JP5772681B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料発生部を備える燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel generation unit.

燃料電池は、典型的には、固体ポリマーイオン交換膜を用いた固体高分子電解質膜、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いた固体酸化物電解質膜等を、燃料極（アノード）と酸化剤極（カソード）とで両側から挟み込んだものを１つのセル構成としている。そして、燃料極に燃料ガス（例えば水素ガス）を供給する燃料ガス流路と、酸化剤極に酸化剤ガス（例えば酸素や空気）を供給する酸化剤ガス流路とが設けられ、これらの流路を介して燃料ガス、酸化剤ガスがそれぞれ燃料極、酸化剤極に供給されることにより発電が行われる。   A fuel cell typically includes a solid polymer electrolyte membrane using a solid polymer ion exchange membrane, a solid oxide electrolyte membrane using yttria-stabilized zirconia (YSZ), a fuel electrode (anode) and an oxidizer electrode. The one sandwiched from both sides by the (cathode) has a single cell configuration. A fuel gas flow path for supplying fuel gas (for example, hydrogen gas) to the fuel electrode and an oxidant gas flow path for supplying oxidant gas (for example, oxygen or air) to the oxidant electrode are provided. Power generation is performed by supplying fuel gas and oxidant gas to the fuel electrode and oxidant electrode through the passage.

燃料電池は、原理的に取り出せる電力エネルギーの効率が高いため、省エネルギーになるだけでなく、環境に優れた発電方式であり、地球規模でのエネルギーや環境問題解決の切り札として期待されている。   Fuel cells are not only energy-saving because of the high efficiency of the power energy that can be extracted in principle, but they are also a power generation system that excels in the environment, and are expected as a trump card for solving global energy and environmental problems.

国際公開第２０１１／０４０１８２号International Publication No. 2011/040182 国際公開第２０１１／０５２２８３号International Publication No. 2011/052283

発電および充電が可能な２次電池型燃料電池システムとして、燃料極と燃料発生部材が配置されている空間は密閉されており自然拡散にて反応を促進させるシステムが提案されている（特許文献１および特許文献２参照）。しかしながら、自然拡散では燃料ガスの反応速度が限られるため、高い出力電力が得られないという課題がある。そして、この課題を解決する場合に、でき得る限り出力を安定させることが望ましい。   As a secondary battery type fuel cell system capable of generating and charging, a system in which a space in which a fuel electrode and a fuel generating member are arranged is sealed and a reaction is promoted by natural diffusion has been proposed (Patent Document 1). And Patent Document 2). However, there is a problem that high output power cannot be obtained because the reaction speed of fuel gas is limited in natural diffusion. And when solving this subject, it is desirable to stabilize the output as much as possible.

本発明は、上記の状況に鑑み、出力を高くまた安定させることができる燃料電池システムを提供することを目的とする。   In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of increasing and stabilizing output.

上記目的を達成するために本発明に係る燃料電池システムは、化学反応により燃料を発生する複数の燃料発生部と、前記燃料発生部から供給される前記燃料を用いて発電を行う燃料電池部と、前記燃料発生部と前記燃料電池部との間でガスを機械的なエネルギーを用いて強制的に循環させる循環器とを備え、前記循環器のガス流入側と前記燃料電池部との間に前記燃料発生部を少なくとも一つ配設し、前記循環器のガス流出側と前記燃料電池部との間に前記燃料発生部を少なくとも一つ配設する構成（第１の構成）とする。   In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention includes a plurality of fuel generators that generate fuel by a chemical reaction, and a fuel cell unit that generates power using the fuel supplied from the fuel generator. A circulator that forcibly circulates gas between the fuel generator and the fuel cell using mechanical energy, between the gas inflow side of the circulator and the fuel cell. At least one fuel generator is provided, and at least one fuel generator is provided between the gas outflow side of the circulator and the fuel cell unit (first configuration).

上記第１の構成によると、燃料発生部と燃料電池部との間でガスを強制的に循環させることができるので、自然拡散の場合に比べて燃料ガスの流速を速くすることができ、燃料を燃料電池部に十分に供給することができる。そのため、自然拡散の場合に比べて出力が大きくなる。   According to the first configuration, the gas can be forcibly circulated between the fuel generation unit and the fuel cell unit, so that the flow rate of the fuel gas can be increased as compared with the case of natural diffusion, and the fuel Can be sufficiently supplied to the fuel cell unit. For this reason, the output is larger than in the case of natural diffusion.

また、循環器のガス流入側とガス流出側ではガスの圧力脈動が避けられないが、上記第１の構成によると、循環器のガス流入側と燃料電池部との間に燃料発生部が少なくとも一つ配設され、循環器のガス流出側と燃料電池部との間に燃料発生部が少なくとも一つ配設されるので、ガスの圧力脈動が燃料発生部によって緩和され、燃料電池部に流入するガス及び燃料電池部から流出するガスは一定流に近いガスになる。これにより、燃料電池部における発電反応の均一性が向上し、出力が安定する。   Further, although the pressure pulsation of the gas is unavoidable on the gas inflow side and the gas outflow side of the circulator, according to the first configuration, at least the fuel generating part is provided between the gas inflow side of the circulator and the fuel cell part. Since at least one fuel generator is provided between the gas outlet side of the circulator and the fuel cell part, the pressure pulsation of the gas is alleviated by the fuel generator and flows into the fuel cell part. And the gas flowing out from the fuel cell section are close to a constant flow. Thereby, the uniformity of the power generation reaction in the fuel cell unit is improved, and the output is stabilized.

また、上記第１の構成の燃料電池システムにおいて、前記燃料発生部のガス流入出方向を反転させることができる構成（第２の構成）としてもよい。   Further, in the fuel cell system having the first configuration described above, a configuration (second configuration) in which the gas inflow / outflow direction of the fuel generation unit can be reversed may be employed.

また、上記第２の構成の燃料電池システムにおいて、例えば、前記燃料発生部と前記燃料電池部との間の配管経路及び前記燃料発生部と前記循環器との間の配管経路を切り替えることにより、前記燃料発生部のガス流入出方向を反転させることができる構成（第３の構成）としてもよい。   Further, in the fuel cell system of the second configuration, for example, by switching a piping path between the fuel generation unit and the fuel cell unit and a piping path between the fuel generation unit and the circulator, It is good also as a structure (3rd structure) which can reverse the gas inflow / outflow direction of the said fuel generation part.

