混合動(dòng)力裝置以及混合動(dòng)力系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具備電解單元堆裝置和燃料電池單元堆裝置的混合動(dòng)力裝置以及具備該混合動(dòng)力裝置的混合動(dòng)力系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年，作為下一代能量，提出了將能夠使用燃料氣體(含氫氣體)和含氧氣體(空氣)來(lái)得到電力的固體氧化物型的燃料電池單元(S0FC)排列多個(gè)而成的燃料電池單元堆裝置。
[0003]另一方面，近幾年作為制造氫的其他方法，也提倡了使用具備固體氧化物型的電解質(zhì)膜的電解單元(S0EC)的高溫水蒸氣電解法。
[0004]進(jìn)而，還提出了將該固體氧化物型的燃料電池單元(S0FC)和固體氧化物型的電解單元(S0EC)組合而成的固體電解質(zhì)型燃料電池發(fā)電設(shè)備(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
[0005]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:JP特開平11-214021號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]但是，在上述專利文獻(xiàn)1中，僅僅是將固體氧化物型的燃料電池單元(S0FC)和固體氧化物型的電解單元(S0EC)進(jìn)行組合的情況作為框圖來(lái)進(jìn)行了記載，而對(duì)于具體的構(gòu)成并沒有任何啟示，希望得到一種更高效率的構(gòu)成。
[0010]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種將電解單元堆裝置和燃料電池單元堆裝置組合而成的、效率更高的混合動(dòng)力裝置以及具備該混合動(dòng)力裝置的混合動(dòng)力系統(tǒng)。
[0011]用于解決課題的手段
[0012]本發(fā)明的混合動(dòng)力裝置的特征在于，具備:電解單元堆裝置，其具有電解單元堆，所述電解單元堆具備多個(gè)從包含水蒸氣的氣體生成含氫的氣體的電解單元；和燃料電池單元堆裝置，其具有燃料電池單元堆，所述燃料電池單元堆具備多個(gè)燃料電池單元，并構(gòu)成為由所述電解單元堆裝置生成的含氫的氣體的至少一部分被供給到所述燃料電池單元堆裝置，在所述燃料電池單元堆的附近配置有用于生成包含向所述電解單元堆裝置供給的水蒸氣的氣體的氣化器。
[0013]此外，本發(fā)明的混合動(dòng)力系統(tǒng)的特征在于，具備上述的混合動(dòng)力裝置、和用于向所述燃料電池單元堆裝置的所述歧管供給含氧的氣體或水蒸氣的輔助裝置。
[0014]進(jìn)而，本發(fā)明的混合動(dòng)力系統(tǒng)的特征在于，具備:上述的混合動(dòng)力裝置；和控制裝置，其在該混合動(dòng)力裝置的運(yùn)行停止處理中進(jìn)行控制，使得停止向所述燃料電池單元堆裝置的外部負(fù)載的電流的供給，并且在所述燃料電池單元的溫度成為給定溫度以下之后，停止向所述電解單元堆裝置的電流的供給以及向所述氣化器的水的供給。
[0015]發(fā)明效果
[0016]本發(fā)明的混合動(dòng)力裝置由于能夠高效率地將水蒸氣供給到電解單元堆裝置，并且能夠改善燃料電池單元堆裝置的溫度分布，能夠提高發(fā)電效率，因此能夠成為高效率的混合動(dòng)力裝置。
[0017]此外，本發(fā)明的混合動(dòng)力系統(tǒng)能夠成為可靠性得到提高的混合動(dòng)力系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是表示本實(shí)施方式的混合動(dòng)力裝置的一例的外觀立體圖。
