JP3178267U

JP3178267U - Fuel cell device

Info

Publication number: JP3178267U
Application number: JP2012003875U
Authority: JP
Inventors: 浩司冨樫
Original assignee: グローバル・リンク株式会社
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2022-06-27

Abstract

【課題】水素ボンベからの水素ガスの放出を全量について円滑化するとともに、燃料電池本体の発電を長時間に亘って安定的に実施可能にする燃料電池装置を提供する。
【解決手段】加圧水素を充填した水素ボンベ１１と、水素ガスの酸化によって生じる化学エネルギを電気エネルギに変換する燃料電池本体１２と、水素ボンベ１１を放熱部材２１を介して支持するペルチェ素子１３と、を備え、燃料電池本体１２を、これの反応熱を温風ファンを用いて水素ボンベ１１に直接または温風通路を介し吹き付けるようにすると共に、記燃料電池本体１２が発生する直流電流によってペルチェ素子１３下面では吸熱を、上面では発熱をそれぞれ行なわせ、その発熱を水素ボンベ１１に及ばしめる構成である。
【選択図】図２Provided is a fuel cell device that facilitates the release of hydrogen gas from a hydrogen cylinder with respect to the entire amount and that can stably perform power generation of a fuel cell body over a long period of time.
A hydrogen cylinder filled with pressurized hydrogen, a fuel cell main body that converts chemical energy generated by oxidation of hydrogen gas into electric energy, and a Peltier element that supports the hydrogen cylinder via a heat dissipating member. The reaction heat of the fuel cell main body 12 is blown directly or through the hot air passage using a hot air fan, and the Peltier is generated by the direct current generated by the fuel cell main body 12. The heat absorption is performed on the lower surface of the element 13 and the heat generation is performed on the upper surface, and the heat generation is applied to the hydrogen cylinder 11.
[Selection] Figure 2

Description

本考案は、燃料電池装置に係り、特に水素ボンベから燃料電池本体へ水素ガスをスムースに放出するための燃料電池装置に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell device, and more particularly to a fuel cell device for smoothly releasing hydrogen gas from a hydrogen cylinder to a fuel cell body.

燃料電池は、反応ガス流路を有する各一の燃料電極および酸化電極間に電解質膜（層）を介在させ、燃料電極の反応ガス流路には水素ガス（燃料ガス）を、酸化電極の反応ガス流路には酸素（空気）を供給して、これらの水素ガスと酸素との電気化学反応にもとづいて正負の電圧（電力）を電気エネルギとして前記燃料電極および酸化電極から各端子を通じて取り出すように構成されている（例えば、特許文献１、２を参照）。 In a fuel cell, an electrolyte membrane (layer) is interposed between each one fuel electrode and oxidation electrode having a reaction gas flow path, hydrogen gas (fuel gas) is passed through the reaction gas flow path of the fuel electrode, and the reaction of the oxidation electrode. Oxygen (air) is supplied to the gas flow path, and positive and negative voltages (electric power) are taken out from the fuel electrode and the oxidation electrode through the terminals as electric energy based on the electrochemical reaction between the hydrogen gas and oxygen. (For example, refer to Patent Documents 1 and 2).

かかる燃料電池は、内燃機関を動力源として用いる発電機に比べて、振動や騒音を発生しないので、様々な用途、環境で広く利用できる。また、この燃料電池の作動には燃料となる水素が必要であり、この水素は取扱い上や防災上の都合から高耐圧の水素ボンベに充填される。燃料電池の運用時には、この水素ボンベから前記燃料電池に水素ガスが供給される。水素ボンベは、防災上の都合から、燃料電池とは独立したボンベ室に設置されることがある。 Since such a fuel cell does not generate vibration and noise as compared with a generator using an internal combustion engine as a power source, it can be widely used in various applications and environments. Further, the fuel cell requires hydrogen as a fuel, and this hydrogen is filled in a high pressure hydrogen cylinder for convenience of handling and disaster prevention. During operation of the fuel cell, hydrogen gas is supplied from the hydrogen cylinder to the fuel cell. A hydrogen cylinder may be installed in a cylinder chamber independent of the fuel cell for the sake of disaster prevention.

特開平０５−０７６１４５号公報JP 05-076145 A 特開２０００−３５３５３７号公報JP 2000-353537 A

上述した従来の燃料電池装置は、解決すべき以下の問題を有している。
即ち、従来の燃料電池装置では水素ボンベから放出された水素ガスが燃料電池に供給される際に、前記水素ガスが放出される際の吸熱作用によって水素ボンベの温度が徐々に低下していく。そして、その温度が例えば１５℃以下になると、水素ボンベ内の圧力が低下していき、水素の全てが放出されずに、一部が残留する。例えば、０℃の状態では水素充填量の１０％程度しか使用できない場合が生じる。 The above-described conventional fuel cell device has the following problems to be solved.
That is, in the conventional fuel cell device, when the hydrogen gas released from the hydrogen cylinder is supplied to the fuel cell, the temperature of the hydrogen cylinder gradually decreases due to the endothermic action when the hydrogen gas is released. And when the temperature becomes 15 degrees C or less, for example, the pressure in a hydrogen cylinder will fall, and not all of hydrogen will be discharge | released but a part will remain. For example, in a state of 0 ° C., only about 10% of the hydrogen filling amount can be used.

