JP2002033112A - Electrical energy generating element - Google Patents
Electrical energy generating elementInfo
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電気エネルギー発
生素子に関するものであり、さらに詳細には、水素ガス
が浪費されることを防止するとともに、コストアップを
招くことなく、電気エネルギーの発生効率を向上させる
ことができる電気エネルギー発生素子に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric energy generating element, and more particularly, to a method for preventing the wasting of hydrogen gas and reducing the generation efficiency of electric energy without increasing the cost. The present invention relates to an electric energy generating element that can be improved.
【0002】[0002]
【従来の技術】産業革命以後、自動車などのエネルギー
源としてはもちろん、電力製造などのエネルギー源とし
て、ガソリン、軽油などの化石燃料が広く用いられてき
た。この化石燃料の利用によって、人類は飛躍的な生活
水準の向上や産業の発展などの利益を享受することがで
きたが、その反面、地球は深刻な環境破壊の脅威にさら
され、さらに、化石燃料の枯渇の虞が生じてその長期的
な安定供給に疑問が投げかけられる事態となりつつあ
る。2. Description of the Related Art Since the industrial revolution, fossil fuels such as gasoline and light oil have been widely used not only as energy sources for automobiles but also as energy sources for electric power production. The use of fossil fuels has enabled humankind to enjoy such dramatic improvements in living standards and the development of industry, but on the other hand, the planet has been threatened with serious environmental destruction, There is a possibility that fuel will be depleted, and a long-term stable supply will be questioned.
【0003】そこで、水素は、水に含まれ、地球上に無
尽蔵に存在している上、物質量あたりに含まれる化学エ
ネルギー量が大きく、また、エネルギー源として使用す
るときに、有害物質や地球温暖化ガスなどを放出しない
などの理由から、化石燃料に代わるクリーンで、かつ、
無尽蔵なエネルギー源として、近年、大きな注目を集め
るようになっている。[0003] Therefore, hydrogen is contained in water, is inexhaustibly present on the earth, has a large amount of chemical energy per substance, and when used as an energy source, harmful substances and earth. Because it does not emit greenhouse gases, it is a clean alternative to fossil fuels, and
In recent years, it has attracted great attention as an inexhaustible energy source.
【0004】ことに、近年は、水素エネルギーから電気
エネルギーを取り出すことができる電気エネルギー発生
素子の研究開発が盛んにおこなわれており、大規模発電
から、オンサイトな自家発電、さらには、自動車用電源
としての応用が期待されている。In particular, in recent years, research and development of an electric energy generating element capable of extracting electric energy from hydrogen energy has been actively carried out. From large-scale electric power generation to on-site private electric power generation, and further, for automobiles, The application as a power supply is expected.
【0005】水素エネルギーから電気エネルギーを取り
出す電気エネルギー発生素子は、水素ガスが供給される
水素電極と、酸素が供給される酸素電極と、水素電極で
生成されたプロトンを酸素電極に伝達するプロトン伝導
体膜を有している。水素電極に供給された水素ガスは、
触媒の作用によって、プロトン(陽子)と電子に解離さ
れ、電子は水素電極において、吸収され、他方、プロト
ンは、プロトン伝導体膜を介して、酸素電極に運ばれ
る。水素電極において、吸収された電子は、負荷を経由
して、酸素電極に運ばれる。一方、酸素電極に供給され
た酸素は、触媒の作用により、水素電極から運ばれたプ
ロトンおよび電子と結合して、水を生成する。このよう
にして、水素電極と酸素電極との間に、起電力が生じ、
負荷に電流が流れるように、電気エネルギー発生素子は
構成されている。[0005] An electric energy generating element for extracting electric energy from hydrogen energy includes a hydrogen electrode to which hydrogen gas is supplied, an oxygen electrode to which oxygen is supplied, and a proton conductive element for transmitting protons generated at the hydrogen electrode to the oxygen electrode. It has a body membrane. The hydrogen gas supplied to the hydrogen electrode is
By the action of the catalyst, protons (protons) and electrons are dissociated, and the electrons are absorbed at the hydrogen electrode, while the protons are transferred to the oxygen electrode via the proton conductor membrane. At the hydrogen electrode, the absorbed electrons are transferred to the oxygen electrode via a load. On the other hand, oxygen supplied to the oxygen electrode combines with protons and electrons carried from the hydrogen electrode by the action of a catalyst to generate water. In this way, an electromotive force is generated between the hydrogen electrode and the oxygen electrode,
The electric energy generating element is configured so that a current flows through the load.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】かかる電気エネルギー
発生素子においては、従来、水素ガスを水素電極に向け
て流し、水素電極と反応させて、電気を生成し、反応に
関与しなかった水素ガスは大気中に放出するように構成
されていた。In such an electric energy generating element, conventionally, a hydrogen gas is caused to flow toward a hydrogen electrode and react with the hydrogen electrode to generate electricity, and the hydrogen gas which has not been involved in the reaction is It was configured to emit into the atmosphere.
【0007】しかしながら、このように、反応に関与し
なかった水素ガスを大気中に放出することは、水素ガス
を浪費することになるばかりでなく、水素ガスは可燃性
ガスであるため、危険があるという問題があった。However, releasing hydrogen gas not involved in the reaction into the atmosphere as described above not only wastes hydrogen gas, but also poses a danger because hydrogen gas is a flammable gas. There was a problem.
【0008】かかる問題は、水素ガスを循環させ、再利
用することによって解決可能ではあるが、水素ガスを循
環再利用するためには循環ポンプなどが必要になり、設
備コストおよびエネルギーコストが増大するという問題
があった。[0008] Such a problem can be solved by circulating and reusing hydrogen gas. However, in order to recycle and reuse hydrogen gas, a circulating pump or the like is required, which increases equipment costs and energy costs. There was a problem.
【0009】したがって、本発明は、水素ガスが浪費さ
れることを防止するとともに、コストアップを招くこと
なく、電気エネルギーの発生効率を向上させることがで
きる電気エネルギー発生素子を提供することを目的とす
るものである。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an electric energy generating element capable of preventing waste of hydrogen gas and improving electric energy generation efficiency without increasing cost. Is what you do.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明のかかる目的は、
水素電極膜とプロトン導電体膜の積層体を備えた反応チ
ャンバーと、水素ガス源に接続された水素チャンバー
と、発電電圧が所定の範囲に制御されるように、前記水
素チャンバーから、前記反応チャンバーに、水素ガスを
供給するレギュレータを備えた電気エネルギー発生素子
によって達成される。SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is as follows.
A reaction chamber including a stacked body of a hydrogen electrode film and a proton conductor film, a hydrogen chamber connected to a hydrogen gas source, and the reaction chamber from the hydrogen chamber so that a power generation voltage is controlled within a predetermined range. And an electric energy generating element having a regulator for supplying hydrogen gas.
【0011】本発明によれば、水素ガスは、反応チャン
バー内で、水素電極膜と接触して、プロトンと電子に解
離されるから、反応チャンバーに供給された水素ガスを
すべて、電気エネルギーを発生させるために、使用する
ことができ、水素ガスが浪費されることを防止すること
が可能となるとともに、発電電圧が所定の範囲に制御さ
れるように、レギュレータによって、水素ガス源に接続
された水素チャンバーから、反応チャンバーに水素ガス
が供給されるから、水素ガスが消費され、反応チャンバ
ー内の水素ガス圧力が低下して、発電電圧が低下する
と、水素ガスが反応チャンバー内に供給されて、水素ガ
スが補充され、したがって、水素ガスを循環させる必要
も、また、とくに耐圧性の高い水素電極膜やプロトン導
電体膜を用いる必要もないから、コストアップを招くこ
となく、電気エネルギーの発生効率を向上させることが
可能になる。According to the present invention, hydrogen gas comes into contact with the hydrogen electrode film in the reaction chamber and is dissociated into protons and electrons, so that all of the hydrogen gas supplied to the reaction chamber generates electric energy. In order to prevent the hydrogen gas from being wasted, it is possible to prevent the hydrogen gas from being wasted, and the regulator is connected to the hydrogen gas source by a regulator so that the generated voltage is controlled within a predetermined range. Since hydrogen gas is supplied from the hydrogen chamber to the reaction chamber, the hydrogen gas is consumed, the hydrogen gas pressure in the reaction chamber decreases, and when the power generation voltage decreases, the hydrogen gas is supplied into the reaction chamber. Hydrogen gas is replenished, so it is necessary to circulate the hydrogen gas, and it is also necessary to use a hydrogen electrode film or proton conductor film with high pressure resistance. Since there without increasing the cost, it is possible to improve the generation efficiency of the electric energy.
