JP2005183187A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 発電により発生した排水を排水タンク全体に溜め込んで確実に保水することができる燃料電池を提供する。
【解決手段】 発電用燃料を保持する燃料保持手段と、前記燃料保持手段から供給される発電用燃料を用いて電力を発生する発電手段と、前記発電手段より発生する排水を回収する排水回収手段と、前記排水回収手段により回収した排水を収容する分離可能な排水タンク１２０を備え、前記排水タンク１２０が、排水を導水する導水手段２０１と、前記導水手段により導水された排水を保水する保水手段２０２を有する排水パック１２１を備えている燃料電池。
【選択図】 図２

Description

本発明は燃料電池に関するもので、特に発電より発生する排水を回収し溜め込む排水パックを用いた排水タンクに関するものである。

一般的に知られている燃料電池の発電原理を図３に示す。図３は、燃料を用いて電力を発生する発電手段３０、燃料を保持することが可能な燃料タンク３１、負荷３２からなる。また、発電手段３０は、主に白金等の触媒微粒子を塗布した炭素電極からなる燃料極（アノード）３０１および空気極（カソード）３０３と、燃料極３０１と空気極３０３の間に配置された厚さミクロンのイオン交換膜３０２から構成される。燃料極３０１側には燃料タンク３１から燃料である水素ガス（Ｈ₂ ）が供給され、また、空気極３０３側には大気中の酸素ガス（Ｏ₂ ）が供給されることにより、電気化学反応による発電が行なわれ、負荷３２に対して電力が供給される。

発電手段３０に水素ガスと酸素ガスを供給して、イオン交換膜３０２を介して燃料極３０１側、空気極３０３側で起こる電気化学反応はそれぞれ（式１）、（式２）で表すことができる。

燃料を保持する燃料タンク３１の中身は、水素ガスを貯蔵可能な水素吸蔵合金やメタノールやエタノールやブタノールなどの液体燃料から構成される。燃料タンク３１に保持される燃料の種類によっては、燃料タンク３１と発電手段３０の間に図示しない改質器を配置して、該改質器により燃料を水素ガスに改質してから、発電手段３０に対して水素ガスを供給する構成がとられている。

ここで、空気極側で発生する水（Ｈ₂ Ｏ）は気体として放出されることもあるが、組込み用の燃料電池では、ＰＣ等の機器内で気体として放出された水が液化して不具合を生じる可能性がある。よって、燃料電池に高分子吸収体を配置しておき、発電セルよりの生成排水を高分子吸収体に溜め込んだ後、熱により蒸発させる方法が特許文献１に記載されている。
特開平９−２１３３５９号公報

しかしながら、高分子吸収体で保水した水を熱により蒸発させても再び機器内で液化して不具合を生じる可能性がある。また、高分子吸収体で発電セルより徐々に流れてくる生成排水を保水しながら蒸発させる場合、高分子吸収体が先に飽和して、保水効果が不十分になったりする。

本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、燃料電池の発電により発生した排水をためる排水タンクにおいて、排水タンク内に収容されている交換が可能な排水パックを用いて、排水を排水タンクの全体に溜め込むことができ、機器内に排水が逆流することを防止できる燃料電池を提供するものである。

すなわち、本発明は、発電用燃料を保持する燃料保持手段と、前記燃料保持手段から供給される発電用燃料を用いて電力を発生する発電手段と、前記発電手段より発生する排水を回収する排水回収手段と、前記排水回収手段により回収した排水を収容する排水タンクを備え、前記排水タンクが、排水を導水する導水手段と、前記導水手段により導水された排水を保水する保水手段を有する排水パックを備えていることを特徴とする燃料電池である。

前記導水手段に接して保水手段が設けられ、導水手段から導水された排水を保水手段を用いて保水することが好ましい。
前記導水手段と前記保水手段は、導水手段が内側で保水手段が外側に位置し、紐状に連続してなることが好ましい。

前記導水手段と前記保水手段は、導水手段がシート状で折りたたまれた形状で連続してなり、該導水手段を内側として保水手段が外側に位置して設けられていることが好ましい。

前記導水手段は前記排水タンクの吸水口に取り付けられていることが好ましい。
前記導水手段と前記保水手段を有する排水パックは、前記排水タンクより分離して交換が可能であることが好ましい。
前記排水タンクは発電手段と一体化あるいは隣接して設けられていることが好ましい。

