JP5328226B2 - Solid oxide fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、固体酸化物型燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a solid oxide fuel cell.
従来から、燃料電池の電解質にセラミックス系の固体電解質を用い、この固体電解質膜を燃料極と空気極とで両側から挟んでセルを形成した固体酸化物型燃料電池(以下、SOFCという)が知られている。このSOFCは、ダイレクト・メタノール型燃料電池等の固体高分子型燃料電池に比べ出力密度が高く、発電効率が高い。また、燃料ガスとして水素ガス以外に一酸化炭素やメタン等、炭化水素系全般をそのまま利用できる。さらに、作動温度が1000℃程度と高いため、反応にPt(白金)のように高価な触媒を利用せずに済む、などのメリットがある。 Conventionally, there has been known a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as SOFC) in which a ceramic solid electrolyte is used as an electrolyte of a fuel cell and a cell is formed by sandwiching the solid electrolyte membrane between a fuel electrode and an air electrode from both sides. It has been. This SOFC has a higher output density and higher power generation efficiency than solid polymer fuel cells such as direct methanol fuel cells. In addition to hydrogen gas, all hydrocarbons such as carbon monoxide and methane can be used as they are as fuel gas. Furthermore, since the operating temperature is as high as about 1000 ° C., there is an advantage that an expensive catalyst such as Pt (platinum) is not required for the reaction.
このSOFCを、定置型の燃料電池システムに適用する場合には、燃料供給の容易さから天然ガス等のHCガス燃料を利用するのが主流である。
近年では、燃料電池車両や携帯電子機器等の移動体の燃料電池システムに、SOFCを適用することが検討されている。この場合には、燃料としてHCガス燃料を利用するのが困難である。HCガス燃料は密度が低いため、高密度状態での可搬性が悪い。これに伴って、HCガス燃料を貯蔵する燃料タンクの容積を大きく確保しなければならず、移動体への搭載性が悪い。さらに、HCガス燃料の供給インフラの整備が必要になるからである。
When this SOFC is applied to a stationary fuel cell system, the mainstream is to use HC gas fuel such as natural gas because of easy fuel supply.
In recent years, application of SOFC to a fuel cell system of a moving body such as a fuel cell vehicle or a portable electronic device has been studied. In this case, it is difficult to use HC gas fuel as the fuel. Since the density of HC gas fuel is low, the portability in a high density state is poor. Along with this, it is necessary to secure a large volume of the fuel tank that stores the HC gas fuel, and the mountability to the moving body is poor. Furthermore, it is necessary to improve the supply infrastructure for HC gas fuel.
そこでSOFCの燃料として、HCガス燃料に比べて密度が高く供給インフラも整っている、ガソリンやディーゼル燃料等の炭化水素系液体燃料(HC液体燃料)を利用することが検討されている。この場合、HC液体燃料中に窒素や二酸化炭素を供給(バブリング)し、これら窒素や二酸化炭素とともに蒸発するHCガス燃料を取り出し、SOFCに供給する構成(第1従来技術)が知られている。また特許文献1に示すように、インジェクタから噴射されたHC液体燃料を気相気化させる燃料気化器と、HC液体燃料から水素を含む燃料ガスを生成する改質器とを備え、気化したHCガス燃料をSOFCへ供給するような構成(第2従来技術)が知られている。
しかしながら前者(第1従来技術)の場合、SOFCに供給される燃料ガスは、HC液体燃料から蒸発したHCガス燃料と、窒素や二酸化炭素等との混合ガスであるため、HCガス燃料の濃度が低く、SOFCの出力確保が困難である。
また後者(第2従来技術)の場合には、改質器自体が重量増、体積増、コスト増を招く原因となる。
However, in the former case (first prior art), the fuel gas supplied to the SOFC is a mixed gas of HC gas fuel evaporated from the HC liquid fuel and nitrogen, carbon dioxide, or the like. It is low and it is difficult to secure SOFC output.
In the latter case (second prior art), the reformer itself causes an increase in weight, volume, and cost.
