JPH11144748A - 燃料電池装置 - Google Patents

燃料電池装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 水素吸蔵合金を使用した燃料電池装置におい
て、燃料電池から水素吸蔵合金への熱伝達が良好に行え
る小型の燃料電池装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 複数の燃料電池本体と水素吸蔵ボンベ
と、水素を水素吸蔵ボンベから燃料電池本体に供給する
水素供給手段と、酸素を供給するための空気を供給する
送気手段と、二次電池部と、これらを収容しかつ上記送
気手段の吸気口ならびに排気口と水素吸蔵ボンベを出し
入れできる手段を有したケースを有する燃料電池装置で
あり、少なくとも一対の燃料電池本体のカソード用燃料
導入口の反対側面に、燃料電池本体にアノード用燃料を
供給する水素吸蔵ボンベが熱伝達手段を介して配置する
構成とする。これにより燃料電池からの発熱分のエネル
ギーを水素吸蔵ボンベに有効に伝え水素の安定した供給
を可能にし、電源システム全体の小型化が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池を用いた
可搬型電源システムであって、燃料として水素を用い、
空気を酸化剤とする固体高分子型燃料電池を用いた燃料
電池装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ポータブル電源として燃料電池を用いた
例は、例えば特開平４−３０８６６２号公報や特開平６
−６０８９４号公報に記載されている一連の先行技術が
あるが、これらはリン酸型燃料電池を水素吸蔵合金より
供給される水素と空気で駆動する構成を開示している。
また、特開昭５４−２２５３７号公報や特開平２−２６
０３７１号公報には、固体高分子型燃料電池を水素吸蔵
合金より供給される水素と空気で駆動する構成が開示さ
れている。
【０００３】固体高分子型燃料電池は、電解質に固体高
分子電解質であるイオン交換膜を用いており、その一般
的な構成を図３に示す。このイオン交換膜１７を用いた
構成では、上記イオン交換膜１７の両面に正極１８なら
びに負極１９を層状に形成し、これらを併せて単位電池
２０が構成される。
【０００４】水素を燃料とし、酸素を酸化剤とした場
合、負極では触媒と高分子電解質の接触界面において
（化１）のような反応が、正極では（化２）の反応が起
こり、水が生成される。
【０００５】
【化１】
【０００６】
【化２】
【０００７】触媒は反応の活性点となり、電極層は上記
反応の電子の伝導体であり、高分子電解質は水素イオン
の伝導体となる。ただし、高分子電解質は含水して初め
て実用的なイオン透過性を持つため、固体高分子型燃料
電池を用いた電源システムの特徴として、この高分子電
解質の加湿方法が広く検討されている。上記単位電池２
０は、図４に示すようなセパレータ板２１とガスケット
２２を用いて直列に接続され、図５に示すような積層体
２３を形成してエンドプレート２４で締め付けて一つの
発電ユニットとなる。
【０００８】このようにして構成される燃料電池本体は
発電に際して、発電を行っている電流密度に応じた過電
圧分のエネルギーが放出されるため発熱源となる。
【０００９】また、燃料電池に水素を供給する水素吸蔵
合金は、水素の吸蔵及び放出に伴い（化３）に示す代表
的な反応を行う。
【００１０】
【化３】
【００１１】α相を示す金属の水素組成が増加し、β相
（水素化物）になる反応時には、生成熱ΔＨを生じる。
また金属水素化物から水素を放出するときは、β相から
α相になりΔＨの熱を吸収する特性が知られており、水
素の安定した供給を行う際は水素吸蔵合金に熱を供給す
る必要がある。そのため、水素吸蔵ボンベに熱を供給す
る手段が広く考案されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のポータブル燃料電池や固体高分子型燃料電池システ
ムの構成では、発熱源である燃料電池本体と吸熱源であ
る水素吸蔵合金部の熱伝達を考慮し、コンパクト化する
ための構成が考慮されていなかった。
【００１３】例えば、特開昭５４−２２５３７号公報や
特開平２−２６０３７１号公報に記載の構成では、固体
高分子型燃料電池を水素吸蔵合金より供給される水素で
駆動する構成を開示しているが、水素吸蔵合金に燃料電
池の熱を伝えるための構成と、生成水回収のための灯心
部材や水透過性部材などの構成が示されているのみで、
超小型のための構成は示されていない。また米国特許５
２００２７８号には、固体高分子型燃料電池の構造及び
