(57)【要約】【課題】信号ピンを具えた燃料電池装置の提供。【解決手段】燃料電池板、第１ファン、冷却器、陽極燃料保存槽、バッファ容器、定量ポンプ、循環ポンプを包含し、並びに対応する装置中にそれぞれ温度検出器、液位検出器、濃度検出器、回転速度検出器が設けられる。エネルギー管理システムが燃料電池板の状態信号に基づいて制御を行なえるほか、上述の検出器の提供する温度、液位、濃度、回転速度情報により更なる制御を行なえる。【選択図】図１
2008098163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号ピンを具えた燃料電池装置において、該燃料電池装置は、
少なくとも一つの燃料電池板であって、該燃料電池板は、少なくとも電気接続インタフェースを具え、該電気接続インタフェースはこれら燃料電池板が運転中に発生する少なくとも一項以上の状態信号の通信経路を提供し、これら燃料電池板はいずれも陽極燃料注入口、陽極燃料流出口、陰極燃料注入口、陰極燃料流出口を包含する、上記燃料電池板と、  第１ファンであって、第１回転速度検出器の検出下で、陰極燃料注入口を通して空気をこれら燃料電池板に通入し、且つ第１回転速度検出器は第１回転速度ピンを通して第１ファンの第１回転速度情報を提供する、上記第１ファンと、
冷却器であって、該陰極燃料流出口を通してこれら燃料電池板が釈放する水蒸気を収集し、並びにそれを冷却して回収水となし、且つ該回収水の第１液位情報を検出する第１液位検出器を具え、並びに第１液位ピンを通して該第１液位情報を提供する、上記冷却器と、
陽極燃料保存槽であって、陽極燃料を保存し、且つ該陽極燃料の第２液位情報を検出する第２液位検出器を具え、並びに第２液位ピンを通して該第２液位情報を提供する、上記陽極燃料保存槽と、
バッファ容器であって、気液分離器、温度検出器、第３液位検出器、濃度検出器が設けられ、該気液分離器は該陽極燃料流出口に連通し且つ該陽極燃料流出口から来る二酸化炭素、未反応の該陽極燃料を分離し、且つ該バッファ容器が保存するすでに混合された該陽極燃料は該気液分離器、該冷却器の該回収水、該陽極燃料保存槽から来るもので、該温度検出器は温度ピンを通してすでに混合された該陽極燃料の温度情報を提供し、該第３液位検出器は第３液位ピンはすでに混合された該陽極燃料の第３液位情報を提供し、該濃度検出器は濃度ピンを通してすでに混合された該陽極燃料の濃度情報を提供する、上記バッファ容器と、
定量ポンプであって、該陽極燃料保存槽が保存する該陽極燃料を該バッファ容器に圧入し、且つ第２回転速度情報を検出する第２回転速度検出器を具え、並びに第２回転速度ピンを通して該第２回転速度情報を提供する、上記定量ポンプと、
循環ポンプであって、該バッファ容器が保存するすでに混合された該陽極燃料を、該陽極燃料注入口を通してこれら燃料電池板に通入し、且つ第３回転速度情報を検出する第３回転速度検出器を具え、並びに第３回転速度ピンを通して該第３回転速度情報を提供する、上記循環ポンプと、
エネルギー管理システムであって、少なくとも燃料電池コントローラ、変圧器を具え、該燃料電池コントローラはこれら燃料電池板からのこれら状態信号を受信し、並びにこれら状態信号に基づき、該定量ポンプ、該循環ポンプをを制御することでこれら燃料電池板に通入される該陽極燃料の濃度、流量と温度を設定条件に符合させ、またこれら状態信号に基づき該第１ファンを制御してこれら燃料電池板に通入される該空気の流量を設定条件に符合させ、該変圧器でこれら燃料電池板の出力する電圧を固定電圧値に調節する、上記エネルギー管理システムと、
を包含したことを特徴とする、信号ピンを具えた燃料電池装置。
【請求項２】
請求項１記載の信号ピンを具えた燃料電池装置において、該燃料電池装置はさらに、
第２ファンであって、該冷却器と該陰極燃料流出口の間に設置され、並びにこれら燃料電池板の釈放する該水蒸気を強力に収集し並びに該冷却器に導入し、且つ第４回転速度情報を検出する第４回転速度検出器を具え、並びに第４回転速度ピンを通して該第４回転速度情報を提供する、上記信号ピンを具えた燃料電池装置。
