(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と空気極に挟持された電解質を有して、高温の燃料ガスが通流する燃料ガス流路内部において単室型燃料電池として電力を発生する燃料電池セルと、前記燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられたＰ型熱電素子およびＮ型熱電素子を有し、
前記Ｐ型熱電素子が前記燃料電池セルの空気極として動作し、または前記Ｎ型熱電素子が前記燃料電池セルの燃料極として動作し、
前記Ｐ型熱電素子と前記Ｎ型熱電素子が前記燃料ガス流路外部において電気的に接続されて、前記燃料電池セルの起電力に、前記Ｐ型熱電素子の起電力および前記Ｎ型熱電素子の起電力を加算することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
燃料極と空気極に挟持された電解質を有して、高温の燃料ガスが通流する燃料ガス流路内部において単室型燃料電池として電力を発生する第１および第２の燃料電池セルと、前記燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられたＰ型熱電素子およびＮ型熱電素子を有し、
前記Ｎ型熱電素子が前記第１の燃料電池セルの燃料極として動作し、且つ前記Ｐ型熱電素子が前記第２の燃料電池セルの空気極として動作し、
前記Ｐ型熱電素子と前記Ｎ型熱電素子が前記燃料ガス流路外部において電気的に接続されて、前記第１の燃料電池セルの起電力に、前記Ｎ型熱電素子の起電力、前記Ｐ型熱電素子の起電力および前記第２の燃料電池セルの起電力を加算することを特徴とする発電装置。
【請求項３】
燃料極と空気極に挟持された電解質を有して、高温の燃料ガスが通流する燃料ガス流路内部において単室型燃料電池として電力を発生する燃料電池セルと、前記燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられたＰ型熱電素子またはＮ型熱電素子を有し、
前記Ｐ型熱電素子が燃料電池セルの空気極として動作して、または前記Ｎ型熱電素子が燃料電池セルの燃料極として動作して、前記燃料電池セルの起電力に、前記前記Ｐ型熱電素子の起電力または前記Ｎ型熱電素子の起電力を加算することを特徴とする発電装置。
【請求項４】
前記燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられてＮ型熱電素子として動作する燃料極と、前記燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられてＰ型熱電素子として動作する空気極とに挟持された電解質を有して、高温の燃料ガスが通流する燃料ガス流路内部において単室型燃料電池として電力を発生する第１および第２の燃料電池セルを有し、
第１の燃料電池セルの燃料極と、第２の燃料電池セルの空気極とが、前記燃料ガス流路外部において電気的に接続されて、
前記第１および第２の燃料電池セルの起電力に、前記各Ｎ型熱電素子の起電力および前記各Ｐ型熱電素子の起電力を加算することを特徴とする発電装置。
【請求項５】
前記燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられてＮ型熱電素子として動作する燃料極と、前記燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられてＰ型熱電素子として動作する空気極とに挟持された電解質を有して、高温の燃料ガスが通流する燃料ガス流路内部において単室型燃料電池として電力を発生する燃料電池セルを有し、
