JPH0684539A

JPH0684539A - ポータブル電源

Info

Publication number: JPH0684539A
Application number: JP4235994A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tajima; 収田島; Takamasa Matsubayashi; 孝昌松林; Akira Hamada; 陽濱田; Takashi Oda; 貴史小田; Kunihiro Nakato; 邦弘中藤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1992-09-03
Filing date: 1992-09-03
Publication date: 1994-03-25

Abstract

(57)【要約】【目的】燃料電池本体から触媒燃焼器に至る配管内に
凝縮水の膜が形成されるのを防止し、長時間の発電に際
しても燃料電池本体に水素を円滑に供給し続けることが
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】空気と水素とで発電を行う燃料電池本体２
と，この燃料電池本体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、且つ、前記触媒燃焼器９が
燃料電池本体２の空気供給側に配置されたポータブル電
源において、前記燃料電池本体２の下端にある未反応水
素出口２１から前記触媒燃焼器９まで未反応水素を輸送
する配管２２を、前記未反応水素出口２１から燃料電池
本体２の排ガス側側面に沿って燃料電池本体２の上端に
ある水素入口２０まで延長すると共に、この延長端から
触媒燃焼器９まで下方に傾斜するスロープをもたせたこ
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】ところで、燃料電池のポータブル化に際し
ては、燃料電池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（即ち、燃料排ガス）をどのように処
理するかが問題となる。従来は、白金等の触媒を充填し
た触媒燃焼器を設け、燃料電池から排出された未反応水
素と，空気とを触媒燃焼させて燃焼排ガス（即ち、水蒸
気）として処理し、ケース内から大気中に水素が漏れる
のを防止している。この場合、ケースの大きさ等の関係
からスペース上の制約があり，触媒燃焼の際に発生する
高温の燃焼排ガスを燃料電池本体の加熱に利用する等の
理由から、図４に示すように、触媒燃焼器１０９は燃料
電池本体１０２の空気供給側に配置する構成とせざるを
得ないのが現状である。加えて、燃料電池本体１０２へ
の水素の供給及び排出は、燃料としての水素が空気より
も軽いという性質を有する関係上、燃料電池本体１０２
の上側１２０から供給し下側１２１から排出するのが望
ましい。これらの点を考慮して、燃料電池本体１０２の
下側１２１から排出された未反応水素を前記触媒燃焼器
１０９まで輸送する配管１２２は、図示のように、燃料
電池本体１０２の空気供給側に延設されている。ここ
で、配管１２２内には理論上は未反応水素のみが流れる
が、実際には以下に述べる理由によって未反応水素と共
に少量の水蒸気が供給されてくる。酸化剤極側で生成し
た水が電解質内を燃料極側に拡散し、燃料極側で水蒸気
となり、この水蒸気が未反応水素と共に配管１２２内に
供給される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
４に示した従来のポータブル電源は、空気供給孔１０５
を介してケース１０１内に取り入れられた低温の空気ａ
に常にさらされることになる燃料電池本体１０２の空気
供給側に配管１２２が設けられているため、配管１２２
内に未反応水素と共に供給された少量の水蒸気が、冷却
されて凝縮水となり、配管１２２内に凝縮水の膜を形成
する。その結果、燃料電池本体１０２から排出された未
反応水素が流れにくくなり、触媒燃焼器での燃焼処理能
力が低下するため、燃料電池本体１０２にスムーズに燃
料である水素供給することができなくなるという課題を
有していた。

【０００６】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、燃料電池本体から触媒燃焼器に至る配管内に凝縮
水の膜が形成されるのを防止し、長時間の発電に際して
も燃料電池本体に水素を円滑に供給し続けることができ
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、空気と水素とで発電を行う燃料電池本体と，
この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、且つ、前記触媒燃焼器が燃料電池本体
の空気供給側に配置されたポータブル電源において、前
記燃料電池本体の下端にある未反応水素出口から前記触
媒燃焼器まで未反応水素を輸送する配管を、前記未反応
水素出口から燃料電池本体の排ガス側側面に沿って燃料
電池本体の上端にある水素入口まで延長すると共に、こ
の延長端から触媒燃焼器まで下方に傾斜するスロープを
もたせたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記構成の如く、未反応水素が流れる配管が燃
料電池本体の排ガス側側面に沿って設けられていれば、
配管中に未反応水素と共に供給された水蒸気は、燃料電
池本体から排出される高温の排ガスによって加熱され、
凝縮水になるまで冷却されることなく水蒸気の状態で存
在するため、未反応水素の圧力によって上方の延長端へ
と押し出される。加えて、当該延長端から触媒燃焼器に
至る配管は下方に傾斜するスロープ構造となっているた
め、前記水蒸気（或いは、冷却されて凝縮水となってい
る場合もある）は重力の方向にしたがって配管内を自然
に滑落し触媒燃焼器に流れ込み、ここで燃焼処理され
る。これらの結果、配管内に凝縮水の膜が形成されるこ
とがなく、長時間の発電に際しても燃料電池本体に水素
を円滑に供給し続けることができる。

