JP5099306B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、水素発生部によって発生させた水素を利用して発電する燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system that generates power using hydrogen generated by a hydrogen generator.
固体高分子電解質膜を挟んでアノードとカソードを有する発電部を具備する燃料電池システムにおいては、例えば、電解質膜からのクロスオーバー等によって、発電部のアノード内に窒素ガスや酸素ガスなどの不純ガスが混入してしまうことがある。この不純ガスは、発電時の出力低下や電解質膜と接合される電極触媒の劣化要因となるため、所定のタイミングで、発電部のアノード内を水素ガスでパージするなどしてアノード内の不純ガスを排出して水素濃度を高める必要がある。また、アノード内に混入する不純ガスは、アノード内だけでなくアノードに接続されている空間、例えば、燃料を改質して水素を発生させる水素発生器(改質器)の空間にまで拡散してしまう。このため、アノード内と共にアノードに接続されている空間についても、アノードと同様にパージ等を行う必要がある。 In a fuel cell system including a power generation unit having an anode and a cathode with a solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween, for example, an impure gas such as nitrogen gas or oxygen gas in the anode of the power generation unit due to crossover from the electrolyte membrane or the like May get mixed in. Since this impure gas causes a decrease in output during power generation and deterioration of the electrode catalyst joined to the electrolyte membrane, the impure gas in the anode is purged with hydrogen gas at a predetermined timing. To increase the hydrogen concentration. Impurity gas mixed in the anode diffuses not only into the anode but also into a space connected to the anode, for example, a space of a hydrogen generator (reformer) that reforms the fuel to generate hydrogen. End up. For this reason, it is necessary to perform purging or the like on the space connected to the anode as well as the anode.
このようにアノード外までパージが必要な空間が増大すると、パージ時に放出される燃料(水素)の量が増大してしまい、燃料の利用効率が低下するという問題がある。また、アノード等のパージに時間がかかってしまうという問題もある。 If the space that needs to be purged increases outside the anode in this way, the amount of fuel (hydrogen) released during the purge increases, and there is a problem that the efficiency of use of the fuel decreases. There is also a problem that it takes time to purge the anode or the like.
このような問題を解決するためには、アノードに接続されている水素発生器の空間を縮小することが考えられ、例えば、水素の発生量を抑えることで水素発生器(改質器)の空間を縮小したものがある(例えば、特許文献1参照)。水素発生器の空間を縮小することで、パージが必要な空間は確かに減少する。しかしながら、アノード以外の空間をパージしなければいけないことに変わりはない。 In order to solve such a problem, it is conceivable to reduce the space of the hydrogen generator connected to the anode. For example, the space of the hydrogen generator (reformer) is reduced by suppressing the amount of hydrogen generated. Is reduced (see, for example, Patent Document 1). By reducing the space in the hydrogen generator, the space that needs to be purged is certainly reduced. However, the space other than the anode must be purged.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、燃料の利用効率を向上すると共に、パージの時間を短縮することができる燃料電池システムを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of improving the fuel utilization efficiency and reducing the purge time.
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、水素発生反応を起こす水素発生物質が格納される反応室を有する水素発生部と、前記反応室と連通し当該反応室で発生した水素が供給されてこの水素と酸素とを電気化学反応させて発電する発電部とを具備する燃料電池システムであって、前記反応室と前記発電部との間に設けられ、貯留部内に貯留される貯留液によって前記反応室と前記発電部とを分離することで前記発電部内の不純ガスの前記反応室への拡散を防止する拡散防止手段を有することを特徴とする燃料電池システムにある。 According to a first aspect of the present invention for solving the above-described problems, a hydrogen generation part having a reaction chamber in which a hydrogen generating substance that causes a hydrogen generation reaction is stored, and hydrogen generated in the reaction chamber in communication with the reaction chamber are supplied. A fuel cell system comprising a power generation unit that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen and oxygen, and is provided between the reaction chamber and the power generation unit and stored in the storage unit The fuel cell system further comprises diffusion preventing means for preventing the diffusion of the impure gas in the power generation unit into the reaction chamber by separating the reaction chamber and the power generation unit .
