200924275 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於藉由氧化劑與還原劑之電化學反應而取出 電力的燃料電池裝置及具備此燃料電池裝置的電子機器。 【先前技術】 發電裝置係具有燃料電池裝置,其具備藉由甲醇、乙醇、 雙甲醚等之燃料與氧的電化學反應而生成電力的發電單 元。燃料電池裝置具有大致分爲平板型及圓筒型的二種 類。在將複數個發電單元積層而構成之平板型燃料電池 中,爲了提高其發電效率,需要抑制供給至各發電單元中 之反應氣體流路的反應氣體的流量的變動。例如,在ΰ本 特開2006-2945 03號公報中記載有:利用將氣體供給連通部 中之反應氣體的壓力損失與氣體排出連通部中之反應氣體 的壓力損失的合計,設定爲比氣體流路中之反應氣體的壓 力損失更大,以抑制氣體流路內之氣體流量的變動之方法。 然而,因爲在一個氣體供給連通部上並聯地連接有複數 個氣體流路,所以,在著眼於此等複數個氣體流路之情況, 並無記載針對供給於各氣體流路之反應氣體的流量爲非均 勻,而是抑制此變動的方法。 【發明內容】 本發明之燃料電池裝置,其具備藉由氧化劑與還原劑之 電化學反應而生成電力的複數個發電單元,該複數個發電 單元包含: 200924275 複數個氣體流路,分別將供電化學反應之反應氣體導向 該複數個發電單元;及 複數個流入口,分別設於該反應氣體流入該複數個氣體 流路的各流路之位置, 該複數個流入口中,配置於該反應氣體之流通方向下游 側的流入口之截面大小,係比配置於上游側之流入口的截 面還小。 另外,本發明之另一種燃料電池裝置,其具備藉由氧化 劑與還原劑之電化學反應而生成電力的複數個發電單元, 該複數個發電單元包含: 穿透預定之物質的複數個電解質層;3 複數個陽極,分別設於該複數個電解質層的一面; 複數個陽極集電極,其與該複數個陽極的各個陽極相抵 接,流通包含有該還原劑之陽極氣體的複數個陽極氣體流 路,係分別形成於該陽極集電極與該陽極的抵接面; 複數個陰極,分別設於該複數個電解質層的另一面; 複數個陰極集電極,其與該複數個陰極的各者相抵接, 流通包含有該氧化劑之陰極氣體的複數個陰極氣體流路, 係分別形成於該陰極集電極與該陰極的抵接面; 複數個陽極氣體流入口,分別設於該複數個陽極氣體流 路的各個流路中要流入該陽極氣體的位置;及 複數個陰極氣體流入□,分別設於該複數個陰極氣體流 路的各個流路中要流入該陰極氣體的位置, 200924275 該複數個陽極氣體流入口中,配置於該陽極氣體之流通 方向下游側的流入口之截面大小,係比配置於上游側之流 入口的截面還小。 本發明之再一種燃料電池裝置,其具備藉由氧化劑與還 原劑之電化學反應而生成電力的複數個發電單元,該複數 個發電單元包含: 穿透預定之物質的複數個電解質層; 複數個陽極,分別設於該複數個電解質層的一面; 複數個陽極集電極,其與該複數個陽極的各者相抵接, 流通包含該還原劑之陽極氣體的複數個陽極氣體流路,係 分別形成於該陽極集電極與該陽極的抵接面; 複數個陰極,分別設於該複數個電解質層的另一面; 複數個陰極集電極,其與該複數個陰極的各個陰極相抵 接,流通包含該氧化劑之陰極氣體的複數個陰極氣體流 路,係分別形成於該陰極集電極與該陰極的抵接面; 複數個陽極氣體流入口,分別設於該複數個陽極氣體流 路的各個流路中要流入該陽極氣體的位置;及 複數個陰極氣體流入口,分別設於該複數個陰極氣體流 路的各個流路中要流入該陰極氣體的位置, 該複數個陰極氣體流入口中,配置於該陰極氣體之流通 方向的下游側之流入口的截面大小,係比配置於上游側之 流入口的截面還小。 本發明之電子機器,具備: 200924275 燃料電池裝置,其中燃料電池裝置具備藉由氧化劑與還 原劑之電化學反應而生成電力的複數個發電單元,該複數 個發電單元包含: 複數個氣體流路,分別將供電化學反應之反應氣體導向 該複數個發電單元;及 複數個流入口,分別設於該反應氣體流入該複數個氣體 流路的各流路之位置, 該複數個流入口中,配置於該反應氣體之流通方向下游 側的流入口之截面大小,係比配置於上游側之流入口的截 面還小;以及 電子機器本體,其藉由該燃料電池裝置所發電之電力進 行動作。 