JP2005294229A - Fuel cell - Google Patents

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行広 岡田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a fuel cell supply device which is small, has proper starting performance, and can maintain appropriately the wet conditions of an electrolyte membrane in a fuel cell using a liquefied gas. <P>SOLUTION: The fuel cell has a fuel supply device, in which the liquefied gas is dissolved into water via a hollow fiber membrane from a container filled with the liquefied gas, and this water solution is used as a fuel for the fuel cell. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、液化ガスの水溶液を燃料とする燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell using an aqueous solution of liquefied gas as fuel.

燃料電池は、環境への負荷が少ないこと、また総合的な効率が高いことから注目を集めている。   Fuel cells are attracting attention because of their low environmental impact and high overall efficiency.

近年、特にモバイル機器用途を中心に、アノードに直接メタノールを供給するメタノール直接型燃料電池(DMFC)が注目されてきている。メタノールはアノードにおいて(化1)のように反応する。   In recent years, methanol direct fuel cells (DMFC) that supply methanol directly to the anode have attracted attention, particularly in mobile device applications. Methanol reacts as shown in (Chemical Formula 1) at the anode.

(化1) CHOH+HO→CO+6H+6e
メタノールは常温で液体であることから、燃料の持ち運び時の利便性の観点から望ましい燃料であるが、広くメタノールが使用されるには法規制の問題を解決しなくてはならない。最近、メタノール以外に利便性のある燃料としてジメチルエーテル(以後、DME)を燃料に用いた燃料電池が知られるようになってきた(例えば、非特許文献1参照)。
(Chemical Formula 1) CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e
Since methanol is a liquid at room temperature, it is a desirable fuel from the viewpoint of convenience when carrying the fuel. However, in order to use methanol widely, the problem of regulations must be solved. Recently, a fuel cell using dimethyl ether (hereinafter, DME) as a fuel other than methanol has been known (for example, see Non-Patent Document 1).

DMEは常温下でも加圧することで液体になる液化ガスの一種であり、加圧容器に入れればメタノール同様、エネルギー密度を高くすることができる。DMEはアノードにおいて(化2)のように反応する。   DME is a kind of liquefied gas that becomes liquid when pressurized even at room temperature. If it is placed in a pressurized container, the energy density can be increased like methanol. DME reacts as shown in (Chemical Formula 2) at the anode.

(化2) CHOCH+3HO→2CO+12H+12e
燃料としてDMEのみを有し、水を回収するシステムでは、理論的にはエネルギー密度はメタノールの場合よりも大きくすることができる。
(Chemical Formula 2) CH 3 OCH 3 + 3H 2 O → 2CO 2 + 12H + + 12e
In a system having only DME as fuel and recovering water, the energy density can theoretically be higher than that of methanol.

上記(化2)を見て分かるように、実際にアノードで反応させる際には水が必要である。したがって、DMEを実際に燃料電池の燃料として用いる方法としては、流量調節器で流量を制御されたDMEガスを水の中にバブリングして加湿したDMEガスを用いる方法が知られている(例えば、非特許文献1参照)。   As can be seen from the above (Chemical Formula 2), water is necessary for the actual reaction at the anode. Accordingly, as a method of actually using DME as fuel for a fuel cell, a method of using DME gas that is humidified by bubbling DME gas whose flow rate is controlled by a flow rate regulator into water is known (for example, Non-patent document 1).

さらに、固体高分子型燃料電池では、電解質膜である固体高分子が乾燥すると燃料電池全体の抵抗が大きくなり、発電特性が大幅に低下する。これを防止するために、燃料電池の燃料として使用するガスを、中空糸膜を用いて加湿する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
新エネルギー・産業技術総合開発機構 平成13年度成果報告書 「固体高分子形燃料電池の研究開発 ジメチルエーテル(DME)を燃料とする固体高分子形燃料電池(PEFC)の研究」 特開平8−273687号公報
Further, in the polymer electrolyte fuel cell, when the solid polymer as the electrolyte membrane is dried, the resistance of the entire fuel cell is increased, and the power generation characteristics are greatly deteriorated. In order to prevent this, a method of humidifying a gas used as fuel for a fuel cell using a hollow fiber membrane is known (for example, see Patent Document 1).
New Energy and Industrial Technology Development Organization 2001 Results Report “Research and Development of Polymer Electrolyte Fuel Cell” Research on Polymer Electrolyte Fuel Cell (PEFC) Fueled with Dimethyl Ether (DME) JP-A-8-273687