従って、消費電力の設計値が１２Ｖ−１Ａの場合には水素ボンベの使用時間は２２時間となるのに対し、夏場での外気温が２５〜３０℃でも前記吸熱作用によって水素ボンベの筐体の温度が１２℃以下となり、水素ボンベの使用時間は連続使用で５〜６時間が限度となる。特に、冬場での外気温が０℃においてはボンベ本体の温度が−１５℃まで低下し、略１時間で水素ガスの供給が止まり、燃料電池は電力の出力を停止してしまうという実用上不都合があった。 Accordingly, when the design value of the power consumption is 12V-1A, the usage time of the hydrogen cylinder is 22 hours, whereas even if the outdoor temperature in summer is 25 to 30 ° C., the heat absorption action causes the housing of the hydrogen cylinder to Temperature becomes 12 degrees C or less, and the use time of a hydrogen cylinder becomes a limit for 5 to 6 hours by continuous use. In particular, when the outside air temperature in winter is 0 ° C., the temperature of the cylinder body decreases to −15 ° C., the supply of hydrogen gas stops in about 1 hour, and the fuel cell stops outputting power. was there.

また、燃料電池の無負荷時電圧が例えば２０Ｖである場合に、燃料電池の稼動時電圧が１８Ｖから徐々に低下して１２Ｖに達すると、燃料電池保護のためにこの燃料電池から負荷を切り離す必要がある。一方、燃料電池内には水素と酸素の電気化学反応によって発生した水滴が蓄積されるため、例えば１０分間に１回程度の割合で電磁弁を作動させて、その水滴を一箇所に集めて外部に逃がしている。 In addition, when the no-load voltage of the fuel cell is 20 V, for example, if the operating voltage of the fuel cell gradually decreases from 18 V and reaches 12 V, it is necessary to disconnect the load from the fuel cell to protect the fuel cell. There is. On the other hand, since water droplets generated by the electrochemical reaction between hydrogen and oxygen are accumulated in the fuel cell, the electromagnetic valve is operated at a rate of about once every 10 minutes, for example, and the water droplets are collected in one place to be external. To escape.

このときの電磁弁の作動時に発生する例えば約３Ｖの電圧降下によって、燃料電池の出力電圧が１４Ｖから１１Ｖに低下する。この場合には、リミッタが燃料電池から負荷を切り離すため、水素ボンベ内の水素残量が十分あるにも拘らず、水素ボンベから負荷への電力供給は停止してしまう。 The output voltage of the fuel cell is reduced from 14V to 11V due to a voltage drop of about 3V, for example, generated when the solenoid valve is operated at this time. In this case, since the limiter disconnects the load from the fuel cell, the power supply from the hydrogen cylinder to the load is stopped even though the remaining amount of hydrogen in the hydrogen cylinder is sufficient.

本考案はかかる従来の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、水素ボンベからの水素ガスの放出を円滑化するとともに、燃料電池本体の発電を長時間に亘って安定的に実現可能にする燃料電池装置を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to such conventional problems, and its purpose is to facilitate the release of hydrogen gas from the hydrogen cylinder and to generate power from the fuel cell body for a long time. An object of the present invention is to provide a fuel cell device that can be stably realized.

前述した目的を達成するために、本考案に係る燃料電池装置は、加圧水素が充填された水素ボンベと、この水素ボンベから供給された水素ガスの酸化によって生じる化学エネルギを電気エネルギに変換する燃料電池本体と、前記水素ボンベを放熱部材を介して支持するペルチェ素子と、を備え、前記燃料電池本体の反応熱を温風ファンによって前記水素ボンベに直接または温風通路を介し吹き付けるようにすると共に、前記燃料電池本体が発生する直流電流によって前記ペルチェ素子下面では吸熱を、上面では発熱をそれぞれ行なわせ、その発熱を前記水素ボンベの底部に及ばしめることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a fuel cell device according to the present invention includes a hydrogen cylinder filled with pressurized hydrogen, and a fuel that converts chemical energy generated by oxidation of hydrogen gas supplied from the hydrogen cylinder into electrical energy. A battery main body and a Peltier element that supports the hydrogen cylinder via a heat dissipation member, and the reaction heat of the fuel cell main body is blown to the hydrogen cylinder directly or through a hot air passage by a hot air fan. The direct current generated by the fuel cell body absorbs heat on the lower surface of the Peltier element and generates heat on the upper surface, and the heat generation is applied to the bottom of the hydrogen cylinder.

