KR101395528B1 - 발전장치 - Google Patents

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나오키 우치야마
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가부시키가이샤 아쯔미테크
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Abstract

발전장치(10a, 10b, 10c)에서는, 단실형(single chamber type) 연료전지 셀(20a, 20'a, 20b, 20c, 20d, 20e)을 구성하는 연료극 및 공기극의 적어도 한쪽이, 연료가스 유로(11)의 내부에서 외부까지 연설(延設)된다. 연료극이 연료가스 유로(11)의 내부에서 외부까지 연설되는 경우에는, 연료극이 N형 열전소자(40, 40')인 한편, 공기극이 연료가스 유로(11)의 내부에서 외부까지 연설되는 경우에는, 공기극이 P형 열전소자(30, 30')이다.

Description

발전장치{Generator}
본 발명은 연료전지 셀 및 열전소자를 사용한 발전장치에 관한 것이다.
전해질에 연료극과 공기극을 접합하여 형성된 연료전지 셀을 구비하는 연료전지 장치가 알려져 있다. 이 연료전지 장치에서는, 예를 들면 외부 히터 등으로 가열함으로써, 연료전지 셀의 온도를 소정의 발전개시온도 이상으로 유지하면서, 연료전지 셀에 연료가스 등을 공급하여 발전이 행해진다.
그 중에서도, 고체 산화물로 되는 전해질에 연료극(수소극)과 공기극(산소극)을 접합하여 형성된 고체 산화물형 연료전지 셀을 갖는 고체 산화물형 연료전지(SOFC) 장치에서는, 연료극에 연료가스를 공급하는 동시에, 공기극에 공기 등을 공급함으로써, 고출력의 전력을 발생시킬 수 있다. 또한 고체 산화물형 연료전지 장치에서는, 수소가스 뿐 아니라, 일산화탄소를 다량으로 포함하는 가스도 연료가스로서 사용 가능한 것에 더하여, 내부 개질방식을 채용할 수 있다. 또한 고체 산화물형 연료전지 장치에서는, 연료전지 셀의 발열을 이용하여, 장치의 소형화와 고효율화를 실현할 수 있다.
이러한 고체 산화물형 연료전지 장치로서는, 연료극과 공기극을 세퍼레이터로 차단하여, 연료극에 연료가스를 공급하는 동시에, 공기극에 공기 등을 공급하는 이실형(two chamber type) 고체 산화물형 연료전지 장치가 일반적이다. 또한, 세퍼레이터를 사용하지 않고, 연료가스와 공기 등을 혼합한 발전개시온도 이상의 고온가스 내에 연료전지 셀을 배치한 단실형(single chamber type) 고체 산화물형 연료전지 장치도 실용화되어 있다.
그러나 이들 연료전지 장치는, 연료전지 셀을 가열하기 위한 열에너지 및 연료전지 셀이 발하는 열에너지의 대부분을 외부로 헛되이 배출해 버리기 때문에, 연료전지 장치의 발전효율에는 추가적인 개선의 여지가 있다. 이에, 연료극과 공기극 중 어느 한쪽에 결합된 열전소자를 사용하여, 연료전지 셀로부터 배출되는 열에너지를 열전소자의 제베크효과(Seebeck effect)로 전력으로 변환하는 기술이 제안되었다. 이러한 기술은, 일본국 특허공개 제2002-141077호 공보(이하, 특허문헌 1이라 한다), 및 일본국 특허공표 제2006-527905호 공보(이하, 특허문헌 2라고 한다).
그러나, 상기 특허문헌 1 및 2에 개시된 어느 기술도, 연료극 및 공기극과는 별개의 열전소자를 필요로 한다. 이 때문에, 발전장치의 구성부품이 늘어나, 장치의 복잡화와 재료비 등의 생산비용 상승을 초래해 버린다. 또한, 연료전지 셀과 열전소자가 각각 별개로 발전을 행하기 때문에, 연료전지 셀과 열전소자의 전기적 접속이 복잡화되어, 재료비 등의 생산비용 상승을 초래해 버린다. 또한, 고온 환경하에서 동작하는 연료전지 셀에 있어서는, 신뢰성 향상을 위해 접합부분을 적게 하는 것이 바람직하다. 특히 단실형 고체 산화물형 연료전지 장치에서는, 연료전지 셀이 연료가스와 공기 등을 혼합한 고온가스에 노출되기 때문에, 연료전지 셀과 열전소자의 접합부분이 늘어나는 것은, 신뢰성 관점에서 바람직한 것은 아니다.
본 발명은 이러한 과제에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 연료전지 셀과 열전소자를 사용한 발전장치에 있어서, 그 구성 및 전기적 접속을 간단화하면서, 높은 신뢰성을 실현하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 발전장치는, 전해질과, 상기 전해질에 접합된 연료극과, 상기 연료극으로부터 이간하여 상기 전해질에 접합된 공기극을 가지며, 고온의 연료가스가 유동하는 연료가스 유로 내에 배치됨으로써 전력을 발생시키는 적어도 하나의 단실형 연료전지 셀을 구비한 발전장치로서, 상기 연료극 및 공기극 중 적어도 한쪽은, 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설(延設)되고, 상기 연료극이 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설되는 경우에는, 상기 연료극이 N형 열전소자인 한편, 상기 공기극이 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설되는 경우에는, 상기 공기극이 P형 열전소자이다.
이러한 발전장치에 있어서, 연료극이 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설되는 경우에는, 연료전지 셀이 전력을 발생시키는 동시에, 연료극인 N형 열전소자가, 고온의 연료가스 유로 내부와 연료가스 유로 외부의 온도차에 따른 제베크효과로, 연료가스 유로 외부측에서 내부측으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시킨다. 따라서, 이 발전장치에서는, 연료전지 셀의 기전력과, N형 열전소자의 기전력을 합계한 기전력을 얻을 수 있다.
또한, 공기극이 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설되는 경우에는, 연료전지 셀이 전력을 발생시키는 동시에, 공기극인 P형 열전소자가, 고온의 연료가스 유로 내부와 연료가스 유로 외부의 온도차에 따른 제베크효과로, 연료가스 유로 내부측에서 외부측으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시킨다. 따라서, 이 발전장치에서는, 연료전지 셀의 기전력과, P형 열전소자의 기전력을 합계한 기전력을 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 발전장치에서는, 연료극이 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 N형 열전소자이거나, 또는 공기극이 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 P형 열전소자이기 때문에, 연료극과 N형 열전소자를 서로 전기적으로 접속하기 위한 접합부분, 또는 공기극과 P형 열전소자를 서로 전기적으로 접속하기 위한 접합부분이 불필요해진다. 따라서, 높은 신뢰성의 실현에 더하여, 발전장치의 구성부품을 적게 할 수 있어, 장치의 간소화와 생산비용 절감을 실현할 수 있다.
