JP5106944B2 - 発電装置 - Google Patents
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Description
また燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられN型熱電素子として動作する燃料極と、燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられP型熱電素子として動作する空気極とに挟持された電解質を有して、燃料ガス流路内部において単室型燃料電池として電力を発生する第1および第2の燃料電池セルを有し、第1の燃料電池セルの燃料極と、第2の燃料電池セルの空気極とが、燃料ガス流路外部において電気的に接続された発電装置では、第1の燃料電池セル燃料電池セルの起電力に、P型熱電素子の起電力、N型熱電素子起電力および第2の燃料電池セルの起電力が加算される(請求項4)。
(発電装置、燃料電池セルおよび熱電素子等の構成等について)
発電装置10aは、ガス流路11、燃料電池セル20a、P型熱電素子30、N型熱電素子40’を有している。燃料電池セル20aは、固体酸化物型電解質21、燃料極22、および空気極として動作するP型熱電素子30を有し、図示しない支持部材でガス流路11の内部11aに位置づけられて、単室型固体酸化物型燃料電池セルとして動作するものである。
固体酸化物型電解質21および燃料極22は、何れも略平板形状を有し、固体酸化物型電解質21の一方の面21aに燃料極22が接合された状態で、通流方向Aと平行するようにガス流路11の例えば中心軸近傍に位置づけられている。こうして燃料極22は、燃料ガスの流れにさらされる。固体酸化物型電解質21は、例えば通流方向Aの長さが55mm、幅15mm、そして厚さが0.5mmであり、燃料極22は、通流方向Aの長さが50mm、幅10mm、そして厚さが0.1mmである。
燃料電池セル20aの固体酸化物型電解質21は、例えば、8mol−YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、5mol−YSZ、SDC(スカンジナドープドセリア)、GDC(ガドリウムドープドセリア)、またはScSZ(スカンジア安定化ジルコニア)等で形成することができる。燃料極22は、例えば、NiO+YSZ、NiO+SDC、NiO+GDC、LSCM(ランタンストロンチウムコバルトマンガナイト)、またはFeO3等で形成することができる。
(発電装置10aの動作等について)
発電装置10aでは、燃料ガスがガス流路11へと導入される(図1矢印A)。例えばガソリンエンジン等が排出する燃焼排ガス(例えばCHx、COx、Air等を含み、温度が摂氏500ないし1000度以上である燃焼排ガス)を燃料ガスとして、ガス流路11へと導入すると、燃焼排ガスは、N型熱電素子40’、P型熱電素子30および燃料電池セル20a等に接して、これらを加熱したのちガス流路11から排出される。
第1の発電モジュール51における燃料電池セル20の燃料極22を空気極23に、P型熱電素子30をN型熱電素子40に置き換えて燃料電池セル20’aとし、さらにN型熱電素子40’をP型熱電素子30’に置き換えることができる。かかる発電モジュールを発電モジュール51’とすると(該変形例において、第1の発電モジュール51と異なる構成要素については、図1および図2の括弧に示す)、その起電力は、第1の発電モジュール51と逆極性の起電力、すなわちP型熱電素子30’の一端側30’aから空気極23へと電流を流す起電力を発生する。ここでN型熱電素子40は、燃料電池セル20’aの燃料極として動作できるものであり、例えば、酸化チタン系合金、酸化マンガン系合金、もしくは酸化亜鉛系合金に、白金もしくは酸化ニッケルを分散させ、さらにイオン伝導性セラミックであるセリア系((60vol%−40vol%Ni)−GDC)合金もしくはジルコニア系(ScSZ)合金を分散させたうえで、焼成等によって形成したものである(なお、vol%は容量%であり、GDCはガドリウムドープドセリアであり、ScSZはスカンジア安定化ジルコニアである)。
なお、上記何れの場合においても、P型熱電素子30(または30’)およびN型熱電素子40’(または40)は、何れが通流方向Aの上流側に位置してもよい。また通流方向Aと直交するガス流路11の断面形状が、例えば長円形状もしくは扁平形状である場合には、通流方向Aと直交する同一面上にP型熱電素子30(または30’)およびN型熱電素子40’(または40)を位置づけてもよい。
発電装置10bにおいて、燃料電池セルを燃料電池セル20bだけとしたものである(図5)。この場合には、燃料電池セル20bおよびP型熱電素子30で第2の発電モジュール52’が形成され、その起電力は、燃料電池セル20bの起電力とP型熱電素子30の起電力の合計電圧となる。
