JP3702011B2 - Fuel cell and operation method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池本体からの未反応の燃料ガスを燃焼させる触媒燃焼器を備えた燃料電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、小型のポータブル電源としてポータブル燃料電池が開発されている。このポータブル燃料電池は、数百ワット程度の発電が可能であり、従来から利用されているエンジンによって発電機を駆動させて発電するポータブル電源と比べて、大気汚染物質の排出が少ない点、騒音の発生が少ない点で優れている。
【0003】
一般的にポータブル燃料電池は、リン酸型の発電セルが積層されてなる燃料電池本体を備え、これに空気を送り込む空気供給ファンや、燃料ガスとしての水素を送り込む水素吸蔵合金タンク等が、ケースに収納されて構成されており、その運転時においては、空気供給ファンによって送り込まれる空気と、水素供給源から供給される水素とを用いて発電を行うようになっている。
【0004】
このようなポータブル燃料電池においては、できるだけ簡素な構成で、性能よく運転することができるよう考慮されており、空気供給ファンから燃料電池本体に送り込まれる空気で燃料電池本体を冷却する一方、燃料電池本体から排出される高温の排空気を水素吸蔵合金タンクの加温に用いるといった工夫もなされている。
【0005】
ところで、燃料電池本体からは未反応の燃料ガスが排出されるため、ポータブル燃料電池には、通常、この未反応水素を処理するための触媒燃焼器が備えられている。この触媒燃焼器には白金触媒等が保持された触媒層が備えられており、この触媒層に未反応水素と空気との混合物を導いて触媒燃焼するようになっている。
【0006】
従って、触媒燃焼器を作動させるためには、これに空気を送り込む必要があるが、送り込まれる空気の量が少なすぎると、温度が上昇し過ぎて触媒の劣化が早まり触媒燃焼器の性能が低下するという問題が生じる。そこで、ポータブル燃料電池においては、燃料電池本体に空気を送り込むファンとは別個に、小型の燃焼器用ファンを設置して触媒燃焼器に必要な量の空気を送り込むことが考えられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように別個の燃焼器用ファンを設置することは、ポータブル燃料電池の全体の構成をできるだけ簡素にするという観点からは、好ましいことではない。
従って、触媒燃焼器の性能を確保できるようにしながら、ポータブル燃料電池の構成を簡素にすることが、ポータブル燃料電池の設計上の課題の一つということができる。
【0008】
また、このような課題は、ポータブル燃料電池だけに限られず、燃料電池本体から排出される未反応の燃料ガスを処理する触媒燃焼器を備えた燃料電池であれば、同様に存在すると考えられる。
本発明は、このような課題に鑑み、燃料電池本体から排出される未反応の燃料ガスを処理する触媒燃焼器を備えた燃料電池の設計に工夫をこらすことによって、燃料電池本体に空気を送り込むファンとは別のファンを設けることなく、触媒燃焼器の性能を確保することのできる燃料電池及びその運転方法を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、空気と燃料供給源から供給される燃料ガスとを用いて発電を行う燃料電池本体と、燃料電池本体に第1の流通路を介して空気を送風する送風ファンと、電池本体から排出される未反応の燃料ガスと酸素供給手段より第2の流通路を介して取り込まれた酸素とを触媒燃焼する触媒燃焼器とを備えた燃料電池において、送風ファンと酸素供給手段とを共用すると共に、第1の流通路と第2の流通路とを並行して設けたことを特徴としている。
【0010】
このような構成により、従来のようにファンを別途に設置しなくても、触媒燃焼器は、送風ファンからの空気の流通路から燃焼用の空気を取り込んで触媒燃焼を行うことができる。また、触媒燃焼器は、送風ファンからの空気の流通路に介在することによって十分な空気に接して空冷されるので、高温による触媒劣化を回避することができる。
【0011】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明に対して、燃料電池本体の上流側に設けられ、触媒燃焼器から排出された燃焼ガスと送風ファンから第1の流通路を介して送風された空気とが合流する合流部を備えることを特徴としている。
【0012】
この場合、未反応燃料ガスを触媒燃焼することによって高温となった空気(以下燃焼空気と記載する)は、触媒燃焼器から燃料電池本体に送り込まれる空気の通路に戻される。従って、燃料電池本体における空気の入口側と出口側との温度差を小さくする効果を奏する。
【0013】
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明の運転方法であって、触媒燃焼器を、送風ファンから送風される空気により空冷することを特徴としている。
【0014】
請求項4記載の発明は、請求項2記載の発明の運転方法であって、燃料電池本体へ送風される空気を、触媒燃焼器から排出された燃焼ガスにより昇温することを特徴としている。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明についての実施例について、図面を参照しながら説明する。
