JPH03101063A - 燃料電池電源システム - Google Patents
燃料電池電源システムInfo
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- JPH03101063A JPH03101063A JP1237512A JP23751289A JPH03101063A JP H03101063 A JPH03101063 A JP H03101063A JP 1237512 A JP1237512 A JP 1237512A JP 23751289 A JP23751289 A JP 23751289A JP H03101063 A JPH03101063 A JP H03101063A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/065—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by dissolution of metals or alloys; by dehydriding metallic substances
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(イ)産業上の利用分野
本発明は小型可鍛式燃料電池電源システムに関するもの
である。
である。
(ロ)従来の技術
燃料電池を移動用電源とするためには、燃料ガス生成装
置を付設する必要があり、一般に貯液槽内のメタノール
と水の混合液を改質器で気化・改質して得られる水素リ
ッチガスを燃料ガスとする方式が採用される。しかしこ
の方式はスチーム改質反応が吸熱反応であり、改質触媒
の動作温度200〜300℃を維持するにはバーナ一部
の温度を通常600〜700℃に設定する必要がある。
置を付設する必要があり、一般に貯液槽内のメタノール
と水の混合液を改質器で気化・改質して得られる水素リ
ッチガスを燃料ガスとする方式が採用される。しかしこ
の方式はスチーム改質反応が吸熱反応であり、改質触媒
の動作温度200〜300℃を維持するにはバーナ一部
の温度を通常600〜700℃に設定する必要がある。
このような改質器を使用する場合、断熱構造への配慮や
反応安定性を確保する観点から、貯液槽を加えて改質器
の容積・重量が大きくなり、コンパクトな電源とするこ
とが困難である。更に改質ガス中にはH8以外にアノー
ド触媒を被毒するCOを含んでいるため低温からの負荷
昇温かできないという問題があった。
反応安定性を確保する観点から、貯液槽を加えて改質器
の容積・重量が大きくなり、コンパクトな電源とするこ
とが困難である。更に改質ガス中にはH8以外にアノー
ド触媒を被毒するCOを含んでいるため低温からの負荷
昇温かできないという問題があった。
一方水素吸蔵合金に吸蔵した水素を用いる水素−空気燃
料電池が特開昭58−121566号公報に開示されて
いる。これは水素吸蔵合金を夫々内蔵した二重管からな
る容器の一方(又は他方)にボンベなどの水素源から水
素を吸蔵させる時に発生する熱で他方(又は一方)の水
素吸蔵合金から解離する水素を電池に供給するもので、
吸蔵合金から水素を解離するには常に外部の水素源を必
要とし、可搬式電源としては容積・重量的に不利である
。
料電池が特開昭58−121566号公報に開示されて
いる。これは水素吸蔵合金を夫々内蔵した二重管からな
る容器の一方(又は他方)にボンベなどの水素源から水
素を吸蔵させる時に発生する熱で他方(又は一方)の水
素吸蔵合金から解離する水素を電池に供給するもので、
吸蔵合金から水素を解離するには常に外部の水素源を必
要とし、可搬式電源としては容積・重量的に不利である
。
(ハ)発明が解決しようとする課題
本発明は、燃料発生源として従来のメタノール改質器に
代え、水素吸蔵合金を充填した水素貯蔵装置を用いるこ
とにより前記問題点を解消すると共に、コンパクトで熱
的に安定な水素−空気燃料電池電源システムを提供する
ものである。
代え、水素吸蔵合金を充填した水素貯蔵装置を用いるこ
とにより前記問題点を解消すると共に、コンパクトで熱
的に安定な水素−空気燃料電池電源システムを提供する
ものである。
(ニ)課題を解決するための手段
本発明は水素吸蔵合金から解離した水素と空気の反応に
より電力を発生する燃料電池と、水素吸蔵合金を夫々充
填した第1及び第2の水素貯蔵装置と、電池の少くとも
上下に熱伝導的に配置した触媒燃焼加熱器と、起動用蓄
