多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュール
【課題】多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュールの提供。
【解決手段】多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュールに関するものである。その中に、複数個のパイプ状電極、一つの反応物供給部及び一つの予熱パイプを含む。その複数個のパイプ状電極が同心配列を呈する。その反応供給部よりそれぞれ気体及び燃料をそのパイプ状電極の陰極層及び陽極層に供給し、その予熱パイプをその反応物供給部と貫通する。その予熱パイプが未反応する燃料及び気体が高温燃焼で生じる熱を受けて、その反応物供給部の内部での気体及び燃料を予熱することができる。又、その燃料電池の電極構造は同心円配列を呈するので、体積を占めない。そのため、単位体積の発電効率を向上できる。更に、この発明がその燃料電池を発電ユニットとして、複数個の発電ユニットで燃料電池モジュールを構成し、このモジュール化の設計を利用して、使用者が任意に組立てることができるので、電池の発電ユニットのメンテナンス及び更新をしやすくなる。
【解決手段】多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュールに関するものである。その中に、複数個のパイプ状電極、一つの反応物供給部及び一つの予熱パイプを含む。その複数個のパイプ状電極が同心配列を呈する。その反応供給部よりそれぞれ気体及び燃料をそのパイプ状電極の陰極層及び陽極層に供給し、その予熱パイプをその反応物供給部と貫通する。その予熱パイプが未反応する燃料及び気体が高温燃焼で生じる熱を受けて、その反応物供給部の内部での気体及び燃料を予熱することができる。又、その燃料電池の電極構造は同心円配列を呈するので、体積を占めない。そのため、単位体積の発電効率を向上できる。更に、この発明がその燃料電池を発電ユニットとして、複数個の発電ユニットで燃料電池モジュールを構成し、このモジュール化の設計を利用して、使用者が任意に組立てることができるので、電池の発電ユニットのメンテナンス及び更新をしやすくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュールに関するものである。
特に多層パイプ状電極を利用すると同時に、電極の両側を接続する接続板及び気体予熱パイプを合わせて、内部電子抵抗を減少することで、燃料電池の運転効率を向上し、空間を節約こともできる多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュールを指すのである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は約１６０年前の１８３９年にイギリスのＧｒｏｖｅの発明したものである。１９４０年から、いままで宇宙飛行船の電源として使う燃料電池を産業、民生に実用化するための開発が急速に発展されるし、いまは固定位置で使用する燃料電池が開発された。燃料電池の操作原理は下記の通りである。燃料及び酸化剤(空気)が固形化酸化物燃料電池(ｓｏｌｉｄ ｏｘｉｄｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ . ＳＯＦＣ)に入る前に、先に固形化酸化物燃料電池の操作温度(６００〜１０００℃)と近い温度までに予熱される。
【０００３】
このような高温の条件で、燃料(メタン)及び水蒸気が固形化酸化物燃料電池の陽極にリホーミング反応を生じて、改めてメタンを水素及び一酸化炭素にリホーミングする。又、一酸化炭素が水蒸気と合わせて、水蒸気転移反応を生じることで、水素及び二酸化炭素を釈放する。このような高温の条件で、陰極側の空気での水素が外部電気回路からの電子と反応することで、酸素イオンを形成する。この酸素イオンが固形化電解質を通して陽極側に移転することで、その間での水素と結合して、電気化学反応を生じて、電子、水及び熱を釈放する。
【０００４】
又、電子が外部電気回路を通してパワーを生じることができる。又、固形化酸化物燃料電池の出口所に温度が７００度までの廃棄及び残り燃料がある。一般的に固形化酸化物燃料電池は丸いパイプ型及び板型を分けられ、板型であれば、それを密封する場合、いろいろな問題が生じたので、１９６０年からウエスティングハウス会社が丸いパイプ型のＳＯＦＣ技術(例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４)を研究開発し始めた。このような円筒型の固形化酸化物燃料電池は燃料極/電解質/空気極で１本の電池パイプを構成することで、ホットで膨張、コードで収縮することを順調に吸収でき、密封することが必要ではないし、その操作温度が１０００度に達しても安定で運転できるが、その欠点はそのプロセスの技術が相当に複雑で、製造コストが高いし、その電流の進行ルートがより長いので、電池内部の電子抵抗損失もより高い。又、発電量を増えるなら、前述の特許文献１に記載される方式は、複数個の円筒型の固形化酸化物燃料電池を隣接で配列するので、発電を増える目的を達成できるが、同時に使用上の体積も増えるので不便になったのである。
【０００５】
又、アメリカに公開される特許文献５に記載される電極構造は同心のリング状電極の構造である。その同心のリング状電極の構造を使う場合、確かに空間浪費の欠点を解決できるが、燃料回収及び気体予熱の機能、モジュール電池の長所を備えていないのである。
【０００６】
上述の問題があるので、従来技術の欠点を解決するため、固形化酸化物の電極構造及びその電極構造を使用する燃料電池が求められる。
【０００７】
【特許文献１】アメリ力特許公告４４９０４４４号明細書
【特許文献２】アメリ力特許公告４８３３０４２号明細書
【特許文献３】アメリ力特許公告６４１６８９７号明細書
【特許文献４】アメリ力特許公告６４４４３４２号明細書
【特許文献５】アメリ力特許公告４４９０４４４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明の主要な目的は、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュールを提供するものである。それは単一の空間の中に多層の同心配列の電極を設けることで、単位体積でより高いパワーを出力する目的を達成できる。
【０００９】
この発明の次の目的は、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュールを提供するものである。それは電極セットの両側にある接続板を利用して、電流の進行ルートを短縮することで、内部抵抗を低下する目的を達成できる。
【００１０】
この発明の又一つの目的は、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュールを提供するものである。それは複数個の多層丸いパイプの燃料電池を組合せ、単一の発電ユニットを構成するし、複数個の発電ユニットを組み合わせ、一つの電池モジュールを構成することで、任意に取り付け、メンテナンスしやすい目的を達成する。
【００１１】
この発明の別一つの目的は、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュールを提供するものである。それは空気を提供するパイプの上に予熱のパイプを設けることで、気体及び燃料を予熱する目的を達成する。
【００１２】
上述の目的を達成するため、この発明は燃料電池を提供するものである。その中に、複数個のパイプ状電極があり、それを燃料電池のケースの中に設けられ、その複数個のパイプ状電極が同心配列を呈することで、複数個の反応空間が構成され、その隣接するパイプ状電極と相対する面に同一の極性を持ち、更に、そのパイプ状電極に一つの陽極層、一つの陰極層及び一つの固形化電解質層が設けられ、その固形化電解質層をその陽極層及び陰極層の間に設けられる。又、一つの反応供給部があり、それによって、気体をパイプ状電極の陰極層に供給し、及び燃料をパイプ状電極の陽極層に供給することができる。又、一つの予熱パイプがあり、それを反応物供給部と貫通するので、その予熱パイプが未反応する燃料及び気体が高温燃焼で生じる熱を受けて、その反応物供給部の内部での気体及び燃料を予熱することができる。
【００１３】
その中に、より良いのはその反応物供給部に気体パイプがあり、それを最も内層にあるパイプ状電極の内部空間に設けてあり、その気体パイプが陰極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴を設けてあるので、気体がその反応空間の中に流れることができる。又、燃料パイプがあり、それを最も内層にあるパイプ状電極の内部空間に設けてあり、その燃料パイプが陽極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴を設けてあるので、燃料がその反応空間の中に流れることができる。
