JP4311430B2 - FUEL CELL DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE EQUIPPED WITH THE SAME - Google Patents

FUEL CELL DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE EQUIPPED WITH THE SAME Download PDF

Info

Publication number
JP4311430B2
JP4311430B2 JP2006263167A JP2006263167A JP4311430B2 JP 4311430 B2 JP4311430 B2 JP 4311430B2 JP 2006263167 A JP2006263167 A JP 2006263167A JP 2006263167 A JP2006263167 A JP 2006263167A JP 4311430 B2 JP4311430 B2 JP 4311430B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
output electrode
fuel cell
power generation
reformer
fuel
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006263167A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008084692A (en
Inventor
忠夫 山本
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.)
Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
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 Casio Computer Co Ltd filed Critical Casio Computer Co Ltd
Priority to JP2006263167A priority Critical patent/JP4311430B2/en
Priority to TW096101532A priority patent/TWI338967B/en
Priority to KR1020070004989A priority patent/KR100824472B1/en
Priority to CN2008101738192A priority patent/CN101414687B/en
Priority to US11/654,452 priority patent/US7758822B2/en
Priority to HK08100189.3A priority patent/HK1106332A1/en
Publication of JP2008084692A publication Critical patent/JP2008084692A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4311430B2 publication Critical patent/JP4311430B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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

Description

本発明は、燃料ガスと酸素の電気化学反応により電力を取り出す燃料電池装置及びこれを備える電子機器に関する。   The present invention relates to a fuel cell device that extracts electric power by an electrochemical reaction between fuel gas and oxygen, and an electronic device including the same.

燃料電池は水素と酸素の電気化学反応により電力を取り出すものであり、次世代の主流となる電源システムとして、燃料電池の研究・開発が広く行われており、中でも、高温作動のため発電効率が高い固体酸化物型燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,以下SOFCという)の開発が進められている。   Fuel cells take out electric power through the electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and research and development of fuel cells are widely conducted as the next-generation mainstream power supply system. Development of a high solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as SOFC) is in progress.

SOFCでは固体酸化物型電解質の一方の面に燃料極が、他方の面に酸素極が形成された発電セルが用いられる。
酸素極に供給された酸素はイオン(O2-)となり固体酸化物型電解質を透過し燃料極に到達する。O2-は燃料極に供給された燃料ガスを酸化し電子を放出する。ここで、燃料ガスは主に水素ガスであり、例えばメタノール等の水素原子を組成中に含む燃料を改質した水素ガスや副生成物の一酸化炭素が用いられる。
The SOFC uses a power generation cell in which a fuel electrode is formed on one surface of a solid oxide electrolyte and an oxygen electrode is formed on the other surface.
Oxygen supplied to the oxygen electrode becomes ions (O 2− ) and permeates the solid oxide electrolyte and reaches the fuel electrode. O 2− oxidizes the fuel gas supplied to the fuel electrode and emits electrons. Here, the fuel gas is mainly hydrogen gas. For example, hydrogen gas obtained by reforming a fuel containing hydrogen atoms such as methanol in its composition or carbon monoxide as a by-product is used.

電子は燃料極と接続されたアノード出力電極より外部回路を経て酸素極と接続されたカソード出力電極より酸素極に戻り、酸素をイオン化する。以上により、燃料ガスと酸素の化学エネルギーが電気エネルギーに変換される。   Electrons return to the oxygen electrode from the cathode output electrode connected to the oxygen electrode via the external circuit from the anode output electrode connected to the fuel electrode, and ionize oxygen. Thus, the chemical energy of the fuel gas and oxygen is converted into electric energy.

SOFCの反応は高温(約500〜1000℃程度)で行われるため、発電セルは断熱容器に収容され、燃料ガスや酸素の供給流路、排ガスの排出流路となる配管や、アノード出力電極及びカソード出力電極は断熱容器を貫通して発電セルに接続される(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−30972号公報
Since the SOFC reaction is performed at a high temperature (about 500 to 1000 ° C.), the power generation cell is accommodated in a heat insulating container, and a fuel gas and oxygen supply channel, a pipe serving as an exhaust gas discharge channel, an anode output electrode, The cathode output electrode passes through the heat insulating container and is connected to the power generation cell (see, for example, Patent Document 1).
JP 2004-30972 A

ところで、SOFCでは発電セルの動作温度が高温であるため、外部に露出した配管や、アノード出力電極及びカソード出力電極と発電セルとの温度差が大きく、これらを介した熱損失が大きくなり易い。また、例えば起動時に発電セルを昇温するに連れて配管や出力電極が熱膨張するため、熱応力により装置が破損するおそれがある。   By the way, in SOFC, since the operating temperature of the power generation cell is high, the temperature difference between the piping exposed outside, the anode output electrode, the cathode output electrode, and the power generation cell is large, and the heat loss through these tends to increase. In addition, for example, as the temperature of the power generation cell is increased at startup, the piping and the output electrode are thermally expanded, so that the apparatus may be damaged due to thermal stress.

本発明の課題は、燃料電池装置の熱損失を低減するとともに、熱応力による装置の破損を防止することである。   An object of the present invention is to reduce heat loss of a fuel cell device and prevent damage to the device due to thermal stress.

以上の課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、断熱容器と、前記断熱容器に収容され、原燃料が供給されて燃料ガスを生成する改質器と、前記断熱容器に収容され、前記改質器よりも高温に設定され、前記燃料ガスが供給され、該燃料ガスの電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、一端が前記発電セルに接続され、他端が前記断熱容器の壁面より外部へ引き出される出力電極と、を備え、前記出力電極は、複数の屈曲箇所を備えた応力緩和構造を有し、前記断熱容器の前記出力電極が引き出される前記壁面から前記発電セルまでの距離は、該壁面から前記改質器までの距離より長いことを特徴とする燃料電池装置である。 In order to solve the above-described problems, the invention described in claim 1 includes a heat insulating container, a reformer that is housed in the heat insulating container and is supplied with raw fuel to generate fuel gas, and is housed in the heat insulating container. The power generation cell is set to a temperature higher than that of the reformer, the fuel gas is supplied, and electric power is taken out by an electrochemical reaction of the fuel gas, one end is connected to the power generation cell, and the other end is the heat insulating container. An output electrode that is led out from the wall surface, the output electrode has a stress relaxation structure having a plurality of bent portions, and from the wall surface from which the output electrode of the heat insulating container is drawn to the power generation cell. The distance is longer than the distance from the wall surface to the reformer.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池装置であって、前記出力電極の断面形状は、四角形、三角形及び円形の何れかであることを特徴とする。   A second aspect of the present invention is the fuel cell device according to the first aspect, wherein the cross-sectional shape of the output electrode is any one of a square, a triangle, and a circle.

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池装置であって、前記燃料電池装置は、前記発電セルを収容し、前記出力電極が貫通する筐体を有し、前記出力電極と前記筐体は同一の材料からなることを特徴とする。   Invention of Claim 3 is a fuel cell apparatus of Claim 1, Comprising: The said fuel cell apparatus has the housing | casing which accommodates the said electric power generation cell, and the said output electrode penetrates, The said output electrode And the casing is made of the same material.

請求項に記載の発明は、請求項に記載の燃料電池装置であって、前記応力緩和構造は、前記断熱容器の前記出力電極が引き出される前記壁面と前記改質器との間の空間内に設けられることを特徴とする。 Invention of Claim 4 is a fuel cell apparatus of Claim 1 , Comprising: The said stress relaxation structure is the space between the said wall surface from which the said output electrode of the said heat insulation container is pulled out, and the said reformer It is provided in the inside.

請求項に記載の発明は、請求項に記載の燃料電池装置であって、前記応力緩和構造における前記出力電極の屈曲箇所において、前記出力電極は直角に折り曲げられていることを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention is the fuel cell device according to the first aspect , wherein the output electrode is bent at a right angle at a bent portion of the output electrode in the stress relaxation structure. .

