温風発生装置
【課題】本発明は発電効率及び温風発生効率を高めて装置の小型化を図ることを課題とする。
【解決手段】温風発生装置１０は、筐体２０の内部に、燃料電池ユニット３０と、燃料噴射ノズル部４０と、電動モータ５０と、送風ファン６０と、放熱回流部７０とが収納されている。燃料電池ユニット３０は、複数枚の発電セルが所定間隔毎に配列された固体酸化物型燃料電池からなり、各発電セル間に燃料噴射ノズル部４０から噴射された混合ガスが供給されて発電を行なう。燃料電池ユニット３０の発電によって、送風ファン６０の電動モータ５０が回転駆動され、空気流が発生する。送風ファン６０の回転により空気導入口２４から酸素リッチな外気が放熱回流部７０に導入されると共に、熱交換により温風となって温風吹き出し口２８から吹き出される吹き出し流９０と、放熱回流部７０を介して暖められた外気が燃料電池ユニット３０に供給される回流１００とに分かれる。
【解決手段】温風発生装置１０は、筐体２０の内部に、燃料電池ユニット３０と、燃料噴射ノズル部４０と、電動モータ５０と、送風ファン６０と、放熱回流部７０とが収納されている。燃料電池ユニット３０は、複数枚の発電セルが所定間隔毎に配列された固体酸化物型燃料電池からなり、各発電セル間に燃料噴射ノズル部４０から噴射された混合ガスが供給されて発電を行なう。燃料電池ユニット３０の発電によって、送風ファン６０の電動モータ５０が回転駆動され、空気流が発生する。送風ファン６０の回転により空気導入口２４から酸素リッチな外気が放熱回流部７０に導入されると共に、熱交換により温風となって温風吹き出し口２８から吹き出される吹き出し流９０と、放熱回流部７０を介して暖められた外気が燃料電池ユニット３０に供給される回流１００とに分かれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は温風発生装置に係り、特に固体酸化物型燃料電池部の発電により温風を発生させるよう構成された温風発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の温風発生装置としては、例えば、ＡＣ１００Ｖを電源とするドライヤが広く普及している。この種のドライヤは、電熱ヒータと電動ファンとを組み合わせた構成であり、電動ファンからの送風が電熱ヒータの熱により温風となって噴出し口から吐出されるように構成されている。この構成では、ＡＣ１００Ｖのコンセントに接続される電源コードが必要であるので、屋外等のようにＡＣ１００Ｖのコンセントが無い場所で使用することができず、使用場所の制約が大きかった。
【０００３】
また、特許文献１（段落００３７、図４を参照）に記載されているように、ＡＣ１００Ｖの代りに燃料電池を電源とする温風発生装置も開発されている。この温風発生装置では、ケーシング内に、燃料電池スタック、燃料供給手段、酸素供給手段、加熱手段、スチーム吹出手段、送風手段を備えた発電ユニットが収納された構成になっている。特許文献１に記載された送風手段は、燃料電池スタックを電源として駆動され、加熱手段の熱交換器に向けて送風し、スチーム吹出手段で水を蒸発させつつ送風口から、スチームを含んだ温風を吹き出すように設けられている。
また、特許文献２には、炭化水素を原燃料として燃焼を行うバーナと、当該バーナの燃焼空間に配置され、その燃焼熱により加熱・昇温すると共に、原燃料の一部を燃料に使用して発電を行う燃料電池と、燃料電池の上部に配置された熱交換器９とを備える暖房装置が開示されている。この特許文献２では、燃料電池として固体酸化物形燃料電池を用いており、バーナの燃焼熱と共に燃料電池の排熱を熱交換器９により暖房用熱源として排出するように構成されている。
【特許文献１】特開２００６−１９２０６号公報
【特許文献２】特開２００３−２５７４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載された燃料電池を有する温風発生装置では、送風手段からの送風が熱交換器で加熱されて送風口から吹き出す構成であるので、温風の発生効率を高めることが難しく、装置の小型化を図ることが難しいので、例えば、屋外などで使用するには適していないという問題があった。
また、上記特許文献２に記載された暖房装置では、バーナの燃焼熱と共に燃料電池の排熱から温風を発生させる仕組みになっているが、固体酸化物形燃料電池で余った熱を熱交換器で全て回収することが難しく、且つ装置の小型化を図ることが難しいので、例えば、屋外などで使用するには適していないという問題があった。
そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決した温風発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
【０００６】
本発明は、燃料を燃焼させた混合ガスを供給されて加熱される固体酸化物型燃料電池部と、前記固体酸化物型燃料電池部で得られる電力により駆動される電動モータと、前記電動モータにより回転駆動されて外気を導入すると共に、前記固体酸化物型燃料電池部から排出された前記混合ガスと前記外気とを混合させて送風する送風ファンと、前記送風ファンの回転により導入された外気の一部を前記固体酸化物型燃料電池部に回流させる回流発生部と、を備えることにより上記課題を解決するものである。
前記固体酸化物型燃料電池部は、平板状に形成された電解質層の一面にカソード層が形成され、前記電解質層の他面にアノード層が形成されてなる複数枚のセルからなり、前記複数枚のセルを所定間隔毎に並列に配置することが望ましい。
【０００７】
前記複数枚のセルは、前記アノード層同士が互いに対向するアノード空間を形成し、且つ前記カソード層同士が互いに対向するカソード空間を形成するように配置されることが望ましい。
【０００８】
前記アノード空間は、前記燃料と酸素を含有する混合ガスが供給され、前記アノード層において触媒燃焼を発生させることが望ましい。
【０００９】
前記アノード空間には、前記回流発生部からの外気の流入が遮断されるように、前記混合ガスの流入する方向に形成された隔壁が設けられ、前記カソード空間には、前記混合ガスの流入が遮断されるように、前記回流発生部からの外気の流入する方向に形成された隔壁が設けられていることが望ましい。
【００１０】
前記回流発生部は、前記アノード空間を通過した前記混合ガスにより加熱されるように前記固体酸化物型燃料電池部の上部に配置されており、前記回流発生部で加熱された外気を、前記カソード空間に回流させることにより前記カソード層を予備加熱することが望ましい。
【００１１】
前記回流発生部は、前記送風ファンの回転により外気が流入する流入口と、前記外気を前記固体酸化物型燃料電池部に向けて流出させる流出口と、該流出口から流出された外気を前記カソード空間に導くガイド部と、を有することが望ましい。
【００１２】
前記固体酸化物型燃料電池部の上部に前記アノード空間を通過した前記混合ガスにより加熱される放熱部を設け、前記放熱部は、前記送風ファンの回転により送風された空気流の流れ方向に延在形成された複数のフィンを有し、前記複数のフィン間を通過する空気流を加熱することが望ましい。
【００１３】
