(57)【要約】【課題】高温場において温度を検出せず、メンテナンスが容易で、高温型燃料電池が発電するために必要な高温場の維持を容易とする高温型燃料電池の温度検知システムを提供すること。【解決手段】高温型燃料電池の温度検知システム１は、容器内温度伝達部材３０と、伝達部材断熱材４０とを備える。容器内温度伝達部材３０は、熱伝導性を有する材料により構成され、断熱壁２１の貫通孔２２を貫通して一端部が燃料電池収容空間２３内に配置され他端部が断熱壁２１の外部空間に配置される。伝達部材断熱材４０は、断熱材により構成され、容器内温度伝達部材３０の一端部から他端部に至るまで容器内温度伝達部材３０の外周を覆う。また、伝達部材断熱材４０は、断熱壁２１の貫通孔２２の開口の全周に亘って断熱壁２１に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温型燃料電池と、
貫通孔が形成された断熱壁と前記断熱壁により取り囲まれた燃料電池収容空間とを有し、前記断熱壁により前記燃料電池収容空間が前記断熱壁の外部空間に対して断熱されると共に密閉され、前記燃料電池収容空間に前記高温型燃料電池が収納される容器と、
熱伝導性を有する材料により構成され、前記断熱壁の貫通孔を貫通して一端部が前記燃料電池収容空間内に配置され他端部が前記断熱壁の外部空間に配置された容器内温度伝達部材と、
断熱材により構成され、前記容器内温度伝達部材の一端部から他端部に至るまで前記容器内温度伝達部材の外周を覆う伝達部材断熱材と、を備え、
前記伝達部材断熱材は、前記断熱壁の貫通孔の開口の全周に亘って前記断熱壁に接続されている高温型燃料電池の温度検知システム。
【請求項２】
前記伝達部材断熱材は、前記断熱壁の貫通孔の開口に圧入されることにより前記断熱壁に接続されている請求項１に記載の高温型燃料電池の温度検知システム。
【請求項３】
前記伝達部材断熱材は、前記断熱壁と一体成形されている請求項１に記載の高温型燃料電池の温度検知システム。
【請求項４】
前記燃料電池収容空間に配置される前記伝達部材断熱材の周面が、耐熱性材料により取り囲まれることにより、前記伝達部材断熱材の外形は保持されている請求項１〜請求項３のいずれかに記載の高温型燃料電池の温度検知システム。
【請求項５】
前記断熱材は、珪藻土、又は、シリカ若しくはアルミナの微粒子により構成されている請求項１〜請求項４のいずれかに記載の高温型燃料電池の温度検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温型燃料電池が発電するために必要な高温場を維持するための高温型燃料電池の温度検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池には、水素ガス及び空気が供給される。そして、供給された水素と空気中の酸素とが化学反応し、発電が行われる。例えば、ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）の場合には、セラミックスのセルが用いられ、高温場で燃料ガスと酸化ガスとが化学反応することによって発電が行われる。
【０００３】
燃料電池がＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）等の高温型の燃料電池により構成される場合には、燃料電池において発電を行う時の温度である運転温度は、７００℃〜１０００℃と高温である。また、燃料電池において発電を行うためには、この高温を維持する必要がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−４０８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料電池において発電を行うための高温を維持して、セルを破損しないようにするためには、高温場の温度を検出するための種々のセンサが必要となる。これにより、燃料電池システムの制御が複雑化し、燃料電池システムが高コスト化する。
【０００６】
また、高温場で熱電対を用いて高温場の温度を検出すると、熱電対の劣化が進行しやすい。また、劣化した熱電対を交換する際には、高温場に配置された燃料電池等を、常温まで冷却する必要があり、常温まで冷却されないと、劣化した熱電対の交換等のメンテナンスをすることはできない。
【０００７】
本発明は、高温場において温度を検出せず、メンテナンスが容易で、高温型燃料電池が発電するために必要な高温場の維持を容易とする高温型燃料電池の温度検知システム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】
【０００８】
