JP2013093236A - Power generator - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power generator capable of improving generating capacity.SOLUTION: A power generator 1 includes: a solid oxide fuel cell 2 and a combustion catalyst containing member 3 which are disposed in a casing 4; and mixed gas supplying means 10 of supplying a mixed gas made of a fuel gas and an oxidant gas to the fuel cell 2 in the casing 4, where the fuel cell 2 includes: an electrolyte 20; a fuel electrode 21 disposed on one surface of the electrolyte 20; and an air electrode 22 disposed on the other surface of the electrolyte 20, and at least a part of the combustion catalyst containing member 3 is positioned at a more upstream side in a gas supply direction P of the mixed gas than the fuel cell 2.

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池を備える発電装置に関する。   The present invention relates to a power generation device including a solid oxide fuel cell.

近年、次世代型のクリーンエネルギーとして燃料電池が注目を集めている。その中でも、固体酸化物形燃料電池は、高い発電効率を示すことで注目されている。固体酸化物形燃料電池は、燃料ガスの供給の仕方で、２種類に分けることができる。すなわち、燃料ガス及び酸化剤ガスを燃料極及び空気極にそれぞれ個別に供給するタイプの二室型と、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスを両電極に供給するタイプの単室型とに分けることができる。   In recent years, fuel cells have attracted attention as next-generation clean energy. Among them, solid oxide fuel cells are attracting attention because of their high power generation efficiency. Solid oxide fuel cells can be divided into two types according to the way of supplying fuel gas. That is, a two-chamber type that supplies fuel gas and oxidant gas separately to the fuel electrode and air electrode, and a single-chamber type that supplies a mixed gas of fuel gas and oxidant gas to both electrodes. Can be divided.

特許第４４１８０１３号Patent No. 4418013 特開２００２−２８００１７JP 2002-280017 A

従来の二室型タイプの燃料電池では、セパレーターにより燃料ガスと酸化剤ガスとを分離しているが、両極の仕切りが十分にシールされていないとガスのリークが発生し電圧低下に伴い性能が低下する。そのため、単電池セルとセパレーターとの間にガスシールを施すのが通例である。しかしながら、このガスシールは、種々の材質からなるセルの構成要素に圧力をかけることにより施されるため、セルがスタックの作製時や、使用時における振動又は熱サイクルなどにより破損が生じやすい課題があった。また、二室型タイプの燃料電池は、セパレーターやガスシール材等を必要とするため、装置が複雑となっていた。   In a conventional two-chamber type fuel cell, the fuel gas and the oxidant gas are separated by a separator. However, if the two-electrode partition is not sufficiently sealed, gas leakage occurs and the performance decreases as the voltage decreases. descend. Therefore, a gas seal is usually applied between the single battery cell and the separator. However, since this gas seal is applied by applying pressure to the components of the cell made of various materials, there is a problem that the cell is easily damaged due to vibration or thermal cycle during the production of the stack or during use. there were. In addition, since the two-chamber type fuel cell requires a separator, a gas seal material, and the like, the apparatus is complicated.

そこで、燃料ガスと酸化剤ガスを予め混合して供給する単室型タイプの燃料電池が開発されている。これは燃料ガスとして炭化水素系のガスを用い、燃料極側に設置した燃焼触媒で燃料の部分酸化反応（ＣＨ４＋１／２Ｏ２→ＣＯ＋２Ｈ２）を生じさせ、発生する水素を発電反応（Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ）に利用するものである。しかしながら、混合ガスを両電極へ流すため、燃料利用率が低くまた発電性能も二室型と比較して低いという問題があった。また、部分酸化反応は大きな発熱を伴うため、上流と下流で混合ガス中の燃料濃度の差により、セルの面内に熱分布が生じ破損してしまう問題があった。さらに、燃料極では発電反応（Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ）で生成した水によって炭化水素系の燃料ガスの水蒸気改質反応（ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２）が同時に起こるため、発電中のセルの面内熱分布が不均一となり、セルの大型化を困難にしていた。 Therefore, a single-chamber type fuel cell has been developed in which fuel gas and oxidant gas are mixed and supplied in advance. This uses a hydrocarbon gas as the fuel gas, causes a partial oxidation reaction of the fuel (CH 4 + 1 / 2O 2 → CO + 2H 2 ) with a combustion catalyst installed on the fuel electrode side, and generates hydrogen to generate a power generation reaction (H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O). However, since the mixed gas is allowed to flow to both electrodes, there are problems that the fuel utilization rate is low and the power generation performance is also low compared to the two-chamber type. In addition, since the partial oxidation reaction is accompanied by large heat generation, there is a problem that heat distribution is generated in the plane of the cell due to a difference in the fuel concentration in the mixed gas between the upstream and downstream, resulting in damage. Furthermore, since the steam reforming reaction (CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 ) of the hydrocarbon-based fuel gas occurs simultaneously with the water generated by the power generation reaction (H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O) at the fuel electrode, The in-plane heat distribution of the cell during power generation becomes uneven, making it difficult to increase the size of the cell.

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、セル内温度分布の均一化とともに発電能力を向上させることができる発電装置の提供を目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a power generation device capable of improving the power generation capacity while making the temperature distribution in the cell uniform.

本発明は、上記課題を解決するための発電装置であって、ケーシング内に配置された少なくとも１つの固体酸化物形燃料電池及び燃焼触媒含有部材と、前記ケーシング内の前記固体酸化物形燃料電池に向けて燃料ガス及び酸化剤ガスの混合ガスを供給する混合ガス供給手段と、を備え、前記固体酸化物形燃料電池は、電解質と、前記電解質の一方面に配置された燃料極と、前記電解質の他方面に配置された空気極と、を備え、前記燃焼触媒含有部材の少なくとも一部が前記固体酸化物形燃料電池よりも前記混合ガスのガス供給方向の上流側に位置している。   The present invention is a power generation apparatus for solving the above-described problem, and includes at least one solid oxide fuel cell and a combustion catalyst-containing member disposed in a casing, and the solid oxide fuel cell in the casing. Mixed gas supply means for supplying a mixed gas of a fuel gas and an oxidant gas toward the surface, wherein the solid oxide fuel cell includes an electrolyte, a fuel electrode disposed on one surface of the electrolyte, and the An air electrode disposed on the other surface of the electrolyte, and at least a part of the combustion catalyst-containing member is located upstream of the solid oxide fuel cell in the gas supply direction of the mixed gas.

このような構成によれば、燃料電池よりもガス供給方向の上流側に燃焼触媒含有部材が配置されているので、この燃焼触媒含有部材による燃料ガスの燃焼反応によって燃料電池の上流側で燃料ガスを燃焼させることができると共に、燃焼触媒含有部材による燃料ガスの部分酸化反応によって水素を発生させることもできる。このとき、燃焼反応および部分酸化反応は発熱反応なので燃料電池を加熱することができる。また、混合ガス中の酸化剤ガスが多く残ったまま燃料極に到達すると、燃料極上で部分酸化反応と水蒸気改質反応が同時に進行するため、燃料電池の熱バランス（燃料電池の平面内の均一な温度分布）を保つことができないが、本発明の構成によれば、酸化剤ガスを前方の燃焼触媒含有部材によって消費するので、燃料極で部分酸化反応（発熱反応）が進行せず、水蒸気改質反応（吸熱反応）が進行することになる。また、燃焼触媒含有部材の燃焼反応の熱により周囲から燃料電池を加熱することができるため、燃料極上での水蒸気改質反応を促進できる（水蒸気改質反応の吸熱反応分の熱量を供給できる）一方、燃焼触媒含有部材で生じる部分酸化反応による水素や一酸化炭素を燃料極に供給できるため、電池性能を向上させることができる。   According to such a configuration, since the combustion catalyst-containing member is disposed upstream of the fuel cell in the gas supply direction, the fuel gas is detected upstream of the fuel cell by the combustion reaction of the fuel gas by the combustion catalyst-containing member. Can be burned, and hydrogen can also be generated by a partial oxidation reaction of the fuel gas by the combustion catalyst-containing member. At this time, since the combustion reaction and the partial oxidation reaction are exothermic reactions, the fuel cell can be heated. In addition, when the fuel electrode reaches the fuel electrode with a large amount of oxidant gas remaining in the mixed gas, the partial oxidation reaction and the steam reforming reaction proceed simultaneously on the fuel electrode, so that the fuel cell heat balance (uniform in the plane of the fuel cell) However, according to the configuration of the present invention, since the oxidant gas is consumed by the front combustion catalyst-containing member, the partial oxidation reaction (exothermic reaction) does not proceed at the fuel electrode, and the water vapor The reforming reaction (endothermic reaction) proceeds. Moreover, since the fuel cell can be heated from the surroundings by the heat of the combustion reaction of the combustion catalyst-containing member, the steam reforming reaction on the fuel electrode can be promoted (the amount of heat for the endothermic reaction of the steam reforming reaction can be supplied). On the other hand, since hydrogen and carbon monoxide by the partial oxidation reaction generated in the combustion catalyst-containing member can be supplied to the fuel electrode, battery performance can be improved.

