JP2005267893A - Fuel supplying device for fuel cell, and fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素等気体を燃料とする燃料電池に関し、燃料カートリッジから燃料電池に気体燃料を供給する燃料供給装置に関するものである。特に、航空機内や高山等気圧が低下変動する場所に於いて、安定な発電を行うのに有効な燃料供給装置およびそれを用いた燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell that uses a gas such as hydrogen as a fuel, and relates to a fuel supply device that supplies gaseous fuel from a fuel cartridge to the fuel cell. In particular, the present invention relates to a fuel supply device that is effective for performing stable power generation in an aircraft or in a place where atmospheric pressure such as an alpine falls and varies, and a fuel cell using the same.
近年、環境破壊が問題となり有害な廃棄物の出ないクリーンなエネルギーが求められている。また、化石燃料の枯渇が問題となり新しいエネルギー源が求められている。一方エレクトロニクス分野では、情報量が増大しこれに伴って情報処理能力が飛躍的に拡大し電子機器の消費電力は増大する傾向にある。 In recent years, there has been a demand for clean energy free from harmful waste due to environmental destruction. In addition, depletion of fossil fuels has become a problem, and new energy sources are being sought. On the other hand, in the electronics field, the amount of information increases, and accordingly, the information processing capability dramatically increases and the power consumption of electronic devices tends to increase.
そこで、地球上に無尽蔵にある水に含まれ、化学エネルギーが大きく有害な物質を排出しない水素がエネルギー源として注目されている。特に直接電気エネルギーを取り出す燃料電池は、水素の利用効率も良く大きな電力をとりだせ自動車用からノートパソコン、携帯電話、ビデオカメラなどの携帯電子機器への応用が進められている。 Therefore, hydrogen, which is contained in inexhaustible water on the earth and does not emit harmful substances with large chemical energy, has attracted attention as an energy source. In particular, fuel cells that directly extract electric energy have high utilization efficiency of hydrogen and can generate large electric power, and are being applied to automobiles, portable electronic devices such as notebook computers, mobile phones, and video cameras.
水素から電気エネルギーを取り出す、所謂燃料電池は、水素が供給される水素電極と、酸素が供給される酸化電極を有し、水素電極で触媒反応により水素を電子とプロトンに分離し、プロトンは電解質膜を通過して酸化電極へ到達し、触媒反応により酸素と反応し水が生成するものであり、この過程で電子の流れすなわち電力が生成されるものである。 A so-called fuel cell that extracts electric energy from hydrogen has a hydrogen electrode to which hydrogen is supplied and an oxidation electrode to which oxygen is supplied. The hydrogen electrode separates hydrogen into electrons and protons by a catalytic reaction. It passes through the membrane and reaches the oxidation electrode, and reacts with oxygen by a catalytic reaction to generate water. In this process, an electron flow, that is, electric power is generated.
従来の電池と異なり燃料電池においては、充電の必要はなく燃料を使い切った後には燃料を補充するだけですぐに発電が可能であり長時間の機器使用に便利である。
また、燃料電池本体内に燃料カートリッジから燃料を供給する燃料電池は、例えば特許文献1に記載されている。
A fuel cell that supplies fuel from a fuel cartridge into the fuel cell main body is described in, for example, Patent Document 1.
このように、燃料電池は、いつでもどこでも燃料を補給することにより電気エネルギーを取り出すことが出来るが、従来の二次電池と異なり、水素等の気体を扱うこととなる。
また、燃料電池に燃料を供給するのに、燃料カートリッジを用いて行われているが、航空機内や高山等の気圧が変動する場所において燃料を供給する方法については配慮されていない。
As described above, the fuel cell can take out electric energy by replenishing the fuel anytime and anywhere. However, unlike a conventional secondary battery, the fuel cell handles a gas such as hydrogen.
In addition, fuel is supplied to the fuel cell by using a fuel cartridge. However, no consideration is given to a method of supplying fuel in a place where the air pressure fluctuates, such as in an airplane or an alpine.
