JP4407681B2

JP4407681B2 - 燃料電池装置及びこれを備える電子機器

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Publication number: JP4407681B2
Application number: JP2006263053A
Authority: JP
Inventors: 忠夫山本
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2026-09-27
Also published as: JP2008084690A

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。

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。

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（Ｏ^2-）となり固体酸化物型電解質を透過し燃料極に到達する。Ｏ^2-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。

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。

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

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。

本発明の課題は、燃料電池装置の熱損失を低減することである。

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、燃料ガスと酸素との電気化学反応により電力を取り出すアノード及びカソードの２つの電極を有する発電セルと、導体からなり、前記断熱容器と前記発電セルとの間を連結するとともに、前記発電セルの一方の電極に導通し、前記一方の電極の出力電極である連結部と、一端が前記発電セルの他方の電極に接続され、他端が前記断熱容器の壁面より外部へ引き出される前記他方の電極の出力電極と、を備え、前記他方の電極の出力電極と前記断熱容器の壁面とは、電気的に絶縁され、前記連結部は、前記他方の電極の出力電極を引き出した前記壁面と同一の壁面で、前記断熱容器の外部へ引き出され、前記連結部は、原燃料が供給されて前記発電セルから伝播する熱により前記燃料ガスを生成する改質反応を行う改質器と、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、前記第１連結部には、前記改質器から伝播する熱により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燃料電池装置である。

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、前記他方の電極の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、前記他方の電極の出力電極が貫通する筐体を有し、前記一方及び他方の電極の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４に記載の発明は、請求項１に燃料電池装置であって、前記他方の電極の出力電極の一端は、前記他方の電極の出力電極が引き出される前記壁面からの距離が大きくなる側の端部に接続されることを特徴とする。

請求項５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、前記他方の電極の出力電極は、複数の屈曲箇所を備えた応力緩和構造を有していることを特徴とする。

請求項６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、前記発電セルに接続される前記他方の電極の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大きいことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項５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他方の電極の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８に記載の発明は、請求項５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他方の電極の出力電極の屈曲箇所において、前記他方の電極の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９に記載の発明は、請求項５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他方の電極の出力電極の屈曲箇所において、前記他方の電極の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１０に記載の発明は、請求項５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他方の電極の出力電極の屈曲箇所において、前記他方の電極の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１１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。

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１３に記載の発明は、断熱容器と、前記断熱容器に収容され、燃料ガスと酸素との電気化学反応により電力を取り出すアノード及びカソードの２つの電極を有する発電セルと、導体からなり、前記断熱容器と前記発電セルとの間を連結するとともに、前記発電セルの一方の電極に導通し、前記一方の電極の出力電極である連結部と、一端が前記発電セルの他方の電極に接続され、他端が前記断熱容器の壁面より外部へ引き出される前記他方の電極の出力電極と、を備え、前記他方の電極の出力電極と前記断熱容器の壁面とは、電気的に絶縁され、前記連結部は、前記他方の電極の出力電極を引き出した前記壁面と同一の壁面で、前記断熱容器の外部へ引き出され、前記連結部は、原燃料が供給されて前記発電セルから伝播する熱により前記燃料ガスを生成する改質反応を行う改質器と、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、前記第１連結部には、前記改質器から伝播する熱により原燃料を気化させる気化器が設けられている燃料電池装置と、前記燃料電池装置の前記一方及び他方の電極の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。

請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の電子機器であって、前記他方の電極の出力電極は、複数の屈曲箇所を備えた応力緩和構造を有していることを特徴とする。

請求項１５に記載の発明は、請求項１３に記載の電子機器であって、前記他方の電極の出力電極の一端は、前記他方の電極の出力電極が引き出される前記壁面からの距離が大きくなる側の端部に接続されることを特徴とする。

請求項１６に記載の発明は、請求項１３に記載の電子機器であって、前記発電セルに接続される前記他方の電極の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大きいことを特徴とする。

請求項１７に記載の発明は、請求項１３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、前記他方の電極の出力電極が貫通する筐体を有し、前記他方の電極の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。

本発明によれば、発電セルの熱損失を低減することができる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）

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。
Ｈ₂＋ＣＯ₂→Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ …（２）
生成した改質ガスは発電セル８に送出される。

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。発電セル８は筐体８０に収容されており、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。
なお、カソード集電極８５のみが筐体８０と接触し、他の酸素極８３、固体酸化物電解質８１、燃料極８２、アノード集電極８４はセラミック等の絶縁材８８により筐体８０から絶縁されている。

固体酸化物電解質８１には、ジルコニア系の（Ｚｒ_1-xＹ_x）Ｏ_2-x/2（ＹＳＺ）、ランタンガレード系の（Ｌａ_1-xＳｒ_x）（Ｇａ_1-y-zＭｇ_yＣｏ_z）Ｏ₃等を、燃料極８２にはＬａ_0.84Ｓｒ_0.16ＭｎＯ₃、Ｌａ（Ｎｉ，Ｂｉ）Ｏ₃、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃＋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＋Ａｌ₂Ｏ₃等を、それぞれ用いることができる。