本発明の燃料電池によれば、燃料電池の発電により発生した排水をためる排水タンクにおいて、排水タンク内に収容されている交換が可能な排水パックを用いて、排水を排水タンクの全体に溜め込むことができ、機器内に排水が逆流することを防止できる。

また、本発明の燃料電池によれば、排水パックは排水タンクに対して容易に交換が可能であり、排水パックを排水タンクの容量に合わせて容易に作成でき、また排水パックを保水前にはコンパクトに作成できる。

本発明は、発電用燃料を保持することが可能な燃料保持手段と、前記発電用燃料を用いて電力を発生する発電手段と、前記発電手段より発生する排水を回収する排水回収手段と、前記排水回収手段より回収した排水を収容する排水タンクを備えてなり、前記排水タンク内で導水手段と保水手段を用いた排水パックにより排水を保水することを特徴とする。

前記排水タンクは発電手段と一体化あるいは隣接して燃料電池を構成し、機器に組み込まれる。
前記導水手段は前記排水タンクの吸水口に取り付けられており、保水の形態としては前記導水手段と前記保水手段は導水手段を保水手段が取り囲み、紐状に連続してなる。別の例では前記導水手段と前記保水手段はシート状の導水手段の周りに保水手段が貼られ、折りたたまれた形で連続してなる。
さらに、前記導水手段と前記保水手段からなる前記排水パックは前記排水タンクより分離して交換が可能である。

以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１
本発明の燃料電池の実施形態について図１を用いて説明する。

図１は、本発明の燃料電池を示すブロック図である。図１において、１０は発電モジュール、１２０は排水タンク、３１は燃料保持手段である燃料タンクである。排水タンク１２０は発電手段１０と一体化あるいは隣接して燃料電池を構成し、機器に組み込まれる。１０の発電モジュール内において、１０１は発電の動作制御手段、１０２は発電の出力制御手段、１０３は電気エネルギーの出力制御手段、１０４は発電手段より発生した水（Ｈ₂ Ｏ）や水溶性物質を回収する排水回収手段である。

上記の構成において、発電モジュールでは燃料タンク３１からの燃料補給を出力制御手段１０２で制御し、発電手段１０３で発生するの電気エネルギーの量を調整する。さらに発電手段１０３で発生した水と水溶性物質を含む排水を排水回収手段１０４で回収し、排水タンク１２０まで導き、排水タンク１２０では導かれた排水を漏れないように保水し溜め込む。

次に、図２を用いて排水タンク１２０での排水の保水方法について説明する。
図２は本発明の燃料電池における排水タンク内の状態を示す概略図である。２１は排水タンク１２０に排水を受け入れる吸水口であり、２０１は吸水口２１から排水タンク１２０の全体に排水を導く吸水性の紙などで出来た導水性物質であり、導水手段を示す。２０２は高分子吸収体等で出来た保水性物質であり、保水手段を示す。１２１は導水性物質２０１，保水性物質２０２がパッキングされた排水パックである。２０２ｂは保水性物質が十分に排水を吸収し保水している状態であり、２０２ａは保水性物質がまだ排水を含んでいない状態を表す。

排水タンク１２０では排水回収手段１０４により回収された排水が吸水口２１まで導かれ、導水性物質２０１により排水タンク１２０の中に吸水される。吸水タンク１２０では始めに吸水口２１付近の保水性物質の吸収され２０２ｂのように膨らみ飽和した状態になるが、導水性物質２０１の毛細管現象によりさらに奥の保水性物質２０２ａのところまで排水が導かれ保水されていく。ここで、排水パック１２１は排水タンク１２０より容易に着脱可能となっている。また、排水タンク１２０は発電モジュール１０とは分離して排水パックの処理が出来る形にしても良い。

このように吸水口２１に導かれた排水は、排水タンク１２０全体の保水性物質に導かれ保水される。これにより、排水タンク一杯に排水を保水することが出来るのでスペースの無駄がなく、また、排水が機器に漏れ出すこともない。また、排水パックがいっぱいになったら排水パックのみを分離して、廃棄やリサイクルの処理が出来る。

次に図４を用いて排水タンク１２０内の導水性物質と保水性物質の他の形態について説明する。
図４は本発明の燃料電池における排水タンク内の他の状態を示す概略図である。図４において図１、図２と同じ物については同じ符号を付してある。図４の（Ｂ）（Ｃ）において、４０１は導水性物質、４０２は保水性物質であり、４０は導水性物質４０１の周りを保水性物質４０２で取り囲み、これを紐状に長くした排水パックである。４０２ａは保水性物質が水分を含む前の状態であり、４０２ｂは水分を十分に含んだ状態である。図４（Ａ）は排水パック４０を吸水口２１から排水タンク１２０全体に収容した図である。

