JP2006040769A - Cartridge for fuel cell, and fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池用カートリッジに関し、特に、電池内部で発生した副生成物を含む排ガスを外部に放出する手段を備えた燃料電池用カートリッジに関する。 The present invention relates to a cartridge for a fuel cell, and more particularly, to a cartridge for a fuel cell provided with means for discharging exhaust gas containing by-products generated inside the cell to the outside.
燃料電池は、燃料極および酸化剤極と、これらの間に設けられた電解質から構成され、燃料極には燃料が、酸化剤極には酸化剤が供給されて電気化学反応により発電する。燃料としては、一般的には水素が用いられるが、近年、安価で取り扱いの容易なメタノールを燃料として直接利用する直接型の燃料電池の開発も盛んに行われている。 A fuel cell is composed of a fuel electrode and an oxidant electrode, and an electrolyte provided therebetween. The fuel cell is supplied with fuel, and the oxidant electrode is supplied with an oxidant to generate electricity by an electrochemical reaction. In general, hydrogen is used as a fuel. However, in recent years, development of a direct type fuel cell using methanol which is inexpensive and easy to handle as a fuel has been actively performed.
燃料として水素を用いた場合、燃料極での反応は以下の式(1)のようになる。 When hydrogen is used as the fuel, the reaction at the fuel electrode is represented by the following formula (1).
3H2 → 6H+ + 6e− (1) 3H 2 → 6H + + 6e − (1)
燃料としてメタノールを用いた場合、燃料極での反応は以下の式(2)のようになる。 When methanol is used as the fuel, the reaction at the fuel electrode is represented by the following equation (2).
CH3OH + H2O → 6H+ + CO2 + 6e− (2) CH 3 OH + H 2 O → 6H + + CO 2 + 6e − (2)
また、いずれの場合も、酸化剤極での反応は以下の式(3)のようになる。 In either case, the reaction at the oxidant electrode is represented by the following formula (3).
3/2O2 + 6H+ + 6e− → 3H2O (3) 3 / 2O 2 + 6H + + 6e − → 3H 2 O (3)
特に、直接型の燃料電池では、メタノール水溶液から水素イオンを得ることができるので、改質器等が不要になり、燃料電池の小型化および実用化に向けての利点が大きい。また、液体のメタノール水溶液を燃料とするため、エネルギー密度が非常に高いという特徴がある。 In particular, in a direct type fuel cell, hydrogen ions can be obtained from an aqueous methanol solution, so that a reformer or the like is not necessary, and there are great advantages for miniaturization and practical use of the fuel cell. Further, since a liquid methanol aqueous solution is used as a fuel, the energy density is very high.
このような直接型の燃料電池においては、上記式(2)に示すように、燃料極では電気化学反応によって二酸化炭素が発生する。また、上記式(3)に示すように、酸化剤極では水が発生する。燃料電池においては、これら以外に未反応の燃料や電気化学反応の副生成物であるホルムアルデヒドやギ酸等の有害物質も発生する。燃料は酸化剤極側にもクロスオーバするため、このような副生成物は燃料極側のみならず、酸化剤極側でも発生する。 In such a direct fuel cell, as shown in the above formula (2), carbon dioxide is generated by an electrochemical reaction at the fuel electrode. Further, as shown in the above formula (3), water is generated at the oxidant electrode. In the fuel cell, other than these, unreacted fuel and harmful substances such as formaldehyde and formic acid which are by-products of the electrochemical reaction are also generated. Since the fuel also crosses over to the oxidant electrode side, such a by-product is generated not only on the fuel electrode side but also on the oxidant electrode side.
特許文献1には、燃料電池の電気化学反応によって生成した反応生成物を排出する反応生成物排出口と、反応生成物排出口に接続され、反応生成物を貯蔵するための反応生成物貯蔵室を含む容器とを含む燃料電池が開示されている。また、ここでは、未反応の燃料および電気化学反応の副生成物であるホルムアルデヒドやギ酸等の有害物質を吸着するための活性炭やゼオライトなどの吸着材やこれらの有害物質を分解させるための銀などの貴金属触媒、無機触媒、または微生物触媒を、単独または適宜組み合わせて容器内に添加しておくことが記載されている。これにより、これらの有害物質が容器内に回収された場合であっても、容器の処理やリサイクル上の問題を解消することができる。 Patent Document 1 discloses a reaction product discharge port for discharging a reaction product generated by an electrochemical reaction of a fuel cell, and a reaction product storage chamber connected to the reaction product discharge port for storing the reaction product. And a container containing the fuel cell. Also here, unreacted fuel and adsorbents such as activated carbon and zeolite for adsorbing harmful substances such as formaldehyde and formic acid which are byproducts of electrochemical reaction, silver for decomposing these harmful substances, etc. It is described that these noble metal catalysts, inorganic catalysts, or microbial catalysts are added alone or in appropriate combination in a container. Thereby, even if it is a case where these harmful substances are collect | recovered in the container, the problem on a process or recycling of a container can be eliminated.
また、特許文献2には、内部が、水を透過しない材料からなる隔壁により2室に分割され、隔壁により分割された2室のうち1室が、燃料電池からの排出物を収容する目的で使用される燃料カートリッジが開示されている。 Further, in Patent Document 2, the inside is divided into two chambers by a partition made of a material that does not transmit water, and one of the two chambers divided by the partition contains an exhaust from the fuel cell. A fuel cartridge for use is disclosed.
この燃料カートリッジの一室は、燃料電池に供給される燃料が収容され、燃料の消費に伴って内容積が減少し、燃料カートリッジの他室は、燃料電池から排出された排出物によって内容積が増加していく構成となっている。燃料カートリッジの他室には、吸水性材料が収容されており、排出物に含まれるメタノールを含む水とともに、中間生成物が吸収されて保持される。吸水性材料としては、アニオン系給水ポリマーまたはノニオン系の吸水ポリマーなどを用いている。このようにして、燃料カートリッジ内に収容された排出物は燃料がなくなったときに燃料カートリッジとともに燃料電池から取り外されて廃棄される。 In one chamber of the fuel cartridge, the fuel supplied to the fuel cell is accommodated, and the internal volume decreases as the fuel is consumed. In the other chamber of the fuel cartridge, the internal volume is reduced by the discharge from the fuel cell. The composition is increasing. A water-absorbing material is accommodated in the other chamber of the fuel cartridge, and the intermediate product is absorbed and held together with water containing methanol contained in the discharge. As the water absorbing material, an anionic water supply polymer or a nonionic water absorption polymer is used. In this way, the waste contained in the fuel cartridge is removed from the fuel cell together with the fuel cartridge when the fuel runs out and discarded.