かかる第1の態様では、拡散防止手段によって反応室と発電部とが確実に分離され、反応室への不純ガスの拡散が防止される。このため、発電部をパージする際に、反応室も同時にパージする必要がなくなる。したがって、パージの際の燃料の利用効率が向上し、パージにかかる時間も短縮される。また、反応室と発電部とが液体である貯留液によって分離されることで、反応室への不純ガスの拡散がより確実に防止される。 In the first aspect, the reaction chamber and the power generation section are reliably separated by the diffusion preventing means, and the diffusion of impure gas into the reaction chamber is prevented. For this reason, when purging the power generation unit, it is not necessary to purge the reaction chamber at the same time. Therefore, the fuel utilization efficiency at the time of purging is improved and the time required for purging is also shortened. Further, the reaction chamber and the power generation unit are separated by the stored liquid that is a liquid, so that the diffusion of impure gas into the reaction chamber is more reliably prevented.
本発明の第2の態様は、前記貯留部が、前記貯留液が貯留されると共に前記反応室からの水素が供給される供給口が配される液体室と、該液体室内の前記貯留液を通過した水素が貯留されると共にこの水素を前記発電部に導出する導出口が配される導出室とで構成されていることを特徴とする第1の態様の燃料電池システムにある。 According to a second aspect of the present invention, the storage section stores a liquid chamber in which the storage liquid is stored and a supply port to which hydrogen from the reaction chamber is supplied, and the storage liquid in the liquid chamber. The fuel cell system according to the first aspect is characterized in that the fuel cell system according to the first aspect is constituted by a lead-out chamber in which the hydrogen that has passed is stored and a lead-out port for leading the hydrogen to the power generation unit is arranged.
かかる第2の態様では、反応室と発電部とが確実に分離されると共に、発電部に導出口を介して水素を良好に導入することができる。 In the second aspect, the reaction chamber and the power generation unit can be reliably separated, and hydrogen can be satisfactorily introduced into the power generation unit through the outlet.
本発明の第3の態様は、前記液体室と前記導出室とが気液分離膜によって分離されていることを特徴とする第2の態様の燃料電池システムにある。 A third aspect of the present invention is the fuel cell system according to the second aspect, wherein the liquid chamber and the outlet chamber are separated by a gas-liquid separation membrane.
かかる第3の態様では、水素と共に貯留液が発電部に供給されることがない。 In the third aspect, the stored liquid is not supplied to the power generation unit together with hydrogen.
本発明の第4の態様は、前記貯留部の少なくとも前記導出室に対応する部分が伸縮変形自在に形成された容積可変部となっていることを特徴とする第2又は3の態様の燃料電池システムにある。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell according to the second or third aspect, characterized in that at least a portion corresponding to the lead-out chamber of the storage portion is a volume variable portion formed to be extendable and deformable. In the system.
かかる第4の態様では、貯留部の導出室の容積を減少させた状態でパージを行うことで、パージを行う空間がより低減される。 In the fourth aspect, purging is performed in a state where the volume of the outlet chamber of the storage unit is reduced, so that the space for purging is further reduced.
本発明の第5の態様は、前記水素発生部が、前記水素発生物質が格納される反応室と、該反応室に供給されて前記水素発生物質の水素発生反応を促進する水素発生触媒溶液が貯蔵される溶液室とで構成され、前記貯留部に貯留されている前記貯留液が前記水素発生触媒溶液であり、且つ前記溶液室と前記貯留部とが送液管によって接続されていると共に該送液管に配されて前記貯留部内の前記貯留液を前記溶液室に送液する送液手段を有することを特徴とする第1〜4の何れかの態様の燃料電池システムにある。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a reaction chamber in which the hydrogen generation unit stores the hydrogen generation material, and a hydrogen generation catalyst solution that is supplied to the reaction chamber and promotes a hydrogen generation reaction of the hydrogen generation material. A solution chamber to be stored, and the stored liquid stored in the storage portion is the hydrogen generating catalyst solution, and the solution chamber and the storage portion are connected by a liquid feeding pipe and The fuel cell system according to any one of the first to fourth aspects, further comprising liquid feeding means arranged in a liquid feeding pipe to feed the stored liquid in the storage section to the solution chamber.
