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JP2001185181A - Power generator - Google Patents

Power generator

Info

Publication number
JP2001185181A
JP2001185181A JP37385499A JP37385499A JP2001185181A JP 2001185181 A JP2001185181 A JP 2001185181A JP 37385499 A JP37385499 A JP 37385499A JP 37385499 A JP37385499 A JP 37385499A JP 2001185181 A JP2001185181 A JP 2001185181A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
air
electrode
water
air electrode
fuel
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
JP37385499A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasufumi Takahashi
康文 高橋
Masataka Ozeki
正高 尾関
Akinari Nakamura
彰成 中村
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co 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 Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP37385499A priority Critical patent/JP2001185181A/en
Publication of JP2001185181A publication Critical patent/JP2001185181A/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

(57)【要約】 【課題】 高分子電解質膜型燃料電池では、空気極側に
水が詰まって発電状態が悪化する。 【解決手段】 吸引ブロワ6が吸引して空気極13に空
気が供給されているので空気極13内の空気圧力は飽和
水蒸気圧に近づき、水の蒸発が促進され、水が詰まらな
いので発電状態は悪化しない。
(57) [Problem] In a polymer electrolyte membrane fuel cell, water is clogged on the air electrode side, and the power generation state deteriorates. SOLUTION: Since the air is supplied to the air electrode 13 by suction of the suction blower 6, the air pressure in the air electrode 13 approaches the saturated steam pressure, the evaporation of water is promoted, and the water is not clogged. Does not get worse.

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、高分子電解質型燃
料電池を用いた発電装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power generator using a polymer electrolyte fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3は、従来の高分子電解質型燃料電池
を用いた発電装置の概略図である。構成および動作を説
明する。
2. Description of the Related Art FIG. 3 is a schematic diagram of a power generator using a conventional polymer electrolyte fuel cell. The configuration and operation will be described.

【0003】燃料電池1は、燃料極11、電解質膜1
2、空気極13を有している。空気はブロワ3により加
圧され、空気加湿装置2で加湿され、空気極13に供給
される。また水素は、水素ボンベ4から、調圧弁(図示
せず)で調圧され、水素加湿装置15で加湿され、燃料
極11に供給される。
The fuel cell 1 comprises a fuel electrode 11, an electrolyte membrane 1
2. It has an air electrode 13. The air is pressurized by the blower 3, humidified by the air humidifier 2, and supplied to the air electrode 13. Further, hydrogen is regulated in pressure from a hydrogen cylinder 4 by a pressure regulating valve (not shown), humidified by a hydrogen humidifier 15, and supplied to the fuel electrode 11.

【0004】上記構成により燃料電池1では燃料極11
に供給された水素が水素イオンとなり電解質膜12を通
り空気極13に移動する。空気極13では移動してきた
水素イオンと、供給された空気中の酸素が反応を起こし
水となる。この反応により発電が起き、発電された直流
電力はインバータ16によって交流電力に変換され、負
荷17に供給される。空気極13において未反応の空気
は反応生成した水(水蒸気)と共に空気出口18から放
出される。また、燃料極11で未反応の水素は水素出口
19から放出される。
[0004] With the above configuration, the fuel electrode 1 is used in the fuel cell 1.
The hydrogen supplied to is converted into hydrogen ions and moves to the air electrode 13 through the electrolyte membrane 12. At the air electrode 13, the hydrogen ions that have moved and the oxygen in the supplied air cause a reaction to become water. Electric power is generated by this reaction, and the generated DC power is converted into AC power by the inverter 16 and supplied to the load 17. Unreacted air at the air electrode 13 is released from the air outlet 18 together with water (steam) generated by the reaction. Further, unreacted hydrogen at the fuel electrode 11 is released from the hydrogen outlet 19.

【0005】このような従来の高分子電解質型燃料電池
を用いた発電装置では、ブロワ3で加圧した空気を燃料
電池に送り込むため、空気極側で発生した水が凝縮して
流路で詰まった場合に蒸発しづらく、詰まった水を除去
できず発電状態が悪化するという問題点があった。
In such a conventional power generator using a polymer electrolyte fuel cell, since the air pressurized by the blower 3 is sent to the fuel cell, the water generated on the air electrode side condenses and is blocked in the flow path. In such a case, there is a problem that it is difficult to evaporate, the clogged water cannot be removed, and the power generation state deteriorates.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術が有する問題点を解決することを課題とする。すなわ
ち、空気極を減圧することにより水の蒸発を促進させ、
水が詰まらず、発電状態を悪化させない発電装置を提供
することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art. In other words, decompression of the air electrode promotes water evaporation,
It is an object of the present invention to provide a power generation device that does not clog water and does not deteriorate the power generation state.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1記載の本発明は、水素イオン伝導性高分子
電解質膜を用いた、燃料極と空気極とを有する燃料電池
と、前記空気極の流路の一方に接続された空気吸引手段
とを有し、前記空気吸引手段は前記空気極から空気を吸
引することで空気を供給する発電装置を構成したことを
特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell having a fuel electrode and an air electrode using a hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane. An air suction means connected to one of the flow paths of the air electrode, wherein the air suction means constitutes a power generator for supplying air by sucking air from the air electrode.

