JPH0758623B2 - 燃料電池電源システム - Google Patents
燃料電池電源システムInfo
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- JPH0758623B2 JPH0758623B2 JP1237512A JP23751289A JPH0758623B2 JP H0758623 B2 JPH0758623 B2 JP H0758623B2 JP 1237512 A JP1237512 A JP 1237512A JP 23751289 A JP23751289 A JP 23751289A JP H0758623 B2 JPH0758623 B2 JP H0758623B2
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- JP
- Japan
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- hydrogen
- hydrogen storage
- battery
- storage device
- fuel cell
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/065—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by dissolution of metals or alloys; by dehydriding metallic substances
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
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- Sustainable Energy (AREA)
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は小型可般式燃料電池電源システムに関するもの
である。
である。
（ロ）従来の技術 燃料電池を移動用電源とするためには、燃料ガス生成装
置を付設する必要があり、一般に貯液槽内のメタノール
と水の混合液を改質器で気化・改質して得られる水素リ
ッチガスを燃料ガスとする方式が採用される。しかしこ
の方式はスチーム改質反応が吸熱反応であり、改質触媒
の動作温度200〜300℃を維持するにはバーナー部の温度
を通常600〜700℃に設定する必要がある。このような改
質器を使用する場合、断熱構造への配慮や反応安定性を
確保する観点から、貯液槽を加えて改質器の容積・重量
が大きくなり、コンパクトな電源とすることが困難であ
る。更に改質ガス中にはH2以外にアノード触媒を被毒す
るCOを含んでいるため低温からの負荷昇温ができないと
いう問題があった。
置を付設する必要があり、一般に貯液槽内のメタノール
と水の混合液を改質器で気化・改質して得られる水素リ
ッチガスを燃料ガスとする方式が採用される。しかしこ
の方式はスチーム改質反応が吸熱反応であり、改質触媒
の動作温度200〜300℃を維持するにはバーナー部の温度
を通常600〜700℃に設定する必要がある。このような改
質器を使用する場合、断熱構造への配慮や反応安定性を
確保する観点から、貯液槽を加えて改質器の容積・重量
が大きくなり、コンパクトな電源とすることが困難であ
る。更に改質ガス中にはH2以外にアノード触媒を被毒す
るCOを含んでいるため低温からの負荷昇温ができないと
いう問題があった。
一方水素吸蔵合金に吸蔵した水素を用いる水素−空気燃
料電池が特開昭58−121566号公報に開示されている。こ
れは水素吸蔵合金を夫々内蔵した二重管からなる容器の
一方（又は他方）にボンベなどの水素源から水素を吸蔵
させる時に発生する熱で他方（又は一方）の水素吸蔵合
金から解離する水素を電池に供給するもので、吸蔵合金
から水素を解離するには常に外部の水素源を必要とし、
可搬式電源としては容積・重量的に不利である。
料電池が特開昭58−121566号公報に開示されている。こ
れは水素吸蔵合金を夫々内蔵した二重管からなる容器の
一方（又は他方）にボンベなどの水素源から水素を吸蔵
させる時に発生する熱で他方（又は一方）の水素吸蔵合
金から解離する水素を電池に供給するもので、吸蔵合金
から水素を解離するには常に外部の水素源を必要とし、
可搬式電源としては容積・重量的に不利である。
（ハ）発明が解決しようとする課題 本発明は、燃料発生源として従来のメタノール改質器に
代え、水素吸蔵合金を充填した水素貯蔵装置を用いるこ