【００１４】
その中に、より良いのはそのパイプ状電極に更に少なくとも１対の接続板を含み、それをそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極層と接続する。その１対の接続板での１枚を別の１枚と対応することができる。
【００１５】
その中に、より良いのはそのパイプ状電極に更に２対の接続板を含み、その中の１対の接続板をそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極層と接続するし、相互に対応することを呈する。又、その中の１対の接続板をそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極と接続するし相互に対応することを呈する。
【００１６】
その中に、より良いのはその反応空間の中に陽極層と接続する接続板は、隣接する反応空間での隣接するパイプ電極での陰極層の上にある接続板を選んで電気性の接続を行うことができる。
【００１７】
その中に、より良いのはその燃料電池に予熱パイプ及び一つの排気パイプを含むことで、その燃焼反応を行った後の生じる排気を排出することができる。その中に、より良いのはその予熱パイプは一つの螺旋パイプである。
【００１８】
上述の目的を達成するため、この発明は燃料電池モジュールを提供するものである。その中に、一つのケースの中に複数個の発電ユニットを含む。その発電ユニットの中に複数個のパイプ状電極を含み、それを燃料電池のケースに設けられ、その複数個のパイプ状電極を同心配列で複数個の反応空間を構成する。その隣接するパイプ状電極と相対する面に同一の極性を持ち、そのパイプ状電極に一つの陽極層、一つの陰極層及び一つの電解質層を含み、その固形化電解質層をその陽極層及び陰極層の間に設ける。一つの反応物供給部があり、それによって、気体をそのパイプ状電極の陰極層に供給し、燃料をパイプ状電極の陽極層を供給する。又、少なくとも二つの第一集電板があり、それをケースの中に設けることで、複数個の発電ユニットを固定する。又、複数個の予熱パイプがあり、それを複数個の発電ユニットの反応物供給部とそれぞれ貫通し、その予熱パイプが未反応する燃料及び気体が高温燃焼で生じる熱を受けて、その反応物供給部の内部での気体及び燃料を予熱することができる。
【００１９】
その中に、より良いのはその第一集電板は陽極板であり、その燃料電池モジュールに少なくとも一つの第二集電板を含み、それをケースの中に設けて、そのパイプ状電極の陰極層と電気性の接続を行う。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
請求項１の発明は、燃料電池に関するものであり、複数個のパイプ状電極、反応供給部、予熱パイプ及び排気パイプを包含し、
複数個のパイプ状電極は燃料電池のケースの中に設けられ、その複数個のパイプ状電極が同心配列を呈することで、複数個の反応空間が構成され、その隣接するパイプ状電極と相対する面に同一の極性を持ち、更に、そのパイプ状電極に一つの陽極層、一つの陰極層及び一つの固形化電解質層が設けられ、その固形化電解質層をその陽極層及び陰極層の間に設けられ、
反応供給部は気体をパイプ状電極の陰極層に供給し、及び燃料をパイプ状電極の陽極層に供給することができ、該反応物供給部は更に、気体パイプ及び燃料パイプを含み、
気体パイプは最も内層にあるパイプ状電極の内部空間に設けてあり、その気体パイプが陰極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴を設けてあるので、気体がその反応空間の中に流れることができ、
燃料パイプは最も内層にあるパイプ状電極の内部空間に設けてあり、その燃料パイプが陽極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴を設けてあるので、燃料がその反応空間の中に流れることができ、
予熱パイプは反応物供給部と貫通するし、それは螺旋パイプであるので、その予熱パイプが未反応する燃料及び気体が高温燃焼で生じる熱を受けて、その反応物供給部の内部での気体及び燃料を予熱することができ、
排気パイプは燃焼反応を行った後の生じる排気を排出することができることを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の燃料電池において、そのパイプ状電極に更に２対の接続板を含み、その中の１対の接続板をそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極層と接続するし、相互に対応することを呈し、又、その中の１対の接続板をそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極と接続するし相互に対応することを呈することを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池としている。
請求項３の発明は、燃料電池モジュールに関するものであり、複数個の発電ユニットを包含し、該複数個の発電ユニットはケースの中に設けられ、該発電ユニットは更に、複数個のパイプ状電極、反応供給部、少なくとも二つの第一集電板、複数個の予熱パイプ及び排気パイプを包含し、
複数個のパイプ状電極は燃料電池のケースの中に設けられ、その複数個のパイプ状電極が同心配列を呈することで、複数個の反応空間が構成され、その隣接するパイプ状電極と相対する面に同一の極性を持ち、更に、そのパイプ状電極に一つの陽極層、一つの陰極層及び一つの固形化電解質層が設けられ、その固形化電解質層をその陽極層及び陰極層の間に設けられ、
反応供給部は気体をパイプ状電極の陰極層に供給し、及び燃料をパイプ状電極の陽極層に供給することができ、その反応供給部には、気体パイプ及び燃料パイプを含み、
気体パイプは最も内層にあるパイプ状電極の内部空間に設けてあり、その気体パイプが陰極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴を設けてあるので、気体がその反応空間の中に流れることができ、
燃料パイプは最も内層にあるパイプ状電極の内部空間に設けてあり、その燃料パイプが陽極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴を設けてあるので、燃料がその反応空間の中に流れることができ、
第一集電板はケースの中に設けることで、複数個の発電ユニットを固定することができ、
複数個の予熱パイプはそれぞれ複数個の発電ユニットの中での反応物供給部と貫通するし、それは螺旋パイプであるので、その予熱パイプが未反応する燃料及び気体が高温燃焼で生じる熱を受けて、その反応物供給部の内部での気体及び燃料を予熱することができ、 排気パイプは燃焼反応を行った後の生じる排気を排出することができることを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジューとしている。
請求項４の発明は、請求項３記載の燃料電池モジュールにおいて、そのパイプ状電極に更に２対の接続板を含み、その中の１対の接続板をそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極層と接続するし、相互に対応することを呈し、又、その中の１対の接続板をそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極と接続するし、相互に対応することを呈することを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュールとしている。
請求項５の発明は、請求項３記載の燃料電池モジュールにおいて、その第一集電板は陽極板であり、その燃料電池モジュールに少なくとも一つの第二集電板を含み、それをケースの中に設けて、そのパイプ状電極の陰極層と電気性の接続を行うことを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュールとしている。
請求項６の発明は、請求項３記載の燃料電池モジュールにおいて、その第一集電板は陰極板であり、その燃料電池モジュールに少なくとも一つの第二集電板を含み、それをケースの中に設けて、そのパイプ状電極の陽極層と電気性の接続を行うことを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュールとしている。
【発明の効果】
【００２１】