しかしながら、非特許文献1の方法では、DMEガス中の水の量の調整が困難であり、かつ水で加湿できる量に限界があるため、燃料電池の電解質膜が乾燥しやすく、これによって電池の抵抗が大きくなり、電池特性が低下するという課題が存在する。さらに、バブリングされる水の温度を高めることで加湿割合は改善されるが、温度を上げるためにエネルギーが必要であることと、温度が上がるまであるいは下げるまでに時間がかかるという問題が存在する。   However, in the method of Non-Patent Document 1, it is difficult to adjust the amount of water in the DME gas and there is a limit to the amount that can be humidified with water, so that the electrolyte membrane of the fuel cell can be easily dried. There is a problem that resistance increases and battery characteristics deteriorate. Furthermore, although the humidification rate is improved by increasing the temperature of the water to be bubbled, there are problems that energy is required to increase the temperature and that it takes time until the temperature increases or decreases.

一方、特許文献1では、ガスを加湿する手段として中空糸膜を使用することが記載されている。この方法を用いると、非特許文献1に比べて加湿速度は速くなる。しかし、この方法をDMEを燃料とする燃料電池に用い、DMEガスに中空糸膜を介して水を供給して加湿したとしても、燃料電池の全運転範囲において、電解質膜を適切な保湿状態に維持することは困難である。つまり、DMEガスを加湿することによって燃料電池に導入される水の量は温度によって限界があり、燃料電池の電解質膜の加湿が不十分になることがある。また、ガス中の水分量を大きくするためにガスの温度を上げる方法も考えられるが、その分のエネルギーが必要であることと、温度が上がるまであるいは下げるまでに時間がかかるという問題が存在する。所望の温度になるまで時間がかかるということは、燃料電池の起動性が悪いことを意味する。   On the other hand, Patent Document 1 describes using a hollow fiber membrane as a means for humidifying a gas. When this method is used, the humidification speed becomes faster than that in Non-Patent Document 1. However, even if this method is used in a fuel cell using DME as fuel and water is supplied to the DME gas through a hollow fiber membrane and humidified, the electrolyte membrane is brought into an appropriate moisture-retaining state in the entire operating range of the fuel cell. It is difficult to maintain. That is, the amount of water introduced into the fuel cell by humidifying the DME gas has a limit depending on the temperature, and humidification of the electrolyte membrane of the fuel cell may be insufficient. A method of raising the gas temperature to increase the amount of moisture in the gas is also conceivable. However, there is a problem that the amount of energy is required and it takes time until the temperature rises or falls. . That it takes time to reach the desired temperature means that the startability of the fuel cell is poor.

前記従来の課題を解決するために、液化ガスと水とを混合した水溶液を燃料として用いる本発明の燃料電池において、液化ガスを中空糸膜を介して水に溶解させる気液混合部を有することを特徴とする。   In order to solve the above-described conventional problems, the fuel cell of the present invention using an aqueous solution obtained by mixing liquefied gas and water as fuel, and having a gas-liquid mixing section for dissolving the liquefied gas in water through a hollow fiber membrane. It is characterized by.

この場合、液化ガスを水に溶解させた水溶液を燃料電池で燃料として用いているので、燃料電池には十分な水が存在し、どんな温度域や発電状態であっても、燃料電池の電解質膜は十分に湿潤した状態を保てる。また、中空糸膜を介して液化ガスと水とを混合しているために、液化ガスの水への溶解速度が速く、十分な燃料を燃料電池に送ることができる。これにより、外気温度や発電状態に寄らず、十分な量の液化ガスと水とが混合した燃料を燃料電池に送ることができるようになり、起動も早く、安定した発電が達成できる。   In this case, since an aqueous solution in which liquefied gas is dissolved in water is used as fuel in the fuel cell, there is sufficient water in the fuel cell, and the electrolyte membrane of the fuel cell in any temperature range or power generation state Can remain sufficiently wet. Further, since the liquefied gas and water are mixed through the hollow fiber membrane, the dissolution rate of the liquefied gas in water is high, and sufficient fuel can be sent to the fuel cell. As a result, a fuel in which a sufficient amount of liquefied gas and water is mixed can be sent to the fuel cell regardless of the outside air temperature and the power generation state, and the start-up is fast and stable power generation can be achieved.