本發明之另一電子機器,具備: 燃料電池裝置,其中燃料電池裝置具備藉由氧化劑與還 原劑之電化學反應而生成電力的複數個發電單元,該複數 個發電單元包含: 穿透預定之物質的複數個電解質層; 複數個陽極,分別設於該複數個電解質層的一面; 複數個陽極集電極,其與該複數個陽極的各個陽極相抵 接,流通包含有該還原劑之陽極氣體的複數個陽極氣體流 路,係分別形成於該陽極集電極與該陽極的抵接面; 複數個陰極,分別設於該複數個電解質層的另一面; 複數個陰極集電極,其與該複數個陰極的各者相抵接, 200924275 流通包含有該氧化劑之陰極氣體的複數個陰極氣體流路, 係分別形成於該陰極集電極與該陰極的抵接面; 複數個陽極氣體流入口,分別設於該複數個陽極氣體流 路的各個流路中要流入該陽極氣體的位置;及 複數個陰極氣體流入口,分別設於該複數個陰極氣體流 路的各個流路中要流入該陰極氣體的位置, 該複數個陽極氣體流入口中,配置於該陽極氣體之流通 方向下游側的流入口之截面大小,係比配置於上游側之流 入口的截面還小;以及 電子機器本體,其藉由該燃料電池裝置所發電之電力進 行動作。 本發明之再一電子機器,具備: 燃料電池裝置,其中燃料電池裝置具備藉由氧化劑與還 原劑之電化學反應而生成電力的複數個發電單元,該複數 個發電單元包含: 穿透預定之物質的複數個電解質層; 複數個陽極,分別設於該複數個電解質層的一面; 複數個陽極集電極,其與該複數個陽極的各者相抵接, 流通包含該還原劑之陽極氣體的複數個陽極氣體流路,係 分別形成於該陽極集電極與該陽極的抵接面; 複數個陰極,分別設於該複數個電解質層的另一面; 複數個陰極集電極,其與該複數個陰極的各個陰極相抵 接,流通包含該氧化劑之陰極氣體的複數個陰極氣體流 -10- 200924275 路,係分別形成於該陰極集電極與該陰極的抵接面; 複數個陽極氣體流入口,分別設於該複數個陽極氣體流 路的各個流路中要流入該陽極氣體的位置;及 複數個陰極氣體流入口,分別設於該複數個陰極氣體流 路的各個流路中要流入該陰極氣體的位置, 該複數個陰極氣體流入口中,配置於該陰極氣體之流通 方向的下游側之流入口的截面大小,係比配置於上游側之 流入口的截面還小;以及 電子機器本體,其藉由該燃料電池裝置所發電之電力進 行動作。 【實施方式】 以下,參照圖式說明本發明之較佳實施形態。 第1圖爲顯示搭載有燃料電池裝置1之攜帶用電子機器 100之方塊圖。此電子機器100係例如、筆記型個人電腦、 PDA、電子記帳部、數位相機、行動電話、手錶、收銀機 ( 及投影機等之攜帶型的電子機器。 電子機器100具備:電子機器本體901、DC/DC轉換器 902、二次電池903等、及燃料電池裝置1。電子機器本體 901係藉由DC/DC轉換器902或二次電池903所供給之電 力而被驅動。DC/DC轉換器902係將藉由燃料電池裝置1 所生成之電力轉換成適宜的電壓後供給於電子機器本體 901。另外,DC/DC轉換器902將藉由燃料電池裝置}所生 成之電力充電至二次電池9〇3,在燃料電池裝置1不動作 -11 - 200924275 時’將蓄電於二次電池903之電力供給於電子機 901° (燃料電池裝置) 此燃料電池裝置1具備燃料容器2、泵3、及隔熱 (隔熱容器)1 0等。燃料電池裝置!之燃料容器2係 拆卸式地安裝於電子機器i 〇〇上,泵3及隔熱封裝骨 例如內建於電子機器1〇〇之本體中。 在燃料容器2內儲存有液體之原燃料(例如、甲醇 雙甲醚)與水之混合液。又,亦可將液體之原燃料與 儲存於個別之容器中。泵3係用以吸引燃料容器2 合液,並輸送至隔熱封裝體10內之氣化器4。 在隔熱封裝體10內收容有氣化器4、改質器6、 元8及觸媒燃燒器9。在隔熱封裝體10內爲了提高 果而將內部空間保持爲比大氣壓更低之氣壓(例如 以下)。 