JP2015133268A - Electric power generation apparatus - Google Patents

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一弘 平田
Kazuhiro Hirata
一弘 平田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric power generation apparatus including a metal-air battery and a hydrogen fuel cell, and suitable for securing a predetermined flow rate of hydrogen.SOLUTION: The metal-air battery generates power by a main reaction and generates hydrogen by a side reaction. The hydrogen fuel cell generates power by receiving hydrogen supplied from outside. A pressure conversion device increases pressure of hydrogen generated in the metal-air battery and provides the pressure-increased hydrogen to the hydrogen fuel cell.

Description

本発明は、金属空気電池と水素燃料電池とを含む電力発生装置に関する。   The present invention relates to a power generation device including a metal-air battery and a hydrogen fuel cell.

金属空気電池では、主反応である放電反応が進行するに従って、副反応として電解液の分解が生じ、その結果水素が発生する。例えば、マグネシウム空気電池から発生した水素ガスを燃料電池に供給する技術が提案されている(特許文献1)。これにより、水素を有効に利用することができる。   In the metal-air battery, as the discharge reaction, which is the main reaction, proceeds, the electrolytic solution is decomposed as a side reaction, and as a result, hydrogen is generated. For example, a technique for supplying hydrogen gas generated from a magnesium air battery to a fuel cell has been proposed (Patent Document 1). Thereby, hydrogen can be used effectively.

特開2012−239245号公報JP 2012-239245 A

水素燃料電池で効率的な発電を行うためには、水素燃料電池が要求する所定の水素流量を確保することが好ましい。マグネシウム空気電池と水素燃料電池とをガス輸送ラインで接続しただけでは、水素燃料電池に求められる十分な水素流量を確保することが困難である。本発明の目的は、副反応で水素を発生する金属空気電池と水素燃料電池とを含み、所要の水素流量を確保するのに適した電力発生装置を提供することである。   In order to perform efficient power generation with the hydrogen fuel cell, it is preferable to secure a predetermined hydrogen flow rate required by the hydrogen fuel cell. It is difficult to ensure a sufficient hydrogen flow rate required for a hydrogen fuel cell only by connecting the magnesium air cell and the hydrogen fuel cell with a gas transport line. An object of the present invention is to provide a power generator that includes a metal-air battery that generates hydrogen by a side reaction and a hydrogen fuel cell, and that is suitable for securing a required hydrogen flow rate.

本発明の一観点によると、
主反応で発電し、副反応で水素を発生する金属空気電池と、
外部から水素の供給を受けて発電する水素燃料電池と、
前記金属空気電池で発生した水素の圧力を上昇させて前記水素燃料電池に供給する圧力変換装置と
を有する電力発生装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
A metal-air battery that generates electricity in the main reaction and generates hydrogen in the side reaction;
A hydrogen fuel cell that generates electricity by receiving hydrogen supply from the outside;
There is provided an electric power generation device including a pressure conversion device that raises a pressure of hydrogen generated in the metal-air battery and supplies the hydrogen fuel cell with the pressure.

金属空気電池で発生した水素の圧力を上昇させて、水素燃料電池に供給することにより、水素燃料電池で要求される所要の流量の水素を水素燃料電池に供給することが可能になる。   By increasing the pressure of the hydrogen generated in the metal-air battery and supplying it to the hydrogen fuel cell, it becomes possible to supply the hydrogen fuel cell with a required flow rate required by the hydrogen fuel cell.

図1は、実施例による電力発生装置の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a power generator according to an embodiment. 図2Aは、他の実施例による電力発生装置の概略図であり、図2Bは、水素ガスの圧力と流量との時間変化を示すグラフである。FIG. 2A is a schematic diagram of a power generation device according to another embodiment, and FIG. 2B is a graph showing temporal changes in hydrogen gas pressure and flow rate. 図3は、さらに他の実施例による電力発生装置の概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a power generating apparatus according to still another embodiment. 図4は、図3に示した実施例による電力発生装置のバルブの開閉、ヒータのオンオフのタイミングチャート、及び水素ガスの流量及び圧力の時間変化を示すグラフである。FIG. 4 is a timing chart of opening / closing of the valve and heater on / off of the power generation apparatus according to the embodiment shown in FIG. 3, and a graph showing temporal changes in the flow rate and pressure of hydrogen gas. 図5は、さらに他の実施例による電力発生装置の概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a power generation apparatus according to another embodiment.

