JPS63200468A - Normal temperature type acidic methanol fuel cell - Google Patents

Normal temperature type acidic methanol fuel cell

Info

Publication number
JPS63200468A
JPS63200468A JP62033796A JP3379687A JPS63200468A JP S63200468 A JPS63200468 A JP S63200468A JP 62033796 A JP62033796 A JP 62033796A JP 3379687 A JP3379687 A JP 3379687A JP S63200468 A JPS63200468 A JP S63200468A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat
battery
heat pipe
cell
fuel cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP62033796A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaji Mochizuki
望月 正司
Satoshi Kitagawa
聡 北川
Tadashi Kono
正 河野
Hirokazu Yoshikawa
吉川 博和
Hiroshi Kakuno
覚野 宏
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.)
Maxell Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Maxell Ltd filed Critical Hitachi Maxell Ltd
Priority to JP62033796A priority Critical patent/JPS63200468A/en
Publication of JPS63200468A publication Critical patent/JPS63200468A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • 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

Abstract

PURPOSE:To facilitate operation of a cell even if an environmental temperature is low below 0 deg.C for a long period by disposing a heat-radiating part of a heat pipe at the inside or in the vicinity of the cell and disposing a part of the heat pipe at a vertical depth of 1 m or more below the earth surface and performing a heat retaining process sufficiently therebetween. CONSTITUTION:A cell body is composed of an element cell 1, a fuel tank 2 made of polyethylene, and an exhaustion stopcock equipped with a gas/liquid separating film. When a carbon dioxide gas produced by a discharge reaction at a negative electrode is exhausted from the tank, fuel is prevented from leaking. A methanol aqueous solution of 20 volume% in its methanol concentration is used as the fuel 4. A heated part 42 of a heat pipe 40 is disposed at a vertical depth of about 2 m from the earth surface, and a heat-radiating part 41 of the heat pipe 40 is disposed in the fuel 4 which exists in the fuel tank 2 of the cell 31. A part between the heat-radiating part 41 and heating part 42 of the heat pipe 40 is covered with a heat retaining material 43 such as glass wool so as to be in a heat retaining state. Hence, the cell can be operated even if an environmental temperature is low below 0 deg.C.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は常温型酸性メタノール燃料電池に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to a room temperature acidic methanol fuel cell.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

酸性電解質を用いる常温型メタノール燃料電池では、正
極および負極の触媒としては両者とも白金系触媒が好用
され、正極は空気中の酸素を反応物質とし、負極はメタ
ノール(CH2OI()と水との混合物を反応物質とし
ており、正極は空気極、負極はメタノール極と呼ばれて
いる。そして、その放電反応は 正極では 3/20g + 6 H” + 68− →3 HzO
負極では CHsOH+ Hto−4c Ox + 6 H” +
 68−であり、電池全体としては、下記に示すように
メタノールと酸素との反応になる。
In room-temperature methanol fuel cells that use an acidic electrolyte, platinum-based catalysts are preferably used as catalysts for both the positive and negative electrodes, with the positive electrode using oxygen in the air as a reactant, and the negative electrode using a mixture of methanol (CH2OI The mixture is used as a reactant, and the positive electrode is called an air electrode and the negative electrode is called a methanol electrode.Then, the discharge reaction at the positive electrode is 3/20g + 6H" + 68- → 3HzO
At the negative electrode, CHsOH+ Hto-4c Ox + 6 H” +
68-, and the entire battery is a reaction between methanol and oxygen as shown below.

2C)(20H+30□→2COz +4HtOそして
、上記放電反応の結果、正極では水が気体状で発生し、
負極では炭酸ガスが発生する。
2C) (20H+30□→2COz+4HtOAnd, as a result of the above discharge reaction, water is generated in gaseous form at the positive electrode,
Carbon dioxide gas is generated at the negative electrode.

ところで、上記正極で発生する水1気は正極の触媒層上
に生成するため、電池使用雰囲気温度が長期間にわたっ
て0℃以下になった場合、生成する水蒸気が正極触媒近
傍で冷却結露し、さらに氷結して、触媒表面および酸素
が拡散する通路をふさぐため、起電反応が進行できなく
なる。つまり、常温型酸性メタノール燃料電池では、基
本的に電極の温度がO′C以下になる雰囲気温度では使
用できないという問題点がある。
By the way, the water vapor generated at the positive electrode is formed on the catalyst layer of the positive electrode, so if the ambient temperature in which the battery is used is below 0°C for a long period of time, the generated water vapor cools and condenses near the positive electrode catalyst. It freezes and blocks the catalyst surface and the passage through which oxygen diffuses, making it impossible for the electromotive reaction to proceed. In other words, the room temperature acid methanol fuel cell has a problem in that it cannot basically be used at an ambient temperature where the electrode temperature is below O'C.