本発明は、このような背景技術に鑑みてなされたものであり、航空機内や高山等の気圧が変動する場所に於いても、燃料電池に燃料カートリッジから安定した気体燃料の供給を可能とし、安定した出力が得られる燃料供給装置およびそれを用いた燃料電池を提供するものである。 The present invention has been made in view of such background art, and enables stable supply of gaseous fuel from a fuel cartridge to a fuel cell even in a place where air pressure fluctuates, such as in an airplane or an alpine, A fuel supply device capable of obtaining a stable output and a fuel cell using the same are provided.
本発明ではかかる目的を達成するために、燃料カートリッジから供給される気体燃料の圧力を所定値に安定に維持するために、大気圧の影響を受けない燃料供給装置を提案するものである。特に、燃料電池内に設けられダイアフラムを使用して、燃料電池内の気体燃料の圧力の変動を検知し、自動的に燃料カートリッジの気体燃料の供給バルブの開閉を調節して、所定の圧力を維持しながら燃料供給を行うものである。 In order to achieve this object, the present invention proposes a fuel supply device that is not affected by atmospheric pressure in order to stably maintain the pressure of the gaseous fuel supplied from the fuel cartridge at a predetermined value. In particular, a diaphragm provided in the fuel cell is used to detect a change in the pressure of the gaseous fuel in the fuel cell, and automatically adjust the opening and closing of the gaseous fuel supply valve of the fuel cartridge to adjust the predetermined pressure. The fuel is supplied while maintaining.
すなわち、本発明の第1は、気体燃料を燃料カートリッジから燃料電池に供給する燃料供給装置であって、燃料電池に内蔵された密閉構造からなり、密閉された内部の圧力を調整することができる圧力調整器と、該圧力調整器に設けられ、燃料電池で消費される気体燃料の圧力変動により膨張収縮するダイアフラムと、該ダイアフラムの膨張収縮により開閉し、燃料カートリッジに収容されている気体燃料を燃料電池へ供給する供給バルブとを有することを特徴とする燃料電池用燃料供給装置である。 That is, a first aspect of the present invention is a fuel supply device that supplies gaseous fuel from a fuel cartridge to a fuel cell, and has a sealed structure built in the fuel cell, and can adjust the sealed internal pressure. A pressure regulator; a diaphragm that is provided in the pressure regulator and expands and contracts due to pressure fluctuations of the gaseous fuel consumed in the fuel cell; and a gas fuel that is opened and closed by the expansion and contraction of the diaphragm and accommodated in the fuel cartridge A fuel supply device for a fuel cell, comprising: a supply valve that supplies the fuel cell.
前記ダイアフラムは燃料電池に、供給バルブは燃料カートリッジに設けられ、該ダイアフラムと供給バルブは燃料カートリッジを燃料電池に装着すると、装着部において接触する。
前記ダイアフラムは、密閉された圧力調整器の内部の気体の圧力により一定の圧力に保たれているのが好ましい。
前記ダイアフラムは、密閉された圧力調整器の内部の気体の圧力と、弾性体の押圧力により一定の圧力に保たれているのが好ましい。
The diaphragm is provided in the fuel cell, and the supply valve is provided in the fuel cartridge. When the fuel cartridge is attached to the fuel cell, the diaphragm and the supply valve come into contact at the attachment portion.
The diaphragm is preferably maintained at a constant pressure by the pressure of the gas inside the sealed pressure regulator.
The diaphragm is preferably maintained at a constant pressure by the pressure of the gas inside the sealed pressure regulator and the pressing force of the elastic body.
また、本発明の第2は、上記の燃料供給装置を用いた燃料電池である。 A second aspect of the present invention is a fuel cell using the above fuel supply device.
