JP2006073312A - Fuel cell generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池発電装置に関する。詳しくは、各機器を直接接続することによって、取扱いを容易にしようとした燃料電池発電装置に係るものである。 The present invention relates to a fuel cell power generator. More specifically, the present invention relates to a fuel cell power generator that facilitates handling by directly connecting each device.
燃料電池は、水素やメタノール等の燃料気体と酸素等の酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより発電を行う発電素子である。燃料電池は、発電により生成される生成物が水であることから環境を汚染することがない発電素子として注目されており、例えば、自動車を駆動するための駆動電源として使用する試みが行われている。 A fuel cell is a power generation element that generates power by electrochemically reacting a fuel gas such as hydrogen or methanol with an oxidant gas such as oxygen. A fuel cell is attracting attention as a power generation element that does not pollute the environment because the product generated by power generation is water. For example, attempts have been made to use it as a drive power source for driving an automobile. Yes.
燃料電池は、電解質の違い等により様々なタイプのものに分類されるが、代表的なものに、電解質に固体高分子電解質を用いた燃料電池が知られている。固体高分子電解質型燃料電池は、低コスト化が可能で、小型化、薄型化、軽量化も容易であり、電池性能の点でも高い出力密度を有することから、電子機器の駆動電源として有望である。この固体高分子電解質型燃料電池は、水素を燃料とするが、その他にメタノールや天然ガスを改質して水素を生成させて燃料とするものも開発されている。近年では、メタノールを燃料として直接燃料電池に供給し発電を行う直接メタノール型燃料電池も開発されている。 Fuel cells are classified into various types depending on the difference in electrolytes and the like, and representatively, fuel cells using a solid polymer electrolyte as an electrolyte are known. Solid polymer electrolyte fuel cells are promising as drive power sources for electronic devices because they can be reduced in cost, are easy to reduce in size, thickness and weight, and have high output density in terms of battery performance. is there. In this solid polymer electrolyte fuel cell, hydrogen is used as a fuel. In addition, a fuel cell that is produced by reforming methanol or natural gas to produce hydrogen has been developed. In recent years, direct methanol fuel cells have also been developed that generate electricity by supplying methanol directly to the fuel cell as fuel.
図1は、従来のメタノールのような液体を燃料とした直接・循環型の燃料電池発電装置で、発電部92と燃料混合部93を接続し、発電部92から燃料混合部93へ希釈燃料を排出する場合の接続についての一例を示した図である。燃料混合部93の希釈燃料入口に継手94を設け、継手94に樹脂や金属などの配管96の一端を接続し、他端を発電部2の出口に設けた継手95に接続する。 FIG. 1 shows a conventional direct / circulation type fuel cell power generation apparatus using a liquid such as methanol as a fuel, connecting a power generation unit 92 and a fuel mixing unit 93, and supplying diluted fuel from the power generation unit 92 to the fuel mixing unit 93. It is the figure which showed an example about the connection in the case of discharging. A joint 94 is provided at the diluted fuel inlet of the fuel mixing section 93, one end of a pipe 96 made of resin or metal is connected to the joint 94, and the other end is connected to a joint 95 provided at the outlet of the power generation section 2.
また、燃料電池の軽量化を計り、反応ガスの漏出を抑えるために、各電池積層体に反応ガスである燃料の入口部及び出口部と、もう一方の反応ガスである空気の入口部及び出口部を有し、それを連通するマニホールド部によって、前記電池積層体が一体枠体中に収納された構成を有する発電部(例えば、特許文献1参照)が報告されている。 In addition, in order to reduce the weight of the fuel cell and suppress the leakage of the reaction gas, each cell stack has an inlet portion and an outlet portion for the fuel that is a reactive gas, and an air inlet portion and an outlet that is the other reactive gas. A power generation unit (for example, see Patent Document 1) having a configuration in which the battery stack is housed in an integral frame by a manifold unit that has a portion and communicates therewith has been reported.
液体を燃料とした直接・循環型の燃料電池発電装置は、希釈燃料と空気を用いて発電する発電部、発電部に希釈燃料を供給する燃料供給部、発電部に空気を供給する空気供給部、発電部に供給される希釈燃料の濃度を調整する燃料混合部、発電部から排出される排気ガスから水を分離する気液分離部、燃料を貯蔵する燃料貯蔵部、装置を制御する制御部を主機器として構成される。そして、必要に応じて、燃料を冷却する冷却部、又は、発電した電力を蓄電する蓄電部等の機器を構成要素として追加する。したがって、接続手段が多数必要となり、部品数の増大、これに伴う組み立て作業性の悪化、各機器間に無駄な空間が出来ることによる装置の大型化、取り扱いの難化の問題が発生する。また、接続箇所が増大するため、燃料が漏れる可能性のある場所が増えるという問題も有している。 A direct / circulation type fuel cell power generator using liquid as a fuel includes a power generation unit that generates power using diluted fuel and air, a fuel supply unit that supplies diluted fuel to the power generation unit, and an air supply unit that supplies air to the power generation unit , A fuel mixing unit for adjusting the concentration of diluted fuel supplied to the power generation unit, a gas-liquid separation unit for separating water from exhaust gas discharged from the power generation unit, a fuel storage unit for storing fuel, and a control unit for controlling the device Is configured as the main equipment. Then, as necessary, devices such as a cooling unit that cools the fuel or a power storage unit that stores the generated power are added as components. Therefore, a large number of connecting means are required, which causes problems such as an increase in the number of parts, a deterioration in assembling workability associated therewith, and an increase in the size of the apparatus due to a wasteful space between the devices and difficulty in handling. In addition, since the number of connection points increases, there is a problem that the number of places where fuel may leak increases.
特許文献1のように軽量化、燃料の漏出防止のために発電部自体が一体型枠体中に収納された構成を有しているものはあるが、燃料電池発電装置全体で別の機器どうしが継手で接続されているため、特許文献1だけでは、無駄な空間が出来ることによる装置の大型化、継手からの燃料の漏出には対応できない。 Although there exists what has the structure where the electric power generation part itself was accommodated in the integral type frame body like patent document 1 in order to reduce weight and to prevent the leakage of a fuel, another apparatus in the whole fuel cell power generator Since these are connected by a joint, Patent Document 1 alone cannot cope with an increase in the size of the apparatus due to a useless space and leakage of fuel from the joint.
本発明の燃料電池発電装置は、発電部筐体所要の面に臨む出入口を有する燃料流路を備え希釈燃料と空気を用いて発電する発電部と、燃料混合部筐体所要の面に臨む出入口を有する燃料流路を備え発電部に供給される希釈燃料の濃度を調整する燃料混合部とを有し、発電部の燃料流路の出口と燃料混合部の燃料流路の入口とが直接接続されることを特徴とする。 A fuel cell power generator according to the present invention includes a fuel flow path having an inlet / outlet facing a required surface of a power generation unit casing, a power generation unit that generates power using diluted fuel and air, and an inlet / outlet facing a required surface of the fuel mixing unit casing And a fuel mixing section for adjusting the concentration of diluted fuel supplied to the power generation section, and a fuel flow path outlet of the power generation section and a fuel flow path inlet of the fuel mixing section are directly connected to each other. It is characterized by being.