電池とを備え、前記第1水素貯蔵装置は、前記蓄電池を
電源とするヒーター熱で解離した水素を前記触媒燃焼加
熱器で燃焼し、電池の昇温用として用い、前記第2水素
貯蔵装置は、第1段階で前記加熱器の廃熱より、第2段
階で電池から出る未反応水素及び未反応空気を燃焼した
廃熱により、ついで定常負荷運転時電池の冷却系排熱に
より、夫々解離した水素を負荷昇温及び前記負荷運転用
として用いるものである。又前記定常負荷運転時前記未
反応水素を冷却して前記第1水素貯蔵装置に再吸蔵せし
める。
より電力を発生する燃料電池と、水素吸蔵合金を夫々充
填した第1及び第2の水素貯蔵装置と、電池の少くとも
上下に熱伝導的に配置した触媒燃焼加熱器と、起動用蓄
電池とを備え、前記第1水素貯蔵装置は、前記蓄電池を
電源とするヒーター熱で解離した水素を前記触媒燃焼加
熱器で燃焼し、電池の昇温用として用い、前記第2水素
貯蔵装置は、第1段階で前記加熱器の廃熱より、第2段
階で電池から出る未反応水素及び未反応空気を燃焼した
廃熱により、ついで定常負荷運転時電池の冷却系排熱に
より、夫々解離した水素を負荷昇温及び前記負荷運転用
として用いるものである。又前記定常負荷運転時前記未
反応水素を冷却して前記第1水素貯蔵装置に再吸蔵せし
める。
(ホ)作用
本発明では起動時の電池昇温は第1水素貯蔵装置の水素
吸蔵合金から解離した水素を触媒燃焼加熱器で燃焼する
ことにより行はれ、所定温度へ昇温後の負荷昇温及び負
荷運転時はシステム内の各種廃熱が第2水素貯蔵装置か
らの水素解離熱源として有効に働き、系外への排熱を小
さくすることができる。
吸蔵合金から解離した水素を触媒燃焼加熱器で燃焼する
ことにより行はれ、所定温度へ昇温後の負荷昇温及び負
荷運転時はシステム内の各種廃熱が第2水素貯蔵装置か
らの水素解離熱源として有効に働き、系外への排熱を小
さくすることができる。
特に負荷運転時には電池冷却系の排熱が水素解離熱とな
って吸収されるので、冷却空気循環系からの高温空気の
排出と循環系への外気導入を少くし、循環ブロワの容量
を減少することができる。
って吸収されるので、冷却空気循環系からの高温空気の
排出と循環系への外気導入を少くし、循環ブロワの容量
を減少することができる。
(へ)実施例
第1図は本発明電源システムのフロー図、第2図は燃料
電池の一部破断斜面図、第3図は同上の要部断面図、第
4図は第3図の要部平面図である。
電池の一部破断斜面図、第3図は同上の要部断面図、第
4図は第3図の要部平面図である。
本システムの電源として出力500W〜5KW程度の空
冷式リン酸型燃料電池を使用する。電池(FC)は作用
面積400Cm”の単セルを21セル積層して3セル毎
に冷却板(CL)を配置した構成とし、この積重体を上
下端板(1)(1)間で締付ける際に積重体の上下に触
媒燃焼加熱器(HE)(HE)を予め介在させる。電池
の一対向面には反応空気用マニホルド(2)と水素用マ
ニホルド(3)を並設すると共に他対向面には冷却空気
用マニホルド(4)を取付ける。第1図のフロー図にお
いて電池(FC)は前記冷却板(CL)及び触媒燃焼器
(I(E )を備えた単セルとして模式的に示されてい
る。
冷式リン酸型燃料電池を使用する。電池(FC)は作用
面積400Cm”の単セルを21セル積層して3セル毎
に冷却板(CL)を配置した構成とし、この積重体を上
下端板(1)(1)間で締付ける際に積重体の上下に触
媒燃焼加熱器(HE)(HE)を予め介在させる。電池
の一対向面には反応空気用マニホルド(2)と水素用マ
ニホルド(3)を並設すると共に他対向面には冷却空気
用マニホルド(4)を取付ける。第1図のフロー図にお
いて電池(FC)は前記冷却板(CL)及び触媒燃焼器
(I(E )を備えた単セルとして模式的に示されてい
る。
本システムの燃料ガスとしてメタノールをスチーム改質
した改質ガスの代りに水素吸蔵合金から解離した水素ガ
スを用いる。
した改質ガスの代りに水素吸蔵合金から解離した水素ガ
スを用いる。
第1及び第2の水素貯蔵装置(H+)及び(H8)は、
夫々水素吸蔵合金が充填され、その充填容量の小さい第
1水素貯蔵装置(Hl)には、電気ヒーター(R)を、
容量の大きい第2水素貯蔵装置(H3)には、熱交換器
(E、)(E、)(E$)を夫々埋設している。
夫々水素吸蔵合金が充填され、その充填容量の小さい第
1水素貯蔵装置(Hl)には、電気ヒーター(R)を、
容量の大きい第2水素貯蔵装置(H3)には、熱交換器
(E、)(E、)(E$)を夫々埋設している。