また、燃料極の酸素が欠乏する一方、電解質の他方面の空気極には酸素を確実に供給することができ、起電力を安定化することが可能となり発電性能を向上することができる。   In addition, oxygen in the fuel electrode is deficient, while oxygen can be reliably supplied to the air electrode on the other surface of the electrolyte, so that the electromotive force can be stabilized and power generation performance can be improved.

また、上記発電装置において、前記ガス供給手段は、前記混合ガスを加湿して前記ケーシング内に供給することが好ましい。   Further, in the above power generation apparatus, it is preferable that the gas supply unit humidifies the mixed gas and supplies the mixed gas into the casing.

また、前記燃焼触媒含有部材は、前記空気極よりも前記燃料極に近い位置に配置されていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said combustion catalyst containing member is arrange | positioned in the position near the said fuel electrode rather than the said air electrode.

また、上記発電装置は、前記ケーシング内において前記固体酸化物形燃料電池よりも前記ガス供給方向の上流側に配置された整流部材を更に備えることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said electric power generating apparatus is further equipped with the rectification | straightening member arrange | positioned in the said gas supply direction upstream rather than the said solid oxide fuel cell in the said casing.

また、上記発電装置は、前記固体酸化物形燃料電池の前記空気極に向けて酸化剤ガスを供給する補助酸化剤ガス供給手段を更に備えることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said electric power generating apparatus is further equipped with the auxiliary | assistant oxidant gas supply means which supplies oxidant gas toward the said air electrode of the said solid oxide fuel cell.

また、上記発電装置は、前記固体酸化物形燃料電池の前記燃料極に向けて水蒸気を供給する水蒸気供給手段を更に備えることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said electric power generating apparatus is further provided with the water vapor | steam supply means which supplies water vapor | steam toward the said fuel electrode of the said solid oxide fuel cell.

また、上記発電装置は、前記ケーシングの内部を燃料極空間及び空気極空間に分割するセパレーターと、前記ケーシング内の前記固体酸化物形燃料電池に向けて酸化剤ガスを供給する補助酸化剤ガス供給手段と、を更に備え、前記固体酸化物形燃料電池は、前記燃料極が前記燃料極空間に位置し、前記空気極が前記空気極空間に位置するように配置されており、前記混合ガス供給手段は、前記燃料極空間に前記混合ガスを供給し、前記補助酸化剤ガス供給手段は、前記空気極空間に酸化剤ガスを供給することが好ましい。   Further, the power generator includes a separator that divides the inside of the casing into a fuel electrode space and an air electrode space, and an auxiliary oxidant gas supply that supplies an oxidant gas toward the solid oxide fuel cell in the casing. And the solid oxide fuel cell is arranged such that the fuel electrode is located in the fuel electrode space and the air electrode is located in the air electrode space, and the mixed gas supply Preferably, the means supplies the mixed gas to the fuel electrode space, and the auxiliary oxidant gas supply means supplies the oxidant gas to the air electrode space.

また、上記発電装置は、前記固体酸化物形燃料電池を複数備え、複数の前記固体酸化物形燃料電池は、積層されてスタックを構成していることが好ましい。   The power generator preferably includes a plurality of the solid oxide fuel cells, and the plurality of solid oxide fuel cells are stacked to form a stack.

また、前記ケーシングは、断熱性を有していることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said casing has heat insulation.

本発明の発電装置によれば、発電能力を向上させることができる。   According to the power generator of the present invention, the power generation capacity can be improved.

本発明の一実施形態に係る発電装置の概略構成図である。It is a schematic structure figure of the power generator concerning one embodiment of the present invention. 他の実施形態に係る発電装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electric power generating apparatus which concerns on other embodiment. 更に他の実施形態に係る発電装置の要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of the electric power generating apparatus which concerns on other embodiment. 更に他の実施形態に係る発電装置の要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of the electric power generating apparatus which concerns on other embodiment. 更に他の実施形態に係る発電装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electric power generating apparatus which concerns on other embodiment. 更に他の実施形態に係る発電装置の要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of the electric power generating apparatus which concerns on other embodiment. 更に他の実施形態に係る発電装置の要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of the electric power generating apparatus which concerns on other embodiment. 更に他の実施形態に係る発電装置の要部の斜視図である。It is a perspective view of the principal part of the electric power generating apparatus which concerns on other embodiment. 更に他の実施形態に係る発電装置の要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of the electric power generating apparatus which concerns on other embodiment. 更に他の実施形態に係る発電装置の要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of the electric power generating apparatus which concerns on other embodiment.

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る発電装置の概略構成図である。図１に示すように、この発電装置１は、内部空間を有するケーシング４と、ケーシング４内に配置された固体酸化物形燃料電池（以下、「燃料電池」という）２及び燃焼触媒含有部材３とを備えている。また、発電装置１は、ケーシング４内の燃料電池２に向けて燃料ガス、酸化剤ガス及び水蒸気の混合ガスを供給する混合ガス供給手段１０を備えている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a power generator according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, this power generator 1 includes a casing 4 having an internal space, a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as “fuel cell”) 2 and a combustion catalyst-containing member 3 disposed in the casing 4. And. Further, the power generation apparatus 1 includes a mixed gas supply unit 10 that supplies a mixed gas of fuel gas, oxidant gas, and water vapor toward the fuel cell 2 in the casing 4.

ケーシング４は、矩形状に形成されており、混合ガスをケーシング４内に供給するための混合ガス供給口４１と、ケーシング４から混合ガスを排出するためのガス排出口４２とを備えている。この混合ガス供給口４１及びガス排出口４２は、ケーシング４の左右の側面にそれぞれ形成されており、燃料電池２を介して互いに対向するように形成されている。また、混合ガス供給口４１及びガス排出口４２には、後述する混合ガスライン１６及び排ガスライン１９がそれぞれ接続されている。また、ケーシング４は、断熱性を有するように構成されている。例えば、ケーシング４の材質を断熱性の材質にすることや、ケーシング４の外面又は内面を図示しない断熱材で覆うことにより、ケーシング４に断熱性を持たせることができる。   The casing 4 is formed in a rectangular shape, and includes a mixed gas supply port 41 for supplying the mixed gas into the casing 4 and a gas discharge port 42 for discharging the mixed gas from the casing 4. The mixed gas supply port 41 and the gas discharge port 42 are formed on the left and right side surfaces of the casing 4, respectively, and are formed to face each other with the fuel cell 2 interposed therebetween. A mixed gas line 16 and an exhaust gas line 19 to be described later are connected to the mixed gas supply port 41 and the gas discharge port 42, respectively. Moreover, the casing 4 is comprised so that it may have heat insulation. For example, the casing 4 can be provided with heat insulation properties by making the casing 4 a heat insulating material or by covering the outer surface or inner surface of the casing 4 with a heat insulating material (not shown).

燃料電池２は、平板状の電解質２０と、電解質２０の一方面（上面）に配置された薄膜状の燃料極２１と、電解質２０の他方面（下面）に配置された薄膜状の空気極２２とを備えている。電解質２０は、緻密体であることが好ましい。また、燃料極２１及び空気極２２は、いずれも多孔質であり、ガス透過性を有している。また、燃料電池２は、その側面が混合ガス供給口４１と対向し、電解質２０、燃料極２１及び空気極２２の上下面がそれぞれ混合ガスのガス供給方向Ｐに沿って延びるように配置されている。また、燃料極２１の一方面（上面）及び空気極２２の他方面（下面）には、集電体２３がそれぞれ配置されており、集電体２３を介して燃料電池２から電気を取り出すことができる。この集電体２３は、メッシュ状の金属から形成されており、ガス透過可能に構成されている。また、上下の集電体２３、２３は、それぞれケーシング４の上部内面及び下部内面に固定されており、これにより、燃料電池２がケーシング４に固定されている。なお、集電体２３は、図示しない配線に接続されている。   The fuel cell 2 includes a flat electrolyte 20, a thin-film fuel electrode 21 disposed on one surface (upper surface) of the electrolyte 20, and a thin-film air electrode 22 disposed on the other surface (lower surface) of the electrolyte 20. And. The electrolyte 20 is preferably a dense body. The fuel electrode 21 and the air electrode 22 are both porous and have gas permeability. Further, the fuel cell 2 is arranged such that the side surface thereof faces the mixed gas supply port 41 and the upper and lower surfaces of the electrolyte 20, the fuel electrode 21 and the air electrode 22 extend along the gas supply direction P of the mixed gas. Yes. Further, current collectors 23 are arranged on one surface (upper surface) of the fuel electrode 21 and the other surface (lower surface) of the air electrode 22, respectively, and electricity is taken out from the fuel cell 2 through the current collector 23. Can do. The current collector 23 is made of a mesh-like metal and is configured to allow gas permeation. The upper and lower current collectors 23 are fixed to the upper inner surface and the lower inner surface of the casing 4, respectively, whereby the fuel cell 2 is fixed to the casing 4. The current collector 23 is connected to a wiring (not shown).

