JP5286824B2

JP5286824B2 - 発電装置及び電子機器

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Publication number: JP5286824B2
Application number: JP2008042707A
Authority: JP
Inventors: 忠夫山本
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2008-02-25
Filing date: 2008-02-25
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2028-02-25
Also published as: JP2009199985A

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発電装置及びこれを備える電子機器に関する。

化学反応の技術分野では、種々の混合物質を流路に供給し、電熱ヒータなどで温度管理された流路内に設けられた触媒による化学反応を起こさせて、所望の反応物質を生成する化学反応装置あるいは電力を発生する電力発生器が知られている。このような化学反応装置には、例えば、水素原子を含む有機化合物をもとに水素を主成分とするガスを生成する改質器や、水素と酸素から電力を発生する燃料電池がある。
ここで、所望の化学反応を持続させるためには、高温の反応領域を必要とする。例えば、メタノールを水蒸気改質反応によって水素に改質する場合には約３００℃、固体酸化物燃料電池によって水素と酸素から電力を得る場合には約８００℃に、反応領域の温度を保持しなければならない。これらの温度への昇温あるいは温度維持に必要な熱量は、抵抗発熱体への電力供給による発熱や、触媒燃焼反応の燃焼熱などによって供給される（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−９２８３３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の発電装置では、一つの断熱容器内に燃料電池部や改質器、スパーク電極等の燃焼器が全て一緒に収容されているので、高い燃料電池部から断熱材料外部の大気雰囲気への伝導による伝熱量が抑制されていないため、発電装置のエネルギー効率が低くなってしまうという問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、燃料電池部から大気雰囲気への伝導による伝熱量を抑制することにより、発電装置のエネルギー効率の低下を抑制することのできる発電装置及び電子機器を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、第一の容器と、
前記第一の容器内に収容された第二の容器と、
前記第二の容器内に収容され反応物の反応により電力を取り出す発電セルと、
前記第一の容器を貫通して前記発電セルにより取り出された電力を出力する出力電極と、を備え、
前記第二の容器はその内部に前記出力電極の全体を収容し、前記第一の容器と接続されていて、
前記出力電極はその内部に前記反応物を前記発電セルに供給する供給流路を有することを特徴とする。

請求項２の発明は、第一の容器と、
前記第一の容器内に収容された第二の容器と、
前記第二の容器内に収容され反応物の反応により電力を取り出す発電セルと、
前記第一の容器を貫通して前記発電セルにより取り出された電力を出力する出力電極と、を備え、
前記出力電極はその内部に前記反応物を前記発電セルに供給する供給流路を有し、
前記第二の容器はその内部に前記出力電極の一部を収容し、前記出力電極と接続されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の発電装置において、
前記出力電極のうち前記発電セルと接続された端部と反対側の端部は、前記第一の容器を形成する壁面のうち前記発電セルから最も離れた位置の壁面に接続されていることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発電装置において、
前記第二の容器の外側であって前記第一の容器の内側に燃料ガスを生成する反応器を更に備えることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発電装置において、
前記第二の容器の外側であって前記第一の容器の内側は大気圧よりも低い気圧とされていることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発電装置において、
前記第二の容器は輻射線を反射する反射膜を有することを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発電装置において、
前記第一の容器内に前記発電セルのオフガスを燃焼する燃焼器を更に備えることを特徴とする。
請求項８の発明は、電子機器において、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の発電装置と、
前記発電装置により生成された電気エネルギーによって動作する電子機器本体と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、発電セル及び発電セルにより取り出された電力を出力する出力電極の全体を第二の容器の内部に収容し、第二の容器を第一の容器と接続することにより、発電セルから大気雰囲気への伝導による伝熱を抑制することができ、ひいては、発電装置のエネルギー効率の低下を抑制することができる。

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。
［第一の実施の形態］
図１は、発電装置１００を搭載した携帯用の電子機器１０００を示すブロック図である。この電子機器１０００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。
発電装置１００は、燃料容器１、ポンプＰ、気化器２、改質器３、燃料電池部４、第一の容器５及び第二の容器６等を備える。
燃料容器１は、例えば電子機器に対して着脱可能に設けられており、ポンプＰや第一の容器５は例えば電子機器本体に内蔵されている。

燃料容器１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Ｐは、燃料容器１内の混合液を吸引して、第一の容器５内の気化器２に送液するものである。