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。
Ｏ₂＋４ｅ^-→２Ｏ^2- …（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。

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から送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。
Ｈ₂＋Ｏ^2-→Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^- …（４）
ＣＯ＋Ｏ^2-→ＣＯ₂＋２ｅ^- …（５）

アノード集電極８４はアノード出力電極２１ａに接続されており、カソード集電極８５は後述するようにカソード出力電極２１ｂと導通している。アノード出力電極２１ａ、カソード出力電極２１ｂはＤＣ／ＤＣコンバータ９０２に接続されている。このため、燃料極８２において生成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、カソード出力電極２１ｂを経て、後述するように筐体８０よりカソード集電極８５に供給される。

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８００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のみ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のみを筐体８０に当接させる。

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。

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。

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。

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。

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。

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は図４のV矢視図であり、図６は断熱パッケージ１０の内部構造を示す透視図であり、図７は図６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８は図４のVIII−VIII矢視断面図である。図４に示すように、断熱パッケージ１０の一つの壁面を気化器４の入口、連結部５、アノード出力電極２１ａが貫通し、同一の壁面からカソード出力電極２１ｂが突出している。

図６〜図８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８０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。

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８０及び触媒燃焼器９、断熱パッケージ１０、アノード出力電極２１ａ及びカソード出力電極２１ｂ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系の合金インコネルを用いて形成することができる。

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。

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。

図６，図７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。

図９は断熱パッケージ１０内の電子の流路を示す模式図である。図９に示すように、電子はカソード電極２１ｂと導通された断熱パッケージ１０、連結部５及び気化器４、改質器６、連結部７、燃料電池部２０の筐体８０を経てカソード集電極８５から酸素極８３に供給される。一方、燃料極８２において生成される電子はアノード出力電極２１ａを経て外部に出力される。

カソード出力電極２１ｂはグラウンド（ＧＮＤ）に接続されており、このカソード出力電極２１ｂに対するアノード出力電極２１ａの電位差（Ｖ_out）が発電セル８の出力電圧となる。
なお、カソード出力電極２１ｂを別途設けずに、断熱パッケージ１０や、断熱パッケージ１０から突出する気化器４や連結部５をそのままカソード側の出力電極として用いてもよい。

図１０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１１は図１０のXI−XI矢視断面図である。なお、図１０，図１１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１０、図１１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が配置されるための凹部６１，２２が形成されている。

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。

図１０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。
なお、連結部５の断熱パッケージ１０を貫通する部分には、電気ヒータ兼温度センサ４ａ，６ａ，９ａが断熱パッケージ１０と導通し内容に絶縁処理が施されている。

図１２は図１０のXII−XII矢視断面図であり、図１３は図１２のXIII−XIII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。

なお、図１１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。

アノード出力電極２１ａ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が貫通する壁面との距離が大き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。図２，図３に示すように、アノード出力電極２１ａはアノード集電極８４から筐体８０を貫通して引き出されている。なお、アノード電極２１ａと筐体８０との間はガラス、セラミック等の絶縁材８９で封止されている。

アノード出力電極２１ａは燃料電池部２０及び改質器６の凹部６１，２２に沿って配設され、図６，図７に示すように、断熱パッケージ１０の内壁面と改質器６との間の空間で折り曲げられている。この折り曲げ部分２３は、アノード出力電極２１ａ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。

アノード電極２１ａの端部は気化器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。なお、アノード電極２１ａと断熱パッケージ１０との間は、図５に示すように、フリットガラス等の絶縁性シール材１４により封止されている。

図１４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１４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。

また、燃料電池部２０の熱はアノード出力電極２１ａ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が伸張する。

図１５は温度上昇によるアノード出力電極２１ａ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は燃料電池部２０の温度上昇により膨張し、図１５の二点鎖線で示す形状から実線で示す形状に変形する。

このときアノード出力電極２１ａの折り曲げ部分２３よりも燃料電池部２０側の部分２４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は、一端が燃料電池部２０のアノード集電極８４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は折り曲げ部分２３を有しているため、この折り曲げ部分２３で伸張による変形を吸収することができるため、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。

また、気化器４、連結部５、改質器６、連結部７、筐体８０に導体を用い、カソード集電極８５に接続する出力電極を代用することで、カソード集電極８５と接続されるカソード出力電極を省略することができるため、伝熱経路を減らし、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。さらに、折り曲げ部分２３を設けることでアノード出力電極２１ａによる伝熱経路が長くなるため、アノード出力電極２１ａ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より低減することができる。