システムに関する種々の開示が見られるが、小型化の取
り組みに関する構成について示唆されるものはなく、発
熱源である燃料電池本体と吸熱源である水素吸蔵合金部
の熱伝達を考慮し、小型化するための取り組みがなされ
ていないという問題があった。
【００１４】本発明は、上記従来の問題点を解決し、小
型化を可能にする燃料電池を用いた可搬型電源装置を提
供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は水素と空気を用いて発電する複数の燃料電
池本体と、前記燃料電池本体に必要な水素を吸蔵する水
素吸蔵ボンベと、前記水素吸蔵ボンベからの水素の流動
を制御し、上記燃料電池本体における燃料電池の動作及
び出力を制御する制御部と、前記水素吸蔵ボンベと燃料
電池本体とを連結し、水素を水素吸蔵ボンベから燃料電
池本体に供給し且つ水素吸蔵ボンベと着脱可能な構成と
した水素供給手段と、前記燃料電池本体に燃料電池の発
電に必要な酸素を供給するための空気を供給する送気手
段と、前記制御部を駆動し、かつ前記送気手段を補助的
に駆動する為の二次電池部と、これらを収容し、かつ上
記送気手段の吸気口ならびに排気口と水素吸蔵ボンベを
出し入れできる手段を有したケースを有する燃料電池装
置において、少なくとも一対の燃料電池本体を前記ケー
スの両内側面に配置し、前記側面よりカソード用燃料と
しての空気を前記空気供給手段により導入し、燃料電池
本体に供給し、ケースの側面に配置された燃料電池本体
のカソード用燃料導入口の反対側面には、燃料電池本体
にアノード用燃料を供給する水素吸蔵ボンベを熱伝達手
段を介して配置する構成とするものである。
【００１６】これらのシステム構成をとることにより、
燃料電池からの発熱分のエネルギーを水素吸蔵ボンベに
有効に伝えることが可能となり、水素の安定した供給を
可能にするシステムの小型化が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明は、水素と空気を用いて発
電する複数の燃料電池本体と、前記燃料電池本体に必要
な水素を吸蔵する水素吸蔵ボンベと、前記水素吸蔵ボン
ベからの水素の流動を制御し、上記燃料電池本体におけ
る燃料電池の動作及び出力を制御する制御部と、前記水
素吸蔵ボンベと燃料電池本体とを連結し、水素を水素吸
蔵ボンベから燃料電池本体に供給し且つ水素吸蔵ボンベ
と着脱可能な構成とした水素供給手段と、前記燃料電池
本体に燃料電池の発電に必要な酸素を供給するための空
気を供給する送気手段と、前記制御部を駆動し且つ前記
送気手段を補助的に駆動する為の二次電池部と、これら
を収容し且つ上記送気手段の吸気口ならびに排気口と水
素吸蔵ボンベを出し入れできる手段を有したケースを有
する燃料電池装置において、少なくとも一対の燃料電池
本体を前記ケースの両内側面に配置し、前記側面よりカ
ソード用燃料としての空気を前記空気供給手段により導
入し、燃料電池本体に供給する。またケースの側面に配
置された燃料電池本体のカソード用燃料導入口の反対側
面には、燃料電池本体にアノード用燃料を供給する水素
吸蔵ボンベを熱伝達手段を介して配置する構成とするも
のである。
【００１８】このことにより、ケース側面に設けられた
吸気口よりカソード用燃料として導入された空気が、ケ
ース内側面に設置された燃料電池本体に供給され、空気
中の酸素を消費した後、発熱体である前記燃料電池本体
から熱を奪い、その熱を前記熱交換手段を介してケース
と反対側面にある水素吸蔵ボンベに供給することが可能
になる。さらに燃料電池を複数個とし、これら燃料電池
間に水素吸蔵ボンベを設置することにより、前記水素吸
蔵ボンベが有している伝熱面積を有効に熱伝達に使用す
ることが可能となる。これらのシステム構成をとること
により、燃料電池からの発熱分のエネルギーを水素吸蔵
ボンベに有効に伝え、水素の安定した供給を可能にする
システムの小型化が可能となる。
【００１９】以下、本発明の実施の形態を図１および図
２を用いて詳細に説明する。図１は本発明の燃料電池装
置の外観の斜視図である。図２は図１の燃料電池装置の
ケースを見る方向からはずし、（ａ）上から見た図、
（ｂ）正面から見た図、（ｃ）Ｄ−Ｄ間を横から見た図
である。図１および２において１は水素と空気とで発電
を行う燃料電池本体である。２は前記燃料電池１に空気
を供給する空気供給手段、３は前記燃料電池１に水素供
給する水素吸蔵ボンベ、４は前記水素吸蔵ボンベ３から
前記燃料電池１への水素の供給に際し供給圧力を制御す
る圧力制御器、５は前記圧力制御器４で調圧された水素
の前記燃料電池１への供給を制御するストップバルブ、