この構成により、夏場での電力供給時には、燃料電池本体が発生する、外気温より例えば１０℃を超える反応熱で水素ボンベを加温できる。一方冬場（例えば、外気温度が１５℃以下）での電力供給時には、前記反応熱とともに、燃料電池本体が発生する電力によりペルチェ素子が発生する略６℃を超える温熱を水素ボンベに加えて、これを十分に加温することができる。従って、外気温の変化に拘わらず水素ボンベ内の加圧水素の略全てを燃料電池本体に供給できる。この結果、燃料電池本体の長時間の安定的運用が可能になる。 With this configuration, when supplying power in summer, the hydrogen cylinder can be heated with reaction heat generated by the fuel cell main body that exceeds, for example, 10 ° C. from the outside air temperature. On the other hand, when supplying power in winter (for example, the outside air temperature is 15 ° C. or less), the reaction heat and the heat generated by the Peltier element generated by the power generated by the fuel cell body are added to the hydrogen cylinder. Can be sufficiently heated. Therefore, substantially all of the pressurized hydrogen in the hydrogen cylinder can be supplied to the fuel cell body regardless of changes in the outside air temperature. As a result, the fuel cell main body can be stably operated for a long time.

また、本考案に係る燃料電池装置は、前記ペルチェ素子が、燃料電池本体が発生する直流電圧の出力端子とこの直流電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータとの間に接続され、前記ペルチェ素子には過電流バイパス用のダイオードが並列接続されていることを特徴とする。 In the fuel cell device according to the present invention, the Peltier element is connected between an output terminal of a DC voltage generated by the fuel cell body and a DC / DC converter that boosts the DC voltage. A diode for overcurrent bypass is connected in parallel.

この構成により、ペルチェ素子は燃料電池本体が発生する電圧を受けて動作するが、この燃料電池本体が発生する電圧の低下につれて電流が増大する。これによりペルチェ素子上部での発生熱量（加熱量）も増加し、水素ボンベからの水素ガスの放出が促進される。また、このときの電流増大によるペルチェ素子の電流暴走がダイオードによる電流バイパス機能により防止される。同時にダイオードの発熱をヒートシンクを介したペルチェ素子下部に及ばしめ、このペルチェ素子下部の過冷却が防止される。 With this configuration, the Peltier element operates in response to a voltage generated by the fuel cell body, but the current increases as the voltage generated by the fuel cell body decreases. As a result, the amount of generated heat (heating amount) in the upper part of the Peltier element also increases, and the release of hydrogen gas from the hydrogen cylinder is promoted. Further, current runaway of the Peltier element due to current increase at this time is prevented by the current bypass function by the diode. At the same time, the heat generated by the diode is applied to the lower part of the Peltier element via the heat sink, and overcooling of the lower part of the Peltier element is prevented.

また、本考案に係る燃料電池装置は、前記燃料電池本体が化学反応により発生した水滴をパージする電磁弁を有し、この電磁弁には、この電磁弁の駆動時における燃料電池本体の出力電圧の低下をバックアップする電気二重層コンデンサが並列接続されていることを特徴とする。 The fuel cell device according to the present invention has an electromagnetic valve for purging water droplets generated by a chemical reaction in the fuel cell main body, and the electromagnetic valve includes an output voltage of the fuel cell main body when the electromagnetic valve is driven. The electric double layer capacitor which backs up the fall of this is connected in parallel.

この構成により、電磁弁の作動時における燃料電池本体の出力電圧の電圧降下が抑えられるので、燃料電池本体を長時間に亘って安全、安定的に運用することができる。 With this configuration, since the voltage drop of the output voltage of the fuel cell main body when the solenoid valve is operated can be suppressed, the fuel cell main body can be operated safely and stably for a long time.

本考案によれば、水素ボンベの温度を外気温に大きく影響されずに一定値以上に保つことで、水素ボンベからの水素ガスの略全量の放出を円滑に実施でき、結果として燃料電池本体の発生電圧を長時間に亘って継続的かつ安定的に負荷に供給できる。 According to the present invention, by keeping the temperature of the hydrogen cylinder at a certain value or more without being greatly influenced by the outside air temperature, it is possible to smoothly release substantially the entire amount of hydrogen gas from the hydrogen cylinder, and as a result, the fuel cell body The generated voltage can be supplied to the load continuously and stably over a long period of time.