(実施例1)
[ポータブル燃料電池の構成の説明]
図1は、本実施例に係るポータブル燃料電池の斜視図である。説明上、図1における矢印Aの方向を前方、矢印Aと直交する水平方向を横方向とする。
【0016】
このポータブル燃料電池は、ポータブルサイズのケース1の中に、水素と空気の供給を受けて発電を行うリン酸型の燃料電池本体2と、貯蔵している水素を燃料電池本体2に供給する水素吸蔵合金タンク6と、燃料電池本体2に空気を供給する空気供給ファン8と、燃料電池本体2から排出される未反応水素を処理する触媒燃焼器10と、外部に供給する電力の電圧を一定に制御するDC−DCコンバータ20と、これら各部の動作を制御するための制御装置21等が収納されて構成されている。
【0017】
ケース1はジュラルミン等の軽金属で直方体状に形成されており、その上部には、空気取入口41と空気排出口42とが設けられている。なお、図1において、ポータブル燃料電池の内部構造を示すため、ケース1の上面,前面,一方の側面は透視して描かれている。
燃料電池本体2は、直方体状の電池スタック3と、電池スタック3の上面を覆い電池スタック3に水素を分配する分配マニホールド4と、電池スタック3の下面を覆い電池スタック3からの未反応水素を回収する回収マニホールド5とから構成されており、ケース1の中央下部に設置されている。
【0018】
電池スタック3の構成については、図示しないが、所定枚数(例えば30枚)の長方形状のリン酸型の発電セルがバイポーラプレートを介して横方向に積層され、その積層体の両端が端板で締め付けられて構成されている。
この燃料電池本体2において、分配マニホールド4に供給される水素ガスは、電池スタック3内を下方向に流れながら発電セルに供給され、未反応水素が回収マニホールド5で回収される。一方、電池スタック3の前面に供給される空気は、電池スタック3内を後方向に流れながら、発電セルに供給されると共に燃料電池本体2を空冷し、高温の排空気が電池スタック3の後面から排出される。
【0019】
ケース1の内部には、この燃料電池本体2の後面,上面,前面に沿って、仕切り板31,32,33が設けられている。
ケース1の内部は、仕切り板31によって前後に仕切られ、その後方に後部空間34が形成されている。また、仕切り板31の前方空間は、仕切り板32によって上下に仕切られ、その上方に上部空間35が形成され、更にその下方の空間は仕切り板33によって前後に仕切られ、その前方に前部空間36が形成されている。なお、仕切り板31及び仕切り板33の電池スタック3と対向する部分は、電池スタック3に出入りする空気が流通できるよう開口されている。
【0020】
水素吸蔵合金タンク6は、水素吸蔵合金を充填した複数本(図示例では5本)の水素吸蔵合金タンク単体6aが連結されており、後部空間34内に装着できるようになっている。そして、水素吸蔵合金タンク6と分配マニホールド4とは、水素導入管(不図示)で連結され、分配マニホールド4に水素が供給されるようになっている。
【0021】
燃料電池本体2と水素吸蔵合金タンク6との間には、燃料電池本体2からの排空気の流れを調整するダンパ7(図1では図示しない。図2参照)が設けられている。ダンパ7の開状態においては、燃料電池本体2からの排空気が水素吸蔵合金タンク6に当たってこれを加熱し、閉状態においては、排空気が上方に排出され、水素吸蔵合金タンク6を加熱しないようになっている。なお、上述した空気排出口42は、水素吸蔵合金タンク6の上方に設けられている。
【0022】
空気供給ファン8は、その中央部分に吸気口8a,下側に送風口8bを備え、上部空間35内で前部空間36の上方位置に設置されている。なお、仕切り板32の送風口8bと対する部分は開口され、送風口8bからの空気が仕切り板32を通過できるようになっている。
触媒燃焼器10は、上面と下面が開放された直方体状の外装板11と、この外装板11内の上部空間に挿入された棒状の水素供給ノズル12と、外装板11内部の下部空間に充填された触媒層13とから構成されており、前部空間36内で仕切り板32の下方に設置された支持板37によって、前部空間36内の前方に固定されている。
【0023】
なお支持板37には、その上方からの空気が、適度な比率で触媒燃焼器10の中側と外側とに分配されて下方に流れるよう、開口部37aと開口部37bとが開設されている。また、図示はしないが、回収マニホールド5から水素供給ノズル12までの間には、未反応水素を導く水素導入管が設けられている。
触媒層13は、ハニカム状の保持体に白金触媒が保持されて形成され、ここを通過する未反応水素と空気との混合物を触媒燃焼するようになっている。
【0024】
このような触媒燃焼器10において、その上面から取り込まれた空気を用いて、回収マニホールド5からの未反応水素が触媒燃焼され、高温の燃焼ガスがその下面から排出される。
DC−DCコンバータ20及び制御装置21は、上部空間35内に重ねて設置されている。なお、上述した空気取入口41は、DC−DCコンバータ20及び制御装置21に沿った位置に開設され、これらを効率よく空冷できるようになっている。なお、図には示さないが、前部空間36内には、起動時に空気供給ファン8から燃料電池本体2に送られる空気を加熱する起動用ヒータが設置されている。