在氣化器4、改質器6及觸媒燃燒器9分別設有電 兼溫度感測器4 a , 6 a、9 a。電加熱器兼溫度感測器 9a之電阻値係依存於溫度,所以,此電加熱器兼溫 器4 a,6 a、9 a,亦具有作爲測定氣化器4、改質器6 燃燒器9之溫度的溫度感測器的功能。 從泵3輸送至氣化器4之混合液,係藉由電加熱 度感測器4a之熱或從觸媒燃燒器9所傳播的熱而被 約爲1 10〜160 °C,進行氣化而生成混合氣。由氣化 器本體 封裝體 例如可 I 10係 、乙醇、 水分別 內之混 發電單 隔熱效 ' 1 OPa 加熱器 4 a,6 a、 度感測 及觸媒 器兼溫 加熱至 器4所 -12- 200924275 生成之混合氣被輸送至改質器6。 在改質器6內部形成有流路,在此流路之壁面擔持有觸 媒。從氣化器4輸送至改質器6之混合氣,流通於改質器 6之流路中,並藉由電加熱器兼溫度感測器6a之熱、發電 單元8之反應熱或觸媒燃燒器9的熱而被加熱至約爲300 〜400°C ’並藉由觸媒引起改質反應。藉由原燃料與水之改 質反應,生成作爲燃料之氫、二氧化碳及屬副生成物之微 量的一氧化碳等之混合氣體(改質氣體)。又,在原燃料爲 甲醇之情況,在改質器6中主要引起如下式(1)所示之水蒸 氣改質反應。 CH3OH + H2O—^ 3H2 + CO2 (1) 一氧化碳係根據接續化學反應式(1)而逐漸引起的如下 式(2)之反應式’而副生出微量。 H2 + C〇2-> H2O + CO (2) 藉由化學反應式(1)及(2)所生成之氣體(改質氣體)被輸 送至發電單元8。 第2圖爲發電單元8之模式圖,第3圖爲顯示發電單元 堆之一例之模式圖。如第2圖所示,發電單元8係固體氧 化物型燃料電池(SO FC),其具備:固體氧化物型電解質81; 燃料極82(陽極)及氧極83(陰極),形成於固體氧化物型電 解質81之兩面;陽極集電極84,其與燃料極82抵接且在 其抵接側之主表面(抵接面)形成有陽極氣體流路86 ;及陰 極集電極85,其與氧極83抵接且在其抵接側之主表面(抵 -13- 200924275 接面)形成有陰極氣體流路87。另外,發電單元§係收容於 框體90內。 固體氧化物型電解質 81係可使用氧化銷系之 (Zri.xYx)〇2.x/2(YSZ)、鎵酸鑭系之(Lai-xSr〇(Gai-y.zMgyC〇z)〇3 等,燃料極 82 係可使用 La〇.84Sr〇.i6Mn〇3、 (La,Sr)MnCh、In2〇3 + Sn〇2、LaCoCh 等;氧極 83 係可使用 Ni、
Ni + YSZ寺,極集電極84及陰極集電極85係可使用 LaCr(Mg)Ch、(La,Sr)CrCh、NiA1 + A12〇3 等。 發電單元8係藉由電加熱器兼溫度感測器9 a或觸媒燃燒 器9之熱而被加熱至約爲500〜1000 °C,引起以下之式(3) 〜(5)所示各反應。 a 空氣(反應氣體、陰極氣體)係藉由陰極集電極之陰極 氣體流路87被輸送至氧極83。在氧極83,藉由氧(氧化劑) 及由陰極輸出電極21b所供給之電子,如下式(3)所示,生 成氧離子。 〇2 + 4e ^ 202· (3) 固體氧化物型電解質81具有氧離子之穿透性,以使在氧 極83藉由化學反應式(3)所生成之氧離子穿透而到達燃料 極82。 從改質器6排出之改質氣體(反應氣體、陽極氣體),係 藉由陽極集電極84之陽極氣體流路86被輸送至燃料極 82。在燃料極82引起穿透固體氧化物型電解質8丨之氧離 子與改質氣體中之氫(還原劑)及一氧化碳的如下式(4)、(5) -14- 200924275 之反應。 H2 + 02-— H2〇 + 2e. (4) CO + O2·— C〇2 + 2e- (5) 藉由化學反應式(4)、(5)所釋放之電子,經由燃料極82、 陽極輸出電極2 1 a、DC/DC轉換器902等之外部電路,而從 陰極輸出電極2 1 b供給於氧極8 3。 在陽極集電極84及陰極集電極85連接有陽極輸出電極 21a及陰極輸出電極21b,且穿通框體90而被引出。