触媒燃焼加熱器(HE)は第3図・第4図に示すよう、
導入管(5)及び(6)より夫々送られた水素及び空気
が、混合器(7)で混合され、配管(8)・分配室(9
)を経て、白金触媒(1o)の充填された通路に分流し
、燃焼発熱して後排ガス(Nlとスチーム)が導入管(
11)より送り出される。
導入管(5)及び(6)より夫々送られた水素及び空気
が、混合器(7)で混合され、配管(8)・分配室(9
)を経て、白金触媒(1o)の充填された通路に分流し
、燃焼発熱して後排ガス(Nlとスチーム)が導入管(
11)より送り出される。
電池の起動に際し、制御器(図示せず)からの信号でス
イッチ(Sl)をONにすると、起動用M電池(B)か
ら電気ヒーター(R)に通電され、第1水素貯蔵装置(
H,)内の水素吸蔵合金が加熱されることにより水素を
解離する。この水素は弁(Vl) (Vt)を経て触
媒燃焼加熱fa (HE )に送り込まれるが、この場
合ブロワ(F2)がら弁(V、)を経て送り込まれる空
気と予め混合器(7)内で混合され、加熱器(1−I
E )内の触媒(1o)の働きで燃焼発熱し、電池(F
C)を−に下から加熱する。
イッチ(Sl)をONにすると、起動用M電池(B)か
ら電気ヒーター(R)に通電され、第1水素貯蔵装置(
H,)内の水素吸蔵合金が加熱されることにより水素を
解離する。この水素は弁(Vl) (Vt)を経て触
媒燃焼加熱fa (HE )に送り込まれるが、この場
合ブロワ(F2)がら弁(V、)を経て送り込まれる空
気と予め混合器(7)内で混合され、加熱器(1−I
E )内の触媒(1o)の働きで燃焼発熱し、電池(F
C)を−に下から加熱する。
電池が50〜60度に昇温するまで加熱器(HE)の排
ガスは弁(F4)を経て系外に排出(EX、)されるが
、前記温度に達すると弁(F4)を閉、弁(V、)を開
とし、前記排ガスは第2水素貯蔵装置(Hl)内の第3
熱交換器(E、)を経て系外に排出される。この間に水
素吸蔵合金が加熱されて水素が解離する。
ガスは弁(F4)を経て系外に排出(EX、)されるが
、前記温度に達すると弁(F4)を閉、弁(V、)を開
とし、前記排ガスは第2水素貯蔵装置(Hl)内の第3
熱交換器(E、)を経て系外に排出される。この間に水
素吸蔵合金が加熱されて水素が解離する。
fE2水素貯蔵装置(Hりからの解離水素は弁(Vs)
(vy)を経てアノード(N)に、空気はブロワ(
F、)から弁(F8)を経てカソード(P)に夫々供給
され、電池反応による昇温(i荷昇温)が開始される。
(vy)を経てアノード(N)に、空気はブロワ(
F、)から弁(F8)を経てカソード(P)に夫々供給
され、電池反応による昇温(i荷昇温)が開始される。
アノード及びカソードから夫々排出された未反応水素及
び未反応空気は、弁(V、)及び弁(V、。)を経て燃
焼器(S)に送られ、燃焼排ガスが弁(V++)を経て
第2熱交換器(E、)を通る間に水素を解離し、ひきつ
づきこの解離水素により負荷昇温を継続する。この段階
では触媒燃焼加熱器(HF)の排ガスによる加熱は不要
となるので、ヒーター(R)への通電を遮断して第1水
素貯蔵装;γ1(TI+)からの水素解離は停止される
。
び未反応空気は、弁(V、)及び弁(V、。)を経て燃
焼器(S)に送られ、燃焼排ガスが弁(V++)を経て
第2熱交換器(E、)を通る間に水素を解離し、ひきつ
づきこの解離水素により負荷昇温を継続する。この段階
では触媒燃焼加熱器(HF)の排ガスによる加熱は不要
となるので、ヒーター(R)への通電を遮断して第1水
素貯蔵装;γ1(TI+)からの水素解離は停止される
。
やがて電池温度が規定作動温度に昇温すれば、スイッチ
(S、)を閉じ正規負荷運転状態に入る。この際循環ブ
ロワ(Fl)の始動により冷却空気が冷却板(CL)を
経て循環するが、電池を冷却して約180℃の高温とな
った冷却空気は、第1の熱交換器(El)で第2水素貯
蔵装置(F7)の水素吸蔵合金を加熱して解離された水
素により負荷運転を継続する。第1熱交換器(E、)か
ら水素吸蔵合金への吸熱により冷却空気温度は約150
℃程度にまで低下するため循環冷却空気の系外への排出
(EX、)及び系外からの吸入量が少くなり、それだけ
ブロワ(Fl)の容量を低減することができる。
(S、)を閉じ正規負荷運転状態に入る。この際循環ブ
ロワ(Fl)の始動により冷却空気が冷却板(CL)を
経て循環するが、電池を冷却して約180℃の高温とな
った冷却空気は、第1の熱交換器(El)で第2水素貯