[0019]圖2(a)是摘取構(gòu)成本實(shí)施方式的混合動(dòng)力裝置的電解單元堆裝置的一部分來(lái)進(jìn)行表示的俯視圖，(b)是摘取構(gòu)成本實(shí)施方式的混合動(dòng)力裝置的燃料電池單元堆裝置的一部分來(lái)進(jìn)行表示的俯視圖。
[0020]圖3是表示本實(shí)施方式的混合動(dòng)力裝置的另一例的外觀立體圖。
[0021]圖4是表示本實(shí)施方式的混合動(dòng)力裝置的又一例的外觀立體圖。
[0022]圖5是表示構(gòu)成圖4所示的混合動(dòng)力裝置的電解單元堆裝置的一例的剖面圖。
[0023]圖6是表示本實(shí)施方式的混合動(dòng)力裝置的又一例的外觀立體圖。
[0024]圖7 (a)、(b)是表不本實(shí)施方式的混合動(dòng)力系統(tǒng)的一例的框圖。
[0025]圖8是與本實(shí)施方式的混合動(dòng)力系統(tǒng)的起動(dòng)相關(guān)的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]圖1是表示本實(shí)施方式的混合動(dòng)力裝置的一例的外觀立體圖。另外，在以下的說(shuō)明中，針對(duì)同一要素使用同一符號(hào)來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。
[0027]如圖1所示，本實(shí)施方式的混合動(dòng)力裝置1具備固體氧化物型的電解單元堆裝置
2、和固體氧化物型的燃料電池單元堆裝置3。
[0028]在電解單元堆裝置2中，通過(guò)供給水蒸氣，并且在電解單元堆裝置2中流動(dòng)電流(施加電壓)，從而產(chǎn)生電解反應(yīng)，生成含氫的氣體。
[0029]另一方面，在燃料電池單元堆裝置3中，通過(guò)供給燃料氣體即含氫的氣體，從而能夠產(chǎn)生發(fā)電反應(yīng)并獲得電力。
[0030]因此，通過(guò)將該電解單元堆裝置和燃料電池單元堆裝置進(jìn)行組合，除了能夠得到含氫的氣體以外，還能夠獲得電力，能夠成為高效率的混合動(dòng)力裝置。
[0031]電解單元堆裝置2具備將多個(gè)電解單元4以豎立設(shè)置的狀態(tài)排成一列并電連接的電解單元堆5，構(gòu)成該電解單元堆5的電解單元4的一端部(下端部)通過(guò)玻璃密封材料等的絕緣性接合材料(未圖示)而被固定于由金屬等形成的第1歧管(manifold)6。另外，在電解單元堆5的兩端部，配置有端部導(dǎo)電構(gòu)件8，其中端部導(dǎo)電構(gòu)件8具有用于使電流在電解單元堆5(電解單元4)中流動(dòng)的導(dǎo)電部9。
[0032]此外，電解單元堆5 (多個(gè)電解單元4)的另一端部(上端部)通過(guò)玻璃密封材料等的絕緣性接合材料(未圖示)而被固定于由金屬等形成的第2歧管7。在該電解單元堆裝置2中，供給到電解單元4通過(guò)電解反應(yīng)而產(chǎn)生的含氫的氣體由第2歧管7進(jìn)行回收。SP，第2歧管7本身成為回收部。第2歧管7所回收的含氫的氣體除了通過(guò)氣體導(dǎo)出管18來(lái)導(dǎo)出到外部以外，還通過(guò)氣體導(dǎo)入管19來(lái)供給到相鄰配置的燃料電池單元堆裝置3。換言之，電解單元堆裝置2的第2歧管7和后述的燃料電池單元堆裝置3的歧管12由氣體導(dǎo)入管19來(lái)連接。由此，構(gòu)成為在電解單元堆裝置2中生成的含氫的氣體的至少一部分被供給到燃料電池單元堆裝置3。
[0033]另外，雖未圖示，但在氣體導(dǎo)出管18或氣體導(dǎo)入管19中適當(dāng)設(shè)置有閥，通過(guò)控制該閥的動(dòng)作，從而能夠?qū)⒑瑲涞臍怏w除了導(dǎo)出到外部以外還供給到燃料電池單元堆裝置3。此外，詳細(xì)內(nèi)容雖在后面敘述，但作為圖1所示的電解單元，具備豎條紋型的電解單元1。另夕卜，也可以以使電流在各電解單元4中容易流動(dòng)為目的，在各電解單元4間配置導(dǎo)電構(gòu)件。
