JPH09259908A - Fuel battery - Google Patents

Fuel battery

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Publication number
JPH09259908A
JPH09259908A JP8071588A JP7158896A JPH09259908A JP H09259908 A JPH09259908 A JP H09259908A JP 8071588 A JP8071588 A JP 8071588A JP 7158896 A JP7158896 A JP 7158896A JP H09259908 A JPH09259908 A JP H09259908A
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JP
Japan
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fuel
chamber
heat
gas
water
Prior art date
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Pending
Application number
JP8071588A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeki Kadoma
茂樹 門間
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP8071588A priority Critical patent/JPH09259908A/en
Publication of JPH09259908A publication Critical patent/JPH09259908A/en
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

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance safety by improving quality for decreasing thermal radiation of a vessel and for improving thermal efficiency of a quality improvement chamber and eliminating fire, further to try to miniaturization and light-weighting of an entire system by eliminating a vaporizer and integrating a vaporizer of liquid fuel or water and a cooler for cooling quality improved gas. SOLUTION: A plurality of single cells 4 pinching an electrolyte 3 are laminated by a fuel pole and an oxidation agent pole 2 and constitutes a fuel battery main body 5. Coolant fed out from a coolant tank 6 to cool the heat generated by chemical reaction caused in the fuel battery main body 5 circulates each part of fuel battery by means of a coolant circulation pipe 9 and is returned to the coolant tank 6. A quality improvement vessel main body 16 is composed of a combustion chamber 14 into which hydrogen gas from the fuel pole 1 and the air from a blower 17 are fed and a quality improvement chamber 15 into which water or liquid fuel are fed. The quality improvement vessel 13 is made of heat exchangers 18 and 19 to be provided around the fuel chamber 14 and the quality improvement chamber 15. By such constitution, the heat exchangers 18 and 19 decreases the heat radiation quantity from the quality improvement main body 16 and improve heat efficiency.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池に係り、
特に自動車等の車両用として用いることが好適な燃料電
池に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel cell,
In particular, the present invention relates to a fuel cell suitable for use in vehicles such as automobiles.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は電気化学反応による発電方式
で、高効率と優れた環境特性のために脚光を浴びてい
る。この新しい発電装置の一種である燃料電池の仕組み
は、天然ガス等の燃料を改質して得られる水素と、空気
中の酸素とを電気化学的に反応させて直接発電するもの
であり、化学発電と呼ばれている。
2. Description of the Related Art A fuel cell is a power generation method based on an electrochemical reaction, and is in the limelight because of its high efficiency and excellent environmental characteristics. The mechanism of a fuel cell, which is a type of this new power generator, is to directly generate electricity by electrochemically reacting hydrogen obtained by reforming a fuel such as natural gas with oxygen in the air. It is called power generation.

【0003】この様な従来の燃料電池の構成について、
図面を参照して説明する。図3は、燃料電池のシステム
構成図である。燃料極101と酸化剤極102との間に
電解質103が狭着され、単セル電池104を構成す
る。単セル電池104が複数積層され燃料電池本体10
5を構成する。燃料電池本体105には、電解質103
を冷却するための冷却板106が設けられる。電解質1
03の温度は約85[℃]に制御される。燃料電池本体
105(燃料極101)には、燃料となる水素を供給す
るための改質器107が気化器109を介して接続され
る。改質器107には、改質器107を加熱するための
バーナ108が設けられる。バーナ108には、バーナ
108に空気を供給するブロア116が接続される。酸
化剤極102から排出される空気は、熱交換器117を
介してバーナ108に接続される。
Regarding the structure of such a conventional fuel cell,
This will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a system configuration diagram of the fuel cell. An electrolyte 103 is sandwiched between a fuel electrode 101 and an oxidant electrode 102 to form a single cell battery 104. Fuel cell main body 10 in which a plurality of single cell batteries 104 are stacked
5 is constituted. The fuel cell body 105 has an electrolyte 103
A cooling plate 106 is provided for cooling. Electrolyte 1
The temperature of 03 is controlled to about 85 [° C.]. A reformer 107 for supplying hydrogen as a fuel is connected to the fuel cell body 105 (fuel electrode 101) via a vaporizer 109. The reformer 107 is provided with a burner 108 for heating the reformer 107. A blower 116 that supplies air to the burner 108 is connected to the burner 108. The air discharged from the oxidant electrode 102 is connected to the burner 108 via the heat exchanger 117.

