JPH081809B2 - 燃料電池および電解質含浸処理方法 - Google Patents
燃料電池および電解質含浸処理方法Info
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- JPH081809B2 JPH081809B2 JP4172616A JP17261692A JPH081809B2 JP H081809 B2 JPH081809 B2 JP H081809B2 JP 4172616 A JP4172616 A JP 4172616A JP 17261692 A JP17261692 A JP 17261692A JP H081809 B2 JPH081809 B2 JP H081809B2
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- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
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- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Sustainable Energy (AREA)
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池に係り、特に
電池の初期昇温時に電解質担体である基板に電解質を含
浸する内部含浸型の燃料電池に関する。
電池の初期昇温時に電解質担体である基板に電解質を含
浸する内部含浸型の燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池の運転システムとしては、例え
ば日本工業新聞社刊行の「エネルギー」第２４巻第４号
（１９９０年）３０頁第４図「ＭＷ級ＭＣＦＣ発電プラ
ント」が知られている。この例によれば、燃料電池本体
から排出されるアノード排気ガスとカソード排気ガス
は、それぞれ気水分離器とタービンを介して最終的には
燃料電池発電システムの系外に排出される。
ば日本工業新聞社刊行の「エネルギー」第２４巻第４号
（１９９０年）３０頁第４図「ＭＷ級ＭＣＦＣ発電プラ
ント」が知られている。この例によれば、燃料電池本体
から排出されるアノード排気ガスとカソード排気ガス
は、それぞれ気水分離器とタービンを介して最終的には
燃料電池発電システムの系外に排出される。
【０００３】燃料電池は、一般に、電解質を含浸した電
解質板を挾んで通気性を有するアノード電極とカソード
電極を配し、それらの電極の各々の外側にそれぞれアノ
ードガスとカソードガスの流路を設けたセパレータを配
して形成される。このように形成された単位燃料電池
を、通常、複数個積層して燃料電池スタックを形成して
用いられる。燃料電池スタックの周縁部には、下部ヘッ
ダーを介して外部から供給されるアノードガスとカソー
ドガスそれぞれを各燃料電池に供給するためのマニホー
ルドと、アノードガス流路とカソードガス流路を通過し
たガス排出用のそれぞれのマニホールドが設けられる。
アノード排ガスとカソード排ガスはそれぞれのマニホー
ルドと下部ヘッダーを経てアノードガス排気管とカソー
ドガス排気管それぞれに排出される。また、燃料電池ス
タックはパージガス補給機構を備えた容器内に収納して
用いられる。
解質板を挾んで通気性を有するアノード電極とカソード
電極を配し、それらの電極の各々の外側にそれぞれアノ
ードガスとカソードガスの流路を設けたセパレータを配
して形成される。このように形成された単位燃料電池
を、通常、複数個積層して燃料電池スタックを形成して
用いられる。燃料電池スタックの周縁部には、下部ヘッ
ダーを介して外部から供給されるアノードガスとカソー
ドガスそれぞれを各燃料電池に供給するためのマニホー
ルドと、アノードガス流路とカソードガス流路を通過し
たガス排出用のそれぞれのマニホールドが設けられる。
