JP2017191649A - Composite type fuel battery system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite type fuel battery system which can organically combine a photo fuel battery and a direct methanol fuel battery and mutually utilize a product in one of the batteries as fuel for the other battery.SOLUTION: A composite type fuel battery system comprises a photovoltaic fuel battery 10 in which a first proton conductive polymer membrane 13 is sandwiched between a first anode 11 and a first cathode 12 each carrying a photocatalyst thereon to generate electric power through a photocatalytic reaction, a direct methanol fuel battery 20 in which a second proton conductive polymer membrane 23 is sandwiched between a second anode 21 and a second cathode 22 each carrying a catalyst thereon to generate electric power through a catalytic reaction, a methanol feed line L1 for feeding produced methanol when power generation is performed in the photovoltaic fuel battery 10, an oxygen feed line L2 for feeding oxygen, a water feed line L3 for feeding produced water when power generation is performed in the direct methanol fuel battery 20, and a carbon dioxide feed line L4 for feeding carbon dioxide.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光燃料電池と直接メタノール燃料電池とを備える複合型燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a composite fuel cell system including a photo fuel cell and a direct methanol fuel cell.

燃料電池は、燃料の酸化還元反応により発電を行う電池であり、高い発電効率の点及び環境負荷が小さい点で利点を有する。   A fuel cell is a cell that generates power by a redox reaction of fuel, and has advantages in terms of high power generation efficiency and a small environmental load.

光燃料電池は、光触媒反応を利用し、水を燃料として発電を行い、酸素を生成し、また、同時に二酸化炭素等を還元してメタノール等を生成する電池である(例えば、後述の特許文献1参照)。光燃料電池は、大気中の二酸化炭素の削減と、燃料として有用なメタノール等の生成とを同時に達成できる利点を有する。   A photofuel cell is a cell that uses a photocatalytic reaction to generate electricity using water as a fuel to generate oxygen, and at the same time reduce carbon dioxide or the like to generate methanol or the like (for example, Patent Document 1 described later). reference). The photovoltaic fuel cell has an advantage that it can simultaneously achieve reduction of carbon dioxide in the atmosphere and production of methanol or the like useful as fuel.

また、直接メタノール燃料電池は、メタノールを燃料極で酸化反応させることで発電を行う燃料電池である(例えば、後述の特許文献2参照)。直接メタノール燃料電池は、燃料が液体のメタノールであることから、装置のコンパクト化が可能であると共に燃料の取扱性や安全性に優れている。   A direct methanol fuel cell is a fuel cell that generates power by oxidizing methanol at a fuel electrode (see, for example, Patent Document 2 described later). In the direct methanol fuel cell, since the fuel is liquid methanol, the apparatus can be made compact, and the handling and safety of the fuel are excellent.

特開2014−123554号公報JP 2014-123554 A 特開2005−203161号公報JP-A-2005-203161

特許文献1に記載されるような光燃料電池は、光源として太陽光を利用する場合、発電量が限られる問題がある。また、特許文献2に記載されるような直接メタノール燃料電池は、メタノールを燃料として消費し、また温室効果ガスである二酸化炭素を発生する問題がある。   The photovoltaic fuel cell as described in Patent Document 1 has a problem that the amount of power generation is limited when sunlight is used as a light source. Moreover, the direct methanol fuel cell as described in Patent Document 2 has a problem of consuming methanol as a fuel and generating carbon dioxide, which is a greenhouse gas.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、光燃料電池と直接メタノール燃料電池とを有機的に組み合わせ、一方の生成物を他方の燃料として相互に利用できる複合型燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and provides a combined fuel cell system in which an optical fuel cell and a direct methanol fuel cell are organically combined, and one product can be mutually used as the other fuel. For the purpose.

本発明は、それぞれ光触媒が担持された第1アノードと第1カソードの間に第1プロトン伝導性高分子膜が挟持されると共に、前記第1アノードの外側に第1アノード室が、前記第1カソードの外側に第1カソード室が形成され、光触媒反応により発電する光燃料電池と、それぞれ触媒が担持された第2アノードと第2カソードの間に第2プロトン伝導性高分子膜が挟持されると共に、前記第2アノードの外側に第2アノード室が、前記第2カソードの外側に第2カソード室が形成され、触媒反応により発電する直接メタノール燃料電池と、前記光燃料電池の発電時に、前記第1カソード室で生成したメタノールを取り出して前記第2アノード室に送給するメタノール送給ラインと、前記光燃料電池の発電時に、前記第1アノード室で生成した酸素を取り出して前記第2カソード室に送給する酸素送給ラインと、前記直接メタノール燃料電池の発電時に、前記第2カソード室で生成した水を取り出して前記第1アノード室に送給する水送給ラインと、前記直接メタノール燃料電池の発電時に、前記第2アノード室で生成した二酸化炭素を取り出して前記第1カソード室に送給する二酸化炭素送給ラインと、を備える複合型燃料電池システムに関する。   According to the present invention, a first proton conducting polymer membrane is sandwiched between a first anode and a first cathode each carrying a photocatalyst, and a first anode chamber is provided outside the first anode. A first cathode chamber is formed outside the cathode, and a second fuel-conducting polymer membrane is sandwiched between a photofuel cell that generates electric power by a photocatalytic reaction, and a second anode and a second cathode each carrying a catalyst. In addition, a second anode chamber is formed outside the second anode, and a second cathode chamber is formed outside the second cathode, and a direct methanol fuel cell that generates power by catalytic reaction, and when the photovoltaic fuel cell generates power, A methanol feed line that takes out the methanol produced in the first cathode chamber and feeds it to the second anode chamber, and is produced in the first anode chamber during power generation of the photovoltaic fuel cell. An oxygen supply line that extracts oxygen and supplies it to the second cathode chamber, and water that extracts water generated in the second cathode chamber and supplies it to the first anode chamber during power generation of the direct methanol fuel cell A hybrid fuel cell system comprising: a feed line; and a carbon dioxide feed line that takes out carbon dioxide generated in the second anode chamber and feeds it to the first cathode chamber during power generation of the direct methanol fuel cell. About.

また、前記メタノール送給ラインに設けられたメタノール貯留槽と、前記酸素送給ラインに設けられた酸素貯留槽と、前記水送給ラインに設けられた水貯留槽と、前記二酸化炭素送給ラインに設けられた二酸化炭素貯留槽と、を備えることが好ましい。   In addition, a methanol storage tank provided in the methanol supply line, an oxygen storage tank provided in the oxygen supply line, a water storage tank provided in the water supply line, and the carbon dioxide supply line It is preferable to provide a carbon dioxide storage tank.

また、前記メタノール貯留槽に外部からメタノールを補充するメタノール補充手段と、前記水貯留槽に外部から水を補充する水補充手段と、を備えることが好ましい。   Moreover, it is preferable to provide a methanol replenishing means for replenishing the methanol storage tank from the outside and a water replenishing means for replenishing the water storage tank from the outside.

