JP2005129291A - Fuel cell - Google Patents

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貴司 渥美
Akira Tsujiko
曜 辻子
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a clean fuel cell of which a liquid organic hydride is directly made a fuel that is stable under normal temperature and pressure, and that is superior in safety, handling ability, and hydrogen storage amount, and which is superior in mountablity and safety, and which exhausts few carbon dioxide or the like. <P>SOLUTION: This is the fuel cell provided with a heating part 20 to heat cyclohexane and make it into a gas state, a fuel pole electrode 28 provided with a fuel supplying port 34 to supply the cyclohexane heated by the heating part 20 and a recovered material exhaust port 38 to exhaust benzene, an air pole electrode 28 which has an air pole supplying port 40 to which oxygen is supplied and an exhaust port 42 to exhaust water, and an electrolyte film 30 pinched by the fuel pole electrode 28 and the air pole electrode 32. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、炭素数5以上の液体の有機ハイドライドを直接燃料として用いる燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell using a liquid organic hydride having 5 or more carbon atoms as a direct fuel.

近年、化石燃料の埋蔵量が激減しており、その代替となる燃料が求められている。このような代替燃料としては、容易に生成することが可能であることから水素ガスが注目されており、燃焼後に二酸化炭素を発生しないクリーンなエネルギー源として水素ガスを用いる燃料電池の開発が盛んにおこなわれている。また、このような燃料電池を車両搭載用途に用いるための研究も盛んになされており、搭載性(省体積、省重量)や安全性、更には原燃料の搭載量をいかに高めるかが課題となっている。   In recent years, reserves of fossil fuels have drastically decreased, and alternative fuels have been demanded. As such an alternative fuel, hydrogen gas is attracting attention because it can be easily generated, and fuel cells that use hydrogen gas as a clean energy source that does not generate carbon dioxide after combustion are actively developed. It is done. In addition, research on the use of such fuel cells for on-vehicle applications has also been actively conducted, and the issue is how to increase the mountability (volume and weight), safety, and the amount of raw fuel. It has become.

燃料電池は、水素ガスを直接燃料とし、水素と酸素とから水を生成する反応と逆の反応により発電する。例えば、燃料電池の1種である固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質膜を燃料極と酸素極との両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層したスタックを備えて構成されている。   A fuel cell uses hydrogen gas as a direct fuel, and generates power by a reaction reverse to the reaction of generating water from hydrogen and oxygen. For example, a polymer electrolyte fuel cell, which is one type of fuel cell, is configured to include a stack in which a plurality of cells formed by sandwiching a polymer electrolyte membrane from both sides of a fuel electrode and an oxygen electrode are stacked. .

従来の燃料電池には、燃料極に燃料として水素ガスが、また、酸素極には酸化剤として空気がそれぞれ供給される。燃料電池の燃料極に供給された水素は、燃料極に備えられた触媒との反応によって水素イオンを発生し、この水素イオンが固体高分子電解質膜を通過して、酸素極で酸素と電気化学反応を起すことで発電する。   In a conventional fuel cell, hydrogen gas is supplied to the fuel electrode as fuel, and air is supplied to the oxygen electrode as oxidant. Hydrogen supplied to the fuel electrode of the fuel cell generates hydrogen ions by a reaction with a catalyst provided in the fuel electrode, and the hydrogen ions pass through the solid polymer electrolyte membrane and electrochemically react with oxygen at the oxygen electrode. Electricity is generated by causing a reaction.

しかし、水素ガスは常温で気体であることから、その貯蔵や運搬が大変困難であるという問題がある。このため、従来では、デカリンやシクロヘキサン等の有機ハイドライドを原燃料とし、かかる有機ハイドライドから水素を分子の形で取り出して供給する燃料電池が開発されている(例えば、特許文献1参照。)。   However, since hydrogen gas is a gas at room temperature, there is a problem that it is very difficult to store and transport it. For this reason, conventionally, a fuel cell has been developed in which organic hydride such as decalin and cyclohexane is used as a raw fuel, and hydrogen is extracted from the organic hydride in a molecular form and supplied (see, for example, Patent Document 1).

しかし、上述のような有機ハイドライドから水素分子を取り出す燃料電池は、有機ハイドライドを加熱分解して水素分子を取り出し燃料電池の燃料極に供給するため、車両等に搭載するためには、その搭載量(航続距離)、搭載性及び安全性の点で技術上、費用上及び安全法規上の課題が多くあり、これらの全てを満足するためにさらなる改良が求められている。   However, since the fuel cell for extracting hydrogen molecules from the organic hydride as described above thermally decomposes the organic hydride to extract the hydrogen molecules and supplies it to the fuel electrode of the fuel cell, There are many technical, cost and safety regulations in terms of (cruising range), mountability and safety, and further improvements are required to satisfy all of these.

また、燃料電池には水素ガスを直接燃料として用いるものの他に、常温常圧下で液体のメタノールを直接燃料として用いるものが知られている。   In addition to fuel cells that use hydrogen gas directly as a fuel cell, there are known fuel cells that use liquid methanol directly as fuel under normal temperature and pressure.

しかし、上述のメタノールを直接燃料として用いる燃料電池は、電力を発生する際にその反応に伴って二酸化炭素が発生してしまう。かかる二酸化炭素は地球温暖化の原因になるため、クリーンなエネルギー源としてはふさわしくない。また、発生する電気エネルギーも0.5V程度と低く十分ではない。   However, in the fuel cell using methanol as a direct fuel, carbon dioxide is generated along with the reaction when generating electric power. Since such carbon dioxide causes global warming, it is not suitable as a clean energy source. In addition, the generated electric energy is as low as about 0.5 V and is not sufficient.

特開2002−184436号公報JP 2002-184436 A

本発明は、上記の問題を解決すべく、常温常圧下で安定であり且つ安全性、取り扱い性及び水素貯蔵量に優れた液体の有機ハイドライドを直接燃料とし、搭載性及び安全に優れ、炭酸ガス等をほとんど排出しないクリーンな燃料電池を提供することを目的とする。   In order to solve the above problems, the present invention uses a liquid organic hydride which is stable at ordinary temperature and pressure and is excellent in safety, handling and hydrogen storage as a direct fuel, and is excellent in mountability and safety. It aims at providing the clean fuel cell which discharge | emits etc. hardly.

上述の課題を解決すべく、本発明の燃料電池は、総炭素数5以上の有機ハイドライドを加熱して気体状にする第1の加熱手段と、前記第1の加熱手段によって加熱された前記有機ハイドライドが供給される供給口及び前記有機ハイドライドの脱水素化合物を排出する排出口を備えた燃料極電極と、酸素が供給される供給口及び水が排出される排出口を備えた空気極電極と、前記燃料極電極と前記空気極電極とに狭持された電解質膜と、を備えて構成される。   In order to solve the above-mentioned problems, the fuel cell of the present invention includes a first heating means for heating an organic hydride having a total carbon number of 5 or more to make it gaseous, and the organic heated by the first heating means. A fuel electrode provided with a supply port for supplying hydride and a discharge port for discharging the dehydrogenated compound of the organic hydride, an air electrode electrode provided with a supply port for supplying oxygen and a discharge port for discharging water And an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the air electrode.

本発明の燃料電池によれば、常温常圧下で安定であり且つ安全性、取り扱い性及び水素貯蔵量に優れた液体の有機ハイドライドを燃料電池の直接燃料とするため、改質装置等を設ける必要がなく、コンパクトに設計することができる。   According to the fuel cell of the present invention, a liquid organic hydride that is stable under normal temperature and normal pressure and that is excellent in safety, handleability, and hydrogen storage amount is used as a direct fuel for the fuel cell. It can be designed compactly.