図1に、実施例による電力発生装置の概略図を示す。電力発生装置は、副反応によって水素が発生する金属空気電池10、水素燃料電池20、水素分離器18、圧力変換装置3
0、及び流量調整機構40を含む。
In FIG. 1, the schematic of the electric power generator by an Example is shown. The power generator includes a metal-air battery 10, a hydrogen fuel battery 20, a hydrogen separator 18, and a pressure converter 3 that generate hydrogen by a side reaction.
0 and the flow rate adjusting mechanism 40.

以下、金属空気電池10の構造について説明する。筐体11内に金属極12及び空気極(酸素極)13が、相互に間隔を隔てて配置されている。空気極13は、筐体11に設けられた開口部を通じて外部に露出している。筐体11内に電解液14が収容されている。金属極12には、例えば導体層と負極活物質層とを含む積層体が用いられる。負極活物質層には、例えばマグネシウムまたはマグネシウム合金が用いられる。   Hereinafter, the structure of the metal-air battery 10 will be described. A metal electrode 12 and an air electrode (oxygen electrode) 13 are arranged in the housing 11 with a space therebetween. The air electrode 13 is exposed to the outside through an opening provided in the housing 11. An electrolytic solution 14 is accommodated in the housing 11. For the metal electrode 12, for example, a laminate including a conductor layer and a negative electrode active material layer is used. For the negative electrode active material layer, for example, magnesium or a magnesium alloy is used.

空気極13は、導体層、絶縁性多孔質層、及び網状支持層を含む積層体が用いられる。網状支持層が最も外側に配置され、導体層が最も内側に配置される。導体層は、例えば発泡ニッケルからなる集電体に導電材料スラリーを塗布した後、乾燥及び焼成することにより形成される。一例として、導電材料スラリーの導電材料として、ケッチェンブラックが用いられ、バインダとしてポリテトラフルオロエチレンが用いられる。絶縁性多孔質層は、酸素を透過させ、水分を透過させない。網状支持体は、絶縁性多孔質層及び導体層を支持する。電解液14には、例えば塩化ナトリウム水溶液(食塩水)が用いられる。   The air electrode 13 is a laminate including a conductor layer, an insulating porous layer, and a net-like support layer. The net-like support layer is disposed on the outermost side, and the conductor layer is disposed on the innermost side. The conductor layer is formed, for example, by applying a conductive material slurry to a current collector made of foamed nickel and then drying and firing. As an example, ketjen black is used as the conductive material of the conductive material slurry, and polytetrafluoroethylene is used as the binder. The insulating porous layer is permeable to oxygen and not permeable to moisture. The net-like support supports the insulating porous layer and the conductor layer. As the electrolytic solution 14, for example, a sodium chloride aqueous solution (brine) is used.

負極端子15が金属極12に電気的に接続され、正極端子16が空気極13の導体層に電気的に接続されている。   The negative electrode terminal 15 is electrically connected to the metal electrode 12, and the positive electrode terminal 16 is electrically connected to the conductor layer of the air electrode 13.

金属極12では、下記の主反応が生じる。
Mg→Mg2++2e
さらに、下記の副反応が生じる。
Mg+2HO→Mg(OH)+H
空気極13では、下記の反応が生じる。
+2HO+4e→4(OH)
金属極12の主反応で発生する電子が、負極端子15と正極端子16とに接続される外部回路を流れて、空気極13で消費される。これにより、外部回路に電流が流れる。上述のように、金属空気電池10は、主反応で発電し、副反応で水素を発生する。
In the metal electrode 12, the following main reaction occurs.
Mg → Mg 2+ + 2e
Furthermore, the following side reaction occurs.
Mg + 2H 2 O → Mg (OH) 2 + H 2
The following reaction occurs at the air electrode 13.
O 2 + 2H 2 O + 4e → 4 (OH)
Electrons generated by the main reaction of the metal electrode 12 flow through an external circuit connected to the negative electrode terminal 15 and the positive electrode terminal 16 and are consumed by the air electrode 13. Thereby, a current flows through the external circuit. As described above, the metal-air battery 10 generates power by the main reaction and generates hydrogen by the side reaction.

金属極12の副反応で発生する水素、及び空気極13を通って筐体11内に取り込まれる空気が、ガス輸送ラインを通って水素分離器18に導入される。水素分離器18は、空気から水素を分離する。分離された水素が圧力変換装置30に導入される。圧力変換装置30は、例えば加圧ポンプ31を含み、金属空気電池10で発生した水素の圧力を上昇させて、水素燃料電池20に供給する。   Hydrogen generated by the side reaction of the metal electrode 12 and air taken into the housing 11 through the air electrode 13 are introduced into the hydrogen separator 18 through the gas transport line. The hydrogen separator 18 separates hydrogen from air. The separated hydrogen is introduced into the pressure conversion device 30. The pressure conversion device 30 includes, for example, a pressurizing pump 31, raises the pressure of hydrogen generated in the metal-air battery 10, and supplies it to the hydrogen fuel cell 20.

