JPH06111841A - 固体高分子電解質型燃料電池システム - Google Patents
固体高分子電解質型燃料電池システムInfo
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- JPH06111841A JPH06111841A JP4261421A JP26142192A JPH06111841A JP H06111841 A JPH06111841 A JP H06111841A JP 4261421 A JP4261421 A JP 4261421A JP 26142192 A JP26142192 A JP 26142192A JP H06111841 A JPH06111841 A JP H06111841A
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- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】燃料の改質装置を含む、固体高分子電解質型燃
料電池を用いた発電装置のエネルギー収支を改善する。 【構成】改質器から得られる高温の改質ガスに、燃料極
に補給する水分の一部を混合して、該改質ガスを冷却す
る装置と、燃料極に補給する該水分の残りの部分を燃料
極に供給するための、燃料電池の燃料極表面に形成され
た水分の通路とを備えた燃料電池発電装置である。該改
質ガスを冷却するために気化させる少量の水分以外は、
液体状態のまま該通路から燃料極に水分を補給する。 【効果】本発明により、エネルギー損失の少ない小型の
燃料電池発電装置を提供できる。
料電池を用いた発電装置のエネルギー収支を改善する。 【構成】改質器から得られる高温の改質ガスに、燃料極
に補給する水分の一部を混合して、該改質ガスを冷却す
る装置と、燃料極に補給する該水分の残りの部分を燃料
極に供給するための、燃料電池の燃料極表面に形成され
た水分の通路とを備えた燃料電池発電装置である。該改
質ガスを冷却するために気化させる少量の水分以外は、
液体状態のまま該通路から燃料極に水分を補給する。 【効果】本発明により、エネルギー損失の少ない小型の
燃料電池発電装置を提供できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子電解質型燃
料電池を用いた燃料電池システムに関する。
料電池を用いた燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来燃料電池は大型の発電システムとし
て開発されてきた。各種の燃料電池のなかで、パーフル
オロカーボンスルホン酸膜などの固体高分子電解質を用
いた燃料電池は、比較的低温（室温〜１００℃）で作動
させることも可能である。
て開発されてきた。各種の燃料電池のなかで、パーフル
オロカーボンスルホン酸膜などの固体高分子電解質を用
いた燃料電池は、比較的低温（室温〜１００℃）で作動
させることも可能である。
【０００３】そのため、固体高分子電解質型燃料電池を
用いた発電装置は小型化に適しており電気自動車、人工
衛星等の孤立した系に搭載する小型の発電装置として特
に適している。
用いた発電装置は小型化に適しており電気自動車、人工
衛星等の孤立した系に搭載する小型の発電装置として特
に適している。
【０００４】この固体高分子電解質型燃料電池を用いた
発電装置を孤立した系に適用するためには、以下に述べ
るように、水補給システムに関わるエネルギー損失を最
小にするという課題がある。
発電装置を孤立した系に適用するためには、以下に述べ
るように、水補給システムに関わるエネルギー損失を最
小にするという課題がある。
【０００５】この固体高分子電解質型燃料電池が稼働す
ると、燃料極から酸化剤極へ、イオンと共に水が流れる
ので、次第に燃料極側の水分が不足し、効率が低下す
る。一方、酸化剤極側は、燃料極側から流れてくる水に
加え、電極反応により水を生成するので、水分が過剰に
なる。
ると、燃料極から酸化剤極へ、イオンと共に水が流れる
ので、次第に燃料極側の水分が不足し、効率が低下す
る。一方、酸化剤極側は、燃料極側から流れてくる水に
加え、電極反応により水を生成するので、水分が過剰に
なる。
【０００６】したがって、この燃料電池を連続的に作動
させるためには、上記水収支のバランスを取り、燃料極
側に水を補給し、酸化剤極側から水を除去しなければな
らない。以上のように、この固体高分子電解質型燃料電
池には、燃料極に水を補給する水補給機構が不可欠であ