また、本発明における有機ハイドライドは、炭素数5以上の有機ハイドライドを用いる。本発明における有機ハイドライドの炭素数の上限は特には限定されないが、20以下が好ましく、具体的には炭素数5〜9の液体の有機ハイドライドを用いることが更に好ましい。   The organic hydride in the present invention uses an organic hydride having 5 or more carbon atoms. The upper limit of the carbon number of the organic hydride in the present invention is not particularly limited, but is preferably 20 or less, and more specifically, it is more preferable to use a liquid organic hydride having 5 to 9 carbon atoms.

上記有機ハイドライドとしては、例えば、非環式の、n−ヘキサン、iso−オクタン等や、環式の、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、1,3,5−トリメチルシクロヘキサン等の単環式化合物、デカリン、メチルデカリン、テトラリン(テトラヒドロナフタレン)等の二環式化合物、テトラデカヒドロアントラセン等の三環式化合物、等が挙げられる。本発明において直接燃料として用いる有機ハイドライドとしては、特に、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、デカリン、メチルデカリン、テトラリン、メチルテトラリンが好ましく、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンが更に好ましい。   Examples of the organic hydride include acyclic n-hexane, iso-octane, and the like, and cyclic monocyclic compounds such as cyclohexane, methylcyclohexane, dimethylcyclohexane, 1,3,5-trimethylcyclohexane, Examples include bicyclic compounds such as decalin, methyldecalin, and tetralin (tetrahydronaphthalene), and tricyclic compounds such as tetradecahydroanthracene. As the organic hydride used as a direct fuel in the present invention, cyclohexane, methylcyclohexane, decalin, methyldecalin, tetralin and methyltetralin are particularly preferred, and cyclohexane and methylcyclohexane are more preferred.

また、本発明の燃料電池は、炭素数5以上の有機ハイドライドを用いるため起電力が高く、例えば、直接燃料としてシクロヘキサンを用いた場合には、下記の反応式に示すように約1V(650KJ)の電気エネルギーを放出することができる。更に、本発明の燃料電池では、発電反応の際に生成するのは脱水素化合物及び水のみであり、二酸化炭素等の発生がない。   The fuel cell of the present invention has a high electromotive force because it uses an organic hydride having 5 or more carbon atoms. For example, when cyclohexane is used as a direct fuel, about 1 V (650 KJ) as shown in the following reaction formula. Of electrical energy. Furthermore, in the fuel cell of the present invention, only the dehydrogenated compound and water are generated during the power generation reaction, and there is no generation of carbon dioxide or the like.

612+3/2O2 → C66+3H2O+651kJ C 6 H 12 + 3 / 2O 2 → C 6 H 6 + 3H 2 O + 651 kJ

炭素数5以上の有機ハイドライドの脱水素化合物は液体状又は固体状になりやすいため、発電効率の低下を防止するためにはすみやかに回収することが必要である。本発明の燃料電池によれば、第1の加熱手段によって加熱され気体状にされた有機ハイドライドを燃料極電極に供給することで、有機ハイドライドの脱水素化合物を気体の状態で速やかに燃料極電極から排出(回収)することができる。これにより、燃料極電極が所定温度以下に低下して上記脱水素化合物が液体状又は固体状になり、燃料極電極に備えられた触媒等に付着して発電効率が低下するのを防止することができる。   Since the organic hydride dehydrogenation compound having 5 or more carbon atoms tends to be in a liquid or solid state, it must be promptly recovered in order to prevent a decrease in power generation efficiency. According to the fuel cell of the present invention, the organic hydride heated and gasified by the first heating means is supplied to the fuel electrode, so that the dehydration compound of the organic hydride can be quickly brought into the fuel electrode in the gaseous state. It can be discharged (recovered). As a result, the fuel electrode is lowered to a predetermined temperature or lower to prevent the dehydrogenation compound from becoming liquid or solid, and adheres to the catalyst or the like provided in the fuel electrode, thereby reducing the power generation efficiency. Can do.

第1の加熱手段による有機ハイドライドの加熱温度としては、供給される有機ハイドライドが気体状態を保てる温度であり且つ燃料極電極内の脱水素化合物が気体状態を保てる温度であれば特に限定はない。例えば、有機ハイドライドとしてシクロヘキサン又はメチルシクロヘキサンを用いた場合には、第1の加熱手段によって約80〜110℃程度に加熱されるのが好ましい。   The heating temperature of the organic hydride by the first heating means is not particularly limited as long as the supplied organic hydride is a temperature at which a gaseous state can be maintained and the dehydrogenated compound in the fuel electrode can be maintained at a gaseous state. For example, when cyclohexane or methylcyclohexane is used as the organic hydride, it is preferably heated to about 80 to 110 ° C. by the first heating means.

前記有機ハイドライドは、燃料極電極に備えられた触媒上で水素イオンと電子とを放出し、脱水素化合物を生成する。前記脱水素化合物としては、例えば、有機ハイドライドとしてシクロヘキサンを用いた場合には、ベンゼンが脱水素化合物として生成し、メチルシクロヘキサンを用いた場合には、脱水素化合物としてトルエンが生成される。   The organic hydride emits hydrogen ions and electrons on a catalyst provided on the fuel electrode to generate a dehydrogenated compound. As the dehydrogenation compound, for example, when cyclohexane is used as the organic hydride, benzene is produced as the dehydrogenation compound, and when methylcyclohexane is used, toluene is produced as the dehydrogenation compound.

本発明の燃料電池は、前記第1の加熱手段において、前記排出口から排出された脱水素化合物の酸化反応によって前記有機ハイドライドを加熱するように構成することができる。前記第1の加熱手段の熱源としては、シリコーンオイル等の加熱媒体やヒータ等公知の加熱手段を適宜用いることができるが、本発明の燃料電池によれば、前記脱水素化合物の酸化反応によって生じる反応熱を有機ハイドライドの加熱に用いることで、加熱効率を高め且つ省エネルギー化を図ることができる。   The fuel cell of the present invention can be configured such that the first heating means heats the organic hydride by an oxidation reaction of the dehydrogenated compound discharged from the discharge port. As the heat source of the first heating means, a known heating means such as a heating medium such as silicone oil or a heater can be used as appropriate. However, according to the fuel cell of the present invention, it is generated by the oxidation reaction of the dehydrogenated compound. By using reaction heat for heating the organic hydride, heating efficiency can be increased and energy saving can be achieved.

また、本発明の燃料電池は、更に、前記燃料極電極を加熱する第2の加熱手段を備えて構成することができる。   In addition, the fuel cell of the present invention may further comprise a second heating means for heating the fuel electrode.

本発明の燃料電池によれば、前記燃料極電極を加熱する第2の加熱手段を設け、燃料極電極自体を加熱することで、上記脱水素化合物の排出(回収)をよりスムーズにおこなうことができる。これにより、上記脱水素化合物が液化又は固体化して燃料極電極内に留まるのを防止することができる。   According to the fuel cell of the present invention, by providing the second heating means for heating the fuel electrode, and heating the fuel electrode itself, the dehydrogenation compound can be discharged (recovered) more smoothly. it can. Thereby, it can prevent that the said dehydrogenation compound liquefies or solidifies and stays in a fuel electrode.

