JP6150269B2 - 再生型燃料電池 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施形態1に係るユニタイズド再生型燃料電池システムの概略構成を示している。なお、図1には気体と液体のラインのみが示されており、負荷等の電気的な回路は省略してある。
図2は、本発明の実施形態2に係るユニタイズド再生型燃料電池システムの概略構成を示している。図2でも、気体と液体のラインのみが示されており、負荷等の電気的な回路は省略してある。図2の符号20は、ユニタイズド再生型燃料電池システムのスタックを示しており、その構造及び動作は、図1のスタック10と同様であるため、その詳しい説明は省略する。また、図2のその他の構成要素についても、図1と同じ構成要素については同じ記号で示してある。
図3は、本発明の実施形態3に係るユニタイズド再生型燃料電池システムの概略構成を示しており、これは、図2に示した実施形態2を変形したものである。実施形態3が実施形態2と異なるのは、気液分離部38と同様の機能をもつ気液分離部38’を酸素側にも設けたことである。酸素側に気液分離部38’を設けることにより、気液分離はこの気液分離部38’において行いつつ、貯槽22において、温度制御/液面制御等により、より精度の高い湿度と差圧の制御のために使用することも可能である。
上記実施形態1〜3では、いずれもスタックをユニタイズド型として説明した。しかしながら、本発明の特徴である、全体を閉鎖系とし、系内を湿潤した環境に維持しつつ、発電時に貯槽における水の蒸気圧を制御して高分子膜に水を供給すること、セルの高分子膜の酸素側と水素側の圧力差を計測しそれに基づいて液面の位置を制御し、当該差圧を所定範囲に抑えることは、燃料電池部と水電解部とが別々に設けられたセパレート型にも適用することが可能であることは、当業者には容易に理解される。
Claims (14)
- 高分子膜とその両側に設けられた電極からなる燃料電池/水電解セルに、発電時には前記高分子膜の一方の側の電極に酸素ガスを供給し、他方の側の電極に水素ガスを供給して発電し、水の電気分解時には、燃料電池/水電解セルにおいて水を電気分解して酸素ガス及び水素ガスを発生させる再生型燃料電池において、
酸素ガスを貯蔵する酸素タンクと、
水素ガスを貯蔵する水素タンクと、
発電時に供給される酸素ガスのうち発電に使用されなかった酸素ガスと、水を貯蔵する第1の貯槽と、
発電時に供給される水素ガスのうち発電に使用されなかった水素ガスと、水を貯蔵する第2の貯槽と、
前記第1の貯槽及び第2の貯槽の少なくとも一方の水の蒸気圧を制御する蒸気圧制御手段と、を備え、
前記燃料電池/水電解セル、酸素タンク、水素タンク、第1の貯槽、第2の貯槽及びこれらを接続する液体及び気体の経路は閉鎖系とされ、前記酸素タンクと第1の貯槽は接続され必要に応じて互いに酸素ガスが行き来できるようにされており、発電時には当該酸素ガスが前記高分子膜の前記一方の側の電極に供給され、前記水素タンクと第2の貯槽は接続され必要に応じて互いに水素ガスが行き来できるようにされており、発電時には当該水素ガスが前記高分子膜の前記他方の側の電極に供給され、
さらに、発電時に、前記酸素タンクと前記燃料電池/水電解セルとを直接つなぐ経路、及び、前記水素タンクと前記燃料電池/水電解セルとを直接つなぐ経路を備え、
前記第1の貯槽と第2の貯槽とは互いに分離されており、
前記蒸気圧制御手段は、少なくとも前記第1の貯槽の温度を可変とすることによって水の蒸気圧を制御しながら、発電時に必要とされる水を前記高分子膜に供給することを特徴とする再生型燃料電池。 - 前記高分子膜の酸素側の酸素ガスと水素側の水素ガスの差圧を計測する差圧ゲージを備え、その計測結果に基づいて、前記第1及び/又は第2の貯槽の液面の位置を変えることにより、前記差圧を所定範囲に抑えることを特徴とする請求項1に記載の再生型燃料電池。
