JP3128171U - 稼働係数調節可能の燃料電池装置 - Google Patents

Abstract

【課題】稼働係数調節可能の燃料電池装置の提供。
【解決手段】燃料電池セル、陽極調節装置、陰極調節装置、陽極燃料供給装置、及び電気制御回路などを備え、該燃料電池セルは、電気連結インターフェスなどを設けて、稼働中該燃料電池セルより発生する一種以上の状況信号の通信経路とする。陽極調節装置は該燃料電池セルに備える複数の陽極燃料注入口、及び複数の陽極燃料出口に連結し、設定条件に従い陽極燃料を提供し、陰極調節装置は、該燃料電池セル陰極の燃料供給量を調節し、陽極供給装置は陽極調節装置に連結し、陽極燃料源を保存する。電気制御回路は該燃料電池セルの状況信号を受信し、該状況信号に基づいて、燃料陽極電池装置と陽極調節装置の制御により、該燃料電池セルに注入する陽極燃料の濃度、流量及び温度を設定条件に合致させる。
【選択図】図１

Description

本考案は一種の燃料電池装置、特に一種の稼働係数調節可能の燃料電池装置に関わる。燃料電池装置の稼働条件を設定した後、燃料電池装置の稼働状況の監視、記録を図る。

特許文献１、積層整合方式の燃料電池とその燃料電池装置（Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ａ ｌａｙｅｒ ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｆｕｌｅ ｃｅｌｌ ａｎｄ ｆｕｌｅ ｃｅｌｌ ｉｔｓｅｌｆ）」において、プリント基板製造技術による燃料電池セル製造方法が開示されている。

公知技術の燃料電池装置は、電気化学反応により電気を発生する電池コアを有する。該電池コアは出力電圧／電流、燃料温度、燃料濃度などの稼働条件は、あらかじめに設定される。該燃料電池コアはその既定の稼働条件により、化学反応を行う。稼働中に稼働条件を変更することができない。現在、この種の燃料電池装置の稼働状況と稼働条件との関係は、一種の有効、かつ、信頼できるテスト系統により、燃料電池装置さらなるの発展に助けることができない。このほか、燃料電池装置の電気化学反応は、一種のテスト系統により、稼働状況と稼働条件と緊密に結合し、燃料電池装置の稼働制御を行い、燃料電池装置開発者の実験ニーズに応える必要がある。

このため、本考案は燃料電池の模擬稼働、制御などのニーズに基づいて、一種の稼働係数調節可能の燃料電池装置を思案した。

米国特許公告第ＵＳ２００５／０１５８６０８Ａ１号明細書

前記した一つまたは複数の技術限界並びに欠点の解決を図る、一種の稼働係数調節可能の燃料電池装置を提供することを本考案の第１目的である。

燃料電池セルの稼働条件を設定し、燃料電池セルの稼働のテストと記録を通じて、一連の稼働状況と稼働条件の情報獲得を図る、一種の稼働係数調節可能の燃料電池装置を提供することを本考案の第２目的である。

燃料電池装置の稼働状況と稼働条件により獲得した関連情報を利用し、燃料電池装置の稼働制御を行い、燃料電池装置開発者の実験ニーズに応えることを図る、一種の稼働係数調節可能の燃料電池装置を提供することを本考案の第３目的である。

本考案は前記した目的を実現するため、本考案の稼働係数調節可能の燃料電池装置は主に、１枚以上の燃料電池セル、陽極調節装置、陰極調節装置、陽極燃料供給装置、及び制御電気回路を提供する。該燃料電池セルは、電気連結インターフェスなどを設けて、稼働中該燃料電池セルより発生する一種以上の状況信号の通信経路とする。陽極調節装置は該燃料電池セルに備える複数の陽極燃料注入口、及び複数の陽極燃料出口に連結し、設定条件に従い陽極燃料を提供する。陰極調節装置は、該燃料電池セル陰極の燃料供給量を調節する。陽極供給装置は陽極調節装置に連結し、陽極燃料源を保存する。電気制御回路は該燃料電池セルの状況信号を受信し、該状況信号に基づいて、燃料陽極電池装置と陽極調節装置の制御により、該燃料電池セルに注入する陽極燃料の濃度、流量及び温度を設定条件に合致させる。さらに、該状況信号に基づいて、該陰極燃料供給装置の制御により、該燃料電池セルに注入された陰極燃料の流量を設定条件に合致させる。