【0004】酸化剤極102に空気を供給するブロア1
10が設けられる。改質器107に供給される水を蓄え
る水タンク113は、熱交換器114を介してバーナ1
08に接続される。液体燃料を蓄積する燃料タンク11
5は熱交換器112を介して改質器107に接続され
る。
Blower 1 for supplying air to the oxidizer electrode 102
10 are provided. The water tank 113 that stores the water supplied to the reformer 107 is connected to the burner 1 via the heat exchanger 114.
08. Fuel tank 11 for accumulating liquid fuel
5 is connected to the reformer 107 via the heat exchanger 112.

【0005】この様に構成される燃料電池は、以下の段
階をもって動作する。 (1)燃料タンク115から供給されるアルコール(メ
タノール)等の液体燃料と水タンク113から供給され
る水とはバーナ108に送られ混合物(液体燃料と水)
となり、その後バーナ108によって加熱されガス状態
の改質ガスとなる。ガス状態となった改質ガスは水素ガ
スを多く含んだ燃料ガスとなる。
The fuel cell thus constructed operates in the following steps. (1) The liquid fuel such as alcohol (methanol) supplied from the fuel tank 115 and the water supplied from the water tank 113 are sent to the burner 108 to be a mixture (liquid fuel and water).
Then, it is heated by the burner 108 and becomes a reformed gas in a gas state. The reformed gas in the gas state becomes a fuel gas containing a large amount of hydrogen gas.

【0006】(2)燃料ガス(水素ガス)は、気化器1
09を通って燃料極101に送られる。 (3)ブロア110から酸化剤102に送り込まれる空
気(酸素)と、水素ガスとが、電解質103内で化学反
応を起こし、電気を発生させる。
(2) The fuel gas (hydrogen gas) is used in the vaporizer 1.
It is sent to the fuel electrode 101 through 09. (3) The air (oxygen) sent from the blower 110 to the oxidant 102 and hydrogen gas cause a chemical reaction in the electrolyte 103 to generate electricity.

【0007】(4)化学反応後の燃料極101からの水
素ガスと、酸化剤極102からの酸素とが、バーナ10
8に送り込まれる。また、バーナ108にはブロア11
1から空気が、液体燃料が貯蔵される燃料タンク113
から液体燃料が供給される。
(4) The hydrogen gas from the fuel electrode 101 and the oxygen from the oxidant electrode 102 after the chemical reaction are burned by the burner 10
Sent to 8. Also, the burner 108 has a blower 11
1. Fuel tank 113 for storing air and liquid fuel from 1
Is supplied with liquid fuel.

【0008】(5)バーナ108で水素ガス等を燃焼さ
せることで、改質器107内の液体燃料と水との混合物
を所望の温度に暖めている。また、単セル104を冷却
する冷却板106には、水タンク116から水等の冷却
水が循環されており、単セル104内で起こる化学反応
によって発生する反応熱を奪っている。
(5) By burning hydrogen gas or the like in the burner 108, the mixture of liquid fuel and water in the reformer 107 is warmed to a desired temperature. In addition, cooling water such as water is circulated from a water tank 116 to a cooling plate 106 that cools the unit cell 104, and removes reaction heat generated by a chemical reaction that occurs in the unit cell 104.

【0009】冷却板106を通過した冷却水は、気化器
112及び加熱器114を通過する際に熱を奪われ水タ
ンク116に回収される。気化器112は、冷却水から
熱を奪って液体燃料を加熱する。また、バーナ108を
介して改質器107に送り込まれる水蒸気(水)を貯蓄
する水タンク113に接続される加熱器114は、気化
器112を通過した冷却水からを熱を奪って水を加熱す
る。
The cooling water that has passed through the cooling plate 106 is deprived of heat when passing through the vaporizer 112 and the heater 114, and is collected in the water tank 116. The vaporizer 112 takes heat from the cooling water to heat the liquid fuel. A heater 114 connected to a water tank 113 that stores steam (water) sent to the reformer 107 via the burner 108 removes heat from the cooling water passing through the vaporizer 112 to heat the water. To do.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、自動車
等の移動体の電源として燃料電池を使用する場合に、燃
焼ガスを作る改質器を加熱するために必要となるバーナ
等の加熱器を用いることは安全上不可能である。
However, when a fuel cell is used as a power source for a moving body such as an automobile, it is necessary to use a heater such as a burner which is necessary for heating a reformer for producing combustion gas. Is impossible for safety.