第一の容器５は箱状をなし、気化器２、改質器３及び第二の容器６が収容されている。第一の容器５内であって第二の容器６の外側の気圧は大気圧よりも低い気圧とされ、例えば１０Ｐａ以下といった真空圧に保たれている。
第二の容器６には、後述する図４に示すように燃料電池部４及び出力電極部７１，７２が収容されており、燃料電池部４を収容する箱状部６１と、箱状部６１に連通されて出力電極部７１，７２を収容する管状部６２と、を備えている。第二の容器６内は、窒素等の不活性ガスを充填しても良いし、空気を充填しても良い。また、第二の容器６の一部は、第一の容器５に接続されている。さらに、気化器２、改質器３、燃料電池部４は後述の連結部８１，８２（図４参照）によって一体化されている。

気化器２、改質器３には、後述するがそれぞれ電気ヒータ兼温度センサ２a,３aが設けられている。電気ヒータ兼温度センサ２a,３a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２a,３aが気化器２、改質器３の温度を測定する温度センサとしても機能する。
気化器２は、ポンプＰから送られた混合液を電気ヒータ兼温度センサ２aにより約１１０〜１６０℃程度に加熱され気化する。気化器２には改質器３に混合気を送る後述の連結部８１が連結されており、気化器２で気化した混合気は連結部８１を介して改質器３へ送られる。

改質器３の内部には流路（図示しない）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２から改質器３に送られる混合気は、改質器３の流路を流れ、電気ヒータ兼温度センサ３ａ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、燃料ガス）が生成される。なお、原燃料がメタノールの場合、改質器３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）
改質器２には燃料電池部４の発電セル４０に、生成した改質ガスを送る連結部８２が連結されており、改質器３で生成した改質ガスは連結部８２を介して発電セル４０に送られる。

燃料電池部４は、発電セル４０と、発電セル４０を間に挟んで設けられた二つの触媒燃焼器４８,４８とを備える。
図２は発電セル４０の模式図であり、図３は発電セルスタック４００の一例を示す模式図である。図２に示すように、発電セル４０は、固体酸化物電解質４１と、固体酸化物電解質４１の一方の面に形成された燃料極４２（アノード）と、固体酸化物電解質４１の他方の面に形成された酸素極４３（カソード）と、燃料極４２に接合してその接合面に流路４６を形成したアノード集電極４４と、酸素極４３に接合してその接合面に流路４７を形成したカソード集電極４５とを備える。

固体酸化物電解質４１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４２にはＬａ_0.84Ｓｒ_0.16ＭｎＯ₃、Ｌａ（Ｎｉ，Ｂｉ）Ｏ₃、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃＋ＳｎＯ₂、ＬａＣｏＯ₃等を、酸素極４３にはＮｉ、Ｎｉ＋ＹＳＺ等を、アノード集電極４４及びカソード集電極４５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４０は触媒燃焼器４８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４３にはカソード集電極４５の流路４７を介して空気が送られる。酸素極４３では酸素とカソード出力電極７２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４１は酸素イオンの透過性を有し、酸素極４３で生成された酸素イオンを透過させて燃料極４２に到達させる。

燃料極４２にはアノード集電極４４の流路４６を介して改質器３から排出された改質ガスが送られる。酸素極４３では固体酸化物電解質４１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４２に放出される電子はアノード出力電極７１、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７２より酸素極４３に供給される。
Ｈ₂＋Ｏ^2-→Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^- …（４）
ＣＯ＋Ｏ^2-→ＣＯ₂＋２ｅ^- …（５）

アノード集電極４４及びカソード集電極４５には、アノード出力電極７１、カソード出力電極７２が接続され、第一の容器５（図４参照）を貫通して引き出される。ここで、後述するように、第一の容器５は例えばＮｉ系の合金で形成され、アノード出力電極７１及びカソード出力電極７２はガラス、セラミック等の絶縁材５１，５２により第一の容器５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７１及びカソード出力電極７２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４４、燃料極４２、固体酸化物電解質４１、酸素極４３、カソード集電極４５からなる複数の発電セル４０を直列に接続することによって構成した発電セルスタック４００を使用しても良い。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４０のアノード集電極４４をアノード出力電極７１に、他方の端部の発電セル４０のカソード集電極４５をカソード出力電極７２に接続する。本実施形態では後述の図５に示すように発電セルスタック４００を適用しており、この場合、発電セルスタック４００は第二の容器６内に収容される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ９０２は、発電セル４０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４０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４０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。