예를 들면 상기 발전장치는, 상기 연료전지 셀과는 별개로 설치되어, 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 N형 열전소자를 추가적으로 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 상기 연료전지 셀의 상기 공기극이, 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 P형 열전소자여도 된다. 그리고, 상기 연료전지 셀과는 별개로 설치된 상기 N형 열전소자와, 상기 연료전지 소자의 상기 P형 열전소자는, 상기 연료가스 유로의 외부에 있어서 전기적으로 접속되어도 된다.
이러한 발전장치에서는, 연료전지 셀과는 별개로 설치된 N형 열전소자가, 고온의 연료가스 유로 내부와 연료가스 유로 외부의 온도차에 따른 제베크효과로, 연료가스 유료 외부측에서 내부측으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시킨다. 또한, 공기극인 P형 열전소자가, 고온의 연료가스 유로 내부와 연료가스 유로 외부의 온도차에 따른 제베크효과로, 연료가스 유로 내부측에서 외부측으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시킨다. 연료전지 셀과는 별개로 설치된 N형 열전소자와, 연료전지 소자의 P형 열전소자는, 연료가스 유로의 외부에 있어서 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 이 발전장치에서는, 연료전지 셀의 기전력, 연료전지 셀과는 별개로 설치된 N형 열전소자의 기전력, 및 공기극인 P형 열전소자의 기전력을 합계한 기전력을 얻을 수 있다.
또는, 예를 들면 상기 발전장치는, 상기 연료전지 셀과는 별개로 설치되어, 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 P형 열전소자를 추가적으로 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 상기 연료전지 셀의 상기 연료극이, 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 N형 열전소자여도 된다. 그리고, 상기 연료전지 셀과는 별개로 설치된 상기 P형 열전소자와, 상기 연료전지 소자의 상기 N형 열전소자는, 상기 연료가스 유로의 외부에 있어서 전기적으로 접속되어 있어도 된다.
이러한 발전장치에서는, 연료전지 셀과는 별개로 설치된 P형 열전소자가, 고온의 연료가스 유로 내부와 연료가스 유로 외부의 온도차에 따른 제베크효과로, 연료가스 유로 내부측에서 외부측으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시킨다. 또한, 연료극인 N형 열전소자가, 고온의 연료가스 유로 내부와 연료가스 유로 외부의 온도차에 따른 제베크효과로, 연료가스 유로 외부측에서 내부측으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시킨다. 연료전지 셀과는 별개로 설치된 P형 열전소자와, 연료전지 소자의 N형 열전소자는, 연료가스 유로의 외부에 있어서 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 이 발전장치에서는, 연료전지 셀의 기전력, 연료전지 셀과는 별개로 설치된 P형 열전소자의 기전력, 및 연료극인 N형 열전소자의 기전력을 합계한 기전력을 얻을 수 있다.
또는, 예를 들면 상기 발전장치는, 상기 연료전지 셀로서 각각 구성된 제1 연료전지 셀 및 제2 연료전지 셀을 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 상기 제1 연료전지 셀의 상기 공기극이, 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 P형 열전소자로서, 상기 제2 연료전지 셀의 상기 연료극이, 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 N형 열전소자여도 된다. 또한, 상기 제1 연료전지 셀의 상기 P형 열전소자와, 상기 제2 연료전지 셀의 상기 N형 열전소자는, 상기 연료가스 유로의 외부에 있어서 전기적으로 접속되어 있어도 된다.
이러한 발전장치의 제1 연료전지 셀에서는, 공기극인 P형 열전소자가, 고온의 연료가스 유로 내부와 연료가스 유로 외부의 온도차에 따른 제베크효과로, 연료가스 유로 내부측에서 외부측으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시킨다. 한편, 제2 연료전지 셀에서는, 연료극인 N형 열전소자가, 고온의 연료가스 유로 내부와 연료가스 유로 외부의 온도차에 따른 제베크효과로, 연료가스 유로 외부측에서 내부측으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시킨다. 제1 연료전지 셀의 P형 열전소자와 제2 연료전지 셀의 N형 열전소자는 연료가스 유로의 외부에 있어서 서로 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 이 발전장치에서는, 제1 및 제2 연료전지 셀의 각 기전력, 제1 연료전지 셀의 공기극인 P형 열전소자의 기전력, 및 제2 연료전지 셀의 연료극인 N형 열전소자의 기전력을 합계한 기전력을 얻을 수 있다.
또는, 상기 발전장치에 있어서, 예를 들면 상기 연료전지 셀은, P형 열전소자로 되고 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 공기극과, 전체가 상기 연료가스 유로의 내부에 위치하는 연료극을 가지고 있어도 된다.
이러한 발전장치의 연료전지 셀에서는, 공기극인 P형 열전소자가, 고온의 연료가스 유로 내부와 연료가스 유로 외부의 온도차에 따른 제베크효과로, 연료가스 유로 외부측에서 내부측으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시킨다. 따라서, 이 발전장치에서는, 연료전지 셀의 기전력과, 연료전지 셀의 공기극인 P형 열전소자의 기전력을 합계한 기전력을 얻을 수 있다.
또는, 상기 발전장치에 있어서, 예를 들면 상기 연료전지 셀은, N형 열전소자로 되고 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 연료극과, 전체가 상기 연료가스 유로의 내부에 위치하는 공기극을 가지고 있어도 된다.
이러한 발전장치의 연료전지 셀에서는, 연료극인 N형 열전소자가, 고온의 연료가스 유로 내부와 연료가스 유로 외부의 온도차에 따른 제베크효과로, 연료가스 유로 외부측에서 내부측으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시킨다. 따라서, 이 발전장치에서는, 연료전지 셀의 기전력과, 연료전지 셀의 연료극인 N형 열전소자의 기전력을 합계한 기전력을 얻을 수 있다.