この発明は単位面積の発電効率を高めて、電流のルートを短縮することで、電圧の損失を減少できるし、モジュール化の設計によって、任意に取り付け、メンテナンスしやすい特色を持つので、業界の需要に満足する、更に、その産業の競争力を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１及び図２をご参照ください。図１はこの発明の固形化酸化物の電極構造のベター実施例の説明図である。図２は、この発明の固形化酸化物のパイプ状電極の立体組立て図である。その電極構造１に複数の第一パイプ状電極１０を含み、それは同心配列を呈するし、その隣接するパイプ状電極と相対する面に同一の極性を持つ。
【００２３】
この実施例の中に、複数個のパイプ状電極に更に一つの第一パイプ状電極１０、一つの第二パイプ状電極１１及び一つの第三パイプ状電極１２を含む。又、その第二パイプ状電極１１を第一パイプ状電極１０の中に入れて、第三パイプ状電極１２を第二パイプ状電極１１の中に入れるのである。この三つのパイプ状電極１０、１１、１２は同心円配列を呈することで、単位発電パワーの占有する体積を減少できる。
【００２４】
図３をご参照ください。それはこの発明の固形化酸化物の単一パイプ状電極の鳥瞰説明図である。この図は一つの第一パイプ状電極１０ で説明する。その第一パイプ状電極１０に一つの陽極層１０５、陰極層１０７及び一つの固形化電解質層１０６があり、その固形化電解質層１０６を陽極層１０５及び陰極層１０７の間に設けてある。
【００２５】
この実施例の中に、陽極層が外部にあるが、必要によって、その陽極層を内部に設けても良いのである。この実施例の中での第一パイプ状電極１０、１１、１２ごとの陽極層及び陰極層の表面にそれぞれ２対の接続板１０１〜１０４、１１１〜１１４、１２１〜１２４を設けてあり、１対ごとの接続板をパイプ状電極ごとの陽極層の表面及び陰極層の表面と接続し対応するので、ベターの導電効果を得られる。第一パイプ状電極１０を例として、その２対の接続板１０１、１０４をそのパイプ状電極１１の円心と対称で設けるので、電流の進行ルートを短縮することができる。
【００２６】
図３の中に、その第一パイプ状電極１０を例として、その陽極層１０５に接続する接続板１０１を陰極層１０７に接続する接続板１０１と対応する。又、陽極層１０５に接続する接続板１０３を陰極層１０７に接続する接続板１０４と対応する。
【００２７】
図８をご参照ください。それは電流を流動するルートの説明図である。第一パイプ状電極１０を例として、第一パイプ状電極１０反応ごとで生じる電流９６は、第一パイプ状電極１０に接続する接続板１０１、１０２、１０３、１０４を通して、電流を直列で接続することで、電流の進行ルートを短縮できるので、電圧の損失を減少することができる。
【００２８】
図４をご参照ください。それはこの発明の燃料電池のベター実施例の説明図である。この発明に記載される固形化酸化物電極の構造を利用して、図４のような燃料電池２を作製することができる。その燃料電池２に一つのケース２０、一つの発電ユニット２１及び一つの反応物供給部２２を含み、その発電ユニット２１をそのケース２０の中に設けられ、その発電ユニット２１に同心円配列を呈する第一パイプ状電極２１０、第二パイプ状電極２１１及び第三パイプ状電極２１２が一つずつある。
【００２９】
その第二パイプ状電極２１１が第一パイプ状電極２１０と一つの反応空間２１３を構成、第三パイプ状電極２１２が第二パイプ状電極２１１と一つの反応空間２１４を構成する。その第一パイプ状電極２１０の陰極層を第二パイプ状電極２１１の陰極層と対応し、その第二パイプ状電極２１１の陽極層をその第三パイプ状電極２１２の陽極層と対応する。又、その第三パイプ状電極２１２の内部空間２１５の中での電極層は陰極層である。
【００３０】
パイプ状電極ごとの陽極層及び陰極層に相互に対応する２枚の接続板２１０１〜２１０４、２１１１〜２１１４、２１２１〜２１２４をそれぞれ接続してある。この実施例の中に、その第一パイプ状電極２１０の陰極層のある側での接続板２１０２を導線２４で隣接する第二パイプ状電極２１１での接続板２１１２と接続し、その第一パイプ状電極２１０の陰極層の別側での接続板２１０４を導線２４で隣接する第二パイプ状電極２１１の陽極層の上での接続板２１１４と接続する。
【００３１】
その第二パイプ状電極２１１の陰極層の有る側での接続板２１１１を導線２４で隣接する第三パイプ状電極２１２での接続板２１２１と接続する。その第二パイプ状電極２１１の陰極層の別側での接続板２１１３を導線２４で隣接する第三パイプ状電極２１２での接続板２１２３と接続する。又、その燃料電池２は陽極導線及び陰極導線でその燃料電池２の発電を導出する。
【００３２】
その反応物供給部２２が第三パイプ状電極２１２の内部空間２１５の中に設けられ、その反応物供給部２２より、気体をそのパイプ状電極の陰極層に供給し、及び燃料をそのパイプ状電極の陽極層に供給する。この実施例の中に、その反応物供給部２２に気体パイプ２２１及び燃料パイプ２２０を含む。
【００３３】
図４及び図５をご参照ください。その気体パイプ２２１を第三パイプ状電極２１２の内部空間２１５に設けてあり、その気体パイプ２２１が陰極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴２２１０、２２１１を設けてあるので、気体がその反応空間２１３及び内部空間２１５の中に流れることができる。
【００３４】
その燃料パイプ２２０を第三パイプ状電極２１２の内部空間２１５に設けてあり、その燃料パイプ２２０が陽極層と対応する反応空間２１１４を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴２２０１、２２０２を設けてあるので、気体がその反応空間２１４及びケース２０の中に流れることができる。
【００３５】
その反応物供給部２２に一つの予熱パイプ２５を接続することで持続燃焼区域を構成する。その予熱パイプ２５に燃料予熱パイプ２５０及び気体予熱パイプ２５１を含み、その燃料予熱パイプ２５０をその気体パイプ２２０と貫通し、その電池の中での未反応燃料及び気体が上に移動して予熱パイプ２５まで移動する。
【００３６】
その燃料電池２が高温環境で作業するので、その燃料及び気体が高温で熱を受けて燃焼することで、熱エネルギー及び排気ガスを釈放し、その釈放された熱エネルギーが予熱パイプまで伝送することで、パイプの内部での燃料及び気体を予熱する。この実施例の中に、その気体予熱パイプ２５１及び予熱パイプ２５は一つの螺旋パイプである。その目的はパイプの中での気体及び燃料の流動ルートを増加することで、予熱の時間を増加して、より良い予熱効果を達成する。
【００３７】
図６をご参照ください。それはこの発明の燃料電池モジュールの鳥瞰説明図である。この発明の燃料電池モジュール３は複数個の発電ユニット３１を結合することで、燃料電池モジュール３を構成するので、使用者が任意に取り付け、メンテナンスしやすい目的を達成する。その燃料電池モジュール３に一つのケース３０、複数個の発電ユニット３１、反応物供給部３７及び３枚の第一集電板３３、３４、３５を含む。
【００３８】
その実施例の中に、その電池モジュールに４個の発電ユニット３１があり、その４個の発電ユニット３１をケースの中に設けてあり、その発電ユニット３１及びその反応物供給部３７の構造は、この発明の図４に記載される発電ユニットと同一なので、ここで述べないのである。
【００３９】
この実施例の中に、３枚の第一集電板３３、３４、３５を使用し、その中に、２枚の第一集電板３３、３５をそのケース３０の側壁と隣接し、３枚目の第一集電板３４を２枚の第一集電板３３、３５の中央に設けることで、分ける空間を構成して、その発電ユニット３１を入れることができる。又、その第一集電板３３、３４、３５を発電ユニット３１とコンタクトすることで、その発電ユニットを固定することができる。その第一集電板３３、３４、３５によって、発電ユニット３を固定することができるほか、導電用の集電板として使うこともできる。この実施例の中に、その発電ユニット３１１の外層は陽極層であるので、その第一集電板３３、３４、３５の極性は陽極である。
【００４０】
又、二つの発電ユニット３１の間に一つの第二集電板３８を設けてある。この実施例の中に、その第二集電板３８の極性は陰極であり、その第二集電板は導線３６を通して、発電ユニット３１の陰極層と電気性の接続を行うことができる。この実施例の中に、その導線３６は接続板で構成され、その第一集電板３３、３４、３５及び第二集電板３８を使って、燃料電池モジュールで生じる電気を導出することができる。
【００４１】
この実施例の中に、その燃料電池モジュール３に４個の発電ユニットがあるが、実際に実施する場合、実際的の必要に合わせて、発電ユニットの数量を増加又は減少することができる。例えば、２個以上の燃料電池モジュール３を結合して、第一集電板及び第二集電板を直列で接続することで、もっと強い電力を生じることができる。又、第一集電板及び第二集電板の極性は、第一パイプ状電極の極性分布によって決まるのである。
【００４２】