さらに、中空糸膜に対し、液化ガスを充填した容器から蒸発した液化ガスが加圧されており、中空糸膜を介して水と加圧された液化ガスとを接触させておくだけで液化ガスを水に溶解させることができるため、燃料電池の発電状態にあわせて電解質膜の加湿状態や液化ガスの流量を制御することが必要な従来の装置に比べ、非常に簡便な装置となり、小型化や低コスト化、エネルギー効率の面で優れている。   Furthermore, the liquefied gas evaporated from the container filled with the liquefied gas is pressurized against the hollow fiber membrane, and the liquefied gas can be obtained simply by contacting water and the pressurized liquefied gas through the hollow fiber membrane. Can be dissolved in water, making it extremely simpler and smaller than conventional devices that require the humidification of the electrolyte membrane and the flow rate of liquefied gas to match the power generation state of the fuel cell. Excellent in terms of cost reduction and energy efficiency.

さらに、液化ガスを充填した容器と、気液混合部との間にレギュレータが設けられていることが望ましい。これは、温度によって液化ガスを充填した容器内の圧力が変動するため、液化ガスを直接水に溶解させる場合、レギュレータがないと溶解させる際の圧力も変動してしまうためである。また、このレギュレータの圧力を変えることで液化ガスの水への溶解量を制御することも可能である。   Furthermore, it is desirable that a regulator be provided between the container filled with the liquefied gas and the gas-liquid mixing unit. This is because the pressure in the container filled with the liquefied gas varies depending on the temperature, so that when the liquefied gas is directly dissolved in water, the pressure at the time of dissolution also varies if there is no regulator. It is also possible to control the amount of liquefied gas dissolved in water by changing the pressure of the regulator.

さらに、気液混合部内の圧力を制御する圧力制御部を有することが望ましい。   Furthermore, it is desirable to have a pressure control unit that controls the pressure in the gas-liquid mixing unit.

液化ガスは気化状態で、ある圧力を持っている。このため、中空糸膜を介して水に液化ガスを溶解させる場合、液化ガスが溶解した水溶液の圧力を所定値に保っておくことで、水溶液が外部にリークしていってしまうことを防止できる。例えば、燃料電池システムの中でどこかが大気圧になっていれば、そこから液化ガスを溶解した水溶液がどんどんリークしていってしまうし、燃料電池にまで圧力が伝わるような燃料電池システム構造であった場合には、燃料電池自体により高い耐圧性が求められる。この場合、燃料電池はリーク防止のために、締め付け圧を大きくしたり、発電に関与しない締め付け部位を大きくしたりする必要があり、大型化につながってしまうという課題もある。   The liquefied gas is vaporized and has a certain pressure. For this reason, when the liquefied gas is dissolved in water through the hollow fiber membrane, it is possible to prevent the aqueous solution from leaking to the outside by maintaining the pressure of the aqueous solution in which the liquefied gas is dissolved at a predetermined value. . For example, if somewhere in the fuel cell system is at atmospheric pressure, the aqueous solution in which the liquefied gas is dissolved leaks more and more, and the fuel cell system structure is such that the pressure is transmitted to the fuel cell. If so, the fuel cell itself is required to have high pressure resistance. In this case, in order to prevent leakage of the fuel cell, it is necessary to increase the tightening pressure or to increase the tightening portion not involved in power generation, which leads to an increase in size.

