(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と酸素を反応させて発電する固体高分子型燃料電池において、産業廃棄物の陶磁器屑から高温焼結成分を選別して約５ｍｍ３以下の粒又は細片とし、当該粒又は細片を防水性、耐久性及び断熱性を備えたプラスチック製の保護袋または容器に封入して保温材を形成し、当該保温材を上記固体高分子型燃料電池に水素及び酸素を供紿する夫々の導管に取り付けて当該導管を保温することを特徴とした、固体高分子型燃料電池の発電損失を低減する方法。
【請求項２】
水素と酸素を反応させて発電する固体高分子型燃料電池において、産業廃棄物の燃え殼や煤塵から炭素成分を分離精製して炭素含有率を約８０％以上に高めた素材と、産業廃棄物の陶磁器屑から高温焼結成分を選別して約５ｍｍ３以下の粒又は細片とし、上記炭素成分から成る素材と上記高温焼結成分を選別した粒又は細片を混合し、当該混合物を防水性、耐久性及び断熱性を備えたプラスチック製の保護袋または容器に封入して保温材を形成し、当該保温材を上記固体高分子型燃料電池に水素及び酸素を供給する夫々の導管に取り付けて当該導管を保温することを特徴とした、固体高分子型燃料電池の発電損失を低減する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、固体高分子型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ，ＰＥＦＣ以下同じ）の稼動中に電流消費が増大して発電損失が増加するのを防ぐために、別途形成した遠赤外線の放射率を高めた加工繊維又は保温材を、固体高分子型燃料電池に水素及び酸素を供給する各導管に取り付けて、当該導管を保温する固体高分子型燃料電池の発電損失を低減する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】  また上記発電損失は、電流がこの内部抵抗を通ることにより発生するため、高い発電電圧を維持するほど低減は可能となるが、気体の熱が、流動中に導管壁を通して伝導または放射として移動することによって、燃料電池の発電反応に微小な変動が発生し易くなり、その影響は発電電圧の低下傾向になって現れると推定される。そのため、出力の上昇とともに発電電圧の低下傾向が増してそれを補うための発電電流が増加することとなり、その結果、内部抵抗による電流消費が増大して発電損失が増加することとなる。【０００５】この加工繊維の特徴は、混合または塗布されている無機成分が人体から放射される赤外線の透過を抑制するとともに、人体に吸収されやすい１０μｍ前後の特定波長域を含む繊維からの遠赤外線の放射率を、未加工の繊維よりもバランスよく高めることであり、そのため人体から発散される赤外線が繊維を透過する比率が低減され、かつ繊維から人体への遠赤外線の放射率が増える分、繊維の保温作用は強化されることとなる。
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】  しかしながら、まず固体高分子型燃料電池には、出力の増加とともに発電電圧が低下して発電電流が増加する傾向が顕著となり、内部抵抗を通る電流が増加することにより発電損失が増大する、という問題点があるが、上記固体高分子型燃料電池に水素及び酸素を供給する導管は、普通保温されるものではなく、何の処置もされていないのが実情である。さらに、固体高分子型燃料電池に供給される水素は、石油の改質というプロセスを経て生産しているため、その発電損失の増加は石油の消費量の増加と二酸化炭素の排出増加につながるという問題点を有する。
【００１６】この発明はこれらの点に鑑みて為されたもので、固体高分子型燃料電池における水素及び酸素の導管に、遠赤外線の放射率を高めた加工繊維又は保温材を取り付けることにより、流動中における導管壁を通しての熱移動を抑制して保温を強化し、発電反応の円滑化を推進して発電電圧を上昇させるとともに、内部抵抗による電流消費を減少させることで発電損失の低減を得、さらに上記加工繊維や保温材を形成する素材に新たな付加価値を与える、固体高分子型燃料電池の発電損失を低減する方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】遠赤外線の放射率を高めた加工繊維は、無機成分を微粉末状にして繊維に混入又は繊維の表面に付着させているが、その無機成分をプラスチック製の保護袋または容器に封入して保温材を形成すれば、無機成分は微粉末だけでなく粒又は細片も利用可能となり、加工繊維よりも無機成分の形状や使用量の選択範囲を広げることができる。しかも、上記保温材はプラスチックや無機成分の種類の選択により、加工繊維よりも耐熱温度や断熱性を上げることができるため、加工繊維が持つ保温機能を工業的な用途へ広げるものとなる。
【００１８】遠赤外線の放射率を高めた加工繊維と未加工の繊維との保温力の違いは、両者の断熱性に差がないため、実際に繊維で覆った皮膚表面の温度を比較する方法で行われ、加工繊維の方が未加工の繊維よりも皮膚表面の保温効果は高く、温度の均一性は高まる傾向が見られる。そのことから、保温個所の温度が常温の場合は、加工繊維は保温個所の温度の変動を抑制し、温度の均一性を高める働きをすると推定される。したがって、上記保温材は加工繊維と構成成分に共通性があるため、保温個所が常温の場合には同様に温度の変動の抑制と温度の均一性を高める働きを持つと考えられる。
【００１９】  燃え殻や煤塵から分離精製される炭素成分は、プラスチック製の保護袋または容器に封入する条件で利用すれば、飛散防止と混入または吸着している不純物からの有害成分の溶出防止が同時に達成できる。