かかる第5の態様では、貯留部に貯留されている貯留液(水素発生触媒溶液)を溶液室に供給することができるため、溶液室の容積を減少して水素発生部を小型化することができる。 In the fifth aspect, since the storage liquid (hydrogen generation catalyst solution) stored in the storage section can be supplied to the solution chamber, the volume of the solution chamber can be reduced to downsize the hydrogen generation section. it can.
本発明の第6の態様は、前記溶液室の少なくとも一部が伸縮変形自在に形成された変形部となっていることを特徴とする第5の態様の燃料電池システムにある。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the fuel cell system according to the fifth aspect, wherein at least a part of the solution chamber is a deformable portion formed to be extendable and deformable.
かかる第6の態様では、貯留部に貯留されている貯留液(水素発生触媒溶液)を溶液室により良好に供給することができる。
In the sixth aspect, the stored liquid (hydrogen generation catalyst solution) stored in the storage section can be supplied satisfactorily to the solution chamber.
以上のように本発明では、発電部と水素発生部とが拡散防止部によって分離されているため、発電部内の不純ガスが水素発生部に拡散することがない。このため、実質的に発電部のみをパージすればよく、パージを行う空間が最小限に抑えられる。したがって、パージを行う際に外部に放出される水素の量を少量に抑えることができ、燃料の利用効率が大幅に向上する。また、パージにかかる時間が短縮され、例えば、発電停止時間が短縮されるため、外部負荷に常に良好に電力を供給することができる。 As described above, in the present invention, since the power generation unit and the hydrogen generation unit are separated by the diffusion prevention unit, the impure gas in the power generation unit does not diffuse into the hydrogen generation unit. For this reason, it is only necessary to purge only the power generation section, and the space for purging is minimized. Therefore, the amount of hydrogen released to the outside when purging can be suppressed to a small amount, and the fuel utilization efficiency is greatly improved. In addition, since the time required for purging is shortened, for example, the power generation stop time is shortened, it is possible to always supply power to the external load satisfactorily.
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1.
図1に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム1は、水素発生部20と、発電部30と、これら水素発生部20と発電部30との間に配置される拡散防止部(拡散防止手段)40とで構成されている。
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 according to this embodiment includes a
