JPH0758624B2 - 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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- JPH0758624B2 JPH0758624B2 JP1237513A JP23751389A JPH0758624B2 JP H0758624 B2 JPH0758624 B2 JP H0758624B2 JP 1237513 A JP1237513 A JP 1237513A JP 23751389 A JP23751389 A JP 23751389A JP H0758624 B2 JPH0758624 B2 JP H0758624B2
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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
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- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
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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システムに関するものであ
る。
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水素吸蔵合金からの水素解
離熱源として各種廃熱を有効に利用し、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。
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水素吸蔵合金からの水素解
離熱源として各種廃熱を有効に利用し、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 本発明の電源システムは、水素吸蔵合金から解離した水
素と空気の反応により起電する燃料電池と、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、
起動用蓄電池とを備え、前記第１水素貯蔵装置は、水素
解離用熱源として前記蓄電池を電源とするヒーター熱を
用い、前記第２水素貯蔵装置は、第１段階で電池から排
出された未反応水素と未反応空気の燃焼廃熱を、第２段
階で電池冷却系の廃熱を夫々水素解離用熱源として用い
るものである。
素と空気の反応により起電する燃料電池と、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、
起動用蓄電池とを備え、前記第１水素貯蔵装置は、水素
解離用熱源として前記蓄電池を電源とするヒーター熱を
用い、前記第２水素貯蔵装置は、第１段階で電池から排
出された未反応水素と未反応空気の燃焼廃熱を、第２段
階で電池冷却系の廃熱を夫々水素解離用熱源として用い
るものである。
（ホ）作用 本発明では起動時蓄電池のヒーター熱で第１水素貯蔵装
置から解離した水素を用いて電池反応熱による昇温を開
始し、その後未反応ガスの燃焼廃熱で、ついで電池冷却
系の廃熱で夫々第２水素貯蔵装置から解離した水素を用
いて負荷昇温の継続及び負荷運転を行う。又負荷運転時
未反応水素を冷却して第１水素貯蔵装置に再吸蔵させ
る。
置から解離した水素を用いて電池反応熱による昇温を開
始し、その後未反応ガスの燃焼廃熱で、ついで電池冷却
系の廃熱で夫々第２水素貯蔵装置から解離した水素を用
いて負荷昇温の継続及び負荷運転を行う。又負荷運転時
未反応水素を冷却して第１水素貯蔵装置に再吸蔵させ
る。
（ヘ）実施例 本発明の実施例をシステムフロー図について説明する。
燃料電池（FC）は作用面積400cm2の単セルを21セル積層
し３セル毎に冷却板（CL）を介在させ、この積層セルを
上下端板（PL）間で締付けて構成された出力500W程度の
ものである。図では簡単化のためアノード（Ｎ）、カソ
ード（Ｐ）、電解質マトリックス（Ｅ）を備える単セル
に冷却板（CL）及び端板（PL）を付設した模式図として
示されている。
し３セル毎に冷却板（CL）を介在させ、この積層セルを
上下端板（PL）間で締付けて構成された出力500W程度の
ものである。図では簡単化のためアノード（Ｎ）、カソ
ード（Ｐ）、電解質マトリックス（Ｅ）を備える単セル
に冷却板（CL）及び端板（PL）を付設した模式図として
示されている。
本システムの燃料ガスとしてメタノール改質ガスの代り
に水素吸蔵合金から解離した水素を用いる。
に水素吸蔵合金から解離した水素を用いる。
水素吸蔵合金が夫々充填された第１水素貯蔵装置（H1）
と第２水素貯蔵装置（H2）を備え、第１水素貯蔵装置
（H1）は小容量で電気ヒーター（R1）が埋設され、第２
水素貯蔵装置は大容量で第１及び第２の熱交換器（E1）
及び（E2）が埋設されている。起動用蓄電池（Bt）は負
荷（Ｌ）に並列に電池（FC）の出力に接続されている。
と第２水素貯蔵装置（H2）を備え、第１水素貯蔵装置
（H1）は小容量で電気ヒーター（R1）が埋設され、第２