在此, 如後述,框體90係例如由Ni系的合金所形成,陽極輸出 電極2 1 a及陰極輸出電極2 1 b,係藉由玻璃、陶瓷等之絕緣 材料而與握體90絕緣地被引出。如第1圖所示,陽極輸出 電極21a及陰極輸出電極21b,例如連接於DC/DC轉換器 902 ° 第3圖爲顯示由複數個發電單元8所構成之單元堆80之 一例之模式圖。在本發明中,如同圖所示,係構成作爲單 元堆80,其係將複數個由陽極集電極84、燃料極82、固體 氧化物型電解質81、氧極83及陰極集電極85所構成之發 電單元8加以積層並電性串聯連接。在此情況時,將串聯 連接之一方的端部之發電單元8的陽極集電極84連接於陽 極輸出電極21a’將另一方之端部的發電單元8之陰極集電 極8 5連接於陰極輸出電極2 1 b。又,單元堆8 0係收容於框 體90內。 在通過陽極集電極84之陽極氣體流路86的改質氣體(以 200924275 下,稱通過之改質氣體爲排放氣)內亦包含未反應之氫。排 放氣係供給於觸媒燃燒器9。 在觸媒燃燒器9內,與排放氣同時還被供給通過陰極集 電極85之陰極氣體流路87的空氣。在觸媒燃燒器9內部 形成有流路,在流路之壁面上擔持有Pt系之觸媒。在觸媒 燃燒器9設有由電熱材料所構成之電加熱器兼溫度感測器 9a。電加熱器兼溫度感測器9a之電阻値係依存於溫度,所 以,此電加熱器兼溫度感測器9a亦具有作爲測定觸媒燃燒 器9之溫度的溫度感測器的功能。 排放氣與空氣之混合氣體(燃燒氣體)係流通於觸媒燃燒 器9之流路內,並藉由電加熱器兼溫度感測器9 a所加熱。 流通於觸媒燃燒器9之流路內的燃燒氣體中的氫係藉由觸 媒而燃燒,藉此,產生燃燒熱。燃燒後之排放氣體係從觸 媒燃燒器9放出於隔熱封裝體1 〇的外部。 由此觸媒燃燒器9所產生之燃燒熱,係用以將發電單元 8之溫度維持爲高溫(約爲5 00〜1 000 °C )。發電單元8之熱 係傳導至改質器6及氣化器4’用於氣化器4之蒸發、改質 器6中之水蒸氣改質反應。 (隔熱封裝體) 其次,說明隔熱封裝體10之具體構成。 第4圖爲隔熱封裝體10之立體圖,第5圖爲沿第4圖中 之ν-V線之箭視剖視圖。第6圖爲顯示隔熱封裝體10之內 部構造之立體圖,第7圖爲從下側看第6圖之隔熱封裝體 -16 - 200924275 ίο的內部構造之立體圖。 如第4圖所示,從隔熱封裝體1〇之一個壁面,突出有連 結部5、陽極輸出電極21a及陰極輸出電極21b。又,如第 5圖所示’隔熱封裝體1〇之陽極輸出電極21a及陰極輸出 電極2 1 b所貫穿之部分,係藉由絕緣材料1 0a,丨0b而被絕緣。 如第5至第7圖所示,在隔熱封裝體1 〇內依序排列地配 置有氣化器4、連結部5、改質器6、連結部7及燃料電池 部20。又,燃料電池部20係與收容發電單元8之框體90 及觸媒燃燒器9形成一體,從發電單元8之燃料極82將排 放氣供給於觸媒燃燒器9。 收容氣化器4、連結部5、改質器6、連結部7、燃料電 池部20之發電單元8之框體90及觸媒燃燒器9、陽極輸出 電極21a及陰極輸出電極21b’係由具有高溫耐久性及適當 之熱傳導性的金屬所構成,例如,可使用鎳鉻鐵耐熱合金 783等之Ni系的合金所形成。尤其是,爲了抑制連接於燃 料電池部20之陽極集電極84及陰極集電極85,且被從框 體90引出之陽極輸出電極21a及陰極輸出電極21b,隨著 發電單元8之溫度上昇,因熱膨脹率之差異而造成的受到 應力而破損的情況,較佳爲以至少藉由相同材料形成陽極 輸出電極21a及陰極輸出電極21b與框體90。又,爲了減 低隨著溫度上昇而在氣化器4、連結部5、改質器6、連結 部7、燃料電池部20之框體90及觸媒燃燒器9之間產生的 應力,較佳爲以藉由相同材料形成該等構件。 -17- 200924275 在隔熱封裝體10之內壁面形成有防幅射膜n,在氣化器 4、連結部5、改質器6、連結部7、陽極輸出電極21 a、陰 極輸出電極2 1 b、燃料電池部20之外壁面形成有防幅射膜 1 2。