヒータ36とを有しても良い。その場合には、熱交換器32は、断熱容器30の排気口30bを通った排気を大気に排出する配管の途中及び大気から採取された給気を断熱容器30の給気口30aに供給する配管の途中に配置され、排気の熱エネルギを給気に伝導するものである。ポンプ34は、給気を圧縮して熱交換器32に供給するものである。ヒータ36は、熱交換器32を通った給気を加熱して給気口30aに供給するものである。 The fuel cell composite system 10 of the present invention may further include a heat exchanger 32, a pump 34, and a heater 36. In that case, the heat exchanger 32 supplies the air supply collected from the air and the middle of the piping for discharging the exhaust through the exhaust port 30b of the heat insulating container 30 to the air supply port 30a of the heat insulating container 30. It is placed in the middle of the piping and conducts the heat energy of the exhaust to the supply air. The pump 34 compresses the supply air and supplies it to the heat exchanger 32. The heater 36 heats the supply air that has passed through the heat exchanger 32 and supplies it to the air supply port 30a.

即ち、断熱容器30の排気口30bを通った高温の空気を断熱容器30の給気口30aに循環させるためには、高温の空気に対応したポンプが必要になるが、300℃以上の空気に対応したポンプは高価格であり、寿命も短い。従って、高温の空気自体を循環させるのではなく、高温の空気が持つ熱エネルギを循環させるのが好ましい。具体的には、断熱容器30の排気口30bを通った高温の空気と、大気から採取した後にポンプ34で圧縮した常温の空気と、を熱交換器32に流し、高温の空気の熱エネルギを常温の空気に伝導させることによって、熱エネルギを循環させる。 That is, in order to circulate the high-temperature air that has passed through the exhaust port 30b of the heat-insulating container 30 to the air supply port 30a of the heat-insulating container 30, a pump corresponding to the high-temperature air is required. Corresponding pumps are expensive and have a short life. Therefore, it is preferable to circulate the thermal energy of the high-temperature air instead of circulating the high-temperature air itself. Specifically, high-temperature air that has passed through the exhaust port 30b of the heat insulating container 30 and normal-temperature air that has been sampled from the atmosphere and then compressed by the pump 34 are passed through the heat exchanger 32 to generate the heat energy of the high-temperature air. Heat energy is circulated by conducting it in air at room temperature.

また、上述の高温の空気の流量と上述の常温の空気の流量が同一の場合には、熱交換器32を通って加熱された後に断熱容器30の給気口30aに供給される空気の温度は、上述の高温の空気の温度と上述の常温の空気の温度の中間の温度と同一又はそれ以下になるので、電極複合体22及び負極燃料物質体24を必要な温度に加熱維持することができない。従って、ヒータ36を使用して熱交換器32を通った空気を再加熱する必要が生じる。 When the above-mentioned high-temperature air flow rate and the above-mentioned room temperature air flow rate are the same, the temperature of the air supplied to the air supply port 30a of the heat insulating container 30 after being heated through the heat exchanger 32. Is equal to or lower than the intermediate temperature between the above-mentioned high temperature air temperature and the above-mentioned room temperature air temperature, so that the electrode composite 22 and the negative electrode fuel material 24 can be kept heated to the required temperature. Can not. Therefore, it becomes necessary to reheat the air that has passed through the heat exchanger 32 using the heater 36.

このような構成とすることで、本発明の燃料電池複合システムは、システム全体をシンプルかつコンパクトでしかも低コストにすることができる。 With such a configuration, the fuel cell composite system of the present invention can make the entire system simple, compact, and low cost.

本発明の燃料電池複合システム10を構成するヒータ36は、熱源装置であっても良い。その場合には、熱源装置は、余剰熱を利用して熱交換器32を通った給気を加熱するものである。即ち、ヒータ36は、電極複合体22及び負極燃料物質体24をそれぞれの所定の温度に加熱維持することができれば、特に制限的ではなく、シーズヒータを使用したヒータでも熱源装置でも良いが、地球環境保全を考慮すると熱源装置が好ましい。ここで、シーズヒータは、コイル状の発熱体と高絶縁粉末を封入した金属パイプを減径圧縮加工して一体化させた加熱エレメントであり、熱源装置は、例えば、溶鉱炉、廃棄物の焼却炉、ボイラである。 The heater 36 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention may be a heat source device. In that case, the heat source device uses the surplus heat to heat the supply air that has passed through the heat exchanger 32. That is, the heater 36 is not particularly limited as long as the electrode composite 22 and the negative electrode fuel material 24 can be heated and maintained at their respective predetermined temperatures, and may be a heater using a sheathed heater or a heat source device, but the earth. A heat source device is preferable in consideration of environmental protection. Here, the sheathed heater is a heating element in which a coiled heating element and a metal pipe containing a highly insulating powder are integrated by reducing the diameter and compression processing, and the heat source device is, for example, a smelting furnace or a waste incinerator. , A boiler.

このような構成とすることで、本発明の燃料電池複合システムは、システム全体をシンプルかつコンパクトでしかも低コストにすることができる。 With such a configuration, the fuel cell composite system of the present invention can make the entire system simple, compact, and low cost.