また、上記第２の構成の燃料電池システムにおいて、例えば、前記循環器がガス流入側とガス流出側とを互いに切り替えることができる循環器であり、前記循環器のガス流入側とガス流出側とを互いに切り替えることにより、前記燃料発生部のガス流入出方向を反転させることができる構成（第４の構成）としてもよい。   In the fuel cell system having the second configuration, for example, the circulator is a circulator capable of switching between a gas inflow side and a gas outflow side, and the gas inflow side and the gas outflow side of the circulator. It is good also as a structure (4th structure) which can reverse the gas inflow / outflow direction of the said fuel generation part by mutually switching.

また、上記第１〜第４のいずれかの構成の燃料電池システムにおいて、前記循環器のガス流入側と前記燃料電池部との間に配設される前記燃料発生部を選択し、前記循環器のガス流出側と前記燃料電池部との間に配設される前記燃料発生部を選択する選択部を備える構成（第５の構成）としてもよい。   In the fuel cell system having any one of the first to fourth configurations, the fuel generator disposed between the gas inflow side of the circulator and the fuel cell portion is selected, and the circulator It is good also as a structure (5th structure) provided with the selection part which selects the said fuel generation part arrange | positioned between the gas outflow side and the said fuel cell part.

本発明に係る燃料電池システムによると、出力を高くまた安定させることができる。   According to the fuel cell system of the present invention, the output can be increased and stabilized.

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 燃料発生部及びそれを収容する容器の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a fuel generation part and the container which accommodates it. 燃料発生部及びそれを収容する容器の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a fuel generation part and the container which accommodates it. 燃料発生部の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a fuel generation part. 本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the fuel cell system which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the fuel cell system which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the fuel cell system which concerns on 4th Embodiment of this invention.

本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。なお、本発明は、後述する実施形態に限られない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not restricted to embodiment mentioned later.

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を図１に示す。本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムは、燃料発生部１＿１及び１＿２と、燃料電池部２と、循環器３と、燃料電池部２の温度を調節するヒーター４と、燃料発生部１＿１の温度を調節するヒーター４＿１と、燃料発生部１＿２の温度を調節するヒーター４＿２と、燃料電池部２及びヒーター４を収容する容器５と、燃料発生部１＿１及びヒーター４＿１を収容する容器６＿１と、燃料発生部１＿２及びヒーター４＿２を収容する容器６＿２と、燃料発生部１＿１及び１＿２と燃料電池部２との間でガスを循環させるための配管７とを備えている。 <First Embodiment>
FIG. 1 shows a schematic configuration of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention. The fuel cell system according to the first embodiment of the present invention includes fuel generators 1_1 and 1_2, a fuel cell unit 2, a circulator 3, a heater 4 for adjusting the temperature of the fuel cell unit 2, and a fuel generator 1_1. A heater 4_1 for adjusting the temperature of the fuel, a heater 4_2 for adjusting the temperature of the fuel generating unit 1_2, a container 5 for storing the fuel cell unit 2 and the heater 4, a container 6_1 for storing the fuel generating unit 1_1 and the heater 4_1, A container 6_2 for housing the fuel generator 1_2 and the heater 4_2 and a pipe 7 for circulating gas between the fuel generators 1_1 and 1_2 and the fuel cell unit 2 are provided.

燃料発生部１＿１及び１＿２の材料としては、例えば、金属を母材として、その表面に金属または金属酸化物が添加されており、酸化性ガス（例えば水蒸気）との酸化反応によって燃料（例えば水素）を発生し、還元性ガス（例えば水素）との還元反応により再生可能なものを用いることができる。母材の金属としては例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｖ、Ｍｇやこれらを基材とする合金が挙げられ、特にＦｅは安価で、加工も容易なので好ましい。また、添加される金属としては、Ａｌ、Ｒｄ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｖ、Ｍｏが挙げられ、添加される金属酸化物としてはＳｉＯ2、ＴｉＯ2が挙げられる。ただし、母材となる金属と、添加される金属は同一の材料ではない。なお、本実施形態においては、燃料発生部１＿１及び１＿２として、Ｆｅを主体とする燃料発生部材を用いる。 As a material of the fuel generators 1_1 and 1_2, for example, a metal or a metal oxide is added to the surface of a metal as a base material, and a fuel (for example, hydrogen) is obtained by an oxidation reaction with an oxidizing gas (for example, water vapor) That can be regenerated by a reductive reaction with a reducing gas (for example, hydrogen) can be used. Examples of the base metal include Ni, Fe, Pd, V, Mg, and alloys based on these, and Fe is particularly preferable because it is inexpensive and easy to process. Examples of the added metal include Al, Rd, Pd, Cr, Ni, Cu, Co, V, and Mo. Examples of the added metal oxide include SiO 2 and TiO 2 . However, the metal used as a base material and the added metal are not the same material. In the present embodiment, fuel generating members mainly composed of Fe are used as the fuel generating units 1_1 and 1_2.

Ｆｅを主体とする燃料発生部材は、例えば、下記の（１）式に示す酸化反応により、酸化性ガスである水蒸気を消費して燃料（還元性ガス）である水素ガスを生成することができる。
４Ｈ2Ｏ＋３Ｆｅ→４Ｈ2＋Ｆｅ3Ｏ4 …（１） The fuel generating member mainly composed of Fe can generate hydrogen gas as a fuel (reducing gas) by consuming water vapor as an oxidizing gas, for example, by an oxidation reaction represented by the following formula (1). .
4H 2 O + 3Fe → 4H 2 + Fe 3 O 4 (1)

上記の（１）式に示す鉄の酸化反応が進むと、鉄から酸化鉄への変化が進んで鉄の残量が減っていくが、上記の（１）式の逆反応すなわち下記の（２）式に示す還元反応により、燃料発生部１＿１及び１＿２を再生することができる。なお、上記の（１）式に示す鉄の酸化反応及び下記の（２）式の還元反応は６００℃未満の低い温度で行うこともできる。
４Ｈ2＋Ｆｅ3Ｏ4→３Ｆｅ＋４Ｈ2Ｏ …（２） When the oxidation reaction of iron shown in the above formula (1) proceeds, the change from iron to iron oxide proceeds and the remaining amount of iron decreases, but the reverse reaction of the above formula (1), that is, the following (2 The fuel generators 1_1 and 1_2 can be regenerated by the reduction reaction shown in the formula (1). The iron oxidation reaction shown in the above formula (1) and the reduction reaction in the following formula (2) can also be performed at a low temperature of less than 600 ° C.
4H 2 + Fe 3 O 4 → 3Fe + 4H 2 O (2)