また、上記正極触媒上の三相界面は水で浸潤しているこ
とが機能を発揮する条件の一つであり、この水が0°C
以下の雰囲気温度で凍結してしまうと機能できなくなる
し、また常温型酸性メタノール燃料電池の電解質層とし
て好用される両面にゲル状のポリスチレンスルホン酸グ
ラフ)1合膜を形成した陽イオン交換膜も前記の正極触
媒上の三相界面同様に水で浸潤していることが機能を発
揮する条件の一つであり、この水が0℃以下の雰囲気温
度で凍結すると、機能を発揮できなくなって、電池を閉
路状態にしても起電反応が進行できないという問題があ
る。
In addition, one of the conditions for the three-phase interface on the positive electrode catalyst to function is that it is infiltrated with water, and this water is
A cation exchange membrane with a gel-like polystyrene sulfonic acid film formed on both sides is used as an electrolyte layer in room-temperature acid methanol fuel cells. Similarly to the three-phase interface on the positive electrode catalyst, one of the conditions for it to function is that it is infiltrated with water, and if this water freezes at an ambient temperature below 0°C, it will no longer be able to function. However, there is a problem in that even if the battery is placed in a closed circuit state, the electromotive reaction cannot proceed.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

この発明は、正極触媒近傍が実質的にO″CC以下ると
反応生成水あるいは触媒近傍の水が凍結して起電反応が
進行できなくなるという問題点を解決し、雰囲気温度が
O″CC以下っても作動できる常温型酸性メタノール燃
料電池を提供することを目的とする。
This invention solves the problem that when the vicinity of the positive electrode catalyst is substantially below O''CC, the reaction product water or the water near the catalyst freezes and the electromotive reaction cannot proceed, and the ambient temperature is below O''CC. The purpose of the present invention is to provide a room-temperature acid methanol fuel cell that can operate even at low temperatures.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、大地の熱を大容量の熱源として利用し、大地
の熱をヒートパイプによって電池内部または電池近傍ま
で運び、大地の熱で電池を加温して、正極触媒近傍の温
度を0°C以上に維持し、環境温度が長時間にわたって
O″CC以下温になっても電池が作動できるようにした
ものである。
The present invention utilizes the earth's heat as a large-capacity heat source, transports the earth's heat to the inside of the battery or the vicinity of the battery through a heat pipe, heats the battery with the earth's heat, and lowers the temperature near the positive electrode catalyst to 0°C. The battery is maintained at or above O'CC, and the battery can operate even if the environmental temperature drops below O'CC for a long period of time.

すなわち、本発明は電池の内部または近傍にヒートパイ
プの放熱部を配置し、かつヒートパイプの加熱部を大地
の垂直深さ1m以下の部分に配置し、その間を充分に保
温して、大地の熱を熱源として電池を加温して、環境温
度が長時間にわたって0°C以下の低温になっても電池
が作動できるようにしたものである。
That is, the present invention arranges the heat dissipating part of the heat pipe inside or near the battery, and also arranges the heating part of the heat pipe at a vertical depth of 1 m or less in the earth, and maintains sufficient heat between the parts of the earth. The battery is heated using heat as a heat source, allowing the battery to operate even if the environmental temperature drops below 0°C for a long period of time.

上記のような大地の熱による電池の加温は、具体的には
、ヒートパイプの加熱部を大地の垂直深さ1m以下の部
分に配置し、例えば、ヒートパイプの放熱部を電池の燃
料槽内に配置するか、電池を水槽上または熱媒体を収容
した槽上に置き、ヒートパイプの放熱部を上記水槽内ま
たは熱媒体槽内に配置するか、あるいは電池を容器内に
入れ、ヒートパイプの放熱部を上記容器の空間に配置す
ることなどによって達成される。
To heat the battery using the heat of the earth as described above, specifically, the heating part of the heat pipe is placed in the earth at a vertical depth of 1 m or less, and, for example, the heat dissipating part of the heat pipe is placed in the fuel tank of the battery. Alternatively, the battery can be placed in a water tank or a tank containing a heat medium, and the heat dissipation part of the heat pipe can be placed in the water tank or heat medium tank, or the battery can be placed in a container and the heat pipe This can be achieved by arranging a heat dissipation section in the space of the container.

そして、その際、電池全体または加温システムを含めた
全体を保温材でつつむことによって大地の熱による加温
効果をより効率よく発揮させることができる。
At that time, by wrapping the entire battery or the entire heating system, including the heating system, with a heat insulating material, the heating effect of the earth's heat can be more efficiently exerted.

〔実施例〕〔Example〕

つぎに本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described based on the drawings.

第1図は大地の熱により加温できるようにした本発明の
常温型酸性メタノール燃料電池の第1実施例を示す説明
図であり、第2図は上記常温型酸性メタノール燃料電池
の電池本体部分を示す概略断面図で、第3図は常温型酸
性メタノール燃料電池の素電池の主要構成部材を示す説
明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a first embodiment of the room temperature acid methanol fuel cell of the present invention, which can be heated by the heat of the earth, and FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the main constituent members of a unit cell of a room-temperature acid methanol fuel cell.

まず、第2図に基づいて、電池本体部分を説明すると、
1は素電池で、2はポリエチレン製の燃料槽である。3
は気液分離膜を備えた排気栓であり、気液分離膜により
、放電反応によって負極で生成する炭酸ガスを槽外へ排
出するが燃料は槽外に漏出しないようにしている。4は
燃料で、本実施例ではメタノール濃度20容量%のメタ
ノール水溶液が用いられている。
First, the main body of the battery will be explained based on Fig. 2.
1 is a unit cell, and 2 is a polyethylene fuel tank. 3
is an exhaust plug equipped with a gas-liquid separation membrane, which discharges carbon dioxide generated at the negative electrode by the discharge reaction to the outside of the tank, but prevents fuel from leaking out of the tank. 4 is a fuel, and in this example, a methanol aqueous solution with a methanol concentration of 20% by volume is used.