一方、アノード集電極４４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おり、このオフガスは触媒燃焼器４８に供給される。

触媒燃焼器４８には、オフガスとともに、カソード集電極４５の流路４７を通過した空気が供給されて燃焼する。触媒燃焼器４８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。

オフガスと空気の混合気体（燃焼ガス）は触媒燃焼器４８の流路を流れ、触媒燃焼器４８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４８から連結部８１，８２を介して第一の容器５の外部に放出される。
この触媒燃焼器４８で発生した燃焼熱は発電セル４０の温度を高温（約５００〜１０００℃程度）に維持するのに用いられる。

次に、第一及び第二の容器５，６の構成について説明する。
図４は、発電装置１００の内部構造を示す概略平断面図、図５は、図４の切断線V−Vに沿って切断した際の矢視断面図、図６は、図４の切断線VI−VIに沿って切断した際の矢視断面図である。
図４に示すように、第一の容器５の燃料電池部４とは最も離れた位置にある壁面５aからは燃料を供給する気化器２の入口２１、空気を供給及び排出する配管部８３、アノード出力電極７１及びカソード出力電極７２が突出している。
図４〜図６に示すように、第一の容器５内には、気化器２及び配管部８３、連結部８１、改質器３、連結部８２及び第二の容器６がこの順に配列されて収容されている。
第二の容器６内には、アノード出力電極７１及びカソード出力電極７２、燃料電池部４がこの順に配列されて収容されている。なお、燃料電池部４は複数の発電セル４０を備えた発電セルスタック４００と触媒燃焼器４８とが一体に形成されており、オフガスが複数の発電セル４０の燃料極４２から触媒燃焼器４８にそれぞれ供給される。

第一の容器５及び第二の容器６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４のアノード集電極４４及びカソード集電極４５に接続され、第一の容器５から引き出されるアノード出力電極７１及びカソード出力電極７２が、発電セル４０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７１及びカソード出力電極７２と第一の容器５とを同一の材料により形成することが好ましい。さらに、温度上昇に伴い、配管部８３、気化器２、連結部８１、改質器３、連結部８２、第一の容器５及び第二の容器６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。

気化器２、連結部８１、改質器３及び連結部８２の各外壁面には、輻射防止膜９１が形成されている。また、配管部８３の第一の容器５内に収容されている部分の外壁面にも輻射防止膜９１が形成されている。輻射防止膜９１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。

配管部８３は第一の容器５の一つの面５aに形成された貫通穴（図示しない）を貫通している。また、連結部８１により気化器２と改質器３とが接続されている。改質器３と燃料電池部４とは連結部８２により接続されている。

配管部８３、気化器２、連結部８１、改質器３、連結部８２及び燃料電池部４は一体に形成されており、配管部８３、連結部８１、連結部８２及び燃料電池部４の下面は面一に形成されている。
また、配管部８３は、第一の容器５の内と外とに跨って配されており、連結部８１は第一の容器５内に収容されている。さらに、連結部８２は、第一の容器５の内と第二の容器６の内とに跨って配されている。

図７は、配管部８３、連結部８１、連結部８２の下面に配線パターン９３を形成した図
である。
図７に示すように、配管部８３、連結部８１、連結部８２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９３が形成されている。配線パターン９３は葛折り状に形成され、一端は共通の端子９３aに接続され、他端は独立した二つの端子９３b, ９３cにそれぞれ接続されている。これら３つの端子９３a, ９３b, ９３cは、配管部８３の第一の容器５よりも外側となる端部に形成されている。なお、端子９３bに接続される配線パターン９３は、気化器２の電気ヒータ兼温度センサ２aとなり、端子９３cに接続される配線パターン９３は、改質器３の電気ヒータ兼温度センサ３aとなる。

配管部８３、連結部８１及び連結部８２には発電セル４０の酸素極８３に供給する空気の供給流路（図示しない）、触媒燃焼器４８から排出されるオフガスの排出流路（図示しない）が設けられている。また、配管部８３には気化器２に送出される液体の原燃料の供給流路（図示しない）が設けられ、連結部８１には気化器２から改質器３に送出される気体燃料の供給流路（図示しない）が設けられ、連結部８２には改質器３から発電セル４０の燃料極４２に送出される改質ガスの供給流路（図示しない）が設けられている。