以上、本考案について簡潔に説明した。更に、以下に本考案を実施するための最良の形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。 The present invention has been briefly described above. Further, the best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

本考案の実施形態による燃料電池装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the fuel cell apparatus by embodiment of this invention. 図１における燃料電池本体、水素ボンベおよびペルチェ素子の発電室内における配置例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of arrangement | positioning in the electric power generation chamber of the fuel cell main body in FIG. 1, a hydrogen cylinder, and a Peltier device. 水素放出時における水素ボンベの温度特性図である。It is a temperature characteristic figure of a hydrogen cylinder at the time of hydrogen discharge. 燃料電池本体の電圧−電流特性図である。It is a voltage-current characteristic view of a fuel cell body. ペルチェ素子の温度特性図である。It is a temperature characteristic figure of a Peltier device.

以下、本考案の一実施の形態にかかる燃料電池装置を、図１乃至図５を参照して説明する。 Hereinafter, a fuel cell device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

図１に示す本実施形態の燃料電池装置は、水素ボンベ１１と、燃料電池本体１２と、ペルチェ素子１３と、を主に備えて構成される。これらのうち、水素ボンベ１１は燃料として加圧水素を充填した高耐圧のボンベであり、例えばアルミ合金で覆われて、内圧が周辺温度に対して２０℃〜２５℃のもとで略８バールを維持するように構成されている。なお、この水素ボンベ１１は内部の加圧水素の放出に伴う吸熱作用によって、ボンベ本体の筐体温度が低下していく。従って、この筐体温度の低下に伴う内圧低下によって水素放出率も低下する。 The fuel cell device according to the present embodiment shown in FIG. 1 mainly includes a hydrogen cylinder 11, a fuel cell main body 12, and a Peltier element 13. Among these, the hydrogen cylinder 11 is a high pressure cylinder filled with pressurized hydrogen as a fuel, and is covered with, for example, an aluminum alloy, and has an internal pressure of about 8 bar under an ambient temperature of 20 ° C. to 25 ° C. Configured to maintain. Note that the casing temperature of the cylinder body of the hydrogen cylinder 11 decreases due to the endothermic action accompanying the release of pressurized hydrogen inside. Therefore, the hydrogen release rate also decreases due to the decrease in internal pressure accompanying the decrease in the housing temperature.

なお、図示しないが、水素ボンベ１１から供給される水素ガスは、手動弁、レギュレータ、遮断弁および配管等を介して前記燃料電池本体１２に供給される。また、万一、水素ボンベ１１や配管等から水素ガスが洩れたことを検出するための水素ガスセンサが、発電室内に設置される。この水素ガスセンサが発電室内の水素濃度が規定値以上になったことを検出した際に、図示しない制御手段が遮断弁を閉じて、水素ボンベ１１から燃料電池本体１２への水素の供給を遮断する。これにより燃料電池本体１２の運転が停止されるので、水素ガス供給系統の保守、点検等の安全対策を速やかに採ることができる。 Although not shown, hydrogen gas supplied from the hydrogen cylinder 11 is supplied to the fuel cell main body 12 via a manual valve, a regulator, a shut-off valve, piping, and the like. A hydrogen gas sensor for detecting that hydrogen gas has leaked from the hydrogen cylinder 11 or piping is installed in the power generation chamber. When this hydrogen gas sensor detects that the hydrogen concentration in the power generation chamber has exceeded the specified value, the control means (not shown) closes the shut-off valve to shut off the supply of hydrogen from the hydrogen cylinder 11 to the fuel cell body 12. . As a result, the operation of the fuel cell body 12 is stopped, so that safety measures such as maintenance and inspection of the hydrogen gas supply system can be taken promptly.

燃料電池本体１２は、水素ボンベ１１の水素吐出口１１ａから供給された水素ガスの、酸素による酸化によって生じる化学エネルギを電気エネルギに変換するものである。この燃料電池本体１２を構成する各セル（燃料電池セル）は反応ガスである前記水素ガスの通路を持つ燃料電極（アノード）と酸素（空気）の通路を持つ酸化電極（カソード）とを電解質膜を介して接合したものから構成される。このセルの複数個を積層してモジュール化することで燃料電池本体１２が形成される。 The fuel cell main body 12 converts chemical energy generated by oxidation of hydrogen gas supplied from the hydrogen discharge port 11a of the hydrogen cylinder 11 into oxygen into electric energy. Each cell (fuel cell) constituting the fuel cell main body 12 includes a fuel electrode (anode) having a passage for the hydrogen gas as a reaction gas and an oxidation electrode (cathode) having a passage for oxygen (air) as an electrolyte membrane. It is comprised from what was joined via. The fuel cell main body 12 is formed by stacking a plurality of the cells into a module.