つぎに、第3図に基づいて素電池の主要構成部材につい
て説明すると、1)は正極で、この正極1)は、ポリテ
トラフルオロエチレンディスバージョンを用いて撥水処
理した厚さ約21の多孔質のカーボンペーパーよりなる
基体1)aの一方の側に白金黒を触媒とする触媒層1)
bを形成したものである。そして、上記正極1)のカー
ボンペーパー基体1)aの他方の側には厚さ約51)I
I1)の硬質カーボン板からなる正極集電板14が配置
されていて、この正極集電板14には正極1)の触媒1
)1bに大気中がら酸素が拡散しやすいように孔14a
を強度上および集電上許容できるかぎり多数設けている
Next, the main components of the unit cell will be explained based on FIG. A catalyst layer made of platinum black as a catalyst on one side of the substrate 1) a made of high quality carbon paper 1)
b. The other side of the carbon paper base 1) a of the positive electrode 1) has a thickness of about 51) I.
A positive electrode current collector plate 14 made of a hard carbon plate of I1) is disposed, and a catalyst 1 of the positive electrode 1) is disposed on this positive electrode current collector plate 14.
) 1b has holes 14a to facilitate the diffusion of oxygen from the atmosphere.
As many as are permissible in terms of strength and current collection.

12は電解質層で、13は負極であり、この負極13は
ポリテトラフルオロエチレンディスバージョンを用いて
撥水処理した厚さ約2mmの多孔質のカーボンペーパー
よりなる基体13aの一方の側に白金−ルテニウム黒を
触媒とする触媒層13bを形成したものである。そして
、上記負極13のカーボンペーパー基体13aの他方の
側には硬質カーボン板よりなる負極集電体15が配置し
ており、上記負極集電体15の負極13と接する側には
燃料を供給するための溝15aが設けられている。
12 is an electrolyte layer, 13 is a negative electrode, and this negative electrode 13 is made of porous carbon paper with a thickness of about 2 mm treated with water repellent using polytetrafluoroethylene dispersion. A catalyst layer 13b is formed using ruthenium black as a catalyst. A negative electrode current collector 15 made of a hard carbon plate is disposed on the other side of the carbon paper base 13a of the negative electrode 13, and fuel is supplied to the side of the negative electrode current collector 15 in contact with the negative electrode 13. A groove 15a is provided for this purpose.

正極1)と負極13との間に配置する電解質層12は、
陽イオン交換膜12aの両面にプロトン伝導体であるゲ
ル状のポリスチレンスルホン酸グラフト重合膜12bを
形成することによって作製したもので、この電解質層1
2はセパレータとしての機能も兼ねている。そして、上
記ゲル状のポリスチレンスルホン酸グラフト重合膜はこ
れら素電池構成部材を燃料槽に取り付けて締め付けたと
きに電極の触媒にすきまなく密着して正極1)と電解質
層12および負極13と電解質層12とをすきまなく密
着させる。
The electrolyte layer 12 disposed between the positive electrode 1) and the negative electrode 13 is
This electrolyte layer 1 is produced by forming a gel-like polystyrene sulfonic acid graft polymer membrane 12b, which is a proton conductor, on both sides of a cation exchange membrane 12a.
2 also functions as a separator. Then, when these unit cell components are attached to a fuel tank and tightened, the gel-like polystyrene sulfonic acid graft polymer membrane adheres tightly to the catalyst of the electrode without any gaps between the positive electrode 1), the electrolyte layer 12, the negative electrode 13, and the electrolyte layer. 12 in close contact with each other without any gaps.

なお、16は正極側の導線で、17は負極側の導線であ
る。
Note that 16 is a conducting wire on the positive electrode side, and 17 is a conducting wire on the negative electrode side.

つぎに、大地の熱により加温できるようにした本発明の
第1実施例について第1図を参照しつつ説明する。
Next, a first embodiment of the present invention, which can be heated using the heat of the earth, will be described with reference to FIG.

第1図は常温型酸性メタノール燃料電池を屋外に設置し
た状態を示しており、第1図中、31はメタノール燃料
電池で、32は電池31を置くための台であり、例えば
据付面(通常、大地の表面)38から電池31の底部ま
での高さは一般にlθ〜100c1)に設定され、本実
施例では50csに設定されている。
Figure 1 shows a normal temperature acid methanol fuel cell installed outdoors. In Figure 1, 31 is a methanol fuel cell, and 32 is a stand on which to place the battery 31. For example, the installation surface (normally , the surface of the earth) 38 to the bottom of the battery 31 is generally set to lθ~100c1), and in this embodiment is set to 50 cs.

33は導線で、34は電池31を駆動電源とする装置ま
たは計器類であり、電池31と装置または計器M34と
の間は前記導線33で結ばれている。35は容器で、こ
の容器35は電池31その他を屋外での風雨や日光から
保護するためのもので、空気の出入口36および37が
設けられている。なお、空気の出入口36および37は
、通常は37で示される下側の口が空気の入口となり、
36で示される上側の口が空気の出口となるが、風その
他の影響により37が出口となり、36が入口となるこ
ともある。そして、この容器35には、図示していない
が、大地の熱による加温効果をより効率よく発揮させる
ため、内面側に厚さ約2CI1)のガラスウールを保温
材として施している。
33 is a conductive wire, 34 is a device or instrument that uses the battery 31 as a driving power source, and the battery 31 and the device or meter M34 are connected by the conductive wire 33. Reference numeral 35 denotes a container, which protects the battery 31 and others from outdoor wind, rain, and sunlight, and is provided with air inlets and outlets 36 and 37. As for the air inlets and outlets 36 and 37, the lower opening indicated by 37 is usually the air inlet.
The upper opening indicated by 36 serves as an air outlet, but depending on wind or other influences, 37 may serve as an outlet and 36 may serve as an inlet. Although not shown in the drawings, this container 35 is coated with glass wool having a thickness of approximately 2 CI1 as a heat insulating material on the inner surface in order to more efficiently exhibit the heating effect of the earth's heat.