本発明の燃料電池複合システム10を構成する断熱容器30は、さらに、空気供給管30cと空気排出管30dと水素供給管30eと水素排出管30fとを有しても良い。その場合には、空気供給管30cは、空気極22aに空気を供給するものである。空気排出管30dは、空気極22aから空気を排出するものである。水素供給管30eは、燃料極22bに水素ガスを供給するものである。水素排出管30fは、燃料極22bから水素ガスを排出するものである。即ち、本発明の燃料電池複合システム10は、燃料電池システム20を構成する空気極22a、燃料極22b、及び負極燃料物質体24をそれぞれの所定の温度に加熱維持するために高温の空気を供給することとは別に、断熱容器30の外部から空気極22aに空気を供給し、断熱容器30の外部から燃料極22bに水素ガスを供給するものである。 The heat insulating container 30 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention may further include an air supply pipe 30c, an air discharge pipe 30d, a hydrogen supply pipe 30e, and a hydrogen discharge pipe 30f. In that case, the air supply pipe 30c supplies air to the air electrode 22a. The air discharge pipe 30d discharges air from the air electrode 22a. The hydrogen supply pipe 30e supplies hydrogen gas to the fuel electrode 22b. The hydrogen discharge pipe 30f discharges hydrogen gas from the fuel electrode 22b. That is, the fuel cell composite system 10 of the present invention supplies high-temperature air to heat and maintain the air poles 22a, fuel poles 22b, and negative fuel material 24 constituting the fuel cell system 20 at their respective predetermined temperatures. Apart from this, air is supplied to the air electrode 22a from the outside of the heat insulating container 30, and hydrogen gas is supplied to the fuel electrode 22b from the outside of the heat insulating container 30.

このような構成とすることで、本発明の燃料電池複合システムは、安定的に電力を供給することができる。 With such a configuration, the fuel cell composite system of the present invention can stably supply electric power.

次に、本発明の燃料電池複合システムを構成する燃料電池システムについて詳細に説明する。図2は、本発明の燃料電池複合システムを構成する燃料電池システムを模式的に示す正面図である。 Next, the fuel cell system constituting the fuel cell composite system of the present invention will be described in detail. FIG. 2 is a front view schematically showing a fuel cell system constituting the fuel cell composite system of the present invention.

本発明の燃料電池複合システム10を構成する燃料電池システム40は、燃料電池システム20と同一のものであり、平板状の電極複合体42と空気極集電体44と空気供給板46と接続フランジ48と第1ガラスシール50と絶縁板52と接続板54と負極燃料物質体56と密閉容器58と第2ガラスシール60とを有しても良い。その場合には、電極複合体42は、燃料電池システム20の電極複合体22と同一のものであり、空気極42aと燃料極42bと平板状の気密性の固体電解質体42cとから成る。空気極42aは、燃料電池システム20の空気極22aと同一のものであり、放電時に空気中の酸素を酸素イオンに還元するものである。燃料極42bは、燃料電池システム20の燃料極22bと同一のものであり、放電時に水素ガスを水蒸気に酸化するものである。固体電解質体42cは、燃料電池システム20の固体電解質体22cと同一のものであり、空気極42aと燃料極42bとの間に形成され、酸素イオンを伝導するものである。空気極集電体44は、空気極42aを覆うように配置されたものである。 The fuel cell system 40 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention is the same as the fuel cell system 20, and is a flat plate-shaped electrode composite 42, an air electrode current collector 44, an air supply plate 46, and a connecting flange. It may have 48, a first glass seal 50, an insulating plate 52, a connecting plate 54, a negative electrode fuel material 56, a closed container 58, and a second glass seal 60. In that case, the electrode composite 42 is the same as the electrode composite 22 of the fuel cell system 20, and is composed of an air electrode 42a, a fuel electrode 42b, and a flat plate-shaped airtight solid electrolyte 42c. The air electrode 42a is the same as the air electrode 22a of the fuel cell system 20, and reduces oxygen in the air to oxygen ions at the time of discharge. The fuel electrode 42b is the same as the fuel electrode 22b of the fuel cell system 20, and oxidizes hydrogen gas into steam at the time of discharge. The solid electrolyte 42c is the same as the solid electrolyte 22c of the fuel cell system 20, and is formed between the air electrode 42a and the fuel electrode 42b to conduct oxygen ions. The air electrode current collector 44 is arranged so as to cover the air electrode 42a.

空気供給板46は、空気極集電体44を覆うように配置され、かつ空気の流路を持ち、空気極集電体44を介して空気極42aの表面に電気的に接続されるものである。空気の流路は、空気極集電体44との間に形成されたものである。接続フランジ48は、電極複合体42の空気極側の外縁部42dの表面とその外縁部42dに隣接した全ての端面42eとを覆うものである。第1ガラスシール50は、接続フランジ48と外縁部42dとの間に配置されたものである。絶縁板52は、接続フランジ48と空気供給板46との間に配置されたものである。接続板54は、貫通孔54aを備え、かつ接続フランジ48に気密に接合されると共に、燃料極42bの表面に電気的に接続されるものである。貫通孔54aは、電極複合体42の燃料極42bの側の表面の一部を露出させるものである。負極燃料物質体56は、燃料電池システム20の負極燃料物質体24と同一のものであり、水蒸気と反応して水素ガスを生成し、自らは酸化物となるものである。 The air supply plate 46 is arranged so as to cover the air electrode current collector 44, has an air flow path, and is electrically connected to the surface of the air electrode 42a via the air electrode current collector 44. be. The air flow path is formed between the air flow path and the air electrode current collector 44. The connection flange 48 covers the surface of the outer edge portion 42d on the air electrode side of the electrode composite 42 and all the end faces 42e adjacent to the outer edge portion 42d. The first glass seal 50 is arranged between the connection flange 48 and the outer edge portion 42d. The insulating plate 52 is arranged between the connecting flange 48 and the air supply plate 46. The connection plate 54 is provided with a through hole 54a, is airtightly joined to the connection flange 48, and is electrically connected to the surface of the fuel electrode 42b. The through hole 54a exposes a part of the surface of the electrode composite 42 on the side of the fuel electrode 42b. The negative electrode fuel material 56 is the same as the negative electrode fuel material 24 of the fuel cell system 20, reacts with water vapor to generate hydrogen gas, and becomes an oxide by itself.

