JP2007258042A - Fuel cell module - Google Patents
Fuel cell module Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007258042A JP2007258042A JP2006082204A JP2006082204A JP2007258042A JP 2007258042 A JP2007258042 A JP 2007258042A JP 2006082204 A JP2006082204 A JP 2006082204A JP 2006082204 A JP2006082204 A JP 2006082204A JP 2007258042 A JP2007258042 A JP 2007258042A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- water
- methanol
- fuel cell
- fuel
- passage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、燃料電池モジュールに関し、特に直接メタノール式燃料電池(DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)に関する。 The present invention relates to a fuel cell module, and more particularly to a direct methanol fuel cell (DMFC).
従来、メタノールを燃料とするDMFCが公知である(一例として特許文献1参照)。DMFCは、燃料として濃度が数%程度のメタノール水溶液を利用し、反応生成物として水および二酸化炭素を排出する。このようなDMFCは、水素あるいは炭化水素を改質して得られた水素含有ガスを燃料とする他の燃料電池と比較して、燃料の取り扱いおよび燃料電池のシステム構成が簡単であり、燃料電池そのものの操作が容易であるという長所を有している。そのため、今後、家庭用、産業用および携帯性が要求される移動体などの電源として期待されている。
Conventionally, a DMFC using methanol as a fuel is known (see
DMFCの場合、特許文献1にも記載されているように、燃料として供給されたメタノールの一部が電解質膜を透過するいわゆるクロスオーバーが生じることが知られている。このようにクロスオーバーが生じると、反応生成物である水に微量のメタノールが混入することがある。排水に混入したメタノールは、燃料電池での発電に何ら寄与しない。そのため、燃費が悪化するという問題がある。
In the case of DMFC, as described in
そこで、本発明の目的は、廃液に含まれるメタノールを回収し、燃費を向上する燃料電池モジュールを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell module that recovers methanol contained in a waste liquid and improves fuel consumption.
(1)請求項1記載の燃料電池モジュールでは、メタノールを燃料とする燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックからの廃液が流れる排出通路部と、前記排出通路部に設けられ複数の孔を形成する表面が撥水処理された多孔部材を有し、前記排出通路部を流れる廃液に含まれるメタノールを回収する回収部と、を備える。
これにより、排出通路部を流れる廃液に含まれるメタノールは、回収部によって回収される。多孔部材は、複数の孔を形成している表面が撥水処理されている。そのため、排出通路部を流れる廃液のうち、液体の水は撥水処理された多孔部材を透過することができない。一方、廃液に含まれるメタノールは、蒸気圧が低いため、廃液から蒸発し蒸気となる。蒸気となったメタノールは、撥水処理された多孔部材を透過する。すなわち、多孔部材は、排出通路部を流れる水の透過を制限し、メタノールの蒸気の透過を許容する。その結果、廃液に含まれるメタノールは、多孔部材によって水から分離される。分離されたメタノールは、回収されるとともに、再び燃料として燃料電池スタックに供給される。したがって、燃費を向上することができる。
(1) In the fuel cell module according to
Thereby, the methanol contained in the waste liquid flowing through the discharge passage portion is recovered by the recovery portion. The porous member has a water repellent treatment on the surface where a plurality of holes are formed. For this reason, liquid water out of the waste liquid flowing through the discharge passage portion cannot permeate through the water repellent porous member. On the other hand, since methanol contained in the waste liquid has a low vapor pressure, it evaporates from the waste liquid and becomes steam. The vaporized methanol permeates through the water repellent porous member. That is, the porous member restricts the permeation of water flowing through the discharge passage and allows the permeation of methanol vapor. As a result, methanol contained in the waste liquid is separated from water by the porous member. The separated methanol is recovered and supplied again to the fuel cell stack as fuel. Therefore, fuel consumption can be improved.
(2)請求項2記載の燃料電池モジュールでは、前記回収部を加熱する加熱手段を備える。
廃液は、主に水であり、微量のメタノールを含んでいる。水とメタノールとは蒸気圧に差があり、メタノールの沸点は約65℃と水の沸点に比較して低い。これにより、加熱手段で回収部を加熱することにより、廃液に含まれるメタノールの気化は促進される。その結果、廃液に含まれるメタノールは容易に回収される。したがって、燃費を向上することができる。
(2) The fuel cell module according to
The waste liquid is mainly water and contains a trace amount of methanol. There is a difference in vapor pressure between water and methanol, and the boiling point of methanol is about 65 ° C., which is lower than the boiling point of water. Thereby, vaporization of methanol contained in the waste liquid is promoted by heating the recovery unit with the heating means. As a result, methanol contained in the waste liquid is easily recovered. Therefore, fuel consumption can be improved.