【0011】そこで、バーナ等を使用することなく、よ
り低い温度で化学反応を起こして燃料ガスを生成するた
めに、適当な触媒を用いている。触媒を使用すること
で、燃料ガスの生成温度を約700[℃]まで低下させ
ることができる。
Therefore, an appropriate catalyst is used to generate a fuel gas by causing a chemical reaction at a lower temperature without using a burner or the like. By using the catalyst, the production temperature of the fuel gas can be lowered to about 700 [° C].

【0012】しかし、改質器本体とその周囲との温度差
が大きく、放熱等によって熱交換効率も悪かった。ま
た、液体燃料の貯蔵容器や化学反応に必要な水や燃料電
池本体を冷却するための冷却水を蓄える容器も別途必要
となり、燃料電池を含んだシステム全体が大形化すると
いった問題もあった。
However, the temperature difference between the reformer body and its surroundings is large, and the heat exchange efficiency is poor due to heat radiation and the like. In addition, a liquid fuel storage container and a container for storing water necessary for a chemical reaction and cooling water for cooling the fuel cell body are additionally required, which causes a problem that the entire system including the fuel cell becomes large. .

【0013】そこで、本発明は上記従来の問題点に鑑み
てなされたもので、改質器の外表面温度を約100
[℃]に低下させ、放熱を少なくし熱効率を向上させ、
また、熱交換器によって液体燃料や水の気化を行うこと
により、気化器を不要とし、同時に気化時間の短縮を可
能とする。また、液体燃料や水の気化器と改質ガスを冷
却する冷却器とが一体となることにより、燃料電池を含
んだシステム全体の小形軽量化を提供することを目的と
する。
Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and the outer surface temperature of the reformer is about 100.
Reduced to [℃] to reduce heat dissipation and improve thermal efficiency,
Further, by vaporizing the liquid fuel or water with the heat exchanger, the vaporizer is not required, and at the same time, the vaporization time can be shortened. Another object of the present invention is to provide a compact and lightweight system as a whole including a fuel cell by integrating a vaporizer of liquid fuel or water with a cooler for cooling reformed gas.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、水素ガスが供給される燃料極と、酸素
が供給される酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極と
に挟持され、水素ガスと酸素とを化学反応させて電気を
発生させる電解質と、前記燃料極に供給される水素ガス
を生成する改質室と、前記改質室からの改質ガスと前記
燃料極から排出される水素ガスとの熱交換を行う第1の
熱交換器と、前記燃料極から排出される水素ガスを燃焼
する燃焼室と、前記燃焼室から排出されるガスと前記改
質室に供給される水および液体燃料との熱交換を行う第
2の熱交換器とから構成される。
To achieve the above object, the present invention provides a fuel electrode to which hydrogen gas is supplied, an oxidant electrode to which oxygen is supplied, the fuel electrode and the oxidant electrode. An electrolyte that is sandwiched between and to generate electricity by chemically reacting hydrogen gas and oxygen, a reforming chamber that generates hydrogen gas that is supplied to the fuel electrode, a reformed gas from the reforming chamber, and A first heat exchanger that exchanges heat with hydrogen gas discharged from a fuel electrode, a combustion chamber that burns hydrogen gas discharged from the fuel electrode, a gas discharged from the combustion chamber, and the reformer. It is composed of a second heat exchanger for exchanging heat with water and liquid fuel supplied to the chamber.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しながら説明していく。図1は、燃料電池のシステム
構成で、図2は、燃料電池に係る改質器の分解斜視図で
ある。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a system configuration of a fuel cell, and FIG. 2 is an exploded perspective view of a reformer of the fuel cell.

【0016】燃料極1と酸化剤極2とによって、電解質
3を挟持してなる単セル4が、複数積層されて燃料電池
本体5を構成する。酸化剤極2には空気を送り込むため
のブロア11が設けられる。燃料電池本体5内でおこる
化学反応によって発生する熱を冷却するために、冷媒を
貯蔵する冷媒タンク6は、ポンプ7によって単セル4に
設けられる冷却板8に冷媒を供給する。冷媒タンク6か
ら送り出された冷媒は、冷媒循環配管9によって、燃料
電池各部を循環し、再び冷媒タンク6に戻る。冷媒循環
配管9には冷媒の循環途中で、液体燃料が貯蓄される燃
料タンク20にポンプ21を介して接続される熱交換器
10と、水が貯蓄される水タンク22にポンプ23を介
して接続される熱交換器12とが設けられる。
A fuel cell body 5 is constructed by stacking a plurality of single cells 4 each having an electrolyte 3 sandwiched between a fuel electrode 1 and an oxidant electrode 2. The oxidizer electrode 2 is provided with a blower 11 for sending air. In order to cool the heat generated by the chemical reaction occurring in the fuel cell body 5, the refrigerant tank 6 that stores the refrigerant supplies the refrigerant to the cooling plate 8 provided in the single cell 4 by the pump 7. The refrigerant sent from the refrigerant tank 6 circulates in each part of the fuel cell through the refrigerant circulation pipe 9 and returns to the refrigerant tank 6 again. During the circulation of the refrigerant in the refrigerant circulation pipe 9, a heat exchanger 10 connected to a fuel tank 20 for storing liquid fuel via a pump 21 and a water tank 22 for storing water via a pump 23. A heat exchanger 12 to be connected is provided.