防幅射膜1 1,1 2係用以防止幅射傳熱者,例如,可使 用A u、A g等。較佳爲防幅射膜1 1,1 2係設於至少一方,更 以設於兩方爲特佳。 連結部5係貫穿隔熱封裝體10,其一端連接於隔熱封裝 體10外部之泵3,另一端連接於改質器6,在中間部設有 氣化器4。改質器6與燃料電池部20係藉由連結部7所連 接。 如第6,第7圖所示,氣化器4、連結部5、改質器6、 連結部7及燃料電池部2 0係形成爲一體,且下面形成爲同 一平面。 第8圖爲連結部5、改質器6、連結部7、燃料電池部20 之下面圖。又’在第8圖中’省略了陽極輸出電極21a及 陰極輸出電極2lb ° 如第8圖所示,在連結部5、改質器6、連結部7、燃料 電池部20之下面’在利用陶瓷等實施了絕緣處理之後,形 成有配線圖案。配線圖案係呈彎折狀形成於氣化器4下 部、改質器6之下部、燃料電池部20之下部,分別構成電 加熱器兼溫度感測器4a’6a、9a。電加熱器兼溫度感測器 4a,6a、9a 之一 於獨立之 3 端連接於共同之端子1 3 a,另一端分別連接 個端子 13b,13c,13d。此等 4 個端子 -18- 200924275 13a,13b,13c,13d係形成於比連結部5之隔熱封裝體更靠 外側的端部。 第9圖爲沿第8圖中之IX-IX線之箭視剖視圖,第1 〇圖 爲ίίπ弟9圖中之X - X線之箭視剖視圖。 在連結部5設有從觸媒燃燒器9所排出之排放氣體的排 出流路5 1,5 2。另外,在連結部5設有從氣化器4輸送至改 質器6的混合氣體的供給流路5 3。 同樣’在連結部7設有與從觸媒燃燒器9排出之排放氣 體的排出流路5 1,5 2連通的排出流路(未圖示)。另外,在連 結部7設有從改質器6送出至發電單元8之燃料極8 2的改 質氣體的供給流路(未圖示)。藉由連結部5,彳以確保朝氣化 器4、改質器6、燃料電池部20之原燃料、混合氣、改質 氣體的供給流路及排放氣體之排出流路。 又’爲了相對於供給於觸媒燃燒器9之排放氣及空氣, 充分增大從觸媒燃燒器9排出之排放氣體的流路口徑,將 設於連結部7內部之3個流路中的2個用作爲來自觸媒燃 燒器9之排放氣體的流路,將另一個用作爲朝發電單元8 之燃料極8 2的改質氣體的供給流路。 陽極輸出電極21a及陰極輸出電極21b之一端,如第6, 第7圖所示’係從與燃料電池部2〇之連結部7連接之側的 面引出。陽極輸出電極21a及陰極輸出電極21b之另一端, 如第4圖所示’係從與隔熱封裝體丨〇之突出有連結部5的 壁面相同之壁面突出於外部。 -19- 200924275 又,在本實施形態中,於燃料電池部20之一面的中央部 連接有連結部7,並從同一面之對角部引出陽極輸出電極 21a及陰極輸出電極21b。因此,藉由連結部7、陽極輸出 電極2 1 a及陰極輸出電極2 1 b之3點,支撐燃料電池部20, 而將燃料電池部20穩定地保持於隔熱封裝體1 〇內。 如第6,第7圖所示,陽極輸出電極21a及陰極輸出電極 21b,係具有在隔熱封裝體1〇之內壁面與燃料電池部2〇之 間的空間被折彎之折彎部2 1 c , 2 1 d。此折彎部2 1 c,2 1 d係發 揮用以緩和藉由陽極輸出電極21a及陰極輸出電極21b而 作用於燃料電池部20與比燃料電池部20更低溫之隔熱封 裝體1 0之間的熱膨脹差所弓)起的應力之功能。 陽極輸出電極21a係從發電單元8之陽極集電極84被引 出’陰極輸出電極21b係從發電單元8之陰極集電極85被 引出。陽極輸出電極21a及陰極輸出電極21b,係中空之管 狀’其內部成爲將空氣供給於發電單元8之氧極83的空氣 i 供給流路2 2 a,2 2 b。 第Π及第12圖爲顯示發電單元8之陽極氣體流路86的 形狀之剖視圖及俯視圖。第1 3及第1 4圖爲顯示發電單元8 之陰極氣體流路8 7的形狀之剖視圖及俯視圖。第1 5圖爲 顯示將發電單元8積層而作爲單元堆80之情況時的陽極氣 體流路8 6及陰極氣體流路8 7的構成之剖視圖。 如第11及第12圖所示’設於陽極集電極84之陽極氣體 流路8 6係形成爲彎折狀。