前記燃料電池セルの起電力に、前記Ｎ型熱電素子の起電力および前記Ｐ型熱電素子の起電力を加算することを特徴とする発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セルおよび熱電素子を用いた発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質に燃料極と空気極とを接合等した燃料電池セルを所定の発電開始温度以上に（例えば外部ヒータ等で加熱し）維持しながら、燃料ガス等を供給して発電を行うものである。中でも固体酸化物型燃料電池（solid oxide fuel cell: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）とを接合等した固体酸化物型燃料電池セルを用いて、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させることができる。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も燃料ガスとして使用できることに加え、内部改質方式を採用することができ、また燃料電池セルの発熱を利用して、装置の小型化と高効率化を実現できる。こうした固体酸化物型燃料電池としては、燃料極と空気極とをセパレータで遮って、燃料極に燃料ガスを、空気極に空気等を供給する二室型固体酸化物型燃料電池が一般的だが、セパレータを用いず、燃料ガスと空気等を混合した発電開始温度以上の高温ガス内に燃料電池セルを位置づける単室型固体酸化物型燃料電池も実用化されている。
【０００３】
しかし燃料電池は、燃料電池セルを加熱するための熱エネルギーおよび燃料電池セルが発する熱エネルギーの多くを排出してしまうため、発電効率にさらなる改善の余地がある。そこで燃料極と空気極の何れか一方に結合した熱電素子を用いて、燃料電池が排出する熱エネルギーを熱電素子のゼーベック効果で電力に変換する技術が提案された（特許文献１および２）。
【特許文献１】特開２００２−１４１０７７号公報
【特許文献２】特表２００６−５２７９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、何れの技術も、燃料極および空気極とは別個の熱電素子を必要とするため、発電装置の構成部品が増えて、装置の複雑化と材料費等のコストアップを招来してしまう。また、燃料電池セルと熱電素子とがそれぞれ別個に発電を行うため、燃料電池セルと熱電素子の電気的接続（以下、電気的接続を単に「接続」と表示することがある）が複雑化して、材料費等のコストアップを招来してしまう。また、高温環境下で動作する燃料電池セルにおいては、信頼性向上のため接合部を少なくすることが望ましく、特に単室型固体酸化物型燃料電池では、燃料電池セルが燃料ガスと空気等を混合した高温ガスにさらされるため、燃料電池セルと熱電素子の接合部が増えることは、信頼性の観点から好ましいものではない。
【０００５】
そこで本発明は、燃料電池セルと熱電素子を用いて発電効率を向上させた発電装置において、その構成および電気的接続を簡単化して、コストを低減するとともに高い信頼性を実現することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る発電装置（請求項１）は、燃料極と空気極に挟持された電解質を有して、高温の燃料ガスが通流する燃料ガス流路内部において単室型燃料電池として電力を発生する燃料電池セルと、燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられたＰ型熱電素子（Ｐ型半導体で形成された熱電素子）およびＮ型熱電素子（Ｎ型半導体で形成された熱電素子）を有している。そして該発電装置は、Ｐ型熱電素子が燃料電池セルの空気極として動作し、またはＮ型熱電素子が燃料電池セルの燃料極として動作する（すなわち空気極がＰ型熱電素子を兼ねる、または燃料極がＮ型熱電素子を兼ねる）ように構成されるものである。