【0012】本発明の好ましい実施態様においては、前
記レギュレータが、前記反応チャンバーと前記水素チャ
ンバーとを接続する開口部と、前記開口部を開閉するバ
ルブ手段を備え、前記バルブ手段が、発電電圧にしたが
って、前記開口部を開閉制御するように構成されてい
る。In a preferred embodiment of the present invention, the regulator includes an opening for connecting the reaction chamber and the hydrogen chamber, and a valve for opening and closing the opening. Therefore, the opening is controlled to open and close.
【0013】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記水素電極膜と前記プロトン導電体膜の積層体
が、前記反応チャンバーの壁の一部を形成している。In a further preferred aspect of the present invention, the laminate of the hydrogen electrode film and the proton conductor film forms a part of a wall of the reaction chamber.
【0014】反応チャンバー内の水素ガスがプロトンと
電子に解離されて、消費されると、反応チャンバー内の
水素ガス圧力が低くなり、発電電力も低下して、水素ガ
スチャンバーから、水素ガスを反応チャンバーに補充す
る必要が生じるが、本発明のさらに好ましい実施態様に
よれば、バルブ手段が、発電電圧にしたがって、反応チ
ャンバーと水素ガスチャンバーとを連通する開口部を開
閉制御するように構成されているから、反応チャンバー
内の水素ガス圧力が低くなって、水素ガスを反応チャン
バーに補充する必要が生じたときに、自動的に、バルブ
手段が開口部を開いて、開口部を介して、水素ガスを反
応チャンバー内に補充することができ、したがって、反
応チャンバー内の水素ガス圧力を、一定の圧力範囲内に
保持することができるから、水素電極膜とプロトン導電
体膜の積層体を保護しつつ、電気エネルギー発生効率を
向上させることが可能になる。When the hydrogen gas in the reaction chamber is dissociated into protons and electrons and consumed, the pressure of the hydrogen gas in the reaction chamber decreases, the power generated decreases, and the hydrogen gas is reacted from the hydrogen gas chamber. Although it is necessary to replenish the chamber, according to a further preferred embodiment of the present invention, the valve means is configured to control opening and closing of the opening communicating the reaction chamber and the hydrogen gas chamber according to the power generation voltage. Therefore, when the hydrogen gas pressure in the reaction chamber becomes low and it becomes necessary to replenish the hydrogen gas into the reaction chamber, the valve means automatically opens the opening, and the hydrogen is supplied through the opening. Gas can be replenished into the reaction chamber, so that the hydrogen gas pressure in the reaction chamber can be kept within a certain pressure range. Since that, while protecting a laminate of the hydrogen electrode film and proton conductive film, it is possible to improve the electric energy generation efficiency.
【0015】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記水素電極膜とプロトン導電体膜の積層体が、前
記開口部に対向する前記反応チャンバーの壁を構成し、
前記バルブ手段が、前記水素電極膜とプロトン導電体膜
の積層体と連動して、移動が可能なように、前記水素電
極膜とプロトン導電体膜の積層体に取り付けられ、さら
に、前記バルブ手段が前記開口部を閉じるように、前記
バルブ手段を付勢するばね部材を備えている。In a further preferred aspect of the present invention, the laminate of the hydrogen electrode film and the proton conductor film constitutes a wall of the reaction chamber facing the opening,
The valve means is attached to the laminate of the hydrogen electrode film and the proton conductor film so as to be movable in conjunction with the laminate of the hydrogen electrode film and the proton conductor film, and further comprising the valve means. Includes a spring member for urging the valve means so as to close the opening.
【0016】本発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、水素電極膜とプロトン導電体膜の積層体が、開口部
に対向する反応チャンバーの壁を構成し、バルブ手段
が、水素電極膜とプロトン導電体膜の積層体と連動し
て、移動が可能なように、水素電極膜とプロトン導電体
膜の積層体に取り付けられ、さらに、バルブ手段が開口
部を閉じるように、バルブ手段を付勢するばね部材を備
えているから、反応チャンバー内の水素ガス圧力が所定
圧力を越えているときは、ばね部材によって、バルブ手
段が付勢されて、開口部を閉じ、一方、反応チャンバー
内の水素ガス圧力が所定圧力以下に低下すると、ばね部
材のばね力に抗して、水素電極膜とプロトン導電体膜の
積層体が変形して、開口部側に膨らみ、バルブ手段も開
口部側に移動する結果、バルブ手段が、自動的に、開口
部を開き、開口部を介して、水素ガスを反応チャンバー
内に補充することができ、したがって、反応チャンバー
内の水素ガス圧力を、一定の圧力範囲内に保持すること
ができるから、水素電極膜とプロトン導電体膜の積層体
を保護しつつ、電気エネルギー発生効率を向上させるこ
とが可能になる。According to a further preferred embodiment of the present invention, the laminate of the hydrogen electrode film and the proton conductor film constitutes the wall of the reaction chamber facing the opening, and the valve means comprises the hydrogen electrode film and the proton conductive film. Attached to the laminate of the hydrogen electrode membrane and the proton conductor membrane so as to be movable in conjunction with the laminate of the body membrane, and further urges the valve means so that the valve means closes the opening. Since the spring member is provided, when the hydrogen gas pressure in the reaction chamber exceeds a predetermined pressure, the valve member is urged by the spring member to close the opening, while the hydrogen gas in the reaction chamber is closed. When the pressure falls below a predetermined pressure, the laminate of the hydrogen electrode film and the proton conductor film is deformed against the spring force of the spring member, swells toward the opening, and the valve means also moves toward the opening. result, Lube means can automatically open the opening and replenish hydrogen gas into the reaction chamber through the opening, thus keeping the hydrogen gas pressure in the reaction chamber within a certain pressure range Therefore, it is possible to improve the electric energy generation efficiency while protecting the laminate of the hydrogen electrode film and the proton conductor film.
【0017】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記ばね部材が、圧縮スプリングによって構成さ
れ、前記水素電極膜とプロトン導電体膜の積層体を押圧
して、前記バルブを、前記開口部を閉じる向きに付勢す
るように構成されている。In a further preferred aspect of the present invention, the spring member is constituted by a compression spring, and presses the laminate of the hydrogen electrode film and the proton conductor film to close the valve and close the opening. It is configured to bias in the direction.
【0018】本発明の別の好ましい実施態様において
は、前記バルブ手段が、ヒーターコイルが巻回され、バ
イメタルによって形成された開閉部材と、前記開閉部材
に固定され、前記開口部を開閉可能に構成されたバルブ
部材を備え、前記ヒーターコイルに発電電圧に応じた電
圧が印加され、前記開閉部材を形成するバイメタルが、
前記ヒーターコイルに通電される電流の値が低くなるほ
ど、前記バルブ部材を前記開口部から離間させるように
変形するように構成されている。In another preferred embodiment of the present invention, the valve means is configured such that a heater coil is wound thereon, and an opening / closing member formed of a bimetal is fixed to the opening / closing member so that the opening can be opened and closed. A valve member, a voltage according to a generated voltage is applied to the heater coil, a bimetal forming the opening and closing member,
The valve member is configured to be deformed so as to move away from the opening as the value of the current supplied to the heater coil decreases.