如第1 3及第1 4圖所示,設於陰 -20- 200924275 極集電極85之陰極氣體流路87同樣地形成爲彎折狀 陰極氣體流路8 7係在一端藉由後述之陰極氣體供 管(共同供給路)而與空氣供給流路22a,22b連接,一面 空氣供給流路 22a,22b供給之空氣通過一面供給於 8 3。在陰極氣體流路87之另一端設有與觸媒燃燒器9 之後述的陰極氣體排出歧管(共同排氣路)。氧極83之 用於化學反應式(3)的反應而殘留之空氣,係從陰極氣 出歧管供給於觸媒燃燒器9。 在積層複數個發電單元8而用作單元堆80之情況1 低氣體流路之壓力損失的觀點看,比起將各發電單元 體流路串聯趣積之情況,如第1 5圖所示使其並聯堆積 更爲有利。利用將氣體流路並聯,縮短氣體流路這一 便可減小相當於縮短量之壓力損失。 顧慮到此點,實施形態之單元堆80具備:陽極氣體 歧管8 1 0,係將含氫改質氣體同樣分散地並列供給於積 之各發電單元8的各陽極氣體流路8 6 ;及陽極氣體排 管8 20,係使經由各陽極氣體流路86之含未反應的氫 質氣體合流而予以排出。 又,具備:陰極氣體供給歧管8 30,係將含氧空氣同 散地並列供給於積層後之各發電單元8的各陰極氣體 87 ;及陰極氣體排出歧管840,係使經由各陰極氣體 87之含未反應的氧之空氣合流而予以排出。 第16圖爲收容於框體90內之單元堆80之立體圖。 給歧 使從 氧極 連通 不使 體排 從減 之氣 ,則 點, 供給 層後 出歧 之改 樣分 流路 流路 第17 -21 - 200924275 圖爲從上方看單元堆80之立體圖’第18圖爲從下方看到 之立體圖。第19圖爲槪念性地顯示單元堆80之要部的立 體形狀之放大圖。 陽極集電極84及陰極集電極85均係平面矩形,在其四 角中之對角線方向的相對之二個角部分’在一方的角部設 有形成氣體供給歧管之一部分的突出部84a,85a,在另一方 的角部設有形成氣體排出歧管之一部分的突出部 84b,85b(參照第19圖)。 在實施形態中,陽極氣體供給歧管8 1 0與陰極氣體供給 歧管830,係並排地設於陽極集電極84及陰極集電極85 之一側,陽極氣體排出歧管820與陰極氣體排出歧管840 ’ 係並排地設於陽極集電極8 4及陰極集電極8 5之另一側。 第20圖爲單元堆之側剖視圖,第2 1圖爲顯示單元堆之 流入口、流出口及陰極氣體流路之俯視圖’第2 2圖爲顯示 單元堆之各流入口的狹窄間距之側剖視圖。另外,第23圖 爲顯示單元堆之各流入口的狹窄間距之俯視圖。陽極氣體 供給歧管8 1 0與陰極氣體供給歧管8 3 0 ’係直線狀延伸於單 元堆80之厚度方向(發電單元8之積層方向)。陽極氣體排 出歧管820與陰極氣體排出歧管840’亦係直線狀延伸於單 元堆80之厚度方向。在第18,第20及第22圖中’分別以 箭頭顯示作爲陰極氣體流路87之氣體的空氣之流入、流 出。 在陰極氣體供給歧管830與單元堆80之各發電單元8的 -22- 200924275 陰極氣體流路87之間,如第20至第23圖所示,分別設置 流量調整用之陰極氣體流入口 8 3 1。因此從陰極氣體供給歧 管8 3 0起而與各發電單元8的陰極氣體流路8 7並列地,分 別設置陰極氣體流入口 831。 各陰極氣體流入口 83 1係分別形成爲截面積相異之平面 矩形。亦即,各陰極氣體流入口 8 3 1之截面大小,係形成 爲隨著從陰極氣體供給歧管830之上游側朝向下游側而逐 漸減小。此陰極氣體流入口 8 3 1之截面形狀,並不限定於 平面矩形,亦可爲圓形、三角形或四角形以上的多角形。 又,藉由未圖示之空氣泵而從空氣供給流路22 a, 22b供給 (吐出)於陰極氣體供給歧管8 3 0的空氣,其吐出方向如第 22圖所示,係設定爲朝向發電單元8之積層方向(陰極氣體 供給歧管之長度方向)。這是因爲利用將空氣之吐出方向朝 向陰極氣體供給歧管之長度方向,並將各陰極氣體流入口 831之截面大小,形成爲隨著從陰極氣體供給歧管8 30之上 游側朝向下游側而逐漸減小,可使各陰極氣體流路87中之 空氣的流量無變動而大致成爲均勻。