【0017】また、改質器本体16は、燃料極1からの
水素ガスとブロア17からの空気とが送り込まれる燃料
室14と、水や液体燃料が送り込まれる改質室15とか
ら構成される。改質器13は、燃料室14と改質室15
と改質室15の周囲(図1中では改質室15の上下)に
設けられる熱交換器18(第1の熱交換器)、19(第
2の熱交換器)とから構成される。
The reformer body 16 is composed of a fuel chamber 14 into which hydrogen gas from the fuel electrode 1 and air from the blower 17 are fed, and a reforming chamber 15 into which water or liquid fuel is fed. . The reformer 13 includes a fuel chamber 14 and a reforming chamber 15
And heat exchangers 18 (first heat exchanger) and 19 (second heat exchanger) provided around the reforming chamber 15 (upper and lower sides of the reforming chamber 15 in FIG. 1).

【0018】ここで、改質器13の詳細な構成について
説明する(図2参照)。改質器13は、熱交換器18、
改質器本体16(改質室15と燃料室14とから構成さ
れる)、熱交換器19の順に積層される。更に各構成要
素は厚さ0.3〜2[mm]のステンレス・スチールか
らなり、隣接するステンレス・スチールはろう付けや溶
接等により接合される。
Here, the detailed structure of the reformer 13 will be described (see FIG. 2). The reformer 13 includes a heat exchanger 18,
The reformer body 16 (comprising the reforming chamber 15 and the fuel chamber 14) and the heat exchanger 19 are stacked in this order. Further, each component is made of stainless steel having a thickness of 0.3 to 2 [mm], and adjacent stainless steels are joined by brazing, welding or the like.

【0019】(1)熱交換器18の構成。 熱交換器18は、上部端板24と混合加熱板27と中間
板29と改質ガス冷却板30とから構成される。
(1) Structure of the heat exchanger 18. The heat exchanger 18 includes an upper end plate 24, a mixing heating plate 27, an intermediate plate 29, and a reformed gas cooling plate 30.

【0020】ブロア17から供給される空気は、上部端
板24の空気入口25より混合加熱いた27に送られ
る。また、燃料電池本体5の燃料極1から排出された水
素ガスは、ガス入口26より混合加熱板27に送り込ま
れる。送り込まれた空気と水素ガスとは、混合加熱板2
7のガス流通溝28で混合され加熱される。空気あるい
は水素ガスと、改質ガスとは中間板29によって仕切ら
れ混合することはない。中間板29には、改質ガスが流
通する穴と、空気と水素とが混合する混合ガスが流通す
る穴とが設けられる。改質室15から排出される改質ガ
スは、改質ガス冷却板30の流通溝31を流通する過程
で冷却され、中間板29の穴を通過して上部端板24に
設けられる改質ガス出口32より改質器13外部に排出
される。
The air supplied from the blower 17 is sent from the air inlet 25 of the upper end plate 24 to the mixed and heated 27. Further, the hydrogen gas discharged from the fuel electrode 1 of the fuel cell body 5 is sent to the mixing heating plate 27 through the gas inlet 26. The sent air and hydrogen gas are mixed and heated by a heating plate 2
It is mixed and heated in the gas circulation groove 28 of 7. The air or hydrogen gas and the reformed gas are separated by the intermediate plate 29 and are not mixed. The intermediate plate 29 is provided with a hole through which the reformed gas flows and a hole through which a mixed gas in which air and hydrogen are mixed flows. The reformed gas discharged from the reforming chamber 15 is cooled in the process of flowing through the circulation groove 31 of the reformed gas cooling plate 30, passes through the hole of the intermediate plate 29, and is provided on the upper end plate 24. It is discharged from the outlet 32 to the outside of the reformer 13.