請求項に記載の発明は、請求項に記載の燃料電池装置であって、前記応力緩和構造における前記出力電極の屈曲箇所において、前記出力電極は円弧状に折り曲げられていることを特徴とする。 The invention according to claim 6 is the fuel cell device according to claim 1 , wherein the output electrode is bent in an arc shape at a bent portion of the output electrode in the stress relaxation structure. To do.

請求項に記載の発明は、請求項に記載の燃料電池装置であって、前記応力緩和構造における前記出力電極の屈曲箇所において、前記出力電極は葛折り状に折り曲げられていることを特徴とする。 A seventh aspect of the present invention is the fuel cell device according to the first aspect , wherein the output electrode is bent in a distorted manner at a bent portion of the output electrode in the stress relaxation structure. And

請求項に記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池装置であって、前記燃料電池装置は、前記断熱容器と前記改質器との間を連結する第1連結部と、前記改質器と前記発電セルとの間を連結する第2連結部とを備え、前記発電セルに接続される前記出力電極の一端の前記断熱容器の前記壁面からの距離は、該壁面から前記第2連結部までの距離より長いことを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the fuel cell device according to claim 1, wherein the fuel cell device includes a first connecting portion that connects the heat insulating container and the reformer, and the modified battery. A second connecting portion that connects the mass device and the power generation cell, and the distance from the wall surface of the heat insulating container to the one end of the output electrode connected to the power generation cell is the second distance from the wall surface. It is characterized by being longer than the distance to the connecting part.

請求項に記載の発明は、請求項に記載の燃料電池装置であって、前記燃料電池装置は、前記発電セルを収容し、前記出力電極が貫通する筐体を有し、前記第1連結部、前記改質器、前記第2連結部、前記筐体及び前記出力電極は同一の材料からなることを特徴とする。 The invention according to claim 9 is the fuel cell device according to claim 8 , wherein the fuel cell device has a housing that houses the power generation cell and through which the output electrode penetrates. The connecting portion, the reformer, the second connecting portion, the casing, and the output electrode are made of the same material.

請求項10に記載の発明は、請求項に記載の燃料電池装置であって、前記燃料電池装置は、前記発電セルを収容し、前記出力電極が貫通する筐体を有し、前記第1連結部、前記改質器、前記第2連結部、前記筐体及び前記出力電極はNi系合金からなることを特徴とする。 A tenth aspect of the present invention is the fuel cell apparatus according to the eighth aspect , wherein the fuel cell apparatus includes a housing that houses the power generation cell and through which the output electrode passes, The connecting portion, the reformer, the second connecting portion, the casing, and the output electrode are made of a Ni-based alloy.

請求項11に記載の発明は、請求項に記載の燃料電池装置であって、前記第1連結部には、前記改質器から伝播する熱により前記原燃料を気化させる気化器が設けられていることを特徴とする。 The invention according to claim 11 is the fuel cell device according to claim 8 , wherein the first connecting portion is provided with a vaporizer for vaporizing the raw fuel by heat propagating from the reformer. It is characterized by.

請求項12に記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池装置であって、前記燃料電池装置は、前記発電セルから排出される未反応の燃料ガスを燃焼する燃焼器をさらに備えることを特徴とする。 The invention described in claim 12 is the fuel cell device according to claim 1, wherein the fuel cell device further includes a combustor that burns unreacted fuel gas discharged from the power generation cell. Features.

請求項13に記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池装置であって、前記改質器は前記発電セルから伝播する熱により改質反応を行うことを特徴とする。 A thirteenth aspect of the present invention is the fuel cell device according to the first aspect, wherein the reformer performs a reforming reaction by heat propagated from the power generation cell.

請求項14に記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池装置であって、前記発電セルには固体酸化物型電解質が用いられていることを特徴とする。 A fourteenth aspect of the present invention is the fuel cell device according to the first aspect, wherein a solid oxide electrolyte is used for the power generation cell.

請求項15に記載の発明は、断熱容器と、前記断熱容器に収容され、原燃料が供給されて燃料ガスを生成する改質器と、前記断熱容器に収容され、前記改質器よりも高温に設定され、前記燃料ガスが供給され、該燃料ガスの電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、一端が前記発電セルに接続され、他端が前記断熱容器の壁面より外部へ引き出される出力電極と、を備え、前記出力電極は、複数の屈曲箇所を備えた応力緩和構造を有し、前記断熱容器の前記出力電極が引き出される前記壁面から前記発電セルまでの距離が該壁面から前記改質器までの距離より長い燃料電池装置と、前記燃料電池装置の前記出力電極の他端に接続され、前記発電セルから取り出される前記電力により駆動される負荷と、を備えることを特徴とする電子機器である。 The invention according to claim 15 is a heat insulating container, a reformer that is housed in the heat insulating container and is supplied with raw fuel to generate fuel gas, and is housed in the heat insulating container and is hotter than the reformer. And a power generation cell that is supplied with the fuel gas and extracts power by an electrochemical reaction of the fuel gas, and an output electrode that has one end connected to the power generation cell and the other end drawn out from the wall surface of the heat insulating container And the output electrode has a stress relaxation structure having a plurality of bent portions, and the distance from the wall surface from which the output electrode of the heat insulating container is drawn to the power generation cell is from the wall surface to the reforming And a load connected to the other end of the output electrode of the fuel cell device and driven by the electric power taken out from the power generation cell. It is.

請求項16に記載の発明は、請求項15に記載の電子機器であって、前記燃料電池装置は、前記断熱容器と前記改質器との間を連結する第1連結部と、前記改質器と前記発電セルとの間を連結する第2連結部とを備え、前記発電セルに接続される前記出力電極の一端の前記断熱容器の前記壁面からの距離は、該壁面から前記第2連結部までの距離より長いことを特徴とする。 The invention according to claim 16 is the electronic device according to claim 15 , wherein the fuel cell device includes a first connecting portion that connects the heat insulating container and the reformer, and the reforming. And a second connecting portion that connects between the generator and the power generation cell, and the distance from the wall surface of the heat insulating container to one end of the output electrode connected to the power generation cell is the second connection from the wall surface. It is characterized by being longer than the distance to the part.

請求項17に記載の発明は、請求項15に記載の電子機器であって、前記燃料電池装置は、前記発電セルを収容し、前記出力電極が貫通する筐体を有し、前記出力電極と前記筐体は同一の材料からなることを特徴とする。 The invention according to claim 17 is the electronic device according to claim 15 , wherein the fuel cell device includes a housing that houses the power generation cell and through which the output electrode passes, The casing is made of the same material.

請求項18に記載の発明は、請求項15に記載の電子機器であって、前記燃料電池装置における前記発電セルには固体酸化物型電解質が用いられていることを特徴とする。 The invention according to claim 18 is the electronic apparatus according to claim 15 , wherein a solid oxide electrolyte is used for the power generation cell in the fuel cell device.

本発明によれば、発電セルの熱損失を低減するとともに、熱応力による装置の破損を防止することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while reducing the heat loss of a power generation cell, the failure | damage of the apparatus by a thermal stress can be prevented.

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for implementing the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.

図1は燃料電池装置1を搭載した携帯用の電子機器100を示すブロック図である。この電子機器100は、例えばノート型パーソナルコンピュータ、PDA、電子手帳、デジタルカメラ、携帯電話機、腕時計、レジスタ及びプロジェクタ等といった携帯型の電子機器である。   FIG. 1 is a block diagram showing a portable electronic device 100 equipped with a fuel cell device 1. The electronic device 100 is a portable electronic device such as a notebook personal computer, a PDA, an electronic notebook, a digital camera, a mobile phone, a wristwatch, a register, and a projector.

この燃料電池装置1は、燃料容器2、ポンプ3、断熱パッケージ10等を備える。燃料電池装置1の燃料容器2は、例えば電子機器100に対して着脱可能に設けられており、ポンプ3、断熱パッケージ10は、例えば電子機器100の本体に内蔵されている。   The fuel cell device 1 includes a fuel container 2, a pump 3, a heat insulation package 10, and the like. The fuel container 2 of the fuel cell device 1 is provided, for example, so as to be detachable from the electronic device 100, and the pump 3 and the heat insulation package 10 are incorporated in the main body of the electronic device 100, for example.