在此,藉由空氣供給 流路22a,22b、空氣泵等構成空氣之供給手段。 另外,在實施形態中,在陽極氣體供給歧管8 1 0與單元 堆80之各發電單元8的陽極氣體流路86之間,亦分別設 置流量調整用之陽極氣體流入口 8 1 1 (參照第1 5圖)。 在各陰極氣體流路87與陰極氣體排出歧管840之間分別 設置陰極氣體流出口 832。各陰極氣體流出口 832之各自的 -23- 200924275 截面大小,在本實施形態中形成爲相等。另外,在各陽陰 極氣體流路86與陽極氣體排出歧管820之間亦分別設置陽 極氣體流出口 812。各陽極氣體流出口 812之各自的截面大 小,亦形成爲相等。這是因爲利用將各流出口之截面的大 小設定爲一定,不僅可使各氣體流路中之空氣的流量無變 動而大致成爲均勻,並且亦可容易進行各流入口之截面的 大小之設定。 在此,如第21圖所示,將從空氣流通之上游側、亦即從 陰極氣體供給歧管8 3 0之空氣供給側朝第η位之發電單元8 的陰極氣體流路87之陰極氣體流入口 8 3 1的截面尺寸,設 爲En、Fn。在設En = Fn = 2mm,陰極氣體流路87之蛇行流 路截面尺寸爲5 mm x0.3mm,流路內部隔壁數爲5,堆積數 爲10之情況,藉由流體模擬計算出空氣流量爲7700ccm之 各發電單元8的空氣之流速。其結果顯示於第24圖之曲線 中。在此,通例之grx表示與En方向之初期値2mm的差 値(流路狹窄間距),gr_y表示與Fn方向之初期値2mm的差 値(流路狹窄間距)。 從第24圖明顯可知,gr、= 0、gry = 0之情況,表示所有 之陰極氣體流入口 83 1的截面尺寸相同時的堆積間流速分 布,其成爲從空氣流通之上游側朝下游側,流速變快速之 分布。在此種流速分布中,使得各發電單元8之輸出變得 不均勻,不會顯現單元堆80之原來的性能。 另外,從第24圖可看出’當使gr'x與gr_y =變化,而逐 -24- 200924275 漸減小陰極氣體流入口 8 31的大小時’堆積間流速分 之變化的狀況。在本實施形態之情況’在g r x = 0 · 2、g r y: 之程度’大致成爲均勻。如上述’根據本實施形態’ 制流通於複數個發電單元8之各陰極氣體流路的空氣 量在各發電單元8之流路間變動的情況。另外’亦可 流通於陽極氣體流路的改質氣體的流量在各發電單元 流路間變動的情況。 又,針對在陽極氣體供給歧管810與各發電單元8 極氣體流路86之間所設置的流量調I整用之陽極氣體 口 8 1 1,亦與上述相同’設定各流入口之大小。但在陽 體流路86中,與陰極氣體流路87比較,其έ應氣體 速較小,通常是1/3〜1/10程度。因此,反應氣體之流 變動亦較小,所以,對應於此,各陽極氣體流入口 8 1 截面的大小亦被設定。 然而,在本實施形態中,當從觸媒燃燒器9將排放 的氫燃燒完的情況,會排放出C〇2、Η2〇、Ν2、〇2。在 將反應氣體供給於發電單元8之流路,雖有輸送改質 之陽極氣體流路86及輸送空氣之陰極氣體流路87的 系統,但從發電單元8排出反應後之氣體的流路係一 統。在此情況時,排出系統之氣體的流量比供給系統 之氣體的流量多,所以’若供給系統與排出系統之管 別爲一根且各管徑設爲相同時,會使排出系統之流路 壓力損失增大。爲了抑制排出系統之流路中的壓力損 布隨 :0.05 可抑 的流 抑制 8之 的陽 流入 極氣 之流 量的 1之 氣中 此, 氣體 2個 個系 排出 子分 中的 失, -25- 200924275 以將排出系統之管徑設爲比供給系統之管徑更大爲 或是,以將供給系統與排出系統作成相同管徑’將 統之流路的數量設爲比供給系統之流路的數量多爲 在本實施形態中,相對於由供給流路53所構成之一 給系統,採用由排出流路5 1,5 2所構成之二根的排吐 所以,可有效地抑制排出系統之流路中的壓力損失 另外,在如本實施形態之固體氧化物型燃料電池 要使比改質氣體之流量更多的空氣流動於陰極氣 .,1' 中。