【０００７】
かかる発電装置においては、燃料電池セルが電力を発生するとともに、Ｐ型熱電素子は、燃料ガス流路内外の温度差（燃料ガス流路の内部が高温側になる）によるゼーベック効果で、燃料ガス流路内部側から外部側に電流を流す起電力を生じ、同様にＮ型熱電素子は、燃料ガス流路外部側から内部側に電流を流す起電力を生じる。したがって該発電装置では、燃料電池セルの起電力に、Ｐ型熱電素子の起電力またはＮ型熱電素子の起電力が加算される。
【０００８】
また第１および第２の燃料電池セルを用い、Ｐ型熱電素子およびＮ型熱電素子を燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけ、そしてＮ型熱電素子が第１の燃料電池セルの燃料極として動作し、且つＰ型熱電素子が第２の燃料電池セルの空気極として動作する発電装置では、Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子が燃料ガス流路外部において電気的に接続される結果、第１の燃料電池セルの起電力、Ｐ型熱電素子の起電力、Ｎ型熱電素子の起電力、および第２の燃料電池セルの起電力が加算される（請求項２）。
【０００９】
また燃料電池セルと、燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられたＰ型熱電素子またはＮ型熱電素子を有し、Ｐ型熱電素子が燃料電池セルの空気極として動作し、またはＮ型熱電素子が燃料電池セルの燃料極として動作する発電装置では、燃料電池セルの起電力に、Ｐ型熱電素子の起電力またはＮ型熱電素子の起電力が加算される（請求項３）。
また燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられＮ型熱電素子として動作する燃料極と、燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられＰ型熱電素子として動作する空気極とに挟持された電解質を有して、燃料ガス流路内部において単室型燃料電池として電力を発生する第１および第２の燃料電池セルを有し、第１の燃料電池セルの燃料極と、第２の燃料電池セルの空気極とが、燃料ガス流路外部において電気的に接続された発電装置では、第１の燃料電池セル燃料電池セルの起電力に、Ｐ型熱電素子の起電力、Ｎ型熱電素子起電力および第２の燃料電池セルの起電力が加算される（請求項４）。
【００１０】
また燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられＮ型熱電素子として動作する燃料極と、燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられＰ型熱電素子として動作する空気極とに挟持された電解質を有して、燃料ガス流路内部において単室型燃料電池として電力を発生する燃料電池セルを形成した発電装置では、燃料電池セルの起電力に、Ｐ型熱電素子の起電力およびＮ型熱電素子起電力が加算される（請求項５）。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように本発明に係る発電装置では、燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられてゼーベック効果で起電力を生じるＮ型熱電素子が、燃料電池セルの燃料極として動作することができ、また燃料ガス流路内部から外部にかけて位置づけられてゼーベック効果で起電力を生じるＰ型熱電素子が、燃料電池セルの空気極として動作することができる。