請求項１の考案は、１枚以上の燃料電池セルは、電気連結インターフェスなどを設けて、稼働中該燃料電池セルより発生する一種以上の状況信号の通信経路とし、
陽極調節装置を該燃料電池セルに備える複数の陽極燃料注入口と、複数の陽極燃料出口に連結し、そのうち、該陽極調節装置は少なくとも容器構造を形成した気体液体分離装置を設け、該燃料電池セルの該陽極燃料出口より排出された液体の収集および保存を行い、 溶液混合装置は容器構造を形成し、該燃料電池セルの該陽極燃料の注入口に連結し、該燃料混合装置は該気体液体分離装置、水タンク、陽極燃料保存タンクよりの液体を保存し、
第１ポンプを設け、該燃料電池セル、該気体液体分離装置、及び該溶液混合装置すべての液体の圧送、循環及びその流量調節を行い、
陰極調節装置を設け、該燃料電池セルの該陰極燃料供給量を調節し、そのうち、該陰極調節装置は少なくともファンを設け、該燃料電池セルの該陰極の空気流量を圧送並びに制御する、該空気は外部の空気を使用し、
陽極燃料保存装置を設け、該陽極調節装置に連結し、該陽極燃料供給装置は以下の構成要素を備え、
該水タンクは容器構造を形成し、
該陽極燃料保存装置は容器構造を形成し、
第２ポンプを設け、該水タンクと該溶液混合装置との間に連結し、該水タンクの水が該溶液混合装置に流入する量を制御し、
第３ポンプを設け、該陽極燃料保存装置と該溶液混合装置との間に設け、該陽極燃料保存装置の高濃度陽極燃料が該溶液混合装置の流量を制御し、
電気制御回路を設け、該燃料電池セルの該状況信号を受信する、及び、
該状況信号により、該陽極燃料供給装置と該陽極調節装置の制御により、該燃料電池セルに注入する陽極燃料の濃度、流量及び温度を設定条件に合致させるほか、該状況信号により、該陰極燃料供給装置を制御し、該燃料電池セルに注入する陰極燃料の流量を設定条件に合致させることを特徴とする稼働係数調節可能の燃料電池装置としている。
請求項２の考案は、該電気制御回路は以下の構成要素を備え、
第１温度センサー、該溶液混合装置の液体温度を検出し、
濃度センサー、該溶液混合装置の液体濃度を検出し、
コントローラ、該状況信号、該第１温度センサーの検出信号、該濃度センサーの検出信号に基づいて、演算を実行した上、該第１、第２、第３ポンプに指令を発信することを特徴とする請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置としている。
請求項３の考案は、該電気制御回路は以下の構成要素を備え、
第１温度センサー、該溶液混合装置の液体温度を検出し、
濃度センサー、該溶液混合装置の液体濃度を検出し、
コントローラ、該状況信号、該第１温度センサーの検出信号、該濃度センサーの検出信号に基づいて、演算を実行した上、該第１、第２、第３ポンプに指令を発信することを特徴とする請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置としている。
請求項４の考案は、該陰極調節装置はさらに、コンデンサーを設け、該燃料電池セルより放出する湯気を集めた後、水に凝縮することを特徴とする請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置としている。
請求項５の考案は、該コンデンサーは該ファンのすぐ近い場所に設けることを特徴とする請求項４記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置としている。
請求項６の考案は、該コンデンサーは該水タンクに連結し、該コンデンサーの水は該水タンクに回収することを特徴とする請求項４記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置としている。
請求項７の考案は、該ファンはさらに、該燃料電池セルに対し、放熱を行うことを特徴とする請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置としている。
請求項８の考案は、該電気制御回路はさらに、第２温度センサーを設け、該燃料電池セル周り空間の温度を検出することを特徴とする請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置としている。
請求項９の考案は、該電気制御回路はプリント基板に設けることを特徴とする請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置としている。
請求項１０の考案は、該電気制御回路はさらに、通信インターフェスを設け、外部電子装置に連結し、データ交換を行うことを特徴とする請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置としている。
請求項１１の考案は、該気体液体分離装置はさらに、通気性液不透過膜を設け、該気体液体分離装置の気体生成物を収納し、気体生成物を該通気性液不透過膜から、該気体液体分離装置の外部に発散することを特徴とする請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置としている。
請求項１２の考案は、該ファンはさらに、湯気を放出できることを特徴する請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置としている。
請求項１３の考案は、該電気制御回路はさらに、電圧安定回路を設け、該燃料電池セルより出力する電圧を所定の電圧値に調節することを特徴する請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置としている。
請求項１４の考案は、該第２ポンプは、逆止弁に代替えできることを特徴する請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置としている。
請求項１５の考案は、該第３ポンプは、逆止弁に代替えできることを特徴する請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置としている。