前記第2の加熱手段としては、ヒーターやシリコーンオイル等の加熱媒体を用いることができる。第2の加熱手段は、燃料極電極内の脱水素化合物が気体状態を保て且つ電解質膜に影響を与えないように考慮された温度であれば特に限定はない。例えば、有機ハイドライドとしてシクロヘキサンを用いた場合には、約110℃前後に極力極電極内の温度を保つのが好ましい。   As the second heating means, a heating medium such as a heater or silicone oil can be used. The second heating means is not particularly limited as long as the temperature is set so that the dehydrogenated compound in the fuel electrode maintains a gaseous state and does not affect the electrolyte membrane. For example, when cyclohexane is used as the organic hydride, it is preferable to maintain the temperature in the electrode as much as possible at about 110 ° C.

本発明の燃料電池は、更に、前記有機ハイドライドを加熱する第3の加熱手段を備え、且つ、前記第1の加熱手段は、前記第3の加熱手段によって加熱された有機ハイドライドを加熱するように構成することができる。   The fuel cell of the present invention further includes a third heating unit for heating the organic hydride, and the first heating unit heats the organic hydride heated by the third heating unit. Can be configured.

本発明によれば、第1の加熱手段による加熱に先立って有機ハイドライドを加熱する第3の加熱手段を設けることで、第1の加熱手段で加熱される有機ハイドライドを予備的に加熱することできる。これにより、第1の加熱手段における加熱負担を分散させることができ、エネルギー効率の向上を図ることができる。   According to the present invention, the organic hydride heated by the first heating means can be preliminarily heated by providing the third heating means for heating the organic hydride prior to the heating by the first heating means. . Thereby, the heating burden in a 1st heating means can be disperse | distributed and the improvement of energy efficiency can be aimed at.

第3の加熱手段の熱源としては、上述と同様に、ヒータやシリコーンオイル等の加熱媒体を用いることができる。例えば、第3の加熱手段と燃料極電極より排出された脱水素化合物の流通路とをそれぞれ配管で構成し、第3の加熱手段における配管と脱水素化合物が流通する配管とをそれぞれ近傍に設置することで、脱水素化合物の排出熱を熱交換により有機ハイドライドの加熱に用いられる熱に変換することができる。   As the heat source of the third heating means, a heating medium such as a heater or silicone oil can be used as described above. For example, the third heating means and the flow path of the dehydrogenation compound discharged from the fuel electrode are each constituted by piping, and the piping in the third heating means and the piping through which the dehydrogenation compound flows are installed in the vicinity. By doing so, the exhaust heat of the dehydrogenated compound can be converted into heat used for heating the organic hydride by heat exchange.

また、本発明の燃料電池は、総炭素数5以上の有機ハイドライドを加熱して気体状にする第1の加熱手段と、前記第1の加熱手段によって加熱された前記有機ハイドライドが供給される供給口及び前記有機ハイドライドの脱水素化合物を排出する排出口を備え且つ内部を前記供給口から供給された有機ハイドライドが流通する管状の燃料極触媒で形成された燃料極電極管と、酸素が供給される供給口及び水が排出される排出口を備えた外壁と前記外壁の内部に設置された管状の空気極触媒とを備え且つ前記外壁と前記管状の空気極触媒の外周面との間に前記酸素が流通するようにした空気極電極管と、前記管状の燃料極触媒の外周面と前記管状の空気極触媒の内周面とに狭持された電解質膜と、備えて構成することができる。   The fuel cell of the present invention is a first heating means for heating an organic hydride having a total carbon number of 5 or more to make it gaseous, and a supply for supplying the organic hydride heated by the first heating means. A fuel electrode electrode tube formed of a tubular fuel electrode catalyst having a port and a discharge port for discharging a dehydrogenated compound of the organic hydride, and through which the organic hydride supplied from the supply port flows, and oxygen is supplied An outer wall having a supply port and a discharge port from which water is discharged, and a tubular air electrode catalyst installed inside the outer wall, and between the outer wall and the outer peripheral surface of the tubular air electrode catalyst An air electrode tube in which oxygen is allowed to flow, and an electrolyte membrane sandwiched between an outer peripheral surface of the tubular fuel electrode catalyst and an inner peripheral surface of the tubular air electrode catalyst can be provided. .

本発明によれば、管状の燃料電極管と空気極電極管とで燃料電池を構成することによって、省スペース化及び反応効率の向上を図ることができる。また、かかる態様の燃料電池は、単独で用いてもよいし、複数の燃料電池を並列に接続して用いてもよい。   According to the present invention, it is possible to save space and improve reaction efficiency by configuring a fuel cell with a tubular fuel electrode tube and an air electrode tube. Moreover, the fuel cell of this aspect may be used alone, or a plurality of fuel cells may be connected in parallel.

本発明によれば、常温常圧下で安定であり且つ安全性、取り扱い性及び水素貯蔵量に優れた有機ハイドライドを直接燃料とし、搭載性及び安全に優れ、且つ、炭酸ガス等をほとんど排出しないクリーンな燃料電池を提供することができる。   According to the present invention, an organic hydride that is stable under normal temperature and normal pressure and has excellent safety, handleability, and hydrogen storage capacity is directly used as a fuel, is excellent in mountability and safety, and does not substantially discharge carbon dioxide. A fuel cell can be provided.

以下、図面を参照して、本発明の燃料電池を備えた燃料電池システムの実施形態を説明する。尚、下記の実施の形態において、有機ハイドライドとして、シクロヘキサンを用いた場合を例に説明する。但し、本発明においてはこれら実施の形態に制限されるものではない   Hereinafter, an embodiment of a fuel cell system including a fuel cell of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiment, a case where cyclohexane is used as the organic hydride will be described as an example. However, the present invention is not limited to these embodiments.

(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態について、図1を用いて説明する。図1は、第1の実施の形態の燃料電池システムの構成を示す概略図である。図1において燃料電池システム10は、燃料電池12と燃料タンク14とから構成され、燃料タンク14内に貯留された液体のシクロヘキサンを直接燃料として燃料電池12に供給することで発電するシステムである。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the fuel cell system according to the first embodiment. In FIG. 1, a fuel cell system 10 includes a fuel cell 12 and a fuel tank 14, and generates electricity by supplying liquid cyclohexane stored in the fuel tank 14 directly to the fuel cell 12 as fuel.

図1において、燃料電池12は、セル部16と、熱交換部18と、加熱部20と、ヒータ22とから構成されており、セル部16に接続された外部回路24を通じて外部装置26に電力を供給できるように構成されている。   In FIG. 1, the fuel cell 12 includes a cell unit 16, a heat exchange unit 18, a heating unit 20, and a heater 22, and power is supplied to an external device 26 through an external circuit 24 connected to the cell unit 16. It is comprised so that it can supply.

本実施の形態においてセル部16は、燃料極電極28と、電解質膜30と、空気極電極32とから構成されており、燃料極電極28と空気極電極32とは外部回路24を介して電子(e-)が移動可能なようになっている。セル部16は、直接燃料として供給されたシクロヘキサンが燃料極電極28において水素イオンと電子とを放出し、放出された電子が外部回路24を介して空気極電極32まで移動することで、発電する。 In the present embodiment, the cell portion 16 is composed of a fuel electrode 28, an electrolyte membrane 30, and an air electrode 32. The fuel electrode 28 and the air electrode 32 are electronic via an external circuit 24. (E ) is movable. The cell unit 16 generates power by the cyclohexane directly supplied as fuel emitting hydrogen ions and electrons at the fuel electrode 28, and the released electrons move to the air electrode 32 via the external circuit 24. .