本発明の燃料供給装置によれば、燃料電池を使用する環境、特に気圧の変化に影響されずに所定の燃料ガス圧力を維持して燃料電池に気体燃料を供給することが可能であり、燃料電池から安定した出力を得ることが出来る。 According to the fuel supply device of the present invention, it is possible to supply gaseous fuel to the fuel cell while maintaining a predetermined fuel gas pressure without being affected by the environment in which the fuel cell is used, in particular, a change in atmospheric pressure. A stable output can be obtained from the battery.
本発明は、燃料電池に使用する気体燃料の圧力調節をして、気体燃料を燃料カートリッジから燃料電池に供給する燃料供給装置である。
本発明の燃料供給装置は、気体燃料を燃料カートリッジから燃料電池に供給する燃料供給装置であって、燃料電池に内蔵された密閉構造からなり、密閉された内部の圧力を調整することができる圧力調整器と、該圧力調整器(以降、レギュレータと記す)に設けられ、燃料電池で消費される気体燃料の圧力変動により膨張収縮するダイアフラムと、該ダイアフラムの膨張収縮により開閉し、燃料カートリッジに収容されている気体燃料を燃料電池へ供給する供給バルブとを有することを特徴とする。
The present invention is a fuel supply device that adjusts the pressure of a gaseous fuel used in a fuel cell and supplies the gaseous fuel from a fuel cartridge to the fuel cell.
The fuel supply device of the present invention is a fuel supply device that supplies gaseous fuel from a fuel cartridge to a fuel cell, and has a sealed structure built in the fuel cell, and is capable of adjusting the sealed internal pressure. A regulator, a pressure regulator (hereinafter referred to as a regulator), and a diaphragm that expands and contracts due to pressure fluctuations of gaseous fuel consumed in the fuel cell, and opens and closes by expansion and contraction of the diaphragm, and is accommodated in a fuel cartridge And a supply valve for supplying the gaseous fuel to the fuel cell.
本発明の望ましい実施形態を図を用いて説明する。
図1は本発明の好ましい実施形態を示す中央断面図である。図2は燃料電池本体1と燃料カートリッジ2が接続された状態を示す外観図である。図3は燃料カートリッジだけを示した斜視図である。3は燃料カートリッジ筐体であり圧縮水素が充填されるか、あるいは水素吸蔵合金、例えばFe−Ti合金,Ti−Mn合金などに水素を吸蔵させる構成となっていても良い。3aは、後に詳述するカバー部材、4bは供給バルブの凸部である。
A desirable embodiment of the present invention is described using a figure.
FIG. 1 is a central sectional view showing a preferred embodiment of the present invention. FIG. 2 is an external view showing a state in which the fuel cell main body 1 and the fuel cartridge 2 are connected. FIG. 3 is a perspective view showing only the fuel cartridge. Reference numeral 3 denotes a fuel cartridge housing, which may be filled with compressed hydrogen, or may be configured to occlude hydrogen in a hydrogen storage alloy such as an Fe—Ti alloy or Ti—Mn alloy. 3a is a cover member to be described in detail later, and 4b is a convex portion of the supply valve.
図4は、燃料電池本体を示す斜視図であり、わかりやすいように図1の右からの視点から描いている。6は燃料電池本体の筐体である。6aは凹部であり、燃料カートリッジの接続部が挿入される。 FIG. 4 is a perspective view showing the fuel cell main body, and is drawn from the viewpoint from the right of FIG. 1 for easy understanding. Reference numeral 6 denotes a casing of the fuel cell main body. Reference numeral 6a denotes a concave portion into which the connecting portion of the fuel cartridge is inserted.