本発明は、高温型燃料電池と、貫通孔が形成された断熱壁と前記断熱壁により取り囲まれた燃料電池収容空間とを有し、前記断熱壁により前記燃料電池収容空間が前記断熱壁の外部空間に対して断熱されると共に密閉され、前記燃料電池収容空間に前記高温型燃料電池が収納される容器と、熱伝導性を有する材料により構成され、前記断熱壁の貫通孔を貫通して一端部が前記燃料電池収容空間内に配置され他端部が前記断熱壁の外部空間に配置された容器内温度伝達部材と、断熱材により構成され、前記容器内温度伝達部材の一端部から他端部に至るまで前記容器内温度伝達部材の外周を覆う伝達部材断熱材と、を備え、前記伝達部材断熱材は、前記断熱壁の貫通孔の開口の全周に亘って前記断熱壁に接続されている高温型燃料電池の温度検知システムに関する。
【０００９】
また、前記伝達部材断熱材は、前記断熱壁の貫通孔の開口に圧入されることにより前記断熱壁に接続されていることが好ましい。また、前記伝達部材断熱材は、前記断熱壁と一体成形されていることが好ましい。
【００１０】
また、前記燃料電池収容空間に配置される前記伝達部材断熱材の周面が、耐熱性材料により取り囲まれることにより、前記伝達部材断熱材の外形は保持されていることが好ましい。
【００１１】
また、前記断熱材は、珪藻土、又は、シリカ若しくはアルミナの微粒子により構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高温場において温度を検出せず、メンテナンスが容易で、高温型燃料電池が発電するために必要な高温場の維持を容易とする高温型燃料電池の温度検知システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態による高温型燃料電池の温度検知システム１を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態による高温型燃料電池の温度検知システム１の断熱壁２１と断熱管４０とを示す概略図である。
【図３】本発明の第２実施形態による高温型燃料電池の温度検知システムの断熱壁１２１と断熱管１４０とを示す概略図である。
【図４】本発明の第３実施形態による高温型燃料電池の温度検知システムの断熱壁２１と断熱管４０と形状保持管２５０とを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の第１実施形態に係る高温型燃料電池の温度検知システムについて図１〜図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態による高温型燃料電池の温度検知システム１を示す概略図である。図２は、本発明の第１実施形態による高温型燃料電池の温度検知システム１の断熱壁２１と断熱管４０とを示す概略図である。
【００１５】
図１に示すように、高温型燃料電池の温度検知システム１は、燃料電池１０と、容器２０と、容器内温度伝達部材としての金属ロッド３０と、伝達部材断熱材としての断熱管４０とを備えている。
【００１６】
燃料電池１０は、高温型の燃料電池であるＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）である。燃料電池１０においては、水素と、空気中の酸素とが反応することにより、発電が行われる。燃料電池１０において発電を行う時の温度である運転温度は、７００℃〜１０００℃と高温である。燃料電池１０によって発電された電気は、パワーコンディショナ（図示せず）に送られ、ＡＣ電圧に変換される。
【００１７】
容器２０は、断熱壁２１により取り囲まれた燃料電池収容空間２３を有する中空の箱状を有している。断熱壁２１は、珪藻土や、シリカ又はアルミナの微粒子により構成された断熱材により構成されている。断熱壁２１の一部には貫通孔２２が形成されている。燃料電池収容空間２３には、燃料電池１０が収納される。貫通孔２２には、金属ロッド３０及び断熱管４０が貫通する。また、断熱管４０には金属ロッド３０が貫通する。これにより貫通孔２２は、塞がれている。従って、断熱壁２１、金属ロッド３０、及び断熱管４０により、燃料電池収容空間２３は、断熱壁２１の外部空間に対して断熱されると共に、密閉されている。
【００１８】
また、燃料電池収容空間２３内には、燃焼炉等により構成される加熱装置（図示せず）が設けられている。加熱装置により加熱されることにより、燃料電池収容空間２３内は、７００℃〜１０００℃の高温場とされる。そして、燃料電池収容空間２３は、断熱壁２１の外部空間に対して断熱されているため、高温場は維持される。
【００１９】