又、その第一パイプ状電極の外層電極は陰極である場合、その第一集電板は陰極の電極板で、その第二集電板は陽極の電極板である。図６の電池モジュールに予熱パイプで構成する持続燃焼区域の構造を表示していないが、その関連する接続関係は図４の方式と同一ので、ここで述べないのである。
【００４３】
図７をご参照ください。それはこの発明のベター実施例の燃料電池を運転する説明図である。その第一パイプ状電極２１０、第二パイプ状電極２１１及びその第三パイプ状電極２１２は同心円配列を呈するし、その隣接するパイプ電極と対応する電極は同性の電極である。
【００４４】
この実施例の中に、その第一パイプ状電極２１０の外層電極は陽極層である。又、その第一パイプ状電極２１０及び第二パイプ状電極２１１の間に陰極層で対応する反応空間２１３が構成され、その第二パイプ状電極２１１及び第三パイプ状電極２１２の間に陽極層で対応する反応空間２１４が構成される。その第三パイプ状電極２１２の内部空間２１５は陰極層である。
【００４５】
その第一パイプ状電極２１０の外部表面は陽極層であるので、その第一パイプ状電極２１０の表面と接続するのは、高温の燃料気体９３である。例えば、メタン、水素。その燃料パイプ２２０は、陽極層相対で構成する反応空間２１４及びケース２０及び第一パイプ状電極２１０の間での空間に通し穴２２０１、２２０２を設けることで、燃料気体９３を中に入れることができる。その気体パイプ２２１は陰極層相対で構成する反応空間２１５、２１３に通し穴２２１０、２２１１を設けることで、気体９４を中に入れることができる。
【００４６】
このような高温の条件で、陰極層の酸素が外部の電気回路からの電子と酸素イオンを形成する。この酸素イオンは固定電解質を通して陽極層に移動して、その間での水素と合わせて電気化学反応を生じて、電子を釈放し、その予熱パイプ２５より未反応の燃料気体９３及び気体９４が高温で燃焼後の生じる熱エネルギーを受けて、その反応物供給部２２を予熱することができる。又、反応後の排気ガス９５が一つの排気パイプを通して排出する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の固形化酸化物の電極構造の好ましい実施例を示す図である。
【図２】本発明の固形化酸化物のパイプ状電極の立体斜視図である。
【図３】本発明の固形化酸化物の単一パイプ状電極の平面を示す図である。
【図４】本発明の燃料電池の好ましい実施例を示す図である。
【図５】本発明の気体パイプ及び燃料パイプの立体図である。
【図６】本発明の燃料電池モジュールの平面を示す図である。
【図７】本発明の好ましい実施例の燃料電池の運転を示す図である。
【図８】電流の流動するルートを示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ 電極構造
１０ 第一パイプ状電極
１０１、１０２、１０３、１０４ 接続板
１０５ 陽極層
１０６ 固形化電解質層
１０７ 陰極層
１１ 第二パイプ状電極
１１１、１１２、１１３、１１４ 接続板
１２ 第三パイプ状電極
１２１、１２２、１２３、１２４ 接続板
２ 燃料電池
２０ ケース
２１ 発電ユニット
２１０ 第一パイプ状電極
２１０１、２１０２、２１０３、２１０４ 接続板
２１１ 第二パイプ状電極
２１１１、２１１２、２１１３、２１１４ 接続板
２１２ 第三パイプ状電極
２１２１、２１２２、２１２３、２１２４ 接続板
２１３、２１４ 反応空間
２１５ 内部空間
２２ 反応物供給部
２２０ 燃料パイプ
２２０１、２２０２ 通し穴
２２０ 気体パイプ
２２１０、２２１１ 通し穴
２４ 導線
２５ 予熱パイプ
２５０ 燃料予熱パイプ
２５１ 気体予熱パイプ
２８ 排気パイプ
３ 燃料電池モジュール
３０ ケース
３１ 発電ユニット
３２ 入れる空間
３３、３４、３５ 第一集電板
３６ 導線
３７ 反応物供給部
３８ 第二集電板
９３ 燃料気体
９４ 気体
９５ 排気ガス
９６ 電流
【技術分野】
【０００１】
多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュールに関するものである。
特に多層パイプ状電極を利用すると同時に、電極の両側を接続する接続板及び気体予熱パイプを合わせて、内部電子抵抗を減少することで、燃料電池の運転効率を向上し、空間を節約こともできる多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュールを指すのである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は約１６０年前の１８３９年にイギリスのＧｒｏｖｅの発明したものである。１９４０年から、いままで宇宙飛行船の電源として使う燃料電池を産業、民生に実用化するための開発が急速に発展されるし、いまは固定位置で使用する燃料電池が開発された。燃料電池の操作原理は下記の通りである。燃料及び酸化剤(空気)が固形化酸化物燃料電池(ｓｏｌｉｄ ｏｘｉｄｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ . ＳＯＦＣ)に入る前に、先に固形化酸化物燃料電池の操作温度(６００〜１０００℃)と近い温度までに予熱される。
【０００３】
このような高温の条件で、燃料(メタン)及び水蒸気が固形化酸化物燃料電池の陽極にリホーミング反応を生じて、改めてメタンを水素及び一酸化炭素にリホーミングする。又、一酸化炭素が水蒸気と合わせて、水蒸気転移反応を生じることで、水素及び二酸化炭素を釈放する。このような高温の条件で、陰極側の空気での水素が外部電気回路からの電子と反応することで、酸素イオンを形成する。この酸素イオンが固形化電解質を通して陽極側に移転することで、その間での水素と結合して、電気化学反応を生じて、電子、水及び熱を釈放する。
【０００４】
又、電子が外部電気回路を通してパワーを生じることができる。又、固形化酸化物燃料電池の出口所に温度が７００度までの廃棄及び残り燃料がある。一般的に固形化酸化物燃料電池は丸いパイプ型及び板型を分けられ、板型であれば、それを密封する場合、いろいろな問題が生じたので、１９６０年からウエスティングハウス会社が丸いパイプ型のＳＯＦＣ技術(例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４)を研究開発し始めた。このような円筒型の固形化酸化物燃料電池は燃料極/電解質/空気極で１本の電池パイプを構成することで、ホットで膨張、コードで収縮することを順調に吸収でき、密封することが必要ではないし、その操作温度が１０００度に達しても安定で運転できるが、その欠点はそのプロセスの技術が相当に複雑で、製造コストが高いし、その電流の進行ルートがより長いので、電池内部の電子抵抗損失もより高い。又、発電量を増えるなら、前述の特許文献１に記載される方式は、複数個の円筒型の固形化酸化物燃料電池を隣接で配列するので、発電を増える目的を達成できるが、同時に使用上の体積も増えるので不便になったのである。
【０００５】
又、アメリカに公開される特許文献５に記載される電極構造は同心のリング状電極の構造である。その同心のリング状電極の構造を使う場合、確かに空間浪費の欠点を解決できるが、燃料回収及び気体予熱の機能、モジュール電池の長所を備えていないのである。
【０００６】
上述の問題があるので、従来技術の欠点を解決するため、固形化酸化物の電極構造及びその電極構造を使用する燃料電池が求められる。
【０００７】
【特許文献１】アメリ力特許公告４４９０４４４号明細書
【特許文献２】アメリ力特許公告４８３３０４２号明細書
【特許文献３】アメリ力特許公告６４１６８９７号明細書
【特許文献４】アメリ力特許公告６４４４３４２号明細書
【特許文献５】アメリ力特許公告４４９０４４４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明の主要な目的は、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュールを提供するものである。それは単一の空間の中に多層の同心配列の電極を設けることで、単位体積でより高いパワーを出力する目的を達成できる。
【０００９】
この発明の次の目的は、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュールを提供するものである。それは電極セットの両側にある接続板を利用して、電流の進行ルートを短縮することで、内部抵抗を低下する目的を達成できる。
【００１０】
この発明の又一つの目的は、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュールを提供するものである。それは複数個の多層丸いパイプの燃料電池を組合せ、単一の発電ユニットを構成するし、複数個の発電ユニットを組み合わせ、一つの電池モジュールを構成することで、任意に取り付け、メンテナンスしやすい目的を達成する。
【００１１】