この燃料電池本体１２は、燃料電極に形成された水素ガスの通路に水素ガスを供給する水素ガス注入口１２ａと、水素と酸素との電気化学反応により得られた水を排出する排水口１２ｂと、この電気化学反応により発生する直流電力を出力する正負の端子１２ｃ、１２ｄと、を備える。さらに、この燃料電池本体１２は電気化学反応によって発生する反応熱を温風として外部へ放出する温風ファン１４を有する。 The fuel cell main body 12 includes a hydrogen gas inlet 12a for supplying hydrogen gas to a hydrogen gas passage formed in the fuel electrode, and a drain port 12b for discharging water obtained by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. And positive and negative terminals 12c and 12d for outputting DC power generated by this electrochemical reaction. Further, the fuel cell main body 12 has a hot air fan 14 that discharges reaction heat generated by an electrochemical reaction as warm air to the outside.

燃料電池本体１２は、この温風ファン１４が送出する温風を水素ボンベ１１の外周面に直接吹き付ける向きに設置されている。なお、燃料電池本体１２と水素ボンベ１１とが別室に設置されて離れているような場合には、燃料電池本体１２と水素ボンベ１１との間に温風通路を設け、温風を水素ボンベ１１に吹き付けるようにしてもよい。また、水素と酸素の前記電気化学反応によって生成された水滴（水）を燃料電池本体１２の外に排出する排出口１２ｂには、水素ガスの圧力でパージするために開かれる電磁弁１５が接続されている。 The fuel cell main body 12 is installed in such a direction that the hot air sent out by the hot air fan 14 is blown directly onto the outer peripheral surface of the hydrogen cylinder 11. When the fuel cell main body 12 and the hydrogen cylinder 11 are installed in separate rooms and are separated from each other, a hot air passage is provided between the fuel cell main body 12 and the hydrogen cylinder 11 so that the hot air is supplied to the hydrogen cylinder 11. You may make it spray on. In addition, an electromagnetic valve 15 that is opened to purge with the pressure of hydrogen gas is connected to an outlet 12b that discharges water droplets (water) generated by the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen to the outside of the fuel cell main body 12. Has been.

前記燃料電池本体１２の正負の端子１２ｃ、１２ｄには直流電圧昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ１６ａ、１６ｂが接続されており、正の端子１２ｃとＤＣ／ＤＣコンバータ１６ａとの間には、ペルチェ素子１３が接続されている。また、負の端子１２ｄはＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂに接続されている。ペルチェ素子１３には水素ボンベ１１の温度が設定値（例えば、１５℃）以上の場合に開放されるサーモスタット１７が並列接続されている。 DC / DC converters 16a and 16b for DC voltage boosting are connected to the positive and negative terminals 12c and 12d of the fuel cell body 12, and a Peltier element is interposed between the positive terminal 12c and the DC / DC converter 16a. 13 is connected. The negative terminal 12d is connected to the DC / DC converter 16b. A thermostat 17 that is opened when the temperature of the hydrogen cylinder 11 is equal to or higher than a set value (for example, 15 ° C.) is connected to the Peltier element 13 in parallel.

また、このペルチェ素子１３には、このペルチェ素子１３とＤＣ／ＤＣコンバータ１６ａとの組み合わせによってペルチェ素子１３を流れる電流が暴走するのを防止するためのダイオード１８が並列接続されている。このダイオード１８は、電流容量を増すために複数個を直列接続したものとすることは任意である。 The Peltier element 13 is connected in parallel with a diode 18 for preventing the current flowing through the Peltier element 13 from running away due to the combination of the Peltier element 13 and the DC / DC converter 16a. It is arbitrary that a plurality of the diodes 18 are connected in series in order to increase the current capacity.

水素ボンベ１１および燃料電池本体１２は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１６ａ、１６ｂを持つ制御基板１９とともに、例えば図２に示すような防爆型の発電室２０内に設置されている。ここで、前記水素ボンベ１１は銅版からなる放熱部材２１上に支持され、この放熱部材２１はペルチェ素子１３を介してヒートシンク２２上に支持されている。このヒートシンク２２下面には前述のダイオード１８が取り付けられている。 The hydrogen cylinder 11 and the fuel cell main body 12 are installed in an explosion-proof power generation chamber 20 as shown in FIG. 2, for example, together with the control board 19 having the DC / DC converters 16a and 16b. Here, the hydrogen cylinder 11 is supported on a heat radiating member 21 made of a copper plate, and the heat radiating member 21 is supported on a heat sink 22 via a Peltier element 13. The aforementioned diode 18 is attached to the lower surface of the heat sink 22.

従って、ペルチェ素子１３は上部側に発生した温熱を、放熱部材（放熱板）２１を介して水素ボンベ１１の底部全体を効率的に加温し、ダイオード１８はこれに流される電流により発生するジュール熱をヒートシンクに伝え、ヒートシンク２２の過冷却を防止するように作用する。なお、符号２３はヒートシンク２２を発電室２０内の底部に支持する支持台である。 Therefore, the Peltier element 13 efficiently heats the heat generated on the upper side through the heat radiating member (heat radiating plate) 21 to the entire bottom of the hydrogen cylinder 11, and the diode 18 generates Joules generated by the current flowing therethrough. Heat is transferred to the heat sink and acts to prevent overcooling of the heat sink 22. Reference numeral 23 denotes a support base that supports the heat sink 22 on the bottom of the power generation chamber 20.