図４〜図６に示すように、第二の容器６の外壁面にも輻射防止膜９２が形成されている。輻射防止膜９２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。
第二の容器６は、燃料電池部４を収容する箱状部６１と、アノード出力電極７１及びカソード出力電極７２に沿って延在し、アノード出力電極７１及びカソード出力電極７２をそれぞれ収容する二つの管状部６２，６２と、を備え、箱状部６１と二つの管状部６２，６２とが連通して一体に形成されている。そして、管状部６２，６２の一端部が箱状部６１に連通するように一体化され、管状部６２，６２の他端部６２１，６２１が第一の容器５の一つの内壁面５aに対して略垂直となるように溶接又はロウ付け等によって接続されている。なお、管状部６２，６２はその他端部６２１，６２１で拡径されている。

図４及び図８(a),(b)に示すように、アノード出力電極７１及びカソード出力電極７２は、第二の容器６の管状部６２，６２の他端部６２１，６２１から突出するとともに、第一の容器５の壁面５aに形成された貫通孔５bを貫通している。アノード出力電極７１が貫通した貫通孔５aの封止は、ガラスあるいはセラミック等の絶縁材５１によって行われて、気密封止されている。同様に、カソード出力電極７２が貫通した貫通孔の封止も、ガラスあるいはセラミック等の絶縁材５２によって行われている。
このように第二の容器６、アノード出力電極７１及びカソード出力電極７２と、第一の容器５とを接合する場合、第一の容器５の貫通孔５bにアノード出力電極７１及びカソード出力電極７２をそれぞれ貫通させるとともに、第二の容器６の管状部６２，６２の他端部６２１，６２１を第一の容器５の内壁面５aに接合部５４によって接続する。この場合、接合には溶接又はロウ付け等が用いられる。次いで、貫通孔５bに絶縁材５１，５２で封止する。なお、図８では、図面の関係上、アノード出力電極７１側のみを図示している。

また、第一の容器５と第二の容器６との接続は、第二の容器６の管状部６２，６２の他端部６２１，６２１を第一の容器５の内壁面５aに、直接、溶接又はロウ付けする以外に、図９(a),(b)に示すように封止材５３を用いても構わない。この場合、第一の容器５の内壁面５aに、図８に示す貫通孔５bよりも大きな貫通孔５cを形成しておき、絶縁材５１，５２でアノード出力電極７１及びカソード出力電極７２を接合した後、貫通孔５cに挿入した管状部６２，６２の他端部６２１，６２１の周囲と第一の容器５の貫通孔５ｃの内周面との間を封止材５３で封止する。封止材５３としては、金属のリング部材を用いて溶接あるいはロウ付け等で接合しても良いし、ガラスあるいはセラミック等の非金属材を用いても良い。上述の実施形態では、第一の容器５の壁面５aが燃料電池部４とは最も離れた位置にあるので、封止位置の温度は、燃料電池部４の近くの壁面において封止する場合よりも比べて低温となっている。従って、絶縁材５１，５２及び第二の容器６の管状部６２の他端部６２１，６２１の材料間で、熱膨張率が違う場合であっても、封止位置がより低温であるので、封止部に作用する熱応力をより小さくすることができる。