[0034]另外，通過(guò)向電解單元4供給水蒸氣，同時(shí)將電解單元4加熱到600?1000°C，并且施加電流使得電壓成為1.0?1.5V(平均每1個(gè)電解單元)程度，從而供給到電解單元4的水蒸氣的一部分或者全部在陰極和陽(yáng)極產(chǎn)生由下述的反應(yīng)式所示的反應(yīng)，分解為氫和氧。另外，氧從后述的陽(yáng)極排出。
[0035]陰極:H20+2e— Η 2+02
[0036]陽(yáng)極:02— l/202+2e
[0037]另一方面，燃料電池單元堆裝置3具備將多個(gè)燃料電池單元10以豎立設(shè)置的狀態(tài)排列成一列、并經(jīng)由集電構(gòu)件而電連接的燃料電池單元堆11，構(gòu)成該燃料電池單元堆11的燃料電池單元10的一端部(下端部)通過(guò)玻璃密封材料等的絕緣性接合材料(未圖示)而被固定于由金屬等形成的歧管12。另外，在燃料電池單元堆11的兩端部，配置有端部集電構(gòu)件13，其中端部集電構(gòu)件13具有用于導(dǎo)出由燃料電池單元堆11 (燃料電池單元10)發(fā)電的電流的電流引出部14。另外，詳細(xì)內(nèi)容雖在后面敘述，但作為圖1所示的燃料電池單元，具備豎條紋型的燃料電池單元10。
[0038]然后，通過(guò)向燃料電池單元10供給含氫的氣體(含氫氣體)以及含氧氣體，并且將燃料電池單元10加熱到600?1000°C，從而供給到燃料電池單元10的含氫的氣體以及含氧氣體在陰極和陽(yáng)極產(chǎn)生由下述的反應(yīng)式所示的反應(yīng)，能夠獲得電力。另外，通過(guò)使發(fā)電中未使用的含氫的氣體在燃料電池單元10的另一端部側(cè)(上端部側(cè))進(jìn)行燃燒，從而由該燃燒熱也能夠使燃料電池單元堆11的溫度上升或維持于高溫。
[0039]陰極:l/202+2e— 02
[0040]陽(yáng)極:H2+02— H 20+2e
[0041]然后，對(duì)于電解單元堆裝置2和燃料電池單元堆裝置3而言，關(guān)于其構(gòu)成，在電解單元堆裝置2的上方配置有第2歧管7這一點(diǎn)上有較大不同。
[0042]此外，在燃料電池單元堆11的附近，配置有用于生成向電解單元堆裝置2的第1歧管6供給的水蒸氣的氣化器16。另外，在圖1中，氣化器16配置于沿著燃料電池單元10的排列方向的中央部，具體來(lái)說(shuō)，在圖1所示的燃料電池單元堆11中，配置于沿著燃料電池單元10的排列方向的中央部的側(cè)方，但并不限于此。
[0043]在此，在氣化器16的上端連接了用于將由水供給裝置所供給的水導(dǎo)入到氣化器16中的水導(dǎo)入管15，另一方面，在下端部側(cè)，連接了一端與氣化器16連接而另一端與第1歧管6連接的水蒸氣流入管17。由此，通過(guò)水導(dǎo)入管15來(lái)供給并由氣化器16氣化的水蒸氣經(jīng)由水蒸氣流入管17而被供給到電解單元堆裝置2的第1歧管6。
[0044]在燃料電池單元堆裝置3中，存在伴隨發(fā)電而產(chǎn)生溫度分布的情況。在此，通過(guò)將氣化器16配置在燃料電池單元堆裝置的附近，從而能夠改善該溫度分布，能夠抑制燃料電池單元堆裝置3的發(fā)電效率下降，換言之能夠提高發(fā)電效率。
[0045]尤其是在上述的燃料電池單元堆裝置3中，存在產(chǎn)生沿著燃料電池單元10的排列方向的中央部的溫度較高而兩端部的溫度較低這樣的溫度分布的情況。因此，通過(guò)將氣化器16配置于沿著燃料電池單元10的排列方向的中央部，從而能夠使中央部的溫度下降，能夠進(jìn)一步改善溫度分布。由此，能夠進(jìn)一步提高發(fā)電效率。另外，在圖1中，示出了將氣化器16配置在電解單元堆裝置2與燃料電池單元堆裝置3之間的示例，但位于燃料電池單元堆裝置3的附近即可，例如也可以設(shè)置在與電解單元堆裝置2相反的一側(cè)。
[0046]此外，例如在電解單元4包含Ni的情況下，若向電解單元4僅供給水蒸氣，則Ni