前記メタノール貯留槽のメタノール貯留量を検出する第1貯留量検出手段と、前記水貯留槽の水貯留量を検出する第2貯留量検出手段と、前記第1貯留量検出手段の検出量が第1基準値を下回る場合に、メタノールを補充するように前記メタノール補充手段を制御し、及び/又は、前記第2貯留量検出手段の検出量が第2基準値を下回る場合に、水を補充するように前記水補充手段を制御する原料補充制御手段と、を備えることが好ましい。   The first storage amount detection means for detecting the methanol storage amount in the methanol storage tank, the second storage amount detection means for detecting the water storage amount in the water storage tank, and the detection amount of the first storage amount detection means are first. The methanol replenishing means is controlled to replenish methanol when it falls below one reference value, and / or water is replenished when the amount detected by the second storage amount detecting means falls below a second reference value. It is preferable to include a raw material replenishment control means for controlling the water replenishment means.

本発明によれば、光燃料電池と直接メタノール燃料電池とを有機的に組み合わせ、一方の生成物を他方の燃料として相互に利用できる複合型燃料電池システムを提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a composite fuel cell system which can combine an optical fuel cell and a direct methanol fuel cell organically, and can mutually utilize one product as the other fuel can be provided.

本発明の一実施形態に係る複合型燃料電池システムの概略を示す図である。1 is a diagram showing an outline of a composite fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明に係る複合型燃料電池システムの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る複合型燃料電池システム1の全体概略図である。複合型燃料電池システム1は、光燃料電池10と、直接メタノール燃料電池20と、を備える。
本実施形態に係る複合型燃料電池システム1は、光燃料電池10から得られるメタノールW1を直接メタノール燃料電池20の燃料として用い、直接メタノール燃料電池20から得られる水W3を光燃料電池10の燃料として用いて発電を行うものである。
Hereinafter, an embodiment of a composite fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall schematic diagram of a composite fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention. The composite fuel cell system 1 includes an optical fuel cell 10 and a direct methanol fuel cell 20.
The composite fuel cell system 1 according to the present embodiment uses methanol W1 obtained from the photofuel cell 10 as a fuel for the direct methanol fuel cell 20, and water W3 obtained from the direct methanol fuel cell 20 as the fuel for the photofuel cell 10. To generate electricity.

詳述すると、図1に示すように、本実施形態の複合型燃料電池システム1は、光燃料電池10と、直接メタノール燃料電池20と、光燃料電池10で生成されたメタノールW1が流通するメタノール送給ラインL1と、光燃料電池10で生成された酸素W2が流通する酸素送給ラインL2と、直接メタノール燃料電池20で生成された水W3が流通する水送給ラインL3と、直接メタノール燃料電池20で生成された二酸化炭素W4が流通する二酸化炭素送給ラインL4と、を備える。   Specifically, as shown in FIG. 1, the composite fuel cell system 1 of the present embodiment includes a photo fuel cell 10, a direct methanol fuel cell 20, and methanol in which methanol W 1 generated by the photo fuel cell 10 circulates. A feed line L1, an oxygen feed line L2 through which the oxygen W2 generated by the photovoltaic fuel cell 10 flows, a water feed line L3 through which the water W3 generated by the direct methanol fuel cell 20 flows, and a direct methanol fuel A carbon dioxide supply line L4 through which the carbon dioxide W4 generated by the battery 20 circulates.

<光燃料電池>
光燃料電池10は、第1アノード11と、第1カソード12と、第1アノード室111と、第1カソード室121と、第1プロトン伝導性高分子膜13と、外部回路14と、を備える。また、第1アノード11及び第1カソード12には、それぞれ光触媒が担持されている。第1アノード室111には、酸素送給ラインL2及び水送給ラインL3が接続されている。第1カソード室121には、メタノール送給ラインL1及び二酸化炭素送給ラインL4が接続されている。
<Photo fuel cell>
The photofuel cell 10 includes a first anode 11, a first cathode 12, a first anode chamber 111, a first cathode chamber 121, a first proton conductive polymer membrane 13, and an external circuit 14. . The first anode 11 and the first cathode 12 each carry a photocatalyst. An oxygen supply line L2 and a water supply line L3 are connected to the first anode chamber 111. A methanol feed line L1 and a carbon dioxide feed line L4 are connected to the first cathode chamber 121.

第1アノード11及び第1カソード12は、それぞれ第1アノード室111及び第1カソード室121において水溶液に浸漬される。第1アノード11と第1カソード12とは電気的に接続されて、第1アノード室111において発生した電子は、外部回路14を通じて第1カソード室121に供給される。この電子の移動により電力が得られる。
第1アノード11及び第1カソード12の材質としては上記機能を阻害しない限り特に制限されないが、例えば、炭素(C)、酸化インジウム錫(ITO)、フッ素ドープ酸化錫(FTO)、酸化錫(TO)等を挙げることができる。
The first anode 11 and the first cathode 12 are immersed in the aqueous solution in the first anode chamber 111 and the first cathode chamber 121, respectively. The first anode 11 and the first cathode 12 are electrically connected, and electrons generated in the first anode chamber 111 are supplied to the first cathode chamber 121 through the external circuit 14. Electric power is obtained by this movement of electrons.
The material of the first anode 11 and the first cathode 12 is not particularly limited as long as the above functions are not impaired. For example, carbon (C), indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), tin oxide (TO And the like.

また、第1アノード11及び第1カソード12には、それぞれ光触媒が担持される。
本実施形態において用いられる光触媒においては、そのバンドギャップ以上のエネルギーを有する光が照射されることにより、価電子帯の電子が伝導帯に励起され、光触媒内に生成した正孔及び励起電子がそれぞれ酸化剤及び還元剤として機能する。
第1アノード11に担持される光触媒は、光SLが照射されることで水を酸化する酸化剤として機能する光酸化触媒である。このような光酸化触媒としては、特に限定されないが、WO、TiO、SnO、ZnO等が挙げられる。中でも、紫外光や可視光への応答性を有するため太陽光を利用でき、且つ強い酸化力を有するWOを用いることが好ましい。
The first anode 11 and the first cathode 12 each carry a photocatalyst.
In the photocatalyst used in the present embodiment, by irradiating light having energy greater than the band gap, electrons in the valence band are excited to the conduction band, and the holes and excited electrons generated in the photocatalyst are respectively Functions as an oxidizing agent and a reducing agent.
The photocatalyst carried on the first anode 11 is a photooxidation catalyst that functions as an oxidizing agent that oxidizes water when irradiated with the light SL. Such a photo-oxidation catalyst is not particularly limited, and examples thereof include WO 3 , TiO 2 , SnO, and ZnO. Among them, it is preferable to use WO 3 that can utilize sunlight and has strong oxidizing power because it has responsiveness to ultraviolet light and visible light.