かかる構成になる燃料電池装置では、水素ボンベ１１の開閉弁（栓）１１ｂが開かれると水素ガスが水素吐出口１１ａから耐圧パイプを通じて燃料電池本体１２の水素ガス注入口１２ａに取り込まれる。一方、燃料電池本体１２内には温風ファン１４によって空気（酸素）が取り込まれる。これらの水素ガスおよび酸素は、燃料電極と酸化電極の各反応ガス流路に供給されて、前述のような電気化学反応によって電気エネルギ（直流電力）を端子１２ｃ、１２ｄに発生する。 In the fuel cell device having such a configuration, when the on-off valve (plug) 11b of the hydrogen cylinder 11 is opened, hydrogen gas is taken into the hydrogen gas inlet 12a of the fuel cell main body 12 through the pressure outlet pipe from the hydrogen discharge port 11a. On the other hand, air (oxygen) is taken into the fuel cell main body 12 by the hot air fan 14. These hydrogen gas and oxygen are supplied to the reaction gas flow paths of the fuel electrode and the oxidation electrode, and electric energy (DC power) is generated at the terminals 12c and 12d by the electrochemical reaction as described above.

この場合において、水素ボンベ１１は水素ガスの供給による前述のような吸熱作用によって、図３に示すように、筐体自体の温度が低下していく。このため、水素ボンベ１１の内圧も低下し、水素ガスの水素吐出口１１ａからの吐出量も減っていく。しかし、本実施形態では、燃料電池本体１２における前記電気化学反応に伴う反応熱が、温風ファン１４によって外気温より１０℃以上高い温風として水素ボンベ１１の外周面に吹き付けられる。このため、この温風を受けて水素ボンベ１１の筐体温度は、例えば外気温より９度以上高い温度に上昇する。 In this case, the temperature of the casing itself is lowered as shown in FIG. 3 in the hydrogen cylinder 11 due to the endothermic action as described above due to the supply of hydrogen gas. For this reason, the internal pressure of the hydrogen cylinder 11 also decreases, and the discharge amount of hydrogen gas from the hydrogen discharge port 11a also decreases. However, in the present embodiment, the reaction heat accompanying the electrochemical reaction in the fuel cell main body 12 is blown to the outer peripheral surface of the hydrogen cylinder 11 by the warm air fan 14 as warm air that is 10 ° C. higher than the outside air temperature. For this reason, the housing temperature of the hydrogen cylinder 11 rises to a temperature 9 degrees or more higher than the outside air temperature, for example, in response to the warm air.

一方、燃料電池本体１２の電気化学反応により正の端子１２ｃに発生した直流電圧はペルチェ素子１３を通じてＤＣ／ＤＣコンバータ１６ａに供給されて、昇圧される。このため、ペルチェ素子１３は下面でヒートシンク２２の温熱を吸収（吸熱）し、一種の熱ポンプとして動作し、図４に示すように、上面が周囲温度に比べて例えば６℃程度高い温度に発熱する。この熱はさらに放熱板（放熱部材）２１を介して水素ボンベ１１の底面に伝えられる。このため、水素ボンベ１１は、前記温風の９℃とペルチェ素子１３の上部に発生させた６℃とを加えた１５℃の温度で加温され、水素ボンベ１１の内圧が上昇して水素ガスは燃料電池本体１２へスムースに供給される。 On the other hand, the DC voltage generated at the positive terminal 12c due to the electrochemical reaction of the fuel cell body 12 is supplied to the DC / DC converter 16a through the Peltier element 13 and boosted. For this reason, the Peltier element 13 absorbs the heat of the heat sink 22 on the lower surface (heat absorption) and operates as a kind of heat pump. As shown in FIG. 4, the upper surface generates heat to a temperature higher by about 6 ° C. than the ambient temperature, for example. To do. This heat is further transferred to the bottom surface of the hydrogen cylinder 11 via a heat radiating plate (heat radiating member) 21. For this reason, the hydrogen cylinder 11 is heated at a temperature of 15 ° C., which is 9 ° C. of the warm air and 6 ° C. generated at the top of the Peltier element 13, and the internal pressure of the hydrogen cylinder 11 rises to increase the hydrogen gas. Is smoothly supplied to the fuel cell body 12.

