JP5071454B2 - 燃料電池装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
CH3OH+H2O→3H2+CO2 …(1)
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。
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。
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-→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。
H2+O2-→H2O+2e- …(4)
CO+O2-→CO2+2e- …(5)
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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 (9)
- 断熱容器と、
前記断熱容器に離間して収容され、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1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1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1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。
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