JP2000285947A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JP2000285947A JP2000285947A JP11093119A JP9311999A JP2000285947A JP 2000285947 A JP2000285947 A JP 2000285947A JP 11093119 A JP11093119 A JP 11093119A JP 9311999 A JP9311999 A JP 9311999A JP 2000285947 A JP2000285947 A JP 2000285947A
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- cell stack
- air
- duct
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- 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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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な構成によって燃料電池スタックへの供
給空気の温度を効果的に高めることができ、しかも燃料
電池スタックへの補給水を減少させることができる、燃
料電池を提供する。 【解決手段】 燃料源と空気源を備え、燃料と空気中の
酸素とを反応させて電力を発生させる燃料電池スタック
３を備えた燃料電池において、燃料電池スタック３に空
気を供給する供給ダクト５３と、燃料電池スタック３か
ら空気を排気する排出ダクト５５と、この排出ダクト５
５と供給ダクト５３間に設けられたヒートパイプ５７と
を備えたものである。
給空気の温度を効果的に高めることができ、しかも燃料
電池スタックへの補給水を減少させることができる、燃
料電池を提供する。 【解決手段】 燃料源と空気源を備え、燃料と空気中の
酸素とを反応させて電力を発生させる燃料電池スタック
３を備えた燃料電池において、燃料電池スタック３に空
気を供給する供給ダクト５３と、燃料電池スタック３か
ら空気を排気する排出ダクト５５と、この排出ダクト５
５と供給ダクト５３間に設けられたヒートパイプ５７と
を備えたものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料と空気中の酸
素とを反応させて電力を発生させる燃料電池スタックを
備えた燃料電池に関する。
素とを反応させて電力を発生させる燃料電池スタックを
備えた燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、燃料源と空気源を備え、燃料と
空気中の酸素とを反応させて電力を発生させる燃料電池
スタックを備えた固定高分子形燃料電池が知られてい
る。
空気中の酸素とを反応させて電力を発生させる燃料電池
スタックを備えた固定高分子形燃料電池が知られてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この種の固定高分子形
燃料電池では、反応に水を必要とするために、燃料電池
の運転中に外部から燃料電池スタックに常に水を補給し
なければならない。
燃料電池では、反応に水を必要とするために、燃料電池
の運転中に外部から燃料電池スタックに常に水を補給し
なければならない。
【０００４】また、燃料電池の発電効率を高めるために
は、燃料電池スタックへの供給空気の温度を可能な限り
昇温させて供給する必要がある。
は、燃料電池スタックへの供給空気の温度を可能な限り
昇温させて供給する必要がある。
【０００５】そこで、本発明の目的は、簡単な構成によ
って燃料電池スタックへの供給空気の温度を効果的に高
めることができ、しかも燃料電池スタックへの補給水を
減少させることができる、燃料電池を提供することにあ
る。
って燃料電池スタックへの供給空気の温度を効果的に高
めることができ、しかも燃料電池スタックへの補給水を
減少させることができる、燃料電池を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
燃料源と空気源を備え、燃料と空気中の酸素とを反応さ
せて電力を発生させる燃料電池スタックを備えた燃料電
池において、前記燃料電池スタックに空気を供給する供
給ダクトと、前記燃料電池スタックから空気を排気する
排出ダクトと、この排出ダクトと前記供給ダクト間に設
けられたヒートパイプとを備えたことを特徴とするもの
である。