【0025】
[ポータブル燃料電池の運転時の動作の説明]
図2(a)は、図1に示すポータブル燃料電池のX−X線概略断面図であって、図中に空気の流れが白抜き矢印で示されている。また、図2(b)は、水素及び空気の流れを示すフロー図である。図2(a),(b)を参照しながら、上記構成のポータブル燃料電池の運転時の動作について説明する。
【0026】
運転中、制御装置21は、水素吸蔵合金タンク6の圧力に基づいてダンパ7を開閉して水素吸蔵合金タンク6の加熱を調節する(即ち圧力が所定値より低いときは開き、所定値より高いときは閉じる)。これにより、水素吸蔵合金タンク6の内部圧力は適度な値に制御され、燃料電池本体2に安定して水素を供給する。
また、空気供給ファン8は、燃料電池本体2で発電した電力の一部を用いて駆動するようになっているが、制御装置21は、燃料電池本体2の温度に基づいて、空気供給ファン8の出力を制御するので、燃料電池本体2は所定の運転温度に保たれる。
【0027】
水素吸蔵合金タンク6から燃料電池本体2に供給された水素は、電池スタック3内を下方向に流れながら発電に供給された後、未反応水素は触媒燃焼器10に導入される。
空気供給ファン8によって外部から取り込まれて前部空間36に送り込まれる空気は、開口部37aと開口部37bとに分配される。開口部37aを通った空気は触媒燃焼器10を通過しながら、未反応水素と混合してその燃焼に用いられ、燃焼空気は触媒燃焼器10から排出され、開口部37bを通過した空気と合流して、燃料電池本体2へと流れ込む。
【0028】
ここで、触媒燃焼器10は、その内部を通過する空気と、開口部37bを通過して外装板11の外側を流れる空気とによって空冷されるが、空気供給ファン8の送風量は十分大きいので、触媒燃焼器10が高温となって触媒劣化を引き起こすようなことはない。
燃料電池本体2に供給された空気は、電池スタック3内を後方向に流れながら発電に供給されると共に、燃料電池本体2を空冷する。ここで、燃料電池本体2においては空気の入口側が出口側より温度が低くなるという温度分布の不均一が生じる傾向にあるが、本実施例では、上記のように燃料電池本体2に流れる空気に高温の燃焼空気が混合されるため、上記の温度分布の不均一を抑制する効果を奏する。
【0029】
このように制御装置21による制御のもとで空気と水素の供給を受け、燃料電池本体2で発電される電力は、DC−DCコンバータ20で電圧変換され外部に供給される。
なお、DC−DCコンバータ20や制御装置21は、運転中には発熱により徐々に温度が上昇するが、常に外部からの空気にさらされているので、過度の温度上昇が防止される。
【0030】
(実施例2)
図3(a)は、本実施例のポータブル燃料電池の構成を示す概略断面図であって、図中に空気の流れを白抜き矢印で示している。また、図3(b)は、本実施例のポータブル燃料電池における水素及び空気の流れを示すフロー図である。説明上、実施例1と同様の構成要素については、同じ番号を付しその説明を省略する。
【0031】
本実施例のポータブル燃料電池は、実施例1のポータブル燃料電池と同様の構成であるが、触媒燃焼器10の下面から排出される燃焼空気を後部空間34に送出するダクト50が設けられている。
このダクト50は、触媒燃焼器10の下面から下方に延びる垂直ダクト部51と、その下端から後方に延設された水平ダクト部52とからなり、水平ダクト部52は、角筒形状であって、前部空間36から、燃料電池本体2の片側の側面とケース1との間隙を通過し、後部空間34にわたって設けられている。
【0032】
本実施例のポータブル燃料電池の運転時においては、触媒燃焼器10から排出される高温の燃焼空気は、燃料電池本体2へ流れ込むことなく、ダクト50を通って後部空間34の下部に流れ込み、燃料電池本体2から排出される排空気と混合されて後部空間34を上昇し、空気排出口42から外部に排出される。
本実施例においても、触媒燃焼器10が、その内部を通過する空気と外装板11の外側を流れる空気とによって十分空冷される効果については、実施例1と同様である。
【0033】
本実施例では、実施例1のように燃料電池本体2の温度分布の不均一を抑制する効果はないが、起動時に、触媒燃焼器10から排出される高温の燃焼空気を水素吸蔵合金タンク6に当てて加熱し水素吸蔵合金タンク6からの水素の発生を高めることにより、起動時間を短縮することができる。
(参考例1)
図4(a)は、本参考例のポータブル燃料電池の構成を示す概略断面図であって、図中に空気の流れを白抜き矢印で示している。また、図4(b)は、本参考例のポータブル燃料電池における水素及び空気の流れを示すフロー図である。説明上、実施例1と同様の構成要素については、同じ番号を付しその説明を省略する。
【0034】
本参考例のポータブル燃料電池は、実施例1のポータブル燃料電池と同様の構成であるが、触媒燃焼器10が後部空間34の上部に設けられ、燃料電池本体2から排出される排空気は、すべて触媒燃焼器10を通過するように構成されている。
本参考例では、触媒燃焼器10では下から上に空気が流れるので、触媒燃焼器10の上下の向きは実施例1と反対である。また、水素吸蔵合金タンク6は、触媒燃焼器10の下方に設けられている。