前記回流発生部により回流される空気は、前記カソード空間を通過する過程で加熱され後、前記送風ファンにより導入された外気と合流して前記複数のフィン間を通過する過程で加熱されることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、回流発生部により送風ファンの回転により導入された外気の一部を固体酸化物型燃料電池部に回流させることにより、固体酸化物型燃料電池部に酸素リッチな空気を供給して発電効率を高められると共に、回流された空気流が固体酸化物型燃料電池部の排熱により加熱されるため、固体酸化物型燃料電池部で余った熱を温風として回収することができ、これにより、発電効率及び温風発生効率を高めて装置の小型化を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明による温風発生装置の一実施例を模式的に示す概略構成図である。図１に示されるように、温風発生装置１０は、例えば、屋外でも使用可能なコードレス型ヘアドライヤであり、筐体２０の内部に、燃料電池ユニット３０と、燃料噴射ノズル部４０と、電動モータ５０と、送風ファン６０と、放熱回流部７０とが収納されている。筐体２０は、操作者が把持するグリップ部２２と、後部に設けられた空気導入口２４と、グリップ部２２の上部に設けられた熱交換室２６と、熱交換室２６の前側に設けられた温風吹き出し口２８とを有する。
グリップ部２２には、水素またはブタン等の燃料が充填された燃料ボンベ８０が収納されている。燃料ボンベ８０は、中空円筒形状の金属製容器からなり、上端に燃料噴射ノズル部４０の下部接続口４２に接続される接続弁部８２が設けられている。また、燃料ボンベ８０は、簡単に交換することができるように分離可能に接続されており、燃料噴射ノズル部４０に接続されることで接続弁部８２が閉弁状態から開弁状態に切り替わるように構成されている。
【００１７】
また、グリップ部２２の外壁には、燃料噴射ノズル部４０の燃料供給路を開または閉とする弁装置及び着火装置を操作する操作部（図１では見えない）が設けられている。
燃料電池ユニット３０は、後述するように複数枚の発電セルが所定間隔毎に配列された固体酸化物型燃料電池からなり、各発電セル間に燃料噴射ノズル部４０から噴射された混合ガスが供給されて加熱されることにより発電を行なう。
【００１８】
電動モータ５０は、燃料電池ユニット３０の電源端子（＋極、−極）とリード線を介して接続されており、燃料電池ユニット３０で発電された電力により駆動される。そのため、電動モータ５０は、燃料電池ユニット３０において発電が行なわれると、同時に送風ファン６０を回転駆動する。
【００１９】
送風ファン６０の回転により、空気導入口２４から酸素リッチな外気が導入され、その空気流が熱交換室２６に設置された放熱回流部７０に至り、熱交換により温風となって温風吹き出し口２８から吹き出される吹き出し流９０と、放熱回流部７０を介して暖められた外気が燃料電池ユニット３０に供給される回流１００とに分かれる。また、燃料電池ユニット３０の前側には、回流１００を各発電セル間に均等に供給されるようにガイドする複数の溝を有する回流ガイド部１１０が配置され、燃料電池ユニット３０の後側には、燃料電池ユニット３０を通過した回流１００を吹き出し流９０に合流させるように導く複数の溝を有する合流ガイド部１２０が配置されている。尚、回流ガイド部１１０、合流ガイド部１２０は、筐体２０の内壁が空気流をガイドする構成とすることにより省略することができる。
このように、温風発生装置１０は、放熱回流部７０により送風ファン６０からの空気流の一部を燃料電池ユニット３０に回流させ、回流された空気流が燃料電池ユニット３０の排熱により加熱されるため、燃料電池ユニット３０で余った熱を温風として回収することができ、これにより、発電効率及び温風発生効率を高めて装置の小型化を図ることが可能になる。そして、燃料電池ユニット３０で暖められた空気流が吹き出し流９０に合流し、さらに燃料噴射ノズル部４０から噴射された混合ガスが合流することで吹き出し流９０の温度は効率よく上昇する。
【００２０】
ここで、燃料電池ユニット３０の構成について図２乃至図４を参照して説明する。図２は発電セルを示す斜視図である。図３は燃料電池ユニット３０を示す縦断面図である。図４は燃料電池ユニット３０を示す斜視図である。
【００２１】
図２に示されるように、発電セル１３０は、平板状に形成された電解質層１３２と、電解質層１３２の一面（図２中、左側面）に形成されたカソード層（「空気極」とも呼ばれる）１３４と、電解質層の他面（図２中、右側面）に形成されたアノード層（「燃料極」とも呼ばれる）１３６とを積層した構成である。
【００２２】
ここで、発電セル１３０による発電の原理について説明する。燃料噴射ノズル部４０から噴射された混合ガスに含まれる水素または一酸化炭素は、アノード層１３６と電解質層１３２との界面で電子（ｅ-）を放出すると同時に、カソード層１３４から電解質層１３２を移動してくるＯ２-と反応して水分子(Ｈ２Ｏ)または炭酸ガス（ＣＯ２）を生成する。一方、水素などから放出された電子（ｅ-）は、電動モータ５０で電気的な仕事をした後、カソード層１３４に達する。カソード層１３４と電解質層１３２との界面では、空気中の酸素（Ｏ２）がカソード層１３４に到達した電子（ｅ-）と反応してＯ２-イオンになる。このＯ２-イオンは、電解質層１３２に取り込まれてアノード層１３６に移動する。
【００２３】
従って、発電セル１３０では、水素または一酸化炭素が酸素と反応して水または炭酸ガスとなる反応を行なうことで、電子が電動モータ５０を介してアノード層１３６からカソード層１３４へ移動するので、電流の流れはこの逆となり、カソード層１３４が正極、アノード層１３６が負極となる。
【００２４】
電解質層１３２は、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、これらにＣｅ、Ａｌ等をドープしたジルコニア系セラミックス、ＳＤＣ（サマリアドープドセリア）、ＳＧＣ（ガドリアドープドセリア）等のセリア系セラミックス、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）、酸化ビスマス系セラミックスなどの材料によって形成されている。
カソード層１３４は、例えば、ストロンチウム（Ｓｒ）等の周期律表第３族元素が添加されたランタンのマンガン（例えば、ランタンストロンチウムマンガナイト）、ガリウム又はコバルト酸化化合物（例えば、ランタンストロンチウムコバルタイト）等の材料によって形成されている。
アノード層１３６は、ニッケルと、イットリア安定化ジルコニア系、スカンジア安定化ジルコニア系、又は、セリア系（ＳＤＣ、ＧＤＣ、ＹＤＣ等）セラミックとのサーメット、導電性酸化物を主成分（５０重量％以上９９重量％以下）とする焼結体（導電性酸化物とは、例えば、リチウムが固溶された酸化ニッケル等である）、これらのものに、白金族元素から成る金属、又は、その酸化物が１〜１０重量％程度配合されたもの等の材料によって形成されている。
カソード層１３４とアノード層１３６とは、共に多孔質体に形成される。これらの電極層は、多孔質体の開気孔率を、２０％以上、好ましくは、３０〜７０％、特に、４０〜５０％とすることが好ましい。
【００２５】
図３に示されるように、燃料電池ユニット３０は、上記のように平板状に形成された複数枚の発電セル１３０を所定間隔毎に並列に配置した構成である。各発電セル１３０は、垂直状態に起立されており、燃料噴射ノズル部４０からの火炎が進行しない消炎距離以下の間隔となるように配列されている。また、各発電セル１３０は、アノード層１３６同士が互いに対向するアノード空間１４０を形成し、且つカソード層１３４同士が互いに対向するカソード空間１５０を形成するように配置される。従って、アノード空間１４０とカソード空間１５０とは、側面からみると交互に配置される。
【００２６】
図４に示されるように、燃料電池ユニット３０は、アノード空間１４０の側方の両端を閉塞する垂直壁（隔壁）１６０と、カソード空間１５０の上方、下方の両端を閉塞する水平壁（隔壁）１７０とを有する。すなわち、アノード空間１４０は、混合ガスの流入する方向（垂直方向）に形成された垂直壁１６０により、放熱回流部７０からの外気の流入が遮断される。また、カソード空間１５０は、放熱回流部７０からの外気の流入する方向（水平方向）に形成された水平壁１７０により、混合ガスの流入が遮断される。