燃料発生部１＿１及び１＿２においては、その反応性を上げるために単位体積当りの表面積を大きくすることが望ましい。燃料発生部１＿１及び１＿２の単位体積当りの表面積を増加させる方策としては、例えば、燃料発生部１＿１及び１＿２の主体を微粒子化し、その微粒子化したものを成型すればよい。微粒子化の方法は例えばボールミル等を用いた粉砕によって粒子を砕く方法が挙げられる。さらに、機械的な手法などにより微粒子にクラックを発生させることで微粒子の表面積をより一層増加させてもよく、酸処理、アルカリ処理、ブラスト加工などによって微粒子の表面を荒らして微粒子の表面積をより一層増加させてもよい。また、燃料発生部１＿１及び１＿２としては、微粒子をガスが通過する程度の空隙を残して固めたものであってもよいし、ペレット状の粒に形成してこの粒を多数空間内に埋める形態であっても構わない。   In the fuel generators 1_1 and 1_2, it is desirable to increase the surface area per unit volume in order to increase the reactivity. As a measure for increasing the surface area per unit volume of the fuel generators 1_1 and 1_2, for example, the main components of the fuel generators 1_1 and 1_2 may be made into fine particles, and the fine particles may be molded. Examples of the fine particles include a method of crushing particles by crushing using a ball mill or the like. Further, the surface area of the fine particles may be further increased by generating cracks in the fine particles by a mechanical method or the like, and the surface area of the fine particles is further increased by roughening the surface of the fine particles by acid treatment, alkali treatment, blasting, etc. It may be increased. Further, the fuel generators 1_1 and 1_2 may be ones in which fine particles are solidified leaving a space that allows gas to pass through, or are formed into pellet-like particles and a large number of these particles are buried in the space. It does not matter.

燃料電池部２は、図１に示す通り、電解質膜２Ａの両面に燃料極２Ｂと酸化剤極である空気極２Ｃを接合したＭＥＡ構造(膜・電極接合体：Membrane Electrode Assembly)である。なお、図１では、ＭＥＡを１つだけ設けた構造を図示しているが、ＭＥＡを複数設けたり、さらに複数のＭＥＡを積層構造にしたりしてもよい。   As shown in FIG. 1, the fuel cell unit 2 has an MEA structure (membrane / electrode assembly) in which a fuel electrode 2B and an air electrode 2C as an oxidant electrode are bonded to both surfaces of an electrolyte membrane 2A. Although FIG. 1 illustrates a structure in which only one MEA is provided, a plurality of MEAs may be provided, or a plurality of MEAs may be stacked.

循環器３は、燃料発生部１＿１及び１＿２と燃料電池部２との間でガスを機械的なエネルギーを用いて図１に示す矢印の方向で強制的に循環させるものであって、例えばコンプレッサ、ファン、ブロア、ポンプなどを用いることができる。循環器３では厳密な一定流を作り出すことが困難であり、循環器３のガス流入側とガス流出側ではガスの圧力脈動が避けられない。特にダイヤフラム式の循環器は、高圧と低圧を交互に繰り返すことで流体を移動させるため、ガスの圧力脈動が大きくなる。   The circulator 3 forcibly circulates gas between the fuel generators 1_1 and 1_2 and the fuel cell unit 2 in the direction of the arrow shown in FIG. A fan, blower, pump or the like can be used. In the circulator 3, it is difficult to create a strict constant flow, and gas pressure pulsation is unavoidable on the gas inflow side and the gas outflow side of the circulator 3. In particular, diaphragm-type circulators cause fluid pressure pulsation to increase because fluid is moved by alternately repeating high and low pressures.

容器５は、燃料極２Ｂに循環ガスを供給するための循環ガス供給口と、燃料極２Ｂから循環ガスを排出するための循環ガス排出口と、空気極２Ｃに空気を供給するための空気供給口と、空気極２Ｃから空気を排出するための空気排出口とを備えている。空気の流れは、例えば容器５の外部に設けられるファンなどによって制御するとよい。なお、空気の流れ方向は、図１に示す方向に限定されることはなく、図１に示す方向と逆であってもよい。また、本実施形態では、酸化剤ガスに空気を用いているが、空気以外の酸化剤ガスを用いてもよい。   The container 5 has a circulation gas supply port for supplying a circulation gas to the fuel electrode 2B, a circulation gas discharge port for discharging the circulation gas from the fuel electrode 2B, and an air supply for supplying air to the air electrode 2C. It has an opening and an air discharge port for discharging air from the air electrode 2C. The air flow may be controlled by, for example, a fan provided outside the container 5. The air flow direction is not limited to the direction shown in FIG. 1 and may be opposite to the direction shown in FIG. In this embodiment, air is used as the oxidant gas, but an oxidant gas other than air may be used.

容器６＿１及び６＿２はそれぞれ第１の開口及び第２の開口とを備えている。第１の開口及び第２の開口の一方は燃料発生部１＿１又は１＿２に循環ガスを供給するための循環ガス供給口となり、第１の開口及び第２の開口の他方は燃料発生部１＿１又は１＿２から循環ガスを排出するための循環ガス排出口となる。   The containers 6_1 and 6_2 are each provided with a first opening and a second opening. One of the first opening and the second opening serves as a circulating gas supply port for supplying the circulating gas to the fuel generating unit 1_1 or 1_2, and the other of the first opening and the second opening is the fuel generating unit 1_1 or 1_2. It becomes the circulation gas discharge port for discharging the circulation gas from.

電解質膜２Ａの材料としては、例えば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いた固体酸化物電解質を用いることができ、また例えば、ナフィオン（デュポン社の商標）、カチオン導電性ポリマー、アニオン導電性ポリマー等の固体高分子電解質を用いることができるが、これらに限定されることなく、水素イオンを通すものや酸素イオンを通すもの、また、水酸化物イオンを通すもの等、燃料電池の電解質としての特性を満たすものであればよい。なお、本実施形態においては、電解質膜２Ａとして、酸素イオン又は水酸化物イオンを通す電解質、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いた固体酸化物電解質を用いる。   As a material of the electrolyte membrane 2A, for example, a solid oxide electrolyte using yttria-stabilized zirconia (YSZ) can be used. For example, Nafion (trademark of DuPont), a cationic conductive polymer, an anion conductive polymer Solid polymer electrolytes such as, but not limited to, those that pass hydrogen ions, those that pass oxygen ions, and those that pass hydroxide ions can be used as fuel cell electrolytes. Any material satisfying the characteristics may be used. In the present embodiment, an electrolyte that passes oxygen ions or hydroxide ions, for example, a solid oxide electrolyte using yttria-stabilized zirconia (YSZ) is used as the electrolyte membrane 2A.