さらに、燃料を燃料電池へ供給する流量を制御する流量制御部を有し、前記流量制御部は前記気液混合部内の圧力と温度とに応じて前記流量を制御することが望ましい。これは、水と液化ガスの溶解度が圧力と温度によって物理的に決定されると同時に、水溶液中の液化ガス濃度も変化するからである。このように、水溶液中の液化ガス濃度が変化しても、液化ガスを水に溶解させた水溶液の圧力と温度に応じて流量を調整することで、燃料電池に所望の燃料量を燃料電池に送ることが可能となる。温度が一定の場合には、圧力をある値に保っておくことで水溶液中の液化ガス濃度を特定でき、これと流量制御装置を組み合わせることで所望の燃料量を燃料電池に送ることが可能となる。液化ガスの溶解した水溶液の燃料電池への送液はポンプを用いても良いが、液化ガスの溶解した水溶液は圧力を有しているため、この圧力差を利用し、弁などでポンプの代用をすることも可能である。   Furthermore, it is desirable to have a flow rate control unit that controls the flow rate of supplying fuel to the fuel cell, and the flow rate control unit controls the flow rate according to the pressure and temperature in the gas-liquid mixing unit. This is because the solubility of water and liquefied gas is physically determined by pressure and temperature, and at the same time, the concentration of liquefied gas in the aqueous solution also changes. In this way, even if the concentration of the liquefied gas in the aqueous solution changes, the flow rate is adjusted according to the pressure and temperature of the aqueous solution in which the liquefied gas is dissolved in water, so that a desired amount of fuel is supplied to the fuel cell. It becomes possible to send. When the temperature is constant, the liquefied gas concentration in the aqueous solution can be specified by keeping the pressure at a certain value, and by combining this with the flow control device, it is possible to send the desired amount of fuel to the fuel cell. Become. A pump may be used to send the aqueous solution in which the liquefied gas is dissolved to the fuel cell, but since the aqueous solution in which the liquefied gas is dissolved has pressure, this pressure difference is used to substitute the pump with a valve or the like. It is also possible to do.

また、燃料として用いる液化ガスはDMEであることが望ましい。これはガスを改質して水素にせずに直接発電に用いた場合、DMEはブタンやジエチルエーテルなどの他の液化ガスに比べて大きな出力を取れるためである。   The liquefied gas used as fuel is preferably DME. This is because when the gas is reformed and directly used for power generation without being converted to hydrogen, DME can obtain a larger output than other liquefied gases such as butane and diethyl ether.

なお、燃料として液化ガスと水とを混合した水溶液を使用するが、燃料が燃料電池の発電部に送付される前に加熱されることにより、あるいは送付された後に燃料電池の発電部内で加熱されることにより気化された状態であっても良い。   An aqueous solution in which liquefied gas and water are mixed is used as the fuel, but the fuel is heated before being sent to the power generation unit of the fuel cell, or after being sent, it is heated within the power generation unit of the fuel cell. It may be in a vaporized state.

本願によれば、液化ガスを燃料に用いた燃料電池の小型化が可能であると共に、起動性も良く、電解質膜の湿潤状態も適切に維持できることで安定な出力を得ることができる。   According to the present application, it is possible to reduce the size of a fuel cell using liquefied gas as a fuel, good startability, and appropriate maintenance of the wet state of the electrolyte membrane, so that a stable output can be obtained.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は本発明における中空糸膜を介して液化ガスを水へ溶解させる気液混合部の概略図である。液化ガス1は、液化ガス1が充填された容器2からレギュレータ3を通して気体の入口aから気液混合部4に送られる。この時、気体の出口bは閉じられており、液化ガス1は排気されないようになっている。こうすることで、レギュレータ3だけで気液混合部4内の液化ガス1の圧力を制御でき、かつ燃料を排出する必要がないので、燃料の利用効率の向上につながる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic view of a gas-liquid mixing unit for dissolving a liquefied gas in water through a hollow fiber membrane in the present invention. The liquefied gas 1 is sent from the container 2 filled with the liquefied gas 1 through the regulator 3 to the gas-liquid mixing unit 4 from the gas inlet a. At this time, the gas outlet b is closed, and the liquefied gas 1 is not exhausted. By doing so, the pressure of the liquefied gas 1 in the gas-liquid mixing unit 4 can be controlled only by the regulator 3, and it is not necessary to discharge the fuel, which leads to an improvement in fuel utilization efficiency.