次に、発電装置１００の動作について説明する。
図１０は、定常運転時の第一の容器５内の温度分布を示す模式図である。
発電装置１００の起動時に、制御装置２００は、気化器２の電気ヒータ兼温度センサ２ａと、改質器３の電気ヒータ兼温度センサ３ａに二次電池９０３に蓄えられた電力を供給し、気化器２の温度が約１５０℃、改質器３の温度が約３７５℃となるように制御する。気化器２、連結部８１、改質器３、連結部８２、第二の容器６及び触媒燃焼器４８はインコネルで構成され、比較的熱伝導率が良いので、気化器２及び改質器３をそれぞれ上述の温度となるように制御すると、連結部８２を介した伝導伝熱により発電セル４０及び触媒燃焼器４８は１００℃程度となる。ここで、電気ヒータ兼温度センサ２ａ，３ａへの通電を停止する。
この状態で、制御装置２００がポンプＰを駆動すると、燃料容器１に貯留された混合液が気化器２の流路に供給される。そして、混合液が気化器２の流路を流動している時に、混合液が気化して混合気が生成される。気化されて高圧になったその混合気は改質器３の流路に供給され、流路において混合気が流動して、混合気が触媒に接触する。混合液がメタノールと水との混合液の場合、これにより、メタノールと水が触媒の作用を受けて、上述の化学反応式（１）のような水蒸気改質反応が起こる。また、化学反応式（１）に次いで上記化学反応式（２）によって微量の一酸化炭素が副生される。そして、改質器３から排出された改質ガスは、発電セル４０の燃料極４２にアノード集電極４４の流路４６を介して送られる。一方、図示しないポンプにより、電子機器１０００外部の空気が取り込まれ、発電セル４０の酸素極４３にカソード集電極４５の流路４７を介して送られる。このとき、発電セル４０の温度は約１００℃であるので、発電セル４０では上述の化学反応式（４）、（５）の反応が起こらないため、電力は取り出されず、改質ガス及び空気がそのまま触媒燃焼器４８に送られる。
そして、触媒燃焼器４８は１００℃程度と温度が高くなっているので、触媒燃焼器４８では改質ガスが燃焼し、この燃焼熱により、発電セル４０の温度が上がる。ポンプＰを駆動している間、上述の動作が続くため、発電セル４０の温度が次第に上昇し、そして、発電セル４０がその動作温度にまで昇温されると、発電セル４０で上述の化学反応式（４）、（５）の反応が起こるようになり、電力が取り出される。
このように、本実施の形態では、まず、各電気ヒータ兼温度センサ２ａ，３ａにより気化器２及び改質器３をそれぞれ動作温度まで昇温することによって、連結部８２を介した伝導伝熱により発電セル４０を１００℃程度まで昇温し、次に、改質器３で生成された改質ガスを触媒燃焼器４８で燃焼させることにより発電セル４０を１００℃から８００℃に昇温することが可能である。

以上のように、発電セル４０を第二の容器６内に収容しているので、発電セル４０の各接合部からガス漏れが生じた場合でも、第一の容器５内の真空度を維持することができ、ひいては、発電セル４０から第一の容器５を介した伝導による伝熱を抑制し、熱損失をできる限り小さくすることができるため、発電装置１００全体のエネルギー効率が良くなる。
また、第二の容器６の管状部６２，６２の他端部６２１，６２１が第一の容器５の壁面５aと接続されているので、これによって第二の容器６が支持される。
また、第二の容器６はアノード出力電極７１及びカソード出力電極７２を内部に収容し、第一の容器５と接続されているので、アノード出力電極７１及びカソード出力電極７２よりも温度が低い第一の容器５の壁面で封止することができる。これにより、絶縁材５１，５２及び第二の容器６の管状部６２の他端部６２１，６２１の各材料間の熱膨張率の差に起因する熱応力を小さくすることができる。
また、気化器２や改質器３を第二の容器６の外側であって第一の容器５の内側に収容しているので、従来のように一つの容器内に発電セル、気化器及び改質器を一緒に収容する場合に比して、動作温度の高い発電セル４０と、発電セル４０よりも動作温度の低い気化器２や改質器３を最適な温度分布としやすい。
また、第二の容器６は輻射線を反射する反射膜を有するので、輻射による伝熱を抑えることができる。
また、各出力電極７１，７２の端部（発電セル４０と接続された端部と反対側の端部）は、発電セル４０から最も離れた位置の第一の容器５の壁面５aに接続されているので、発電セル４０の近くの壁面に接続する場合よりも低温であることから、熱応力を小さくすることができる。

［第二の実施の形態］
図１１は、発電セル４０Ａ、アノード出力電極７１Ａ及びカソード出力電極７２Ａの斜視図、図１２は、図１１の切断線XII−XIIに沿って切断した際の矢視断面図である。ここで、図１１、図１２中、図４の発電装置１００と同様の構成部分には同様の数字に英字Ａを付している。また、第二の実施の形態の概略平断面図は、図４と同様であるので、省略する。なお、図１１において、アノード出力電極７１Ａはアノード集電極４４Ａ（図示せず）と接続して、カソード出力電極７２Ａはカソード集電極４５Ａ（図示せず）と接続している。
第二の実施の形態は、図１２に示すように、アノード出力電極７１Ａ及びカソード出力電極７２Ａの内部がそれぞれ空洞となっており、この内部を発電セル４０Ａの酸素極に供給する空気の供給流路７１１Ａ，７２１Ａとしている。このように、アノード出力電極７１Ａ及びカソード出力電極７２Ａの内部を空気の供給流路７１１Ａ，７２１Ａとすることによって、各出力電極７１Ａ，７２Ａの熱を供給流路７１１Ａ，７２１Ａ内の空気に伝達させて逃がすことができる。
そして、このように内部に空気供給流路７１１Ａ，７２１Ａが設けられたアノード出力電極７１Ａ及びカソード出力電極７２Ａは、図示しないが第一の実施の形態と同様に、第一の容器５Ａ内に収容された部分の全体が第二の容器６Ａ内に収容されている。また、第二の容器６Ａの管状部６２Ａ,６２Ａの他端部６２１Ａ，６２１Ａが、第一の容器５Ａの一つの内壁面５aＡに溶接又はロウ付けによって接続されている。