圧力変換装置30から水素燃料電池20までのガス輸送ラインに、圧力計P及び流量調整機構40が取り付けられている。圧力計Pは、圧力変換装置30で上昇された水素の圧力を測定する。   A pressure gauge P and a flow rate adjusting mechanism 40 are attached to the gas transport line from the pressure conversion device 30 to the hydrogen fuel cell 20. The pressure gauge P measures the pressure of hydrogen raised by the pressure conversion device 30.

流量調整機構40は、バルブV1、流量計F、及び制御装置41を含む。バルブV1として、水素ガス流を遮断、及び流量を調整することができるものが用いられる。制御装置41は、流量計Fで測定される流量が、水素燃料電池20で要求される一定の範囲内に収まるように、バルブV1を制御する。このように、流量調整機構40は、圧力変換装置30から水素燃料電池20に供給される水素ガスの流量を、水素燃料電池20が要求する一定の範囲内に調整する。   The flow rate adjusting mechanism 40 includes a valve V <b> 1, a flow meter F, and a control device 41. As the valve V1, a valve capable of blocking the hydrogen gas flow and adjusting the flow rate is used. The control device 41 controls the valve V <b> 1 so that the flow rate measured by the flow meter F is within a certain range required by the hydrogen fuel cell 20. As described above, the flow rate adjustment mechanism 40 adjusts the flow rate of the hydrogen gas supplied from the pressure conversion device 30 to the hydrogen fuel cell 20 within a certain range required by the hydrogen fuel cell 20.

水素燃料電池20は、燃料極21、空気極22、電解質23、水素流路24、及び空気流路(酸素流路)25を含む。燃料極21に負極端子26が電気的に接続されており、空気極22に正極端子27が電気的に接続されている。圧力変換装置30から輸送された水素ガスが、水素燃料電池20の水素流路24を流れる。燃料極21で下記の反応が生じる

→2H+2e
空気極22で下記の反応が生じる。
2H+(1/2)O+2e→H
The hydrogen fuel cell 20 includes a fuel electrode 21, an air electrode 22, an electrolyte 23, a hydrogen channel 24, and an air channel (oxygen channel) 25. A negative electrode terminal 26 is electrically connected to the fuel electrode 21, and a positive electrode terminal 27 is electrically connected to the air electrode 22. Hydrogen gas transported from the pressure conversion device 30 flows through the hydrogen flow path 24 of the hydrogen fuel cell 20. The following reaction occurs at the fuel electrode 21.
H 2 → 2H + + 2e
The following reaction occurs at the air electrode 22.
2H + + (1/2) O 2 + 2e → H 2 O

水素流路24を流れる水素が燃料極21で消費され、水素イオンと電子が発生する。燃料極21で発生した水素イオンは、電解質23内を通って空気極22まで輸送される。燃料極21で発生した電子は、負極端子26と正極端子27とに接続される外部回路を流れて、空気極22に達する。   Hydrogen flowing through the hydrogen flow path 24 is consumed at the fuel electrode 21, and hydrogen ions and electrons are generated. Hydrogen ions generated at the fuel electrode 21 are transported to the air electrode 22 through the electrolyte 23. Electrons generated at the fuel electrode 21 flow through an external circuit connected to the negative electrode terminal 26 and the positive electrode terminal 27 and reach the air electrode 22.

電解質23内を輸送された水素イオン、空気流路25を流れる酸素、及び外部回路を通って空気極22に到達した電子が反応して水(水蒸気)が発生する。発生した水蒸気は、空気流路25を通って外部に排出される。   The hydrogen ions transported in the electrolyte 23, oxygen flowing through the air flow path 25, and electrons reaching the air electrode 22 through an external circuit react to generate water (water vapor). The generated water vapor is discharged outside through the air flow path 25.

図1に示した実施例においては、金属空気電池10で発生した水素ガスが水素燃料電池20まで輸送される途中に、水素ガスの圧力を上昇させているため、金属空気電池10から水素燃料電池20に、効率的に水素を輸送することができる。また、水素の流量が目標範囲内に収まるように調整されているため、水素燃料電池20による発電を安定させることができる。   In the embodiment shown in FIG. 1, the hydrogen gas generated in the metal-air battery 10 is raised while the hydrogen gas is being transported to the hydrogen fuel battery 20, so that the pressure of the hydrogen gas is increased from the metal-air battery 10 to the hydrogen fuel battery. 20, hydrogen can be efficiently transported. Further, since the flow rate of hydrogen is adjusted so as to be within the target range, power generation by the hydrogen fuel cell 20 can be stabilized.