또는, 예를 들면 상기 발전장치는, 상기 연료전지 셀로서 각각 구성된 제1 연료전지 셀 및 제2 연료전지 셀을 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 상기 제1 연료전지 셀 및 상기 제2 연료전지 셀은 모두, P형 열전소자로 되고 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 공기극과, N형 열전소자로 되고 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 연료극을 가지고 있어도 된다. 또한, 상기 제1 연료전지 셀의 상기 P형 열전소자와, 상기 제2 연료전지 셀의 상기 N형 열전소자는, 상기 연료가스 유로의 외부에 있어서 전기적으로 접속되어 있어도 된다.
이러한 발전장치의 제1 및 제2 연료전지 셀의 양쪽에서는, 공기극인 P형 열전소자가, 고온의 연료가스 유로 내부와 연료가스 유로 외부의 온도차에 따른 제베크효과로, 연료가스 유로 내부측에서 외부측으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시키는 동시에, 연료극인 N형 열전소자가, 고온의 연료가스 유로 내부와 연료가스 유로 외부의 온도차에 따른 제베크효과로, 연료가스 유로 외부측에서 내부측으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시킨다. 제1 연료전지 셀의 P형 열전소자와 제2 연료전지 셀의 N형 열전소자는 연료가스 유로의 외부에 있어서 서로 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 이 발전장치에서는, 제1 및 제2 연료전지 셀의 각 기전력, 제1 및 제2 연료전지 셀의 공기극인 각 P형 열전소자의 기전력, 및 제1 및 제2 연료전지 셀의 연료극인 각 N형 열전소자의 기전력을 합계한 기전력을 얻을 수 있다.
또는, 상기 발전장치에 있어서, 예를 들면 상기 연료전지 셀은, P형 열전소자로 되고 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 공기극과, N형 열전소자로 되고 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 연료극을 가지고 있어도 된다.
이러한 발전장치의 연료전지 셀에서는, 공기극인 P형 열전소자가, 고온의 연료가스 유로 내부와 연료가스 유로 외부의 온도차에 따른 제베크효과로, 연료가스 유로 내부측에서 외부측으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시키는 동시에, 연료극인 N형 열전소자가, 고온의 연료가스 유로 내부와 연료가스 유로 외부의 온도차에 따른 제베크효과로, 연료가스 유로 외부측에서 내부측으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시킨다. 따라서, 이 발전장치에서는, 연료전지 셀의 기전력, 연료전지 셀의 공기극인 P형 열전소자의 기전력, 및 연료전지 셀의 연료극인 N형 열전소자의 기전력을 합계한 기전력을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태의 발전장치의 개략 구성을 나타내는, 가스 유로 축방향을 따른 단면도,
도 2는 제1 실시형태의 발전장치의, 도 1에 있어서의 II-II의 단면도,
도 3은 제1 실시형태의 발전장치의, 도 1에 있어서의 III-III의 단면도,
도 4는 제1 실시형태의 발전장치의 출력전력을 증가시키기 위한 일례를 나타내는 전기적 접속도,
도 5는 제1 실시형태의 발전장치의 출력전류를 증가시키기 위한 일례를 나타내는 전기적 접속도,
도 6은 제1 실시형태의 발전장치의 출력전압 및 출력전류를 증가시키기 위한 일례를 나타내는 전기적 접속도,
도 7은 본 발명의 제2 실시형태의 발전장치의 개략 구성을 나타내는, 가스 유로 축방향을 따른 단면도,
도 8은 제2 실시형태의 발전장치의, 도 7에 있어서의 VIII-VIII의 단면도,
도 9는 제2 실시형태의 변형예의 발전장치의 개략 구성을 나타내는, 가스 유로 축방향을 따른 단면도,
도 10은 본 발명의 제3 실시형태의 발전장치의 개략 구성을 나타내는, 가스 유로 축방향을 따른 단면도,
도 11은 제3 실시형태의 발전장치의, 도 10에 있어서의 XI-XI의 단면도,
도 12는 제3 실시형태의 제1 변형예의 발전장치의 개략 구성을 나타내는, 가스 유로 축방향을 따른 단면도, 및
도 13은 제3 실시형태의 제2 변형예의 발전장치의 개략 구성을 나타내는, 가스 유로 축방향을 따른 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 발전장치의 설명을 행한다.
먼저, 도 1 내지 도 6을 사용하여, 본 발명의 제1 실시형태의 발전장치(10a)에 대해서 설명한다. 여기서 도 1은, 발전장치(10a)의 개략 구성을 나타내는, 가스 유로(연료가스 유로)(11)의 축방향을 따른 단면도이다. 또한, 도 2 및 도 3은, 각각 도 1에 있어서의 II-II의 단면도 및 III-III의 단면도이다. 여기서 연료가스는, 가스 유로(11)의 내부(11a)를 도 1 중의 화살표 A의 방향으로 유동한다. 이하에서는, 연료가스의 유동방향을 「유동방향(A)」으로 표시하는 경우가 있다. 도 4 내지 도 6은, 각각 발전장치(10a)의 출력전력을 다양하게 증대시키기 위한 예를 나타내는 전기적 접속도이다.
발전장치(10a)는 가스 유로(11), 연료전지 셀(20a), P형 열전소자(30), N형 열전소자(40')를 갖는다. 연료전지 셀(20a)은 고체 산화물형 전해질(21), 연료극(22), 및 공기극으로서 동작하는 P형 열전소자(30)를 갖는다. 연료전지 셀(20a)은 도시하지 않는 지지부재에서 가스 유로(11)의 내부(11a)에 배치되고, 단실형 고체 산화물형 연료전지 셀로서 동작한다. P형 열전소자(30)는 제1 단부(30a)와 제2 단부(30b)를 갖는다. 또한 N형 열전소자(40')는 제1 단부(40'a)와 제2 단부(40'b)를 갖는다.