本発明の燃料電池装置の発電部と燃料混合部の接続方法は、多数の固定方法を準備する必要がなく、燃料電池発電装置を小型にでき、組み立て時間の短縮もできる直接接続を特徴とする。発電部筐体所要の面に臨む燃料流路の出口と燃料混合部筐体所要の面に臨む燃料流路の入口が直接接続していることにより、燃料混合部と発電部を接続するための特別な空間が不要で、接続後の体積は燃料混合部と発電部の体積の和に収めることができる。また、継手を必要とせず接続箇所が少ないため、液漏れが発生する可能性のある場所が減少し、さらに接続部どうしの間にシール材を使用することによって、液漏れをなくすとともに、組み立て時の作業時間を短縮できる。さらに、接続部の形状や互いの流路の出入口を位置決めに利用することで、確実で安定した接続を可能とし、組み立て時の作業性も向上させることができる。また、各機器を発電部と一体として扱うことができるので、堅牢で取り扱い性が良くなる。 The method for connecting the power generation unit and the fuel mixing unit of the fuel cell device according to the present invention is characterized in that it is not necessary to prepare a large number of fixing methods, the fuel cell power generation device can be reduced in size, and the direct connection can be shortened. . The outlet of the fuel flow channel facing the required surface of the power generation unit housing and the inlet of the fuel flow channel facing the required surface of the fuel mixing unit housing are directly connected to connect the fuel mixing unit and the power generation unit. No special space is required, and the volume after connection can be stored in the sum of the volumes of the fuel mixing section and the power generation section. In addition, since there are few connection points without the need for joints, the number of places where liquid leakage may occur is reduced, and by using a sealing material between the connection parts, liquid leakage is eliminated and during assembly. Work time can be reduced. Furthermore, by using the shape of the connecting portion and the entrance / exit of each flow path for positioning, a reliable and stable connection can be achieved, and workability at the time of assembly can be improved. In addition, since each device can be handled as a unit with the power generation unit, it is robust and easy to handle.
また、本発明の燃料電池発電装置は、発電部内部で希釈燃料の入口が希釈燃料の出口よりも低い位置にあり、空気の入口が空気の出口よりも高い位置にあることを特徴とする。そのため、燃料流路に混入する発電反応で発生した二酸化炭素は、気体と液体の密度と重力を利用して流路のより上方に移動する。即ち、希釈燃料の流れを阻害する二酸化炭素の排出特性を向上させることができる。また、空気流路に混入する発電反応で発生した水は、同様に流路のより下方に移動する。即ち、空気の流れを阻害する水の排出特性を向上させることができる。これによって、水や二酸化炭素を積極的に排出し、安定した発電を可能にする。 The fuel cell power generator according to the present invention is characterized in that the inlet of the diluted fuel is at a position lower than the outlet of the diluted fuel and the inlet of the air is higher than the outlet of the air inside the power generation unit. Therefore, the carbon dioxide generated by the power generation reaction mixed in the fuel flow path moves to the upper side of the flow path using the density and gravity of the gas and liquid. That is, it is possible to improve the carbon dioxide emission characteristics that hinder the flow of diluted fuel. Moreover, the water generated by the power generation reaction mixed in the air channel similarly moves downward from the channel. That is, it is possible to improve the water discharge characteristics that inhibit the air flow. As a result, water and carbon dioxide are actively discharged to enable stable power generation.
本発明の燃料電池発電装置によれば、直接接続により、燃料混合部と発電部を接続するための特別な空間が不要で、接続後の体積は燃料混合部と発電部の体積の和に収めることができる。また、接続箇所が少ないため、液漏れの発生する可能性のある場所が減少し、組み立て時の作業時間を短縮できる。さらに、接続部の形状や流路出入口を位置決めに利用することで、確実で安定した接続を可能とし、組み立て時の作業性も向上させることができる。 According to the fuel cell power generation device of the present invention, a special space for connecting the fuel mixing unit and the power generation unit is not required by direct connection, and the volume after connection falls within the sum of the volumes of the fuel mixing unit and the power generation unit. be able to. Moreover, since there are few connection places, the place where a liquid leak may generate | occur | produce reduces and the work time at the time of an assembly can be shortened. Furthermore, by using the shape of the connecting portion and the flow path inlet / outlet for positioning, a reliable and stable connection can be achieved, and workability during assembly can be improved.
また、本発明の燃料電池発電装置は、発電部内部で、希釈燃料の入口が希釈燃料の出口よりも低い位置にあり、空気の入口が空気の出口よりも高い位置にある。そのため、流路において気体と液体の密度と重力を利用して、気体を流路のより上方、液体を流路のより下方に移動させることにより空気や希釈燃料の流れを阻害する水や二酸化炭素の排出特性を向上させることができる。これによって、水や二酸化炭素を積極的に排出し、安定した発電を可能にする。 In the fuel cell power generator of the present invention, the inlet of the diluted fuel is at a position lower than the outlet of the diluted fuel, and the air inlet is at a position higher than the outlet of the air inside the power generation unit. Therefore, water and carbon dioxide that obstruct the flow of air and diluted fuel by moving the gas above the channel and moving the liquid below the channel using the density and gravity of the gas and liquid in the channel. The discharge characteristics can be improved. As a result, water and carbon dioxide are actively discharged to enable stable power generation.
以下、本発明の燃料電池発電装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明においては、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。 Hereinafter, the fuel cell power generator of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the following description, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
図2は、本発明の燃料電池発電装置のレイアウト図の一例である。本発明の燃料電池発電装置1は、図2に示される通り略直方体の外形を示し、筐体内にアノードとカソードに挟まれる電解質膜を有する発電部2を備えている。発電部2は、被希釈燃料の1つであるメタノールを水で希釈した希釈燃料のメタノール水溶液と空気によって発電することができ、その筐体所要の面に臨む出入口を有する燃料流路と空気流路を備えている。 FIG. 2 is an example of a layout diagram of the fuel cell power generator of the present invention. The fuel cell power generation device 1 of the present invention has a substantially rectangular parallelepiped outer shape as shown in FIG. 2, and includes a power generation unit 2 having an electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode in a casing. The power generation unit 2 can generate electric power by using a methanol aqueous solution of diluted fuel obtained by diluting methanol, which is one of the fuels to be diluted, with water and air, and a fuel flow path having an inlet / outlet facing a required surface of the casing, and an air flow It has a road.
そして、発電部2に供給される希釈燃料の濃度を調整し、燃料混合部筐体所要の面に臨む出入口を有する燃料流路を備える燃料混合部3と、希釈燃料であるメタノール水溶液の温度を調節する冷却部4と、発電部2に空気を供給し、空気供給部筐体所要の面に臨む出入口を有する空気流路を備える空気供給部5と、燃料である高濃度のメタノールを貯蔵する燃料貯蔵部6と、発電部2から排出される排気ガスから水を分離し、気液分離部筐体所要の面に臨む出入口を有する空気流路を備える気液分離部7と、発電部2で発電した電力を蓄電する蓄電部8と、発電部2に希釈燃料を供給し、燃料供給部筐体所要の面に臨む出入口を有する燃料流路を備える燃料供給部9と、装置を制御する制御部10とを有する。 Then, the concentration of the diluted fuel supplied to the power generation unit 2 is adjusted, and the temperature of the fuel mixing unit 3 including a fuel flow path having an inlet / outlet facing a required surface of the fuel mixing unit housing, and the temperature of the methanol aqueous solution as the diluted fuel A cooling unit 4 to be adjusted, an air supply unit 5 that supplies air to the power generation unit 2 and has an air passage having an inlet / outlet facing a required surface of the air supply unit housing, and stores high-concentration methanol as fuel. A fuel storage unit 6, a gas-liquid separation unit 7 having an air channel that separates water from exhaust gas discharged from the power generation unit 2 and has an inlet / outlet facing a required surface of the gas / liquid separation unit housing, and the power generation unit 2 The power storage unit 8 that stores the electric power generated by the power supply unit, the fuel supply unit 9 that includes the fuel flow path that supplies the diluted fuel to the power generation unit 2 and faces the required surface of the fuel supply unit housing, and the apparatus are controlled. And a control unit 10.