【0019】反応チャンバー内の水素ガスがプロトンと
電子に解離されて、消費されると、反応チャンバー内の
水素ガス圧力が低くなり、発電電力も低下して、水素ガ
スチャンバーから、水素ガスを反応チャンバーに補充す
る必要が生じるが、本発明の別の好ましい実施態様によ
れば、バルブ手段が、ヒーターコイルが巻回され、バイ
メタルによって形成された開閉部材と、開閉部材に固定
され、開口部を開閉可能に構成されたバルブ部材を備
え、ヒーターコイルに発電電圧に応じた電圧が印加さ
れ、開閉部材を形成しているバイメタルが、ヒーターコ
イルに通電される電流の値が低くなるほど、バルブ部材
を開口部から離間させるように変形するから、水素ガス
チャンバーから、水素ガスを反応チャンバーに補充する
必要が生じたときには、自動的に、バルブ手段のバルブ
部材が、開口部を開き、開口部を介して、水素ガスを反
応チャンバー内に補充することができ、したがって、反
応チャンバー内の水素ガス圧力を、一定の圧力範囲内に
保持することができるから、水素電極膜とプロトン導電
体膜の積層体を保護しつつ、電気エネルギー発生効率を
向上させることが可能になる。When the hydrogen gas in the reaction chamber is dissociated into protons and electrons and consumed, the pressure of the hydrogen gas in the reaction chamber decreases, the power generated decreases, and the hydrogen gas reacts from the hydrogen gas chamber. Although it is necessary to replenish the chamber, according to another preferred embodiment of the present invention, the valve means is provided with an opening / closing member formed of a bimetal, wound with a heater coil, and fixed to the opening / closing member, and the opening is formed. With a valve member configured to be openable and closable, a voltage according to the generated voltage is applied to the heater coil, and the bimetal forming the opening and closing member reduces the valve member as the value of the current supplied to the heater coil decreases. When it is necessary to replenish hydrogen gas from the hydrogen gas chamber to the reaction chamber because it deforms so as to separate from the opening Automatically, the valve member of the valve means can open the opening, and through the opening, replenish the hydrogen gas into the reaction chamber, thus increasing the hydrogen gas pressure in the reaction chamber to a certain pressure range Therefore, the efficiency of generating electric energy can be improved while protecting the laminate of the hydrogen electrode film and the proton conductor film.
【0020】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記反応チャンバーが、前記反応チャンバー内の気
体を大気中に放出可能なガス放出バルブを備えている。[0020] In a further preferred aspect of the present invention, the reaction chamber is provided with a gas release valve capable of releasing gas in the reaction chamber to the atmosphere.
【0021】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記水素ガスチャンバーが、水素ガスを前記水素ガ
スチャンバー内に供給可能な逆止バルブを備えている。In a further preferred aspect of the present invention, the hydrogen gas chamber includes a check valve capable of supplying hydrogen gas into the hydrogen gas chamber.
【0022】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記ガス放出バルブと前記逆止バルブとが連動して
操作可能に構成されている。In a further preferred aspect of the present invention, the gas discharge valve and the check valve are configured to be operated in conjunction with each other.
【0023】本発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、反応チャンバーに水素ガスを供給する際、バルブ手
段によって、開口部を開き、逆止バルブを介して、水素
ガスチャンバー内に、水素ガスを導入することによっ
て、容易に、ガス放出バルブを介して、反応チャンバー
内のエアを大気中に放出し、水素ガスによって、置換す
ることが可能になる。According to a further preferred embodiment of the present invention, when hydrogen gas is supplied to the reaction chamber, an opening is opened by a valve means, and hydrogen gas is introduced into the hydrogen gas chamber via a check valve. By doing so, it is possible to easily release the air in the reaction chamber to the atmosphere through a gas release valve and replace the air with hydrogen gas.
【0024】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、電気エネルギー発生素子は、さらに、前記プロトン
伝導体膜の前記水素電極膜と反対側に、酸素電極を備え
ている。[0024] In a further preferred aspect of the present invention, the electric energy generating element further comprises an oxygen electrode on a side of the proton conductor film opposite to the hydrogen electrode film.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて、本発
明の好ましい実施態様につき、詳細に説明を加える。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
【0026】図1は、本発明の好ましい実施態様にかか
る電気エネルギー発生素子の略縦断面図である。FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of an electric energy generating element according to a preferred embodiment of the present invention.
【0027】図1に示されるように、本実施態様にかか
る電気エネルギー発生素子は、反応チャンバー1と水素
ガスチャンバー2を備え、反応チャンバー1と水素ガス
チャンバー2とを画する壁3には、開口部4が形成され
ている。As shown in FIG. 1, the electric energy generating element according to the present embodiment includes a reaction chamber 1 and a hydrogen gas chamber 2, and a wall 3 defining the reaction chamber 1 and the hydrogen gas chamber 2 has An opening 4 is formed.
【0028】図1に示されるように、反応チャンバー1
の壁3と対向する壁は、多数の孔5が形成された水素ガ
ス流路形成板6、水素電極膜7およびプロトン導電体膜
8が積層されて形成された積層体9によって形成されて
いる。As shown in FIG. 1, a reaction chamber 1
The wall opposing the wall 3 is formed by a laminated body 9 formed by laminating a hydrogen gas flow path forming plate 6 in which many holes 5 are formed, a hydrogen electrode film 7 and a proton conductor film 8. .
【0029】図1に示されるように、一端部に、Oリン
グ10が設けられたバルブ11を有するバルブ部材12
が、他端部において、水素ガス流路形成板6、水素電極
膜7およびプロトン導電体膜8の積層体9に取り付けら
れており、さらに、壁3の反応チャンバー1側の表面と
水素ガス流路形成板6の表面との間に、圧縮スプリング
13が保持されている。水素ガス流路形成板6、水素電
極膜7およびプロトン導電体膜8の積層体9は、圧縮ス
プリング13によって、図1において、上方に付勢され
ており、その結果、バルブ部材12のOリング10は、
壁3の水素ガスチャンバー2側の表面に向けて、付勢さ
れている。As shown in FIG. 1, a valve member 12 having a valve 11 provided with an O-ring 10 at one end.
Is attached at the other end to the laminate 9 of the hydrogen gas flow path forming plate 6, the hydrogen electrode film 7, and the proton conductor film 8, and further, the surface of the wall 3 on the side of the reaction chamber 1 and the hydrogen gas flow A compression spring 13 is held between the compression spring 13 and the surface of the path forming plate 6. The laminate 9 of the hydrogen gas flow path forming plate 6, the hydrogen electrode film 7, and the proton conductor film 8 is urged upward by a compression spring 13 in FIG. 10 is
The wall 3 is urged toward the surface on the side of the hydrogen gas chamber 2.
【0030】図1に示されるように、反応チャンバー1
には、反応チャンバー1内のエアを放出させるためのエ
ア放出バルブ15設けられ、他方、水素ガスチャンバー
2には、逆止バルブ16が設けられ、逆止バルブ16を
介して、水素ガスボンベ(図示せず)あるいは水素ガス
を吸蔵した水素ガス吸蔵材料(図示せず)を収容する水
素ガス源(図示せず)が接続され、水素ガスチャンバー
2内に、水素ガスを供給することができるように構成さ
れている。ここに、エア放出バルブ15と逆止バルブ1
6は同期して、開閉されるように構成されている。As shown in FIG. 1, the reaction chamber 1
Is provided with an air release valve 15 for releasing air in the reaction chamber 1, while a check valve 16 is provided in the hydrogen gas chamber 2, and a hydrogen gas cylinder (see FIG. (Not shown) or a hydrogen gas source (not shown) containing a hydrogen gas storage material (not shown) storing hydrogen gas so that hydrogen gas can be supplied into the hydrogen gas chamber 2. It is configured. Here, the air release valve 15 and the check valve 1
6 is configured to be opened and closed in synchronization.
【0031】図示されてはいないが、プロトン導電体膜
8の上側には、酸素電極板が配置されている。Although not shown, an oxygen electrode plate is arranged above the proton conductor film 8.
【0032】以上のように構成された本実施態様にかか
る電気エネルギー発生素子は、次のようにして、電力を
発生する。The electric energy generating element according to this embodiment configured as described above generates electric power as follows.
【0033】まず、逆止バルブ16とエア放出バルブ1
5とが開かれ、逆止バルブ16に接続された水素ガスボ
ンベ(図示せず)あるいは水素ガス源(図示せず)か
ら、逆止バルブ16を介して、水素ガスが水素ガスチャ
ンバー2内に供給されるとともに、エア放出バルブを介
して、反応チャンバー1内のエアが引き抜かれる。First, the check valve 16 and the air release valve 1
5 is opened, and hydrogen gas is supplied into the hydrogen gas chamber 2 from the hydrogen gas cylinder (not shown) or the hydrogen gas source (not shown) connected to the check valve 16 through the check valve 16. At the same time, the air in the reaction chamber 1 is drawn out via the air release valve.