燃焼触媒含有部材３は、矩形状に形成され、燃料電池２と混合ガス供給口４１との間に配置されており、混合ガスのガス供給方向Ｐにおいて燃料電池２よりも上流側に位置している。また、燃焼触媒含有部材３は、燃料極２１の近傍において燃料電池２から離間した位置に配置されている。また、燃焼触媒含有部材３は、ケーシング４の上部内面に固定されており、空気極２２よりも燃料極２１に近い位置に配置されている。この燃焼触媒含有部材３は、例えば、白金、パラジウム、ロジウム、又はニッケルなどの燃焼触媒を含有する構成であり、例えば、矩形状の多孔質の金属又はセラミックスに前記の燃焼触媒を担持することにより形成されている。また、白金等の燃焼触媒を矩形状に成形することにより燃焼触媒含有部材３を形成することもできる。また、燃焼触媒含有部材３の形状は特に限定されるものではない。このような燃焼触媒含有部材３により、燃料ガスの燃焼反応により熱を発生させることができる。また炭化水素を酸化して一酸化炭素及び水素を生成する部分酸化反応を促進することができる。   The combustion catalyst-containing member 3 is formed in a rectangular shape, is disposed between the fuel cell 2 and the mixed gas supply port 41, and is positioned upstream of the fuel cell 2 in the gas supply direction P of the mixed gas. Yes. Further, the combustion catalyst-containing member 3 is disposed at a position separated from the fuel cell 2 in the vicinity of the fuel electrode 21. The combustion catalyst-containing member 3 is fixed to the upper inner surface of the casing 4 and is disposed at a position closer to the fuel electrode 21 than the air electrode 22. The combustion catalyst-containing member 3 is configured to contain a combustion catalyst such as platinum, palladium, rhodium, or nickel, for example, and, for example, by supporting the combustion catalyst on a rectangular porous metal or ceramic. Is formed. Alternatively, the combustion catalyst-containing member 3 can be formed by forming a combustion catalyst such as platinum into a rectangular shape. Moreover, the shape of the combustion catalyst containing member 3 is not specifically limited. With such a combustion catalyst-containing member 3, heat can be generated by the combustion reaction of the fuel gas. Moreover, the partial oxidation reaction which oxidizes hydrocarbon and produces | generates carbon monoxide and hydrogen can be accelerated | stimulated.

混合ガス供給手段１０は、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１１と、燃料ガスを案内する燃料ガスライン１３と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１２と、酸化剤ガスを案内する酸化剤ガスライン１４とを備えている。また、混合ガス供給手段１０は、燃料ガス及び酸化剤ガスを混合して混合ガスを生成する混合器１５と、混合ガスを案内する混合ガスライン１６と、混合ガスを加湿する加湿器１７とを備えている。   The mixed gas supply means 10 guides the fuel gas supply device 11 that supplies the fuel gas, the fuel gas line 13 that guides the fuel gas, the oxidant gas supply device 12 that supplies the oxidant gas, and the oxidant gas. And an oxidant gas line 14. The mixed gas supply means 10 includes a mixer 15 that mixes fuel gas and oxidant gas to generate a mixed gas, a mixed gas line 16 that guides the mixed gas, and a humidifier 17 that humidifies the mixed gas. I have.

燃料ガスとしては、例えば、メタン、エタン、プロパン等の炭化水素を用いることができ、酸化剤ガスとしては、例えば、酸素を含む空気等を用いることができる。   As the fuel gas, for example, hydrocarbons such as methane, ethane, and propane can be used. As the oxidant gas, for example, air containing oxygen can be used.

燃料ガス供給装置１１としては、タンク内の燃料ガスをポンプにより加圧して燃料ガスライン１３に送出する公知の構成を用いることができる。また、燃料ガスライン１３は、一端が燃料ガス供給装置１１に接続され、他端が混合器１５に接続されており、燃料ガスを燃料ガス供給装置１１から混合器１５に送ることができる。   As the fuel gas supply device 11, a known configuration in which the fuel gas in the tank is pressurized by a pump and sent to the fuel gas line 13 can be used. The fuel gas line 13 has one end connected to the fuel gas supply device 11 and the other end connected to the mixer 15, so that the fuel gas can be sent from the fuel gas supply device 11 to the mixer 15.

酸化剤ガス供給装置１２としては、大気中の酸化剤ガス（空気）をポンプにより圧縮して酸化剤ガスライン１４に送出する公知の構成を用いることができる。また、酸化剤ガスライン１４は、一端が酸化剤ガス供給装置１２に接続され、他端が混合器１５に接続されており、酸化剤ガスを酸化剤ガス供給装置１２から混合器１５に送ることができる。   As the oxidant gas supply device 12, a known configuration in which oxidant gas (air) in the atmosphere is compressed by a pump and sent to the oxidant gas line 14 can be used. The oxidant gas line 14 has one end connected to the oxidant gas supply device 12 and the other end connected to the mixer 15, and sends the oxidant gas from the oxidant gas supply device 12 to the mixer 15. Can do.

混合器１５は、合流する燃料ガス及び酸化剤ガスを容器内で均一に混合して混合ガスを生成するように構成されている。また、混合ガスライン１６は、一端が混合器１５に接続され、他端がケーシング４の混合ガス供給口４１に接続されており、混合ガスを混合器１５からケーシング４に送ることができる。これにより、混合ガス供給口４１を介して混合ガスをケーシング４内に導入することができる。   The mixer 15 is configured to uniformly mix fuel gas and oxidant gas to be combined in a container to generate a mixed gas. The mixed gas line 16 has one end connected to the mixer 15 and the other end connected to the mixed gas supply port 41 of the casing 4, so that the mixed gas can be sent from the mixer 15 to the casing 4. Thereby, the mixed gas can be introduced into the casing 4 through the mixed gas supply port 41.

加湿器１７は、混合ガスライン１６の途中に設置されており、混合ガスライン１６を通過する混合ガスを加湿することにより、混合ガスに水蒸気を更に混合することができる。また、加湿器１７の設置位置は特に限定されるものではなく、例えば混合器１５より上流側において、燃料ガスライン１３及び酸化剤ガスライン１４のそれぞれに加湿器１７を設置し、燃料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ加湿することもできる。また、燃料ガスライン１３又は酸化剤ガスライン１４の一方に加湿器１７を設置し、燃料ガス又は酸化剤ガスの一方を加湿することもできる。また、この加湿器１７としては、後述する排ガスライン１９を通過する排ガスに含まれる水蒸気を除去して、その水蒸気を膜を介して混合ガスライン１６を通過する混合ガスに付加する水蒸気交換型の構成を用いることもできる。また、混合ガスライン１６に水蒸気を通過させるだけでも混合ガスを加湿することができる。   The humidifier 17 is installed in the middle of the mixed gas line 16 and can further mix water vapor with the mixed gas by humidifying the mixed gas passing through the mixed gas line 16. Further, the installation position of the humidifier 17 is not particularly limited. For example, the humidifier 17 is installed in each of the fuel gas line 13 and the oxidant gas line 14 on the upstream side of the mixer 15, so that the fuel gas and the oxidation gas are oxidized. Each agent gas can be humidified. Moreover, the humidifier 17 can be installed in one of the fuel gas line 13 or the oxidant gas line 14, and one of fuel gas or oxidant gas can also be humidified. In addition, the humidifier 17 is a water vapor exchange type that removes water vapor contained in the exhaust gas passing through the exhaust gas line 19 described later and adds the water vapor to the mixed gas passing through the mixed gas line 16 through the membrane. A configuration can also be used. Further, the mixed gas can be humidified only by passing water vapor through the mixed gas line 16.

