JP2010211942A - Portable feeder system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は携帯用給電システムに係り、より詳しくは、燃料電池による発電システムを含む携帯用給電システムに関する。 The present invention relates to a portable power supply system, and more particularly to a portable power supply system including a power generation system using a fuel cell.
携帯用電気製品は乾電池、または充電式蓄電池を内蔵しており、充電式蓄電池は、通常固定式電源コンセントから充電している。しかし、固定式電源コンセントから充電するにしても充電中は電気製品が使用できないと言う問題があった。
最近携帯電話では、高性能化により電池の消耗が早くなり、外出中に電池切れを起こすケースも増えている。
携帯電話では、外出先で電池が完全になくなった場合の充電方法として、簡易式充電器を購入して充電する方法が一般的で、充電器には電池交換式充電器、使いきり電池充電器、コード付き電池式充電器等がある。
携帯用の充電器に対する要望としては、短時間で充電出来る急速充電の要望の他、あとどの位使えるか分かるようにすること、持ち歩きしやすいもの等が挙げられる。
Portable electric products have a built-in dry battery or a rechargeable storage battery, and the rechargeable storage battery is normally charged from a fixed power outlet. However, even when charging from a fixed power outlet, there is a problem that electrical products cannot be used during charging.
Recently, with mobile phones, battery consumption has been accelerated due to higher performance, and there are increasing cases of running out of batteries while going out.
In mobile phones, as a charging method when the battery is completely gone on the go, it is common to purchase a simple charger and charge it. The charger is a battery-replaceable charger or a single-use battery charger. There are corded battery chargers.
Requests for portable chargers include requests for quick charging that can be charged in a short time, as well as making it easier to know how much it can be used, and things that are easy to carry around.
上記各種要望に応えるため、本発明は、電源供給用コンセントがない場所でも、また、移動しながらでも充電が可能であり、充電しながら電気機器の使用が可能な携帯用給電システムの提供を目的とする。 In order to meet the various demands described above, the present invention aims to provide a portable power supply system that can be charged even when there is no outlet for power supply or while moving, and can be used for electric equipment while charging. And
本発明は、携帯用各種電気製品に電源供給を可能とする携帯用給電システムであって、反応液と金属を収納するケースからなり、前記反応液と前記金属の反応によって水素を発生させる水素発生ユニットと、前記水素発生ユニットで発生した水素と酸素を反応させて電気を取り出す燃料電池と、前記燃料電池で発生する電気量を制御するために水素発生ユニットと燃料電池の間に設けられる燃料流量制御装置と、前記燃料電池で発生した電気を貯蔵する蓄電池と、を含むことを特徴とする。 The present invention is a portable power supply system capable of supplying power to various portable electrical products, comprising a case for storing a reaction solution and a metal, and generating hydrogen by generating hydrogen by a reaction between the reaction solution and the metal A fuel cell for extracting electricity by reacting hydrogen and oxygen generated in the hydrogen generation unit, and a fuel flow rate provided between the hydrogen generation unit and the fuel cell to control the amount of electricity generated in the fuel cell A control device and a storage battery for storing electricity generated in the fuel cell are included.
前記反応液と前記金属は、希塩酸と亜鉛、アルミニウム、鉄の何れかの組み合わせ、あるいは、酸性またはアルカリ性水溶液とアルミニウムとの組み合わせであることを特徴とする。 The reaction solution and the metal are a combination of dilute hydrochloric acid and zinc, aluminum, or iron, or a combination of an acidic or alkaline aqueous solution and aluminum.
前記燃料電池は、陽極、陰極、触媒、電解質を含み、水素と酸素を反応させて電気を取り出す固体高分子型燃料電池であることを特徴とする。 The fuel cell includes an anode, a cathode, a catalyst, and an electrolyte, and is a solid polymer fuel cell that takes out electricity by reacting hydrogen and oxygen.