(3)請求項3記載の燃料電池モジュールでは、前記加熱手段は、前記燃料電池スタックである。
メタノールの沸点は約65℃であるため、回収部を加熱することにより廃液に含まれるメタノールの気化は促進される。一方、燃料電池スタックは、運転時に自己の発熱によって約70℃となる。そのため、加熱手段として燃料電池スタックを利用することにより、燃料電池スタックの排熱によって回収部が加熱される。その結果、回収部を加熱するための外部の熱源を必要としない。したがって、効率の低下を招くことなく、メタノールの回収を促進することができる。
(3) In the fuel cell module according to
Since the boiling point of methanol is about 65 ° C., the vaporization of methanol contained in the waste liquid is promoted by heating the recovery part. On the other hand, the fuel cell stack reaches about 70 ° C. due to its own heat generation during operation. Therefore, by using the fuel cell stack as the heating means, the recovery unit is heated by the exhaust heat of the fuel cell stack. As a result, an external heat source for heating the recovery unit is not required. Therefore, recovery of methanol can be promoted without causing a decrease in efficiency.
(4)請求項4記載の燃料電池モジュールでは、前記多孔部材は、網状の部材である。
これにより、例えば繊維を網状に編んだ部材の表面に撥水処理を施すことにより、撥水性を有する多孔部材を容易に形成することができる。
(4) In the fuel cell module according to claim 4, the porous member is a net-like member.
Thereby, for example, a porous member having water repellency can be easily formed by performing water repellency treatment on the surface of a member in which fibers are knitted in a net shape.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態による燃料電池モジュールの構成を示すブロック図である。燃料電池モジュール10は、燃料電池スタック11を備えている。本実施形態の場合、燃料電池スタック11はDMFCである。DMFCは、燃料極12と、空気極13と、燃料極12と空気極13との間に挟み込まれた電解質膜14とを有している。燃料極12側には、燃料としてメタノール水溶液が供給され、空気極13側には空気が供給される。また、燃料極12側からは反応生成物として二酸化炭素が排出され、空気極13側からは反応生成物として主に水からなる廃液が排出される。燃料極12および空気極13は、図示しない外部の負荷に接続される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell module according to an embodiment of the present invention. The
DMFCにおける反応式は、以下の通りである。
燃料極:CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-
空気極:O2+4H++4e-→2H2O
したがって、全体としての反応式は、次の通りである。
2CH3OH+3O2→2CO2+4H2O
The reaction formula in DMFC is as follows.
Fuel electrode: CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e −
Air electrode: O 2 + 4H + + 4e − → 2H 2 O
Therefore, the overall reaction formula is as follows.
2CH 3 OH + 3O 2 → 2CO 2 + 4H 2 O
燃料電池モジュール10は、空気ポンプ15および燃料ポンプ16を備えている。空気ポンプ15は、大気中から空気を導入し、導入した空気を燃料電池スタック11の空気極13に供給する。空気ポンプ15の空気導入側は、導入される空気に含まれる異物を除去するための図示しないエアフィルタに接続している。空気ポンプ15の空気吐出側は、空気供給通路17を経由して燃料電池スタック11の空気極13に接続している。これにより、空気ポンプ15は、エアフィルタを経由して導入した空気を燃料電池スタック11の空気極13へ供給する。
The
燃料ポンプ16は、燃料タンク18に蓄えられた燃料を燃料電池スタック11の燃料極12に供給する。燃料ポンプ16の燃料導入側は、燃料導入通路19を経由して燃料タンク18に接続している。燃料タンク18は、燃料となるメタノール水溶液を蓄える。燃料ポンプ16の燃料吐出側は、燃料供給通路21を経由して燃料電池スタック11の燃料極12に接続している。これにより、燃料ポンプ16は、燃料タンク18から吸入したメタノール水溶液を燃料電池スタック11の燃料極12へ供給する。