40はヒートパイプで、本実施例のものは長さ約2.5
mでフレオン1)(商品名、トリクロロフルオロメタン
(CC1,F))を作動媒体としており、ヒートパイプ
40の加熱部42は大地の地面より垂直深さ約2mのと
ころに配置し、ヒートパイプ40の放熱部41は電池3
1の燃料槽2内の燃料4中に配置されている。そして、
ヒートパイプ40の放熱部41と加熱部42との間の部
分はガラスウールなどの保温材43で覆われ、保温状態
にされている。なお、41aは放熱部41での放熱を効
率的に行うためのフィン部であり、42aは加熱部42
での受熱を効率的   ゛に行うためのフィン部である
40 is a heat pipe, and the length of the one in this example is about 2.5 mm.
Freon 1) (trade name, trichlorofluoromethane (CC1, F)) is used as the working medium, and the heating part 42 of the heat pipe 40 is placed at a vertical depth of about 2 m from the ground surface. The heat radiation part 41 of the battery 3
It is arranged in the fuel 4 in the fuel tank 2 of 1. and,
A portion of the heat pipe 40 between the heat dissipating section 41 and the heating section 42 is covered with a heat insulating material 43 such as glass wool to maintain heat. In addition, 41a is a fin part for efficiently dissipating heat in the heat dissipation part 41, and 42a is a fin part for efficiently dissipating heat in the heat dissipation part 41.
This is a fin section for efficiently receiving heat at

地下1m以下、とりわけ地下2m以下から地下20mま
での地中の温度は、地域によって多少異なるが、通年1
5〜18°Cの温度で一定であり、がっ、その熱容量は
無限と考えてよい。それ故、作動媒体であるフレオン1
)(商品名)は、加熱部42で大地の熱により加熱され
て蒸発し、ヒートパイプ4゜中を移動して放熱部41で
放熱して電池31の燃料槽2内の燃料4を暖める。そし
て、放熱部41での放熱により凝縮して液体となった作
動媒体は、ヒートパイプ40の内壁面を流下して加熱部
42へ戻る。
The temperature below 1m underground, especially from below 2m underground to 20m below ground, varies slightly depending on the region, but the temperature is constant throughout the year.
It has a constant temperature of 5 to 18°C, and its heat capacity can be considered infinite. Therefore, the working medium Freon 1
) (trade name) is heated by the earth's heat in the heating section 42 and evaporates, moves through the heat pipe 4° and radiates heat in the heat radiating section 41 to warm the fuel 4 in the fuel tank 2 of the battery 31. Then, the working medium that has been condensed into liquid due to heat radiation in the heat radiation section 41 flows down the inner wall surface of the heat pipe 40 and returns to the heating section 42 .

容器35の外側の温度が低下した結果、電池温度が低下
して大地温度より低くなったとき、電池は大地の熱を熱
源としてヒートパイプ4oにより加熱される、その結果
、電池温度は、たとえ外気温度が低下しても、大地温度
に近い温度に保たれ、正極1)近傍の温度が0°C以下
になることはな(、したがって正極1)近傍の水分が凍
結することな(、放電が続けられる。
As a result of a decrease in the temperature outside the container 35, when the battery temperature decreases and becomes lower than the ground temperature, the battery is heated by the heat pipe 4o using the heat of the ground as a heat source. Even if the temperature decreases, the temperature near the ground is kept close to the ground temperature, and the temperature near the positive electrode 1) never drops below 0°C (therefore, the water near the positive electrode 1) does not freeze (and the discharge does not occur). I can continue.

第4図は、冬期夜間温度が最低一5.0 ’C1日中の
温度が約12°Cのときのメタノール燃料電池の運転例
を示すものである。
FIG. 4 shows an example of operation of the methanol fuel cell when the winter nighttime temperature is at least 5.0°C and the daytime temperature is about 12°C.

第4図中の曲線aは、上記本発明の第1実施例の電池を
放電電流50mAで放電を続けたときの時間経過に伴う
単セル(つまり、素電池1個あたり)の電圧変化を示す
ものである。そして、第4図中の曲線dは、第10図に
示すような従来例の電池を上記本発明の第1実施例の電
池と同条件下で放電させたときの時間経過に伴う単セル
の電圧変化を示すものである。この従来例の電池は、上
記本発明の第1実施例の場合同様に、電池を屋外に設置
したもので、第10図に示すように、電池31を台32
上に置き、電池31と装置または計器類34との間を導
線33で結び、全体を空気の出入口36および37を備
えた容器35で覆ったものであり、据付面38から電池
31の底部までの距離は上記本発明の第1実施例の場合
同様に50cmである。つまり、この従来例の電池は、
メタノール燃料電池をヒートバイブなどの大地の熱によ
る加温装置を備えさせずに屋外に設置したものである。
Curve a in FIG. 4 shows the voltage change of a single cell (that is, per unit cell) over time when the battery of the first embodiment of the present invention is continuously discharged at a discharge current of 50 mA. It is something. Curve d in FIG. 4 shows the change in the single cell over time when the conventional battery shown in FIG. 10 is discharged under the same conditions as the battery according to the first embodiment of the present invention. This shows voltage changes. The battery of this conventional example is one in which the battery is installed outdoors, as in the case of the first embodiment of the present invention, and the battery 31 is placed on a stand 32 as shown in FIG.
A conductive wire 33 connects the battery 31 and the device or instruments 34, and the whole is covered with a container 35 having air inlets and outlets 36 and 37, and extends from the installation surface 38 to the bottom of the battery 31. The distance is 50 cm as in the case of the first embodiment of the present invention. In other words, this conventional battery is
This is a methanol fuel cell installed outdoors without a heating device such as a heat vibrator that uses earth's heat.

