JPH08264199A - ポータブル燃料電池 - Google Patents

ポータブル燃料電池

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Publication number
JPH08264199A
JPH08264199A JP7066144A JP6614495A JPH08264199A JP H08264199 A JPH08264199 A JP H08264199A JP 7066144 A JP7066144 A JP 7066144A JP 6614495 A JP6614495 A JP 6614495A JP H08264199 A JPH08264199 A JP H08264199A
Authority
JP
Japan
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air
stack
fuel cell
inflow side
guide plate
Prior art date
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Pending
Application number
JP7066144A
Other languages
English (en)
Inventor
Hideo Hagino
秀雄 萩野
Kunihiro Nakato
邦弘 中藤
Nobuyoshi Nishizawa
信好 西沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
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Publication of JPH08264199A publication Critical patent/JPH08264199A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ケース外から取り入れた空気をスタックに効
果的に供給することで、スタック内の温度分布幅を積極
的に抑制できるポータブル燃料電池を簡単な構成で提供
すること。 【構成】 ポータブル燃料電池において、電池スタック
7の空気流入側端面3に空気流入口8aをもつ空気案内
板8を設けて空気供給手段2下方の空間域3との連通を
遮閉したこと。又空気流入口8aの開口面積と、その位
置を限定し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燃料電池に関
し、殊に電池スタックにおける温度分布の改良に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年燃料電池の普及に伴ない業界ではそ
の性能の向上を目指した改良が著しく展開されつつあ
る。然して一般に燃料電池は、スタック内に配設された
多数枚のセル(電池板)に水素と酸素とを供給し、その
化学反応によって発電するように成されている。
【0003】この場合、前記スタック内への供給空気が
電池面内において適度に分散していないと、電池面上で
の温度分布が大きくなり、発電機能を著しく阻害し、結
果的に燃料電池の性能を大きく低下させる。従来のポー
タブル燃料電池は図6に示すように、例えばスタック7
00における空気流入側端面300と近接する空間域6
00内に、前記空気流入側端面300と直接対面する状
態で起動用ヒータ400、触媒燃焼器500が設けられ
ており、前記空気流入側端面300は前面に亘って開口
されているので、空気供給手段200から送られた空気
は大半が起動用ヒータ400や触媒燃焼器500を経由
するが、一部は経由することなく直接前記空気流入側端
面300からスタック700へ流入するように成されて
いた。(特願平5−65596参照)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
ものは、スタックに対する空気の供給が空気流入側端面
の全面域に及んでいるので、下方部では空気の流れが自
然的に集中して多量の空気がスタック内に流入すること
となり、運転時においては該スタック内の下方部が過剰
冷却されることとなる結果、電池面内における温度分布
が大きくなって前記電池板の機能を短命にするという課
題がある。
【0005】また、電池起動時にあっては、スタックの
上方部から流入する空気が起動用ヒータを経由すること
なく冷風のままで直接スタック内に供給されるので、電
池昇温に時間がかかり、運転開始時刻が遅くなるという
課題がある。本発明は前記問題点に鑑みて提案するもの
で、その目的は、ケース外から取り入れた空気をスタッ
ク内へ効果的に供給することでスタック内における電池
面内の温度分布を積極的に小さく抑制することができる
ポータブル燃料電池を簡単な構成で提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的達成の