アノード排ガスとカソード排ガスはそれぞれのマニホー
ルドと下部ヘッダーを経てアノードガス排気管とカソー
ドガス排気管それぞれに排出される。また、燃料電池ス
タックはパージガス補給機構を備えた容器内に収納して
用いられる。
【０００４】ところで、電解質板に電解質を含浸させる
方法として、燃料電池を組み立てた後に行う、いわゆる
内部含浸型が知られている。内部含浸型の場合、バイン
ダーを混入したセラミック系の基板を用い、これに例え
ば電解質としての炭酸塩を塗布した状態で燃料電池スタ
ックを組立てる。そして、電池昇温の初期にバインダー
を蒸発させ、これにより形成された空隙に炭酸塩を含浸
させる。したがって、バインダーとしては、炭酸塩が溶
融する約５００℃までに溶融蒸発する材料が用いられ
る。なお、電池の初期昇温は収納容器内に設けられたヒ
ータにより電池の運転温度である６５０℃に加熱するこ
とで行う。
方法として、燃料電池を組み立てた後に行う、いわゆる
内部含浸型が知られている。内部含浸型の場合、バイン
ダーを混入したセラミック系の基板を用い、これに例え
ば電解質としての炭酸塩を塗布した状態で燃料電池スタ
ックを組立てる。そして、電池昇温の初期にバインダー
を蒸発させ、これにより形成された空隙に炭酸塩を含浸
させる。したがって、バインダーとしては、炭酸塩が溶
融する約５００℃までに溶融蒸発する材料が用いられ
る。なお、電池の初期昇温は収納容器内に設けられたヒ
ータにより電池の運転温度である６５０℃に加熱するこ
とで行う。
【０００５】ここで、バインダーの除去が不十分である
と、電解質の含浸が不均一になり、電池の性能が低下す
るという問題がある。また、基板の形成時に用い有機溶
剤が焼結後も基板に残留している場合があり、この残留
有機溶剤の除去が不十分であると、運転時に電池が異常
発熱して劣化するという問題がある。
と、電解質の含浸が不均一になり、電池の性能が低下す
るという問題がある。また、基板の形成時に用い有機溶
剤が焼結後も基板に残留している場合があり、この残留
有機溶剤の除去が不十分であると、運転時に電池が異常
発熱して劣化するという問題がある。
【０００６】しかし、上記のような初期の加熱だけで
は、残留有機溶剤とバインダーの除去が不十分で、上記
のような問題がある。
は、残留有機溶剤とバインダーの除去が不十分で、上記
のような問題がある。
【０００７】そこで、従来、上記の問題を解決するため
に、初期昇温時にアノードガスとカソードガスの両方の
ラインに、空気又は二酸化炭素等を含む不活性ガス（以
下、不活性ガス等という）を供給し、これにより残存有
機溶剤とバインダーを排気ラインに追い出して除去する
ことが行われている。また、通常の排気ラインの他に、
専用の排気ラインを設けて効率よく追い出すことも試み
られている。
に、初期昇温時にアノードガスとカソードガスの両方の
ラインに、空気又は二酸化炭素等を含む不活性ガス（以
下、不活性ガス等という）を供給し、これにより残存有
機溶剤とバインダーを排気ラインに追い出して除去する
ことが行われている。また、通常の排気ラインの他に、
専用の排気ラインを設けて効率よく追い出すことも試み
られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術によっても、次ぎに述べる理由により、残存有
機溶剤とバインダーの除去が不十分な場合があるという
問題がある。
来の技術によっても、次ぎに述べる理由により、残存有
機溶剤とバインダーの除去が不十分な場合があるという
問題がある。
【０００９】すなわち、単位燃料電池の構造は、前述の
ようにセパレータと電解質板とを交互に積層して燃料ス
タックを形成する構造になっており、セパレータに形成
されたアノードガスとカソードガスの各流路（特に、各
単位燃料電池間を連通させて設けられマニホールド部
分）は、セパレータの周縁部と電解質板の積層部によっ
て外部とシールされる構造となっている。つまり、溶融
した炭酸塩によるいわゆるウエットシールを期待するシ