る。
させるためには、上記水収支のバランスを取り、燃料極
側に水を補給し、酸化剤極側から水を除去しなければな
らない。以上のように、この固体高分子電解質型燃料電
池には、燃料極に水を補給する水補給機構が不可欠であ
る。
【０００７】従来の燃料電池システムにおいては燃料極
に水を補給する方法として、例えば、改質器において燃
料のメタノール１モルを水蒸気１モルで改質して、３モ
ルの水素と１モルの炭酸ガスからなる改質ガスを生成さ
せる際に、メタノールに添加する水の量を増して改質ガ
スを加湿し、その水蒸気によって燃料極に水を補給する
方法が知られている。
に水を補給する方法として、例えば、改質器において燃
料のメタノール１モルを水蒸気１モルで改質して、３モ
ルの水素と１モルの炭酸ガスからなる改質ガスを生成さ
せる際に、メタノールに添加する水の量を増して改質ガ
スを加湿し、その水蒸気によって燃料極に水を補給する
方法が知られている。
【０００８】改質器におけるメタノールと水の改質反応
は等モル反応であるため、必要なモル数以上に水を添加
すれば、余分な水は水蒸気として残る。この水蒸気を改
質された水素と共に燃料極に供給することにより燃料極
側に水を補給することは可能である。しかし、この方法
では次のような問題点がある。
は等モル反応であるため、必要なモル数以上に水を添加
すれば、余分な水は水蒸気として残る。この水蒸気を改
質された水素と共に燃料極に供給することにより燃料極
側に水を補給することは可能である。しかし、この方法
では次のような問題点がある。
【０００９】現在用いられている改質器においては、メ
タノール等の炭化水素基を含む燃料を水素ガスに改質す
るには、改質触媒の性能上改質触媒の温度を２６０℃程
度に保つ必要がある。しかし上記の方法を適用すると上
記余分な水を気化し、２６０℃にまで加熱する熱エネル
ギーを必要とする。
タノール等の炭化水素基を含む燃料を水素ガスに改質す
るには、改質触媒の性能上改質触媒の温度を２６０℃程
度に保つ必要がある。しかし上記の方法を適用すると上
記余分な水を気化し、２６０℃にまで加熱する熱エネル
ギーを必要とする。
【００１０】しかし固体高分子電解質型の燃料電池の動
作温度を９０℃とすれば、改質ガスの温度を２６０℃か
ら９０℃に下げて燃料電池に供給する必要がある。すな
わち改質ガス中の水蒸気を９０℃から２６０℃にまで加
熱するのに要した熱エネルギーは不要なエネルギー消費
であり、エネルギー損失になる。また２６０℃から９０
℃への冷却過程で改質ガス中の過飽和水分が凝縮してし
まうので、その分の熱エネルギーが無駄に消費されてし
まうことになる。
作温度を９０℃とすれば、改質ガスの温度を２６０℃か
ら９０℃に下げて燃料電池に供給する必要がある。すな
わち改質ガス中の水蒸気を９０℃から２６０℃にまで加
熱するのに要した熱エネルギーは不要なエネルギー消費
であり、エネルギー損失になる。また２６０℃から９０
℃への冷却過程で改質ガス中の過飽和水分が凝縮してし
まうので、その分の熱エネルギーが無駄に消費されてし
まうことになる。
【００１１】これを改善するために、特開平３−２６９
９５５号公報には、余分な水を添加せず、その後の改質
されたガスに水蒸気を添加する方法について記載されて
いる。
９５５号公報には、余分な水を添加せず、その後の改質
されたガスに水蒸気を添加する方法について記載されて
いる。
【００１２】この方法は、燃料極に補給するための水
を、改質器で燃焼した排ガスの熱量および２６０℃の改
質ガスの熱量で水蒸気化し、得られた水蒸気を用いて改
質ガスを加湿する方法である。この方法によれば、上記
問題点すなわち水蒸気の温度を２６０℃にまで加熱する
ことに伴う熱エネルギーの無駄な消費が改善される。
を、改質器で燃焼した排ガスの熱量および２６０℃の改
質ガスの熱量で水蒸気化し、得られた水蒸気を用いて改
質ガスを加湿する方法である。この方法によれば、上記
問題点すなわち水蒸気の温度を２６０℃にまで加熱する
ことに伴う熱エネルギーの無駄な消費が改善される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記方法にも問
題点がある。改質器で燃焼した排ガスの熱量および改質
ガスの熱量は、水の気化熱に比較してあまり大きくない
ため、燃料極が必要とする水の一部しか水蒸気化できな
い。したがって、残りの水分を水蒸気化するためには、
燃料のメタノールを用いて、それ専用のバーナーで加熱
する必要がある。しかしそれは燃料のメタノールの消費