第1カソード12に担持される光触媒は、光SLが照射されることで二酸化炭素を還元する還元剤として機能する光還元触媒である。このような光還元触媒としては、特に制限されないが、TiO、SrTiO、Al、WO等が挙げられる。 The photocatalyst carried on the first cathode 12 is a photoreduction catalyst that functions as a reducing agent that reduces carbon dioxide when irradiated with light SL. As such an optical reduction catalyst is not particularly limited, TiO 2, SrTiO 2, Al 2 O 3, WO 3 , and the like.

第1アノード室111においては、下記式(1)に示すように、第1アノード11に担持された光触媒の作用により、燃料である水の酸化反応が行われる。酸化反応により生成したプロトン(H)は、第1アノード室111において過剰状態となるため、第1プロトン伝導性高分子膜13を通じ、第1カソード室121に移動する。同様に、酸化反応により生成した電子(e)は、外部回路14を通じて第1アノード11から第1カソード12に移動し、第1カソード室121に供給される。 In the first anode chamber 111, as shown in the following formula (1), an oxidation reaction of water as a fuel is performed by the action of the photocatalyst carried on the first anode 11. Protons (H + ) generated by the oxidation reaction are in an excess state in the first anode chamber 111, and thus move to the first cathode chamber 121 through the first proton conductive polymer membrane 13. Similarly, electrons (e ) generated by the oxidation reaction move from the first anode 11 to the first cathode 12 through the external circuit 14 and are supplied to the first cathode chamber 121.

また、第1カソード室121における二酸化炭素(CO)は、下記式(2)で示すように、第1カソード12に担持された光触媒の作用により還元される。これにより、メタノールが生成する。以上より、下記式(3)に示すように、光燃料電池10全体として光触媒による酸化還元反応の結果、水及び二酸化炭素からメタノール及び酸素が生成する。
2HO → O+4H+4e … (1)
CO+6H+6e → CHOH+HO … (2)
2HO+CO → CHOH+3/2O … (3)
Further, carbon dioxide (CO 2 ) in the first cathode chamber 121 is reduced by the action of the photocatalyst carried on the first cathode 12 as shown by the following formula (2). This produces methanol. From the above, as shown in the following formula (3), methanol and oxygen are generated from water and carbon dioxide as a result of the oxidation-reduction reaction by the photocatalyst in the entire photofuel cell 10.
2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e (1)
CO 2 + 6H + + 6e → CH 3 OH + H 2 O (2)
2H 2 O + CO 2 → CH 3 OH + 3 / 2O 2 (3)

第1アノード室111及び第1カソード室121は、それぞれ第1アノード11及び第1カソード12の外側に形成され、第1アノード11及び第1カソード12が浸漬される水溶液を収容する。第1アノード室111には、酸素送給ラインL2及び水送給ラインL3が接続されている。第1カソード室121には、メタノール送給ラインL1及び二酸化炭素送給ラインL4が接続されている。第1アノード室111及び第1カソード室121は、光SL(紫外光や可視光等)が第1アノード11及び第1カソード12に到達することを妨げないように、光透過性を有する材質で形成されることが好ましい。このような材質としては、特に制限されないが、石英ガラス等のガラスや光透過性樹脂等が挙げられる。
また、後述するように第1アノード室111において発生した酸素を取得し、第1カソード室121に二酸化炭素を供給する必要があることから、第1アノード室111及び第1カソード室121は、一定の耐圧性を有する密閉構造を備えることが好ましい。
The first anode chamber 111 and the first cathode chamber 121 are formed outside the first anode 11 and the first cathode 12, respectively, and contain an aqueous solution in which the first anode 11 and the first cathode 12 are immersed. An oxygen supply line L2 and a water supply line L3 are connected to the first anode chamber 111. A methanol feed line L1 and a carbon dioxide feed line L4 are connected to the first cathode chamber 121. The first anode chamber 111 and the first cathode chamber 121 are made of a light transmissive material so as not to prevent the light SL (ultraviolet light, visible light, etc.) from reaching the first anode 11 and the first cathode 12. Preferably it is formed. Such a material is not particularly limited, and examples thereof include glass such as quartz glass and light transmissive resin.
Further, since it is necessary to acquire oxygen generated in the first anode chamber 111 and supply carbon dioxide to the first cathode chamber 121 as described later, the first anode chamber 111 and the first cathode chamber 121 are constant. It is preferable to provide an airtight structure having the pressure resistance.

第1アノード室111における水溶液は、純水であってもよいが、プロトンを含む酸水溶液であることが好ましい。水溶液を酸水溶液とすることにより、プロトンが関与する反応の反応速度が上昇する。
このような酸水溶液に用いる酸としては特に制限されないが、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、炭酸等が挙げられる。
The aqueous solution in the first anode chamber 111 may be pure water, but is preferably an acid aqueous solution containing protons. By making the aqueous solution an acid aqueous solution, the reaction rate of the reaction involving protons increases.
Although it does not restrict | limit especially as an acid used for such an acid aqueous solution, For example, hydrochloric acid, a sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, carbonic acid etc. are mentioned.

第1プロトン伝導性高分子膜13は、第1アノード11と第1カソード12との間に挟持され、第1アノード室111と第1カソード室121とを区画する。プロトン伝導性高分子膜は、高いプロトン伝導性を有し、且つ第1アノード11と第1カソード12との短絡を防止するため絶縁性を有する。また、本実施形態において、第1アノード室111では酸素が発生し、第1カソード室121では二酸化炭素が供給されるため、第1プロトン伝導性高分子膜13は、これらの物質の移動を規制するものである。
このようなプロトン伝導性高分子膜としては、例えば、フェノールスルホン酸とホルムアルデヒドとの縮合体、スルホン化ポリスチレン、トリフルオロスチレンスルホン酸、フルオロカーボンスルホン酸、フルオロカーボンスルホン酸とポリビニリデンフルオライドとの混合物等が挙げられる。
The first proton conductive polymer membrane 13 is sandwiched between the first anode 11 and the first cathode 12, and partitions the first anode chamber 111 and the first cathode chamber 121. The proton conductive polymer membrane has high proton conductivity and has an insulating property to prevent a short circuit between the first anode 11 and the first cathode 12. In the present embodiment, oxygen is generated in the first anode chamber 111 and carbon dioxide is supplied in the first cathode chamber 121. Therefore, the first proton conductive polymer membrane 13 regulates the movement of these substances. To do.
Examples of such a proton conductive polymer membrane include a condensate of phenolsulfonic acid and formaldehyde, sulfonated polystyrene, trifluorostyrenesulfonic acid, fluorocarbonsulfonic acid, a mixture of fluorocarbonsulfonic acid and polyvinylidene fluoride, and the like. Is mentioned.