【0008】また、上記課題を解決するため、請求項2
記載の本発明は、さらに前記空気極の流路の他方に接続
された空気吐出手段と、燃料電池の発電状態を検知する
発電状態検知手段とを有し、前記空気吐出手段は前記発
電状態検知手段の制御により空気を吐出することで前記
空気極に空気を供給する請求項1記載の発電装置を構成
したことを特徴とする。
[0008] In order to solve the above-mentioned problems, a second aspect of the present invention is provided.
The invention described above further includes an air discharge unit connected to the other end of the flow path of the air electrode, and a power generation state detection unit that detects a power generation state of a fuel cell, wherein the air discharge unit detects the power generation state. The power generator according to claim 1, wherein air is supplied to the air electrode by discharging air under control of the means.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0010】(実施の形態1)図1は、本発明の一実施
の形態である発電装置の概略構成図である。燃料電池1
には燃料極11、高分子電解質膜12、空気極13から
構成されている。空気極側13には、入口側に空気加湿
装置2が接続され、その手前から空気を取り入れる構成
となっており、出口側には空気吸引手段である吸引ブロ
ワ6が接続され、吸引することで空気極13に空気を供
給する構成となっている。また、燃料極側11には入口
側に燃料加湿装置15が接続され、さらのその先に燃料
供給装置である水素ボンベ4が接続されている。水素ボ
ンベには調圧器(図示せず)が接続され、供給する水素
の圧力が調整される。空気加湿装置2では供給される水
(図示せず)を用いて空気を加湿し、また、燃料加湿装
置15では供給される水(図示せず)を用いて燃料であ
る水素を加湿している。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a power generator according to an embodiment of the present invention. Fuel cell 1
Is composed of a fuel electrode 11, a polymer electrolyte membrane 12, and an air electrode 13. The air electrode 13 is connected to the air humidifier 2 on the inlet side and is configured to take in air from the front side, and the suction blower 6 serving as air suction means is connected to the outlet side for suction. It is configured to supply air to the air electrode 13. Further, a fuel humidifier 15 is connected to the fuel electrode side 11 on the inlet side, and further connected to the hydrogen cylinder 4 as a fuel supply device. A pressure regulator (not shown) is connected to the hydrogen cylinder, and the pressure of the supplied hydrogen is adjusted. The air humidifier 2 humidifies the air using supplied water (not shown), and the fuel humidifier 15 humidifies hydrogen as a fuel using supplied water (not shown). .

【0011】燃料電池1では、燃料極11に供給された
水素が水素イオンとなり高分子電解質膜12を通り空気
極13に移動する。空気極13では移動してきた水素イ
オンと、供給された空気中の酸素が反応を起こし水とな
る。この反応により発電が起き、発電された直流電力は
インバーター16によって交流電力に変換され、負荷1
7に供給される。そして、燃料電池1の空気極13で生
成された水は、水蒸気状態で供給された空気と共に空気
出口18から放出される。また、燃料極11で未反応の
燃料は燃料出口19から放出される。
In the fuel cell 1, hydrogen supplied to the fuel electrode 11 becomes hydrogen ions and moves to the air electrode 13 through the polymer electrolyte membrane 12. At the air electrode 13, the hydrogen ions that have moved and the oxygen in the supplied air cause a reaction to become water. Electric power is generated by this reaction, and the generated DC power is converted into AC power by the inverter 16, and the load 1
7 is supplied. Then, the water generated at the air electrode 13 of the fuel cell 1 is discharged from the air outlet 18 together with the air supplied in a steam state. Further, unreacted fuel at the fuel electrode 11 is discharged from the fuel outlet 19.

【0012】空気極13側は、発電により発生する水で
供給時より水蒸気分圧が高くなり、水が凝縮して流路に
詰まる場合がある。しかし、本実施の形態の構成による
と、空気極13側で発生した水が流路を塞いだ場合で
も、空気極13内の圧力は吸引ブロワ6の吸引により圧
力が低下しており、水の飽和水蒸気圧に近づいている。
したがって、水は蒸発しやすく、塞ぎは解消されるもの
である。
At the air electrode 13 side, water generated by power generation has a higher partial pressure of water vapor than at the time of supply, and water may condense and clog the flow path. However, according to the configuration of the present embodiment, even when the water generated on the air electrode 13 side blocks the flow path, the pressure in the air electrode 13 is reduced by the suction of the suction blower 6, and the water Approaching saturated water vapor pressure.
Therefore, the water easily evaporates, and the blockage is eliminated.