発電装置10cでは、図7に示すように、固体酸化物型電解質21の形状によっては、すべてのP型熱電素子30およびN型熱電素子40を、固体酸化物型電解質21の他方の面21bに接合することができる。この場合には、P型熱電素子30およびN型熱電素子40がすべて、通流方向Aと一致する平面上において、ガス流路11を貫通するように離間して位置づけられ、燃料電池セル20dのP型熱電素子30(空気極)と、燃料電池セル20eのN型熱電素子40(燃料極)とが電気的に接続される(発電モジュール53’が形成される)。
発電装置10cにおいて、燃料電池セルを燃料電池セル20dだけとしたものである(図8)。この場合には、燃料電池セル20d、P型熱電素子30(空気極)およびN型熱電素子40(燃料極)で発電モジュール53”が形成され、その起電力は、燃料電池セル20dの起電力に、P型熱電素子30およびN型熱電素子40を加算したものとなる。
11 ガス流路(燃料ガス流路)
11a ガス流路の内部
11b ガス流路の外部
20a 燃料電池セル
20b、20d 燃料電池セル(第1の燃料電池セル)
20c、20e 燃料電池セル(第2の燃料電池セル)
21 固体酸化物型電解質(電解質)
22 燃料極
23 空気極
30、30’ P型熱電素子
40、40’ N型熱電素子
Claims (5)
- 燃料極と空気極に挟持された電解質を有して、高温の燃料ガスが通流する燃料ガス流路内部において単室型燃料電池として電力を発生する燃料電池セルと、前記燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられたP型熱電素子およびN型熱電素子を有し、
前記P型熱電素子が前記燃料電池セルの空気極として動作し、または前記N型熱電素子が前記燃料電池セルの燃料極として動作し、
前記P型熱電素子と前記N型熱電素子が前記燃料ガス流路外部において電気的に接続されて、前記燃料電池セルの起電力に、前記P型熱電素子の起電力および前記N型熱電素子の起電力を加算することを特徴とする発電装置。 - 燃料極と空気極に挟持された電解質を有して、高温の燃料ガスが通流する燃料ガス流路内部において単室型燃料電池として電力を発生する第1および第2の燃料電池セルと、前記燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられたP型熱電素子およびN型熱電素子を有し、
前記N型熱電素子が前記第1の燃料電池セルの燃料極として動作し、且つ前記P型熱電素子が前記第2の燃料電池セルの空気極として動作し、
前記P型熱電素子と前記N型熱電素子が前記燃料ガス流路外部において電気的に接続されて、前記第1の燃料電池セルの起電力に、前記N型熱電素子の起電力、前記P型熱電素子の起電力および前記第2の燃料電池セルの起電力を加算することを特徴とする発電装置。 - 燃料極と空気極に挟持された電解質を有して、高温の燃料ガスが通流する燃料ガス流路内部において単室型燃料電池として電力を発生する燃料電池セルと、前記燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられたP型熱電素子またはN型熱電素子を有し、
前記P型熱電素子が燃料電池セルの空気極として動作して、または前記N型熱電素子が燃料電池セルの燃料極として動作して、前記燃料電池セルの起電力に、前記前記P型熱電素子の起電力または前記N型熱電素子の起電力を加算することを特徴とする発電装置。 - 前記燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられてN型熱電素子として動作する燃料極と、前記燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられてP型熱電素子として動作する空気極とに挟持された電解質を有して、高温の燃料ガスが通流する燃料ガス流路内部において単室型燃料電池として電力を発生する第1および第2の燃料電池セルを有し、
第1の燃料電池セルの燃料極と、第2の燃料電池セルの空気極とが、前記燃料ガス流路外部において電気的に接続されて、
前記第1および第2の燃料電池セルの起電力に、前記各N型熱電素子の起電力および前記各P型熱電素子の起電力を加算することを特徴とする発電装置。 - 前記燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられてN型熱電素子として動作する燃料極と、前記燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられてP型熱電素子として動作する空気極とに挟持された電解質を有して、高温の燃料ガスが通流する燃料ガス流路内部において単室型燃料電池として電力を発生する燃料電池セルを有し、
前記燃料電池セルの起電力に、前記N型熱電素子の起電力および前記P型熱電素子の起電力を加算することを特徴とする発電装置。
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