さらに、これらの従来技術では、HCガス燃料が1000℃程度の電極に移動する途中で、500℃程度の炭素析出温度領域に滞在する時間が長くなる。これにより、HCガス燃料の供給配管やSOFCの電極に炭素が析出する。供給配管に炭素が析出すると供給配管に目詰まりが発生し、SOFCの電極に析出すると触媒の活性が失われてSOFCが劣化することになる。 Furthermore, in these prior arts, the HC gas fuel stays in the carbon deposition temperature region of about 500 ° C. during the movement to the electrode of about 1000 ° C. for a long time. As a result, carbon is deposited on the supply pipe of the HC gas fuel and the SOFC electrode. When carbon is deposited on the supply pipe, the supply pipe is clogged, and when it is deposited on the SOFC electrode, the activity of the catalyst is lost and the SOFC deteriorates.
そこで本発明は、液体燃料を使用しつつ高出力化および低コスト化が可能であり、また炭素の析出を抑制することが可能な固体酸化物型燃料電池の提供を課題とする。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide a solid oxide fuel cell that can achieve high output and low cost while using liquid fuel, and can suppress carbon deposition.
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、固体酸化物型燃料電池の発電体(例えば実施形態における発電体40)の一方の電極に酸化剤ガスを供給し、該一方の電極において前記酸化剤ガスを反応させる第1反応室(例えば実施形態における第1反応室25)と、該第1反応室から前記酸化剤ガスの排ガスを排出する酸化剤ガス排出路(例えば実施形態における酸化剤ガス排出路28)と、前記固体酸化物型燃料電池の前記発電体の他方の電極に燃料ガスを供給し、該他方の電極において前記燃料ガスを反応させる第2反応室(例えば実施形態における第2反応室35)と、該第2反応室から前記燃料ガスの排ガスを排出する燃料ガス排出路(例えば実施形態における燃料ガス排出路38)と、を備えた固体酸化物型燃料電池(例えば実施形態における固体酸化物型燃料電池10)であって、前記第2反応室に対して液体燃料を噴射するインジェクタ(例えば実施形態におけるインジェクタ32)と、該インジェクタが収納されたインジェクタ室(例えば実施形態におけるインジェクタ室33)と、該インジェクタ室と前記第2反応室とを仕切るとともに、前記インジェクタから噴射された前記液体燃料が通過する貫通孔(例えば実施形態における貫通孔14a)を備えた遮蔽板(例えば実施形態における遮蔽板14)と、該遮蔽板を冷却可能な冷却手段と、前記第2反応室に噴射された前記液体燃料が前記他方の電極に到達するまでに、前記液体燃料を燃料ガスに気化させる気化手段(例えば実施形態における加熱手段12)を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is directed to supplying an oxidant gas to one electrode of a power generator (eg,
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の固体酸化物型燃料電池であって、前記第2反応室に、該第2反応室内における前記燃料ガスの流れ方向を変更する流路変更板(例えば実施形態における流路変更板36)を設けたことを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the flow path changing plate changes the flow direction of the fuel gas in the second reaction chamber to the second reaction chamber. (For example, the flow
請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2に記載の固体酸化物型燃料電池であって、前記第2反応室に、前記他方の電極へ前記液体燃料が直接噴射されることを防止する防護板(例えば実施形態における防護板42)を設けたことを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the solid oxide fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the liquid fuel is directly injected into the second electrode into the second reaction chamber. A protective plate for prevention (for example, the
請求項4に係る発明は、請求項1に記載の固体酸化物型燃料電池であって、前記気化手段として、前記第2反応室に噴射された前記液体燃料にマイクロ波を印加するマイクロ波印加手段(例えば実施形態におけるマイクロ波印加手段50)を備え、前記遮蔽板に、前記インジェクタ室への前記マイクロ波の漏洩を防止するマイクロ波漏洩防止手段を設けたことを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein as the vaporizing means, microwave application is performed to apply microwave to the liquid fuel injected into the second reaction chamber. Means (for example, the microwave application means 50 in the embodiment), and the shielding plate is provided with microwave leakage prevention means for preventing leakage of the microwave into the injector chamber.