また、本発明は、携帯用各種電気製品に電源供給を可能とする携帯用給電システムであって、燃料となるメタノール水溶液を補給する補給器と、前記メタノール補給器から供給されるメタノール水溶液と高分子電解質膜を利用して電気を取り出す燃料電池と、前記燃料電池で発生する電気量を制御するために前記メタノール補給器と燃料電池の間に設けられる燃料流量制御装置と、前記燃料電池で発生した電気を貯蔵する蓄電池と、を含むことを特徴とする。 The present invention also provides a portable power supply system that can supply power to various portable electrical products, a replenisher that replenishes a methanol aqueous solution as a fuel, a methanol aqueous solution that is supplied from the methanol replenisher, A fuel cell for extracting electricity using a molecular electrolyte membrane, a fuel flow rate control device provided between the methanol replenisher and the fuel cell to control the amount of electricity generated in the fuel cell, and generated in the fuel cell And a storage battery for storing electricity.
前記燃料電池は、燃料極、空気極、および燃料極と空気極を隔てる高分子製の電解質膜を含み、メタノール水溶液と高分子電解質膜を利用した燃料電池であることを特徴とする。 The fuel cell includes a fuel electrode, an air electrode, and a polymer electrolyte membrane that separates the fuel electrode and the air electrode, and is a fuel cell using an aqueous methanol solution and a polymer electrolyte membrane.
前記燃料流量制御装置は、流量調節ねじであり、前記蓄電池は、リチウム・イオン蓄電池であることを特徴とする。 The fuel flow rate control device is a flow rate adjusting screw, and the storage battery is a lithium ion storage battery.
本発明による携帯用給電システムの使用により、携帯用電気製品の連続使用が可能となる。即ち、電源供給用コンセントがない場所でも、また、移動しながらでも充電が可能であり、充電しながら電気機器の使用が可能となる。 The use of the portable power supply system according to the present invention enables continuous use of portable electrical products. That is, charging can be performed even in a place where there is no power supply outlet or while moving, and electric devices can be used while charging.
本発明による携帯用給電システムは、薄い塩酸とアルミ棒を反応させて水素を発生させ、発生した水素を燃料とする燃料電池で発電した電気を利用できるようにしたものであり、
反応液と金属を収納するケースからなり、前記反応液と前記金属の反応によって水素を発生させる水素発生ユニットと、前記水素発生ユニットで発生した水素と酸素を反応させて電気を取り出す燃料電池と、前記燃料電池で発生する電気量を制御するために水素発生ユニットと燃料電池の間に設けられる燃料流量制御装置と、前記燃料電池で発生した電気を貯蔵する蓄電池と、を含んで構成される。
前記反応液と前記金属は、希塩酸と亜鉛、アルミニウム、鉄の何れかの組み合わせ、あるいは、酸性またはアルカリ性水溶液とアルミニウムとの組み合わせである。
The portable power supply system according to the present invention generates hydrogen by reacting a thin hydrochloric acid and an aluminum rod, and can use electricity generated by a fuel cell using the generated hydrogen as fuel.
A case containing a reaction liquid and a metal, a hydrogen generation unit for generating hydrogen by a reaction between the reaction liquid and the metal, a fuel cell for taking out electricity by reacting hydrogen and oxygen generated in the hydrogen generation unit, and A fuel flow control device provided between the hydrogen generation unit and the fuel cell in order to control the amount of electricity generated in the fuel cell, and a storage battery that stores the electricity generated in the fuel cell.
The reaction solution and the metal are a combination of dilute hydrochloric acid and zinc, aluminum, or iron, or a combination of an acidic or alkaline aqueous solution and aluminum.
