(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解膜とガス拡散層からなる電極複合体であるＭＥＡと、水素吸蔵合金を内接して収納する導電性の金属からなる水素吸蔵合金タンクと、前記ＭＥＡに酸化剤を供給する導電性の空気極とを有し、前記ＭＥＡを前記水素吸蔵合金タンクと前記空気極とで挟持して構成した燃料電池セルと、
前記空気極に酸化剤を供給する手段と
を有し、前記水素吸蔵合金に吸蔵された水素によって発電を行う燃料電池システムであって、
前記水素吸蔵合金タンクの前記ＭＥＡに接する面に水素ガス流路を刻み込んであり、
前記水素吸蔵合金タンクから水素を前記水素ガス流路に供給する水素供給経路を設け、
前記空気極に酸化剤を供給する手段は、自然対流により前記空気極へ酸化剤を供給する構造を有し、
前記ＭＥＡで発生した熱を前記水素吸蔵合金タンクに伝達させることによって前記水素吸蔵合金中に吸蔵されている水素を放出させる構造とした
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
固体高分子電解膜とガス拡散層からなる電極複合体であるＭＥＡと、水素吸蔵合金を内接して収納する導電性の金属からなる水素吸蔵合金タンクと、前記ＭＥＡに酸化剤を供給する導電性の空気極とを有し、前記ＭＥＡを前記水素吸蔵合金タンクと前記空気極とで挟持して構成した燃料電池セルと、
前記空気極に酸化剤を供給する手段と
を有し、前記水素吸蔵合金に吸蔵された水素によって発電を行う燃料電池システムであって、
前記水素吸蔵合金タンクの前記ＭＥＡに接する面に水素ガス流路を刻み込んであり、
前記水素吸蔵合金タンクから水素を前記水素ガス流路に供給する水素供給経路を設け、
前記空気極に酸化剤を供給する手段は、ブロアにより前記空気極へ酸化剤を供給する構造を有し、
前記ＭＥＡで発生した熱を前記水素吸蔵合金タンクに伝達させることによって前記水素吸蔵合金中に吸蔵されている水素を放出させる構造とした
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
固体高分子電解膜とガス拡散層からなる電極複合体であるＭＥＡと、水素吸蔵合金を内接して収納する導電性の金属からなる水素吸蔵合金タンクと、前記ＭＥＡに水素を供給する導電性の燃料極とを有し、前記ＭＥＡを前記水素吸蔵合金タンクと前記燃料極とで挟持して構成した燃料電池セルと、
前記水素吸蔵合金タンクから水素を前記燃料極に供給する水素供給経路と
を有し、前記水素吸蔵合金に吸蔵された水素によって発電を行う燃料電池システムであって、
前記水素吸蔵合金タンクの前記ＭＥＡに接する面に酸化剤流路を刻み込んであり、
前記酸化剤流路に酸化剤を供給する手段は、ブロアにより前記酸化剤流路へ酸化剤を供給する構造を有し、
前記ＭＥＡで発生した熱を前記水素吸蔵合金タンクに伝達させることによって前記水素吸蔵合金中に吸蔵されている水素を放出させる構造とした
ことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【非特許文献１】
「小田 知正、吉永 泰、小野 信一：日本機械学会北海道支部 第４１回講演会概要集 ｐ１９４“燃料電池と連動したＭＨ水素貯蔵タンクの作動特性”」
水素を燃料とする固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、動作温度が１００℃以下と低く電力密度が高いため小型化が容易であり、現在電気自動車や携帯端末の電力源として期待されている。燃料電池を持ち運び可能とするためには、燃料である水素を容器に入れて持ち運ぶことが必要である。この方法として水素吸蔵合金へ吸蔵させる方法や、耐圧容器中に高圧ガスとして注入する方法が一般的であるが、高圧ガスの危険性や水素ガスの体積密度が低いということから、人が持ち運ぶ場合には水素吸蔵合金の利用が有利である。
【０００３】
水素吸蔵合金から水素を放出させるためには外部から熱を加える必要があるが、加熱にヒータ等を用いる場合には、燃料電池によって発電された電力を使用することになり、システムとしての発電効率が低下する。そこで、燃料電池の発電中に燃料電池自体から発生する熱を水素吸蔵合金から水素を取り出すための熱として利用する方法が考えられている。