ため、請求項1において、電池スタックを収容するケー
ス内であって、電池スタックの開口した空気流入側端面
と近接する空間域に起動用ヒータ、触媒燃焼器が設けら
れ、前記空間域の上部に配した空気供給手段によりケー
ス外から取り入れた空気を、前記起動用ヒータ、触媒燃
焼器を経由して前記空気流入側端面から電池スタック内
へ供給するように成されたポータブル燃料電池におい
て、前記空気流入側端面を、上部寄りに空気流入口を設
けた空気案内板で遮閉したことを特徴とするものであ
る。
【0007】又、請求項2では、前記請求項1に記載の
ポータブル燃料電池において、前記空気流入口は空気案
内板の面積、又は、空気流入側端面の面積における5%
以上で10%以下の面積であり、その中心位置は前記空
気案内板又は空気流入側端面における高さの80%以上
の位置に選定されることを特徴とするものである。
【0008】
【作用】前記空気供給手段で取り入れられた空気は、空
気案内板で遮閉されて直接スタック内に流入することな
く空間域をスムーズに下降する。そして上流側からの連
続する風圧作用を受けて前記空気案内板の外表面に沿っ
て再び上昇し、該空気案内板の空気流入口からのみスタ
ック内に流入して電池面内の冷却に寄与する。
【0009】この場合、前記スタックの空気流入側端面
の下方部からの空気流入を防止できるので、電池面内の
温度分布を従来よりも改善できる。又、起動時において
は、外部から取り入れられた空気が直接スタックに流入
することなく、確実に起動用ヒータで加熱された後スタ
ック内に流入して電池面を十分に予熱するので、電池本
体の起動に及ぶ所要時間を著しく短縮することができ
る。
【0010】更に、空気案内板における空気流入口の位
置、及び実質空気流入面積率を所定の大きさに限定する
ことで、電池面間に及ぼす温度分布を積極的に小さく抑
制できて発電に効果的な温度分布状態を得ることができ
る。
【0011】
【実施例】本発明のポータブル燃料電池を図面の一実施
例に基づいて説明する。図1はポータブル燃料電池の一
部を切欠いた全体外観斜視図であり、図2は図1の正面
方向断面図である。前記ポータブル燃料電池は、概略上
面に操作部13をもったケース1内のほぼ中央下部に電
池スタック7が収納されていて、該スタック7の空気流
入側端面3には空気案内板8が設けられると共に、該案
内板8とケース隔壁とで仕切られた空間域6が形成され
ており、この空間域6内には起動用ヒータ4と触媒燃焼
器5とが設けられている。
【0012】この空間域6の上流側には、吸気口11と
吸気ファン2aと吹出口2bから成る空気供給手段2が
設けられていて、該空気供給手段2から取入れられた空
気が前記起動用ヒータ4、触媒燃焼器5を経由してスタ
ック7に流入し該スタック7と熱交換した後に水素貯蔵
装置10を予熱して排気口12から外部に排出するよう
に成されている。
【0013】前記ケース1は、上部に吸気口11と排気
口12とを有する軽金属板で形成された箱体で構成さ
れ、その内部には公知のポータブル燃料電池の構成部材
を所定位置に収納すると共に、前記吸気口11と排気口
12とを、含む上部を把手1bを備えた天蓋1aで覆蓋
するように成されている。前記空気供給手段2は、図2
におけるケース1の左上部に設けられた吸気口11と、
該吸気口11の下流至近位置に配された吸気ファン2a
と吹出口で構成され、前記吸気口11から取り入れた空
気を吹出口2bから前記空間域6を介してスタック7内
に供給するように成されている。
【0014】前記起動用ヒータ4は、前記吸気ファン2
aの下流位置に配された電気的発熱体(ヒータ)で構成
され、前記吹出口2bから吹出された空気と接して該空
気を加熱し、この空気によりスタック7内を予熱して起
動迄の所要時間を短縮すると共に、前記スタック7が正
常運転時は発熱を停止して空気を加熱しないように成さ
れている。
【0015】前記触媒燃焼器5は、前記起動用ヒータ4
の下方位置に配された燃焼器本体5aと送風ファン5b
とで構成され、前記燃焼器本体5aには、前記スタック
7内と連通するダクト5cが設けられていて、該ダクト
5cを介してスタック7から還元される未反応ガスを、
前記送風ファン5bで供給される空気と触媒燃焼させ、
その時発生する高温の燃焼ガスは、再びスタック7を経
て水素貯蔵装置10を予熱した後排気口12から排出す
るように成されている。
【0016】前記空間域6は、前記吸気ファン2aの下
流側で前記スタック7の空気流入側端面3と隣接して設
けられ、ケース1の隔壁部材と、前記空気案内板8とで
仕切られた空間で構成され、前記起動用ヒータ4及び触
媒燃焼器5を収納して空気供給手段2で取り入れられた
空気を熱交換する空気通路と成されている。前記電池ス
タック7は、前記空間域6と近接するケース1のほぼ中
央部にその底面と連接した直方型の枠体7b内に、多数
枚の電池板7aをセパレータ(図示省略)を介して所定