以上のように、第二の実施の形態では、各出力電極７１Ａ，７２Ａ内を空気の供給流路７１１Ａ，７２１Ａとすることによって、各出力電極７１Ａ，７２Ａの熱を供給流路７１１Ａ，７２１Ａ内の空気に伝達して逃がすことができる。このため、上述の第一の実施の形態の効果に加え、封止位置における各出力電極７１Ａ，７２Ａの温度をより低くすることができ、上述の第一の実施の形態に比して、絶縁材５１Ａ，５２Ａ及び第二の容器６Ａの管状部６２Ａの他端部６２１Ａ，６２１Ａの材料間に生じる熱応力をより小さくすることができる。

［変形例］
図１３は、変形例である発電装置１００Ｂの内部構造を示す概略平断面図である。ここで、図１３中、図４の発電装置１００と同様の構成部分には同様の数字に英字Ｂを付している。
図１３では、上述の図１２と同様に、アノード出力電極７１Ｂ及びカソード出力電極７２Ｂの内部がそれぞれ空洞とされ、内部が発電セル４０Ｂの酸素極に供給する空気の供給流路７１１Ｂ，７２１Ｂとされている（図１３では、図面の関係上、空洞は図示されていない）。本変形例は、第二の容器６Ｂは、各出力電極７１Ｂ，７２Ｂ上における、第一の容器５Ｂの燃料電池部４Ｂとは最も離れた位置にある壁面５aＢを貫通する部分よりも燃料電池部４Ｂに近い部分と、接続されている点で、上述の第一及び第二の実施の形態の発電装置１００，１００Ａと異なっている。すなわち、第二の断熱容器６Ｂの管状部６２Ｂ,６２Ｂの他端部６２１Ｂ，６２１Ｂは、アノード出力電極７１Ｂ及びカソード出力電極７２Ｂの途中の位置で絶縁材５１Ｂ，５２Ｂを用いて気密封止して封止されている。ここで、絶縁材５１Ｂ，５２Ｂは熱膨張率を調整したガラスペーストが好ましい。

本変形例においても、上述の第二の実施の形態と同様に、アノード出力電極７１Ｂ及びカソード出力電極７２Ｂの内部を空気の供給流路７１１Ｂ，７２１Ｂとすることによって、アノード出力電極７１Ｂ及びカソード出力電極７２Ｂの熱を供給流路７１１Ｂ，７２１Ｂ内の空気に伝達して逃がすことができる。このため、アノード出力電極７１Ｂ及びカソード出力電極７２Ｂのうち、第一の容器５Ｂの燃料電池部４Ｂとは最も離れた位置にある壁面５aＢを貫通する部分よりも燃料電池部４Ｂに近い部分の温度を、上述の第一の実施の形態のアノード出力電極７１Ｂ及びカソード出力電極７２Ｂが第一の容器５の壁面５aを貫通する部分と同程度の温度にまで下げることができるので、第二の容器６Ｂの封止位置を、第一の容器５Ｂ上ではなく、アノード出力電極７１Ｂ及びカソード出力電極７２Ｂ上に設けることができる。これにより、上述の第二の実施の形態と比して、第二の容器６Ｂから第一の容器５Ｂへの伝導による伝熱を抑制することができ、発電装置１００Ｂ全体の熱効率を高くすることができる。
また、発電セル４０Ｂを第二の容器６Ｂ内に収容しているので、発電セル４０Ｂの各接合部からガス漏れが生じた場合でも、第一の容器５Ｂ内の真空度を維持することができ、ひいては、発電セル４０Ｂから第一の容器５Ｂを介した伝導による伝熱を抑制し、熱損失をできる限り小さくすることができるため、発電装置１００Ｂ全体のエネルギー効率が良くなる。
また、第二の容器６の管状部６２Ｂ，６２Ｂのうち壁面５aＢに近い端部がアノード出力電極７１Ｂ及びカソード出力電極７２Ｂと接続されているので、これによって第二の容器６Ｂが支持される。
また、気化器２Ｂや改質器３Ｂを第二の容器６Ｂの外側であって第一の容器５Ｂの内側に収容しているので、従来のように一つの容器内に発電セル、気化器及び改質器を一緒に収容する場合に比して、動作温度の高い発電セル４０Ｂと、発電セル４０Ｂよりも動作温度の低い気化器２Ｂや改質器３Ｂを最適な温度分布としやすい。
また、第二の容器６は輻射線を反射する反射膜を有するので、輻射による伝熱を抑えることができる。