密閉容器58は、内部空間58aを備えると共に、開口部58cと外周部58dとを備えたものである。内部空間58aは、負極燃料物質体56を気密に収容するものである。開口部58cは、内部空間58aを構成する壁58bの一部に備えられ、内部空間58aの中の水素ガスを貫通孔54aを介して燃料極42bの表面に接触させるためのものである。外周部58dは、内部空間58aを構成する壁58bの一部に備えられ、開口部58cを塞ぐために接続板54を気密に固定するものである。第2ガラスシール60は、接続板54と外周部58dとの間に配置されたものである。空気供給板46は、正極接続端子46aを有する。接続板54は、負極接続端子54bを有する。 The closed container 58 includes an internal space 58a, an opening 58c, and an outer peripheral portion 58d. The internal space 58a airtightly accommodates the negative electrode fuel material 56. The opening 58c is provided in a part of the wall 58b constituting the internal space 58a, and is for bringing the hydrogen gas in the internal space 58a into contact with the surface of the fuel electrode 42b through the through hole 54a. The outer peripheral portion 58d is provided on a part of the wall 58b constituting the internal space 58a, and airtightly fixes the connecting plate 54 in order to close the opening 58c. The second glass seal 60 is arranged between the connecting plate 54 and the outer peripheral portion 58d. The air supply plate 46 has a positive electrode connection terminal 46a. The connection plate 54 has a negative electrode connection terminal 54b.

即ち、まず、空気極42aを覆うように配置した空気極集電体44を介して空気極42aの表面に空気供給板46を電気的に接続し、その空気供給板46に正極接続端子46aを配置すると共に、燃料極42bの表面に接続板54を電気的に接続し、その接続板54に負極接続端子54bを配置する。次に、平板状の電極複合体42、接続板54、密閉容器58、及び接続板54と密閉容器58との間の第2ガラスシール60を使用して負極燃料物質体56を気密に収納する構成に対して、電極複合体42の空気極側の外縁部42dの表面とその外縁部42dに隣接した全ての端面42eとを覆う接続フランジ48、及び接続フランジ48とその外縁部42dとの間に配置された第1ガラスシール50を追加する。 That is, first, the air supply plate 46 is electrically connected to the surface of the air electrode 42a via the air electrode current collector 44 arranged so as to cover the air electrode 42a, and the positive electrode connection terminal 46a is connected to the air supply plate 46. At the same time, the connection plate 54 is electrically connected to the surface of the fuel electrode 42b, and the negative electrode connection terminal 54b is arranged on the connection plate 54. Next, the negative electrode fuel material 56 is airtightly housed by using the flat electrode composite 42, the connecting plate 54, the airtight container 58, and the second glass seal 60 between the connecting plate 54 and the airtight container 58. With respect to the configuration, the connection flange 48 covering the surface of the outer edge portion 42d on the air pole side of the electrode composite 42 and all the end faces 42e adjacent to the outer edge portion 42d, and between the connection flange 48 and the outer edge portion 42d thereof. The first glass seal 50 arranged in is added.

本発明の燃料電池複合システム10を構成する燃料電池システム40の電極複合体42の形状は、特に制限的ではなく、円柱でも直方体でも良いが、スペース効率を考慮すると直方体が好ましい。また、電極複合体42の寸法は、特に制限的ではない。本発明の燃料電池複合システム10を構成する燃料電池システム40の空気供給板46、接続フランジ48、接続板54、及び密閉容器58の形状は、特に制限的ではなく、円筒でも中空直方体でも良いが、スペース効率を考慮すると中空直方体が好ましい。また、空気供給板46、接続フランジ48、接続板54、及び密閉容器58の寸法は、特に制限的ではない。 The shape of the electrode composite 42 of the fuel cell system 40 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention is not particularly limited and may be a cylinder or a rectangular parallelepiped, but a rectangular parallelepiped is preferable in consideration of space efficiency. Further, the dimensions of the electrode composite 42 are not particularly limited. The shapes of the air supply plate 46, the connection flange 48, the connection plate 54, and the closed container 58 of the fuel cell system 40 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention are not particularly limited, and may be a cylinder or a hollow rectangular parallelepiped. A hollow rectangular parallelepiped is preferable in consideration of space efficiency. Further, the dimensions of the air supply plate 46, the connection flange 48, the connection plate 54, and the closed container 58 are not particularly limited.

本発明の燃料電池複合システム10を構成する燃料電池システム40の空気極集電体44の材料は、導電性が高い材料であれば特に制限的ではないが、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、ステンレススチールなどが好ましく、銀がより好ましい。本発明の燃料電池複合システム10を構成する燃料電池システム40の空気供給板46、接続フランジ48、接続板54、及び密閉容器58の材料は、金属であれば、特に制限的ではないが、固体電解質体42cの材料として一般的に使用されるセラミックスの熱膨張率との差を考慮するとステンレススチールであるのが好ましく、フェライト系ステンレススチールであるのがより好ましく、SUS430であるのがより一層好ましい。本発明の燃料電池複合システム10を構成する燃料電池システム40の第1ガラスシール50の材料は、耐熱性が高いシール材料であれば、特に制限的ではないが、結晶化ガラスであるのが好ましく、主成分がLa、B、MgOの結晶化ガラスであるのがより好ましい。本発明の燃料電池複合システム10を構成する燃料電池システム40の絶縁板52の材料は、耐熱性が高い絶縁材料であれば、特に制限的ではないが、マイカであるのが好ましい。 The material of the air electrode current collector 44 of the fuel cell system 40 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention is not particularly limited as long as it is a highly conductive material, but silver, copper, nickel, aluminum, and stainless steel. Steel and the like are preferable, and silver is more preferable. The materials of the air supply plate 46, the connection flange 48, the connection plate 54, and the closed container 58 of the fuel cell system 40 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention are not particularly limited as long as they are made of metal, but are solid. Considering the difference from the thermal expansion rate of ceramics generally used as the material of the electrolyte 42c, stainless steel is preferable, ferritic stainless steel is more preferable, and SUS430 is even more preferable. .. The material of the first glass seal 50 of the fuel cell system 40 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention is not particularly limited as long as it is a sealing material having high heat resistance, but it is preferably crystallized glass. It is more preferable that the main component is crystallized glass of La 2 O 3 , B 2 O 3 , and MgO. The material of the insulating plate 52 of the fuel cell system 40 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention is not particularly limited as long as it is an insulating material having high heat resistance, but it is preferably mica.