燃料極電極28には、燃料供給口34と回収物排出口36とが設けられており、直接燃料である液体のシクロヘキサンが供給されるとともに、シクロヘキサンの脱水素化合物であるベンゼンが回収可能なように構成されている。更に、燃料極電極28には、触媒と拡散部材とから構成され外部回路24の一端が接続された電極38が備えられており、供給されたシクロヘキサンが拡散部材を通じて触媒に到達できるようになっている。   The fuel electrode 28 is provided with a fuel supply port 34 and a recovered material discharge port 36 so that liquid cyclohexane as a direct fuel can be supplied and benzene as a dehydrogenated compound of cyclohexane can be recovered. It is configured. Further, the fuel electrode 28 is provided with an electrode 38 composed of a catalyst and a diffusion member and connected to one end of the external circuit 24, so that the supplied cyclohexane can reach the catalyst through the diffusion member. Yes.

電極38に備えられる触媒としては、公知の脱水素触媒を用いることができ、例えば、Pt、Pt−Rh、Pt−Ir、Pt−Re、Pt−W等の貴金属系の金属を用いた炭素担持Pt触媒、炭素担持Pt−Ir複合金属触媒、炭素担持Pt−Re複合金属触媒、炭素担持Pt−W複合金属触媒、又はニッケル系金属を使用した触媒等を用いることができる。電極38は、担持した触媒と、電解質膜30に用いられる高分子膜の溶液と、結合剤等とを混合することで形成することができる。   As the catalyst provided in the electrode 38, a known dehydrogenation catalyst can be used. For example, carbon support using a noble metal-based metal such as Pt, Pt—Rh, Pt—Ir, Pt—Re, Pt—W or the like. A Pt catalyst, a carbon-supported Pt—Ir composite metal catalyst, a carbon-supported Pt—Re composite metal catalyst, a carbon-supported Pt—W composite metal catalyst, a catalyst using a nickel-based metal, or the like can be used. The electrode 38 can be formed by mixing a supported catalyst, a polymer membrane solution used for the electrolyte membrane 30, and a binder.

燃料極電極28に、加熱部20によって約110℃付近にまで加熱された気体状のシクロヘキサンが供給されると、シクロヘキサンが電極38の触媒と反応して、水素イオンと電子とを放出し、脱水素化合物であるベンゼンを生成する。シクロヘキサンから放出された水素イオンは、電極38と接するように備えられた電解質膜30を通じて空気極電極32まで移動する。これに対し、電解質膜30は電子の移動を遮ることから、シクロヘキサンから放出された電子は電極38を通じて空気極電極32まで移動することとなる。   When gaseous cyclohexane heated to about 110 ° C. by the heating unit 20 is supplied to the fuel electrode 28, the cyclohexane reacts with the catalyst of the electrode 38 to release hydrogen ions and electrons for dehydration. Benzene, an elemental compound, is produced. Hydrogen ions released from cyclohexane move to the air electrode 32 through the electrolyte membrane 30 provided so as to be in contact with the electrode 38. On the other hand, since the electrolyte membrane 30 blocks the movement of electrons, the electrons emitted from the cyclohexane move to the air electrode 32 through the electrode 38.

また、燃料極電極28には、加熱部20によって加熱されたシクロヘキサンが供給されることから、その内部の温度が約110℃程度に保たれている。このため、燃料極電極28で生成したベンゼンを気体状に保つことができ、回収物排出口36から容易に排出(回収)することができる。   Further, since the cyclohexane heated by the heating unit 20 is supplied to the fuel electrode 28, the internal temperature is kept at about 110 ° C. For this reason, the benzene produced | generated by the fuel electrode 28 can be kept gaseous, and it can discharge | emit (collect | recover) easily from the collection | recovery discharge port 36. FIG.

電解質膜30は、電極38で発生した電子と水素イオンとのうち、水素イオンのみを通過させる膜であり、例えば、パーフルオロスルホン酸膜等の高分子膜で構成することができる。   The electrolyte membrane 30 is a membrane that allows only hydrogen ions out of the electrons and hydrogen ions generated at the electrode 38 to pass therethrough, and can be composed of, for example, a polymer membrane such as a perfluorosulfonic acid membrane.

空気極電極32には空気供給口40が設けられており、酸素を含む空気が供給されるようになっている。また、空気極電極32には、触媒と拡散部材とから構成され外部回路24の他端が接続された電極44が備えられており、電解質膜30を通じて移動してきた水素イオンと酸素とが反応して水を生成する。更に、空気極電極32には、排出口42が設けられており、空気極電極32で生成した水を排出できるように構成されている。   The air electrode 32 is provided with an air supply port 40 so that air containing oxygen is supplied. Further, the air electrode 32 is provided with an electrode 44 composed of a catalyst and a diffusing member and connected to the other end of the external circuit 24 so that hydrogen ions and oxygen that have moved through the electrolyte membrane 30 react with each other. To produce water. Further, the air electrode 32 is provided with a discharge port 42 so that water generated by the air electrode 32 can be discharged.

電極44に備えられる触媒としては、上述の電極38と同様の触媒を用いることができる。また、電極44は、担持した触媒と、電解質膜30に用いられる高分子膜の溶液と、結合剤等とを混合することで形成することができる。   As the catalyst provided in the electrode 44, the same catalyst as that of the electrode 38 described above can be used. The electrode 44 can be formed by mixing a supported catalyst, a polymer membrane solution used for the electrolyte membrane 30, and a binder.

電極44は、電解質膜30と接するようにセル部16内に設置される。電解質膜30を移動してきた水素イオンは、空気供給口40から供給された空気に含まれる酸素と反応し、外部回路24を移動してきた電子を受け取って水を生成する。かかる、水素イオンと酸素との反応によって生じた水は、排出口42からシステム外に排出される。   The electrode 44 is installed in the cell portion 16 so as to be in contact with the electrolyte membrane 30. The hydrogen ions that have moved through the electrolyte membrane 30 react with oxygen contained in the air supplied from the air supply port 40, receive the electrons that have moved through the external circuit 24, and generate water. The water produced by the reaction between hydrogen ions and oxygen is discharged from the discharge port 42 to the outside of the system.

図1において熱交換部18は、燃料タンク14からポンプP1を介して供給されるシクロヘキサンを予備的に加熱する。図1に示すように熱交換部18は、吸熱管46と放熱管48とで構成されており、放熱管48からの放出熱を吸熱管46が吸収できるようになっている。   In FIG. 1, the heat exchanging unit 18 preliminarily heats cyclohexane supplied from the fuel tank 14 via the pump P1. As shown in FIG. 1, the heat exchanging unit 18 includes a heat absorption tube 46 and a heat radiating tube 48, and the heat absorption tube 46 can absorb the heat released from the heat radiating tube 48.

吸熱管46は、その管内を燃料タンク14に貯留されたシクロヘキサンが流通しており、吸熱管46内のシクロヘキサンは、放熱管48からの放出熱により加熱されるようになっている。吸熱管46の一端は、燃料タンク14の燃料貯留部50と接続される供給管52と連結している。供給管52にはポンプP1が備えられており、ポンプP1の駆動によって燃料貯留部50に貯留された液体のシクロヘキサンが供給されるようになっている。   The endothermic pipe 46 is circulated with cyclohexane stored in the fuel tank 14 in the pipe, and the cyclohexane in the endothermic pipe 46 is heated by the heat released from the heat radiating pipe 48. One end of the heat absorption pipe 46 is connected to a supply pipe 52 connected to the fuel storage section 50 of the fuel tank 14. The supply pipe 52 is provided with a pump P1, and liquid cyclohexane stored in the fuel storage section 50 is supplied by driving the pump P1.