ール構造になっている。そのため、炭酸塩が溶融する約
５００℃未満の初期昇温時はシール効果が発揮されず、
残留有機溶剤とバインダーを排出除去すべく、上述のよ
うに燃料電池の初期昇温時にアノードガス流路とカソー
ドガス流路に不活性ガス等を送り込もうとしても、シー
ル部から不活性ガス等が外部に漏洩してしまうことにな
る。したがって、電池内部のアノードガス流路とカソー
ドガス流路に通流される不活性ガス等の流量が不足し、
残存有機溶剤とバインダーの除去が不十分になるのであ
る。
ようにセパレータと電解質板とを交互に積層して燃料ス
タックを形成する構造になっており、セパレータに形成
されたアノードガスとカソードガスの各流路（特に、各
単位燃料電池間を連通させて設けられマニホールド部
分）は、セパレータの周縁部と電解質板の積層部によっ
て外部とシールされる構造となっている。つまり、溶融
した炭酸塩によるいわゆるウエットシールを期待するシ
ール構造になっている。そのため、炭酸塩が溶融する約
５００℃未満の初期昇温時はシール効果が発揮されず、
残留有機溶剤とバインダーを排出除去すべく、上述のよ
うに燃料電池の初期昇温時にアノードガス流路とカソー
ドガス流路に不活性ガス等を送り込もうとしても、シー
ル部から不活性ガス等が外部に漏洩してしまうことにな
る。したがって、電池内部のアノードガス流路とカソー
ドガス流路に通流される不活性ガス等の流量が不足し、
残存有機溶剤とバインダーの除去が不十分になるのであ
る。
【００１０】また、給気側マニホールド部分、アノード
ガス流路部分、カソードガス流路部分、排気側マニホー
ルド部分で残留有機溶剤とバインダーを糾合した不活性
ガスが上記シール部から漏洩すると、通常運転時にはパ
ージガスが充満している収納容器内に溜まることにな
る。この場合、特に有機溶剤は燃料電池の昇温時に異常
発熱をして燃料電池スタックの外側から燃料電池に劣化
作用を及ぼすという問題が生ずる。
ガス流路部分、カソードガス流路部分、排気側マニホー
ルド部分で残留有機溶剤とバインダーを糾合した不活性
ガスが上記シール部から漏洩すると、通常運転時にはパ
ージガスが充満している収納容器内に溜まることにな
る。この場合、特に有機溶剤は燃料電池の昇温時に異常
発熱をして燃料電池スタックの外側から燃料電池に劣化
作用を及ぼすという問題が生ずる。
【００１１】本発明の第１の目的は、燃料電池の電解質
含浸処理に拘る初期昇温時において、電解質基板内に残
留している有機溶剤とバインダーとを効果的に除去して
その残存率を極めて低いものにすることができる燃料電
池を提供しようとするものである。
含浸処理に拘る初期昇温時において、電解質基板内に残
留している有機溶剤とバインダーとを効果的に除去して
その残存率を極めて低いものにすることができる燃料電
池を提供しようとするものである。
【００１２】本発明の第２の目的は、燃料電池の電解質
含浸処理に拘る初期昇温時において、電解質基板内に残
留している有機溶剤とバインダーとを効果的に除去した
後、電解質を含浸させることができる電解質含浸処理方
法を提供しようとするものである。
含浸処理に拘る初期昇温時において、電解質基板内に残
留している有機溶剤とバインダーとを効果的に除去した
後、電解質を含浸させることができる電解質含浸処理方
法を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、本発明の第１の発明は、電解質板を挾んでアノ
ード電極とカソード電極を配し、さらにその各電極に接
するアノードガス流路とカソードガス流路とをそれぞれ
設けたセパレータを外側に配して各流路にアノードガス
とカソードガスの供給管と排気管とをそれぞれ連通した
単位燃料電池を有し、初期昇温時に電解質板に電解質を
含浸させる燃料電池において、アノードガス排気管とカ
ソードガス排気管それぞれから分岐しバルブを介してガ
ス吸引機構を設け、この各機構により排気を吸引、排出
することを特徴とする。