【００２７】
従って、アノード空間１４０は、互いに対向するアノード層１３６と垂直壁１６０によって囲まれた空間であり、アノード空間１４０の上方及び下方には燃料噴射ノズル部４０から噴射されたガスと酸素との混合ガスが通過するための開口が形成されている。
また、カソード空間１５０は、互いに対向するカソード層１３４と水平壁１７０によって囲まれた空間であり、カソード空間１５０の前方及び後方には放熱回流部７０から回流する空気が通過するための開口が形成されている。
上記のように、アノード空間１４０は、垂直壁１６０により垂直方向の開口が閉塞されているため、放熱回流部７０から回流された空気が流入できず、燃料と酸素を含有する混合ガスのみが供給されるように設けられている。アノード空間１４０は、混合ガスが供給されることで高温に加熱されるため、アノード層１３６において触媒燃焼を発生させる。
【００２８】
また、カソード空間１５０は、水平壁１７０により水平方向の開口が閉塞されているため、燃料噴射ノズル部４０から噴射されたガスと酸素との混合ガスが流入できず、放熱回流部７０から回流された暖かい酸素リッチな空気（外気）のみが供給されるように設けられている。
【００２９】
図５はアノード空間１４０に混合ガスを供給する燃料噴射ノズル部４０の概略構成を示す縦断面図である。図５に示されるように、燃料噴射ノズル部４０は、アノード空間１４０の下部開口に対向する位置に複数のガス供給通路４２が設けられている。このガス供給通路４２のガス噴射口４４近傍には、絞り４６が設けられている。さらに、絞り４６の上方に空気を供給する空気供給孔４８が設けられている。
燃料ボンベ８０には、圧縮または液化された可燃性ガスが燃料として充填されているため、燃料噴射ノズル部４０に設けられた弁装置が開弁されると、気化されたガスが各ガス供給通路４２に供給される。その際、各ガス供給通路４２に供給されたガスは、絞り４６によって加速されてガス噴射口４４から上方のアノード空間１４０に向けて噴射される。さらに、絞り４６を通過する際のガスの流速によって生じた負圧により空気供給孔４８から空気がガス噴射口４４に吸引される。
【００３０】
このように、ガス噴射口４４の近傍において、可燃性ガスと空気との混合ガスに着火すると、ガス噴射口４４から火炎１８０が噴射される。火炎１８０は、空気供給孔４８から燃焼に必要な十分な酸素が供給されているので、すすが発生しない予混炎となる。予混炎の場合、青から青緑の明るい円錐状の内炎と弱い青紫色の外炎とが生じ、外炎の温度が１４００°Ｃ〜１５００°Ｃ位となる。そのため、ガス噴射口４４からの火炎１８０によって、アノード空間１４０を囲むアノード層１３６の表面温度を１０００°Ｃ付近まで加熱することが可能になる。
【００３１】
燃料噴射ノズル部４０のガス噴射口４４は、アノード空間１４０の下方に配置されているので、燃料噴射ノズル部４０の着火装置(図示せず)によりガス噴射口４４から噴射された混合ガスに着火されると、火炎１８０による高温ガスが下方開口からアノード空間１４０に供給されて上方開口へ排出される。また、火炎１８０の周辺の空気も加熱されて膨張するため、アノード空間１４０には火炎１８０の周辺の空気も下方から供給されて上方へ排出される。従って、アノード空間１４０においては、燃焼ガスと加熱された空気との混合ガス１９０が供給されて高温に加熱され、アノード層１３６において触媒燃焼を発生させることができる。これにより、水素または一酸化炭素がアノード層１３６の表面に吸着されて電解質層１３２を通過した酸素（Ｏ２）が反応しやすい状態となる。
【００３２】
このように、燃料電池ユニット３０の下方には、上記のような燃料噴射ノズル部４０が設けられているため、燃料電池ユニット３０を駆動するときは、燃料ボンベ８０から供給されたガスが燃料噴射ノズル部４０のガス噴射口４４で燃焼され、その際に発生した高温の混合ガスがアノード空間１４０の両側を囲むアノード層１３６に供給される。そのため、アノード層１３６は、発電可能な温度まで直接的に加熱される。これにより、発電セル１３０において、効率良く発電が行なわれる。燃料電池ユニット３０の発電により得られた電力によって、電動モータ５０が回転駆動されるため、電動モータ５０に駆動された送風ファン６０によって空気流が発生する。
【００３３】
送風ファン６０の回転により空気導入口２４から酸素リッチな外気が導入されると共に、その空気流が放熱回流部７０において、熱交換により温風となって温風吹き出し口２８から吹き出される吹き出し流９０と、放熱回流部７０を介して暖められた外気が燃料電池ユニット３０に供給される回流１００とに分かれる。そのため、カソード空間１５０を形成するカソード層１３４には、放熱回流部７０を介して暖められた酸素リッチな外気が供給される。これにより、カソード層１３４では、酸素リッチな外気が供給されると共に、回流１００による予備加熱によって温度が上昇した状態に保持されるため、温度の低い外気を供給する場合のように発電セル１３０の温度低下を招かないで済み、発電セル１３０における発電効率がより一層高められる。
【００３４】
ここで、放熱回流部７０の構成について図６乃至図１０を参照して説明する。図６は放熱回流部７０の流入側からみた背面図である。図７は放熱回流部７０の流出側からみた正面図である。図８は図６中Ａ−Ａ線に沿う縦断面図である。図９は図６中Ｂ−Ｂ線に沿う縦断面図である。図１０は図９中Ｃ−Ｃ線に沿う縦断面図である。
【００３５】
図６乃至図８に示されるように、放熱回流部７０は、例えば、アルミ合金などの熱伝導率の高い金属材料によって一体成型されており、吹き出し流９０が流れる放熱部２００と、回流１００が流れる回流部２１０とを有する。放熱部２００は、放熱回流部７０の中央部分に設けられ、回流部２１０は放熱部２００の左右両側に設けられている。
放熱部２００は、吹き出し流９０の流れ方向に延在形成された複数の放熱用フィン２０２を有し、各フィン間には吹き出し用空気流路２０４が形成されている。放熱部２００の流入側端面には、吹き出し用空気流路２０４に連通する縦長形状の流入側開口部２０５が設けられている。また、放熱部２００の吹き出し側端面には、吹き出し用空気流路２０４に連通する縦長形状の吹き出し側開口部２０６が設けられている。さらに、吹き出し用空気流路２０４の下部には、燃料電池ユニット３０の上端に対向する第１下部開口２０７と、燃料電池ユニット３０のカソード空間１５０を通過した回流１００が吹き出し流９０に合流するための第２下部開口２０８とが設けられている。
【００３６】
図９に示されるように、回流部２１０には、放熱用フィン２０２と平行に延在形成された回流流路２１２が設けられている。この回流流路２１２は、放熱回流部７０の流入側端面に送風ファン６０から送風された酸素リッチな外気が供給される外気流入口２１４を有し、放熱回流部７０の下部に回流流路２１２を通過した外気を下方に排出する下部流出口２１６を有する。また、回流流路２１２の吹き出し側には、下方に向けて傾斜した内壁２１８が設けられており、回流流路２１２に流入した外気は、内壁２１８に沿って下方への流れに流れ方向が変換される。下部流出口２１６は、燃料電池ユニット３０の前側に開口する位置に設けられているため、回流流路２１２の下部流出口２１６から下方に流出した外気の流れは、回流ガイド部１１０を介してカソード空間１５０に流入する回流１００となる。
【００３７】
図１１は燃料電池ユニット３０のアノード空間１４０を通過した混合ガス１９０の流れを示す縦断面図である。図１２は吹き出し用空気流路２０４における空気の流れを説明するための縦断面図である。