【０００４】
図７にシステム構成図を示す。この燃料電池システムは、固体高分子電解膜とガス拡散層からなる電極複合体であるＭＥＡ（メンブレン エレクトロード アセンブリィ）１と、空気極３と、燃料極２からなる燃料電池セルと、空気極３に空気または酸素を送る空気供給手段と、燃料極２に水素を供給する燃料供給手段から構成される。空気供給手段は空気極３に空気または酸素を送り込むブロア５から構成される。燃料供給手段は、水素吸蔵合金タンク４から放出された水素の流量を計測するフローメータ１３と水素放出圧を測定する圧力計１２と燃料電池への水素供給圧力を調整するためのレギュレータｌｌから構成される。燃料電池の発電により燃料電池セルから発生する熱は空気極３より排出される空気または酸素に一部含まれるため、これを空気経路１５によって、水素吸蔵合金タンク４内の熱交換部２４に供給する。熱交換部２４が加熱されることによって隣接する水素吸蔵合金２０が加熱され、水素供給経路１４によって燃料極２に水素を供給し燃料電池セルの発電を行うことが可能となる（非特許文献１）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、情報端末のような小型の機器に燃料電池を適用する場合には、燃料電池の小型化が必須であり、空気極に空気または酸素を供給する際にブロアを用いることは小型化の観点から望ましくない。また、燃料電池から排出された空気または酸素を水素吸蔵合金タンクに送るための排ガス導入経路が必要であり、また水素吸蔵合金タンク中には熱交換部が必要となるためシステムの小型化、さらには低コスト化が困難となる。
【０００６】
本発明の目的は、上記した従来技術における問題点を解消するものであって、簡易なシステム構成によって燃料電池セルから発生する熱を水素吸蔵合金タンクに効果的に伝達する手段を有する燃料電池システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構成にするものである。すなわち、
請求項１に記載のように、固体高分子電解膜とガス拡散層からなる電極複合体であるＭＥＡと、水素吸蔵合金を内接して収納する導電性の金属からなる水素吸蔵合金タンクと、前記ＭＥＡに酸化剤を供給する導電性の空気極とを有し、前記ＭＥＡを前記水素吸蔵合金タンクと前記空気極とで挟持して構成した燃料電池セルと、前記空気極に酸化剤を供給する手段とを有し、前記水素吸蔵合金に吸蔵された水素によって発電を行う燃料電池システムであって、前記水素吸蔵合金タンクの前記ＭＥＡに接する面に水素ガス流路を刻み込んであり、前記水素吸蔵合金タンクから水素を前記水素ガス流路に供給する水素供給経路を設け、前記空気極に酸化剤を供給する手段は、自然対流により前記空気極へ酸化剤を供給する構造を有し、前記ＭＥＡで発生した熱を前記水素吸蔵合金タンクに伝達させることによって前記水素吸蔵合金中に吸蔵されている水素を放出させる構造とした燃料電池システムとするものである。
【０００８】
また、請求項２に記載のように、固体高分子電解膜とガス拡散層からなる電極複合体であるＭＥＡと、水素吸蔵合金を内接して収納する導電性の金属からなる水素吸蔵合金タンクと、前記ＭＥＡに酸化剤を供給する導電性の空気極とを有し、前記ＭＥＡを前記水素吸蔵合金タンクと前記空気極とで挟持して構成した燃料電池セルと、前記空気極に酸化剤を供給する手段とを有し、前記水素吸蔵合金に吸蔵された水素によって発電を行う燃料電池システムであって、前記水素吸蔵合金タンクの前記ＭＥＡに接する面に水素ガス流路を刻み込んであり、前記水素吸蔵合金タンクから水素を前記水素ガス流路に供給する水素供給経路を設け、前記空気極に酸化剤を供給する手段は、ブロアにより前記空気極へ酸化剤を供給する構造を有し、前記ＭＥＡで発生した熱を前記水素吸蔵合金タンクに伝達させることによって前記水素吸蔵合金中に吸蔵されている水素を放出させる構造とした燃料電池システムとするものである。
【０００９】