量を増やすこと、システムを複雑化、大型化すること等
の点で好ましくない。
題点がある。改質器で燃焼した排ガスの熱量および改質
ガスの熱量は、水の気化熱に比較してあまり大きくない
ため、燃料極が必要とする水の一部しか水蒸気化できな
い。したがって、残りの水分を水蒸気化するためには、
燃料のメタノールを用いて、それ専用のバーナーで加熱
する必要がある。しかしそれは燃料のメタノールの消費
量を増やすこと、システムを複雑化、大型化すること等
の点で好ましくない。
【００１４】また、燃料極が必要とする水の全部を水蒸
気として供給すると、温度９０℃、相対湿度１００％の
高濃度水蒸気の改質ガスを供給する必要があるが、この
ような高濃度の水蒸気を凝縮させずにパイプラインで供
給することは難しい。
気として供給すると、温度９０℃、相対湿度１００％の
高濃度水蒸気の改質ガスを供給する必要があるが、この
ような高濃度の水蒸気を凝縮させずにパイプラインで供
給することは難しい。
【００１５】更に、温度９０℃の燃料電池内部では、上
記高濃度水蒸気が凝縮して水になるため、多量の凝縮熱
を発生する。この多量の熱発生により、燃料電池の冷却
装置を大型化する必要が生じる。すなわち水蒸気の気化
に必要な多量の熱消費および凝縮に伴う熱発生は、不要
なエネルギー消費であり、それらの熱が利用されないで
捨てられるため、エネルギー収支の点からも、大きな損
失である。
記高濃度水蒸気が凝縮して水になるため、多量の凝縮熱
を発生する。この多量の熱発生により、燃料電池の冷却
装置を大型化する必要が生じる。すなわち水蒸気の気化
に必要な多量の熱消費および凝縮に伴う熱発生は、不要
なエネルギー消費であり、それらの熱が利用されないで
捨てられるため、エネルギー収支の点からも、大きな損
失である。
【００１６】固体高分子電解質型燃料電池を用いた発電
装置を、例えば電気自動車のような、孤立した系で用い
る場合には特に、燃料など物質の消費を最小にし、廃熱
として捨てられるエネルギー損失を最小限に抑え込み、
装置全体を小型化しなければならない。上記のように、
従来の方法ではこの課題を解決することはできなかっ
た。
装置を、例えば電気自動車のような、孤立した系で用い
る場合には特に、燃料など物質の消費を最小にし、廃熱
として捨てられるエネルギー損失を最小限に抑え込み、
装置全体を小型化しなければならない。上記のように、
従来の方法ではこの課題を解決することはできなかっ
た。
【００１７】本発明は上記課題を解決し、エネルギーの
損失の少ない効率的な水補給システムを開発し、電気自
動車等に適した小型で高効率な燃料電池システムを提供
することを目的とする。
損失の少ない効率的な水補給システムを開発し、電気自
動車等に適した小型で高効率な燃料電池システムを提供
することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、研究を進めた結果、高温の改質ガスに添加して水蒸
気化する水分量を、該改質ガスを燃料電池に注入するた
めに必要な温度に冷却するのに必要なだけの量に制限
し、燃料極が必要とする残りの水分は、液体の水の形で
供給することによって、エネルギーの損失の少ない効率
的な水補給システムが構成できることを見出だし、本発
明を完成するに至った。
に、研究を進めた結果、高温の改質ガスに添加して水蒸
気化する水分量を、該改質ガスを燃料電池に注入するた
めに必要な温度に冷却するのに必要なだけの量に制限
し、燃料極が必要とする残りの水分は、液体の水の形で
供給することによって、エネルギーの損失の少ない効率
的な水補給システムが構成できることを見出だし、本発
明を完成するに至った。
【００１９】すなわち本発明は、燃料極と酸化剤極と両
電極に狭持された固体高分子電解質を有する燃料電池
と、燃料を水素ガスに改質して、前記燃料電極に供給す
る改質器とを備えた燃料電池システムにおいて、水を改
質されたガスに混合する装置と、燃料極表面に形成され
た、水を供給する通路とを備えたことを特徴とする固体
高分子電解質型燃料電池システムである。本発明の燃料
電池においては、水は燃料極に、改質ガスに含まれる水
蒸気と、液体の水の形で直接供給される水分の２種類の
形態で供給される。
電極に狭持された固体高分子電解質を有する燃料電池
と、燃料を水素ガスに改質して、前記燃料電極に供給す
る改質器とを備えた燃料電池システムにおいて、水を改
質されたガスに混合する装置と、燃料極表面に形成され
た、水を供給する通路とを備えたことを特徴とする固体
高分子電解質型燃料電池システムである。本発明の燃料
