JP6521394B2 - 再生型燃料電池 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施形態1に係るユニタイズド再生型燃料電池システムの概略構成を示している。なお、図1には気体と液体のラインのみが示されており、負荷等の電気的な回路は省略してある。
図2は、本発明の実施形態2に係るユニタイズド再生型燃料電池システムの概略構成を示している。図2でも、気体と液体のラインのみが示されており、負荷等の電気的な回路は省略してある。図2の符号20は、ユニタイズド再生型燃料電池システムのスタックを示しており、その構造及び動作は、図1のスタック10と同様であるため、その詳しい説明は省略する。また、図2のその他の構成要素についても、図1と同じ構成要素については同じ記号で示してある。
図3は、本発明の実施形態3に係るユニタイズド再生型燃料電池システムの概略構成を示しており、これは、図2に示した実施形態2を変形したものである。実施形態3が実施形態2と異なるのは、気液分離部38と同様の機能をもつ気液分離部38’を酸素側にも設けたことである。酸素側に気液分離部38’を設けることにより、気液分離はこの気液分離部38’において行いつつ、貯槽22において、温度制御/液面制御等により、より精度の高い湿度と差圧の制御のために使用することも可能である。
上記実施形態1〜3では、いずれもスタックをユニタイズド型として説明した。しかしながら、本発明の特徴である、全体を閉鎖系とし、系内を湿潤した環境に維持しつつ、発電時に貯槽における水の蒸気圧を制御して高分子膜に水を供給すること、セルの高分子膜の酸素側と水素側の圧力差を計測しそれに基づいて液面の位置を制御し、当該差圧を所定範囲に抑えることは、燃料電池部と水電解部とが別々に設けられたセパレート型にも適用することが可能であることは、当業者には容易に理解される。
Claims (13)
- 高分子膜とその両側に設けられた電極を有し、前記高分子膜の一方の側の電極に酸素ガスを供給し、かつ他方の側の電極に水素ガスを供給することで発電し、充電時には、水を電気分解して前記一方の側の電極に酸素ガスを発生し、かつ前記他方の側の電極に水素ガスを発生する燃料電池/水電解セルと、
前記高分子膜の一方の側の電極に供給する酸素ガスを貯蔵する酸素タンクと、
前記高分子膜の他方の側の電極に供給する水素ガスを貯蔵する水素タンクと、
発電時に供給される酸素ガスのうち発電に使用されなかった酸素ガスと、水を貯蔵し、前記酸素タンクと接続され互いに酸素ガスが行き来できる第1の貯槽と、
発電時に供給される水素ガスのうち発電に使用されなかった水素ガスと、水を貯蔵し、前記水素タンクと接続され互いに水素ガスが行き来できる第2の貯槽と、
前記第1の貯槽及び第2の貯槽の少なくとも一方の水の蒸気圧を制御することによって、発電時に必要とされる水を前記高分子膜に供給する蒸気圧制御手段とを備え、
前記燃料電池/水電解セル、前記酸素タンク、前記水素タンク、前記第1の貯槽、前記第2の貯槽及びこれらを接続する液体及び気体の経路は閉鎖系とされ、
前記高分子膜の酸素側の酸素ガスと水素側の水素ガスの差圧を計測する差圧ゲージと、 前記閉鎖系となっている経路にあって、前記差圧ゲージの計測結果に基づいて、前記第1の貯槽及び/又は前記第2の貯槽が貯蔵する水の液面の位置を変えることにより、前記差圧を所定範囲に抑える液面制御部とを備えることを特徴とする再生型燃料電池。 - 前記蒸気圧制御手段は、前記第1の貯槽又は第2の貯槽の温度を可変とすることによって水の蒸気圧を制御するものである、請求項1に記載の再生型燃料電池。
- 前記差圧ゲージは、前記第1の貯槽又は酸素側の経路において酸素ガスの圧力を計測する第1の圧力ゲージ及び前記第2の貯槽又は水素側の経路において水素ガスの圧力を計測する第2の圧力ゲージを有することを特徴とする請求項1又は2に記載の再生型燃料電池。
- 前記燃料電池/水電解セルは、燃料電池部と水電解部とが一体とされたものである、請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の再生型燃料電池。
- 前記燃料電池/水電解セルは、燃料電池部と水電解部とが別体とされたものである、請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の再生型燃料電池。
- 高分子膜とその両側に設けられた電極を有し、発電時には前記高分子膜の一方の側の電極に酸素ガスを供給し、かつ他方の側の電極に水素ガスを供給することで発電し、充電時には、水を電気分解して酸素ガス及び水素ガスを発生する燃料電池/水電解セルと、
前記高分子膜の一方の側の電極に供給する酸素ガスを貯蔵する酸素タンクと、
前記高分子膜の他方の側の電極に供給する水素ガスを貯蔵する水素タンクと、
発電時に供給される酸素ガスのうち発電に使用されなかった酸素ガスと、水を貯蔵し、前記酸素タンクと接続され互いに酸素ガスが行き来できる貯槽と、
前記貯槽が貯蔵する水の蒸気圧を制御して、発電時に前記高分子膜に水を供給する蒸気圧制御手段とを備え、
前記燃料電池/水電解セル、酸素タンク、水素タンク、貯槽及びこれらを接続する液体及び気体の経路は閉鎖系とされ、
前記閉鎖系となっている経路にあって、水素ガスと水とを分離し、分離された水素ガスを前記水素タンクに供給する気液分離部と、
前記貯槽又は酸素ガスの経路において酸素ガスの圧力を計測する第1の圧力ゲージと、 前記気液分離部又は水素ガスの経路において水素ガスの圧力を計測する第2の圧力ゲージと、
前記閉鎖系となっている経路にあって、前記第1及び第2の圧力ゲージの計測値をもとに前記貯槽及び/又は前記気液分離部の水の液面の位置を変えることにより、酸素側の酸素ガスと水素側の水素ガスの差圧を所定範囲に抑える液面制御部とを備えることを特徴とする再生型燃料電池。 - 前記閉鎖系に組み込まれ、酸素ガスと水とを分離する酸素側の気液分離部を備えることを特徴とする請求項6に記載の再生型燃料電池。
- 前記蒸気圧制御手段は、前記貯槽の温度を可変とすることによって水の蒸気圧を制御するものである、請求項6又は7に記載の再生型燃料電池。
- 前記高分子膜の酸素側の酸素ガスと水素側の水素ガスの差圧を計測する差圧ゲージを備え、前記液面制御部は、前記差圧ゲージの計測結果に基づいて、前記貯槽の液面の位置を変えることにより、前記差圧を所定範囲に抑えることを特徴とする請求項6乃至8のうちいずれか1項に記載の再生型燃料電池。
- 前記高分子膜の酸素側の酸素ガスと水素側の水素ガスの差圧を計測する差圧ゲージを備え、前記液面制御部は、前記差圧ゲージの計測結果に基づいて、前記貯槽の酸素ガスの圧力を変えることにより、前記差圧を所定範囲に抑えることを特徴とする請求項6乃至9のうちいずれか1項に記載の再生型燃料電池。
- 前記燃料電池/水電解セルは、燃料電池部と水電解部とが一体とされたものである、請求項6乃至10のうちいずれか1項に記載の再生型燃料電池。
- 前記燃料電池/水電解セルは、燃料電池部と水電解部とが別体とされたものである、請求項6乃至10のうちいずれか1項に記載の再生型燃料電池。
- 前記液面制御部が、前記第1の貯槽及び/又は前記第2の貯槽にバルブを介して接続されたタンクを備える、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の再生型燃料電池。
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