本発明は、また、燃料となるメタノール水溶液を補給する補給器と、前記メタノール補給器から供給されるメタノール水溶液と高分子電解質膜を利用して電気を取り出す燃料電池と、前記燃料電池で発生する電気量を制御するために前記メタノール補給器と燃料電池の間に設けられる燃料流量制御装置と、前記燃料電池で発生した電気を貯蔵する蓄電池と、
を含んで構成される。
前記燃料電池は、燃料極、空気極、および燃料極と空気極を隔てる高分子製の電解質膜を含み、メタノール水溶液と高分子電解質膜を利用した燃料電池である。
The present invention also provides a replenisher for replenishing a methanol aqueous solution as a fuel, a fuel cell for taking out electricity using a methanol aqueous solution and a polymer electrolyte membrane supplied from the methanol replenisher, and the fuel cell. A fuel flow control device provided between the methanol replenisher and the fuel cell to control the amount of electricity; a storage battery for storing electricity generated by the fuel cell;
It is comprised including.
The fuel cell includes a fuel electrode, an air electrode, and a polymer electrolyte membrane that separates the fuel electrode and the air electrode, and uses a methanol aqueous solution and a polymer electrolyte membrane.
前記の通り、水素は、薄い塩酸と亜鉛、アルミニウム、または鉄を反応させるか、酸性またはアルカリ性水溶液とアルミニウムを反応させて発生させることができるが、本発明の実施例では、薄い塩酸とアルミ棒を反応させている。
アルミとして棒状のものを採用するのは、一度に大量の水素が発生するのを避けるためであり、また、薄い水溶液を使うのも、濃い水溶液では一度にたくさんの気体が発生するので好ましくないことによる。
As described above, hydrogen can be generated by reacting thin hydrochloric acid with zinc, aluminum, or iron, or reacting an acidic or alkaline aqueous solution with aluminum. In the embodiment of the present invention, however, thin hydrochloric acid and an aluminum rod are used. Is reacting.
The aluminum rod is used to avoid the generation of a large amount of hydrogen at a time, and it is not preferable to use a thin aqueous solution because a thick aqueous solution generates a lot of gas at once. by.
発生した水素は、燃料電池ユニットに送られる。
燃料電池は、乾電池などの一次電池や鉛蓄電池などの二次電池とは異なり、水素などの燃料と酸素などの酸化剤を供給し続けることで継続的に電力を取り出すことができる化学電池である。通常の発電システムと異なり、化学エネルギーから電気エネルギーへの変換途上で熱エネルギーや運動エネルギーという形態を経ないため、発電効率が高い。また、システム規模にあまり影響されず、騒音や振動も少ない。そのため、ノートパソコン、携帯電話などの携帯機器から、自動車、鉄道、民生用・産業用コジェネレーション、発電所、まで多様な用途・規模をカバーするエネルギー源として期待されている。
The generated hydrogen is sent to the fuel cell unit.
Unlike primary batteries such as dry batteries and secondary batteries such as lead-acid batteries, fuel cells are chemical cells that can continuously extract power by continuously supplying a fuel such as hydrogen and an oxidant such as oxygen. . Unlike ordinary power generation systems, power generation efficiency is high because heat energy and kinetic energy do not pass through the process of conversion from chemical energy to electrical energy. In addition, it is not greatly affected by the system scale, and there is little noise and vibration. Therefore, it is expected as an energy source covering various uses and scales from portable devices such as notebook computers and mobile phones to automobiles, railways, consumer / industrial cogeneration, and power plants.
燃料電池には様々な燃料が用いられるが、主として水の電気分解の逆反応である 2H2 + O2 →
2H2O によって電力を取り出す場合が多い。用いられる電気化学反応、電解質の種類などによって燃料電池は幾つかのタイプに分けられる。なかでも固体高分子形燃料電池は室温動作が可能かつ小型軽量化が可能であるため、携帯機器、燃料電池自動車などへの応用が期待されている。
固体高分子形燃料電池（polymer electrolyte fuel cell, PEFC）は、高分子膜（イオン交換膜）を電解質として用いる燃料電池である。
Various fuels are used in fuel cells, but 2H 2 + O 2 →
In many cases, power is extracted by 2H 2 O. There are several types of fuel cells depending on the electrochemical reaction used and the type of electrolyte. In particular, the polymer electrolyte fuel cell can be operated at room temperature and can be reduced in size and weight, and is expected to be applied to portable devices, fuel cell vehicles, and the like.
A polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is a fuel cell that uses a polymer membrane (ion exchange membrane) as an electrolyte.
固体高分子形燃料電池は、燃料極（負極）、固体高分子膜（電解質）、空気極（正極）を貼り合わせて一体化した膜／電極接合体 (Membrane Electrode Assembly, MEA) と呼ばれる基本部品を、反応ガスの供給流路が彫り込まれたバイポーラプレート (bipolar plate) と呼ばれる導電板で挟みこんだ1つの基本単位である単セルから構成される。
燃料極（負極）では、水素やメタノールなどの燃料が供給され、H2 →
2H+ + 2e-の反応によって、プロトン（水素イオン、H+）と電子に分解する。この後、プロトンは電解質膜内を、電子は導線内を通って、空気極へと移動する。 一般に、カーボンブラック担体上に白金触媒、あるいはルテニウム−白金合金触媒を担持したものが用いられる。
A polymer electrolyte fuel cell is a basic component called a membrane / electrode assembly (MEA) that combines a fuel electrode (negative electrode), a solid polymer membrane (electrolyte), and an air electrode (positive electrode). Is composed of a single cell which is one basic unit sandwiched between conductive plates called bipolar plates engraved with reactant gas supply channels.
The fuel electrode (negative electrode) is supplied with fuel such as hydrogen and methanol, and H 2 →
2H + + 2e - by reaction, decomposing protons (hydrogen ions, H +) and electrons. Thereafter, protons move through the electrolyte membrane, and electrons pass through the conductive wire to the air electrode. Generally, a carbon black carrier carrying a platinum catalyst or a ruthenium-platinum alloy catalyst is used.
固体高分子膜（電解質）は、燃料極で生成したプロトンを空気極へと移動する働きを持ち、フッ素系ポリマーが用いられていることが多い。
空気極（正極）では、電解質膜から来たプロトンと、導線から来た電子が空気中の酸素と反応して、4H+ + O2 + 4e-
→ 2H2Oの反応により水を生成する。一般に、カーボンブラック担体上に白金触媒を担持したものが用いられる。
以上の反応から、理論上は約1.2Vの電圧が得られるが、電極反応の損失があるため実際に得られる電圧は約0.7Vとなる。
The solid polymer membrane (electrolyte) has a function of moving protons generated at the fuel electrode to the air electrode, and a fluorine-based polymer is often used.
In the air electrode (cathode), and protons coming from the electrolyte membrane, electrons coming from conductor reacts with oxygen in the air, 4H + + O 2 + 4e -
→ Water is generated by the reaction of 2H 2 O. In general, a platinum catalyst supported on a carbon black carrier is used.
Although the voltage of about 1.2V is theoretically obtained from the above reaction, the voltage actually obtained is about 0.7V due to the loss of the electrode reaction.
固体高分子形燃料電池の一種にメタノールを燃料とする直接メタノール燃料電池（direct methanol fuel cell、DMFC）がある。
直接メタノール燃料電池では、メタノールが燃料極で直接酸化される。 反応生成物として、燃料極では二酸化炭素、空気極では水が生成される。
プロトン交換膜を用いた直接メタノール燃料電池の電池反応は、以下の通りである。
燃料極： CH3OH + H2O
→ CO2 + 6H+ + 6e-
空気極： 3/2O2 +
6H+ + 6e- → 3H2O
全反応： CH3OH +
3/2O2 → CO2 + 2H2O
直接メタノール燃料電池の起電力は、水素を燃料とする燃料電池の起電力（1.23V）とそれほど変わらない。
One type of polymer electrolyte fuel cell is the direct methanol fuel cell (DMFC) that uses methanol as fuel.
In a direct methanol fuel cell, methanol is directly oxidized at the fuel electrode. As reaction products, carbon dioxide is produced at the fuel electrode and water is produced at the air electrode.