気液混合部4内には中空糸膜5が多数配置され、液体の入口cから導入された水20が中空糸膜5を介して液化ガス1と接触し、水20に液化ガス1が溶解する。液化ガス1が溶解した水溶液21は液体の出口dから排出される。上記構成により、中空糸膜5によって液化ガス1と水20との接触面積が大きく取れるため、短時間で液化ガス1が水20に対して飽和状態となることが可能である。また、レギュレータ3で圧力を制御することで、容器2内の圧力が変化しても気液混合部4に安定した圧力で液化ガス1を供給できるため、液化ガス1の水20への溶解量を安定させることができる。中空糸膜5としては、液化ガス1は透過するが水20は透過しないという疎水性の膜が好ましい。気液混合部4としては、例えば、セルガード社製のリキセルという中空糸膜モジュールを用いることができる。この際、中空糸膜5の内部が液化ガス1で外部が水20であっても、中空糸膜5の内部が水20で外部が液化ガス1であっても構わない。   A large number of hollow fiber membranes 5 are arranged in the gas-liquid mixing unit 4, and the water 20 introduced from the liquid inlet c comes into contact with the liquefied gas 1 through the hollow fiber membrane 5, and the liquefied gas 1 is dissolved in the water 20. To do. The aqueous solution 21 in which the liquefied gas 1 is dissolved is discharged from the liquid outlet d. With the above configuration, since the contact area between the liquefied gas 1 and the water 20 can be increased by the hollow fiber membrane 5, the liquefied gas 1 can be saturated with respect to the water 20 in a short time. Further, by controlling the pressure with the regulator 3, the liquefied gas 1 can be supplied to the gas-liquid mixing section 4 at a stable pressure even if the pressure in the container 2 changes. Can be stabilized. The hollow fiber membrane 5 is preferably a hydrophobic membrane that allows the liquefied gas 1 to permeate but does not allow water 20 to permeate. As the gas-liquid mixing unit 4, for example, a hollow fiber membrane module called Liquicel manufactured by Celgard can be used. At this time, the inside of the hollow fiber membrane 5 may be the liquefied gas 1 and the outside may be the water 20, or the inside of the hollow fiber membrane 5 may be the water 20 and the outside may be the liquefied gas 1.

図2は本発明の実施の形態1における燃料電池の概略図である。水溶液21を燃料電池13のアノードに送る装置6、空気などの酸化剤を燃料電池13に送る装置7、燃料電池13のアノードから発生する反応生成物である二酸化炭素を排出するための気液分離装置8、二酸化炭素を除去した後の残余の液化ガスを含む水溶液22を中空糸膜5に送るための装置9、燃料電池13のカソードで生成する反応生成物である水を回収するための水回収装置10、回収した水を液化ガスを溶解する水として使用するために送液する装置11が設けられている。   FIG. 2 is a schematic diagram of the fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention. A device 6 for sending the aqueous solution 21 to the anode of the fuel cell 13, a device 7 for sending an oxidant such as air to the fuel cell 13, and a gas-liquid separation for discharging carbon dioxide, which is a reaction product generated from the anode of the fuel cell 13. The apparatus 8, the apparatus 9 for sending the aqueous solution 22 containing the remaining liquefied gas after removing carbon dioxide to the hollow fiber membrane 5, and the water for recovering the water that is the reaction product generated at the cathode of the fuel cell 13 A recovery device 10 and a device 11 for feeding the recovered water for use as water for dissolving the liquefied gas are provided.

ここで、装置6、装置9、装置11は、それぞれ逆止弁の役割も果たすことが望ましい。逆止弁の役割を果たすことで、システム全体の中での逆流を防ぎ、燃料電池13の安定した運転が可能となる。また、レギュレータ3、装置6、装置9、装置11によって囲まれた気液混合部4を含むエリア12には、水溶液の圧力を測定する圧力センサ14があり、圧力をモニターする事が可能である。さらに、レギュレータ3、装置6、装置9、装置11によって、エリア12内の水溶液21の圧力を制御できる。さらに、温度センサ15によって液化ガスを溶解した水溶液21の温度をモニターする事が可能である。エリア12内の圧力と、温度センサ15の示す温度とから、液化ガス1の水20への溶解量を算出することが可能であり、これをあらかじめ認識させておき、水溶液21を装置6と連動させることで、適切な量の水溶液21を燃料電池13に送ることが可能である。   Here, it is desirable that each of the device 6, the device 9, and the device 11 also serves as a check valve. By playing the role of the check valve, the back flow in the entire system is prevented, and the fuel cell 13 can be stably operated. In addition, an area 12 including the gas-liquid mixing unit 4 surrounded by the regulator 3, the device 6, the device 9, and the device 11 includes a pressure sensor 14 that measures the pressure of the aqueous solution, and can monitor the pressure. . Furthermore, the pressure of the aqueous solution 21 in the area 12 can be controlled by the regulator 3, the device 6, the device 9, and the device 11. Furthermore, the temperature of the aqueous solution 21 in which the liquefied gas is dissolved can be monitored by the temperature sensor 15. From the pressure in the area 12 and the temperature indicated by the temperature sensor 15, it is possible to calculate the amount of the liquefied gas 1 dissolved in the water 20. By doing so, it is possible to send an appropriate amount of the aqueous solution 21 to the fuel cell 13.