発電部2は、略直方体状の筐体で、その筐体内部に希釈燃料が流れる燃料流路と空気が流れる空気流路を備えている。燃料流路の出入口は、筐体所要の面に臨むように設けられている。また、空気流路の出入口も筐体所要の面に臨むように設けられている。そして、発電部2の燃料流路の出口は、下記で説明する燃料混合部3の燃料流路の入口と直接接続され、発電部2の燃料流路の入口は、燃料供給部9の燃料流路の出口と直接接続されている。また、発電部2の空気流路の出口は、気液分離部7の空気流路の入口と直接接続され、発電部2の空気流路の入口は、空気供給部5の空気流路出口と直接接続されている。 The power generation unit 2 is a substantially rectangular parallelepiped casing, and includes a fuel flow path through which diluted fuel flows and an air flow path through which air flows. The entrance / exit of the fuel flow path is provided so as to face a required surface of the casing. The entrance and exit of the air channel is also provided so as to face the required surface of the housing. The outlet of the fuel channel of the power generation unit 2 is directly connected to the inlet of the fuel channel of the fuel mixing unit 3 described below, and the inlet of the fuel channel of the power generation unit 2 is connected to the fuel flow of the fuel supply unit 9. Directly connected to the exit of the road. The outlet of the air flow path of the power generation unit 2 is directly connected to the inlet of the air flow path of the gas-liquid separation unit 7, and the inlet of the air flow path of the power generation unit 2 is connected to the air flow path outlet of the air supply unit 5. Connected directly.
発電部2は、燃料供給部9から燃料であるメタノール水溶液を、空気供給部5から酸化剤である空気を供給することにより発電を行なうことができ、発電された電力は、外部回路及び蓄電部8に供給される。また、発電部2は、温度のセンサーを備えていてもよい。これにより、例えば温度センサーから制御部10を介して冷却部4を制御し発電部2の温度をコントロールしてもよい。 The power generation unit 2 can generate power by supplying a methanol aqueous solution as a fuel from the fuel supply unit 9 and air as an oxidant from the air supply unit 5, and the generated power is generated from an external circuit and a power storage unit. 8 is supplied. The power generation unit 2 may include a temperature sensor. Thereby, for example, the temperature of the power generation unit 2 may be controlled by controlling the cooling unit 4 from the temperature sensor via the control unit 10.
燃料混合部3は、略直方体状の筐体で、その筐体内部に希釈燃料が流れる燃料流路を備え、その燃料流路の出入口は、筐体所要の面に臨むように設けられている。そして、燃料混合部3の燃料流路の出口は、下記で説明する冷却部4と接続され、燃料混合部3の燃料流路の入口は、発電部2及び燃料貯蔵部6の燃料流路の出口と直接接続されている。 The fuel mixing section 3 is a substantially rectangular parallelepiped casing, and includes a fuel flow path through which diluted fuel flows, and the inlet / outlet of the fuel flow path is provided to face a required surface of the casing. . The outlet of the fuel channel of the fuel mixing unit 3 is connected to a cooling unit 4 described below, and the inlet of the fuel channel of the fuel mixing unit 3 is the fuel channel of the power generation unit 2 and the fuel storage unit 6. Connected directly to the exit.
燃料混合部3は、気液分離部7で分離した水を燃料混合部3に供給するために、気液分離部7と接続している。これにより、発電部2から排出される排出燃料と、気液分離部7によって分離される水と、燃料貯蔵部6から供給される被希釈燃料の高濃度メタノールとを混合することによって濃度を調節し、冷却部4を介して希釈燃料のメタノール水溶液を発電部2に供給することができる。また、例えば燃料混合部3は濃度センサー等を備えていて、燃料混合部3で混合されるメタノール水溶液の濃度が、その濃度センサーの値から制御部10を介し調節されてもよい。 The fuel mixing unit 3 is connected to the gas-liquid separation unit 7 in order to supply the water separated by the gas-liquid separation unit 7 to the fuel mixing unit 3. Thus, the concentration is adjusted by mixing the fuel discharged from the power generation unit 2, the water separated by the gas-liquid separation unit 7, and the high-concentration methanol of the diluted fuel supplied from the fuel storage unit 6. Then, the methanol aqueous solution of the diluted fuel can be supplied to the power generation unit 2 through the cooling unit 4. Further, for example, the fuel mixing unit 3 may include a concentration sensor or the like, and the concentration of the aqueous methanol solution mixed in the fuel mixing unit 3 may be adjusted via the control unit 10 from the value of the concentration sensor.
冷却部4は、燃料混合部3及び燃料供給部9と燃料流路が接続し、燃料混合部3から供給されるメタノール水溶液の温度を適温にまで下げることができる。このことで、本発明の燃料電池発電装置1の運転により加熱されたメタノール水溶液の温度を下げ、発電部2の過熱を防止することができる。 The cooling unit 4 is connected to the fuel mixing unit 3 and the fuel supply unit 9 and the fuel flow path, and can lower the temperature of the aqueous methanol solution supplied from the fuel mixing unit 3 to an appropriate temperature. As a result, the temperature of the aqueous methanol solution heated by the operation of the fuel cell power generation device 1 of the present invention can be lowered, and overheating of the power generation unit 2 can be prevented.
尚、冷却部4は、図2のように略直方体状の形状をしていてもよい。また、冷却部4と燃料混合部3との燃料流路の接続方法は、例えば間にある発電部2の内部に流路を設けるなどして接続することがあげられるが、その接続方法はとくに限定されるものではない。また、冷却部4の制御を制御部10で行なってもよい。例えば、発電部2の温度が高いときに限り冷却部4を運転するように制御されていてもよい。そして、冷却部4は、発電部2に供給するメタノール水溶液の温度を下げることができれば、設置位置を限定するものではない。 The cooling unit 4 may have a substantially rectangular parallelepiped shape as shown in FIG. In addition, as a method for connecting the fuel flow path between the cooling unit 4 and the fuel mixing unit 3, for example, a connection may be provided by providing a flow path inside the power generation unit 2 between them. It is not limited. Further, the control of the cooling unit 4 may be performed by the control unit 10. For example, the cooling unit 4 may be controlled to operate only when the temperature of the power generation unit 2 is high. And the cooling part 4 will not limit an installation position if the temperature of the methanol aqueous solution supplied to the electric power generation part 2 can be lowered | hung.
空気供給部5は、略直方体状の筐体で、その筐体内部に空気が流れる空気流路を備え、その空気流路の出口は、筐体所要の面に臨むように設けられている。そして、空気供給部5の空気流路の出口は、発電部2の空気流路の入口と直接接続している。また、外気を取り込むことができるように開口を有している。これによって、発電に使われる酸素を外気から空気として取り込むことができる。空気供給部5の例としては、ポンプやファン等が挙げられるが、発電部2に空気を供給することができるものであればこれらに限定されるものではない。また、空気供給部5の制御を制御部10で行なってもよい。例えば、発電部2が必要とする発電量に応じて空気供給部5の空気の供給量を制御されてもよい。 The air supply unit 5 is a substantially rectangular parallelepiped casing, and includes an air flow path through which air flows. The outlet of the air flow path is provided to face a required surface of the casing. The outlet of the air flow path of the air supply unit 5 is directly connected to the inlet of the air flow path of the power generation unit 2. Moreover, it has an opening so that outside air can be taken in. As a result, oxygen used for power generation can be taken in from the outside air as air. Examples of the air supply unit 5 include a pump and a fan, but are not limited to these as long as air can be supplied to the power generation unit 2. Further, the control of the air supply unit 5 may be performed by the control unit 10. For example, the air supply amount of the air supply unit 5 may be controlled according to the power generation amount required by the power generation unit 2.