また、特許文献3には、燃料収納容器、燃料供給部、燃料極および燃料排出部を密閉して接続し、燃料極から排出される燃料酸化生成物を吸収する生成物吸収部を有する燃料電池システムが開示されている。この生成物吸収部は、物理吸着により二酸化炭素を固定化する活性炭などや、化学反応により二酸化炭素を吸収するアルカリ性固体もしくは液体が用いられている。
しかしながら、上記文献1、2記載の従来の燃料電池用カートリッジでは、燃料電池内で発生した水または二酸化炭素などの生成物とともに中間生成物を容器内に回収して燃料電池用カートリッジとともに廃棄するように構成されている。そのため容器内に二酸化炭素が充満し、回収容器が膨張したり、容器内の内圧が高まったりするという問題があった。 However, in the conventional fuel cell cartridge described in the above-mentioned documents 1 and 2, the intermediate product is collected in the container together with the product such as water or carbon dioxide generated in the fuel cell and discarded together with the fuel cell cartridge. It is configured. For this reason, there is a problem that the container is filled with carbon dioxide, the recovery container expands, and the internal pressure in the container increases.
さらに、従来の燃料電池用カートリッジにおいて、排出物を吸水性材料に吸収させて回収する場合、経時的に排出物を回収する吸水性材料の容量が増加するとともに、排出物の吸収効率が経時的に低下するといった問題点があった。また、従来の燃料電池用カートリッジでは、固体の吸着剤を使用していたが、この場合、排出物に水蒸気が含まれていると、吸着剤の表面に水蒸気が吸着するため吸着効率が低下するといった問題点があった。 Further, in the conventional fuel cell cartridge, when the waste is absorbed and collected by the water-absorbing material, the capacity of the water-absorbing material for collecting the waste increases with time, and the efficiency of absorbing the waste with time is increased. There was a problem that it decreased. In addition, in the conventional fuel cell cartridge, a solid adsorbent is used, but in this case, if the discharge contains water vapor, the adsorption efficiency decreases because the water vapor is adsorbed on the surface of the adsorbent. There was a problem.
特許文献3では、二酸化炭素を吸収する液体を用いる例が開示されているので、回収容器の膨張などの問題は避けられる。しかし、密閉系であるため、吸収剤として二酸化炭素を吸収しない材料を使う場合には膨張などは避けられない。したがって、吸収剤はアルカリ溶液等に限定される。たとえば、水1mlに対して二酸化炭素は1.1mlしか溶けないので(水温25℃)、水は、このような密閉構造には使うことができない。また、この燃料電池用カートリッジでは、燃料極側からの排出物のみを回収する構成であるので、酸化剤極にクロスオーバした未反応の燃料ガスや二酸化炭素、およびその副生成物は回収されない。 Patent Document 3 discloses an example using a liquid that absorbs carbon dioxide, so problems such as expansion of the collection container can be avoided. However, since it is a closed system, expansion is inevitable when using a material that does not absorb carbon dioxide as an absorbent. Therefore, the absorbent is limited to an alkaline solution or the like. For example, since only 1.1 ml of carbon dioxide is dissolved in 1 ml of water (water temperature 25 ° C.), water cannot be used in such a sealed structure. Further, since this fuel cell cartridge is configured to collect only the emissions from the fuel electrode side, unreacted fuel gas and carbon dioxide crossing over to the oxidizer electrode and its by-products are not recovered.
また、生成物の吸収に伴い、吸収効率が低下した場合は、生成物吸収部の容器毎交換する必要があり、容器の再利用はできなかった。 Moreover, when absorption efficiency fell with absorption of a product, it was necessary to replace | exchange each container of a product absorption part, and the reuse of a container was not made.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、取り扱いが容易な構成で、燃料電池内で発生した副生成物を回収し、無害化した二酸化炭素は電池の外部へ放出するため、ガス充満による容器の膨張などが生じず、複数回の使用に耐える燃料電池用カートリッジを提供するとともに、燃料電池システムの保全性および信頼性を向上させることのできる技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has an object of collecting a by-product generated in the fuel cell with a configuration that is easy to handle, and detoxifying the carbon dioxide that has been rendered harmless. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a fuel cell cartridge that can withstand multiple use without causing expansion of a container due to gas filling, and to provide a technology capable of improving the maintainability and reliability of the fuel cell system. .
本発明によれば、燃料電池に対して着脱可能に設けられ、前記燃料電池へ液体燃料を供給する燃料電池用カートリッジであって、前記燃料電池に前記液体燃料を供給するための燃料供給口を有し、前記液体燃料を収容する燃料室と、前記燃料電池から排出される排ガスを回収する排ガス回収口および前記排ガスを外部に放出するガス排出口を有し、内部に前記排ガス中に含まれる化学物質を溶解するための液体が収容される排ガス回収室と、を備えることを特徴とする燃料電池用カートリッジが提供される。 According to the present invention, there is provided a fuel cell cartridge that is detachably attached to a fuel cell and supplies liquid fuel to the fuel cell, the fuel supply port for supplying the liquid fuel to the fuel cell. A fuel chamber for storing the liquid fuel, an exhaust gas recovery port for recovering exhaust gas discharged from the fuel cell, and a gas exhaust port for discharging the exhaust gas to the outside, and contained in the exhaust gas inside There is provided a fuel cell cartridge comprising an exhaust gas recovery chamber in which a liquid for dissolving a chemical substance is stored.
本発明によれば、メタノール等の燃料ガスや電池内で発生した副生成物(ギ酸、ギ酸メチル、ホルムアルデヒドなど)等を含む排ガスを、排ガス回収室内の液体と接触させて通過させることによって、排ガス中に含まれる副生成物を溶解させて回収することができ、これにより無害化された二酸化炭素を電池の外部に放出することができ、排ガス回収室がガス充満で膨張したり、内圧が高まったりすることはない。 According to the present invention, exhaust gas containing fuel gas such as methanol and by-products (formic acid, methyl formate, formaldehyde, etc.) generated in the battery is contacted with the liquid in the exhaust gas recovery chamber to pass through the exhaust gas. By-products contained therein can be dissolved and recovered, thereby detoxifying carbon dioxide to the outside of the battery, and the exhaust gas recovery chamber expands due to gas filling, or the internal pressure is high. I don't get bored.
このように排ガス中に含まれる副生成物のみを液体に回収することができ、無害化された二酸化炭素は電池の外部に放出できるので、副生成物を収容する液体の体積が経時的に増加することもない。また吸水性材料を用いたときのように、経時的に吸収効率が低下することもない。 In this way, only the by-product contained in the exhaust gas can be recovered in the liquid, and the detoxified carbon dioxide can be released to the outside of the battery, so the volume of the liquid containing the by-product increases with time. I don't have to. In addition, the absorption efficiency does not decrease over time unlike when a water-absorbing material is used.
本発明の燃料電池用カートリッジにおいて、前記排ガス回収口は、前記燃料電池の酸化剤極から排出される排ガスを回収することができる。この構成によれば、燃料電池の酸化剤極にクロスオーバした未反応の燃料ガスや二酸化炭素、およびその副生成物を回収することができる。 In the fuel cell cartridge of the present invention, the exhaust gas recovery port can recover the exhaust gas discharged from the oxidant electrode of the fuel cell. According to this configuration, unreacted fuel gas and carbon dioxide crossing over the oxidant electrode of the fuel cell and by-products thereof can be recovered.