【請求項３】
請求項１記載の信号ピンを具えた燃料電池装置において、該燃料電池装置はさらに、
エアフィルタであって、該第１ファン、該陰極燃料注入口の間に設けられ、並びに該第１ファンの通入する該空気を濾過する、上記エアフィルタを具えたことを特徴とする、信号ピンを具えた燃料電池装置。
【請求項４】
請求項１記載の信号ピンを具えた燃料電池装置において、該エネルギー管理システムは更に二次電池、充電回路を包含し、該二次電池が該燃料電池装置の初期化段階で必要な電源を提供し、該充電回路は該変圧器の提供する電源に基づき、該二次電池に対して充電を行なうことを特徴とする、信号ピンを具えた燃料電池装置。
【請求項５】
請求項４記載の信号ピンを具えた燃料電池装置において、該燃料電池装置の初期化段階完成後に、これら燃料電池板が必要な電源を提供することを特徴とする、信号ピンを具えた燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種の燃料電池に係り、特に、信号ピンを具えた燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池（ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ；ＦＣ）は化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する発電装置である。伝統的な発電方式と比較すると、燃料電池は低汚染、低騒音、高エネルギー密度、高エネルギー変換率等の長所を有し、発展の潜在力を極めて有する電力ソースである。上述の長所により、その応用範囲は相当に広く、携帯式電子装置、家庭用発電、交通工具、航空産業等の領域において応用可能である。
【０００３】
ダイレクトメタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ；ＤＭＦＣ）の作業温度は室温から摂氏１３０度程度であり、基本の作業原理は電極より電子転移の場所を提供する。メタノール水溶液を陽極（Ａｎｏｄｅ）表面に通入し、燃料（例えば水素ガス）の電気触媒酸化反応により、二酸化炭素と水素イオンを生成し、並びに電子を放出させ、ｋ電子を外回路を通して陰極（Ｃａｔｈｏｄｅ）に伝導し酸化剤（例えば酸素ガス）と還元反応させ、並びに水（Ｈ2Ｏ)を生成する。燃料電池に進入する燃料（例えば水素ガス）と酸化剤（例えば酸素ガス）はいずれも触媒の触媒作用により、反応速度をアップする必要がある。
【０００４】
しかし、一般に、ＤＭＦＣ中の各装置（例えばファン、ポンプ、混合槽）の実際の回転速度、液位、燃料濃度等の情報は一々掌握することはできず、このためＤＭＦＣに対する実験或いは制御は順調に達成することが難しい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の主要な目的は、信号ピンを具えた燃料電池装置を提供することにあり、その所属するエネルギー管理システムは燃料電池板の状態信号に基づき制御を行なうほか、事前に各種検出器を対応する装置に取付可能で、並びにこれらの検出器の提供する温度、液位、濃度、回転速度情報等により更なる制御を行なう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、信号ピンを具えた燃料電池装置において、該燃料電池装置は、
少なくとも一つの燃料電池板であって、該燃料電池板は、少なくとも電気接続インタフェースを具え、該電気接続インタフェースはこれら燃料電池板が運転中に発生する少なくとも一項以上の状態信号の通信経路を提供し、これら燃料電池板はいずれも陽極燃料注入口、陽極燃料流出口、陰極燃料注入口、陰極燃料流出口を包含する、上記燃料電池板と、  第１ファンであって、第１回転速度検出器の検出下で、陰極燃料注入口を通して空気をこれら燃料電池板に通入し、且つ第１回転速度検出器は第１回転速度ピンを通して第１ファンの第１回転速度情報を提供する、上記第１ファンと、