排ガスライン１９は、一端がケーシング４のガス排出口４２に接続されており、ケーシング４内の混合ガスをガス排出口４２から排ガスとして外部に排出することができる。   One end of the exhaust gas line 19 is connected to the gas discharge port 42 of the casing 4, and the mixed gas in the casing 4 can be discharged from the gas discharge port 42 to the outside as exhaust gas.

次に、上記の燃料電池２の各材料について説明する。   Next, each material of the fuel cell 2 will be described.

燃料極２１の材料としては、固体酸化物形燃料電池の燃料極の材料として公知のものに、水蒸気改質触媒を含有していることが好ましい。このとき用いられる水蒸気改質触媒としては、ニッケル、銅、ルテニウム等を例示できる。また、燃料極の材料は、例えば、金属触媒と、酸化物イオン導電体からなるセラミックス粉末材料との混合物を用いることができる。このとき用いられる金属触媒としては、ニッケル、鉄、コバルトや、貴金属（白金、ルテニウム、パラジウム等）等の還元性雰囲気において安定で、水素酸化活性を有する材料を用いることができる。また、酸化物イオン導電体としては、蛍石型構造又はペロブスカイト型構造を有するものを好ましく用いることができる。蛍石型構造を有するものとしては、例えばサマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物などを挙げることができる。また、ペロブスカイト型構造を有するものとしてはストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物を挙げることができる。上述したセラミックス材料は、１種類を単独で、或いは２種類以上を混合して使用することができる。上記材料の中では、酸化物イオン導電体とニッケルとの混合物で、燃料極を形成することが好ましい。ニッケルの場合、燃料極の活性と水蒸気改質機能を有するため、単体で用いることができる。なお、酸化物イオン導電体からなるセラミックス材料とニッケルとの混合形態は、物理的な混合形態であってもよいし、ニッケルへの粉末修飾などの形態であってもよい。   As a material for the fuel electrode 21, it is preferable that a material known as a material for the fuel electrode of the solid oxide fuel cell contains a steam reforming catalyst. Examples of the steam reforming catalyst used at this time include nickel, copper, ruthenium and the like. Further, as the material for the fuel electrode, for example, a mixture of a metal catalyst and a ceramic powder material made of an oxide ion conductor can be used. As the metal catalyst used at this time, a material that is stable in a reducing atmosphere, such as nickel, iron, cobalt, or a noble metal (platinum, ruthenium, palladium, etc.) and has hydrogen oxidation activity can be used. In addition, as the oxide ion conductor, one having a fluorite structure or a perovskite structure can be preferably used. Examples of those having a fluorite structure include ceria-based oxides doped with samarium, gadolinium, and the like, and zirconia-based oxides containing scandium and yttrium. In addition, examples of those having a perovskite structure include lanthanum galide oxides doped with strontium and magnesium. The ceramic material mentioned above can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. Among the above materials, it is preferable to form the fuel electrode with a mixture of an oxide ion conductor and nickel. In the case of nickel, since it has the activity of the fuel electrode and the steam reforming function, it can be used alone. The mixed form of the ceramic material made of the oxide ion conductor and nickel may be a physical mixed form or a form of powder modification to nickel.

電解質２０の材料としては、固体酸化物形燃料電池の電解質として公知のものを使用することができ、例えば、サマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物（ＧＤＣ）、ストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物（ＹＳＺ）などの酸素イオン伝導性セラミックス材料を用いることができる。   As the material of the electrolyte 20, those known as electrolytes for solid oxide fuel cells can be used. For example, ceria oxide (GDC) doped with samarium or gadolinium, lanthanum doped with strontium or magnesium An oxygen ion conductive ceramic material such as a galide oxide, zirconia oxide (YSZ) containing scandium or yttrium can be used.

空気極２２の材料としては、固体酸化物形燃料電池の空気極の材料として公知のものを使用することができ、例えば、ペロブスカイト型構造等を有するＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ又はＭｎ等からなる金属酸化物を用いることができる。具体的には（Ｓｍ，Ｓｒ）ＣｏＯ３，（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３，（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３，（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｏ３，（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）Ｏ３などの酸化物が挙げられ、好ましくは、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｏ３である。上述した材料は、１種を単独で、或いは２種以上を混合して使用することができる。 As the material of the air electrode 22, known materials can be used as the material of the air electrode of the solid oxide fuel cell. For example, the air electrode 22 is made of Co, Fe, Ni, Cr, Mn or the like having a perovskite structure. Metal oxides can be used. Specifically, (Sm, Sr) CoO 3 , (La, Sr) MnO 3 , (La, Sr) CoO 3 , (La, Sr) (Fe, Co) O 3 , (La, Sr) (Fe, Co , Ni) O 3 and the like, and (La, Sr) (Fe, Co) O 3 is preferable. The above-mentioned materials can be used alone or in combination of two or more.

続いて、上記のような発電装置１により発電をする方法について説明する。発電をするときはまず、混合ガス供給手段１０によりケーシング４内の燃料電池２に向けて混合ガスを供給する。より詳細には、燃料ガス供給装置１１から燃料ガスを供給すると共に、酸化剤ガス供給装置１２から酸化剤ガスを供給する。本実施形態では、燃料ガスはメタン（ＣＨ４）とし、酸化剤ガスは酸素（Ｏ２）を含む空気とする。また、燃料ガスと酸化剤ガスとの比率は適宜変更可能である。 Next, a method for generating power using the power generation device 1 as described above will be described. When generating electric power, first, the mixed gas supply means 10 supplies the mixed gas toward the fuel cell 2 in the casing 4. More specifically, the fuel gas is supplied from the fuel gas supply device 11 and the oxidant gas is supplied from the oxidant gas supply device 12. In the present embodiment, the fuel gas is methane (CH 4 ), and the oxidant gas is air containing oxygen (O 2 ). Further, the ratio of the fuel gas to the oxidant gas can be changed as appropriate.

各装置から供給された燃料ガス及び酸化剤ガスは、それぞれ燃料ガスライン１３及び酸化剤ガスライン１４を通過して混合器１５に導入されて合流し、この混合器１５により両ガスが混合されて混合ガスが生成される。また、生成された混合ガスは、混合ガスライン１６を通過して、ケーシング４の混合ガス供給口４１からケーシング４の内部空間に導入される。このとき、混合ガスは混合ガスライン１６を通過する過程で加湿器１７により加湿され、混合ガスに水蒸気が付加される。これにより、燃料ガス、酸化剤ガス及び水蒸気の混合ガスが生成される。そして、水蒸気が付加された混合ガスが混合ガス供給口４１からケーシング４内に供給され、ガス供給方向Ｐに向かって流れてゆく。   The fuel gas and the oxidant gas supplied from each device are introduced into the mixer 15 through the fuel gas line 13 and the oxidant gas line 14, respectively, and the two gases are mixed by the mixer 15. A mixed gas is produced. The generated mixed gas passes through the mixed gas line 16 and is introduced into the internal space of the casing 4 from the mixed gas supply port 41 of the casing 4. At this time, the mixed gas is humidified by the humidifier 17 in the process of passing through the mixed gas line 16, and water vapor is added to the mixed gas. Thereby, the mixed gas of fuel gas, oxidant gas, and water vapor | steam is produced | generated. Then, the mixed gas to which water vapor is added is supplied from the mixed gas supply port 41 into the casing 4 and flows in the gas supply direction P.