The
燃料電池スタック11の空気極13と燃料タンク18との間は、燃料排出通路22によって接続されている。燃料電池スタック11の空気極13では、反応生成物として水が生成する。空気極13で生成した水には、いわゆるクロスオーバーによる未反応のメタノールが含まれている。また、空気極13で生成した水には、反応生成物である二酸化炭素が溶解している。これら空気極13で生成する水に含まれるメタノールおよび二酸化炭素は、燃料排出通路22を経由して燃料タンク18に循環される。
The
燃料電池モジュール10は、さらにラジエータ23、廃棄タンク24、気液分離部25、燃料補給部40および回収部50を備えている。ラジエータ23は、燃料電池スタック11の燃料極12と廃棄タンク24とを接続する循環通路26に設置されている。ラジエータ23は、燃料電池スタック11の燃料極12で余剰となった水を冷却する。燃料電池スタック11の燃料極12では、メタノール水溶液に含まれるメタノールが燃料として利用される。そのため、メタノール水溶液のうち余剰となった水は、廃棄タンク24へ回収される。燃料極12では、反応生成物として二酸化炭素が生成する。生成した二酸化炭素は、水とともに廃棄タンク24へ排出される。廃棄タンク24に回収された水は、給水通路27に設置された給水ポンプ28により燃料タンク18へ供給され、再利用される。燃料電池スタック11の燃料極12から廃棄タンク24へ回収される水には、空気、未反応のメタノール、および反応生成物である二酸化炭素が含まれている。
The
廃棄タンク24は、循環通路26に接続し、燃料電池スタック11の燃料極12で余剰となった水が回収される。廃棄タンク24には、タンク通路29が接続している。タンク通路29は、燃料タンク18と廃棄タンク24とを接続している。これにより、燃料排出通路22を経由して燃料電池スタック11から燃料タンク18に回収された二酸化炭素は、タンク通路29を経由して廃棄タンク24に回収される。
The
燃料補給部40は、補給タンク41、補給ポンプ42および補給通路43を有している。補給通路43は、補給タンク41と燃料タンク18とを接続している。補給ポンプ42は、補給タンク41に蓄えられた燃料であるメタノールを燃料タンク18へ供給する。補給タンク41に蓄えられている燃料のメタノール水溶液は、燃料タンク18に蓄えられているメタノール水溶液よりも濃度が高い。そのため、補給タンク41から燃料タンク18へ供給されたメタノール水溶液は、廃棄タンク24から供給される水によって希釈される。
The
廃棄タンク24は、排出通路部60に接続している。排出通路部60は、気液分離部25および回収部50を経由して廃棄タンク24と燃料タンク18とを接続している。排出通路部60は、廃棄タンク24と気液分離部25とを接続する第一通路61、気液分離部25と回収部50とを接続する第二通路62、回収部50と燃料タンク18とを接続する第三通路63、および回収部50から大気へ開放されている第四通路64を有している。廃棄タンク24には、上述のように燃料電池スタック11から排出された空気、二酸化炭素およびメタノールを含む水が蓄えられる。燃料電池スタック11は運転によって水が生成する。そのため、余剰となった水は燃料電池モジュール10の外部へ排出する必要がある。
The
廃棄タンク24から排出される水は、第一通路61を経由して気液分離部25に供給される。気液分離部25では、余剰となった水と、気体となっている空気および二酸化炭素とが分離される。空気および二酸化炭素の一部は、水に溶解している。したがって、気液分離部25では、気体となっている空気および二酸化炭素が分離される。分離された空気および二酸化炭素は大気中に放出される。気液分離部25を通過した水には、未反応のメタノールが溶解している。そのため、気液分離部25を通過した水は、第二通路62を経由して回収部50へ供給される。
Water discharged from the
回収部50は、図2に示すように通路部材51を有している。通路部材51は、内側に回収通路52を形成している。回収通路52は、第二通路62からメタノールを含む水が供給される。回収部50は、回収通路52を流れる水からメタノールを回収する。回収されたメタノールは、第三通路63を経由して燃料タンク18に戻される。また、回収部50でメタノールが回収された水は、第四通路64から大気中に放出される。
The
通路部材51は、一部に開口部53を有している。開口部53には、多孔部材としての網状部材54が設置されている。そのため、通路部材51が形成する開口部53は、網状部材54によって覆われている。また、通路部材51の開口部53の外側は、回収容器55によって覆われている。回収容器55は、第三通路63に接続している。これにより、回収通路52から網状部材54を透過したメタノールは、回収容器55に回収された後、第三通路63を経由して燃料タンク18へ戻される。図2では、説明の簡単のため開口部53は通路部材51の軸方向において一部に設置される例を示している。しかし、開口部53の開口面積が大きくなるほど、気化したメタノールの分離は促進される。そのため、開口部53は、可能な限り通路部材51の軸方向へ長くかつ周方向へ広く形成し、開口面積を拡大することが望ましい。
The
図1に示すように、第三通路63には液化部65を設置してもよい。回収通路52から回収容器55へ回収されるメタノールは気体である。そのため、回収したメタノールを液化部65で液化して燃料タンク18へ戻してもよい。液化部65は、例えばメタノールの蒸気を冷却して液化するコンデンサ、あるいはメタノールの蒸気を圧縮して液化するコンプレッサを有している。なお、液化部65を設置することなく、例えばメタノールの蒸気が室温の第三通路63を流れることにより、自然に凝縮して液化する構成としてもよい。
As shown in FIG. 1, a liquefying
