專利名稱：附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池，特別涉及與對含氫材料進(jìn)行轉(zhuǎn)化(reform)生成氫氣的轉(zhuǎn)化器(reformer)一體形成的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池。
背景技術(shù)：
隨著環(huán)境問題和能源問題的日益嚴(yán)重，氫有望作為能夠替代石油的新能源。由于氫無法直接作為能源使用，所以必須找到以氫為媒介的新系統(tǒng)，以氫為燃料的燃料電池正倍受矚目。
燃料電池雖然較小，但具有40％以上的高發(fā)電效率，具有即使是負(fù)載很小的時(shí)候也可以與額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)同樣的高效率運(yùn)轉(zhuǎn)的優(yōu)良特性。燃料電池不產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w和氮化氧氣體，且不會發(fā)出發(fā)電器那樣的噪音和振動。此外，燃料電池還具有以溫水或水蒸氣的形式回收廢熱的優(yōu)點(diǎn)。
如上所述，燃料電池被期待作為高效環(huán)保的發(fā)電裝置、能源供給裝置用于各種用途。例如，多層住宅、辦公樓、賓館、醫(yī)院等的數(shù)百kW級的電熱供給系統(tǒng)，轎車或公共汽車等交通工具的動力用電源，數(shù)kW的家用電源，數(shù)十W的電器用電源等用途，這些領(lǐng)域中的實(shí)用化研究正積極地進(jìn)行中。
燃料電池以氫為燃料，但其課題是安全且穩(wěn)定地供給作為燃料的氫。汽車用燃料電池需具備小型輕量、1次充填下的最大行程長、充填的操作簡單等條件，考慮了這些條件的多種供氫方法被提出。例如，以壓縮氫、液氫的形式直接供氫的方法，或者由吸氫合金或納米碳管等吸氫材料供氫的方法，或者對甲醇或烴類進(jìn)行轉(zhuǎn)化而供氫的方法。
專利文獻(xiàn)1日本專利特開2002-211902號公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本專利特開2002-246055號公報(bào)發(fā)明的揭示對烴類進(jìn)行轉(zhuǎn)化而供氫的方法由于在由石油系燃料至氫燃料的過渡時(shí)期能夠維持現(xiàn)有的環(huán)境并可長期使用，所以倍受矚目。
但是，汽車用燃料電池要在車上進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，所以必須分別搭載燃料電池和轉(zhuǎn)化器，存在收納場所的問題、重量的問題、作為系統(tǒng)的復(fù)雜化問題等。此外，轉(zhuǎn)化反應(yīng)由于伴隨高溫，所以可能會發(fā)生各種各樣的問題。
作為壓縮氫氣直接供氫的方法被用于汽車用燃料電池時(shí)，由于無需搭載上述轉(zhuǎn)化器，所以具有系統(tǒng)簡單化的優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)了輕量的高壓氫槽，驟然成為焦點(diǎn)。
但是，在汽車上搭載高壓氫槽時(shí)，如果考慮到發(fā)生碰撞等意外的情況，則存在安全隱患。此外，在修理站供氫時(shí)必須密切注意以確保安全性。
本發(fā)明的目的是提供安全隱患少、可作為簡單的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)、同時(shí)能夠解決放熱的問題的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池。
上述目的可利用下述附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池實(shí)現(xiàn)，該附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池具備包含用于對含氫材料進(jìn)行轉(zhuǎn)化的催化劑材料的轉(zhuǎn)化單元，流動含氧空氣的空氣單元，被夾在前述轉(zhuǎn)化單元和前述空氣單元之間、由質(zhì)子導(dǎo)電體或氧離子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)層，形成于前述固體電解質(zhì)層的朝向前述轉(zhuǎn)化單元的面的第1電極層，形成于前述固體電解質(zhì)層的朝向前述空氣單元的面的第2電極層；由前述第1電極層和前述第2電極層輸出電能。本實(shí)施例中，空氣是指成為氧源的氣體，包括空氣或氧和氮等惰性氣體的混合物。
此外，可利用下述附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池實(shí)現(xiàn)上述目的，該附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池具備由多個第1中空區(qū)段和多個第2中空區(qū)段互相鄰接形成的質(zhì)子導(dǎo)電體構(gòu)成的固體電解質(zhì)基體，在前述第1中空區(qū)段中填入用于轉(zhuǎn)化含氫材料的催化劑、特別是脫氫反應(yīng)的催化劑而形成的被導(dǎo)入前述含氫材料的轉(zhuǎn)化單元，由前述第2中空區(qū)段形成的被導(dǎo)入空氣的空氣單元，形成于前述轉(zhuǎn)化單元的內(nèi)壁的第1電極層和形成于前述空氣單元的內(nèi)壁的第2電極層；由前述第1電極層和前述第2電極層輸出電能。
上述附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中，前述轉(zhuǎn)化單元中的前述含氫材料的流向和前述空氣單元中的前述空氣的流向可以相反。
上述附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中，前述固體電解質(zhì)基體具有前述第1及第2中空區(qū)段的一端所在的第1端面和前述第1及第2中空區(qū)段的另一端所在的第2端面，還可具有被配設(shè)于前述固體電解質(zhì)基體的前述第1端面?zhèn)?、向前述?端面?zhèn)绕鹗嫉那笆龅?中空區(qū)段導(dǎo)入或排出流體及/或向前述第1端面?zhèn)绕鹗嫉那笆龅?中空區(qū)段導(dǎo)入或排出流體的第1分配構(gòu)造體，以及被配設(shè)于前述固體電解質(zhì)基體的前述第2端面?zhèn)取那笆龅?端面?zhèn)绕鹗嫉那笆龅?中空區(qū)段排出或?qū)肓黧w及/或從前述第2端面?zhèn)绕鹗嫉那笆龅?中空區(qū)段排出或?qū)肓黧w的第2分配構(gòu)造體。
此外，可利用下述附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池實(shí)現(xiàn)上述目的，該附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池具備由多個第1中空區(qū)段、多個第2中空區(qū)段和多個第3中空區(qū)段互相鄰接形成的質(zhì)子導(dǎo)電體或氧離子導(dǎo)電體構(gòu)成的固體電解質(zhì)基體，在前述第1中空區(qū)段中填入用于轉(zhuǎn)化含氫材料的催化劑、特別是脫氫反應(yīng)的催化劑而形成的被導(dǎo)入含氫材料的轉(zhuǎn)化單元，由前述第2中空區(qū)段形成的被導(dǎo)入空氣的空氣單元，由前述第3中空區(qū)段形成的、被導(dǎo)入通過前述轉(zhuǎn)化單元中的前述含氫材料的轉(zhuǎn)化而生成的氫的氫單元，形成于前述氫單元的內(nèi)壁的第1電極層、形成于前述空氣單元的內(nèi)壁的第2電極層；由前述第1電極層和前述第2電極層輸出電能。
上述附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中，前述固體電解質(zhì)基體具有前述第1～第3中空區(qū)段的一端所在的第1端面和前述第1～第3中空區(qū)段的另一端所在的第2端面，還可具有被配設(shè)于前述固體電解質(zhì)基體的前述第1端面?zhèn)?、向前述?端面?zhèn)绕鹗嫉那笆龅?中空區(qū)段導(dǎo)入或排出流體、向前述第1端面?zhèn)绕鹗嫉那笆龅?中空區(qū)段導(dǎo)入或排出流體及/或向前述第1端面?zhèn)绕鹗嫉那笆龅?中空區(qū)段導(dǎo)入或排出流體的第1分配構(gòu)造體，以及被配設(shè)于前述固體電解質(zhì)基體的前述第2端面?zhèn)?、從前述?端面?zhèn)绕鹗嫉那笆龅?中空區(qū)段排出或?qū)肓黧w、從前述第2端面?zhèn)绕鹗嫉那笆龅?中空區(qū)段排出或?qū)肓黧w及/或從前述第2端面?zhèn)绕鹗嫉那笆龅?中空區(qū)段排出或?qū)肓黧w的第2分配構(gòu)造體。
上述附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中，前述中空區(qū)段可以是具有三角形、四角形、五角形、六角形、八角形或圓形的截面的中空柱狀區(qū)段。
上述附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中，前述轉(zhuǎn)化單元、前述空氣單元或前述氫單元的一部分可以是與反應(yīng)無關(guān)的預(yù)備單元。
如上所述，本發(fā)明由于具備包含用于對含氫材料進(jìn)行轉(zhuǎn)化的催化劑材料的轉(zhuǎn)化單元、流動含氧空氣的空氣單元、被夾在轉(zhuǎn)化單元和空氣單元之間的由質(zhì)子導(dǎo)電體或氧離子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)層、形成于固體電解質(zhì)層的朝向轉(zhuǎn)化單元的面的第1電極層及形成于固體電解質(zhì)層的朝向空氣單元的面的第2電極層，由第1電極層和前述第2電極層輸出電能，所以能夠大幅簡化裝置構(gòu)成實(shí)現(xiàn)小型化，同時(shí)由燃料電池反應(yīng)產(chǎn)生的熱可作為含有機(jī)氫化物或烴的物質(zhì)的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的熱源使用。藉此，能夠構(gòu)建能源利用率優(yōu)良的系統(tǒng)。
附圖的簡單說明

圖1為車載轉(zhuǎn)化型燃料電池車的構(gòu)成的簡單示意圖。
圖2為高壓氫槽搭載型燃料電池車的構(gòu)成的簡單示意圖。
圖3為搭載了轉(zhuǎn)化器和燃料電池一體化的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的燃料電池車的構(gòu)成的簡單示意圖。
圖4為本發(fā)明的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的原理說明圖。
圖5為本發(fā)明的實(shí)施方式1的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中的單元的單位結(jié)構(gòu)、物質(zhì)及熱量的轉(zhuǎn)移的簡單示意圖。
圖6為表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中的單元的排列結(jié)構(gòu)、物質(zhì)及熱量的轉(zhuǎn)移的平面圖。
圖7為本發(fā)明的實(shí)施方式1的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的結(jié)構(gòu)的簡單示意圖。
圖8為本發(fā)明的實(shí)施方式2的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中的單元的單位結(jié)構(gòu)、物質(zhì)及熱量的轉(zhuǎn)移的簡單示意圖。
圖9為表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中的單元的排列結(jié)構(gòu)、物質(zhì)及熱量的轉(zhuǎn)移的平面圖。
圖10為本發(fā)明的實(shí)施方式2的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的結(jié)構(gòu)的簡單示意圖。
圖11為本發(fā)明的實(shí)施方式3的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中的單元的單位結(jié)構(gòu)、物質(zhì)及熱量的轉(zhuǎn)移的簡單示意圖。