【0034】その結果、反応チャンバー1内が減圧にな
り、水素ガス流路形成板6、水素電極膜7およびプロト
ン導電体膜8の積層体9が変形して、圧縮スプリング1
3のスプリング力に抗して、反応チャンバー1内に膨ら
み、水素ガス流路形成板6、水素電極膜7およびプロト
ン導電体膜8の積層体9に取り付けられたバルブ部材1
2が、図1において、下方に移動し、開口部4を開くた
め、水素ガスチャンバー2に供給された水素ガスが、開
口部4を介して、反応チャンバー1内に流入する。As a result, the pressure in the reaction chamber 1 is reduced, and the laminate 9 of the hydrogen gas flow path forming plate 6, the hydrogen electrode film 7 and the proton conductor film 8 is deformed, and the compression spring 1
The valve member 1 swells in the reaction chamber 1 against the spring force of No. 3 and is attached to the laminated body 9 of the hydrogen gas flow path forming plate 6, the hydrogen electrode film 7 and the proton conductor film 8.
1 moves downward in FIG. 1 to open the opening 4, so that the hydrogen gas supplied to the hydrogen gas chamber 2 flows into the reaction chamber 1 through the opening 4.
【0035】水素ガスが流入すると、反応チャンバー1
内のガス圧力が高くなって、水素ガス流路形成板6、水
素電極膜7およびプロトン導電体膜8の積層体9が変形
前の状態に復帰するため、開口部4は、バルブ11によ
って閉じられるが、エア放出バルブを介して、反応チャ
ンバー1内のエアがさらに引き抜かれるため、反応チャ
ンバー1内は再び減圧となり、水素ガスチャンバー2か
ら、水素ガスが、開口部4を介して、反応チャンバー1
内に流入する。When hydrogen gas flows, the reaction chamber 1
The gas pressure in the chamber increases, and the stacked body 9 of the hydrogen gas flow path forming plate 6, the hydrogen electrode film 7, and the proton conductor film 8 returns to the state before deformation, so that the opening 4 is closed by the valve 11. However, since the air in the reaction chamber 1 is further drawn out through the air release valve, the pressure in the reaction chamber 1 is reduced again, and hydrogen gas is supplied from the hydrogen gas chamber 2 through the opening 4 to the reaction chamber 1. 1
Flows into.
【0036】こうして、水素ガスチャンバー2および反
応チャンバー1内のガスが水素ガスによって、完全に置
換されると、エア放出バルブ15が閉じられる。When the gas in the hydrogen gas chamber 2 and the gas in the reaction chamber 1 are completely replaced by the hydrogen gas, the air release valve 15 is closed.
【0037】反応チャンバー1内の水素ガスは、水素ガ
ス流路形成板6に形成された多数の孔5を介して、水素
電極膜7に供給され、水素電極膜7に含まれた触媒の作
用によって、プロトン(陽子)と電子に解離される。The hydrogen gas in the reaction chamber 1 is supplied to the hydrogen electrode film 7 through a large number of holes 5 formed in the hydrogen gas flow path forming plate 6, and the action of the catalyst contained in the hydrogen electrode film 7 is achieved. Is dissociated into protons and electrons.
【0038】生成された電子は水素電極膜7において、
吸収され、プロトンは、プロトン伝導体膜8を介して、
酸素電極板(図示せず)に運ばれる。The generated electrons are transferred to the hydrogen electrode film 7 by
Absorbed and protons are passed through the proton conductor membrane 8,
It is carried to an oxygen electrode plate (not shown).
【0039】水素電極膜7において、吸収された電子
は、負荷を経由して、酸素電極に運ばれ、その一方で、
酸素電極板に供給された酸素は、触媒の作用により、水
素電極膜7から、プロトン伝導体膜8を介して、運ばれ
たプロトンおよび電子と結合して、水を生成する。In the hydrogen electrode film 7, the absorbed electrons are transferred to the oxygen electrode via the load, while
Oxygen supplied to the oxygen electrode plate is combined with protons and electrons carried from the hydrogen electrode film 7 via the proton conductor film 8 by the action of a catalyst to generate water.
【0040】このようにして、水素電極膜7と酸素電極
板との間に、起電力が生じ、負荷に電流が流れる。Thus, an electromotive force is generated between the hydrogen electrode film 7 and the oxygen electrode plate, and a current flows to the load.
【0041】反応チャンバー1内の水素ガスが、プロト
ンと電子に解離されるたびに、水素ガスが消費され、発
電が進むにつれて、反応チャンバー1内の水素ガス圧力
が低下するが、圧縮スプリング13によって、図1にお
いて、上方に付勢されているため、水素ガス流路形成板
6、水素電極膜7およびプロトン導電体膜8の積層体9
は、ただちには、変形しない。Each time the hydrogen gas in the reaction chamber 1 is dissociated into protons and electrons, the hydrogen gas is consumed. As the power generation proceeds, the pressure of the hydrogen gas in the reaction chamber 1 decreases. In FIG. 1, since it is urged upward, a laminate 9 of the hydrogen gas flow path forming plate 6, the hydrogen electrode film 7, and the proton conductor film 8 is formed.
Does not deform immediately.
【0042】こうして、反応チャンバー1内の水素ガス
圧力が低下し、水素ガス圧力が、圧縮スプリング13の
スプリング力に抗して、水素ガス流路形成板6、水素電
極膜7およびプロトン導電体膜8の積層体9が変形し得
る所定の圧力にまで低下すると、水素ガス流路形成板
6、水素電極膜7およびプロトン導電体膜8の積層体9
が、反応チャンバー1内に膨らむように、変形を開始す
る。In this way, the hydrogen gas pressure in the reaction chamber 1 decreases, and the hydrogen gas pressure resists the spring force of the compression spring 13, causing the hydrogen gas flow path forming plate 6, the hydrogen electrode film 7, and the proton conductor film. When the pressure decreases to a predetermined pressure at which the laminate 9 of the fuel cell 8 can be deformed, the laminate 9 of the hydrogen gas flow path forming plate 6, the hydrogen electrode film 7, and the proton conductor film 8
Starts to deform so as to expand into the reaction chamber 1.
【0043】その結果、水素ガス流路形成板6、水素電
極膜7およびプロトン導電体膜8の積層体9に取り付け
られたバルブ部材12が、図1において、下方に移動を
開始し、バルブ部材12のバルブ11の設けられたOリ
ング10が、壁3の水素ガスチャンバー2側の表面から
離間すると、開口部4が開き、逆止バルブ16を介し
て、水素ガスボンベ(図示せず)あるいは水素ガス源
(図示せず)に接続され、水素ガス圧力が高い値に保持
された水素ガスチャンバー2から、水素ガスが、開口部
4を介して、反応チャンバー1内に流入する。As a result, the valve member 12 attached to the laminate 9 of the hydrogen gas flow path forming plate 6, the hydrogen electrode film 7, and the proton conductor film 8 starts moving downward in FIG. When the O-ring 10 provided with the valve 12 is separated from the surface of the wall 3 on the side of the hydrogen gas chamber 2, the opening 4 is opened, and a hydrogen gas cylinder (not shown) or hydrogen A hydrogen gas flows into the reaction chamber 1 through the opening 4 from a hydrogen gas chamber 2 connected to a gas source (not shown) and having a high hydrogen gas pressure maintained at a high value.
【0044】水素ガスが流入した結果、反応チャンバー
1内の水素ガス圧力が上昇し、所定の圧力を越えると、
圧縮スプリング13のスプリング力によって、水素ガス
流路形成板6、水素電極膜7およびプロトン導電体膜8
の積層体9が変形前の状態に復帰させられ、バルブ部材
12のバルブ11に設けられたOリング10が、壁3の
水素ガスチャンバー2側の表面に当接し、開口部4が閉
じられて、自動的に、水素ガスの流入が停止する。As a result of the inflow of the hydrogen gas, the pressure of the hydrogen gas in the reaction chamber 1 rises and exceeds a predetermined pressure.