回収部50は、燃料電池スタック11と接している。これにより、回収部50は、燃料電池スタック11によって加熱される。燃料電池スタック11は、運転時に発熱し、約70℃に達する。回収部50は、この燃料電池スタック11の排熱によって加熱される。すなわち、燃料電池スタック11は、回収部50を加熱する加熱手段である。燃料電池スタック11で回収部50を加熱することにより、回収部50を流れるメタノールを含む水は約70℃まで加熱される。メタノールの沸点は、約65℃である。そのため、回収部50においてメタノールを含む水を加熱することにより、水に含まれるメタノールは蒸発し、蒸気となって網状部材54を透過して回収容器55に回収される。
The
網状部材54は、表面に撥水性の撥水層が形成されている。網状部材54は、例えばポリプロピレンあるいはステンレスの繊維から形成されている。そして、網状部材54は、複数の孔となる網目を形成する繊維の表面に撥水層を有している。また、多孔部材として、網状部材54に代えて多孔質のアルミナを適用してもよい。この場合、孔を形成するアルミナの表面には、撥水層が形成されている。さらに、網状部材54は、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフッ素含有樹脂の繊維によって形成してもよい。この場合、網状部材54の表面自体が撥水性を有している。
The net-
網状部材54の撥水層の撥水性、または網状部材54自身の撥水性は、水の接触角度で140°以上であることが望ましい。水の接触角度は、撥水性を示す尺度として一般に用いられている。網状部材54の撥水層の撥水性または網状部材54自身の撥水性が、接触角度で140°以下であるとき、網状部材54から回収通路52を流れる水が染み出すおそれがあり、回収部50におけるメタノールの回収は困難となる。一方、網状部材54の撥水層の撥水性または網状部材54自身の撥水性が接触角度で160°以上であるとき、水とこの水に含まれるメタノールの蒸気との分離は促進される。
The water repellency of the water repellent layer of the
多孔部材である網状部材54の撥水層は、例えば次の方法によって形成される。多孔部材として多孔質のアルミナを適用する場合も同様に撥水層を形成することができる。
(1)分散めっき
分散めっきでは、スルファミン酸ニッケル、塩化ニッケルあるいはホウ酸などを溶解した水溶液に例えば平均粒径4μmのPTFE微粒子を分散させためっき液を用いて網状部材54にPTFE微粒子を含有する膜を形成する。網状部材54に分散めっきを施すことにより、網状部材54の撥水性は、水の接触角度が160°程度となる。これにより、網状部材54では、十分な撥水性が確保される。
The water repellent layer of the
(1) Dispersion plating In dispersion plating, the
(2)スプレーによる塗布
スプレーによる塗布では、例えば4μm程度のPTFE微粒子を塗料に均一に混合し、網状部材54に塗布する。これにより、網状部材54には、撥水層が形成される。
(3)コーティング
コーティングでは、例えばプラズマCVD法、スパッタリング法またはイオンプレーティング法などにより、網状部材54にケイ素含有被膜またはフッ素含有被膜などを形成する。これにより、網状部材54には、撥水層が形成される。
(2) Application by spraying In application by spraying, PTFE fine particles of, for example, about 4 μm are uniformly mixed in a paint and applied to the
(3) Coating In coating, for example, a silicon-containing film or a fluorine-containing film is formed on the
次に、上記の構成による回収部50のメタノール回収方法について説明する。
第二通路62から回収通路52に供給された水には、未反応のメタノールが含まれている。回収通路52を流れる水は、燃料電池スタック11によって加熱される。このとき、回収通路52を流れる水は、約70℃の燃料電池スタック11の排熱によってメタノールの沸点である約65℃以上に加熱される。そのため、水に含まれるメタノールは、回収通路52において気化し、水から分離される。
Next, a methanol recovery method of the
The water supplied from the
回収通路52を流れる水が網状部材54が設置されている開口部53に到達すると、主成分の水は網状部材54の撥水性の表面によってはじかれる。そのため、水は、網状部材54が形成する孔の内部へ浸入することはなく、回収通路52から第四通路64を経由して外部へ排出される。一方、水から気化することによって分離されたメタノールの蒸気は、撥水性の表面を有する網状部材54と接触してもはじかれることがない。そのため、メタノールの蒸気は、網状部材54の孔を透過して回収容器55へ流入する。その結果、回収通路52を流れる水から分離されたメタノールは、網状部材54によって水から分離され、回収容器55に回収される。
When the water flowing through the
次に、上記の構成の燃料電池モジュール10を用いたメタノールの回収性能を確認するための実験について説明する。
図3に示すように、条件を変更した上記の実施形態による燃料電池モジュールの四つの実験例と、七つの比較例について実験を行った。