かかるＰ型熱電素子およびＮ型熱電素子の双方もしくは一方を有する燃料電池セルは、燃料極および空気極の双方もしくは一方を熱電素子と一体化することができるから（燃料極と熱電素子の接合部および空気極と熱電素子の接合部の双方もしくは一方をなくすことができるから）、本発明に係る発電装置は、高い信頼性の実現に加え、発電装置の構成部品が少なくすることができて、装置の簡素化とコストダウンを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照し、本発明に係る発電装置を説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１、図２および図３を用いて、本発明の一実施例（実施例１）にかかる発電装置１０ａを説明する。ここで図１は、発電装置１０ａのガス流路１１（燃料ガス流路）の軸方向における断面概略構成を示し、図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれガス流路１１のＸ１−Ｘ１断面およびＸ１’−Ｘ１’断面を示す。ここで燃料ガスは、ガス流路１１の内部１１ａを図１中の矢印Ａの方向に通流する（以下、燃料ガスの通流方向を「通流方向Ａ」と表示することがある）。図３は、発電装置１０ａの出力電力を増大させるための電気的接続を説明する図である。
（発電装置、燃料電池セルおよび熱電素子等の構成等について）
発電装置１０ａは、ガス流路１１、燃料電池セル２０ａ、Ｐ型熱電素子３０、Ｎ型熱電素子４０’を有している。燃料電池セル２０ａは、固体酸化物型電解質２１、燃料極２２、および空気極として動作するＰ型熱電素子３０を有し、図示しない支持部材でガス流路１１の内部１１ａに位置づけられて、単室型固体酸化物型燃料電池セルとして動作するものである。
【００１４】
発電装置１０ａでは、Ｎ型熱電素子４０’が通流方向Ａの上流側に、Ｐ型熱電素子３０が下流側に位置づけられている。そしてＰ型熱電素子３０およびＮ型熱電素子４０’は、通流方向Ａと一致する平面上において、ガス流路１１（燃料ガス流路を形成する管路）を貫通するように離間して位置づけられ、Ｐ型熱電素子３０の他端側３０ｂ近傍およびＮ型熱電素子４０’の他端側４０’ｂ近傍がガス流路１１の外部１１ｂに位置づけられ、残余の部分がガス流路１１の内部１１ａに収容されている。さらにＰ型熱電素子３０の他端側３０ｂおよびＮ型熱電素子４０’の他端側４０’ｂが導体２４で接続されて（あるいは直接接続されて）、Ｐ型熱電素子３０とＮ型熱電素子４０’が電気的に直列接続されている。かくして、燃料電池セル２０ａおよびＮ型熱電素子４０’は、第１の発電モジュール５１を形成する。もちろんＰ型熱電素子３０およびＮ型熱電素子４０’は、ガス流路１１に対し電気的に絶縁されている（絶縁部材については図示せず）。
【００１５】
次に、燃料電池セル２０ａ、Ｐ型熱電素子３０およびＮ型熱電素子４０’等の形状等を説明する。
固体酸化物型電解質２１および燃料極２２は、何れも略平板形状を有し、固体酸化物型電解質２１の一方の面２１ａに燃料極２２が接合された状態で、通流方向Ａと平行するようにガス流路１１の例えば中心軸近傍に位置づけられている。こうして燃料極２２は、燃料ガスの流れにさらされる。固体酸化物型電解質２１は、例えば通流方向Ａの長さが５５ｍｍ、幅１５ｍｍ、そして厚さが０．５ｍｍであり、燃料極２２は、通流方向Ａの長さが５０ｍｍ、幅１０ｍｍ、そして厚さが０．１ｍｍである。
【００１６】
Ｐ型熱電素子３０は、断面略Ｔ字状を有し、Ｔ字頭部となるＰ型熱電素子３０の一端側３０ａで固体酸化物型電解質２１の他方の面２１ｂに接合している。Ｐ型熱電素子３０は、例えば、Ｔ字頭部の幅が１０ｍｍ、Ｔ字頭部の厚さが０．１ｍｍ、通流方向Ａの長さが５０ｍｍ、一端側３０ａと他端側３０ｂの間の部分の厚さが８ｍｍである。Ｎ型熱電素子４０’は、平板形状を有し、例えば、通流方向Ａの長さが５０ｍｍ、図１中の高さ方向の寸法が３０ｍｍ、そして厚さが８ｍｍである。Ｐ型熱電素子３０およびＮ型熱電素子４０’は、何れもガス流路１１の管径に適合する長さを有し、且つそれらの一端側と他端側の間の部分（平板形状部分）が、通流方向Ａと平行するように位置づけられて、燃料ガスの流れにさらされる。