燃料貯蔵部6は、略直方体状の筐体で、その筐体内部に希釈燃料が流れる燃料流路を備え、その燃料流路の出口は、筐体所要の面に臨むように設けられている。そして、燃料貯蔵部6の燃料流路の出口は、燃料混合部3の燃料流路の入口と直接接続している。燃料貯蔵部6は、被希釈燃料としての高濃度のメタノールを貯蔵し、必要に応じて燃料混合部3に送ることができる。 The fuel storage unit 6 is a substantially rectangular parallelepiped casing, and includes a fuel flow path through which diluted fuel flows, and an outlet of the fuel flow path is provided so as to face a required surface of the casing. . The fuel channel outlet of the fuel storage unit 6 is directly connected to the fuel channel inlet of the fuel mixing unit 3. The fuel storage unit 6 can store high-concentration methanol as the fuel to be diluted and send it to the fuel mixing unit 3 as necessary.
気液分離部7は、略直方体状の筐体で、その筐体内部に空気が流れる空気流路と備え、その空気流路の入口は、筐体所要の面に臨むように設けられている。そして、気液分離部7の空気流路の入口は、発電部2と直接接続される。また、気液分離部7は、分離した水を燃料混合部3に供給するために、燃料混合部3と接続している。また、気液分離部7は、排気ガスを排出することができるように排出口を有している。気液分離部7は、発電部2から出される水分を含む排気ガスを気液分離させることができ、水分を取り除かれた排気ガスを外部に排出することができる。そして、分離した水を燃料混合部3に供給することができる。水は燃料混合部3で発電部2から排出される排出燃料と燃料貯蔵部6から供給される被希釈燃料を希釈するために使われる。 The gas-liquid separation unit 7 is a substantially rectangular parallelepiped casing, and includes an air flow path through which air flows. The inlet of the air flow path is provided so as to face a required surface of the casing. . The inlet of the air flow path of the gas-liquid separation unit 7 is directly connected to the power generation unit 2. The gas-liquid separation unit 7 is connected to the fuel mixing unit 3 in order to supply the separated water to the fuel mixing unit 3. Moreover, the gas-liquid separation part 7 has a discharge port so that exhaust gas can be discharged. The gas-liquid separation unit 7 can perform gas-liquid separation of the exhaust gas containing moisture output from the power generation unit 2, and can discharge the exhaust gas from which moisture has been removed to the outside. Then, the separated water can be supplied to the fuel mixing unit 3. The water is used for diluting the fuel discharged from the power generation unit 2 and the diluted fuel supplied from the fuel storage unit 6 in the fuel mixing unit 3.
蓄電部8は、発電部2で発電された電力を蓄えることができる。また、例えば燃料供給部9、空気供給部5、制御部10等に電力供給することができる。 The power storage unit 8 can store the power generated by the power generation unit 2. For example, electric power can be supplied to the fuel supply unit 9, the air supply unit 5, the control unit 10, and the like.
燃料供給部9は、略直方体状の筐体で、その筐体内部に希釈燃料が流れる燃料流路を備え、その燃料流路の出口は、筐体所要の面に臨むように設けられている。そして、燃料供給部9の燃料流路の出口は、発電部2の入口と直接接続され、燃料供給部9の燃料流路の入口は、冷却部4と接続されている。これにより、冷却部4から送り込まれるメタノール水溶液を発電部2に供給することができる。このことで、本発明の燃料電池発電装置1の運転により加熱されたメタノール水溶液の温度を下げ、発電部2の過熱を防止することができる。また、燃料供給部9の制御を制御部10で行なってもよい。例えば、発電部2が必要とする発電量に応じて燃料供給部9のエタノール水溶液の供給量を制御されてもよい。尚、燃料供給部9の形状は特に限定されるものではないが、例えばポンプなどがあげられる。 The fuel supply unit 9 is a substantially rectangular parallelepiped casing, and includes a fuel flow path through which diluted fuel flows, and an outlet of the fuel flow path is provided so as to face a required surface of the casing. . The fuel channel outlet of the fuel supply unit 9 is directly connected to the inlet of the power generation unit 2, and the fuel channel inlet of the fuel supply unit 9 is connected to the cooling unit 4. Thereby, the aqueous methanol solution fed from the cooling unit 4 can be supplied to the power generation unit 2. As a result, the temperature of the aqueous methanol solution heated by the operation of the fuel cell power generation device 1 of the present invention can be lowered, and overheating of the power generation unit 2 can be prevented. Further, the control of the fuel supply unit 9 may be performed by the control unit 10. For example, the supply amount of the aqueous ethanol solution in the fuel supply unit 9 may be controlled according to the power generation amount required by the power generation unit 2. The shape of the fuel supply unit 9 is not particularly limited, and examples thereof include a pump.
制御部10は、要求される発電量、温度センサー及び濃度センサー等の値から、各機器を制御し、発電部2の発電量、冷却部4のメタノール水溶液の温度、燃料混合部3のメタノール水溶液の濃度等を調節することができる。例えば、制御部10が燃料供給部9と空気供給部5を制御することで、空気とメタノール水溶液の発電部2への供給量がコントロールされる。これにより発電部2は必要とする発電量に応じた発電をすることができる。 The control unit 10 controls each device based on the required power generation amount, temperature sensor, concentration sensor, and other values, and generates the power generation amount of the power generation unit 2, the temperature of the aqueous methanol solution in the cooling unit 4, and the aqueous methanol solution in the fuel mixing unit 3. The concentration of the can be adjusted. For example, the control unit 10 controls the fuel supply unit 9 and the air supply unit 5 to control the supply amount of air and aqueous methanol solution to the power generation unit 2. Thereby, the electric power generation part 2 can generate electric power according to the electric power generation amount required.
本例の場合、燃料電池発電装置としては、最も大きく剛性の高い構造であり、希釈燃料と空気の流れがともに存在し、発電を担う機能的にも中心的な存在である発電部2を中心に構成することが理にかなっている。発電部2に燃料混合部3、空気供給部5、気液分離部7、燃料供給部9の機器を下記で説明する直接接続することによって、これらを一体として扱えるため燃料電池発電装置1内部での固定は発電部2の1箇所で可能となる。このことによって、多数の固定方法を準備する必要がなく、燃料電池発電装置1を小型にでき、組み立て時間の短縮もできるようになる。 In the case of this example, the fuel cell power generation device has the largest and most rigid structure, and both the flow of diluted fuel and air exists, and the power generation unit 2 that is functionally central for power generation is the center. It makes sense to compose. By directly connecting the fuel mixing unit 3, the air supply unit 5, the gas-liquid separation unit 7 and the fuel supply unit 9 to the power generation unit 2 as will be described below, these can be handled as an integral unit in the fuel cell power generation device 1 Can be fixed at one place of the power generation unit 2. Thus, it is not necessary to prepare a large number of fixing methods, the fuel cell power generation device 1 can be reduced in size, and the assembly time can be shortened.