The cell reaction of a direct methanol fuel cell using a proton exchange membrane is as follows.
Fuel electrode: CH 3 OH + H 2 O
→ CO 2 + 6H + + 6e -
The air electrode: 3 / 2O 2 +
6H + + 6e - → 3H 2 O
Total reaction: CH 3 OH +
3 / 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O
The electromotive force of the direct methanol fuel cell is not so different from the electromotive force (1.23V) of the fuel cell using hydrogen as fuel.
本発明で採用する蓄電池は、リチウムイオン蓄電池である。
リチウムイオン電池は、電圧が3.7Vと、ニッケル水素電池などの約3倍の電圧で、軽くて大きな電力を有し、携帯電話、ノートパソコン、ビデオカメラ、デジタルカメラなどに使われている。
この電池は、約3.7Vという高い放電電圧を持つリチウム系の充電式電池でありながら、リチウムの溶解・析出反応を伴わず、リチウムイオンを吸蔵・放出できる正極と負極の組合せで成り立っているため、500回以上の充放電に耐えられる。電極材料としては、正極活物質としてコバルト酸リチウム (LiCoO2)、負極活物質として炭素材料 (C) が用いられるが、最近では、ニッケルやマンガンを含んだ正極材料や、スズを含んだ負極材料なども実用化され、性能向上に寄与している。
ニカド電池やニッケル水素電池と比べ、軽い、メモリー効果がない、自己放電による容量低下が少ないなどの特徴も有しており、小型軽量化、高機能化が進むモバイル機器に広く搭載されている。
The storage battery employed in the present invention is a lithium ion storage battery.
Lithium-ion batteries have a voltage of 3.7V, about three times that of nickel metal hydride batteries, and are light and have large power. They are used in mobile phones, laptop computers, video cameras, digital cameras, and other devices.
This battery is a lithium-based rechargeable battery with a high discharge voltage of about 3.7V, but it is composed of a combination of positive and negative electrodes that can absorb and release lithium ions without involving lithium dissolution / deposition reactions. Withstands over 500 charge / discharge cycles. As the electrode material, lithium cobalt oxide (LiCoO2) is used as the positive electrode active material and carbon material (C) is used as the negative electrode active material. Recently, positive electrode materials containing nickel and manganese, negative electrode materials containing tin, etc. Has also been put into practical use, contributing to improved performance.
Compared to nickel-cadmium batteries and nickel-metal hydride batteries, it has features such as lighter, no memory effect, and less capacity loss due to self-discharge, and is widely used in mobile devices that are becoming smaller and lighter and more functional.
図１は、本発明の実施例１を示す概略図である。
実施例１は、水素を燃料とする燃料電池を含む携帯用給電システムであり、ケース２０に、水素発生ユニット１と、燃料流量制御装置２と、燃料電池３と、蓄電池４と、コンセント５を含んで構成されている。
水素発生ユニットでは、薄い塩酸６とアルミ棒７を反応させて水素を発生させる。発生した水素は、燃料流量制御装置２を経て燃料電池３に導入され、ここで発電が行なわれる。
発電電力は蓄電池４に送られて蓄えられる。
発電量は、燃料流量制御装置２の流量バルブ開閉によって行なうことができる。
本携帯用給電システムでは、電気製品が接続されていない無負荷状体では燃料電池３で発電が行なわれて蓄電池４に蓄電されるが、蓄電池４の蓄電容量を超えないように燃料流量制御装置２で蓄電制御が行なわれる。
本携帯用給電システムに電気製品が接続されると蓄電池４から電気が供給されるが、蓄電池４の残量が所定のレベルに到達すると燃料電池３で発電されたものが直接電気製品に供給されるように制御される。
FIG. 1 is a schematic diagram showing Example 1 of the present invention.