水素発生部20は、例えば、水素発生触媒溶液21が貯蔵される溶液室22と、水素発生物質23が格納される反応室24とを有し、これら溶液室22と反応室24とは連結管(連結路)25によって接続されている。また、この連結管25には、溶液室22内の水素発生触媒溶液21を反応室24に供給するためのポンプ等である溶液供給手段26が設けられている。そして、溶液室22内の水素発生触媒溶液21が、溶液供給手段26によって連結管25を介して反応室24に送られ、反応室24内で水素発生物質23と水素発生触媒溶液21とが反応(水素発生反応)することにより水素が発生する。そして、反応室24と後述する拡散防止部40とが供給管27を介して連結されており、反応室24で発生した水素が拡散防止部40に供給されるようになっている。
The
水素発生部20で使用する水素発生物質としては、例えば、水素化ホウ素塩、水酸化アルミニウム塩、水酸化ホウ素ナトリウム、水酸化ホウ素リチウム、水酸化アルミニウムリチウム等が挙げられ、特に、水酸化ホウ素ナトリウムが好ましい。水素発生触媒としては、例えば、硫酸、リンゴ酸、クエン酸水等が挙げられ、特に、リンゴ酸が好ましい。これら水素発生物質及び水素発生触媒は、特に限定されるものではなく、水素発生物質は加水分解型の金属水素化物であれば全て適用可能であり、水素発生触媒は、例えば、有機酸および無機酸あるいはルテニウム等、水素発生触媒であれば全て適用可能である。さらに、水素発生物質が水素化ホウ素ナトリウム水溶液で水素発生触媒がリンゴ酸粉末というように、水素発生物質と水素発生触媒の組み合わせは、混合することによって水素を発生する物質であれば全て適用可能である。また、水素発生部20は、金属と塩基性あるいは酸性水溶液との反応によって水素を得るものであってもよい。さらに、アルコール、エーテル、ケトン類を水蒸気改質して水素を得るメタノール改質型や、ガソリン、灯油、天然ガスといった炭化水素を水蒸気改質して水素を得る炭化水素改質型など、加水により水素を発生する構成であってよい。
Examples of the hydrogen generating material used in the
発電部(発電セル)30は、カソード極31、MEA32、アノード極33から構成され、カソード極31はカソードエンドプレート34と図示しないガス拡散層、集電体層を備え、MEA32は図示しない電解質の両面に触媒層がそれぞれ配置される構成である。またアノード極33はアノードエンドプレート35とアノード室36と図示しないガス拡散層から構成される。アノード極33には図示しない集電体層が含まれていてもよい。アノード極33に集電体層を含まない構成とする場合は、アノードエンドプレート35に導線を接続して集電する構成としてもよい。アノード室36には、導出管37が接続され、この導出管37を介して水素発生部20の反応室24で発生した水素が導入される。また、導出管37には、発電部30と水素発生部20とを分離可能な接続バルブ38が設けられている。接続バルブ38は、分離時には燃料の漏洩を防止し、外部からの気体や固体の進入を防止する機能を有する。なお、接続バルブ38は、本実施形態では、拡散防止部40と発電部(発電セル)30との間に設けられているが、水素発生部20と拡散防止部40とを繋ぐ供給管27に設けられていてもよい。また図示しないが、アノード室36には、発電時に内部に滞留する水を外部へ排出するための排出口が設けられている。さらに、発電部30のアノード室36には、アノード室36内の不純ガス、例えば、窒素ガス、酸素ガス等を外部に排出するための、例えば、電磁弁、電動弁等からなる排出弁39が設けられている。なお、この排出弁39は、アノード室36内が所定の圧力以上となると開放される逆止弁であってもよい。
The power generation unit (power generation cell) 30 includes a
また、このような発電部30と水素発生部20との間には、発電部30内の不純ガスが水素発生部20の反応室24に拡散するのを防止するための拡散防止部40が設けられている。この拡散防止部40は、本実施形態では、所定の貯留液41が貯留された貯留部42を有し、この貯留液41によって反応室24と発電部30とが分離されて発電部30内の不純ガスが反応室24に拡散するのを防止している。具体的には、貯留部42は、その内部に、貯留液41が貯留される液体室43と、発電部30に導出される気体(水素)が貯留される導出室44とを有する。すなわち、貯留部42内には貯留液41が貯留される領域(液体室43)と、気体(水素)が貯留される領域(導出室44)とが存在する。
In addition, a