蔵装置(F7)の水素吸蔵合金を加熱して解離された水
素により負荷運転を継続する。第1熱交換器(E、)か
ら水素吸蔵合金への吸熱により冷却空気温度は約150
℃程度にまで低下するため循環冷却空気の系外への排出
(EX、)及び系外からの吸入量が少くなり、それだけ
ブロワ(Fl)の容量を低減することができる。
負荷運転中弁(Vs)(V、。)を閉じて、燃焼器(S
)の燃焼を停止し、アノードから排出された未反応の水
素は弁(V、、)を経て経路(BL)を流れる間に外気
により冷却されて後、弁(Vl)を経て第1水素貯蔵装
置(Hl )に送り込まれて吸蔵合金に再吸蔵される。
)の燃焼を停止し、アノードから排出された未反応の水
素は弁(V、、)を経て経路(BL)を流れる間に外気
により冷却されて後、弁(Vl)を経て第1水素貯蔵装
置(Hl )に送り込まれて吸蔵合金に再吸蔵される。
この時弁(Vりは閉じられている。一方力ソードから排
出された未反応空気は弁(Vls)を経て系外に送り出
される。
出された未反応空気は弁(Vls)を経て系外に送り出
される。
この間負荷(L)と並列に接続された蓄電池(B)は燃
料電池(FC)の出力で充電される。
料電池(FC)の出力で充電される。
第2水素貯蔵装置(Hl)は連結手段(C1)(C,)
(C3)(C,)によりシステムに着脱可能であるから
、吸蔵水素が消費されると、装置ごと取換えることがで
きる。
(C3)(C,)によりシステムに着脱可能であるから
、吸蔵水素が消費されると、装置ごと取換えることがで
きる。
前記各弁・各スイッチ及び各ブロワは、各種検出信号に
もとづきコントローラ(図示せず)がらの出力信号によ
り制御される。
もとづきコントローラ(図示せず)がらの出力信号によ
り制御される。
(ト)発明の効果
本発明によれば水素吸蔵合金を充填した大小2つの水素
貯蔵装置aを有し、小さい貯蔵装置は、解離した水素を
触媒燃焼加熱器で燃焼して電池昇温用とし、大きい貯蔵
装置は、前記加熱器や電池の廃熱を水素解離用熱源に利
用し、解離水素を電池の負荷昇温及び負荷運転用とする
もので、系外への排熱を極めて小さくできると共に改質
器を使用する電源システムに比し高温部がないためシス
テムの熱管理が容易となる。
貯蔵装置aを有し、小さい貯蔵装置は、解離した水素を
触媒燃焼加熱器で燃焼して電池昇温用とし、大きい貯蔵
装置は、前記加熱器や電池の廃熱を水素解離用熱源に利
用し、解離水素を電池の負荷昇温及び負荷運転用とする
もので、系外への排熱を極めて小さくできると共に改質
器を使用する電源システムに比し高温部がないためシス
テムの熱管理が容易となる。
特に負荷運転時の電池から出る高温冷却空気が水素解離
用熱源となって冷却されるので、冷却空気循環ブロワの
容量を小型化できると共に未反応水素は小さい水素貯蔵
装置に再吸蔵されて、再使用可能となる。又大きい水素
貯蔵装置は連結手段でシステムに着脱自在に組込まれて
いるので、消耗後新しい貯蔵装置と取換え可能である。
用熱源となって冷却されるので、冷却空気循環ブロワの
容量を小型化できると共に未反応水素は小さい水素貯蔵
装置に再吸蔵されて、再使用可能となる。又大きい水素
貯蔵装置は連結手段でシステムに着脱自在に組込まれて
いるので、消耗後新しい貯蔵装置と取換え可能である。
このように本発明は水素−空気燃料電池を名実ともにク
リーンな小型可搬式電源とすることができる。
リーンな小型可搬式電源とすることができる。
第1図は本発明電源システムのシステム70−図、第2
図は同上燃料電池の一部破断斜面図、第3図は同上電池
の要部断面図、第4図は第3図の要部平面図である。 FC:燃料電池、HE:触媒燃焼加熱器、CL:冷却板
、B:起動用蓄電池、Hl、ト夏、:第1・第2水素貯
蔵装置、■<:ヒーター、E、、 E、、Iシ、:熱交
換器、S:燃焼器、F + 、 F ! Il、ブロワ
、c、、c、、C,、C:4:連結手段、v、、Vt’
・13:弁。
図は同上燃料電池の一部破断斜面図、第3図は同上電池
の要部断面図、第4図は第3図の要部平面図である。 FC:燃料電池、HE:触媒燃焼加熱器、CL:冷却板
、B:起動用蓄電池、Hl、ト夏、:第1・第2水素貯
蔵装置、■<:ヒーター、E、、 E、、Iシ、:熱交
換器、S:燃焼器、F + 、 F ! Il、ブロワ
、c、、c、、C,、C:4:連結手段、v、、Vt’
・13:弁。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 [1]水素吸蔵合金から解離した水素と空気との反応に