図1において、3aはカバー部材であり、供給バルブ4の凸部4bの周囲に配置されており、凸部4bより突出部が大きくなっている。供給バルブ4の円錐面4aは燃料カートリッジの円錐面3bと接触し気体燃料が外部に出ないようになされている。5は圧縮バネであり燃料カートリッジ内の部材(不図示)に図中右端部が固定されており、左端部は供給バルブ4の底面4cを押圧するようになされている。すなわち、水素ガス圧と圧縮バネ5の力により、円錐面3bと4aが接触し水素ガスが燃料カートリッジ外に漏れないようになっている。
In FIG. 1, 3a is a cover member and is arrange | positioned around the convex part 4b of the supply valve 4, and the protrusion part is larger than the convex part 4b. The
図中の供給バルブ4及びカバー部材3aは子供の指に比べて小さく出来ており、カバー部材の孔3c内の供給バルブ4の凸部4bに子供の指が届かないような寸法と成っている。
The supply valve 4 and the cover member 3a in the figure are made smaller than the child's finger, and are dimensioned so that the child's finger cannot reach the convex portion 4b of the supply valve 4 in the
6aは凹部であり、内部にV形溝6cが形成され、シール部材であるOリング7が配置されている。3gは、カバー部材3aに設けられたねじ部である。
次に、作動を説明する。
Reference numeral 6a denotes a recess having a V-shaped groove 6c formed therein and an O-
Next, the operation will be described.
燃料電池本体に燃料カートリッジ1が挿入されると、カバー部材3aの先端部に形成された面取り部3eがシール部材7と当接しシール部材7を圧縮しながらカバー部材3aが図1中、左方向に移動する。シール部材7はカバー部材3aの外面3dと密着し燃料流路を気密にする。
When the fuel cartridge 1 is inserted into the fuel cell body, the chamfered portion 3e formed at the front end of the cover member 3a contacts the
6dは凹部6aに設けられたねじ部である。シール部材7が凹部6aとカバー部材3aに依って圧縮され燃料流路の気密が確保された後、ねじ3gと6dがかみ合い燃料カートリッジの筐体3をねじ込むことにより供給バルブ4と後述ピン8が当接し、気体燃料圧および圧縮バネ5の力に抗して燃料カートリッジ2が更に凹部6aに挿入され、円錐面3b、4aの接触が断たれて燃料カートリッジの筐体3内部から水素ガスが燃料電池本体1に供給される。
6d is a screw part provided in the recess 6a. After the
燃料カートリッジの筐体3の面3fと燃料電池本体の筐体6の面6bが当接して挿入が終了し、燃料電池本体1と燃料カートリッジ2は固定される。
9はダイアフラムであり円盤形をなしており外周部9aがレギュレータ本体の筐体10に固定されている。筐体10は、筐体6の内部の固定された部材(不図示)に固定されている。ダイアフラム9は中央の平面部9bにピン8が固定されており、同芯円状に波形の凹凸が形成されており、図中右側の水素ガス圧力と筐体10内部のガス圧を受けている。また上記水素ガス圧力の変化により自由に図中左右方向に変位可能となっている。
The
Reference numeral 9 denotes a diaphragm, which has a disk shape, and an outer
ピン8の図中右端部は球面8aとなっており、供給バルブ4の凸部4bと当接するようになっている。11は圧縮バネであり、一端が筐体10の内部に、他端がピンが固定されているダイアフラム9の平面部9bのピンとは反対側の面に固定されている。
The right end portion of the pin 8 in the drawing is a spherical surface 8a, and comes into contact with the convex portion 4b of the supply valve 4. Reference numeral 11 denotes a compression spring, one end of which is fixed to the inside of the
次に、作用を説明する。
燃料カートリッジの筐体3が挿入されねじ部3g、6dがかみ合ってねじ込まれ、面3fと6bが当接すると燃料カートリッジ内部の水素ガス圧と圧縮バネ5は図中左方向に力を作用させる。ダイアフラムの筐体10内部のガス圧と圧縮バネ11は、図中右方向に力を作用させる。燃料電池本体の筐体6内部のガス圧はダイアフラム9に対し図中左方向に力を作用させる。これらの力の合力によりピン8及び供給バルブ4の位置が決定される。すなわち、燃料電池本体の筐体6内の水素ガス圧が所定の値となっているときに、供給バルブ4の円錐面4aと燃料カートリッジの円錐面3bが当接し、燃料カートリッジ側から燃料電池本体側への水素ガスの流入は停止される。
Next, the operation will be described.