圖12為表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中的單元的排列結(jié)構(gòu)、物質(zhì)及熱量的轉(zhuǎn)移的平面圖。
圖13為本發(fā)明的實(shí)施方式3的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的結(jié)構(gòu)的簡單示意圖。
圖14為本發(fā)明的實(shí)施方式4的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中的單元的單位結(jié)構(gòu)、物質(zhì)及熱量的轉(zhuǎn)移的簡單示意圖。
圖15為表示本發(fā)明的實(shí)施方式4的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中的單元的排列結(jié)構(gòu)、物質(zhì)及熱量的轉(zhuǎn)移的平面圖。
圖16為本發(fā)明的實(shí)施方式4的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的結(jié)構(gòu)的簡單示意圖。
圖17為表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中的單元的排列結(jié)構(gòu)、物質(zhì)及熱量的轉(zhuǎn)移的平面圖。
符號說明10為燃料系，12為轉(zhuǎn)化系，14為電力·發(fā)電系，16為驅(qū)動系，18為燃料箱，20為回收槽，22為燃料泵，24為轉(zhuǎn)化器，26為分離器，28為熱交換器，30為燃料電池，32為控制器，34為輔助電源，36為車輪，38為發(fā)動機(jī)，40為燃料系，42為高壓氫槽，44為燃料系，46為電力·發(fā)電系，48為附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池，50為催化劑，52為轉(zhuǎn)化層，54為第1電極層，56為固體電解質(zhì)層，58為第2電極層，60為空間層，62為固體電解質(zhì)基體，64為轉(zhuǎn)化單元，66為空氣單元，68為第1電極層，70為催化劑，72為第2電極層，74為第1集氣管(header)，74a為第1通氣管(stack)，74b為第2通氣管，76為第2集氣管，76a為第1通氣管，76b為第2通氣管，78為導(dǎo)入口，80為排出口，82為通氣路徑，84為通氣路徑，86為通氣路徑，88為通氣路徑，90為排出口，92為導(dǎo)入口，94為通氣路徑，96為通氣路徑，98為通氣路徑，100為通氣路徑，102為固體電解質(zhì)基體，104為轉(zhuǎn)化單元，106為空氣單元，108為氫單元，110為第1集氣管，112為第2集氣管，114為導(dǎo)入口，116為導(dǎo)入口，118為排出口，120為通氣路徑，122為通氣路徑，124為通氣路徑，126為通氣路徑，128為通氣路徑，130為通氣路徑，132為排出口，134為排出口，136為導(dǎo)入口，138為通氣路徑，140為通氣路徑，142為通氣路徑，144為通氣路徑，146為通氣路徑，148為通氣路徑，150為預(yù)備單元。
實(shí)施發(fā)明的最佳方式[本發(fā)明的技術(shù)背景及原理](本發(fā)明的技術(shù)背景)本發(fā)明的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池是基于下述技術(shù)背景而獲得的電池。
作為以往的搭載了燃料電池的汽車的構(gòu)造，因燃料電池所消耗的氫的供給方法的不同而設(shè)想圖1及圖2所示的類型的2種具有代表性的類型。
圖1為同時(shí)搭載了燃料電池及對有機(jī)氫化物進(jìn)行轉(zhuǎn)化而生成供給燃料電池的氫的轉(zhuǎn)化器的燃料電池車的結(jié)構(gòu)的簡單示意圖。這種情況下，燃料電池車的基本構(gòu)成分為燃料系10、轉(zhuǎn)化系12、電力·發(fā)電系14及驅(qū)動系16。
燃料系10中設(shè)置了儲存有機(jī)氫化物的燃料箱18、回收通過轉(zhuǎn)化系12中的有機(jī)氫化物的脫氫化而生成的脫氫化物的回收槽20。此外，設(shè)置了將儲存于燃料箱18中的有機(jī)氫化物供給轉(zhuǎn)化系12的燃料泵22。
轉(zhuǎn)化系12中設(shè)置了利用催化劑和熱的作用對由燃料系10供給的有機(jī)氫化物進(jìn)行脫氫化處理的轉(zhuǎn)化器24，以及將在轉(zhuǎn)化器24中產(chǎn)生的氣體分離為氫氣和脫氫化物液體的分離器26。此外，設(shè)置了利用在轉(zhuǎn)化器24中產(chǎn)生的有機(jī)氫化物的脫氫化物的熱量對由燃料系10供給的有機(jī)氫化物進(jìn)行加熱的熱交換器28。
電力·發(fā)電系14中設(shè)置了消耗由轉(zhuǎn)化系12供給的氫而產(chǎn)生電力的燃料電池30和進(jìn)行驅(qū)動系16的控制等的控制器32。此外，設(shè)置了輔助電源34。
驅(qū)動系16中設(shè)置了利用燃料電池30產(chǎn)生的電力使車輪36中的驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)38。
圖1所示的搭載了轉(zhuǎn)化器24的車載轉(zhuǎn)化型燃料電池車因?yàn)檗D(zhuǎn)化系12的存在，存在系統(tǒng)及其裝配變得復(fù)雜和制造成本提高等缺點(diǎn)。
圖2為同時(shí)搭載了燃料電池和儲存供給燃料電池的氫的高壓氫槽的燃料電池車的結(jié)構(gòu)的簡單示意圖。這種情況下，燃料電池車的基本構(gòu)成分為燃料系40、電力·發(fā)電系14及驅(qū)動系16。
燃料系40中設(shè)置了儲存有燃料電池30所消耗的氫的高壓氫槽42。
電力·發(fā)電系14及驅(qū)動系16的構(gòu)成與圖1所示的搭載了轉(zhuǎn)化器24的燃料電池車的構(gòu)成基本相同。
如圖2所示，搭載了高壓氫槽42的燃料電池車為由高壓氫槽直接向燃料電池30供氫的構(gòu)成。即，不需要圖1所示的車載轉(zhuǎn)化型燃料電池車所必須的轉(zhuǎn)化系12。這樣搭載了高壓氫槽42的燃料電池車與搭載了轉(zhuǎn)化器24的車載轉(zhuǎn)化型燃料電池車相比，其系統(tǒng)變得簡單，因此迅速成為主流。
但是如前所述，汽車上搭載高壓氫槽時(shí)，如果考慮到碰撞等意外，則存在安全隱患。此外，在修理站供氫時(shí)也必須密切注意以確保安全性。
因此，車載轉(zhuǎn)化型燃料電池車如果能夠構(gòu)筑與高壓氫槽搭載型燃料電池車同樣簡單的系統(tǒng)，則從安全性、現(xiàn)有設(shè)備的可利用性這樣的基本要求考慮，車載轉(zhuǎn)化型燃料電池車比高壓氫槽搭載型燃料電池車更能夠成為主流。
例如，如果能夠?qū)④囕d轉(zhuǎn)化型燃料電池車中的轉(zhuǎn)化器和燃料電池一體化，則能夠大幅簡化燃料電池車的構(gòu)成要素。
圖3為搭載了轉(zhuǎn)化器和燃料電池一體化的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的燃料電池車的結(jié)構(gòu)的簡單示意圖。這種情況下，燃料電池車的基本構(gòu)成分為燃料系44、電力·發(fā)電系46及驅(qū)動系16。
燃料系44中例如設(shè)置了具備收納有機(jī)氫化物的第1室和收納分解了有機(jī)氫化物后的脫氫化物的第2室、通過使前述第1室和前述第2室的體積比可自由變化的隔壁將前述第1室和第2室分開的燃料箱46。通過使用該燃料箱46，能夠有效地收納有機(jī)氫化物及其脫氫化物，與燃料系使用高壓氫槽時(shí)相比，能夠?qū)崿F(xiàn)同等甚至更高程度的燃料系的小型化和節(jié)省空間化。此外，與燃料系使用高壓氫槽時(shí)相比，能夠確保更高的安全性。具有上述結(jié)構(gòu)的燃料箱在本發(fā)明者的日本專利特愿2003-43154號說明書中有詳述。
此外，電力·發(fā)電系46中如果可使用轉(zhuǎn)化器和燃料電池一體化的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池48，則不僅能夠確保高安全性，還可以低成本制得具有簡單的結(jié)構(gòu)的燃料電池車。
本發(fā)明是獲得了轉(zhuǎn)化器和燃料電池一體化的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的發(fā)明，該發(fā)明有利于燃料電池車的構(gòu)成要素的簡化和熱效率的改善等。
(本發(fā)明的原理)以下，采用圖4對本發(fā)明的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的原理進(jìn)行說明，圖4為本發(fā)明的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的基本構(gòu)成的簡單示意圖。
如圖4所示，本發(fā)明的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池具備依次鄰接具有脫氫反應(yīng)的催化劑50、利用催化劑使導(dǎo)入的有機(jī)氫化物脫氫的轉(zhuǎn)化層52，第1電極層54，固體電解質(zhì)層56，第2電極層58和被導(dǎo)入作為燃料電池反應(yīng)的氧源的空氣的空間層60而形成的基本結(jié)構(gòu)。
作為導(dǎo)入轉(zhuǎn)化層52的有機(jī)氫化物，采用對芳烴化合物進(jìn)行氫化處理而得的產(chǎn)物，例如，單獨(dú)對苯、甲苯、二甲苯、萘等進(jìn)行氫化處理或?qū)λ鼈兊幕旌戏紵N進(jìn)行氫化處理而獲得的物質(zhì)，較好為碳原子數(shù)6～18的飽和脂環(huán)式烴，例如可單獨(dú)或混合使用環(huán)己烷、甲基環(huán)己烷、二甲基環(huán)己烷、乙基甲基環(huán)己烷、三甲基環(huán)己烷、丙基環(huán)己烷、丁基環(huán)己烷、二乙基環(huán)己烷、異丁基環(huán)己烷、四甲基環(huán)己烷、異丙基甲基環(huán)己烷、戊基環(huán)己烷、4-叔丁基環(huán)己烷、(2，2-二甲基丙基)環(huán)己烷、五甲基環(huán)己烷、叔丁基二甲基環(huán)己烷、二異丙基環(huán)己烷、六甲基環(huán)己烷、三乙基環(huán)己烷、1-環(huán)己基己烷、1-環(huán)己基戊烷等環(huán)己烷類，四氫化萘、甲基四氫化萘、乙基四氫化萘、丙基四氫化萘、異丙基四氫化萘、二甲基四氫化萘、二乙基四氫化萘、二丙基四氫化萘、二異丙基四氫化萘、甲基乙基四氫化萘、甲基丙基四氫化萘、甲基異丙基四氫化萘、乙基丙基四氫化萘、乙基異丙基四氫化萘、丙基異丙基四氫化萘等四氫化萘類，十氫化萘、甲基十氫化萘、乙基十氫化萘、丙基十氫化萘、異丙基十氫化萘、二甲基十氫化萘、二乙基十氫化萘、二丙基十氫化萘、二異丙基十氫化萘、甲基乙基十氫化萘、甲基丙基十氫化萘、甲基異丙基十氫化萘、乙基丙基十氫化萘、乙基異丙基十氫化萘、丙基異丙基十氫化萘等十氫化萘類。
如果在轉(zhuǎn)化層52中導(dǎo)入有機(jī)氫化物，則通過利用催化劑50和熱量的作用進(jìn)行的脫氫反應(yīng)，有機(jī)氫化物被分解為氫和脫氫化物。例如，作為有機(jī)氫化物使用環(huán)己烷時(shí)，被分解為氫和苯。該有機(jī)氫化物的脫氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。
作為固體電解質(zhì)層56使用由質(zhì)子導(dǎo)電體形成的層時(shí)，有機(jī)氫化物被分解而生成的氫在第1電極層54中失去電子，作為質(zhì)子在固體電解質(zhì)層56內(nèi)擴(kuò)散。
這里，作為固體電解質(zhì)層56的材料的質(zhì)子導(dǎo)電體，例如可采用β-氧化鋁系陶瓷、鈣鈦礦型質(zhì)子導(dǎo)電體(SrTiO系、SrCeO系、BeCeYO系、M/LaZrO系、BaZrYO系、SrZrYbO系等)、氧化鋁系(Mg/α-Al2O3、Na/β-Al2O3等)、各種層狀氧化物(鎢氧化物系、玻璃/陶瓷系等)。
此外，作為固體電解質(zhì)層56的材料的質(zhì)子導(dǎo)電體，可使用負(fù)載了超強(qiáng)酸的固體超強(qiáng)酸。例如，氧化錫負(fù)載硫酸(SO4/SnO2)、氧化鋯負(fù)載硫酸(SO4/ZrO2)、氧化鉿負(fù)載硫酸(SO4/HfO2)、氧化鈦負(fù)載硫酸(SO4/TiO2)、氧化鋁負(fù)載硫酸(SO4/Al2O3)、氧化鐵負(fù)載硫酸(SO4/Fe2O3)、氧化硅負(fù)載硫酸(SO4/SiO2)等硫酸系的固體超強(qiáng)酸，氧化鈦負(fù)載鎢酸(WO3/TiO2)、氧化鐵負(fù)載鎢酸(WO3/Fe2O3)等鎢酸系的固體超強(qiáng)酸，氧化鋯負(fù)載氧化鉬(MoO3/ZrO2)，氧化鋯負(fù)載氧化硼(B2O3/ZrO2)等固體超強(qiáng)酸。此外，可使用這些固體超強(qiáng)酸上負(fù)載了0～3％的Fe、Mn、Ir、Pt、Rh、Ru、Os、Pd等金屬的材料。