発電装置１００を搭載した携帯用の電子機器１０００を示すブロック図である。発電セル４０の模式図である。発電セルスタック４００の一例を示す模式図である。発電装置１００の内部構造を示す概略平断面図である。図４の切断線V−Vに沿って切断した際の矢視断面図である。図４の切断線VI−VIに沿って切断した際の矢視断面図である。配管部８３、連結部８１、連結部８２及び燃料電池部４の下面を示す概略下面図である。第二の容器６、アノード出力電極７１及びカソード出力電極７２と、第一の容器５とを接合する工程図である。図８の変形例を示した工程図である。定常運転時の第一の容器５内の温度分布を示す模式図である。発電セル４０Ａ、アノード出力電極７１Ａ及びカソード出力電極７２Ａの斜視図である。図１１の切断線XII−XIIに沿って切断した際の矢視断面図である。変形例である発電装置１００Ｂの内部構造を示す概略平断面図である。

符号の説明

２，２Ａ，２Ｂ気化器（反応器）
３，３Ａ，３Ｂ改質器（反応器）
４，４Ａ，４Ｂ燃料電池部
５，５Ａ，５Ｂ第一の容器
５a，５ａＡ，５ａＢ壁面
６，６Ａ，６Ｂ第二の容器
４０，４０Ａ，４０Ｂ発電セル
４８，４８Ａ，４８Ｂ触媒燃焼器
７１，７１Ａ，７１Ｂアノード出力電極
７２，７２Ａ，７２Ｂカソード出力電極
８２，８２Ａ，８２Ｂ連結部
９１，９２輻射防止膜
１００，１００Ａ，１００Ｂ発電装置
７１１Ａ，７２１Ａ，７１１Ｂ，７２１Ｂ供給流路
９０１電子機器本体
１０００電子機器

Claims

第一の容器と、
前記第一の容器内に収容された第二の容器と、
前記第二の容器内に収容され反応物の反応により電力を取り出す発電セルと、
前記第一の容器を貫通して前記発電セルにより取り出された電力を出力する出力電極と、を備え、
前記第二の容器はその内部に前記出力電極の全体を収容し、前記第一の容器と接続されていて、
前記出力電極はその内部に前記反応物を前記発電セルに供給する供給流路を有することを特徴とする発電装置。
第一の容器と、
前記第一の容器内に収容された第二の容器と、
前記第二の容器内に収容され反応物の反応により電力を取り出す発電セルと、
前記第一の容器を貫通して前記発電セルにより取り出された電力を出力する出力電極と、を備え、
前記出力電極はその内部に前記反応物を前記発電セルに供給する供給流路を有し、
前記第二の容器はその内部に前記出力電極の一部を収容し、前記出力電極と接続されていることを特徴とする発電装置。
前記出力電極のうち前記発電セルと接続された端部と反対側の端部は、前記第一の容器を形成する壁面のうち前記発電セルから最も離れた位置の壁面に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発電装置。
前記第二の容器の外側であって前記第一の容器の内側に燃料ガスを生成する反応器を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発電装置。
前記第二の容器の外側であって前記第一の容器の内側は大気圧よりも低い気圧とされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の発電装置。
前記第二の容器は輻射線を反射する反射膜を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の発電装置。
前記第二の容器内に前記発電セルのオフガスを燃焼する燃焼器を更に備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の発電装置。
請求項１〜７のいずれか一項に記載の発電装置と、
前記発電装置により生成された電気エネルギーによって動作する電子機器本体と、を備えることを特徴とする電子機器。