この場合において、ペルチェ素子１３は、燃料電池本体１２とＤＣ／ＤＣコンバータ１６ａとの間に接続されているため、図５に示すように、燃料電池本体１２の電圧低下（２０Ｖから１２Ｖ）とともに電流が増大し（１Ａから１．６Ａ）、水素ボンベ１１の残圧低下につれて、ペルチェ素子１３における加温量が増大する。この結果、水素ボンベ１１内の水素ガスの略すべてが放出される。 In this case, since the Peltier element 13 is connected between the fuel cell main body 12 and the DC / DC converter 16a, as shown in FIG. 5, the current decreases with the voltage drop (20V to 12V) of the fuel cell main body 12. (1A to 1.6A), and the amount of heating in the Peltier element 13 increases as the residual pressure in the hydrogen cylinder 11 decreases. As a result, substantially all of the hydrogen gas in the hydrogen cylinder 11 is released.

なお、ペルチェ素子１３とＤＣ／ＤＣコンバータ１６ａとの組み合わせでは、ペルチェ素子１３の特性から電流暴走が発生するが、ダイオード１８はこの場合の過電流を検出してペルチェ素子１３をバイパスするので、かかる電流暴走を確実に回避することができる。また、このダイオード１８はその電流を受けて発熱し、ヒートシンク２２を介してペルチェ素子１３の下面を加温して、その下面の過冷却を防止している。 In the combination of the Peltier element 13 and the DC / DC converter 16a, current runaway occurs due to the characteristics of the Peltier element 13, but the diode 18 detects the overcurrent in this case, and bypasses the Peltier element 13. Current runaway can be avoided reliably. The diode 18 generates heat upon receiving the current, and heats the lower surface of the Peltier element 13 via the heat sink 22 to prevent overcooling of the lower surface.

また、前述のような電気化学反応に伴って燃料電池本体１２内には水滴が蓄積されるので、電磁弁１５を所定のタイミングで開いてその水を外部へ流出させている。この電磁弁１５は０．１秒間開かれるように駆動され、この間燃料電池本体１２の出力電圧が降下する。しかし、この電圧降下対策として電気２重層コンデンサを電磁弁１５のソレノイドに並列に接続することで、前記電圧降下を抑えることができる。これにより燃料電池本体１２の出力を安定化できるとともに、この動作を長期に亘って維持することができる。 In addition, since water droplets are accumulated in the fuel cell main body 12 with the electrochemical reaction as described above, the electromagnetic valve 15 is opened at a predetermined timing to allow the water to flow out. The electromagnetic valve 15 is driven to open for 0.1 second, and the output voltage of the fuel cell body 12 drops during this time. However, the voltage drop can be suppressed by connecting an electric double layer capacitor in parallel with the solenoid of the solenoid valve 15 as a countermeasure against the voltage drop. Thereby, the output of the fuel cell main body 12 can be stabilized, and this operation can be maintained for a long time.

なお、前記においては水素ボンベ１１を燃料電池本体１２の反応熱とペルチェ素子１３の発熱との両方で加温するケースについて述べた。しかし、このケース以外にも、夏場では燃料電池本体１２の反応熱を連続的に水素ボンベ１１の外周面に吹き付けるのみとし、冬場（例えば、外気温が１５℃以下）ではこれに加えてサーモスタット１７を働かせて（オフにして）、ペルチェ素子１３の発熱を水素ボンベ１１の底面に伝えるようにしてもよい。 In the above description, the case where the hydrogen cylinder 11 is heated by both the reaction heat of the fuel cell body 12 and the heat generation of the Peltier element 13 has been described. However, in addition to this case, only the reaction heat of the fuel cell main body 12 is continuously blown to the outer peripheral surface of the hydrogen cylinder 11 in the summer, and in addition to this, in the winter (for example, the outside air temperature is 15 ° C. or less), the thermostat 17 is added. May be activated (turned off) to transmit the heat generated by the Peltier element 13 to the bottom surface of the hydrogen cylinder 11.

また、冬場では、例えば、外気温が０℃で、発電室２０の室内温度が１５℃である場合には、室内壁に結露が発生する。このため、発電室２０の壁には適当な断熱対策を施すことが望ましい。さらに、前記温風ファン１４としてより大径サイズのものを用いることで送風量を増大でき、水素ボンベ１１に対する加温効率を高めることができる。 In winter, for example, when the outside air temperature is 0 ° C. and the indoor temperature of the power generation chamber 20 is 15 ° C., condensation occurs on the indoor wall. For this reason, it is desirable to take appropriate heat insulation measures on the wall of the power generation chamber 20. Further, by using a larger-diameter fan as the warm air fan 14, the air flow rate can be increased, and the heating efficiency for the hydrogen cylinder 11 can be increased.