各実験例および各比較例において、燃料電池スタック11の出力はいずれも500Wで共通である。また、各実験例および比較例では、補給タンク41から燃料タンク18へ供給される燃料は54vol%のメタノール水溶液で共通であり、燃料タンク18から燃料電池スタック11へ供給される燃料は3vol%のメタノール水溶液で共通である。さらに、各実験例および比較例では、燃料電池モジュール10の排水量、すなわち廃棄タンク24から排水される水の流量は10ml/minで共通である。
Next, an experiment for confirming methanol recovery performance using the
As shown in FIG. 3, experiments were performed on four experimental examples and seven comparative examples of the fuel cell module according to the above-described embodiment in which the conditions were changed.
In each experimental example and each comparative example, the output of the
各実験例および比較例では、外部へ排出される水に含まれるメタノールの濃度を検出し、排水の水質、燃料電池モジュール10の燃費、および省スペース性能について評価している。図3に示す評価の欄において、「○」は優、「△」は良、「×」は不良を意味している。
In each experimental example and comparative example, the concentration of methanol contained in the water discharged to the outside is detected, and the water quality of the waste water, the fuel consumption of the
(実験例1)
実験例1では、ポリプロピレンで形成した網状部材54の表面に撥水性の撥水層を形成している。網状部材54が形成する孔すなわちメッシュの大きさは、1μmである。
(実験例2)
実験例2では、ステンレスで形成した網状部材54の表面に撥水性の撥水層を形成している。網状部材54が形成する孔すなわちメッシュの大きさは、1μmである。
(Experimental example 1)
In Experimental Example 1, a water-repellent water-repellent layer is formed on the surface of the
(Experimental example 2)
In Experimental Example 2, a water-repellent water-repellent layer is formed on the surface of the
(実験例3)
実験例3では、ステンレスで形成した網状部材54の表面に撥水性の撥水層を形成している。網状部材54が形成する孔の大きさは、最大500μmである。
(実験例4)
実験例4では、多孔質のアルミナで形成した網状部材54の表面に撥水性の撥水層を形成している。網状部材54が形成する孔すなわちメッシュの大きさは、500μmである。
(Experimental example 3)
In Experimental Example 3, a water-repellent water-repellent layer is formed on the surface of the
(Experimental example 4)
In Experimental Example 4, a water-repellent water-repellent layer is formed on the surface of the
(比較例1)
比較例1では、回収部50を設置していない。そのため、気液分離部25を通過した水は、すべて外部へ排出される。
(比較例2)
比較例2では、回収部50に代えて活性炭を充填した濾過部を設置している。そのため、気液分離部25を通過した水は、濾過部を経由して外部へ排出される。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a filtration unit filled with activated carbon is installed instead of the
(比較例3)
比較例3では、回収部50に代えて酸化触媒を設置している。気液分離部25を通過した水は加熱され、水に溶解しているメタノールは気化される。そして、気化したメタノールを酸化触媒に通すことにより、メタノールを水および二酸化炭素に酸化した後、外部へ排出する。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, an oxidation catalyst is installed instead of the
(比較例4)
比較例4では、ステンレスで形成した網状部材を設置している。網状部材には、撥水処理を施していない。網状部材が形成する孔すなわちメッシュの大きさは、10μmである。
(比較例5)
比較例5では、ステンレスで形成した網状部材を設置している。網状部材には、撥水処理を施していない。網状部材が形成する孔すなわちメッシュの大きさは、100μmである。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, a mesh member formed of stainless steel is installed. The net member is not subjected to water repellent treatment. The size of the hole or mesh formed by the mesh member is 10 μm.