間隔に整列支持して構成され、前記電池板7aの負極面
には前記水素貯蔵装置10から流入する水素を、又正極
面には前記空気供給手段2から取り入れられた空気を供
給して、前記両者の化学反応により発電するように成さ
れており、このスタック7の空気流入側端面3(開口
部)には、絶縁材料から成る枠状取付板9が、設けら
れ、該取付板9を介して後記空気案内板8がスタック7
の空気流入側端面3に固定されるように成されている。
【0017】前記空気案内板8は、主表面が前記空気流
入側端面3に同等する面積の耐熱耐蝕板材で構成され、
前記空気流入側端面3と空間域6との連通を空気流入口
8aを除き全面的に遮閉するように成されている。又前
記空気流入口8aは、前記空気案内板8、又は空気流入
側端面3の表面積における5%以上10%以下となる面
積率の大きさで開口されており、その開口中心位置が前
記空気案内板8、又は空気流入側端面3における高さの
80%以上となるように選定されていて、前記空間域6
の空気がこの空気流入口8a以外からみだりにスタック
7内に、流入するのを阻止するように成されている。
【0018】因みに前記空気流入口8aにおける面積
率、及びその中心位置を上記のように選定する理由は、
鋭意研究の結果確認されたもので、開口面積率が5%以
下の場合は流入する風量(空気量)が不足して電池面内
に効果的な冷却作用を及ぼすことができず、一方面積率
を10%以上に開口すると風量が多くなるに伴い風圧
(風速)が低下し、吹き出し方向より下方へ廻り込む風
量が多くなって電池面内における上方部に冷却作用を及
ぼさないばかりか、その下方部を過剰冷却し、電池面内
における上方部と下方部との温度差、即ち温度分布を拡
大することが判明した。
【0019】又前記空気流入口8aの高さ位置において
は、冷却むらを生じ易い下方部より上方部が望ましく、
しかる場合上方部への必要風量が十分に確保できなが
ら、かつ下方へ廻り込む空気の流量を少なく抑制するこ
とができる条件に適した位置として上記のように空気流
入側端面3における高さの80%以上に選択するのがよ
い。
【0020】前記水素貯蔵装置10は、水素吸蔵合金を
収納し、水素を吸蔵、放出する複数の水素吸蔵タンク1
0aで構成され、支持部材を介してスタック7内に配さ
れると共に、スタック7と熱交換した排気の予熱で加熱
されて、水素吸蔵タンク10aの機能特性の向上を図る
ように成されている。前記構成によれば、作用において
記述したように起動時においては、外部から取り入れら
れた空気が直接スタック7に流入することなく、確実に
起動用ヒータ4で加熱された後スタック7内に流入して
電池面を十分に予熱するので、電池本体の起動に及ぶ所
要時間を著しく短縮することができる。
【0021】又運転時においては、空気供給手段2で取
り入れられた空気は、空気案内板8で遮閉されて直接ス
タック7内に流入することなく、空間域6をスムーズに
下降する、そして上流側からの連続する風圧作用を受け
て前記空気案内板8の外表面に沿って再び上昇し、該空
気案内板8の空気流入口8aからのみスタック7内に流
入して電池内の冷却に寄与する。
【0022】この場合、前記スタック7の空気流入側端
面3の下方部から空気の流入を防止できるので電池面内
の温度分布を従来よりも改善できる。更に、前記空気案
内板8における空気流入口8aの位置、及び実質空気流
入面積率を所定の大きさに限定していることで電池面内
に及ぼす温度分布を積極的に小さく抑制できて発電に効
果的な温度分布状態を得ることができる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ポータブ
ル燃料電池における電池スタックの空気流入側端面(開
口部)に、空気流入口の開口面積率を限定した空気案内
板を設けた請求項1、及び2の構成により、空気供給手
段で取り入れられた空気が、スタック内における電池面
間に効果的に供給できるので、前記電池面間における温
度分布幅を積極的に小さく抑制でき、電池機能を有効に
利用することができて、従来の空気案内板を具備しない
ものに比して、該空気案内板を設けるといった簡単な構
成のみによりコストに大きく影響を及ぼすことなくポー
タブル燃料電池の性能を顕著に向上させることができる
効果を有する。
【0024】又起動時においては、空気が起動用ヒータ
で確実に加熱された上でスタックに供給されるので、ポ
ータブル燃料電池本体の起動に要する所要時間を短縮で
き、更にスタックに対する空気の供給が、空気案内板の
空気流入口を介して効果的な配分方向に流入するのでス
タック内の温度分布状態が安定し電池板の冷却むらが解
消されて、電池スタックの耐久性を延命できるといった
有利な効果をも伴うものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るポータブル燃料電池の一部切欠し
た全体外観斜視図である。
【図2】前記図1の正面方向断面図である。
【図3】電池スタックの外観斜視図である。