在固體電解質(zhì)層56內(nèi)擴(kuò)散、到達(dá)了第2電極層58的質(zhì)子在第2電極層58中與從第1電極層54流向第2電極層58的電子和被導(dǎo)入空間層60的空氣中的氧反應(yīng)而生成水。該燃料電池反應(yīng)中，經(jīng)常伴隨不轉(zhuǎn)換為電能的部分的放熱或者轉(zhuǎn)換成的電能因電阻而放熱的放熱反應(yīng)。
這樣在第1電極層54和第2電極層58之間有電子流過，在第1電極層54和第2電極層58之間產(chǎn)生電動勢，由第1電極層54和第2電極層58輸出電能。
此外，作為固體電解質(zhì)層56，也可采用由氧離子導(dǎo)電體形成的層來替代由質(zhì)子導(dǎo)電體形成的層。作為固體電解質(zhì)層56的材料的氧離子導(dǎo)電體，例如可采用氧化釔穩(wěn)定化的氧化鋯(Yttria Stabilized Zirconia；YSZ)、二氧化鈰系氧化物或它們的復(fù)合材料、M/LaGaO3系氧化物、Sr(Ce，Yb)O3系氧化物、BaCeO3系氧化物、鈣鈦礦型氧化物、(Ba，La，Sr)2In2O5系氧化物、LaCeMgO3系氧化物等。
圖4所示的結(jié)構(gòu)中，由于轉(zhuǎn)化層52內(nèi)的濃度高于空間層60，所以采用質(zhì)子向空間層60轉(zhuǎn)移的質(zhì)子導(dǎo)電體比采用氧離子向轉(zhuǎn)化層52轉(zhuǎn)移的氧離子導(dǎo)電體更理想。
如上所述，本發(fā)明的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的主要特征之一是進(jìn)行有機(jī)氫化物的脫氫反應(yīng)的轉(zhuǎn)化層52和進(jìn)行燃料電池反應(yīng)的層之間隔著固體電解質(zhì)層56相鄰接一體化設(shè)置。
通過象這樣將轉(zhuǎn)化器和燃料電池一體化與轉(zhuǎn)化器和燃料電池分別獨(dú)立設(shè)置時(shí)相比，能夠?qū)崿F(xiàn)裝置構(gòu)成的大幅簡化及小型化，通過將本發(fā)明的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池用于燃料電池車，能夠簡化燃料電池車的系統(tǒng)構(gòu)成。
此外，本發(fā)明的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的主要特征之一是進(jìn)行作為吸熱反應(yīng)的有機(jī)氫化物的脫氫反應(yīng)的轉(zhuǎn)化層52和進(jìn)行伴隨放熱反應(yīng)的燃料電池反應(yīng)的層鄰接設(shè)置。
通過鄰接設(shè)置進(jìn)行作為吸熱反應(yīng)的有機(jī)氫化物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化層52與進(jìn)行伴隨放熱反應(yīng)的燃料電池反應(yīng)的層，能夠?qū)⑷剂想姵胤磻?yīng)釋放的熱量作為有機(jī)氫化物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的熱源使用。此外，由于作為燃料電池被要求的發(fā)電量和轉(zhuǎn)化所必須的熱量存在互相增減一致的關(guān)系，所以還具有根據(jù)作為燃料電池被要求的發(fā)電量自動地使熱量的產(chǎn)生和釋放達(dá)到平衡的優(yōu)點(diǎn)。這樣，本發(fā)明的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池能夠構(gòu)筑能源利用率良好的系統(tǒng)。
本發(fā)明以上述圖4所示的層結(jié)構(gòu)為基本構(gòu)成，更具體來講，通過將構(gòu)成轉(zhuǎn)化層52的單元和構(gòu)成空間層60的單元介于構(gòu)成固體電解質(zhì)層56的隔壁以矩陣狀配置而構(gòu)成附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池。藉此，在鄰接的單元間可進(jìn)行氫的供給、電力的產(chǎn)生及熱量的產(chǎn)生和釋放，能夠構(gòu)成小型且能源利用率良好的系統(tǒng)。以下，在實(shí)施方式1～5中對本發(fā)明的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池進(jìn)行具體詳述。
采用圖5～圖7對本發(fā)明的實(shí)施方式1的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池進(jìn)行說明。圖5為本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中的單元的單位結(jié)構(gòu)、物質(zhì)及熱量的轉(zhuǎn)移的簡單示意圖，圖6為表示本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中的單元的排列結(jié)構(gòu)、物質(zhì)及熱量的轉(zhuǎn)移的平面圖，圖7為本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的結(jié)構(gòu)的簡單示意圖。
首先，采用圖5對本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中的單元的單位結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
如圖5(a)及圖5(b)所示，在由質(zhì)子導(dǎo)電體構(gòu)成的固體電解質(zhì)基體62形成被導(dǎo)入有機(jī)氫化物、進(jìn)行有機(jī)氫化物的脫氫反應(yīng)的轉(zhuǎn)化單元64，以及被導(dǎo)入作為燃料電池反應(yīng)的氧源的空氣、進(jìn)行燃料電池反應(yīng)的空氣單元66。作為固體電解質(zhì)基體62的材料可采用上述質(zhì)子導(dǎo)電體。由質(zhì)子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體62例如在450～550℃左右的溫度下顯現(xiàn)出質(zhì)子導(dǎo)電性。通過轉(zhuǎn)化單元64中的有機(jī)氫化物的轉(zhuǎn)化而生成氫的過程在250～450℃左右的溫度下完成，本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的熱平衡被確保。
轉(zhuǎn)化單元64及空氣單元68都是從固體電解質(zhì)基體62的上端面一直形成至下端面，它們是由截面為四角形、例如正方形的中空柱狀區(qū)段形成的。
在轉(zhuǎn)化單元64的內(nèi)壁形成了第1電極層(氫極)。第1電極層68例如由金屬、導(dǎo)電性陶瓷、導(dǎo)電性有機(jī)物、氧化物導(dǎo)電體等形成。第1電極層68可在整個轉(zhuǎn)化單元64的內(nèi)壁形成，也可在部分內(nèi)壁形成。
在內(nèi)壁形成有第1電極層68的轉(zhuǎn)化單元64中填入脫氫反應(yīng)的催化劑70。作為脫氫反應(yīng)的催化劑70，可采用日本專利特開2001-198469號公報(bào)中記載的催化劑，即，將選自鉑、鈀、釕、銠、銥、鎳、鈷、鐵、錸、釩、鉻、鎢、鉬及銅的至少1種以上的金屬負(fù)載于由選自活性炭、沸石、二氧化鈦、納米碳管、分子篩、氧化鋯、中細(xì)孔二氧化硅多孔質(zhì)材料、氧化鋁及二氧化硅的至少1種以上形成的載體而獲得的金屬負(fù)載催化劑。另外，為使有機(jī)氫化物等的氣體能夠在轉(zhuǎn)化單元64內(nèi)流動，例如將粒狀催化劑以其粒子間形成間隙的狀態(tài)被填入轉(zhuǎn)化單元64內(nèi)。
這樣就構(gòu)成了有機(jī)氫化物氣體被導(dǎo)入、進(jìn)行將有機(jī)氫化物分解為氫和脫氫化物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化單元64。
在與轉(zhuǎn)化單元64鄰接形成的空氣單元66的內(nèi)壁形成了第2電極層(氧極)72。第2電極層72與形成于轉(zhuǎn)化單元64內(nèi)壁的第1電極層68同樣，例如由金屬、導(dǎo)電性陶瓷、導(dǎo)電性有機(jī)物、氧化物導(dǎo)電體等形成。此外，第2電極層72與第1電極層68同樣，可形成于空氣單元66的整個內(nèi)壁，也可僅形成于內(nèi)壁的一部分。
內(nèi)壁形成有第2電極層72的空氣單元66內(nèi)是中空的，被導(dǎo)入空氣單元66內(nèi)的空氣、通過燃料電池反應(yīng)產(chǎn)生的水可在其中流動。
這樣就構(gòu)成了作為燃料電池反應(yīng)的氧源的空氣被導(dǎo)入、進(jìn)行燃料電池反應(yīng)的空氣單元66。
本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中，在由質(zhì)子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體62中形成了多個上述圖5所示的轉(zhuǎn)化單元64和空氣單元66的單位結(jié)構(gòu)。即，如圖6所示，在由質(zhì)子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體62中以矩陣狀形成了多個截面為四角形的中空柱狀區(qū)段，鄰接的中空柱狀區(qū)段中，一方的中空柱狀區(qū)段形成為轉(zhuǎn)化單元64，另一方的中空柱狀區(qū)段形成為空氣單元66。
此外，如圖7(a)所示，在形成有轉(zhuǎn)化單元64及空氣單元66的圓柱狀固體電解質(zhì)基體62的上方設(shè)置了將從下方至上方通過各個轉(zhuǎn)化單元64的氣體排出、并在各個空氣單元66中導(dǎo)入空氣的第1集氣管74。另外，在固體電解質(zhì)基體62的下方設(shè)置了在各個轉(zhuǎn)化單元64中導(dǎo)入有機(jī)氫化物氣體、并將從上方至下方通過各個空氣單元66的空氣等排出的第2集氣管76。以下，用圖7對作為分配流體的導(dǎo)入及排出的構(gòu)造體的第1及第2集氣管74、76進(jìn)行詳述。圖7(b)為第1集氣管的第1通氣管的沿其圓盤面的截面圖，圖7(c)為第1集氣管的第2通氣管的沿其圓盤面的截面圖，圖7(d)為固體電解質(zhì)基體的沿第1及第2集氣管的圓盤面的截面圖，圖7(e)為第2集氣管的第2通氣管的沿其圓盤面的截面圖，圖7(g)為第2集氣管的第1通氣管的沿其圓盤面的截面圖。
第1集氣管74由圓盤狀的第1通氣管74a和圓盤狀的第2通氣管74b層疊形成，該第1通氣管74a具有向空氣單元66導(dǎo)入空氣用的導(dǎo)入口78，該第2通氣管74b具有將通過轉(zhuǎn)化單元64的氣體排出用的排出口80。第1集氣管74按照其圓盤面與形成于固體電解質(zhì)基體62的柱狀轉(zhuǎn)化單元64及空氣單元66基本垂直、第2通氣管74b位于固體電解質(zhì)基體62側(cè)的樣子被配設(shè)。
如圖7(b)及圖7(c)所示，第1集氣管74的第1通氣管74a及第2通氣管74b中形成有與各個空氣單元66分別連接的圓筒狀的通氣路徑82。各通氣路徑82與第1通氣管74a及第2通氣管74b的圓盤面基本垂直、從與空氣單元66連接的第2通氣管74b的下面至第1通氣管74a的內(nèi)部形成。第1通氣管74a中以格子狀形成了多條通氣路徑84，利用該格子狀的通氣路徑84，各通氣路徑82被互相連接，各通氣路徑82又與第1通氣管74a的導(dǎo)入口78連接。格子狀的通氣路徑84例如為被密封材料等蓋住的形成于第1通氣管74a的圓盤面的槽的樣態(tài)。
第1集氣管74的第2通氣管74b中形成有多條分別與各個轉(zhuǎn)化單元64連接的圓筒狀的通氣路徑86。各通氣路徑86與第2通氣管74b的圓盤面基本垂直、從與轉(zhuǎn)化單元64連接的第2通氣管74b的下面至第2通氣管74b的內(nèi)部形成。第2通氣管74b中以格子狀形成了多條通氣路徑88，利用該格子狀的通氣路徑88，各通氣路徑86被互相連接，各通氣路徑86又與第2通氣管74b的排出口80連接。格子狀的通氣路徑88與格子狀的通氣路徑84同樣，例如為被密封材料等蓋住的形成于第2通氣管74b的圓盤面的槽的樣態(tài)。