＜変形例＞
図１６、図１７、図１８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を用いたが、例えば図１６に示すような断面三角形状のアノード出力電極２５を用いてもよい。また、図１７に示すような断面円形状のアノード出力電極２６を用いてもよい。また、折り曲げ部分２３において、上記の実施形態においては、図６，図７に示すように、３箇所、直角に屈曲させた形状としたが、図１６、図１７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。

あるいは、図１８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２７を用いてもよい。

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１９に示すように、葛折り状の折り曲げ部分２９を形成したアノード出力電極２８を用いてもよい。

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。発電セルの模式図である。発電セルスタックの一例を示す模式図である。断熱パッケージの斜視図である。図４のV矢視図である。断熱パッケージの内部構造を示す透視図である。図６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。図４のVIII−VIII矢視断面図である。断熱パッケージ内の電子の流路を示す模式図である。連結部、改質器、連結部、燃料電池部の下面図である。図１０のXI−XI矢視断面図である。図１０のXII−XII矢視断面図である。図１２のXIII−XIII矢視断面図である。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。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。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。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。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。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。

符号の説明

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，２５，２６，２７，２８アノード出力電極（出力電極）
２３，２９折り曲げ部分（応力緩和構造）
１００電子機器
８００セルスタック

Claims

断熱容器と、
前記断熱容器に収容され、燃料ガスと酸素との電気化学反応により電力を取り出すアノード及びカソードの２つの電極を有する発電セルと、
導体からなり、前記断熱容器と前記発電セルとの間を連結するとともに、前記発電セルの一方の電極に導通し、前記一方の電極の出力電極である連結部と、
一端が前記発電セルの他方の電極に接続され、他端が前記断熱容器の壁面より外部へ引き出される前記他方の電極の出力電極と、
を備え、
前記他方の電極の出力電極と前記断熱容器の壁面とは、電気的に絶縁され、
前記連結部は、前記他方の電極の出力電極を引き出した前記壁面と同一の壁面で、前記断熱容器の外部へ引き出され、
前記連結部は、原燃料が供給されて前記発電セルから伝播する熱により前記燃料ガスを生成する改質反応を行う改質器と、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、
前記第１連結部には、前記改質器から伝播する熱により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燃料電池装置。
前記他方の電極の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。
前記燃料電池装置は、前記発電セルを収容し、前記他方の電極の出力電極が貫通する筐体を有し、前記一方及び他方の電極の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。
前記他方の電極の出力電極の一端は、前記他方の電極の出力電極が引き出される前記壁面からの距離が大きくなる側の端部に接続されることを特徴とする請求項１に燃料電池装置。
前記他方の電極の出力電極は、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。
前記発電セルに接続される前記他方の電極の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大きいことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
前記応力緩和構造は、前記断熱容器の前記他方の電極の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５に記載の燃料電池装置。
前記応力緩和構造における前記他方の電極の出力電極の屈曲箇所において、前記他方の電極の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５に記載の燃料電池装置。
前記応力緩和構造における前記他方の電極の出力電極の屈曲箇所において、前記他方の電極の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５に記載の燃料電池装置。
前記応力緩和構造における前記他方の電極の出力電極の屈曲箇所において、前記他方の電極の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５に記載の燃料電池装置。
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。
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。
断熱容器と、前記断熱容器に収容され、燃料ガスと酸素との電気化学反応により電力を取り出すアノード及びカソードの２つの電極を有する発電セルと、導体からなり、前記断熱容器と前記発電セルとの間を連結するとともに、前記発電セルの一方の電極に導通し、前記一方の電極の出力電極である連結部と、一端が前記発電セルの他方の電極に接続され、他端が前記断熱容器の壁面より外部へ引き出される前記他方の電極の出力電極と、を備え、前記他方の電極の出力電極と前記断熱容器の壁面とは、電気的に絶縁され、前記連結部は、前記他方の電極の出力電極を引き出した前記壁面と同一の壁面で、前記断熱容器の外部へ引き出され、前記連結部は、原燃料が供給されて前記発電セルから伝播する熱により前記燃料ガスを生成する改質反応を行う改質器と、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、前記第１連結部には、前記改質器から伝播する熱により原燃料を気化させる気化器が設けられている燃料電池装置と、
前記燃料電池装置の前記一方及び他方の電極の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。
前記他方の電極の出力電極は、複数の屈曲箇所を備えた応力緩和構造を有していることを特徴とする請求項１３に記載の電子機器。
前記他方の電極の出力電極の一端は、前記他方の電極の出力電極が引き出される前記壁面からの距離が大きくなる側の端部に接続されることを特徴とする請求項１３に記載の電子機器。
前記発電セルに接続される前記他方の電極の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大きいことを特徴とする請求項１３に記載の電子機器。
前記燃料電池装置は、前記発電セルを収容し、前記他方の電極の出力電極が貫通する筐体を有し、前記他方の電極の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１３に記載の電子機器。