By the spring force of the compression spring 13, the hydrogen gas flow path forming plate 6, the hydrogen electrode film 7, and the proton conductor film 8
Is returned to the state before deformation, the O-ring 10 provided on the valve 11 of the valve member 12 abuts on the surface of the wall 3 on the side of the hydrogen gas chamber 2, and the opening 4 is closed. Then, the flow of hydrogen gas is automatically stopped.
【0045】その後、反応チャンバー1内の水素ガス
が、プロトンと電子に解離され、水素ガスが消費され
て、反応チャンバー1内の水素ガス圧力が低下し、水素
ガス圧力が、圧縮スプリング13のスプリング力に抗し
て、水素ガス流路形成板6、水素電極膜7およびプロト
ン導電体膜8の積層体9が変形し得る所定の圧力にまで
低下すると、水素ガス流路形成板6、水素電極膜7およ
びプロトン導電体膜8の積層体9が、反応チャンバー1
内に膨らむように、再び、変形を開始し、同様にして、
開口部4が開かれ、自動的に、水素ガスチャンバー2か
ら、水素ガスが、開口部4を介して、反応チャンバー1
内に流入する。Thereafter, the hydrogen gas in the reaction chamber 1 is dissociated into protons and electrons, and the hydrogen gas is consumed. As a result, the pressure of the hydrogen gas in the reaction chamber 1 decreases, and the pressure of the hydrogen gas is reduced by the spring of the compression spring 13. When the pressure drops to a predetermined pressure at which the laminate 9 of the hydrogen gas flow path forming plate 6, the hydrogen electrode film 7, and the proton conductor film 8 is deformed against the force, the hydrogen gas flow path forming plate 6, the hydrogen electrode The laminate 9 of the membrane 7 and the proton conductor membrane 8 is
Again, so as to swell inside, and in the same way,
The opening 4 is opened and hydrogen gas is automatically supplied from the hydrogen gas chamber 2 through the opening 4 to the reaction chamber 1.
Flows into.
【0046】本実施態様によれば、発電が進んで、反応
チャンバー1内の水素ガスが、プロトンと電子に解離さ
れ、水素ガスが消費されて、反応チャンバー1内の水素
ガス圧力が低下し、水素ガス圧力が、圧縮スプリング1
3のスプリング力に抗して、水素ガス流路形成板6、水
素電極膜7およびプロトン導電体膜8の積層体9が変形
し得る所定の圧力にまで低下すると、水素ガス流路形成
板6、水素電極膜7およびプロトン導電体膜8の積層体
9が、反応チャンバー1内に膨らむように、変形し、そ
の結果、自動的に、バルブ部材12が開口部4を開き、
水素ガスチャンバー2から、水素ガスが、開口部4を介
して、反応チャンバー1内に流入して、水素ガスが反応
チャンバー1内に補充され、他方、水素ガスが流入し、
水素ガスが反応チャンバー1内に補充された結果、反応
チャンバー1内の水素ガス圧力が上昇し、所定の圧力を
越えると、圧縮スプリング13のスプリング力によっ
て、水素ガス流路形成板6、水素電極膜7およびプロト
ン導電体膜8の積層体9が変形前の状態に復帰させら
れ、バルブ部材12のバルブ11に設けられたOリング
10が、壁3の水素ガスチャンバー2側の表面に当接
し、開口部4が閉じられ、自動的に、水素ガスの流入が
停止されるから、反応チャンバー1内の水素ガス圧力
を、つねに、所定の圧力範囲内に保持することができ、
水素ガス流路形成板6、水素電極膜7およびプロトン導
電体膜8の積層体9を保護しつつ、電気エネルギー発生
効率を向上させることが可能になる。According to this embodiment, the power generation proceeds, the hydrogen gas in the reaction chamber 1 is dissociated into protons and electrons, the hydrogen gas is consumed, and the hydrogen gas pressure in the reaction chamber 1 decreases. Hydrogen gas pressure is compression spring 1
When the pressure of the hydrogen gas flow path forming plate 6, the hydrogen electrode film 7 and the proton conductor film 8 is reduced to a predetermined pressure that can be deformed against the spring force of the hydrogen gas flow path forming plate 6, The laminate 9 of the hydrogen electrode film 7 and the proton conductor film 8 is deformed so as to expand into the reaction chamber 1, and as a result, the valve member 12 automatically opens the opening 4,
From the hydrogen gas chamber 2, hydrogen gas flows into the reaction chamber 1 through the opening 4, and hydrogen gas is replenished into the reaction chamber 1, while hydrogen gas flows,
As a result of the replenishment of the hydrogen gas into the reaction chamber 1, the pressure of the hydrogen gas in the reaction chamber 1 increases. When the pressure exceeds a predetermined pressure, the spring force of the compression spring 13 causes the hydrogen gas flow path forming plate 6, the hydrogen electrode The laminate 9 of the membrane 7 and the proton conductor membrane 8 is returned to the state before deformation, and the O-ring 10 provided on the valve 11 of the valve member 12 contacts the surface of the wall 3 on the side of the hydrogen gas chamber 2. Since the opening 4 is closed and the flow of the hydrogen gas is automatically stopped, the hydrogen gas pressure in the reaction chamber 1 can always be maintained within a predetermined pressure range.
It is possible to improve the electric energy generation efficiency while protecting the laminate 9 of the hydrogen gas flow path forming plate 6, the hydrogen electrode film 7, and the proton conductor film 8.
【0047】さらに、本実施態様によれば、圧縮スプリ
ング13のスプリング力を調整することによって、反応
チャンバー1内の水素ガス圧力を、つねに、所望の圧力
範囲内に制御することができ、電気エネルギー発生効率
を向上させることが可能になる。Further, according to the present embodiment, by adjusting the spring force of the compression spring 13, the hydrogen gas pressure in the reaction chamber 1 can always be controlled within a desired pressure range. Generation efficiency can be improved.
【0048】また、本実施態様によれば、水素ガスは、
閉じられた反応チャンバー1内に保持された状態で、プ
ロトンと電子に解離され、電気エネルギーの生成に使用
されるから、水素ガスを循環再使用するための設備もエ
ネルギーも必要とすることなく、水素ガスが浪費するこ
とを防止して、高い効率で、電気エネルギーを発生させ
ることが可能となる。According to this embodiment, the hydrogen gas is
Since it is dissociated into protons and electrons while being held in the closed reaction chamber 1 and used to generate electric energy, there is no need for equipment or energy for circulating and reusing hydrogen gas, It is possible to prevent waste of hydrogen gas and generate electric energy with high efficiency.
【0049】図2は、本発明の他の好ましい実施態様に
かかる電気エネルギー発生素子の略縦断面図であり、図
3は、本発明の他の好ましい実施態様にかかる電気エネ
ルギー発生素子に用いられているバルブ部材および開口
部近傍の詳細を示す略斜視図である。FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of an electric energy generating element according to another preferred embodiment of the present invention, and FIG. 3 is used for an electric energy generating element according to another preferred embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic perspective view showing details of a valve member and an opening and its vicinity.
【0050】図2に示されるように、本実施態様にかか
る電気エネルギー発生素子は、反応チャンバー1と水素
ガスチャンバー2を備え、反応チャンバー1と水素ガス
チャンバー2とを画する壁3には、開口部4が形成さ
れ、壁3の反応チャンバー1側の表面上には、開口部4
を開閉するバルブ手段20が設けられている。As shown in FIG. 2, the electric energy generating element according to the present embodiment includes a reaction chamber 1 and a hydrogen gas chamber 2, and a wall 3 defining the reaction chamber 1 and the hydrogen gas chamber 2 has An opening 4 is formed, and an opening 4 is formed on the surface of the wall 3 on the side of the reaction chamber 1.
A valve means 20 for opening and closing the valve is provided.
【0051】また、前記実施態様と同様に、図2に示さ
れるように、反応チャンバー1の壁3と対向する壁は、
多数の孔5が形成された水素ガス流路形成板6、水素電
極膜7およびプロトン導電体膜8が積層されて形成され
た積層体9によって形成されており、反応チャンバー1
には、反応チャンバー1内に含まれたエアを放出させる
ためのエア放出バルブ15設けられ、他方、水素ガスチ
ャンバー2には、逆止バルブ16が設けられ、逆止バル
ブ16を介して、水素ガスボンベ(図示せず)あるいは
水素ガスを吸蔵した水素ガス吸蔵材料(図示せず)を収
容する水素ガス源(図示せず)が接続され、水素ガスチ
ャンバー2内に、水素ガスを供給することができるよう
に構成されている。As shown in FIG. 2, similarly to the above embodiment, the wall of the reaction chamber 1 facing the wall 3 is
The reaction chamber 1 is formed by a laminated body 9 formed by laminating a hydrogen gas flow path forming plate 6 having a large number of holes 5 formed thereon, a hydrogen electrode film 7 and a proton conductor film 8.