(Comparative Example 5)
In Comparative Example 5, a mesh member made of stainless steel is installed. The net member is not subjected to water repellent treatment. The size of the hole, that is, the mesh formed by the mesh member is 100 μm.
(比較例6)
比較例6では、ステンレスで形成した網状部材の表面に撥水性の撥水層を形成している。網状部材が形成する孔すなわちメッシュの大きさは、0.1μmである。
(比較例7)
比較例7では、ステンレスで形成した網状部材の表面に撥水性の撥水層を形成している。網状部材が形成する孔すなわちメッシュの大きさは、1000μmである。
(Comparative Example 6)
In Comparative Example 6, a water-repellent water-repellent layer is formed on the surface of a mesh member made of stainless steel. The size of the hole or mesh formed by the mesh member is 0.1 μm.
(Comparative Example 7)
In Comparative Example 7, a water-repellent water-repellent layer is formed on the surface of a mesh member made of stainless steel. The size of the hole, that is, the mesh formed by the mesh member is 1000 μm.
(実験結果の検討)
実験例1から実験例4では、いずれも外部へ排出される水に含まれるメタノールの濃度が9ppm以下となる。そのため、実験例1から実験例4では、水から気化したメタノールの蒸気は回収部50の網状部材54によって分離されていることが明らかである。したがって、排出される水に含まれるメタノールを低減することができるとともに、回収したメタノールを燃料として再利用することができる。また、網状部材54は、回収部50の通路部材51に設置するだけである。したがって、体格の大型化を招かず、省スペース化を図ることができる。
(Examination of experimental results)
In Experimental Examples 1 to 4, the concentration of methanol contained in the water discharged to the outside is 9 ppm or less. Therefore, in Experimental Example 1 to Experimental Example 4, it is clear that the vapor of methanol vaporized from water is separated by the
これに対し、比較例1では、回収部50を備えていないため、体格の大型化は招かないものの、外部へ排出される水に含まれるメタノールの濃度は1000ppm程度と高くなる。また、排出される水に含まれるメタノールを再利用することができないため、燃費は悪化する。
比較例2では、回収部50に代えて濾過部を備えるため、外部に排出される水に含まれるメタノールの濃度は200ppmと比較的低くなる。しかし、濾過部を設置するために体格の大型化を招き、省スペース化は困難である。また、濾過部で活性炭に吸着されたメタノールを再利用することができないため、燃費は悪化する。さらに、濾過部の活性炭は、運転の継続とともに濾過性能が低下する。そのため、燃料電池モジュールの運転を継続すると、排出される水に含まれるメタノールの濃度は徐々に高まっていく。
On the other hand, in the comparative example 1, since the collection |
In Comparative Example 2, since the filtration unit is provided instead of the
比較例3では、回収部50に代えて酸化触媒を備えるため、水から分離されたメタノールは酸化触媒で酸化すなわち燃焼する。そのため、外部に排出される水に含まれる濃度は2ppmと極めて低くなる。しかし、酸化触媒を設置するために体格の大型化を招き、省スペース化は困難である。また、酸化触媒ではメタノールが燃焼するので、分離されたメタノールを再利用することができず、燃費は悪化する。さらに、酸化触媒を燃料電池スタックの温度より高い100℃以上に維持する必要がある。そのため、酸化触媒を加熱するためのエネルギーを必要とし、効率の低下を招く。
In Comparative Example 3, since an oxidation catalyst is provided instead of the
比較例4では、回収部に網状部材を設置している。そのため、体格の大型化は招かず、省スペース化を図ることができる。しかし、回収部の網状部材は撥水処理が施されていない。そのため、網状部材の孔に水による液膜が形成される。これにより、水から分離されたメタノールの蒸気は、網状部材を通過することができない。その結果、メタノールの分離が阻害され、外部に排出される水に含まれるメタノールの濃度は990ppmと高くなる。また、メタノールは十分に回収されないため、燃費の向上は達成できない。 In Comparative Example 4, a mesh member is installed in the collection unit. Therefore, the size of the physique is not increased, and space saving can be achieved. However, the net member of the collection part is not subjected to water repellent treatment. Therefore, a liquid film is formed by water in the holes of the mesh member. Thereby, the vapor | steam of methanol isolate | separated from water cannot pass a mesh member. As a result, the separation of methanol is inhibited, and the concentration of methanol contained in the water discharged to the outside is as high as 990 ppm. In addition, since methanol is not sufficiently recovered, fuel efficiency cannot be improved.