ただし、図示していないが、前記実施例の場合同様に容
器35の内面側には厚さ約2amのガラスウールを保温
材として施している。
However, although not shown, glass wool with a thickness of about 2 am is applied as a heat insulating material to the inner surface of the container 35 as in the case of the previous embodiment.

この第10図に示す従来例の電池は、第4図の曲線dに
示すように、昼間は正極近傍の水が凍結していないので
放電でき、電圧が出ているが、夜間、気温低下につれて
電圧が低下していき、正極近傍の温度が0℃以下に低下
して正極近傍の水が凍ると放電できなくなり、電圧が急
降下してOVとなる。そして、翌日、外気温度が上昇し
、正極近傍の凍結した部分がとけるまでは放電できない
が、凍結が解消した後は通電が再開され、温度上昇に伴
って電圧が上昇する。しかし、再び夜間になって外気温
度が低下し、正極近傍の水が凍結すると放電できなくな
り、電圧がOvとなる。つまり、放電は断続的にしか行
えない。
In the conventional battery shown in Fig. 10, as shown by curve d in Fig. 4, the water near the positive electrode is not frozen during the day, so it can discharge and generate voltage, but at night, as the temperature drops, As the voltage decreases and the temperature near the positive electrode drops below 0° C. and the water near the positive electrode freezes, it becomes impossible to discharge, and the voltage suddenly drops to OV. Then, the next day, the outside air temperature rises and discharge is not possible until the frozen part near the positive electrode thaws, but after the freeze thaws, energization is resumed and the voltage rises as the temperature rises. However, when the outside temperature drops again at night and the water near the positive electrode freezes, it becomes impossible to discharge, and the voltage becomes Ov. In other words, discharge can only occur intermittently.

これに対し、本発明の第1実施例の電池では、大地の熱
を熱源とするヒートパイプを用いて燃料をあたためてい
るので、燃料温度が夜間でも13〜15°Cに維持され
て、第4図の曲線aに示すように、放電が中止されるこ
となく継続できる。また、電圧も高く維持できる。外気
温度がさらに低下して、−10°C程度となっても、電
圧が低下することはあっても、放電は停止することがな
く継続される。
In contrast, in the battery of the first embodiment of the present invention, the fuel is heated using a heat pipe that uses the heat of the earth as a heat source, so the fuel temperature is maintained at 13 to 15°C even at night. As shown by curve a in FIG. 4, the discharge can continue without being stopped. Moreover, the voltage can also be maintained high. Even if the outside temperature drops further to about -10°C, the discharge will continue without stopping, although the voltage may drop.

したがって、特定の寒冷地を除き、通常の気象条件下で
は冬期全期間を通じて放電を継続できる。
Therefore, except in certain cold regions, discharge can continue throughout the entire winter under normal weather conditions.

第5図は、大地の熱により加温できるようにした本発明
の第2実施例を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a second embodiment of the present invention that can be heated using the heat of the earth.

この第2実施例においては、前記第1実施例における台
32に代えて金属製の水槽52を用い、該水槽52上に
電池31を置き、ヒートパイプ40の放熱部41を上記
水槽52の水53中に配置している。その他の構成は前
記第1実施例の場合とほぼ同様であり、両者に共通する
部材については、第1実施例を示す第1図と同じ参照符
号を付している。
In this second embodiment, a metal water tank 52 is used in place of the stand 32 in the first embodiment, the battery 31 is placed on the water tank 52, and the heat dissipation part 41 of the heat pipe 40 is connected to the water in the water tank 52. It is located in 53. The rest of the structure is almost the same as that of the first embodiment, and members common to both are given the same reference numerals as in FIG. 1 showing the first embodiment.

この第2実施例においても、外気温度が低下した場合、
ヒートバイブ40中の作動媒体は、加熱部42で大地の
熱により加熱され蒸発してヒートパイプ40の中を上方
に移動し、水槽52の水53中に配置された放熱部41
で放熱して水を暖め、それによって水槽52上に置かれ
た電池31を暖める。そして、放熱部41での放熱によ
り液体になった作動媒体は、ヒートパイプ40の内壁面
にそって流下して加熱部42に戻る0以上の動作が水槽
52内の水53の温度が地中部りに近づくまで、連続的
に繰り返される。
Also in this second embodiment, when the outside temperature decreases,
The working medium in the heat vibrator 40 is heated by the earth's heat in the heating section 42, evaporates, and moves upward in the heat pipe 40.
Heat is radiated to warm the water, thereby warming the battery 31 placed on the water tank 52. The working medium, which has become a liquid due to heat radiation in the heat radiation part 41, flows down along the inner wall surface of the heat pipe 40 and returns to the heating part 42. is repeated continuously until it approaches the desired value.

その結果、この電池では、大気温度が低下しても、大地
の熱によって電池は暖められ、放電を継続的に行うこと
ができる。
As a result, with this battery, even if the atmospheric temperature drops, the battery is warmed by the heat of the earth and can continue to discharge.