第1プロトン伝導性高分子膜13としては、市販品を用いることができ、例えば、「Nafion(登録商標)」(デュポン社製)、「フレミオン(登録商標)」(株式会社旭硝子製)、「アシプレックス(登録商標)」(旭化成株式会社製)等を用いることができる。   As the first proton conductive polymer membrane 13, a commercially available product can be used. For example, “Nafion (registered trademark)” (manufactured by DuPont), “Flemion (registered trademark)” (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), “ Aciplex (registered trademark) "(manufactured by Asahi Kasei Corporation) or the like can be used.

外部回路14は、第1アノード11と第1カソード12とを電気的に接続する回路である。上述の通り、第1アノード11から外部回路14を通じて第1カソード12へ電子が移動することで、外部回路14において電力を得ることができる。   The external circuit 14 is a circuit that electrically connects the first anode 11 and the first cathode 12. As described above, when electrons move from the first anode 11 to the first cathode 12 through the external circuit 14, electric power can be obtained in the external circuit 14.

<直接メタノール燃料電池>
直接メタノール燃料電池20は、第2アノード21と、第2カソード22と、第2アノード室211と、第2カソード室221と、第2プロトン伝導性高分子膜23と、外部回路24と、を備える。また、第2アノード21及び第2カソード22には、それぞれ触媒が担持されている。なお、第2アノード室211には、メタノール送給ラインL1及び二酸化炭素送給ラインL4が接続されている。第2カソード室221には、酸素送給ラインL2及び水送給ラインL3が接続されている。
<Direct methanol fuel cell>
The direct methanol fuel cell 20 includes a second anode 21, a second cathode 22, a second anode chamber 211, a second cathode chamber 221, a second proton conductive polymer membrane 23, and an external circuit 24. Prepare. A catalyst is supported on each of the second anode 21 and the second cathode 22. Note that a methanol feed line L1 and a carbon dioxide feed line L4 are connected to the second anode chamber 211. An oxygen supply line L2 and a water supply line L3 are connected to the second cathode chamber 221.

第2アノード21及び第2カソード22は、それぞれ第2アノード室211及び第2カソード室221において水溶液に浸漬される。第2アノード21と第2カソード22とは電気的に接続されて、第2アノード室211において発生した電子は、外部回路24を通じて第2カソード室221に移動する。この電子の移動により電力が得られる。
第2アノード21及び第2カソード22の材質としては、上記機能を阻害しない限り特に制限されないが、例えば、炭素(C)、酸化インジウム錫(ITO)、フッ素ドープ酸化錫(FTO)、酸化錫(TO)等を挙げることができる。
The second anode 21 and the second cathode 22 are immersed in the aqueous solution in the second anode chamber 211 and the second cathode chamber 221, respectively. The second anode 21 and the second cathode 22 are electrically connected, and electrons generated in the second anode chamber 211 move to the second cathode chamber 221 through the external circuit 24. Electric power is obtained by this movement of electrons.
The material of the second anode 21 and the second cathode 22 is not particularly limited as long as the function is not hindered. For example, carbon (C), indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), tin oxide ( TO).

また、第2アノード21及び第2カソード22には、メタノールの酸化反応及び酸素の還元反応を促進する触媒金属が担持される。そのような触媒金属としては、例えば、Pt、Ru、Ir、Rh、Pd、Os等の金属単体やこれらの合金が挙げられる。なお、これらの触媒金属は炭素電極等に担持されていてもよいが、これらの触媒金属を直接電極として用いてもよい。
第2アノード21及び第2カソード22は基本的に同様の構成とすることができる。第2アノード21としては、微量に発生するCOによる被毒を抑制するため、Pt−Ru合金や、Pt粒子とRu粒子を共に担持させ、触媒として用いることが好ましい。
The second anode 21 and the second cathode 22 carry a catalyst metal that promotes the oxidation reaction of methanol and the reduction reaction of oxygen. Examples of such catalytic metals include simple metals such as Pt, Ru, Ir, Rh, Pd, and Os, and alloys thereof. In addition, although these catalyst metals may be carry | supported by the carbon electrode etc., you may use these catalyst metals as an electrode directly.
The second anode 21 and the second cathode 22 can basically have the same configuration. The second anode 21 is preferably used as a catalyst by supporting Pt—Ru alloy or both Pt particles and Ru particles in order to suppress poisoning caused by a small amount of CO.

第2アノード室211においては、下記式(4)に示すように、第2アノード21に担持された触媒の作用により、燃料であるメタノールの酸化反応が行われる。酸化反応により生成したプロトン(H)は、第2アノード室211において過剰状態となるため、第2プロトン伝導性高分子膜23を通じ、第2カソード室221に移動する。同様に酸化反応により生成した電子(e)は、外部回路24を通じて第2アノード21から第2カソード22に移動し、第2カソード室221に供給される。 In the second anode chamber 211, as shown in the following formula (4), an oxidation reaction of methanol as a fuel is performed by the action of the catalyst supported on the second anode 21. Protons (H + ) generated by the oxidation reaction are in an excess state in the second anode chamber 211, and thus move to the second cathode chamber 221 through the second proton conductive polymer membrane 23. Similarly, electrons (e ) generated by the oxidation reaction move from the second anode 21 to the second cathode 22 through the external circuit 24 and are supplied to the second cathode chamber 221.

また、第2カソード室221における酸素は、下記式(5)に示すように第2カソード22に担持された触媒の作用により還元される。これにより、水が生成する。以上より、下記式(6)に示すように、直接メタノール燃料電池20全体として酸化還元反応の結果、メタノール及び酸素から水と二酸化炭素が生成する。
CHOH+HO → CO+6H+6e … (4)
+4H+4e → 2HO … (5)
CHOH+3/2O → 2HO+CO… (6)
Further, oxygen in the second cathode chamber 221 is reduced by the action of the catalyst supported on the second cathode 22 as shown in the following formula (5). Thereby, water is generated. From the above, as shown in the following formula (6), water and carbon dioxide are generated from methanol and oxygen as a result of the oxidation-reduction reaction of the direct methanol fuel cell 20 as a whole.
CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e (4)
O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O (5)
CH 3 OH + 3 / 2O 2 → 2H 2 O + CO 2 (6)

ここで、上記式(3)及び式(6)に示すように、光燃料電池10における燃料(反応物)と、直接メタノール燃料電池20における生成物とは、物質量も含め、理論上全く同一である。また、直接メタノール燃料電池20における燃料(反応物)と、光燃料電池10における生成物とは、物質量も含め、理論上全く同一である。従って、光燃料電池10及び直接メタノール燃料電池20の発電に伴う生成物をそれぞれの燃料として相互利用することで、複合型燃料電池システム1は、理論上、燃料の供給を要さず排出物の無い発電システムとして機能することができる。   Here, as shown in the above formulas (3) and (6), the fuel (reactant) in the photofuel cell 10 and the product in the direct methanol fuel cell 20 are theoretically exactly the same, including the amount of substances. It is. Further, the fuel (reactant) in the direct methanol fuel cell 20 and the product in the photovoltaic fuel cell 10 are theoretically exactly the same including the amount of substances. Therefore, the combined fuel cell system 1 theoretically eliminates the need for fuel supply by mutually using the products accompanying the power generation of the photovoltaic fuel cell 10 and the direct methanol fuel cell 20 as the respective fuels. It can function as a power generation system that does not exist.