また、装置6においては、液体ポンプを用いることもできるし、液化ガスが溶解した水溶液21に圧力がかかっていることを利用した圧力弁のような構造でも送液が可能である。   In the apparatus 6, a liquid pump can be used, and liquid feeding is possible even with a structure such as a pressure valve utilizing the pressure applied to the aqueous solution 21 in which the liquefied gas is dissolved.

図3に本発明における燃料電池の発電部の概略図を示す。発電部40は、プロトン伝導膜31がアノード触媒層32とカソード触媒層33に挟まれた構成となっており、さらにそれぞれの触媒層の上にアノード用の拡散層34、カソード用の拡散層35が設置された構成になっている。さらに、アノード用の拡散層34およびカソード用の拡散層35の周囲を、周囲に流体が漏れないようにしたり、拡散層や触媒層の圧迫具合を規定する効果のあるガスケット36、37でシールする。さらに、アノード用の拡散層34とガスケット36、およびカソード用の拡散層35とガスケット37は、流体が流れる溝が形成されたセパレータ38、39によって挟まれた構造となっている。図示していないが、実際には、発電部40を圧迫して保持するために、両面に端板や、電気を取り出すための集電板などが必要となる。   FIG. 3 shows a schematic diagram of the power generation unit of the fuel cell according to the present invention. The power generation unit 40 has a structure in which the proton conducting membrane 31 is sandwiched between the anode catalyst layer 32 and the cathode catalyst layer 33, and further, on each catalyst layer, an anode diffusion layer 34 and a cathode diffusion layer 35. Is installed. Further, the periphery of the anode diffusion layer 34 and the cathode diffusion layer 35 is sealed with gaskets 36 and 37 that have an effect of preventing fluid from leaking to the surroundings and regulating the compression of the diffusion layer and the catalyst layer. . Further, the anode diffusion layer 34 and the gasket 36, and the cathode diffusion layer 35 and the gasket 37 are sandwiched between separators 38 and 39 each having a groove through which a fluid flows. Although not shown, actually, in order to press and hold the power generation unit 40, end plates on both sides, current collecting plates for taking out electricity, and the like are required.

(実施の形態2)
図4に本発明の実施の形態2における燃料電池の概略図を示す。装置6を調整することで、燃料電池13の発電に必要な最小量の燃料量を送るような構成にした場合、図2の気液分離装置8と装置9を省略でき、図4のような構成を取ることもできる。この場合、アノードの排気には多少の液体が含まれることが想定されるため、水回収装置10を通しても良い。
(Embodiment 2)
FIG. 4 shows a schematic diagram of a fuel cell according to Embodiment 2 of the present invention. When the apparatus 6 is adjusted so that the minimum amount of fuel necessary for power generation of the fuel cell 13 is sent, the gas-liquid separator 8 and the apparatus 9 in FIG. 2 can be omitted, as shown in FIG. It can also take a configuration. In this case, since it is assumed that some liquid is contained in the exhaust of the anode, the water recovery device 10 may be used.

なお、水回収装置10を通った後の排気など、燃料電池システム外部に排気される物質は触媒燃焼などで浄化しても良い。   It should be noted that substances exhausted outside the fuel cell system, such as exhaust after passing through the water recovery device 10, may be purified by catalytic combustion or the like.

以上より、本発明によって、液化ガスを燃料に用いた燃料電池システムの小型化が可能であると共に、起動性も良く、電解質膜の湿潤状態も適切に維持できることで安定な出力を得られる燃料電池を提供できる。   As described above, according to the present invention, the fuel cell system using the liquefied gas as the fuel can be downsized, the startability is good, and the wet state of the electrolyte membrane can be appropriately maintained so that a stable output can be obtained. Can provide.