燃料容器2には、液体の原燃料(例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル)と水との混合液が貯留されている。なお、液体の原燃料と水とを別々の容器に貯留してもよい。
ポンプ3は、燃料容器2内の混合液を吸引して、断熱パッケージ10内の気化器4に送液するものである。
The fuel container 2 stores a mixed liquid of liquid raw fuel (for example, methanol, ethanol, dimethyl ether) and water. The liquid raw fuel and water may be stored in separate containers.
The pump 3 sucks the liquid mixture in the fuel container 2 and sends it to the vaporizer 4 in the heat insulation package 10.

箱状の断熱パッケージ10内には気化器4、改質器6、発電セル8及び触媒燃焼器9が収容されている。断熱パッケージ10内の気圧は真空圧(例えば、10Pa以下)に保たれている。
気化器4、改質器6、触媒燃焼器9にはそれぞれ電気ヒータ兼温度センサ4a,6a,9aが設けられている。電気ヒータ兼温度センサ4a,6a,9aの電気抵抗値は温度に依存するので、この電気ヒータ兼温度センサ4a,6a,9aが気化器4、改質器6、触媒燃焼器9の温度を測定する温度センサとしても機能する。
A box-shaped heat insulation package 10 contains a vaporizer 4, a reformer 6, a power generation cell 8, and a catalytic combustor 9. The atmospheric pressure in the heat insulation package 10 is kept at a vacuum pressure (for example, 10 Pa or less).
The vaporizer 4, the reformer 6, and the catalytic combustor 9 are provided with electric heaters and temperature sensors 4a, 6a, and 9a, respectively. Since the electric resistance values of the electric heater / temperature sensors 4a, 6a, 9a depend on the temperature, the electric heater / temperature sensors 4a, 6a, 9a measure the temperatures of the vaporizer 4, the reformer 6, and the catalytic combustor 9. It also functions as a temperature sensor.

ポンプ3から気化器4に送られた混合液は電気ヒータ兼温度センサ4aや触媒燃焼器9の熱により約110〜160℃程度に加熱され、蒸発する。気化器4で気化した混合気は改質器6へ送られる。   The liquid mixture sent from the pump 3 to the vaporizer 4 is heated to about 110 to 160 ° C. by the heat of the electric heater / temperature sensor 4a and the catalytic combustor 9, and evaporates. The gas mixture vaporized in the vaporizer 4 is sent to the reformer 6.

改質器6の内部には流路が形成され、その流路の壁面に触媒が担持されている。気化器4から改質器6に送られる混合気は、改質器6の流路を流れ、電気ヒータ兼温度センサ6aや触媒燃焼器9の熱により約300〜400℃程度に加熱されて、触媒により反応を起こす。原燃料と水の触媒反応によって燃料としての水素、二酸化炭素、及び、副生成物である微量な一酸化炭素等の混合気体(改質ガス)が生成される。なお、原燃料がメタノールの場合、改質器6では主に次式(1)に示すような水蒸気改質反応が起こる。
CH3OH+H2O→3H2+CO2 …(1)
A flow path is formed inside the reformer 6, and a catalyst is supported on the wall surface of the flow path. The air-fuel mixture sent from the vaporizer 4 to the reformer 6 flows through the flow path of the reformer 6 and is heated to about 300 to 400 ° C. by the heat of the electric heater / temperature sensor 6a and the catalytic combustor 9, The reaction is caused by the catalyst. A mixed gas (reformed gas) such as hydrogen, carbon dioxide, and a small amount of carbon monoxide as a by-product is generated by a catalytic reaction between the raw fuel and water. When the raw fuel is methanol, the reformer 6 mainly performs a steam reforming reaction as shown in the following formula (1).
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (1)

一酸化炭素は化学反応式(1)についで逐次的に起こる次式(2)のような式によって微量に副生される。
2+CO2→H2O+CO …(2)
生成した改質ガスは発電セル8に送出される。
Carbon monoxide is by-produced in a trace amount by an equation such as the following equation (2) that occurs sequentially following the chemical reaction equation (1).
H 2 + CO 2 → H 2 O + CO (2)
The generated reformed gas is sent to the power generation cell 8.

図2は発電セル8の模式図であり、図3は発電セルスタックの一例を示す模式図である。図2に示すように、発電セル8は、固体酸化物電解質81と、固体酸化物電解質81の両面に形成された燃料極82(アノード)及び酸素極83(カソード)と、燃料極82に接合してその接合面に流路86を形成したアノード集電極84と、酸素極83に接合してその接合面に流路87を形成したカソード集電極85とを備える。また、発電セル8は筐体90内に収容される。   FIG. 2 is a schematic diagram of the power generation cell 8, and FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the power generation cell stack. As shown in FIG. 2, the power generation cell 8 is joined to the fuel electrode 82, a solid oxide electrolyte 81, a fuel electrode 82 (anode) and an oxygen electrode 83 (cathode) formed on both surfaces of the solid oxide electrolyte 81. The anode collector electrode 84 having a flow path 86 formed on the bonding surface thereof and the cathode collector electrode 85 bonded to the oxygen electrode 83 and having a flow path 87 formed on the bonding surface thereof. The power generation cell 8 is accommodated in the housing 90.

固体酸化物電解質81には、ジルコニア系の(Zr1-xx)O2-x/2(YSZ)、ランタンガレード系の(La1-xSrx)(Ga1-y-zMgyCoz)O3等を、燃料極82にはLa0.84Sr0.16MnO3、La(Ni,Bi)O3、(La,Sr)MnO3、In23+SnO2、LaCoO3等を、酸素極83にはNi、Ni+YSZ等を、アノード集電極84及びカソード集電極85にはLaCr(Mg)O3、(La,Sr)CrO3、NiAl+Al23等を、それぞれ用いることができる。 The solid oxide electrolyte 81 includes zirconia-based (Zr 1-x Y x ) O 2-x / 2 (YSZ), lanthanum galade-based (La 1-x Sr x ) (Ga 1-yz Mg y Co z ) O 3 or the like, La 0.84 Sr 0.16 MnO 3 , La (Ni, Bi) O 3 , (La, Sr) MnO 3 , In 2 O 3 + SnO 2 , LaCoO 3, etc. Ni, Ni + YSZ or the like can be used for 83, and LaCr (Mg) O 3 , (La, Sr) CrO 3 , NiAl + Al 2 O 3 or the like can be used for the anode collector electrode 84 and the cathode collector electrode 85, respectively.

発電セル8は電気ヒータ兼温度センサ9aや触媒燃焼器9の熱により約500〜1000℃程度に加熱され、後述する反応が起こる。
酸素極83にはカソード集電極85の流路87を介して空気が送られる。酸素極83では酸素とカソード出力電極21bより供給される電子により、次式(3)に示すように酸素イオンが生成される。
2+4e-→2O2- …(3)
固体酸化物電解質81は酸素イオンの透過性を有し、酸素極83で生成された酸素イオンを透過させて燃料極82に到達させる。
The power generation cell 8 is heated to about 500 to 1000 ° C. by the heat of the electric heater / temperature sensor 9a and the catalytic combustor 9, and the reaction described later takes place.
Air is sent to the oxygen electrode 83 through the channel 87 of the cathode collector electrode 85. In the oxygen electrode 83, oxygen ions are generated by oxygen and electrons supplied from the cathode output electrode 21b as shown in the following equation (3).
O 2 + 4e → 2O 2− (3)
The solid oxide electrolyte 81 has oxygen ion permeability, and allows oxygen ions generated at the oxygen electrode 83 to pass through to reach the fuel electrode 82.