第2アノード室211及び第2カソード室221は、それぞれ第2アノード21及び第2カソード22の外側に形成され、第2アノード21及び第2カソード22が浸漬される水溶液を収容する。第2アノード室211には、メタノール送給ラインL1及び二酸化炭素送給ラインL4が接続される。第2カソード室221には、酸素送給ラインL2及び水送給ラインL3が接続される。
このような第2アノード室211及び第2カソード室221は、第2アノード室211において発生した二酸化炭素を取得し、第2カソード室221に酸素を供給する必要があることから、一定の耐圧性を有する密閉構造を備えることが好ましい。
The second anode chamber 211 and the second cathode chamber 221 are formed outside the second anode 21 and the second cathode 22, respectively, and contain an aqueous solution in which the second anode 21 and the second cathode 22 are immersed. A methanol feed line L1 and a carbon dioxide feed line L4 are connected to the second anode chamber 211. An oxygen supply line L2 and a water supply line L3 are connected to the second cathode chamber 221.
Since the second anode chamber 211 and the second cathode chamber 221 need to acquire carbon dioxide generated in the second anode chamber 211 and supply oxygen to the second cathode chamber 221, it has a certain pressure resistance. It is preferable to provide a sealing structure having

第2アノード室211における水溶液としては、メタノールを含む水溶液であればよい。しかし、上述の式(4)に示す通り、第2アノード室211において、反応物としてのメタノールと水とは、1:1のモル比で反応が進行する。従って、第2アノード室211における水溶液中のメタノールと水とにおいて、モル比は、1:1であるか、それに近い値を採ることが好ましい。   The aqueous solution in the second anode chamber 211 may be an aqueous solution containing methanol. However, as shown in the above formula (4), in the second anode chamber 211, the reaction between methanol and water as reactants proceeds at a molar ratio of 1: 1. Therefore, the molar ratio of methanol and water in the aqueous solution in the second anode chamber 211 is preferably 1: 1 or close to that.

第2プロトン伝導性高分子膜23は、第2アノード21と第2カソード22との間に挟持され、第2アノード室211と第2カソード室221とを区画する。第2プロトン伝導性高分子膜23としては、第1プロトン伝導性高分子膜13と同様の物を用いることができるが、第2アノード室211におけるメタノールが第2カソード室221に移動すること、いわゆるクロスオーバーを抑制できることが好ましい。   The second proton conductive polymer membrane 23 is sandwiched between the second anode 21 and the second cathode 22 and partitions the second anode chamber 211 and the second cathode chamber 221. As the second proton conductive polymer membrane 23, the same material as the first proton conductive polymer membrane 13 can be used, but methanol in the second anode chamber 211 moves to the second cathode chamber 221. It is preferable that so-called crossover can be suppressed.

外部回路24は、第2アノード21と第2カソード22とを電気的に接続する回路である。上記説明した通り、第2アノード21から外部回路24を通じて第2カソード22へ電子が移動することで、外部回路24において電力を得ることができる。   The external circuit 24 is a circuit that electrically connects the second anode 21 and the second cathode 22. As described above, when the electrons move from the second anode 21 to the second cathode 22 through the external circuit 24, electric power can be obtained in the external circuit 24.

メタノール送給ラインL1は、光燃料電池10において生成されたメタノールW1が直接メタノール燃料電池20に送給されるラインである。メタノール送給ラインL1の上流側端部は第1カソード室121に接続され、下流側端部は第2アノード室211に接続される。
また、メタノール送給ラインL1には、メタノール貯留槽としてのメタノールタンク15と、ポンプ16とが設けられる。
The methanol supply line L1 is a line through which the methanol W1 generated in the optical fuel cell 10 is directly supplied to the methanol fuel cell 20. The upstream end of the methanol feed line L 1 is connected to the first cathode chamber 121, and the downstream end is connected to the second anode chamber 211.
The methanol feed line L1 is provided with a methanol tank 15 as a methanol storage tank and a pump 16.

メタノールタンク15は、メタノールW1を貯留する設備である。メタノールタンク15には、メタノール補充手段としてのメタノール補充部151が接続されている。また、メタノールタンク15のメタノール貯留量を検出する第1貯留量検出手段としての第1貯留量センサ152が設けられる。   The methanol tank 15 is a facility for storing methanol W1. The methanol tank 15 is connected with a methanol replenishment unit 151 as methanol replenishment means. A first storage amount sensor 152 is provided as first storage amount detection means for detecting the amount of methanol stored in the methanol tank 15.

メタノール補充部151と、第1貯留量センサ152とは、制御部17と電気的に接続される。
制御部17は、CPU及びメモリを含むマイクロプロセッサ(不図示)により構成される。制御部17は、第1貯留量センサ152の貯留量検出結果に基づき、検出量が第1基準値を下回る場合に、メタノールタンク15にメタノールを補充するようにメタノール補充部151を制御する。
The methanol replenishment unit 151 and the first storage amount sensor 152 are electrically connected to the control unit 17.
The control unit 17 is configured by a microprocessor (not shown) including a CPU and a memory. Based on the storage amount detection result of the first storage amount sensor 152, the control unit 17 controls the methanol replenishment unit 151 so that the methanol tank 15 is replenished with methanol when the detected amount is lower than the first reference value.

ポンプ16は、メタノールW1を吸引し、下流側の第2アノード室211へ向けて吐出する装置である。ポンプ16は、メタノールタンク15と第2アノード室211との間に設けられる。   The pump 16 is a device that sucks the methanol W1 and discharges it toward the second anode chamber 211 on the downstream side. The pump 16 is provided between the methanol tank 15 and the second anode chamber 211.

酸素送給ラインL2は、光燃料電池10において生成された酸素W2が直接メタノール燃料電池20に送給されるラインである。酸素送給ラインL2の上流側端部は第1アノード室111に接続され、下流側端部は第2カソード室221に接続される。
また、酸素送給ラインL2には、酸素貯留槽としての酸素タンク18と、ブロワ19とが設けられる。
なお、酸素送給ラインL2には、外気から空気を吸入し、酸素W2として利用するための吸入口が設けられていてもよい。
The oxygen supply line L <b> 2 is a line through which oxygen W <b> 2 generated in the photovoltaic fuel cell 10 is directly supplied to the methanol fuel cell 20. The upstream end of the oxygen supply line L2 is connected to the first anode chamber 111, and the downstream end is connected to the second cathode chamber 221.
The oxygen supply line L2 is provided with an oxygen tank 18 as an oxygen storage tank and a blower 19.
Note that the oxygen supply line L2 may be provided with an inlet for sucking air from outside air and using it as oxygen W2.