【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。前記燃
料電池本体２の上端には水素貯蔵装置４からの水素を取
り入れる水素供給マニホールド２０が設けられ、下端に
は燃料電池本体２で反応に寄与しなかった未反応水素
（即ち、燃料排ガス）を排出する未反応水素排出マニホ
ールド２１が設けられている。

【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、例えば、白金等の触媒が充填された触媒燃焼
器９が配置されている。この触媒燃焼器９は、燃料電池
本体２の下端に設けられた未反応水素排出マニホールド
２１から燃料電池本体２の排ガス側側面に沿って燃料電
池本体２の上端の水素供給マニホールド２０近傍まで延
長され、当該延長端から触媒燃焼器９まで下方に傾斜す
るスロープ構造の未反応水素供給配管２２を通って供給
される未反応水素と，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
水素が漏れるのを防止する。この燃焼排ガスＣ（即ち、
水蒸気）は燃料電池本体２の側面に沿って設けられたダ
クト２３を介して排ガス側に排出されるが、この燃焼排
ガスは高温のガスであるため燃料電池本体２の加熱に利
用された後、排気孔１３からケース１外に排出される。

【００１１】ところで、前記配管１２２内には既述した
ように実際には未反応水素と共に少量の水蒸気が供給さ
れてくるが、未反応水素が流れる配管２２が燃料電池本
体２の排ガス側側面に沿って設けられているので、配管
２２中に未反応水素と共に供給された水蒸気は、燃料電
池本体２から排出される高温の排ガスＢによって加熱さ
れ、凝縮水に冷却されることなく水蒸気の状態で存在し
未反応水素の圧力によって上方の延長端へと押し出され
る。加えて、当該延長端から触媒燃焼器９に至る配管２
２は下方に傾斜するスロープ構造となっているため、前
記水蒸気（或いは、冷却されて凝縮水となっている場合
もある）は重力の方向ににしたがって配管２２内を自然
に滑落し触媒燃焼器９に流れ込み、ここで燃焼処理され
る。これらの結果、配管２２内に凝縮水の膜が形成され
ることがないため、長時間の発電に際しても燃料電池本
体に水素を円滑に供給し続けることができる。

【００１２】また、前記触媒燃焼器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１
０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１２が配置されてい
る。

【００１３】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
排出される排気孔１３が設けられ、この排気孔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。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１
５が設けられている。

【００１４】前記空気吸入孔５，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１
６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１７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。

【００１５】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。

【００１６】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１１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Ｄ
Ｃ−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。〔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。

【００１７】

【発明の効果】以上の本発明によれば、配管中に未反応
水素と共に供給された水蒸気は、燃料電池本体から排出
される高温の排ガスによって加熱され、凝縮水に冷却さ
れることなく水蒸気の状態で存在するため、未反応水素
の圧力によって上方の延長端へと押し出される。加え
て、当該延長端から触媒燃焼器に至る配管は下方に傾斜
するスロープ構造となっているため、前記水蒸気（或い
は、冷却されて凝縮水となっている場合もある）は重力
の方向にしたがって配管内を自然に滑落し触媒燃焼器に
流れ込み、ここで燃焼処理される。これらの結果、配管
内に凝縮水の膜が形成されることがなく、長時間の発電
に際しても燃料電池本体に水素を円滑に供給し続けるこ
とができるといった優れた効果を奏する。

【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。

【図４】従来のポータブル電源の断面図である。

【符号の説明】

１ケース２燃料電池本体９触媒燃焼器２０水素供給マニホールド２１未反応水素排出マニホールド２２未反応水素供給配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小田貴史守口市京阪本通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

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気と水素とで発電を行う燃料電池本
体と，この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、且つ、前記触媒燃焼器が燃料電
池本体の空気供給側に配置されたポータブル電源におい
て、前記燃料電池本体の下端にある未反応水素出口から前記
触媒燃焼器まで未反応水素を輸送する配管を、前記未反
応水素出口から燃料電池本体の排ガス側側面に沿って燃
料電池本体の上端にある水素入口まで延長すると共に、
この延長端から触媒燃焼器まで下方に傾斜するスロープ
をもたせたことを特徴とするポータブル電源。