JP4788847B2 - 燃料電池装置 - Google Patents
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Description
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、安定した性能を維持し、長時間発電を持続することが可能な寿命の長い燃料電池装置を提供することを目的とする。
前記生成された水との反応により酸化された前記水素発生部材を還元させるよう制御す
る還元制御部とを備えた燃料電池装置であって、
前記還元制御部は、還元により前記水素発生部材で生成された水を電気分解するための電力を前記燃料極に供給し、
前記水の電気分解により発生した水素が酸化された前記水素発生部材と反応することにより前記水素発生部材が還元されることを特徴とする燃料電池装置。
先ず、図2(a)に示すように、発電の初期状態として、燃料電池本体10の空間部125には、水素(H2)が封入されている。
また、この時、式(1)で示したように、燃料極102では水(H2O)が生成される。生成された水(H2O)は水素発生部材105(Fe)に供給され、水素発生部材105(Fe)では、供給された水(H2O)により下記式(2)に示す反応が生じ、水素(H2)を発生する。そして、発生した水素(H2)は燃料極102に供給され、燃料極102では、供給された水素(H2)を酸化し発電することによって再び水(H2O)が生成されるといった循環の利用形態となり発電動作が持続される。
尚、この時、水素発生部材105は、鉄(Fe)が酸化され酸化鉄(Fe3O4)へと変化し、水素発生部材105に占める鉄(Fe)の割合が次第に低下していく。
燃料電池本体10が発電停止時、図2(c)に示した状態で、図2(d)に示すように、還元制御部20より燃料電池本体10の燃料極102と空気極103の間に電圧を印加し通電すると、燃料極102では、空間部125に残留している水(H2O)と通電により供給された電子(e−)とで下記式(3)に示す反応が生じ、電気分解により水素(H2)が発生する。
そして、発生した水素(H2)は水素発生部材105に供給され、水素発生部材105では、供給された水素(H2)により下記式(4)に示す反応が生じ、水素発生部材105中の酸化鉄(Fe3O4)は還元され鉄(Fe)へと変化し、水素発生部材105に占める鉄(Fe)の割合が次第に増加し、水素発生部材105は再生される。
また、この時、式(4)で示したように、水素発生部材105では水(H2O)が生成される。生成された水(H2O)は燃料極102に供給され、燃料極102では、供給された水(H2O)を電気分解することによって再び水素(H2)が生成されるといった循環の利用形態となり再生動作が持続される。
図1、及び図3を用いて還元反応制御方法の一例を説明する。図3は、還元反応時間と還元反応速度、定電流部201の出力電圧の関係を示す模式図である。
図1、及び図4を用いて還元反応制御方法の別例を説明する。図4は、還元反応時間と還元反応速度、定電流部201の出力電圧の関係を示す模式図である。尚、図4における還元反応時間と還元反応速度、定電流部201の出力電圧の関係は、図3の場合と同様なのでその説明は省略する。
10 燃料電池本体
101 電解質膜
102 燃料極
103 空気極
104 発電部
105 水素発生部材
107 ヒータ
108 温度センサ
110 カバー部材
121 空気流路
122 空気供給口
123 空気排出口
125 空間部
20 還元制御部
201 定電流部
202 電圧検知部
203 判定部
204 スイッチ部
30 電源
LD 負荷
Claims (9)
- 燃料極を有し、水素と酸素の反応により発電する発電部と、前記燃料極と密着させて又は前記燃料極との間に一定の空間を設けて前記燃料極に対向配置され、発電によって前記燃料極で生成された水との反応により水素を発生し、該水素を前記燃料極に供給する水素発生部材とを有する燃料電池本体と、
前記水との反応により酸化された前記水素発生部材を水素との反応によって還元させるよう制御する還元制御部を備えた燃料電池装置であって、
前記還元制御部は、還元により前記水素発生部材で生成された水を電気分解するための電力を前記燃料極に供給し、
前記水の電気分解により発生した水素が酸化された前記水素発生部材と反応することにより前記水素発生部材が還元されることを特徴とする燃料電池装置。 - 前記還元制御部は、前記水の電気分解を実行させるための電力を供給する定電流部を有することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池装置。
- 電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に形成された燃料極と、前記電解質膜の他方の面に形成された空気極とを有し、前記燃料極と前記空気極にそれぞれ水素、酸素を供給することによって生じる反応によって発電する発電部と、前記発電とともに生成される水との反応により水素を発生し、発生した水素を前記発電部に供給する水素発生部材と、を有する燃料電池本体と、
前記生成された水との反応により酸化された前記水素発生部材を還元させるよう制御する還元制御部とを備えた燃料電池装置であって、
前記還元制御部は、酸化された前記水素発生部材に、前記燃料電池本体において発生した水素を反応させることにより、前記水素発生部材を還元させるように制御するものであり、前記燃料電池本体において電気分解により水素を発生させる際に用いる電力を供給し、酸化された前記水素発生部材の還元速度の変化に基づき、前記電力の供給を制御することを特徴とする燃料電池装置。 - 前記還元制御部は、前記電力を供給する定電流部を備え、
前記還元制御部は、前記定電流部の出力電圧に基づき、前記還元速度の変化を検知することを特徴とする請求項3に記載の燃料電池装置。 - 前記還元制御部は、前記定電流部の前記出力電圧の時間に対する変化量が所定の値を上回った時、前記電力の供給を停止するよう制御することを特徴とする請求項4に記載の燃料電池装置。
- 前記還元制御部は、前記定電流部の前記出力電圧が所定の値を上回った時、前記電力の供給を停止するよう制御することを特徴とする請求項4に記載の燃料電池装置。
- 前記水素発生部材は、反応により水素を発生する金属又は合金からなることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
- 前記水素発生部材は、前記燃料極と接合され、又は前記燃料極との間に一定の空間を設けて、配置されていることを特徴とする請求項3から7のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
- 前記燃料電池本体は、前記水素発生部材の水素放出面以外の面に接した加熱部材を更に設け、前記加熱部材による加熱によって前記水素発生部材の温度を上昇させ、前記反応による水素の発生を促すことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
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