この発明の別一つの目的は、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュールを提供するものである。それは空気を提供するパイプの上に予熱のパイプを設けることで、気体及び燃料を予熱する目的を達成する。
【００１２】
上述の目的を達成するため、この発明は燃料電池を提供するものである。その中に、複数個のパイプ状電極があり、それを燃料電池のケースの中に設けられ、その複数個のパイプ状電極が同心配列を呈することで、複数個の反応空間が構成され、その隣接するパイプ状電極と相対する面に同一の極性を持ち、更に、そのパイプ状電極に一つの陽極層、一つの陰極層及び一つの固形化電解質層が設けられ、その固形化電解質層をその陽極層及び陰極層の間に設けられる。又、一つの反応供給部があり、それによって、気体をパイプ状電極の陰極層に供給し、及び燃料をパイプ状電極の陽極層に供給することができる。又、一つの予熱パイプがあり、それを反応物供給部と貫通するので、その予熱パイプが未反応する燃料及び気体が高温燃焼で生じる熱を受けて、その反応物供給部の内部での気体及び燃料を予熱することができる。
【００１３】
その中に、より良いのはその反応物供給部に気体パイプがあり、それを最も内層にあるパイプ状電極の内部空間に設けてあり、その気体パイプが陰極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴を設けてあるので、気体がその反応空間の中に流れることができる。又、燃料パイプがあり、それを最も内層にあるパイプ状電極の内部空間に設けてあり、その燃料パイプが陽極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴を設けてあるので、燃料がその反応空間の中に流れることができる。
【００１４】
その中に、より良いのはそのパイプ状電極に更に少なくとも１対の接続板を含み、それをそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極層と接続する。その１対の接続板での１枚を別の１枚と対応することができる。
【００１５】
その中に、より良いのはそのパイプ状電極に更に２対の接続板を含み、その中の１対の接続板をそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極層と接続するし、相互に対応することを呈する。又、その中の１対の接続板をそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極と接続するし相互に対応することを呈する。
【００１６】
その中に、より良いのはその反応空間の中に陽極層と接続する接続板は、隣接する反応空間での隣接するパイプ電極での陰極層の上にある接続板を選んで電気性の接続を行うことができる。
【００１７】
その中に、より良いのはその燃料電池に予熱パイプ及び一つの排気パイプを含むことで、その燃焼反応を行った後の生じる排気を排出することができる。その中に、より良いのはその予熱パイプは一つの螺旋パイプである。
【００１８】
上述の目的を達成するため、この発明は燃料電池モジュールを提供するものである。その中に、一つのケースの中に複数個の発電ユニットを含む。その発電ユニットの中に複数個のパイプ状電極を含み、それを燃料電池のケースに設けられ、その複数個のパイプ状電極を同心配列で複数個の反応空間を構成する。その隣接するパイプ状電極と相対する面に同一の極性を持ち、そのパイプ状電極に一つの陽極層、一つの陰極層及び一つの電解質層を含み、その固形化電解質層をその陽極層及び陰極層の間に設ける。一つの反応物供給部があり、それによって、気体をそのパイプ状電極の陰極層に供給し、燃料をパイプ状電極の陽極層を供給する。又、少なくとも二つの第一集電板があり、それをケースの中に設けることで、複数個の発電ユニットを固定する。又、複数個の予熱パイプがあり、それを複数個の発電ユニットの反応物供給部とそれぞれ貫通し、その予熱パイプが未反応する燃料及び気体が高温燃焼で生じる熱を受けて、その反応物供給部の内部での気体及び燃料を予熱することができる。
【００１９】
その中に、より良いのはその第一集電板は陽極板であり、その燃料電池モジュールに少なくとも一つの第二集電板を含み、それをケースの中に設けて、そのパイプ状電極の陰極層と電気性の接続を行う。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
請求項１の発明は、燃料電池に関するものであり、複数個のパイプ状電極、反応供給部、予熱パイプ及び排気パイプを包含し、
複数個のパイプ状電極は燃料電池のケースの中に設けられ、その複数個のパイプ状電極が同心配列を呈することで、複数個の反応空間が構成され、その隣接するパイプ状電極と相対する面に同一の極性を持ち、更に、そのパイプ状電極に一つの陽極層、一つの陰極層及び一つの固形化電解質層が設けられ、その固形化電解質層をその陽極層及び陰極層の間に設けられ、
反応供給部は気体をパイプ状電極の陰極層に供給し、及び燃料をパイプ状電極の陽極層に供給することができ、該反応物供給部は更に、気体パイプ及び燃料パイプを含み、
気体パイプは最も内層にあるパイプ状電極の内部空間に設けてあり、その気体パイプが陰極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴を設けてあるので、気体がその反応空間の中に流れることができ、
燃料パイプは最も内層にあるパイプ状電極の内部空間に設けてあり、その燃料パイプが陽極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴を設けてあるので、燃料がその反応空間の中に流れることができ、
予熱パイプは反応物供給部と貫通するし、それは螺旋パイプであるので、その予熱パイプが未反応する燃料及び気体が高温燃焼で生じる熱を受けて、その反応物供給部の内部での気体及び燃料を予熱することができ、
排気パイプは燃焼反応を行った後の生じる排気を排出することができることを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の燃料電池において、そのパイプ状電極に更に２対の接続板を含み、その中の１対の接続板をそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極層と接続するし、相互に対応することを呈し、又、その中の１対の接続板をそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極と接続するし相互に対応することを呈することを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池としている。
請求項３の発明は、燃料電池モジュールに関するものであり、複数個の発電ユニットを包含し、該複数個の発電ユニットはケースの中に設けられ、該発電ユニットは更に、複数個のパイプ状電極、反応供給部、少なくとも二つの第一集電板、複数個の予熱パイプ及び排気パイプを包含し、
複数個のパイプ状電極は燃料電池のケースの中に設けられ、その複数個のパイプ状電極が同心配列を呈することで、複数個の反応空間が構成され、その隣接するパイプ状電極と相対する面に同一の極性を持ち、更に、そのパイプ状電極に一つの陽極層、一つの陰極層及び一つの固形化電解質層が設けられ、その固形化電解質層をその陽極層及び陰極層の間に設けられ、
反応供給部は気体をパイプ状電極の陰極層に供給し、及び燃料をパイプ状電極の陽極層に供給することができ、その反応供給部には、気体パイプ及び燃料パイプを含み、
気体パイプは最も内層にあるパイプ状電極の内部空間に設けてあり、その気体パイプが陰極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴を設けてあるので、気体がその反応空間の中に流れることができ、
燃料パイプは最も内層にあるパイプ状電極の内部空間に設けてあり、その燃料パイプが陽極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴を設けてあるので、燃料がその反応空間の中に流れることができ、
第一集電板はケースの中に設けることで、複数個の発電ユニットを固定することができ、
複数個の予熱パイプはそれぞれ複数個の発電ユニットの中での反応物供給部と貫通するし、それは螺旋パイプであるので、その予熱パイプが未反応する燃料及び気体が高温燃焼で生じる熱を受けて、その反応物供給部の内部での気体及び燃料を予熱することができ、 排気パイプは燃焼反応を行った後の生じる排気を排出することができることを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジューとしている。