とにより前記問題点を解消すると共に、コンパクトで熱
的に安定な水素−空気燃料電池電源システムを提供する
ものである。
代え、水素吸蔵合金を充填した水素貯蔵装置を用いるこ
とにより前記問題点を解消すると共に、コンパクトで熱
的に安定な水素−空気燃料電池電源システムを提供する
ものである。
（ニ）課題を解決するための手段 本発明は水素吸蔵合金から解離した水素と空気の反応に
より電力を発生する燃料電池と、水素吸蔵合金を夫々充
填した第１及び第２の水素貯蔵装置と、電池の少くとも
上下に熱伝導的に配置した触媒燃焼加熱器と、起動用蓄
電池とを備え、前記第１水素貯蔵装置は、前記蓄電池を
電源とするヒーター熱で解離した水素を前記触媒燃焼加
熱器で燃焼し、電池の昇温用として用い、前記第２水素
貯蔵装置は、第１段階で前記加熱器の廃熱より、第２段
階で電池から出る未反応水素及び未反応空気を燃焼した
廃熱により、ついで定常負荷運転時電池の冷却系排熱に
より、夫々解離した水素を負荷昇温及び前記負荷運転用
として用いるものである。又前記定常負荷運転時前記未
反応水素を冷却して前記第１水素貯蔵装置に再吸蔵せし
める。
より電力を発生する燃料電池と、水素吸蔵合金を夫々充
填した第１及び第２の水素貯蔵装置と、電池の少くとも
上下に熱伝導的に配置した触媒燃焼加熱器と、起動用蓄
電池とを備え、前記第１水素貯蔵装置は、前記蓄電池を
電源とするヒーター熱で解離した水素を前記触媒燃焼加
熱器で燃焼し、電池の昇温用として用い、前記第２水素
貯蔵装置は、第１段階で前記加熱器の廃熱より、第２段
階で電池から出る未反応水素及び未反応空気を燃焼した
廃熱により、ついで定常負荷運転時電池の冷却系排熱に
より、夫々解離した水素を負荷昇温及び前記負荷運転用
として用いるものである。又前記定常負荷運転時前記未
反応水素を冷却して前記第１水素貯蔵装置に再吸蔵せし
める。
（ホ）作用 本発明では起動時の電池昇温は第１水素貯蔵装置の水素
吸蔵合金から解離した水素を触媒燃焼加熱器で燃焼する
ことにより行はれ、所定温度へ昇温後の負荷昇温及び負
荷運転時はシステム内の各種廃熱が第２水素貯蔵装置か
らの水素解離熱源として有効に働き、系外への排熱を小
さくすることができる。
吸蔵合金から解離した水素を触媒燃焼加熱器で燃焼する
ことにより行はれ、所定温度へ昇温後の負荷昇温及び負
荷運転時はシステム内の各種廃熱が第２水素貯蔵装置か
らの水素解離熱源として有効に働き、系外への排熱を小
さくすることができる。
特に負荷運転時には電池冷却系の排熱が水素解離熱とな
って吸収されるので、冷却空気循環系からの高温空気の
排出と循環系への外気導入を少くし、循環ブロワの容量
を減少することができる。
って吸収されるので、冷却空気循環系からの高温空気の
排出と循環系への外気導入を少くし、循環ブロワの容量
を減少することができる。
（ヘ）実施例 第１図は本発明電源システムのフロー図、第２図は燃料
電池の一部破断斜面図、第３図は同上の要部断面図、第
４図は第３図の要部平面図である。
電池の一部破断斜面図、第３図は同上の要部断面図、第
４図は第３図の要部平面図である。
本システムの電源として出力500W〜5KW程度の空冷式リ
ン酸型燃料電池を使用する。電池（FC）は作用面積400c
m2の単セルを21セル積層して３セル毎に冷却板（CL）を
配置した構成とし、この積重体を上下端板（１）（１）
間で締付ける際に積重体の上下に触媒燃焼加熱器（HF）
（HE）を予め介在させる。電池の一対向面には反応空気
用マニホルド（２）と水素用マニホルド（３）を並設す
ると共に他対向面には冷却空気用マニホルド（４）を取
付ける。第１図のフロー図において電池（FC）は前記冷
却板（CL）及び触媒燃焼器（HE）を備えた単セルとして
模式的に示されている。
ン酸型燃料電池を使用する。電池（FC）は作用面積400c
m2の単セルを21セル積層して３セル毎に冷却板（CL）を
配置した構成とし、この積重体を上下端板（１）（１）
間で締付ける際に積重体の上下に触媒燃焼加熱器（HF）
（HE）を予め介在させる。電池の一対向面には反応空気
用マニホルド（２）と水素用マニホルド（３）を並設す
ると共に他対向面には冷却空気用マニホルド（４）を取
付ける。第１図のフロー図において電池（FC）は前記冷
却板（CL）及び触媒燃焼器（HE）を備えた単セルとして
模式的に示されている。
本システムの燃料ガスとしてメタノールをスチーム改質
した改質ガスの代りに水素吸蔵合金から解離した水素ガ
スを用いる。
した改質ガスの代りに水素吸蔵合金から解離した水素ガ
スを用いる。
第１及び第２の水素貯蔵装置（H1）及び（H2）は、夫々
水素吸蔵合金が充填され、その充填容量の小さい第１水