When the housing 3 of the fuel cartridge is inserted and the
発電に伴い、水素ガスが消費されると、燃料電池本体の筐体6内の水素ガス圧が低下し、ダイアフラム9が図中右方向に変位する。これにより、ピン8が供給バルブ4を図中右方向に押して変位させ円錐面4aと3bの接触が解除され燃料カートリッジの筐体3内部の水素ガスが燃料電池本体側に流入される。
When the hydrogen gas is consumed with the power generation, the hydrogen gas pressure in the housing 6 of the fuel cell main body is lowered, and the diaphragm 9 is displaced rightward in the drawing. As a result, the pin 8 pushes the supply valve 4 to the right in the drawing to displace it, and the contact between the
以上、説明したようにダイアフラムの一側はレギュレータの筐体10に固定されており周囲の気圧の影響を受けることが無く、気圧が低いときあるいは高度の高い場所で使用する時にも安定した水素ガス圧を維持することが可能である。レギュレーターの筐体10内部のガス圧及び圧縮バネ11の力を適切に設定することにより、所望の水素ガス圧を維持することが出来る。本実施例で示した圧縮バネを用いずにレギュレータの筐体10内部のガス圧の設定のみで所望の水素ガス圧を得ることも可能である。
As described above, one side of the diaphragm is fixed to the
本発明の燃料供給装置は、燃料電池を使用する環境、特に気圧の変化に影響されずに所定の燃料ガス圧力を維持して燃料電池に気体燃料を供給することが可能であり、燃料電池から安定した出力を得ることが出来るので、航空機内や高山等の気圧が変動する場所に於いて用いる燃料電池に利用することができる。 The fuel supply device of the present invention is capable of supplying gaseous fuel to a fuel cell while maintaining a predetermined fuel gas pressure without being affected by changes in the environment in which the fuel cell is used, particularly atmospheric pressure. Since a stable output can be obtained, it can be used for a fuel cell used in a place where the air pressure fluctuates, such as in an airplane or a high mountain.
1 燃料電池本体
2 燃料カートリッジ
3 燃料カートリッジ筐体
3a カバー部材
3b 円錐面
3c 孔
3d 外面
3e 面取り部
3f 面
4 供給バルブ
4a 円錐面
4b 凸部
5 圧縮ばね
6 燃料電池本体筐体
6a 凹部
6b 面
6c V溝
6d ねじ部
7 シール部材
8 ピン
8a 球面部
9 ダイアフラム
10 レギュレータ筐体
11 圧縮バネ
12 装着部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell main body 2 Fuel cartridge 3 Fuel cartridge housing | casing
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004074756A JP2005267893A (en) | 2004-03-16 | 2004-03-16 | Fuel supplying device for fuel cell, and fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004074756A JP2005267893A (en) | 2004-03-16 | 2004-03-16 | Fuel supplying device for fuel cell, and fuel cell |
Publications (1)
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JP2005267893A true JP2005267893A (en) | 2005-09-29 |
Family
ID=35092235
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2004074756A Pending JP2005267893A (en) | 2004-03-16 | 2004-03-16 | Fuel supplying device for fuel cell, and fuel cell |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2005267893A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113497255A (en) * | 2021-06-30 | 2021-10-12 | 上海杰宁新能源科技发展有限公司 | Precise flow channel titanium metal joint applied to hydrogen fuel cell |
-
2004
- 2004-03-16 JP JP2004074756A patent/JP2005267893A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113497255A (en) * | 2021-06-30 | 2021-10-12 | 上海杰宁新能源科技发展有限公司 | Precise flow channel titanium metal joint applied to hydrogen fuel cell |
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