請求項1に係る発明によれば、インジェクタから噴射された液体燃料を第2反応室で気化させて、燃料ガスを発電体に供給することが可能になる。これにより、バブリング等で気化させた燃料ガスを供給する場合に比べて、高濃度の燃料ガスを発電体に供給することが可能になり、燃料電池の出力を向上させることができる。また改質器等を使用しないので、燃料電池システムの重量、体積、コストを低減することができる。さらに第2反応室ではじめて液体燃料を気化させるので、炭素の析出を抑制することができる。
これに伴って、固体酸化物型燃料電池に液体燃料を使用することが可能になる。液体燃料は高密度状態での可搬性に優れている。またガソリンやディーゼル燃料等の炭化水素系液体燃料は供給インフラが整っている。したがって、燃料電池車両や携帯電子機器等の移動体に固体酸化物型燃料電池を採用することができる。
According to the first aspect of the invention, it is possible to vaporize the liquid fuel injected from the injector in the second reaction chamber and supply the fuel gas to the power generator. This makes it possible to supply a high-concentration fuel gas to the power generator as compared with the case where fuel gas vaporized by bubbling or the like is supplied, and the output of the fuel cell can be improved. In addition, since no reformer or the like is used, the weight, volume, and cost of the fuel cell system can be reduced. Furthermore, since the liquid fuel is vaporized for the first time in the second reaction chamber, carbon deposition can be suppressed.
Accordingly, liquid fuel can be used for the solid oxide fuel cell. Liquid fuel is excellent in portability in a high density state. In addition, hydrocarbon-based liquid fuels such as gasoline and diesel fuel are well equipped. Therefore, a solid oxide fuel cell can be adopted for a mobile body such as a fuel cell vehicle or a portable electronic device.
請求項2に係る発明によれば、燃料ガスと発電体との接触機会を増加させることが可能になり、燃料の利用効率を向上させることができる。 According to the invention which concerns on Claim 2, it becomes possible to increase the contact opportunity of fuel gas and an electric power generation body, and can improve the utilization efficiency of a fuel.
請求項3に係る発明によれば、液体燃料との衝突による衝撃や熱ショックにより、発電体が破損するのを防止することができる。 According to the invention which concerns on Claim 3, it can prevent that an electric power generation body is damaged by the impact and heat shock by a collision with liquid fuel.
請求項4に係る発明によれば、液体燃料を所定位置で確実に気化させて、燃料ガスを発電体に供給することができる。またインジェクタ室において液体燃料が気化するのを防止することが可能になり、燃料の利用効率を向上させることができる。 According to the invention which concerns on Claim 4, liquid fuel can be reliably vaporized in a predetermined position, and fuel gas can be supplied to an electric power generation body. Further, it is possible to prevent the liquid fuel from being vaporized in the injector chamber, and the fuel utilization efficiency can be improved.
以下、本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の固体酸化物型燃料電池の概略構成図である。本実施形態の固体酸化物型燃料電池10は主に、第1反応室25を備えた酸化剤流通系20と、第2反応室35を備えた燃料流通系30と、第1反応室25と第2反応室35との間に配置された発電体40と、発電体40を加熱する加熱手段12とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the solid oxide fuel cell according to the first embodiment. The solid
