混合动力装置以及混合动力系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具备电解单元堆装置和燃料电池单元堆装置的混合动力装置以及具备该混合动力装置的混合动力系统。
【背景技术】
[0002]近几年，作为下一代能量，提出了将能够使用燃料气体(含氢气体)和含氧气体(空气)来得到电力的固体氧化物型的燃料电池单元(S0FC)排列多个而成的燃料电池单元堆装置。
[0003]另一方面，近几年作为制造氢的其他方法，也提倡了使用具备固体氧化物型的电解质膜的电解单元(S0EC)的高温水蒸气电解法。
[0004]进而，还提出了将该固体氧化物型的燃料电池单元(S0FC)和固体氧化物型的电解单元(S0EC)组合而成的固体电解质型燃料电池发电设备(例如参照专利文献1)。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:JP特开平11-214021号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的课题
[0009]但是，在上述专利文献1中，仅仅是将固体氧化物型的燃料电池单元(S0FC)和固体氧化物型的电解单元(S0EC)进行组合的情况作为框图来进行了记载，而对于具体的构成并没有任何启示，希望得到一种更高效率的构成。
[0010]因此，本发明的目的在于提供一种将电解单元堆装置和燃料电池单元堆装置组合而成的、效率更高的混合动力装置以及具备该混合动力装置的混合动力系统。
[0011]用于解决课题的手段
[0012]本发明的混合动力装置的特征在于，具备:电解单元堆装置，其具有电解单元堆，所述电解单元堆具备多个从包含水蒸气的气体生成含氢的气体的电解单元；和燃料电池单元堆装置，其具有燃料电池单元堆，所述燃料电池单元堆具备多个燃料电池单元，并构成为由所述电解单元堆装置生成的含氢的气体的至少一部分被供给到所述燃料电池单元堆装置，在所述燃料电池单元堆的附近配置有用于生成包含向所述电解单元堆装置供给的水蒸气的气体的气化器。
[0013]此外，本发明的混合动力系统的特征在于，具备上述的混合动力装置、和用于向所述燃料电池单元堆装置的所述歧管供给含氧的气体或水蒸气的辅助装置。
[0014]进而，本发明的混合动力系统的特征在于，具备:上述的混合动力装置；和控制装置，其在该混合动力装置的运行停止处理中进行控制，使得停止向所述燃料电池单元堆装置的外部负载的电流的供给，并且在所述燃料电池单元的温度成为给定温度以下之后，停止向所述电解单元堆装置的电流的供给以及向所述气化器的水的供给。
[0015]发明效果
[0016]本发明的混合动力装置由于能够高效率地将水蒸气供给到电解单元堆装置，并且能够改善燃料电池单元堆装置的温度分布，能够提高发电效率，因此能够成为高效率的混合动力装置。
[0017]此外，本发明的混合动力系统能够成为可靠性得到提高的混合动力系统。
【附图说明】
[0018]图1是表示本实施方式的混合动力装置的一例的外观立体图。
[0019]图2(a)是摘取构成本实施方式的混合动力装置的电解单元堆装置的一部分来进行表示的俯视图，(b)是摘取构成本实施方式的混合动力装置的燃料电池单元堆装置的一部分来进行表示的俯视图。
[0020]图3是表示本实施方式的混合动力装置的另一例的外观立体图。
[0021]图4是表示本实施方式的混合动力装置的又一例的外观立体图。
[0022]图5是表示构成图4所示的混合动力装置的电解单元堆装置的一例的剖面图。
[0023]图6是表示本实施方式的混合动力装置的又一例的外观立体图。
[0024]图7 (a)、(b)是表不本实施方式的混合动力系统的一例的框图。
[0025]图8是与本实施方式的混合动力系统的起动相关的流程图。
【具体实施方式】
[0026]图1是表示本实施方式的混合动力装置的一例的外观立体图。另外，在以下的说明中，针对同一要素使用同一符号来进行说明。
[0027]如图1所示，本实施方式的混合动力装置1具备固体氧化物型的电解单元堆装置
2、和固体氧化物型的燃料电池单元堆装置3。
[0028]在电解单元堆装置2中，通过供给水蒸气，并且在电解单元堆装置2中流动电流(施加电压)，从而产生电解反应，生成含氢的气体。
[0029]另一方面，在燃料电池单元堆装置3中，通过供给燃料气体即含氢的气体，从而能够产生发电反应并获得电力。
[0030]因此，通过将该电解单元堆装置和燃料电池单元堆装置进行组合，除了能够得到含氢的气体以外，还能够获得电力，能够成为高效率的混合动力装置。