【００３８】
図１１及び図１２に示されるように、燃料電池ユニット３０のアノード空間１４０を通過した混合ガス１９０は、放熱回流部７０の下面側に開口する第１下部開口２０７より吹き出し用空気流路２０４に流入して放熱部２００を直接的に加熱する。そのため、放熱用フィン２０２の表面積を通過する吹き出し流９０は、混合ガス１９０によって加熱された放熱部２００の熱を放熱用フィン２０２の表面から奪うと共に、燃料電池ユニット３０から排出された高温の混合ガス１９０が混合されることによって効率良く温度上昇される。
【００３９】
図１３は回流流路２１２における空気の流れを説明するための縦断面図である。図１３に示されるように、送風ファン６０の回転により発生した酸素リッチな外気の一部が放熱部２００の両側に配置された回流部２１０の外気流入口２１４に供給される。そのため、回流流路２１２を通過した外気は、内壁２１８に沿って下部流出口２１６より下方に流出する。下部流出口２１６の下方には、回流ガイド部１１０が設けられているので、下部流出口２１６から排出された外気は、回流ガイド部１１０の傾斜壁に沿って流れ方向を燃料電池ユニット３０の前側に向かう流れに変換される。これにより、回流流路２１２を通過した外気は、燃料電池ユニット３０のカソード空間１５０に流入する。
【００４０】
そのため、カソード空間１５０を形成するカソード層１３４では、前述した通り、酸素リッチな外気から酸素を取り込み、電解質層１３２との界面に多量のＯ２-を供給することができる。これにより、発電セル１３０の発電効率を高めることが可能になる。
【００４１】
さらに、回流流路２１２では、混合ガス１９０によって加熱された放熱部２００の熱が伝導するため、回流流路２１２を流れる外気が回流流路２１２の内壁からの輻射熱により加熱された外気(暖気)を回流１００とすることが可能になる。そのため、カソード空間１５０を形成するカソード層１３４を加熱することができ、外気供給によりカソード層１３４の温度低下を防止して、温度による発電効率も高めることができ、酸素リッチと加熱との相乗効果による発電効率アップを実現することができる。
【００４２】
そして、カソード空間１５０を通過した回流１００の空気は、合流ガイド部１２０により上方に向かう流れに流れ方向を変換され、第２下部開口２０８から吹き出し用空気流路２０４に流入して吹き出し流９０と合流する。これにより、吹き出し流９０は、合流した回流１００によって加熱された後、さらに放熱用フィン２０２の表面積によって加熱されながら高温の混合ガス１９０が下方から合流して温風吹き出し口２８からより高温の空気流として吹き出される。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
上記実施例では、本発明をコードレス型ヘアドライヤに適用した構成を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、温風を発生させる暖房装置や衣類や布団などを乾燥させる乾燥機などにも適用できるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による温風発生装置の一実施例を模式的に示す概略構成図である。
【図２】発電セルを示す斜視図である。
【図３】燃料電池ユニット３０を示す縦断面図である。
【図４】燃料電池ユニット３０を示す斜視図である。
【図５】アノード空間１４０に混合ガスを供給する燃料噴射ノズル部４０の概略構成を示す縦断面図である。
【図６】放熱回流部７０の流入側からみた背面図である。
【図７】放熱回流部７０の流出側からみた正面図である。
【図８】図６中Ａ−Ａ線に沿う縦断面図である。
【図９】図６中Ｂ−Ｂ線に沿う縦断面図である。
【図１０】図９中Ｃ−Ｃ線に沿う縦断面図である。
【図１１】燃料電池ユニット３０のアノード空間１４０を通過した混合ガス１９０の流れを示す縦断面図である。
【図１２】吹き出し用空気流路２０４における空気の流れを説明するための縦断面図である。
【図１３】回流流路２１２における空気の流れを説明するための縦断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 温風発生装置
２０ 筐体
２４ 空気導入口
２８ 温風吹き出し口
３０ 燃料電池ユニット
４０ 噴射ノズル部
４４ ガス噴射口
４６ 絞り
４８ 空気供給孔
５０ 電動モータ
６０ 送風ファン
７０ 放熱回流部
８０ 燃料ボンベ
９０ 吹き出し流
１００ 回流
１１０ 回流ガイド部
１２０ 合流ガイド部
１３０ 発電セル
１３２ 電解質層
１３４ カソード層
１３６ アノード層
１４０ アノード空間
１５０ カソード空間
１６０ 垂直壁
１７０ 水平壁
１８０ 火炎
１９０ 混合ガス
２００ 放熱部
２０２ 放熱用フィン
２０４ 吹き出し用空気流路
２０７ 第１下部開口
２０８ 第２下部開口
２１０ 回流部
２１２ 回流流路
２１６ 下部流出口
２１８ 内壁
【技術分野】
【０００１】
本発明は温風発生装置に係り、特に固体酸化物型燃料電池部の発電により温風を発生させるよう構成された温風発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の温風発生装置としては、例えば、ＡＣ１００Ｖを電源とするドライヤが広く普及している。この種のドライヤは、電熱ヒータと電動ファンとを組み合わせた構成であり、電動ファンからの送風が電熱ヒータの熱により温風となって噴出し口から吐出されるように構成されている。この構成では、ＡＣ１００Ｖのコンセントに接続される電源コードが必要であるので、屋外等のようにＡＣ１００Ｖのコンセントが無い場所で使用することができず、使用場所の制約が大きかった。
【０００３】
また、特許文献１（段落００３７、図４を参照）に記載されているように、ＡＣ１００Ｖの代りに燃料電池を電源とする温風発生装置も開発されている。この温風発生装置では、ケーシング内に、燃料電池スタック、燃料供給手段、酸素供給手段、加熱手段、スチーム吹出手段、送風手段を備えた発電ユニットが収納された構成になっている。特許文献１に記載された送風手段は、燃料電池スタックを電源として駆動され、加熱手段の熱交換器に向けて送風し、スチーム吹出手段で水を蒸発させつつ送風口から、スチームを含んだ温風を吹き出すように設けられている。
また、特許文献２には、炭化水素を原燃料として燃焼を行うバーナと、当該バーナの燃焼空間に配置され、その燃焼熱により加熱・昇温すると共に、原燃料の一部を燃料に使用して発電を行う燃料電池と、燃料電池の上部に配置された熱交換器９とを備える暖房装置が開示されている。この特許文献２では、燃料電池として固体酸化物形燃料電池を用いており、バーナの燃焼熱と共に燃料電池の排熱を熱交換器９により暖房用熱源として排出するように構成されている。
【特許文献１】特開２００６−１９２０６号公報
【特許文献２】特開２００３−２５７４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載された燃料電池を有する温風発生装置では、送風手段からの送風が熱交換器で加熱されて送風口から吹き出す構成であるので、温風の発生効率を高めることが難しく、装置の小型化を図ることが難しいので、例えば、屋外などで使用するには適していないという問題があった。
また、上記特許文献２に記載された暖房装置では、バーナの燃焼熱と共に燃料電池の排熱から温風を発生させる仕組みになっているが、固体酸化物形燃料電池で余った熱を熱交換器で全て回収することが難しく、且つ装置の小型化を図ることが難しいので、例えば、屋外などで使用するには適していないという問題があった。
そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決した温風発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
【０００６】
本発明は、燃料を燃焼させた混合ガスを供給されて加熱される固体酸化物型燃料電池部と、前記固体酸化物型燃料電池部で得られる電力により駆動される電動モータと、前記電動モータにより回転駆動されて外気を導入すると共に、前記固体酸化物型燃料電池部から排出された前記混合ガスと前記外気とを混合させて送風する送風ファンと、前記送風ファンの回転により導入された外気の一部を前記固体酸化物型燃料電池部に回流させる回流発生部と、を備えることにより上記課題を解決するものである。
前記固体酸化物型燃料電池部は、平板状に形成された電解質層の一面にカソード層が形成され、前記電解質層の他面にアノード層が形成されてなる複数枚のセルからなり、前記複数枚のセルを所定間隔毎に並列に配置することが望ましい。
【０００７】
前記複数枚のセルは、前記アノード層同士が互いに対向するアノード空間を形成し、且つ前記カソード層同士が互いに対向するカソード空間を形成するように配置されることが望ましい。
【０００８】
前記アノード空間は、前記燃料と酸素を含有する混合ガスが供給され、前記アノード層において触媒燃焼を発生させることが望ましい。
【０００９】
前記アノード空間には、前記回流発生部からの外気の流入が遮断されるように、前記混合ガスの流入する方向に形成された隔壁が設けられ、前記カソード空間には、前記混合ガスの流入が遮断されるように、前記回流発生部からの外気の流入する方向に形成された隔壁が設けられていることが望ましい。
【００１０】
前記回流発生部は、前記アノード空間を通過した前記混合ガスにより加熱されるように前記固体酸化物型燃料電池部の上部に配置されており、前記回流発生部で加熱された外気を、前記カソード空間に回流させることにより前記カソード層を予備加熱することが望ましい。
【００１１】
前記回流発生部は、前記送風ファンの回転により外気が流入する流入口と、前記外気を前記固体酸化物型燃料電池部に向けて流出させる流出口と、該流出口から流出された外気を前記カソード空間に導くガイド部と、を有することが望ましい。
【００１２】
前記固体酸化物型燃料電池部の上部に前記アノード空間を通過した前記混合ガスにより加熱される放熱部を設け、前記放熱部は、前記送風ファンの回転により送風された空気流の流れ方向に延在形成された複数のフィンを有し、前記複数のフィン間を通過する空気流を加熱することが望ましい。
【００１３】
前記回流発生部により回流される空気は、前記カソード空間を通過する過程で加熱され後、前記送風ファンにより導入された外気と合流して前記複数のフィン間を通過する過程で加熱されることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、回流発生部により送風ファンの回転により導入された外気の一部を固体酸化物型燃料電池部に回流させることにより、固体酸化物型燃料電池部に酸素リッチな空気を供給して発電効率を高められると共に、回流された空気流が固体酸化物型燃料電池部の排熱により加熱されるため、固体酸化物型燃料電池部で余った熱を温風として回収することができ、これにより、発電効率及び温風発生効率を高めて装置の小型化を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明による温風発生装置の一実施例を模式的に示す概略構成図である。図１に示されるように、温風発生装置１０は、例えば、屋外でも使用可能なコードレス型ヘアドライヤであり、筐体２０の内部に、燃料電池ユニット３０と、燃料噴射ノズル部４０と、電動モータ５０と、送風ファン６０と、放熱回流部７０とが収納されている。筐体２０は、操作者が把持するグリップ部２２と、後部に設けられた空気導入口２４と、グリップ部２２の上部に設けられた熱交換室２６と、熱交換室２６の前側に設けられた温風吹き出し口２８とを有する。
グリップ部２２には、水素またはブタン等の燃料が充填された燃料ボンベ８０が収納されている。燃料ボンベ８０は、中空円筒形状の金属製容器からなり、上端に燃料噴射ノズル部４０の下部接続口４２に接続される接続弁部８２が設けられている。また、燃料ボンベ８０は、簡単に交換することができるように分離可能に接続されており、燃料噴射ノズル部４０に接続されることで接続弁部８２が閉弁状態から開弁状態に切り替わるように構成されている。
【００１７】
また、グリップ部２２の外壁には、燃料噴射ノズル部４０の燃料供給路を開または閉とする弁装置及び着火装置を操作する操作部（図１では見えない）が設けられている。
燃料電池ユニット３０は、後述するように複数枚の発電セルが所定間隔毎に配列された固体酸化物型燃料電池からなり、各発電セル間に燃料噴射ノズル部４０から噴射された混合ガスが供給されて加熱されることにより発電を行なう。
【００１８】
電動モータ５０は、燃料電池ユニット３０の電源端子（＋極、−極）とリード線を介して接続されており、燃料電池ユニット３０で発電された電力により駆動される。そのため、電動モータ５０は、燃料電池ユニット３０において発電が行なわれると、同時に送風ファン６０を回転駆動する。
【００１９】
送風ファン６０の回転により、空気導入口２４から酸素リッチな外気が導入され、その空気流が熱交換室２６に設置された放熱回流部７０に至り、熱交換により温風となって温風吹き出し口２８から吹き出される吹き出し流９０と、放熱回流部７０を介して暖められた外気が燃料電池ユニット３０に供給される回流１００とに分かれる。また、燃料電池ユニット３０の前側には、回流１００を各発電セル間に均等に供給されるようにガイドする複数の溝を有する回流ガイド部１１０が配置され、燃料電池ユニット３０の後側には、燃料電池ユニット３０を通過した回流１００を吹き出し流９０に合流させるように導く複数の溝を有する合流ガイド部１２０が配置されている。尚、回流ガイド部１１０、合流ガイド部１２０は、筐体２０の内壁が空気流をガイドする構成とすることにより省略することができる。
このように、温風発生装置１０は、放熱回流部７０により送風ファン６０からの空気流の一部を燃料電池ユニット３０に回流させ、回流された空気流が燃料電池ユニット３０の排熱により加熱されるため、燃料電池ユニット３０で余った熱を温風として回収することができ、これにより、発電効率及び温風発生効率を高めて装置の小型化を図ることが可能になる。そして、燃料電池ユニット３０で暖められた空気流が吹き出し流９０に合流し、さらに燃料噴射ノズル部４０から噴射された混合ガスが合流することで吹き出し流９０の温度は効率よく上昇する。
【００２０】
ここで、燃料電池ユニット３０の構成について図２乃至図４を参照して説明する。図２は発電セルを示す斜視図である。図３は燃料電池ユニット３０を示す縦断面図である。図４は燃料電池ユニット３０を示す斜視図である。
【００２１】
図２に示されるように、発電セル１３０は、平板状に形成された電解質層１３２と、電解質層１３２の一面（図２中、左側面）に形成されたカソード層（「空気極」とも呼ばれる）１３４と、電解質層の他面（図２中、右側面）に形成されたアノード層（「燃料極」とも呼ばれる）１３６とを積層した構成である。
【００２２】