その後、ガス供給方向Ｐに導入された混合ガスは、上流側から下流側（図面左方から右方）に向かって流れてゆき、燃焼触媒含有部材３及び燃料電池２を通過してゆく。このとき混合ガスでは、燃焼触媒含有部材３を通過する過程で以下の化学反応式で示す燃焼反応及び部分酸化反応が進み、この燃焼反応及び部分酸化反応により、混合ガス中の燃料ガス（メタン）が燃焼すると共に、酸化剤ガス（酸素）が消費され、水（Ｈ２Ｏ）及び水素（Ｈ２）が生成される。これにより、燃焼触媒含有部材３付近の混合ガスでは、酸化剤ガス（酸素）が無くなると共に、水素の量が増加する。また、混合ガス中の燃料ガス（メタン）の一部は残存している。そして、この混合ガスが燃料極２１に供給される。
燃焼反応：ＣＨ４＋２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ
部分酸化反応：ＣＨ４＋１／２Ｏ２→ＣＯ＋２Ｈ２ Thereafter, the mixed gas introduced in the gas supply direction P flows from the upstream side toward the downstream side (from the left to the right in the drawing) and passes through the combustion catalyst-containing member 3 and the fuel cell 2. At this time, in the mixed gas, a combustion reaction and a partial oxidation reaction represented by the following chemical reaction formula proceed in the process of passing through the combustion catalyst-containing member 3, and a fuel gas (methane) in the mixed gas is generated by this combustion reaction and partial oxidation reaction. Is burned, oxidant gas (oxygen) is consumed, and water (H 2 O) and hydrogen (H 2 ) are generated. Thereby, in the mixed gas in the vicinity of the combustion catalyst-containing member 3, the oxidant gas (oxygen) disappears and the amount of hydrogen increases. A part of the fuel gas (methane) in the mixed gas remains. Then, this mixed gas is supplied to the fuel electrode 21.
Combustion reaction: CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O
Partial oxidation reaction: CH 4 + 1 / 2O 2 → CO + 2H 2

また、部分酸化反応で生成された水素は、燃料極２１に供給され、燃料極２１を通過する過程で電池反応により酸素イオンと反応し、以下の化学反応式で示す燃料極反応により水（Ｈ２Ｏ）が生成される。
燃料極反応：Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ− Further, hydrogen generated by the partial oxidation reaction is supplied to the fuel electrode 21 and reacts with oxygen ions by a cell reaction in the process of passing through the fuel electrode 21, and water (H) is generated by the fuel electrode reaction represented by the following chemical reaction formula. 2 O) is produced.
Fuel electrode reaction: H 2 + O 2− → H 2 O + 2e −

また、混合ガスに含まれている燃料ガス（メタン）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）は燃料極２１に供給され、燃料極２１において以下の化学反応式で示す水蒸気改質反応が進み、この水蒸気改質反応により水素（Ｈ２）が生成される。ここで生成された水素も上記の燃料極反応により酸素イオンと反応する。
水蒸気改質反応：ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２ Further, the fuel gas (methane) and water vapor (H 2 O) contained in the mixed gas are supplied to the fuel electrode 21, and the steam reforming reaction indicated by the following chemical reaction formula proceeds in the fuel electrode 21, and this steam reforming is performed. Hydrogen (H 2 ) is produced by the quality reaction. The hydrogen produced here also reacts with oxygen ions by the above fuel electrode reaction.
Steam reforming reaction: CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2

一方、空気極２２に供給される混合ガスは、燃焼触媒含有部材３付近を通過しないので、酸化剤ガス（酸素）が消費されずに残存したままである。そして、残存している酸化剤ガス（酸素）が空気極２２に供給され、空気極２２を通過する過程で電池反応により電子と反応し、以下の化学反応式で示す空気極反応より酸素イオン（Ｏ２−）が生成される。
空気極反応：１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２− On the other hand, since the mixed gas supplied to the air electrode 22 does not pass through the vicinity of the combustion catalyst-containing member 3, the oxidant gas (oxygen) remains without being consumed. Then, the remaining oxidant gas (oxygen) is supplied to the air electrode 22 and reacts with electrons by a battery reaction in the process of passing through the air electrode 22, and oxygen ions (by the air electrode reaction represented by the following chemical reaction formula ( O 2− ) is generated.
Air electrode reaction: 1 / 2O 2 + 2e − → O 2−

また、反応後のガスは排ガスとして排ガスライン１９から外部に排出される。   Moreover, the gas after reaction is discharged | emitted outside from the exhaust gas line 19 as waste gas.

以上のように、混合ガス供給手段１０からケーシング４内に混合ガスを供給することにより、燃料極２１で燃料極反応が進むと共に空気極２２で空気極反応が進み、これによって燃料極２１と空気極２２との間で電解質２０を介した酸素イオン伝導が起こり、発電が行われる。   As described above, by supplying the mixed gas from the mixed gas supply means 10 into the casing 4, the fuel electrode reaction proceeds at the fuel electrode 21 and the air electrode reaction proceeds at the air electrode 22. Oxygen ion conduction occurs between the electrode 22 and the electrolyte 20 to generate power.

上記のような構成を備える発電装置１によれば、燃料電池２よりガス供給方向Ｐの上流側に燃焼触媒含有部材３が配置されているので、この燃焼触媒含有部材３により、燃料ガス（メタン）が燃焼すると共に酸化剤ガス（酸素）が消費されて水素が発生する。（燃焼反応及び部分酸化反応が進行する。）このとき、燃料ガス（メタン）が燃焼する燃焼反応及び部分酸化反応は発熱反応なので、この発熱反応により燃焼触媒含有部材３の近傍で熱が生じ、この熱により燃料電池２が加熱されることになるが、発熱が燃料電池２において直接生じていないので、加熱されても燃料電池２の熱バランスを保つことができる。また、燃焼反応及び部分酸化反応により燃料極２１の近傍における酸化剤ガス（酸素）が消費されるので、燃料極２１では酸素の欠乏により部分酸化反応が進行せず、水蒸気改質反応のみが燃料極２１で進行することになる。ここで、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、燃料極２１ではこの吸熱反応のみが進行して発熱反応（部分酸化反応）が進行しないので、燃料極２１の熱バランスを保つことができる。また、水蒸気改質反応は部分酸化反応に比べて、上記化学反応式から明らかな通り、燃料ガスの単位供給量あたりの水素の発生量が多いので、燃料極２１における水素の量を多くすることができる。以上より、本発明によれば、燃料電池２の上流側の燃焼触媒含有部材３近傍での発熱により燃料電池２を加熱するので燃料電池２の熱バランスを保つことができ、更に、燃料電池２では発熱反応（部分酸化反応）を抑えて吸熱反応（水蒸気改質反応）のみが進行するので燃料電池２の熱バランスを保つことができる。また、燃料極２１における水素量を多くすることにより電池反応を促進することができる。よって、燃料電池２の熱バランスを保ちつつ電池反応を促進するので発電能力を向上させることができる。また、燃料電池２の熱バランスを保つことにより、燃料電池２を大型にすることができる。また、燃料極２１の酸素が欠乏する一方、電解質２０の他方面の空気極２２には酸素を確実に供給することができ、起電力を安定化することが可能となり発電性能を向上することができる。   According to the power generator 1 having the above-described configuration, the combustion catalyst-containing member 3 is disposed upstream of the fuel cell 2 in the gas supply direction P. ) Burns and oxidant gas (oxygen) is consumed to generate hydrogen. (The combustion reaction and the partial oxidation reaction proceed.) At this time, the combustion reaction and the partial oxidation reaction in which the fuel gas (methane) burns are exothermic reactions. The fuel cell 2 is heated by this heat. However, since heat is not generated directly in the fuel cell 2, the heat balance of the fuel cell 2 can be maintained even when heated. In addition, since the oxidant gas (oxygen) in the vicinity of the fuel electrode 21 is consumed by the combustion reaction and the partial oxidation reaction, the partial oxidation reaction does not proceed at the fuel electrode 21 due to the lack of oxygen, and only the steam reforming reaction is the fuel. Proceed at the pole 21. Here, the steam reforming reaction is an endothermic reaction, and only the endothermic reaction proceeds in the fuel electrode 21 and the exothermic reaction (partial oxidation reaction) does not proceed. Therefore, the heat balance of the fuel electrode 21 can be maintained. In addition, the steam reforming reaction has a larger amount of hydrogen generated per unit supply amount of the fuel gas than the partial oxidation reaction, as is apparent from the above chemical reaction formula, so that the amount of hydrogen in the fuel electrode 21 is increased. Can do. As described above, according to the present invention, the fuel cell 2 is heated by the heat generated in the vicinity of the combustion catalyst-containing member 3 on the upstream side of the fuel cell 2, so that the heat balance of the fuel cell 2 can be maintained. Then, since only the endothermic reaction (steam reforming reaction) proceeds while suppressing the exothermic reaction (partial oxidation reaction), the heat balance of the fuel cell 2 can be maintained. Further, the cell reaction can be promoted by increasing the amount of hydrogen in the fuel electrode 21. Therefore, since the cell reaction is promoted while maintaining the heat balance of the fuel cell 2, the power generation capability can be improved. Moreover, the fuel cell 2 can be enlarged by maintaining the heat balance of the fuel cell 2. In addition, oxygen in the fuel electrode 21 is deficient, while oxygen can be reliably supplied to the air electrode 22 on the other surface of the electrolyte 20, which can stabilize the electromotive force and improve power generation performance. it can.