【００１７】
燃料電池セル２０ａ、および各熱電素子等の組成は次のとおりである。
燃料電池セル２０ａの固体酸化物型電解質２１は、例えば、８ｍｏｌ−ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、５ｍｏｌ−ＹＳＺ、ＳＤＣ（スカンジナドープドセリア）、ＧＤＣ（ガドリウムドープドセリア）、またはＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）等で形成することができる。燃料極２２は、例えば、ＮｉＯ＋ＹＳＺ、ＮｉＯ＋ＳＤＣ、ＮｉＯ＋ＧＤＣ、ＬＳＣＭ（ランタンストロンチウムコバルトマンガナイト）、またはＦｅＯ３等で形成することができる。
【００１８】
燃料電池セル２０ａの空気極として動作することができるＰ型熱電素子３０は、例えば、Ｂａ０．５Ｓｒ０．５Ｃｏ０．８Ｆｅ０．２Ｏ３２＋ｄ（ＢＳＣＦ、バリウム・ストロンチウム・コバルト・鉄・オキサイド）、Ｓｒ４Ｆｅ５．８８Ｎｉ０．１２Ｏ１３＋ｄ（ストロンチウム・鉄・ニッケル・オキサイド）、Ｓｒ３．８４Ｃａ０．１６Ｆｅ５．８８Ｎｉ０．１２Ｏ１３＋ｄ（ストロンチウム・カルシウム・鉄・ニッケル・オキサイド）、Ｓｒ１．２Ｃａ２．８Ｆｅ５．８８Ｎｉ０．１２Ｏ１３＋ｄ（ストロンチウム・カルシウム・鉄・ニッケル・オキサイド）、Ｃａ４Ｆｅ５．８８Ｎｉ０．１２Ｏ１３＋ｄ（カルシウム・鉄・ニッケル・オキサイド）、Ｓｒ３．５Ｌａ０．５Ｆｅ５．８８Ｎｉ０．１２Ｏ１３＋ｄ（ストロンチウム・ランタン・鉄・ニッケル・オキサイド）、Ｓｒ３．５Ｌａ０．５Ｆｅ６Ｏ１３＋ｄ（ストロンチウム・ランタン・鉄・オキサイド）、Ｃａ３．５Ｌａ０．５Ｆｅ５．８８Ｎｉ０．１２Ｏ１３＋ｄ（カルシウム・ランタン・鉄・ニッケル・オキサイド）等の金属粉末を焼成等したものであり、単一もしくは複数の金属粉末からなるものである。
【００１９】
Ｎ型熱電素子４０’（燃料電池セル２０ａの燃料極もしくは空気極として動作するものではない）は、Ｆｅ２ＶＡｌ０．９Ｓｉ０．１等の金属粉末を焼成した電極であり、単一もしくは複数の金属粉末からなるものである。
（発電装置１０ａの動作等について）
発電装置１０ａでは、燃料ガスがガス流路１１へと導入される（図１矢印Ａ）。例えばガソリンエンジン等が排出する燃焼排ガス（例えばＣＨｘ、ＣＯｘ、Ａｉｒ等を含み、温度が摂氏５００ないし１０００度以上である燃焼排ガス）を燃料ガスとして、ガス流路１１へと導入すると、燃焼排ガスは、Ｎ型熱電素子４０’、Ｐ型熱電素子３０および燃料電池セル２０ａ等に接して、これらを加熱したのちガス流路１１から排出される。
【００２０】
こうして加熱された燃料電池セル２０ａは、発電開始温度（例えば摂氏５００ないし１０００度）に達して、燃料電池セル２０ａの空気極として作用するＰ型熱電素子３０において、燃焼排ガス中の空気（Ａｉｒ）から酸素イオン（Ｏ２−）が生成される。この酸素イオンは、固体酸化物型電解質２１の内部をＰ型熱電素子３０（空気極）から燃料極２２へ移動する。こうして燃料電池セル２０ａは、燃料極２２からＰ型熱電素子３０（空気極）へと電流を流す起電力を発生する。また燃料極２２へ移動した酸素イオンは、燃料極２２においてＣＨｘやＣＯｘと反応して、二酸化炭素（ＣＯ２）や水（Ｈ２Ｏ）を生成する。かくして燃料電池セル２０ａは、電力を発生し、しかも燃焼排ガス中のＣＨｘやＣＯｘを二酸化炭素や水（水蒸気）にする（焼排ガスを浄化する）という効果を奏する。
【００２１】