另一方面，第2集氣管76由圓盤狀的第1通氣管76a和圓盤狀的第2通氣管76b層疊形成，該第1通氣管76a具有將通過空氣單元66的氣體排出用的排出口90，該第2通氣管76b具有向轉(zhuǎn)化單元64導(dǎo)入有機(jī)氫化物氣體用的導(dǎo)入口92。第2集氣管76按照其圓盤面與形成于固體電解質(zhì)基體62的柱狀轉(zhuǎn)化單元64及空氣單元66基本垂直、第2通氣管76b位于固體電解質(zhì)基體62側(cè)的樣子被配設(shè)。
第2集氣管76的第1通氣管76a及第2通氣管76b中形成有與各個空氣單元66分別連接的圓筒狀的通氣路徑94。各通氣路徑94與第1通氣管76a及第2通氣管76b的圓盤面基本垂直、從與空氣單元66連接的第2通氣管76b的上面至第1通氣管76a的內(nèi)部形成。第1通氣管76a中以格子狀形成了多條通氣路徑96，利用該格子狀的通氣路徑96，各通氣路徑94被互相連接，各通氣路徑94又與第1通氣管76a的排出口90連接。格子狀的通氣路徑96與格子狀的通氣路徑84、88同樣，例如為被密封材料等蓋住的形成于第1通氣管76a的圓盤面的槽的樣態(tài)。
第2集氣管76的第2通氣管76b中形成有多條分別與各個轉(zhuǎn)化單元64連接的圓筒狀的通氣路徑98。各通氣路徑98與第2通氣管76b的圓盤面基本垂直、從與轉(zhuǎn)化單元64連接的第2通氣管76b的上面至第2通氣管76b的內(nèi)部形成。第2通氣管76b中以格子狀形成了多條通氣路徑100，利用該格子狀的通氣路徑100，各通氣路徑98被互相連接，各通氣路徑98又與第2通氣管76b的導(dǎo)入口92連接。格子狀的通氣路徑100與格子狀的通氣路徑84、88、96同樣，例如為被密封材料等蓋住的形成于第2通氣管76b的圓盤面的槽的樣態(tài)。
這樣就構(gòu)成了本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池。
本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的主要特征之一是進(jìn)行有機(jī)氫化物的脫氫反應(yīng)的多個轉(zhuǎn)化單元64和進(jìn)行燃料電池反應(yīng)的多個空氣單元66之間隔著由質(zhì)子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體62的隔壁以矩陣狀互相鄰接一體化設(shè)置。這樣，本實(shí)施方式的燃料電池與轉(zhuǎn)化器和燃料電池分別獨(dú)立設(shè)置的情況相比，能夠?qū)崿F(xiàn)裝置構(gòu)成的大幅簡化及小型化。
此外，本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的主要特征之一是進(jìn)行作為吸熱反應(yīng)的有機(jī)氫化物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化單元64和進(jìn)行伴隨放熱反應(yīng)的燃料電池反應(yīng)的空氣單元66隔著由質(zhì)子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體62的隔壁以矩陣狀互相鄰接一體設(shè)置。利用該結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒖諝鈫卧?6中的燃料電池反應(yīng)產(chǎn)生的熱量作為鄰接的轉(zhuǎn)化單元64中的有機(jī)氫化物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需的熱量有效地供給。
以下，采用圖5～圖7對本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行說明。
首先，對固體電解質(zhì)基體62進(jìn)行加熱直至其動作溫度以顯現(xiàn)質(zhì)子導(dǎo)電性。在采用由質(zhì)子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體62時(shí)，例如加熱至450～550℃左右。
然后，如圖7(a)所示，向第2集氣管76的導(dǎo)入口92供給有機(jī)氫化物氣體。供至導(dǎo)入口92的有機(jī)氫化物通過形成于第2通氣管76b的格子狀通氣路徑100及形成于第2通氣管76b的通氣路徑98，分別被導(dǎo)入以矩陣狀形成于固體電解質(zhì)基體62的各個轉(zhuǎn)化單元64內(nèi)。
這樣，如圖5(b)所示，分別從各個轉(zhuǎn)化單元64的下端導(dǎo)入的有機(jī)氫化物就在轉(zhuǎn)化單元64內(nèi)向其上方流動。
在將有機(jī)氫化物導(dǎo)入轉(zhuǎn)化單元64內(nèi)的同時(shí)，向第1集氣管74的導(dǎo)入口78供給空氣。供至導(dǎo)入口78的空氣通過形成于第1通氣管74a的格子狀通氣路徑84及形成于第1通氣管74a和第2通氣管74b的通氣路徑82，分別被導(dǎo)入以矩陣狀形成于固體電解質(zhì)基體62的各個空氣單元66內(nèi)。
這樣，如圖5(b)所示，分別從各個轉(zhuǎn)化單元66的上端導(dǎo)入的空氣就在空氣單元66內(nèi)向其下方流動。
在轉(zhuǎn)化單元66內(nèi)向上方流動的有機(jī)氫化物通過被填入轉(zhuǎn)化單元64內(nèi)的催化劑70被脫氫化，分解為氫和脫氫化物。例如，作為有機(jī)氫化物采用環(huán)己烷時(shí)，被分解為氫和作為脫氫化物的苯。
這里，本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池如上所述，主要特征之一是在轉(zhuǎn)化單元64內(nèi)從下方至上方流過有機(jī)氫化物，在空氣單元66內(nèi)從上方至下方流過空氣。即，主要特征之一是轉(zhuǎn)化單元64內(nèi)的有機(jī)氫化物的流向和空氣單元66內(nèi)的空氣的流向相反。如下所述，通過將有機(jī)氫化物及空氣的流向形成為上述狀態(tài)，能夠有效進(jìn)行燃料電池反應(yīng)。
隨著有機(jī)氫化物在轉(zhuǎn)化單元64內(nèi)的流動，其脫氫反應(yīng)也在進(jìn)行。因此，在轉(zhuǎn)化單元64內(nèi)產(chǎn)生氫濃度梯度，離轉(zhuǎn)化單元64的導(dǎo)入有機(jī)氫化物的端部越遠(yuǎn)的地方的氫濃度越高。
另一方面，隨著空氣中的氧在空氣單元66內(nèi)從上方流至下方，該氧氣被燃料電池反應(yīng)消耗。
因此，通過將轉(zhuǎn)化單元64內(nèi)的有機(jī)氫化物的流向和空氣單元66內(nèi)的空氣的流向設(shè)置為反向，能夠使轉(zhuǎn)化單元64的氫濃度較高的區(qū)域和空氣單元66的氧濃度較高的區(qū)域互相鄰接。藉此能夠?qū)崿F(xiàn)更有效的燃料電池反應(yīng)。
如以下的反應(yīng)式所示，在轉(zhuǎn)化單元64內(nèi)產(chǎn)生的氫在形成于轉(zhuǎn)化單元64的內(nèi)壁的第1電極層68中失去電子成為質(zhì)子。
如圖5(a)及圖6所示，生成的質(zhì)子在由質(zhì)子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體62的隔壁內(nèi)移動，到達(dá)與轉(zhuǎn)化單元64鄰接的空氣單元66。
空氣單元66內(nèi)，在形成于空氣單元66內(nèi)壁的第2電極層72中，如以下的反應(yīng)式所示，通過隔壁到達(dá)空氣單元66的質(zhì)子、空氣中的氧和通過外部電路從第1電極層68向第2電極層72移動的電子進(jìn)行反應(yīng)生成水。
(1/2)如上所述，在轉(zhuǎn)化單元64內(nèi)產(chǎn)生的氫和被導(dǎo)入空氣單元66的空氣中的氧在第1電極層68和第2電極層72之間進(jìn)行伴隨著電子的得失的反應(yīng)，藉此獲得電力。
這里，上述空氣單元66中的燃料電池反應(yīng)伴隨著放熱反應(yīng)，在空氣單元66內(nèi)產(chǎn)生熱量。
如圖5(a)及圖6所示，在空氣單元66內(nèi)產(chǎn)生的熱量通過固體電解質(zhì)基體62的隔壁被供至與空氣單元66鄰接的轉(zhuǎn)化單元64。這樣，在本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中，由于進(jìn)行作為吸熱反應(yīng)的有機(jī)氫化物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化單元64和進(jìn)行伴隨放熱反應(yīng)的燃料電池反應(yīng)的空氣單元66被鄰接設(shè)置，所以能夠?qū)⑷剂想姵胤磻?yīng)產(chǎn)生的熱量作為有機(jī)氫化物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的熱源加以利用。此外，由于作為燃料電池被要求的發(fā)電量和轉(zhuǎn)化所必須的熱量互相之間增減一致，所以還具有根據(jù)作為燃料電池被要求的發(fā)電量自動地使熱量的產(chǎn)生和釋放達(dá)到平衡的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池能夠構(gòu)筑能源利用率良好的系統(tǒng)。
轉(zhuǎn)化單元中，通過有機(jī)氫化物的轉(zhuǎn)化而生成的脫氫化物在轉(zhuǎn)化單元64內(nèi)向上方流動，通過形成于第1集氣管74的第2通氣管74b的通氣路徑86及格子狀的通氣路徑88從排氣口80排出。
從排氣口80排出的脫氫化物被回收槽(未圖示)等回收。被回收的脫氫化物通過加氫，可作為有機(jī)氫化物燃料被再利用。此外，如上所述，可設(shè)置利用通過有機(jī)氫化物的轉(zhuǎn)化生成的脫氫氧化物的熱量對導(dǎo)入轉(zhuǎn)化單元64的有機(jī)氫化物進(jìn)行加熱的熱交換器。藉此能夠構(gòu)筑能源利用率更好的系統(tǒng)。
此外，在空氣單元66中，燃料電池反應(yīng)生成的水與在空氣單元66內(nèi)從上方至下方流過的空氣一起通過形成于第2集氣管76的第2通氣管76b及第1通氣管76a的通氣路徑94和形成于第1通氣管76a的格子狀的通氣路徑96從排出口90被排出。
如上所述，利用本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池發(fā)電。
本實(shí)施方式的燃料電池中，由于進(jìn)行作為吸熱反應(yīng)的有機(jī)氫化物的脫氫反應(yīng)的截面為四角形的轉(zhuǎn)化單元64和進(jìn)行伴隨放熱反應(yīng)的燃料電池反應(yīng)的截面為四角形的空氣單元66，隔著由質(zhì)子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體62的隔壁相鄰接以矩陣狀設(shè)置，所以能夠大幅簡化裝置構(gòu)成及實(shí)現(xiàn)小型化，同時(shí)能夠?qū)⒖諝鈫卧?6中的燃料電池反應(yīng)生成的熱量作為有機(jī)氫化物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的熱源加以利用。藉此，能夠構(gòu)筑能源利用率良好的系統(tǒng)。
本實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)化單元64及空氣單元66的截面都為四角形，但這些單元的截面形狀并不僅限于四角形，也可以是三角形、五角形、六角形等多角形或圓形。
采用圖8～圖10對本發(fā)明的實(shí)施方式2的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池進(jìn)行說明。圖8為本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中的單元的單位結(jié)構(gòu)、物質(zhì)及熱量的轉(zhuǎn)移的簡單示意圖，圖9為表示附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中的單元的排列結(jié)構(gòu)、物質(zhì)及熱量的轉(zhuǎn)移的平面圖，圖10為本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的結(jié)構(gòu)的簡單示意圖。對與實(shí)施方式1的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池同樣的結(jié)構(gòu)省略或簡化說明。