また、吸熱管46の他端は、加熱部20の加熱管54の一端と連結しており、加熱部20に熱交換部18において予備的に加熱された液体のシクロヘキサンを供給できるようになっている。   The other end of the endothermic tube 46 is connected to one end of the heating tube 54 of the heating unit 20 so that liquid cyclohexane preliminarily heated in the heat exchanging unit 18 can be supplied to the heating unit 20. Yes.

放熱管48は、その管内をセル部16から排出されたベンゼンが流通している。この際、セル部16から排出されたベンゼンは余熱を有しており、かかる余熱が放出熱となって放熱管48より放出される。放熱管48の一端は、熱交換部18の排出管56と接続されており、加熱部20において酸化反応による加熱に用いられたベンゼンの残りが供給されるようになっている。また、放熱管48の他端は、一端が燃料タンク14の回収物貯留部58に接続されポンプP2を備えた排出管60と連結されており、ベンゼンを回収物貯留部58に排出できるようになっている。   In the heat radiating pipe 48, benzene discharged from the cell portion 16 circulates in the pipe. At this time, the benzene discharged from the cell portion 16 has residual heat, and the residual heat is released from the heat radiating pipe 48 as released heat. One end of the heat radiating pipe 48 is connected to the exhaust pipe 56 of the heat exchanging section 18 so that the remainder of benzene used for heating by the oxidation reaction in the heating section 20 is supplied. In addition, the other end of the heat radiating pipe 48 is connected to a discharge pipe 60 provided with a pump P2 at one end connected to the recovered substance storage part 58 of the fuel tank 14 so that benzene can be discharged to the recovered substance storage part 58. It has become.

熱交換部18においては、放熱管48より放出された熱が吸熱管46に吸収されるように構成される。このため、吸熱管46と放熱管48とは熱交換が可能となるように熱交換部18内に設置される。また、熱交換が可能であれば、吸熱管46と放熱管48との形状は特に限定はされず、例えば、スパイラル状やチューブ状であってもよい。   The heat exchange unit 18 is configured such that heat released from the heat radiating pipe 48 is absorbed by the heat absorbing pipe 46. For this reason, the heat absorption pipe 46 and the heat radiating pipe 48 are installed in the heat exchange unit 18 so that heat exchange is possible. Moreover, as long as heat exchange is possible, the shape of the heat absorption pipe | tube 46 and the thermal radiation pipe 48 will not be specifically limited, For example, spiral shape and tube shape may be sufficient.

図1において、加熱部20は、加熱管54と複数の反応器62が備えられた排出管56とで構成されており、セル部16から排出されたベンゼンの酸化反応により、液体のシクロヘキサンを加熱して気体状のシクロヘキサンにできるようになっている。   In FIG. 1, the heating unit 20 includes a heating tube 54 and a discharge tube 56 provided with a plurality of reactors 62, and heats liquid cyclohexane by an oxidation reaction of benzene discharged from the cell unit 16. Thus, gaseous cyclohexane can be formed.

加熱管54は、その一端が熱交換部18の吸熱管46と連結しており、管内を熱交換部18によって予備的に加熱されたシクロヘキサンが流通するように構成されている。また、加熱管54の他端は、セル部16の燃料供給口34に接続されており、加熱部20で加熱し気体状になったシクロヘキサンをセル部16に供給できるように構成されている。   One end of the heating tube 54 is connected to the endothermic tube 46 of the heat exchanging unit 18, and cyclohexane preliminarily heated by the heat exchanging unit 18 flows through the tube. The other end of the heating tube 54 is connected to the fuel supply port 34 of the cell unit 16, and is configured so that cyclohexane heated by the heating unit 20 and in the gaseous state can be supplied to the cell unit 16.

また、排出管56の一端は、セル部16の回収物排出口36に接続されており、セル部16内で生成したベンゼンが管内を流通するように構成されている。また、排出管56の他端は、熱交換部18の放熱管48と連結しており、酸化反応に使用された残りのベンゼンを熱交換部18に供給できるように構成されている。   Further, one end of the discharge pipe 56 is connected to the collected product discharge port 36 of the cell unit 16 so that benzene generated in the cell unit 16 flows through the pipe. The other end of the discharge pipe 56 is connected to the heat radiating pipe 48 of the heat exchange unit 18 so that the remaining benzene used for the oxidation reaction can be supplied to the heat exchange unit 18.

加熱部20には熱源としてベンゼンの酸化反応によって発熱する反応器62が複数設けられており、反応器62からの熱によって加熱管54を流通する液体のシクロヘキサンが気体状になるまで(約110℃程度にまで)加熱する。排出管56に備えられた反応器62には図示を省略する空気供給口とプラグとが設けられており、ベンゼンと空気とが供給されるようになっている。反応器62内に供給された空気とベンゼンとは、プラグの点火によって酸化反応を起こし熱を生成することができる。また、反応器62に、公知の酸化触媒を備え、ベンゼンと空気との酸化反応を促進させるようにしてもよい。   The heating unit 20 is provided with a plurality of reactors 62 that generate heat due to the oxidation reaction of benzene as a heat source, and the liquid cyclohexane flowing through the heating tube 54 is turned into a gas (about 110 ° C.) by the heat from the reactor 62. Heat to a degree). The reactor 62 provided in the discharge pipe 56 is provided with an air supply port and a plug (not shown) so that benzene and air are supplied. The air and benzene supplied into the reactor 62 can generate an oxidation reaction by the ignition of the plug to generate heat. The reactor 62 may be provided with a known oxidation catalyst to promote the oxidation reaction between benzene and air.

図1においてヒータ22は、セル部16の燃料極電極28を加熱するために設けられる。ヒータ22によって燃料極電極28を加熱することによって、ベンゼンが燃料極電極28内で凝固又は析出して発電効率を低下させるの防止することができる。   In FIG. 1, the heater 22 is provided to heat the fuel electrode 28 of the cell portion 16. By heating the fuel electrode 28 with the heater 22, it is possible to prevent benzene from solidifying or precipitating in the fuel electrode 28 and lowering the power generation efficiency.

図1において、燃料タンク14は、燃料貯留部50と回収物貯留部58とから構成されている。燃料貯留部50には、燃料電池12の直接燃料として用いるシクロヘキサンが貯留されており、燃料電池12の熱交換部18にシクロヘキサンを供給できるように構成されている。また、回収物貯留部58には、セル部16から回収されたベンゼンが貯留される。   In FIG. 1, the fuel tank 14 includes a fuel storage unit 50 and a collected product storage unit 58. The fuel storage unit 50 stores cyclohexane used as a direct fuel for the fuel cell 12, and is configured to supply cyclohexane to the heat exchange unit 18 of the fuel cell 12. Further, benzene recovered from the cell unit 16 is stored in the recovered material storage unit 58.

燃料貯留部50と回収物貯留部58とは、樹脂製バック等の伸縮性の容器で形成されており、内容量にともなってその容積が変動可能なようになっている。また、燃料貯留部50と回収物貯留部58とは、離脱可能に構成することも可能である。例えば、回収物貯留部58中のベンゼンが一定量を超えた場合に、回収物貯留部58から吸い出してもよいし、回収物貯留部58を離脱して新しい空の回収物貯留部58に取り替え可能なようにしてもよい。同様に、燃料貯留部50を離脱可能に構成し、燃料貯留部50内のシクロヘキサンがなくなった場合に、シクロヘキサンが満タンに収容された新たな燃料貯留部50と取り替え可能なように構成することもできる。   The fuel storage unit 50 and the recovered material storage unit 58 are formed of a stretchable container such as a resin bag, and the volume thereof can be changed according to the internal capacity. Further, the fuel storage unit 50 and the collected material storage unit 58 can be configured to be detachable. For example, when the amount of benzene in the recovered material storage unit 58 exceeds a certain amount, it may be sucked out from the recovered material storage unit 58, or the recovered material storage unit 58 may be removed and replaced with a new empty recovered material storage unit 58. It may be possible. Similarly, the fuel storage unit 50 is configured to be detachable, and when the cyclohexane in the fuel storage unit 50 is exhausted, the fuel storage unit 50 is configured to be replaceable with a new fuel storage unit 50 that is fully filled. You can also.