またＰ型熱電素子３０およびＮ型熱電素子４０’は、摂氏５００ないし１０００度の燃焼排ガスが通流するガス流路１１の内部１１ａと外部１１ｂ（例えば常温）との温度差で起電力を生じる。具体的には、Ｐ型熱電素子３０は、その一端側３０ａ（高温側）からその他端側３０ｂ（低温側）へと電流を流す起電力を発生し、そしてＮ型熱電素子４０’は、その他端側４０’ｂ（低温側）からその一端側４０’ａ（高温側）へと電流を流す起電力を発生する。かくして第１の発電モジュール５１は、燃料電池セル２０ａの燃料極２２からＮ型熱電素子４０’の一端側４０’ａへと電流を流す起電力を生じ、その起電力は、燃料電池セル２０ａの起電力、Ｐ型熱電素子３０の起電力およびＮ型熱電素子４０’の起電力の合計電圧となる。なお、Ｐ型熱電素子３０の他端側３０ｂおよびＮ型熱電素子４０’の他端側４０’ｂを、熱電対の冷接点と考えることもできる。
【００２２】
ここで燃料電池セル２０ａの起電力は、１ボルト強であり、Ｐ型熱電素子３０およびＮ型熱電素子４０’の起電力は０．０３ボルト程度である。したがって、第１の発電モジュール５１を図３（ａ）に示すように（図３では、第１の発電モジュール５１が電池の回路記号で表示されている）、複数直列接続したうえでインバータ回路等を用いれば、所望の直流電圧もしくは交流電圧を得ることができる。また複数の第１の発電モジュール５１を、図３（ｂ）に示すように並列接続することで発電装置１０ａの出力電流をふやすことができ、あるいは図３（ｃ）に示すように直・並列接続することで発電装置１０ａの出力電圧および出力電流をふやすことができる。
【００２３】
（実施例１の変形例）
第１の発電モジュール５１における燃料電池セル２０の燃料極２２を空気極２３に、Ｐ型熱電素子３０をＮ型熱電素子４０に置き換えて燃料電池セル２０’ａとし、さらにＮ型熱電素子４０’をＰ型熱電素子３０’に置き換えることができる。かかる発電モジュールを発電モジュール５１’とすると（該変形例において、第１の発電モジュール５１と異なる構成要素については、図１および図２の括弧に示す）、その起電力は、第１の発電モジュール５１と逆極性の起電力、すなわちＰ型熱電素子３０’の一端側３０’ａから空気極２３へと電流を流す起電力を発生する。ここでＮ型熱電素子４０は、燃料電池セル２０’ａの燃料極として動作できるものであり、例えば、酸化チタン系合金、酸化マンガン系合金、もしくは酸化亜鉛系合金に、白金もしくは酸化ニッケルを分散させ、さらにイオン伝導性セラミックであるセリア系（（６０ｖｏｌ％−４０ｖｏｌ％Ｎｉ）−ＧＤＣ）合金もしくはジルコニア系（ＳｃＳＺ）合金を分散させたうえで、焼成等によって形成したものである（なお、ｖｏｌ％は容量％であり、ＧＤＣはガドリウムドープドセリアであり、ＳｃＳＺはスカンジア安定化ジルコニアである）。
【００２４】
またＰ型熱電素子３０’（燃料電池セル２０’ａの燃料極もしくは空気極として動作するものではない）は、Ｆｅ２Ｖ０．９Ｔｉ０．１Ａｌ等の金属粉末を焼成した電極であり、単一もしくは複数の金属粉末からなるものである。
なお、上記何れの場合においても、Ｐ型熱電素子３０（または３０’）およびＮ型熱電素子４０’（または４０）は、何れが通流方向Ａの上流側に位置してもよい。また通流方向Ａと直交するガス流路１１の断面形状が、例えば長円形状もしくは扁平形状である場合には、通流方向Ａと直交する同一面上にＰ型熱電素子３０（または３０’）およびＮ型熱電素子４０’（または４０）を位置づけてもよい。
【実施例２】
【００２５】
次に、図４を用いて、本発明の他の実施例（実施例２）にかかる発電装置１０ｂを説明する。ここで図４（ａ）は、発電装置１０ｂのガス流路１１の軸方向における断面概略構成を示すものであり、図４（ｂ）は、ガス流路１１のＸ２−Ｘ２断面を示すものである。なお実施例１と同様の機能を有する構成要素には、同一の符号を附してその説明を省略する。
【００２６】