発電動作時には、スイッチＳＷ１をオンにし、スイッチＳＷ２をオフにすることで、燃料電池部２を負荷９に電気的に接続する。   During the power generation operation, the fuel cell unit 2 is electrically connected to the load 9 by turning on the switch SW1 and turning off the switch SW2.

例えば燃料を水素にした場合、本実施形態では、発電動作時に、燃料極２Ｂにおいて下記の（３）式の反応が起こる。
Ｈ2＋Ｏ2-→Ｈ2Ｏ＋２ｅ- …（３） For example, when hydrogen is used as the fuel, in the present embodiment, the following reaction (3) occurs in the fuel electrode 2B during the power generation operation.
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e − (3)

上記の（３）式の反応によって生成された電子は、燃料極２Ｂから負荷９を通って、空気極２Ｃに到達し、空気極２Ｃにおいて下記の（４）式の反応が起こる。
１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｏ2- …（４） The electrons generated by the reaction of the above formula (3) reach the air electrode 2C from the fuel electrode 2B through the load 9, and the reaction of the following formula (4) occurs in the air electrode 2C.
1 / 2O 2 + 2e − → O 2− (4)

そして、上記の（４）式の反応によって生成された酸素イオンは、電解質膜２Ａを通って、燃料極２Ｂに到達する。上記の一連の反応を繰り返すことにより、燃料電池部２が発電動作を行うことになる。   And the oxygen ion produced | generated by reaction of said (4) Formula reaches | attains the fuel electrode 2B through electrolyte membrane 2A. By repeating the above series of reactions, the fuel cell unit 2 performs a power generation operation.

そして、燃料発生部１＿１及び１＿２は、上記の（１）式に示すＦｅの酸化反応により、燃料電池部２から供給される水蒸気を消費して、水素ガスを発生させ、水素ガスを燃料電池部２に供給する。   The fuel generators 1_1 and 1_2 consume water vapor supplied from the fuel cell unit 2 by the Fe oxidation reaction shown in the above equation (1) to generate hydrogen gas, and the hydrogen gas is supplied to the fuel cell unit. 2 is supplied.

なお、図１に示す本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムは、発電動作のみならず充電動作も行うことができる２次電池型燃料電池システムである。充電動作時には、スイッチＳＷ１をオフにし、スイッチＳＷ２をオンにすることで、燃料電池部２を電源８に電気的に接続する。この場合、燃料電池部２が電気分解器として作動して、上記の（３）式及び（４）式の逆反応が起こり、燃料極２Ｂ側において水蒸気が消費され水素ガスが生成され、燃料発生部１＿１及び１＿２は、上記の（２）式に示す還元反応により、酸化鉄から鉄への変化を進めて鉄の残量を増やし、すなわち燃料発生部１＿１及び１＿２は再生されて、燃料電池部２から供給される水素ガスを消費して、水蒸気を発生させ、水蒸気を燃料電池部２に供給する。   The fuel cell system according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is a secondary battery type fuel cell system that can perform not only a power generation operation but also a charging operation. During the charging operation, the fuel cell unit 2 is electrically connected to the power source 8 by turning off the switch SW1 and turning on the switch SW2. In this case, the fuel cell unit 2 operates as an electrolyzer, the reverse reactions of the above formulas (3) and (4) occur, water vapor is consumed on the fuel electrode 2B side, hydrogen gas is generated, and fuel is generated. The parts 1_1 and 1_2 increase the remaining amount of iron by advancing the change from iron oxide to iron by the reduction reaction shown in the above formula (2), that is, the fuel generating parts 1_1 and 1_2 are regenerated, and the fuel cell part The hydrogen gas supplied from 2 is consumed to generate water vapor, and the water vapor is supplied to the fuel cell unit 2.

電解質膜２Ａは、固体酸化物電解質の場合であれば、電気化学蒸着法（ＣＶＤ−ＥＶＤ法；Chemical Vapor Deposition - Electrochemical Vapor Deposition）等を用いて形成することができ、固体高分子電解の場合であれば、塗布法等を用いて形成することができる。   In the case of a solid oxide electrolyte, the electrolyte membrane 2A can be formed using an electrochemical vapor deposition method (CVD-EVD method; Chemical Vapor Deposition-Electrochemical Vapor Deposition) or the like. If there is, it can be formed using a coating method or the like.

燃料極２Ｂ、空気極２Ｃはそれぞれ、例えば、電解質膜２Ａに接する触媒層と、その触媒層に積層された拡散電極とからなる構成にすることができる。触媒層としては、例えば白金黒或いは白金合金をカーボンブラックに担持させたもの等を用いることができる。また、燃料極２Ｂの拡散電極の材料としては、例えばカーボンペーパ、Ｎｉ−Ｆｅ系サーメットやＮｉ−ＹＳＺ系サーメット等を用いることができる。また、空気極２Ｃの拡散電極の材料としては、例えばカーボンペーパ、Ｌａ−Ｍｎ−Ｏ系化合物やＬａ−Ｃｏ−Ｃｅ系化合物等を用いることができる。燃料極２Ｂ、空気極２Ｃはそれぞれ、例えば蒸着法等を用いて形成することができる。   Each of the fuel electrode 2B and the air electrode 2C can be configured by, for example, a catalyst layer in contact with the electrolyte membrane 2A and a diffusion electrode laminated on the catalyst layer. As the catalyst layer, for example, platinum black or a platinum alloy supported on carbon black can be used. Further, as a material for the diffusion electrode of the fuel electrode 2B, for example, carbon paper, Ni—Fe cermet, Ni—YSZ cermet, or the like can be used. Moreover, as a material of the diffusion electrode of the air electrode 2C, for example, carbon paper, La—Mn—O-based compound, La—Co—Ce-based compound, or the like can be used. Each of the fuel electrode 2B and the air electrode 2C can be formed by using, for example, vapor deposition.

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムでは、燃料ガスは循環器３によって強制循環されるため、自然拡散の場合に比べて流速が速くなり、燃料極２Ｂで反応するための燃料を燃料極２Ｂに十分に供給することができる。そのため、自然拡散の場合に比べて出力が大きくなる。   In the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention, the fuel gas is forcibly circulated by the circulator 3, so that the flow velocity is faster than in the case of natural diffusion, and fuel for reaction at the fuel electrode 2B is used as fuel. It can be sufficiently supplied to the pole 2B. For this reason, the output is larger than in the case of natural diffusion.