素貯蔵装置（H1）には、電気ヒーター（Ｒ）を、容量の
大きい第２水素貯蔵装置（H2）には、熱交換器（E1）
（E2）（E3）を夫々埋設している。
水素吸蔵合金が充填され、その充填容量の小さい第１水
素貯蔵装置（H1）には、電気ヒーター（Ｒ）を、容量の
大きい第２水素貯蔵装置（H2）には、熱交換器（E1）
（E2）（E3）を夫々埋設している。
触媒燃焼加熱器（HE）は第３図・第４図に示すよう、導
入管（５）及び（６）より夫々送られた水素及び空気
が、混合器（７）で混合され、配管（８）・分配室
（９）を経て、白金触媒（10）の充填された通路に分流
し、燃焼発熱して後排ガス（N2とスチーム）が導入管
（11）より送り出される。
入管（５）及び（６）より夫々送られた水素及び空気
が、混合器（７）で混合され、配管（８）・分配室
（９）を経て、白金触媒（10）の充填された通路に分流
し、燃焼発熱して後排ガス（N2とスチーム）が導入管
（11）より送り出される。
電池の起動に際し、制御器（図示せず）からの信号でス
イッチ（S1）をONにすると、起動用蓄電池（Ｂ）から電
気ヒーター（Ｒ）に通電され、第１水素貯蔵装置（H1）
内の水素吸蔵合金が加熱されることにより水素を解離す
る。この水素は弁（V1）（V2）を経て触媒燃焼加熱器
（HE）に送り込まれるが、この場合ブロワ（F2）から弁
（V3）を経て送り込まれる空気と予め混合器（７）内で
混合され、加熱器（HE）内の触媒（10）の働きで燃焼発
熱し、電池（FC）を上下から加熱する。
イッチ（S1）をONにすると、起動用蓄電池（Ｂ）から電
気ヒーター（Ｒ）に通電され、第１水素貯蔵装置（H1）
内の水素吸蔵合金が加熱されることにより水素を解離す
る。この水素は弁（V1）（V2）を経て触媒燃焼加熱器
（HE）に送り込まれるが、この場合ブロワ（F2）から弁
（V3）を経て送り込まれる空気と予め混合器（７）内で
混合され、加熱器（HE）内の触媒（10）の働きで燃焼発
熱し、電池（FC）を上下から加熱する。
電池が50〜60度に昇温するまで加熱器（HE）の排ガスは
弁（V4）を経て系外に排出（EX2）されるが、前記温度
に達すると弁（V4）を閉、弁（V5）を開とし、前記排ガ
スは第２水素貯蔵装置（H2）内の第３熱交換器（E3）を
経て系外に排出される。この間に水素吸蔵合金が加熱さ
れて水素が解離する。
弁（V4）を経て系外に排出（EX2）されるが、前記温度
に達すると弁（V4）を閉、弁（V5）を開とし、前記排ガ
スは第２水素貯蔵装置（H2）内の第３熱交換器（E3）を
経て系外に排出される。この間に水素吸蔵合金が加熱さ
れて水素が解離する。
第２水素貯蔵装置（H2）からの解離水素は弁（V6）
（V7）を経てアノード（Ｎ）に、空気はブロワ（F2）か
ら弁（V8）を経てカソード（Ｐ）に夫々供給され、電池
反応による昇温（負荷昇温）が開始される。アノード及
びカソードから夫々排出された未反応水素及び未反応空
気は、弁（V9）及び弁（V10）を経て燃焼器（Ｓ）に送
られ、燃焼排ガスが弁（V11）を経て第２熱交換器
（E2）を通る間に水素を解離し、ひきつづきこの解離水
素により負荷昇温を継続する。この段階では触媒燃焼加
熱器（HF）の排ガスによる加熱は不要となるので、ヒー
ター（Ｒ）への通電を遮断して第１水素貯蔵装置（H1）
からの水素解離は停止される。
（V7）を経てアノード（Ｎ）に、空気はブロワ（F2）か
ら弁（V8）を経てカソード（Ｐ）に夫々供給され、電池
反応による昇温（負荷昇温）が開始される。アノード及
びカソードから夫々排出された未反応水素及び未反応空
気は、弁（V9）及び弁（V10）を経て燃焼器（Ｓ）に送
られ、燃焼排ガスが弁（V11）を経て第２熱交換器
（E2）を通る間に水素を解離し、ひきつづきこの解離水
素により負荷昇温を継続する。この段階では触媒燃焼加
熱器（HF）の排ガスによる加熱は不要となるので、ヒー
ター（Ｒ）への通電を遮断して第１水素貯蔵装置（H1）
からの水素解離は停止される。
やがて電池温度が規定作動温度に昇温すれば、スイッチ
（S2）を閉じ正規負荷運転状態に入る。この際循環ブロ
ワ（F1）の始動により冷却空気が冷却板（CL）を経て循
環するが、電池を冷却して約180℃の高温となった冷却
空気は、第１の熱交換器（E1）で第２水素貯蔵装置
（H2）の水素吸蔵合金を加熱して解離された水素により
負荷運転を継続する。第１熱交換器（E1）から水素吸蔵
合金への吸熱により冷却空気温度は約150℃程度にまで
低下するための循環冷却空気の系外への排出（EX1）及
び系外からの吸入量が少くなり、それだけブロワ（F1）
の容量を低減することができる。
（S2）を閉じ正規負荷運転状態に入る。この際循環ブロ