도 1에 나타내어지는 바와 같이 발전장치(10a)에서는, 유동방향(A)에 있어서 N형 열전소자(40')가 P형 열전소자(30)의 상류측에 배치되어 있다. 도 1 내지 도 3에 나타내어지는 바와 같이 P형 열전소자(30) 및 N형 열전소자(40')는, 가스 유로(11)의 중심축선을 포함하는 평면을 따라, 서로 이간하여 배치되어 있다. 또한 P형 열전소자(30) 및 N형 열전소자(40')는, 가스 유로(11)의 둘레벽을 관통하여 배치되어 있다. 즉, P형 열전소자(30)의 제2 단부(30b)측 부분이 가스 유로(11)의 외부(11b)에 있고, 잔여 부분이 가스 유로(11)의 내부(11a)에 수용되어 있다. 마찬가지로, N형 열전소자(40')의 제2 단부(40'b)측 부분이 가스 유로(11)의 외부(11b)에 있고, 잔여 부분이 가스 유로(11)의 내부(11a)에 수용되어 있다. 또한, 도 1에 나타내어지는 바와 같이, P형 열전소자(30)의 제2 단부(30b)와 N형 열전소자(40')의 제2 단부(40'b)가 도체(24)로 접속됨으로써, P형 열전소자(30)와 N형 열전소자(40'b)가 전기적으로 직렬 접속되어 있다. 또한, P형 열전소자(30)의 제2 단부(30b)와 N형 열전소자(40')의 제2 단부(40'b)는 직접 접속되어도 된다. 이렇게 하여, 연로전지 셀(20a) 및 N형 열전소자(40')는 발전 모듈(51)을 형성한다. 물론 P형 열전소자(30) 및 N형 열전소자(40')는 가스 유로(11)에 대해 도시하지 않는 절연부재를 사용하여 전기적으로 절연되어 있다.
다음으로, 연료전지 셀(20a), P형 열전소자(30) 및 N형 열전소자(40') 등의 형상에 대해서 설명한다.
고체 산화물형 전해질(21) 및 연료극(22)은, 도 1 및 도 2에 나타내어지는 바와 같이 모두 대략 평판형상을 갖고, 고체 산화물형 전해질(21)의 제1 면(21a)에 연료극(22)이 접합되어 있다. 접합된 고체 산화물형 전해질(21) 및 연료극(22)은, 유동방향(A)과 평행해지도록, 가스 유로(11)의 예를 들면 중심축 근방에 배치되어 있다. 이렇게 하여 연료극(22)은, 연료가스의 흐름에 노출되도록 배치된다. 고체 산화물형 전해질(21)은, 예를 들면 유동방향(A)의 길이가 55 ㎜, 폭 15 ㎜, 그리고 두께가 0.5 ㎜이다. 연료극(22)은 예를 들면 유동방향(A)의 길이가 50 ㎜, 폭 10 ㎜, 그리고 두께가 0.1 ㎜이다.
P형 열전소자(30)는 도 2에 나타내어지는 바와 같이 단면 대략 T자형상을 갖고, T자의 두부(頭部)가 되는 P형 열전소자(30)의 제1 단부(30a)가 고체 산화물형 전해질(21)의 제2 면(21b)에 접합되어 있다. P형 열전소자(30)는 예를 들면, T자 두부의 폭이 10 ㎜, T자 두부의 두께가 0.1 ㎜, 유동방향(A)의 길이가 50 ㎜, 제1 단부(30a)와 제2 단부(30b) 사이의 부분의 두께가 8 ㎜이다. N형 열전소자(40')는 평판형상을 가지고, 예를 들면, 유동방향(A)의 길이가 50 ㎜, 도 1 중의 상하방향의 치수가 30 ㎜, 그리고 두께가 8 ㎜이다. P형 열전소자(30) 및 N형 열전소자(40')는, 모두 가스 유로(11)의 관경(管徑)에 적합한 길이를 갖는다. 또한, 도 1 내지 도 3에 나타내어지는 바와 같이, P형 열전소자(30) 및 N형 열전소자(40')의 각각에 있어서 평판형상을 이루는 부분은, 유동방향(A)과 평행하도록 방향지어져, 연료가스의 흐름에 노출되게 되어 있다.
연료전지 셀(20a) 및 각 열전소자 등의 조성은 다음과 같다.
연료전지 셀(20a)의 고체 산화물형 전해질(21)은, 예를 들면, 8 mol-YSZ(이트리아 안정화 지르코니아), 5 mol-YSZ, SDC(스칸디아 도핑 세리아(scandia-doped ceria)), GDC(가돌리늄 도핑 세리아), 또는 ScSZ(스칸디아 안정화 지르코니아) 등으로 형성할 수 있다. 연료극(22)은, 예를 들면, NiO+YSZ, NiO+SDC, NiO+GDC, LSCM(란탄 스트론튬 코발트 망가나이트), 또는 FeO3 등으로 형성할 수 있다. 연료전지 셀(20a)의 공기극으로서 동작할 수 있는 P형 열전소자(30)는, 예를 들면, Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O32+d(BSCF, 바륨·스트론튬·코발트·철·옥사이드), Sr4Fe5.88Ni0.12O13+d(스트론튬·철·니켈·옥사이드), Sr3.84Ca0.16Fe5.88Ni0.12O13+d(스트론튬·칼슘·철·니켈·옥사이드), Sr1.2Ca2.8Fe5.88Ni0.12O13+d(스트론튬·칼슘·철·니켈·옥사이드), Ca4Fe5.88Ni0.12O13+d(칼슘·철·니켈·옥사이드), Sr3.5La0.5Fe5.88Ni0.12O13+d(스트론튬·란탄·철·니켈·옥사이드), Sr3.5La0.5Fe6O13+d(스트론튬·란탄·철·옥사이드), Ca3.5La0.5Fe5.88Ni0.12O13+d(칼슘·란탄·철·니켈·옥사이드) 등의 금속분말을 소성 등 하여 형성되고, 이들 중 단일 또는 복수의 금속분말로 된다.
N형 열전소자(40')는 연료전지 셀(20a)의 연료극 또는 공기극으로서 동작하는 것이 아니라, Fe2VAl0.9Si0.1 등의 금속분말을 소성하여 형성된 전극으로, 단일 또는 복수의 금속분말로 된다.
다음으로 발전장치(10a)의 동작에 대해서 설명한다.
발전장치(10a)에서는, 연료가스가 도 1의 화살표 A의 방향으로 가스 유로(11)로 도입된다. 예를 들면 가솔린엔진 등이 배출하는 연소 배기가스(예를 들면 CHx, COx, Air 등을 포함하며, 온도가 500 내지 1000℃ 이상인 연소 배기가스)가, 연료가스로서 가스 유로(11)로 도입되면, 연소 배기가스는 N형 열전소자(40'), P형 열전소자(30) 및 연료전지 셀(20a) 등에 접하여, 이들을 가열한 후에 가스 유로(11)로부터 배출된다.