本発明の燃料電池用カートリッジにおいて、前記排ガスが前記液体中に導かれるように構成することができる。この構成によれば、排ガスを液体中に導くことにより排ガスに含まれる副生成物を液体に効率よく溶解することができる。 In the fuel cell cartridge of the present invention, the exhaust gas can be configured to be guided into the liquid. According to this configuration, by-products contained in the exhaust gas can be efficiently dissolved in the liquid by introducing the exhaust gas into the liquid.
本発明の燃料電池用カートリッジにおいて、前記排ガス回収口に設けられた多孔質の気泡発泡部を含み、前記排ガスが、前記気泡発泡部を介して前記排ガス回収室内に気泡として導入されることができる。 The fuel cell cartridge of the present invention includes a porous bubble foaming portion provided in the exhaust gas recovery port, and the exhaust gas can be introduced as bubbles into the exhaust gas recovery chamber through the bubble foaming portion. .
ここで、気泡発泡部としては多孔質のエアストーンを用いることができる。多孔質のエアストーンは、たとえば、1300℃程度の高温で焼入れされたセラミック製のものや、プラスチック材を発泡させ、圧縮し成型して得られるウレタン樹脂製のものであり、これを介して排ガスを排ガス回収室内に気泡として導入することにより、副生成物の液体への溶解効率を向上させることができる。 Here, a porous air stone can be used as the bubble foaming portion. The porous air stone is, for example, made of ceramic hardened at a high temperature of about 1300 ° C. or made of urethane resin obtained by foaming, compressing and molding a plastic material. Is introduced into the exhaust gas recovery chamber as bubbles, so that the dissolution efficiency of the by-product in the liquid can be improved.
本発明の燃料電池用カートリッジにおいて、前記排ガス回収室に気液分離膜を設けることができる。ここで、気液分離膜は、たとえば、ポリエーテルスルホンやアクリル共重合体などからなる疎水性膜である。この構成によれば、排ガス回収室内の液体を通過した排ガスを気液分離膜を介して分離し、無害化された二酸化炭素を外部に放出することができる。 In the fuel cell cartridge of the present invention, a gas-liquid separation membrane can be provided in the exhaust gas recovery chamber. Here, the gas-liquid separation membrane is a hydrophobic membrane made of, for example, polyethersulfone or an acrylic copolymer. According to this configuration, the exhaust gas that has passed through the liquid in the exhaust gas recovery chamber can be separated via the gas-liquid separation membrane, and detoxified carbon dioxide can be released to the outside.
本発明の燃料電池用カートリッジにおいて、前記ガス排出口に設けられたガス吸着フィルタを含み、前記気液分離膜を通過した前記排ガスが、前記ガス吸着フィルタを介して外部に排出されるように構成することができる。 The fuel cell cartridge according to the present invention includes a gas adsorption filter provided in the gas discharge port, and the exhaust gas that has passed through the gas-liquid separation membrane is discharged to the outside through the gas adsorption filter. can do.
ここで、ガス吸着フィルタの材料としては、活性炭、活性炭表面にアミン系化合物を修飾したもの、ジニトロフェニルヒドラジン(DNPH)、または過マンガン酸カリウムが例示される。特に、吸着能力の点から活性炭表面にアミン系化合物を修飾したものが好適である。ガス吸着フィルタを介して排ガスを電池の外部に放出するので、液体によって回収されなかった排ガスに含まれる副生成物を回収することができ、より確実に副生成物を排ガスから除去することができる。 Here, examples of the material for the gas adsorption filter include activated carbon, an activated carbon surface modified with an amine compound, dinitrophenylhydrazine (DNPH), or potassium permanganate. In particular, an activated carbon surface modified with an amine compound is preferable from the viewpoint of adsorption capacity. Since the exhaust gas is discharged to the outside of the battery through the gas adsorption filter, the by-product contained in the exhaust gas that has not been recovered by the liquid can be recovered, and the by-product can be more reliably removed from the exhaust gas. .
本発明の燃料電池用カートリッジにおいて、前記ガス排出口に設けられ、前記気液分離膜を通過した前記排ガスを酸化する酸化部を含むことができる。 The fuel cell cartridge according to the present invention may include an oxidizer provided at the gas discharge port for oxidizing the exhaust gas that has passed through the gas-liquid separation membrane.
ここで、酸化部は、ガス排出口に設けられた触媒であってもよい。ここで用いる触媒としては、たとえば、Pt、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Nb、Mo、Ru、Pd、Ag、In、Sn、Sb、W、Au、Pb、Biのうちの少なくとも一種を含む金属、合金、またはそれらの酸化物を用いることができる。これらの触媒は、排ガスを効率よく酸化させることができる。 Here, the oxidation part may be a catalyst provided at the gas outlet. Examples of the catalyst used here include Pt, Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Nb, Mo, Ru, Pd, Ag, In, Sn, Sb, W, Au, Pb, and Bi. A metal, an alloy, or an oxide thereof containing at least one of the above can be used. These catalysts can oxidize exhaust gas efficiently.
また、酸化部は触媒による排ガスの酸化を促進させるために酸化促進手段を設けても良い。酸化促進手段は、たとえば、ガスまたは触媒を加熱する加熱部等を具備した構成とすることができる。このようにすれば、排ガス回収室内の液体を透過した後の排ガスに含まれる副生成物を効率よく確実に酸化させることができる。また、燃料電池を長時間使用した後に、触媒により酸化しきれなかった成分や液状化した成分が触媒に付着した場合であっても、そのような成分を効率よく、より確実に酸化させて完全に除去することができ、性能を維持することができる。また、酸化促進手段は、酸素を含む気体を供給する酸素供給部を有することができる。 Further, the oxidation part may be provided with an oxidation promoting means for promoting the oxidation of the exhaust gas by the catalyst. The oxidation accelerating means can be configured to include, for example, a heating unit for heating a gas or a catalyst. In this way, the by-product contained in the exhaust gas after passing through the liquid in the exhaust gas recovery chamber can be efficiently and reliably oxidized. In addition, even after the fuel cell has been used for a long time, even if components that could not be oxidized by the catalyst or liquefied components adhered to the catalyst, such components would be oxidized efficiently and more reliably and completely. The performance can be maintained. In addition, the oxidation promoting means can have an oxygen supply part that supplies a gas containing oxygen.
本発明の燃料電池用カートリッジにおいては、前記液体は、二酸化炭素を吸収する材料に限定されず、入手が容易な水、アルコールでも使用できる。ただし、漏洩しても集電体等の部材を著しく酸化することがないように、pH2以上であることが好ましく、pH3以上であることがより好ましい。また、強いアルカリ性の液体が電解質膜に付着した場合、プロトン伝導度を下げる等の劣化を及ぼすことを発明者らは確認しているので、pH9以下であることが好ましく、pH8以下であることがより好ましい。本発明の主旨に適合する代表的な液体は水である。水は極性溶媒であるため、副生成物を溶解しやすく、本発明の目的に特に好適である。 In the fuel cell cartridge of the present invention, the liquid is not limited to a material that absorbs carbon dioxide, and water and alcohol that are easily available can also be used. However, the pH is preferably 2 or more and more preferably pH 3 or more so that members such as a current collector are not significantly oxidized even if leaked. In addition, since the inventors have confirmed that when a strong alkaline liquid adheres to the electrolyte membrane, the proton conductivity is deteriorated, the pH is preferably 9 or less, and preferably 8 or less. More preferred. A representative liquid that meets the gist of the present invention is water. Since water is a polar solvent, it easily dissolves by-products and is particularly suitable for the purposes of the present invention.