[0031]电解单元堆装置2具备将多个电解单元4以竖立设置的状态排成一列并电连接的电解单元堆5，构成该电解单元堆5的电解单元4的一端部(下端部)通过玻璃密封材料等的绝缘性接合材料(未图示)而被固定于由金属等形成的第1歧管(manifold)6。另外，在电解单元堆5的两端部，配置有端部导电构件8，其中端部导电构件8具有用于使电流在电解单元堆5(电解单元4)中流动的导电部9。
[0032]此外，电解单元堆5 (多个电解单元4)的另一端部(上端部)通过玻璃密封材料等的绝缘性接合材料(未图示)而被固定于由金属等形成的第2歧管7。在该电解单元堆装置2中，供给到电解单元4通过电解反应而产生的含氢的气体由第2歧管7进行回收。SP，第2歧管7本身成为回收部。第2歧管7所回收的含氢的气体除了通过气体导出管18来导出到外部以外，还通过气体导入管19来供给到相邻配置的燃料电池单元堆装置3。换言之，电解单元堆装置2的第2歧管7和后述的燃料电池单元堆装置3的歧管12由气体导入管19来连接。由此，构成为在电解单元堆装置2中生成的含氢的气体的至少一部分被供给到燃料电池单元堆装置3。
[0033]另外，虽未图示，但在气体导出管18或气体导入管19中适当设置有阀，通过控制该阀的动作，从而能够将含氢的气体除了导出到外部以外还供给到燃料电池单元堆装置3。此外，详细内容虽在后面叙述，但作为图1所示的电解单元，具备竖条纹型的电解单元1。另夕卜，也可以以使电流在各电解单元4中容易流动为目的，在各电解单元4间配置导电构件。
[0034]另外，通过向电解单元4供给水蒸气，同时将电解单元4加热到600?1000°C，并且施加电流使得电压成为1.0?1.5V(平均每1个电解单元)程度，从而供给到电解单元4的水蒸气的一部分或者全部在阴极和阳极产生由下述的反应式所示的反应，分解为氢和氧。另外，氧从后述的阳极排出。
[0035]阴极:H20+2e— Η 2+02
[0036]阳极:02— l/202+2e
[0037]另一方面，燃料电池单元堆装置3具备将多个燃料电池单元10以竖立设置的状态排列成一列、并经由集电构件而电连接的燃料电池单元堆11，构成该燃料电池单元堆11的燃料电池单元10的一端部(下端部)通过玻璃密封材料等的绝缘性接合材料(未图示)而被固定于由金属等形成的歧管12。另外，在燃料电池单元堆11的两端部，配置有端部集电构件13，其中端部集电构件13具有用于导出由燃料电池单元堆11 (燃料电池单元10)发电的电流的电流引出部14。另外，详细内容虽在后面叙述，但作为图1所示的燃料电池单元，具备竖条纹型的燃料电池单元10。
[0038]然后，通过向燃料电池单元10供给含氢的气体(含氢气体)以及含氧气体，并且将燃料电池单元10加热到600?1000°C，从而供给到燃料电池单元10的含氢的气体以及含氧气体在阴极和阳极产生由下述的反应式所示的反应，能够获得电力。另外，通过使发电中未使用的含氢的气体在燃料电池单元10的另一端部侧(上端部侧)进行燃烧，从而由该燃烧热也能够使燃料电池单元堆11的温度上升或维持于高温。
[0039]阴极:l/202+2e— 02
[0040]阳极:H2+02— H 20+2e
[0041]然后，对于电解单元堆装置2和燃料电池单元堆装置3而言，关于其构成，在电解单元堆装置2的上方配置有第2歧管7这一点上有较大不同。
[0042]此外，在燃料电池单元堆11的附近，配置有用于生成向电解单元堆装置2的第1歧管6供给的水蒸气的气化器16。另外，在图1中，气化器16配置于沿着燃料电池单元10的排列方向的中央部，具体来说，在图1所示的燃料电池单元堆11中，配置于沿着燃料电池单元10的排列方向的中央部的侧方，但并不限于此。
[0043]在此，在气化器16的上端连接了用于将由水供给装置所供给的水导入到气化器16中的水导入管15，另一方面，在下端部侧，连接了一端与气化器16连接而另一端与第1歧管6连接的水蒸气流入管17。由此，通过水导入管15来供给并由气化器16气化的水蒸气经由水蒸气流入管17而被供给到电解单元堆装置2的第1歧管6。
[0044]在燃料电池单元堆装置3中，存在伴随发电而产生温度分布的情况。在此，通过将气化器16配置在燃料电池单元堆装置的附近，从而能够改善该温度分布，能够抑制燃料电池单元堆装置3的发电效率下降，换言之能够提高发电效率。
[0045]尤其是在上述的燃料电池单元堆装置3中，存在产生沿着燃料电池单元10的排列方向的中央部的温度较高而两端部的温度较低这样的温度分布的情况。因此，通过将气化器16配置于沿着燃料电池单元10的排列方向的中央部，从而能够使中央部的温度下降，能够进一步改善温度分布。由此，能够进一步提高发电效率。另外，在图1中，示出了将气化器16配置在电解单元堆装置2与燃料电池单元堆装置3之间的示例，但位于燃料电池单元堆装置3的附近即可，例如也可以设置在与电解单元堆装置2相反的一侧。
[0046]此外，例如在电解单元4包含Ni的情况下，若向电解单元4仅供给水蒸气，则Ni