図2A及び図2Bを参照して、他の実施例について説明する。以下、図1に示した実施例との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。   Another embodiment will be described with reference to FIGS. 2A and 2B. Hereinafter, differences from the embodiment shown in FIG. 1 will be described, and description of the same configuration will be omitted.

図2Aに、実施例による電力発生装置の概略図を示す。この実施例では、圧力変換装置30が、加圧ポンプ31及びバッファタンク32を含む。圧力計Pが、バッファタンク32内の圧力を測定する。加圧ポンプ31から送り出された水素が、バッファタンク32を経由して水素燃料電池20に供給される。バッファタンク32は水素を一時的に貯蔵する機能を有する。制御装置41は、圧力計P及び流量計Fの測定結果に基づいて、バルブV1を制御する。   FIG. 2A shows a schematic diagram of a power generator according to an embodiment. In this embodiment, the pressure conversion device 30 includes a pressurizing pump 31 and a buffer tank 32. The pressure gauge P measures the pressure in the buffer tank 32. Hydrogen delivered from the pressurizing pump 31 is supplied to the hydrogen fuel cell 20 via the buffer tank 32. The buffer tank 32 has a function of temporarily storing hydrogen. The control device 41 controls the valve V1 based on the measurement results of the pressure gauge P and the flow meter F.

図2Bに、圧力計P及び流量計Fで測定される圧力及び流量の時間波形の一例を示す。時刻t0において、金属空気電池10による発電が開始され、水素が発生する。この時点で、バルブV1は閉じられている。発生した水素が加圧ポンプ31を経由してバッファタンク32に貯蔵される。このため、バッファタンク32内の圧力が時間の経過とともに上昇する。   FIG. 2B shows an example of time waveforms of pressure and flow measured by the pressure gauge P and the flow meter F. At time t0, power generation by the metal-air battery 10 is started and hydrogen is generated. At this point, the valve V1 is closed. The generated hydrogen is stored in the buffer tank 32 via the pressure pump 31. For this reason, the pressure in the buffer tank 32 rises with time.

時刻t1において、バッファタンク32内の圧力が供給開始閾値PUに達する。圧力が供給開始閾値PUに達したことを、制御装置41が検出すると、制御装置41はバルブV1を開く。また、制御装置41は、流量計Fで検出される流量が一定値FHになるように、バルブV1を制御する。   At time t1, the pressure in the buffer tank 32 reaches the supply start threshold value PU. When the control device 41 detects that the pressure has reached the supply start threshold value PU, the control device 41 opens the valve V1. Further, the control device 41 controls the valve V1 so that the flow rate detected by the flow meter F becomes a constant value FH.

単位時間あたりにバッファタンク32から水素燃料電池20に供給される水素の量(モル数)が、金属空気電池10から発生する水素の量(モル数)より少ない場合、バッファタンク32内の圧力が時間の経過とともに低下する。時刻t2において、圧力が、供給停止閾値PLまで低下する。圧力が供給停止閾値PL以下になったことを、制御装置41が検出すると、バルブV1を閉じる。これにより、バッファタンク32への水素の貯蔵が再開される。時間の経過とともに、バッファタンク32内の圧力が上昇し、時刻t3において、圧力が供給開始閾値PUに達する。時刻t3以降は、時刻t1以降の処理と同じ処理が繰り返される。   When the amount (number of moles) of hydrogen supplied from the buffer tank 32 to the hydrogen fuel cell 20 per unit time is less than the amount (number of moles) of hydrogen generated from the metal-air battery 10, the pressure in the buffer tank 32 is Decreases over time. At time t2, the pressure decreases to the supply stop threshold PL. When the control device 41 detects that the pressure has become equal to or less than the supply stop threshold PL, the valve V1 is closed. Thereby, storage of hydrogen in the buffer tank 32 is resumed. As time elapses, the pressure in the buffer tank 32 increases, and at time t3, the pressure reaches the supply start threshold value PU. After time t3, the same processing as that after time t1 is repeated.