이렇게 하여 가열된 연료전지 셀(20a)의 온도는, 발전개시온도(예를 들면 500 내지 1000℃)에 도달하여, 연료전지 셀(20a)의 공기극으로서 작용하는 P형 열전소자(30)에 있어서, 연소 배기가스 중의 공기로부터 산소이온(O2-)이 생성된다. 이 산소이온은 고체 산화물형 전해질(21)의 내부를 P형 열전소자(30)(공기극)에서 연료극(22)으로 이동한다. 이렇게 하여 연료전지 셀(20a)은, 연료극(22)에서 P형 열전소자(30)(공기극)로 전류를 흘리는 기전력을 발생시킨다. 또한 연료극(22)으로 이동한 산소이온은, 연료극(22)에 있어서 연소 배기가스 중의 CHx나 COx와 반응하여, 이산화탄소(CO2)나 물(H2O)이 생성된다. 이렇게 하여 연료전지 셀(20a)은 전력을 발생시키고, 또한 연소 배기가스 중의 CHx나 COx를 이산화탄소나 물(수증기)로 하여 연소 배기가스를 정화한다는 효과를 나타낸다.
또한 P형 열전소자(30) 및 N형 열전소자(40')는, 500 내지 1000℃의 연소 배기가스가 유동하는 가스 유로(11)의 내부(11a)와, 예를 들면 상온에 있는 외부(11b)의 온도차에 따라 기전력을 발생시킨다. 구체적으로는, P형 열전소자(30)는, 제1 단부(30a)측(고온측)에서 제2 단부(30b)측(저온측)으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시킨다. 또한 N형 열전소자(40')는, 제2 단부(40'b)측(저온측)에서 제1 단부(40'a)측(고온측)으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시킨다. 이렇게 하여 발전 모듈(51)은, 연료전지 셀(20a)의 연료극(22)에서 N형 열전소자(40')의 제1 단부(40'a)측으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시키고, 그 기전력은, 연료전지 셀(20a)의 기전력, P형 열전소자(30)의 기전력 및 N형 열전소자(40')의 기전력의 합계가 된다. 또한, P형 열전소자(30)의 제2 단부(30b)측과 N형 열전소자(40')의 제2 단부(40'b)측을 열전대(thermocouple)의 냉접점으로 생각하는 것도 가능하다.
이상과 같이, 제1 실시형태의 발전장치(10a)에서는, 가스 유로(11)의 내부(11a)에서 외부(11b)까지 연설된 P형 열전소자(30)가 공기극이기 때문에, P형 열전소자(30)와 공기극을 서로 전기적으로 접속하기 위한 접합부분이 불필요해진다. 따라서, 높은 신뢰성의 실현에 더하여, 발전장치(10a)의 구성부품을 적게 할 수 있어, 장치의 간소화와 생산비용 절감을 실현할 수 있다.
여기서 연료전지 셀(20a)의 기전력은 1 볼트강(强), P형 열전소자(30) 및 N형 열전소자(40')의 기전력은 0.03 볼트 정도이다. 따라서, 복수의 발전 모듈(51)을, 도 4에 나타내어지는 바와 같이 직렬 접속한 다음, 도시되지 않는 인버터 회로 등을 사용하면, 목적하는 직류전압 또는 교류전압을 얻을 수 있다. 또한, 도 4에서는 발전 모듈(51)이 전지의 회로기호로 표시되어 있다. 또한, 복수의 발전 모듈(51)을, 도 5에 나타내어지는 바와 같이 병렬 접속함으로써, 발전장치(10a)의 출력전류를 늘릴 수 있다. 또는, 복수의 발전 모듈(51)을, 도 6에 나타내어지는 바와 같이 직렬 및 병렬 접속함으로써, 발전장치(10a)의 출력전압 및 출력전류를 모두 늘릴 수 있다. 또한, 도 5 및 도 6에 있어서도, 발전 모듈(51)은 전지의 회로기호로 표시되어 있다.
다음으로, 상기 제1 실시형태의 변형예에 대해서 설명한다.
발전 모듈(51)에 있어서의 연료전지 셀(20)은, 연료극(22)을 공기극(23)으로 치환하는 동시에, P형 열전소자(30)를 N형 열전소자(40)로 치환함으로써, 연료전지 셀(20'a)로 변경하는 것이 가능하다. 이 경우, 추가적으로 N형 열전소자(40')가 P형 열전소자(30')로 치환된다. 이 변형예에 있어서, 발전 모듈(51)과 상이한 구성요소는, 도 1 내지 도 3 중에 괄호가 붙은 부호로 나타내어져 있다. 이와 같이 하여 구성되는 발전 모듈을 발전 모듈(51')로 하면, 그 기전력은 발전 모듈(51)과 역극성의 기전력이 된다. 즉, P형 열전소자(30')의 제1 단부(30'a)측에서 공기극(23)으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시킨다.
여기서 N형 열전소자(40)는 연료전지 셀(20'a)의 연료극으로서 동작 가능하여, 예를 들면, 산화티탄계 합금, 산화망간계 합금, 및 산화아연계 합금 중 어느 하나에, 백금 또는 산화니켈을 분산시키고, 추가적으로 이온전도성 세라믹인 세리아계((60 vol%-40 vol% Ni)-GDC) 합금 또는 지르코니아계(ScSZ) 합금을 분산시킨 다음, 이것을 예를 들면 소성함으로써 형성된다. 또한, vol%는 용량%이고, GDC는 가돌리늄 도핑 세리아이며, ScSZ는 스칸디아 안정화 지르코니아이다.
또한 P형 열전소자(30')는 연료전지 셀(20'a)의 연료극 또는 공기극으로서 동작하는 것이 아니라, Fe2V0.9Ti0.1Al 등의 금속분말을 소성하여 형성된 전극으로, 단일 또는 복수의 금속분말로 된다.
이상과 같이 구성되는 발전장치에서는, 가스 유로(11)의 내부(11a)에서 외부(11b)까지 연설된 N형 열전소자(40)가 연료극이기 때문에, N형 열전소자(40)와 연료극을 서로 전기적으로 접속하기 위한 접합부분이 불필요해진다. 따라서, 이 경우에도, 높은 신뢰성의 실현에 더하여, 발전장치의 구성부품을 적게 할 수 있어, 장치의 간소화와 생산비용 절감을 실현할 수 있다.