本発明の燃料電池複合システム10を構成する燃料電池システム40の負極燃料物質体56は、水蒸気と反応して水素ガスを生成し、自らは酸化物となる物質であれば、特に制限的ではないが、鉄粒子又は鉄粉末と形態保持材料とから成るペレット状のものであるのが好ましい。形態保持材料は、難焼結性材料又はその混合物から成る。難焼結性材料は、例えば、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウムである。負極燃料物質体56を構成する鉄粒子又は鉄粉末の表面の少なくとも一部は、形態保持材料で覆われ、負極燃料物質体56に対する形態保持材料の質量比は、0.1%以上5%以下である。この質量比が0.1%未満の場合には、負極燃料物質体56の表面が焼結して酸化還元反応が生じない状態になる可能性があり、5%超の場合には、酸化還元速度を抑制し過ぎる可能性がある。ペレットの直径は、例えば、2〜10mmである。本発明の燃料電池複合システム10を構成する燃料電池システム40の第2ガラスシール60の材料は、耐熱性が高いシール材料であれば、特に制限的ではないが、結晶化ガラスであるのが好ましく、主成分がLa、B、MgOの結晶化ガラスであるのがより好ましい。 The negative fuel cell 56 of the fuel cell system 40 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention is not particularly limited as long as it is a substance that reacts with water vapor to generate hydrogen gas and becomes an oxide by itself. However, it is preferably in the form of pellets composed of iron particles or iron powder and a form-retaining material. The form-retaining material consists of a difficult-to-sinter material or a mixture thereof. The difficult-to-sinter material is, for example, aluminum oxide, silicon dioxide, magnesium oxide, and zirconium oxide. At least a part of the surface of the iron particles or iron powder constituting the negative electrode fuel material 56 is covered with the morphological retaining material, and the mass ratio of the morphological retaining material to the negative negative fuel material 56 is 0.1% or more and 5% or less. Is. If this mass ratio is less than 0.1%, the surface of the negative electrode fuel material 56 may be sintered and a redox reaction may not occur, and if it exceeds 5%, redox may occur. The speed may be suppressed too much. The diameter of the pellet is, for example, 2 to 10 mm. The material of the second glass seal 60 of the fuel cell system 40 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention is not particularly limited as long as it is a sealing material having high heat resistance, but it is preferably crystallized glass. It is more preferable that the main component is crystallized glass of La 2 O 3 , B 2 O 3 , and MgO.

内部空間58aに収容される負極燃料物質体56の量は、水素ガス及び水蒸気がペレット状の負極燃料物質体56の隙間を通って燃料極42bの表面まで到達することができ、かつ充放電容量が必要な大きさを満たしていれば、特に制限的ではなく、内部空間58aが負極燃料物質体56で完全に満たされていても、完全に満たされずに余剰空間が存在しても良い。 The amount of the negative fuel material 56 accommodated in the internal space 58a allows hydrogen gas and water vapor to reach the surface of the fuel electrode 42b through the gaps of the pellet-shaped negative fuel material 56, and the charge / discharge capacity. Is not particularly limited as long as the required size is satisfied, and the internal space 58a may be completely filled with the negative fuel material 56, or the surplus space may be present without being completely filled.

このような構成とすることで、密閉容器の気密性が向上するので、本発明の燃料電池複合システムは、安定的に電力を供給することができる。 With such a configuration, the airtightness of the closed container is improved, so that the fuel cell composite system of the present invention can stably supply electric power.

本発明の燃料電池複合システム10を構成する燃料電池システム40の設置方向は、特に制限的ではないが、負極燃料物質体56の重力が第1ガラスシール50に掛かるように、密閉容器58は上方に、空気供給板46は下方に配置されるのが好ましい。即ち、燃料電池システム40を設置する場合に、空気供給板46の側及び密閉容器58の側の内のどちらの側を他の側に対して上方に配置しても良いが、密閉容器58の側を空気供給板46の側に対して上方に配置して、負極燃料物質体56の重力が第1ガラスシール50に掛かるようにする。また、負極燃料物質体56の重力が第2ガラスシール60に掛かるように、密閉容器58の外周部58dは、内縁部58eを備えても良く、その場合には、内縁部58eは、開口部58cの全周の内の少なくとも一部を開口部58cの内側に伸ばしたものである。即ち、密閉容器58の内側に内縁部58eを伸ばして、負極燃料物質体56の重力が第2ガラスシール60に掛かるようにする。 The installation direction of the fuel cell system 40 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention is not particularly limited, but the closed container 58 is moved upward so that the gravity of the negative electrode fuel material 56 is applied to the first glass seal 50. In addition, the air supply plate 46 is preferably arranged below. That is, when the fuel cell system 40 is installed, either the side of the air supply plate 46 or the side of the closed container 58 may be arranged above the other side, but the closed container 58 The side is arranged above the side of the air supply plate 46 so that the gravity of the negative fuel material 56 is applied to the first glass seal 50. Further, the outer peripheral portion 58d of the closed container 58 may be provided with an inner edge portion 58e so that the gravity of the negative electrode fuel material body 56 is applied to the second glass seal 60. In that case, the inner edge portion 58e is an opening. At least a part of the entire circumference of 58c is extended inside the opening 58c. That is, the inner edge portion 58e is extended inside the closed container 58 so that the gravity of the negative electrode fuel material 56 is applied to the second glass seal 60.