上述のように、図2A及び図2Bに示した実施例では、バッファタンク32内の圧力が供給停止閾値PL以下になると、水素燃料電池20への水素の供給が停止される。すなわち、水素燃料電池20に水素が供給されている期間は、バッファタンク32内の圧力が供給停止閾値PLよりも高い状態が維持される。これにより、金属空気電池10からの水素の発生速度が十分ではない場合でも、水素燃料電池20が要求する水素の流量を確保することが可能になる。   As described above, in the embodiment shown in FIGS. 2A and 2B, the supply of hydrogen to the hydrogen fuel cell 20 is stopped when the pressure in the buffer tank 32 falls below the supply stop threshold PL. That is, during the period when hydrogen is supplied to the hydrogen fuel cell 20, the state in which the pressure in the buffer tank 32 is higher than the supply stop threshold PL is maintained. As a result, even when the generation rate of hydrogen from the metal-air battery 10 is not sufficient, it is possible to ensure the hydrogen flow rate required by the hydrogen fuel cell 20.

図3及び図4を参照して、さらに他の実施例について説明する。以下、図1に示した実施例との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。   Still another embodiment will be described with reference to FIGS. Hereinafter, differences from the embodiment shown in FIG. 1 will be described, and description of the same configuration will be omitted.

図3に、実施例による電力発生装置の概略図を示す。この実施例では、圧力変換装置30が、水素吸蔵合金35を収容する水素貯蔵室34、及びヒータ36を含む。ヒータ36は、水素吸蔵合金35を加熱する。金属空気電池10から発生する水素が、バッファタンク37及びバルブV5を経由して、水素貯蔵室34に導入される。水素貯蔵室34内に導入された水素は、水素吸蔵合金35に吸蔵される。水素以外のガス、例えば酸素及び窒素は、バルブV4を通って排出される。   In FIG. 3, the schematic of the electric power generator by an Example is shown. In this embodiment, the pressure conversion device 30 includes a hydrogen storage chamber 34 that houses the hydrogen storage alloy 35 and a heater 36. The heater 36 heats the hydrogen storage alloy 35. Hydrogen generated from the metal-air battery 10 is introduced into the hydrogen storage chamber 34 via the buffer tank 37 and the valve V5. Hydrogen introduced into the hydrogen storage chamber 34 is stored in the hydrogen storage alloy 35. Gases other than hydrogen, such as oxygen and nitrogen, are exhausted through valve V4.

水素貯蔵室34から水素燃料電池20に向かうガス輸送ラインに、バルブV3、V2、及びV1がこの順番に挿入されている。圧力計Pが、バルブV3とV2との間のガス輸送ライン内の圧力を測定する。制御装置41が、圧力計Pで測定された圧力、及び流量計Fで測定された流量に基づき、バルブV1〜V5、及びヒータ36を制御する。   Valves V <b> 3, V <b> 2, and V <b> 1 are inserted in this order in the gas transport line from the hydrogen storage chamber 34 toward the hydrogen fuel cell 20. A pressure gauge P measures the pressure in the gas transport line between valves V3 and V2. The control device 41 controls the valves V1 to V5 and the heater 36 based on the pressure measured by the pressure gauge P and the flow rate measured by the flow meter F.

ヒータ36がオフのとき、金属空気電池10で発生した水素が水素貯蔵室34内の水素吸蔵合金35に吸蔵される。ヒータ36をオンにすると、水素吸蔵合金35に吸蔵されている水素が放出される。水素吸蔵合金35からの水素の放出速度を調整することにより、水素貯蔵室34から送り出される水素の圧力を上昇させることができる。このように、水素吸蔵合金35及びヒータ36は、金属空気電池10で発生した水素の圧力を上昇させる圧力変換装置30として機能する。   When the heater 36 is off, hydrogen generated in the metal-air battery 10 is stored in the hydrogen storage alloy 35 in the hydrogen storage chamber 34. When the heater 36 is turned on, hydrogen stored in the hydrogen storage alloy 35 is released. By adjusting the release rate of hydrogen from the hydrogen storage alloy 35, the pressure of hydrogen delivered from the hydrogen storage chamber 34 can be increased. Thus, the hydrogen storage alloy 35 and the heater 36 function as a pressure conversion device 30 that increases the pressure of hydrogen generated in the metal-air battery 10.

バルブV5を閉じると、金属空気電池10で発生した水素がバッファタンク37に一時的に貯蔵される。バルブV2、V4、V5を閉じて、バルブV3を開けることにより、圧力計Pで水素貯蔵室34内の圧力を測定することができる。バルブV1、V2、V3を開くことにより、水素貯蔵室34から水素燃料電池20に水素を供給することができる。   When the valve V5 is closed, the hydrogen generated in the metal-air battery 10 is temporarily stored in the buffer tank 37. By closing the valves V2, V4, V5 and opening the valve V3, the pressure in the hydrogen storage chamber 34 can be measured with the pressure gauge P. Hydrogen can be supplied from the hydrogen storage chamber 34 to the hydrogen fuel cell 20 by opening the valves V1, V2, and V3.