또한, 상기 제1 실시형태 및 그의 변형예 중 어느 경우에 있어서도, P형 열전소자(30)(또는 30') 및 N형 열전소자(40')(또는 40)는, 어느 쪽이 유동방향(A)의 상류측에 위치해도 된다. 또한, 유동방향(A)과 직교하는 가스 유로(11)의 단면형상이, 예를 들면 장원형상 또는 편평형상인 경우에는, 유동방향(A)과 직교하는 동일면 상에 P형 열전소자(30)(또는 30') 및 N형 열전소자(40')(또는 40)를 배치해도 된다.
다음으로, 도 7 및 도 8을 사용하여, 본 발명의 제2 실시형태의 발전장치(10b)에 대해서 설명한다. 여기서 도 7은, 발전장치(10b)의 개략 구성을 나타내는, 가스 유로(11)의 축방향을 따른 단면도이고, 도 8은, 도 7에 있어서의 VIII-VIII의 단면도이다. 또한, 제1 실시형태의 구성요소와 동일한 기능을 갖는 구성요소에는, 동일 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
발전장치(10b)는 가스 유로(11), 제1 연료전지 셀(20b) 및 제2 연료전지 셀(20c)을 갖는다. 유동방향(A)에 있어서, 제2 연료전지 셀(20c)의 상류측에 제1 연료전지 셀(20b)이 배치되어 있다. 제1 연료전지 셀(20b)은, 고체 산화물형 전해질(21), 연료극(22), 및 공기극으로서 동작할 수 있는 P형 열전소자(30)를 갖는다. 또한 제2 연료전지 셀(20c)은, 고체 산화물형 전해질(21), 공기극(23), 및 연료극으로서 동작할 수 있는 N형 열전소자(40)를 갖는다.
P형 열전소자(30) 및 N형 열전소자(40)는, 가스 유로(11)의 중심축선을 포함하는 평면을 따라 서로 이간하여 배치되어 있다. 또한 P형 열전소자(30) 및 N형 열전소자(40)는, 가스 유로(11)의 둘레벽을 관통하여 배치되어 있다. 즉, P형 열전소자(30)의 제2 단부(30b)측 부분이 가스 유로(11)의 외부(11b)에 있고, 잔여 부분이 가스 유로(11)의 내부(11a)에 수용되어 있다. 또한 마찬가지로, N형 열전소자(40)의 제2 단부(40b)측 부분이 가스 유로(11)의 외부(11b)에 있고, 잔여 부분이 가스 유로(11)의 내부(11a)에 수용되어 있다. 따라서, P형 열전소자(30) 및 N형 열전소자(40)는, 제베크효과에 의한 기전력을 발생시킬 수 있다. 또한, 도 7에 나타내어지는 바와 같이, P형 열전소자(30)의 제2 단부(30b)와 N형 열전소자(40)의 제2 단부(40b)가 도체(24)로 접속됨으로써, P형 열전소자(30)와 N형 열전소자(40)가 전기적으로 직렬 접속되어 있다.
이렇게 하여 제1 연료전지 셀(20b) 및 제2 연료전지 셀(20c)은 전기적으로 직렬 접속되어, 발전 모듈(52)을 형성한다. 또한, 본 실시형태의 발전장치(10b)에서는, 연료극(22) 및 공기극(23)은, P형 열전소자(30) 및 N형 열전소자(40)와 마찬가지로 T자형상의 단면형상을 갖고, 전체가 가스 유로(11)의 내부(11a)에 위치하고 있다. 단, 연료극(22) 및 공기극(23)은, 전술한 제1 실시형태의 발전장치(10a)와 마찬가지로 평판형상을 가지고 있어도 된다.
발전장치(10b)에서는, 가스 유로(11)에 유입된 연소 배기가스가, 제1 연료전지 셀(20b) 및 제2 연료전지 셀(20c)을 가열하여 가스 유로(11)로부터 배출된다. 이 때, 제1 연료전지 셀(20b)은, 연료극(22)에서 P형 열전소자(30)(공기극)로 전류를 흘리는 기전력을 발생시키고, P형 열전소자(30)는, 제1 단부(30a)측에서 제2 단부(30b)측으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시킨다. 또한 제2 연료전지 셀(20c)은, N형 열전소자(40)(연료극)에서 공기극(23)으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시키고, N형 열전소자(40)는, 제2 단부(40b)측에서 제1 단부(40a)측으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시킨다. 이렇게 하여 발전 모듈(52)은, 제1 연료전지 셀(20b)의 연료극(22)에서, 제2 연료전지 셀(20c)의 공기극(23)으로 전류를 흘리는 기전력을 발생시키고, 그 기전력은, 제1 연료전지 셀(20b), 제2 연료전지 셀(20c), P형 열전소자(30) 및 N형 열전소자(40)의 각 기전력의 합계가 된다. 물론 복수의 발전 모듈(52)을 전술한 제1 실시형태의 경우와 마찬가지로, 도 4 내지 도 6에 나타내어지는 바와 같이 직렬 및/또는 병렬로 전기적으로 접속하는 것도 가능하다.
이상과 같이, 제2 실시형태의 발전장치(10b)에서는, 가스 유로(11)의 내부(11a)에서 외부(11b)까지 연설된 P형 열전소자(30)가 제1 연료전지 셀(20b)의 공기극이기 때문에, 제1 연료전지 셀(20b)에 있어서 공기극과 P형 열전소자(30)를 서로 전기적으로 접속하기 위한 접합부분이 불필요해진다. 또한, 가스 유로(11)의 내부(11a)에서 외부(11b)까지 연설된 N형 열전소자(40)가 제2 연료전지 셀(20c)의 연료극이기 때문에, 제2 연료전지 셀(20c)에 있어서 연료극과 N형 열전소자(40)를 서로 전기적으로 접속하기 위한 접합부분이 불필요해진다. 따라서, 높은 신뢰성의 실현에 더하여, 발전장치(10b)의 구성부품을 적게 할 수 있어, 장치의 간소화와 생산비용 절감을 실현할 수 있다.
다음으로, 상기 제2 실시형태의 변형예에 대해서 설명한다.
이 변형예에서는, 도 9에 나타내어지는 바와 같이, 전술한 발전장치(10b)에 있어서 제2 연료전지 셀(20c)이 사용되지 않고, 제1 연료전지 셀(20b)만이 사용된다. 이 경우에는, 제1 연료전지 셀(20b) 및 P형 열전소자(30)에 의해 발전 모듈(52')이 형성된다. 발전 모듈(52')의 기전력은, 제1 연료전지 셀(20b)의 기전력과 P형 열전소자(30)의 기전력의 합계가 된다.