燃料源と空気源を備え、燃料と空気中の酸素とを反応さ
せて電力を発生させる燃料電池スタックを備えた燃料電
池において、前記燃料電池スタックに空気を供給する供
給ダクトと、前記燃料電池スタックから空気を排気する
排出ダクトと、この排出ダクトと前記供給ダクト間に設
けられたヒートパイプとを備えたことを特徴とするもの
である。
【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載のも
のにおいて、燃料電池スタックの本体の一側面に前記供
給ダクトを備えると共に、当該本体の他側面に前記排出
ダクトを備え、前記ヒートパイプは前記燃料電池スタッ
クの本体を迂回するようにＵ字状に曲げられ、一端が前
記供給ダクトに接続され、他端が一端よりも低くなるよ
うに前記排出ダクトに接続されていることを特徴とする
ものである。
のにおいて、燃料電池スタックの本体の一側面に前記供
給ダクトを備えると共に、当該本体の他側面に前記排出
ダクトを備え、前記ヒートパイプは前記燃料電池スタッ
クの本体を迂回するようにＵ字状に曲げられ、一端が前
記供給ダクトに接続され、他端が一端よりも低くなるよ
うに前記排出ダクトに接続されていることを特徴とする
ものである。
【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載のものにおいて、供給ダクトおよび／または前記排
出ダクトの内部に延在する前記ヒートパイプの軸部に放
熱フィンを備えたことを特徴とするものである。
記載のものにおいて、供給ダクトおよび／または前記排
出ダクトの内部に延在する前記ヒートパイプの軸部に放
熱フィンを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】請求項４記載の発明は、請求項１ないし３
記載のものにおいて、排出ダクトの底部にドレン排出口
を設け、このドレン排出口にイオン交換器を設け、イオ
ン交換器を通じて純水を生成して回収することを特徴と
するものである。
記載のものにおいて、排出ダクトの底部にドレン排出口
を設け、このドレン排出口にイオン交換器を設け、イオ
ン交換器を通じて純水を生成して回収することを特徴と
するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【００１１】図１において、１は燃料電池の外装ケース
を示している。この外装ケース１内には、燃料と空気中
の酸素とを反応させて電力を発生させる固体高分子形の
燃料電池スタック３が設けられている。この燃料電池ス
タック３には、燃料供給系１０と空気供給系２０とが接
続されている。
を示している。この外装ケース１内には、燃料と空気中
の酸素とを反応させて電力を発生させる固体高分子形の
燃料電池スタック３が設けられている。この燃料電池ス
タック３には、燃料供給系１０と空気供給系２０とが接
続されている。
【００１２】燃料供給系１０は、燃料電池用燃料供給ユ
ニット１１を有し、この燃料供給ユニット１１は、メタ
ン、プロパン、メタノール等から水素を生成するもので
あって、図示を省略した改質器、一酸化炭素変成器、一
酸化炭素除去器等を備えて構成されている。この燃料電
池用燃料供給ユニット１１は燃料供給管路１２を介して
燃料電池スタック３の燃料供給側に接続されている。空
気供給系２０は空気ファン２１を備え、この空気ファン
２１は空気供給管路２２を介して燃料電池スタック３の
空気供給側に接続されている。
ニット１１を有し、この燃料供給ユニット１１は、メタ
ン、プロパン、メタノール等から水素を生成するもので
あって、図示を省略した改質器、一酸化炭素変成器、一
酸化炭素除去器等を備えて構成されている。この燃料電
池用燃料供給ユニット１１は燃料供給管路１２を介して
燃料電池スタック３の燃料供給側に接続されている。空
気供給系２０は空気ファン２１を備え、この空気ファン
２１は空気供給管路２２を介して燃料電池スタック３の
空気供給側に接続されている。
【００１３】また、固体高分子形の燃料電池スタック３
の排気側には、燃料排気管路３０と空気排気管路４０と
が接続されている。
の排気側には、燃料排気管路３０と空気排気管路４０と
が接続されている。
【００１４】燃料電池スタック３は、図２に示すよう
に、ガスセパレータ３ａと、リブ付き基板３ｂと、水素
極（アノード）３ｃと、電解質３ｄと、酸素極（カソー
ド）３ｅと、リブ付き基板３ｆとを組み合わせてセル１
００を構成し、各セル１００を積層することにより構成
されている。
に、ガスセパレータ３ａと、リブ付き基板３ｂと、水素
極（アノード）３ｃと、電解質３ｄと、酸素極（カソー
ド）３ｅと、リブ付き基板３ｆとを組み合わせてセル１