６は前記燃料電池１の不純物の混在した水素を排出する
ための排出バルブ、７は前記燃料電池１の動作及び出力
を制御する制御部、８は前記空気供給手段２の補助的な
駆動及び前記制御部７の駆動を行うための二次電池であ
り、９は前記燃料電池１から排出される熱を前記水素吸
蔵ボンベに伝える熱伝達手段、１０はこれら構成部品を
収納し且つ前記燃料電池１の動作に必要な空気の吸排気
口を備えたケースで１１の空気吸気口と１２の空気排気
口を備えた構造である。１３は前記ストップバルブ５か
ら供給される水素を複数の前記燃料電池１へ分配するた
めの水素供給管、１４は複数の前記燃料電池１からの不
純物を混在した水素を前記排出バルブ６へ導入する排気
ガス導入管であり、本発明の燃料電池システムはこれら
により構成されている。１５は前記二次電池８と前記制
御部７を電気的に遮断する一次スイッチ、１６は前記燃
料電池１と前記制御部７を電気的に遮断する二次スイッ
チである。
【００２０】ここにおいて、前記燃料電池１と前記空気
供給手段２は気密性を保って接合されており、また前記
空気供給手段２と前記熱伝達手段９と前記水素吸蔵ボン
ベ３は熱的に良好に結合されている。前記ケース１１の
空気吸気口１２より前記空気供給手段２により前記燃料
電池１のケース側の側面に導入された空気は、前記燃料
電池１に酸素を供給した後、前記燃料電池１から熱を奪
って前記燃料電池の水素吸蔵ボンベ側の側面より排出さ
れる。排出された空気は前記空気供給手段２に熱を供給
した後、前記ケース１１の空気排気口１２を通って排出
される。前記燃料電池１の排気空気で前記空気供給手段
２に供給された熱は、前記熱伝達手段９を介し前記水素
吸蔵ボンベ３に供給されることになる。この燃料電池１
が水素吸蔵ボンベの両側に設置され複数あることで、水
素吸蔵ボンベが有している伝熱可能な面積を有効に利用
することが可能となる。
【００２１】なお、本実施の発明においては燃料電池２
個の間に水素吸蔵ボンベ１個を挟んだ構成を示したが、
燃料電池および水素吸蔵ボンベの個数には本実施の形態
に限定するものではなく、燃料電池の間に水素吸蔵ボン
ベを挟んだ構成であればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における燃料電池装置の外
観斜視図
【図２】図１の燃料電池装置の模式図 （ａ）上から見た模式図 （ｂ）正面から見た模式図 （ｃ）（ｂ）のＤ−Ｄ間を横から見た模式図
【図３】燃料電池の原理を示すための模式図
【図４】燃料電池における単位電池の分解断面図
【図５】単位電池を複数個連結して構成した燃料電池の
斜視説明図
【符号の説明】
１ 燃料電池本体 ２ 空気供給手段 ３ 水素吸蔵ボンベ ４ 圧力制御器 ５ ストップバルブ ６ 排出バルブ ７ 制御部 ８ 二次電池 ９ 熱伝達手段 １０ ケース １１ 空気吸気口 １２ 空気排気口 １３ 水素供給管 １４ 排気ガス導入管 １５ 一次スイッチ １６ 二次スイッチ １７ イオン交換膜 １８ 正極 １９ 負極 ２０ 単位電池 ２１ セパレータ板 ２２ ガスケット ２３ 積層体 ２４ エンドプレート

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 可搬型電源として用いられる燃料電池装
    置であって、複数の燃料電池本体と、前記燃料電池本体
    に必要な水素を吸蔵する水素吸蔵ボンベと、前記水素吸
    蔵ボンベからの水素の流動を制御し、前記燃料電池本体
    における燃料電池の動作及び出力を制御する制御部と、
    前記水素吸蔵ボンベと燃料電池本体とを連結し、水素を
    水素吸蔵ボンベから燃料電池本体に供給する水素供給手
    段と、前記燃料電池本体に燃料電池の発電に必要な酸素
    を供給するための空気を供給する送気手段と、前記制御
    部を駆動し、かつ前記送気手段を補助的に駆動する為の
    二次電池部と、これらを収容するケースを有し、前記ケ
    ースには前記送気手段の吸気口ならびに排気口と水素吸
    蔵ボンベを出し入れできる手段を有し、かつ前記水素供
    給手段は、水素吸蔵ボンベと着脱可能な構成とした燃料
    電池装置において、少なくとも一対の燃料電池本体は前
    記ケースの両内側面に配置され、前記側面より空気を導
    入する構成とし、かつケースの側面に配置された燃料電
    池本体のケースと反対側面には、水素吸蔵ボンベが熱伝
    達手段を介して配置されることを特徴とした燃料電池装
    置。
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