Is provided with an air release valve 15 for discharging air contained in the reaction chamber 1, while a check valve 16 is provided in the hydrogen gas chamber 2, and hydrogen is provided through the check valve 16. A gas cylinder (not shown) or a hydrogen gas source (not shown) containing a hydrogen gas storage material (not shown) storing hydrogen gas is connected to supply hydrogen gas into the hydrogen gas chamber 2. It is configured to be able to.
【0052】図示されてはいないが、プロトン導電体膜
8の上側には、酸素電極板が配置されている。Although not shown, an oxygen electrode plate is disposed above the proton conductor film 8.
【0053】図3に示されるように、バルブ手段20
は、バイメタルによって形成された開閉部材21を備
え、開閉部材21の先端部には、バルブ22が固定され
ている。As shown in FIG. 3, the valve means 20
Has an opening / closing member 21 formed of a bimetal, and a valve 22 is fixed to a distal end portion of the opening / closing member 21.
【0054】図3に示されるように、開閉部材21に
は、ヒーターコイル23が巻回されており、図示されて
はいないが、ヒーターコイル23には、電気エネルギー
発生素子の発電電圧に応じた電圧が印加され、また、制
御用電源(図示せず)から電圧を印加可能に構成されて
いる。As shown in FIG. 3, a heater coil 23 is wound around the opening / closing member 21. Although not shown, the heater coil 23 has a voltage corresponding to the voltage generated by the electric energy generating element. A voltage is applied, and a voltage can be applied from a control power supply (not shown).
【0055】図3に示されるように、壁3に形成された
開口部4には、Oリング24が固定されている。As shown in FIG. 3, an O-ring 24 is fixed to the opening 4 formed in the wall 3.
【0056】開閉部材21を形成しているバイメタル
は、ヒーターコイル23に印加される電圧が高いときに
は、バルブ22が開口部4を閉じ、ヒーターコイル23
に印加される電圧が所定の電圧にまで低下すると、バル
ブ22を開口部4から離間させるように、開閉部材22
を変形可能に、開閉部材21を形成している。ここに、
反応チャンバー1内の水素ガス圧力が低下すると、電気
エネルギー発生素子の発電電圧も低下するから、反応チ
ャンバー1内の水素ガス圧力が所定の圧力にまで低下
し、電気エネルギー発生素子の発電電圧がヒーターコイ
ル23に印加される電圧が所定の電圧にまで低下する
と、開閉部材21を形成しているバイメタルが変形し
て、バルブ22を開口部4から離間させ、開口部4が開
くように構成されている。When the voltage applied to the heater coil 23 is high, the valve 22 closes the opening 4 and the bimetal forming the opening / closing member 21 closes the opening 4.
When the voltage applied to the opening 22 decreases to a predetermined voltage, the opening / closing member 22
The opening and closing member 21 is formed so as to be deformable. here,
When the pressure of the hydrogen gas in the reaction chamber 1 decreases, the generated voltage of the electric energy generating element also decreases. Therefore, the pressure of the hydrogen gas in the reaction chamber 1 decreases to a predetermined pressure, and the generated voltage of the electric energy generating element becomes a heater. When the voltage applied to the coil 23 decreases to a predetermined voltage, the bimetal forming the opening / closing member 21 is deformed to separate the valve 22 from the opening 4 and open the opening 4. I have.
【0057】以上のように構成された本実施態様にかか
る電気エネルギー発生素子は、次のようにして、電力を
発生する。The electric energy generating element according to the present embodiment configured as described above generates electric power as follows.
【0058】まず、逆止バルブ16とエア放出バルブ1
5とが開かれ、逆止バルブ16に接続された水素ガスボ
ンベ(図示せず)あるいは水素ガス源(図示せず)か
ら、逆止バルブ16を介して、水素ガスが水素ガスチャ
ンバー2内に供給されるとともに、エア放出バルブを介
して、反応チャンバー1内のエアが引き抜かれる。First, the check valve 16 and the air release valve 1
5 is opened, and hydrogen gas is supplied into the hydrogen gas chamber 2 from the hydrogen gas cylinder (not shown) or the hydrogen gas source (not shown) connected to the check valve 16 through the check valve 16. At the same time, the air in the reaction chamber 1 is drawn out via the air release valve.
【0059】この時点では、電気エネルギーは生成され
てはおらず、ヒーターコイル23には電圧が印加されて
いないから、バルブ22は開口部4から離間し、開口部
4が開かれており、したがって、水素ガスチャンバー2
に供給された水素ガスが、開口部4を介して、反応チャ
ンバー1内に流入する。At this point, since no electric energy has been generated and no voltage has been applied to the heater coil 23, the valve 22 has been separated from the opening 4 and the opening 4 has been opened. Hydrogen gas chamber 2
Is supplied into the reaction chamber 1 through the opening 4.
【0060】こうして、水素ガスチャンバー2および反
応チャンバー1内のガスが水素ガスによって、完全に置
換されると、エア放出バルブ15が閉じられる。同時
に、制御用電源(図示せず)から、ヒーターコイル23
に電流が供給され、バルブ22によって、開口部4が閉
じられる。When the gas in the hydrogen gas chamber 2 and the gas in the reaction chamber 1 are completely replaced by the hydrogen gas, the air release valve 15 is closed. At the same time, a heater power supply (not shown)
, And the opening 4 is closed by the valve 22.
【0061】反応チャンバー1内の水素ガスは、水素ガ
ス流路形成板6に形成された多数の孔5を介して、水素
電極膜7に供給され、水素電極膜7に含まれた触媒の作
用によって、プロトン(陽子)と電子に解離される。The hydrogen gas in the reaction chamber 1 is supplied to the hydrogen electrode film 7 through a number of holes 5 formed in the hydrogen gas flow path forming plate 6, and the action of the catalyst contained in the hydrogen electrode film 7 is performed. Is dissociated into protons and electrons.
【0062】生成された電子は水素電極膜7において、
吸収され、プロトンは、プロトン伝導体膜8を介して、
酸素電極板(図示せず)に運ばれる。The generated electrons are applied to the hydrogen electrode film 7
Absorbed and protons are passed through the proton conductor membrane 8,
It is carried to an oxygen electrode plate (not shown).
【0063】水素電極膜7において、吸収された電子
は、負荷を経由して、酸素電極に運ばれ、その一方で、
酸素電極板に供給された酸素は、触媒の作用により、水
素電極膜7から、プロトン伝導体膜8を介して、運ばれ
たプロトンおよび電子と結合して、水を生成する。In the hydrogen electrode film 7, the absorbed electrons are transferred to the oxygen electrode via the load, while
Oxygen supplied to the oxygen electrode plate is combined with protons and electrons carried from the hydrogen electrode film 7 via the proton conductor film 8 by the action of a catalyst to generate water.
【0064】このようにして、水素電極膜7と酸素電極
板との間に、起電力が生じ、負荷に電流が流れる。Thus, an electromotive force is generated between the hydrogen electrode film 7 and the oxygen electrode plate, and a current flows to the load.
【0065】電気エネルギー発生素子によって、電気エ
ネルギーが生成され、発電電圧が所定の電圧を越える
と、ヒーターコイル23に電流を供給する電源が、制御
用電源から切り換えられる。When electric energy is generated by the electric energy generating element and the generated voltage exceeds a predetermined voltage, the power supply for supplying current to the heater coil 23 is switched from the control power supply.
【0066】反応チャンバー1内の水素ガスが、プロト
ンと電子に解離されるたびに、水素ガスが消費され、発
電が進むにつれて、反応チャンバー1内の水素ガス圧力
が低下し、発電電圧も低下する。Each time the hydrogen gas in the reaction chamber 1 is dissociated into protons and electrons, the hydrogen gas is consumed. As the power generation proceeds, the pressure of the hydrogen gas in the reaction chamber 1 decreases, and the power generation voltage also decreases. .