【0013】すなわち、本実施の形態の構成により、空
気極13内の流路を水が塞いでも水を除去して詰まりを
解消する作用を有する発電装置を提供できる。
That is, according to the configuration of the present embodiment, it is possible to provide a power generator having an operation of removing water and eliminating clogging even if the flow path in the air electrode 13 is blocked by water.

【0014】(実施の形態2)図2は、本発明の異なる
実施の形態である発電装置の概略構成図である。燃料電
池1には燃料極11、高分子電解質膜12、空気極13
から構成されている。空気極側13には、出口側には空
気吸引手段である吸引ブロワ6が接続され、空気極13
から空気を吸引することで空気極13に空気を供給する
構成となっている。入口側には空気加湿装置2が接続さ
れ、その手前に空気吐出手段である吐出ブロワ5が接続
され、吐出することで空気極13に空気を供給する構成
となっており、さらに燃料電池1の発電状態を検知する
電圧検知手段7が、リレー8を介して電源9の電力を用
いて吐出ブロワ5の動きを制御する構成となっている。
また、燃料極側11には入口側に燃料加湿装置15が接
続され、さらのその先に燃料供給装置である水素ボンベ
4が接続されている。水素ボンベには調圧器(図示せ
ず)が接続され、供給する水素の圧力が調整される。空
気加湿装置2では供給される水(図示せず)を用いて空
気を加湿し、また、燃料加湿装置15では供給される水
(図示せず)を用いて燃料である水素を加湿している。
(Embodiment 2) FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a power generator according to a different embodiment of the present invention. The fuel cell 1 includes a fuel electrode 11, a polymer electrolyte membrane 12, and an air electrode 13.
It is composed of A suction blower 6 serving as an air suction means is connected to the air electrode side 13 at the outlet side.
Air is supplied from the air electrode 13 to the air electrode 13 by sucking air. An air humidifier 2 is connected to the inlet side, and a discharge blower 5 serving as an air discharge means is connected before the air humidifier 2, and supplies air to the air electrode 13 by discharging. The voltage detecting means 7 for detecting the power generation state controls the movement of the discharge blower 5 by using the power of the power supply 9 via the relay 8.
Further, a fuel humidifier 15 is connected to the fuel electrode side 11 on the inlet side, and further connected to the hydrogen cylinder 4 as a fuel supply device. A pressure regulator (not shown) is connected to the hydrogen cylinder, and the pressure of the supplied hydrogen is adjusted. The air humidifier 2 humidifies the air using supplied water (not shown), and the fuel humidifier 15 humidifies hydrogen as a fuel using supplied water (not shown). .

【0015】燃料電池1では、燃料極11に供給された
水素が水素イオンとなり高分子電解質膜12を通り空気
極13に移動する。空気極13では移動してきた水素イ
オンと、供給された空気中の酸素が反応を起こし水とな
る。この反応により発電が起き、発電された直流電力は
インバーター16によって交流電力に変換され、負荷1
7に供給される。そして、燃料電池1の空気極13で生
成された水は、水蒸気状態で供給された空気と共に空気
出口18から放出される。また、燃料極11で未反応の
燃料は燃料出口19から放出される。
In the fuel cell 1, the hydrogen supplied to the fuel electrode 11 becomes hydrogen ions and moves to the air electrode 13 through the polymer electrolyte membrane 12. At the air electrode 13, the hydrogen ions that have moved and the oxygen in the supplied air cause a reaction to become water. Electric power is generated by this reaction, and the generated DC power is converted into AC power by the inverter 16, and the load 1
7 is supplied. Then, the water generated at the air electrode 13 of the fuel cell 1 is discharged from the air outlet 18 together with the air supplied in a steam state. Further, unreacted fuel at the fuel electrode 11 is discharged from the fuel outlet 19.

【0016】燃料電池1が通常に動作し、電圧検知手段
7の検出値が正常範囲にある場合は、吐出ブロワ5は動
作しない構成となっている。
When the fuel cell 1 operates normally and the value detected by the voltage detecting means 7 is within the normal range, the discharge blower 5 does not operate.