本発明によれば、燃料極、酸化剤極およびこれらに挟持される電解質膜を備えた燃料電池と、前記燃料極に対して液体燃料を供給する燃料供給系と、前記燃料極または前記酸化剤極で発生した気体を回収する気体回収系と、前記燃料供給系および前記気体回収系に対して着脱可能に設けられた燃料電池用カートリッジと、を備え、前記燃料電池用カートリッジが上記燃料電池用カートリッジであることを特徴とする燃料電池システムが提供される。 According to the present invention, a fuel cell including a fuel electrode, an oxidant electrode, and an electrolyte membrane sandwiched therebetween, a fuel supply system that supplies liquid fuel to the fuel electrode, and the fuel electrode or the oxidant A gas recovery system for recovering gas generated at the pole; and a fuel cell cartridge detachably attached to the fuel supply system and the gas recovery system, wherein the fuel cell cartridge is for the fuel cell. A fuel cell system is provided that is a cartridge.
この構成によれば、気体回収系により、燃料電池の燃料極および酸化剤極の両方から排出される排ガスを回収することができるので、酸化剤極にクロスオーバした未反応の燃料ガスや、二酸化炭素、およびその副生成物を含む排ガスを液体と接触させて通過させることによって、酸化剤極から発生した排ガス中に含まれる副生成物も溶解させて回収することができる。このように、燃料電池内で発生した副生成物を燃料カートリッジ内で回収し、無害化された二酸化炭素を外部に放出することができる。 According to this configuration, since the exhaust gas discharged from both the fuel electrode and the oxidant electrode of the fuel cell can be recovered by the gas recovery system, unreacted fuel gas that has crossed over to the oxidant electrode, By passing the exhaust gas containing carbon and its by-products in contact with a liquid, the by-product contained in the exhaust gas generated from the oxidizer electrode can be dissolved and recovered. Thus, by-products generated in the fuel cell can be recovered in the fuel cartridge, and detoxified carbon dioxide can be released to the outside.
本発明の燃料電池システムにおいて、前記気体回収系が回収した前記気体を排出する排出口を有し、前記燃料電池用カートリッジの前記排ガス回収口および前記燃料電池の前記気体回収系の前記排出口のいずれか一方を覆うように設けられた隔膜、および他方に設けられた中空針を備え、前記燃料電池用カートリッジが前記燃料電池に接続されたとき、前記中空針が前記隔膜を貫通し、前記排ガス回収口および前記排出口が連通することができる。 In the fuel cell system of the present invention, the gas recovery system has an exhaust port for discharging the gas recovered, and the exhaust gas recovery port of the fuel cell cartridge and the exhaust port of the gas recovery system of the fuel cell are provided. A diaphragm provided so as to cover either one, and a hollow needle provided on the other, and when the fuel cell cartridge is connected to the fuel cell, the hollow needle penetrates the diaphragm, and the exhaust gas The collection port and the discharge port can communicate with each other.
本発明の燃料電池システムにおいて、燃料電池は、燃料極に液体燃料を供給する直接型燃料電池とすることができる。燃料としては、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、または他のアルコール類、あるいはシクロパラフィン等の液体炭化水素等の有機液体燃料を用いることができる。 In the fuel cell system of the present invention, the fuel cell can be a direct fuel cell that supplies liquid fuel to the fuel electrode. As the fuel, methanol, ethanol, dimethyl ether, other alcohols, or an organic liquid fuel such as a liquid hydrocarbon such as cycloparaffin can be used.
本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の前記気体回収系の前記排出口と前記燃料電池用カートリッジの前記排出ガス回収口の間に設けられ、前記燃料電池の前記気体回収系で回収された排ガスを酸化する酸化部を含むことができる。 In the fuel cell system of the present invention, the fuel cell system is provided between the exhaust port of the gas recovery system of the fuel cell and the exhaust gas recovery port of the fuel cell cartridge, and is recovered by the gas recovery system of the fuel cell. An oxidation part that oxidizes the exhaust gas can be included.
ここで、酸化部は、前記燃料電池の前記気体回収系の前記排出口と前記燃料電池用カートリッジの前記排出ガス回収口の間に設けられた触媒であってもよい。ここで用いる触媒としては、たとえば、Pt、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Nb、Mo、Ru、Pd、Ag、In、Sn、Sb、W、Au、Pb、Biのうちの少なくとも一種を含む金属、合金、またはそれらの酸化物を用いることができる。これらの触媒は、排ガスを効率よく酸化させることができる。 Here, the oxidation unit may be a catalyst provided between the exhaust port of the gas recovery system of the fuel cell and the exhaust gas recovery port of the fuel cell cartridge. Examples of the catalyst used here include Pt, Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Nb, Mo, Ru, Pd, Ag, In, Sn, Sb, W, Au, Pb, and Bi. A metal, an alloy, or an oxide thereof containing at least one of the above can be used. These catalysts can oxidize exhaust gas efficiently.
また、酸化部は触媒による排ガスの酸化を促進させるために酸化促進手段を設けても良い。酸化促進手段は、たとえば、ガスまたは触媒を加熱する加熱部等を具備した構成とすることができる。このようにすれば、排ガス回収室内の液体を透過する前の排ガスに含まれる、未反応の燃料ガスや副生成物を効率よく確実に酸化させることができる。また、燃料電池を長時間使用した後に、触媒により酸化しきれなかった成分や液状化した成分が触媒に付着した場合であっても、そのような成分を効率よく、より確実に酸化させて完全に除去することができ、性能を維持することができる。また、酸化促進手段は、酸素を含む気体を供給する酸素供給部を有することができる。 Further, the oxidation part may be provided with an oxidation promoting means for promoting the oxidation of the exhaust gas by the catalyst. The oxidation accelerating means can be configured to include, for example, a heating unit for heating a gas or a catalyst. In this way, it is possible to efficiently and reliably oxidize unreacted fuel gas and by-products contained in the exhaust gas before passing through the liquid in the exhaust gas recovery chamber. In addition, even after the fuel cell has been used for a long time, even if components that could not be oxidized by the catalyst or liquefied components adhered to the catalyst, such components would be oxidized efficiently and more reliably and completely. The performance can be maintained. In addition, the oxidation promoting means can have an oxygen supply part that supplies a gas containing oxygen.