燃料極82にはアノード集電極84の流路86を介して改質器6から排出された改質ガスが送られる。酸素極83では固体酸化物電解質81を透過した酸素イオンと改質ガスとの次式(4)、(5)のような反応が起こる。燃料極82に放出される電子はアノード出力電極21a、DC/DCコンバータ902等の外部回路を経てカソード出力電極21bより酸素極83に供給される。
2+O2-→H2O+2e- …(4)
CO+O2-→CO2+2e- …(5)
The reformed gas discharged from the reformer 6 is sent to the fuel electrode 82 through the flow path 86 of the anode collector electrode 84. In the oxygen electrode 83, a reaction represented by the following equations (4) and (5) occurs between the oxygen ions that have passed through the solid oxide electrolyte 81 and the reformed gas. Electrons emitted to the fuel electrode 82 are supplied to the oxygen electrode 83 from the cathode output electrode 21b through external circuits such as the anode output electrode 21a and the DC / DC converter 902.
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e (4)
CO + O 2− → CO 2 + 2e (5)

アノード集電極84及びカソード集電極85には、アノード出力電極21a、カソード出力電極21bが接続され、筐体90を貫通して引き出される。ここで、後述するように、筐体90は例えばNi系の合金で形成され、アノード出力電極21a及びカソード出力電極21bはガラス、セラミック等の絶縁材により筐体90から絶縁されて引き出される。図1に示すように、アノード出力電極21a及びカソード出力電極21bは、例えばDC/DCコンバータ902に接続される。
なお、図3に示すように、アノード集電極84、燃料極82、固体酸化物電解質81、酸素極83、カソード集電極85からなる複数の発電セル8を直列に接続したセルスタック80としてもよい。この場合、図3に示すように、直列に接続された一方の端部の発電セル8のアノード集電極84をアノード出力電極21aに、他方の端部の発電セル8のカソード集電極85をカソード出力電極21bに接続する。この場合、セルスタック80は筐体90内に収容される。
An anode output electrode 21 a and a cathode output electrode 21 b are connected to the anode collector electrode 84 and the cathode collector electrode 85, and are drawn out through the housing 90. Here, as will be described later, the housing 90 is formed of, for example, a Ni-based alloy, and the anode output electrode 21a and the cathode output electrode 21b are insulated and pulled out from the housing 90 by an insulating material such as glass or ceramic. As shown in FIG. 1, the anode output electrode 21a and the cathode output electrode 21b are connected to, for example, a DC / DC converter 902.
As shown in FIG. 3, a cell stack 80 in which a plurality of power generation cells 8 including an anode collector electrode 84, a fuel electrode 82, a solid oxide electrolyte 81, an oxygen electrode 83, and a cathode collector electrode 85 are connected in series may be used. . In this case, as shown in FIG. 3, the anode collector electrode 84 of the power generation cell 8 at one end connected in series is used as the anode output electrode 21a, and the cathode collector electrode 85 of the power generation cell 8 at the other end is used as the cathode. Connected to the output electrode 21b. In this case, the cell stack 80 is accommodated in the housing 90.

DC/DCコンバータ902は発電セル8により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換したのちに電子機器本体901に供給する。また、DC/DCコンバータ902は発電セル8により生成された電気エネルギーを二次電池903に充電し、発電セル8が動作していない時に、二次電池903に蓄電された電気エネルギーを電子機器本体901に供給する。   The DC / DC converter 902 converts the electrical energy generated by the power generation cell 8 into an appropriate voltage, and then supplies it to the electronic device main body 901. Further, the DC / DC converter 902 charges the secondary battery 903 with the electrical energy generated by the power generation cell 8, and the electrical energy stored in the secondary battery 903 is stored in the electronic device main body when the power generation cell 8 is not operating. 901 is supplied.

アノード集電極84の流路を通過した改質ガス(オフガス)には、未反応の水素も含まれている。オフガスは触媒燃焼器9に供給される。   The reformed gas (off-gas) that has passed through the flow path of the anode collector electrode 84 also contains unreacted hydrogen. The off gas is supplied to the catalytic combustor 9.

触媒燃焼器9には、オフガスとともに、カソード集電極85の流路87を通過した空気が供給される。触媒燃焼器9の内部には流路が形成され、その流路の壁面にPt系の触媒が担持されている。
触媒燃焼器9には、電熱材からなる電気ヒータ兼温度センサ9aが設けられている。電気ヒータ兼温度センサ9aの電気抵抗値が温度に依存するので、この電気ヒータ兼温度センサ9aが触媒燃焼器9の温度を測定する温度センサとしても機能する。
Air that has passed through the flow path 87 of the cathode collector electrode 85 is supplied to the catalytic combustor 9 together with the off-gas. A flow path is formed inside the catalytic combustor 9, and a Pt-based catalyst is supported on the wall surface of the flow path.
The catalytic combustor 9 is provided with an electric heater / temperature sensor 9a made of an electric heating material. Since the electric resistance value of the electric heater / temperature sensor 9a depends on the temperature, the electric heater / temperature sensor 9a also functions as a temperature sensor for measuring the temperature of the catalytic combustor 9.

オフガスと空気の混合気体(燃焼ガス)は触媒燃焼器9の流路を流れ、電気ヒータ兼温度センサ9aにより加熱される。触媒燃焼器9の流路を流れている燃焼ガスのうち水素が触媒により燃焼され、これにより燃焼熱が発生する。燃焼後の排ガスは触媒燃焼器9から断熱パッケージ10の外部に放出される。   A mixed gas (combustion gas) of off gas and air flows through the flow path of the catalytic combustor 9 and is heated by the electric heater / temperature sensor 9a. Of the combustion gas flowing through the flow path of the catalytic combustor 9, hydrogen is combusted by the catalyst, thereby generating combustion heat. The exhaust gas after combustion is discharged from the catalytic combustor 9 to the outside of the heat insulation package 10.

この触媒燃焼器9で発生した燃焼熱は発電セル8の温度を高温(約500〜1000℃程度)に維持するのに用いられる。そして、発電セル8の熱は、改質器6、気化器4に伝導し、気化器4における蒸発、改質器6における水蒸気改質反応に用いられる。   The combustion heat generated in the catalytic combustor 9 is used to maintain the temperature of the power generation cell 8 at a high temperature (about 500 to 1000 ° C.). The heat of the power generation cell 8 is conducted to the reformer 6 and the vaporizer 4 and used for evaporation in the vaporizer 4 and a steam reforming reaction in the reformer 6.

次に、断熱パッケージ10の具体的な構成について説明する。
図4は断熱パッケージ10の斜視図であり、図5は断熱パッケージ10の内部構造を示す透視図であり、図6は図5の断熱パッケージ10の内部構造を下側から見た斜視図であり、図7は図4のVII−VII矢視断面図である。図4に示すように、断熱パッケージ10の一つの壁面からは、気化器4の入口、連結部5、アノード出力電極21a及びカソード出力電極21bが突出している。
Next, a specific configuration of the heat insulation package 10 will be described.
4 is a perspective view of the heat insulation package 10, FIG. 5 is a perspective view showing the internal structure of the heat insulation package 10, and FIG. 6 is a perspective view of the internal structure of the heat insulation package 10 of FIG. 7 is a cross-sectional view taken along arrow VII-VII in FIG. As shown in FIG. 4, the inlet of the vaporizer 4, the connecting portion 5, the anode output electrode 21 a, and the cathode output electrode 21 b protrude from one wall surface of the heat insulation package 10.

図5〜図7に示すように、断熱パッケージ10内には、気化器4及び連結部5、改質器6、連結部7、燃料電池部20がこの順番に配列されている。なお、燃料電池部20は発電セル8を収容する筐体90と触媒燃焼器9とが一体に形成されてなり、発電セル8の燃料極82からオフガスが触媒燃焼器9に供給される。   As shown in FIGS. 5 to 7, the vaporizer 4, the connecting portion 5, the reformer 6, the connecting portion 7, and the fuel cell portion 20 are arranged in this order in the heat insulating package 10. The fuel cell unit 20 is formed by integrally forming a casing 90 that houses the power generation cell 8 and the catalytic combustor 9, and off gas is supplied from the fuel electrode 82 of the power generation cell 8 to the catalytic combustor 9.