【0035】
本参考例においても、触媒燃焼器10が、その内部を通過する空気によって十分空冷される。
また、リン酸型の燃料電池の場合、運転時に燃料電池本体の排空気中に有機物等の不純物が含まれ、温度の低い起動時においては、その不純物が燃料電池本体からの排空気に混ざって排出されるという問題があるが、本参考例のポータブル燃料電池の運転時においては、このような不純物が燃料電池本体2から排出されても、触媒燃焼器10中でその不純物が触媒燃焼により処理される。従って、起動時における前記不純物の排出が防止できる。
【0036】
(参考例2)
図5(a)は、本参考例のポータブル燃料電池の構成を示す概略断面図であって、図中に空気の流れを白抜き矢印で示している。また、図5(b)は、本参考例のポータブル燃料電池における水素及び空気の流れを示すフロー図である。説明上、実施例1と同様の構成要素については、同じ番号を付しその説明を省略する。
【0037】
本参考例のポータブル燃料電池は、参考例1のポータブル燃料電池と同様の構成であるが、参考例1においては燃料電池本体2からの排空気がすべて触媒燃焼器10を通過するようになっているのに対して、本参考例においては、燃料電池本体2からの排空気の一部だけが触媒燃焼器10を通過するようになっている。
本参考例においては、後部空間34内に、燃料電池本体2からの排空気を上下に分割する仕切り板38が設けられている。そして、触媒燃焼器10は仕切り板38上に設けられ、仕切り板38の下側から触媒燃焼器10内に空気が流れ込むようになっている。
【0038】
このような構成により、燃料電池本体2から排出される排空気の中で、仕切り板38の上側に排出されるものは触媒燃焼器10を通過せず外部に排出され、仕切り板38の下側に排出されるものは触媒燃焼器10を通過して外部に排出される。
本参考例においても、触媒燃焼器10が、その内部を通過する空気と外装板11の外側を流れる空気とによって十分空冷される。
【0039】
また、仕切り板38の位置を調整することによって、触媒燃焼器10に流れ込む排空気の量と、直接外部に排出される排空気の量との比率を調整することができる。また、仕切り板38の下側に排出された排空気は、触媒燃焼器10中で不純物が触媒燃焼されるので、起動時における排空気の脱臭効果をその分だけ得ることができる。
【0040】
なお、上記実施例1、2、参考例1及び2においては、水素吸蔵合金タンクを備えたポータブル燃料電池の例を示したが、水素吸蔵合金タンクを備えず、例えば外部の水素ボンベから水素の供給を受けて運転するポータブル燃料電池においても同様に実施することができる。また、燃料ガスとしては、水素に限られず、水素リッチな燃料ガスであれば同様に実施することができる。
【0041】
また、上記実施例1、2、参考例1及び2においてはポータブル燃料電池の例を示したが、本発明は、燃料電池本体に空気を送り込むファンと、未反応の燃料ガスを処理する触媒燃焼器を備えた燃料電池であれば、同様に実施することができる。
【0042】
【発明の効果】
請求項1〜4記載の発明によれば、触媒燃焼器は、燃料電池本体に空気を送り込む送風ファンからの空気の流通路から取り込んだ空気で触媒燃焼させることができ、また触媒燃焼器の空冷も十分行うことができるので、従来のようにファンを別途に設置しなくても触媒燃焼器の性能を確保することができ、燃料電池の構成を簡素化することができる。
【0043】
請求項2及び請求項4記載の発明によれば、更に燃料電池本体における空気の入口側と出口側との温度差を小さくする効果により、燃料電池本体の電池特性の向上や長寿命化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1に係るポータブル燃料電池の斜視図である。
【図2】 図1に示すポータブル燃料電池のX−X線概略断面図、及びそのポータブル燃料電池における水素及び空気の流れを示すフロー図である。
【図3】 実施例2のポータブル燃料電池の構成を示す概略断面図、及びそのポータブル燃料電池における水素及び空気の流れを示すフロー図である。
【図4】 参考例1のポータブル燃料電池の構成を示す概略断面図、及びそのポータブル燃料電池における水素及び空気の流れを示すフロー図である。
【図5】 参考例2のポータブル燃料電池の構成を示す概略断面図、及びそのポータブル燃料電池における水素及び空気の流れを示すフロー図である。
【符号の説明】
2 燃料電池本体
6 水素吸蔵合金タンク
8 空気供給ファン
10 触媒燃焼器
37 支持板
50 ダクト[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell including a catalytic combustor that burns unreacted fuel gas from a fuel cell main body.
[0002]
[Prior art]
