JP4929568B2 - 燃料電池駆動装置 - Google Patents
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Description
即ち、特許文献1に記載された燃料電池は、電極に触媒を分散させた,正負極によって,高分子電解質からなるプロトン伝導部両端を挟み込む構成となっている。正極は例えば,炭素繊維中に触媒となる白金が分散されており,正極上ではプロトン伝導部を伝導してきたプロトンが,正極上を覆う空気中の酸素と反応して水を生成する構造となっている。負極上では例えば,炭素材料中に触媒である白金などが分散されており,負極上を通過する水を含むメタノール燃料は分解されて水素となり,更に電子を放出しプロトンとなり,プロトン伝導部に伝導していく。これらをまとめた電池構成は,前記負極〜前記正極の側面までを覆うコ字状の外装を有し、上面には水を含むメタノールが導入されている。
この燃料電池は、ノートブックパソコン、カメラ一体型ビデオ等のポータブル民生家電製品への使用が検討されている。この燃料電池の使用場所としては、海辺や温泉地等といった環境の悪い場所も考えられる。
このような環境の悪い場所で使用すると、空気中に含まれるゴミや汚れが前記燃料電池の負極の炭素繊維に付着し覆うために、水の発生が抑えられるといったことが考えられる。
この結果、起電力の低下を生じて、燃料電池が動作しなくなるといった問題を生じることになる。
特許文献2に記載された燃料電池駆動装置は、空気極と燃料極とで固体高分子電解質が挟持された構成の燃料電池本体は電池セル毎にセパレータで保持され,各電池セルに供給される空気や水素に対し、燃料電池への空気供給用流量センサーの数値が所定量を下回ったときには、エアフィルタが目詰まりしていることを示す水素不足ランプを点灯させる検出器を備えている。
この様な課題を解決するために、空気極の手前の空気流入部にフィルタを設けることも行われている。
(a)水素と酸素との化学反応により起電力を生じる燃料電池に清浄な空気を供給する燃料電池駆動装置において、燃料を含むカートリッジと、前記カートリッジに一体化されて設けられ、前記空気をろ過するフィルタとを備え、前記フィルタは、前記空気の流入側に物理ろ過器を備え、前記物理ろ過器の前記空気の流出側に化学吸着ろ過器を少なくとも備え、前記化学吸着ろ過器は、炭酸カルシウムを用いて形成されていることを特徴とする燃料電池駆動装置。
(b)水素と酸素との化学反応により起電力を生じる燃料電池に清浄な空気を供給する燃料電池駆動装置において、燃料を含むカートリッジと、前記カートリッジに一体化されて設けられ、前記空気をろ過するフィルタとを備え、前記フィルタは、前記空気の流入側に物理ろ過器を備え、前記物理ろ過器の前記空気の流出側に物理吸着ろ過器と化学吸着ろ過器とをこの順に備え、前記物理吸着ろ過器は、カオリナイト、モンモリロナイト、及び中空繊維状プラスチックのうちいずれかを用いて形成され、前記化学吸着ろ過器は、炭酸カルシウムを用いて形成されていることを特徴とする燃料電池駆動装置。
(c)前記フィルタは、中空な円筒または角筒であり、前記カートリッジは前記フィルタと同じ形状で、前記フィルタ内に収納、または前記フィルタを覆うように設けられ、前記カートリッジの中心軸と前記フィルタの中心軸とは同じであることを特徴とする(a)または(b)記載の燃料電池駆動装置。
図1は、本発明の実施の形態における燃料電池駆動装置を示す概略図である。
図2は、燃料電池駆動装置に用いられる収納部の組み合わせを示す図である。
図3は、収納部の第1実施例を示す断面図である。
図4は、収納部の第2実施例を示す断面図である。
この燃料電池6は、電気化学反応により生じた水を排出するための排気口7を有している。
物理ろ過器Mは、網目状のシートからなり、このシートの網目よりも大きな物質を捕らえるものである。いわゆるセルロース繊維からなるパルプろ過器、紙ろ過器、或いはポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維、ポリイミド繊維等を編んだ布状ろ過器、またはこれら繊維を接着剤等で固化させた不織布状にした不織布ろ過器と呼ばれているものである。
この化学吸着ろ過器Nに炭酸カルシウム粒を用いた場合には、弱アルカリ性であるため、自動車の排気ガスに含まれる硫黄酸化物や窒素酸化物のろ過には好適である。活性アルミナ、アルミナ、シリカゲル、活性炭、合成ゼオライトを用いても上記硫黄酸化物や窒素酸化物の化学吸着も行うので有効である。また、この様な、活性アルミナ、シリカゲル、活性炭、合成ゼオライトは海岸近辺における塩化ナトリウム微粒子の除去にも好適である。この化学吸着ろ過器Nを用いることにより、燃料電池6の空気極の効率が低下したり、前記した触媒層が被毒することを防止できる。