比較例5では、回収部に網状部材を設置している。そのため、体格の大型化は招かず、省スペース化を図ることができる。しかし、回収部の網状部材は撥水処理が施されていない。そして、網状部材のメッシュは、100μmと比較例4に比較して大きい。そのため、網状部材の孔からは、メタノールを含む水が漏れてしまう。その結果、メタノールの分離が阻害され、外部に排出される水に含まれるメタノールの濃度は1000ppmと高くなる。また、メタノールは十分に回収されないため、燃費の向上は達成できない。 In Comparative Example 5, a net-like member is installed in the collection unit. Therefore, the size of the physique is not increased, and space saving can be achieved. However, the net member of the collection part is not subjected to water repellent treatment. The mesh of the mesh member is 100 μm, which is larger than that of Comparative Example 4. Therefore, water containing methanol leaks from the holes of the mesh member. As a result, the separation of methanol is inhibited, and the concentration of methanol contained in the water discharged to the outside is as high as 1000 ppm. In addition, since methanol is not sufficiently recovered, fuel efficiency cannot be improved.
比較例6では、回収部に網状部材を設置している。そのため、体格の大型化は招かず、省スペース化を図ることができる。一方、網状部材は撥水処理が施されているものの、網状部材のメッシュは0.1μmと細かい。そのため、網状部材の開口面積が不十分となり、メタノールの蒸気は網状部材を透過しにくい。その結果、メタノールの分離が阻害され、外部に排出される水に含まれるメタノールの濃度は、990ppmと高くなる。また、メタノールは十分に回収されないため、燃費の向上は達成できない。 In Comparative Example 6, a mesh member is installed in the collection unit. Therefore, the size of the physique is not increased, and space saving can be achieved. On the other hand, although the mesh member is water-repellent, the mesh of the mesh member is as fine as 0.1 μm. Therefore, the opening area of the mesh member becomes insufficient, and methanol vapor hardly penetrates the mesh member. As a result, the separation of methanol is inhibited, and the concentration of methanol contained in the water discharged to the outside is as high as 990 ppm. In addition, since methanol is not sufficiently recovered, fuel efficiency cannot be improved.
比較例7では、回収部に網状部材を設置している。そのため、体格の大型化は招かず、省スペース化を図ることができる。一方、網状部材は撥水処理が施されているものの、網状部材のメッシュは1000μmと粗い。そのため、網状部材の開口が大きくなり、メタノールを含む水が漏れてしまう。その結果、メタノールの分離が阻害され、外部に排出される水に含まれるメタノールの濃度は1000ppmと高くなる。また、メタノールは十分に回収されないため、燃費の向上は達成できない。 In Comparative Example 7, a mesh member is installed in the collection unit. Therefore, the size of the physique is not increased, and space saving can be achieved. On the other hand, although the mesh member has been subjected to water repellent treatment, the mesh of the mesh member is as coarse as 1000 μm. Therefore, the opening of the mesh member becomes large and water containing methanol leaks. As a result, the separation of methanol is inhibited, and the concentration of methanol contained in the water discharged to the outside is as high as 1000 ppm. In addition, since methanol is not sufficiently recovered, fuel efficiency cannot be improved.
本発明の一実施形態による燃料電池モジュール10では、実験例1から実験例4に示したように、撥水処理を施した網状部材54を有する回収部50を排出通路部60に設置することにより、燃料電池モジュール10から排出される水に含まれるメタノールが分離され、分離したメタノールは燃料タンク18へ回収される。したがって、外部に排出されるメタノールを低減することができるとともに、回収したメタノールを燃料として再利用するため、燃費を向上することができる。
In the
また、本発明の一実施形態による燃料電池モジュール10では、通路部材51に設置された回収部50の網状部材54によってメタノールを分離して回収する。そのため、メタノールを回収するための部材を別途必要としない。したがって、体格の大型化を招くことなく、メタノールの回収を促進することができる。
さらに、本発明の一実施形態による燃料電池モジュール10では、回収部50は燃料電池スタック11と隣接して設置されている。これにより、回収部50の回収通路52を流れる水は燃料電池スタック11の排熱によって加熱される。そのため、水よりも沸点の低いメタノールは気化し、液体の水から分離される。したがって、外部に熱源あるいはエネルギーを供給することなくメタノールの分離を促進することができ、燃費および効率を高めることができる。
In the
Furthermore, in the
以上のように、本実施形態の燃料電池モジュール10は、低騒音で長期間の運転に対応することができる。そこで、燃料電池モジュール10は、屋内で利用される電気機器および電子機器に適用することができる。
例えば、屋内で使用されるテレビジョンなどの家電、またはパーソナルコンピュータなどのコンピュータ機器などの電源として幅広く適用することができる。
また、その性格上、屋内で利用されるとともに、楽器音以外の騒音の発生が好ましくない電子楽器の電源としても適用可能である。
As described above, the
For example, it can be widely applied as a power source for household appliances such as televisions used indoors or computer equipment such as personal computers.