金属ロッド３０は、円柱状を有しており、熱伝導性を有する材料により構成されている。具体的には、金属ロッド３０は、銅、ニッケル、タングステン、金、銀、白金、鉄、チタン、ＳＵＳ鋼等により構成されており、これらを混合して構成してもよい。また、金属ロッド３０の表面には、耐酸化性向上のために、コバルトまたはニッケルをメッキしたものを使用してもよい。金属ロッド３０は、断熱壁２１の貫通孔２２を貫通している。金属ロッド３０の一端部は、燃料電池収容空間２３内の高温場であって、燃料電池１０の近傍の温度測定が必要な場所に配置されている。具体的には、金属ロッド３０の一端部は、燃料電池１０を構成するセルのスタックの表面や、加熱装置（図示せず）等の近傍に配置される。金属ロッド３０の他端部は、断熱壁２１の外部空間に配置されている。金属ロッド３０の他端部には、温度検出器３１が接続される。この温度検出器３１は、高温場では使用できず低温場で使用可能なサーモスタット等により構成されるものであり、温度変化によりＯＮ／ＯＦＦの切替えの制御を行うことができる。
【００２０】
断熱管４０は、筒状を有しており、容器２０の断熱壁２１と同一の断熱材、即ち、珪藻土や、シリカ又はアルミナの微粒子により構成された断熱材により構成されている。断熱管４０の外径は、後述のように断熱管４０が断熱壁２１の貫通孔２２の開口に圧入される前には、断熱壁２１の貫通孔２２の直径よりも僅かに大きい。断熱管４０は、断熱壁２１の貫通孔２２の開口に圧入されることにより、断熱壁２１の貫通孔２２の開口の全周に亘って、断熱壁２１に接続され固定されている。断熱管４０の内径は、金属ロッド３０の外径に一致している。断熱管４０は、金属ロッド３０の一端部から他端部に至るまで金属ロッド３０を覆っている。但し、金属ロッド３０の一端面、及び、当該一端面に接続されている周面の一部は、断熱管４０に覆われておらず、露出している。同様に、金属ロッド３０の他端面、及び、当該他端面に接続されている周面の一部は、断熱管４０に覆われておらず、露出している。
【００２１】
上記構成の高温型燃料電池の温度検知システム１によれば以下の効果を得ることができる。
高温型燃料電池の温度検知システム１は、熱伝導性を有する材料により構成され、断熱壁２１の貫通孔２２を貫通して一端部が燃料電池収容空間２３内に配置され他端部が断熱壁２１の外部空間に配置された容器内温度伝達部材としての金属ロッド３０と、断熱材により構成され、金属ロッド３０の一端部から他端部に至るまで金属ロッド３０の外周を覆う伝達部材断熱材としての断熱管４０と、を備える。断熱管４０は、断熱壁２１の貫通孔２２の開口の全周に亘って断熱壁２１に接続されている。
【００２２】
このため、金属ロッド３０を介して、燃料電池収容空間２３内の高温場であって燃料電池１０の近傍の温度測定が必要な場所の大まかな温度を、高温場ではない低温の断熱壁２１の外部空間において、検出することができる。この結果、温度を検出するために、高温場では使用できず低温場で使用可能なサーモスタット等の温度検出器３１を用いることができ、所定の温度の閾値を境界としたＯＮとＯＦＦとの切替えの制御を、安価且つ簡素化された構成で実現することができる。
【００２３】
また、温度の検出を断熱壁２１の外部空間において行うことができるため、温度検出器３１のメンテナンスを断熱壁２１の外部空間において行うことができる。従って、温度検出器３１を交換する場合であっても、燃料電池収容空間２３内の高温場を一旦低温とする必要はなく、メンテナンスを容易とすることができる。また、このような構成により、高温型の燃料電池１０が発電するために必要な高温場の維持を、容易とすることができる。
【００２４】
また、断熱管４０は、容器２０の断熱壁２１と同一の断熱材により構成されているため、断熱管４０と容器２０の断熱壁２１とを同一の熱膨張率とすることができる。このため、断熱管４０と容器２０の断熱壁２１との間に隙間が生ずることを抑えることができる。
【００２５】
また、伝達部材断熱材としての断熱管４０は、断熱壁２１の貫通孔２２の開口に圧入されることにより断熱壁２１に接続されている。このため、燃料電池収容空間２３を、断熱壁２１の外部空間に対して、確実に断熱すると共に、確実に密閉することができる。
【００２６】
また、断熱壁２１及び断熱管４０に用いられる断熱材は、珪藻土、又は、シリカ若しくはアルミナの微粒子により構成されており、材料の熱伝導率が低く、空気の入った微細な空隙を形成することから断熱の効果を高めることができる。
【００２７】
次に、本発明の第２実施形態に係る高温型燃料電池の温度検知システムについて図３を参照しながら説明する。図３は、本発明の第２実施形態による高温型燃料電池の温度検知システムの断熱壁１２１と断熱管１４０とを示す概略図である。
【００２８】
第２実施形態については、主として、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同様な構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。第２実施形態において、特に説明しない点は、第１実施形態についての説明が適宜適用される。また、第２実施形態においても、第１実施形態と同様な効果が奏される。