気化器4、連結部5、改質器6、連結部7、燃料電池部20の発電セル8を収納する筐体90及び触媒燃焼器9は高温耐久性と適度な熱伝導性がある金属からなり、例えばインコネル783等のNi系の合金を用いて形成することができる。特に、燃料電池部20のアノード集電極84及びカソード集電極85に接続され、筐体90から引き出されるアノード出力電極21a及びカソード出力電極21bが、発電セル8の温度上昇に伴い、熱膨張率の違いによる応力を受けて破損することを抑制するために、少なくとも、アノード出力電極21a及びカソード出力電極21bと筐体90とを同一の材料により形成することが好ましい。更に、温度上昇に伴い気化器4、連結部5、改質器6、連結部7、燃料電池部20の筐体90及び触媒燃焼器9の間に生じる応力を低減するために、これらを同一の材料により形成することが好ましい。   The casing 90 and the catalytic combustor 9 for housing the power generation cells 8 of the carburetor 4, the connecting part 5, the reformer 6, the connecting part 7, and the fuel cell part 20 are made of a metal having high temperature durability and appropriate thermal conductivity. For example, it can be formed using a Ni-based alloy such as Inconel 783. In particular, the anode output electrode 21a and the cathode output electrode 21b connected to the anode collector electrode 84 and the cathode collector electrode 85 of the fuel cell unit 20 and drawn from the housing 90 have a coefficient of thermal expansion as the temperature of the power generation cell 8 increases. In order to suppress damage due to stress due to the difference, it is preferable that at least the anode output electrode 21a and the cathode output electrode 21b and the housing 90 are formed of the same material. Furthermore, in order to reduce the stress generated between the vaporizer 4, the connecting part 5, the reformer 6, the connecting part 7, the casing 90 of the fuel cell part 20 and the catalytic combustor 9 as the temperature rises, these are the same. It is preferable to form with the material.

断熱パッケージ10の内壁面には輻射防止膜11が、気化器4、連結部5、改質器6、連結部7、燃料電池部20の外壁面には、輻射防止膜12が形成されている。輻射防止膜11,12は輻射による伝熱を防止するものであり、例えばAu、Ag等を用いることができる。輻射防止膜11,12は少なくとも一方を設けることが好ましく、両方設けることがより好ましい。   A radiation preventing film 11 is formed on the inner wall surface of the heat insulating package 10, and a radiation preventing film 12 is formed on the outer wall surface of the vaporizer 4, the connecting part 5, the reformer 6, the connecting part 7, and the fuel cell part 20. . The radiation preventing films 11 and 12 prevent heat transfer due to radiation, and for example, Au, Ag or the like can be used. It is preferable to provide at least one of the radiation preventing films 11 and 12, and it is more preferable to provide both.

気化器4は連結部5とともに断熱パッケージ10を貫通しており、連結部5により気化器4と改質器6とが接続されている。改質器6と燃料電池部20とは連結部7により接続されている。   The vaporizer 4 penetrates the heat insulating package 10 together with the connecting portion 5, and the vaporizer 4 and the reformer 6 are connected by the connecting portion 5. The reformer 6 and the fuel cell unit 20 are connected by a connecting unit 7.

図5,図6に示すように、気化器4、連結部5、改質器6、連結部7、燃料電池部20は一体に形成されており、連結部5、改質器6、連結部7、燃料電池部20の下面は面一に形成されている。   As shown in FIG. 5 and FIG. 6, the vaporizer 4, the connecting portion 5, the reformer 6, the connecting portion 7, and the fuel cell portion 20 are integrally formed, and the connecting portion 5, the reformer 6, and the connecting portion are formed. 7. The lower surface of the fuel cell unit 20 is formed flush.

図8は連結部5、改質器6、連結部7、燃料電池部20の下面図であり、図9は図8のIX−IX矢視断面図である。なお、図8,図9では、アノード出力電極21a及びカソード出力電極21bを省略している。
図8、図9に示すように、改質器6、燃料電池部20の下側の外縁部には、アノード出力電極21a、カソード出力電極21bが配置されるための凹部61a,61b,22a,22bが形成されている。
8 is a bottom view of the connecting portion 5, the reformer 6, the connecting portion 7, and the fuel cell portion 20, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along arrow IX-IX in FIG. 8 and 9, the anode output electrode 21a and the cathode output electrode 21b are omitted.
As shown in FIGS. 8 and 9, at the lower outer edge portion of the reformer 6 and the fuel cell unit 20, the recesses 61a, 61b, 22a, and the like for disposing the anode output electrode 21a and the cathode output electrode 21b, 22b is formed.

また、改質器6の連結部7と接続される箇所は、燃料電池部20に対向する面に対して後退している。このため、連結部7を長くして燃料電池部20から改質器6への熱伝導を低減しながら、燃料電池部20と改質器6との距離を短くして装置を小型化することができる。   Further, the portion connected to the connecting portion 7 of the reformer 6 is retreated with respect to the surface facing the fuel cell portion 20. For this reason, the distance between the fuel cell unit 20 and the reformer 6 is shortened to reduce the size of the apparatus while reducing the heat conduction from the fuel cell unit 20 to the reformer 6 by lengthening the connecting unit 7. Can do.

図8に示すように、連結部5、改質器6、連結部7、燃料電池部20の下面には、セラミック等で絶縁処理が施された後に配線パターン13が形成されている。配線パターン13は、気化器4の下部、改質器6の下部、燃料電池部20の下部に葛折り状に形成され、それぞれ電気ヒータ兼温度センサ4a,6a,9aとなる。電気ヒータ兼温度センサ4a,6a,9aの一端は共通の端子13aに接続され、他端は独立した3つの端子13b,13c,13dにそれぞれ接続されている。これら4つの端子13a,13b,13c,13dは、連結部5の断熱パッケージ10よりも外側となる端部に形成されている。   As shown in FIG. 8, a wiring pattern 13 is formed on the lower surface of the connecting portion 5, the reformer 6, the connecting portion 7, and the fuel cell portion 20 after being subjected to insulation treatment with ceramic or the like. The wiring pattern 13 is formed in a distorted manner at the lower part of the vaporizer 4, the lower part of the reformer 6, and the lower part of the fuel cell unit 20, and serves as the electric heater / temperature sensors 4a, 6a, 9a, respectively. One end of each of the electric heater / temperature sensors 4a, 6a, 9a is connected to a common terminal 13a, and the other end is connected to three independent terminals 13b, 13c, 13d. These four terminals 13 a, 13 b, 13 c, and 13 d are formed at end portions that are outside the heat insulating package 10 of the connecting portion 5.

図10は図8のX−X矢視断面図であり、図11は図10のXI−XI矢視断面図である。
連結部5,7には発電セル8の酸素極83に供給する空気の供給流路51,71、触媒燃焼器9のから排出される排気ガスの排出流路52a,52b,72a,72bが設けられている。また、連結部5には気化器4から改質器6に送出される気体燃料の供給流路53が設けられ、連結部7には改質器6から発電セル8の燃料極82に送出される改質ガスの供給流路73が設けられている。
10 is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 8, and FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line XI-XI of FIG.
The connecting portions 5 and 7 are provided with supply passages 51 and 71 for air supplied to the oxygen electrode 83 of the power generation cell 8 and discharge passages 52 a, 52 b, 72 a and 72 b for exhaust gas discharged from the catalyst combustor 9. It has been. The connecting portion 5 is provided with a supply path 53 for gaseous fuel sent from the vaporizer 4 to the reformer 6. The connecting portion 7 is sent from the reformer 6 to the fuel electrode 82 of the power generation cell 8. A reformed gas supply flow path 73 is provided.