しかしながら、上述した通り循環器３のガス流入側とガス流出側ではガスの圧力脈動が避けられない。この循環器３のガス流入側とガス流出側におけるガスの圧力脈動が、燃料電池部２に流入するガス及び燃料電池部２から流出するガスに大きく影響すると、燃料電池部における発電反応の不均一になり、出力が不安定になる。   However, as described above, gas pressure pulsation is unavoidable on the gas inflow side and gas outflow side of the circulator 3. If the pressure pulsation of the gas on the gas inflow side and gas outflow side of the circulator 3 greatly affects the gas flowing into the fuel cell unit 2 and the gas flowing out from the fuel cell unit 2, the power generation reaction in the fuel cell unit is uneven. The output becomes unstable.

そこで、本実施形態では、循環器３のガス流入側と燃料電池部２との間に燃料発生部１＿１を配設し、循環器３のガス流出側と燃料電池部２との間に燃料発生部１＿２を配設している。このような構成によると、循環器３のガス流入側におけるガスの圧力脈動が燃料発生部１＿１で生じる圧力損失によって緩和され、循環器３のガス流出側におけるガスの圧力脈動が燃料発生部１＿２で生じる圧力損失によって緩和され、燃料電池部２に流入するガス及び燃料電池部２から流出するガスは一定流に近いガスになる。これにより、燃料電池部２における発電反応の均一性が向上し、出力が安定する。   Therefore, in the present embodiment, the fuel generator 1_1 is disposed between the gas inflow side of the circulator 3 and the fuel cell unit 2, and the fuel is generated between the gas outflow side of the circulator 3 and the fuel cell unit 2. Part 1_2 is provided. According to such a configuration, the pressure pulsation of the gas on the gas inflow side of the circulator 3 is alleviated by the pressure loss generated in the fuel generating unit 1_1, and the pressure pulsation of the gas on the gas outflow side of the circulator 3 is The gas flowing into the fuel cell unit 2 and the gas flowing out from the fuel cell unit 2 become gases close to a constant flow, alleviated by the generated pressure loss. Thereby, the uniformity of the power generation reaction in the fuel cell unit 2 is improved, and the output is stabilized.

また、本実施形態では、燃料発生部１＿１に循環器３のガス流入側におけるガスの圧力脈動が伝搬し、燃料発生部１＿２に循環器３のガス流出側におけるガスの圧力脈動が伝搬するので、燃料発生部１＿１及び１＿２の燃料発生効率が向上する。このように燃料発生効率が向上する理由の詳細について図２及び図３を参照して説明する。   Further, in this embodiment, the pressure pulsation of the gas on the gas inflow side of the circulator 3 is propagated to the fuel generator 1_1, and the pressure pulsation of the gas on the gas outflow side of the circulator 3 is propagated to the fuel generator 1_2. The fuel generation efficiency of the fuel generators 1_1 and 1_2 is improved. Details of the reason why the fuel generation efficiency is improved will be described with reference to FIGS.

図２及び図３はそれぞれ、燃料発生部１＿１及び容器６＿１又は燃料発生部１＿２及び容器６＿２の一例を示している。図２及び図３では燃料発生部は複数の球状ペレット１０によって構成されており、容器６はガス流路を長くするための仕切板１１を備えている。図２及び図３ではガスの流れを矢印で模式的に示している。なお、図２及び図３ではペレットの形状が球状であるが、他の形状であっても構わない。   2 and 3 show examples of the fuel generation unit 1_1 and the container 6_1 or the fuel generation unit 1_2 and the container 6_2, respectively. 2 and 3, the fuel generating part is composed of a plurality of spherical pellets 10, and the container 6 includes a partition plate 11 for lengthening the gas flow path. 2 and 3 schematically show the gas flow with arrows. 2 and 3, the shape of the pellet is spherical, but other shapes may be used.

また、本実施形態では、容器６の循環ガス排出口又は循環ガス供給口に循環器３からのガスの圧力脈動が伝搬するので、圧力脈動によって生じる圧力差により図２に示すように容器６内の各所においてガス散乱が起こり、流体抵抗が大きい場所にも循環ガスが行き渡る。これにより、燃料発生部において循環ガスが到達せずに未反応になってしまう部分の割合が減少し、その結果、燃料発生効率が向上する。これに対して、容器６の循環ガス排出口又は循環ガス供給口にガスの圧力脈動が伝搬せずに一定流の循環ガスが流入出する場合、図３に示すように流体抵抗が小さい場所にのみ循環ガスが流れ、燃料発生部において循環ガスが到達せずに未反応になってしまう部分の割合が増加し、その結果、燃料発生効率が向上しない。   Further, in this embodiment, the pressure pulsation of the gas from the circulator 3 is propagated to the circulating gas discharge port or the circulating gas supply port of the container 6, so that the inside of the container 6 is shown in FIG. Gas scattering occurs at each of these locations, and the circulating gas spreads to places where the fluid resistance is high. As a result, the ratio of the portion where the circulating gas does not reach and becomes unreacted in the fuel generation portion is reduced, and as a result, the fuel generation efficiency is improved. In contrast, when a constant flow of circulating gas flows into and out of the circulating gas discharge port or the circulating gas supply port of the container 6 without flowing into the circulating gas supply port, as shown in FIG. Only the circulating gas flows and the ratio of the unreacted portion where the circulating gas does not reach the fuel generating portion increases, and as a result, the fuel generating efficiency is not improved.

なお、燃料発生部を複数のペレットによって構成するのではなく、例えば図４に示すようなガス流路が形成されている成型体１２によって構成してもよい。なお、図４の例ではガス流路の断面形状が正方形であるが、他の形状であっても構わない。例えばガス流路の断面形状を正六角形にすれば、ハニカム構造の成型体になる。   In addition, you may comprise the fuel generation part by the molded object 12 in which the gas flow path as shown in FIG. 4 is formed, for example instead of comprising a plurality of pellets. In the example of FIG. 4, the gas channel has a square cross-sectional shape, but may have other shapes. For example, if the gas channel has a regular hexagonal cross-sectional shape, a honeycomb structure molded body is obtained.

燃料発生部を構成する成型体１２は多孔質体であるので、ガス流路よりも流体抵抗が大きい場所が成型体１２の内部に存在している。このため、燃料発生部１＿１及び１＿２が成型体によって構成されている場合も、燃料発生部１＿１及び１＿２がペレットによって構成されている場合と同様に、本実施形態の構成により、燃料発生部１＿１に循環器３のガス流入側におけるガスの圧力脈動が伝搬し、燃料発生部１＿２に循環器３のガス流出側におけるガスの圧力脈動が伝搬することで、燃料発生部１＿１及び１＿２の燃料発生効率が向上する。   Since the molded body 12 constituting the fuel generating portion is a porous body, a place where the fluid resistance is larger than the gas flow path exists inside the molded body 12. For this reason, even when the fuel generation units 1_1 and 1_2 are formed of a molded body, the configuration of the present embodiment allows the fuel generation unit 1_1 to be connected to the fuel generation unit 1_1 as in the case where the fuel generation units 1_1 and 1_2 are configured of pellets. The gas pressure pulsation on the gas inflow side of the circulator 3 propagates, and the gas pressure pulsation on the gas outflow side of the circulator 3 propagates to the fuel generator 1_2, so that the fuel generation efficiency of the fuel generators 1_1 and 1_2 is increased. improves.