水素貯蔵装置は大容量で第１及び第２の熱交換器（E1）
及び（E2）が埋設されている。起動用蓄電池（Bt）は負
荷（Ｌ）に並列に電池（FC）の出力に接続されている。
電池の起動に際しスイッチ（S1）をONにすると、蓄電池
（Bt）からヒーター（R1）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。この水素が弁（V1）（V2）を介して電池
（FC）のアノード（Ｎ）に供給されると同時にブロワ
（F2）で吸引した空気を弁（V3）を経てカソード（Ｐ）
に供給され、電池反応による昇温（負荷昇温）が開始さ
れる。水素は改質ガスのようにアノード触媒を被毒する
COを含まないから、30℃程度の低温から負荷昇温が可能
である。
（Bt）からヒーター（R1）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。この水素が弁（V1）（V2）を介して電池
（FC）のアノード（Ｎ）に供給されると同時にブロワ
（F2）で吸引した空気を弁（V3）を経てカソード（Ｐ）
に供給され、電池反応による昇温（負荷昇温）が開始さ
れる。水素は改質ガスのようにアノード触媒を被毒する
COを含まないから、30℃程度の低温から負荷昇温が可能
である。
電池から排出された未反応水素及び未反応空気は夫々弁
（V4）（V5）を経て触媒燃焼器（Ｓ）で燃焼され、排ガ
ス（N2を含むスチーム）は、弁（V6）を介して系外に排
出（EX2）される。
（V4）（V5）を経て触媒燃焼器（Ｓ）で燃焼され、排ガ
ス（N2を含むスチーム）は、弁（V6）を介して系外に排
出（EX2）される。
第１貯蔵装置（H1）内の吸蔵水素が減少すれば、前記弁
（V6）を閉、弁（V7）を開とし、燃焼器（Ｓ）の排ガス
が第２貯蔵装置（H2）内の第２熱交換器（E2）に送られ
て後系外へ排出（EX2）されるが、その間に水素解離熱
源として働く。この解離水素は、負荷昇温を継続するの
に用いられる。この場合第１水素貯蔵装置（H1）からの
水素解離は不要となりヒーター（R1）への通電は遮断さ
れる。
（V6）を閉、弁（V7）を開とし、燃焼器（Ｓ）の排ガス
が第２貯蔵装置（H2）内の第２熱交換器（E2）に送られ
て後系外へ排出（EX2）されるが、その間に水素解離熱
源として働く。この解離水素は、負荷昇温を継続するの
に用いられる。この場合第１水素貯蔵装置（H1）からの
水素解離は不要となりヒーター（R1）への通電は遮断さ
れる。
やがて電池（FC）が規定作動温度（約190℃）に昇温す
れば、スイッチ（S2）をONして負荷運転状態となる。こ
の際循環ブロワ（F1）が始動し冷却板（CL）を循環する
冷却空気により、規定作動温度に維持するよう電池を冷
却する。即ち冷却板（CL）から出た高温（約180℃）の
冷却空気は、第１熱交換器（E1）を流れる間に、それ自
体吸蔵合金に熱を奪はれて冷却されると同時に、吸蔵合
金から水素を解離する。この水素は負荷運転用として弁
（V8）（V9）を経てアノードに送られる。
れば、スイッチ（S2）をONして負荷運転状態となる。こ
の際循環ブロワ（F1）が始動し冷却板（CL）を循環する
冷却空気により、規定作動温度に維持するよう電池を冷
却する。即ち冷却板（CL）から出た高温（約180℃）の
冷却空気は、第１熱交換器（E1）を流れる間に、それ自
体吸蔵合金に熱を奪はれて冷却されると同時に、吸蔵合
金から水素を解離する。この水素は負荷運転用として弁
（V8）（V9）を経てアノードに送られる。
前記高温冷却空気の第１熱交換器（E1）による熱交換能
を向上するため、負荷運転時燃焼器（Ｓ）は弁（V4）
（V5）を閉じて燃焼を停止し、アノード（Ｎ）から排出
された未反応水素は弁（V10）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
（Ｐ）から排出された未反応空気は弁（V11）の開放に
より系外へ排出される。
を向上するため、負荷運転時燃焼器（Ｓ）は弁（V4）
（V5）を閉じて燃焼を停止し、アノード（Ｎ）から排出
された未反応水素は弁（V10）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
（Ｐ）から排出された未反応空気は弁（V11）の開放に
より系外へ排出される。
この間負荷（Ｌ）と並列に接続された蓄電池（Bt）は燃
料電池（FC）の出力で充電される。
料電池（FC）の出力で充電される。
前記各弁・各スイッチ及び各ブロワなどは各種検出信号
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。
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。
第２水素貯蔵装置（H2）の吸蔵水素が消耗すると、これ
を連結手段（C1）（C2）（C3）で切離し、新しい貯蔵装
置に取替える。
を連結手段（C1）（C2）（C3）で切離し、新しい貯蔵装
置に取替える。
尚電池起動時電池温度が低い場合はスイッチ（S3）をON
して蓄電池（Bt）から電池の上下端板（PL）の近傍に配
置した昇温用ヒーター（R2）に通電し、電池温度を40〜
50℃程度に予め昇温すればよい。
して蓄電池（Bt）から電池の上下端板（PL）の近傍に配