【0021】(2)改質器本体16(改質室15及び燃
料室14)の構成。 改質器本体16と熱交換器18とはセパレータ板33を
挟んで接続される。燃料室14内の燃料室板34に設け
られる穴から水素ガスと空気との混合ガスは触媒35に
供給され、触媒35中を矢印方向に通過する際に化学反
応を起こして熱を発生する。この時の温度は、700
[℃]程度である。触媒35を通過した混合ガスは、燃
料室板34に設けられる別の穴から排出される。
(2) Structure of the reformer body 16 (reforming chamber 15 and fuel chamber 14). The reformer body 16 and the heat exchanger 18 are connected with the separator plate 33 interposed therebetween. A mixed gas of hydrogen gas and air is supplied to the catalyst 35 from a hole provided in the fuel chamber plate 34 in the fuel chamber 14, and when passing through the catalyst 35 in the arrow direction, a chemical reaction occurs to generate heat. The temperature at this time is 700
It is about [° C]. The mixed gas that has passed through the catalyst 35 is discharged from another hole provided in the fuel chamber plate 34.

【0022】改質室15は、改質室板36に設けられる
穴から水蒸気と気化した燃料ガスとを混合させた混合ガ
スを、触媒37を矢印方向に流通することにより、水素
ガスに富んだ改質ガスを発生させ、改質室板36に設け
られる別の穴から排出される。 燃料室14と改質室1
5とでセパレータ板38を挟持する。
The reforming chamber 15 is rich in hydrogen gas by flowing a mixed gas, which is a mixture of water vapor and vaporized fuel gas, through a hole provided in the reforming chamber plate 36 through the catalyst 37 in the arrow direction. The reformed gas is generated and discharged through another hole provided in the reforming chamber plate 36. Fuel chamber 14 and reforming chamber 1
The separator plate 38 is sandwiched between 5 and 5.

【0023】この様な改質器本体16を複数積層させる
ことで、水素ガスの所望の生成量を得ることができる。
By stacking a plurality of such reformer main bodies 16, a desired amount of hydrogen gas can be obtained.

【0024】(3)熱交換器19の構成。 下部端板39には、冷媒の冷媒循環配管9に設けられた
熱交換器10で加熱された液体燃料の入口40と、冷媒
の冷媒循環配管9に設けられた熱交換器12で加熱され
た水の入口41と、燃料室14から排出される混合ガス
の排ガスの出口である排ガス出口42とが設けられる。
(3) Structure of the heat exchanger 19. The lower end plate 39 is heated by the inlet 40 of the liquid fuel heated by the heat exchanger 10 provided in the refrigerant circulation pipe 9 for the refrigerant and by the heat exchanger 12 provided in the refrigerant circulation pipe 9 for the refrigerant. An inlet 41 for water and an exhaust gas outlet 42 for the exhaust gas of the mixed gas discharged from the fuel chamber 14 are provided.

【0025】下部端板39から供給された水は、蒸気板
43に設けられる流通溝44を流通する過程で加熱され
水蒸気となる。また、燃料室14から排出された排ガス
は、冷却板45に設けられる流通溝46を流通する過程
で冷却される。蒸発板43から排出される水蒸気と液体
燃料とは、混合加熱板47に設けられる流通溝48を流
通する過程で混合され加熱される。混合され加熱された
燃料ガスと水蒸気とは、改質室15へ送られる。蒸気板
43と冷却板45、あるいは冷却板45と混合加熱板4
7との間にはセパレータ板38が設けられる。また、改
質室本体16と熱交換器19との間には、セパレータ板
38が設けられる。
The water supplied from the lower end plate 39 is heated to be steam in the process of flowing through the flow groove 44 provided in the steam plate 43. Further, the exhaust gas discharged from the fuel chamber 14 is cooled in the process of flowing through the flow groove 46 provided in the cooling plate 45. The water vapor and the liquid fuel discharged from the evaporation plate 43 are mixed and heated in the process of flowing through the flow groove 48 provided in the mixing heating plate 47. The mixed and heated fuel gas and steam are sent to the reforming chamber 15. Steam plate 43 and cooling plate 45, or cooling plate 45 and mixing heating plate 4
A separator plate 38 is provided between the separator plate 38 and the plate 7. Further, a separator plate 38 is provided between the reforming chamber body 16 and the heat exchanger 19.