発電装置１０ｂは、ガス流路１１、燃料電池セル２０ｂ（第１の燃料電池セル）および燃料電池セル２０ｃ（第２の燃料電池セル）を有している（通流方向Ａの上流側に燃料電池セル２０ｂが位置し、下流側に燃料電池セル２０ｃが位置している）。Ｐ型熱電素子３０およびＮ型熱電素子４０は、通流方向Ａと一致する平面上において、ガス流路１１を貫通するように離間して位置づけられている。燃料電池セル２０ｂは、固体酸化物型電解質２１、燃料極２２、および空気極として動作することができるＰ型熱電素子３０を有し、また燃料電池セル２０ｃは、固体酸化物型電解質２１、空気極２３および燃料極として動作することができるＮ型熱電素子４０を有している。
【００２７】
Ｐ型熱電素子３０およびＮ型熱電素子４０は、ガス流路１１の内部１１ａから外部１１ｂにかけて位置づけられてゼーベック効果による起電力を生じることができ、Ｐ型熱電素子３０の他端側３０ｂとＮ型熱電素子４０の他端側４０ｂは、ガス流路１１の外部１１ｂにおいて導体２４で接続されている。かくして燃料電池セル２０ｂおよび燃料電池セル２０ｃは、電気的に直列接続された第２の発電モジュール５２を形成する。なお発電装置１０ｂでは、燃料極２２および空気極２３は、Ｐ型熱電素子３０およびＮ型熱電素子４０と同様のＴ字状の断面形状を有しているが、それらはすべてガス流路１１の内部１１ａに位置している（燃料極２２および空気極２３は、発電装置１０ａと同様の平板形状であってもよい）。
【００２８】
発電装置１０ｂでは、ガス流路１１に流入した燃焼排ガスが、燃料電池セル２０ｂおよび燃料電池セル２０ｃを加熱してガス流路１１から排出される。このとき、燃料電池セル２０ｂは、燃料極２２からＰ型熱電素子３０（空気極）へと電流を流す起電力を発生するとともに、Ｐ型熱電素子３０は、その一端側３０ａからその他端側３０ｂへと電流を流す起電力を発生する。また燃料電池セル２０ｃは、Ｎ型熱電素子４０（燃料極）から空気極２３へと電流を流す起電力を発生するとともに、Ｎ型熱電素子４０は、その他端側４０ｂからその一端側４０ａへと電流を流す起電力を発生する。こうして第２の発電モジュール５２は、燃料電池セル２０ｂの燃料極２２から、料電池セル２０ｃの空気極２３へと電流を流す起電力を生じ、その起電力は、燃料電池セル２０ｂおよび燃料電池セル２０ｃの起電力、Ｐ型熱電素子３０およびＮ型熱電素子４０の起電力の合計電圧となる。もちろん第２の発電モジュール５２を、図３と同様に直列・並列接続することもできる。
【００２９】
（実施例２の変形例）
発電装置１０ｂにおいて、燃料電池セルを燃料電池セル２０ｂだけとしたものである（図５）。この場合には、燃料電池セル２０ｂおよびＰ型熱電素子３０で第２の発電モジュール５２’が形成され、その起電力は、燃料電池セル２０ｂの起電力とＰ型熱電素子３０の起電力の合計電圧となる。
【実施例３】
【００３０】
次に、図６を用いて、本発明の他の実施例（実施例３）にかかる発電装置１０ｃを説明する。ここで図６（ａ）は、発電装置１０ｃのガス流路１１の軸方向における断面概略構成を示すものであり、図６（ｂ）は、ガス流路１１のＸ３−Ｘ３断面を示すものである。なお前述した各実施例と同様の機能を有する構成要素には、同一の符号を附してその説明を省略する。
【００３１】
発電装置１０ｃは、ガス流路１１、燃料電池セル２０ｄおよび燃料電池セル２０ｅを有している（燃料電池セル２０ｄが通流方向Ａの上流側に位置している）。ここで燃料電池セル２０ｄおよび燃料電池セル２０ｅは、いずれも固体酸化物型電解質２１、空気極として動作することができるＰ型熱電素子３０、および燃料極として動作することができるＮ型熱電素子４０を有している。固体酸化物型電解質２１を挟持するＰ型熱電素子３０およびＮ型熱電素子４０のそれぞれの他端部側は、ガス流路１１の相対する側に位置づけられて、Ｐ型熱電素子３０およびＮ型熱電素子４０は、ゼーベック効果による起電力を発生することができる。燃料電池セル２０ｄのＰ型熱電素子３０と燃料電池セル２０ｅのＮ型熱電素子４０は、通流方向Ａと一致する平面上において、ガス流路１１を貫通するように離間して位置づけられ、且つ導体２４を介して接続されている。