置した昇温用ヒーター（R2）に通電し、電池温度を40〜
50℃程度に予め昇温すればよい。
（ト）発明の効果 本発明によれば、水素吸蔵合金を夫々充填した第１及び
第２の水素貯蔵装置を有し、第１水素貯蔵装置の水素解
離用熱源のみは起動用蓄電池を電源とするヒーターを用
いるが、第２水素貯蔵装置は電池からの未反応ガスを燃
焼した廃熱や電池冷却系の廃熱を水素解離熱源として利
用し、これら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
に改質器を用いる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。
第２の水素貯蔵装置を有し、第１水素貯蔵装置の水素解
離用熱源のみは起動用蓄電池を電源とするヒーターを用
いるが、第２水素貯蔵装置は電池からの未反応ガスを燃
焼した廃熱や電池冷却系の廃熱を水素解離熱源として利
用し、これら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
に改質器を用いる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。
特に負荷運転時電池から出る高温冷却空気が水素解離用
熱源となって電池の冷却が行はれると共に未反応水素は
第１水素貯蔵装置に再吸蔵されて、再使用が可能とな
る。
熱源となって電池の冷却が行はれると共に未反応水素は
第１水素貯蔵装置に再吸蔵されて、再使用が可能とな
る。
又第２水素貯蔵装置は連結手段でシステムに組込まれて
いるので、消耗後新しい貯蔵装置に取換え可能である。
いるので、消耗後新しい貯蔵装置に取換え可能である。
このように本発明は水素−空気燃料電池を名実ともにク
リーンでコンパクトな可搬式電源とすることができる。
リーンでコンパクトな可搬式電源とすることができる。
図面は本発明電源システムのシステムフロー図を示す。 FC:燃料電池、CL:冷却板、PL:端板、H1，H2：第１及び
第２の水素貯蔵装置、Bt:蓄電池、S:燃焼器、R1，R2：
ヒーター、E1，E2：第１及び第２の熱交換器、F1，F2：
ブロワ、C1，C2，C3：連結手段、S1，S2，S3：スイッ
チ、V1，V2，…，V11：弁
第２の水素貯蔵装置、Bt:蓄電池、S:燃焼器、R1，R2：
ヒーター、E1，E2：第１及び第２の熱交換器、F1，F2：
ブロワ、C1，C2，C3：連結手段、S1，S2，S3：スイッ
チ、V1，V2，…，V11：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 (3)
- 【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、起動
用蓄電池とを備え、前記第１水素貯蔵装置は、水素解離
用電源として前記蓄電池を電源とするヒーター熱を用
い、前記第２水素貯蔵装置は、第１段階で電池から排出
された未反応水素と未反応空気の燃焼廃熱を、第２段階
で電池冷却系の廃熱を夫々水素解離用熱源として用いる
ことを特徴とする燃料電池電源システム。 - 【請求項２】前記第２段階において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水素吸蔵装置が連結手段を介して
システムに着脱可能に組込まれる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 |
|---|---|---|---|
| JP1237513A JPH0758624B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP1237513A JPH0758624B2 (ja) | 1989-09-13 | 1989-09-13 | 燃料電池電源システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03101064A JPH03101064A (ja) | 1991-04-25 |
| JPH0758624B2 true JPH0758624B2 (ja) | 1995-06-21 |
Family
ID=17016438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1237513A Expired - Fee Related JPH0758624B2 (ja) | 1989-09-13 | 1989-09-13 | 燃料電池電源システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0758624B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5047464B2 (ja) * | 2005-02-02 | 2012-10-10 | 三菱電機株式会社 | 燃料電池装置 |
-
1989
- 1989-09-13 JP JP1237513A patent/JPH0758624B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03101064A (ja) | 1991-04-25 |
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