請求項４の発明は、請求項３記載の燃料電池モジュールにおいて、そのパイプ状電極に更に２対の接続板を含み、その中の１対の接続板をそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極層と接続するし、相互に対応することを呈し、又、その中の１対の接続板をそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極と接続するし、相互に対応することを呈することを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュールとしている。
請求項５の発明は、請求項３記載の燃料電池モジュールにおいて、その第一集電板は陽極板であり、その燃料電池モジュールに少なくとも一つの第二集電板を含み、それをケースの中に設けて、そのパイプ状電極の陰極層と電気性の接続を行うことを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュールとしている。
請求項６の発明は、請求項３記載の燃料電池モジュールにおいて、その第一集電板は陰極板であり、その燃料電池モジュールに少なくとも一つの第二集電板を含み、それをケースの中に設けて、そのパイプ状電極の陽極層と電気性の接続を行うことを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュールとしている。
【発明の効果】
【００２１】
この発明は単位面積の発電効率を高めて、電流のルートを短縮することで、電圧の損失を減少できるし、モジュール化の設計によって、任意に取り付け、メンテナンスしやすい特色を持つので、業界の需要に満足する、更に、その産業の競争力を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１及び図２をご参照ください。図１はこの発明の固形化酸化物の電極構造のベター実施例の説明図である。図２は、この発明の固形化酸化物のパイプ状電極の立体組立て図である。その電極構造１に複数の第一パイプ状電極１０を含み、それは同心配列を呈するし、その隣接するパイプ状電極と相対する面に同一の極性を持つ。
【００２３】
この実施例の中に、複数個のパイプ状電極に更に一つの第一パイプ状電極１０、一つの第二パイプ状電極１１及び一つの第三パイプ状電極１２を含む。又、その第二パイプ状電極１１を第一パイプ状電極１０の中に入れて、第三パイプ状電極１２を第二パイプ状電極１１の中に入れるのである。この三つのパイプ状電極１０、１１、１２は同心円配列を呈することで、単位発電パワーの占有する体積を減少できる。
【００２４】
図３をご参照ください。それはこの発明の固形化酸化物の単一パイプ状電極の鳥瞰説明図である。この図は一つの第一パイプ状電極１０ で説明する。その第一パイプ状電極１０に一つの陽極層１０５、陰極層１０７及び一つの固形化電解質層１０６があり、その固形化電解質層１０６を陽極層１０５及び陰極層１０７の間に設けてある。
【００２５】
この実施例の中に、陽極層が外部にあるが、必要によって、その陽極層を内部に設けても良いのである。この実施例の中での第一パイプ状電極１０、１１、１２ごとの陽極層及び陰極層の表面にそれぞれ２対の接続板１０１〜１０４、１１１〜１１４、１２１〜１２４を設けてあり、１対ごとの接続板をパイプ状電極ごとの陽極層の表面及び陰極層の表面と接続し対応するので、ベターの導電効果を得られる。第一パイプ状電極１０を例として、その２対の接続板１０１、１０４をそのパイプ状電極１１の円心と対称で設けるので、電流の進行ルートを短縮することができる。
【００２６】
図３の中に、その第一パイプ状電極１０を例として、その陽極層１０５に接続する接続板１０１を陰極層１０７に接続する接続板１０１と対応する。又、陽極層１０５に接続する接続板１０３を陰極層１０７に接続する接続板１０４と対応する。
【００２７】
図８をご参照ください。それは電流を流動するルートの説明図である。第一パイプ状電極１０を例として、第一パイプ状電極１０反応ごとで生じる電流９６は、第一パイプ状電極１０に接続する接続板１０１、１０２、１０３、１０４を通して、電流を直列で接続することで、電流の進行ルートを短縮できるので、電圧の損失を減少することができる。
【００２８】
図４をご参照ください。それはこの発明の燃料電池のベター実施例の説明図である。この発明に記載される固形化酸化物電極の構造を利用して、図４のような燃料電池２を作製することができる。その燃料電池２に一つのケース２０、一つの発電ユニット２１及び一つの反応物供給部２２を含み、その発電ユニット２１をそのケース２０の中に設けられ、その発電ユニット２１に同心円配列を呈する第一パイプ状電極２１０、第二パイプ状電極２１１及び第三パイプ状電極２１２が一つずつある。
【００２９】
その第二パイプ状電極２１１が第一パイプ状電極２１０と一つの反応空間２１３を構成、第三パイプ状電極２１２が第二パイプ状電極２１１と一つの反応空間２１４を構成する。その第一パイプ状電極２１０の陰極層を第二パイプ状電極２１１の陰極層と対応し、その第二パイプ状電極２１１の陽極層をその第三パイプ状電極２１２の陽極層と対応する。又、その第三パイプ状電極２１２の内部空間２１５の中での電極層は陰極層である。
【００３０】
パイプ状電極ごとの陽極層及び陰極層に相互に対応する２枚の接続板２１０１〜２１０４、２１１１〜２１１４、２１２１〜２１２４をそれぞれ接続してある。この実施例の中に、その第一パイプ状電極２１０の陰極層のある側での接続板２１０２を導線２４で隣接する第二パイプ状電極２１１での接続板２１１２と接続し、その第一パイプ状電極２１０の陰極層の別側での接続板２１０４を導線２４で隣接する第二パイプ状電極２１１の陽極層の上での接続板２１１４と接続する。
【００３１】
その第二パイプ状電極２１１の陰極層の有る側での接続板２１１１を導線２４で隣接する第三パイプ状電極２１２での接続板２１２１と接続する。その第二パイプ状電極２１１の陰極層の別側での接続板２１１３を導線２４で隣接する第三パイプ状電極２１２での接続板２１２３と接続する。又、その燃料電池２は陽極導線及び陰極導線でその燃料電池２の発電を導出する。
【００３２】
その反応物供給部２２が第三パイプ状電極２１２の内部空間２１５の中に設けられ、その反応物供給部２２より、気体をそのパイプ状電極の陰極層に供給し、及び燃料をそのパイプ状電極の陽極層に供給する。この実施例の中に、その反応物供給部２２に気体パイプ２２１及び燃料パイプ２２０を含む。
【００３３】
図４及び図５をご参照ください。その気体パイプ２２１を第三パイプ状電極２１２の内部空間２１５に設けてあり、その気体パイプ２２１が陰極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴２２１０、２２１１を設けてあるので、気体がその反応空間２１３及び内部空間２１５の中に流れることができる。
【００３４】
その燃料パイプ２２０を第三パイプ状電極２１２の内部空間２１５に設けてあり、その燃料パイプ２２０が陽極層と対応する反応空間２１１４を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴２２０１、２２０２を設けてあるので、気体がその反応空間２１４及びケース２０の中に流れることができる。
【００３５】
その反応物供給部２２に一つの予熱パイプ２５を接続することで持続燃焼区域を構成する。その予熱パイプ２５に燃料予熱パイプ２５０及び気体予熱パイプ２５１を含み、その燃料予熱パイプ２５０をその気体パイプ２２０と貫通し、その電池の中での未反応燃料及び気体が上に移動して予熱パイプ２５まで移動する。
【００３６】
その燃料電池２が高温環境で作業するので、その燃料及び気体が高温で熱を受けて燃焼することで、熱エネルギー及び排気ガスを釈放し、その釈放された熱エネルギーが予熱パイプまで伝送することで、パイプの内部での燃料及び気体を予熱する。この実施例の中に、その気体予熱パイプ２５１及び予熱パイプ２５は一つの螺旋パイプである。その目的はパイプの中での気体及び燃料の流動ルートを増加することで、予熱の時間を増加して、より良い予熱効果を達成する。
【００３７】
図６をご参照ください。それはこの発明の燃料電池モジュールの鳥瞰説明図である。この発明の燃料電池モジュール３は複数個の発電ユニット３１を結合することで、燃料電池モジュール３を構成するので、使用者が任意に取り付け、メンテナンスしやすい目的を達成する。その燃料電池モジュール３に一つのケース３０、複数個の発電ユニット３１、反応物供給部３７及び３枚の第一集電板３３、３４、３５を含む。
【００３８】
その実施例の中に、その電池モジュールに４個の発電ユニット３１があり、その４個の発電ユニット３１をケースの中に設けてあり、その発電ユニット３１及びその反応物供給部３７の構造は、この発明の図４に記載される発電ユニットと同一なので、ここで述べないのである。
【００３９】