酸化剤流通系20は、耐熱材料からなる第1反応室25を備えている。第1反応室25は例えば円筒状に形成され、その一方端部(図1の上端部)は閉塞され、他方端部(図1の下端部)には発電体40が配置されている。発電体40に酸化剤ガスを供給するため、第1反応室25には酸化剤ガス供給路22が接続されている。また発電体40で使用済みの酸化剤ガスおよび未使用の酸化剤ガスを排出するため、第1反応室25には酸化剤ガス排出路28が接続されている。
The
燃料流通系30は、耐熱材料からなる第2反応室35を備えている。第2反応室35は例えば円筒状に形成され、その一方端部(図1の下端部)には後述するインジェクタ室33が接続され、他方端部(図1の上端部)には発電体40が配置されている。発電体40で使用済みの燃料ガスおよび未使用の燃料ガスを排出するため、第2反応室35には燃料ガス排出路38が接続されている。なお燃料ガス排出路38に排気遮断弁39を設けてもよい。
The
発電体40は、固体電解質膜と、固体電解質膜の第1反応室25側に配置された空気極と、固体電解質膜の第2反応室35側に配置された燃料極とで構成されている。固体電解質膜は、例えばYSZ(Yttria Stabilized Zirconia)等の材料で構成されている。また空気極は、例えばガドリニウム系材料とYSZとの焼結体で構成され、燃料極は、例えばニッケルとYSZとの焼結体で構成されている。空気極に供給された酸化剤ガスは、触媒反応により酸素イオンとなり、固体電解質膜を透過して燃料極まで移動し、燃料ガスと結合する。この反応過程で発電が行われるようになっている。
固体酸化物型燃料電池の作動温度は1000℃程度である。そのため、発電体40を加熱する加熱手段12が設けられている。加熱手段12として、例えば第1反応室25および第2反応室35を内部に収容する加熱炉が設けられている。
The
The operating temperature of the solid oxide fuel cell is about 1000 ° C. Therefore, a heating means 12 for heating the
第2反応室35には、遮蔽板14を介してインジェクタ室33が接続されている。遮蔽板14の中央部には、第2反応室35とインジェクタ室33とを連通する貫通孔14aが設けられている。インジェクタ室33の底部には、インジェクタ32が設けられている。インジェクタ32は、液体燃料タンク31から供給された液体燃料を、インジェクタ室33の内部に噴射しうるようになっている。
An
ところで、上述した加熱手段12によりインジェクタ32が加熱されると、液体燃料に含まれる炭素が析出して、インジェクタが目詰まりするおそれがある。そこで、加熱手段12からインジェクタ32への熱伝達を抑制するため、遮蔽板14が冷却手段(不図示)により冷却されるようになっている。冷却手段として、例えば遮蔽板14の内部に冷媒を流通させる冷媒流通機構を採用することが可能である。
By the way, when the
インジェクタ32は、インジェクタ室33の底部から、インジェクタ室33、遮蔽板14の貫通孔14aおよび第2反応室35を通り、上方の発電体40に向かって液体燃料を噴射する。インジェクタ32から噴射された液体燃料は、まず液柱状態でL1(液柱区間)を進行する。次に加熱手段12により液柱が加熱されると、液体燃料に含まれる低蒸気圧成分が沸騰して、無数の液滴に分裂する。そして液滴状態でL2(液滴区間)を進行する。次に加熱手段12により液滴が加熱されると、液滴が気化して燃料ガスが生成される。そしてガス状態でL3(ガス区間)を進行し、発電体40に到達する。このような液体燃料の気化は、加熱手段12により液体燃料を加熱することで実現する。すなわち、加熱手段12は液体燃料の気化手段として機能する。
The
ところで、液滴区間L2に遮蔽板14が存在すると、液滴が遮蔽板14に衝突するおそれがある。この場合、発電体40に燃料が供給されないので、燃料の利用効率が低下することになる。そこで液柱区間L1の長さを、インジェクタ32から遮蔽板14までの距離より長くすることが望ましい。液柱区間L1の長さの調整は、インジェクタ室33および第2反応室35の気体温度や気体圧力、液体燃料の温度や粘度、気液表面張力、インジェクタ32の噴射圧力や噴孔径などの調整により行うことができる。例えば、インジェクタ室33および第2反応室35の気体圧力を低くするほど、またインジェクタ32の噴射圧力を低くするほど、液柱区間L1の長さを長くすることができる。
By the way, if the shielding
一方で、液滴区間L2が発電体40まで延びると、液滴との衝突による衝撃や熱ショックにより、発電体40が破損するおそれがある。逆に、液滴区間L2の終点が発電体40から遠く離れると(ガス区間L3が長くなると)、燃料ガスが拡散するため、発電体40に供給される燃料ガス濃度が低くなる。そこで液滴区間L2の終点を、発電体40の近くに配置する(ガス区間L3を短くする)ことが望ましい。液滴区間L2の終点位置の調整は、液滴蒸発速度を制御することによって行うことが可能である。例えば、第2反応室35の気体温度または液体燃料の温度が高いほど、液滴蒸発速度が速くなり、液滴区間L2の終点位置が発電体40から離れる。逆に、第2反応室35の気体圧力が高いか、またはインジェクタ32の噴孔径が大きいほど、液滴蒸発速度が遅くなり、液滴区間L2の終点位置が発電体40に近づく。なお気液界面が平滑な場合に比べ、液滴では平衡蒸気圧が高くなり、液滴の半径が小さいほど蒸発速度は速くなる。