また、貯留部42は、供給管27によって反応室24と接続されると共に、導出管37によって発電部30のアノード室36と接続されている。そして、供給管27は、貯留部の液体室43内に開口するように配されている。すなわち、反応室24から水素が供給される供給口が液体室43に配されている。このような供給管27を介して反応室24から貯留部42に供給された水素は、液体室43内の貯留液41を通過して貯留部42内に蓄積される。例えば、本実施形態では、供給管27は、天地方向における貯留部42の下端面近傍に接続されている。一方、導出管37は、貯留部42の導出室44(気体が充満した空間)に開口するように配されている。すなわち、発電部30に水素を導出する導出口が導出室44に配されている。そして、貯留部42内の貯留液41を通過して貯留部42(導出室44)内に蓄積された水素が、この導出管37を介して発電部30に導入されるようになっている。例えば、本実施形態では、導出管37は、天地方向における貯留部42の上端面に接続されている。
The
この貯留部42内に貯留されている貯留液41は、貯留部42内に供給される水素等の気体と反応しない液体であれば特に限定されず、例えば、本実施形態では、水を用いている。
The
また、反応室24と貯留部42とを繋ぐ供給管27には、貯留部42内の貯留液41の反応室24への逆流を防止する第1の開閉弁28が設けられていることが好ましい。例えば、本実施形態では、この第1の開閉弁28として、反応室24から貯留部42への水素の流れのみを許容し貯留部42から反応室24への貯留液41の流れを規制する逆止弁が設けられている。すなわち、反応室24内が所定の圧力を超えると第1の開閉弁28が開放され、反応室24内の水素が供給管27を介して貯留部42内に流れ込むようになっている。
The
なお、本実施形態では、貯留部42内には気液分離膜45が設けられており、この気液分離膜45によって、導出管37が開口する導出室44と液体室43とが分離されている。例えば、本実施形態では、貯留部42が柱状に形成されており、気液分離膜45は、貯留部42の天地方向における上端面近傍に設けられている。これにより、貯留部42(液体室43)の貯留液41が水素と共に発電部30に導入されるのを防止している。
In the present embodiment, a gas-
ここで、気液分離膜45とは、防水性(撥水性)と通気性とを同時に発揮する膜のことであり、例えば、樹脂材料を延伸すること等によって形成され、直径が0.1〜10μm程度の微細孔を多数有する多孔質樹脂膜からなる。具体的には、例えば、4フッ化エチレン樹脂からなり1(cm2)あたり数億個という微細孔を有する多孔質膜が挙げられる。
Here, the gas-
なお、この気液分離膜45の貯留部42内の配置は、特に限定されるものではない。例えば、図2に示すように、柱状に形成された貯留部42の上端部近傍と下端部近傍とにそれぞれ気液分離膜45を設け、貯留部42内に複数の導出室44が設けられるようにしてもよい。また、例えば、図3に示すように、気液分離膜45によって液体室43と分離される導出室44を、四角柱状の貯留部42の四隅にそれぞれ設け4つの導出室44が形成されるようにしてもよい。なお、貯留部42内に複数の導出室44を形成した場合、各導出室44に連通する複数の導出管37を貯留部に接続するようにしてもよいが、例えば、図2に示すように、貯留部42内に各導出室44同士を連通する連通管46を設けるようにしてもよい。また、例えば、図4に示すように、気液分離膜45によって液体室43と分離される導出室44を、柱状の貯留部42の外周部分に、周方向に亘って連続して設けるようにしてもよい。このように気液分離膜45を配置して液体室43と導出室44とを分離することで、貯留部42の姿勢に関係なく水素を導出室44に良好に流れ込ませることができる。
In addition, arrangement | positioning in the
このような構成の燃料電池システムでは、例えば、発電部30に接続される図示しない外部負荷への給電の要求に基づいて、溶液供給手段26が作動することによって溶液室22内の水素発生触媒溶液21が連続的又は断続的に反応室24に供給されることで、発電部30によって発電されて給電される。具体的には、反応室24に水素発生触媒溶液21が供給されると、反応室24内の水素発生物質23がこの水素発生触媒溶液21と反応することで水素が発生する。反応室24内に水素が充満して反応室24内が所定圧力を超えると供給管27に設けられた第1の開閉弁28が開放されて貯留部42内に水素が供給される。貯留部42内に供給された水素は、貯留液41を通過した後、さらに気液分離膜45を通過して、導出管37を介し発電部30のアノード室36に供給される。これにより発電部30によって発電されて外部負荷に給電される。
In the fuel cell system having such a configuration, for example, the hydrogen supply catalyst solution in the