次に本発明の燃料電池による発電機構について説明する。まず、燃料タンク14の燃料貯留部50に貯留された液体状のシクロヘキサンがポンプP1によって熱交換部18の吸熱管46に供給されると、シクロヘキサンは吸熱管46を流通しながら、放熱管48から放出された熱を吸収し、加熱される。   Next, a power generation mechanism using the fuel cell of the present invention will be described. First, when liquid cyclohexane stored in the fuel storage section 50 of the fuel tank 14 is supplied to the heat absorption pipe 46 of the heat exchange section 18 by the pump P1, the cyclohexane flows from the heat dissipation pipe 48 while flowing through the heat absorption pipe 46. It absorbs the released heat and is heated.

次いで、熱交換部18において予備的に加熱された液体状のシクロヘキサンは加熱部20に供給される。加熱部20に供給された液体状のシクロヘキサンは加熱管54を流通する際に、反応器62からの熱により、加熱され気体状になる。この際、反応器62にはセル部16から排出されたベンゼンが供給されており、その酸化反応熱によって加熱管54中のシクロヘキサンを加熱する。   Next, the liquid cyclohexane preliminarily heated in the heat exchange unit 18 is supplied to the heating unit 20. When the liquid cyclohexane supplied to the heating unit 20 flows through the heating tube 54, it is heated and becomes gaseous by the heat from the reactor 62. At this time, benzene discharged from the cell portion 16 is supplied to the reactor 62, and the cyclohexane in the heating tube 54 is heated by the heat of the oxidation reaction.

加熱部20において加熱され気体状になったシクロヘキサンは、燃料供給口34からセル部16の燃料極電極28に供給され、電極38において水素イオンと電子とを放出して、ベンゼンを生成する。この際、電極38において放出された水素イオンは電解質膜30を通過し、空気極電極32の電極44まで移動する。また、電極38において放出された電子は、外部回路24を移動する。本発明の燃料電池は、この電子の移動により外部装置に電力を供給することができる。   The cyclohexane heated in the heating unit 20 and turned into a gaseous state is supplied from the fuel supply port 34 to the fuel electrode 28 of the cell unit 16 and releases hydrogen ions and electrons at the electrode 38 to generate benzene. At this time, hydrogen ions released from the electrode 38 pass through the electrolyte membrane 30 and move to the electrode 44 of the air electrode 32. The electrons emitted from the electrode 38 move in the external circuit 24. The fuel cell of the present invention can supply electric power to an external device by this movement of electrons.

電極44まで移動した水素イオンは、空気供給口40から空気極電極32に供給された酸素と、外部回路24を移動してきた電子と反応して水を生成する。空気極電極32において生成された水は排出口42からシステム外に排出される。   The hydrogen ions that have moved to the electrode 44 react with oxygen supplied to the air electrode 32 from the air supply port 40 and electrons that have moved through the external circuit 24 to generate water. Water generated at the air electrode 32 is discharged from the discharge port 42 to the outside of the system.

一方、燃料極電極28には、加熱されたシクロヘキサンが供給されており、更にヒータ22により加熱されている。このため、燃料極電極28内で、脱水素化合物であるベンゼンが液化又は析出することなく、燃料極電極28で生成したベンゼンを気体状のまま回収物排出口36から回収することができる。これにより、脱水素化合物であるベンゼンが燃料極電極28で液化又は析出することによって、燃料電池の起電力が低下するのを防止することができ、外部装置に安定して電力を供給することができる。   On the other hand, heated cyclohexane is supplied to the fuel electrode 28 and is further heated by the heater 22. For this reason, the benzene produced | generated by the fuel electrode 28 can be collect | recovered from the collection | recovery discharge port 36 in a gaseous state, without liquefying or depositing benzene which is a dehydrogenation compound in the fuel electrode 28. FIG. As a result, it is possible to prevent benzene, which is a dehydrogenated compound, from liquefying or precipitating at the fuel electrode 28, thereby preventing a reduction in the electromotive force of the fuel cell, and supplying power stably to an external device. it can.

回収物排出口36から排出されたベンゼンは、加熱部20に供給され、セル部16に供給されるシクロヘキサンを加熱する為に用いられる。このように、本実施の形態の燃料電池によれば、回収物として回収したベンゼンの酸化反応によって直接燃料であるシクロヘキサンを加熱するため装置内のエネルギー効率に優れる。   The benzene discharged from the recovered material discharge port 36 is supplied to the heating unit 20 and used to heat the cyclohexane supplied to the cell unit 16. Thus, according to the fuel cell of the present embodiment, the cyclohexane, which is the fuel, is directly heated by the oxidation reaction of the benzene recovered as a recovered product, and thus the energy efficiency in the apparatus is excellent.

また、加熱部20においてシクロヘキサンの加熱のための酸化反応に用いられなかったベンゼンは、そのまま排出管56を流通し、熱交換部18の放熱管48に供給される。放熱管48に供給されるベンゼンはある程度の余熱を有しているため、放熱管48を流通する際に熱を放出し、吸熱管46内のシクロヘキサンとの熱交換によって、冷却される。このように、本実施の形態によれば、熱交換部18によって予備的に加熱したシクロヘキサンを加熱部20に供給するため、加熱部20における加熱負担を軽減でき、エネルギー効率に優れる。 Also, benzene that has not been used in the oxidation reaction for heating cyclohexane in the heating unit 20 flows through the discharge pipe 56 as it is and is supplied to the heat radiating pipe 48 of the heat exchange unit 18. Since benzene supplied to the heat radiating pipe 48 has a certain amount of residual heat, it releases heat when it flows through the heat radiating pipe 48 and is cooled by heat exchange with cyclohexane in the heat absorbing pipe 46. Thus, according to this Embodiment, since the cyclohexane preliminarily heated by the heat exchange part 18 is supplied to the heating part 20, the heating burden in the heating part 20 can be reduced and it is excellent in energy efficiency.

熱交換部18から排出されたベンゼンは、ポンプP2を介して、燃料タンク14の回収物貯留部58に貯留される。   The benzene discharged from the heat exchange unit 18 is stored in the collected material storage unit 58 of the fuel tank 14 via the pump P2.

(第2の実施の形態)
次に本発明の第2の実施の形態について図2から図4を用いて説明する。本実施の形態におけるセル部は、第1の実施の形態におけるセル部と転用可能な管状のセル部であり、重複する箇所については説明を省略する。尚、本実施の形態においては、直接燃料として液体のシクロヘキサンを用いた態様について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The cell part in this Embodiment is a tubular cell part which can be diverted with the cell part in 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted about the overlapping part. In the present embodiment, a mode in which liquid cyclohexane is used as a direct fuel will be described.

図2は、第2の実施の形態におけるセル部の構成を示す概略図である。図2において、セル部70は、燃料極電極管72と、電解質膜74と、空気極電極76と、を外壁78で覆うように構成されており、燃料極電極管72と空気極電極76とは外部回路24を介して電子が移動可能なようになっている。   FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the cell unit in the second embodiment. In FIG. 2, the cell unit 70 is configured to cover a fuel electrode tube 72, an electrolyte membrane 74, and an air electrode electrode 76 with an outer wall 78, and the fuel electrode electrode tube 72, the air electrode electrode 76, and the like. The electron can move through the external circuit 24.

