JPH0684536A - ポータブル電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水素貯蔵装置，燃料電池本体，及び触媒燃焼
器の３者を合理的な配置にすることにより、ケース内で
の水素ガスの検知を１個のセンサで行うことができる有
用なポータブル電源を提供することを目的とする。 【構成】 燃料電池本体２と，この燃料電池本体２に供
給する水素を貯蔵する水素吸蔵合金ボンベ３と，この水
素吸蔵合金ボンベ３から前記燃料電池本体２に供給され
た水素のうち反応に寄与しなかった未反応水素を燃焼処
理する触媒燃焼器９とがケース１内に収容され、前記燃
料電池本体２から排出される排ガス及び触媒燃焼器９か
ら排出される燃焼排ガスがケース１上部の一端寄りに開
設された排気孔１３から外部へ排出される通風構造とさ
れ、前記排気孔１３の下方であって燃料電池本体２から
の排ガスの通風空間に前記水素吸蔵合金ボンベ３が配置
されると共に、この水素吸蔵合金ボンベ３より上方であ
って前記排気孔１３の近傍に水素ガスセンサ２０が設け
られていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はポータブル電源、特に燃
料電池を発電用電源として利用したポータブル電源に関
する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、使用される電解質の種類に
より、リン酸型(phosphoric acid fuel cell, ＰＡＦ
Ｃ），溶融炭酸塩型(molten carbonate fuel cell,ＭＣ
ＦＣ），固体電解質型(solid oxide fuel cell, ＳＯＦ
Ｃ），アルカリ型(alkaline fuelcell,ＡＦＣ）等に分
類することができる。また、使用する燃料の種類によ
り、メタノール燃料電池，ヒドラジン燃料電池等に分類
できる。更に、技術開発の程度，開発目標，実用化時期
等により第１〜第３世代に区分されている。

【０００３】燃料電池は天然ガス，メタノール，ナフ
サ，石炭等の燃料を改質して得られる水素と，空気中の
酸素とから電気エネルギーを得る装置であり、高い発電
効率を得ることができる。したがって、宇宙用から自動
車用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途
に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目
されている。特に、近年では、移動通信用，建築・土木
工事用等の数１００Ｗ程度の小規模の小型電源が注目さ
れ、ポータブル化の気運が高まっている。

【０００４】燃料電池のポータブル化に際しては、燃料
電池本体に供給する水素を貯蔵する水素吸蔵合金ボンベ
や，この水素吸蔵合金ボンベから燃料電池本体に供給さ
れた水素のうち反応に寄与しなかった未反応水素を燃焼
処理する触媒燃焼器等の発電設備が必要であり、しかも
これらを燃料電池本体とともにケース内に収容する必要
がある。