Example 1 is a portable power supply system including a fuel cell using hydrogen as a fuel. A
In the hydrogen generation unit, hydrogen is generated by reacting the thin
The generated power is sent to the
The amount of power generation can be performed by opening and closing the flow valve of the fuel
In this portable power supply system, in the unloaded state to which no electrical product is connected, power is generated by the
When an electrical product is connected to the portable power supply system, electricity is supplied from the
図２は、本発明の実施例２を示す概略図である。
実施例２は、メタノール水溶液を燃料とする直接メタノール燃料電池を含む携帯用給電システムであり、メタノール水溶液の入ったメタノール容器１１を本携帯用給電システムにセットする方式を採っている。
本携帯用給電システムは、ケース２０に、メタノール容器１１と、メタノール流量制御装置１２と、燃料電池１３と、蓄電池１４と、コンセント１５を含んで構成され、メタノール水溶液１６を燃料電池１３に供給して発電が行なわれる。燃料電池１３以降の構成及び作動方法は実施例１と同じであるので、説明は省略する。
FIG. 2 is a schematic diagram showing Example 2 of the present invention.
Example 2 is a portable power supply system including a direct methanol fuel cell using methanol aqueous solution as fuel, and adopts a system in which a methanol container 11 containing methanol aqueous solution is set in the portable power supply system.
This portable power supply system includes a
１ 水素発生ユニット
２ 燃料流量制御装置
３ 燃料電池
４ 蓄電池
５ コンセント
６ 薄い塩酸
７ アルミ棒
１１ メタノール容器
１２ メタノール流量制御装置
１３ 燃料電池
１４ 蓄電池
１５ コンセント
１６ メタノール水溶液
２０ ケース
1 Hydrogen generation unit
2 Fuel flow control device
3 Fuel cell
4 Storage battery
5 outlet
6 Thin hydrochloric acid
7 Aluminum rod
11 Methanol container
12 Methanol flow controller
13 Fuel cell
14 Storage battery
15 outlet
16 Aqueous methanol solution
20 cases
Claims (7)
反応液と金属を収納するケースからなり、前記反応液と前記金属の反応によって水素を発生させる水素発生ユニットと、
前記水素発生ユニットで発生した水素と酸素を反応させて電気を取り出す燃料電池と、
前記燃料電池で発生する電気量を制御するために水素発生ユニットと燃料電池の間に設けられる燃料流量制御装置と、
前記燃料電池で発生した電気を貯蔵する蓄電池と、
を含むことを特徴とする携帯用給電システム。 A portable power supply system capable of supplying power to various portable electrical products,
A case for containing a reaction liquid and a metal, and a hydrogen generation unit for generating hydrogen by a reaction between the reaction liquid and the metal;
A fuel cell that takes out electricity by reacting hydrogen and oxygen generated in the hydrogen generation unit;
A fuel flow rate control device provided between the hydrogen generation unit and the fuel cell to control the amount of electricity generated in the fuel cell;
A storage battery for storing electricity generated in the fuel cell;
A portable power supply system comprising:
燃料となるメタノール水溶液を補給する補給器と、
前記メタノール補給器から供給されるメタノール水溶液と高分子電解質膜を利用して電気を取り出す燃料電池と、
前記燃料電池で発生する電気量を制御するために前記メタノール補給器と燃料電池の間に設けられる燃料流量制御装置と、
前記燃料電池で発生した電気を貯蔵する蓄電池と、
を含むことを特徴とする携帯用給電システム。 A portable power supply system capable of supplying power to various portable electrical products,
A replenisher for replenishing methanol aqueous solution as fuel,
A fuel cell for extracting electricity using a methanol aqueous solution and a polymer electrolyte membrane supplied from the methanol replenisher;
A fuel flow control device provided between the methanol replenisher and the fuel cell to control the amount of electricity generated in the fuel cell;
A storage battery for storing electricity generated in the fuel cell;
A portable power supply system comprising:
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|---|
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-
2009
- 2009-03-06 JP JP2009053774A patent/JP2010211942A/en active Pending
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