また、請求項３に記載のように、固体高分子電解膜とガス拡散層からなる電極複合体であるＭＥＡと、水素吸蔵合金を内接して収納する導電性の金属からなる水素吸蔵合金タンクと、前記ＭＥＡに水素を供給する導電性の燃料極とを有し、前記ＭＥＡを前記水素吸蔵合金タンクと前記燃料極とで挟持して構成した燃料電池セルと、前記水素吸蔵合金タンクから水素を前記燃料極に供給する水素供給経路とを有し、前記水素吸蔵合金に吸蔵された水素によって発電を行う燃料電池システムであって、前記水素吸蔵合金タンクの前記ＭＥＡに接する面に酸化剤流路を刻み込んであり、前記酸化剤流路に酸化剤を供給する手段は、ブロアにより前記酸化剤流路へ酸化剤を供給する構造を有し、前記ＭＥＡで発生した熱を前記水素吸蔵合金タンクに伝達させることによって前記水素吸蔵合金中に吸蔵されている水素を放出させる構造としたとした燃料電池システムとするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態例を詳細に説明する。
【００１１】
〈実施の形態１〉
図１は本発明の第１の実施の形態である燃料電池システムの構成を示す模式図であり、固体高分子電解膜とガス拡散層からなる電極複合体であるＭＥＡ（メンブレン エレクトロード アセンブリィ）ｌと、空気極３と、燃料極２からなる燃料電池セルと、空気極３に空気または酸素（酸化剤）を送る空気供給手段と、燃料極２に水素を供給する燃料供給手段から構成される。空気供給手段はブロア等を用いず、自然対流によって空気極３に空気を供給するものである。燃料供給手段は、水素吸蔵合金タンク４から放出された水素の流量を計測するフローメータ１３と水素放出圧を測定する圧力計１２と燃料電池への水素供給圧力を調整するためのレギュレータｌｌから構成される。なお、１４は水素供給経路、１５は空気経路を示す。
【００１２】
図３は図１に示した燃料電池セルのＡ−Ａ断面図を示す。ＭＥＡ１は、ＭＥＡ１と接する面に水素ガス流路が刻まれた水素吸蔵合金タンク２２（燃料極２を兼ねている）と、空気極３および電極押さえ板３２によって挟み込まれており、水素吸蔵合金タンク２２は水素吸蔵合金２０を内接して収納しており、さらにこれらすべてが燃料電池ケース３１に収められている。なお、水素吸蔵合金タンク２２は導電性の良好な金属によって作製されており、燃料極２を兼ねている。空気極３とＭＥＡ１の周囲には、空気極３と水素吸蔵合金タンク２２との短絡と水素漏れを防止する目的で、ガスケット６が挟まれている。なお、水素吸蔵合金タンク２２の材質としては強度、価格、加工のしやすさから、ステンレス鋼、アルミなどが望ましい。
【００１３】
さらに、水素吸蔵合金タンク２２のＭＥＡ１と接する部分および水素流路は腐食防止のため、耐食性の高い物質をコーティングすることが必要であり、金メッキなどが有効である。電極押さえ板３２は空気取り入れ口３３を具備しており、ブロア等を使用することなく、空気を取り入れることが可能な構造である。図３に示すように、ＭＥＡ１と水素吸蔵合金タンク２２が接していることによって、ＭＥＡ１付近で発生した熱が容易に水素吸蔵合金タンク２２に伝わり、水素吸蔵合金タンク２２が加熱されることによって水素が容易に放出される。また水素吸蔵合金タンク２２が燃料極２を兼ねることによって、部品点数の削減による低コスト化が期待できる。
【００１４】
〈実施の形態２〉
図２は本発明の第２の実施の形態の一例として燃料電池システムの構成を示す模式図であり、図１に示したシステムとの違いは、空気極３に空気または酸素を送り込むブロア５から構成される。
【００１５】
図４は、図２に示した燃料電池セルのＢ−Ｂ断面図である。ＭＥＡ１は、ＭＥＡ１と接する面に、水素ガス流路が刻まれた水素吸蔵合金タンク２２と空気極３によって挟み込まれており、さらにこれらすべてが燃料電池ケース３１に収納されている。なお、水素吸蔵合金タンク２２は導電性の良好な金属によって作製されており、燃料極２を兼ねている。空気極３とＭＥＡ１の周囲には、空気極３と水素吸蔵合金タンク２２との短絡と水素漏れを防止する目的でガスケット６が挟まれている。なお、水素吸蔵合金タンク２２の材質としては強度、価格、加工のしやすさから、ステンレス鋼、アルミなどが望ましい。さらに、水素吸蔵合金タンク２２のＭＥＡ１と接する部分および水素供給経路は腐食防止のため、耐食性の高い物質をコーティングすることが必要であり、金メッキなどが有効である。