なお、図9に示すように、連結部7の内部には4つの流路71,72a,72b,73が設けられているが、触媒燃焼器9に供給されるオフガス及び空気に対して、触媒燃焼器9から排出される排気ガスの流路径を充分大きくするために、このうち2つを触媒燃焼器9からの排気ガスの流路72a,72bとして用い、他の2つを発電セル8の燃料極82への改質ガスの供給流路73、酸素極83への空気の供給流路71として用いている。   As shown in FIG. 9, four flow paths 71, 72 a, 72 b, and 73 are provided inside the connecting portion 7, but the catalyst against the offgas and air supplied to the catalytic combustor 9 is provided. In order to make the exhaust gas flow path diameter discharged from the combustor 9 sufficiently large, two of these are used as the exhaust gas flow paths 72 a and 72 b from the catalytic combustor 9, and the other two are used for the power generation cell 8. The reformed gas supply channel 73 to the fuel electrode 82 and the air supply channel 71 to the oxygen electrode 83 are used.

アノード出力電極21a及びカソード出力電極21bは、燃料電池部20の連結部7より断熱パッケージ10のアノード出力電極21aが及びカソード出力電極21b貫通する壁面との距離が長くなる位置に接続され、好ましくは、連結部7とは反対側の端部に接続されて引き出されている。アノード出力電極21aはアノード集電極84から、カソード出力電極21bは発電セル8のカソード集電極85から引き出されている。アノード出力電極21a及びカソード出力電極21bは燃料電池部20及び改質器6の凹部61a,61b,22a,22bに沿って配設され、図5,図6に示すように、断熱パッケージ10の内壁面と改質器6との間の空間で箇所折り曲げられ、気化器4の入口、連結部5が突出する断熱パッケージ10の壁面と同一の壁面から外部に突出している。
この折り曲げ部分23a,23bは、アノード出力電極21a、カソード出力電極21bの変形により燃料電池部20と断熱パッケージ10との間の応力緩和構造としての役割を果たす。
The anode output electrode 21a and the cathode output electrode 21b are connected to a position where the distance between the anode output electrode 21a of the heat insulation package 10 and the wall surface penetrating the cathode output electrode 21b is longer than the connecting portion 7 of the fuel cell unit 20, and preferably , Connected to the end opposite to the connecting portion 7 and pulled out. The anode output electrode 21 a is drawn from the anode collector electrode 84, and the cathode output electrode 21 b is drawn from the cathode collector electrode 85 of the power generation cell 8. The anode output electrode 21a and the cathode output electrode 21b are disposed along the recesses 61a, 61b, 22a, and 22b of the fuel cell unit 20 and the reformer 6, and as shown in FIGS. It is bent at four places in the space between the wall surface and the reformer 6, and protrudes to the outside from the same wall surface as the wall surface of the heat insulating package 10 from which the inlet of the vaporizer 4 and the connecting portion 5 protrude.
The bent portions 23a and 23b serve as a stress relaxation structure between the fuel cell unit 20 and the heat insulating package 10 by deformation of the anode output electrode 21a and the cathode output electrode 21b.

図12は定常運転時の断熱パッケージ10内の温度分布を示す模式図である。図12に示すように、例えば燃料電池部20を約800℃程度に保つと、燃料電池部20から連結部7を介して改質器6に、改質器6から連結部5を介して気化器4、断熱パッケージ10の外に熱が移動する。その結果、改質器6は約380℃程度、気化器4は約150℃程度に保たれる。   FIG. 12 is a schematic diagram showing the temperature distribution in the heat insulating package 10 during steady operation. As shown in FIG. 12, for example, when the fuel cell unit 20 is kept at about 800 ° C., vaporization from the fuel cell unit 20 to the reformer 6 via the connecting portion 7 and from the reformer 6 via the connecting portion 5 is performed. Heat moves outside the container 4 and the heat insulation package 10. As a result, the reformer 6 is maintained at about 380 ° C., and the vaporizer 4 is maintained at about 150 ° C.

また、燃料電池部20の熱はアノード出力電極21a及びカソード出力電極21bを介しても断熱パッケージ10の外に移動する。このため、燃料電池装置1を起動した後には、温度上昇により出力電極21a,21bが伸張する。   Further, the heat of the fuel cell unit 20 also moves outside the heat insulating package 10 via the anode output electrode 21a and the cathode output electrode 21b. For this reason, after starting the fuel cell device 1, the output electrodes 21a and 21b expand due to the temperature rise.

図13は温度上昇によるアノード出力電極21a及びカソード出力電極21bの変形を示すシミュレーション図である。アノード出力電極21a及びカソード出力電極21bは燃料電池部20の温度上昇により膨張し、図13の二点鎖線で示す形状から実線で示す形状に変形する。   FIG. 13 is a simulation diagram showing deformation of the anode output electrode 21a and the cathode output electrode 21b due to temperature rise. The anode output electrode 21a and the cathode output electrode 21b expand as the temperature of the fuel cell unit 20 rises, and deform from the shape shown by the two-dot chain line in FIG. 13 to the shape shown by the solid line.

このときアノード出力電極21a及びカソード出力電極21bの折り曲げ部分23a,23bよりも燃料電池部20側の部分24a,24bの方が温度が高いため、より大きく伸張する。ここで、アノード出力電極21a及びカソード出力電極21bは、一端が燃料電池部20のアノード集電極84及びカソード集電極85に接続され、他端が断熱パッケージ10の気化器4側の壁面に接合されて、外部に突出するように構成されているため、アノード出力電極21a及びカソード出力電極21bは、この伸張による応力を受ける。しかしながら、アノード出力電極21a及びカソード出力電極21bは折り曲げ部分23a,23bを有しているため、この折り曲げ部分23a,23bで伸張による変形を吸収することができて、断熱パッケージ10と燃料電池部20との間に作用する応力を緩和することができる。   At this time, since the temperatures of the portions 24a and 24b on the fuel cell unit 20 side are higher than those of the bent portions 23a and 23b of the anode output electrode 21a and the cathode output electrode 21b, they extend more greatly. Here, one end of the anode output electrode 21 a and the cathode output electrode 21 b is connected to the anode collector electrode 84 and the cathode collector electrode 85 of the fuel cell unit 20, and the other end is joined to the wall surface on the vaporizer 4 side of the heat insulation package 10. Thus, the anode output electrode 21a and the cathode output electrode 21b are subjected to stress due to this extension. However, since the anode output electrode 21a and the cathode output electrode 21b have the bent portions 23a and 23b, the bent portions 23a and 23b can absorb the deformation due to the extension, and the heat insulating package 10 and the fuel cell portion 20 can be absorbed. The stress acting between the two can be relaxed.

また、折り曲げ部分23a,23bを設けることでアノード出力電極21a及びカソード出力電極21bによる伝熱経路が長くなるため、アノード出力電極21a及びカソード出力電極21bを経て燃料電池部20から断熱パッケージ10へ放出される熱損失を低減することができる。   Moreover, since the heat transfer path by the anode output electrode 21a and the cathode output electrode 21b is lengthened by providing the bent portions 23a and 23b, the fuel cell unit 20 releases the heat insulation package 10 through the anode output electrode 21a and the cathode output electrode 21b. Heat loss can be reduced.

<変形例>
図14、図15、図16は断熱パッケージの内部構造の変形例を示す斜視図である。上記の実施形態においては、断面四角形状のアノード出力電極21a及びカソード出力電極21bを用いたが、例えば図14に示すような断面三角形状のアノード出力電極25a及びカソード出力電極25bを用いてもよい。また、図15に示すような断面円形状のアノード出力電極26a及びカソード出力電極26bを用いてもよい。また、折り曲げ部分23a,23bにおいて、上記の実施形態においては、図5,図6に示すように、アノード出力電極21a及びカソード出力電極21bを3箇所、直角に屈曲させた形状としたが、図14、図15に示すように、折り曲げ部分における屈曲箇所を円弧状にして、滑らかに曲げるようにしてもよい。この場合、応力が屈曲箇所に集中することを抑制して、応力を折り曲げ部分全体に分散させるようにすることができて、応力による破損を抑制することができる。
<Modification>
14, FIG. 15 and FIG. 16 are perspective views showing modifications of the internal structure of the heat insulation package. In the above embodiment, the anode output electrode 21a and the cathode output electrode 21b having a quadrangular cross section are used. However, for example, the anode output electrode 25a and the cathode output electrode 25b having a triangular cross section as shown in FIG. 14 may be used. . Further, an anode output electrode 26a and a cathode output electrode 26b having a circular cross section as shown in FIG. 15 may be used. Further, in the above-described embodiment, the bent portions 23a and 23b have three anode output electrodes 21a and cathode output electrodes 21b bent at right angles as shown in FIGS. 5 and 6. As shown in FIG. 14 and FIG. 15, the bent portion in the bent portion may be circularly bent so as to be bent smoothly. In this case, it is possible to suppress the stress from concentrating on the bent portion and to disperse the stress over the entire bent portion, and it is possible to suppress damage due to the stress.