かくして燃料電池セル２０ｄおよび燃料電池セル２０ｅは、電気的に直列接続された第３の発電モジュール５３を形成し、燃料電池セル２０ｄの燃料極（Ｎ型熱電素子４０）から燃料電池セル２０ｅの空気極（Ｐ型熱電素子３０）へと電流を流す起電力を生じる。第３の発電モジュール５３では、燃料電池セル２０ｄおよび燃料電池セル２０ｅの起電力に、２つのＰ型熱電素子３０および２つのＮ型熱電素子４０の起電力が加算される。なお、燃料電池セル２０ｄおよび２０ｅにおけるＰ型熱電素子３０およびＮ型熱電素子４０は、ガス流路１１の内部１１ａに温接点を有する熱電対と考えることもできる。
【００３２】
（実施例３の変形例１）
発電装置１０ｃでは、図７に示すように、固体酸化物型電解質２１の形状によっては、すべてのＰ型熱電素子３０およびＮ型熱電素子４０を、固体酸化物型電解質２１の他方の面２１ｂに接合することができる。この場合には、Ｐ型熱電素子３０およびＮ型熱電素子４０がすべて、通流方向Ａと一致する平面上において、ガス流路１１を貫通するように離間して位置づけられ、燃料電池セル２０ｄのＰ型熱電素子３０（空気極）と、燃料電池セル２０ｅのＮ型熱電素子４０（燃料極）とが電気的に接続される（発電モジュール５３’が形成される）。
【００３３】
（実施例３の変形例２）
発電装置１０ｃにおいて、燃料電池セルを燃料電池セル２０ｄだけとしたものである（図８）。この場合には、燃料電池セル２０ｄ、Ｐ型熱電素子３０（空気極）およびＮ型熱電素子４０（燃料極）で発電モジュール５３”が形成され、その起電力は、燃料電池セル２０ｄの起電力に、Ｐ型熱電素子３０およびＮ型熱電素子４０を加算したものとなる。
【００３４】
なお、本発明にかかる発電装置は、各実施例に記載のものに限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜変形することができる。例えば、ガス流路の内部における燃料電池セルおよび熱電素子の配置は、各実施例に記載のものに限定されず、燃料電池セル、Ｐ型熱電素子およびＮ型熱電素子等の組成・形状等も各実施例に記載のものに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例（実施例１）に係る発電装置の断面概略構成（ガス流路軸方向）を示す図である。
【図２】図１に示す発電装置の断面概略構成（ガス流路の中心軸と直交する断面）を示す図である。
【図３】図１に示す発電装置の出力電力を増加するための電気的な接続例を示す図である。
【図４】本発明の他の実施例（実施例２）に係る発電装置の断面概略構成を示す図である。
【図５】実施例２の変形例に係る発電装置の断面概略構成（ガス流路軸方向）を示す図である。
【図６】本発明の他の実施例（実施例３）に係る発電装置の断面概略構成を示す図である。
【図７】実施例３の変形例（変形例１）に係る発電装置の断面概略構成（ガス流路軸方向）を示す図である。
【図８】実施例３の変形例（変形例２）に係る発電装置の断面概略構成（ガス流路軸方向）を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  発電装置
１１  ガス流路（燃料ガス流路）
１１ａ  ガス流路の内部
１１ｂ  ガス流路の外部
２０ａ  燃料電池セル
２０ｂ、２０ｄ  燃料電池セル（第１の燃料電池セル）
２０ｃ、２０ｅ  燃料電池セル（第２の燃料電池セル）
２１  固体酸化物型電解質（電解質）
２２  燃料極
２３  空気極
３０、３０’  Ｐ型熱電素子
４０、４０’  Ｎ型熱電素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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