また、混合ガスに水蒸気を混合して燃料電池２に供給することにより、燃料極２１における水蒸気改質反応を促進することができる。また、燃焼触媒含有部材３を空気極２２から離して燃料極２１の近傍に配置すると、燃料極２１近傍の酸化剤ガス（酸素）をより消費して水素を生成できるので、発電能力がより向上する。また、従来では、混合ガスのガス供給方向Ａに沿って燃料電池２の熱バランスが悪化することがあったが、本発明では、ガス供給方向Ｐに沿って燃料電池２の熱バランスを保つことができるので、燃料電池２（電解質２０、燃料極２１及び空気極２２）がガス供給方向Ｐに沿って延びる構成である場合に特に効果的である。また、燃料電池２（電解質２０、燃料極２１及び空気極２２）の上下面の面積が大きくなると、熱バランスが乱れ易くなるので、それを防ぐためにも本発明は特に有効である。また、ケーシング４が断熱性を有することにより、発電装置１に外部から熱を加えなくても熱自立させることができる。   In addition, the steam reforming reaction in the fuel electrode 21 can be promoted by mixing the mixed gas with steam and supplying it to the fuel cell 2. If the combustion catalyst-containing member 3 is separated from the air electrode 22 and disposed in the vicinity of the fuel electrode 21, the oxidant gas (oxygen) in the vicinity of the fuel electrode 21 can be consumed more and hydrogen can be generated. To do. In addition, conventionally, the thermal balance of the fuel cell 2 has deteriorated along the gas supply direction A of the mixed gas. However, in the present invention, the thermal balance of the fuel cell 2 is maintained along the gas supply direction P. Therefore, it is particularly effective when the fuel cell 2 (the electrolyte 20, the fuel electrode 21, and the air electrode 22) is configured to extend along the gas supply direction P. In addition, when the area of the upper and lower surfaces of the fuel cell 2 (the electrolyte 20, the fuel electrode 21, and the air electrode 22) is increased, the heat balance is likely to be disturbed. Therefore, the present invention is particularly effective for preventing this. Moreover, since the casing 4 has heat insulation properties, it is possible to make the power generating device 1 independent of heat without applying heat from the outside.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な態様は、上記実施形態に限定されるものではない。   As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the specific aspect of this invention is not limited to the said embodiment.

図２は本発明の他の実施形態に係る発電装置の概略構成図である。図２において、図１と同様の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。上記図１に係る実施形態では、混合ガスライン１６に加湿器１７が設置されていたが、図２に示すように、この加湿器１７を省略することもできる。これにより、混合ガスに水蒸気を付加せずに、燃料ガス及び酸化剤ガスの混合ガスをケーシング４内に供給する。この場合は、燃料極２１における燃料極反応によって発生する水（Ｈ２Ｏ）により、燃料極２１で水蒸気改質反応が進行する。 FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a power generator according to another embodiment of the present invention. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In the embodiment according to FIG. 1, the humidifier 17 is installed in the mixed gas line 16. However, as shown in FIG. 2, the humidifier 17 can be omitted. Thereby, the mixed gas of fuel gas and oxidant gas is supplied into the casing 4 without adding water vapor to the mixed gas. In this case, the steam reforming reaction proceeds at the fuel electrode 21 due to water (H 2 O) generated by the fuel electrode reaction at the fuel electrode 21.

また、図３は更に他の実施形態に係る発電装置の要部の断面図である。図３において、図１と同様の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。図３に示すように、他の実施形態に係る発電装置１は、ケーシング４内の空気極２２に向けて酸化剤ガスを供給するための補助酸化剤ガス供給装置３０及び補助酸化剤ガスライン３１を更に備えていてもよい。補助酸化剤ガス供給装置３０としては、大気中の酸化剤ガス（空気）をポンプにより圧縮して補助酸化剤ガスライン３１に送出する公知の構成を用いることができる。また、補助酸化剤ガスライン３１は、一端が補助酸化剤ガス供給装置３０に接続され、他端がケーシング４の内部空間に開口しており、酸化剤ガスを補助酸化剤ガス供給装置３０からケーシング４に導入することができる。このような構成によれば、空気極２２に更に酸化剤ガス（酸素）を供給できるので空気極反応を促進することができる。   Moreover, FIG. 3 is sectional drawing of the principal part of the electric power generating apparatus which concerns on other embodiment. 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. As shown in FIG. 3, the power generation apparatus 1 according to another embodiment includes an auxiliary oxidant gas supply device 30 and an auxiliary oxidant gas line 31 for supplying an oxidant gas toward the air electrode 22 in the casing 4. May be further provided. As the auxiliary oxidant gas supply device 30, a known configuration in which an oxidant gas (air) in the atmosphere is compressed by a pump and sent to the auxiliary oxidant gas line 31 can be used. The auxiliary oxidant gas line 31 has one end connected to the auxiliary oxidant gas supply device 30 and the other end opened to the internal space of the casing 4, and the oxidant gas is supplied from the auxiliary oxidant gas supply device 30 to the casing. 4 can be introduced. According to such a configuration, since the oxidant gas (oxygen) can be further supplied to the air electrode 22, the air electrode reaction can be promoted.

また、図４は更に他の実施形態に係る発電装置の要部の断面図である。図４において、図１と同様の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。図４に示すように、他の実施形態に係る発電装置１は、ケーシング４内の燃料極２１に向けて水蒸気を供給するための水蒸気供給装置３２及び水蒸気ライン３３を更に備えていてもよい。水蒸気供給装置３２としては、水を加熱して水蒸気を生成し、ポンプにより水蒸気ライン３３に送出する公知の構成を用いることができる。また、水蒸気ライン３３は、一端が水蒸気供給装置３２に接続され、他端がケーシング４の内部空間に開口しており、水蒸気を水蒸気供給装置３２からケーシング４に導入することができる。このような構成によれば、燃料極２１に水蒸気を供給できるので、燃料極２１における水蒸気改質反応を促進することができる。そして、水蒸気改質反応により水素の発生量を増加させて、燃料極反応を促進することができる。   Moreover, FIG. 4 is sectional drawing of the principal part of the electric power generating apparatus which concerns on other embodiment. 4, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. As shown in FIG. 4, the power generation device 1 according to another embodiment may further include a water vapor supply device 32 and a water vapor line 33 for supplying water vapor toward the fuel electrode 21 in the casing 4. As the water vapor supply device 32, a known configuration in which water is heated to generate water vapor and is sent to the water vapor line 33 by a pump can be used. The water vapor line 33 has one end connected to the water vapor supply device 32 and the other end opened to the internal space of the casing 4, so that water vapor can be introduced into the casing 4 from the water vapor supply device 32. According to such a configuration, since steam can be supplied to the fuel electrode 21, the steam reforming reaction in the fuel electrode 21 can be promoted. Then, the amount of hydrogen generated can be increased by the steam reforming reaction to promote the fuel electrode reaction.

また、図５は更に他の実施形態に係る発電装置の概略構成図である。図５において、図１と同様の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。図５に示すように、他の実施形態に係る発電装置１は、ケーシング４の内部に複数のセパレーター４０、４０を備えていてもよい。このセパレーター４０は、平板状のセラミックスや金属から形成されており、図示しない支持部材によって支持され、ガス供給方向Ｐに沿って延びるように配置されている。これにより、セパレーター４０はケーシング４の内部空間を上下に区切っており、上側の燃料極空間４４と下側の空気極空間４５とに分割している。また、複数のセパレーター４０、４０は、燃料電池２を囲むように配置されており、燃料電池２の燃料極２１が燃料極空間４４に位置し、空気極２２が空気極空間４５に位置するように構成されている。また、セパレーター４０と燃料電池２との間は、隙間が形成されていてもよいし、シール材等により密閉されていてもよい。また、セパレーター４０とケーシング４の側面との間も同様に、隙間が形成されていてもよいし、シール材等により密閉されていてもよい。また、ケーシング４の側面には、酸化剤ガスをケーシング４内に供給するための酸化剤ガス供給口４３が形成されている。このケーシング４では、混合ガス供給口４１が燃料極空間４４に向けて開口しており、酸化剤ガス供給口４３が空気極空間４５に向けて開口している。   FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a power generator according to still another embodiment. 5, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. As shown in FIG. 5, the power generation device 1 according to another embodiment may include a plurality of separators 40, 40 inside the casing 4. The separator 40 is made of flat ceramics or metal, is supported by a support member (not shown), and is disposed so as to extend along the gas supply direction P. Thus, the separator 40 divides the internal space of the casing 4 into upper and lower parts and is divided into an upper fuel electrode space 44 and a lower air electrode space 45. The plurality of separators 40, 40 are arranged so as to surround the fuel cell 2, so that the fuel electrode 21 of the fuel cell 2 is located in the fuel electrode space 44 and the air electrode 22 is located in the air electrode space 45. It is configured. Further, a gap may be formed between the separator 40 and the fuel cell 2 or may be sealed with a sealing material or the like. Similarly, a gap may be formed between the separator 40 and the side surface of the casing 4 or may be sealed with a sealing material or the like. An oxidant gas supply port 43 for supplying oxidant gas into the casing 4 is formed on the side surface of the casing 4. In the casing 4, the mixed gas supply port 41 opens toward the fuel electrode space 44, and the oxidant gas supply port 43 opens toward the air electrode space 45.