ここで、発電セル１３０による発電の原理について説明する。燃料噴射ノズル部４０から噴射された混合ガスに含まれる水素または一酸化炭素は、アノード層１３６と電解質層１３２との界面で電子（ｅ-）を放出すると同時に、カソード層１３４から電解質層１３２を移動してくるＯ２-と反応して水分子(Ｈ２Ｏ)または炭酸ガス（ＣＯ２）を生成する。一方、水素などから放出された電子（ｅ-）は、電動モータ５０で電気的な仕事をした後、カソード層１３４に達する。カソード層１３４と電解質層１３２との界面では、空気中の酸素（Ｏ２）がカソード層１３４に到達した電子（ｅ-）と反応してＯ２-イオンになる。このＯ２-イオンは、電解質層１３２に取り込まれてアノード層１３６に移動する。
【００２３】
従って、発電セル１３０では、水素または一酸化炭素が酸素と反応して水または炭酸ガスとなる反応を行なうことで、電子が電動モータ５０を介してアノード層１３６からカソード層１３４へ移動するので、電流の流れはこの逆となり、カソード層１３４が正極、アノード層１３６が負極となる。
【００２４】
電解質層１３２は、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、これらにＣｅ、Ａｌ等をドープしたジルコニア系セラミックス、ＳＤＣ（サマリアドープドセリア）、ＳＧＣ（ガドリアドープドセリア）等のセリア系セラミックス、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）、酸化ビスマス系セラミックスなどの材料によって形成されている。
カソード層１３４は、例えば、ストロンチウム（Ｓｒ）等の周期律表第３族元素が添加されたランタンのマンガン（例えば、ランタンストロンチウムマンガナイト）、ガリウム又はコバルト酸化化合物（例えば、ランタンストロンチウムコバルタイト）等の材料によって形成されている。
アノード層１３６は、ニッケルと、イットリア安定化ジルコニア系、スカンジア安定化ジルコニア系、又は、セリア系（ＳＤＣ、ＧＤＣ、ＹＤＣ等）セラミックとのサーメット、導電性酸化物を主成分（５０重量％以上９９重量％以下）とする焼結体（導電性酸化物とは、例えば、リチウムが固溶された酸化ニッケル等である）、これらのものに、白金族元素から成る金属、又は、その酸化物が１〜１０重量％程度配合されたもの等の材料によって形成されている。
カソード層１３４とアノード層１３６とは、共に多孔質体に形成される。これらの電極層は、多孔質体の開気孔率を、２０％以上、好ましくは、３０〜７０％、特に、４０〜５０％とすることが好ましい。
【００２５】
図３に示されるように、燃料電池ユニット３０は、上記のように平板状に形成された複数枚の発電セル１３０を所定間隔毎に並列に配置した構成である。各発電セル１３０は、垂直状態に起立されており、燃料噴射ノズル部４０からの火炎が進行しない消炎距離以下の間隔となるように配列されている。また、各発電セル１３０は、アノード層１３６同士が互いに対向するアノード空間１４０を形成し、且つカソード層１３４同士が互いに対向するカソード空間１５０を形成するように配置される。従って、アノード空間１４０とカソード空間１５０とは、側面からみると交互に配置される。
【００２６】
図４に示されるように、燃料電池ユニット３０は、アノード空間１４０の側方の両端を閉塞する垂直壁（隔壁）１６０と、カソード空間１５０の上方、下方の両端を閉塞する水平壁（隔壁）１７０とを有する。すなわち、アノード空間１４０は、混合ガスの流入する方向（垂直方向）に形成された垂直壁１６０により、放熱回流部７０からの外気の流入が遮断される。また、カソード空間１５０は、放熱回流部７０からの外気の流入する方向（水平方向）に形成された水平壁１７０により、混合ガスの流入が遮断される。
【００２７】
従って、アノード空間１４０は、互いに対向するアノード層１３６と垂直壁１６０によって囲まれた空間であり、アノード空間１４０の上方及び下方には燃料噴射ノズル部４０から噴射されたガスと酸素との混合ガスが通過するための開口が形成されている。
また、カソード空間１５０は、互いに対向するカソード層１３４と水平壁１７０によって囲まれた空間であり、カソード空間１５０の前方及び後方には放熱回流部７０から回流する空気が通過するための開口が形成されている。
上記のように、アノード空間１４０は、垂直壁１６０により垂直方向の開口が閉塞されているため、放熱回流部７０から回流された空気が流入できず、燃料と酸素を含有する混合ガスのみが供給されるように設けられている。アノード空間１４０は、混合ガスが供給されることで高温に加熱されるため、アノード層１３６において触媒燃焼を発生させる。
【００２８】
また、カソード空間１５０は、水平壁１７０により水平方向の開口が閉塞されているため、燃料噴射ノズル部４０から噴射されたガスと酸素との混合ガスが流入できず、放熱回流部７０から回流された暖かい酸素リッチな空気（外気）のみが供給されるように設けられている。
【００２９】
図５はアノード空間１４０に混合ガスを供給する燃料噴射ノズル部４０の概略構成を示す縦断面図である。図５に示されるように、燃料噴射ノズル部４０は、アノード空間１４０の下部開口に対向する位置に複数のガス供給通路４２が設けられている。このガス供給通路４２のガス噴射口４４近傍には、絞り４６が設けられている。さらに、絞り４６の上方に空気を供給する空気供給孔４８が設けられている。
燃料ボンベ８０には、圧縮または液化された可燃性ガスが燃料として充填されているため、燃料噴射ノズル部４０に設けられた弁装置が開弁されると、気化されたガスが各ガス供給通路４２に供給される。その際、各ガス供給通路４２に供給されたガスは、絞り４６によって加速されてガス噴射口４４から上方のアノード空間１４０に向けて噴射される。さらに、絞り４６を通過する際のガスの流速によって生じた負圧により空気供給孔４８から空気がガス噴射口４４に吸引される。
【００３０】
このように、ガス噴射口４４の近傍において、可燃性ガスと空気との混合ガスに着火すると、ガス噴射口４４から火炎１８０が噴射される。火炎１８０は、空気供給孔４８から燃焼に必要な十分な酸素が供給されているので、すすが発生しない予混炎となる。予混炎の場合、青から青緑の明るい円錐状の内炎と弱い青紫色の外炎とが生じ、外炎の温度が１４００°Ｃ〜１５００°Ｃ位となる。そのため、ガス噴射口４４からの火炎１８０によって、アノード空間１４０を囲むアノード層１３６の表面温度を１０００°Ｃ付近まで加熱することが可能になる。
【００３１】
燃料噴射ノズル部４０のガス噴射口４４は、アノード空間１４０の下方に配置されているので、燃料噴射ノズル部４０の着火装置(図示せず)によりガス噴射口４４から噴射された混合ガスに着火されると、火炎１８０による高温ガスが下方開口からアノード空間１４０に供給されて上方開口へ排出される。また、火炎１８０の周辺の空気も加熱されて膨張するため、アノード空間１４０には火炎１８０の周辺の空気も下方から供給されて上方へ排出される。従って、アノード空間１４０においては、燃焼ガスと加熱された空気との混合ガス１９０が供給されて高温に加熱され、アノード層１３６において触媒燃焼を発生させることができる。これにより、水素または一酸化炭素がアノード層１３６の表面に吸着されて電解質層１３２を通過した酸素（Ｏ２）が反応しやすい状態となる。
【００３２】
このように、燃料電池ユニット３０の下方には、上記のような燃料噴射ノズル部４０が設けられているため、燃料電池ユニット３０を駆動するときは、燃料ボンベ８０から供給されたガスが燃料噴射ノズル部４０のガス噴射口４４で燃焼され、その際に発生した高温の混合ガスがアノード空間１４０の両側を囲むアノード層１３６に供給される。そのため、アノード層１３６は、発電可能な温度まで直接的に加熱される。これにより、発電セル１３０において、効率良く発電が行なわれる。燃料電池ユニット３０の発電により得られた電力によって、電動モータ５０が回転駆動されるため、電動モータ５０に駆動された送風ファン６０によって空気流が発生する。
