[发明专利]发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及使用燃料电池单元和热电元件的发电装置。

背景技术

具有使燃料极和空气极与电解质接合而形成的燃料电池单元的燃料电 池装置已为公众所知。该燃料电池装置中，例如通过由外部加热器等进行 加热，一边将燃料电池单元的温度维持在规定的开始发电温度以上，一边 向燃料电池单元供给燃料气体等来进行发电。

其中，在固体氧化物型燃料电池装置(SOFC)中，具有使燃料极(氢 极)和空气极(氧极)与由固体氧化物构成的电解质接合而形成的固体氧 化物型燃料电池单元，在向燃料极供给燃料气体的同时，向空气极供给空 气等，由此能够产生高输出的电力。在固体氧化物型燃料电池装置中，不 仅是氢气能够作为燃料气体，而且包含大量一氧化碳的气体也能够被作为 燃料气体使用，在此基础上，还能够采用内部改质(内部改質)方式。并 且，固体氧化物型燃料电池装置能够利用燃料电池单元的发热，实现装置 的小型化和高效率。

作为这种固体氧化物型燃料电池装置，一般的结构是将燃料极与空气 极用隔板隔开，在向燃料极供给燃料气体的同时向空气极供给空气等的双 室型固体氧化物型燃料电池装置。另外，不使用隔板而是将燃料电池单元 配置在将燃料气体和空气等混合了的、开始发电温度以上的高温气体内的 单室型固体氧化物型燃料电池装置也正在被实用化。

但由于这些燃料电池装置将很多用于加热燃料电池单元的热能和燃料 电池单元发出的热能无谓地向外部排出，所以有进一步改善燃料电池装置 发电效率的余地。于是，提出了使用与燃料极和空气极的任一方结合的热 电元件，并利用热电元件的塞贝克效应将从燃料电池单元排出的热能变换 成电力的技术方案。该技术方案记载在日本特开2002-141007号公报(以下 叫做专利文献1)和日本特表2006-527905号公报(以下叫做专利文献2) 中。

但上述专利文献1和2所公开的技术也都是燃料极和空气极需要分开 的热电元件。因此，发电装置的结构零件增加，招致装置的复杂化和材料 费等成本上升。另外，由于燃料电池单元和热电元件是分别单独地进行发 电，所以招致燃料电池单元和热电元件的电连接复杂化和材料费等成本上 升的问题。对于在高温环境下动作的燃料电池单元，为了提高可靠性则希 望减少接合部分。特别是单室型固体氧化物型燃料电池装置中，由于使燃 料电池单元处于燃料气体和空气等混合而成的高温气体中，所以增加了燃 料电池单元与热电元件的接合部分，这从可靠性的观点来看不是优选的。

发明内容

本发明是鉴于该课题而开发的，其目的在于在使用燃料电池单元和热 电元件的发电装置中，既使其结构和电连接简化又实现高可靠性。

为了达到上述目的，本发明的发电装置至少具有一个单室型燃料电池 单元，该燃料电池单元具有：电解质、与所述电解质接合的燃料极、从所 述燃料极离开而与所述电解质接合的空气极，通过将该燃料电池单元配置 在高温燃料气体流动的燃料气体流路内来产生电力，其特征在于，所述燃 料极和空气极中的至少一方被设置为从所述燃料气体流路的内部延伸到外 部，在所述燃料极被设置为从所述燃料气体流路的内部延伸到外部的情况 下，所述燃料极是N型热电元件，另一方面，在所述空气极被设置为从所 述燃料气体流路的内部延伸到外部的情况下，所述空气极是P型热电元件。

该发电装置中，在燃料极被设置为从燃料气体流路的内部延伸到外部 的情况下，燃料电池单元产生电力，同时，燃料极即N型热电元件利用高 温的燃料气体流路内部与燃料气体流路外部之间的温度差所引起的塞贝克 效应，产生使电流从燃料气体流路外部侧向内部侧流动的电动势。因此， 该发电装置能够得到将燃料电池单元的电动势和N型热电元件的电动势合 计的电动势。

另外，在空气极被设置为从燃料气体流路的内部延伸到外部的情况下， 燃料电池单元产生电力，同时，空气极即P型热电元件利用高温的燃料气 体流路内部与燃料气体流路外部的温度差所引起的塞贝克效应，产生使电 流从燃料气体流路内部侧向外部侧流动的电动势。因此，该发电装置能够 得到将燃料电池单元的电动势和P型热电元件的电动势合计的电动势。