本発明によれば、内部に液体が収容される排ガス回収室を備えているため、燃料電池内で発生した副生成物を回収し、無害化した二酸化炭素は電池の外部に放出する、複数回の使用に耐える燃料電池用カートリッジを提供することができる。 According to the present invention, since the exhaust gas recovery chamber in which the liquid is accommodated is provided, the by-product generated in the fuel cell is recovered, and the detoxified carbon dioxide is released to the outside of the battery a plurality of times. It is possible to provide a fuel cell cartridge that can withstand the use of the fuel cell.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
以下、本発明に係る燃料電池用カートリッジの例について説明する。以下の例では、ダイレクトメタノール型燃料電池の例を挙げて説明するが、燃料の種類はメタノールに限られず種々の態様を採用することができる。 Examples of fuel cell cartridges according to the present invention will be described below. In the following example, a direct methanol fuel cell will be described as an example. However, the type of fuel is not limited to methanol, and various modes can be adopted.
また、本発明の実施の形態における燃料電池用カートリッジは、燃料電池に使用され、交換可能である。燃料電池は、携帯電話、ノート型等の携帯型パーソナルコンピュータ、PDA(Personal Digital Assistant)、各種カメラ、ナビゲーションシステム、ポータブル音楽再生プレーヤ等の小型電気機器に適用可能である。
(第一の実施の形態)
図1は本実施の形態における燃料電池用カートリッジの構造を模式的に示した図である。図1(a)は、燃料電池用カートリッジの側断面図であり、図1(b)は、図1(a)の燃料電池用カートリッジの上面図である。
The fuel cell cartridge according to the embodiment of the present invention is used for a fuel cell and can be replaced. The fuel cell can be applied to small electric devices such as a mobile phone, a portable personal computer such as a notebook, a PDA (Personal Digital Assistant), various cameras, a navigation system, and a portable music player.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of a fuel cell cartridge in the present embodiment. 1A is a side sectional view of the fuel cell cartridge, and FIG. 1B is a top view of the fuel cell cartridge of FIG. 1A.
燃料カートリッジ1220は、燃料124を収容する燃料室1221と、図示されない燃料電池から排出される排ガス1705に含まれる物質を溶解する水1701を収容する回収室1703と、を備える。燃料室1221は、燃料124を燃料電池に供給する注入口1223と、注入口1223の端部に設けられた隔膜1245と、を含む。回収室1703は、排ガス1705を回収する回収口1707が開口する一端および排ガス1705を外部に放出する排出口1713が開口する他端を有する。回収口1707は、燃料電池の少なくとも酸化剤極から排出される排ガス1705を回収する。回収室1703は、回収口1707の端部に設けられた隔膜1709と、水1701を通過した排ガス1705を水1701から分離する気液分離膜1711と、排出口1713に設けられたガス吸着フィルタ1715と、を含む。
The
このように、回収室1703は、気液分離膜1711により第一の領域と第二の領域に区画される。第一の領域には水1701が収容され、第二の領域にはガス吸着フィルタ1715が設けられる。気液分離膜1711を通過した排ガス1705がガス吸着フィルタ1715を介して外部に排出されるように構成されている。
As described above, the
本実施の形態において、水1701は、燃料カートリッジ1220に予め収容されていた構成としているが、これに限定されるものではなく、燃料カートリッジ1220に水1701を注入する閉止可能な注入口を設け、注入口から水1701を注入可能な構成とすることも可能である。さらに、燃料カートリッジ1220に水1701を排出する閉止可能な排出口を設け、排ガス1705の副生成物を溶解した後の水1701を排出口を介して排出し、所定の廃液処理系統にて回収することもできる。水1701を排出口から排出した後に、再度注入口から水1701を注入することができる。このようにして水1701を交換できる構成とすることもできる。
In the present embodiment, the
また、回収室1703を燃料カートリッジ1220から着脱可能とし、交換可能な構成とすることもできる。本実施の形態の燃料カートリッジ1220において、通常の運転状態では、水1701は、排ガス1705に含まれる副生成物を溶解するのに必要十分な容量を有しているが、このような回収室1703を交換可能にする構成は、副生成物が過剰に発生してしまったような異常運転を想定した場合に有用である。
Further, the
また、このような場合を想定し、燃料カートリッジ1220は、水1701に溶解した副生成物が所定の量を超え、飽和状態になっているかを検知する検知部を設けることもできる。
In addition, assuming such a case, the
検知部は、水1701のpHを色変化で識別可能なリトマス液やBTB溶液などを予め水1701に溶解させ、さらに回収室1703に外部から内部の水1701が見えるように窓を設けておく構成とすることができる。この構成により、ホルムアルデヒドなどの副生成物の溶解により、pHが酸性に変化し、色が変化した水1701を窓から確認できるので、水1701に副生成物が飽和状態になっていることを通知できることとなる。
The detection unit is configured such that a litmus liquid or a BTB solution that can identify the pH of the
あるいは、検知部は、回収室1703に水1701を媒体とした1対の電極を設け、この1対の電極と電気的に接続可能な導通用電極と、導通用電極間の導電率を測定する測定部と、を筐体1203側に設けた構成とすることもできる。この構成により、水1701で副生成物が飽和状態になっていると、導電率が低下するため、状態を検知することができる。検知部は、測定された導電率が所定の値を下回った場合に、通知する手段、たとえば表示部など、を設けることができる。
Alternatively, the detection unit provides the
隔膜1245および隔膜1709は、弾性、伸縮性を有するとともに、燃料124および水1701を透過しない材質からなるのが好ましい。
The
また、本実施の形態において、排ガス1705は、水1701の中に導入され、通過するように構成されているが、これに限定されるものではない。たとえば、水1701の上部を排ガス1705が通過するような構成でもよい。あるいは、霧状、滴状または流水状の水1701を回収室1703内の排ガス1705の通路上に噴霧、噴水または流水するように構成してもよい。
In the present embodiment, the
気液分離膜1711は、たとえば、ポリエーテルスルホンやアクリル共重合体などからなる疎水性膜である。このような気液分離膜1711としては、ゴアテックス(ジャパンゴアテックス(株)社製)(登録商標)、バーサポア(日本ポール社製)(登録商標)、スーポア(日本ポール(株)社製)(登録商標)などが例示される。
The gas-
図2は燃料カートリッジ1220の燃料電池への取り付け箇所を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a location where the