이러한 발전장치에 있어서도, 가스 유로(11)의 내부(11a)에서 외부(11b)까지 연설된 P형 열전소자(30)가 공기극이기 때문에, P형 열전소자(30)와 공기극을 서로 전기적으로 접속하기 위한 접합부분이 불필요해진다. 따라서, 높은 신뢰성의 실현에 더하여, 발전장치의 구성부품을 적게 할 수 있어, 장치의 간소화와 생산비용 절감을 실현할 수 있다.
또한, 제1 연료전지 셀(20b) 대신에, 제2 연료전지 셀(20c)만을 사용하도록 해도 된다. 이 경우에는, 제2 연료전지 셀(20c)의 기전력과 N형 열전소자(40)의 기전력을 합계한 기전력이 얻어진다. 이 경우도 마찬가지로 높은 신뢰성의 실현에 더하여, 발전장치의 구성부품을 적게 할 수 있어, 장치의 간소화와 생산비용 절감을 실현할 수 있다.
다음으로, 도 10 및 도 11을 사용하여, 본 발명의 제3 실시형태의 발전장치(10c)에 대해서 설명한다. 여기서 도 10은, 발전장치(10c)의 개략 구성을 나타내는, 가스 유로(11)의 축방향을 따른 단면도이고, 도 11은, 도 10에 있어서의 XI-XI의 단면도이다. 또한 전술한 각 실시형태의 구성요건과 동일한 기능을 갖는 구성요소에는, 동일 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
발전장치(10c)는, 가스 유로(11), 제1 연료전지 셀(20d) 및 제2 연료전지 셀(20e)을 갖는다. 유동방향(A)에 있어서, 제2 연료전지 셀(20e)의 상류측에 제1 연료전지 셀(20d)이 배치되어 있다. 제1 연료전지 셀(20d) 및 제2 연료전지 셀(20e)은, 모두 고체 산화물형 전해질(21), 공기극으로서 동작할 수 잇는 P형 열전소자(30), 및 연료극으로서 동작할 수 있는 N형 열전소자(40)를 가지고 있다.
도 10에 나타내어지는 바와 같이, 제1 연료전지 셀(20d)에 있어서, 고체 산화물형 전해질(21)을 P형 열전소자(30) 및 N형 열전소자(40)의 사이에 끼우듯이, P형 열전소자(30)의 제1 단부(30a) 및 N형 열전소자(40)의 제1 단부(40a)가 각각 고체 산화물형 전해질(21)에 접합되어 있다. 마찬가지로, 제2 연료전지 셀(20e)에 있어서, 고체 산화물형 전해질(21)을 P형 열전소자(30) 및 N형 열전소자(40) 사이에 끼우듯이, N형 열전소자(40)의 제1 단부(40a) 및 P형 열전소자(30)의 제1 단부(30a)가 각각 고체 산화물형 전해질(21)에 접합되어 있다.
도 10에 나타내어지는 바와 같이, 제1 연료전지 셀(20d)의 P형 열전소자(30) 및 제2 연료전지 셀(20e)의 N형 열전소자(40)는, 가스 유로(11)의 중심축선을 포함하는 평면을 따라 서로 이간하여 배치되고, 각각 동방향을 향하여 가스 유로(11)의 둘레벽을 관통하고 있다. 또한, 제1 연료전지 셀(20d)의 N형 열전소자(40) 및 제2 연료전지 셀(20e)의 P형 열전소자(30)는 서로 이간하여 배치되고, 제1 연료전지 셀(20d)의 P형 열전소자(30) 및 제2 연료전지 셀(20e)의 N형 열전소자(40)는 역방향을 향하여 가스 유로(11)의 둘레벽을 관통하고 있다. 이러한 배치에 의해, 2개의 P형 열전소자(30) 및 2개의 N형 열전소자(40)의 각각은, 제베크효과에 의한 기전력을 발생시킬 수 있다. 또한, 연료전지 셀(20d)의 P형 열전소자(30)의 제2 단부(30b)와, 연료전지 셀(20e)의 N형 열전소자(40)의 제2 단부(40b)는, 도체(24)를 매개로 전기적으로 접속되어 있다.
이렇게 하여 제1 연료전지 셀(20d) 및 제2 연료전지 셀(20e)은, 전기적으로 직렬 접속되어 발전 모듈(53)을 형성하고, 제1 연료전지 셀(20d)의 N형 열전소자(40)(연료극)에서 제2 연료전지 셀(20e)의 P형 열전소자(30)(공기극)로 전류를 흘리는 기전력을 발생시킨다. 발전 모듈(53)에서는, 제1 연료전지 셀(20d) 및 제2 연료전지 셀(20e)의 각 기전력과, 2개의 P형 열전소자(30) 및 2개의 N형 열전소자(40)의 각 기전력을 합계한 기전력이 얻어진다. 또한, 제1 연료전지 셀(20d) 및 제2 연료전지 셀(20e)에 있어서의 P형 열전소자(30) 및 N형 열전소자(40)는, 가스 유로(11)의 내부(11a)에 온접점을 갖는 열전대로 생각하는 것도 가능하다.
이상과 같이, 제3 실시형태의 발전장치(10c)의 제1 연료전지 셀(20d) 및 제2 연료전지 셀(20e)에서는 모두, 가스 유로(11)의 내부(11a)에서 외부(11b)까지 연설된 P형 열전소자(30)가 공기극이고, 가스 유로(11)의 내부(11a)에서 외부(11b)까지 연설된 N형 열전소자(40)가 연료극이다. 이 때문에, 제1 연료전지 셀(20d) 및 제2 연료전지 셀(20e) 각각에 있어서, P형 열전소자(30)와 공기극을 서로 전기적으로 접속하기 위한 접합부분, 및 N형 열전소자(40)와 연료극을 서로 전기적으로 접속하기 위한 접합부분이 불필요해진다. 따라서, 높은 신뢰성의 실현에 더하여, 발전장치(10c)의 구성부품을 적게 할 수 있어, 장치의 간소화와 생산비용 절감을 실현할 수 있다.
다음으로, 상기 제3 실시형태의 제1 변형예에 대해서 설명한다.