そして、このように発電部30において発電が開始される前、あるいは発電部30の出力低下が検出された場合等の所定のタイミングで、発電部30(アノード室36)のパージ、すなわち、発電部30に水素を充填して内部に溜まっている不純ガスを排出する動作が実施される。また、発電部30に連通している空間にも発電部30の不純ガスが拡散してしまうため、その空間も発電部30と同時にパージを行う必要がある。なお、この不純ガスは、例えば、発電部30のカソード極側から侵入する窒素、酸素などの気体である。
Then, the power generation unit 30 (anode chamber 36) is purged, that is, the power generation unit at a predetermined timing, for example, before power generation is started in the
具体的には、上述した発電時と同様に、溶液供給手段26によって溶液室22内の水素発生触媒溶液21が反応室24に供給することで、発電部30のアノード室36に水素を導入する。そして、発電部30に所定量の水素が導入された状態で排出弁39を開放して、発電部30及び発電部30に連通している空間内の水素と共に不純ガスを外部に排出する。
Specifically, similarly to the above-described power generation, the hydrogen
このため発電部30に連通する空間が広いと、パージによって外部に放出される水素の量が増大して燃料の利用効率が低下するという問題や、パージに比較的長い時間がかかってしまうという問題が生じてしまう。しかしながら、本発明の構成では、発電部30(アノード室36)と水素発生部20(反応室24)とが拡散防止部40を構成する貯留部42の貯留液41によって分離されているため、発電部30と貯留部42の導出室44のみをパージすればよい。したがって、パージを行う空間が最小限に抑えられ、パージを行う際に外部に放出される水素の量を少量に抑えることができ、燃料の利用効率が大幅に向上する。また、パージにかかる時間が短縮され、例えば、発電停止時間が短縮されるため、外部負荷に常に良好に電力を供給することができる。
For this reason, if the space communicating with the
なお、発電部30と水素発生部20とを例えば、開閉弁等によって分離することが考えられるが、開閉弁が開放されることで、流れの向きに拘わらず不純ガスが水素発生部20に拡散してしまう虞がある。
It is conceivable that the
また、本実施形態では、連続発電時に、溶液供給手段26によって溶液室22から反応室24に水素発生触媒溶液21を供給するようにしたが、例えば、図5に示すように、水素発生部20を構成する溶液室22を大気圧またはバネや空気圧等で加圧することで、連続発電時には水素発生触媒溶液21の反応室24への供給に動力を要しない、いわゆるパッシブに連続発電が行われる構成とすることも可能である。図5に示す例では、水素発生部20と拡散防止部40を構成する貯留部42とがケース50内に配置されケース50内が大気圧以上の圧力となっている。そして、水素発生部20を構成する溶液室22の一部が、例えば、蛇腹形状に形成されて伸縮自在な伸縮部51となっており、この伸縮部51が伸縮して溶液室22の容積が変化することで、溶液室22の内圧も大気圧以上の圧力となる。また、水素発生部20を構成する溶液室22と反応室24とを繋ぐ連結管25には、供給手段の替わりに、溶液室22から反応室24への水素発生触媒溶液21の流れを許容する第2の開閉弁52が設けられている。なお、貯留部42は、図2に示したタイプのものが用いられている。
In the present embodiment, the hydrogen
このような構成では、発電により発電部30(アノード室36)内の水素が消費されると、アノード室36内の圧力が低下し、この圧力低下に伴って貯留部42及び反応室24の圧力が低下する。そして、反応室24と溶液室22との間に生じた圧力差、すなわち反応室24内の圧力と溶液室22内の圧力差によって溶液室22内の水素発生触媒溶液21が反応室24内に供給され、反応室24で新たに発生した水素が発電部30に導入される。このような動作を繰り返すことによって、発電部30で連続的に発電されて所定の出力が確保される。
In such a configuration, when hydrogen in the power generation unit 30 (anode chamber 36) is consumed by power generation, the pressure in the
(実施形態2)
図6は実施形態2に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of the fuel cell system according to the second embodiment.