密閉容器58は、さらに、供給孔58fと排出孔58gとを有し、供給孔58fは、水素供給管30eに接続され、排出孔58gは、水素排出管30fに接続される。密閉容器58及び電極複合体42から成る筐体の中から水素ガスが漏出して充電又は放電することができなくなった場合には、水素ガスは、水素供給管30eから供給孔58fを通って筐体の中に供給され、余った水素ガスは、排出孔58gを通って水素排出管30fから排出される。 The closed container 58 further has a supply hole 58f and a discharge hole 58g, the supply hole 58f is connected to the hydrogen supply pipe 30e, and the discharge hole 58g is connected to the hydrogen discharge pipe 30f. When hydrogen gas leaks from the housing composed of the closed container 58 and the electrode composite 42 and cannot be charged or discharged, the hydrogen gas is packaged from the hydrogen supply pipe 30e through the supply hole 58f. The excess hydrogen gas supplied into the body is discharged from the hydrogen discharge pipe 30f through the discharge hole 58g.

このような構成とすることで、密閉容器の気密性が向上するので、本発明の燃料電池複合システムは、安定的に電力を供給することができる。 With such a configuration, the airtightness of the closed container is improved, so that the fuel cell composite system of the present invention can stably supply electric power.

本発明の燃料電池複合システム10を構成する燃料電池システム40は、さらに、燃料極集電体62を有しても良い。その場合には、燃料極集電体62は、燃料極42bを覆うように配置されたものである。接続板54は、燃料極集電体62の外周部62aを保持すると共に、燃料極集電体62を介して燃料極42bの表面に電気的に接続されるものである。燃料極42bは、一方の表面42baと端面42bbとを備え、固体電解質体42cと共に接続板54と第1ガラスシール50との間に固定されるものである。一方の表面42baは、固体電解質体42cで完全に覆われたものである。端面42bbは、シール材64及び接続フランジ48で完全に覆われたものである。 The fuel cell system 40 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention may further include a fuel electrode current collector 62. In that case, the fuel electrode current collector 62 is arranged so as to cover the fuel electrode 42b. The connection plate 54 holds the outer peripheral portion 62a of the fuel electrode current collector 62 and is electrically connected to the surface of the fuel electrode 42b via the fuel electrode current collector 62. The fuel electrode 42b includes one surface 42ba and an end surface 42bb, and is fixed together with the solid electrolyte 42c between the connecting plate 54 and the first glass seal 50. One surface 42ba is completely covered with the solid electrolyte 42c. The end face 42bb is completely covered with the sealing material 64 and the connecting flange 48.

即ち、密閉容器58の開口部58cを、一方の表面42baが固体電解質体42cで完全に覆われた燃料極42b、接続板54、及び第2ガラスシール60で塞ぐように構成する。ここで、本発明に記載された完全に覆われるとは、水素ガス及び水蒸気が漏出する隙間がないように覆われることを意味する。なお、接続板54の表面の内、図2においてペレット状の負極燃料物質体56が接触する部分は、電気的絶縁層を備えても良い。本発明の燃料電池複合システム10を構成する燃料電池システム40の燃料極集電体62の材料は、導電性が高い材料であれば特に制限的ではないが、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、ステンレススチールなどが好ましく、ニッケルがより好ましい。 That is, the opening 58c of the closed container 58 is closed with a fuel electrode 42b, a connecting plate 54, and a second glass seal 60 whose one surface 42ba is completely covered with the solid electrolyte 42c. Here, "completely covered" as described in the present invention means that the hydrogen gas and water vapor are covered so as not to leak gaps. The portion of the surface of the connecting plate 54 that comes into contact with the pellet-shaped negative electrode fuel material 56 in FIG. 2 may be provided with an electrically insulating layer. The material of the fuel electrode current collector 62 of the fuel cell system 40 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention is not particularly limited as long as it is a highly conductive material, but silver, copper, nickel, aluminum, and stainless steel. Steel and the like are preferable, and nickel is more preferable.

接続板54を接続フランジ48に接合する方法は、両者を気密に接合できれば、特に制限的ではなく、シール材64を使用してもシール材64を使用せずに溶接しても良い。本発明の燃料電池複合システム10を構成する燃料電池システム40のシール材64の材料は、耐熱性が高いシール材料であれば、特に制限的ではないが、結晶化ガラスであるのが好ましく、主成分がLa、B、MgOの結晶化ガラスであるのがより好ましい。 The method of joining the connecting plate 54 to the connecting flange 48 is not particularly limited as long as the two can be joined airtightly, and the sealing material 64 may be used or the sealing material 64 may be welded without using the sealing material 64. The material of the sealing material 64 of the fuel cell system 40 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention is not particularly limited as long as it is a sealing material having high heat resistance, but it is preferably crystallized glass. It is more preferable that the component is crystallized glass of La 2 O 3 , B 2 O 3, and MgO.

このような構成とすることで、固体電解質体の厚さが比較的薄くなりかつ燃料極の表面に水素ガス又は水蒸気が到達しやすいので、本発明の燃料電池複合システムは、出力を大きくすることができる。 With such a configuration, the thickness of the solid electrolyte body becomes relatively thin and hydrogen gas or water vapor easily reaches the surface of the fuel electrode. Therefore, the fuel cell composite system of the present invention has a large output. Can be done.

次に、本発明の燃料電池複合システムを構成する燃料電池システムの空気供給板について詳細に説明する。図3(a)は、図2の燃料電池システムを構成する空気供給板の平面図であり、図3(b)は、図3(a)の断面AAを示す断面図であり、図3(c)は、図3(b)の断面BBを示す断面図である。 Next, the air supply plate of the fuel cell system constituting the fuel cell composite system of the present invention will be described in detail. 3 (a) is a plan view of the air supply plate constituting the fuel cell system of FIG. 2, and FIG. 3 (b) is a cross-sectional view showing a cross section AA of FIG. 3 (a). c) is a cross-sectional view showing a cross section BB of FIG. 3 (b).