電池においては、水は燃料極に、改質ガスに含まれる水
蒸気と、液体の水の形で直接供給される水分の２種類の
形態で供給される。
【００２０】本発明の燃料電池を、例えば９０℃で作動
させる場合、２６０℃の改質ガスは、燃料極に注入する
ときには９０℃までに下げる必要がある。この温度低下
に有効なのは水の気化熱である。水の気化熱は大きいの
で、少量の水の添加で効果的に下げることができる。そ
のため、改質ガスに水を添加し、その気化熱で改質ガス
の温度を９０℃まで下げる。水の添加量は９０℃に下げ
るのに必要な量に制限する。このようにして、温度９０
℃、相対湿度１０〜２０％の水蒸気を含む改質ガスが得
られる。これは燃料極に供給する水分の約５％に相当す
る。
させる場合、２６０℃の改質ガスは、燃料極に注入する
ときには９０℃までに下げる必要がある。この温度低下
に有効なのは水の気化熱である。水の気化熱は大きいの
で、少量の水の添加で効果的に下げることができる。そ
のため、改質ガスに水を添加し、その気化熱で改質ガス
の温度を９０℃まで下げる。水の添加量は９０℃に下げ
るのに必要な量に制限する。このようにして、温度９０
℃、相対湿度１０〜２０％の水蒸気を含む改質ガスが得
られる。これは燃料極に供給する水分の約５％に相当す
る。
【００２１】燃料極が必要とする残りの約９５％の水分
は、液体の水の形で直接燃料極に供給する。水の供給は
燃料極表面に形成した多孔質体などの吸水性、透水性材
料からなる水分の通路を通して直接供給することができ
る。
は、液体の水の形で直接燃料極に供給する。水の供給は
燃料極表面に形成した多孔質体などの吸水性、透水性材
料からなる水分の通路を通して直接供給することができ
る。
【００２２】燃料極に直接供給する水は燃料極に９０℃
に加熱して供給する必要がある。水の加熱には上記改質
ガス中の水蒸気の凝縮熱を含む、燃料電池の廃熱を熱交
換器を設置することにより利用することができる。また
燃料極に供給する水分は、酸化剤極側から排出される水
蒸気を含んだガスから水分を回収し、これを再び燃料極
に供給して循環して用いることができる。
に加熱して供給する必要がある。水の加熱には上記改質
ガス中の水蒸気の凝縮熱を含む、燃料電池の廃熱を熱交
換器を設置することにより利用することができる。また
燃料極に供給する水分は、酸化剤極側から排出される水
蒸気を含んだガスから水分を回収し、これを再び燃料極
に供給して循環して用いることができる。
【００２３】
【作用】本発明の燃料電池においては、水の気化熱が改
質ガスの温度を９０℃まで下げるのに、有効に用いられ
る。この過程で発生した水蒸気は燃料電池の燃料極に供
給される。なお、ここで得られた水蒸気を含む改質ガス
は、相対湿度が低いのでパイプラインで凝縮する心配は
ない。この水蒸気は燃料電池内で凝縮して熱を出すが、
水蒸気量が少ないので発生する凝縮熱は少なく、そのた
め燃料電池の冷却装置を小型化できる。
質ガスの温度を９０℃まで下げるのに、有効に用いられ
る。この過程で発生した水蒸気は燃料電池の燃料極に供
給される。なお、ここで得られた水蒸気を含む改質ガス
は、相対湿度が低いのでパイプラインで凝縮する心配は
ない。この水蒸気は燃料電池内で凝縮して熱を出すが、
水蒸気量が少ないので発生する凝縮熱は少なく、そのた
め燃料電池の冷却装置を小型化できる。
【００２４】また上記凝縮熱を含む燃料電池の廃熱を、
熱交換器を用いることにより燃料極の表面に形成した水
分の通路から供給される液体の水を９０℃に加熱するた
めに用いることができる。
熱交換器を用いることにより燃料極の表面に形成した水
分の通路から供給される液体の水を９０℃に加熱するた
めに用いることができる。
【００２５】また本発明においては、燃料極に加湿され
た改質ガスと液体の水が供給されるが、この組み合わせ
によって、以下に示す本発明のもう一つの作用効果がも
たらされる。
た改質ガスと液体の水が供給されるが、この組み合わせ
によって、以下に示す本発明のもう一つの作用効果がも
たらされる。
【００２６】もし、燃料極に乾燥した改質ガスと液体の
水が供給された場合には、燃料極に注入された乾燥した
改質ガスは、燃料極に配置された多孔質体中に水分を蒸
発させ、多孔質体を乾燥させる。その乾燥させる度合い
は入り口に近いほど大きいので、燃料極に配置された多
孔質体中の水分の分布に、著しいアンバランスを生じ、
その結果、燃料電池内部の水分の分布も著しく不均一に
なり、燃料電池の発電効率が低下する。
水が供給された場合には、燃料極に注入された乾燥した