【0026】この様な構成からなる本発明の燃料電池の
動作について説明する。水タンク22からの水は、熱交
換器12によって加熱され、熱交換器19に送り込まれ
る。同時に、燃料タンク20からの燃料は、熱交換器1
0によって加熱され、熱交換器19に送られる。熱交換
器19では、水と燃料とを燃料室14から排出されるガ
スで再度加熱し気化させ、気化した気化ガスはその後改
質室15に供給される。改質室15内の化学反応によっ
て作られた改質ガス(水素ガス)は、熱交換器18で冷
却され燃料極1に送られる。改質ガスが改質室15から
送られる燃料極1と、ブロア11から供給される空気が
送られる酸化剤極2と、電解質3とで化学反応が起こ
り、その化学反応によって発生した熱を電気エネルギ
(直流電流)として取り出し、その後図示しない直流交
流変換器に送られる。燃料電池本体5は、冷媒タンク6
から供給される冷媒の循環によって冷却されることによ
り、燃料電池本体5を約85℃の温度に保ち安定な動作
を行っている。
The operation of the fuel cell of the present invention having such a configuration will be described. The water from the water tank 22 is heated by the heat exchanger 12 and sent to the heat exchanger 19. At the same time, the fuel from the fuel tank 20 is transferred to the heat exchanger 1
It is heated by 0 and sent to the heat exchanger 19. In the heat exchanger 19, water and fuel are heated again by the gas discharged from the fuel chamber 14 to be vaporized, and the vaporized vaporized gas is then supplied to the reforming chamber 15. The reformed gas (hydrogen gas) produced by the chemical reaction in the reforming chamber 15 is cooled by the heat exchanger 18 and sent to the fuel electrode 1. A chemical reaction occurs between the fuel electrode 1 to which the reformed gas is sent from the reforming chamber 15, the oxidant electrode 2 to which the air supplied from the blower 11 is sent, and the electrolyte 3, and the heat generated by the chemical reaction is converted into electricity. It is taken out as energy (DC current) and then sent to a DC / AC converter (not shown). The fuel cell body 5 includes a refrigerant tank 6
The fuel cell main body 5 is maintained at a temperature of about 85 ° C. and is stably operated by being cooled by the circulation of the refrigerant supplied from.

【0027】燃料極1から排出される改質ガスは、ブロ
ア17から送り込まれる空気と混合され、熱交換器18
で加熱される。加熱された改質ガスは、燃料室14に送
られ燃焼し、その後熱交換器19で冷却され、改質器1
3外部に排出される。
The reformed gas discharged from the fuel electrode 1 is mixed with the air sent from the blower 17, and the heat exchanger 18 is heated.
Heated. The heated reformed gas is sent to the fuel chamber 14 and burned, then cooled by the heat exchanger 19, and the reformer 1
3 Discharged to the outside.

【0028】冷却板8を通過して温められた冷媒は、熱
交換器10、12で、冷媒が燃料電池本体5から奪った
熱を水や液体燃料に熱を伝達することによって、熱を放
熱し冷媒タンク6に戻る前に温度を低下させる。
The refrigerant heated by passing through the cooling plate 8 is radiated by the heat exchangers 10 and 12 by transferring the heat taken by the refrigerant from the fuel cell main body 5 to water or liquid fuel. Then, the temperature is lowered before returning to the refrigerant tank 6.

【0029】熱交換器18は、燃料電池本体5の燃料極
1から排出される水素ガスを含むガスとブロア17から
の空気とを加熱する一方で、改質室15からの改質ガス
を冷却する。
The heat exchanger 18 heats the gas containing hydrogen gas discharged from the fuel electrode 1 of the fuel cell body 5 and the air from the blower 17, while cooling the reformed gas from the reforming chamber 15. To do.

【0030】熱交換器19は、水タンク22からの水を
熱交換器12で加熱したものと、また燃料タンク20か
らの液体燃料を熱交換器10で加熱したものとを、気化
し再び加熱する一方で、燃料室14から排出される排出
ガスを冷却する。
The heat exchanger 19 vaporizes and reheats the water from the water tank 22 heated by the heat exchanger 12 and the liquid fuel from the fuel tank 20 heated by the heat exchanger 10. On the other hand, the exhaust gas discharged from the fuel chamber 14 is cooled.

【0031】さらに、燃料電池の改質室13の動作につ
いて説明する。熱交換器18の上部端板24の空気入口
25から空気が、ガス入口26から水素ガスが混合加熱
板27のガス流通溝28で混合され、その後改質器本体
16の燃料室板34の触媒35中を矢印方向に流通し、
化学反応によって発熱する。触媒35を通過し化学反応
後の水素ガスと空気とは、熱交換器19の冷却板45に
設けられる流通溝46で熱を奪われ、下部端板39の排
ガスの出口42から排出される。
Further, the operation of the reforming chamber 13 of the fuel cell will be described. Air from the air inlet 25 of the upper end plate 24 of the heat exchanger 18 and hydrogen gas from the gas inlet 26 are mixed in the gas flow groove 28 of the mixing heating plate 27, and then the catalyst of the fuel chamber plate 34 of the reformer body 16 is mixed. Circulate in 35 in the direction of the arrow,
Heat is generated by a chemical reaction. The hydrogen gas and the air that have passed through the catalyst 35 and have undergone the chemical reaction are deprived of heat by the flow grooves 46 provided in the cooling plate 45 of the heat exchanger 19, and are discharged from the exhaust gas outlet 42 of the lower end plate 39.