００を構成し、各セル１００を積層することにより構成
されている。
【００１５】そして、水素が矢印Ｘ１で示すように水素
極（アノード）３ｃに供給され、酸素が矢印Ｘ２で示す
ように酸素極（カソード）３ｅに供給され、図３に示す
ように、この酸素と水素間で反応し、電子イオンが水素
極３ｃから酸素極３ｅに流れてその結果、電力が出力さ
れる。
極（アノード）３ｃに供給され、酸素が矢印Ｘ２で示す
ように酸素極（カソード）３ｅに供給され、図３に示す
ように、この酸素と水素間で反応し、電子イオンが水素
極３ｃから酸素極３ｅに流れてその結果、電力が出力さ
れる。
【００１６】この実施形態では、図４に示すように、燃
料電池スタック３の本体５１の一側面に空気の供給ダク
ト５３を備えると共に、当該本体５１の他側面に同じく
空気の排出ダクト５５を備え、供給ダクト５３と排出ダ
クト５５間には、上下複数段に亘って複数のヒートパイ
プ５７を備えて構成されている。
料電池スタック３の本体５１の一側面に空気の供給ダク
ト５３を備えると共に、当該本体５１の他側面に同じく
空気の排出ダクト５５を備え、供給ダクト５３と排出ダ
クト５５間には、上下複数段に亘って複数のヒートパイ
プ５７を備えて構成されている。
【００１７】各ヒートパイプ５７は、図５に示すよう
に、燃料電池スタック３の本体５１を迂回するようにＵ
字状に曲げられ、一端５７ａが供給ダクト５３に接続さ
れ、他端５７ｂが一端５７ａよりも低くなるように排出
ダクト５５に接続されている。
に、燃料電池スタック３の本体５１を迂回するようにＵ
字状に曲げられ、一端５７ａが供給ダクト５３に接続さ
れ、他端５７ｂが一端５７ａよりも低くなるように排出
ダクト５５に接続されている。
【００１８】ヒートパイプ５７の各端部５７ａ、５７ｂ
は、各ダクト５３、５５の内部に延在し、この各端部５
７ａ、５７ｂの軸部には、熱交換用の複数枚のステンレ
ス製フィン５９が取り付けられている。これらのフィン
５９は水切りが良いように、鉛直方向に延びて形成され
ている。
は、各ダクト５３、５５の内部に延在し、この各端部５
７ａ、５７ｂの軸部には、熱交換用の複数枚のステンレ
ス製フィン５９が取り付けられている。これらのフィン
５９は水切りが良いように、鉛直方向に延びて形成され
ている。
【００１９】この実施形態では、ヒートパイプ５７の各
端部５７ａ、５７ｂの軸部に、熱交換用の複数枚のフィ
ン５９が取り付けられているので、熱交換効率が向上
し、ヒートパイプ効果を高めることができる。
端部５７ａ、５７ｂの軸部に、熱交換用の複数枚のフィ
ン５９が取り付けられているので、熱交換効率が向上
し、ヒートパイプ効果を高めることができる。
【００２０】この固体高分子形の燃料電池スタック３を
用いた場合、反応に水を必要とするため、燃料電池の運
転中に外部から燃料電池スタック３に常に水を補給しな
ければならない。この補給水は、図示を省略した水タン
クを通じて補給されるが、この水タンクには常時、純水
が供給され、この水量を減少させることができれば、よ
り経済的である。また、燃料電池の発電効率を高めるた
めには、燃料電池スタック３への供給空気の温度を加熱
手段を通じて昇温させて供給するのが一般的である。し
かし、加熱手段を用いると、加熱のためのランニングコ
ストがかかるし、加熱設備が必要になるのが一般的であ
る。
用いた場合、反応に水を必要とするため、燃料電池の運
転中に外部から燃料電池スタック３に常に水を補給しな
ければならない。この補給水は、図示を省略した水タン
クを通じて補給されるが、この水タンクには常時、純水
が供給され、この水量を減少させることができれば、よ
り経済的である。また、燃料電池の発電効率を高めるた
めには、燃料電池スタック３への供給空気の温度を加熱
手段を通じて昇温させて供給するのが一般的である。し
かし、加熱手段を用いると、加熱のためのランニングコ
ストがかかるし、加熱設備が必要になるのが一般的であ
る。
【００２１】この実施形態では、排出ダクト５５を通じ
て排気される空気の温度が高温になることに鑑み、この
排気の熱を利用して、供給ダクト５３を通じて燃料電池
スタック３に供給される空気の温度が昇温される。
て排気される空気の温度が高温になることに鑑み、この
排気の熱を利用して、供給ダクト５３を通じて燃料電池
スタック３に供給される空気の温度が昇温される。
【００２２】すなわち、排出ダクト５５内の排気温度に
よって、ヒートパイプ５７の他端５７ｂが加熱され、こ
のヒートパイプ５７に密封された作動流体が蒸発し、こ
の蒸気はヒートパイプ５７内を一端５７ａに向けて上昇
し、そこで液化し、再び他端に流下する。この間、供給
ダクト５３内では放熱作用が行われ、この供給ダクト５