改質ガスは、燃料極に配置された多孔質体中に水分を蒸
発させ、多孔質体を乾燥させる。その乾燥させる度合い
は入り口に近いほど大きいので、燃料極に配置された多
孔質体中の水分の分布に、著しいアンバランスを生じ、
その結果、燃料電池内部の水分の分布も著しく不均一に
なり、燃料電池の発電効率が低下する。
【００２７】それに対し、本発明の改質ガスは加湿され
ているため、多孔質体中の水分の蒸発が緩和され、その
結果として、燃料電池内部の水分の分布は均一になり、
燃料電池の発電効率は向上する。
ているため、多孔質体中の水分の蒸発が緩和され、その
結果として、燃料電池内部の水分の分布は均一になり、
燃料電池の発電効率は向上する。
【００２８】本発明においては、改質器から排出される
燃焼後の廃ガスの熱量は、燃料極に補給する水分の気化
にではなく、改質器に注入する等モルの原料の予備加熱
に用いることが好ましい。予備加熱によって改質器の熱
負担をできるだけ小さくし、改質器を加熱するための補
助燃料である、燃料メタノールの消費を少なくすること
が目的である。さらに、上記予備加熱の前段階の予備加
熱として、燃料電池の廃熱を利用することが好ましい。
燃焼後の廃ガスの熱量は、燃料極に補給する水分の気化
にではなく、改質器に注入する等モルの原料の予備加熱
に用いることが好ましい。予備加熱によって改質器の熱
負担をできるだけ小さくし、改質器を加熱するための補
助燃料である、燃料メタノールの消費を少なくすること
が目的である。さらに、上記予備加熱の前段階の予備加
熱として、燃料電池の廃熱を利用することが好ましい。
【００２９】上記予備加熱のステップにより、改質器に
高温の原料ガスを注入することができ、改質器における
メタノール等炭化水素基を含む燃料の消費を少なくする
ことが可能である。
高温の原料ガスを注入することができ、改質器における
メタノール等炭化水素基を含む燃料の消費を少なくする
ことが可能である。
【００３０】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。 （実施例）
【００３１】図１は本発明に関わる固体高分子電解質型
の燃料電池発電装置のシステム構成図である。図におい
て、簡略化して単電池のみを示した燃料電池１は、燃料
極２と酸化剤極３と両電極間に狭持された固体高分子電
解質３６および燃料極２表面に、燃料極に水を供給する
ための水分の通路（図示せず）が備えられ、更に熱交換
器４を備えている。
の燃料電池発電装置のシステム構成図である。図におい
て、簡略化して単電池のみを示した燃料電池１は、燃料
極２と酸化剤極３と両電極間に狭持された固体高分子電
解質３６および燃料極２表面に、燃料極に水を供給する
ための水分の通路（図示せず）が備えられ、更に熱交換
器４を備えている。
【００３２】改質器５には、燃料タンク６からメタノー
ル１６が、貯水タンク７から水１７がそれぞれ所定の量
だけ送られ、所定の混合比の燃料１８が改質器５で反応
し、水素を主成分とする改質ガス１９を生成する。
ル１６が、貯水タンク７から水１７がそれぞれ所定の量
だけ送られ、所定の混合比の燃料１８が改質器５で反応
し、水素を主成分とする改質ガス１９を生成する。
【００３３】改質器５を２６０℃に加熱するために、燃
料電池の燃料極側から排気された水素を含むガス２４が
送られ、ポンプ９によって送られる空気２６と混合され
てバーナー５Ｂで燃焼される。また補助燃料として燃料
タンク６のメタノール２５も送られ、同時に燃焼され
る。燃焼後の廃ガス２７の熱は、熱交換器８によって、
原料のメタノール１６と水１７を予備加熱するために用
いられる。
料電池の燃料極側から排気された水素を含むガス２４が
送られ、ポンプ９によって送られる空気２６と混合され
てバーナー５Ｂで燃焼される。また補助燃料として燃料
タンク６のメタノール２５も送られ、同時に燃焼され
る。燃焼後の廃ガス２７の熱は、熱交換器８によって、
原料のメタノール１６と水１７を予備加熱するために用
いられる。
【００３４】２６０℃の改質ガス１９は水の気化器１０
に送られる。気化器１０には、加湿用水２１が供給され
ている。加湿用水２１は貯水タンク７から熱交換器１２
に送られ予備加熱された後、気化器１０に送られてい
る。気化器１０においては、２６０℃の改質ガス１９は
加湿用水２１を水蒸気化し、９０℃に冷却されると共に
加湿された改質ガス２０となる。上記熱交換器１２は、
酸化剤極３に送るためにコンプレッサ１３で加圧され、
高温になった空気２８を９０℃に冷却するためのもので