本考案は稼働係数調節可能の燃料電池装置、前記した一つまたは複数の技術限界並びに欠点の解決を図る。燃料電池セルの稼働条件を設定し、燃料電池セルの稼働のテストと記録を通じて、一連の稼働状況と稼働条件の情報獲得を図る。燃料電池装置の稼働状況と稼働条件により獲得した関連情報を利用し、燃料電池装置の稼働制御を行い、燃料電池装置開発者の実験ニーズに応えることを図る。

本考案稼働係数調節可能の燃料電池装置の図式について、以下の通り詳細説明する。そのうち、一部のスケールを拡大表示し、この種の技術になじむ方々による本考案の理解を図る。

図１は、本考案稼働係数調節可能の燃料電池装置の構造図である。本考案の稼働係数調節可能の燃料電池装置１０は、主に１枚以上の燃料電池セル１０１を電気発生素子とし、電気制御回路１０２によりその他の組合せ装置を制御することにより、該燃料電池セル１０１の稼働条件の設定または調節を行い、該燃料電池セル１０１すべての稼働状態を随時に把握する。

該稼働係数調節可能の燃料電池装置１０は１枚以上の燃料電池セル１０１、電気制御回路１０２、陽極調節装置１０３、陰極燃料調節装置１０４、及び陽極燃料供給装置１０５を備える。以下の通り詳細説明する。本考案の説明の便宜上、ダイレクトメタノール燃料電池を説明例に用いる。ただし、本考案で開示する構造は、液体陽極燃料の電池装置にも応用できる。

電気制御回路１０２は一つ以上の演算能力のコントローラ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）（図示せず）を備える。電気制御回路１０２は溶液混合装置１０３１の第１温度センサー１０２１と濃度センサー１０２２を介して、現時点のメタノール燃料１０３４の温度と濃度を受信する。電気制御回路１０２はさらに第１ポンプ１０３２、第２ポンプ１０５１及び第３ポンプ１０５２の制御及び管理を行い、これらのポンプ１０３２、１０５１、１０５２に出入りする流体の流量の操作制御を行う。

電気制御回路１０２はさらに、通信インターフェス（図示せず）を設け、外部の電子装置（コンピュータなど）に接続して、データ交換を行う。通信インターフェスは、ＵＳＢ通信インターフェスなどを使用しても良い。電気制御回路１０２はさらに電圧安定回路（図示せず）を設けて、燃料電池セル１０１の出力電圧を所定の電圧値に調節する。電気制御回路１０２は複数の電子素子を半田付けたプリント基板に実施しても良い。

陽極燃料供給装置１０５は水タンク１０５３、陽極燃料保存タンク１０５４、第２ポンプ１０５１、及び第３ポンプ１０５２を備える。水タンク１０５３は容器構造を形成し、水を収容する。水は外部より供給のほか、コンデンサー１０４１の回収水１０４３を使用する。陽極燃料保存タンク１０５４は容器構造を形成し、純メタノール溶液などの高濃度メタノール溶液を保存する。第２ポンプ１０５１は水タンク１０５３の水１０５５を圧送する、及び水１０５５の流量を制御する。第３ポンプ１０５２は陽極燃料保存タンク１０５４の高濃度メタノール溶液１０５６の圧送、及び高濃度メタノール溶液１０５６の流量を制御する。