冷却器であって、該陰極燃料流出口を通してこれら燃料電池板が釈放する水蒸気を収集し、並びにそれを冷却して回収水となし、且つ該回収水の第１液位情報を検出する第１液位検出器を具え、並びに第１液位ピンを通して該第１液位情報を提供する、上記冷却器と、
陽極燃料保存槽であって、陽極燃料を保存し、且つ該陽極燃料の第２液位情報を検出する第２液位検出器を具え、並びに第２液位ピンを通して該第２液位情報を提供する、上記陽極燃料保存槽と、
バッファ容器であって、気液分離器、温度検出器、第３液位検出器、濃度検出器が設けられ、該気液分離器は該陽極燃料流出口に連通し且つ該陽極燃料流出口から来る二酸化炭素、未反応の該陽極燃料を分離し、且つ該バッファ容器が保存するすでに混合された該陽極燃料は該気液分離器、該冷却器の該回収水、該陽極燃料保存槽から来るもので、該温度検出器は温度ピンを通してすでに混合された該陽極燃料の温度情報を提供し、該第３液位検出器は第３液位ピンはすでに混合された該陽極燃料の第３液位情報を提供し、該濃度検出器は濃度ピンを通してすでに混合された該陽極燃料の濃度情報を提供する、上記バッファ容器と、
定量ポンプであって、該陽極燃料保存槽が保存する該陽極燃料を該バッファ容器に圧入し、且つ第２回転速度情報を検出する第２回転速度検出器を具え、並びに第２回転速度ピンを通して該第２回転速度情報を提供する、上記定量ポンプと、
循環ポンプであって、該バッファ容器が保存するすでに混合された該陽極燃料を、該陽極燃料注入口を通してこれら燃料電池板に通入し、且つ第３回転速度情報を検出する第３回転速度検出器を具え、並びに第３回転速度ピンを通して該第３回転速度情報を提供する、上記循環ポンプと、
エネルギー管理システムであって、少なくとも燃料電池コントローラ、変圧器を具え、該燃料電池コントローラはこれら燃料電池板からのこれら状態信号を受信し、並びにこれら状態信号に基づき、該定量ポンプ、該循環ポンプをを制御することでこれら燃料電池板に通入される該陽極燃料の濃度、流量と温度を設定条件に符合させ、またこれら状態信号に基づき該第１ファンを制御してこれら燃料電池板に通入される該空気の流量を設定条件に符合させ、該変圧器でこれら燃料電池板の出力する電圧を固定電圧値に調節する、上記エネルギー管理システムと、
を包含したことを特徴とする、信号ピンを具えた燃料電池装置としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の信号ピンを具えた燃料電池装置において、該燃料電池装置はさらに、
第２ファンであって、該冷却器と該陰極燃料流出口の間に設置され、並びにこれら燃料電池板の釈放する該水蒸気を強力に収集し並びに該冷却器に導入し、且つ第４回転速度情報を検出する第４回転速度検出器を具え、並びに第４回転速度ピンを通して該第４回転速度情報を提供する、上記信号ピンを具えた燃料電池装置としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の信号ピンを具えた燃料電池装置において、該燃料電池装置はさらに、
エアフィルタであって、該第１ファン、該陰極燃料注入口の間に設けられ、並びに該第１ファンの通入する該空気を濾過する、上記エアフィルタを具えたことを特徴とする、信号ピンを具えた燃料電池装置としている。
請求項４の発明は、請求項１記載の信号ピンを具えた燃料電池装置において、該エネルギー管理システムは更に二次電池、充電回路を包含し、該二次電池が該燃料電池装置の初期化段階で必要な電源を提供し、該充電回路は該変圧器の提供する電源に基づき、該二次電池に対して充電を行なうことを特徴とする、信号ピンを具えた燃料電池装置としているとしている。