図４の形態においても排水タンク１２０では、排水回収手段１０４により回収された排水が吸水口２１まで導かれ、導水性物質４０１により排水タンク１２０の中に吸水される。吸水タンク１２０では始めに吸水口２１付近の保水性物質に吸収され４０２ｂのように膨らみ飽和した状態になるが、導水性物質４０１の毛細管現象によりさらに奥の保水性物質４０２ａのところまで排水が導かれ保水されていく。また、排水パック４０はさらに全体をパッキングする形状にしても良い。

本形態でも排水タンク一杯に排水を保水することが出来る点、交換が容易な利点は、前記図２と同様であるが、さらに、排水パックの製造の容易性や排水タンクの大きさに合わせて、排水パックの量の調整が容易である利点が挙げられる。

さらに、図５を用いて排水タンク１２０内の導水性物質と保水性物質の他の形態について説明する。
図５は本発明の燃料電池における排水タンク内の他の状態を示す概略図である。図５においても図１、図２と同じ物については同じ符号を付してある。図５において５０１はシート状の導水性物質、５０２は導水性物質５０１の周りに貼られた保水性物質であり、これを折りたたんだものが排水パック５０である。５０２ａは保水性物質が水分を含む前の状態であり、５０２ｂは水分を十分に含んで膨らんだ状態である。

本形態においても吸水口２１付近で保水性物質に吸収され５０２ｂのように膨らみ飽和した状態になると、奥の保水性物質４０２ａを押していきさらに導水性物質４０１の毛細管現象によりさらに奥の保水性物質４０２ａのところまで排水が導かれ保水されていく。

本形態においても前記の例と同様の利点を備えているが、さらに本形態では吸水前の排水パック５０を小さく、排水タンク１２０の中に収容できる利点がある。

本発明の燃料電池は、発電により発生した排水をためる排水タンクにおいて、排水タンク内に収容されている交換が可能な排水パックを用いて、排水を排水タンクの全体に溜め込むことができ、機器内に排水が逆流することを防止でき、排水パックは排水タンクに対して容易に交換が可能であり、排水パックを排水タンクの容量に合わせて容易に作成でき、また排水パックを保水前にはコンパクトに作成できるので、ノートパソコン等の各種の機器に用いる燃料電池として利用することができる。

本発明の燃料電池を示すブロック図である。 本発明の燃料電池における排水タンク内の状態を示す概略図である。 燃料電池の発電原理を示す説明図である。 本発明の燃料電池における排水タンク内の他の状態を示す概略図である。 本発明の燃料電池における排水タンク内の他の状態を示す概略図である。

符号の説明

１０ 発電モジュール
１２０ 排水タンク
１２１ 排水パック
２１ 吸水口
２０１、４０１、５０１ 導水性物質
２０２、４０２、５０２ 保水性物質
３０ 発電手段
３１ 燃料タンク
３２ 負荷
３０１ 燃料極
３０２ イオン交換膜
３０３ 空気極
４０ 排水パック
５０ 排水パック

Claims (7)

1. 発電用燃料を保持する燃料保持手段と、前記燃料保持手段から供給される発電用燃料を用いて電力を発生する発電手段と、前記発電手段より発生する排水を回収する排水回収手段と、前記排水回収手段により回収した排水を収容する排水タンクを備え、前記排水タンクが、排水を導水する導水手段と、前記導水手段により導水された排水を保水する保水手段を有する排水パックを備えていることを特徴とする燃料電池。
2. 前記導水手段に接して保水手段が設けられ、導水手段から導水された排水を保水手段を用いて保水することを特徴とする請求項１の燃料電池。
3. 前記導水手段と前記保水手段は、導水手段が内側で保水手段が外側に位置し、紐状に連続してなることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池。
4. 前記導水手段と前記保水手段は、導水手段がシート状で折りたたまれた形状で連続してなり、該導水手段を内側として保水手段が外側に位置して設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池。
5. 前記導水手段は前記排水タンクの吸水口に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の燃料電池。
6. 前記導水手段と前記保水手段を有する排水パックは、前記排水タンクより分離して交換が可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの項に記載の燃料電池。
7. 前記排水タンクは発電手段と一体化あるいは隣接して設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの項に記載の燃料電池。

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