ワ（F1）の始動により冷却空気が冷却板（CL）を経て循
環するが、電池を冷却して約180℃の高温となった冷却
空気は、第１の熱交換器（E1）で第２水素貯蔵装置
（H2）の水素吸蔵合金を加熱して解離された水素により
負荷運転を継続する。第１熱交換器（E1）から水素吸蔵
合金への吸熱により冷却空気温度は約150℃程度にまで
低下するための循環冷却空気の系外への排出（EX1）及
び系外からの吸入量が少くなり、それだけブロワ（F1）
の容量を低減することができる。
負荷運転中弁（V9）（V10）を閉じて、燃焼器（Ｓ）の
燃焼を停止し、アノードから排出された未反応の水素は
弁（V12）を経て経路（BL）を流れる間に外気により冷
却されて後、弁（V1）を経て第１水素貯蔵装置（H1）に
送り込まれて吸蔵合金に再吸蔵される。この時弁（V2）
は閉じられている。一方カソードから排出された未反応
空気は弁（V13）を経て系外に送り出される。この間負
荷（Ｌ）と並列に接続された蓄電池（Ｂ）は燃料電池
（FC）の出力で充電される。
燃焼を停止し、アノードから排出された未反応の水素は
弁（V12）を経て経路（BL）を流れる間に外気により冷
却されて後、弁（V1）を経て第１水素貯蔵装置（H1）に
送り込まれて吸蔵合金に再吸蔵される。この時弁（V2）
は閉じられている。一方カソードから排出された未反応
空気は弁（V13）を経て系外に送り出される。この間負
荷（Ｌ）と並列に接続された蓄電池（Ｂ）は燃料電池
（FC）の出力で充電される。
第２水素貯蔵装置（H2）は連結手段（C1）（C2）（C3）
（C4）によりシステムに着脱可能であるから、吸蔵水素
が消費されると、装置ごと取換えることができる。
（C4）によりシステムに着脱可能であるから、吸蔵水素
が消費されると、装置ごと取換えることができる。
前記各弁・各スイッチ及び各ブロワは、各種検出信号に
もとづきコントローラ（図示せず）からの出力信号によ
り制御される。
もとづきコントローラ（図示せず）からの出力信号によ
り制御される。
（ト）発明の効果 本発明によれば水素吸蔵合金を充填した大小２つの水素
貯蔵装置を有し、小さい貯蔵装置は、解離した水素を触
媒燃焼加熱器で燃焼して電池昇温用とし、大きい貯蔵装
置は、前記加熱器や電池の廃熱を水素解離用熱源に利用
し、解離水素を電池の負荷昇温及び負荷運転用とするも
ので、系外への排熱を極めて小さくできると共に改質器
を使用する電源システムに比し高温部がないためシステ
ムの熱管理が容易となる。
貯蔵装置を有し、小さい貯蔵装置は、解離した水素を触
媒燃焼加熱器で燃焼して電池昇温用とし、大きい貯蔵装
置は、前記加熱器や電池の廃熱を水素解離用熱源に利用
し、解離水素を電池の負荷昇温及び負荷運転用とするも
ので、系外への排熱を極めて小さくできると共に改質器
を使用する電源システムに比し高温部がないためシステ
ムの熱管理が容易となる。
特に負荷運転時の電池から出る高温冷却空気が水素解離
用熱源となって冷却されるので、冷却空気循環ブロワの
容量を小型化できると共に未反応水素は小さい水素貯蔵
装置に再吸蔵されて、再使用可能となる。又大きい水素
貯蔵装置は連結手段でシステムに着脱自在に組込まれて
いるので、消耗後新しい貯蔵装置と取換え可能である。
用熱源となって冷却されるので、冷却空気循環ブロワの
容量を小型化できると共に未反応水素は小さい水素貯蔵
装置に再吸蔵されて、再使用可能となる。又大きい水素
貯蔵装置は連結手段でシステムに着脱自在に組込まれて
いるので、消耗後新しい貯蔵装置と取換え可能である。
このように本発明は水素−空気燃料電池を名実ともにク
リーンな小型可搬式電源とすることができる。
リーンな小型可搬式電源とすることができる。
第１図は本発明電源システムのシステムフロー図、第２
図は同上燃料電池の一部破断斜面図、第３図は同上電池
の要部断面図、第４図は第３図の要部平面図である。 FC:燃料電池、HE:触媒燃焼加熱器、CL:冷却板、B:起動
用蓄電池、H1，H2：第１・第２水素貯蔵装置、R:ヒータ
ー、E1，E2，E3：熱交換器、S:燃焼器、F1，F2：ブロ
ワ、C1，C2，C3，C4：連結手段、V1，V2…V13：弁。
図は同上燃料電池の一部破断斜面図、第３図は同上電池
の要部断面図、第４図は第３図の要部平面図である。 FC:燃料電池、HE:触媒燃焼加熱器、CL:冷却板、B:起動
用蓄電池、H1，H2：第１・第２水素貯蔵装置、R:ヒータ
ー、E1，E2，E3：熱交換器、S:燃焼器、F1，F2：ブロ