In recent years, portable fuel cells have been developed as small portable power sources. This portable fuel cell can generate power of several hundred watts, and emits less air pollutants compared to a portable power source that generates electricity by driving a generator using a conventional engine. It is excellent in that there is little occurrence.
[0003]
Generally, a portable fuel cell has a fuel cell body in which phosphoric acid type power generation cells are stacked, and an air supply fan that feeds air into the fuel cell, a hydrogen storage alloy tank that feeds hydrogen as fuel gas, etc. In the operation, power generation is performed using air fed by an air supply fan and hydrogen supplied from a hydrogen supply source.
[0004]
In such a portable fuel cell, it is considered that it can be operated with a simple configuration as much as possible, and the fuel cell body is cooled by air sent from the air supply fan to the fuel cell body. A device has been devised in which high-temperature exhaust air discharged from the main body is used for heating the hydrogen storage alloy tank.
[0005]
By the way, since unreacted fuel gas is discharged from the fuel cell main body, the portable fuel cell is usually provided with a catalytic combustor for processing this unreacted hydrogen. This catalytic combustor is provided with a catalyst layer in which a platinum catalyst or the like is held, and a catalytic combustion is conducted by introducing a mixture of unreacted hydrogen and air into the catalyst layer.
[0006]
Therefore, in order to operate the catalytic combustor, it is necessary to send air into it, but if the amount of air fed in is too small, the temperature will rise too much and the deterioration of the catalyst will be accelerated and the performance of the catalytic combustor will be reduced. Problem arises. Therefore, in a portable fuel cell, it is conceivable to install a small combustor fan and feed a necessary amount of air to the catalyst combustor separately from the fan that feeds air to the fuel cell body.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, installing such a separate combustor fan is not preferable from the viewpoint of simplifying the overall configuration of the portable fuel cell as much as possible.
Therefore, it can be said that simplifying the configuration of the portable fuel cell while ensuring the performance of the catalytic combustor is one of the problems in designing the portable fuel cell.