請求項５の発明は、請求項４記載の信号ピンを具えた燃料電池装置において、該燃料電池装置の初期化段階完成後に、これら燃料電池板が必要な電源を提供することを特徴とする、信号ピンを具えた燃料電池装置としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は一種の信号ピンを具えた燃料電池装置を提供し、それは、燃料電池板、第１ファン、冷却器、陽極燃料保存槽、バッファ容器、定量ポンプ、循環ポンプを包含し、並びに対応する装置中にそれぞれ温度検出器、液位検出器、濃度検出器、回転速度検出器が設けられる。エネルギー管理システムが燃料電池板の状態信号に基づいて制御を行なえるほか、上述の検出器の提供する温度、液位、濃度、回転速度情報により更なる制御を行なえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の信号ピンを具えた燃料電池装置は、燃料電池板、第１ファン、冷却器、陽極燃料保存槽、バッファ容器、定量ポンプ、循環ポンプを包含し、並びに対応する装置中にそれぞれ温度検出器、液位検出器、濃度検出器、回転速度検出器が設けられる。
上述の燃料電池板は、陽極触媒電極、陰極触媒電極、及び陽極触媒電極と陰極触媒電極の間に設置されるプロトン交換膜を少なくとも包含し、並びに流路を通して陽極触媒電極、陰極触媒電極に対してそれぞれ陽極燃料、陰極燃料が通入される。
【実施例１】
【０００９】
図１を参照されたい。図１は本発明の信号ピンを具えた燃料電池装置の表示図である。本発明の信号ピンを具えた燃料電池装置は、複数の燃料電池板１０、第１ファン１２、冷却器１８、陽極燃料保存槽２０、バッファ容器２６、定量ポンプ２２、循環ポンプ２８、エネルギー管理システム３０を包含する。燃料電池板１０は陽極触媒電極、陰極触媒電極、及び陽極触媒電極と陰極触媒電極の間に設置されるプロトン交換膜を少なくとも包含する。陽極燃料（例えばメタノール）は陽極燃料注入口１０ｃより注入され、陽極燃料流出口１０ｄより流出する。陰極燃料（例えば空気）は陰極燃料注入口１０ａより注入され、陰極燃料流出口１０ｂより流出する。陽極触媒電極、陰極触媒電極、プロトン交換膜は周知の部品であるため、図示を省略している。
【００１０】
本発明の信号ピンを具えた燃料電池装置はこれら燃料電池板１０からのこれら状態信号を受け取り、並びにこれらの状態信号により定量ポンプ２２、循環ポンプ２８を制御することで、これら燃料電池板１０に注入される陽極燃料の濃度、流量と温度を設定条件に符合させ、また、これらの状態信号に基づき第１ファン１２を制御し、これら燃料電池板１０に注入される空気の流量を設定条件に符合させる。これらの燃料電池板１０が運転中に生成する少なくとも一項以上の状態信号は接続インタフェース１０ｅ、通信チェーン４２（例えばケーブル）を通り燃料電池コントローラ３２に伝送される。
【００１１】
本発明の信号ピンを具えた燃料電池装置は、水と未反応のメタノール燃料を回収して再利用でき、回収した後に、さらに適当に混合した後に、再度陽極燃料となす。この回収過程中、冷却器１８は陰極燃料流出口１０ｂを通してこれら燃料電池板１０の釈放した水蒸気を収集し、並びにそれを冷却して回収水となし、その後、バッファ容器２６中に注入する。バッファ容器２６中の気液分離器２４は陽極燃料流出口１０ｄに連通し、並びに陽極燃料流出口１０ｄ中より二酸化炭素、未反応のメタノール陽極燃料が分離されるが、ただしメタノールを予備し、二酸化炭素は排出される。ゆえに、バッファ容器２６が保存し且つすでに混合された陽極燃料は、それぞれ気液分離器２４、冷却器１８の回収水（外部の水源も包含しうる）、陽極燃料保存槽２０から来たものである。
【００１２】
陽極燃料をこれら燃料電池板１０に供給するため、燃料電池コントローラ３２の制御下で、定量ポンプ２２（ｄｏｓｉｎｇ  ｐｕｍｐ）が陽極燃料保存槽２０の保存する陽極燃料をバッファ容器２６に圧送し、循環ポンプ２８（ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  ｐｕｍｐ）がバッファ容器２６の保存するすでに混合された陽極燃料を、陽極燃料注入口１０ｃを通してこれら燃料電池板１０に圧送する。
【００１３】
さらに全体システム中の全てのパラメータを掌握するため、本発明の信号ピンを具えた燃料電池装置においては、特に各種の検出器が対応する装置中に設置され、並びにこれら検出器の提供する温度、液位、濃度、回転速度情報により、更なる制御が行なわれる。