図3(a)、図3(b)、図4(a)及び図4(b)は、発電部2と、燃料混合部3を例にとった本発明の燃料電池発電装置1の接続の一例を示している。 3 (a), 3 (b), 4 (a) and 4 (b) show the connection of the power generation unit 2 and the fuel cell power generation device 1 of the present invention taking the fuel mixing unit 3 as an example. An example is shown.
図3(a)に示すように、例えば、燃料混合部3の筐体所要の面には、略直方体状の凸状接続部16が形成されている。その凸状接続部16には、燃料混合部3の燃料混合部内燃料流路14の入口が形成されている。また、発電部2の筐体所要の面には、凸状接続部16をはめ込むことができるように対応した凹状接続部17が形成されている。その凹状接続部内17には、燃料混合部内燃料流路14の入口と直接接続されるような発電部2の発電部内燃料流路15の出口が形成されている。そして、発電部2と燃料混合部3とは、図3(b)に示すように、凹状接続部16に凸状接続部17をはめ込むことにより、筐体外部に燃料流路の管を設けることなく、燃料混合部内燃料流路14の入口と発電部内燃料流路15の出口とを接続することができる。 As shown in FIG. 3A, for example, a substantially rectangular parallelepiped convex connection portion 16 is formed on a required surface of the fuel mixing portion 3. The convex connection part 16 is formed with an inlet of the fuel flow path 14 in the fuel mixing part 3 of the fuel mixing part 3. Moreover, the corresponding concave connection part 17 is formed in the required surface of the housing | casing of the electric power generation part 2 so that the convex connection part 16 can be inserted. In the concave connection portion 17, an outlet of the power generation unit fuel flow path 15 of the power generation unit 2 is formed so as to be directly connected to the inlet of the fuel mixing unit fuel flow path 14. Then, as shown in FIG. 3B, the power generation unit 2 and the fuel mixing unit 3 are provided with a pipe for the fuel flow path outside the housing by fitting the convex connection part 17 into the concave connection part 16. Instead, the inlet of the fuel flow path 14 in the fuel mixing section and the outlet of the fuel flow path 15 in the power generation section can be connected.
また、凹状接続部と凸状接続部との間にシール剤を備えることができる。このシール剤18は燃料混合部3と発電部2を固定する力によって十分に加圧された状態となるように配置される。これにより、密閉度を増し、希釈燃料のメタノール水溶液の漏出を防ぐことができる。 Moreover, a sealing agent can be provided between the concave connection part and the convex connection part. The sealing agent 18 is disposed so as to be sufficiently pressurized by a force for fixing the fuel mixing unit 3 and the power generation unit 2. Thereby, a sealing degree can be increased and leakage of the methanol aqueous solution of a diluted fuel can be prevented.
このように接続することによって、燃料混合部3と発電部2を接続するための特別な空間は不要で、接続後の体積を燃料混合部3と発電部2の体積の和に収めることができる。また、接続箇所が少ないため、液漏れが発生する可能性のある場所が減少し、さらにシール材18を使用することによって、液漏れをなくすとともに、組み立て時の作業時間を短縮できる。さらに、接続部の凹凸を位置決めに利用することで、確実で安定した接続を可能とし、組み立て時の作業性も向上させることができる。本例では燃料混合部3に凸状の接続部を、発電部2に凹状の接続部を設けたが、この逆に燃料混合部3に凹状の接続部を、発電部2に凸状の接続部を設けても、同様の効果が得られる。 By connecting in this way, a special space for connecting the fuel mixing unit 3 and the power generation unit 2 is unnecessary, and the volume after connection can be stored in the sum of the volumes of the fuel mixing unit 3 and the power generation unit 2. . Moreover, since there are few connection places, the place where a liquid leak may generate | occur | produce reduces, Furthermore, by using the sealing material 18, while eliminating a liquid leak, the working time at the time of an assembly can be shortened. Furthermore, by using the unevenness of the connecting portion for positioning, a reliable and stable connection can be achieved, and the workability during assembly can be improved. In this example, a convex connection part is provided in the fuel mixing part 3 and a concave connection part is provided in the power generation part 2, but conversely, a concave connection part is provided in the fuel mixing part 3 and a convex connection is provided in the power generation part 2. Even if the portion is provided, the same effect can be obtained.
また、本発明の燃料電池発電装置1は、上記のような凹凸状の接続部を備えなくても略同様の効果を得る接続方法がある。図4(a)に示すように、例えば、燃料混合部3の筐体所要の面に燃料混合部3の燃料混合部内燃料流路14の入口が形成され、この燃料混合部3を発電部2に接続する際、燃料混合部内燃料流路14の入口と対応する発電部2の筐体所要の面に発電部2の発電部内燃料流路15の出口を形成し、燃料混合部3と発電部2とを接続することもできる。これにより、図4(b)のように、筐体外部に燃料流路の管を設けることなく、燃料混合部内燃料流路14の入口と発電部内燃料流路15の出口とを接続することができる。 In addition, the fuel cell power generation device 1 of the present invention has a connection method that can obtain substantially the same effect without the above-described uneven connection portion. As shown in FIG. 4A, for example, an inlet of the fuel flow path 14 in the fuel mixing section 3 is formed on a required surface of the fuel mixing section 3 and the fuel mixing section 3 is connected to the power generation section 2. Is connected to the inlet of the fuel flow path 14 in the fuel mixing section, the outlet of the fuel flow path 15 in the power generation section 2 is formed on a required surface of the power generation section 2 corresponding to the inlet of the fuel mixing section 2. 2 can also be connected. As a result, as shown in FIG. 4B, the inlet of the fuel flow path 14 in the fuel mixing section and the outlet of the fuel flow path 15 in the power generation section can be connected without providing a fuel flow path pipe outside the housing. it can.
図4(b)のように、本発明の燃料電池発電装置1は、燃料混合部内燃料流路14の入口と発電部内燃料流路15の出口とにシール材18を有している。シール材18を燃料混合部3と発電部2を固定する力によって十分に加圧された状態となるようにすると、本例のような接続においても、図3に示したような接続と同様にメタノール水溶液が漏れ出すことを防ぐことができる。また、図4に図示されていないが、シール材18を配置するためのガイド溝は、発電部2に設けても燃料混合部3に設けても同様で、シール材の位置を固定し、燃料が漏れ出すことを防ぐことができる。 As shown in FIG. 4 (b), the fuel cell power generator 1 of the present invention has the sealing material 18 at the inlet of the fuel flow channel 14 in the fuel mixing section and the outlet of the fuel flow path 15 in the power generation section. When the sealing material 18 is sufficiently pressurized by the force for fixing the fuel mixing unit 3 and the power generation unit 2, the connection as in this example is similar to the connection shown in FIG. It is possible to prevent the aqueous methanol solution from leaking out. Although not shown in FIG. 4, the guide groove for arranging the seal material 18 is the same in the power generation unit 2 and the fuel mixing unit 3. Can be prevented from leaking.