また、本実施形態では、燃料発生部１＿１に循環器３のガス流入側におけるガスの圧力脈動が伝搬し、燃料発生部１＿２に循環器３のガス流出側におけるガスの圧力脈動が伝搬するので、燃料発生部１＿１及び１＿２の圧力損失が増加することを抑えることができる。このように圧力損失が増加することを抑えることができる理由の詳細について図３を参照して説明する。   Further, in this embodiment, the pressure pulsation of the gas on the gas inflow side of the circulator 3 is propagated to the fuel generator 1_1, and the pressure pulsation of the gas on the gas outflow side of the circulator 3 is propagated to the fuel generator 1_2. It can suppress that the pressure loss of the fuel generation parts 1_1 and 1_2 increases. Details of the reason why the increase in pressure loss can be suppressed will be described with reference to FIG.

燃料発生部１＿１及び１＿２は、上記の（１）式に示す酸化反応と上記の（２）式に示す還元反応が起こる度に体積が変化し、その体積変化に伴ってＦｅを主体とする微粒子がペレットや成型体等から脱落し、例えば図３に示す点線で囲った領域に溜まってガス流路を塞いでしまうおそれがある。ガス流路が塞がると、燃料発生部１＿１及び１＿２での圧力損失が増大してしまうので、循環器３が同じ能力で運転を続けた場合、ガスの循環流量が少なくなり、燃料電池部２の発電量が減少してしまうという問題が生じる。   The fuel generators 1_1 and 1_2 change in volume each time the oxidation reaction shown in the above formula (1) and the reduction reaction shown in the above formula (2) occur, and the fine particles mainly composed of Fe accompanying the volume change. May fall off from the pellets, the molded body, etc., and for example, may accumulate in a region surrounded by a dotted line shown in FIG. 3 and block the gas flow path. When the gas flow path is blocked, the pressure loss in the fuel generating units 1_1 and 1_2 increases. Therefore, if the circulator 3 continues to operate with the same capacity, the gas circulation flow rate decreases, and the fuel cell unit 2 There arises a problem that the amount of power generation decreases.

ところが、本実施形態では、燃料発生部１＿１に循環器３のガス流入側におけるガスの圧力脈動が伝搬し、燃料発生部１＿２に循環器３のガス流出側におけるガスの圧力脈動が伝搬するので、ペレットや成型体等から脱落した微粒子に流動性があり、特定の場所（例えば図３に示す点線で囲った領域）に留まりにくくなっている。このため、燃料発生部１＿１及び１＿２の圧力損失が増加することを抑えることができる。   However, in this embodiment, the pressure pulsation of the gas on the gas inflow side of the circulator 3 is propagated to the fuel generator 1_1, and the pressure pulsation of the gas on the gas outflow side of the circulator 3 is propagated to the fuel generator 1_2. The fine particles dropped off from the pellets or the molded body have fluidity, and are difficult to stay in a specific place (for example, a region surrounded by a dotted line shown in FIG. 3). For this reason, it can suppress that the pressure loss of the fuel generation parts 1_1 and 1_2 increases.

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を図５に示す。本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムは、循環器３をガス流入側とガス流出側とを互いに切り替えることができる循環器にした点を除いて、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムと同一である。 Second Embodiment
FIG. 5 shows a schematic configuration of a fuel cell system according to the second embodiment of the present invention. The fuel cell system according to the second embodiment of the present invention relates to the first embodiment of the present invention except that the circulator 3 is a circulator capable of switching between the gas inflow side and the gas outflow side. It is the same as the fuel cell system.

本実施形態において、循環器３は、燃料発生部１＿１及び１＿２と燃料電池部２との間でガスを図５に示す実線矢印の方向で強制的に循環させることができ、燃料発生部１＿１及び１＿２と燃料電池部２との間でガスを図５に示す点線矢印の方向で強制的に循環させることもできる。   In the present embodiment, the circulator 3 can forcibly circulate the gas between the fuel generators 1_1 and 1_2 and the fuel cell unit 2 in the direction of the solid line arrow shown in FIG. It is also possible to forcibly circulate the gas between 1_2 and the fuel cell unit 2 in the direction of the dotted arrow shown in FIG.

本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムは、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムと同様の効果を奏し、さらに次のような効果も奏する。   The fuel cell system according to the second embodiment of the present invention has the same effects as the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention, and also has the following effects.

循環器３のガス流入側とガス流出側とを互いに切り替えて燃料発生部１＿１及び１＿２のガス流入出方向を反転させると、ガスの流れが反転するので、ペレットや成型体等から脱落して特定の場所（例えば図３に示す点線で囲った領域）に留まっていた微粒子が特定の場所から移動する可能性が高くなる。すなわち、一旦増加した燃料発生部１＿１及び１＿２の圧力損失を回復（減少）させることが期待できる。また、燃料発生部１＿１及び１＿２のガス流入出方向を反転させることにより、燃料発生部１＿１及び１＿２の劣化度合いを近づけることが可能になり、反転させない場合との比較において寿命を長くすることが可能となる。   When the gas inflow side and gas outflow side of the circulator 3 are switched to each other to reverse the gas inflow / outflow direction of the fuel generators 1_1 and 1_2, the gas flow is reversed, so that the gas flows out of the pellet or molded body and is specified. There is a high possibility that the fine particles staying at the location (for example, the region surrounded by the dotted line shown in FIG. 3) will move from the specific location. That is, it can be expected to recover (decrease) the pressure loss of the fuel generators 1_1 and 1_2 once increased. In addition, by reversing the gas inflow / outflow direction of the fuel generators 1_1 and 1_2, it becomes possible to bring the deterioration degree of the fuel generators 1_1 and 1_2 closer, and it is possible to extend the life in comparison with the case where they are not reversed. It becomes.