３を通じて燃料電池スタック３に供給される空気の温度
が昇温されると共に、排出ダクト５５内では吸熱作用が
行われ、ここでは排気空気中の水分が凝縮し、この凝縮
水が排出ダクト５５の底部に溜まる。
よって、ヒートパイプ５７の他端５７ｂが加熱され、こ
のヒートパイプ５７に密封された作動流体が蒸発し、こ
の蒸気はヒートパイプ５７内を一端５７ａに向けて上昇
し、そこで液化し、再び他端に流下する。この間、供給
ダクト５３内では放熱作用が行われ、この供給ダクト５
３を通じて燃料電池スタック３に供給される空気の温度
が昇温されると共に、排出ダクト５５内では吸熱作用が
行われ、ここでは排気空気中の水分が凝縮し、この凝縮
水が排出ダクト５５の底部に溜まる。
【００２３】この排出ダクト５５の底部にはドレン排出
口６１が設けられ、このドレン排出口６１にはイオン交
換純水装置６３およびフィルタ６５が設けられ、イオン
交換純水装置６３を通じて純水が生成され、この純水は
チューブ６７を通じて、前述した補給水用の図示を省略
した水タンクに回収される。
口６１が設けられ、このドレン排出口６１にはイオン交
換純水装置６３およびフィルタ６５が設けられ、イオン
交換純水装置６３を通じて純水が生成され、この純水は
チューブ６７を通じて、前述した補給水用の図示を省略
した水タンクに回収される。
【００２４】従って、水タンクには常時純水を供給する
必要がなくなり、或いはその純水の補給量を減少させる
ことができる。
必要がなくなり、或いはその純水の補給量を減少させる
ことができる。
【００２５】この実施形態では、少なくとも排出ダクト
５５内に延在するヒートパイプ５７の他端５７ｂ、或い
はフィン５９をイオンの溶けだしにくい材料、例えばス
テンレス系素材で形成する、或いはクロームメッキ等を
施すことが望ましい。この固体高分子形の燃料電池にお
いては、使用する水にイオンが含まれると、このイオン
が触媒および膜に付着し、発電性能を低下させる。従っ
て、排気側の水回収部で回収される水にイオンが溶けだ
さないようにするためである。
５５内に延在するヒートパイプ５７の他端５７ｂ、或い
はフィン５９をイオンの溶けだしにくい材料、例えばス
テンレス系素材で形成する、或いはクロームメッキ等を
施すことが望ましい。この固体高分子形の燃料電池にお
いては、使用する水にイオンが含まれると、このイオン
が触媒および膜に付着し、発電性能を低下させる。従っ
て、排気側の水回収部で回収される水にイオンが溶けだ
さないようにするためである。
【００２６】以上、一実施形態に基づいて本発明を説明
したが、本発明はこれに限定されるものでないことは明
らかである。
したが、本発明はこれに限定されるものでないことは明
らかである。
【００２７】
【発明の効果】これらの発明では、排出ダクトと供給ダ
クト間にヒートパイプが設けられるので、排出ダクトを
通じて排気される空気温度によって燃料電池スタックに
供給される空気温度を昇温させることができる。
クト間にヒートパイプが設けられるので、排出ダクトを
通じて排気される空気温度によって燃料電池スタックに
供給される空気温度を昇温させることができる。
【００２８】また、排出ダクト内ではヒートパイプによ
る吸熱作用が行われので、排出空気中の水分が凝縮し、
この凝縮水が排出ダクトに溜まる。これを回収すること
により、水の補給量を減少させることができる。
る吸熱作用が行われので、排出空気中の水分が凝縮し、
この凝縮水が排出ダクトに溜まる。これを回収すること
により、水の補給量を減少させることができる。
【００２９】ヒートパイプは熱媒体の蒸発、凝縮によっ
て熱移動させる構成であり、動力源を必要としないた
め、発電効率を高めることができる。
て熱移動させる構成であり、動力源を必要としないた
め、発電効率を高めることができる。
【図１】本発明による燃料電池の概略構成図である。
【図２】燃料電池スタックの概略構成図である。
【図３】燃料電池の原理説明図である。
【図４】燃料電池スタックのダクトを示す断面図であ
る。
る。
【図５】ヒートパイプの斜視図である。
３ 燃料電池スタック ５１ 本体 ５３ 供給ダクト ５５ 排出ダクト ５７ ヒートパイプ ５７ａ 一端 ５７ｂ 他端 ５９ フィン ６１ ドレン排出口 ６３ イオン交換器 ６５ フィルタ
Claims (4)
- 【請求項１】 燃料源と空気源を備え、燃料と空気中の
酸素とを反応させて電力を発生させる燃料電池スタック
を備えた燃料電池において、 前記燃料電池スタックに空気を供給する供給ダクトと、 前記燃料電池スタックから空気を排気する排出ダクト
と、 この排出ダクトと前記供給ダクト間に設けられたヒート