On the other hand, when the droplet section L2 extends to the
なお冷却手段を備えた遮蔽板14は、発電体40に対して接近および離反しうるように構成されていることが望ましい。これにより、第2反応室35の気体温度を調整することが可能になり、液滴蒸発速度および液滴区間L2の終点位置を制御することができる。また、発電体40の温度を制御することも可能になる。
In addition, it is desirable that the shielding
(変形例)
図2は、本実施形態に係る固体酸化物型燃料電池の変形例の概略構成図である。なお以下の各図では、図面を簡略化して理解を容易にするため、酸化剤ガス供給路や酸化剤ガス排出路、燃料ガス排出路、加熱手段、液体燃料タンク等の記載を省略している。この変形例では、第2反応室35に流路変更板36が設けられている。流路変更板36は、第2反応室35の全周に設けられ、第2反応室35の側壁から中央部に向かって張出し形成されている。なおインジェクタ32から噴射された燃料を流通させるため、流路変更板36の中央部には貫通孔が設けられている。
(Modification)
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a modified example of the solid oxide fuel cell according to the present embodiment. In the following drawings, the description of the oxidant gas supply path, the oxidant gas discharge path, the fuel gas discharge path, the heating means, the liquid fuel tank, etc. is omitted in order to simplify the drawing and facilitate understanding. . In this modification, a flow
インジェクタ32から噴射された液体燃料は、第2反応室35で燃料ガスとなって発電体40に供給される。その燃料ガスは、発電体40の中央部から周縁部に向かって流れ、さらに第2反応室35の側壁に沿って流れ落ちる。流路変更板36は、第2反応室35の側壁に沿った燃料ガスの流れ方向を、発電体40の中央部に向けて変更するものである。そのため流路変更板36は、第2反応室35の側壁から中央部にかけて上向きに(発電体40に接近するように)形成されている。
The liquid fuel injected from the
この流路変更板36を設けることで、第2反応室35の内部に燃料ガスの対流が発生し、燃料ガスと発電体40との接触機会が増える。そのため、発電体40との最初の接触で消費されなかった燃料ガスを、2回目以降の接触で消費させることが可能になる。これにより、燃料の利用効率を向上させることができる。
By providing the flow
以上に詳述したように、図1に示す第1実施形態の固体酸化物型燃料電池は、第2反応室35に対して液体燃料を噴射するインジェクタ32と、インジェクタ32が収納されるインジェクタ室33と、インジェクタ室33と第2反応室35とを仕切る遮蔽板14と、遮蔽板14を冷却可能な冷却手段と、第2反応室35に噴射された液体燃料を発電体40に到達するまでに燃料ガスに気化させる加熱手段12と、を備える構成とした。
この構成によれば、インジェクタ32から噴射された液体燃料を第2反応室35で気化させて、燃料ガスを発電体40に供給することが可能になる。これにより、バブリング等で気化させた燃料ガスを供給する場合に比べて、高濃度の燃料ガスを発電体40に供給することが可能になり、燃料電池の出力を向上させることができる。また改質器等を使用しないので、燃料電池の重量、体積、コストを低減することができる。さらに第2反応室ではじめて液体燃料を気化させるので、炭素が析出する領域を第2反応室に限定することが可能になる。また第2反応室内においても、燃料ガス状態での滞在時間が短くなるので、炭素の析出を抑制することができる。
As described above in detail, the solid oxide fuel cell according to the first embodiment shown in FIG. 1 includes an
According to this configuration, the liquid fuel injected from the
これに伴って、固体酸化物型燃料電池に液体燃料を使用することが可能になる。液体燃料は高密度状態での可搬性に優れている。またガソリンやディーゼル燃料等の炭化水素系液体燃料は供給インフラが整っている。したがって、燃料電池車両や携帯電子機器等の移動体に、固体酸化物型燃料電池を採用することができる。 Accordingly, liquid fuel can be used for the solid oxide fuel cell. Liquid fuel is excellent in portability in a high density state. In addition, hydrocarbon-based liquid fuels such as gasoline and diesel fuel are well equipped. Therefore, a solid oxide fuel cell can be employed for a moving body such as a fuel cell vehicle or a portable electronic device.