また、この実施形態に係る発電装置１は、ケーシング４内の空気極２２に向けて酸化剤ガスを供給するための補助酸化剤ガス供給装置５０及び補助酸化剤ガスライン５１を更に備えている。補助酸化剤ガス供給装置５０としては、大気中の酸化剤ガス（空気）をポンプにより圧縮して補助酸化剤ガスライン５１に送出する公知の構成を用いることができる。また、補助酸化剤ガスライン５１は、一端が補助酸化剤ガス供給装置５０に接続され、他端がケーシング４の酸化剤ガス供給口４３に接続されており、酸化剤ガスを補助酸化剤ガス供給装置５０からケーシング４に導入することができる。   The power generator 1 according to this embodiment further includes an auxiliary oxidant gas supply device 50 and an auxiliary oxidant gas line 51 for supplying an oxidant gas toward the air electrode 22 in the casing 4. As the auxiliary oxidant gas supply device 50, a known configuration in which an oxidant gas (air) in the atmosphere is compressed by a pump and sent to the auxiliary oxidant gas line 51 can be used. The auxiliary oxidant gas line 51 has one end connected to the auxiliary oxidant gas supply device 50 and the other end connected to the oxidant gas supply port 43 of the casing 4 to supply the oxidant gas to the auxiliary oxidant gas supply. It can be introduced from the device 50 into the casing 4.

このような構成によれば、混合ガス供給手段１０から混合ガス供給口４１を介して燃料極空間４４に混合ガスが供給される一方、補助酸化剤ガス供給装置５０から酸化剤ガス供給口４３を介して空気極空間４５に酸化剤ガスが供給される。これにより、空気極２２に確実に酸化剤ガス（酸素）を供給することができ、空気極反応を促進することができる。   According to such a configuration, the mixed gas is supplied from the mixed gas supply means 10 to the fuel electrode space 44 through the mixed gas supply port 41, while the oxidant gas supply port 43 is connected from the auxiliary oxidant gas supply device 50. The oxidant gas is supplied to the air electrode space 45 through the air gap space. Thereby, oxidant gas (oxygen) can be reliably supplied to the air electrode 22, and an air electrode reaction can be promoted.

また、上記実施形態では、燃焼触媒含有部材３の全体が燃料電池２の上流側に配置されていたが、この構成に限定されるものではなく、燃焼触媒含有部材３の少なくとも一部が燃料電池２より上流側に配置されていればよい。例えば、図６に示すように、燃焼触媒含有部材３は燃料電池２の上方を覆うように集電体２３に固定されており、一端部（左端部）が、ガス供給方向Ｐにおいて燃料電池２の上流側に位置している構成であってもよい。このような構成によっても、燃焼触媒含有部材３の少なくとも一部が燃料電池２より上流側に位置することにより、燃料電池２の上流側で混合ガスを部分酸化反応させることができる。また、燃焼触媒含有部材３の配置位置は特に限定されるものではなく、図７に示すように、燃焼触媒含有部材３が、燃料電池２より上流側において、燃料電池２の側面と対向する位置に配置されていてもよい。このような構成によっても、燃料電池２の上流側で部分酸化反応を促進させることができる。また、燃料電池２の向きは特に限定されるものではなく、例えば、燃料極２１の表面がガス供給方向Ｐと直交するように配置されていてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the whole combustion catalyst containing member 3 was arrange | positioned in the upstream of the fuel cell 2, it is not limited to this structure, At least one part of the combustion catalyst containing member 3 is a fuel cell. What is necessary is just to be arrange | positioned upstream from 2. FIG. For example, as shown in FIG. 6, the combustion catalyst-containing member 3 is fixed to the current collector 23 so as to cover the upper side of the fuel cell 2, and one end (left end) of the fuel cell 2 in the gas supply direction P is fixed. The structure located in the upstream of may be sufficient. Even with such a configuration, at least a part of the combustion catalyst-containing member 3 is positioned upstream of the fuel cell 2, whereby the mixed gas can be partially oxidized on the upstream side of the fuel cell 2. Further, the arrangement position of the combustion catalyst-containing member 3 is not particularly limited, and the position where the combustion catalyst-containing member 3 faces the side surface of the fuel cell 2 on the upstream side of the fuel cell 2 as shown in FIG. May be arranged. Even with such a configuration, the partial oxidation reaction can be promoted on the upstream side of the fuel cell 2. Further, the direction of the fuel cell 2 is not particularly limited. For example, the fuel cell 21 may be disposed so that the surface of the fuel electrode 21 is orthogonal to the gas supply direction P.

また、上記実施形態では、混合ガスを加熱していなかったが、混合ガス供給手段１０によりケーシング４内に混合ガスを導入する前に図示しないヒーターにより混合ガスを加熱してもよい。また、補助酸化剤ガス供給装置３０及び５０は、酸化剤ガス供給装置１２と同じ装置であってもよい。   Moreover, in the said embodiment, although mixed gas was not heated, before introducing mixed gas into the casing 4 by the mixed gas supply means 10, you may heat mixed gas with the heater which is not shown in figure. The auxiliary oxidant gas supply devices 30 and 50 may be the same device as the oxidant gas supply device 12.

また、上記実施形態では、１つの燃料電池２を用いていたが、燃料電池２の数は特に限定されるものでははく、燃料電池２を複数用いてもよい。この場合は、複数の燃料電池２を互いに積層することによりスタック構造にすることができる。また、複数の燃料電池２によりスタックを構成する場合は、各燃料電池２の積層方向や配置の向きに応じて、混合ガスの供給方向を適宜調整することができる。例えば、積層された燃料電池２が互いに異なる向きを向いている場合は、図８に矢印で示すように、スタック構造が収容されたケーシング４に対して異なる向きから混合ガスを供給してもよい。   In the above embodiment, one fuel cell 2 is used. However, the number of fuel cells 2 is not particularly limited, and a plurality of fuel cells 2 may be used. In this case, a stack structure can be formed by stacking a plurality of fuel cells 2 on each other. Further, when a stack is constituted by a plurality of fuel cells 2, the supply direction of the mixed gas can be appropriately adjusted according to the stacking direction and arrangement direction of each fuel cell 2. For example, when the stacked fuel cells 2 face in different directions, the mixed gas may be supplied from different directions to the casing 4 in which the stack structure is accommodated, as indicated by arrows in FIG. .

また、図９に示すように、排ガスライン１９の下流に燃焼器５５を設置し、この燃焼器５５に排ガスを供給することもできる。これにより、発電装置１の排ガスを燃焼器５５において利用することができる。   In addition, as shown in FIG. 9, a combustor 55 can be installed downstream of the exhaust gas line 19 and the exhaust gas can be supplied to the combustor 55. Thereby, the exhaust gas of the power generator 1 can be used in the combustor 55.