ある。一方、貯水タンク７から送られた水２３は、燃料
電池を冷却するための熱交換器１１により９０℃に加熱
され、燃料極２に供給される。
に送られる。気化器１０には、加湿用水２１が供給され
ている。加湿用水２１は貯水タンク７から熱交換器１２
に送られ予備加熱された後、気化器１０に送られてい
る。気化器１０においては、２６０℃の改質ガス１９は
加湿用水２１を水蒸気化し、９０℃に冷却されると共に
加湿された改質ガス２０となる。上記熱交換器１２は、
酸化剤極３に送るためにコンプレッサ１３で加圧され、
高温になった空気２８を９０℃に冷却するためのもので
ある。一方、貯水タンク７から送られた水２３は、燃料
電池を冷却するための熱交換器１１により９０℃に加熱
され、燃料極２に供給される。
【００３５】図１で酸化剤極側から排出される高湿度の
空気２９は、膨張器１４および復水器１５により気水分
離され、水３０が回収される。回収された水は貯水タン
ク７に貯蔵される。図示していないが、燃料電池の熱交
換器１１により、改質器５に供給される原料のメタノー
ル１６と水１７を予備加熱することが好ましい。
空気２９は、膨張器１４および復水器１５により気水分
離され、水３０が回収される。回収された水は貯水タン
ク７に貯蔵される。図示していないが、燃料電池の熱交
換器１１により、改質器５に供給される原料のメタノー
ル１６と水１７を予備加熱することが好ましい。
【００３６】一方、図２に本実施例に係る燃料電池１の
概略図を示す。燃料電池１は、パーフルオロカーボンス
ルホン酸からなる固体高分子電解質膜（商品名；Ｎａｆ
ｉｏｎ；Ｄｕ Ｐｏｎｔ社製）３６の両側に燃料極２と
酸化剤極３が形成された単セルを複数個積層して構成さ
れている。また各単セルは、導電体からなる隔離板によ
り分離されており、かつ電気的には導通されている。燃
料極２、および酸化剤極３に沿って各々改質ガスの通路
３３、空気の通路３４が形成されている。改質ガスおよ
び空気はそれぞれ矢印Ａ、Ｂの向きに各通路を流れる。
各通路には集電用メタルネットが形成されている。燃料
極２表面には水分の通路となる、吸水性、または透水性
の物質（例えば多孔質体）３１が形成されている。該吸
水性、または透水性物質３１を介して図１の水２３が図
２中ｃに示される方向に流れ燃料極２に水を供給する図
３に燃料極２の垂直方向の断面図を示す。図３に示した
ように吸水性、または透水性物質３１は燃料極２を部分
的に覆っている。燃料極２においては、吸水性、または
透水性物質３１が覆っている部分から水の供給が行われ
る。また、吸水性、または透水性物質が覆っていない部
分から改質ガスとの電極反応が行われる。
概略図を示す。燃料電池１は、パーフルオロカーボンス
ルホン酸からなる固体高分子電解質膜（商品名；Ｎａｆ
ｉｏｎ；Ｄｕ Ｐｏｎｔ社製）３６の両側に燃料極２と
酸化剤極３が形成された単セルを複数個積層して構成さ
れている。また各単セルは、導電体からなる隔離板によ
り分離されており、かつ電気的には導通されている。燃
料極２、および酸化剤極３に沿って各々改質ガスの通路
３３、空気の通路３４が形成されている。改質ガスおよ
び空気はそれぞれ矢印Ａ、Ｂの向きに各通路を流れる。
各通路には集電用メタルネットが形成されている。燃料
極２表面には水分の通路となる、吸水性、または透水性
の物質（例えば多孔質体）３１が形成されている。該吸
水性、または透水性物質３１を介して図１の水２３が図
２中ｃに示される方向に流れ燃料極２に水を供給する図
３に燃料極２の垂直方向の断面図を示す。図３に示した
ように吸水性、または透水性物質３１は燃料極２を部分
的に覆っている。燃料極２においては、吸水性、または
透水性物質３１が覆っている部分から水の供給が行われ
る。また、吸水性、または透水性物質が覆っていない部
分から改質ガスとの電極反応が行われる。
【００３７】一方、空気極３表面にも燃料極２と同様に
吸水性、または透水性の物質３７が形成されている。空
気極３に形成された吸水性、または透水性の物質は、空
気極３で生じた高湿度のガス２９吸収に用いられる。吸
収された高湿度のガス２９は図１に示される膨張器１４
に送られる。
吸水性、または透水性の物質３７が形成されている。空
気極３に形成された吸水性、または透水性の物質は、空
気極３で生じた高湿度のガス２９吸収に用いられる。吸
収された高湿度のガス２９は図１に示される膨張器１４
に送られる。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
改質ガス加湿のため水の気化、凝縮に伴う熱損失を最小