この実施例の中に、３枚の第一集電板３３、３４、３５を使用し、その中に、２枚の第一集電板３３、３５をそのケース３０の側壁と隣接し、３枚目の第一集電板３４を２枚の第一集電板３３、３５の中央に設けることで、分ける空間を構成して、その発電ユニット３１を入れることができる。又、その第一集電板３３、３４、３５を発電ユニット３１とコンタクトすることで、その発電ユニットを固定することができる。その第一集電板３３、３４、３５によって、発電ユニット３を固定することができるほか、導電用の集電板として使うこともできる。この実施例の中に、その発電ユニット３１１の外層は陽極層であるので、その第一集電板３３、３４、３５の極性は陽極である。
【００４０】
又、二つの発電ユニット３１の間に一つの第二集電板３８を設けてある。この実施例の中に、その第二集電板３８の極性は陰極であり、その第二集電板は導線３６を通して、発電ユニット３１の陰極層と電気性の接続を行うことができる。この実施例の中に、その導線３６は接続板で構成され、その第一集電板３３、３４、３５及び第二集電板３８を使って、燃料電池モジュールで生じる電気を導出することができる。
【００４１】
この実施例の中に、その燃料電池モジュール３に４個の発電ユニットがあるが、実際に実施する場合、実際的の必要に合わせて、発電ユニットの数量を増加又は減少することができる。例えば、２個以上の燃料電池モジュール３を結合して、第一集電板及び第二集電板を直列で接続することで、もっと強い電力を生じることができる。又、第一集電板及び第二集電板の極性は、第一パイプ状電極の極性分布によって決まるのである。
【００４２】
又、その第一パイプ状電極の外層電極は陰極である場合、その第一集電板は陰極の電極板で、その第二集電板は陽極の電極板である。図６の電池モジュールに予熱パイプで構成する持続燃焼区域の構造を表示していないが、その関連する接続関係は図４の方式と同一ので、ここで述べないのである。
【００４３】
図７をご参照ください。それはこの発明のベター実施例の燃料電池を運転する説明図である。その第一パイプ状電極２１０、第二パイプ状電極２１１及びその第三パイプ状電極２１２は同心円配列を呈するし、その隣接するパイプ電極と対応する電極は同性の電極である。
【００４４】
この実施例の中に、その第一パイプ状電極２１０の外層電極は陽極層である。又、その第一パイプ状電極２１０及び第二パイプ状電極２１１の間に陰極層で対応する反応空間２１３が構成され、その第二パイプ状電極２１１及び第三パイプ状電極２１２の間に陽極層で対応する反応空間２１４が構成される。その第三パイプ状電極２１２の内部空間２１５は陰極層である。
【００４５】
その第一パイプ状電極２１０の外部表面は陽極層であるので、その第一パイプ状電極２１０の表面と接続するのは、高温の燃料気体９３である。例えば、メタン、水素。その燃料パイプ２２０は、陽極層相対で構成する反応空間２１４及びケース２０及び第一パイプ状電極２１０の間での空間に通し穴２２０１、２２０２を設けることで、燃料気体９３を中に入れることができる。その気体パイプ２２１は陰極層相対で構成する反応空間２１５、２１３に通し穴２２１０、２２１１を設けることで、気体９４を中に入れることができる。
【００４６】
このような高温の条件で、陰極層の酸素が外部の電気回路からの電子と酸素イオンを形成する。この酸素イオンは固定電解質を通して陽極層に移動して、その間での水素と合わせて電気化学反応を生じて、電子を釈放し、その予熱パイプ２５より未反応の燃料気体９３及び気体９４が高温で燃焼後の生じる熱エネルギーを受けて、その反応物供給部２２を予熱することができる。又、反応後の排気ガス９５が一つの排気パイプを通して排出する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の固形化酸化物の電極構造の好ましい実施例を示す図である。
【図２】本発明の固形化酸化物のパイプ状電極の立体斜視図である。
【図３】本発明の固形化酸化物の単一パイプ状電極の平面を示す図である。
【図４】本発明の燃料電池の好ましい実施例を示す図である。
【図５】本発明の気体パイプ及び燃料パイプの立体図である。
【図６】本発明の燃料電池モジュールの平面を示す図である。
【図７】本発明の好ましい実施例の燃料電池の運転を示す図である。
【図８】電流の流動するルートを示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ 電極構造
１０ 第一パイプ状電極
１０１、１０２、１０３、１０４ 接続板
１０５ 陽極層
１０６ 固形化電解質層
１０７ 陰極層
１１ 第二パイプ状電極
１１１、１１２、１１３、１１４ 接続板
１２ 第三パイプ状電極
１２１、１２２、１２３、１２４ 接続板
２ 燃料電池
２０ ケース
２１ 発電ユニット
２１０ 第一パイプ状電極
２１０１、２１０２、２１０３、２１０４ 接続板
２１１ 第二パイプ状電極
２１１１、２１１２、２１１３、２１１４ 接続板
２１２ 第三パイプ状電極
２１２１、２１２２、２１２３、２１２４ 接続板
２１３、２１４ 反応空間
２１５ 内部空間
２２ 反応物供給部
２２０ 燃料パイプ
２２０１、２２０２ 通し穴
２２０ 気体パイプ
２２１０、２２１１ 通し穴
２４ 導線
２５ 予熱パイプ
２５０ 燃料予熱パイプ
２５１ 気体予熱パイプ
２８ 排気パイプ
３ 燃料電池モジュール
３０ ケース
３１ 発電ユニット
３２ 入れる空間
３３、３４、３５ 第一集電板
３６ 導線
３７ 反応物供給部
３８ 第二集電板
９３ 燃料気体
９４ 気体
９５ 排気ガス
９６ 電流
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に関するものであり、複数個のパイプ状電極、反応供給部、予熱パイプ及び排気パイプを包含し、
複数個のパイプ状電極は燃料電池のケースの中に設けられ、その複数個のパイプ状電極が同心配列を呈することで、複数個の反応空間が構成され、その隣接するパイプ状電極と相対する面に同一の極性を持ち、更に、そのパイプ状電極に一つの陽極層、一つの陰極層及び一つの固形化電解質層が設けられ、その固形化電解質層をその陽極層及び陰極層の間に設けられ、
反応供給部は気体をパイプ状電極の陰極層に供給し、及び燃料をパイプ状電極の陽極層に供給することができ、該反応物供給部は更に、気体パイプ及び燃料パイプを含み、
気体パイプは最も内層にあるパイプ状電極の内部空間に設けてあり、その気体パイプが陰極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴を設けてあるので、気体がその反応空間の中に流れることができ、
燃料パイプは最も内層にあるパイプ状電極の内部空間に設けてあり、その燃料パイプが陽極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴を設けてあるので、燃料がその反応空間の中に流れることができ、
予熱パイプは反応物供給部と貫通するし、それは螺旋パイプであるので、その予熱パイプが未反応する燃料及び気体が高温燃焼で生じる熱を受けて、その反応物供給部の内部での気体及び燃料を予熱することができ、
排気パイプは燃焼反応を行った後の生じる排気を排出することができることを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、そのパイプ状電極に更に２対の接続板を含み、その中の１対の接続板をそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極層と接続するし、相互に対応することを呈し、又、その中の１対の接続板をそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極と接続するし相互に対応することを呈することを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池。
【請求項３】
燃料電池モジュールに関するものであり、複数個の発電ユニットを包含し、該複数個の発電ユニットはケースの中に設けられ、該発電ユニットは更に、複数個のパイプ状電極、反応供給部、少なくとも二つの第一集電板、複数個の予熱パイプ及び排気パイプを包含し、
複数個のパイプ状電極は燃料電池のケースの中に設けられ、その複数個のパイプ状電極が同心配列を呈することで、複数個の反応空間が構成され、その隣接するパイプ状電極と相対する面に同一の極性を持ち、更に、そのパイプ状電極に一つの陽極層、一つの陰極層及び一つの固形化電解質層が設けられ、その固形化電解質層をその陽極層及び陰極層の間に設けられ、
反応供給部は気体をパイプ状電極の陰極層に供給し、及び燃料をパイプ状電極の陽極層に供給することができ、その反応供給部には、気体パイプ及び燃料パイプを含み、
気体パイプは最も内層にあるパイプ状電極の内部空間に設けてあり、その気体パイプが陰極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴を設けてあるので、気体がその反応空間の中に流れることができ、