本実施の形態において、セル部70は、管状であり、直接燃料として供給されたシクロヘキサンが燃料極電極を形成する管の内壁において水素イオンと電子とを放出し、放出された電子が外部回路24を介して空気極電極32まで移動することで発電する。   In the present embodiment, the cell portion 70 is tubular, and cyclohexane supplied directly as fuel emits hydrogen ions and electrons at the inner wall of the tube forming the fuel electrode, and the emitted electrons are external circuit 24. Power is generated by moving to the air electrode 32 via the.

燃料極電極管72は、触媒で形成された管であり、その管内をシクロヘキサンが流通するように構成されている。燃料極電極管72には、燃料供給口80と回収物排出口82とが設けられており、直接燃料であるシクロヘキサンが供給されるとともに、シクロヘキサンの脱水素化合物であるベンゼンが回収可能なように構成されている。更に、燃料極電極管72には、外部回路24の一端が接続されている。   The fuel electrode tube 72 is a tube formed of a catalyst, and is configured such that cyclohexane flows through the tube. The fuel electrode tube 72 is provided with a fuel supply port 80 and a recovered material discharge port 82 so that cyclohexane as a direct fuel is supplied and benzene as a dehydrogenated compound of cyclohexane can be recovered. It is configured. Furthermore, one end of the external circuit 24 is connected to the fuel electrode tube 72.

燃料極電極管72を形成する触媒としては、公知の脱水素触媒を用いることができ、上述で例示したものと同様の触媒等を用いることができる。   As the catalyst for forming the fuel electrode tube 72, a known dehydrogenation catalyst can be used, and the same catalyst as exemplified above can be used.

燃料極電極管72の管内に、加熱部20によって約110℃付近にまで加熱された気体状のシクロヘキサンが供給されると、管の壁面を形成する触媒と反応して、水素イオンと電子とを放出し、脱水素化合物であるベンゼンを生成する。シクロヘキサンから放出された水素イオンは、燃料極電極管72の外壁面と接するように備えられた電解質膜74を通じて空気極電極76まで移動する。これに対し、電解質膜74は電子の移動を遮ることから、シクロヘキサンから放出された電子は外部回路24を通じて空気極電極76まで移動することとなる。   When gaseous cyclohexane heated to about 110 ° C. by the heating unit 20 is supplied into the tube of the fuel electrode tube 72, it reacts with the catalyst forming the wall surface of the tube, and hydrogen ions and electrons are converted. Release benzene, which is a dehydrogenated compound. Hydrogen ions released from cyclohexane move to the air electrode 76 through the electrolyte membrane 74 provided so as to be in contact with the outer wall surface of the fuel electrode tube 72. On the other hand, since the electrolyte membrane 74 blocks the movement of electrons, the electrons emitted from the cyclohexane move to the air electrode 76 through the external circuit 24.

また、燃料極電極管72には、加熱部20によって加熱されたシクロヘキサンが供給されることから、その内部の温度が約110℃程度に保たれている。このため、燃料極電極管72で生成したベンゼンを気体状に保つことができ、回収物排出口82から容易に排出(回収)することができる。また、燃料極電極管72には補助的に燃料極電極管内を加熱するヒータ等の加熱手段を別途設けてもよい。   Moreover, since the cyclohexane heated by the heating unit 20 is supplied to the fuel electrode tube 72, the internal temperature is maintained at about 110 ° C. For this reason, the benzene produced | generated with the fuel electrode tube 72 can be kept gaseous, and it can discharge | emit (collect | recover) easily from the collection | recovery discharge port 82. Further, the fuel electrode tube 72 may be additionally provided with a heating means such as a heater for heating the inside of the fuel electrode tube.

燃料極電極管72と電解質膜74と空気極電極76と外壁78との位置関係について図3を用いて説明する。図3は、図2のAA’断面図である。図3に示すようにセル部70は、燃料極電極管72の外壁面と空気極電極76の内壁面とに挟まれるように電解質膜74が設置されている。燃料極電極管72の管内84に供給されたシクロヘキサンは、燃料極電極管72の壁面を形成する触媒と反応してその壁面で水素イオンと電子とを放出し、ベンゼンを生成する。   The positional relationship among the fuel electrode tube 72, the electrolyte membrane 74, the air electrode electrode 76, and the outer wall 78 will be described with reference to FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA 'of FIG. As shown in FIG. 3, the cell portion 70 is provided with an electrolyte membrane 74 so as to be sandwiched between the outer wall surface of the fuel electrode tube 72 and the inner wall surface of the air electrode electrode 76. The cyclohexane supplied to the inside 84 of the fuel electrode tube 72 reacts with the catalyst forming the wall surface of the fuel electrode tube 72 to release hydrogen ions and electrons on the wall surface to generate benzene.

燃料極電極管72の壁面で放出された水素イオンは、電解質膜74を通じて空気極電極76にまで移動する。図3に示すように、空気極電極76は、触媒で形成される管状の管状電極86を備えその内壁面で電解質膜74と接しており、更に、外壁78の壁面と形成した空気の流通路88が設けられている。   Hydrogen ions released from the wall surface of the fuel electrode tube 72 move to the air electrode 76 through the electrolyte membrane 74. As shown in FIG. 3, the air electrode 76 includes a tubular electrode 86 formed of a catalyst and is in contact with the electrolyte membrane 74 on the inner wall surface thereof. Further, the air flow passage formed on the wall surface of the outer wall 78. 88 is provided.

電解質膜74は、燃料極電極管72で発生した電子と水素イオンとのうち、水素イオンのみを通過させる膜であり、例えば、パーフルオロスルホン酸膜等の高分子膜で構成することができる。   The electrolyte membrane 74 is a membrane that allows only hydrogen ions out of electrons and hydrogen ions generated in the fuel electrode tube 72 to pass therethrough, and can be formed of, for example, a polymer membrane such as a perfluorosulfonic acid membrane.

図2に示すように空気極電極76には外壁78を貫通するように空気供給口90が設けられており、酸素を含む空気が供給されるようになっている。また、管状電極86には外部回路24の一端が接続されている。空気供給口90を通じて供給された酸素は、図2に示す流通路88を流通して管状電極86の外周面を覆うように滞留し、電解質膜74を介して移動してきた水素イオンと外部回路を移動してきた電子と反応して水を生成する。   As shown in FIG. 2, the air electrode 76 is provided with an air supply port 90 so as to penetrate the outer wall 78 so that air containing oxygen is supplied. Further, one end of the external circuit 24 is connected to the tubular electrode 86. The oxygen supplied through the air supply port 90 stays so as to cover the outer peripheral surface of the tubular electrode 86 through the flow path 88 shown in FIG. 2, and the hydrogen ions and the external circuit that have moved through the electrolyte membrane 74 are retained. It reacts with the moving electrons to produce water.

また、空気極電極76には、外壁78を貫通するように排出口92が設けられており、管状電極86の外周面で生成した水を排出できるように構成されている。管状電極86を構成する触媒としては、上述のものと同様の触媒を用いることができる。   Further, the air electrode 76 is provided with a discharge port 92 so as to penetrate the outer wall 78, so that water generated on the outer peripheral surface of the tubular electrode 86 can be discharged. As the catalyst constituting the tubular electrode 86, the same catalyst as described above can be used.