より電力を発生する燃料電池と、前記水素吸蔵合金を夫
々充填した第1及び第2の水素貯蔵装置と、電池本体の
少くとも上下に熱伝導的に配置した触媒燃焼加熱器と、
起動用蓄電池とを備え、前記第1水素貯蔵装置は、前記
蓄電池を電源とするヒーター熱で解離した水素を前記触
媒燃焼加熱器で燃焼し前記電池の昇温用として用い、前
記第2水素貯蔵装置は、第1段階で前記加熱器の廃熱に
より、第2段階で電池から排出された未反応水素及び未
反応空気を燃焼した廃熱により、ついで定常負荷運転時
電池の冷却系排熱により夫々解離した水素を負荷昇温及
び前記負荷運転用として用いることを特徴とする燃料電
池電源システム。 [2]前記定常負荷運転時電池から排出された未反応水
素を冷却して前記第1水素貯蔵装置に再吸蔵せしめるこ
とを特徴とする請求項1の燃料電池電源システム。 [3]前記第2水素貯蔵装置が連結手段を介してシステ
ムに着脱可能であることを特徴とする請求項1の燃料電
池電源システム。 [4]前記第2水素貯蔵装置は第1水素貯蔵装置に比し
水素吸蔵合金の充填量が多いことを特徴とする請求項1
の燃料電池電源システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1237512A JPH0758623B2 (ja) | 1989-09-13 | 1989-09-13 | 燃料電池電源システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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---|---|---|---|---|
WO2000063993A1 (de) * | 1999-04-20 | 2000-10-26 | Zentrum Für Sonnenenergie- Und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, Gemeinnützige Stiftung | Netzunabhängige, schadstoffemissionsfreie, portable stromversorgungseinrichtung sowie verfahren zur erzeugung von strom mittels dieser |
JP2002222658A (ja) * | 2001-01-25 | 2002-08-09 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2005327553A (ja) * | 2004-05-13 | 2005-11-24 | Mitsubishi Materials Corp | 固体酸化物形燃料電池 |
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-
1989
- 1989-09-13 JP JP1237512A patent/JPH0758623B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2000063993A1 (de) * | 1999-04-20 | 2000-10-26 | Zentrum Für Sonnenenergie- Und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, Gemeinnützige Stiftung | Netzunabhängige, schadstoffemissionsfreie, portable stromversorgungseinrichtung sowie verfahren zur erzeugung von strom mittels dieser |
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JP4706190B2 (ja) * | 2004-05-13 | 2011-06-22 | 三菱マテリアル株式会社 | 固体酸化物形燃料電池 |
JP2006054133A (ja) * | 2004-08-13 | 2006-02-23 | Mitsubishi Materials Corp | 燃料電池 |
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