図4に、バルブV1の開度、バルブV2〜V5の開閉状態、及びヒータ36のオンオフ状態のタイミングチャート、流量計Fで測定される水素の流量、及び圧力計Pで測定される圧力の時間変化の一例を示す。   FIG. 4 shows a timing chart of the opening degree of the valve V1, the opening / closing states of the valves V2 to V5, and the on / off state of the heater 36, the flow rate of hydrogen measured by the flow meter F, and the pressure time measured by the pressure gauge P. An example of the change is shown.

時刻t10においてバルブV1〜V3が閉じられ、バルブV4及びV5が開かれている。ヒータ36はオフ状態である。この状態で、金属空気電池10で発生した水素がバッファタンク37及びバルブV5を通して水素貯蔵室34に導入される。これにより、水素吸蔵合金35に水素が貯蔵される。   At time t10, the valves V1 to V3 are closed and the valves V4 and V5 are opened. The heater 36 is off. In this state, hydrogen generated in the metal-air battery 10 is introduced into the hydrogen storage chamber 34 through the buffer tank 37 and the valve V5. Thereby, hydrogen is stored in the hydrogen storage alloy 35.

時刻t11において、バルブV3を開き、バルブV4、V5を閉じるとともに、ヒータ36をオンにする。水素吸蔵合金35から水素が放出され、水素貯蔵室34内の圧力が上昇する。水素貯蔵室34内の圧力は、圧力計Pで測定される。   At time t11, the valve V3 is opened, the valves V4 and V5 are closed, and the heater 36 is turned on. Hydrogen is released from the hydrogen storage alloy 35 and the pressure in the hydrogen storage chamber 34 increases. The pressure in the hydrogen storage chamber 34 is measured with a pressure gauge P.

時刻t12において、水素貯蔵室34内の圧力が供給開始閾値PU以上であるか否かを判定する。図4では、時刻t12において、水素貯蔵室34内の圧力が供給開始閾値PU以上である場合を示している。水素貯蔵室34内の圧力が供給開始閾値PU以上である場
合、バルブV1、V2を開くことにより、水素貯蔵室34から水素燃料電池20への水素の供給を開始する。水素燃料電池20に水素が供給されている期間は、水素の流量が一定になるように、バルブV1の開度が調節される。水素吸蔵合金35から水素が放出されるに従って、水素の放出速度が徐々に低下する。このため、水素貯蔵室34内の圧力が徐々に低下する。金属空気電池10で発生した水素は、バッファタンク37に蓄積される。
At time t12, it is determined whether or not the pressure in the hydrogen storage chamber 34 is equal to or higher than the supply start threshold value PU. FIG. 4 shows a case where the pressure in the hydrogen storage chamber 34 is equal to or higher than the supply start threshold value PU at time t12. When the pressure in the hydrogen storage chamber 34 is equal to or higher than the supply start threshold PU, the supply of hydrogen from the hydrogen storage chamber 34 to the hydrogen fuel cell 20 is started by opening the valves V1 and V2. During the period when hydrogen is supplied to the hydrogen fuel cell 20, the opening degree of the valve V1 is adjusted so that the flow rate of hydrogen is constant. As hydrogen is released from the hydrogen storage alloy 35, the hydrogen release rate gradually decreases. For this reason, the pressure in the hydrogen storage chamber 34 gradually decreases. Hydrogen generated in the metal-air battery 10 is accumulated in the buffer tank 37.

時刻t13において、水素貯蔵室34内の圧力が供給停止閾値PLまで低下する。水素貯蔵室34内の圧力が供給停止閾値PLまで低下したことが検出されると、バルブV1〜V3を閉じ、バルブV4、V5を開くとともに、ヒータ36をオフにする。水素燃料電池20への水素の供給が停止し、圧力計Pで測定される圧力は、供給停止閾値PLとほぼ等しい値に維持される。バッファタンク37に一時的に蓄積されていた水素、及び金属空気電池10で発生した水素が水素貯蔵室34に導入され、水素吸蔵合金35への水素の吸蔵が開始される。   At time t13, the pressure in the hydrogen storage chamber 34 decreases to the supply stop threshold PL. When it is detected that the pressure in the hydrogen storage chamber 34 has decreased to the supply stop threshold PL, the valves V1 to V3 are closed, the valves V4 and V5 are opened, and the heater 36 is turned off. The supply of hydrogen to the hydrogen fuel cell 20 is stopped, and the pressure measured by the pressure gauge P is maintained at a value substantially equal to the supply stop threshold value PL. Hydrogen temporarily stored in the buffer tank 37 and hydrogen generated in the metal-air battery 10 are introduced into the hydrogen storage chamber 34, and storage of hydrogen in the hydrogen storage alloy 35 is started.