セル部70を用いた発電機構について説明する。図1における加熱部20において加熱された気体状のシクロヘキサンが、燃料供給口80から触媒で形成された燃料極電極管72の管内に供給されると、燃料極電極管72の内壁面とシクロヘキサンとが反応し水素イオンと電子とを放出する。   A power generation mechanism using the cell unit 70 will be described. When gaseous cyclohexane heated in the heating unit 20 in FIG. 1 is supplied from the fuel supply port 80 into the tube of the fuel electrode tube 72 formed of a catalyst, the inner wall surface of the fuel electrode tube 72 and cyclohexane Reacts to release hydrogen ions and electrons.

燃料極電極管72の内壁で放出された水素イオンは電解質膜74を介して空気極電極76にまで移動する。また、燃料極電極管72の内壁で放出された電子は、外部回路24を通じて空気極電極76にまで移動し、空気極電極76において酸素と水素イオンと反応し水が生成される。   The hydrogen ions released from the inner wall of the fuel electrode tube 72 move to the air electrode 76 through the electrolyte membrane 74. The electrons emitted from the inner wall of the fuel electrode tube 72 move to the air electrode 76 through the external circuit 24, and react with oxygen and hydrogen ions at the air electrode 76 to generate water.

一方、燃料極電極管72で電子と水素イオンとを放出したシクロヘキサンは、ベンゼンを生成する。ここで、セル部70の管内には加熱されたシクロヘキサンが供給されることから、その温度がベンゼンが気体状で存在できる温度に保たれている。このため、ベンゼンが液化又は析出して起電力を低下させることがない。   On the other hand, cyclohexane that has released electrons and hydrogen ions in the fuel electrode tube 72 generates benzene. Here, since the heated cyclohexane is supplied into the tube of the cell part 70, the temperature is maintained at a temperature at which benzene can exist in a gaseous state. For this reason, benzene does not liquefy or precipitate and the electromotive force is not lowered.

燃料極電極管72で生成した気体状のベンゼンは、回収物排出口82から回収(排出)され、図1における加熱部20及び熱交換部18で直接燃料であるシクロヘキサンの加熱に用いられたのち、燃料タンク14の回収物貯留部58に貯留される。また、セル部70は、図4に示すように複数を並列に接続して搭載してもよい。図4は、第2の実施の形態におけるセル部を複数搭載した態様を示す概略図である。   The gaseous benzene produced in the fuel electrode tube 72 is recovered (discharged) from the recovered material discharge port 82 and is directly used for heating cyclohexane, which is the fuel, in the heating unit 20 and the heat exchange unit 18 in FIG. The fuel is stored in the collected material storage 58 of the fuel tank 14. Further, a plurality of cell units 70 may be mounted in parallel as shown in FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing an aspect in which a plurality of cell units in the second embodiment are mounted.

本実施の形態によれば、上述の第1の実施の形態における効果に加えて、セル部として管状のセル部を用いることで、本発明の燃料電池をコンパクトに設計することができ、搭載性を向上させることができる。   According to the present embodiment, in addition to the effects in the first embodiment described above, by using a tubular cell portion as the cell portion, the fuel cell of the present invention can be designed in a compact manner, and mountability is improved. Can be improved.

本発明の燃料電池の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the fuel cell of this invention. 第2の実施の形態におけるセル部の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the cell part in 2nd Embodiment. 図2のAA’断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2. 第2の実施の形態におけるセル部を複数搭載した態様を示す概略図である。It is the schematic which shows the aspect which mounted the cell part in 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 燃料電池システム
12 燃料電池
14 燃料タンク
16,70 セル部
18 熱交換部
20 加熱部
22 ヒータ
28 燃料極電極
30,74 電解質膜
32,76 空気極電極
34,80 燃料供給口
36,82 回収物排出口
40,90 空気供給口
42,92 排出口
72 燃料極電極管
78 外壁
88 流通路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell system 12 Fuel cell 14 Fuel tank 16, 70 Cell part 18 Heat exchange part 20 Heating part 22 Heater 28 Fuel electrode 30, 74 Electrolyte membrane 32, 76 Air electrode 34, 80 Fuel supply port 36, 82 Collected material Discharge port 40, 90 Air supply port 42, 92 Discharge port 72 Fuel electrode electrode tube 78 Outer wall 88 Flow passage

Claims (5)

総炭素数5以上の有機ハイドライドを加熱して気体状にする第1の加熱手段と、
前記第1の加熱手段によって加熱された前記有機ハイドライドが供給される供給口及び前記有機ハイドライドの脱水素化合物を排出する排出口を備えた燃料極電極と、
酸素が供給される供給口及び水が排出される排出口を備えた空気極電極と、
前記燃料極電極と前記空気極電極とに狭持された電解質膜と、
を備えた燃料電池。
A first heating means for heating an organic hydride having a total carbon number of 5 or more to make it gaseous;
A fuel electrode provided with a supply port to which the organic hydride heated by the first heating means is supplied and a discharge port for discharging a dehydrogenated compound of the organic hydride;
An air electrode having a supply port for supplying oxygen and a discharge port for discharging water;
An electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the air electrode;
A fuel cell.
前記第1の加熱手段は、前記燃料極電極の排出口から排出された脱水素化合物の酸化反応によって前記有機ハイドライドを加熱する請求項1に記載の燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein the first heating unit heats the organic hydride by an oxidation reaction of a dehydrogenated compound discharged from a discharge port of the fuel electrode. 更に、前記燃料極電極を加熱する第2の加熱手段を備えた請求項1又は2に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, further comprising second heating means for heating the fuel electrode. 更に、前記有機ハイドライドを加熱する第3の加熱手段を備え、且つ、前記第1の加熱手段は、前記第3の加熱手段によって加熱された有機ハイドライドを加熱する請求項1〜3のいずれかに記載の燃料電池。   Furthermore, it has the 3rd heating means which heats the organic hydride, and the 1st heating means heats the organic hydride heated by the 3rd heating means. The fuel cell as described. 総炭素数5以上の有機ハイドライドを加熱して気体状にする第1の加熱手段と、
前記第1の加熱手段によって加熱された前記有機ハイドライドが供給される供給口及び前記有機ハイドライドの脱水素化合物を排出する排出口を備え且つ内部を前記供給口から供給された有機ハイドライドが流通する管状の燃料極触媒で形成された燃料極電極管と、
酸素が供給される供給口及び水が排出される排出口を備えた外壁と前記外壁の内部に設置された管状の空気極触媒とを備え且つ前記外壁と前記管状の空気極触媒の外周面との間に前記酸素が流通するようにした空気極電極管と、
前記管状の燃料極触媒の外周面と前記管状の空気極触媒の内周面とに狭持された電解質膜と、
を備えた燃料電池。
A first heating means for heating an organic hydride having a total carbon number of 5 or more to make it gaseous;
A tube having a supply port for supplying the organic hydride heated by the first heating means and a discharge port for discharging a dehydrogenated compound of the organic hydride and through which the organic hydride supplied from the supply port circulates. An anode electrode tube formed of an anode catalyst of
An outer wall having a supply port for supplying oxygen and a discharge port for discharging water; a tubular air electrode catalyst installed in the outer wall; and the outer wall and an outer peripheral surface of the tubular air electrode catalyst; An air electrode tube in which the oxygen flows between
An electrolyte membrane sandwiched between an outer peripheral surface of the tubular fuel electrode catalyst and an inner peripheral surface of the tubular air electrode catalyst;
A fuel cell.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2019532455A (en) * 2016-08-17 2019-11-07 ペズ,ギド,ピー System and method for electrochemical energy conversion and storage

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