【００３３】
送風ファン６０の回転により空気導入口２４から酸素リッチな外気が導入されると共に、その空気流が放熱回流部７０において、熱交換により温風となって温風吹き出し口２８から吹き出される吹き出し流９０と、放熱回流部７０を介して暖められた外気が燃料電池ユニット３０に供給される回流１００とに分かれる。そのため、カソード空間１５０を形成するカソード層１３４には、放熱回流部７０を介して暖められた酸素リッチな外気が供給される。これにより、カソード層１３４では、酸素リッチな外気が供給されると共に、回流１００による予備加熱によって温度が上昇した状態に保持されるため、温度の低い外気を供給する場合のように発電セル１３０の温度低下を招かないで済み、発電セル１３０における発電効率がより一層高められる。
【００３４】
ここで、放熱回流部７０の構成について図６乃至図１０を参照して説明する。図６は放熱回流部７０の流入側からみた背面図である。図７は放熱回流部７０の流出側からみた正面図である。図８は図６中Ａ−Ａ線に沿う縦断面図である。図９は図６中Ｂ−Ｂ線に沿う縦断面図である。図１０は図９中Ｃ−Ｃ線に沿う縦断面図である。
【００３５】
図６乃至図８に示されるように、放熱回流部７０は、例えば、アルミ合金などの熱伝導率の高い金属材料によって一体成型されており、吹き出し流９０が流れる放熱部２００と、回流１００が流れる回流部２１０とを有する。放熱部２００は、放熱回流部７０の中央部分に設けられ、回流部２１０は放熱部２００の左右両側に設けられている。
放熱部２００は、吹き出し流９０の流れ方向に延在形成された複数の放熱用フィン２０２を有し、各フィン間には吹き出し用空気流路２０４が形成されている。放熱部２００の流入側端面には、吹き出し用空気流路２０４に連通する縦長形状の流入側開口部２０５が設けられている。また、放熱部２００の吹き出し側端面には、吹き出し用空気流路２０４に連通する縦長形状の吹き出し側開口部２０６が設けられている。さらに、吹き出し用空気流路２０４の下部には、燃料電池ユニット３０の上端に対向する第１下部開口２０７と、燃料電池ユニット３０のカソード空間１５０を通過した回流１００が吹き出し流９０に合流するための第２下部開口２０８とが設けられている。
【００３６】
図９に示されるように、回流部２１０には、放熱用フィン２０２と平行に延在形成された回流流路２１２が設けられている。この回流流路２１２は、放熱回流部７０の流入側端面に送風ファン６０から送風された酸素リッチな外気が供給される外気流入口２１４を有し、放熱回流部７０の下部に回流流路２１２を通過した外気を下方に排出する下部流出口２１６を有する。また、回流流路２１２の吹き出し側には、下方に向けて傾斜した内壁２１８が設けられており、回流流路２１２に流入した外気は、内壁２１８に沿って下方への流れに流れ方向が変換される。下部流出口２１６は、燃料電池ユニット３０の前側に開口する位置に設けられているため、回流流路２１２の下部流出口２１６から下方に流出した外気の流れは、回流ガイド部１１０を介してカソード空間１５０に流入する回流１００となる。
【００３７】
図１１は燃料電池ユニット３０のアノード空間１４０を通過した混合ガス１９０の流れを示す縦断面図である。図１２は吹き出し用空気流路２０４における空気の流れを説明するための縦断面図である。
【００３８】
図１１及び図１２に示されるように、燃料電池ユニット３０のアノード空間１４０を通過した混合ガス１９０は、放熱回流部７０の下面側に開口する第１下部開口２０７より吹き出し用空気流路２０４に流入して放熱部２００を直接的に加熱する。そのため、放熱用フィン２０２の表面積を通過する吹き出し流９０は、混合ガス１９０によって加熱された放熱部２００の熱を放熱用フィン２０２の表面から奪うと共に、燃料電池ユニット３０から排出された高温の混合ガス１９０が混合されることによって効率良く温度上昇される。
【００３９】
図１３は回流流路２１２における空気の流れを説明するための縦断面図である。図１３に示されるように、送風ファン６０の回転により発生した酸素リッチな外気の一部が放熱部２００の両側に配置された回流部２１０の外気流入口２１４に供給される。そのため、回流流路２１２を通過した外気は、内壁２１８に沿って下部流出口２１６より下方に流出する。下部流出口２１６の下方には、回流ガイド部１１０が設けられているので、下部流出口２１６から排出された外気は、回流ガイド部１１０の傾斜壁に沿って流れ方向を燃料電池ユニット３０の前側に向かう流れに変換される。これにより、回流流路２１２を通過した外気は、燃料電池ユニット３０のカソード空間１５０に流入する。
【００４０】
そのため、カソード空間１５０を形成するカソード層１３４では、前述した通り、酸素リッチな外気から酸素を取り込み、電解質層１３２との界面に多量のＯ２-を供給することができる。これにより、発電セル１３０の発電効率を高めることが可能になる。
【００４１】
さらに、回流流路２１２では、混合ガス１９０によって加熱された放熱部２００の熱が伝導するため、回流流路２１２を流れる外気が回流流路２１２の内壁からの輻射熱により加熱された外気(暖気)を回流１００とすることが可能になる。そのため、カソード空間１５０を形成するカソード層１３４を加熱することができ、外気供給によりカソード層１３４の温度低下を防止して、温度による発電効率も高めることができ、酸素リッチと加熱との相乗効果による発電効率アップを実現することができる。
【００４２】
そして、カソード空間１５０を通過した回流１００の空気は、合流ガイド部１２０により上方に向かう流れに流れ方向を変換され、第２下部開口２０８から吹き出し用空気流路２０４に流入して吹き出し流９０と合流する。これにより、吹き出し流９０は、合流した回流１００によって加熱された後、さらに放熱用フィン２０２の表面積によって加熱されながら高温の混合ガス１９０が下方から合流して温風吹き出し口２８からより高温の空気流として吹き出される。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
上記実施例では、本発明をコードレス型ヘアドライヤに適用した構成を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、温風を発生させる暖房装置や衣類や布団などを乾燥させる乾燥機などにも適用できるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による温風発生装置の一実施例を模式的に示す概略構成図である。
【図２】発電セルを示す斜視図である。
【図３】燃料電池ユニット３０を示す縦断面図である。
【図４】燃料電池ユニット３０を示す斜視図である。
【図５】アノード空間１４０に混合ガスを供給する燃料噴射ノズル部４０の概略構成を示す縦断面図である。
【図６】放熱回流部７０の流入側からみた背面図である。
【図７】放熱回流部７０の流出側からみた正面図である。
【図８】図６中Ａ−Ａ線に沿う縦断面図である。
【図９】図６中Ｂ−Ｂ線に沿う縦断面図である。
【図１０】図９中Ｃ−Ｃ線に沿う縦断面図である。
【図１１】燃料電池ユニット３０のアノード空間１４０を通過した混合ガス１９０の流れを示す縦断面図である。
【図１２】吹き出し用空気流路２０４における空気の流れを説明するための縦断面図である。
【図１３】回流流路２１２における空気の流れを説明するための縦断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 温風発生装置
２０ 筐体
２４ 空気導入口
２８ 温風吹き出し口
３０ 燃料電池ユニット
４０ 噴射ノズル部
４４ ガス噴射口
４６ 絞り