以上のように、本実施形態の燃料電池装置は、燃料である加圧水素を充填した水素ボンベ１１と、この水素ボンベ１１から供給された水素ガスの酸化によって生じる化学エネルギを電気エネルギに変換する燃料電池本体１２と、水素ボンベ１１を放熱部材２１を介して支持するペルチェ素子１３と、を有し、燃料電池本体１２を、これの反応熱を温風ファン１４によって水素ボンベ１１に直接または温風通路を介し吹き付けるようにすると共に、燃料電池本体１２が発生する直流電流によって前記ペルチェ素子１３の上面を発熱させ、その発熱を水素ボンベ１１の底部に及ばしめるような構成とした。 As described above, the fuel cell device according to this embodiment includes a hydrogen cylinder 11 filled with pressurized hydrogen as fuel, and a fuel that converts chemical energy generated by oxidation of hydrogen gas supplied from the hydrogen cylinder 11 into electrical energy. It has a battery body 12 and a Peltier element 13 that supports the hydrogen cylinder 11 via a heat dissipating member 21, and the fuel cell body 12 directly or hot air is supplied to the hydrogen cylinder 11 by a hot air fan 14. In addition to spraying through the passage, the upper surface of the Peltier element 13 is heated by a direct current generated by the fuel cell main body 12, and the generated heat reaches the bottom of the hydrogen cylinder 11.

従って、夏場での電力供給時には、燃料電池本体１２が発生する外気温より略１０℃を超える反応熱の温風で水素ボンベ１１を加温し、一方冬場での電力供給時には、前記反応熱に加えて燃料電池本体１２が発生する電力によりペルチェ素子１３が発生する温熱により略６℃を超える温度に前記水素ボンベ１１を加温することで、外気温の影響を大きく受けることなく、水素ボンベ１１内の加圧水素を略全てを燃料電池本体１２に供給できる。この結果、燃料電池本体１２の長時間の安定的運用が可能になる。 Therefore, when supplying power in the summer, the hydrogen cylinder 11 is warmed with warm air of reaction heat that exceeds approximately 10 ° C. from the outside temperature generated by the fuel cell body 12, while when supplying power in the winter, the reaction heat is In addition, by heating the hydrogen cylinder 11 to a temperature exceeding approximately 6 ° C. by the heat generated by the Peltier element 13 by the electric power generated by the fuel cell body 12, the hydrogen cylinder 11 is not greatly affected by the outside air temperature. Almost all of the pressurized hydrogen inside can be supplied to the fuel cell body 12. As a result, the fuel cell main body 12 can be stably operated for a long time.

本考案にかかる燃料電池装置は水素ボンベからの水素ガスの略全量を放出できるとともに、燃料電池本体の発電を長時間に亘って安定的に実施できるという効果を有し、水素ボンベから燃料電池本体へ水素ガスをスムースに放出するための燃料電池装置等に有用である。 The fuel cell device according to the present invention has the effect of being able to discharge substantially the entire amount of hydrogen gas from a hydrogen cylinder and stably performing power generation of the fuel cell body over a long period of time. This is useful for a fuel cell device or the like for smoothly releasing hydrogen gas.

１１水素ボンベ
１２燃料電池本体
１２ａ水素ガス注入口
１２ｂ排水口
１２ｃ、１２ｄ端子
１３ペルチェ素子
１４温風ファン
１５電磁弁
１６ａ、１６ｂＤＣ／ＤＣコンバータ
１７サーモスタット
１８ダイオード
１９制御基板
２０発電室
２１放熱部材（放熱板）
２２ヒートシンク
２３支持台 11 Hydrogen cylinder
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Fuel cell main body 12a Hydrogen gas inlet 12b Drain outlet 12c, 12d Terminal 13 Peltier element 14 Hot air fan 15 Solenoid valve 16a, 16b DC / DC converter 17 Thermostat 18 Diode 19 Control board 20 Power generation chamber 21 Heat dissipation member (heat sink)
22 heat sink 23 support base

Claims

A hydrogen cylinder filled with pressurized hydrogen;
A fuel cell body that converts chemical energy generated by oxidation of hydrogen gas supplied from the hydrogen cylinder into electrical energy;
A Peltier element that supports the hydrogen cylinder via a heat dissipation member;
With
The reaction heat of the fuel cell body is blown directly to the hydrogen cylinder by a hot air fan or through a hot air passage,
A fuel cell device characterized in that a direct current generated by the fuel cell main body absorbs heat on the lower surface of the Peltier element and generates heat on the upper surface, and transmits the generated heat to the bottom of the hydrogen cylinder.

The Peltier element is connected between an output terminal of a DC voltage generated by the fuel cell body and a DC / DC converter that boosts the DC voltage, and an overcurrent bypass diode is connected in parallel to the Peltier element. The fuel cell device according to claim 1.

The fuel cell body has a solenoid valve that purges water droplets generated by a chemical reaction, and an electric double layer capacitor that backs up a decrease in the output voltage of the fuel cell when the solenoid valve is driven is connected in parallel to the solenoid valve. The fuel cell device according to claim 1, wherein the fuel cell device is provided.