首先，采用圖8對本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中的單元的單位結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。該轉(zhuǎn)化器利用了由LPG、LNG、石腦油、汽油、煤油等烴獲得氫的形式(所謂的水蒸氣轉(zhuǎn)化)。
如圖8(a)及圖8(b)所示，在由氧離子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體102中形成了被導(dǎo)入烴和空氣或水、產(chǎn)生氫氣的轉(zhuǎn)化單元104，被導(dǎo)入作為燃料電池反應(yīng)的氧源的空氣的空氣單元106，以及被導(dǎo)入在轉(zhuǎn)化單元104產(chǎn)生的氫的氫單元108。作為固體電解質(zhì)基體102的材料，可采用上述氧離子導(dǎo)電體。此外，作為氧離子導(dǎo)電體，也可采用所謂的熔融鹽型，但這種情況下，由于電解質(zhì)不是固體，所以與固體多孔質(zhì)物質(zhì)形成的隔層等組合作為固體電解質(zhì)基體使用。
轉(zhuǎn)化單元104、空氣單元106和氫單元108都是從固體電解質(zhì)基體102的上端面一直形成至下端面，它們由截面為三角形，例如正三角形的中空柱狀區(qū)段形成。轉(zhuǎn)化單元104、空氣單元106和氫單元108隔著固體電解質(zhì)基體102的隔壁并按照使截面的三角形的邊對置的要求被依次配置。
轉(zhuǎn)化單元104與實(shí)施方式1的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池相同，被填入了轉(zhuǎn)化用催化劑70。但與實(shí)施方式1的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池不同的是，在轉(zhuǎn)化單元104的內(nèi)壁未形成電極層。
在氫單元108的內(nèi)壁形成了第1電極層68。內(nèi)壁形成有第1電極層68的氫單元內(nèi)部是中空的，可使被導(dǎo)入氫單元內(nèi)的氫及燃料電池反應(yīng)產(chǎn)生的水在其中流動。
在空氣單元106的內(nèi)壁形成了第2電極層72。內(nèi)壁形成有第2電極層72的空氣單元106內(nèi)部是中空的，可使被導(dǎo)入空氣單元106內(nèi)的空氣在其中流動。
本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中，在由氧離子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體102中形成了多個上述圖8所示的轉(zhuǎn)化單元104、空氣單元106和氫單元108的單位結(jié)構(gòu)。即，如圖9所示，在氧離子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體102中以矩陣狀形成了多個截面為三角形的中空柱狀區(qū)段，連續(xù)的3個中空柱狀區(qū)段分別形成為轉(zhuǎn)化單元104、空氣單元106及氫單元108。
此外，如圖10(a)所示，在形成有轉(zhuǎn)化單元104、空氣單元106和氫單元108的圓柱狀固體電解質(zhì)基體102的上方設(shè)置了第1集氣管110，該第1集氣管110用于將從下方至上方通過各個轉(zhuǎn)化單元104的氣體排出，在各個空氣單元106中導(dǎo)入空氣，并將在轉(zhuǎn)化單元104內(nèi)產(chǎn)生的氫導(dǎo)入各個氫單元108內(nèi)。另外，在固體電解質(zhì)基體102的下方設(shè)置了第2集氣管112，該第2集氣管112用于在各個轉(zhuǎn)化單元104中導(dǎo)入烴氣體和空氣或水，將從上方至下方通過各個空氣單元106的空氣排出，并將從上方至下方通過各個氫單元108的氫等排出。以下，用圖10對作為分配流體的導(dǎo)入及排出的構(gòu)造體的第1及第2集氣管110、112進(jìn)行詳述。圖10(b)為第1集氣管的第1通氣管的沿其圓盤面的截面圖，圖10(c)為第1集氣管的第2通氣管的沿其圓盤面的截面圖，圖10(d)為第1集氣管的第3通氣管的沿其圓盤面的截面圖，圖10(e)為固體電解質(zhì)基體的沿第1及第2集氣管的圓盤面的截面圖，圖10(f)為第2集氣管的第3通氣管的沿其圓盤面的截面圖，圖10(g)為第2集氣管的第2通氣管的沿其圓盤面的截面圖，圖10(h)為第2集氣管的第1通氣管的沿其圓盤面的截面圖。
第1集氣管110由圓盤狀的第1通氣管110a、圓盤狀的第2通氣管110b及圓盤狀的第3通氣管110c依次層疊形成，該第1通氣管110a具有向空氣單元106導(dǎo)入空氣用的導(dǎo)入口114，該第2通氣管110b具有將在轉(zhuǎn)化單元104產(chǎn)生的氫導(dǎo)入氫單元108用的導(dǎo)入口116，該第3通氣管110c具有將通過轉(zhuǎn)化單元104的氣體排出用的排出口118。第1集氣管110按照其圓盤面與形成于固體電解質(zhì)基體102的轉(zhuǎn)化單元104、空氣單元106及氫單元108基本垂直、第3通氣管110c位于固體電解質(zhì)基體102側(cè)的樣子被配設(shè)。
如圖10(b)～圖10(d)所示，第1集氣管的第1～第3通氣管110a～110c中形成有與各個空氣單元106分別連接的圓筒狀的通氣路徑120。各通氣路徑120與第1～第3通氣管110a～110c的圓盤面基本垂直、從與空氣單元106連接的第3通氣管110c的下面至第1通氣管110a的內(nèi)部形成。第1通氣管110a中以格子狀形成了多條通氣路徑122，利用該格子狀的通氣路徑122，各通氣路徑120被互相連接，各通氣路徑120又與第1通氣管110a的導(dǎo)入口114連接。格子狀的通氣路徑122例如為被密封材料等蓋住的形成于第1通氣管110a的圓盤面的槽的樣態(tài)。
第1集氣管110的第2及第3通氣管110b和110c中形成有分別與各個氫單元108連接的圓筒狀的通氣路徑124。各通氣路徑124與第2及第3通氣管110b和110c的圓盤面基本垂直、從與氫單元108連接的第3通氣管110c的下面至第2通氣管110b的內(nèi)部形成。第2通氣管110b中以格子狀形成了多條通氣路徑126，利用該格子狀的通氣路徑126，各通氣路徑124被互相連接，各通氣路徑124又與第2通氣管的導(dǎo)入口116連接。格子狀的通氣路徑126與格子狀的通氣路徑122同樣，例如為被密封材料等蓋住的形成于第2通氣管110b的圓盤面的槽的樣態(tài)。
第1集氣管110的第3通氣管110c中形成有分別與各個轉(zhuǎn)化單元104連接的圓筒狀的通氣路徑128。各通氣路徑與第3通氣管110c的圓盤面基本垂直、從與轉(zhuǎn)化單元104連接的第3通氣管110c的下面至第3通氣管110c的內(nèi)部形成。第3通氣管110c中以格子狀形成了多條通氣路徑130，利用該格子狀的通氣路徑130，各通氣路徑128被互相連接，各通氣路徑128又與第3通氣管110c的排出口118連接。格子狀的通氣路徑130與格子狀的通氣路徑122、126同樣，例如為被密封材料等蓋住的形成于第3通氣管110c的圓盤面的槽的樣態(tài)。
另一方面，第2集氣管112由圓盤狀的第1通氣管112a、圓盤狀的第2通氣管112b及圓盤狀的第3通氣管112c依次層疊形成，該第1通氣管112a具有將通過空氣單元106的氣體排出用的排出口132，該第2通氣管112b具有將通過氫單元108的氫等排出用的排出口134，該第3通氣管112c具有向轉(zhuǎn)化單元106導(dǎo)入烴氣體和空氣或水用的導(dǎo)入口136。第2集氣管112按照其圓盤面與形成于固體電解質(zhì)基體102的柱狀轉(zhuǎn)化單元104、空氣單元106及氫單元108基本垂直、第3通氣管112c位于固體電解質(zhì)基體102側(cè)的樣子被配設(shè)。
第2集氣管112的第1～第3通氣管112a～112c中形成有多條與各個空氣單元分別連接的圓筒狀的通氣路徑138。各通氣路徑138與第1～第3通氣管112a～112c的圓盤面基本垂直、從與空氣單元106連接的第3通氣管112c的上面至第1通氣管112a的內(nèi)部形成。第1通氣管112a中以格子狀形成了多條通氣路徑140，利用該格子狀的通氣路徑140，各通氣路徑138被互相連接，各通氣路徑138又與第1通氣管112a的排出口132連接。格子狀的通氣路徑140與格子狀的通氣路徑122、126、130同樣，例如為被密封材料等蓋住的形成于第1通氣管112a的圓盤面的槽的樣態(tài)。
第2集氣管112的第2及第3通氣管112b和112c中形成有多條分別與各個氫單元108連接的圓筒狀的通氣路徑142。各通氣路徑142與第2及第3通氣管112b和112c的圓盤面基本垂直、從與氫單元108連接的第3通氣管112c的上面至第2通氣管112b的內(nèi)部形成。第2通氣管112b中以格子狀形成了多條通氣路徑144，利用該格子狀的通氣路徑144，各通氣路徑142被互相連接，各通氣路徑142又與第2通氣管112b的排出口134連接。格子狀的通氣路徑142與格子狀的通氣路徑122、126、130、140同樣，例如為被密封材料等蓋住的形成于第2通氣管112b的圓盤面的槽的樣態(tài)。
第2集氣管112的第3通氣管112c中形成有分別與各個轉(zhuǎn)化單元104連接的圓筒狀的通氣路徑146。各通氣路徑146與第3通氣管112c的圓盤面基本垂直、從與轉(zhuǎn)化單元104連接的第3通氣管112c的上面至第3通氣管112c的內(nèi)部形成。第3通氣管112c中以格子狀形成了多條通氣路徑148，利用該格子狀的通氣路徑148，各通氣路徑146被互相連接，各通氣路徑146又與第3通氣管112c的導(dǎo)入口136連接。格子狀的通氣路徑148與格子狀的通氣路徑122、126、130、140、144同樣，例如為被密封材料等蓋住的形成于第3通氣管112c的圓盤面的槽的樣態(tài)。
這樣就構(gòu)成了本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池。
本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中，進(jìn)行作為吸熱反應(yīng)的烴的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化單元104和進(jìn)行伴有放熱反應(yīng)的燃料電池反應(yīng)的氫單元108隔著由氧離子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體102的隔壁互相鄰接以矩陣狀設(shè)置，所以與實(shí)施方式1的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池同樣，能夠?qū)崿F(xiàn)裝置構(gòu)成的大幅簡化及小型化，同時(shí)能夠?qū)鋯卧?08中的燃料電池反應(yīng)產(chǎn)生的熱量作為烴的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的熱源加以利用，藉此，能夠構(gòu)筑能源利用率良好的系統(tǒng)。
以下，采用圖8～圖10對本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行說明。
首先，對固體電解質(zhì)基體102進(jìn)行加熱直至其動作溫度以顯現(xiàn)離子導(dǎo)電性。在采用由氧離子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體102時(shí)，例如加熱至800～1000℃左右。
然后，如圖10(a)所示，向第2集氣管112的第3通氣管112c的導(dǎo)入口136供給烴和空氣或水。供至第3通氣管112c的導(dǎo)入口136的烴等通過形成于第3通氣管112c的格子狀通氣路徑148及形成于第3通氣管112c的通氣路徑146，分別被導(dǎo)入以矩陣狀形成于固體電解質(zhì)基體102的各個轉(zhuǎn)化單元104內(nèi)。
這樣，如圖8(b)所示，分別從各個轉(zhuǎn)化單元104的下端導(dǎo)入的烴等就在轉(zhuǎn)化單元104內(nèi)向其上方流動。
在將烴等導(dǎo)入轉(zhuǎn)化單元104內(nèi)的同時(shí)，向第1集氣管110的第1通氣管110a的導(dǎo)入口114供給空氣。供至第1通氣管110a的導(dǎo)入口114的空氣通過形成于第1通氣管110a的格子狀通氣路徑112及形成于第1～第3通氣管110a～110c的通氣路徑120，分別被導(dǎo)入以矩陣狀形成于固體電解質(zhì)基體102的各個空氣單元106內(nèi)。