【0032】また、下部端板39の水の入口41から供
給される水が、蒸気板43の流通溝44を通過する際に
水蒸気となる。下部端板39の液体燃料の入口40から
供給される液体燃料と水蒸気とが、混合加熱板47の流
通溝48を通過する際に、混合される。混合された水蒸
気と燃料ガスとは、改質室板36の触媒37を通過する
際に化学反応によって水素ガスに富んだ改質ガスを発生
し、その後熱交換器18の改質ガス冷却板30の流通溝
31を通過する際に冷却され、上部端板24の改質ガス
出口32から排出される。
The water supplied from the water inlet 41 of the lower end plate 39 becomes water vapor when passing through the flow groove 44 of the steam plate 43. The liquid fuel and water vapor supplied from the liquid fuel inlet 40 of the lower end plate 39 are mixed when passing through the flow groove 48 of the mixing and heating plate 47. The mixed steam and fuel gas generate a reformed gas rich in hydrogen gas by a chemical reaction when passing through the catalyst 37 of the reforming chamber plate 36, and thereafter, the reformed gas cooling plate 30 of the heat exchanger 18 It is cooled when passing through the flow groove 31 of the above and is discharged from the reformed gas outlet 32 of the upper end plate 24.

【0033】以上述べた様な本発明では、改質ガスを生
成するための改質室15の温度が化学反応によって約7
00[℃]になるため、改質器本体16周辺に熱交換器
を設けることにより、改質器本体16からの放熱量を減
少させ熱効率を良くすることができ、温度制御を簡便に
し、また改質室内を所望の温度にするために使用される
液体燃料の使用量を減少させることができる。
In the present invention as described above, the temperature of the reforming chamber 15 for producing the reformed gas is about 7 due to the chemical reaction.
Since the temperature is 00 [° C.], by providing a heat exchanger around the reformer main body 16, it is possible to reduce the amount of heat radiated from the reformer main body 16 and improve thermal efficiency, simplify temperature control, and The amount of liquid fuel used to bring the reforming chamber to the desired temperature can be reduced.

【0034】また、放熱を防ぐ熱交換器19に所定の熱
を持たせるために必要な液体燃料(熱源)も燃料室から
排出される反応ガスを使用することにより余分な熱源も
不要であり、燃料電池の小形軽量化ができると共にコス
ト低減に寄与する。
Further, the liquid fuel (heat source) required to give the heat exchanger 19 for preventing heat radiation a predetermined amount of heat does not require an extra heat source by using the reaction gas discharged from the fuel chamber. The fuel cell can be made smaller and lighter and contribute to cost reduction.

【0035】さらに、熱交換器19によって液体燃料や
水を加熱し気体とすることで、気化器を不要とし装置の
小形軽量化ができ、また気化時間の短縮にも貢献する。
また、バーナ等の加熱器を具備しないため、加熱器が使
用できない場合(例えば自動車等の車両用)の電源とし
て活用でき、また火気を不要とすることで安全性が向上
する。
Further, by heating the liquid fuel or water into gas by the heat exchanger 19, the carburetor is not required, the size and weight of the device can be reduced, and the vaporization time can be shortened.
Further, since a heater such as a burner is not provided, it can be utilized as a power source when the heater cannot be used (for vehicles such as automobiles), and safety is improved by eliminating the need for fire.

【0036】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
その主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できるこ
とはいうまでもない。例えば、各種ガス(水素や空気
等)の出入口はガスが少なくとも流通すれば良く、その
形状、配置場所は適時変更して構わない。
The present invention is not limited to the above embodiment,
It goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. For example, at least the gas flows through the inlets and outlets of various gases (hydrogen, air, etc.), and its shape and location may be changed at any time.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、改質
器の放熱を減少させて改質室の熱効率を向上させること
ができ、また火気を不要とすることで安全性を高めるこ
とができる。また、液体燃料や水を気化する気化器を不
要とし、液体燃料や水の気化器と改質ガスを冷却する冷
却器とを一体化させることによってシステム全体が小形
軽量化ができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the heat radiation of the reformer to improve the thermal efficiency of the reforming chamber, and to improve safety by eliminating the need for fire. You can Further, by eliminating the need for a vaporizer for vaporizing liquid fuel or water and integrating the vaporizer for liquid fuel or water with a cooler for cooling the reformed gas, the entire system can be made compact and lightweight.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の燃料電池のシステム構成図FIG. 1 is a system configuration diagram of a fuel cell of the present invention.