４８ 空気供給孔
５０ 電動モータ
６０ 送風ファン
７０ 放熱回流部
８０ 燃料ボンベ
９０ 吹き出し流
１００ 回流
１１０ 回流ガイド部
１２０ 合流ガイド部
１３０ 発電セル
１３２ 電解質層
１３４ カソード層
１３６ アノード層
１４０ アノード空間
１５０ カソード空間
１６０ 垂直壁
１７０ 水平壁
１８０ 火炎
１９０ 混合ガス
２００ 放熱部
２０２ 放熱用フィン
２０４ 吹き出し用空気流路
２０７ 第１下部開口
２０８ 第２下部開口
２１０ 回流部
２１２ 回流流路
２１６ 下部流出口
２１８ 内壁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼させた混合ガスを供給されて加熱される固体酸化物型燃料電池部と、
前記固体酸化物型燃料電池部で得られる電力により駆動される電動モータと、
前記電動モータにより回転駆動されて外気を導入すると共に、前記固体酸化物型燃料電池部から排出された前記混合ガスと前記外気とを混合させて送風する送風ファンと、
前記送風ファンの回転により導入された外気の一部を前記固体酸化物型燃料電池部に回流させる回流発生部と、
を備えたことを特徴とする温風発生装置。
【請求項２】
前記固体酸化物型燃料電池部は、
平板状に形成された電解質層の一面にカソード層が形成され、前記電解質層の他面にアノード層が形成されてなる複数枚のセルからなり、前記複数枚のセルを所定間隔毎に並列に配置したことを特徴とする請求項１に記載の温風発生装置。
【請求項３】
前記複数枚のセルは、前記アノード層同士が互いに対向するアノード空間を形成し、且つ前記カソード層同士が互いに対向するカソード空間を形成するように配置されることを特徴とする請求項２に記載の温風発生装置。
【請求項４】
前記アノード空間は、前記燃料と酸素を含有する混合ガスが供給され、前記アノード層において触媒燃焼を発生させることを特徴とする請求項３に記載の温風発生装置。
【請求項５】
前記アノード空間には、前記回流発生部からの外気の流入が遮断されるように、前記混合ガスの流入する方向に形成された隔壁が設けられ、
前記カソード空間には、前記混合ガスの流入が遮断されるように、前記回流発生部からの外気の流入する方向に形成された隔壁が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の温風発生装置。
【請求項６】
前記回流発生部は、前記アノード空間を通過した前記混合ガスにより加熱されるように前記固体酸化物型燃料電池部の上部に配置されており、
前記回流発生部で加熱された外気を、前記カソード空間に回流させることにより前記カソード層を予備加熱することを特徴とする請求項３に記載の温風発生装置。
【請求項７】
前記回流発生部は、
前記送風ファンの回転により外気が流入する流入口と、
前記外気を前記固体酸化物型燃料電池部に向けて流出させる流出口と、
該流出口から流出された外気を前記カソード空間に導くガイド部と、
を有することを特徴とする請求項３に記載の温風発生装置。
【請求項８】
前記固体酸化物型燃料電池部の上部に前記アノード空間を通過した前記混合ガスにより加熱される放熱部を設け、
前記放熱部は、前記送風ファンの回転により送風された空気流の流れ方向に延在形成された複数のフィンを有し、前記複数のフィン間を通過する空気流を加熱することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の温風発生装置。
【請求項９】
前記回流発生部により回流される空気は、前記カソード空間を通過する過程で加熱され後、前記送風ファンにより導入された外気と合流して前記複数のフィン間を通過する過程で加熱されることを特徴とする請求項５乃至８の何れかに記載の温風発生装置。
【請求項１】
燃料を燃焼させた混合ガスを供給されて加熱される固体酸化物型燃料電池部と、
前記固体酸化物型燃料電池部で得られる電力により駆動される電動モータと、
前記電動モータにより回転駆動されて外気を導入すると共に、前記固体酸化物型燃料電池部から排出された前記混合ガスと前記外気とを混合させて送風する送風ファンと、
前記送風ファンの回転により導入された外気の一部を前記固体酸化物型燃料電池部に回流させる回流発生部と、
を備えたことを特徴とする温風発生装置。
【請求項２】
前記固体酸化物型燃料電池部は、
平板状に形成された電解質層の一面にカソード層が形成され、前記電解質層の他面にアノード層が形成されてなる複数枚のセルからなり、前記複数枚のセルを所定間隔毎に並列に配置したことを特徴とする請求項１に記載の温風発生装置。
【請求項３】
前記複数枚のセルは、前記アノード層同士が互いに対向するアノード空間を形成し、且つ前記カソード層同士が互いに対向するカソード空間を形成するように配置されることを特徴とする請求項２に記載の温風発生装置。
【請求項４】
前記アノード空間は、前記燃料と酸素を含有する混合ガスが供給され、前記アノード層において触媒燃焼を発生させることを特徴とする請求項３に記載の温風発生装置。
【請求項５】
前記アノード空間には、前記回流発生部からの外気の流入が遮断されるように、前記混合ガスの流入する方向に形成された隔壁が設けられ、
前記カソード空間には、前記混合ガスの流入が遮断されるように、前記回流発生部からの外気の流入する方向に形成された隔壁が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の温風発生装置。
【請求項６】
前記回流発生部は、前記アノード空間を通過した前記混合ガスにより加熱されるように前記固体酸化物型燃料電池部の上部に配置されており、
前記回流発生部で加熱された外気を、前記カソード空間に回流させることにより前記カソード層を予備加熱することを特徴とする請求項３に記載の温風発生装置。
【請求項７】
前記回流発生部は、
前記送風ファンの回転により外気が流入する流入口と、
前記外気を前記固体酸化物型燃料電池部に向けて流出させる流出口と、
該流出口から流出された外気を前記カソード空間に導くガイド部と、
を有することを特徴とする請求項３に記載の温風発生装置。
【請求項８】
前記固体酸化物型燃料電池部の上部に前記アノード空間を通過した前記混合ガスにより加熱される放熱部を設け、
前記放熱部は、前記送風ファンの回転により送風された空気流の流れ方向に延在形成された複数のフィンを有し、前記複数のフィン間を通過する空気流を加熱することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の温風発生装置。
【請求項９】
前記回流発生部により回流される空気は、前記カソード空間を通過する過程で加熱され後、前記送風ファンにより導入された外気と合流して前記複数のフィン間を通過する過程で加熱されることを特徴とする請求項５乃至８の何れかに記載の温風発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−２１０８１（Ｐ２００９−２１０８１Ａ）
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８２４３４（Ｐ２００７−１８２４３４）
【出願日】平成１９年７月１１日（２００７．７．１１）
【出願人】（０００１９０６８８）新光電気工業株式会社 (1,516)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１１日（２００７．７．１１）
【出願人】（０００１９０６８８）新光電気工業株式会社 (1,516)
【Ｆターム（参考）】
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