【図4】図5の温度測定位置を示す図である。
【図5】電池面における温度分布比較図である。
【図6】従来におけるポータブル燃料電池の正面方向断
面図である。
【符号の説明】
1 ケース 2 空気供給手段 3 空気流入側端面 4 起動用ヒータ 5 触媒燃焼器 6 空間域 7 電池スタック 8 空気案内板 8a 空気流入口 9 枠状取付板
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成7年4月4日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0017
【補正方法】変更
【補正内容】
【0017】前記空気案内板8は、図3に示すように主
表面が前記空気流入側端面3に同等する面積の耐熱耐触
板材で構成され、前記空気流入側端面3と空気域6との
連通を空気流入口8aを除き全面的に遮閉するように成
されている。又前記空気流入口8aは、前記空気案内板
8、又は空気流入側端面3の表面積における5%以上1
0%以下となる面積率の大きさで開口されており、その
開口中心位置が前記空気案内板8、又は空気流入側端面
3における高さの80%以上となるように選定されてい
て、前記空気域6の空気がこの空気流入口8a以外から
みだりにスタック7内に、流入するのを阻止するように
成されている。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0018
【補正方法】変更
【補正内容】
【0018】因みに前記空気流入口8aにおける面積
率、及びその中心位置を上記のように選定する理由は、
鋭意研究の結果図4に示す電池板7aの測定位置におい
て図5に示したような温度分布状態が確認されたもの
で、開口面積率が5%以下の場合は流入する風量(空気
量)が不足して電池面内に効果的な冷却作用を及ぼすこ
とができず、一方面積率を10%以上に開口すると風量
が多くなるに伴い風圧(風速)が低下し、吹き出し方向
より下方へ廻り込む風量が多くなって電池面内における
上方部に冷却作用を及ぼさないばかりか、その下方部を
過剰冷却し、電池面内における上方部と下方部との温度
差、即ち温度分布を拡大することが判明した。
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図4
【補正方法】変更
【補正内容】
【図4】
【手続補正4】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図5
【補正方法】変更
【補正内容】
【図5】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電池スタックを収容するケース内であっ
    て、電池スタックの開口した空気流入側端面と近接する
    空間域に、起動用ヒータ、触媒燃焼器が設けられ、前記
    空間域の上部に配した空気供給手段によりケース外から
    取り入れた空気を、前記起動用ヒータ、触媒燃焼器を経
    由して前記空気流入側端面から電池スタック内へ供給す
    るように成されたポータブル燃料電池において、 前記空気流入側端面を、上部寄りに空気流入口を設けた
    空気案内板で遮閉したことを特徴とするポータブル燃料
    電池。
  2. 【請求項2】 前記空気流入口は空気案内板の面積又は
    空気流入側端面の面積における5%以上で10%以下の
    面積であり、その中心位置は前記空気案内板又は空気流
    入側端面における高さの80%以上の位置に選定される
    ことを特徴とする請求項1に記載のポータブル燃料電
    池。
JP7066144A 1995-03-24 1995-03-24 ポータブル燃料電池 Pending JPH08264199A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6841277B2 (en) 1999-03-10 2005-01-11 Siemens Aktiengesellschaft Method for operating a fuel cell plant and fuel cell plant
JP2006139991A (ja) * 2004-11-11 2006-06-01 Denso Corp 燃料電池システム
US7582376B2 (en) 2004-09-29 2009-09-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Proton conductive polymer and fuel cell using the same
JP2022108294A (ja) * 2021-01-13 2022-07-26 三菱電機株式会社 燃料電池装置

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