【0067】こうして、反応チャンバー1内の水素ガス
が消費されて、水素ガス圧力が低下し、発電電圧も低下
して、ヒーターコイル23に印加される電圧が所定の電
圧にまで低下すると、開閉部材21を形成しているバイ
メタルが変形して、バルブ22を開口部4から離間さ
れ、開口部4が開かれる。As described above, when the hydrogen gas in the reaction chamber 1 is consumed, the hydrogen gas pressure decreases, the power generation voltage decreases, and when the voltage applied to the heater coil 23 decreases to a predetermined voltage, the opening and closing member The bimetal forming 21 is deformed, the valve 22 is separated from the opening 4, and the opening 4 is opened.
【0068】その結果、逆止バルブ16を介して、水素
ガスボンベ(図示せず)あるいは水素ガス源(図示せ
ず)に接続され、水素ガス圧力が高い値に保持された水
素ガスチャンバー2から、水素ガスが、開口部4を介し
て、反応チャンバー1内に流入する。As a result, from the hydrogen gas chamber 2 which is connected to a hydrogen gas cylinder (not shown) or a hydrogen gas source (not shown) via the check valve 16 and in which the hydrogen gas pressure is maintained at a high value, Hydrogen gas flows into the reaction chamber 1 through the opening 4.
【0069】水素ガスが流入した結果、反応チャンバー
1内の水素ガス圧力が上昇し、発電電圧が上昇して、ヒ
ーターコイル23に印加される電圧が所定の電圧を越え
ると、開閉部材21を形成しているバイメタルが変形前
の状態に復帰して、バルブ22が開口部4を閉じ、水素
ガスチャンバー2からの水素の供給が停止される。As a result of the inflow of the hydrogen gas, the pressure of the hydrogen gas in the reaction chamber 1 increases, and the power generation voltage increases. When the voltage applied to the heater coil 23 exceeds a predetermined voltage, the opening / closing member 21 is formed. The bimetal is returned to the state before the deformation, the valve 22 closes the opening 4, and the supply of hydrogen from the hydrogen gas chamber 2 is stopped.
【0070】その後、反応チャンバー1内の水素ガス
が、プロトンと電子に解離され、水素ガスが消費され
て、反応チャンバー1内の水素ガス圧力が低下し、発電
電圧も低下して、ヒーターコイル23に印加される電圧
が、再び、所定の電圧にまで低下すると、同様にして、
開閉部材21を形成しているバイメタルが変形して、バ
ルブ22が開口部4から離間させられて、開口部4が開
かれ、自動的に、水素ガスチャンバー2から、水素ガス
が、開口部4を介して、反応チャンバー1内に流入す
る。Thereafter, the hydrogen gas in the reaction chamber 1 is dissociated into protons and electrons, and the hydrogen gas is consumed. As a result, the hydrogen gas pressure in the reaction chamber 1 decreases, the power generation voltage decreases, and the heater coil 23 Is again reduced to a predetermined voltage, similarly,
The bimetal forming the opening / closing member 21 is deformed, the valve 22 is separated from the opening 4, the opening 4 is opened, and the hydrogen gas is automatically supplied from the hydrogen gas chamber 2 to the opening 4. , And flows into the reaction chamber 1.
【0071】本実施態様によれば、反応チャンバー1内
の水素ガスが、プロトンと電子に解離され、水素ガスが
消費されて、反応チャンバー1内の水素ガス圧力が所定
の圧力にまで低下し、電気エネルギー発生素子の発電電
圧も所定の電圧に低下し、その結果、ヒーターコイル2
3に印加されている電圧が所定の電圧にまで低下する
と、開閉部材21を形成しているバイメタルが変形し
て、バルブ22を開口部4から離間させ、開口部4を開
くから、自動的に、水素ガスチャンバー2から、水素ガ
スが、開口部4を介して、反応チャンバー1内に流入し
て、反応チャンバー1内に、水素ガスが補充され、その
結果、反応チャンバー1内に水素ガスが流入して、補充
され、水素ガス圧力が所定の圧力を越えると、電気エネ
ルギー発生素子の発電電圧も所定電圧を越え、電気エネ
ルギー発生素子の発電電圧も所定の電圧を越えるため、
開閉部材21を形成しているバイメタルが変形前の状態
に復帰して、水素ガチャンバー2からの水素ガスの流入
が、自動的に停止されるから、反応チャンバー1内の水
素ガス圧力を、つねに、所定の圧力範囲内に保持するこ
とができ、水素ガス流路形成板6、水素電極膜7および
プロトン導電体膜8の積層体9を保護しつつ、電気エネ
ルギー発生効率を向上させることが可能になる。According to this embodiment, the hydrogen gas in the reaction chamber 1 is dissociated into protons and electrons, the hydrogen gas is consumed, and the hydrogen gas pressure in the reaction chamber 1 decreases to a predetermined pressure. The generated voltage of the electric energy generating element also drops to a predetermined voltage, and as a result, the heater coil 2
When the voltage applied to 3 decreases to a predetermined voltage, the bimetal forming the opening / closing member 21 is deformed, the valve 22 is separated from the opening 4 and the opening 4 is opened. From the hydrogen gas chamber 2, hydrogen gas flows into the reaction chamber 1 through the opening 4, and hydrogen gas is replenished into the reaction chamber 1. As a result, hydrogen gas is When the hydrogen gas pressure exceeds a predetermined pressure, the generated voltage of the electric energy generating element also exceeds the predetermined voltage, and the generated voltage of the electric energy generating element also exceeds the predetermined voltage.
Since the bimetal forming the opening / closing member 21 returns to the state before the deformation and the inflow of hydrogen gas from the hydrogen gas chamber 2 is automatically stopped, the hydrogen gas pressure in the reaction chamber 1 is constantly reduced. , The pressure can be maintained within a predetermined pressure range, and the efficiency of generating electric energy can be improved while protecting the laminated body 9 of the hydrogen gas flow path forming plate 6, the hydrogen electrode film 7, and the proton conductor film 8 become.
【0072】さらに、本実施態様によれば、開閉部材2
1を形成しているバイメタルが変形を開始する電圧を調
整することによって、反応チャンバー1内の水素ガス圧
力を、つねに、所望の圧力範囲内に制御することがで
き、電気エネルギー発生効率を向上させることが可能に
なる。Further, according to this embodiment, the opening / closing member 2
By adjusting the voltage at which the bimetal forming the first member 1 starts to deform, the hydrogen gas pressure in the reaction chamber 1 can always be controlled within a desired pressure range, and the electric energy generation efficiency is improved. It becomes possible.
【0073】また、本実施態様によれば、水素ガスは、
閉じられた反応チャンバー1内に保持された状態で、プ
ロトンと電子に解離され、電気エネルギーの生成に使用
されるから、水素ガスを循環再使用するための設備もエ
ネルギーも必要とすることなく、水素ガスが浪費するこ
とを防止して、高い効率で、電気エネルギーを発生させ
ることが可能となる。According to the present embodiment, the hydrogen gas is
Since it is dissociated into protons and electrons while being held in the closed reaction chamber 1 and used to generate electric energy, there is no need for equipment or energy for circulating and reusing hydrogen gas, It is possible to prevent waste of hydrogen gas and generate electric energy with high efficiency.
【0074】本発明は、以上の実施態様に限定されるこ
となく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種
々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含
されるものであることはいうまでもない。The present invention is not limited to the above embodiments, and various changes can be made within the scope of the invention described in the claims, and they are also included in the scope of the present invention. It goes without saying that it is a thing.
【0075】たとえば、前記実施態様においては、反応
チャンバー1の壁3と対向する壁が、多数の孔5が形成
された水素ガス流路形成板6、水素電極膜7およびプロ
トン導電体膜8が積層されて形成された積層体9によっ
て形成されているが、反応チャンバー1内に、水素ガス
流路形成板6、水素電極膜7およびプロトン導電体膜8
が積層されて形成された積層体9が設けられ、水素ガス
が水素電極膜7と接触して、水素がプロトンと電子に解
離されるように構成されていれば足り、水素ガス流路形
成板6、水素電極膜7およびプロトン導電体膜8が積層
されて形成された積層体9によって、反応チャンバー1
の壁3と対向する壁が形成されていることは必ずしも必
要ではない。For example, in the above embodiment, the wall facing the wall 3 of the reaction chamber 1 is formed by the hydrogen gas flow path forming plate 6 in which a large number of holes 5 are formed, the hydrogen electrode film 7 and the proton conductor film 8. Although formed by the laminated body 9 formed by lamination, the hydrogen gas flow path forming plate 6, the hydrogen electrode film 7, and the proton conductor film 8 are provided in the reaction chamber 1.