In addition, it can be used as a power source for an electronic musical instrument that is used indoors and that is not preferable to generate noise other than musical instrument sound.
10:燃料電池モジュール、11:燃料電池スタック(加熱手段)、50:回収部、54:網状部材(多孔部材)、60:排出通路部 10: Fuel cell module, 11: Fuel cell stack (heating means), 50: Recovery part, 54: Reticulated member (porous member), 60: Discharge passage part
Claims (4)
前記燃料電池スタックからの廃液が流れる排出通路部と、
前記排出通路部に設けられ複数の孔を形成する表面が撥水処理された多孔部材を有し、前記排出通路部を流れる廃液に含まれるメタノールを回収する回収部と、
を備える燃料電池モジュール。 A fuel cell stack fueled with methanol;
A discharge passage portion through which the waste liquid from the fuel cell stack flows;
A recovery unit for recovering methanol contained in the waste liquid flowing through the discharge passage unit, the surface of the discharge passage unit having a porous member having a water repellent surface that forms a plurality of holes;
A fuel cell module comprising:
The fuel cell module according to claim 1, wherein the porous member is a net-like member.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006082204A JP2007258042A (en) | 2006-03-24 | 2006-03-24 | Fuel cell module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006082204A JP2007258042A (en) | 2006-03-24 | 2006-03-24 | Fuel cell module |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007258042A true JP2007258042A (en) | 2007-10-04 |
Family
ID=38632059
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006082204A Pending JP2007258042A (en) | 2006-03-24 | 2006-03-24 | Fuel cell module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007258042A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007317588A (en) * | 2006-05-29 | 2007-12-06 | Sony Corp | Reactant supply device and reactor |
US9895361B2 (en) | 2001-11-16 | 2018-02-20 | Allergan, Inc. | Compositions containing aromatic aldehydes and their use in treatments |
-
2006
- 2006-03-24 JP JP2006082204A patent/JP2007258042A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9895361B2 (en) | 2001-11-16 | 2018-02-20 | Allergan, Inc. | Compositions containing aromatic aldehydes and their use in treatments |
US10702515B2 (en) | 2001-11-16 | 2020-07-07 | Allergan, Inc. | Compositions containing aromatic aldehydes and their use in treatments |
JP2007317588A (en) * | 2006-05-29 | 2007-12-06 | Sony Corp | Reactant supply device and reactor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7674549B2 (en) | Fuel cell power generation apparatus, fuel cartridge, and fuel cell system using the same | |
JP2008270146A (en) | Fuel cell | |
KR100959116B1 (en) | Fuel Tank and Fuel Cell System with the same | |
JP2007005294A (en) | Gas-liquid separation apparatus | |
JP2007214128A (en) | Vapor-liquid separator and fuel cell system | |
JP2008311166A (en) | Fuel cell system | |
JP2007258042A (en) | Fuel cell module | |
JP5171781B2 (en) | Passive fuel cell assembly | |
JP2009064619A (en) | Fuel cell system | |
US8871396B2 (en) | CO2 separator for direct methanol fuel cell system | |
US20030148157A1 (en) | Functional integration of multiple components for a fuel cell power plant | |
JP5239045B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2009076216A (en) | Fuel cell power generation system, and water circulating system thereof | |
JP4625585B2 (en) | Polymer electrolyte fuel cell system | |
JP4807643B2 (en) | Solid polymer fuel cell and fuel cell system | |
KR101986642B1 (en) | Fuel cell systme having hydrogen generation apparatus using carbon dioxide | |
JP2008171612A (en) | Fuel cell | |
JP2012115784A (en) | Water treatment system, and fuel cell electric power system using the same | |
JP2005054266A (en) | Method and device for producing gaseous hydrogen | |
JP2004281268A (en) | Operating method of fuel cell and fuel cell system | |
JP2010192393A (en) | Fuel cell | |
JP5178095B2 (en) | Fuel cell device | |
JP2007012597A (en) | Vapor-liquid separation device | |
JP2008010257A (en) | Fuel cell | |
JP2006218351A (en) | Ozonolysis method, ozonolysis apparatus and treatment apparatus |