【０００５】ところで、燃料電池は前述のように燃料と
して水素ガスを使用しており、またこの水素ガスは可燃
性のガスであるため、その使用に際してはガス漏れ等に
十分に注意を払う必要がある。この水素ガスは、例え
ば、水素吸蔵合金ボンベから漏れたり，燃料電池本体で
のクロスリークによって排ガス中に含まれていたり，触
媒燃焼器での不完全燃焼によって燃焼排ガス中に含まれ
ている。したがって、これらのそれぞれについて水素ガ
スの検知を行う場合には、最低３個の水素ガスセンサが
必要であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、３個の
水素ガスセンサを設けると、センサの出力信号を処理す
る回路がそれに応じて多く必要になり、その分回路構成
や配線等が複雑になると共に、コスト的にも高価になる
という課題があった。本発明は上記課題に鑑みてなされ
たものであり、水素貯蔵装置，燃料電池本体，及び触媒
燃焼器の３者を合理的な配置にすることにより、ケース
内での水素ガスの検知を１個のセンサで行うことができ
る有用なポータブル電源を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、燃料電池本体と，この燃料電池本体に供給す
る水素を貯蔵する水素吸蔵合金ボンベと，この水素吸蔵
合金ボンベから前記燃料電池本体に供給された水素のう
ち反応に寄与しなかった未反応水素を燃焼処理する触媒
燃焼器とがケース内に収容され、前記燃料電池本体から
排出される排ガス及び触媒燃焼器から排出される燃焼排
ガスがケース上部の一端寄りに開設された排気孔から外
部へ排出される通風構造とされ、前記排気孔の下方であ
って燃料電池本体からの排ガスの通風空間に前記水素吸
蔵合金ボンベが配置されると共に、この水素吸蔵合金ボ
ンベより上方であって前記排気孔の近傍に水素ガスセン
サが設けられていることを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記構成の如く、水素吸蔵合金ボンベの上方近
傍であって、燃料電池本体から排出される排ガス，及び
触媒燃焼器から排出される燃焼排ガスの通風空間に水素
ガスセンサが設けられていれば、水素吸蔵合金ボンベか
らの水素ガスの漏れ，燃料電池本体のクロスリークによ
って排ガス中に含まれる水素ガス，及び触媒燃焼器での
不完全燃焼によって燃焼排ガス中に含まれる水素ガスの
検知を一個の水素ガスセンサで行うことができる。した
がって、従来のように、３者のそれぞれに水素ガスセン
サを設ける必要がないため、コストが安くなる。また、
水素ガスセンサの出力を処理する回路構成や配線等も簡
単にすることができる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係るポータブル電
源の斜視図（一部断面）、図２は図１のポータブル電源
のＸ−Ｘ線断面図であり、アルミニウムやジュラルミン
等の軽金属製であって、上方に行くに連れて先細り状の
角錐体をなしたケース１内の中央下方には電池本体とし
て例えば、リン酸型の燃料電池本体２が配置され、この
燃料電池本体２から排出される排ガスの通風路である排
気側側方には、前記燃料電池本体２に燃料である水素を
供給する水素吸蔵合金を充填した複数本（図示例では５
本）の水素吸蔵合金ボンベ３を備えた水素貯蔵装置４が
配置されている。ここで、前記水素貯蔵装置４を燃料電
池本体２の排気側側方に配置したのは、燃料電池本体２
から排出される高温の排ガスを有効利用して各ボンベ３
内に充填されている水素吸蔵合金を加熱するためであ
り、この加熱によって水素貯蔵装置４から燃料電池本体
２への水素の供給が円滑に行われることになる。

【００１０】前記ケース１内であって、燃料電池本体２
への空気通風路である空気供給側側方（即ち、前記水素
貯蔵装置４と反対側の側方）には、種々の制御系やその
他の設備類が配置されている。例えば、後述する空気供
給孔５の近傍には、燃料電池本体２の発電によって駆動
され燃料電池本体２に空気を供給する空気供給ファン６
が配置され、この空気供給ファン６の下側であって空気
供給ファン６によってケース１内に取り入れられた空気
の通風路には、この空気を加熱して供給し燃料電池本体
２を作動温度（約１００℃）まで上昇させる起動用ヒー
タ７が配置されており、この起動用ヒータ７は燃料電池
本体２の発電によって駆動する。この起動用ヒータ７の
下側には、水素貯蔵装置４から燃料電池本体２に供給さ
れた水素のうち反応に寄与しなかった未反応水素と、後
述する空気供給ファン８から供給される空気とを触媒燃
焼により処理し、ケース１外に水素が排出されるのを防
止する触媒燃焼器９が配置され、この触媒燃焼器９には
例えば、白金等の触媒が充填されている。この触媒燃焼
器９によって燃焼処理された燃焼排ガス（即ち、水蒸
気）はダクト２２を通って、燃料電池本体２を加熱した
後、排気孔１３から排出される。また、この触媒燃焼器
９の側方には、触媒燃焼の際に必要な空気を供給する空
気供給ファン８が配置され、この空気供給ファン８の側
方には燃料電池本体２の発電に伴って発生する起電力を
一定電圧（例えば、１２Ｖ）になるように制御するＤＣ
−ＤＣコンバータ１０が配置され、このＤＣ−ＤＣコン
バータ１０の側方には、空気供給ファン８の回転数を制
御して触媒燃焼器９に供給する空気量を調整したり，燃
料電池本体２が作動温度まで達した時に起動用ヒータ７
を停止させる等の制御を司る制御装置１１が配置され、
この制御装置１１の上方にはヒューズリレーボックス１
２が配置されている。