パイプとを備えたことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】 前記燃料電池スタックの本体の一側面に
前記供給ダクトを備えると共に、当該本体の他側面に前
記排出ダクトを備え、 前記ヒートパイプは前記燃料電池スタックの本体を迂回
するようにＵ字状に曲げられ、一端が前記供給ダクトに
接続され、他端が一端よりも低くなるように前記排出ダ
クトに接続されていることを特徴とする請求項１記載の
燃料電池。 - 【請求項３】 前記供給ダクトおよび／または前記排出
ダクトの内部に延在する前記ヒートパイプの軸部に熱交
換用のフィンを備えたことを特徴とする請求項１または
２記載の燃料電池。 - 【請求項４】 前記排出ダクトの底部にドレン排出口を
設け、このドレン排出口にイオン交換器を設け、このイ
オン交換器を通じて純水を生成して回収することを特徴
とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の燃料電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11093119A JP2000285947A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11093119A JP2000285947A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000285947A true JP2000285947A (ja) | 2000-10-13 |
Family
ID=14073644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11093119A Withdrawn JP2000285947A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000285947A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003081611A (ja) * | 2001-09-07 | 2003-03-19 | Toyota Motor Corp | 積層構造の水素分離装置 |
| EP1672725A1 (en) * | 2004-12-15 | 2006-06-21 | General Electric Company | Near-isothermal high-temperature fuel cell |
| JP2011171308A (ja) * | 2011-04-08 | 2011-09-01 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| US9859574B2 (en) | 2012-11-21 | 2018-01-02 | Hyundai Motor Company | Compressed air cooling apparatus of fuel cell system |
-
1999
- 1999-03-31 JP JP11093119A patent/JP2000285947A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003081611A (ja) * | 2001-09-07 | 2003-03-19 | Toyota Motor Corp | 積層構造の水素分離装置 |
| EP1672725A1 (en) * | 2004-12-15 | 2006-06-21 | General Electric Company | Near-isothermal high-temperature fuel cell |
| JP2011171308A (ja) * | 2011-04-08 | 2011-09-01 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| US9859574B2 (en) | 2012-11-21 | 2018-01-02 | Hyundai Motor Company | Compressed air cooling apparatus of fuel cell system |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050301 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20051226 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20061226 |