このような接続によっても、燃料混合部3と発電部2を接続するための特別な空間は不要で、接続後の体積は燃料混合部3と発電部2の体積の和に収めることができる。また、接続箇所が少ないため、液漏れが発生する可能性のある場所が減少し、さらにシール材18を使用することによって、液漏れをなくすとともに、組み立て時の作業時間を短縮できる。さらに、筐体所要の面に臨む流路出入口の位置が決まっていることにより、それを位置決めに利用することで、確実で安定した接続を可能とし、組み立て時の作業性も向上させることができる。 Even with such a connection, a special space for connecting the fuel mixing unit 3 and the power generation unit 2 is not necessary, and the volume after the connection can be contained in the sum of the volumes of the fuel mixing unit 3 and the power generation unit 2. Moreover, since there are few connection places, the place where a liquid leak may generate | occur | produce reduces, Furthermore, by using the sealing material 18, while eliminating a liquid leak, the working time at the time of an assembly can be shortened. Furthermore, since the position of the flow passage entrance facing the required surface of the housing is determined, it can be used for positioning, enabling a reliable and stable connection and improving workability during assembly. .
尚、図3及び図4に示された発電部2と燃料混合部3との接続は一例であり、同様の方法で、他の機器である空気供給部5、気液分離部7及び燃料供給部9も発電部2に接続することができる。また、例えば燃料貯蔵部6と燃料混合部3のように、発電部以外の機器どうしも同様の方法で接続することができる。 The connection between the power generation unit 2 and the fuel mixing unit 3 shown in FIGS. 3 and 4 is an example, and the air supply unit 5, the gas-liquid separation unit 7, and the fuel supply, which are other devices, are used in the same manner. The unit 9 can also be connected to the power generation unit 2. Further, for example, like the fuel storage unit 6 and the fuel mixing unit 3, devices other than the power generation unit can be connected in the same manner.
図5は、本発明のメタノールのような液体を燃料とした燃料電池発電装置1の構成機器とその接続や燃料の流れを示した模式図の一例で、図1の例に対応している。尚、燃料の流れに直接的なつながりのない制御部10と蓄電部8は省略してある。また、図中の矢印22はメタノール水溶液の流れを模式的に示し、矢印23は空気の流れを模式的に示したものである。図5のように、本発明の燃料電池発電装置1は、アノード19及びカソード20で挟まれる電解質膜21からなる発電部2と、上述した発電部2から排出される排出燃料と被希釈燃料と水とを混合させてメタノール水溶液を調整する燃料混合部3、燃料混合部3へ供給する高濃度メタノールを貯蔵する燃料貯蔵部6、発電部2における発電反応で排出される排気ガスから水を分離し燃料混合部3に水を供給する気液分離部7、カソード20に空気を供給する空気供給部5、燃料となるメタノール水溶液をアノード19に供給する燃料供給部9及び燃料となるメタノール水溶液を冷却する冷却部4を有している。 FIG. 5 is an example of a schematic diagram showing the components of the fuel cell power generation apparatus 1 using a liquid such as methanol of the present invention as a fuel, its connection, and the flow of fuel, and corresponds to the example of FIG. In addition, the control part 10 and the electrical storage part 8 which are not directly connected with the flow of fuel are abbreviate | omitted. Moreover, the arrow 22 in a figure shows typically the flow of methanol aqueous solution, and the arrow 23 shows the flow of air typically. As shown in FIG. 5, the fuel cell power generation device 1 of the present invention includes a power generation unit 2 composed of an electrolyte membrane 21 sandwiched between an anode 19 and a cathode 20, exhaust fuel discharged from the power generation unit 2, and diluted fuel. Water is separated from the exhaust gas discharged in the power generation reaction in the fuel mixing unit 3 for adjusting the aqueous methanol solution by mixing water, the fuel storage unit 6 for storing high-concentration methanol supplied to the fuel mixing unit 3, and the power generation unit 2 A gas-liquid separation unit 7 for supplying water to the fuel mixing unit 3, an air supply unit 5 for supplying air to the cathode 20, a fuel supply unit 9 for supplying a methanol aqueous solution as fuel to the anode 19, and a methanol aqueous solution as fuel. A cooling unit 4 for cooling is provided.
発電部2は、プロトンを透過させる膜状の電解質膜21、発電反応における触媒を有するアノード19及びカソード20からなり電解質膜21をアノード19およびカソード20によりはさみ、張り合わせて形成される。プロトンを透過させる電解質膜21は、透過性と耐酸化性と耐熱性とを兼ね備えた材質で形成される。アノード19及びカソード20は、金属材料や炭素材料、伝導性を有する不繊布などを用いて構成され、例えば炭素材料を用いる場合、炭素材料の多孔室表面に白金等の触媒を担持させてもよい。電解質21、アノード19及びカソード20の大きさ及び形状は、発電部2の大きさ及び形状に合わせて適宜変更される。発電部2はアノード19にメタノール水溶液をカソード20に空気を供給することで発電反応を起こすことができる。 The power generation unit 2 includes a membrane electrolyte membrane 21 that allows protons to permeate, an anode 19 and a cathode 20 that have a catalyst in a power generation reaction, and the electrolyte membrane 21 is sandwiched between the anode 19 and the cathode 20 and bonded together. The electrolyte membrane 21 that allows protons to permeate is formed of a material that has permeability, oxidation resistance, and heat resistance. The anode 19 and the cathode 20 are configured using a metal material, a carbon material, a conductive non-woven cloth, and the like. For example, when a carbon material is used, a catalyst such as platinum may be supported on the surface of the porous chamber of the carbon material. . The size and shape of the electrolyte 21, the anode 19, and the cathode 20 are appropriately changed according to the size and shape of the power generation unit 2. The power generation unit 2 can cause a power generation reaction by supplying an aqueous methanol solution to the anode 19 and air to the cathode 20.
アノード19は、燃料供給部9を介して、メタノール水溶液を循環させるように燃料混合部3と接続されている。これにより、燃料混合部3で調節されたメタノール水溶液をアノード19に供給し、発電反応に用いることができる。そして、反応終了後、アノード19からメタノール水溶液を燃料混合部3に戻すことができる。 The anode 19 is connected to the fuel mixing unit 3 through the fuel supply unit 9 so as to circulate the aqueous methanol solution. Thereby, the methanol aqueous solution adjusted with the fuel mixing part 3 can be supplied to the anode 19, and can be used for an electric power generation reaction. And after completion | finish of reaction, methanol aqueous solution can be returned to the fuel mixing part 3 from the anode 19. FIG.
カソード20は、空気を供給させるように空気供給部5と接続され、発電反応で発生する水を回収する気液分離部7と接続している。これにより、カソード20に空気が供給され、アノード19に供給されるメタノール水溶液により発電反応を起こすことができる。また、気液分離部7により発電部2での発電反応で発生する水を排出させることができ、カソード20に表面に水が付着することにより引き起こされる反応効率の低下を防ぐことができるとともに、発生した水をメタノール水溶液の調整に利用することができる。 The cathode 20 is connected to the air supply unit 5 so as to supply air, and is connected to the gas-liquid separation unit 7 that collects water generated by the power generation reaction. Thereby, air is supplied to the cathode 20, and a power generation reaction can be caused by the methanol aqueous solution supplied to the anode 19. In addition, water generated by the power generation reaction in the power generation unit 2 can be discharged by the gas-liquid separation unit 7, and a reduction in reaction efficiency caused by water adhering to the surface of the cathode 20 can be prevented. The generated water can be used for adjusting the aqueous methanol solution.