因此,在陰極氣體流路8 7與陽極氣體流路8 6 積相同時,陰極氣體流路87中之空氣的壓力損失會 氣體流路86中之改質氣體的論力損失更大。在此, 形狀爲矩形的流路中,與流路截面較短方之寬度的 方成反比例地減低壓力損失,所以,如第25圖所示 將陰極氣體流路87之高度設爲比陽極氣體流路86 更高’可有效地防止流通於陰極氣體流路87中之空 \ ; 力損失。 又’在上述實施形態中,雖顯示出陽極氣體流路 極氣體流路8 7之任一方,均設成藉由內部流路隔壁 折狀蛇行之流路的例子,但亦可爲不利用此內部流 之所謂池形流路。在此種情況時,具備容易改變與 體流路8 7連接之空氣供給流路2 2 a , 2 2 b的連接位置 構造的優點。在此情況時,藉由將陰極氣體流路8 7 設爲比陽極氣體流路8 6之高度更高,亦可有效地防 較佳。 排出系 較佳。 根的供 \系統, 〇 中,需 體流路 之截面 比陽極 在截面 大致立 ,藉由 之高度 氣的壓 86及陰 而呈彎 路隔壁 陰極氣 或連接 之高度 止流通 -26- 200924275 於陰極氣體流路87中之空氣的壓力損失。另外,雖設燃料 電池裝置所具備之發電單元係固體氧化物型燃料電池,但 並不限定於此,亦可爲融化碳酸鹽型燃料電池或固體高分 子型燃料電池。 【圖式簡單說明】 第1圖爲顯示搭載有燃料電池裝置之攜帶用電子機器之 方塊圖。 〆 第2圖爲發電單元之模式圖。 第3圖爲顯示發電單元堆之一例之模式圖。 第4圖爲隔熱封裝體之立體圖。 第5圖爲沿|| 4圖中之v_v線之箭視剖視圖。 • 第6圖爲顯示隔熱封裝體之內部構造之立體圖。 第7圖爲從下側看第6圖之隔熱封裝體的內部構造之立 體圖。 第8圖爲連結部、改質器、連結部、燃料電池部之下面 ί., 圖。 第9圖爲沿第8圖中之ΙΧ_ΙΧ線之箭視剖視圖。 第1 〇圖爲沿第9圖中之Χ-Χ線之箭視剖視圖。 第11圖爲顯示發電單元之陽極氣體流路的形狀之剖視 圖。 第1 2圖爲顯不發電單元之陽極氣體流路的形狀之俯視 圖。 第1 3圖爲顯示發電單元之陰極氣體流路的形狀之剖視 -27- 200924275 圖。 第1 4圖爲顯示發電單元之陰極氣體流路的形狀之俯視 圖。 第15圖爲顯示作爲單元堆之情況時的陽極氣體流路及 陰極氣體流路的構成之剖視圖。 第16圖爲收容於框體內之單元堆之立體圖。 第17圖爲從上方看單元堆之立體圖。 第18圖爲從下方看單元堆之立體圖。 第19圖爲槪念性地顯示單元堆之要部的立體形狀之放 大圖。 第20圖爲單元堆之側剖視圖。 第21圖爲顯示單元堆之流入口、流出口及陰極氣體流路 之俯視圖。 第22圖爲顯示單元堆之各流入口的狹窄間距之側剖視 圖。 第23圖爲顯示單元堆之各流入口的狹窄間距之俯視圖。 第24圖爲顯示對各發電單元之陰極氣體流速進行流體 模擬的結果之曲線圖。 第25圖爲顯示將發電單元之陰極氣體流路之高度設爲 比陽極氣體流路之高度還高的例子之剖視圖。 【主要元件符號說明】 1 燃料電池裝置 2 燃料容器 3 泵 -28- 200924275 4 氣 4 a, 6 a ' 9 a 電 5,7 連 6 改 8 發 9 觸 10 隔 11,12 防 1 3a,13b,13c,1 3d 端 20 燃 21a 陽 21b 陰 21c,21d 折 2 2 a , 2 2 b 空 5 1,52 排 53 供 80 單 81 固 82 燃 83 氧 84 陽 8 4 a, 8 5 a 突 84b,85b 突 85 陰 86 陽 化器 加熱器兼溫度感測器 結部 質器 電單元 媒燃燒器 熱封裝體 幅射膜 子 料電池部 極輸出電極 極輸出電極 彎部 氣供給流路 出流路 給流路 元堆 體氧化物型電解質 料極 極 極集電極 出部 出部 極集電極 極氣體流路 -29- 陰極氣體流路 框體 電子機器 陽極氣體供給歧管 陽極氣體流入口 陽極氣體排出歧管 陰極氣體供給歧管 陰極氣體流入口 陰極氣體流出口 陰極氣體排出歧管 電子機器本體 DC/DC轉換器 二次電池 -30-