大地の熱による電池の加温を効率的に行うためには、水
槽52は電池31に接する部分をガラスウールなどを用
いて保温することが好ましく、この第5図に示す実施例
のものでは、厚さ約2aIのガラスウールを保温材54
に用いて水槽52を保温している。また、水槽壁の電池
に接する面積を大きくすることが望ましく、例えば第6
図に示すように、水槽52の上面に凹部52aを設け、
該凹部52aに電池31を入れ、凹部52aの壁面と電
池31との隙間に金属片55を挿入して、電池31と水
槽52との接触状態を良くし、大地の熱によって暖めら
れた水槽52内の熱が電池31に効率よ(伝わるように
するのが好ましい。
In order to efficiently heat the battery using the heat of the earth, it is preferable to keep the portion of the water tank 52 in contact with the battery 31 warm with glass wool or the like.In the embodiment shown in FIG. Glass wool with a thickness of about 2aI is used as a heat insulator 54
It is used to keep the water tank 52 warm. It is also desirable to increase the area of the aquarium wall that is in contact with the battery, for example, the sixth
As shown in the figure, a recess 52a is provided on the top surface of the water tank 52,
The battery 31 is placed in the recess 52a, and a metal piece 55 is inserted into the gap between the wall of the recess 52a and the battery 31 to improve the contact between the battery 31 and the water tank 52, so that the water tank 52 is warmed by the heat of the earth. It is preferable that the heat inside the battery be efficiently transferred to the battery 31.

第7図は、上記第5図に示す本発明の第2実施例の電池
と第10図に示す従来例の電池を冬期夜間温度が最低一
5.0℃、昼間の温度が約12℃のときに放電電流50
mAで放電させたときの時間経過に伴う単セルの電圧変
化を示すものである。
FIG. 7 shows a battery according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 5 above and a conventional battery shown in FIG. Sometimes the discharge current is 50
It shows the voltage change of a single cell over time when discharging at mA.

第7図中の曲線dは、前記第4図に基づいて説明した場
合と同様に、第10図に示す従来例の電池の時間経過に
伴う電圧変化を示すものであり、第4図の場合同様に、
第10図に示す電池では大気温度の低下した夜間では放
電ができず、断続的にしか放電を行うことができなかっ
たことを示している。
The curve d in FIG. 7 shows the voltage change over time of the conventional battery shown in FIG. 10, as in the case explained based on FIG. 4, and in the case of FIG. Similarly,
This shows that the battery shown in FIG. 10 could not discharge at night when the atmospheric temperature was low, and could only discharge intermittently.

これに対し、第5図に示す本発明の第2実施例の電池は
、第7図中の曲線すに示すように、夜間、外気温度が低
下しても、放電が中止されることなく、放電を継続する
ことができた。また、この実施例のものでは、水槽の容
量を大きくすることが比較的容易なので、第6図に例示
したように水槽を大きくして水量を増すことにより、外
気温度の変化に対する電池の温度変化をより少なくする
ことが容易に達成できる。
In contrast, the battery according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 5 does not stop discharging even when the outside temperature drops at night, as shown by the curve in FIG. It was possible to continue discharging. In addition, in this embodiment, it is relatively easy to increase the capacity of the water tank, so by increasing the water volume by increasing the water tank as shown in FIG. can be easily achieved.

なお、上記の水に代えて、熱媒体として比熱の大きい硫
酸のような無機物の水溶液、エタノール(C,H80H
)やグリセリンなどの有機物の水溶液、油などを用いて
もよい、ただし、水が最も安全でかつ安価である。
In addition, in place of the above-mentioned water, an aqueous solution of an inorganic substance such as sulfuric acid with a large specific heat, ethanol (C, H80H) can be used as a heat medium.
), an aqueous solution of an organic substance such as glycerin, or oil, but water is the safest and cheapest.

第8図は大地の熱により加温できるようにした本発明の
第3実施例を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a third embodiment of the present invention that can be heated using the heat of the earth.

この第3実施例においては、前記第1図に示す第1実施
例や第5図に示す第2実施例同様に電池31を容器35
内に入れ、容器35内の空間(この第8図に示す実施例
では、台32の内部を空間にしてその台32の空間)に
ヒートパイプ40の放熱部41を配置している。そのた
め、台32は金属製にして台32内部の暖められた空気
の熱が電池31に伝わりやすくしている。上記を除いて
は、この第3実施例のものは前記第1実施例の場合とほ
ぼ同様の構成をしており、両者に共通している部材につ
いては、前記第1実施例を示す第1図と同じ参照符号を
付している。
In this third embodiment, like the first embodiment shown in FIG. 1 and the second embodiment shown in FIG.
The heat dissipating portion 41 of the heat pipe 40 is placed in the space inside the container 35 (in the embodiment shown in FIG. 8, the space inside the stand 32 is the space inside the stand 32). Therefore, the stand 32 is made of metal so that the heat of the warm air inside the stand 32 is easily transmitted to the battery 31. Except for the above, the structure of this third embodiment is almost the same as that of the first embodiment, and the parts common to both are the same as those of the first embodiment. The same reference numerals as in the figure are given.