前記の燃料電池発電装置1は、燃料混合部3で調整されたメタノール水溶液をアノード19に供給するとともに、空気供給部5を介してカソード20に空気を供給することにより、発電部2で以下のような反応を行なうことができる。メタノール水溶液は、アノード19において、メタノール水溶液中の水とメタノールによってCH3OH+H2O→CO2+6H++6e−という反応が起こる。この反応で発生するプロトン(H+)は、電解質膜21を透過しカソード20に移動する。また、発生した電子(e−)は、アノード19から外部回路を通りカソード20に移動する。移動してきたプロトンと電子は、カソード20において、空気供給部5から供給される空気中の酸素と3/2O2+6H++6e−→3H2Oという反応を起こす。したがって本発明の燃料電池発電装置1の発電部2には、メタノール水溶液と空気を供給することによって発電反応を行なうことができる。 The fuel cell power generation apparatus 1 supplies the methanol aqueous solution adjusted by the fuel mixing unit 3 to the anode 19 and supplies air to the cathode 20 via the air supply unit 5, thereby generating the following in the power generation unit 2. Such a reaction can be performed. The methanol aqueous solution undergoes a reaction of CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − by the water and methanol in the aqueous methanol solution at the anode 19. Protons (H + ) generated by this reaction pass through the electrolyte membrane 21 and move to the cathode 20. The generated electrons (e − ) move from the anode 19 to the cathode 20 through the external circuit. The protons and electrons that have moved cause a reaction of 3/2 O 2 + 6H + + 6e − → 3H 2 O with oxygen in the air supplied from the air supply unit 5 at the cathode 20. Therefore, a power generation reaction can be performed by supplying a methanol aqueous solution and air to the power generation unit 2 of the fuel cell power generation device 1 of the present invention.
燃料であるメタノールは、燃料貯蔵部6に貯蔵された高濃度のメタノールを燃料混合部3に供給し、燃料混合部3で例えば3〜6wt%に希釈され、燃料供給部9によって燃料混合部3から冷却部4を介して発電部2に供給され、発電に寄与したあとに発電部2から燃料混合部3に戻されるという循環経路を構成する。もう一方の燃料である酸素は、空気供給部5によって外気から空気として取り込み、発電部2に供給され、発電に寄与したあとに発電部2から水分を含んだ空気の状態で排気され、気液分離部7に供給される。気液分離部7において水と空気に分離され、空気は燃料電池発電装置の外へ排出し、水はメタノールの希釈に使われるために燃料混合部3に供給する。 Methanol, which is a fuel, supplies high-concentration methanol stored in the fuel storage unit 6 to the fuel mixing unit 3, and is diluted to, for example, 3 to 6 wt% by the fuel mixing unit 3. Is supplied to the power generation unit 2 through the cooling unit 4 and contributes to power generation, and then returns to the fuel mixing unit 3 from the power generation unit 2. The other fuel, oxygen, is taken in as air from the outside air by the air supply unit 5 and supplied to the power generation unit 2. After contributing to the power generation, the oxygen is exhausted from the power generation unit 2 in the state of moisture. It is supplied to the separation unit 7. The gas-liquid separation unit 7 separates water and air, the air is discharged out of the fuel cell power generator, and the water is supplied to the fuel mixing unit 3 to be used for dilution of methanol.
尚、図5に示した構成は一例であり、本発明の燃料電池発電装置1は、このような構成に限るものではない。例えば、冷却部4を省くなどしてもよい。 In addition, the structure shown in FIG. 5 is an example, and the fuel cell power generator 1 of the present invention is not limited to such a structure. For example, the cooling unit 4 may be omitted.
図6は、発電部2に直接接続された機器と、発電部2内部での燃料系の流れを示した模式図である。図6のように、本発明の燃料電池発電装置1は、発電部2の一端側の上部に空気供給部5を接続し、発電部2の反対側の下部に気液分離器7を接続、発電部2の空気供給部5と同じ側の下部に燃料供給部9を接続し、発電部2の気液分離部7と同じ側の上部に燃料混合部3を接続することを特徴とする。 FIG. 6 is a schematic diagram showing a device directly connected to the power generation unit 2 and a fuel system flow inside the power generation unit 2. As shown in FIG. 6, the fuel cell power generation device 1 of the present invention has an air supply unit 5 connected to the upper part on one end side of the power generation unit 2, and a gas-liquid separator 7 connected to the lower part on the opposite side of the power generation unit 2, The fuel supply unit 9 is connected to the lower part of the power generation unit 2 on the same side as the air supply unit 5, and the fuel mixing unit 3 is connected to the upper part of the power generation unit 2 on the same side as the gas-liquid separation unit 7.
空気供給部5によって発電部2の上部から供給された空気は、発電部2の下部から気液分離部7に排出され、燃料供給部9によって発電部2の下部から供給されたメタノール水溶液は、発電部2の上部から燃料混合部3に戻される。このとき、発電部2内部の燃料流路は、流路入口から流路出口に向かって上昇するように流路が形成され、発電部2内部の空気流路は、流路入口から流路出口に向かって下降するように流路が形成されている。 The air supplied from the upper part of the power generation unit 2 by the air supply unit 5 is discharged from the lower part of the power generation unit 2 to the gas-liquid separation unit 7, and the aqueous methanol solution supplied from the lower part of the power generation unit 2 by the fuel supply unit 9 is The fuel is returned from the upper part of the power generation unit 2 to the fuel mixing unit 3. At this time, the fuel flow path inside the power generation unit 2 is formed so as to rise from the flow path inlet toward the flow path outlet, and the air flow path inside the power generation unit 2 extends from the flow path inlet to the flow path outlet. A flow path is formed so as to descend toward the bottom.
ここで、発電部2内部での希釈燃料であるメタノール水溶液と空気の流れを示した斜めの矢印は模式的な表現であり実際に斜めに流れるわけではなく、気体である空気の発電部2への入口に対して発電部2からの出口が低い位置にあり、液体であるメタノール水溶液の発電部2への入口に対して発電部2からの出口が高い位置にあれば特に限定されるものではない。また、図6の例では、発電部2内部での空気とメタノール水溶液の流れが同一方向であるが、各機器の配置を工夫することによって、発電部2内部での空気とメタノール水溶液の流れを逆にすることも可能である。 Here, the slanted arrow indicating the flow of the methanol aqueous solution which is the diluted fuel inside the power generation unit 2 and the air is a schematic expression, and does not actually flow diagonally. If the outlet from the power generation unit 2 is at a low position with respect to the inlet, and the outlet from the power generation unit 2 is at a higher position than the inlet to the power generation unit 2 of the aqueous methanol solution as a liquid Absent. In the example of FIG. 6, the flow of air and aqueous methanol solution in the power generation unit 2 is in the same direction, but by devising the arrangement of each device, the flow of air and aqueous methanol solution in the power generation unit 2 is changed. The reverse is also possible.
図6のように、本発明の燃料電池発電装置1では、発電部2内部で、メタノール水溶液の入口がメタノール水溶液の出口よりも低い位置にあり、空気の入口が空気の出口よりも高い位置にあることを特徴とする。発電部2では、発電反応により二酸化炭素と水が発生する。二酸化炭素は、発電部2の燃料流路に混入し、水は、発電部2の空気流路に混入する。両流路に混入した二酸化炭素と水は、メタノール水溶液と空気の流れを阻害してしまう。そこで、燃料流路では、流路の入口が流路の出口よりも低い位置にあることで、気体と液体の密度と重力を利用して、気体である二酸化炭素を流路のより上方に、液体であるメタノール水溶液を流路のより下方に移動する。よって、メタノール水溶液の流れを阻害する二酸化炭素を流路の入口から入口よりも高い位置に備え付けられた流路の出口の方向に移動させやすくし、排出しやすくすることができる。 As shown in FIG. 6, in the fuel cell power generation device 1 of the present invention, in the power generation unit 2, the methanol aqueous solution inlet is at a position lower than the methanol aqueous solution outlet, and the air inlet is higher than the air outlet. It is characterized by being. In the power generation unit 2, carbon dioxide and water are generated by a power generation reaction. Carbon dioxide is mixed in the fuel flow path of the power generation unit 2, and water is mixed in the air flow path of the power generation unit 2. Carbon dioxide and water mixed in both flow paths obstruct the aqueous methanol solution and the air flow. Therefore, in the fuel flow channel, the flow channel inlet is positioned lower than the flow channel outlet, so that the density of the gas and the liquid and gravity are used to bring the carbon dioxide gas above the flow channel. The methanol aqueous solution which is a liquid is moved further down the flow path. Therefore, carbon dioxide that inhibits the flow of the methanol aqueous solution can be easily moved from the inlet of the channel to the outlet of the channel provided at a position higher than the inlet, and can be easily discharged.