前記の第２ポンプ１０５１と第３ポンプ１０５２は逆止弁（Ｃｈｅｃｋ ｖａｌｖｅ）に代替えすることができる。

陽極調節装置１０３は燃料混合装置１０３１、第１ポンプ１０３２、及び気体液体分離装置１０３３を備える。燃料混合装置１０３１は容器構造を形成し、複数の燃料出口（図示せず）を設けて、該燃料電池セル１０１に備える陽極燃料注入口（図示せず）とそれぞれに対応し連結する。燃料混合装置１０３１のメタノール水溶液１０３４は電気制御回路１０２により、一定濃度、一定温度、一定流量に制御される。設定条件に合致したメタノール水溶液１０３４だけが該燃料電池セル１０１に注入される。

第１ポンプ１０３２は燃料混合装置１０３１と気体液体分離装置１０３３の間に連結する。第１ポンプ１０３２により、メタノール水溶液１０３４を該燃料電池セル１０１内部に圧送、陽極燃料の反応生成物／メタノール回収水溶液１０１１を回収して、気体液体分離装置１０３３に流入させる。一方、第１ポンプ１０３２はメタノール回収水溶液１０３５を燃料混合装置１０３１に注入する。

図２は、本考案の気体液体分離機の断面図である。気体液体分離装置１０３３は容器構造を形成し、容器の開口部に一層の通気性液不透過膜１０３３ａを緊密に覆う。該燃料電池セル１０１すべての陽極燃料出口（図示せず）は入口１０３３ｂに連結する。該燃料電池セル１０１から流入された反応生成物／メタノール回収水溶液１０１１は、入口１０３３ｂ経由気体液体分離装置１０３３に流入する。引き続きに、気性液不透過膜１０３３ａにより、陽極反応生成物／メタノール回収水溶液１０１１に含まれたメタノール水溶液１０３５と陽極反応生成物（二酸化炭素、ＣＯ₂）を分離する。気体液体分離装置１０３３に保存されたメタノール水溶液１０３５はさらに、第１ポンプ１０３２によって圧送される。これにより、メタノール回収水溶液１０３３は出口１０３３ｃから溶液混合装置１０３１に流し込む。

陰極調節装置１０４はコンデンサー１０４１とファン１０４２を備える。ファン１０４２により、外部空気を気流に形成し、外部空気を該燃料電池セル１０１上すべての陰極に供給する。コンデンサー１０４１はファン１０４２の付近場所に設けて、該燃料電池セル１０１より放出された湯気を集めて、回収水１０４３として凝縮する。

一方、ファン１０４２は電気制御回路１０２によって、制御される。これにより、ファン１０４２によって形成された空気流量も制御できる。流動空気は酸素供給のほか、稼働中の燃料電池セル１０１に対する放熱を行う。該燃料電池セル１０１周りの空間に設ける第２温度センサー１０２３より環境温度を検出し、電気制御回路１０２に適切な温度を提供することにより、該燃料電池セル１０１の電気化学反応を行うことができる。

本考案の稼働係数調節可能の燃料電池装置は、様々な稼働係数を設定し、燃料電池セルをその設定条件により、電気を発生させる。このほか、燃料電池セルの稼働状況を随時に制御しながら、それぞれの稼働係数の微調整を行う。本考案のこのような長所は、公知技術の燃料混合装置に見られない。

本考案稼働係数調節可能の燃料電池装置の構造図である。 本考案の気体液体分離装置の断面図である。

符号の説明

１０ 燃料電池装置
１０１ 燃料電池セル
１０１１ 陽極反応生成物／メタノール回収水溶液
１０２ 電気制御回路
１０２１ 第１温度センサー
１０２２ 濃度センサー
１０２３ 第２温度センサー
１０３ 陽極調節装置
１０３１ 溶液混合装置
１０５２ 第１ポンプ
１０３３ 気体液体分離装置
１０３３ａ 通気性液不透過膜
１０３３ｂ 入口
１０３３０ 出口
１０３４ メタノール水溶液
１０３５ メタノール回収水溶液
１０４ 陰極調節装置
１０４１ コンデンサー
１０４２ ファン
１０４３ 凝縮水
１０５ 陽極燃料供給装置
１０５１ 第２ポンプ
１０５２ 第３ポンプ
１０５３ 水タンク
１０５４ 陽極燃料保存タンク
１０５５ 回収水
１０５６ 高濃度メタノール溶液

Claims (15)