また、図１０は更に他の実施形態に係る発電装置の要部の断面図である。図１０において、図１と同様の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。図１０に示すように、燃焼触媒含有部材３が空気極２２よりも燃料極２１に近い位置に配置されている場合は、ガスの流れを整流するための整流部材５をケーシング４内に配置することが好ましい。この整流部材５は、例えば、金属又はセラミックスの多孔質体からなり、混合ガスのガス供給方向において燃料電池２よりも上流側に配置されている。また、この整流部材５は、燃焼触媒含有部材３の下方においてケーシング４の底部に固定され、燃料極２１よりも空気極２２に近い位置に配置されている。また、本実施形態では、整流部材５及び燃焼触媒含有部材３が一体的に形成されている。具体的には、整流部材５及び燃焼触媒含有部材３は一体の多孔質体からなり、この多孔質体の燃料極２１に近い側（上部）に燃焼触媒が含有されており、空気極２２に近い側（下部）には燃焼触媒が含有されていない。これにより、燃料極２１近傍に位置する燃焼触媒含有部材３と、空気極２２近傍に位置する整流部材５とを形成することができる。このような構成によれば、整流部材５の存在により、ケーシング４内のガスの流れを均一にすることができる。すなわち、整流部材５が配置されていないと、燃焼触媒含有部材３が配置された燃料極側と配置されていない空気極側とでガス流れのスピードに違いが生じ、混合ガスが不均一に流れることになるが、整流部材５を配置すると、燃焼触媒含有部材３が配置された燃料極側と整流部材５が配置された空気極側とでガスの流れを一様にすることができる。これにより、燃料電池２の燃料極２１及び空気極２２にガスを均一に供給することができる。なお、整流部材５の構成は特に限定されないが、ガスの流れに対する抵抗が燃焼触媒含有部材３とほぼ同一になる構成が好ましい。また、上記実施形態では、燃焼触媒含有部材３及び整流部材５を一体的に形成していたが、必ずしも一体である必要はなく、両者が離間していてもよい。このような構成によっても整流部材５によりガスの流れを整流できる。   Moreover, FIG. 10 is sectional drawing of the principal part of the electric power generating apparatus which concerns on other embodiment. 10, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. As shown in FIG. 10, when the combustion catalyst-containing member 3 is disposed at a position closer to the fuel electrode 21 than the air electrode 22, the rectifying member 5 for rectifying the gas flow is disposed in the casing 4. It is preferable. The rectifying member 5 is made of, for example, a porous body of metal or ceramics, and is disposed upstream of the fuel cell 2 in the gas supply direction of the mixed gas. The rectifying member 5 is fixed to the bottom of the casing 4 below the combustion catalyst-containing member 3 and is disposed at a position closer to the air electrode 22 than to the fuel electrode 21. In the present embodiment, the rectifying member 5 and the combustion catalyst-containing member 3 are integrally formed. Specifically, the rectifying member 5 and the combustion catalyst-containing member 3 are made of an integral porous body, and the combustion catalyst is contained on the side close to the fuel electrode 21 (upper part) of the porous body. The near side (lower part) contains no combustion catalyst. Thereby, the combustion catalyst containing member 3 located in the vicinity of the fuel electrode 21 and the rectifying member 5 located in the vicinity of the air electrode 22 can be formed. According to such a configuration, the gas flow in the casing 4 can be made uniform due to the presence of the rectifying member 5. That is, if the rectifying member 5 is not disposed, the gas flow speed is different between the fuel electrode side where the combustion catalyst-containing member 3 is disposed and the air electrode side where the combustion catalyst-containing member 3 is not disposed, and the mixed gas flows unevenly. However, when the rectifying member 5 is arranged, the gas flow can be made uniform between the fuel electrode side where the combustion catalyst-containing member 3 is arranged and the air electrode side where the rectifying member 5 is arranged. Thereby, gas can be uniformly supplied to the fuel electrode 21 and the air electrode 22 of the fuel cell 2. The configuration of the rectifying member 5 is not particularly limited, but a configuration in which the resistance to gas flow is substantially the same as that of the combustion catalyst-containing member 3 is preferable. Moreover, in the said embodiment, although the combustion catalyst containing member 3 and the rectification | straightening member 5 were formed integrally, it does not necessarily need to be integrated and both may be spaced apart. Even with such a configuration, the flow of gas can be rectified by the rectifying member 5.

１ 発電装置
２ 固体酸化物形燃料電池
３ 燃焼触媒含有部材
４ ケーシング
５ 整流部材
１０ 混合ガス供給装置
１１ 燃料ガス供給装置
１２ 酸化剤ガス供給装置
１３ 燃料ガスライン
１４ 酸化剤ガスライン
１５ 混合器
１６ 混合ガスライン
１７ 加湿器
１９ 排ガスライン
２０ 電解質
２１ 燃料極
２２ 空気極
３０ 補助酸化剤ガス供給装置
３２ 水蒸気供給装置
４０ セパレーター
４１ 混合ガス供給口
４２ ガス排出口
４４ 燃料極空間
４５ 空気極空間
５０ 補助酸化剤ガス供給装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power generator 2 Solid oxide fuel cell 3 Combustion catalyst containing member 4 Casing 5 Rectification member 10 Mixed gas supply apparatus 11 Fuel gas supply apparatus 12 Oxidant gas supply apparatus 13 Fuel gas line 14 Oxidant gas line 15 Mixer 16 Mixing Gas line 17 Humidifier 19 Exhaust gas line 20 Electrolyte 21 Fuel electrode 22 Air electrode 30 Auxiliary oxidant gas supply device 32 Water vapor supply device 40 Separator 41 Mixed gas supply port 42 Gas discharge port 44 Fuel electrode space 45 Air electrode space 50 Auxiliary oxidant Gas supply device

Claims (9)

ケーシング内に配置された少なくとも１つの固体酸化物形燃料電池及び燃焼触媒含有部材と、
前記ケーシング内の前記固体酸化物形燃料電池に向けて燃料ガス及び酸化剤ガスの混合ガスを供給する混合ガス供給手段と、を備え、
前記固体酸化物形燃料電池は、電解質と、前記電解質の一方面に配置された燃料極と、前記電解質の他方面に配置された空気極と、を備え、
前記燃焼触媒含有部材の少なくとも一部が前記固体酸化物形燃料電池よりも前記混合ガスのガス供給方向の上流側に位置している発電装置。 At least one solid oxide fuel cell and a combustion catalyst containing member disposed within the casing;
A mixed gas supply means for supplying a mixed gas of a fuel gas and an oxidant gas toward the solid oxide fuel cell in the casing,
The solid oxide fuel cell includes an electrolyte, a fuel electrode disposed on one surface of the electrolyte, and an air electrode disposed on the other surface of the electrolyte,
The power generation device in which at least a part of the combustion catalyst-containing member is located upstream of the solid oxide fuel cell in the gas supply direction of the mixed gas. 前記ガス供給手段は、前記混合ガスを加湿して前記ケーシング内に供給する請求項１に記載の発電装置。   The power generation device according to claim 1, wherein the gas supply unit humidifies the mixed gas and supplies the mixed gas into the casing. 前記燃焼触媒含有部材は、前記空気極よりも前記燃料極に近い位置に配置されている請求項１又は２に記載の発電装置。   The power generation device according to claim 1, wherein the combustion catalyst-containing member is disposed at a position closer to the fuel electrode than the air electrode. 前記ケーシング内において前記固体酸化物形燃料電池よりも前記ガス供給方向の上流側に配置された整流部材を更に備える請求項３に記載の発電装置。   The power generator according to claim 3, further comprising a rectifying member disposed upstream of the solid oxide fuel cell in the gas supply direction in the casing. 前記固体酸化物形燃料電池の前記空気極に向けて酸化剤ガスを供給する補助酸化剤ガス供給手段を更に備える請求項１から４のいずれかに記載の発電装置。   The power generator according to any one of claims 1 to 4, further comprising auxiliary oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas toward the air electrode of the solid oxide fuel cell. 前記固体酸化物形燃料電池の前記燃料極に向けて水蒸気を供給する水蒸気供給手段を更に備える請求項１から５のいずれかに記載の発電装置。   The power generator according to any one of claims 1 to 5, further comprising water vapor supply means for supplying water vapor toward the fuel electrode of the solid oxide fuel cell. 前記ケーシングの内部を燃料極空間及び空気極空間に分割するセパレーターと、
前記ケーシング内の前記固体酸化物形燃料電池に向けて酸化剤ガスを供給する補助酸化剤ガス供給手段と、を更に備え、
前記固体酸化物形燃料電池は、前記燃料極が前記燃料極空間に位置し、前記空気極が前記空気極空間に位置するように配置されており、
前記混合ガス供給手段は、前記燃料極空間に前記混合ガスを供給し、
前記補助酸化剤ガス供給手段は、前記空気極空間に酸化剤ガスを供給する請求項１から６のいずれかに記載の発電装置。 A separator that divides the inside of the casing into a fuel electrode space and an air electrode space;
An auxiliary oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas toward the solid oxide fuel cell in the casing;
The solid oxide fuel cell is disposed such that the fuel electrode is located in the fuel electrode space and the air electrode is located in the air electrode space.
The mixed gas supply means supplies the mixed gas to the fuel electrode space,
The power generator according to any one of claims 1 to 6, wherein the auxiliary oxidant gas supply means supplies an oxidant gas to the air electrode space. 前記固体酸化物形燃料電池を複数備え、
複数の前記固体酸化物形燃料電池は、積層されてスタックを構成している請求項１から７のいずれかに記載の発電装置。 A plurality of the solid oxide fuel cells;
The power generator according to claim 1, wherein the plurality of solid oxide fuel cells are stacked to form a stack. 前記ケーシングは、断熱性を有している請求項１から８のいずれかに記載の発電装置。   The power generator according to any one of claims 1 to 8, wherein the casing has a heat insulating property.
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