また、空気流路では、流路の入口が流路の出口よりも高い位置にあることで、燃料流路に混入した二酸化炭素と同様に、気体である空気を流路のより上方に、液体である水を流路のより下方に移動する。よって空気の流れを阻害する水を流路の入口から入口よりも低い位置に備えられた流路の出口の方向に移動させやすくし、排出しやすくすることができる。即ち、発電反応により発生する二酸化炭素と水の排出特性を向上させることができる。これによって、二酸化炭素や水を積極的に排出し、安定した発電を可能にする。 In addition, in the air flow path, since the inlet of the flow path is at a higher position than the outlet of the flow path, the air, which is a gas, is placed above the flow path in the same manner as the carbon dioxide mixed in the fuel flow path. The water which is is moved below the flow path. Therefore, it is possible to easily move water that obstructs the flow of air from the inlet of the channel to the outlet of the channel provided at a position lower than the inlet, and to discharge easily. That is, the discharge characteristics of carbon dioxide and water generated by the power generation reaction can be improved. As a result, carbon dioxide and water are actively discharged to enable stable power generation.
以上、本発明の燃料電池発電装置1に関する実施の形態である。本実施の形態で使用している被希釈燃料のメタノールは、これに限られるものではなく、通常の燃料電池で使用されている燃料を利用することもできる。例えば、エタノールやジメチルエーテルなどを使用することもできる。 As mentioned above, it is embodiment regarding the fuel cell electric power generating apparatus 1 of this invention. The diluted fuel methanol used in the present embodiment is not limited to this, and a fuel used in a normal fuel cell can also be used. For example, ethanol or dimethyl ether can also be used.
1 燃料電池発電装置
2、92 発電部
3、93 燃料混合部
4 冷却部
5 空気供給部
6 燃料貯蔵部
7 気液分離部
8 蓄電部
9 燃料供給部
10 制御部
14 燃料混合部内燃料流路
15 発電部内燃料流路
16 凸状接続部
17 凹状接続部
18 シール材
19 アノード
20 カソード
21 電解質膜
94、95 継手
96 配管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell power generator 2, 92 Electric power generation part 3, 93 Fuel mixing part 4 Cooling part 5 Air supply part 6 Fuel storage part 7 Gas-liquid separation part 8 Power storage part 9 Fuel supply part 10 Control part 14 Fuel flow path 15 in fuel mixing part Fuel flow path 16 in the power generation section Convex connection section 17 Concave connection section 18 Sealing material 19 Anode 20 Cathode 21 Electrolyte membranes 94, 95 Joint 96 Piping
Claims (11)
燃料混合部筐体所要の面に臨む出入口を有する燃料流路を備え前記発電部に供給される希釈燃料の濃度を調整する燃料混合部とを有し、
前記発電部の前記燃料流路の出口と前記燃料混合部の前記燃料流路の入口とが直接接続されることを特徴とする燃料電池発電装置。 A power generation unit that includes a fuel flow path having an inlet / outlet facing a required surface of the power generation unit housing and generates power using diluted fuel and air; and
A fuel mixing section that includes a fuel flow path having an inlet / outlet facing a required surface of the fuel mixing section housing and adjusts the concentration of diluted fuel supplied to the power generation section,
An outlet of the fuel flow path of the power generation unit and an inlet of the fuel flow path of the fuel mixing unit are directly connected.
前記発電部の前記燃料流路の出口に設けられた凹状接続部とにより接続されることを特徴とする請求項1記載の燃料電池発電装置。 A convex connecting portion provided at an inlet of the fuel flow path of the fuel mixing portion;
2. The fuel cell power generator according to claim 1, wherein the fuel cell power generator is connected by a concave connection provided at an outlet of the fuel flow path of the power generation unit.
前記燃料混合部の前記燃料流路の入口に設けられた凹状接続部とにより接続されることを特徴とする請求項1記載の燃料電池発電装置。 A convex connection provided at the outlet of the fuel flow path of the power generation unit;
2. The fuel cell power generator according to claim 1, wherein the fuel cell power generator is connected by a concave connection portion provided at an inlet of the fuel flow path of the fuel mixing portion.
前記希釈燃料の入口が前記希釈燃料の出口よりも低い位置にあり、
前記空気の入口が前記空気の出口よりも高い位置にあることを特徴とする請求項1記載の燃料電池発電装置。 For the power generation unit
The diluted fuel inlet is lower than the diluted fuel outlet;
2. The fuel cell power generator according to claim 1, wherein the air inlet is positioned higher than the air outlet.
燃料供給部筐体所要の面に臨む出入口を有する燃料流路を備え前記発電部に前記希釈燃料を供給する燃料供給部を有し、
前記発電部の前記燃料流路の入口と前記燃料供給部の前記燃料流路の出口とが直接接続されることを特徴とする燃料電池発電装置。 A power generation unit that includes a fuel flow path having an inlet / outlet facing a required surface of the power generation unit housing and generates power using diluted fuel and air; and
A fuel supply unit having a fuel flow path having an inlet / outlet facing a required surface of the fuel supply unit housing and supplying the diluted fuel to the power generation unit;
The fuel cell power generator, wherein an inlet of the fuel flow path of the power generation unit and an outlet of the fuel flow path of the fuel supply unit are directly connected.
空気供給部筐体所要の面に臨む出入口を有する空気流路を備え前記発電部に前記空気を供給する空気供給部とを有し、
前記発電部の前記空気流路の入口と前記空気供給部の前記空気流路の出口とが直接接続されることを特徴とする燃料電池発電装置。 A power generation unit that includes an air flow path having an entrance facing a required surface of the power generation unit housing and generates power using diluted fuel and air; and
An air supply unit having an air flow path having an inlet / outlet facing a required surface of the air supply unit housing and supplying the air to the power generation unit;
The fuel cell power generator, wherein an inlet of the air flow path of the power generation unit and an outlet of the air flow path of the air supply unit are directly connected.
気液分離部筐体所要の面に臨む出入口を有する空気流路を備え前記発電部から排出される排気ガスから水を分離する気液分離部とを有し、
前記発電部の前記空気流路の出口と前記気液分離部の前記空気流路の入口とが直接接続されることを特徴とする燃料電池発電装置。
A power generation unit that includes an air flow path having an entrance facing a required surface of the power generation unit housing and generates power using diluted fuel and air; and
A gas-liquid separator having an air flow path having an inlet / outlet facing a required surface of the gas-liquid separator, and separating water from the exhaust gas discharged from the power generation unit;
The fuel cell power generator, wherein an outlet of the air flow path of the power generation unit and an inlet of the air flow path of the gas-liquid separation unit are directly connected.
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