燃料パイプは最も内層にあるパイプ状電極の内部空間に設けてあり、その燃料パイプが陽極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴を設けてあるので、燃料がその反応空間の中に流れることができ、
第一集電板はケースの中に設けることで、複数個の発電ユニットを固定することができ、
複数個の予熱パイプはそれぞれ複数個の発電ユニットの中での反応物供給部と貫通するし、それは螺旋パイプであるので、その予熱パイプが未反応する燃料及び気体が高温燃焼で生じる熱を受けて、その反応物供給部の内部での気体及び燃料を予熱することができ、 排気パイプは燃焼反応を行った後の生じる排気を排出することができることを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュール。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池モジュールにおいて、そのパイプ状電極に更に２対の接続板を含み、その中の１対の接続板をそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極層と接続するし、相互に対応することを呈し、又、その中の１対の接続板をそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極と接続するし、相互に対応することを呈することを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュール。
【請求項５】
請求項３記載の燃料電池モジュールにおいて、その第一集電板は陽極板であり、その燃料電池モジュールに少なくとも一つの第二集電板を含み、それをケースの中に設けて、そのパイプ状電極の陰極層と電気性の接続を行うことを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュール。
【請求項６】
請求項３記載の燃料電池モジュールにおいて、その第一集電板は陰極板であり、その燃料電池モジュールに少なくとも一つの第二集電板を含み、それをケースの中に設けて、そのパイプ状電極の陽極層と電気性の接続を行うことを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュール。
【請求項１】
燃料電池に関するものであり、複数個のパイプ状電極、反応供給部、予熱パイプ及び排気パイプを包含し、
複数個のパイプ状電極は燃料電池のケースの中に設けられ、その複数個のパイプ状電極が同心配列を呈することで、複数個の反応空間が構成され、その隣接するパイプ状電極と相対する面に同一の極性を持ち、更に、そのパイプ状電極に一つの陽極層、一つの陰極層及び一つの固形化電解質層が設けられ、その固形化電解質層をその陽極層及び陰極層の間に設けられ、
反応供給部は気体をパイプ状電極の陰極層に供給し、及び燃料をパイプ状電極の陽極層に供給することができ、該反応物供給部は更に、気体パイプ及び燃料パイプを含み、
気体パイプは最も内層にあるパイプ状電極の内部空間に設けてあり、その気体パイプが陰極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴を設けてあるので、気体がその反応空間の中に流れることができ、
燃料パイプは最も内層にあるパイプ状電極の内部空間に設けてあり、その燃料パイプが陽極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴を設けてあるので、燃料がその反応空間の中に流れることができ、
予熱パイプは反応物供給部と貫通するし、それは螺旋パイプであるので、その予熱パイプが未反応する燃料及び気体が高温燃焼で生じる熱を受けて、その反応物供給部の内部での気体及び燃料を予熱することができ、
排気パイプは燃焼反応を行った後の生じる排気を排出することができることを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、そのパイプ状電極に更に２対の接続板を含み、その中の１対の接続板をそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極層と接続するし、相互に対応することを呈し、又、その中の１対の接続板をそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極と接続するし相互に対応することを呈することを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池。
【請求項３】
燃料電池モジュールに関するものであり、複数個の発電ユニットを包含し、該複数個の発電ユニットはケースの中に設けられ、該発電ユニットは更に、複数個のパイプ状電極、反応供給部、少なくとも二つの第一集電板、複数個の予熱パイプ及び排気パイプを包含し、
複数個のパイプ状電極は燃料電池のケースの中に設けられ、その複数個のパイプ状電極が同心配列を呈することで、複数個の反応空間が構成され、その隣接するパイプ状電極と相対する面に同一の極性を持ち、更に、そのパイプ状電極に一つの陽極層、一つの陰極層及び一つの固形化電解質層が設けられ、その固形化電解質層をその陽極層及び陰極層の間に設けられ、
反応供給部は気体をパイプ状電極の陰極層に供給し、及び燃料をパイプ状電極の陽極層に供給することができ、その反応供給部には、気体パイプ及び燃料パイプを含み、
気体パイプは最も内層にあるパイプ状電極の内部空間に設けてあり、その気体パイプが陰極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴を設けてあるので、気体がその反応空間の中に流れることができ、
燃料パイプは最も内層にあるパイプ状電極の内部空間に設けてあり、その燃料パイプが陽極層と対応する反応空間を通過するパイプの壁に少なくとも一つの通し穴を設けてあるので、燃料がその反応空間の中に流れることができ、
第一集電板はケースの中に設けることで、複数個の発電ユニットを固定することができ、
複数個の予熱パイプはそれぞれ複数個の発電ユニットの中での反応物供給部と貫通するし、それは螺旋パイプであるので、その予熱パイプが未反応する燃料及び気体が高温燃焼で生じる熱を受けて、その反応物供給部の内部での気体及び燃料を予熱することができ、 排気パイプは燃焼反応を行った後の生じる排気を排出することができることを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュール。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池モジュールにおいて、そのパイプ状電極に更に２対の接続板を含み、その中の１対の接続板をそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極層と接続するし、相互に対応することを呈し、又、その中の１対の接続板をそれぞれパイプ状電極の陰極層及び陽極と接続するし、相互に対応することを呈することを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュール。
【請求項５】
請求項３記載の燃料電池モジュールにおいて、その第一集電板は陽極板であり、その燃料電池モジュールに少なくとも一つの第二集電板を含み、それをケースの中に設けて、そのパイプ状電極の陰極層と電気性の接続を行うことを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュール。
【請求項６】
請求項３記載の燃料電池モジュールにおいて、その第一集電板は陰極板であり、その燃料電池モジュールに少なくとも一つの第二集電板を含み、それをケースの中に設けて、そのパイプ状電極の陽極層と電気性の接続を行うことを特徴とする、多層の丸いパイプ型固形化酸化物燃料電池モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−１３４２９６（Ｐ２００７−１３４２９６Ａ）
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６２２２２（Ｐ２００５−３６２２２２）
【出願日】平成１７年１２月１５日（２００５．１２．１５）
【出願人】（５９９１７１８６６）行政院原子能委員會核能研究所 (37)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月１５日（２００５．１２．１５）
【出願人】（５９９１７１８６６）行政院原子能委員會核能研究所 (37)
【Ｆターム（参考）】
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