【００１６】
図４に示すように、ＭＥＡ１と水素吸蔵合金タンク２２が接していることによって、ＭＥＡ１付近で発生した熱が容易に水素吸蔵合金タンク２２に伝わり、水素吸蔵合金タンク２２が加熱されることによって水素が容易に放出される。また、水素吸蔵合金タンク２２が燃料極２を兼ねることによって、部品点数の削減による低コスト化が期待される。
【００１７】
〈実施の形態３〉
図５は、本発明の第３の実施の形態の一例として燃料電池システムの構成を示す模式図であり、図１、図２に示したシステムとの違いは、水素吸蔵合金タンク２３が空気極３を兼ねており、空気極３に空気または酸素（酸化剤）を供給するブロア５を有する点である。
【００１８】
図６は、図５に示した燃料電池セルのＣ−Ｃ断面図である。ＭＥＡ１はＭＥＡ１と接する面に、空気または酸素流路が刻まれた水素吸蔵合金タンク２３と空気極３によって挟み込まれており、さらにこれらすべてが燃料電池ケース３１に収められている。なお、水素吸蔵合金タンク２３は導電性の良好な金属によって作製されており、空気極３を兼ねている。ＭＥＡ１の周囲には、燃料極２と水素吸蔵合金タンク２３との短絡と水素漏れを防止する目的でガスケット６が挟まれている。図６に示すようにＭＥＡ１と水素吸蔵合金タンク２３とが接していることによって、ＭＥＡ１付近で発生した熱が容易に水素吸蔵合金タンク２３に伝わり、水素吸蔵合金タンク２３が加熱されることによって水素が容易に放出される。また水素吸蔵合金タンク２３が空気極３を兼ねることによって、部品点数の削減による低コスト化が期待される。
【００１９】
以上本発明の実施の形態の一例について説明したが、本発明は必ずしも上記した手段および手法に限定されるものではなく、本発明にいう目的を達成し、本発明にいう効果を有する範囲において、適宜、変更実施することが可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の燃料電池システムによれば、水素吸蔵合金を収納する水素吸蔵合金タンクの側面に燃料流路または酸化剤の流路を具備することによって、上記燃料電池から発生した熱を効率よく水素吸蔵合金タンクに伝達することができるので、容易に水素を取り出すことが可能となる。また水素吸蔵合金タンクが燃料極または空気極を兼ねることによって、部品点数の削減による低コスト化が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１において例示した燃料電池システムの構成を示す模式図。
【図２】  本発明の実施の形態２において例示した燃料電池システムの構成を示す模式図。
【図３】  図１に示すＡ−Ａ断面図。
【図４】  図２に示すＢ−Ｂ断面図。
【図５】  本発明の実施の形態３において例示した燃料電池システムの構成を示す模式図。
【図６】  図５に示すＣ−Ｃ断面図。
【図７】  従来の燃料電池システムの構成の一例を示す模式図。
【符号の説明】
１…ＭＥＡ（メンブレン エレクトロード
アセンブリィ）
２…燃料極
３…空気極
４…水素吸蔵合金タンク
５…ブロア
６…ガスケット
１１…レギュレータ
１２…圧力計
１３…フローメータ
１４…水素供給経路
１５…空気経路
２０…水素吸蔵合金
２２…水素吸蔵合金タンク（燃料極を兼ねる）
２３…水素吸蔵合金タンク（空気極を兼ねる）
２４…熱交換部
３１…燃料電池ケース
３２…電極押さえ板
３３…空気取り入れ口
【図１】
0004202781.tif 000002
【図２】
0004202781.tif 000003
【図３】
0004202781.tif 000004
【図４】
0004202781.tif 000005
【図５】
0004202781.tif 000006
【図６】
0004202781.tif 000007
【図７】
0004202781.tif 000008