這樣，如圖8(b)所示，分別從各個空氣單元106的上端導(dǎo)入的空氣就在空氣單元106內(nèi)向其下方流動。
在轉(zhuǎn)化單元104內(nèi)向上方流動的烴等通過被填入轉(zhuǎn)化單元104內(nèi)的催化劑70被轉(zhuǎn)化，分解為氫和二氧化碳。
在轉(zhuǎn)化單元104內(nèi)產(chǎn)生的氫與通過烴的轉(zhuǎn)化而生成的二氧化碳一起在轉(zhuǎn)化單元104內(nèi)向上方流動，通過形成于第1集氣管110的第3通氣管110c的通氣路徑128及格子狀的通氣路徑130從排氣口118被排出。
從排氣口118被排出的氫及二氧化碳被供至分離氫和二氧化碳的分離器(未圖示)。利用分離器與氫分離的二氧化碳或是排放入大氣或是被回收于回收槽(未圖示)中。另一方面，分離出的氫被供至第1集氣管110的第2通氣管110b的導(dǎo)入口116。被供至導(dǎo)入口116的氫通過以格子狀形成于第2通氣管110b的通氣路徑126及形成于第2和第3通氣管110b、110c的通氣路徑124，被分別導(dǎo)入以矩陣狀形成于固體電解質(zhì)基體102的各個氫單元108內(nèi)。
這樣，如圖8(b)所示，在各個空氣單元106內(nèi)從上方至下方分別有空氣流動，在各個氫單元108內(nèi)從上方至下方有氫流動。
在形成于空氣單元106內(nèi)壁的第2電極層72中，如以下的反應(yīng)式所示，在空氣單元106內(nèi)流動的空氣中的氧接受通過外部電路從第1電極層68向第2電極層72移動的電子變?yōu)檠蹼x子。
(1/2)如圖8(a)及圖9所示，以上生成的氧離子在由氧離子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體102的隔壁內(nèi)移動，到達(dá)與空氣單元106鄰接的氫單元108。
在氫單元108的形成于氫單元108內(nèi)壁的第1電極層68中，如以下的反應(yīng)式所示，通過隔壁到達(dá)氫單元108的氧離子和在氫單元108內(nèi)流動的氫反應(yīng)失去電子生成水。
如上所述，被導(dǎo)入空氣單元106的空氣中的氧和在轉(zhuǎn)化單元104內(nèi)產(chǎn)生并被導(dǎo)入氫單元108內(nèi)的氫在空氣單元106內(nèi)壁的第2電極層72和氫單元108內(nèi)壁的第1電極層68之間進(jìn)行伴隨著電子的得失的反應(yīng)，藉此獲得電力。
在轉(zhuǎn)化單元104產(chǎn)生的氫與二氧化碳分離、導(dǎo)入氫單元108進(jìn)行上述燃料電池反應(yīng)，換言之，不使氧離子直接移至轉(zhuǎn)化單元104、在轉(zhuǎn)化單元104中進(jìn)行上述燃料電池反應(yīng)的理由如下所述。即，如果在轉(zhuǎn)化單元104中進(jìn)行了上述燃料電池反應(yīng)，則除了該反應(yīng)，還會引發(fā)存在于轉(zhuǎn)化單元104內(nèi)的烴等和氧離子的反應(yīng)，即烴的燃燒反應(yīng)，所以最好避免該反應(yīng)的發(fā)生。該燃燒反應(yīng)不僅導(dǎo)致反應(yīng)效率下降，還會引發(fā)運(yùn)轉(zhuǎn)不良，本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中，通過設(shè)置將在轉(zhuǎn)化單元104產(chǎn)生的氫與二氧化碳分離、并導(dǎo)入的氫單元108，能夠避免這些不良情況的發(fā)生。
這里，在上述氫單元108中的燃料電池反應(yīng)產(chǎn)生的熱量被作為轉(zhuǎn)化單元104的熱加以利用而獲得平衡。
在氫單元108內(nèi)產(chǎn)生的熱量通過固體電解質(zhì)基體102的隔壁被供至轉(zhuǎn)化單元104。這樣，在本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中，由于進(jìn)行作為吸熱反應(yīng)的烴的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化單元106和進(jìn)行伴隨放熱反應(yīng)的燃料電池反應(yīng)的氫單元108被設(shè)置于同一個固體電解質(zhì)基體102，所以與實(shí)施方式1的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池同樣，能夠?qū)⑷剂想姵胤磻?yīng)產(chǎn)生的熱量作為烴的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的熱源加以利用。這樣，本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池能夠構(gòu)筑能源利用率良好的系統(tǒng)。
在氫單元108中由燃料電池反應(yīng)生成的水和在氫單元108內(nèi)從上方至下方流過的氫一起通過形成于第2集氣管112的第2及第3通氣管112b及112c的通氣路徑142和形成于第2通氣管112b的格子狀的通氣路徑144從排出口134被排出。
如上所述，利用本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池發(fā)電。
本實(shí)施方式的燃料電池中，由于進(jìn)行作為吸熱反應(yīng)的烴的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的截面為三角形的轉(zhuǎn)化單元104和通過燃料電池反應(yīng)而產(chǎn)生熱量的截面為三角形的氫單元108，隔著由氧離子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體102的隔壁相鄰接以矩陣狀形成，所以能夠大幅簡化裝置構(gòu)成及實(shí)現(xiàn)小型化，同時(shí)能夠?qū)鋯卧?08中的燃料電池反應(yīng)生成的熱量作為烴的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的熱源加以利用。藉此，能夠構(gòu)筑能源利用率良好的系統(tǒng)。
本實(shí)施方式中，對通過在氧離子導(dǎo)電體構(gòu)成的固體電解質(zhì)基體102中形成轉(zhuǎn)化單元104、空氣單元106及氫單元108，使氧離子在固體電解質(zhì)基體102內(nèi)移動而進(jìn)行燃料電池反應(yīng)的情況進(jìn)行了說明。但也可以通過在質(zhì)子導(dǎo)電體構(gòu)成的固體電解質(zhì)基體62中形成轉(zhuǎn)化單元104、空氣單元106及氫單元108，使質(zhì)子在固體電解質(zhì)基體62內(nèi)移動，進(jìn)行燃料電池反應(yīng)。
采用圖11～圖13對本發(fā)明的實(shí)施方式3的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池進(jìn)行說明。圖11為本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中的單元的單位結(jié)構(gòu)、物質(zhì)及熱量的轉(zhuǎn)移的簡單示意圖，圖12為表示本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中的單元的排列結(jié)構(gòu)、物質(zhì)及熱量的轉(zhuǎn)移的平面圖，圖13為本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的結(jié)構(gòu)的簡單示意圖。對與實(shí)施方式1及2的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池相同的構(gòu)成要素標(biāo)記相同的符號，并省略或簡化對其的說明。
本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池與實(shí)施方式2的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的不同之處在于，將轉(zhuǎn)化單元104、空氣單元106和氫單元108的截面形狀由三角形變?yōu)榱切?，此外，形成這些單元的固體電解質(zhì)基體由質(zhì)子導(dǎo)電體構(gòu)成。
首先，采用圖11對本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中的單元的單位結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
如圖11(a)及圖11(b)所示，在由質(zhì)子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體62中形成了被導(dǎo)入有機(jī)氫化物、進(jìn)行有機(jī)氫化物的脫氫反應(yīng)的轉(zhuǎn)化單元104，被導(dǎo)入作為燃料電池反應(yīng)的氧源的空氣的空氣單元106，以及被導(dǎo)入在轉(zhuǎn)化單元104產(chǎn)生的氫的氫單元108。
轉(zhuǎn)化單元104、空氣單元106和氫單元108都是從固體電解質(zhì)基體62的上端面一直形成至下端面，它們由截面為六角形，例如正六角形的中空柱狀區(qū)段形成。轉(zhuǎn)化單元104、空氣單元106和氫單元108按照其中的1個單元的截面形狀的六角形的鄰接的2條邊與其它的2個單元的截面形狀的六角形的1條邊對置的要求被配置。
轉(zhuǎn)化單元104與實(shí)施方式2的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池相同，被填入了脫氫反應(yīng)的催化劑70。
在氫單元108的內(nèi)壁形成了第1電極層68。內(nèi)壁形成有第1電極層68的氫單元內(nèi)部是中空的，可使被導(dǎo)入氫單元內(nèi)的氫及燃料電池反應(yīng)產(chǎn)生的水在其中流動。
在空氣單元106的內(nèi)壁形成了第2電極層72。內(nèi)壁形成有第2電極層72的空氣單元106內(nèi)部是中空的，可使被導(dǎo)入空氣單元106內(nèi)的空氣在其中流動。
本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中，在由質(zhì)子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體62中形成了多個上述圖11所示的轉(zhuǎn)化單元104、空氣單元106和氫單元108的單位結(jié)構(gòu)。即，如圖12所示，在質(zhì)子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體62中以蜂窩狀形成了多個截面為六角形的中空柱狀區(qū)段，互相鄰接的3個中空柱狀區(qū)段分別形成為轉(zhuǎn)化單元104、空氣單元106及氫單元108。
此外，如圖13所示，與實(shí)施方式2的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池基本同樣，在形成有轉(zhuǎn)化單元104、空氣單元106和氫單元108的圓柱狀固體電解質(zhì)基體62的上方設(shè)置了第1集氣管110，該第1集氣管110用于將從下方至上方通過各個轉(zhuǎn)化單元104的氣體排出，在各個空氣單元106中導(dǎo)入空氣，并將在轉(zhuǎn)化單元104內(nèi)產(chǎn)生的氫導(dǎo)入各個氫單元108內(nèi)。另外，在固體電解質(zhì)基體62的下方設(shè)置了第2集氣管112，該第2集氣管112用于在各個轉(zhuǎn)化單元104中導(dǎo)入有機(jī)氫化物，將從上方至下方通過各個空氣單元106的空氣等排出，并將從上方至下方通過各個氫單元108的氫排出。
本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中，進(jìn)行作為吸熱反應(yīng)的有機(jī)氫化物的脫氫反應(yīng)的轉(zhuǎn)化單元104和進(jìn)行伴有放熱反應(yīng)的燃料電池反應(yīng)的空氣單元106隔著由質(zhì)子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體62的隔壁互相鄰接以矩陣狀設(shè)置，所以與實(shí)施方式1的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池同樣，能夠?qū)崿F(xiàn)裝置構(gòu)成的大幅簡化及小型化，同時(shí)能夠?qū)⒖諝鈫卧?06中的燃料電池反應(yīng)產(chǎn)生的熱量作為有機(jī)氫化物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的熱源加以利用，藉此，能夠構(gòu)筑能源利用率良好的系統(tǒng)。