酸素タンク18は、酸素W2を貯留する設備である。また、ブロワ19は、酸素W2を吸引し、下流側の第2カソード室221に向けて吐出する装置である。ブロワ19は、酸素タンク18と第2カソード室221との間に設けられる。   The oxygen tank 18 is a facility for storing oxygen W2. The blower 19 is a device that sucks oxygen W2 and discharges it toward the second cathode chamber 221 on the downstream side. The blower 19 is provided between the oxygen tank 18 and the second cathode chamber 221.

水送給ラインL3は、直接メタノール燃料電池20において生成された水W3が光燃料電池10に送給されるラインである。水送給ラインL3の上流側端部は第2カソード室221に接続され、下流側端部は第1アノード室111に接続される。
また、水送給ラインL3には、水貯留槽としての水タンク25と、ポンプ26とが設けられる。
The water supply line L3 is a line through which the water W3 generated in the direct methanol fuel cell 20 is supplied to the photovoltaic fuel cell 10. The upstream end of the water supply line L3 is connected to the second cathode chamber 221, and the downstream end is connected to the first anode chamber 111.
The water supply line L3 is provided with a water tank 25 as a water storage tank and a pump 26.

水タンク25は、水W3を貯留する設備である。水タンク25には、水補充手段としての水補充部251が接続され、また、水タンク25の水貯留量を検出する第2貯留量検出手段としての第2貯留量センサ252が設けられる。   The water tank 25 is a facility for storing the water W3. The water tank 25 is connected with a water replenishment unit 251 as water replenishment means, and is provided with a second storage amount sensor 252 as second storage amount detection means for detecting the water storage amount of the water tank 25.

水補充部251と、第2貯留量センサ252とは、制御部27と電気的に接続される。
制御部27は、CPU及びメモリを含むマイクロプロセッサ(不図示)により構成される。制御部27は、第2貯留量センサ252による貯留量検出結果に基づき、検出量が第2基準値を下回る場合に、水タンク25に水を補充するように水補充部251を制御する。
The water replenishment unit 251 and the second storage amount sensor 252 are electrically connected to the control unit 27.
The control unit 27 includes a microprocessor (not shown) including a CPU and a memory. The control unit 27 controls the water replenishment unit 251 to replenish the water tank 25 with water when the detected amount is lower than the second reference value based on the storage amount detection result by the second storage amount sensor 252.

ポンプ26は、水W3を吸引し、下流側の第1アノード室111へ向けて吐出する装置である。ポンプ26は、水タンク25と第1アノード室111との間に設けられる。   The pump 26 is a device that sucks the water W3 and discharges it toward the first anode chamber 111 on the downstream side. The pump 26 is provided between the water tank 25 and the first anode chamber 111.

なお、水送給ラインL3を流通する水W3、並びに水タンク25及び水補充部251に貯留される水は、純水であってもよいが、これに制限されず、水溶液であってもよく、プロトンを含む酸水溶液であることが好ましい。   The water W3 flowing through the water supply line L3 and the water stored in the water tank 25 and the water replenishing unit 251 may be pure water, but are not limited thereto, and may be an aqueous solution. An aqueous acid solution containing protons is preferred.

二酸化炭素送給ラインL4は、直接メタノール燃料電池20において生成された二酸化炭素W4が光燃料電池10に送給されるラインである。二酸化炭素送給ラインL4の上流側端部は第2アノード室211に接続され、下流側端部は第1カソード室121に接続される。
また、二酸化炭素送給ラインL4には、二酸化炭素貯留槽としての二酸化炭素タンク28と、ブロワ29とが設けられる。
なお、二酸化炭素送給ラインL4には、外気から空気を吸入し、二酸化炭素W4として利用するための吸入口が設けられていてもよい。
The carbon dioxide supply line L4 is a line through which the carbon dioxide W4 generated in the direct methanol fuel cell 20 is supplied to the optical fuel cell 10. The upstream end of the carbon dioxide supply line L4 is connected to the second anode chamber 211, and the downstream end is connected to the first cathode chamber 121.
The carbon dioxide supply line L4 is provided with a carbon dioxide tank 28 as a carbon dioxide storage tank and a blower 29.
The carbon dioxide supply line L4 may be provided with a suction port for sucking air from outside air and using it as carbon dioxide W4.

二酸化炭素タンク28は、二酸化炭素W4を貯留する設備である。また、ブロワ29は、二酸化炭素W4を吸引し、下流側の第1カソード室121に向けて吐出する装置である。ブロワ29は、二酸化炭素タンク28と第1カソード室121との間に設けられる。   The carbon dioxide tank 28 is a facility for storing carbon dioxide W4. The blower 29 is a device that sucks carbon dioxide W4 and discharges it toward the first cathode chamber 121 on the downstream side. The blower 29 is provided between the carbon dioxide tank 28 and the first cathode chamber 121.

以上説明した本実施形態に係る複合型燃料電池システム1によれば、以下のような効果を奏する。   The composite fuel cell system 1 according to the present embodiment described above has the following effects.

本実施形態の複合型燃料電池システム1は、それぞれ光触媒が担持された第1アノード11と第1カソード12の間に第1プロトン伝導性高分子膜13が挟持されると共に、第1アノード11の外側に第1アノード室111が、第1カソード12の外側に第1カソード室121が形成され、光触媒反応により発電する光燃料電池10と、それぞれ触媒が担持された第2アノード21と第2カソード22の間に第2プロトン伝導性高分子膜が挟持されると共に、第2アノード21の外側に第2アノード室211が、第2カソード22の外側に第2カソード室221が形成され、触媒反応により発電する直接メタノール燃料電池20と、光燃料電池10の発電時に、第1カソード室121で生成したメタノールW1を第2アノード室211に送給するメタノール送給ラインL1と、第1アノード室111で生成した酸素W2を第2カソード室221に送給する酸素送給ラインL2と、直接メタノール燃料電池20の発電時に、第2カソード室221で生成した水W3を第1アノード室111に送給する水送給ラインL3と、第2アノード室211で生成した二酸化炭素W4を取り出して第1カソード室121に送給する二酸化炭素送給ラインL4と、を備える。   In the composite fuel cell system 1 of the present embodiment, a first proton conductive polymer membrane 13 is sandwiched between a first anode 11 and a first cathode 12 each carrying a photocatalyst, and the first anode 11 A first anode chamber 111 is formed on the outer side, and a first cathode chamber 121 is formed on the outer side of the first cathode 12. The photofuel cell 10 generates power by a photocatalytic reaction, and the second anode 21 and the second cathode each carrying a catalyst, respectively. The second proton conducting polymer membrane is sandwiched between the second anode chamber 21, the second anode chamber 211 is formed outside the second anode 21, and the second cathode chamber 221 is formed outside the second cathode 22. The direct methanol fuel cell 20 that generates electric power by the above and the methanol W1 generated in the first cathode chamber 121 during the power generation of the photofuel cell 10 are supplied to the second anode chamber 211 Methanol feed line L 1, oxygen feed line L 2 that feeds oxygen W 2 generated in the first anode chamber 111 to the second cathode chamber 221, and direct power generation in the methanol fuel cell 20 in the second cathode chamber 221. A water supply line L3 that supplies the generated water W3 to the first anode chamber 111 and a carbon dioxide supply line L4 that takes out the carbon dioxide W4 generated in the second anode chamber 211 and supplies it to the first cathode chamber 121. And comprising.