時刻t14において、バルブV3を開き、バルブV4、V5を閉じるとともに、ヒータ36をオンにする。水素吸蔵合金35からの水素の放出が開始され、圧力計Pで測定される圧力が徐々に上昇する。時刻t15において、水素貯蔵室34内の圧力が供給開始閾値PU以上か否かを判定する。図4では、時刻t14における水素貯蔵室34内の圧力が供給開始閾値PUよりも低い場合を示している。   At time t14, the valve V3 is opened, the valves V4 and V5 are closed, and the heater 36 is turned on. Release of hydrogen from the hydrogen storage alloy 35 is started, and the pressure measured by the pressure gauge P gradually increases. At time t15, it is determined whether the pressure in the hydrogen storage chamber 34 is equal to or higher than the supply start threshold value PU. FIG. 4 shows a case where the pressure in the hydrogen storage chamber 34 at time t14 is lower than the supply start threshold value PU.

水素貯蔵室34内の圧力が供給開始閾値PUよりも低い場合、バルブV3を閉じ、バルブV4、V5を開くとともに、ヒータ36をオフにする。これにより、水素吸蔵合金35への水素の吸蔵が再開する。   When the pressure in the hydrogen storage chamber 34 is lower than the supply start threshold PU, the valve V3 is closed, the valves V4 and V5 are opened, and the heater 36 is turned off. Thereby, the occlusion of hydrogen into the hydrogen occlusion alloy 35 is resumed.

図3及び図4に示した実施例では、水素吸蔵合金35による水素の吸蔵量が不十分のとき、水素吸蔵合金35からの水素の放出を行わず、水素の吸蔵が継続される。水素吸蔵合金35による水素の吸蔵量が十分であることが確認されたら、水素吸蔵合金35から水素を放出させ、水素燃料電池20へ水素の供給を行う。このため、水素燃料電池20に、十分な流量の水素を、安定して供給することができる。   In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, when the hydrogen occlusion amount by the hydrogen occlusion alloy 35 is insufficient, hydrogen is not released from the hydrogen occlusion alloy 35 and the hydrogen occlusion is continued. When it is confirmed that the hydrogen storage amount by the hydrogen storage alloy 35 is sufficient, hydrogen is released from the hydrogen storage alloy 35 and hydrogen is supplied to the hydrogen fuel cell 20. For this reason, a sufficient flow rate of hydrogen can be stably supplied to the hydrogen fuel cell 20.

図5に、さらに他の実施例による電力発生装置の概略図を示す。以下、図1に示した実施例による電力発生装置との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。   FIG. 5 shows a schematic diagram of a power generator according to another embodiment. Hereinafter, differences from the power generation apparatus according to the embodiment shown in FIG. 1 will be described, and description of the same configuration will be omitted.

水素燃料電池20で発生した水(水蒸気)が、水輸送ライン50を経由して金属空気電池10に輸送される。金属空気電池10では、副反応が生じることによって電解液14中の水が減少する。水素燃料電池20で発生した水を金属空気電池10に輸送することにより、電解液14に水を補充することができる。   Water (water vapor) generated in the hydrogen fuel cell 20 is transported to the metal air cell 10 via the water transport line 50. In the metal-air battery 10, water in the electrolytic solution 14 decreases due to side reactions. By transporting the water generated in the hydrogen fuel cell 20 to the metal-air battery 10, the electrolyte solution 14 can be supplemented with water.