燃料電池の筐体1203は、燃料電池に燃料124を供給する燃料供給流路1207と、燃料電池で発生した排ガス1705を回収する排ガス回収流路1721と、燃料供給流路1207と外部を連通するように設けられた中空針1257と、排ガス回収流路1721と外部を連通するように設けられた中空針1723と、を備えている。
The
燃料カートリッジ1220は、凸部1725がバネ1726を介して取り付けられたバネ取付部1727を含み、凸部1725は、燃料カートリッジ1220の側面外側に向かって突出するとともに、バネ1726により側面外側方向に向かって押圧される。
The
燃料電池の筐体1203は、燃料カートリッジ1220の凸部1725が嵌合する凹部1729を有する。また、燃料カートリッジ1220は、バネ1726の弾性を解除し、凸部1725を筐体1203の凹部1729から脱着させる図示されない解除部を有する。このように構成された燃料カートリッジ1220と燃料電池の筐体1203は、燃料カートリッジ1220の凸部1725が筐体1203の凹部1729に嵌合することにより、互いに着脱可能に接続される。なお、燃料カートリッジ1220を燃料電池の筐体1203に着脱可能に接続するための構成は、これに限定されず、様々な変形例があることは、当業者には理解されるところである。
The
図2において、燃料カートリッジ1220が燃料電池の筐体1203に装着されたとき、燃料カートリッジ1220の隔膜1245および隔膜1709が筐体1203の中空針1257および中空針1723によってそれぞれ穿刺され、燃料カートリッジ1220の燃料室1221と燃料供給流路1207および燃料カートリッジ1220の回収室1703と排ガス回収流路1721が中空針1257および中空針1723を介してそれぞれ連通される。ここで、隔膜1245および隔膜1709は、中空針1257および中空針1723との間の穿孔部分をシールドすることができる伸縮性を有する材料により構成されることが好ましい。隔膜1245および隔膜1709は、たとえば、高密度ゴムやセプタムにより構成することができる。
In FIG. 2, when the
以上のように構成された燃料カートリッジ1220の効果について、図1および図2を用いて以下に説明する。
The effects of the
燃料カートリッジ1220が燃料電池の筐体1203に装着されたとき、中空針1723が燃料カートリッジ1220の隔膜1709を穿刺し、燃料カートリッジ1220の回収室1703と燃料電池の排ガス回収流路1721とが中空針1723を介して連通する。
When the
これにより、燃料電池内で発生し、排ガス回収流路1721に回収された排ガス1705が、燃料カートリッジ1220の回収室1703に中空針1723を介して導入される。燃料カートリッジ1220の回収室1703に導入された排ガス1705は、回収室1703の長手方向の距離L(図1参照)を移動する間、排ガス1705に含まれる副生成物が回収室1703に収容されている水1701に溶解し、回収される。排ガス1705に含まれる副生成物は、未反応の燃料や電気化学反応の副生成物であるホルムアルデヒド、ギ酸、およびギ酸メチルなどを含む。
As a result, the
これらの副生成物は、極性溶媒である水1701に溶解しやすく、回収室1703内に収容されている水1701内を通過する間に、水1701に溶解する。ここで、水1701は、排ガス1705に含まれる副生成物を溶解するのに必要十分な容量を有する。
These by-products are easily dissolved in the
本実施の形態において、副生成物を溶解する液体として水1701を用いたが、これに限定されるものではない。液体は、他の極性溶媒であってもよく、たとえば、アルコール、エーテルなどでもよい。しかし、水1701は、入手しやすく扱いも簡単であるので、液体として好適である。
In this embodiment mode,
排ガス1705は気液分離膜1711を介して、回収室1703の排出口1713に排出される。さらに排ガス1705は、ガス吸着フィルタ1715を通過し、排ガス1705に残留する副生成物がさらに除去され、燃料カートリッジ1220の外部に無害化された排気ガス1717として放出される。排気ガス1717は主に二酸化炭素を含む。
The
このように、水1701に副生成物のみが回収され、無害化された排気ガス1717は外部に放出される。ここで、水1701は、副生成物を回収してもその体積が経時的に増加することもなく、また、吸水性材料などを用いたときのように、経時的に吸収効率が低下することもない。
In this way, only by-products are recovered in the
以上説明したように、本発明によれば、燃料電池内で発生した副生成物のみを燃料カートリッジ1220により回収し、無害化した二酸化炭素を電池の外部に放出することができる。
As described above, according to the present invention, only the by-product generated in the fuel cell can be recovered by the
また、副生成物を収容する液体の体積が経時的に増加することもなく、吸水性材料を用いたときのように、経時的に吸収効率が低下することもないので、簡単な構成で、排ガス中の副生成物を効率よく回収できる。
(第二の実施の形態)
図3は、燃料電池用カートリッジの他の実施の形態を示す図である。燃料カートリッジの回収室1703は、回収口1707に設けられた多孔質のエアストーン1731を含む。エアストーン1731により、排ガス1705は回収室1703内に気泡1733として導入される。
In addition, the volume of the liquid containing the by-product does not increase with time, and the absorption efficiency does not decrease with time unlike when using a water-absorbing material. By-products in exhaust gas can be efficiently recovered.
(Second embodiment)
FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the fuel cell cartridge. The fuel
ここで、多孔質のエアストーン1731は、たとえば、1300度程度の高温で焼入れされたセラミック製のものや、プラスチック材を発泡させ、圧縮し成型して得られるウレタン樹脂製のものを使用することができる。あるいは、エアストーン1731は、軽石なども使用できる。エアストーン1731は、球状、円柱状、プレート状など様々な形状のものを使用できる。エアストーン1731を介して排ガス1705を回収室1703内に気泡1733として導入することにより、副生成物の水1701への溶解効率を向上させることができる。
(第三の実施の形態)
図4は、燃料電池用カートリッジの他の実施の形態を示す図である。燃料カートリッジ1220は、排出口1713に設けられた排出通路831内に、気液分離膜1711を通過した排ガス1705を酸化する触媒835を有する。ここで用いる触媒としては、たとえば、Pt、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Nb、Mo、Ru、Pd、Ag、In、Sn、Sb、W、Au、Pb、Biのうちの少なくとも一種を含む金属、合金、またはそれらの酸化物を用いることができる。これらの触媒は、排ガス1705を効率よく酸化させることができる。
Here, as the
(Third embodiment)
FIG. 4 is a view showing another embodiment of the fuel cell cartridge. The
また、触媒835による排ガス1705の酸化を促進させるために酸化促進手段(不図示)を設けても良い。酸化促進手段は、たとえば、ガスまたは触媒を加熱する加熱部(不図示)等を具備した構成とすることができる。このようにすれば、回収室1703内の液体を透過した後の排ガス1705に含まれる副生成物を効率よく確実に酸化させることができる。また、燃料電池を長時間使用した後に、触媒により酸化しきれなかった成分や液状化した成分が触媒に付着した場合であっても、そのような成分を効率よく、より確実に酸化させて完全に除去することができ、性能を維持することができる。また、酸化促進手段は、酸素を含む気体を供給する酸素供給部(不図示)を有することができる。
(第四の実施の形態)
図5は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムのブロック構成図である。
Further, in order to promote the oxidation of the
(Fourth embodiment)
FIG. 5 is a block configuration diagram of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention.