空気供給板70は、本発明の燃料電池複合システム10を構成する燃料電池システム40の空気供給板46と同一のものであり、空気供給板70の供給管72は、空気供給管30cに接続され、深溝状の供給流路72aに連通している。空気供給管30cから供給管72に供給された空気は、深溝状の供給流路72aを通り、各供給流路に対して直角方向の溝部74の中を、直線的に隆起したガイド部76の表面に沿って流れる。空気供給板70の排出管78は、空気排出管30dに接続され、深溝状の排出流路78aに連通している。各溝部74の中を流れた空気は、排出流路78aの次に排出管78を通り、空気排出管30dから排出される。なお、本発明に記載された空気の流路は、供給流路72a、溝部74、及び排出流路78aに対応する。 The air supply plate 70 is the same as the air supply plate 46 of the fuel cell system 40 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention, and the supply pipe 72 of the air supply plate 70 is connected to the air supply pipe 30c. , Communicate with the deep groove-shaped supply flow path 72a. The air supplied from the air supply pipe 30c to the supply pipe 72 passes through the deep groove-shaped supply flow path 72a, and in the groove portion 74 in the direction perpendicular to each supply flow path, the guide portion 76 is linearly raised. It flows along the surface. The discharge pipe 78 of the air supply plate 70 is connected to the air discharge pipe 30d and communicates with the deep groove-shaped discharge flow path 78a. The air flowing through each groove 74 passes through the discharge pipe 78 next to the discharge flow path 78a, and is discharged from the air discharge pipe 30d. The air flow path described in the present invention corresponds to the supply flow path 72a, the groove portion 74, and the discharge flow path 78a.

次に、本発明の燃料電池複合システムを構成する燃料電池システムの変形例について説明する。図4は、図2の燃料電池システムの変形例を模式的に示す正面図である。 Next, a modified example of the fuel cell system constituting the fuel cell composite system of the present invention will be described. FIG. 4 is a front view schematically showing a modified example of the fuel cell system of FIG.

本発明の燃料電池複合システム10を構成する燃料電池システム80は、燃料電池システム40と比較すると、電極複合体42の代わりに電極複合体82を有する点以外は同一の構成を有するものであるので、同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。 The fuel cell system 80 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention has the same configuration as the fuel cell system 40 except that it has the electrode composite 82 instead of the electrode composite 42. , The same components are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

本発明の燃料電池複合システム10を構成する燃料電池システム80を構成する電極複合体82は、さらに、多孔金属板82aを備えても良い。その場合には、多孔金属板82aは、燃料極82bの固体電解質体82cの反対側の表面に配置され、かつ充放電時に水素ガスを透過するものである。燃料極82bは、一方の表面82baと端面82bbとを備えたものである。一方の表面82baは、固体電解質体82cで完全に覆われたものである。端面82bbは、接続フランジ48で完全に覆われたものである。多孔金属板82aは、一方の表面82aaと、端面82abと、を備え、燃料極82b及び固体電解質体82cと共に接続板54と第1ガラスシール50との間に固定されるものである。一方の表面82aaは、燃料極82bで完全に覆われたものである。端面82abは、シール材64及び接続フランジ48で完全に覆われたものである。 The electrode composite 82 constituting the fuel cell system 80 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention may further include a porous metal plate 82a. In that case, the porous metal plate 82a is arranged on the surface of the fuel electrode 82b on the opposite side of the solid electrolyte body 82c, and is permeable to hydrogen gas during charging and discharging. The fuel electrode 82b includes one surface 82ba and an end surface 82bb. One surface 82ba is completely covered with the solid electrolyte 82c. The end face 82bb is completely covered with the connecting flange 48. The porous metal plate 82a includes one surface 82aa and an end surface 82ab, and is fixed between the connecting plate 54 and the first glass seal 50 together with the fuel electrode 82b and the solid electrolyte 82c. One surface 82aa is completely covered with the fuel electrode 82b. The end face 82ab is completely covered with the sealing material 64 and the connecting flange 48.

即ち、密閉容器58の開口部58cを、燃料極82bを介して一方の表面82aaが固体電解質体82cで完全に覆われた多孔金属板82a、接続板54、及び第2ガラスシール60で塞ぐように構成する。なお、接続板54の表面及び多孔金属板82aの表面の内、図4においてペレット状の負極燃料物質体56が接触する部分は、電気的絶縁層を備えても良い。本発明の燃料電池複合システム10を構成する燃料電池システム80の多孔金属板82aの材料は、水素ガスを透過することができれば、特に制限的ではないが、SUS430が好ましい。 That is, the opening 58c of the closed container 58 is closed by the porous metal plate 82a, the connecting plate 54, and the second glass seal 60 whose one surface 82aa is completely covered with the solid electrolyte 82c via the fuel electrode 82b. Configure to. Of the surface of the connecting plate 54 and the surface of the porous metal plate 82a, the portion of the surface of the porous metal plate 82a that comes into contact with the pellet-shaped negative electrode fuel material 56 may be provided with an electrically insulating layer. The material of the porous metal plate 82a of the fuel cell system 80 constituting the fuel cell composite system 10 of the present invention is not particularly limited as long as it can permeate hydrogen gas, but SUS430 is preferable.

このような構成とすることで、固体電解質体の厚さが比較的薄くなりかつ燃料極集電体が不要になるので、本発明の燃料電池複合システムは、よりシンプルな構造で出力を大きくすることができる。
本発明の燃料電池複合システムは、基本的に以上のように構成される。
With such a configuration, the thickness of the solid electrolyte body becomes relatively thin and the fuel electrode current collector becomes unnecessary. Therefore, the fuel cell composite system of the present invention has a simpler structure and increases the output. be able to.
The fuel cell composite system of the present invention is basically configured as described above.

以上、本発明の燃料電池複合システムについて詳細に説明したが、本発明は上記記載に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしても良いのはもちろんである。 Although the fuel cell composite system of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above description, and it goes without saying that various improvements and changes may be made without departing from the gist of the present invention. be.