【００２１】請求項１の発明は、水素と酸素を反応させて発電する固体高分子型燃料電池において、産業廃棄物の陶磁器屑から高温焼結成分を選別して約５ｍｍ３以下の粒又は細片とし、当該粒又は細片を防水性、耐久性及び断熱性を備えたプラスチック製の保護袋または容器に封入して保温材を形成し、当該保温材を上記固体高分子型燃料電池に水素及び酸素を供給する夫々の導管に取り付けて当該導管を保温する固体高分子型燃料電池の発電損失を低減する方法とした。
【００２３】  装飾と水分の吸収防止のために陶磁器の表面に施されている上薬のガラス質層は、下地よりも熱伝達率が大きく遠赤外線の放射率を高める作用は劣ることから、高温焼結成分への混入を少なくする方法、または細片にして空隙率を上げ熱伝達率を小さくする方法が保温効果の確保に有効である。
【００２４】保温材を構成する炭素成分や高温焼結成分の水分管理は重要であり、吸着限度を超える過剰な水分の混入は保温効果を著しく低下させ、発電損失を低減する機能を消失させることとなる。また、保温材の構成成分は多孔質であることから吸湿力が強く、水分の吸着量が多くなるほど保温効果は低下するため、湿度が高い環境中ではプラスチック製の保護袋または容器の密封性の確保は重要である。浸水や吸湿した構成成分は、乾燥させて水分含有率を下げることで再利用が可能である。
【００２５】請求項２の発明は、水素と酸素を反応させて発電する固体高分子型燃料電池において、産業廃棄物の燃え殻や煤塵から炭素成分を分離精製して炭素含有率を約８０％以上に高めた素材と、産業廃棄物の陶磁器屑から高温焼結成分を選別して約５ｍｍ３以下の粒又は細片とし、上記炭素成分から成る素材と上記高温焼結成分を選別した粒又は細片を混合し、当該混合物を防水性、耐久性及び断熱性を備えたプラスチック製の保護袋または容器に封入して保温材を形成し、当該保温材を上記固体高分子型燃料電池に水素及び酸素を供給する夫々の導管に取り付けて当該導管を保温する固体高分子型燃料電池の発電損失を低減する方法とした。
【００２６】保温材の厚みがきわめて薄くなるか、または、保温材に封入された粒子が比較的大きく隙間が発生しやすい場合は、保護袋の片面にアルミニウム膜などを設けて粒子に吸収されずに透過する放射を反射、散乱させ、断熱性を補う方法が有効である。また、屋外設置では、風雨や紫外線による保護袋または容器の劣化、破損防止のため強固な支持材を追加することが有効である。
【００２７】  この保温材は、流動する気体から導管壁を通して伝導または放射として移動する熱を炭素成分や高温焼結成分で吸収し、それからの放射に変換された熱を保温対象物に伝えることで熱損失を低減するものであり、熱移動に伴って発生する微小な気体の流速変動を抑制することにより固体高分子型燃料電池の発電反応を助勢し、発電電圧の低下傾向が回復することで内部抵抗による電流消費が減少することから、発電損失の低減効果を得るものである。
【実施の形態】
【００２８】  以下この発明の実施の形態例を図に基づいて説明する。
ここでは、産業廃棄物の燃え殻や煤塵から形成した保温材により説明する。
まず産業廃棄物の燃え殻や煤塵を水洗して金属イオンや塩類を除去し、炭素成分を分離、精製して炭素含有率を約８０％に高めた炭素素材１を設け、これを塩化ビニール又はプラスチック製の袋又は容器２に封入して、図１の保温材３を製造する。
【発明の効果】
【００４４】  請求項１の発明によれば、産業廃棄物の陶磁器屑から高温焼結成分を選別して粒又は細片とし、プラスチック製の保護袋または容器に封入して形成した保温材を、固体高分子型燃料電池に供給される水素及び酸素の導管に取り付けることで、その発電損失を低減する方法を提供するものであり、また、主に衣料用に限定されている遠赤外線の放射率を高めた加工繊維の工業的な利用方法を提供するものである。
【００４５】請求項２の発明によれば、産業廃棄物の燃え殻や煤塵から分離精製される炭素成分、又は陶磁器屑から選別される高温焼結成分をプラスチック製の保護袋等に封入することで、遠赤外線の放射率を高めた加工繊維と同様な効果が得られる保温材により固体高分子型燃料電池の発電損失を低減する方法を提供すると共に、産業廃棄物から分離しても用途がない炭素成分と高温焼結成分に付加価値の高い用途を与えるものである。
【００４６】  その効果は、第一に燃料電池の発電損失を低減することによる燃料の節減など省エネルギーへの貢献があげられる。次に、焼却や廃棄処分される産業廃棄物に含まれる炭素成分の再利用を推進し、かつ、炭酸ガスの発生を抑制することによる地球温暖化防止対策への支援があげられる。また、陶磁器屑を再利用することによる、産業廃棄物の発生の抑制と資源化への支援があげられる。
さらに、保温材の構成素材となるプラスチックは防水性や耐久性、  断熱性などの特性を満足すれば市販品や同等品が使えるため、再利用のプラスチック製品の利用は十分可能であり、廃プラスチック類の再利用の推進に役立つものである。
【００４７】  しかも、単純な構造であるため耐久性に優れかつ修理も容易であり、強度の調節は主に取付面積で可能であるなど、使用者が性能や形状、取付位置などを比較的自由に選択または変更、あるいは工夫できる安価な効率対策用の装置を提供するものである。加えて、炭素成分や高温焼結成分からの放射の特性を活用することにより、化学反応装置のガス導管用の保温材として、工業分野での有効な利用方法を提案するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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