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を図６及び図７に示す。本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムは、２方向切替バルブＶ１〜Ｖ８を設け、２方向切替バルブＶ１〜Ｖ８の切り替えを利用して 燃料発生部１＿１及び１＿２と燃料電池部２との間の配管経路及び燃料発生部１＿１及び１＿２と循環器３との間の配管経路を切り替えることにより、燃料発生部１＿１及び１＿２のガス流入出方向を反転させることができる点を除いて、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムと同一である。 <Third Embodiment>
A schematic configuration of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention is shown in FIGS. The fuel cell system according to the third embodiment of the present invention includes two-way switching valves V1 to V8, and uses the switching of the two-way switching valves V1 to V8 to connect the fuel generators 1_1 and 1_2 to the fuel cell unit 2. Except that the gas inflow / outflow direction of the fuel generating parts 1_1 and 1_2 can be reversed by switching the piping path between them and the piping path between the fuel generating parts 1_1 and 1_2 and the circulator 3. This is the same as the fuel cell system according to the first embodiment.

２方向切替バルブＶ１〜Ｖ８は、例えば図６及び図７に示すように内部シリンダー１３の移動により第１方向のポート１４、第２方向のポート１５のどちらが開くかを切り替えることができる構成になっている。   For example, as shown in FIGS. 6 and 7, the two-way switching valves V <b> 1 to V <b> 8 can switch between opening the first direction port 14 and the second direction port 15 by moving the internal cylinder 13. ing.

図６に示す状態では、循環器３のガス流入側と燃料電池部２との間に燃料発生部１＿１が配設され、循環器３のガス流出側と燃料電池部２との間に燃料発生部１＿２が配設されることになり、図７に示す状態では、循環器３のガス流入側と燃料電池部２との間に燃料発生部１＿２が配設され、循環器３のガス流出側と燃料電池部２との間に燃料発生部１＿１が配設されることになる。そして、燃料発生部１＿１及び１＿２のそれぞれにおいて、図６に示す状態と図７に示す状態とでガス流入出方向が反転している。   In the state shown in FIG. 6, the fuel generator 1 </ b> _ <b> 1 is disposed between the gas inflow side of the circulator 3 and the fuel cell unit 2, and the fuel is generated between the gas outflow side of the circulator 3 and the fuel cell unit 2. 7 is disposed, and in the state shown in FIG. 7, the fuel generation unit 1_2 is disposed between the gas inflow side of the circulator 3 and the fuel cell unit 2, and the gas outflow side of the circulator 3 Between the fuel cell unit 2 and the fuel cell unit 2 is disposed. In each of the fuel generating units 1_1 and 1_2, the gas inflow / outflow direction is reversed between the state shown in FIG. 6 and the state shown in FIG.

したがって、本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムは、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムと同様の効果を奏する。   Therefore, the fuel cell system according to the third embodiment of the present invention has the same effects as the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention.

＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を図８に示す。本発明の第４実施形態に係る燃料電池システムは、燃料発生部１＿１、ヒーター４＿１、及び容器４＿１を複数組備え、燃料発生部１＿２、ヒーター４＿２、及び容器４＿２を複数組備え、複数の燃料発生部１＿１の中から循環器３のガス流入側と燃料電池部２との間に配設される燃料発生部を選択し、複数の燃料発生部１＿２の中から循環器３のガス流出側と燃料電池部２との間に配設される燃料発生部を選択するための開閉バルブ１６を複数備える点を除き、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムと同一である。 <Fourth embodiment>
FIG. 8 shows a schematic configuration of a fuel cell system according to the fourth embodiment of the present invention. The fuel cell system according to the fourth embodiment of the present invention includes a plurality of fuel generators 1_1, heaters 4_1, and containers 4_1, and includes a plurality of fuel generators 1_2, heaters 4_2, and containers 4_2, and generates a plurality of fuels. The fuel generation part disposed between the gas inflow side of the circulator 3 and the fuel cell part 2 is selected from the part 1_1, and the gas outflow side of the circulator 3 and the fuel are selected from the plurality of fuel generation parts 1_2. The fuel cell system is the same as the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention except that a plurality of on-off valves 16 for selecting a fuel generation unit disposed between the battery unit 2 and the battery unit 2 are provided.

本発明の第４実施形態に係る燃料電池システムは、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムと同様の効果を奏し、さらに例えば開閉バルブ１６の開閉によって選択される燃料発生部を順次切り替えることにより長時間連続して発電を行うことが可能となるという効果も奏する。また、使用中でない燃料発生部を新たなものと容易に交換することができる。   The fuel cell system according to the fourth embodiment of the present invention has the same effect as that of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention, and further sequentially switches the fuel generator selected by, for example, opening / closing of the opening / closing valve 16. As a result, there is also an effect that power generation can be performed continuously for a long time. Moreover, the fuel generating part which is not in use can be easily replaced with a new one.

なお、各燃料発生部は開閉バルブ１６の開閉によって燃料電池部２と別の不図示の燃料電池や電気分解器との間でもガスの循環が可能であることが好ましい。このような構成にすれば、例えば、燃料電池部２が発電動作を行っている期間であっても、開閉バルブ１６の開閉によって選択されていない燃料発生部を燃料電池部２と別の不図示の燃料電池や電気分解器を用いて再生することが可能になる。   Each fuel generator is preferably capable of circulating gas between the fuel cell unit 2 and another fuel cell or electrolyzer (not shown) by opening and closing the on-off valve 16. With such a configuration, for example, a fuel generation unit that is not selected by opening / closing of the opening / closing valve 16 is not shown separately from the fuel cell unit 2 even during a period in which the fuel cell unit 2 performs a power generation operation. It is possible to regenerate using a fuel cell or an electrolyzer.

＜変形例＞
上述した各実施形態においては、燃料電池部２の電解質膜２Ａとして固体酸化物電解質を用いて、発電の際に燃料極２Ｂ側で水を発生させるようにする。この構成によれば、燃料発生部１が設けられた側で水を発生するため、装置の簡素化や小型化に有利である。一方、特開２００９−９９４９１号公報に開示された燃料電池のように、燃料電池部２の電解質膜２Ａとして水素イオンを通す固体高分子電解質を用いることも可能である。但し、この場合には、発電の際に燃料電池部２の酸化剤極である空気極２Ｃ側で水が発生されることになるため、この水を燃料発生部１＿１及び１＿２に伝搬する流路を設ければよい。また、上述した各実施形態では、１つの燃料電池部２が発電も水の電気分解も行っているが、燃料電池（例えば発電専用の固体酸化物燃料電池）と水の電気分解器（例えば水の電気分解専用の固体酸化物燃料電池）が燃料発生部１＿１及び１＿２に対してガス流路上並列に接続される構成にしてもよい。 <Modification>
In each of the embodiments described above, a solid oxide electrolyte is used as the electrolyte membrane 2A of the fuel cell unit 2, and water is generated on the fuel electrode 2B side during power generation. According to this configuration, water is generated on the side where the fuel generation unit 1 is provided, which is advantageous for simplification and miniaturization of the apparatus. On the other hand, as a fuel cell disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-99491, a solid polymer electrolyte that allows hydrogen ions to pass through may be used as the electrolyte membrane 2A of the fuel cell unit 2. However, in this case, since water is generated on the air electrode 2C side which is the oxidant electrode of the fuel cell unit 2 during power generation, the flow path for propagating this water to the fuel generating units 1_1 and 1_2. May be provided. In each of the above-described embodiments, one fuel cell unit 2 performs both power generation and water electrolysis. However, a fuel cell (for example, a solid oxide fuel cell dedicated to power generation) and a water electrolyzer (for example, water) The solid oxide fuel cell dedicated for electrolysis) may be connected in parallel on the gas flow path to the fuel generators 1_1 and 1_2.

また、上述した各実施形態では、燃料電池部２の燃料を水素にしているが、一酸化炭素や炭化水素など水素以外の還元性ガスを燃料電池部２の燃料として用いても構わない。   Moreover, in each embodiment mentioned above, although the fuel of the fuel cell part 2 is made into hydrogen, you may use reducing gas other than hydrogen, such as carbon monoxide and a hydrocarbon, as a fuel of the fuel cell part 2. FIG.

また、上述した各実施形態では、酸化剤ガスに空気を用いているが、空気以外の酸化剤ガスを用いても構わない。   Moreover, in each embodiment mentioned above, although air is used for oxidant gas, you may use oxidant gas other than air.

１＿１、１＿２ 燃料発生部
２ 燃料電池部
２Ａ 電解質膜
２Ｂ 燃料極
２Ｃ 空気極
３ ポンプ
４、４＿１、４＿２ ヒーター
５、６、６＿１、６＿２ 容器
７ 配管
８ 電源
９ 負荷
１０ 球状ペレット
１１ 仕切板
１２ 成型体
１３ 内部シリンダー
１４ 第１のポート
１５ 第２のポート
１６ 開閉バルブ
ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチ
Ｖ１〜Ｖ８ ２方向切替バルブ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1_1, 1_2 Fuel generating part 2 Fuel cell part 2A Electrolyte membrane 2B Fuel electrode 2C Air electrode 3 Pump 4, 4_1, 4_2 Heater 5, 6, 6_1, 6_2 Container 7 Piping 8 Power supply 9 Load 10 Spherical pellet 11 Partition plate 12 Molded body 13 Internal cylinder 14 First port 15 Second port 16 Open / close valve SW1, SW2 switch V1-V8 Two-way switching valve

Claims (5)

酸化性ガスとの酸化反応によって燃料を発生する微粒子を含む燃料発生部を複数備え、
前記燃料発生部から供給される前記燃料を用いて発電を行う燃料電池部と、
前記燃料発生部と前記燃料電池部との間でガスを機械的なエネルギーを用いて強制的に循環させる循環器とを備え、
前記循環器のガス流入側と前記燃料電池部との間に前記燃料発生部を少なくとも一つ配設し、前記循環器のガス流出側と前記燃料電池部との間に前記燃料発生部を少なくとも一つ配設することを特徴とする燃料電池システム。 Provided with a plurality of fuel generating parts containing fine particles that generate fuel by oxidation reaction with oxidizing gas,
A fuel cell unit that generates power using the fuel supplied from the fuel generation unit;
A circulator that forcibly circulates gas between the fuel generator and the fuel cell using mechanical energy;
At least one fuel generating unit is disposed between the gas inflow side of the circulator and the fuel cell unit, and at least the fuel generating unit is disposed between the gas outflow side of the circulator and the fuel cell unit. One fuel cell system is provided. 第１の開口及び第２の開口が設けられている容器を複数備え、
前記容器各々が各々の前記燃料発生部を収容し、
前記燃料発生部のガス流入出方向を反転させることができ、
前記燃料発生部のガス流入出方向が正転方向のときに各々の前記第１の開口がガス供給口となり各々の前記第２の開口がガス排出口となり、
前記燃料発生部のガス流入出方向が逆転方向のときに各々の前記第１の開口がガス排出口となり各々の前記第２の開口がガス供給口となることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 A plurality of containers provided with a first opening and a second opening;
Each of the containers accommodates each of the fuel generators;
The gas inflow / outflow direction of the fuel generating part can be reversed ,
When the gas inflow / outflow direction of the fuel generating portion is the forward rotation direction, each of the first openings serves as a gas supply port, and each of the second openings serves as a gas discharge port,
The said 1st opening becomes a gas exhaust port, and each said 2nd opening becomes a gas supply port when the gas inflow / outflow direction of the said fuel generation part is a reverse rotation direction, The said 2nd opening becomes a gas supply port. Fuel cell system. 前記燃料発生部と前記燃料電池部との間の配管経路及び前記燃料発生部と前記循環器との間の配管経路を切り替えることにより、前記燃料発生部のガス流入出方向を反転させることができる請求項２に記載の燃料電池システム。   By switching the piping path between the fuel generation unit and the fuel cell unit and the piping path between the fuel generation unit and the circulator, the gas inflow / outflow direction of the fuel generation unit can be reversed. The fuel cell system according to claim 2. 前記循環器がガス流入側とガス流出側とを互いに切り替えることができる循環器であり、
前記循環器のガス流入側とガス流出側とを互いに切り替えることにより、前記燃料発生部のガス流入出方向を反転させることができる請求項２に記載の燃料電池システム。 The circulator is a circulator capable of switching between a gas inflow side and a gas outflow side,
The fuel cell system according to claim 2, wherein the gas inflow / outflow direction of the fuel generation unit can be reversed by switching between the gas inflow side and the gas outflow side of the circulator. 前記循環器のガス流入側と前記燃料電池部との間に配設され、前記燃料電池部からガスが供給され前記循環器にガスを供給する前記燃料発生部を選択し、前記循環器のガス流出側と前記燃料電池部との間に配設され、前記循環器からガスが供給され前記燃料電池部にガスを供給する前記燃料発生部を選択する選択部を備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。   The fuel generator is disposed between the gas inflow side of the circulator and the fuel cell unit, the gas is supplied from the fuel cell unit and the gas is supplied to the circulator, and the gas of the circulator is selected. Any one of Claims 1-4 provided with the selection part which is arrange | positioned between the outflow side and the said fuel cell part, and selects the said fuel generation part which supplies gas from the said circulator and supplies gas to the said fuel cell part. A fuel cell system according to claim 1.
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