あるいは、図16に示すように、断熱パッケージ10の内壁面と改質器6との間の空間で応力緩和構造をコイル状に形成したアノード出力電極27a及びカソード出力電極27bを用いてもよい。この場合、折り曲げ部分における応力の吸収を更に良好に行うことができて、応力による破損を良好に防止することができる。   Alternatively, as illustrated in FIG. 16, an anode output electrode 27 a and a cathode output electrode 27 b in which a stress relaxation structure is formed in a coil shape in a space between the inner wall surface of the heat insulating package 10 and the reformer 6 may be used. In this case, it is possible to more favorably absorb the stress at the bent portion, and to prevent breakage due to the stress.

また、断熱パッケージ10を薄型にするために、薄型にした気化器104、改質器106、燃料電池部120を用いる場合は、図17に示すように、葛折り状の折り曲げ部分29a,29bを形成したアノード出力電極28a及びカソード出力電極28bを用いてもよい。   Further, in the case of using the thin vaporizer 104, the reformer 106, and the fuel cell unit 120 in order to make the heat insulation package 10 thin, as shown in FIG. The formed anode output electrode 28a and cathode output electrode 28b may be used.

燃料電池装置を搭載した携帯用の電子機器を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the portable electronic device carrying a fuel cell apparatus. 発電セルの模式図である。It is a schematic diagram of a power generation cell. 発電セルスタックの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a power generation cell stack. 断熱パッケージの斜視図である。It is a perspective view of a heat insulation package. 断熱パッケージの内部構造を示す透視図である。It is a perspective view which shows the internal structure of a heat insulation package. 図5の断熱パッケージの内部構造を下側から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the internal structure of the heat insulation package of FIG. 5 from the lower side. 図4のVII−VII矢視断面図である。It is a VII-VII arrow sectional view of Drawing 4. 連結部、改質器、連結部、燃料電池部の下面図である。It is a bottom view of a connection part, a reformer, a connection part, and a fuel cell part. 図8のIX−IX矢視断面図である。It is IX-IX arrow sectional drawing of FIG. 図8のX−X矢視断面図である。It is XX arrow sectional drawing of FIG. 図10のXI−XI矢視断面図である。It is XI-XI arrow sectional drawing of FIG. 定常運転時の断熱パッケージ内の温度分布を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the temperature distribution in the heat insulation package at the time of steady operation. 温度上昇による出力電極の変形を示すシミュレーション図である。It is a simulation figure which shows the deformation | transformation of the output electrode by a temperature rise. 断熱パッケージの内部構造の変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the modification of the internal structure of a heat insulation package. 断熱パッケージの内部構造の変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the modification of the internal structure of a heat insulation package. 断熱パッケージの内部構造の変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the modification of the internal structure of a heat insulation package. 断熱パッケージの内部構造の変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the modification of the internal structure of a heat insulation package.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池装置
4,104 気化器
5 連結部(第1連結部)
6,106 改質器
7 連結部(第2連結部)
8 発電セル
9 触媒燃焼器
10 断熱パッケージ(断熱容器)
20,120 燃料電池部
21a,25a,26a,27a,28a アノード出力電極(出力電極)
21b,25b,26b,27b,28b カソード出力電極(出力電極)
23a,23b,24a,24b,29a,29b 折り曲げ部分(応力緩和構造)
80 セルスタック
100 電子機器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell apparatus 4,104 Vaporizer 5 Connection part (1st connection part)
6,106 Reformer 7 Connecting part (second connecting part)
8 Power generation cell 9 Catalytic combustor 10 Thermal insulation package (thermal insulation container)
20, 120 Fuel cell section 21a, 25a, 26a, 27a, 28a Anode output electrode (output electrode)
21b, 25b, 26b, 27b, 28b Cathode output electrode (output electrode)
23a, 23b, 24a, 24b, 29a, 29b Bent part (stress relaxation structure)
80 cell stack 100 electronic equipment

Claims (18)