【００１４】
さらに具体的に説明すると、第１ファン１２は第１回転速度検出器３６ａの検出下で、陰極燃料注入口１０ａを通して空気をこれら燃料電池板１０に通入する。操作者がさらに全体システム中の全てのパラメータを掌握できるように、第１回転速度検出器３６ａは第１回転速度ピン３６０ａを通して第１ファン１２の第１回転速度情報を提供できる。第１回転速度ピン３６０ａは「＋」電源端子、「−」電源端子、「ＦＧ」回転速度端子を包含する。
【００１５】
冷却器１８中には、回収水の第１液位情報を検出する第１液位検出器３６ｃがあり、並びに第１液位ピン３６０ｃを通して第１液位情報を提供する。陽極燃料保存槽２０中には、陽極燃料の第２液位情報を検出する第２液位検出器３６ｄがあり、並びに第２液位ピン３６０ｄを通して第２液位情報を提供する。バッファ容器２６中には、温度検出器３６ｇ、第３液位検出器３６ｆ、濃度検出器３６ｅが設けられる。温度検出器３６ｇは温度ピン３６０ｇを通してすでに混合された陽極燃料の温度情報を提供する。第３液位検出器３６ｆは第３液位ピン３６０ｆを通してすでに混合された陽極燃料の第３液位情報を提供する。濃度検出器３６ｅは濃度ピン３６０ｅを通してすでに混合された陽極燃料の濃度情報を提供する。
【００１６】
定量ポンプ２２（ｄｏｓｉｎｇ  ｐｕｍｐ）は第２回転速度情報を検出する第２回転速度検出器３６ｈを具え、並びに第２回転速度ピン３６０ｈを通して第２回転速度情報を提供する。循環ポンプ２８（ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  ｐｕｍｐ）は第３回転速度情報を検出する第３回転速度検出器３６ｉを具え、並びに第３回転速度ピン３６０ｉを通して第３回転速度情報を提供する。
【００１７】
このほか、これら燃料電池板１０が釈放する水蒸気の収集を強化するため、冷却器１８、陰極燃料流出口１０ｂの間に余分に第２ファン１６を設置する。第２ファン１６は第４回転速度情報を検出する第４回転速度検出器３６ｂを具え、並びに第４回転速度ピン３６０ｂを通して第４回転速度情報を提供する。
【００１８】
上述のピン３６０ａから３６０ｉより外に向けて伝送される情報は通信チェーン４２（例えばケーブル）により燃料電池コントローラ３２に伝送される。
【００１９】
通入空気のきれいさを保持するため、第１ファン１２、陰極燃料注入口１０ａの間に、余分にエアフィルタ１４を設置し、第１ファン１２が通入する空気を濾過する。
【００２０】
燃料電池装置の初期化段階に必要な電源を提供するため、エネルギー管理システム３０は余分に二次電池４０を具備し、並びに二次電池４０が上述の必要な電源を提供する。充電回路３８は変圧器３４が提供する電源に基づき、二次電池４０に対して充電を行う。燃料電池装置が初期化段階を完成した後は、該燃料電池板１０より必要な電源が提供される。変圧器３４はこれら燃料電池板１０が出力する電圧を固定電圧値に調整する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の信号ピンを具えた燃料電池装置の表示図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０  燃料電池板
１０ａ  陰極燃料注入口
１０ｂ  陰極燃料流出口
１０ｃ  陽極燃料注入口
１０ｄ  陽極燃料流出口
１２  第１ファン
１４  エアフィルタ
１６  第２ファン
１８  冷却器
２０  陽極燃料保存槽
２２  定量ポンプ
２４  気液分離器
２６  バッファ容器
２８  循環ポンプ
３０  エネルギー管理システム
３２  燃料電池コントローラ
３４  変圧器
３６ａ〜３６ｉ  検出器
３８  充電回路
４０  二次電池
４２  通信チェーン
３６０ａ〜３６０ｉ  ピン
【図１】
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