この第3実施例においても、外気温度が低下した場合、
ヒートパイプ40中の作動媒体は、加熱部42で大地の
熱により加熱され蒸発してヒートパイプ40の中を上方
に移動し、容器35の台32の空間内に配置された放熱
部41で放熱して容器35の台32内の空気を暖め、そ
れによって台32上の電池31を暖める。そして、放熱
部41での放熱により液体になった作動媒体は、ヒート
パイプ40の内壁面にそって流下して加熱部42に戻る
0以上の動作が電池31にかかる温度が地中温度に近づ
(まで連続的に繰り返される。その結果、この電池では
、大気温度が低下しても、大地の熱によって電池は暖め
られ、放電を継続的に行うことができる。このような大
地の熱による電池の加温を効率的に行うためには、容器
35にガラスウールなどを保温材として施しておくのが
好ましく、図示していないが、本実施例でも容器35の
内面側に厚さ約2allのガラスウールを保温材として
施している。
Also in this third embodiment, when the outside temperature decreases,
The working medium in the heat pipe 40 is heated by the earth's heat in the heating section 42, evaporates, moves upward in the heat pipe 40, and is radiated in the heat radiating section 41 arranged in the space of the stand 32 of the container 35. to warm the air within the platform 32 of the container 35, thereby warming the battery 31 on the platform 32. The working medium, which has become a liquid due to the heat dissipation in the heat dissipation section 41, flows down along the inner wall surface of the heat pipe 40 and returns to the heating section 42. As a result, even if the atmospheric temperature drops, the battery is warmed by the earth's heat and can continue discharging. In order to heat the battery efficiently, it is preferable to apply glass wool or the like as a heat insulating material to the container 35.Although not shown in the drawings, in this embodiment as well, a thickness of about 2all is applied to the inner surface of the container 35. Glass wool is applied as a heat insulator.

第9図は、上記第8図に示す本発明の第3実施例の電池
と第10図に示す従来例の電池を冬期夜間温度が最低一
5.0℃、昼間の温度が約12°Cのときに放電電流5
0mAで放電させたときの時間経過に伴う単セルの電圧
変化を示すものである。
FIG. 9 shows the battery according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 8 above and the conventional battery shown in FIG. When the discharge current is 5
It shows the voltage change of a single cell over time when discharging at 0 mA.

第9図中の曲線dは、前記第4図に基づいて説明した場
合と同様に、第10図に示す従来例の電池の時間経過に
伴う電圧変化を示すものであり、従来例の電池では第4
図の場合同様に大気温度の低下した夜間では放電ができ
ず、断続的にしか放電することができなかったことを示
している。
The curve d in FIG. 9 shows the voltage change over time of the conventional battery shown in FIG. 10, as in the case explained based on FIG. 4. Fourth
As in the case shown in the figure, discharge was not possible at night when the atmospheric temperature was low, indicating that discharge could only occur intermittently.

これに対し、第8図に示す本発明の第3実施例の電池は
、第9図中の曲線Cに示すように、夜間、外気温度が低
下しても、放電を継続することができた。
In contrast, the battery according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 8 was able to continue discharging even when the outside temperature dropped at night, as shown by curve C in FIG. .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明では、大地の熱を熱源とし
て利用し、ヒートパイプを用いて大地の熱を電池の内部
または近傍にまで運び、大地の熱によって電池を加温す
る構成にしたので、外気温度が低下したときでも、放電
を継続して行うことができるようになった。
As explained above, the present invention utilizes the earth's heat as a heat source, uses a heat pipe to carry the earth's heat into or near the battery, and uses the earth's heat to heat the battery. , it is now possible to continue discharging even when the outside temperature drops.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の常温型酸性メタノール燃料電池の第1
実施例を示す説明図であり、第2図は常温型酸性メタノ
ール燃料電池の電池本体部分を示す概略断面図である。 第3図は常温型酸性メタノール燃料電池の素電池の主要
構成部材を示す説明図である。第4図は本発明の第1実
施例の電池と従来例の電池の放電特性を示す図である。 第5図は本発明の常温型酸性メタノール燃料電池の第2
実施例を示す説明図であり、第6図は上記第5図に示す
第2実施例の水槽の形状を変えた図である。 第7図は本発明の第2実施例の電池と従来例の電池の放
電特性を示す図である。第8図は本発明の常温型酸性メ
タノール燃料電池の第3実施例を示す説明図である。第
9図は本発明の第3実施例の電池と従来例の電池の放電
特性図である。第10図は従来例の電池を示す説明図で
ある。 l・・・素電池、 2・・・燃料槽、 4・・・燃料、
1)・・・正極、 12・・・電解質層、 13・・・
負極、31・・・メタノール燃料電池、 35・・・容
器、40・・・ヒートパイプ、 41・・・放熱部、4
2・・・加熱部、 43・・・保温材、 52・・・水
槽、53・・・水 第3図 第4図 f14  亥り (特Ift) 第60 第 70
Figure 1 shows the first diagram of the room-temperature acid methanol fuel cell of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a cell main body portion of a room temperature acid methanol fuel cell. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the main constituent members of a unit cell of a room-temperature acid methanol fuel cell. FIG. 4 is a diagram showing the discharge characteristics of the battery according to the first embodiment of the present invention and the conventional battery. FIG. 5 shows the second diagram of the room-temperature acid methanol fuel cell of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an embodiment, and FIG. 6 is a diagram in which the shape of the water tank of the second embodiment shown in FIG. 5 is changed. FIG. 7 is a diagram showing the discharge characteristics of a battery according to a second embodiment of the present invention and a conventional battery. FIG. 8 is an explanatory diagram showing a third embodiment of the room temperature acid methanol fuel cell of the present invention. FIG. 9 is a discharge characteristic diagram of a battery according to a third embodiment of the present invention and a conventional battery. FIG. 10 is an explanatory diagram showing a conventional battery. l...Battery, 2...Fuel tank, 4...Fuel,
1)... Positive electrode, 12... Electrolyte layer, 13...
Negative electrode, 31... Methanol fuel cell, 35... Container, 40... Heat pipe, 41... Heat radiation part, 4
2...Heating part, 43...Heat insulation material, 52...Water tank, 53...Water Figure 3 Figure 4 f14 (Special Ift) No. 60 No. 70