本実施の形態の燃料電池システム1740は、複数の燃料電池単位セル(不図示)を含む燃料電池セル群1000と、燃料電池セル群1000に燃料124を供給する燃料カートリッジ1220と、を備える。燃料電池システム1740において、燃料カートリッジ1220は、燃料電池セル群1000が設けられた筐体1203に着脱可能に接続される。
A
燃料電池セル群1000の燃料電池単位セルは、燃料極(不図示)および酸化剤極(不図示)と、これらの間に設けられた固体電解質膜(不図示)を含み、燃料極には燃料124が、酸化剤極には酸化剤126がそれぞれ供給されて電気化学反応により発電する。燃料電池単位セルは、燃料極に液体燃料が供給される直接型の燃料電池である。燃料124としては、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、または他のアルコール類、あるいはシクロパラフィン等の液体炭化水素等の有機液体燃料を用いることができる。有機液体燃料は、水溶液とすることができる。酸化剤126としては、通常、空気を用いることができるが、酸素ガスを供給してもよい。
The fuel cell unit cell of the
燃料電池システム1740は、燃料極に対して燃料124を供給する燃料供給系(図2の燃料供給流路1207を含む。)と、燃料極または酸化剤極で発生した気体を回収する気体回収系(図2の排ガス回収流路1721を含む。)と、燃料供給系および気体回収系に対して着脱可能に設けられた燃料カートリッジ1220と、を備える。
The
本実施の形態の燃料電池システム1740において、気体回収系は、少なくとも酸化剤極で発生した気体を回収する。これにより、燃料電池の酸化剤極にクロスオーバした未反応の燃料ガスや二酸化炭素、およびその副生成物を回収することができる。
In the
燃料電池システム1740は、燃料電池セル群1000の燃料電池単位セルの燃料極に燃料124を供給する燃料流路310と、燃料電池セル群1000の燃料電池単位セルの酸化剤極に酸化剤126を供給する酸化剤流路312と、を含む。
The
さらに燃料電池システム1740は、燃料カートリッジ1220から供給された燃料124を一時的に貯蔵する燃料容器811を含む。燃料124は燃料カートリッジ1220の燃料室1221からポンプ1751を介して燃料容器811に注入され、さらにポンプ1753を介して燃料流路310に供給される。また、酸化剤126はポンプ1755を介して酸化剤流路312に供給される。
The
燃料電池システム1740は、燃料容器811および燃料流路310内では、燃料124から発生した未反応の燃料ガス1741および燃料電池の電気化学反応により生じた副生成物を含む排ガス1742を分離する気液分離膜が設けられた気液分離膜室815を有する。
In the
気液分離膜室815の気液分離膜によって分離された排ガス1743と、酸化剤流路312において、燃料電池の電気化学反応により生じた副生成物を含む排ガス1745と、がポンプ1757を介して燃料カートリッジ1220の回収室1703に回収される。
The
図5において、ポンプ1751、燃料容器811、ポンプ1753、および燃料流路310は燃料供給系を構成し、気液分離膜室815およびポンプ1757は気体回収系を構成する。
In FIG. 5, a
なお、ポンプ1751、ポンプ1753、ポンプ1755、およびポンプ1757は、図示されない制御部により流量制御される。
The
次に、図5を参照して、このように構成された燃料電池システム1740の効果を説明する。
Next, the effect of the
燃料電池システム1740において、燃料カートリッジ1220からポンプ1751を介して燃料容器811に補給された燃料124から発生した未反応の燃料ガス1741は、気液分離膜室815の気液分離膜を介して排ガス1743として排出される。また、燃料流路310の燃料124から発生した未反応の燃料ガスと、燃料電池の電気化学反応により生じた副生成物を含む排ガス1742も気液分離膜室815の気液分離膜を介して排ガス1743として排出される。
In the
また、酸化剤流路312において、燃料電池の電気化学反応により生じた副生成物を含む排ガス1745と、気液分離膜室815の気液分離膜を介して排出された排ガス1743とは、ともに回収され、ポンプ1757を介して筐体1203から燃料カートリッジ1220に排ガス1705として排出される。
Further, in the
このようにして筐体1203において発生した排ガス1705が燃料カートリッジ1220の回収室1703に回収され、回収室1703において、上記実施の形態で述べたように、排ガス1705に含まれる副生成物が回収され、無害化された二酸化炭素が燃料カートリッジ1220を介して燃料電池システム1740の外部に放出される。本実施の形態の燃料電池システム1740によれば、燃料極から発生した排ガスのみだけでなく、酸化剤極から発生した排ガスも回収できるので、酸化剤極にクロスオーバした未反応の燃料ガスや二酸化炭素、その副生成物も回収することができる。
In this manner, the
以上説明したように、簡単な構成で、燃料電池内で発生した副生成物を回収し、無害化した二酸化炭素を電池の外部へ放出し、燃料電池システムの保全性および信頼性を向上させることができる。 As described above, the by-product generated in the fuel cell is recovered with a simple configuration, and detoxified carbon dioxide is released to the outside of the battery, thereby improving the maintainability and reliability of the fuel cell system. Can do.
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.
たとえば、図5の燃料電池システム1740において、燃料電池の気体回収系の排出口と燃料カートリッジ1220の図1における回収口1707の図1における隔膜1709の間に設けられ、燃料電池の気体回収系で回収された排ガスを酸化する酸化部を含むことができる。
For example, in the
ここで、酸化部は、燃料電池の気体回収系の排出口と燃料電池用カートリッジ1220の回収口1707の間に設けられた触媒であってもよい。ここで用いる触媒としては、たとえば、Pt、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Nb、Mo、Ru、Pd、Ag、In、Sn、Sb、W、Au、Pb、Biのうちの少なくとも一種を含む金属、合金、またはそれらの酸化物を用いることができる。これらの触媒は、排ガスを効率よく酸化させることができる。
Here, the oxidation unit may be a catalyst provided between the exhaust port of the fuel cell gas recovery system and the
また、酸化部は触媒による排ガスの酸化を促進させるために酸化促進手段を設けても良い。酸化促進手段は、たとえば、ガスまたは触媒を加熱する加熱部等を具備した構成とすることができる。このようにすれば、燃料カートリッジ1220の回収室1703内の液体を透過する前の排ガスに含まれる、未反応の燃料ガスや副生成物を効率よく確実に酸化させることができる。また、燃料電池を長時間使用した後に、触媒により酸化しきれなかった成分や液状化した成分が触媒に付着した場合であっても、そのような成分を効率よく、より確実に酸化させて完全に除去することができ、性能を維持することができる。また、酸化促進手段は、酸素を含む気体を供給する酸素供給部を有することができる。
Further, the oxidation part may be provided with an oxidation promoting means for promoting the oxidation of the exhaust gas by the catalyst. The oxidation accelerating means can be configured to include, for example, a heating unit for heating a gas or a catalyst. In this way, it is possible to efficiently and reliably oxidize unreacted fuel gas and by-products contained in the exhaust gas before passing through the liquid in the
また、回収室1703は、燃料室1221との間の隔壁を構成する部分を、弾性、伸縮性を有するとともに、燃料124および水1701を透過しない材質からなるのが好ましい。このように構成された燃料カートリッジ1220によれば、燃料電池の運転に伴い発生する水の回収による回収室1703内の水1701の増加に伴って、回収室1703の容積を増加させることが可能となる。
Further, the
たとえば、燃料電池の酸化剤極で発生する水が水蒸気となって排ガス1705に含まれ、回収室1703に回収されるとき、回収室1703内の水1701の体積は増加し、燃料室1221内の燃料124が使用され、燃料124の体積は減少する。燃料室1221および回収室1703の間の隔壁を構成する部分を、弾性および伸縮性を有する材質で構成すれば、水1701の体積の増加分を燃料124の体積が減少する分で若干補うことができる。これにより、燃料カートリッジ1220全体の容積を小さくすることができる。あるいは、燃料電池の運転に伴い発生する水の回収による回収室1703内の水1701の増加を考慮して、回収室1703内に収容される水1701の量を予め少なめにしておくこともできる。
For example, when water generated at the oxidant electrode of the fuel cell is converted into water vapor and contained in the
124 燃料
126 酸化剤
310 燃料流路
312 酸化剤流路
811 燃料容器
815 気液分離膜
831 排出通路
835 触媒
1000 燃料電池セル群
1203 筐体
1207 燃料供給流路
1220 燃料カートリッジ
1221 燃料室
1223 注入口
1245 隔膜
1257 中空針
1701 水
1703 回収室
1705 排ガス
1707 回収口
1709 隔膜
1711 気液分離膜
1713 排出口
1715 ガス吸着フィルタ
1717 排気ガス
1721 排ガス回収流路
1723 中空針
1725 凸部
1726 バネ
1727 バネ取付部
1729 凹部
1731 エアストーン
1733 気泡
1740 燃料電池システム
1741 燃料ガス
1742 排ガス
1743 排ガス
1745 排ガス
1751 ポンプ
1753 ポンプ
1755 ポンプ
1757 ポンプ
124