本発明の燃料電池複合システムは、システム全体をシンプルかつコンパクトでしかも低コストにすることができるという効果に加え、従来と同等以上に安定的に電力を供給し、出力を大きくすることができるという効果もあるので、産業上有用である。 In addition to the effect that the entire system can be made simple, compact, and low cost, the fuel cell composite system of the present invention can supply electric power more stably than before and increase the output. It is also industrially useful because it is effective.

10 燃料電池複合システム
20、40、80 燃料電池システム
22、42、82 電極複合体
22a、42a 空気極
22b、42b、82b 燃料極
22c、42c、82c 固体電解質体
24、56 負極燃料物質体
30 断熱容器
30a 給気口
30b 排気口
30c 空気供給管
30d 空気排出管
30e 水素供給管
30f 水素排出管
32 熱交換器
34 ポンプ
36 ヒータ
42ba、82aa、82ba 一方の表面
42bb、42e、82ab、82bb 端面
42d 外縁部
44 空気極集電体
46、70 空気供給板
46a 正極接続端子
48 接続フランジ
50 第1ガラスシール
52 絶縁板
54 接続板
54a 貫通孔
54b 負極接続端子
58 密閉容器
58a 内部空間
58b 壁
58c 開口部
58d、62a 外周部
58e 内縁部
58f 供給孔
58g 排出孔
60 第2ガラスシール
62 燃料極集電体
64 シール材
72 供給管
72a 供給流路
74 溝部
76 ガイド部
78 排出管
78a 排出流路
82a 多孔金属板
10 Fuel cell composite system 20, 40, 80 Fuel cell system 22, 42, 82 Electrode composite 22a, 42a Air pole 22b, 42b, 82b Fuel pole 22c, 42c, 82c Solid electrolyte 24, 56 Negative fuel material 30 Insulation Container 30a Air supply port 30b Exhaust port 30c Air supply pipe 30d Air discharge pipe 30e Hydrogen supply pipe 30f Hydrogen discharge pipe 32 Heat exchanger 34 Pump 36 Heater 42ba, 82aa, 82ba One surface 42bb, 42e, 82ab, 82bb End face 42d Part 44 Air electrode current collector 46, 70 Air supply plate 46a Positive electrode connection terminal 48 Connection flange 50 First glass seal 52 Insulation plate 54 Connection plate 54a Through hole 54b Negative electrode connection terminal 58 Sealed container 58a Internal space 58b Wall 58c Opening 58d , 62a Outer circumference 58e Inner edge 58f Supply hole 58g Discharge hole 60 Second glass seal 62 Fuel electrode current collector 64 Sealing material 72 Supply pipe 72a Supply flow path 74 Groove 76 Guide part 78 Discharge pipe 78a Discharge flow path 82a Porous metal plate

Claims (7)