[0008]
In addition, such a problem is not limited to portable fuel cells, but may be present in the same manner as long as the fuel cell includes a catalytic combustor that processes unreacted fuel gas discharged from the fuel cell body.
In view of such problems, the present invention sends air into a fuel cell body by devising a design of a fuel cell including a catalytic combustor that processes unreacted fuel gas discharged from the fuel cell body. It aims at providing the fuel cell which can ensure the performance of a catalyst combustor, and the operating method, without providing a fan different from a fan.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is directed to a fuel cell main body that generates power using air and fuel gas supplied from a fuel supply source, and the fuel cell main body via a first flow passage. A fuel cell comprising a blower fan for blowing air, and a catalytic combustor for catalytic combustion of unreacted fuel gas discharged from the battery body and oxygen taken in from the oxygen supply means through the second flow passage In the present invention, the blower fan and the oxygen supply means are shared, and the first flow path and the second flow path are provided in parallel.
[0010]
With such a configuration, the catalytic combustor can perform catalytic combustion by taking in combustion air from the air flow path from the blower fan without installing a separate fan as in the prior art. Moreover, since the catalyst combustor is air-cooled in contact with sufficient air by being interposed in the air flow path from the blower fan, catalyst deterioration due to high temperature can be avoided.
[0011]
The invention according to
[0012]
In this case, air heated to high temperature by catalytic combustion of unreacted fuel gas (hereinafter referred to as combustion air) is returned to the passage of air sent from the catalytic combustor to the fuel cell body. Therefore, there is an effect of reducing the temperature difference between the air inlet side and the outlet side of the fuel cell main body.
[0013]
The invention described in claim 3 is the operation method of the invention described in
[0014]
The invention described in
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(Example 1)
[Description of portable fuel cell configuration]
FIG. 1 is a perspective view of a portable fuel cell according to the present embodiment. For the sake of explanation, the direction of the arrow A in FIG. 1 is the forward direction, and the horizontal direction orthogonal to the arrow A is the lateral direction.
[0016]
This portable fuel cell includes a phosphoric acid type fuel cell
[0017]
The
The fuel cell
[0018]
The configuration of the battery stack 3 is not shown, but a predetermined number (for example, 30) of rectangular phosphoric acid power generation cells are stacked in a lateral direction via bipolar plates, and both ends of the stacked body are end plates. It is configured to be tightened.
In the fuel cell
[0019]
Inside the
The interior of the
[0020]
The hydrogen
[0021]
Between the fuel cell
[0022]
The
The
[0023]
The
The
[0024]
In such a
The DC-
[0025]
[Description of operation during operation of portable fuel cell]
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of the portable fuel cell shown in FIG. 1 taken along line XX, in which the air flow is indicated by white arrows. Moreover, FIG.2 (b) is a flowchart which shows the flow of hydrogen and air. The operation during operation of the portable fuel cell having the above configuration will be described with reference to FIGS.
[0026]
During operation, the
The
[0027]
Hydrogen supplied from the hydrogen
The air taken in from the outside by the
[0028]
Here, the
The air supplied to the fuel cell
[0029]
Thus, the electric power generated by the fuel cell
The DC-
[0030]
(Example 2)
FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the portable fuel cell of the present embodiment, in which the air flow is indicated by white arrows. FIG. 3B is a flowchart showing the flow of hydrogen and air in the portable fuel cell of this example. For the sake of explanation, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
[0031]
The portable fuel cell according to the present embodiment has the same configuration as the portable fuel cell according to the first embodiment, but is provided with a
The
[0032]
During the operation of the portable fuel cell according to the present embodiment, the high-temperature combustion air discharged from the
Also in this embodiment, the effect of the
[0033]
In the present embodiment, there is no effect of suppressing the non-uniformity of the temperature distribution of the fuel cell
( Reference Example 1 )
FIG. 4A is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the portable fuel cell of this reference example, in which the air flow is indicated by white arrows. FIG. 4B is a flowchart showing the flow of hydrogen and air in the portable fuel cell of this reference example. For the sake of explanation, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
[0034]
The portable fuel cell of this reference example has the same configuration as the portable fuel cell of Example 1, but the
In this reference example, since air flows from the bottom to the top in the
[0035]
Also in this reference example, the
In the case of a phosphoric acid type fuel cell, impurities such as organic substances are contained in the exhaust air of the fuel cell main body during operation, and the impurities are mixed with the exhaust air from the fuel cell main body at the start-up when the temperature is low. Although there is a problem of being discharged, during the operation of the portable fuel cell of this reference example, even if such an impurity is discharged from the fuel cell
[0036]
( Reference Example 2 )
FIG. 5A is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the portable fuel cell of this reference example, and the air flow is indicated by white arrows in the drawing. FIG. 5B is a flowchart showing the flow of hydrogen and air in the portable fuel cell of this reference example. For the sake of explanation, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
[0037]
Portable fuel cell of the present reference example is the same configuration as the portable fuel cell of Example 1, so that the exhausted air from the fuel cell
In this reference example, a
[0038]
With such a configuration, of the exhausted air discharged from the fuel cell
Also in this reference example, the
[0039]
Further, by adjusting the position of the
[0040]
In Examples 1 and 2 and Reference Examples 1 and 2 , an example of a portable fuel cell provided with a hydrogen storage alloy tank has been shown. However, a hydrogen storage alloy tank is not provided, for example, hydrogen from an external hydrogen cylinder. The same can be applied to a portable fuel cell that operates by being supplied. Further, the fuel gas is not limited to hydrogen, and any fuel gas rich in hydrogen can be similarly implemented.