【図2】 本発明の燃料電池に係る改質器の分解斜視図FIG. 2 is an exploded perspective view of a reformer according to the fuel cell of the present invention.

【図3】 従来の燃料電池のシステム構成図FIG. 3 is a system configuration diagram of a conventional fuel cell

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料極 2 酸化剤極 3 電解質 4 単セル 5 燃料電池本体 6 冷媒タンク 7、21、23 ポンプ 8 冷却板 9 冷媒循環配管 10、12、熱交換器 18 熱交換器(第1の熱交換器) 19 熱交換器(第2の熱交換器) 13 改質器 14 燃料室 15 改質室 16 改質器本体 11、17 ブロア 20 燃料タンク 22 水タンク 24 上部端板 25 空気入口 26 ガス入口 27、47 混合加熱板 28 ガス流通溝 29 中間板 30 改質ガス冷却板 31、44、46、48 流通溝 32 改質ガス出口 33、38 セパレータ板 34 燃料室板 35、37 触媒 36 改質室板 39 下部端板 40 液体燃料の入口 41 水の入口 42 排ガスの出口 43 蒸気板 45 冷却板 1 Fuel Electrode 2 Oxidizer Electrode 3 Electrolyte 4 Single Cell 5 Fuel Cell Main Body 6 Refrigerant Tank 7, 21, 23 Pump 8 Cooling Plate 9 Refrigerant Circulation Pipes 10, 12, Heat Exchanger 18 Heat Exchanger (First Heat Exchanger) ) 19 heat exchanger (second heat exchanger) 13 reformer 14 fuel chamber 15 reforming chamber 16 reformer body 11, 17 blower 20 fuel tank 22 water tank 24 upper end plate 25 air inlet 26 gas inlet 27 , 47 mixed heating plate 28 gas distribution groove 29 intermediate plate 30 reformed gas cooling plate 31, 44, 46, 48 distribution groove 32 reformed gas outlet 33, 38 separator plate 34 fuel chamber plate 35, 37 catalyst 36 reforming chamber plate 39 Lower end plate 40 Liquid fuel inlet 41 Water inlet 42 Exhaust gas outlet 43 Steam plate 45 Cooling plate

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】水素ガスが供給される燃料極と、酸素が供
給される酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極とに挟
持され、水素ガスと酸素とを化学反応させて電気を発生
させる電解質と、前記燃料極に供給される水素ガスを生
成する改質室と、前記改質室からの改質ガスと前記燃料
極から排出される水素ガスとの熱交換を行う第1の熱交
換器と、前記燃料極から排出される水素ガスを燃焼する
燃焼室と、前記燃焼室から排出されるガスと前記改質室
に供給される水および液体燃料との熱交換を行う第2の
熱交換器ととから構成されることを特徴とする燃料電
池。
1. A fuel electrode to which hydrogen gas is supplied, an oxidant electrode to which oxygen is supplied, and an oxidant electrode sandwiched between the fuel electrode and the oxidant electrode, and hydrogen gas and oxygen are chemically reacted to generate electricity. A first electrolyte for generating heat, a reforming chamber for generating hydrogen gas supplied to the fuel electrode, and a heat exchange between the reformed gas from the reforming chamber and the hydrogen gas discharged from the fuel electrode. A heat exchanger, a combustion chamber that burns hydrogen gas discharged from the fuel electrode, and heat exchange between the gas discharged from the combustion chamber and the water and liquid fuel supplied to the reforming chamber And a heat exchanger for the fuel cell.
【請求項2】前記燃料極と前記酸化剤極と前記電解質と
で起こる化学反応から発生する熱を冷却する冷却板が設
けられることを特徴とする請求項1記載の燃料電池。
2. The fuel cell according to claim 1, further comprising a cooling plate for cooling heat generated by a chemical reaction between the fuel electrode, the oxidizer electrode and the electrolyte.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002216814A (en) * 2001-01-22 2002-08-02 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system equipped with humidifying part and humidifying method using same
CN114744256A (en) * 2022-06-13 2022-07-12 合肥工业大学 Hydrogen fuel cell thermal radiation and wind environment adaptability test system and method

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