に抑えることができ、改質器および改質ガス供給ライン
の単純化、小型化が実現できる。更に燃料電池内での凝
縮熱の発生を少なくしたことにより、燃料電池の小型化
が、また燃料電池内での水分の分布を均一にしたことに
より、燃料電池の高効率化が達成できた。燃料電池シス
テムにおいて、エネルギー損失、物質損失を少なくし、
小型で高効率な発電システムが実現できた。
改質ガス加湿のため水の気化、凝縮に伴う熱損失を最小
に抑えることができ、改質器および改質ガス供給ライン
の単純化、小型化が実現できる。更に燃料電池内での凝
縮熱の発生を少なくしたことにより、燃料電池の小型化
が、また燃料電池内での水分の分布を均一にしたことに
より、燃料電池の高効率化が達成できた。燃料電池シス
テムにおいて、エネルギー損失、物質損失を少なくし、
小型で高効率な発電システムが実現できた。
【００３９】したがって本発明の燃料電池は、一般の発
電装置としてはもとより、自動車その他の乗り物など、
孤立した系で使用する発電装置として特に適しており、
本装置を提供することによって得られる工業的利益は大
きい。
電装置としてはもとより、自動車その他の乗り物など、
孤立した系で使用する発電装置として特に適しており、
本装置を提供することによって得られる工業的利益は大
きい。
【図１】 本発明の燃料電池システム構成図の例。
【図２】 本発明の燃料電池の一実施様態を示す部分断
面図。
面図。
【図３】 本発明の燃料電池の一実施様態を示す部分平
面図。
面図。
１…燃料電池 ２…燃料極 ３…酸化剤極 ４、８、１
１、１２…熱交換器 ５…改質器 ５Ｂ…バーナー ６…燃料タンク ７…貯
水タンク ９…ポンプ １０…気化器 １３…コンプレッサ １４…膨張器 １
５…復水器 １６、２５…メタノール １７、２１、２３、３０…水
１８…燃料混合物 １９…改質ガス ２０…加湿された改質ガス ２４…燃
料極から排気されたガス ２６、２８…空気 ２７…燃焼廃ガス ２９…高湿度の
ガス ３１…燃料極に形成された吸水性、または透水性
材料 ３２…固体高分子電解質 ３３…改質ガスの通路
３４…空気の通路 ３５…隔離板 ３７…酸化剤極に
形成された吸水性、または透水性材料
１、１２…熱交換器 ５…改質器 ５Ｂ…バーナー ６…燃料タンク ７…貯
水タンク ９…ポンプ １０…気化器 １３…コンプレッサ １４…膨張器 １
５…復水器 １６、２５…メタノール １７、２１、２３、３０…水
１８…燃料混合物 １９…改質ガス ２０…加湿された改質ガス ２４…燃
料極から排気されたガス ２６、２８…空気 ２７…燃焼廃ガス ２９…高湿度の
ガス ３１…燃料極に形成された吸水性、または透水性
材料 ３２…固体高分子電解質 ３３…改質ガスの通路
３４…空気の通路 ３５…隔離板 ３７…酸化剤極に
形成された吸水性、または透水性材料
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料極と酸化剤極と両電極に狭持された
固体高分子電解質を有する燃料電池と、燃料を水素ガス
に改質して前記燃料極に供給する改質器とを備えた燃料
電池システムにおいて、水を改質されたガスに混合する
装置と、燃料極表面に形成された、水を供給する通路と
を備えたことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池
システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4261421A JPH06111841A (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 固体高分子電解質型燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4261421A JPH06111841A (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 固体高分子電解質型燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06111841A true JPH06111841A (ja) | 1994-04-22 |
Family