(第2実施形態)
図3は、第2実施形態の固体酸化物型燃料電池の概略構成図である。第2実施形態では、第2反応室35における液体燃料の衝突位置に、発電体に代えて防護板42が設けられている点で第1実施形態とは異なっている。なお第1実施形態と同様の構成となる部分については、その説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a solid oxide fuel cell according to the second embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment in that a
インジェクタ32から噴射された液体燃料の一部が、液滴状態のまま発電体に衝突すると、その衝撃や熱ショック等により発電体が破損するおそれがある。そこで本実施形態では、液体燃料の衝突位置に防護板42が設けられている。具体的には、発電体40の中央部が切り欠かれ、その中央部に耐熱材料からなる防護板42が設けられている。
インジェクタ32から噴射された液体燃料の一部が、液滴状態のまま防護板42に衝突しても、耐熱材料からなる防護板42が破損することはない。なお、衝突した液滴は気化して燃料ガスとなり、この燃料ガスが周縁部の発電体40に向かって流れるので、発電体40において発電を行うことが可能である。
If a part of the liquid fuel injected from the
Even if a part of the liquid fuel injected from the
(第1変形例)
図4は、第2実施形態の第1変形例の概略構成図である。この第1変形例では、第2反応室35の端面35aが防護板として機能する。なお第2反応室35の側壁に第1反応室25が接続され、両者間に発電体40が配置されている。
インジェクタ32から噴射された液体燃料の一部が、液滴状態のまま第2反応室35の端面35aに衝突しても、耐熱材料からなる第2反応室35の端面35aが破損することはない。なお、衝突した液滴は気化して燃料ガスとなり、端面35aの中央部から周縁部に向かって流れ、さらに第2反応室35の側壁に沿って流れ落ちる。これにより、第2反応室35の側壁に配置された発電体40に燃料ガスを供給することができる。
(First modification)
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a first modification of the second embodiment. In this first modification, the
Even if a part of the liquid fuel injected from the
(第2変形例)
図5は、第2実施形態の第2変形例の概略構成図である。この第2変形例では、第2反応室35の端面35aの法線Vに対して(交差角度φで)交差するように、インジェクタ32から端面35aに向けて液体燃料が噴射される。液体燃料の入射方向は、端面35aにおける液滴の衝突点Pを挟んで、発電体40の位置と逆方向になっている。それ以外の構成は、上述した第1変形例と同様である。
インジェクタ32から噴射された液体燃料の一部が、液滴状態のまま第2反応室35の端面35aに衝突すると、液滴が気化して燃料ガスとなる。この燃料ガスは、端面35aにおける液滴の衝突点Pを挟んで、液滴の入射方向とは逆方向に流れる。その方向における第2反応室35の側壁には発電体40が配置されているので、発電体40に燃料ガスを供給することができる。
(Second modification)
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a second modification of the second embodiment. In the second modification, the liquid fuel is injected from the
When a part of the liquid fuel injected from the
この第2変形例では第2反応室35の端面35aに向けて液体燃料を噴射したが、図5の矢印18で示すように、第2反応室35の側壁に向けて液体燃料を噴射してもよい。この場合、第2反応室35の側壁の法線に対して交差するように、インジェクタ32から液体燃料を噴射する。液滴の入射方向は、第2反応室35の中心軸を挟んで、発電体40の位置と逆方向に設定する。
In this second modification, the liquid fuel is injected toward the
(第3変形例)
図6は、第2実施形態の第3変形例の概略構成図である、この第3変形例では、発電体40が第2反応室35の端面35aに配置されている。すなわち、第2反応室35の端面35aに第1反応室25が接続され、両者間に発電体40が配置されている。それ以外の構成は、上述した第2変形例と同様である。
インジェクタ32から噴射された液体燃料の一部が、液滴状態のまま第2反応室35の端面35aに衝突すると、液滴が気化して燃料ガスとなる。この燃料ガスは、端面35aにおける液滴の衝突点Pを挟んで、液滴の入射方向とは逆方向に流れる。その方向には、同じ端面35a上に発電体40が配置されているので、発電体40に燃料ガスを供給することができる。
(Third Modification)
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a third modification of the second embodiment. In the third modification, the
When a part of the liquid fuel injected from the