以下，采用圖11～圖13對本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行說明。
首先，對固體電解質(zhì)基體62進(jìn)行加熱直至其動作溫度以顯現(xiàn)質(zhì)子導(dǎo)電性。
然后，如圖13(a)所示，向第2集氣管112的第3通氣管112c的導(dǎo)入口136供給有機(jī)氫化物。供至第3通氣管112c的導(dǎo)入口136的有機(jī)氫化物等通過形成于第3通氣管112c的格子狀通氣路徑148及形成于第3通氣管112c的通氣路徑146，分別被導(dǎo)入以蜂窩狀形成于固體電解質(zhì)基體62的各個轉(zhuǎn)化單元104內(nèi)。
這樣，如圖11(b)所示，分別從各個轉(zhuǎn)化單元104的下端導(dǎo)入的有機(jī)氫化物就在轉(zhuǎn)化單元104內(nèi)向其上方流動。
在將有機(jī)氫化物導(dǎo)入轉(zhuǎn)化單元104內(nèi)的同時(shí)，向第1集氣管110的第1通氣管110a的導(dǎo)入口114供給空氣。供至第1通氣管110a的導(dǎo)入口114的空氣通過形成于第1通氣管110a的格子狀通氣路徑122及形成于第1～第3通氣管110a～110c的通氣路徑120，分別被導(dǎo)入以矩陣狀形成于固體電解質(zhì)基體62的各個空氣單元106內(nèi)。
這樣，如圖11(b)所示，分別從多個轉(zhuǎn)化單元的上端導(dǎo)入的空氣就在空氣單元106內(nèi)向其下方流動。
在轉(zhuǎn)化單元104內(nèi)向上方流動的有機(jī)氫化物通過被填入轉(zhuǎn)化單元104內(nèi)的催化劑70被脫氫化，分解為氫和脫氫化物。
在轉(zhuǎn)化單元104內(nèi)產(chǎn)生的氫與通過有機(jī)氫化物的轉(zhuǎn)化而生成的脫氫化物一起在轉(zhuǎn)化單元104內(nèi)向上方流動，通過形成于第1集氣管110的第3通氣管110c的通氣路徑128及格子狀的通氣路徑130從排氣口118被排出。
與實(shí)施方式2的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池同樣，從排氣口118與脫氫化物一起被排出的氫與脫氫氧化物分離后，被供至第1集氣管110的第2通氣管110b的導(dǎo)入口116。被供至導(dǎo)入口116的氫通過以格子狀形成于第2通氣管110b的通氣路徑126及形成于第2和第3通氣管110b、110c的通氣路徑124，被分別導(dǎo)入以蜂窩狀形成于固體電解質(zhì)基體62的各個氫單元108內(nèi)。
這樣，如圖11(b)所示，在各個空氣單元106內(nèi)從上方至下方有空氣流動，在各個氫單元108內(nèi)從上方至下方有氫流動。
在形成于氫單元108內(nèi)壁的第1電極層68中，流過氫單元108內(nèi)的氫如以下的反應(yīng)式所示失去電子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子。
如圖11(a)及圖12所示，生成的質(zhì)子在由質(zhì)子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體62的隔壁內(nèi)移動，到達(dá)與氫單元108鄰接的空氣單元106。
在空氣單元106內(nèi)，在形成于空氣單元106內(nèi)壁的第2電極層72中，如以下的反應(yīng)式所示，通過隔壁到達(dá)空氣單元106的質(zhì)子和空氣中的氧和通過外部電路從第1電極層68向第2電極層72移動的電子，進(jìn)行反應(yīng)生成水。
(1/2)如上所述，在轉(zhuǎn)化單元104內(nèi)產(chǎn)生的氫和被導(dǎo)入空氣單元106的空氣中的氧在第1電極層68和第2電極層72之間進(jìn)行伴隨著電子的得失的反應(yīng)，藉此獲得電力。
這里，在上述空氣單元106中的燃料電池反應(yīng)伴隨放熱反應(yīng)，在空氣單元106中有熱量產(chǎn)生。
在空氣單元106內(nèi)產(chǎn)生的熱量通過固體電解質(zhì)基體62的隔壁被供至轉(zhuǎn)化單元104。這樣，在本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中，由于進(jìn)行作為吸熱反應(yīng)的有機(jī)氫化物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化單元106和進(jìn)行伴隨放熱反應(yīng)的燃料電池反應(yīng)的氫單元108被設(shè)置于同一個固體電解質(zhì)基體62，所以與實(shí)施方式1和2的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池同樣，能夠?qū)⑷剂想姵胤磻?yīng)產(chǎn)生的熱量作為有機(jī)氫化物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的熱源加以利用。此外，本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池能夠構(gòu)筑能源利用率良好的系統(tǒng)。
在空氣單元106中由燃料電池反應(yīng)生成的水和在空氣單元106內(nèi)從上方至下方流過的空氣一起通過形成于第2集氣管112的第2及第3通氣管112b及112c的通氣路徑142和形成于第2通氣管112b的格子狀的通氣路徑144從排出口134被排出。
如上所述，利用本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池發(fā)電。
本實(shí)施方式的燃料電池中，由于進(jìn)行作為吸熱反應(yīng)的有機(jī)氫化物的脫氫反應(yīng)的截面為六角形的轉(zhuǎn)化單元104和通過進(jìn)行伴有放熱反應(yīng)的燃料電池反應(yīng)的截面為六角形的空氣單元106，隔著由質(zhì)子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體62的隔壁相鄰接以蜂窩狀設(shè)置，所以能夠大幅簡化裝置構(gòu)成及實(shí)現(xiàn)小型化，同時(shí)能夠?qū)⒖諝鈫卧?06中的燃料電池反應(yīng)生成的熱量作為有機(jī)氫化物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的熱源加以利用。藉此，能夠構(gòu)筑能源利用率良好的系統(tǒng)。
采用圖14～圖16對本發(fā)明的實(shí)施方式4的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池進(jìn)行說明。圖14為本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中的單元的單位結(jié)構(gòu)、物質(zhì)及熱量的轉(zhuǎn)移的簡單示意圖，圖15為表示本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中的單元的排列結(jié)構(gòu)、物質(zhì)及熱量的轉(zhuǎn)移的平面圖，圖16為本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的結(jié)構(gòu)的簡單示意圖。對與實(shí)施方式1～3的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池相同的構(gòu)成要素標(biāo)記相同的符號，并省略或簡化對其的說明。
如圖14～16所示，本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式3的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池大致相同，本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池與實(shí)施方式3的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的不同之處在于，不是在質(zhì)子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體62中而是在氧離子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體102中形成轉(zhuǎn)化單元104、空氣單元106和氫單元108。
以下，采用圖14～圖16對本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行說明。
首先，除了對烴和空氣或水進(jìn)行轉(zhuǎn)化以替代對有機(jī)氫化物的轉(zhuǎn)化之外，其它與實(shí)施方式3的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的情況相同，對固體電解質(zhì)基體102進(jìn)行加熱直至其動作溫度以顯現(xiàn)離子導(dǎo)電性。然后，如圖14(a)所示，通過在轉(zhuǎn)化單元104內(nèi)流過烴等生成氫，并使生成的氫流過氫單元108，同時(shí)使空氣流過空氣單元106。
在形成于空氣單元106內(nèi)壁的第2電極層72中，在空氣單元106內(nèi)流動的空氣中的氧如以下的反應(yīng)式所示，接受通過外部電路從第1電極層68向第2電極層72移動的電子，生成氧離子。
(1/2)如圖14(a)及圖15所示，生成的氧離子在由氧離子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體102的隔壁內(nèi)移動，到達(dá)與空氣單元106鄰接的氫單元108。
在氫單元108的形成于氫單元108內(nèi)壁的第1電極層68中，如以下的反應(yīng)式所示，通過隔壁到達(dá)氫單元108的氧離子與在氫單元108內(nèi)流動的氫反應(yīng)，失去電子，生成水。
如上所述，被導(dǎo)入空氣單元106的空氣中的氧和在轉(zhuǎn)化單元104內(nèi)產(chǎn)生并被導(dǎo)入氫單元180的氫在空氣單元106內(nèi)壁的第2電極層72和氫單元108內(nèi)壁的第1電極層68之間進(jìn)行伴隨著電子的得失的反應(yīng)，藉此獲得電力。
這里，通過上述氫單元108中的燃料電池反應(yīng)，在氫單元108中產(chǎn)生熱量。
在氫單元108內(nèi)產(chǎn)生的熱量通過固體電解質(zhì)基體102的隔壁被供至轉(zhuǎn)化單元104。這樣，在本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中，由于進(jìn)行作為吸熱反應(yīng)的烴的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化單元106和進(jìn)行伴隨放熱反應(yīng)的燃料電池反應(yīng)的氫單元108被設(shè)置于同一個固體電解質(zhì)基體102，所以與實(shí)施方式1～3的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池同樣，能夠?qū)⑷剂想姵胤磻?yīng)產(chǎn)生的熱量作為烴的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的熱源加以利用。這樣，本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池能夠構(gòu)筑能源利用率良好的系統(tǒng)。
在氫單元108中通過燃料電池反應(yīng)生成的水和在氫單元108內(nèi)從上方至下方流過的氫一起通過形成于第2集氣管112的第2及第3通氣管112b及112c的通氣路徑142和形成于第2通氣管112b的格子狀的通氣路徑144從排出口134被排出。
如上所述，利用本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池發(fā)電。