It is sufficient that a laminate 9 is formed by laminating the hydrogen gas flow path forming plate so that hydrogen gas comes into contact with the hydrogen electrode film 7 and hydrogen is dissociated into protons and electrons. 6. A reaction chamber 1 is formed by a laminate 9 formed by laminating a hydrogen electrode film 7 and a proton conductor film 8.
It is not always necessary that the wall facing the wall 3 is formed.
【0076】[0076]
【発明の効果】本発明によれば、水素ガスが浪費される
ことを防止するとともに、コストアップを招くことな
く、電気エネルギー発生効率を向上させることができる
電気エネルギー発生素子を提供することが可能になる。According to the present invention, it is possible to provide an electric energy generating element capable of preventing waste of hydrogen gas and improving electric energy generating efficiency without increasing the cost. become.
【図1】図1は、本発明の好ましい実施態様にかかる電
気エネルギー発生素子の略縦断面図である。FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of an electric energy generating element according to a preferred embodiment of the present invention.
【図2】図2は、本発明の他の好ましい実施態様にかか
る電気エネルギー発生素子の略縦断面図である。FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of an electric energy generating element according to another preferred embodiment of the present invention.
【図3】図3は、本発明の他の好ましい実施態様にかか
る電気エネルギー発生素子に用いられているバルブ部材
および開口部近傍の詳細を示す略斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view showing details of a vicinity of an opening and a valve member used in an electric energy generating element according to another preferred embodiment of the present invention.
1 反応チャンバー 2 水素ガスチャンバー 3 壁 4 開口部 5 孔 6 水素ガス流路形成板 7 水素電極膜 8 プロトン導電体膜 9 積層体 10 Oリング 11 バルブ 12 バルブ部材 13 圧縮スプリング 15 エア放出バルブ 16 逆止バルブ 20 バルブ手段 21 開閉部材 22 バルブ 23 ヒーターコイル 24 Oリング DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reaction chamber 2 Hydrogen gas chamber 3 Wall 4 Opening 5 Hole 6 Hydrogen gas flow path formation plate 7 Hydrogen electrode film 8 Proton conductor film 9 Laminated body 10 O-ring 11 Valve 12 Valve member 13 Compression spring 15 Air release valve 16 Reverse Stop valve 20 Valve means 21 Opening / closing member 22 Valve 23 Heater coil 24 O-ring
Claims (10)
を備えた反応チャンバーと、水素ガス源に接続された水
素チャンバーと、発電電圧が所定の範囲に制御されるよ
うに、前記水素チャンバーから、前記反応チャンバー
に、水素ガスを供給するレギュレータを備えたことを特
徴とする電気エネルギー発生素子。A reaction chamber having a laminate of a hydrogen electrode film and a proton conductor film; a hydrogen chamber connected to a hydrogen gas source; and a hydrogen chamber connected to a hydrogen gas source such that a power generation voltage is controlled within a predetermined range. And a regulator for supplying hydrogen gas to the reaction chamber.
ーと前記水素チャンバーとを接続する開口部と、前記開
口部を開閉するバルブ手段を備え、前記バルブ手段が、
発電電圧にしたがって、前記開口部を開閉制御するよう
に構成されたことを特徴とする請求項1に記載の電気エ
ネルギー発生素子。2. The method according to claim 1, wherein the regulator includes an opening for connecting the reaction chamber and the hydrogen chamber, and valve means for opening and closing the opening.
The electric energy generating element according to claim 1, wherein the opening and closing of the opening is controlled in accordance with a generated voltage.
の積層体が、前記反応チャンバーの壁の一部を形成して
いることを特徴とする請求項1または2に記載の電気エ
ネルギー発生素子。3. The electric energy generating device according to claim 1, wherein a laminate of the hydrogen electrode film and the proton conductor film forms a part of a wall of the reaction chamber. .
層体が、前記開口部に対向する前記反応チャンバーの壁
を構成し、前記バルブ手段が、前記水素電極膜とプロト
ン導電体膜の積層体と連動して、移動が可能なように、
前記水素電極膜とプロトン導電体膜の積層体に取り付け
られ、さらに、前記バルブ手段が前記開口部を閉じるよ
うに、前記バルブ手段を付勢するばね部材を備えたこと
を特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の
電気エネルギー発生素子。4. A laminate of the hydrogen electrode film and the proton conductor film forms a wall of the reaction chamber facing the opening, and the valve means comprises a laminate of the hydrogen electrode film and the proton conductor film. In conjunction with the body, so that you can move,
2. The device according to claim 1, further comprising: a spring member attached to the laminate of the hydrogen electrode film and the proton conductor film, and further urges the valve means so that the valve means closes the opening. 4. The electric energy generating device according to any one of items 3 to 3.
て構成され、前記水素電極膜とプロトン導電体膜の積層
体を押圧して、前記バルブを、前記開口部を閉じる向き
に付勢するように構成されたことを特徴とする請求項4
に記載の電気エネルギー発生素子。5. A structure in which the spring member is constituted by a compression spring, and presses the laminate of the hydrogen electrode film and the proton conductor film to urge the valve in a direction to close the opening. 5. The method according to claim 4, wherein
3. The electric energy generating element according to 1.
回され、バイメタルによって形成された開閉部材と、前
記開閉部材に固定され、前記開口部を開閉可能に構成さ
れたバルブ部材を備え、前記ヒーターコイルに発電電圧
に応じた電圧が印加され、前記開閉部材を形成するバイ
メタルが、前記ヒーターコイルに通電される電流の値が
低くなるほど、前記バルブ部材を前記開口部から離間さ
せるように変形するように構成されたことを特徴とする
請求項2または3に記載の電気エネルギー発生素子。6. The heater, wherein the valve means includes an opening / closing member formed by a bimetal and wound with a heater coil, and a valve member fixed to the opening / closing member and configured to open and close the opening. A voltage corresponding to a generated voltage is applied to the coil, and the bimetal forming the opening / closing member is deformed so as to move the valve member away from the opening as the value of the current supplied to the heater coil decreases. The electric energy generating element according to claim 2 or 3, wherein:
バー内の気体を大気中に放出可能なガス放出バルブを備
えたことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項
に記載の電気エネルギー発生素子。7. The electric energy generation device according to claim 1, wherein the reaction chamber includes a gas release valve capable of releasing gas in the reaction chamber to the atmosphere. element.
前記水素ガスチャンバー内に供給可能な逆止バルブを備
えたことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項
に記載の電気エネルギー発生素子。8. The electric energy generation device according to claim 1, wherein the hydrogen gas chamber includes a check valve capable of supplying hydrogen gas into the hydrogen gas chamber. element.
が連動して操作可能に構成されたことを特徴とする請求
項8に記載の電気エネルギー発生素子。9. The electric energy generating device according to claim 8, wherein the gas release valve and the check valve are operable in conjunction with each other.
水素電極膜と反対側に、酸素電極を備えたことを特徴と
する請求項1ないし7のいずれか1項に記載の電気エネ
ルギー発生素子。10. The electric energy generating element according to claim 1, further comprising an oxygen electrode on a side of said proton conductor film opposite to said hydrogen electrode film.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000216780A JP2002033112A (en) | 2000-07-18 | 2000-07-18 | Electrical energy generating element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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---|---|
JP2002033112A true JP2002033112A (en) | 2002-01-31 |
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ID=18711984
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JP2000216780A Pending JP2002033112A (en) | 2000-07-18 | 2000-07-18 | Electrical energy generating element |
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JP (1) | JP2002033112A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015173120A (en) * | 2005-07-12 | 2015-10-01 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | Shutoff valve of generator |
-
2000
- 2000-07-18 JP JP2000216780A patent/JP2002033112A/en active Pending
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