以上に詳述したように、図3に示す第2実施形態の固体酸化物型燃料電池は、発電体へ液体燃料が直接噴射されることを防止する防護板を設けた。この構成によれば、液体燃料との衝突による衝撃や熱ショックにより、発電体が破損するのを防止することができる。 As described in detail above, the solid oxide fuel cell according to the second embodiment shown in FIG. 3 is provided with a protective plate that prevents liquid fuel from being directly injected into the power generator. According to this configuration, it is possible to prevent the power generator from being damaged by an impact or a heat shock caused by a collision with the liquid fuel.
(第3実施形態)
図7は、第3実施形態の固体酸化物型燃料電池の概略構成図である。この第3実施形態では、液体燃料の気化手段としてマイクロ波印加手段50を備えている点で、第1実施形態と異なっている。なお第1実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a solid oxide fuel cell according to a third embodiment. The third embodiment is different from the first embodiment in that a
マイクロ波印加手段50は、第2反応室35の外部に配置されたマイクロ波発生源51と、第2反応室35の内部に向けて配置された照射用アンテナ54と、両者を連結する同軸ケーブル52とを備えている。このマイクロ波印加手段50では、マイクロ波発生源51で発生させたマイクロ波を、照射用アンテナ54から第2反応室35の内部に向けて印加しうるようになっている。なお流路変更板36は、マイクロ波を透過するセラミック材料等で構成されている。
The microwave application means 50 includes a
本実施形態では、高誘電率材料であるエタノール等を混合した液体燃料をインジェクタ32から噴射する。そして、液体燃料を気化させるべき所定位置においてマイクロ波強度が最大となるように、例えば2.45GHzのマイクロ波56を印加する。すると、液体燃料に混合された高誘電率材料が瞬時に沸騰して、液体燃料を微細液滴に分裂させることができる。分裂後の微細液滴は遅滞なく気化するので、液体燃料を所定位置で燃料ガスに気化させることができる。
In the present embodiment, a liquid fuel mixed with ethanol or the like, which is a high dielectric constant material, is injected from the
なお、第2反応室35に照射されたマイクロ波がインジェクタ室33に漏洩すると、インジェクタ室33で液体燃料が気化するため、燃料ガスを発電体40に供給することができなくなる。そこで、第2反応室35とインジェクタ室33との間に配置された遮蔽板14に、マイクロ波の遮断機能を持たせることが望ましい。具体的には、遮蔽板14の貫通孔14aの直径をマイクロ波の減衰径以下にしたり、貫通孔14aの直径をマイクロ波の波長以下としつつ遮蔽板14の厚さを厚くしてマイクロ波を減衰させたり、貫通孔14aの内部に網目減衰構造を配置したりすることが考えられる。
Note that when the microwave irradiated to the
以上に詳述したように、本実施形態の固体酸化物型燃料電池は、液体燃料の気化手段として、第2反応室35に噴射された液体燃料にマイクロ波を印加するマイクロ波印加手段50を備え、マイクロ波がインジェクタ室33に漏洩するのを防止するマイクロ波漏洩防止手段を遮蔽板14に設けた。
これにより、液体燃料を所定位置で確実に気化させて、燃料ガスを発電体40に供給することができる。またインジェクタ室33において液体燃料が気化するのを防止することが可能になり、燃料の利用効率を向上させることができる。
As described in detail above, the solid oxide fuel cell according to the present embodiment includes the
Thereby, the liquid fuel can be reliably vaporized at a predetermined position, and the fuel gas can be supplied to the
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、酸化剤ガスや燃料ガス、発電体40等の材料は、実施形態で挙げたものに限られず、様々な材料を採用することが可能である。
It should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes those in which various modifications are made to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention. In other words, the configuration described in the above-described embodiment is merely an example, and can be changed as appropriate.