[0041]
Moreover, although the example of the portable fuel cell was shown in the said Example 1 , 2 and the reference examples 1 and 2 , this invention is a catalyst combustion which processes the fan which sends air into a fuel cell main body, and unreacted fuel gas If it is a fuel cell provided with a vessel, it can be similarly implemented.
[0042]
【The invention's effect】
According to the first to fourth aspects of the present invention, the catalytic combustor can perform catalytic combustion with the air taken in from the air flow path from the blower fan that feeds air into the fuel cell main body, and the catalyst combustor can be air-cooled. Therefore, the performance of the catalytic combustor can be ensured without installing a separate fan as in the prior art, and the configuration of the fuel cell can be simplified.
[0043]
According to the second and fourth aspects of the invention, the effect of reducing the temperature difference between the air inlet side and the outlet side of the fuel cell main body contributes to the improvement of the cell characteristics and the long life of the fuel cell main body. can do.
[Brief description of the drawings]
1 is a perspective view of a portable fuel cell according to
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the portable fuel cell shown in FIG. 1 taken along line XX, and a flow diagram showing the flow of hydrogen and air in the portable fuel cell.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a portable fuel cell of Example 2, and a flow diagram showing the flow of hydrogen and air in the portable fuel cell.
4 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a portable fuel cell of Reference Example 1 , and a flow diagram showing the flow of hydrogen and air in the portable fuel cell. FIG.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a portable fuel cell of Reference Example 2 , and a flow diagram showing the flow of hydrogen and air in the portable fuel cell.
[Explanation of symbols]
2
Claims (4)
前記送風ファンと前記酸素供給手段とを共用すると共に、前記第1の流通路と前記第2の流通路とを並行して設けたことを特徴とする燃料電池。A fuel cell main body that generates power using air and fuel gas supplied from a fuel supply source, a blower fan that blows air to the fuel cell main body through a first flow path, and exhausted from the battery main body A fuel cell comprising a catalytic combustor that catalytically combusts unreacted fuel gas and oxygen taken in from the oxygen supply means through the second flow path,
A fuel cell characterized in that the blower fan and the oxygen supply means are shared, and the first flow path and the second flow path are provided in parallel.
前記燃料電池本体の上流側に設けられ、前記触媒燃焼器から排出された燃焼ガスと前記送風ファンから前記第1の流通路を介して送風された空気とが合流する合流部を備えることを特徴とする燃料電池。The fuel cell according to claim 1, wherein
Provided on the upstream side of the fuel cell main body is provided with a merging portion where the combustion gas discharged from the catalytic combustor and the air blown from the blower fan through the first flow passage merge. A fuel cell.
前記触媒燃焼器を、前記送風ファンから送風される空気により空冷することを特徴とする燃料電池の運転方法。The fuel cell according to claim 1, wherein
A method of operating a fuel cell, wherein the catalyst combustor is air-cooled by air blown from the blower fan.
前記燃料電池本体へ送風される空気を、前記触媒燃焼器から排出された燃焼ガスにより昇温することを特徴とする燃料電池の運転方法。The fuel cell according to claim 2, wherein
A method of operating a fuel cell, wherein the temperature of air blown to the fuel cell main body is raised by combustion gas discharged from the catalytic combustor.
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