ID=17361643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4261421A Pending JPH06111841A (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 固体高分子電解質型燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06111841A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000045456A1 (de) * | 1999-01-27 | 2000-08-03 | Xcellsis Gmbh | Vorrichtung zum verdampfen und/oder überhitzen eines kohlenwasserstoffs |
| US6350535B1 (en) * | 1999-08-27 | 2002-02-26 | Plug Power Inc. | Mist evaporation system for fuel cell hydration |
| WO2001020702A3 (en) * | 1999-09-13 | 2002-07-18 | Ballard Generation Systems Inc | Fuel cell electric power generation system |
| JP2010118354A (ja) * | 2010-01-26 | 2010-05-27 | Panasonic Corp | 燃料電池システム |
| EP2211411A4 (en) * | 2007-10-11 | 2011-11-16 | Panasonic Corp | Fuel cell system |
| CN115398683A (zh) * | 2020-03-30 | 2022-11-25 | 三菱电机株式会社 | 燃料电池系统 |
-
1992
- 1992-09-30 JP JP4261421A patent/JPH06111841A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000045456A1 (de) * | 1999-01-27 | 2000-08-03 | Xcellsis Gmbh | Vorrichtung zum verdampfen und/oder überhitzen eines kohlenwasserstoffs |
| US6696188B1 (en) | 1999-01-27 | 2004-02-24 | Ballard Power Systems Ag | Device for evaporating and/or overheating a hydrocarbon in a fuel cell |
| US6350535B1 (en) * | 1999-08-27 | 2002-02-26 | Plug Power Inc. | Mist evaporation system for fuel cell hydration |
| WO2001020702A3 (en) * | 1999-09-13 | 2002-07-18 | Ballard Generation Systems Inc | Fuel cell electric power generation system |
| US6645652B2 (en) | 1999-09-13 | 2003-11-11 | Ballard Generation Systems Inc. | Fuel cell electric power generation system |
| EP2211411A4 (en) * | 2007-10-11 | 2011-11-16 | Panasonic Corp | Fuel cell system |
| JP2010118354A (ja) * | 2010-01-26 | 2010-05-27 | Panasonic Corp | 燃料電池システム |
| CN115398683A (zh) * | 2020-03-30 | 2022-11-25 | 三菱电机株式会社 | 燃料电池系统 |
| US12334610B2 (en) | 2020-03-30 | 2025-06-17 | Mitsubishi Electric Corporation | Fuel cell system |
| CN115398683B (zh) * | 2020-03-30 | 2025-10-28 | 三菱电机株式会社 | 燃料电池系统 |
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