For example, the materials such as the oxidant gas, the fuel gas, and the
10…固体酸化物型燃料電池 12…加熱手段(気化手段) 14…遮蔽板 14a…貫通孔 25…第1反応室 28…酸化剤ガス排出路 32…インジェクタ 33…インジェクタ室 35…第2反応室 36…流路変更板 38…燃料ガス排出路 40…発電体 42…防護板 50…マイクロ波印加手段(気化手段)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記固体酸化物型燃料電池の前記発電体の他方の電極に燃料ガスを供給し、該他方の電極において前記燃料ガスを反応させる第2反応室と、該第2反応室から前記燃料ガスの排ガスを排出する燃料ガス排出路と、
を備えた固体酸化物型燃料電池であって、
前記第2反応室に対して液体燃料を噴射するインジェクタと、該インジェクタが収納されたインジェクタ室と、
該インジェクタ室と前記第2反応室とを仕切るとともに、前記インジェクタから噴射された前記液体燃料が通過する貫通孔を備えた遮蔽板と、
該遮蔽板を冷却可能な冷却手段と、
前記第2反応室に噴射された前記液体燃料が前記他方の電極に到達するまでに、前記液体燃料を燃料ガスに気化させる気化手段を備えたことを特徴とする固体酸化物型燃料電池。 A first reaction chamber for supplying an oxidant gas to one electrode of a power generation body of a solid oxide fuel cell and reacting the oxidant gas at the one electrode, and the oxidant gas from the first reaction chamber An oxidant gas discharge path for discharging exhaust gas;
A second reaction chamber for supplying fuel gas to the other electrode of the power generator of the solid oxide fuel cell and causing the fuel gas to react at the other electrode; and an exhaust gas of the fuel gas from the second reaction chamber A fuel gas discharge path for discharging
A solid oxide fuel cell comprising:
An injector for injecting liquid fuel into the second reaction chamber; an injector chamber in which the injector is housed;
A partition plate that partitions the injector chamber and the second reaction chamber and includes a through-hole through which the liquid fuel injected from the injector passes;
Cooling means capable of cooling the shielding plate;
A solid oxide fuel cell comprising vaporization means for vaporizing the liquid fuel into a fuel gas before the liquid fuel injected into the second reaction chamber reaches the other electrode.
前記第2反応室に、該第2反応室内における前記燃料ガスの流れ方向を変更する流路変更板を設けたことを特徴とする固体酸化物型燃料電池。 The solid oxide fuel cell according to claim 1,
A solid oxide fuel cell, wherein a flow path changing plate for changing a flow direction of the fuel gas in the second reaction chamber is provided in the second reaction chamber.
前記第2反応室に、前記他方の電極へ前記液体燃料が直接噴射されることを防止する防護板を設けたことを特徴とする固体酸化物型燃料電池。 The solid oxide fuel cell according to claim 1 or 2, wherein
A solid oxide fuel cell, wherein a protective plate for preventing the liquid fuel from being directly injected to the other electrode is provided in the second reaction chamber.
前記気化手段として、前記第2反応室に噴射された前記液体燃料にマイクロ波を印加するマイクロ波印加手段を備え、
前記遮蔽板に、前記インジェクタ室への前記マイクロ波の漏洩を防止するマイクロ波漏洩防止手段を設けたことを特徴とする固体酸化物型燃料電池。 The solid oxide fuel cell according to claim 1,
As the vaporization means, a microwave application means for applying a microwave to the liquid fuel injected into the second reaction chamber,
A solid oxide fuel cell, wherein the shielding plate is provided with microwave leakage prevention means for preventing leakage of the microwave into the injector chamber.
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