そのため、光燃料電池10で生成したメタノールを、直接メタノール燃料電池20において燃料として使用でき、同時に、直接メタノール燃料電池20で生成した水を、光燃料電池10で燃料として使用できる。従って、一方の生成物を他方の燃料として相互に利用できる複合型燃料電池システム1を提供できる。   Therefore, the methanol generated in the photofuel cell 10 can be used as a fuel in the direct methanol fuel cell 20, and at the same time, the water generated in the direct methanol fuel cell 20 can be used as a fuel in the photofuel cell 10. Therefore, it is possible to provide the composite fuel cell system 1 in which one product can be mutually used as the other fuel.

また、メタノール送給ラインL1にメタノールタンク15が設けられ、酸素送給ラインL2に酸素タンク18が設けられ、水送給ラインL3に水タンク25が設けられ、二酸化炭素送給ラインL4に二酸化炭素タンク28が設けられる。   Further, a methanol tank 15 is provided in the methanol feed line L1, an oxygen tank 18 is provided in the oxygen feed line L2, a water tank 25 is provided in the water feed line L3, and carbon dioxide is provided in the carbon dioxide feed line L4. A tank 28 is provided.

そのため、光燃料電池10で生成したメタノール及び酸素、並びに直接メタノール燃料電池20で生成した水及び二酸化炭素を、それぞれ貯留することが可能となる。これにより、例えば太陽光が利用できる間は光燃料電池10で発電を行い、生成したメタノール及び酸素を貯留しておき、太陽光が利用できない間は直接メタノール燃料電池20で発電を行い、生成した水及び二酸化炭素を貯留しておくといった運用が可能となる。従って、複合型燃料電池システム1によって安定した発電が可能となる。   Therefore, it is possible to store methanol and oxygen generated by the photofuel cell 10 and water and carbon dioxide generated directly by the methanol fuel cell 20, respectively. Thus, for example, power is generated by the photovoltaic fuel cell 10 while sunlight can be used, the generated methanol and oxygen are stored, and power is directly generated by the methanol fuel cell 20 while sunlight is not used. Operation such as storing water and carbon dioxide becomes possible. Therefore, stable power generation is possible by the composite fuel cell system 1.

本実施形態の複合型燃料電池システム1は、メタノールタンク15に外部からメタノールを補充するメタノール補充部151と、水タンク25に外部から水を補充する水補充部251と、を備える。   The composite fuel cell system 1 according to the present embodiment includes a methanol replenishment unit 151 that replenishes methanol to the methanol tank 15 from the outside, and a water replenishment unit 251 that replenishes the water tank 25 from the outside.

そのため、直接メタノール燃料電池20において燃料であるメタノールが無くなった場合であっても、外部からメタノールを補充することで、直接メタノール燃料電池20で発電を行うことが可能となる。同様に、光燃料電池10において燃料である水が無くなった場合であっても、外部から水を補充することで、光燃料電池10で発電を行うことが可能となる。以上により、複合型燃料電池システム1によって、継続的に安定して発電を行うことができる。   Therefore, even when the methanol as the fuel in the direct methanol fuel cell 20 runs out, it is possible to generate power directly in the methanol fuel cell 20 by replenishing methanol from the outside. Similarly, even when the water that is the fuel in the photofuel cell 10 is exhausted, it is possible to generate power in the photofuel cell 10 by replenishing water from the outside. As described above, the composite fuel cell system 1 can continuously and stably generate power.

本実施形態の複合型燃料電池システム1は、メタノールタンク15のメタノール貯留量を検出する第1貯留量センサ152と、第1貯留量センサ152における検出量が第1基準値を下回る場合に、メタノールを補充するようにメタノール補充部151を制御する制御部17と、水タンク25の水貯留量を検出する第2貯留量センサ252と、第2貯留量センサ252における検出量が第2基準値を下回る場合に、水を補充するように水補充部251を制御する制御部27と、を備える。   The composite fuel cell system 1 of the present embodiment includes a first storage amount sensor 152 that detects the amount of methanol stored in the methanol tank 15 and methanol when the detection amount in the first storage amount sensor 152 is lower than the first reference value. The control unit 17 that controls the methanol replenishment unit 151 to replenish the water, the second storage amount sensor 252 that detects the amount of water stored in the water tank 25, and the detection amount in the second storage amount sensor 252 has the second reference value. And a control unit 27 that controls the water replenishment unit 251 so as to replenish water when the ratio is lower.

そのため、メタノールタンク15及び水タンク25の貯留量が一定以下となった場合に自動的に燃料であるメタノール及び水が補充される。従って、複合型燃料電池システム1の管理が容易となり、また、継続的に安定して発電を行うことができる。   Therefore, when the storage amounts of the methanol tank 15 and the water tank 25 become below a certain level, the fuel methanol and water are automatically replenished. Therefore, management of the composite fuel cell system 1 is facilitated, and power generation can be performed stably and continuously.

以上、本発明の複合型燃料電池システムの好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されず、適宜変更が可能である。   The preferred embodiment of the composite fuel cell system of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate.

例えば、本実施形態では、酸素送給ラインL2及び二酸化炭素送給ラインL4には、それぞれタンク及びブロワのみが設けられているが、これに限定されない。即ち、酸素送給ラインL2及び二酸化炭素送給ラインL4には、酸素補充部や二酸化炭素補充部等、外部からの補充手段が設けられていてもよい。また、該補充手段は、大気中の酸素や二酸化炭素を利用するものとしてもよい。   For example, in the present embodiment, the oxygen supply line L2 and the carbon dioxide supply line L4 are provided with only a tank and a blower, respectively, but are not limited thereto. That is, the oxygen supply line L2 and the carbon dioxide supply line L4 may be provided with external replenishment means such as an oxygen replenishment unit and a carbon dioxide replenishment unit. The replenishing means may use oxygen or carbon dioxide in the atmosphere.