Claims (12)
前記燃料電池に前記液体燃料を供給するための燃料供給口を有し、前記液体燃料を収容する燃料室と、
前記燃料電池から排出される排ガスを回収する排ガス回収口および前記排ガスを外部に放出するガス排出口を有し、内部に前記排ガス中に含まれる化学物質を溶解するための液体が収容される排ガス回収室と、
を備えることを特徴とする燃料電池用カートリッジ。 A fuel cell cartridge that is detachably attached to the fuel cell and supplies liquid fuel to the fuel cell,
A fuel supply port for supplying the liquid fuel to the fuel cell, and a fuel chamber for storing the liquid fuel;
An exhaust gas having an exhaust gas recovery port for recovering exhaust gas discharged from the fuel cell and a gas exhaust port for discharging the exhaust gas to the outside, and containing a liquid for dissolving a chemical substance contained in the exhaust gas inside A collection room;
A fuel cell cartridge comprising:
前記液体のpHが、2以上9以下であることを特徴とする燃料電池用カートリッジ。 The fuel cell cartridge according to claim 1, wherein
A fuel cell cartridge, wherein the liquid has a pH of 2 or more and 9 or less.
前記排ガス回収口は、前記燃料電池の酸化剤極から排出される排ガスを回収することを特徴とする燃料電池用カートリッジ。 The fuel cell cartridge according to claim 1 or 2,
The fuel cell cartridge, wherein the exhaust gas recovery port recovers exhaust gas discharged from an oxidant electrode of the fuel cell.
前記排ガスが前記液体中に導かれるように構成されたことを特徴とする燃料電池用カートリッジ。 The fuel cell cartridge according to any one of claims 1 to 3,
A cartridge for a fuel cell, wherein the exhaust gas is guided into the liquid.
前記排ガス回収口に設けられた多孔質の気泡発泡部を含み、前記排ガスが、前記気泡発泡部を介して前記排ガス回収室内に気泡として導入されることを特徴とする燃料電池用カートリッジ。 The fuel cell cartridge according to claim 4, wherein
A cartridge for a fuel cell, comprising a porous bubble foaming portion provided in the exhaust gas recovery port, wherein the exhaust gas is introduced as bubbles into the exhaust gas recovery chamber through the bubble foaming portion.
前記排ガス回収室の内部が、気液分離膜により、前記排ガス回収口を有する室と、前記ガス排出口を有する室の二室に仕切られ、前記排ガス回収口を備えている室に前記液体を収容することを特徴とする燃料電池用カートリッジ。 The fuel cell cartridge according to any one of claims 1 to 5,
The interior of the exhaust gas recovery chamber is divided into two chambers, a chamber having the exhaust gas recovery port and a chamber having the gas exhaust port, by a gas-liquid separation membrane, and the liquid is supplied to the chamber having the exhaust gas recovery port. A cartridge for a fuel cell, characterized by being housed.
前記ガス排出口に設けられたガス吸着フィルタを含み、前記気液分離膜を通過した前記排ガスが前記ガス吸着フィルタを介して外部に排出されるように構成されたことを特徴とする燃料電池用カートリッジ。 The fuel cell cartridge according to any one of claims 1 to 6,
A fuel cell comprising a gas adsorption filter provided at the gas discharge port, wherein the exhaust gas that has passed through the gas-liquid separation membrane is discharged to the outside through the gas adsorption filter cartridge.
前記ガス排出口に設けられ、前記気液分離膜を通過した前記排ガスを酸化する酸化部を含むことを特徴とする燃料電池用カートリッジ。 The fuel cell cartridge according to any one of claims 1 to 7,
A cartridge for a fuel cell, comprising an oxidation part provided at the gas discharge port for oxidizing the exhaust gas that has passed through the gas-liquid separation membrane.
前記液体は、水であることを特徴とする燃料電池用カートリッジ。 The fuel cell cartridge according to any one of claims 1 to 8,
The cartridge for fuel cells, wherein the liquid is water.
前記燃料極に対して液体燃料を供給する燃料供給系と、
前記燃料極または前記酸化剤極で発生した気体を回収する気体回収系と、
前記燃料供給系および前記気体回収系に対して着脱可能に設けられた燃料電池用カートリッジと、
を備え、
前記燃料電池用カートリッジが請求項1乃至8いずれかに記載の燃料電池用カートリッジであることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell comprising a fuel electrode, an oxidant electrode and an electrolyte membrane sandwiched between them,
A fuel supply system for supplying liquid fuel to the fuel electrode;
A gas recovery system for recovering a gas generated at the fuel electrode or the oxidant electrode;
A fuel cell cartridge provided detachably with respect to the fuel supply system and the gas recovery system;
With
9. A fuel cell system, wherein the fuel cell cartridge is the fuel cell cartridge according to claim 1.
前記気体回収系が回収した前記気体を排出する排出口を有し、
前記燃料電池用カートリッジの前記排ガス回収口および前記燃料電池の前記気体回収系の前記排出口のいずれか一方を覆うように設けられた隔膜、および他方に設けられた中空針を備え、前記燃料電池用カートリッジが前記燃料電池に接続されたとき、前記中空針が前記隔膜を貫通し、前記排ガス回収口および前記排出口が連通することを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 10, wherein
An exhaust port for discharging the gas recovered by the gas recovery system;
A diaphragm provided to cover either the exhaust gas recovery port of the fuel cell cartridge or the exhaust port of the gas recovery system of the fuel cell, and a hollow needle provided on the other, When the cartridge is connected to the fuel cell, the hollow needle penetrates the diaphragm, and the exhaust gas recovery port and the exhaust port communicate with each other.
前記燃料電池の前記気体回収系の前記排出口と前記燃料電池用カートリッジの前記排出ガス回収口の間に設けられ、前記燃料電池の前記気体回収系で回収された排ガスを酸化する酸化部を含むことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 11, wherein
An oxidation unit is provided between the exhaust port of the gas recovery system of the fuel cell and the exhaust gas recovery port of the fuel cell cartridge and oxidizes exhaust gas recovered by the gas recovery system of the fuel cell. A fuel cell system.
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