【００１１】前記ケース１上方の角錐体の正面傾斜部，
及び背面傾斜部であって、後述する排ガス排気孔１３か
ら遠い位置には、ケース１内に空気を取り入れる空気吸
入孔５（図では正面傾斜部側のみを示す）がそれぞれ設
けられている。また、前記ケース１上方の角錐体の側面
傾斜部の一方には、燃料電池本体２から排出される排ガ
ス等が排出される排ガス排気孔１３が設けられ、この排
ガス排気孔１３と反対側の側面傾斜部には燃料電池本体
２にて発電された電力を取り出す数個のコネクタ１４が
設けられている。ここで、前記水素貯蔵装置４の上方で
あって排気孔１３の近傍には、水素ガスセンサ２０が設
けられており、水素貯蔵装置４から水素ガスが漏れた場
合には直ちに発電を停止するようになっている。また、
この水素ガスセンサ２０は、燃料電池本体２からの排ガ
ス，及び触媒燃焼器９からの燃焼排ガスの通風空間に設
けられているので、燃料電池本体２のクロスリークによ
って排ガス中に含まれる水素ガス，及び触媒燃焼器での
不完全燃焼によって燃焼排ガス中に含まれる水素ガス等
を検知することができる。このように、３者からの水素
ガスの漏れ等を一個の水素ガスセンサ２０で検知するこ
とができるため、コストが安く、また、回路構成等も簡
単である。

【００１２】前記ケース１上方の角錐体上面の平坦部分
には、例えば、水素吸蔵合金ボンベ３内の水素残圧を表
示するランプや，前記水素吸蔵合金ボンベ３内の水素圧
力を調整する圧力スイッチや，水素供給弁等の弁の開閉
を行う弁開閉スイッチ等（いずれも図示せず）を備えた
操作パネル１５が設けられている。前記空気吸入孔５，
排ガス排気孔１３，コネクタ１４，操作パネル１５等が
設けられるケース１上方の角錐体部分は、ケース１と同
様の材料で構成された蓋体１６で覆蓋される構成となっ
ており、蓋体１６でケース１の上面を覆蓋後、止め具１
７によってこの蓋体１６とケース１とを密閉状態で固定
できる構成となっている。尚、図中１８は蓋体１６の上
部に取り付けた把手で、ケース１を覆蓋して電源を持ち
運ぶ際に用いられる。ここで、前記ケース１と蓋体１６
とが接する部分には、ケース１内の密閉性を高めるた
め、図３に示すように、パッキン１９が設けられてい
る。

【００１３】上記空気供給ファン６の駆動によって空気
吸入孔５から取り込まれた空気は、大部分が発電用とし
て燃料電池本体２に直接供給される一方、残余の空気は
制御装置１１やＤＣ−ＤＣコンバータ１０等の周辺を経
由してこれら制御装置１１やＤＣ−ＤＣコンバータ１０
等を冷却した後、燃料電池本体２に供給される。そし
て、燃料電池本体２での発電によって加熱された高温の
排ガスは、水素貯蔵装置４の周辺を経由して水素貯蔵装
置４を加熱した後、排ガス排出孔１３からケース１外に
排出される。尚、前記空気吸入孔５から取り込まれた空
気は燃料電池本体２に供給されるが、空気吸入孔５から
燃料電池本体２までの吸入空気が通過する吸気ダクトの
一部は、上記ケース１の内周面の一部が構成している。
また、反応後の排ガスは水素貯蔵装置４の周辺を経由し
て排ガス排出孔１３から排出されるが、この燃料電池本
体２から排ガス排出孔１３までの排ガスが通過する排気
ダクトの一部も、上記ケース１の内周面の一部が構成し
ている。