また、本実施形態では、メタノール補充部151を制御する制御部17と、水補充部251を制御する制御部27とが個別に設けられているが、これに限定されない。単一の制御部でメタノール補充部151及び水補充部251の両方を制御する構成としてもよい。   Moreover, in this embodiment, the control part 17 which controls the methanol replenishment part 151 and the control part 27 which controls the water replenishment part 251 are provided separately, but it is not limited to this. It is good also as a structure which controls both the methanol replenishment part 151 and the water replenishment part 251 with a single control part.

1 複合型燃料電池システム
10 光燃料電池
11 第1アノード
111 第1アノード室
12 第1カソード
121 第1カソード室
13 第1プロトン伝導性高分子膜
15 メタノールタンク(メタノール貯留槽)
151 メタノール補充部(メタノール補充手段)
152 第1貯留量センサ(第1貯留量検出手段)
17 制御部(原料補充制御手段)
18 酸素タンク(酸素貯留槽)
20 直接メタノール燃料電池
21 第2アノード
211 第2アノード室
22 第2カソード
221 第2カソード室
23 第2プロトン伝導性高分子膜
25 水タンク(水貯留槽)
251 水補充部(水補充手段)
252 第2貯留量センサ(第2貯留量検出手段)
27 制御部(原料補充制御手段)
28 二酸化炭素タンク(二酸化炭素貯留槽)
L1 メタノール送給ライン
L2 酸素送給ライン
L3 水送給ライン
L4 二酸化炭素送給ライン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Composite type fuel cell system 10 Photofuel cell 11 1st anode 111 1st anode chamber 12 1st cathode 121 1st cathode chamber 13 1st proton conductive polymer membrane 15 Methanol tank (methanol storage tank)
151 Methanol replenishment section (methanol replenishment means)
152 1st storage amount sensor (1st storage amount detection means)
17 Control unit (raw material replenishment control means)
18 Oxygen tank (oxygen storage tank)
20 Direct Methanol Fuel Cell 21 Second Anode 211 Second Anode Chamber 22 Second Cathode 221 Second Cathode Chamber 23 Second Proton Conducting Polymer Membrane 25 Water Tank (Water Reservoir)
251 Water replenishment section (water replenishment means)
252 Second storage amount sensor (second storage amount detection means)
27 Control unit (raw material replenishment control means)
28 Carbon dioxide tank (carbon dioxide storage tank)
L1 Methanol supply line L2 Oxygen supply line L3 Water supply line L4 Carbon dioxide supply line

Claims (4)

それぞれ光触媒が担持された第1アノードと第1カソードの間に第1プロトン伝導性高分子膜が挟持されると共に、前記第1アノードの外側に第1アノード室が、前記第1カソードの外側に第1カソード室が形成され、光触媒反応により発電する光燃料電池と、
それぞれ触媒が担持された第2アノードと第2カソードの間に第2プロトン伝導性高分子膜が挟持されると共に、前記第2アノードの外側に第2アノード室が、前記第2カソードの外側に第2カソード室が形成され、触媒反応により発電する直接メタノール燃料電池と、
前記光燃料電池の発電時に、前記第1カソード室で生成したメタノールを取り出して前記第2アノード室に送給するメタノール送給ラインと、
前記光燃料電池の発電時に、前記第1アノード室で生成した酸素を取り出して前記第2カソード室に送給する酸素送給ラインと、
前記直接メタノール燃料電池の発電時に、前記第2カソード室で生成した水を取り出して前記第1アノード室に送給する水送給ラインと、
前記直接メタノール燃料電池の発電時に、前記第2アノード室で生成した二酸化炭素を取り出して前記第1カソード室に送給する二酸化炭素送給ラインと、を備える
複合型燃料電池システム。
A first proton-conducting polymer membrane is sandwiched between a first anode and a first cathode, each carrying a photocatalyst, and a first anode chamber is located outside the first anode, and a first anode chamber is located outside the first cathode. A photo-fuel cell in which a first cathode chamber is formed and generates power by a photocatalytic reaction;
A second proton conducting polymer membrane is sandwiched between a second anode and a second cathode each carrying a catalyst, and a second anode chamber is disposed outside the second anode, and the second anode chamber is disposed outside the second cathode. A direct methanol fuel cell in which a second cathode chamber is formed and generates electricity by catalytic reaction;
A methanol feed line for taking out methanol generated in the first cathode chamber and feeding it to the second anode chamber during power generation of the photofuel cell;
An oxygen supply line that takes out the oxygen generated in the first anode chamber and supplies it to the second cathode chamber during power generation of the photovoltaic fuel cell;
A water supply line for taking out the water generated in the second cathode chamber and feeding it to the first anode chamber during power generation of the direct methanol fuel cell;
And a carbon dioxide feed line for taking out carbon dioxide produced in the second anode chamber and feeding it to the first cathode chamber during power generation of the direct methanol fuel cell.
前記メタノール送給ラインに設けられたメタノール貯留槽と、
前記酸素送給ラインに設けられた酸素貯留槽と、
前記水送給ラインに設けられた水貯留槽と、
前記二酸化炭素送給ラインに設けられた二酸化炭素貯留槽と、を備える
請求項1に記載の複合型燃料電池システム。
A methanol storage tank provided in the methanol supply line;
An oxygen storage tank provided in the oxygen supply line;
A water storage tank provided in the water supply line;
The composite fuel cell system according to claim 1, further comprising a carbon dioxide storage tank provided in the carbon dioxide supply line.
前記メタノール貯留槽に外部からメタノールを補充するメタノール補充手段と、
前記水貯留槽に外部から水を補充する水補充手段と、を備える
請求項2に記載の複合型燃料電池システム。
Methanol replenishing means for replenishing methanol from the outside to the methanol storage tank;
The combined fuel cell system according to claim 2, further comprising water replenishing means for replenishing the water storage tank from the outside.
前記メタノール貯留槽のメタノール貯留量を検出する第1貯留量検出手段と、
前記水貯留槽の水貯留量を検出する第2貯留量検出手段と、
前記第1貯留量検出手段の検出量が第1基準値を下回る場合に、メタノールを補充するように前記メタノール補充手段を制御し、及び/又は、前記第2貯留量検出手段の検出量が第2基準値を下回る場合に、水を補充するように前記水補充手段を制御する原料補充制御手段と、を備える
請求項3に記載の複合型燃料電池システム。
First storage amount detection means for detecting the methanol storage amount of the methanol storage tank;
Second storage amount detection means for detecting the amount of water stored in the water storage tank;
When the detection amount of the first storage amount detection means is lower than the first reference value, the methanol replenishment means is controlled to replenish methanol, and / or the detection amount of the second storage amount detection means is the first amount. 4. The composite fuel cell system according to claim 3, further comprising: a raw material replenishment control unit that controls the water replenishment unit so as to replenish water when the value is less than 2 reference values.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019169785A1 (en) * 2018-03-06 2019-09-12 大连理工大学 Use of membrane-free microbial fuel cell coupled with cathode catalytic membrane in coking wastewater treatment system

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