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)空気極としての正極、メタノール極としての負極
と、酸性電解質を有する素電池を燃料槽に取り付けてな
り、燃料としてメタノール水溶液を用いる常温型酸性メ
タノール燃料電池であって、上記電池の内部または近傍
にヒートパイプの放熱部を配置し、かつヒートパイプの
加熱部を大地の垂直深さ1m以下の部分に配置し、ヒー
トパイプの加熱部と放熱部との間の部分を保温して、大
地の熱で電池を加温しながら運転できるようにしたこと
を特徴とする常温型酸性メタノール燃料電池。
(1) A room-temperature acid methanol fuel cell comprising a positive electrode as an air electrode, a negative electrode as a methanol electrode, and a unit cell having an acidic electrolyte attached to a fuel tank, and using an aqueous methanol solution as fuel, the interior of the cell Alternatively, the heat dissipation section of the heat pipe is placed nearby, and the heating section of the heat pipe is placed at a vertical depth of 1 m or less in the ground, and the part between the heating section of the heat pipe and the heat dissipation section is kept warm. A room-temperature acid methanol fuel cell that is characterized by being able to operate while being heated by the heat of the earth.
(2)ヒートパイプの放熱部を電池の燃料槽内に配置し
たことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の常温型
酸性メタノール燃料電池。
(2) The room-temperature acid methanol fuel cell according to claim 1, characterized in that the heat dissipation section of the heat pipe is disposed within the fuel tank of the cell.
(3)電池を水槽上に置き、ヒートパイプの放熱部を上
記水槽内に配置したことを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の常温型酸性メタノール燃料電池。
(3) The room-temperature acid methanol fuel cell according to claim 1, wherein the battery is placed on a water tank, and the heat dissipation part of the heat pipe is placed inside the water tank.
(4)電池を容器内に入れ、ヒートパイプの放熱部を上
記容器内の空間に配置したことを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の常温型酸性メタノール燃料電池。
(4) The room temperature acid methanol fuel cell according to claim 1, wherein the battery is placed in a container, and a heat dissipation section of a heat pipe is arranged in a space inside the container.
JP62033796A 1987-02-16 1987-02-16 Normal temperature type acidic methanol fuel cell Pending JPS63200468A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62033796A JPS63200468A (en) 1987-02-16 1987-02-16 Normal temperature type acidic methanol fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62033796A JPS63200468A (en) 1987-02-16 1987-02-16 Normal temperature type acidic methanol fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS63200468A true JPS63200468A (en) 1988-08-18

Family

ID=12396432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62033796A Pending JPS63200468A (en) 1987-02-16 1987-02-16 Normal temperature type acidic methanol fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS63200468A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001332287A (en) * 2000-05-24 2001-11-30 Sony Corp Fitting method for electrical energy generating device and computer internally equipped with the electrical energy generating device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001332287A (en) * 2000-05-24 2001-11-30 Sony Corp Fitting method for electrical energy generating device and computer internally equipped with the electrical energy generating device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. A fuel cell development for using borohydrides as the fuel
Cho et al. Characteristics of the PEMFC repetitively brought to temperatures below 0 C
Sandhu et al. Diffusion-limited model for a lithium/air battery with an organic electrolyte
US5632870A (en) Energy generation apparatus
US3116170A (en) Gaseous fuel cells
Miyake et al. Evaluation of a sol-gel derived nafion/silica hybrid membrane for proton electrolyte membrane fuel cell applications: I. Proton conductivity and water content
US6167721B1 (en) Electrochemical hydrogen pump and uses thereof for heat exchange applications
Buchi et al. In-situ resistance measurements of Nafion (R) 117 membranes in polymer electrolyte fuel cells
Olapade et al. Parametric study of the morphological proprieties of HT-PEMFC components for effective membrane hydration
Tabe et al. Ice formation processes in PEM fuel cell catalyst layers during cold startup analyzed by cryo-SEM
Wang et al. Trimethoxymethane as an alternative fuel for a direct oxidation PBI polymer electrolyte fuel cell
Zhang et al. Using electrochemical cycles to efficiently exploit the waste heat from a proton exchange membrane fuel cell
Matsumoto et al. Electrochemical hydrogen pump using SrCeO3-based proton conductor: effect of water vapor at the cathode on the pumping capacity
JP2002543566A (en) Freeze-resistant fuel cell system and method
Lakshmi et al. Comparative analysis of 2D and 3D model of a PEMFC in COMSOL
Honma et al. Amphiphilic organic/inorganic nanohybrid macromolecules for intermediate-temperature proton conducting electrolyte membranes
Zhu et al. A novel PTFE-reinforced multilayer self-humidifying composite membrane for PEM fuel cells
US4513066A (en) Thin-film, high pressure fuel cell
Sinha et al. Transport phenomena in elevated temperature PEM fuel cells
Liu et al. Composite electrode for unitized regenerative proton exchange membrane fuel cell with improved cycle life
Kallo et al. Conductance and methanol crossover investigation of Nafion membranes in a vapor-fed DMFC
JP2020090695A (en) Electrochemical hydrogen compression system
JPS63200468A (en) Normal temperature type acidic methanol fuel cell
JP2002190313A (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP4533604B2 (en) Low temperature startup method for fuel cells