【００２９】
第２実施形態に係る高温型燃料電池の温度検知システムでは、断熱壁１２１及び断熱管１４０の構成が第１実施形態に係る高温型燃料電池の温度検知システム１の断熱壁２１及び断熱管４０の構成とは異なる。これ以外の構成は第１実施形態に係る高温型燃料電池の温度検知システム１の構成と同一である。
【００３０】
伝達部材断熱材としての断熱管１４０は、断熱壁１２１と一体成形されている。断熱管１４０と断熱壁１２１とは、同一の断熱材料により構成されている。このように、伝達部材断熱材としての断熱管１４０は、断熱壁１２１と一体成形されているため、断熱管１４０及び断熱壁１２１の製造を容易とすることができる。
【００３１】
次に、本発明の第３実施形態に係る高温型燃料電池の温度検知システムについて図４を参照しながら説明する。図４は、本発明の第３実施形態による高温型燃料電池の温度検知システムの断熱壁２１と断熱管４０と形状保持管２５０とを示す概略図である。
【００３２】
第３実施形態については、主として、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同様な構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。第３実施形態において、特に説明しない点は、第１実施形態についての説明が適宜適用される。また、第３実施形態においても、第１実施形態と同様な効果が奏される。
【００３３】
第３実施形態に係る高温型燃料電池の温度検知システムは、形状保持管２５０を有する点において、第１実施形態に係る高温型燃料電池の温度検知システム１とは異なる。これ以外の構成は第１実施形態に係る高温型燃料電池の温度検知システム１の構成と同一である。
【００３４】
形状保持管２５０は、筒状を有しており、形状保持管２５０の内径は、断熱管４０の外径と同一である。形状保持管２５０は、燃料電池収容空間２３に配置される断熱管４０の部分の外表面であって、断熱管４０の軸方向における端面以外の周面の全体を、取り囲むようにして設けられている。形状保持管２５０は、燃料電池１０の運転温度である７００℃〜１０００℃程度の高温に耐えることができる耐熱性の材料により構成されている。具体的には、本実施形態では、形状保持管２５０は、例えばＳＵＳ鋼等により構成されている。このような形状保持管２５０により、断熱管４０の外郭を保持することができるため、燃料電池１０の運転温度である７００℃〜１０００℃程度の高温において、断熱管４０の外形を保持することができる。
【００３５】
本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲において変形が可能である。例えば、本実施形態では、燃料電池１０としてＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）が用いられたが、ＳＯＦＣに限定されない。高温型燃料電池であればよい。
【００３６】
また、容器及び断熱壁の形状は、本実施形態の容器２０及び断熱壁２１の形状に限定されない。また、容器内温度伝達部材として金属ロッド３０を用いたが、容器内温度伝達部材は、金属ロッド３０に限定されない。容器内温度伝達部材は、熱伝導性を有する材料により構成され、断熱壁２１の貫通孔２２を貫通して、一端部が燃料電池収容空間２３内に配置され他端部が断熱壁２１の外部空間に配置されていればよい。
【００３７】
また、伝達部材断熱材としての断熱管４０を用いたが、断熱管４０に限定されない。伝達部材断熱材は、断熱材により構成され、容器内温度伝達部材の一端部から他端部に至るまで容器内温度伝達部材の外周を覆う構成を有し、且つ、断熱壁２１の貫通孔２２の開口の全周に亘って断熱壁２１に接続されていればよい。
【００３８】
また、形状保持管２５０が用いられたが、形状保持管２５０に限定されない。燃料電池収容空間２３に配置される伝達部材断熱材の周面が、耐熱性材料により取り囲まれることにより、伝達部材断熱材の外形は保持されていればよい。
【符号の説明】
【００３９】
１  高温型燃料電池の温度検知システム
１０  燃料電池
２０、１２０  容器
２１、１２１  断熱壁
２２  貫通孔
３０  金属ロッド（容器内温度伝達部材）
４０、１４０  断熱管（伝達部材断熱材）
２５０  形状保持管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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