1. １枚以上の燃料電池セルは、電気連結インターフェスなどを設けて、稼働中該燃料電池セルより発生する一種以上の状況信号の通信経路とし、
   陽極調節装置を該燃料電池セルに備える複数の陽極燃料注入口と、複数の陽極燃料出口に連結し、そのうち、該陽極調節装置は少なくとも容器構造を形成した気体液体分離装置を設け、該燃料電池セルの該陽極燃料出口より排出された液体の収集および保存を行い、 溶液混合装置は容器構造を形成し、該燃料電池セルの該陽極燃料の注入口に連結し、該燃料混合装置は該気体液体分離装置、水タンク、陽極燃料保存タンクよりの液体を保存し、
   第１ポンプを設け、該燃料電池セル、該気体液体分離装置、及び該溶液混合装置すべての液体の圧送、循環及びその流量調節を行い、
   陰極調節装置を設け、該燃料電池セルの該陰極燃料供給量を調節し、そのうち、該陰極調節装置は少なくともファンを設け、該燃料電池セルの該陰極の空気流量を圧送並びに制御する、該空気は外部の空気を使用し、
   陽極燃料保存装置を設け、該陽極調節装置に連結し、該陽極燃料供給装置は以下の構成要素を備え、
   該水タンクは容器構造を形成し、
   該陽極燃料保存装置は容器構造を形成し、
   第２ポンプを設け、該水タンクと該溶液混合装置との間に連結し、該水タンクの水が該溶液混合装置に流入する量を制御し、
   第３ポンプを設け、該陽極燃料保存装置と該溶液混合装置との間に設け、該陽極燃料保存装置の高濃度陽極燃料が該溶液混合装置の流量を制御し、
   電気制御回路を設け、該燃料電池セルの該状況信号を受信する、及び、
   該状況信号により、該陽極燃料供給装置と該陽極調節装置の制御により、該燃料電池セルに注入する陽極燃料の濃度、流量及び温度を設定条件に合致させるほか、該状況信号により、該陰極燃料供給装置を制御し、該燃料電池セルに注入する陰極燃料の流量を設定条件に合致させることを特徴とする稼働係数調節可能の燃料電池装置。
2. 該第１、第２、及び第３ポンプと該ファンは、すべて該電気制御回路に電気接続し、該電気制御回路の制御を受けることを特徴とする請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置。
3. 該電気制御回路は以下の構成要素を備え、
   第１温度センサー、該溶液混合装置の液体温度を検出し、
   濃度センサー、該溶液混合装置の液体濃度を検出し、
   コントローラ、該状況信号、該第１温度センサーの検出信号、該濃度センサーの検出信号に基づいて、演算を実行した上、該第１、第２、第３ポンプに指令を発信することを特徴とする請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置。
4. 該陰極調節装置はさらに、コンデンサーを設け、該燃料電池セルより放出する湯気を集めた後、水に凝縮することを特徴とする請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置。
5. 該コンデンサーは該ファンのすぐ近い場所に設けることを特徴とする請求項４記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置。
6. 該コンデンサーは該水タンクに連結し、該コンデンサーの水は該水タンクに回収することを特徴とする請求項４記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置。
7. 該ファンはさらに、該燃料電池セルに対し、放熱を行うことを特徴とする請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置。
8. 該電気制御回路はさらに、第２温度センサーを設け、該燃料電池セル周り空間の温度を検出することを特徴とする請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置。
9. 該電気制御回路はプリント基板に設けることを特徴とする請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置。
10. 該電気制御回路はさらに、通信インターフェスを設け、外部電子装置に連結し、データ交換を行うことを特徴とする請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置。
11. 該気体液体分離装置はさらに、通気性液不透過膜を設け、該気体液体分離装置の気体生成物を収納し、気体生成物を該通気性液不透過膜から、該気体液体分離装置の外部に発散することを特徴とする請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置。
12. 該ファンはさらに、湯気を放出できることを特徴する請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置。
13. 該電気制御回路はさらに、電圧安定回路を設け、該燃料電池セルより出力する電圧を所定の電圧値に調節することを特徴する請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置。
14. 該第２ポンプは、逆止弁に代替えできることを特徴する請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置。
15. 該第３ポンプは、逆止弁に代替えできることを特徴する請求項１記載の稼働係数調節可能の燃料電池装置。

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