断熱容器と、
前記断熱容器に収容され、原燃料が供給されて燃料ガスを生成する改質器と、
前記断熱容器に収容され、前記改質器よりも高温に設定され、前記燃料ガスが供給され、該燃料ガスの電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、
一端が前記発電セルに接続され、他端が前記断熱容器の壁面より外部へ引き出される出力電極と、を備え、
前記出力電極は、複数の屈曲箇所を備えた応力緩和構造を有し、
前記断熱容器の前記出力電極が引き出される前記壁面から前記発電セルまでの距離は、該壁面から前記改質器までの距離より長いことを特徴とする燃料電池装置。
An insulated container;
A reformer housed in the heat insulating container and supplied with raw fuel to generate fuel gas;
A power generation cell housed in the heat insulating container, set at a higher temperature than the reformer, supplied with the fuel gas, and taking out electric power by an electrochemical reaction of the fuel gas;
An output electrode having one end connected to the power generation cell and the other end drawn out from the wall surface of the heat insulating container;
The output electrode has a stress relaxation structure having a plurality of bent portions,
The fuel cell device, wherein a distance from the wall surface from which the output electrode of the heat insulating container is drawn to the power generation cell is longer than a distance from the wall surface to the reformer.
前記出力電極の断面形状は、四角形、三角形及び円形の何れかであることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池装置。   2. The fuel cell device according to claim 1, wherein a cross-sectional shape of the output electrode is any one of a square, a triangle, and a circle. 前記燃料電池装置は、前記発電セルを収容し、前記出力電極が貫通する筐体を有し、前記出力電極と前記筐体は同一の材料からなることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池装置。   2. The fuel according to claim 1, wherein the fuel cell device has a casing that houses the power generation cell and through which the output electrode penetrates, and the output electrode and the casing are made of the same material. Battery device. 前記応力緩和構造は、前記断熱容器の前記出力電極が引き出される前記壁面と前記改質器との間の空間内に設けられることを特徴とする請求項に記載の燃料電池装置。 2. The fuel cell device according to claim 1 , wherein the stress relaxation structure is provided in a space between the wall surface from which the output electrode of the heat insulating container is drawn and the reformer. 前記応力緩和構造における前記出力電極の屈曲箇所において、前記出力電極は直角に折り曲げられていることを特徴とする請求項に記載の燃料電池装置。 At the bent portion of the output electrode in the stress relieving structure, the fuel cell system according to claim 1, wherein the output electrode is characterized by being bent at a right angle. 前記応力緩和構造における前記出力電極の屈曲箇所において、前記出力電極は円弧状に折り曲げられていることを特徴とする請求項に記載の燃料電池装置。 At the bent portion of the output electrode in the stress relieving structure, the fuel cell system according to claim 1, wherein the output electrode is characterized by being bent in an arc shape. 前記応力緩和構造における前記出力電極の屈曲箇所において、前記出力電極は葛折り状に折り曲げられていることを特徴とする請求項に記載の燃料電池装置。 At the bent portion of the output electrode in the stress relieving structure, the fuel cell system according to claim 1, wherein the output electrode is bent in a zigzag shape. 前記燃料電池装置は、前記断熱容器と前記改質器との間を連結する第1連結部と、前記改質器と前記発電セルとの間を連結する第2連結部とを備え、
前記発電セルに接続される前記出力電極の一端の前記断熱容器の前記壁面からの距離は、該壁面から前記第2連結部までの距離より長いことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池装置。
The fuel cell device includes a first connection part that connects the heat insulating container and the reformer, and a second connection part that connects the reformer and the power generation cell,
2. The fuel cell according to claim 1, wherein a distance from the wall surface of the heat insulating container to one end of the output electrode connected to the power generation cell is longer than a distance from the wall surface to the second connecting portion. apparatus.
前記燃料電池装置は、前記発電セルを収容し、前記出力電極が貫通する筐体を有し、前記第1連結部、前記改質器、前記第2連結部、前記筐体及び前記出力電極は同一の材料からなることを特徴とする請求項に記載の燃料電池装置。 The fuel cell device includes a housing that houses the power generation cell and through which the output electrode penetrates. The first connecting portion, the reformer, the second connecting portion, the housing, and the output electrode are The fuel cell device according to claim 8, which is made of the same material. 前記燃料電池装置は、前記発電セルを収容し、前記出力電極が貫通する筐体を有し、前記第1連結部、前記改質器、前記第2連結部、前記筐体及び前記出力電極はNi系合金からなることを特徴とする請求項に記載の燃料電池装置。 The fuel cell device includes a housing that houses the power generation cell and through which the output electrode penetrates. The first connecting portion, the reformer, the second connecting portion, the housing, and the output electrode are The fuel cell device according to claim 8 , which is made of a Ni-based alloy. 前記第1連結部には、前記改質器から伝播する熱により前記原燃料を気化させる気化器が設けられていることを特徴とする請求項に記載の燃料電池装置。 The fuel cell device according to claim 8 , wherein the first connecting portion is provided with a vaporizer that vaporizes the raw fuel by heat propagating from the reformer. 前記燃料電池装置は、前記発電セルから排出される未反応の燃料ガスを燃焼する燃焼器をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池装置。   The fuel cell apparatus according to claim 1, further comprising a combustor that burns unreacted fuel gas discharged from the power generation cell. 前記改質器は前記発電セルから伝播する熱により改質反応を行うことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池装置。   The fuel cell apparatus according to claim 1, wherein the reformer performs a reforming reaction by heat propagated from the power generation cell. 前記発電セルには固体酸化物型電解質が用いられていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池装置。   2. The fuel cell device according to claim 1, wherein a solid oxide electrolyte is used in the power generation cell. 断熱容器と、前記断熱容器に収容され、原燃料が供給されて燃料ガスを生成する改質器と、前記断熱容器に収容され、前記改質器よりも高温に設定され、前記燃料ガスが供給され、該燃料ガスの電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、一端が前記発電セルに接続され、他端が前記断熱容器の壁面より外部へ引き出される出力電極と、を備え、前記出力電極は、複数の屈曲箇所を備えた応力緩和構造を有し、前記断熱容器の前記出力電極が引き出される前記壁面から前記発電セルまでの距離が該壁面から前記改質器までの距離より長い燃料電池装置と、
前記燃料電池装置の前記出力電極の他端に接続され、前記発電セルから取り出される前記電力により駆動される負荷と、を備えることを特徴とする電子機器。
A heat insulating container, a reformer housed in the heat insulating container and supplied with raw fuel to generate fuel gas, and housed in the heat insulating container, set at a higher temperature than the reformer, and supplied with the fuel gas is a power generation cell draw power by an electrochemical reaction of the fuel gas, one end connected to said power generation cells includes an output electrode to which the other end is pulled out to the outside from the wall surface of the heat insulating container, wherein the output electrode A fuel cell device having a stress relaxation structure having a plurality of bent portions, wherein a distance from the wall surface from which the output electrode of the heat insulating container is drawn to the power generation cell is longer than a distance from the wall surface to the reformer When,
An electronic device comprising: a load connected to the other end of the output electrode of the fuel cell device and driven by the electric power taken out from the power generation cell.
前記燃料電池装置は、前記断熱容器と前記改質器との間を連結する第1連結部と、前記改質器と前記発電セルとの間を連結する第2連結部とを備え、
前記発電セルに接続される前記出力電極の一端の前記断熱容器の前記壁面からの距離は、該壁面から前記第2連結部までの距離より長いことを特徴とする請求項15に記載の電子機器。
The fuel cell device includes a first connection part that connects the heat insulating container and the reformer, and a second connection part that connects the reformer and the power generation cell,
The electronic device according to claim 15 , wherein a distance from the wall surface of the heat insulating container to one end of the output electrode connected to the power generation cell is longer than a distance from the wall surface to the second connecting portion. .
前記燃料電池装置は、前記発電セルを収容し、前記出力電極が貫通する筐体を有し、前記出力電極と前記筐体は同一の材料からなることを特徴とする請求項15に記載の電子機器。 16. The electron according to claim 15 , wherein the fuel cell device has a housing that houses the power generation cell and through which the output electrode penetrates, and the output electrode and the housing are made of the same material. machine. 前記燃料電池装置における前記発電セルには固体酸化物型電解質が用いられていることを特徴とする請求項15に記載の電子機器。 The electronic device according to claim 15 , wherein a solid oxide electrolyte is used for the power generation cell in the fuel cell device.
JP2006263167A 2006-01-17 2006-09-27 FUEL CELL DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE EQUIPPED WITH THE SAME Expired - Fee Related JP4311430B2 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006263167A JP4311430B2 (en) 2006-09-27 2006-09-27 FUEL CELL DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE EQUIPPED WITH THE SAME
TW096101532A TWI338967B (en) 2006-01-17 2007-01-16 Reactor device
KR1020070004989A KR100824472B1 (en) 2006-01-17 2007-01-17 Reactor device
CN2008101738192A CN101414687B (en) 2006-01-17 2007-01-17 Reactor device
US11/654,452 US7758822B2 (en) 2006-01-17 2007-01-17 Reactor device
HK08100189.3A HK1106332A1 (en) 2006-01-17 2008-01-08 Reactor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006263167A JP4311430B2 (en) 2006-09-27 2006-09-27 FUEL CELL DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE EQUIPPED WITH THE SAME

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008084692A JP2008084692A (en) 2008-04-10
JP4311430B2 true JP4311430B2 (en) 2009-08-12

Family

ID=39355328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006263167A Expired - Fee Related JP4311430B2 (en) 2006-01-17 2006-09-27 FUEL CELL DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE EQUIPPED WITH THE SAME

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4311430B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009274032A (en) * 2008-05-16 2009-11-26 Casio Comput Co Ltd Reactor, and electronic equipment

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008084692A (en) 2008-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4407681B2 (en) FUEL CELL DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE EQUIPPED WITH THE SAME
KR100824472B1 (en) Reactor device
US7335432B2 (en) Solid oxide fuel cell portable power source
JP4985600B2 (en) Electronics
JP5066927B2 (en) FUEL CELL DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE
JP2011222136A (en) Fuel cell module
JP5071454B2 (en) Fuel cell device
JP4683029B2 (en) FUEL CELL DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE
KR100965436B1 (en) Reaction apparatus
JP4311430B2 (en) FUEL CELL DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE EQUIPPED WITH THE SAME
JP5396718B2 (en) POWER GENERATION DEVICE, ITS CONTROL DEVICE, OPERATION METHOD, AND ELECTRONIC DEVICE
JP4285522B2 (en) FUEL CELL, FUEL CELL STACK, FUEL CELL DEVICE, AND ELECTRONIC DEVICE
JP2010120809A (en) Method of manufacturing reactor, and reactor
JP5103754B2 (en) Fuel cell device
JP5223501B2 (en) FUEL CELL DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE
JP5286824B2 (en) Power generation device and electronic device
JP5228739B2 (en) Reaction apparatus and electronic equipment
JP2017130273A (en) Solid oxide fuel battery stack, solid oxide fuel battery module, and solid oxide fuel battery system
JP2009123711A (en) Fuel cell, fuel cell stack, fuel cell device, and electronic apparatus
JP2017033628A (en) Solid oxide type fuel battery stack, solid oxide type fuel battery module and solid oxide type fuel battery system

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20081121

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20081202

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090114

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090421

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090504

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120522

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120522

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130522

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130522

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees