(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスが供給される燃料極と空気が供給される空気極とを有する燃料電池を用いた発電装置であって、
前記燃料ガスが流通する燃料ガス管路と、
該燃料ガス管路の外側を覆い、前記燃料ガス管路の周壁との間に前記燃料ガス管路に沿って延びる空気流路を形成するカバーと、
前記カバーに形成され、前記空気流路に空気を流入させるための空気流入孔と、
前記空気流路に露出した前記空気極よりも下流側に設けられ、前記燃料ガス管路と前記空気流路とを互いに連通させる空気流出孔とを備え、
前記空気流入孔は、大気に解放され、
前記空気極は、前記空気流路内であって前記空気流入孔と前記空気流出孔との間に配設されていることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記燃料極は、前記燃料ガス管路を構成する内管を形成し、
前記カバーは、前記空気流路を構成する外管を形成し、
該外管は、前記内管と二重管構造を形成しつつ、前記内管とともに前記燃料ガス管路を構成する燃料ガス管に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記空気流入孔が複数個形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項４】
前記燃料ガスは、車両の排ガスであることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスを燃料電池の燃料極に供給して発電するための発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質を介した燃料極及び空気極からなっている。ここに燃料ガス等を供給して発電が行われる。特に固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）は、固体酸化物からなる電解質に燃料極（水素極）と空気極（酸素極）とを接合等したもので、燃料極に燃料ガスを、空気極に空気等をそれぞれ供給して、高出力の電力を発生することができる。また、固体酸化物型燃料電池は、水素ガスだけでなく、一酸化炭素を多量に含むガス（例えば自動車等の内燃機関により駆動する車両の排ガス）も燃料ガスとして使用できる。
【０００３】
このような固体酸化物型燃料電池が特許文献１に記載されている。この電池は、燃料極と空気極とが別々の室にさらされていて、それぞれの室にて水素及び酸素を供給されている。このような構造は２室型といわれる。この２室型のＳＯＦＣを排気ガスが流通する排ガス管に設置した場合、燃料極側は排ガスの流れを利用して水素を取り込み、空気極側はポンプ等を用いて酸素を室内に送り込んでいた。
【０００４】
しかしながら、空気極に空気中の酸素を供給するためにポンプ等を用いることは、装置が大型化するため好ましくない。ポンプ等を省略するために、空気極を大気にさらしてもよいが、空気極の保護の観点から、空気極は室内に配置した方が好ましい。したがって、空気極を室内に配置した状態で、他の空気供給装置を必要としないで効率よく空気極に空気中の酸素を供給する方法が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１５６２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、空気極を室内に配置した状態で、他の空気供給装置を必要としないで効率よく空気極に空気中の酸素を供給することができる発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、請求項１の発明では、燃料ガスが供給される燃料極と空気が供給される空気極とを有する燃料電池を用いた発電装置であって、前記燃料ガスが流通する燃料ガス管路と、該燃料ガス管路の外側を覆い、前記燃料ガス管路の周壁との間に前記燃料ガス管路に沿って延びる空気流路を形成するカバーと、前記カバーに形成され、前記空気流路に空気を流入させるための空気流入孔と、前記空気流路に露出した前記空気極よりも下流側に設けられ、前記燃料ガス管路と前記空気流路とを互いに連通させる空気流出孔とを備え、前記空気流入孔は、大気に解放され、前記空気極は、前記空気流路内であって前記空気流入孔と前記空気流出孔との間に配設されていることを特徴とする発電装置を提供する。
【０００８】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記燃料極は、前記燃料ガス管路を構成する内管を形成し、前記カバーは、前記空気流路を構成する外管を形成し、該外管は、前記内管と二重管構造を形成しつつ、前記内管とともに前記燃料ガス管路を構成する燃料ガス管に固定されていることを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明では、請求項１の発明において、前記空気流入孔が複数個形成されていることを特徴としている。
請求項４の発明では、請求項１の発明において、前記燃料ガスは、車両の排ガスであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、空気流路の下流側に燃料ガス管路と連通する空気流出孔が備わるため、燃料ガス管路を燃料ガスが高速で流通している場合、空気流出孔を介して負圧が生じ、空気流路の空気が燃料ガス管路に流出する。これにより、空気流路に一方向の流れが生じ、空気極に効率よく空気を供給することができ、発電効率を向上させることができる。また、この空気の流れは負圧を利用した緩やかなものであるため、空気によって燃料ガスが冷やされることはなく、高温での発電を可能にできる。したがって、さらに発電効率を向上させることができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、内管に燃料ガスを流通させ、外管に空気を流通させる二重管構造とするため、装置全体としてコンパクトにすることができる。また、外管が燃料ガスの流通方向における前後に配置された燃料ガス管に固定されるため、外管は強度のみを考慮した材質で形成すればよいため、使用による劣化を防止することができる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、空気流入口が複数個形成されているため、多くの空気を空気流路に導入することができ、空気極に効率よく空気を供給することができる。
請求項４の発明によれば、燃料ガスを車両の排ガスとすることで、排ガス中の炭化水素等を利用できる。さらには排ガスの流速の速さを利用して、空気流出孔を介した負圧による空気の流れも形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る発電装置の概略断面図である。
【図２】本発明に係る別の発電装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に示すように、本発明に係る発電装置１は、燃料電池２と、燃料ガス管路３と、空気流路４とを備えている。燃料電池２は、燃料極５と空気極６、及びこれらの間に密着している電解質７とを有している。燃料極５は、燃料ガス管路３に露出している。燃料極５には、燃料ガス管路３を矢印Ｂ方向に流れている燃料ガスが供給される。空気極６は、空気流路４に露出している。空気極６には、空気流路４を矢印Ａ方向に流れている空気が供給される。これにより、空気極６は空気中の酸素を還元し、還元された酸素イオンが電解質７を通り、燃料極５で燃料ガス中の水素と反応して水を生成する。このとき、燃料極５で生じた電子が回路（不図示）を移動して、空気極６で再び酸素をイオン化するとともに、回路に電流が流れて発電される。電解質７は、例えば固体酸化物である。このように固体酸化物を用いた場合、燃料電池２は固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）となる。特に、燃料ガスとして排ガスを利用する場合は、高温に耐えられ、触媒が不要であり、出力密度の高さから小型化できるため、ＳＯＦＣを用いることが好ましい。排ガスを用いる場合、燃料ガス管路３の燃料極５よりも上流側に燃料改質材を設けておくことが好ましい。この燃料改質材は、排ガス中の炭化水素や水等を水素に変換するためのものであり、水素濃度を向上させるものである。
【００１５】
燃料ガス管路３は中空円筒状の内管８で形成されている。空気流路４は内管８の周壁８ａを介して燃料ガス管路３と隔てられ、周壁８ａの一部を覆うカバー９で囲まれて形成されている。すなわち、空気流路４は周壁８ａとカバー９にて形成されている。カバー９には、空気を空気流路４に導入させるための空気流入孔１０が設けられている。したがって、空気流路４においては空気流入孔１０側が上流端となる。空気流路４に露出する空気極６よりも下流側（図では空気流路４の下流端）における内管８には、空気流路４と燃料ガス管路３とを連通させるための空気流出孔１１が設けられている。
【００１６】
このように、空気流路４の下流側に燃料ガス管路３と連通する空気流出孔１１が備わるため、燃料ガス管路３を燃料ガスが高速で流通している場合、空気流出孔１１を介して負圧が生じ、空気流路４の空気が燃料ガス管路３に流出する。これにより、空気流路４に一方向の流れが生じ、空気極６に効率よく空気を供給することができる。したがって、発電効率を向上させることができる。また、この空気の流れは負圧を利用した緩やかなものであるため、空気によって燃料ガスが冷やされることはなく、高温での発電を可能にできる。したがって、さらに発電効率を向上させることができる。空気の流れがゆるやかであっても、空気中には約２１％の酸素が存在しているため、問題はない。また、燃料ガスとして車両の排ガスを利用した場合は、排ガスの流速の速さを利用して、空気流出孔１１を介した負圧による空気の流れも容易に形成できる。この場合、燃料極５には排ガス中の炭化水素等が供給される。
【００１７】
図２に示すように、カバー９を内管８よりも径が大きい中空円筒状とし、内管８とともに二重管構造とし、いわゆるチューブ型としてもよい。この場合、カバー９は内管８に対して外管となる。内管８と外管９との間に形成された空気流路４の両端面は、蓋１３で塞がれている。空気流路４における下流側の蓋１３に、空気流出孔１１が形成されている。このように、二重管構造を有するチューブ型の発電装置１は、燃料ガスが流通する燃料ガス管１２の途中に配設される。すなわち、燃料ガス管路３は、内管８と、この内管８と連続して両側に延びている燃料ガス管１２とで形成されている。外管９は、その両端部において燃料ガス管１２に固定されている。図の場合、燃料極５が内管８を兼ねている。すなわち、燃料極５は中空円筒状に形成され、燃料ガス管路３を形成している。なお、管状の蓋１３に形成された中心孔１３ａも内管８の一部を形成している。
【００１８】
このように、内管８に燃料ガスを流通させ、外管９に空気を流通させる二重管構造とするため、装置全体としてコンパクトにすることができる。また、外管９が燃料ガスの流通方向における前後に配置された燃料ガス管１２に固定されるため、外管９は強度のみを考慮した材質で形成すればよいため、使用による劣化を防止することができる。例えば、金属や高強度のセラミック等を利用できる。なお、空気流入口１０を複数個設けてもよい。これにより、多くの空気を空気流路４に導入することができ、空気極６に効率よく空気を供給することができる。
【符号の説明】
【００１９】
１  発電装置
２  燃料電池
３  燃料ガス管路
４  空気流路
５  燃料極
６  空気極
７  電解質
８  内管
８ａ  周壁
９  カバー（外管）
１０  空気流入孔
１１  空気流出孔
１２  燃料ガス管
１３  蓋
１３ａ  中心孔
【図１】
0005624790.tif 000002
【図２】
0005624790.tif 000003