本発明によれば、液化ガスと水とを混合した水溶液を燃料に用いた燃料電池に大変有用である。特に、液化ガスとしてジメチルエーテルを使用した場合、他の液化ガスに比べて大きな出力を取れるため、燃料電池のエネルギー密度の向上に大変有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is very useful for a fuel cell using an aqueous solution obtained by mixing liquefied gas and water as a fuel. In particular, when dimethyl ether is used as the liquefied gas, a large output can be obtained as compared with other liquefied gases, which is very useful for improving the energy density of the fuel cell.

本発明の実施の形態1における燃料電池の気液混合部の概略図Schematic of the gas-liquid mixing part of the fuel cell in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における燃料電池の概略図Schematic of the fuel cell in Embodiment 1 of the present invention 本発明における燃料電池の発電部の概略図Schematic of the power generation part of the fuel cell in the present invention 本発明の実施の形態2における燃料電池の概略図Schematic of the fuel cell in Embodiment 2 of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1 液化ガス
2 容器
3 レギュレータ
4 気液混合部
5 中空糸膜
6 水溶液をアノードに送る装置
7 酸化剤を送る装置
8 二酸化炭素を排出するための気液分離装置
9 残余の液化ガスを含む水溶液を中空糸膜に送るための装置
10 水回収装置
11 回収した水を液化ガスを溶解する水として使用するために送液する装置
12 エリア
13 燃料電池
14 圧力センサ
15 温度センサ
20 水
21 水溶液
22 残余の液化ガスを含む水溶液
a 気体の入口
b 気体の出口
c 液体の入口
d 液体の出口
31 プロトン伝導膜
32 アノード触媒層
33 カソード触媒層
34 アノード用の拡散層
35 アノード用の拡散層
36,37 ガスケット
38,39 セパレータ
40 発電部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquefied gas 2 Container 3 Regulator 4 Gas-liquid mixing part 5 Hollow fiber membrane 6 Apparatus which sends aqueous solution to an anode 7 Apparatus which sends oxidant 8 Gas-liquid separation apparatus for discharging | emitting carbon dioxide 9 The aqueous solution containing residual liquefied gas Device for sending to hollow fiber membrane 10 Water recovery device 11 Device for sending recovered water for use as water for dissolving liquefied gas 12 Area 13 Fuel cell 14 Pressure sensor 15 Temperature sensor 20 Water 21 Aqueous solution 22 Residual remaining Aqueous solution containing liquefied gas a Gas inlet b Gas outlet c Liquid inlet d Liquid outlet 31 Proton conducting membrane 32 Anode catalyst layer 33 Cathode catalyst layer 34 Anode diffusion layer 35 Anode diffusion layer 36, 37 Gasket 38 , 39 Separator 40 Power generation unit

Claims (5)

液化ガスと水とを混合した水溶液を燃料として用いる燃料電池において、
前記液化ガスを中空糸膜を介して前記水に溶解させる気液混合部を有する燃料電池。
In a fuel cell using an aqueous solution obtained by mixing a liquefied gas and water as a fuel,
A fuel cell having a gas-liquid mixing part for dissolving the liquefied gas in the water through a hollow fiber membrane.
前記液化ガスを充填した容器と前記気液混合部との間にレギュレータが設けられている、
請求項1記載の燃料電池。
A regulator is provided between the container filled with the liquefied gas and the gas-liquid mixing unit,
The fuel cell according to claim 1.
前記気液混合部内の圧力を制御する圧力制御部を有する、
請求項1または2に記載の燃料電池。
A pressure control unit for controlling the pressure in the gas-liquid mixing unit;
The fuel cell according to claim 1 or 2.
前記燃料を燃料電池へ供給する流量を制御する流量制御部を有し、前記流量制御部は前記気液混合部内の圧力と温度とに応じて前記流量を制御する、
請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池。
A flow rate control unit that controls a flow rate of supplying the fuel to the fuel cell, and the flow rate control unit controls the flow rate according to pressure and temperature in the gas-liquid mixing unit;
The fuel cell according to any one of claims 1 to 3.
前記液化ガスがジメチルエーテルである、
請求項1から4のいずれかに記載の燃料電池。
The liquefied gas is dimethyl ether;
The fuel cell according to any one of claims 1 to 4.
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