발전장치(10c)에서는, 도 12에 나타내어지는 바와 같이, 고체 산화물형 전해질(21)의 형상에 따라서는, 모든 P형 열전소자(30) 및 N형 열전소자(40)를, 각각의 고체 산화물형 전해질(21)의 동일측 면(21b)에 접합할 수 있다. 이 경우에는, 모든 P형 열전소자(30) 및 N형 열전소자(40)가, 가스 유로(11)의 중심축선을 포함하는 평면을 따라 서로 이간하여 배치되고, 각각 동일방향을 향해 가스 유로(11)의 둘레벽을 관통하고 있다. 제1 연료전지 셀(20d)의 P형 열전소자(30)(공기극)와, 제2 연료전지 셀(20e)의 N형 열전소자(40)(연료극)는 서로 전기적으로 접속되어 발전 모듈(53')이 형성된다. 발전 모듈(53')의 기전력은, 상기 제3 실시형태와 마찬가지로, 제1 연료전지 셀(20d) 및 제2 연료전지 셀(20e)의 각 기전력과, 2개의 P형 열전소자(30) 및 2개의 N형 열전소자(40)의 각 기전력의 합계가 된다.
이 경우도, 전술한 제3 실시형태와 마찬가지로, P형 열전소자(30)와 공기극을 서로 전기적으로 접속하기 위한 접합부분, 및 N형 열전소자(40)와 연료극을 서로 전기적으로 접속하기 위한 접합부분이 불필요해진다. 따라서, 높은 신뢰성의 실현에 더하여, 발전장치의 구성부품을 적게 할 수 있어, 장치의 간소화와 생산비용 절감을 실현할 수 있다.
다음으로, 상기 제3 실시형태의 제2 변형예에 대해서 설명한다.
제2 변형예는, 도 13에 나타내어지는 바와 같이, 전술한 발전장치(10c)에 있어서 제2 연료전지 셀(20e)이 사용되지 않고, 제1 연료전지 셀(20d)만이 사용된다. 이 경우에는, 제1 연료전지 셀(20d), P형 열전소자(30)(공기극) 및 N형 열전소자(40)(연료극)에 의해 발전 모듈(53")이 형성되고, 그 기전력은, 제1 연료전지 셀(20d)의 기전력과, P형 열전소자(30) 및 N형 열전소자(40)의 각 기전력의 합계가 된다.
이 경우도, 전술한 제3 실시형태와 마찬가지로, P형 열전소자(30)와 공기극을 서로 전기적으로 접속하기 위한 접합부분, 및 N형 열전소자(40)와 연료극을 서로 전기적으로 접속하기 위한 접합부분이 불필요해진다. 따라서, 높은 신뢰성의 실현에 더하여, 발전장치의 구성부품을 적게 할 수 있어, 장치의 간소화와 생산비용 절감을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 발전장치는, 각 실시예에 기재된 것에 한정되지 않고, 그 취지를 벗어나지 않는 범위에 있어서 적절히 변형할 수 있다. 예를 들면, 가스 유로의 내부에 있어서의 연료전지 셀 및 열전소자의 배치는, 각 실시예에 기재된 것에 한정되지 않는다. 또한, 연료전지 셀, P형 열전소자 및 N형 열전소자 등의 조성·형상 등도 각 실시예에 기재된 것에 한정되지 않는다.

Claims (8)

  1. 전해질과, 상기 전해질에 접합된 연료극과, 상기 연료극으로부터 이간하여 상기 전해질에 접합된 공기극을 가지며, 고온의 연료가스가 유동하는 연료가스 유로 내에 배치됨으로써 전력을 발생시키는 적어도 하나의 단실형(single chamber type) 연료전지 셀을 구비한 발전장치로서,
    상기 연료극 및 공기극 중 적어도 한쪽은, 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설(延設)되고,
    상기 연료극이 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설되는 경우에는, 상기 연료극이 N형 열전소자인 한편,
    상기 공기극이 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설되는 경우에는, 상기 공기극이 P형 열전소자인 것을 특징으로 하는 발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 셀과는 별개로 설치되어, 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 N형 열전소자를 추가적으로 구비하고,
    상기 연료전지 셀의 상기 공기극이, 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 P형 열전소자로서,
    상기 연료전지 셀과는 별개로 설치된 상기 N형 열전소자와, 상기 연료전지 소자의 상기 P형 열전소자는, 상기 연료가스 유로의 외부에 있어서 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 셀과는 별개로 설치되어, 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 P형 열전소자를 추가적으로 구비하고,
    상기 연료전지 셀의 상기 연료극이, 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 N형 열전소자로서,
    상기 연료전지 셀과는 별개로 설치된 상기 P형 열전소자와, 상기 연료전지 소자의 상기 N형 열전소자는, 상기 연료가스 유로의 외부에 있어서 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 셀로서 각각 구성된 제1 연료전지 셀 및 제2 연료전지 셀을 구비하고,
    상기 제1 연료전지 셀의 상기 공기극이, 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 P형 열전소자이며,
    상기 제2 연료전지 셀의 상기 연료극이, 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 N형 열전소자로서,
    상기 제1 연료전지 셀의 상기 P형 열전소자와, 상기 제2 연료전지 셀의 상기 N형 열전소자는, 상기 연료가스 유로의 외부에 있어서 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 셀은,
    P형 열전소자로 되고 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 공기극과,
    전체가 상기 연료가스 유로의 내부에 위치하는 연료극
    을 갖는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 셀은,
    N형 열전소자로 되고 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 연료극과,
    전체가 상기 연료가스 유로의 내부에 위치하는 공기극
    을 갖는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 셀로서 각각 구성된 제1 연료전지 셀 및 제2 연료전지 셀을 구비하고,
    상기 제1 연료전지 셀 및 상기 제2 연료전지 셀은 모두, P형 열전소자로 되고 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 공기극과, N형 열전소자로 되고 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 연료극을 가지며,
    상기 제1 연료전지 셀의 상기 P형 열전소자와, 상기 제2 연료전지 셀의 상기 N형 열전소자는, 상기 연료가스 유로의 외부에 있어서 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 셀은,
    P형 열전소자로 되고 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 공기극과,
    N형 열전소자로 되고 상기 연료가스 유로의 내부에서 외부까지 연설된 연료극
    을 갖는 것을 특징으로 하는 발전장치.
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