本実施形態は、貯留部42の導出室44の容積を可変とした例である。具体的には、図6に示すように、貯留部42の導出室44の部分が、例えば、蛇腹形状に形成されて伸縮自在な容積可変部47となっている。また、貯留部42と反応室24との間に、例えば、電磁弁、電動弁等からなり開閉が制御される第3の開閉弁60が設けられている以外は、実施形態1と同様である。
In the present embodiment, the volume of the
このような本実施形態の構成では、導出室44の容積を減少させた状態で発電部30のパージを行うことができる。例えば、連続発電動作中に第3の開閉弁60を閉じると、貯留部42(導出室44)内の水素が発電部30に供給されて発電により消費されることで、導出室44内の圧力が低下する。そして導出室44内の圧力低下に伴って容積可変部47が変形して導出室44の体積が減少する。すなわち、アノード室36内の圧力が通常発電時以下で且つ大気圧以上の圧力で縮小動作するように容積可変部47の外部から加圧しておくことで、第3の開閉弁60を閉じることによって導出室44の体積は減少する。
In such a configuration of the present embodiment, the
そして、このように導出室44の容積を減少させた状態で発電部30のパージを行うことで、実質的に発電部30のみをパージすればよい。したがって、パージを行う際に外部に放出される水素の量をさらに少量に抑えることができ、燃料の利用効率が大幅に向上する。また、パージにかかる時間、すなわち、発電停止時間もさらに短縮することができる。
Then, it is only necessary to purge only the
なお、容積可変部47は、伸縮自在に形成されていればよく、例えば、弾性あるいは柔軟性を有する材料等で形成されていてもよい。また本実施形態では、供給管27に、第1の開閉弁28と第3の開閉弁60とを別体として設けるようにしたが、これらは一体となっていてもよい。すなわち、逆止弁としての機能と開閉が制御される制御弁としての機能とを併せ持つ一つの開閉弁を設けるようにしてもよい。
In addition, the volume
また、このような実施形態2の構成においても、実施形態1の構成と同様に、いわゆるパッシブに発電が行われる構成とすることが可能である。なお、図7に示した構成は、実施形態2に係る燃料電池システムの変形例であり、貯留部42の導出室44に対応する部分が容積可変部47となっている以外は、図5に示した燃料電池システムと同様の構成である。
In addition, in the configuration of the second embodiment, similarly to the configuration of the first embodiment, a configuration in which power generation is performed passively is possible. The configuration shown in FIG. 7 is a modification of the fuel cell system according to the second embodiment. The configuration corresponding to the
(実施形態3)
図8は実施形態3に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the fuel cell system according to Embodiment 3.
図8に示すように、本実施形態では、貯留部42内に、溶液室22に貯蔵されている水素発生触媒溶液21が貯留液41として貯留されている。そして、溶液室22と貯留部42とが送液管61によって接続され、この送液管61には、貯留部42内の水素発生触媒溶液である貯留液41を溶液室22に送液する、例えば、ポンプ等の送液手段62が設けられている。
As shown in FIG. 8, in the present embodiment, the hydrogen
このような本実施形態の構成では、貯留部42内に水素発生触媒溶液21である貯留液41が貯留されている。このため、反応室24から貯留部42に供給される水素に未反応の水素発生物質が混入していても、この貯留部42内で水素発生反応が起こるため、原料をより効率的に利用することができるようになる。また、送液手段62によって貯留部42から溶液室22に、適宜、貯留液41を送液することができるため、溶液室22の容積を小さくして水素発生部の小型化を図ることができる。
In such a configuration of the present embodiment, the
なお、送液手段62として、例えば、電磁弁、電動弁あるいは逆止弁等の開閉弁を設けるようにしてもよい。この場合、反応室24で発生した水素によって貯留部42内の圧力が所定値以上に上昇した際にこの送液手段62である開閉弁を開放することで、貯留部42内の貯留液41(水素発生触媒溶液21)が溶液室22内に送液される。
In addition, as liquid feeding means 62, you may make it provide opening-and-closing valves, such as a solenoid valve, a motor operated valve, or a non-return valve, for example. In this case, when the pressure in the
また、このように貯留部42から溶液室22に貯留液41(水素発生触媒溶液21)が送液される構成では、溶液室22は、送液される貯留液41の量に応じて変形可能に形成されていることが好ましい。例えば、本実施形態では、溶液室22の一部に、例えば、蛇腹形状に形成されて伸縮変形可能な変形部29を設けるようにした。この変形部29は、伸縮変形自在に形成されていればよく、例えば、弾性あるいは柔軟性を有する材料等で形成されていてもよい。
Further, in such a configuration in which the storage liquid 41 (hydrogen generating catalyst solution 21) is sent from the