電力を放電できると共に逆反応によって電力を充電できる燃料電池システムと、
前記燃料電池システムを収容し、空気の給気口及び排気口を備えた断熱容器と、を有し、
前記燃料電池システムは、放電時に空気中の酸素を酸素イオンに還元する空気極、放電時に水素ガスを水蒸気に酸化する燃料極、及び前記空気極と前記燃料極との間に形成され、酸素イオンを伝導する平板状の気密性の固体電解質体から成る平板状の電極複合体と、放電時に前記水蒸気と反応して前記水素ガスを生成し、自らは酸化物となる負極燃料物質体と、を有し、
前記電極複合体及び前記負極燃料物質体は、前記給気口から供給される高温の空気によって、それぞれの所定の温度に加熱維持されるものであり、
前記電極複合体の所定の温度は、450〜1000℃であり、前記負極燃料物質体の所定の温度は、300〜1000℃である燃料電池複合システム。
A fuel cell system that can discharge power and charge power by reverse reaction,
It houses the fuel cell system and has a heat insulating container with an air supply port and an exhaust port.
The fuel cell system is formed between an air electrode that reduces oxygen in the air to oxygen ions during discharge, a fuel electrode that oxidizes hydrogen gas into steam during discharge, and oxygen ions. A flat electrode composite composed of a flat airtight solid electrolyte body that conducts the above, and a negative electrode fuel material body that reacts with the water vapor at the time of discharge to generate the hydrogen gas and becomes an oxide by itself. Have and
The electrode composite and the negative electrode fuel material are heated and maintained at their respective predetermined temperatures by the high-temperature air supplied from the air supply port.
A fuel cell composite system in which a predetermined temperature of the electrode composite is 450 to 1000 ° C, and a predetermined temperature of the negative electrode fuel material is 300 to 1000 ° C.
さらに、前記断熱容器の前記排気口を通った排気を大気に排出する配管の途中及び大気から採取された給気を前記断熱容器の前記給気口に供給する配管の途中に配置され、前記排気の熱エネルギを前記給気に伝導する熱交換器と、前記給気を圧縮して前記熱交換器に供給するポンプと、前記熱交換器を通った給気を加熱して前記給気口に供給するヒータと、を有する請求項1に記載の燃料電池複合システム。 Further, the exhaust is arranged in the middle of the pipe for discharging the exhaust through the exhaust port of the heat insulating container to the atmosphere and in the middle of the pipe for supplying the supply air collected from the atmosphere to the air supply port of the heat insulating container. A heat exchanger that conducts the heat energy of the air supply, a pump that compresses the air supply and supplies it to the heat exchanger, and a pump that heats the air supply that has passed through the heat exchanger to the air supply port. The fuel cell composite system according to claim 1, further comprising a heater to supply. 前記ヒータは、余剰熱を利用して前記熱交換器を通った給気を加熱する熱源装置である請求項2に記載の燃料電池複合システム。 The fuel cell composite system according to claim 2, wherein the heater is a heat source device that uses excess heat to heat supply air that has passed through the heat exchanger. 前記断熱容器は、さらに、前記空気極に前記空気を供給する空気供給管と、前記空気極から前記空気を排出する空気排出管と、前記燃料極に前記水素ガスを供給する水素供給管と、前記燃料極から前記水素ガスを排出する水素排出管と、を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池複合システム。 The heat insulating container further includes an air supply pipe that supplies the air to the air electrode, an air discharge pipe that discharges the air from the air electrode, and a hydrogen supply pipe that supplies the hydrogen gas to the fuel electrode. The fuel cell composite system according to any one of claims 1 to 3, further comprising a hydrogen discharge pipe for discharging the hydrogen gas from the fuel electrode. 前記燃料電池システムは、さらに、
前記空気極を覆うように配置された空気極集電体と、
前記空気極集電体を覆うように配置され、前記空気極集電体との間に形成された空気の流路を持ち、前記空気極集電体を介して前記空気極の表面に電気的に接続される空気供給板と、
前記電極複合体の空気極側の外縁部の表面とその外縁部に隣接した全ての端面とを覆う接続フランジと、
前記接続フランジと前記外縁部との間に配置された第1ガラスシールと、
前記接続フランジと前記空気供給板との間に配置された絶縁板と、
前記電極複合体の前記燃料極の側の表面の一部を露出させる貫通孔を備え、前記接続フランジに気密に接合され、前記燃料極の表面に電気的に接続される接続板と、
前記負極燃料物質体が気密に収容される内部空間を備えると共に、前記内部空間を構成する壁の一部に、前記内部空間の中の前記水素ガスを前記貫通孔を介して前記燃料極の表面に接触させるための開口部及び前記開口部を塞ぐために前記接続板が気密に固定される外周部を備えた密閉容器と、
前記接続板と前記外周部との間に配置された第2ガラスシールと、を有し、
前記空気供給板は、正極接続端子を有し、
前記接続板は、負極接続端子を有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池複合システム。
The fuel cell system further
An air electrode current collector arranged so as to cover the air electrode and
It is arranged so as to cover the air electrode current collector, has an air flow path formed between the air electrode current collector, and is electrically connected to the surface of the air electrode via the air electrode current collector. With an air supply plate connected to
A connecting flange that covers the surface of the outer edge portion of the electrode composite on the air electrode side and all the end faces adjacent to the outer edge portion.
A first glass seal arranged between the connection flange and the outer edge portion,
An insulating plate arranged between the connection flange and the air supply plate,
A connection plate provided with a through hole for exposing a part of the surface of the electrode composite on the side of the fuel electrode, airtightly bonded to the connection flange, and electrically connected to the surface of the fuel electrode.
The surface of the fuel electrode is provided with an internal space in which the negative electrode fuel material is airtightly housed, and the hydrogen gas in the internal space is introduced into a part of the wall constituting the internal space through the through hole. A closed container having an opening for contacting with and an outer peripheral portion to which the connection plate is airtightly fixed to close the opening.
It has a second glass seal arranged between the connecting plate and the outer peripheral portion, and has.
The air supply plate has a positive electrode connection terminal and has a positive electrode connection terminal.
The fuel cell composite system according to any one of claims 1 to 4, wherein the connection plate has a negative electrode connection terminal.
前記負極燃料物質体の重力が前記第1ガラスシールに掛かるように、前記密閉容器は上方に、前記空気供給板は下方に配置される請求項5に記載の燃料電池複合システム。 The fuel cell composite system according to claim 5, wherein the closed container is arranged above and the air supply plate is arranged below so that the gravity of the negative electrode fuel material is applied to the first glass seal. 前記負極燃料物質体の重力が前記第2ガラスシールに掛かるように、前記外周部は、前記開口部の全周の内の少なくとも一部が前記開口部の内側に伸びた内縁部を備える請求項6に記載の燃料電池複合システム。 Claimed that the outer peripheral portion includes an inner edge portion in which at least a part of the entire circumference of the opening extends inward of the opening so that the gravity of the negative electrode fuel material body is applied to the second glass seal. 6. The fuel cell composite system according to 6.
JP2020025609A 2020-02-18 2020-02-18 Fuel battery composite system Pending JP2021131947A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020025609A JP2021131947A (en) 2020-02-18 2020-02-18 Fuel battery composite system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020025609A JP2021131947A (en) 2020-02-18 2020-02-18 Fuel battery composite system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2021131947A true JP2021131947A (en) 2021-09-09

Family

ID=77551126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020025609A Pending JP2021131947A (en) 2020-02-18 2020-02-18 Fuel battery composite system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2021131947A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5210450B1 (en) Fuel cell and fuel cell system
WO2007013328A1 (en) Fuel cell module
KR19980701645A (en) Electrochemical Energy Conversion and Storage System
CA2618131A1 (en) Solid oxide fuel cell stack for portable power generation
JP5640884B2 (en) Secondary battery type fuel cell system
JP6153733B2 (en) Fuel cell
CN103490087B (en) Tubular type SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) stack for portable power supply and assembly method thereof
JP5070885B2 (en) Fuel cell
CN108604689A (en) Fuel cell
CN107732277A (en) More storehouse fuel cell systems and heat exchanger assembly
WO2012070487A1 (en) Secondary battery type fuel cell system
JP2008021636A (en) Fuel cell
JP2007026928A (en) Fuel cell
JP2011129491A (en) Solid oxide fuel cell and its operation method
JP2021131947A (en) Fuel battery composite system
JP2004355860A (en) Combined power generation system, power generation plant, heat insulation method of secondary battery
JP2007005134A (en) Steam generator and fuel cell
JP4544055B2 (en) Fuel cell
JP2016139554A (en) Solid oxide fuel cell device
JP2004014458A (en) Solid electrolyte fuel cell unit
JP2007018966A (en) Fuel cell
JP2021125446A (en) Fuel battery system
CN113764706B (en) Secondary fuel cell with active circulation system
JP2021125445A (en) Fuel cell system
JP2016139555A (en) Solid oxide fuel cell device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200318