ワ、C1，C2，C3，C4：連結手段、V1，V2…V13：弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱田 陽 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 土井 豊 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−231878（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】水素吸蔵合金から解離した水素と空気との
反応により電力を発生する燃料電池と、前記水素吸蔵合
金を夫々充填した第１及び第２の水素貯蔵装置と、電池
本体の少くとも上下に熱伝導的に配置した触媒燃焼加熱
器と、起動用蓄電池とを備え、前記第１水素貯蔵装置
は、前記蓄電池を電源とするヒーター熱で解離した水素
を前記触媒燃焼加熱器で燃焼し前記電池の昇温用として
用い、前記第２水素貯蔵装置は、第１段階で前記加熱器
の廃熱により、第２段階で電池から排出された未反応水
素及び未反応空気を燃焼した廃熱により、ついで定常負
荷運転時電池の冷却系排熱により夫々解離した水素を負
荷昇温及び前記負荷運転用として用いることを特徴とす
る燃料電池電源システム。 - 【請求項２】前記定常負荷運転時電池から排出された未
反応水素を冷却して前記第１水素貯蔵装置に再吸蔵せし
めることを特徴とする請求項１の燃料電池電源システ
ム。 - 【請求項３】前記第２水素貯蔵装置が連結手段を介して
システムに着脱可能であることを特徴とする請求項１の
燃料電池電源システム。 - 【請求項４】前記第２水素貯蔵装置は第１水素貯蔵装置
に比し水素吸蔵合金の充填量が多いことを特徴とする請
求項１の燃料電池電源システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1237512A JPH0758623B2 (ja) | 1989-09-13 | 1989-09-13 | 燃料電池電源システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1237512A JPH0758623B2 (ja) | 1989-09-13 | 1989-09-13 | 燃料電池電源システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03101063A JPH03101063A (ja) | 1991-04-25 |
| JPH0758623B2 true JPH0758623B2 (ja) | 1995-06-21 |
Family
ID=17016423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1237512A Expired - Fee Related JPH0758623B2 (ja) | 1989-09-13 | 1989-09-13 | 燃料電池電源システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0758623B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE50001498D1 (de) * | 1999-04-20 | 2003-04-24 | Zsw | Netzunabhängige, schadstoffemissionsfreie, portable stromversorgungseinrichtung sowie verfahren zur erzeugung von strom mittels dieser |
| JP4944300B2 (ja) * | 2001-01-25 | 2012-05-30 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム |
| JP4706190B2 (ja) * | 2004-05-13 | 2011-06-22 | 三菱マテリアル株式会社 | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP2006054133A (ja) * | 2004-08-13 | 2006-02-23 | Mitsubishi Materials Corp | 燃料電池 |
-
1989
- 1989-09-13 JP JP1237512A patent/JPH0758623B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03101063A (ja) | 1991-04-25 |
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