【００１４】次に、上記の如く構成されたポータブル電
源の作動について、図１及び図２を用いて説明する。
尚、矢印Ａはケース１外から吸入された空気の流れを、
矢印Ｂは燃料電池本体２の発電によって生じる排ガスの
流れを、矢印Ｃは触媒燃焼器９からの燃焼排ガスの流れ
をそれぞれ示す。先ず、ケース１から蓋体１６を取り外
し、ケース１の上面に設けた操作パネル１５の弁開閉ス
イッチを操作して水素貯蔵装置４の弁を開成すると、ケ
ース１内に残留している空気と、水素貯蔵装置４から供
給される水素とによって反応が生じ予備発電が開始され
る。この予備発電によって、空気供給ファン６が起動す
ると、空気吸入孔５から吸入された新たな空気が、燃料
電池本体２内に供給され本発電が開始される。この本発
電によって、燃料電池本体２の温度が徐々に上昇する。
一方、水素貯蔵装置４は水素吸蔵合金から構成されてい
るので、前記燃料電池本体２に水素を供給し続けると、
水素貯蔵装置４の温度が低下する。したがって、燃料電
池本体２に十分な水素を供給することができなくなるの
で、発電量が低下する。しかしながら、水素貯蔵装置４
の周辺には、燃料電池本体２の発電によって生じる高温
の排ガスが通過するので、水素貯蔵装置４の温度は水素
吸蔵合金からの水素の放出にもかかわらず略一定に維持
される。その結果、燃料電池本体２での発電に必要な水
素を、十分に供給することができる。また、制御装置１
１やＤＣ−ＤＣコンバータ１０等は、本発電が開始され
ると燃料電池本体２からの輻射熱等により徐々に温度が
上昇する。しかしながら、制御装置１１やＤＣ−ＤＣコ
ンバータ１０等は、空気吸入孔５から供給される外気に
常にさらされているので、過度の温度上昇が防止され
る。これらの結果、円滑な発電が持続されることにな
る。

【００１５】また、燃料電池本体２での発電に寄与しな
かった未反応水素は、未反応水素配管２１を通って触媒
燃焼器９に供給され、ここで燃焼処理された後、燃焼排
ガスＣとして排気孔１３から排気される。 〔その他の事項〕上記実施例においては、燃料電池本体
２としてリン酸型燃料電池を用いたが、これに限らず、
例えば、低温作動型の固体電解質型燃料電池等を用いる
ことも可能である。

【００１６】

【発明の効果】以上の本発明によれば、水素吸蔵合金ボ
ンベの上方近傍であって、燃料電池本体から排出される
排ガス，及び触媒燃焼器から排出される燃焼排ガスの通
風空間に水素ガスセンサが設けられているので、水素吸
蔵合金ボンベからの水素ガスの漏れ，燃料電池のクロス
リークによって排ガス中に含まれる水素ガス，及び触媒
燃焼器での不完全燃焼によって燃焼排ガス中に含まれる
水素ガスの検知を一個の水素ガスセンサで行うことがで
きる。したがって、従来のように、３者のそれぞれに水
素ガスセンサを設ける必要がないため、コストが安くな
る。また、水素ガスセンサの出力を処理する回路構成や
配線等も簡単にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るポータブル電源の斜視
図（一部断面）である。

【図２】図１のポータブル電源のＸ−Ｘ線断面図であ
る。

【図３】図１のポータブル電源の一部を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ ケース ２ 燃料電池本体 ３ 水素吸蔵合金ボンベ ９ 触媒燃焼器 １３ 排気孔 ２０ 水素ガスセンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱田 陽 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内 (72)発明者 中藤 邦弘 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池本体と，この燃料電池本体に
   供給する水素を貯蔵する水素吸蔵合金ボンベと，この水
   素吸蔵合金ボンベから前記燃料電池本体に供給された水
   素のうち反応に寄与しなかった未反応水素を燃焼処理す
   る触媒燃焼器とがケース内に収容され、前記燃料電池本
   体から排出される排ガス及び触媒燃焼器から排出される
   燃焼排ガスがケース上部の一端寄りに開設された排気孔
   から外部へ排出される通風構造とされ、前記排気孔の下
   方であって燃料電池本体からの排ガスの通風空間に前記
   水素吸蔵合金ボンベが配置されると共に、この水素吸蔵
   合金ボンベより上方であって前記排気孔の近傍に水素ガ
   スセンサが設けられていることを特徴とするポータブル
   電源。