【0017】空気極13側は、発電により発生する水で
供給時より水蒸気分圧が高くなり、水が凝縮して流路に
詰まる場合がある。しかし、本実施の形態の構成による
と、空気極13側で発生した水が流路を塞いだ場合で
も、空気極13内の空気圧力は吸引ブロワ6の吸引によ
り圧力が低下しており、水の飽和水蒸気圧に近づいてい
る。したがって、水は蒸発しやすく、塞ぎは解消される
ものである。さらに、吸引ブロワ6だけでは塞ぎを解消
できず、空気流量を確保できない場合は、酸素の供給量
が減り燃料電池の発電状態が悪くなり電圧が低下する。
そのことを電圧検知装置7が検知し、リレー8により吐
出ブロワ5を作動させると空気流量を確保でき、発電状
態は回復するものである。この時、吸引ブロワ6は作動
し続けているので吸引ブロワ6の能力を吐出ブロワ5の
能力より大とすることで減圧状態を保ち、空気極13の
圧力を飽和水蒸気圧に近い状態に維持することが可能と
なり、水の蒸発を促進させ、詰まりを解消し、電圧の回
復を促進させる。
On the air electrode 13 side, water generated by power generation has a higher partial pressure of water vapor than when supplied, and water may condense and block the flow path. However, according to the configuration of the present embodiment, even when water generated on the air electrode 13 side blocks the flow path, the air pressure in the air electrode 13 is reduced by suction of the suction blower 6, and Approaching the saturated water vapor pressure. Therefore, the water easily evaporates, and the blockage is eliminated. Furthermore, if the suction blower 6 alone cannot solve the blockage and the air flow rate cannot be secured, the supply amount of oxygen decreases, the power generation state of the fuel cell deteriorates, and the voltage decreases.
When this is detected by the voltage detecting device 7 and the discharge blower 5 is operated by the relay 8, the air flow rate can be secured and the power generation state is restored. At this time, since the suction blower 6 continues to operate, the capacity of the suction blower 6 is made larger than the capacity of the discharge blower 5 to maintain a reduced pressure state, and the pressure of the air electrode 13 is maintained close to the saturated steam pressure. And promotes water evaporation, clears clogs and facilitates voltage recovery.

【0018】すなわち、本実施の形態の構成により、空
気極13内の流路を水が塞いでも水を除去して詰まりを
解消する作用を有する発電装置を提供できる。
That is, according to the configuration of the present embodiment, it is possible to provide a power generator having an action of removing water and eliminating clogging even if the flow path in the air electrode 13 is blocked by water.

【0019】なお、(実施の形態1)および(実施の形
態2)において、水素の供給は水素ボンベを用いる構成
で説明したが、炭化水素系燃料と水とを用いた水蒸気改
質反応で水素を供給する構成でも構わない。また、イン
バータを介して外部に供給する電力は、交流電力でな
く、直流電力でも構わない。
In the first embodiment and the second embodiment, the supply of hydrogen is described by using a hydrogen cylinder. However, hydrogen is supplied by a steam reforming reaction using a hydrocarbon fuel and water. May be supplied. The power supplied to the outside via the inverter may be DC power instead of AC power.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、燃料電池内の空気極に水が詰まらず、良好な発
電状態を保つ高分子電解質型燃料電池を用いた発電装置
を提供できる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, there is provided a power generation device using a polymer electrolyte fuel cell which maintains a good power generation state without water clogging the air electrode in the fuel cell. it can.

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

【図1】本発明の一実施の形態である発電装置の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of a power generation device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の異なる実施の形態である発電装置の構
成図
FIG. 2 is a configuration diagram of a power generator according to a different embodiment of the present invention.

【図3】従来の発電装置の構成図FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional power generator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料電池 2 空気加湿装置 3 ブロワ 4 水素ボンベ 5 吐出ブロワ 6 吸引ブロワ 7 電圧検知装置 11 燃料極 12 電解質膜 13 空気極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Air humidifier 3 Blower 4 Hydrogen cylinder 5 Discharge blower 6 Suction blower 7 Voltage detector 11 Fuel electrode 12 Electrolyte membrane 13 Air electrode

フロントページの続き (72)発明者 中村 彰成 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA06 5H027 AA06 KK54 MM03 MM04 Continuation of front page (72) Inventor Akinari Nakamura 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F term (reference) 5H026 AA06 5H027 AA06 KK54 MM03 MM04

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】水素イオン伝導性高分子電解質膜を用い
た、燃料極と空気極とを有する燃料電池と、前記空気極
の流路の一方に接続された空気吸引手段とを有し、前記
空気吸引手段は前記空気極から空気を吸引することで空
気を供給する発電装置。
1. A fuel cell comprising a hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane having a fuel electrode and an air electrode, and an air suction means connected to one of flow paths of the air electrode, An air suction means is a power generator for supplying air by sucking air from the air electrode.
【請求項2】さらに前記空気極の流路の他方に接続され
た空気吐出手段と、燃料電池の発電状態を検知する発電
状態検知手段とを有し、前記空気吐出手段は前記発電状
態検知手段の制御により空気を吐出することで前記空気
極に空気を供給する請求項1記載の発電装置。
2. An air discharge means connected to the other end of the flow path of the air electrode, and a power generation state detection means for detecting a power generation state of a fuel cell, wherein the air discharge means is a power generation state detection means. The power generator according to claim 1, wherein the air is supplied to the air electrode by discharging the air under the control of (1).
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