また、このような実施形態3の構成においても、例えば、図9に示すように、いわゆるパッシブに発電が行われる構成とすることが可能である。なお、図9に示した構成は、貯留部42と溶液室22とを繋ぐ送液管61を有すると共に、この送液管61に、貯留部42から溶液室22への貯留液41の流れを許容する逆止弁からなる送液手段62が設けられている以外は、図7に示した燃料電池システムと同様の構成である。
Also in the configuration of the third embodiment, for example, as shown in FIG. 9, a so-called passive power generation can be performed. The configuration shown in FIG. 9 has a
(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、拡散防止手段が、貯留液によって水素発生部と発電部とを分離して水素発生部への不純ガスの拡散を防止するようにしたが、拡散防止手段の構成は、発電部から水素発生部への不純ガスの拡散を防止できる構成であれば、特に限定されるものではない。また、例えば、上述の実施形態では、水素発生部によって水素発生物質と水素発生触媒溶液とを反応させて水素を発生させるタイプを例示して本発明を説明したが、例えば、実施形態1及び2の構成は、水素吸蔵金属を用いて水素を発生させるタイプの燃料電池システムにも採用することが可能である。
(Other embodiments)
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, of course, this invention is not limited to these embodiment. For example, in the above-described embodiment, the diffusion prevention unit separates the hydrogen generation unit and the power generation unit with the stored liquid to prevent the diffusion of impure gas into the hydrogen generation unit. As long as the structure can prevent the diffusion of impure gas from the power generation unit to the hydrogen generation unit, it is not particularly limited. Further, for example, in the above-described embodiment, the present invention has been described by exemplifying a type in which hydrogen is generated by reacting a hydrogen generating substance with a hydrogen generating catalyst solution by the hydrogen generating unit. However, for example, Embodiments 1 and 2 This configuration can also be applied to a fuel cell system of a type that generates hydrogen using a hydrogen storage metal.
1 燃料電池システム
20 水素発生部
21 水素発生触媒溶液
22 溶液室
23 水素発生物質
24 反応室
25 連結管
26 溶液供給手段
27 供給管
28 第1の開閉弁
29 変形部
30 発電部
31 カソード極
33 アノード極
34 カソードエンドプレート
35 アノードエンドプレート
36 アノード室
37 導出管
38 接続バルブ
39 排出弁
40 拡散防止部
41 貯留液
42 貯留部
43 液体室
44 導出室
45 気液分離膜
46 連通管
47 容積可変部
50 ケース
51 伸縮部
52 第2の開閉弁
60 第3の開閉弁
61 送液管
62 送液手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記反応室と前記発電部との間に設けられ、貯留部内に貯留される貯留液によって前記反応室と前記発電部とを分離することで前記発電部内の不純ガスの前記反応室への拡散を防止する拡散防止手段を有することを特徴とする燃料電池システム。 A hydrogen generating part having a reaction chamber in which a hydrogen generating substance that causes a hydrogen generating reaction is stored, and hydrogen generated in the reaction chamber in communication with the reaction chamber are supplied, and the hydrogen and oxygen are electrochemically reacted to generate power. A fuel cell system comprising:
Impurity gas in the power generation unit is diffused into the reaction chamber by separating the reaction chamber and the power generation unit by a stored liquid that is provided between the reaction chamber and the power generation unit and stored in the storage unit. the fuel cell system characterized by having a diffusion preventing means for preventing.
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