- 前記第1の貯槽又は酸素側の経路において酸素ガスの圧力を計測する第1の圧力ゲージ及び前記第2の貯槽又は水素側の経路において水素ガスの圧力を計測する第2の圧力ゲージを備え、前記第1及び第2の圧力ゲージの計測値をもとに前記第1及び/又は第2の貯槽の液面の位置を変えることにより、酸素側の酸素ガスと水素側の水素ガスの差圧を所定範囲に抑えることを特徴とする請求項1に記載の再生型燃料電池。
- 前記高分子膜の酸素側の酸素ガスと水素側の水素ガスの差圧を計測する差圧ゲージを備え、その計測結果に基づいて、前記第1の貯槽の酸素ガス及び/又は第2の貯槽の水素ガスの圧力を変えることにより、前記差圧を所定範囲に抑えることを特徴とする請求項1に記載の再生型燃料電池。
- 前記燃料電池/水電解セルは、燃料電池部と水電解部とが一体とされたものである、請求項1乃至4のうちいずれか1項に記載の再生型燃料電池。
- 前記燃料電池/水電解セルは、燃料電池部と水電解部とが別体とされたものである、請求項1乃至4のうちいずれか1項に記載の再生型燃料電池。
- 高分子膜とその両側に設けられた電極からなる燃料電池/水電解セルに、発電時には前記高分子膜の一方の側の電極に酸素ガスを供給し、他方の側の電極に水素ガスを供給して発電し、水の電気分解時には、燃料電池/水電解セルにおいて水を電気分解して酸素ガス及び水素ガスを発生させる再生型燃料電池において、
酸素ガスを貯蔵する酸素タンクと、
水素ガスを貯蔵する水素タンクと、
発電時に供給される酸素ガスのうち発電に使用されなかった酸素ガスと、水を貯蔵する貯槽と、
前記貯槽における水の蒸気圧を制御する蒸気圧制御手段と、を備え、
前記燃料電池/水電解セル、酸素タンク、水素タンク、貯槽及びこれらを接続する液体及び気体の経路は閉鎖系とされ、前記酸素タンクと貯槽は接続され必要に応じて互いに酸素ガスが行き来できるようにされており、発電時には、当該酸素ガスが前記高分子膜の前記一方の側の電極に供給されるとともに、前記水素タンクから水素ガスが前記高分子膜の前記他方の側の電極に供給され、
さらに、発電時に、前記酸素タンクと前記燃料電池/水電解セルとを直接つなぐ経路、及び、前記水素タンクと前記燃料電池/水電解セルとを直接つなぐ経路を備え、
前記蒸気圧制御手段は、前記貯槽の温度を可変とすることで水の蒸気圧を制御することによって、発電時に必要とされる水を前記高分子膜に供給することを特徴とする再生型燃料電池。 - さらに、水素ガスと水とを分離し、分離された水素ガスを前記水素タンクに供給する気液分離部を備え、当該気液分離部が前記閉鎖系に組み込まれていることを特徴とする請求項7に記載の再生型燃料電池。
- さらに、酸素ガスと水とを分離する酸素側の気液分離部を備え、当該酸素側の気液分離部が前記閉鎖系に組み込まれていることを特徴とする請求項7又は8に記載の再生型燃料電池。
- 前記高分子膜の酸素側の酸素ガスと水素側の水素ガスの差圧を計測する差圧ゲージを備え、その計測結果に基づいて、前記貯槽の液面の位置を変えることにより、前記差圧を所定範囲に抑えることを特徴とする請求項7乃至9のうちいずれか1項に記載の再生型燃料電池。
- 前記高分子膜の酸素側の酸素ガスと水素側の水素ガスの差圧を計測する差圧ゲージを備え、その計測結果に基づいて、前記貯槽の酸素ガスの圧力を変えることにより、前記差圧を所定範囲に抑えることを特徴とする請求項7乃至9のうちいずれか1項に記載の再生型燃料電池。
- 前記第1の貯槽又は酸素側の経路において酸素ガスの圧力を計測する第1の圧力ゲージ及び水素側の前記気液分離部又は水素側の経路において水素ガスの圧力を計測する第2の圧力ゲージを備え、前記第1及び第2の圧力ゲージの計測値をもとに前記第1の貯槽及び/又は水素側の前記気液分離部の液面の位置を変えることにより、酸素側の酸素ガスと水素側の水素ガスの差圧を所定範囲に抑えることを特徴とする請求項8又は9に記載の再生型燃料電池。
- 前記燃料電池/水電解セルは、燃料電池部と水電解部とが一体とされたものである、請求項7乃至12のうちいずれか1項に記載の再生型燃料電池。
- 前記燃料電池/水電解セルは、燃料電池部と水電解部とが別体とされたものである、請求項7乃至12のうちいずれか1項に記載の再生型燃料電池。
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