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

10 金属空気電池
11 筐体
12 金属極
13 空気極(酸素極)
14 電解液
15 負極端子
16 正極端子
18 水素分離器
20 水素燃料電池
21 燃料極(水素極)
22 空気極(酸素極)
23 電解質
24 水素流路
25 空気流路(酸素流路)
26 負極端子
27 正極端子
30 圧力変換装置
31 加圧ポンプ
32 バッファタンク
34 水素貯蔵室
35 水素吸蔵合金
36 ヒータ
37 バッファタンク
40 流量調整機構
41 制御装置
50 水輸送ライン
V1〜V5 バルブ
F 流量計
FH 水素流量の一定値
P 圧力計
PU 供給開始閾値
PL 供給停止閾値
10 Metal-air battery 11 Housing 12 Metal electrode 13 Air electrode (oxygen electrode)
14 Electrolyte 15 Negative electrode terminal 16 Positive electrode terminal 18 Hydrogen separator 20 Hydrogen fuel cell 21 Fuel electrode (hydrogen electrode)
22 Air electrode (oxygen electrode)
23 Electrolyte 24 Hydrogen channel 25 Air channel (oxygen channel)
26 Negative electrode terminal 27 Positive electrode terminal 30 Pressure conversion device 31 Pressure pump 32 Buffer tank 34 Hydrogen storage chamber 35 Hydrogen storage alloy 36 Heater 37 Buffer tank 40 Flow rate adjusting mechanism 41 Control device 50 Water transport line V1 to V5 Valve F Flow meter FH Hydrogen Constant flow rate P Pressure gauge PU Supply start threshold PL Supply stop threshold

Claims (6)

主反応で発電し、副反応で水素を発生する金属空気電池と、
外部から水素の供給を受けて発電する水素燃料電池と、
前記金属空気電池で発生した水素の圧力を上昇させて前記水素燃料電池に供給する圧力変換装置と
を有する電力発生装置。
A metal-air battery that generates electricity in the main reaction and generates hydrogen in the side reaction;
A hydrogen fuel cell that generates electricity by receiving hydrogen supply from the outside;
And a pressure converter for increasing a pressure of hydrogen generated in the metal-air battery to supply the hydrogen fuel cell.
さらに、前記水素燃料電池に供給される水素の流量を、前記水素燃料電池が要求する一定の範囲内に調整する流量調整機構を有する請求項1に記載の電力発生装置。   The power generation apparatus according to claim 1, further comprising a flow rate adjusting mechanism that adjusts a flow rate of hydrogen supplied to the hydrogen fuel cell within a certain range required by the hydrogen fuel cell. さらに、
前記圧力変換装置から前記水素燃料電池までのガス輸送ラインに挿入されたバルブと、
前記バルブを制御する制御装置と
を有し、
前記圧力変換装置は水素を貯蔵する機能を有し、
前記制御装置は、前記圧力変換装置で圧力が上昇した水素の圧力が、予め決められている供給停止閾値より低いとき、前記バルブを閉じて、前記圧力変換装置に水素を貯蔵させ、前記圧力変換装置で圧力が上昇した水素の圧力が、予め決められている供給開始閾値以上になったことを検出すると、前記バルブを開いて前記水素燃料電池に水素を供給する請求項1または2に記載の電力発生装置。
further,
A valve inserted in a gas transport line from the pressure converter to the hydrogen fuel cell;
A control device for controlling the valve,
The pressure transducer has a function of storing hydrogen;
The control device closes the valve and stores the hydrogen in the pressure conversion device when the pressure of hydrogen increased in pressure by the pressure conversion device is lower than a predetermined supply stop threshold value, and the pressure conversion The hydrogen is supplied to the hydrogen fuel cell by opening the valve when detecting that the pressure of the hydrogen whose pressure has increased in the apparatus is equal to or higher than a predetermined supply start threshold value. Power generator.
前記圧力変換装置は、水素を一時的に貯蔵するバッファタンクを含み、前記バッファタンクによって、水素を貯蔵する機能が実現される請求項3に記載の電力発生装置。   The power generation device according to claim 3, wherein the pressure conversion device includes a buffer tank that temporarily stores hydrogen, and a function of storing hydrogen is realized by the buffer tank. 前記圧力変換装置は、水素吸蔵合金と、前記水素吸蔵合金を加熱するヒータとを含み、前記水素吸蔵合金によって水素を貯蔵する機能が実現され、前記水素吸蔵合金を前記ヒータで加熱して、前記水素吸蔵合金に貯蔵されている水素を放出させることにより、水素の圧力を上昇させる機能が実現される請求項3に記載の電力発生装置。   The pressure conversion device includes a hydrogen storage alloy and a heater that heats the hydrogen storage alloy, a function of storing hydrogen by the hydrogen storage alloy is realized, the hydrogen storage alloy is heated by the heater, The power generation device according to claim 3, wherein the function of increasing the pressure of hydrogen is realized by releasing hydrogen stored in the hydrogen storage alloy. さらに、前記水素燃料電池による発電で発生した水を前記金属空気電池に輸送する水輸送ラインを有する請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電力発生装置。   Furthermore, the electric power generator of any one of Claim 1 thru | or 5 which has a water transport line which transports the water which generate | occur | produced by the electric power generation by the said hydrogen fuel cell to the said metal air cell.
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