本實(shí)施方式的燃料電池中，由于進(jìn)行作為吸熱反應(yīng)的烴的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的截面為六角形的轉(zhuǎn)化單元104和通過燃料電池反應(yīng)產(chǎn)生熱量的截面為六角形的氫單元108，隔著由氧離子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)基體102的隔壁相鄰接以蜂窩狀設(shè)置，所以能夠大幅簡化裝置構(gòu)成及實(shí)現(xiàn)小型化，同時(shí)能夠?qū)鋯卧?08中的燃料電池反應(yīng)生成的熱量作為烴的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的熱源加以利用。藉此，能夠構(gòu)筑能源利用率良好的系統(tǒng)。
采用圖17對本發(fā)明的實(shí)施方式5的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池進(jìn)行說明。圖17為表示本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中的單元的排列結(jié)構(gòu)、物質(zhì)及熱量的轉(zhuǎn)移的平面圖。對與實(shí)施方式3的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池相同的構(gòu)成要素標(biāo)記相同的符號，并省略或簡化對其的說明。
本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式3的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池大致相同，本實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的主要特征與實(shí)施方式3的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池的不同在于，用不導(dǎo)入有機(jī)氫化物、氫及空氣中的任一種、且與轉(zhuǎn)化反應(yīng)及燃料電池反應(yīng)無關(guān)的預(yù)備單元來替代轉(zhuǎn)化單元104、空氣單元106及/或氫單元108的一部分。圖17所示為形成預(yù)備單元150以替代轉(zhuǎn)化單元104的情況。
通過形成預(yù)備單元150來替代轉(zhuǎn)化單元104、空氣單元106及/或氫單元108的一部分，可適當(dāng)調(diào)整轉(zhuǎn)化單元104、空氣單元106、氫單元108的數(shù)量，藉此對燃料電池中的熱平衡等進(jìn)行調(diào)整。
本實(shí)施方式對實(shí)施方式3的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中形成預(yù)備單元150的情況進(jìn)行了說明，但在其它實(shí)施方式的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池中也可形成預(yù)備單元。
本發(fā)明并不僅限于上述實(shí)施方式，也可以有各種變形例。
例如，上述實(shí)施方式中，對轉(zhuǎn)化單元64和104、空氣單元66和106、氫單元108的截面為四角形、三角形或六角形的情況進(jìn)行了說明，但這些單元的截面形狀并不僅限于四角形、三角形或六角形。例如可以是五角形、八角形或圓形的截面形狀。此外，可以對轉(zhuǎn)化單元64和104、空氣單元66和106、氫單元108的截面積設(shè)定不同的大小。這樣，通過適當(dāng)設(shè)定單元的截面形狀及截面積，可根據(jù)有機(jī)氫化物的轉(zhuǎn)化效率等各種條件，設(shè)定發(fā)電效率等燃料電池的性能。
另外，上述實(shí)施方式中，對形成于同一個固體電解質(zhì)基體62和102的轉(zhuǎn)化單元64和104、空氣單元66和106、氫單元108的截面形狀為相同形狀的情況進(jìn)行了說明，但形成于同一個固體電解質(zhì)基體62和102的單元的截面形狀也可以不同。
另外，上述實(shí)施方式中，對將形成于固體電解質(zhì)基體62和102的中空柱狀區(qū)段作為轉(zhuǎn)化單元64和104、空氣單元66和106、氫單元108使用的情況進(jìn)行了說明，但這些單元并不僅限于柱狀物，只要是能夠?qū)爰芭懦鰵怏w等的中空區(qū)段即可。
另外，上述實(shí)施方式中，對通過在轉(zhuǎn)化單元64和104導(dǎo)入有機(jī)氫化物進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)以生成氫的情況進(jìn)行了說明，但也可以通過在轉(zhuǎn)化單元64和104中導(dǎo)入其它的含氫材料氣體進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)以生成氫。
另外，上述實(shí)施方式中，對在轉(zhuǎn)化單元64和104中導(dǎo)入有機(jī)氫化物氣體的情況進(jìn)行了說明，但并不僅限于氣體，也可以在轉(zhuǎn)化單元64和104中導(dǎo)入液體的有機(jī)氫化物等含氫材料。
另外，上述實(shí)施方式中，對在圓柱狀的固體電解質(zhì)基體62和102形成各單元的情況進(jìn)行了說明，但固體電解質(zhì)基體62和102的形狀并不僅限于圓柱狀。此外，第1集氣管74和110、第2集氣管76和112的形狀也并不僅限于上述實(shí)施方式所述的圓盤狀，可根據(jù)固體電解質(zhì)基體62和102的形狀等進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)變更。
另外，上述實(shí)施方式中，采用第1集氣管74和110及第2集氣管76和112在形成于固體電解質(zhì)基體62和102的各單元中導(dǎo)入了有機(jī)氫化物、空氣和氫，但在各單元內(nèi)的有機(jī)氫化物等的流向并不僅限于上述實(shí)施方式所述的情況。例如，實(shí)施方式1中，有機(jī)氫化物和空氣的流向是互相相反的，但兩者的流向也可以相同。此外，實(shí)施方式2和3中，空氣和氫的流向是相同的，但兩者的流向也可以相反。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池對實(shí)現(xiàn)安全隱患少、可解決放熱問題的簡單的燃料電池系統(tǒng)有用。
權(quán)利要求
1.附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池，其特征在于，具備包含對含氫材料進(jìn)行轉(zhuǎn)化的催化劑的轉(zhuǎn)化單元，流動含氧空氣的空氣單元，被夾在前述轉(zhuǎn)化單元和前述空氣單元之間、由質(zhì)子導(dǎo)電體或氧離子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)層，形成于前述固體電解質(zhì)層的朝向前述轉(zhuǎn)化單元的面的第1電極層，以及形成于前述固體電解質(zhì)層的朝向前述空氣單元的面的第2電極層；由前述第1電極層和前述第2電極層輸出電能。
2.附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池，其特征在于，具備由多個第1中空區(qū)段和多個第2中空區(qū)段互相鄰接形成的質(zhì)子導(dǎo)電體構(gòu)成的固體電解質(zhì)基體，在前述第1中空區(qū)段中填入用于轉(zhuǎn)化含氫材料的催化劑而形成的被導(dǎo)入前述含氫材料的轉(zhuǎn)化單元，由前述第2中空區(qū)段形成的被導(dǎo)入空氣的空氣單元，形成于前述轉(zhuǎn)化單元的內(nèi)壁的第1電極層和形成于前述空氣單元的內(nèi)壁的第2電極層；由前述第1電極層和前述第2電極層輸出電能。
3.如權(quán)利要求2所述的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池，其特征還在于，前述轉(zhuǎn)化單元中的前述含氫材料的流向和前述空氣單元中的前述空氣的流向相反。
4.如權(quán)利要求2或3所述的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池，其特征還在于，前述固體電解質(zhì)基體具有前述第1及第2中空區(qū)段的一端所在的第1端面和前述第1及第2中空區(qū)段的另一端所在的第2端面，還具有被配設(shè)于前述固體電解質(zhì)基體的前述第1端面?zhèn)?、向前述?端面?zhèn)绕鹗嫉那笆龅?中空區(qū)段導(dǎo)入或排出流體及/或向前述第1端面?zhèn)绕鹗嫉那笆龅?中空區(qū)段導(dǎo)入或排出流體的第1分配構(gòu)造體，以及被配設(shè)于前述固體電解質(zhì)基體的前述第2端面?zhèn)?、從前述?端面?zhèn)绕鹗嫉那笆龅?中空區(qū)段排出或?qū)肓黧w及/或從前述第2端面?zhèn)绕鹗嫉那笆龅?中空區(qū)段排出或?qū)肓黧w的第2分配構(gòu)造體。
5.附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池，其特征在于，具備由多個第1中空區(qū)段、多個第2中空區(qū)段和多個第3中空區(qū)段互相鄰接形成的質(zhì)子導(dǎo)電體或氧離子導(dǎo)電體構(gòu)成的固體電解質(zhì)基體，在前述第1中空區(qū)段中填入用于轉(zhuǎn)化含氫材料的催化劑而形成的被導(dǎo)入前述含氫材料的轉(zhuǎn)化單元，由前述第2中空區(qū)段形成的被導(dǎo)入空氣的空氣單元，由前述第3中空區(qū)段形成的、被導(dǎo)入通過前述轉(zhuǎn)化單元中的前述含氫材料的轉(zhuǎn)化而生成的氫的氫單元，形成于前述氫單元的內(nèi)壁的第1電極層及形成于前述空氣單元的內(nèi)壁的第2電極層；由前述第1電極層和前述第2電極層輸出電能。
6.如權(quán)利要求5所述的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池，其特征還在于，前述固體電解質(zhì)基體具有前述第1～第3中空區(qū)段的一端所在的第1端面和前述第1～第3中空區(qū)段的另一端所在的第2端面，還具有被配設(shè)于前述固體電解質(zhì)基體的前述第1端面?zhèn)?、向前述?端面?zhèn)绕鹗嫉那笆龅?中空區(qū)段導(dǎo)入或排出流體、向前述第1端面?zhèn)绕鹗嫉那笆龅?中空區(qū)段導(dǎo)入或排出流體及/或向前述第1端面?zhèn)绕鹗嫉那笆龅?中空區(qū)段導(dǎo)入或排出流體的第1分配構(gòu)造體，以及被配設(shè)于前述固體電解質(zhì)基體的前述第2端面?zhèn)?、從前述?端面?zhèn)绕鹗嫉那笆龅?中空區(qū)段排出或?qū)肓黧w、從前述第2端面?zhèn)绕鹗嫉那笆龅?中空區(qū)段排出或?qū)肓黧w及/或從前述第2端面?zhèn)绕鹗嫉那笆龅?中空區(qū)段排出或?qū)肓黧w的第2分配構(gòu)造體。
7.如權(quán)利要求2～6中任一項(xiàng)所述的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池，其特征還在于，前述中空區(qū)段是具有三角形、四角形、五角形、六角形、八角形或圓形的截面的中空柱狀區(qū)段。
8.如權(quán)利要求2～7中任一項(xiàng)所述的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池，其特征還在于，前述轉(zhuǎn)化單元、前述空氣單元或前述氫單元的一部分是與反應(yīng)無關(guān)的預(yù)備單元。
全文摘要
本發(fā)明提供安全隱患少、能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的系統(tǒng)、并可解決放熱問題的附有轉(zhuǎn)化器的燃料電池。該電池具備包含對含氫材料進(jìn)行轉(zhuǎn)化的催化劑50的轉(zhuǎn)化層52，流動含氧空氣的空氣層60，被夾在轉(zhuǎn)化層52和空氣層60之間、由質(zhì)子導(dǎo)電體或氧離子導(dǎo)電體形成的固體電解質(zhì)層56，形成于固體電解質(zhì)層56的朝向轉(zhuǎn)化層52的面的第1電極層54，以及形成于固體電解質(zhì)層56的朝向空氣層60的面的第2電極層58；由第1電極層54和第2電極層58輸出電能。
文檔編號H01M8/10GK1816936SQ200480018628
公開日2006年8月9日 申請日期2004年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月30日
發(fā)明者大久保秀一 申請人:株式會社日本能源