図3に示すように、収納部2は、カートリッジ2Aとフィルタ2Bとを隣接させメタノール収納領域と空気注入領域を分けた隣接配置型のもの、図5に示すように、メタノール収納領域の周囲に空気注入領域を設けた同軸配置型のものがある。
まずは、隣接配置型のものについて説明する。
図3に示すように、隣接配置型の収納部2は、互いに隣接して一体化されたカートリッジ2Aとフィルタ2Bを収納している。カートリッジ2Aは、円筒8の内部に中空部9を有し、この中空部9内にあって、円筒8の下部にはリング状のパッキング10が設けられ、メタノール出口が狭められている。円筒8の下部では、パッキング10上に栓11が載置され、この栓11は、上部の押え12と栓11との間に設けられたバネ13によって押えられている。
この栓11、17は、カートリッジが燃料電池に装着された時点で、図示しないカートリッジ装着部から伸びる突起により、栓11,17が持ち上げられ、燃料及び空気が燃料電池内に流入するようになっている。
図4に示すように、同軸配置型のものは、中空な円筒20の内部にこの円筒20の内径より小さい径の中空部21Aを有する円筒21が嵌め込まれ、円筒20の内壁と円筒21の外壁とで囲まれた円筒領域20Aは、空気をろ過するフィルタ2Bを形成し、円筒21は、メタノールを収納する中空部22を有してカートリッジ2Aを形成している。円筒領域20A内にあって、円筒21の下部には、リング状のパッキング23が設けられ、空気の出口が狭められている。隣接配置型同様にパッキング23を設けているのは同様の理由による。
この場合、燃料電池6に必要な水素ガス量からカートリッジ2Aに収納するメタノール量が決められるので、ポンプ4で送り出す圧力、配管P2、P3の圧力損失から円筒領域20Aの断面積を決めると、ポンプ3で送り出される空気流量も決まる。そして、空気流量とフィルタ2Bとの関係を予め調べておき、中空部22の中のメタノールを使い切る時間をフィルタ2Bの寿命にすることもできる。
このようにすると、カートリッジ2Aの交換時期にはフィルタ2Bの劣化も始まることとなり、収納部2全体の交換がワンタッチで行うことができる。このため、使い勝手を向上させることができる。このことは、隣接配置型の場合も同様である。
この場合、物理ろ過器の後方に物理吸着ろ過器または化学吸着ろ過器が来るように設置することが必要である。
例えば物理吸着ろ過器の後方に物理ろ過器を設置したりすると、物理吸着ろ過器上に、綿ボコリなどの大きなゴミが補足されてしまい、物理吸着ろ過器本来のろ過面積を確保することが出来なくなり、ろ過効率の低下が生じるからである。
さらにカートリッジ2Aの形状は円筒形として説明をしたが、角型でも良い。角型にすることで、カートリッジをダンボール箱に詰めて配送するときにダンボール箱内にきっちりと隙間なくカートリッジを詰め込むことができるので、配送効率が向上すると言う効果を生じさせることができる。
Claims (3)
- 水素と酸素との化学反応により起電力を生じる燃料電池に清浄な空気を供給する燃料電池駆動装置において、
燃料を含むカートリッジと、
前記カートリッジに一体化されて設けられ、前記空気をろ過するフィルタとを備え、
前記フィルタは、前記空気の流入側に物理ろ過器を備え、前記物理ろ過器の前記空気の流出側に化学吸着ろ過器を少なくとも備え、
前記化学吸着ろ過器は、炭酸カルシウムを用いて形成されている
ことを特徴とする燃料電池駆動装置。 - 水素と酸素との化学反応により起電力を生じる燃料電池に清浄な空気を供給する燃料電池駆動装置において、
燃料を含むカートリッジと、
前記カートリッジに一体化されて設けられ、前記空気をろ過するフィルタとを備え、
前記フィルタは、前記空気の流入側に物理ろ過器を備え、前記物理ろ過器の前記空気の流出側に物理吸着ろ過器と化学吸着ろ過器とをこの順に備え、
前記物理吸着ろ過器は、カオリナイト、モンモリロナイト、及び中空繊維状プラスチックのうちいずれかを用いて形成され、
前記化学吸着ろ過器は、炭酸カルシウムを用いて形成されている
ことを特徴とする燃料電池駆動装置。 - 前記フィルタは、中空な円筒または角筒であり、
前記カートリッジは前記フィルタと同じ形状で、前記フィルタ内に収納、または前記フィルタを覆うように設けられ、前記カートリッジの中心軸と前記フィルタの中心軸とは同じであることを特徴とする請求項1または2記載の燃料電池駆動装置。
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