るため、本発明の第１の発明は、電解質板を挾んでアノ
ード電極とカソード電極を配し、さらにその各電極に接
するアノードガス流路とカソードガス流路とをそれぞれ
設けたセパレータを外側に配して各流路にアノードガス
とカソードガスの供給管と排気管とをそれぞれ連通した
単位燃料電池を有し、初期昇温時に電解質板に電解質を
含浸させる燃料電池において、アノードガス排気管とカ
ソードガス排気管それぞれから分岐しバルブを介してガ
ス吸引機構を設け、この各機構により排気を吸引、排出
することを特徴とする。
【００１４】また、燃料電池が収納容器内に設置される
場合は、この収納容器のパージガスの排気管から分岐し
バルブを介してガス吸引機構を設け、この機構を初期昇
温時に作動させることが好ましい。
場合は、この収納容器のパージガスの排気管から分岐し
バルブを介してガス吸引機構を設け、この機構を初期昇
温時に作動させることが好ましい。
【００１５】上記第２の目的を達成するため、本発明の
第２の発明は、電解質が塗布された電解質板を挾んでア
ノード電極とカソード電極を配し、該各電極に接するア
ノードガス流路とカソードガス流路とをそれぞれ設けた
セパレータを外側に配し、該各流路にアノードガスとカ
ソードガスの供給管と排気管とをそれぞれ連通し、アノ
ードガス排気管とカソードガス排気管からそれぞれ分岐
する各ガス吸引機構を設けて構成された単位燃料電池を
有してなる燃料電池の電解質含浸処理方法において、燃
料電池を加熱して昇温させ、その際にアノードガス排気
管とカソードガス排気管から分岐する各ガス吸引機構に
より単位燃料電池内部のガスを吸引排出し、これにより
電解質板の基板に残留している有機溶剤とバインダーを
除去してから基板の中に電解質を含浸することを特徴と
する。
第２の発明は、電解質が塗布された電解質板を挾んでア
ノード電極とカソード電極を配し、該各電極に接するア
ノードガス流路とカソードガス流路とをそれぞれ設けた
セパレータを外側に配し、該各流路にアノードガスとカ
ソードガスの供給管と排気管とをそれぞれ連通し、アノ
ードガス排気管とカソードガス排気管からそれぞれ分岐
する各ガス吸引機構を設けて構成された単位燃料電池を
有してなる燃料電池の電解質含浸処理方法において、燃
料電池を加熱して昇温させ、その際にアノードガス排気
管とカソードガス排気管から分岐する各ガス吸引機構に
より単位燃料電池内部のガスを吸引排出し、これにより
電解質板の基板に残留している有機溶剤とバインダーを
除去してから基板の中に電解質を含浸することを特徴と
する。
【００１６】燃料電池が収納容器内に設置される場合
は、該収納容器外にアノードガス排気管とカソードガス
排気管からそれぞれ分岐する各ガス吸引機構を配置し、
この各ガス吸引機構に合わせて、燃料電池収納容器のパ
ージガスの排気管に分岐して設けた別のガス吸引機構に
より収納容器内のガスを吸引排出することが好ましい。
は、該収納容器外にアノードガス排気管とカソードガス
排気管からそれぞれ分岐する各ガス吸引機構を配置し、
この各ガス吸引機構に合わせて、燃料電池収納容器のパ
ージガスの排気管に分岐して設けた別のガス吸引機構に
より収納容器内のガスを吸引排出することが好ましい。
【００１７】
【作用】本発明によれば、次の作用により上記各目的が
達成される。本発明の第１と第２の発明によれば、燃料
電池の初期昇温過程において、アノードガスのラインと
カソードガスのラインに空気又は二酸化炭素等を含む不
活性ガスを供給するとともに、アノードガス排気管とカ
ソードガス排気管に分岐して設けた吸引機構により燃料
電池内のガスを強制的に吸引排出する。これにより、電
解質板から発生した残留有機溶剤とバインダーの蒸気
は、アノードガスとカソードガスの両ラインに送り込ま
れた不活性ガス等と共に効果的に吸引排出され、残存量
を十分に低減できる。その後に電解質の含浸作業を行な
うことにより、電解質を均一に含浸させることができる
とともに、残存有機溶剤による異常発熱を低減できる。
達成される。本発明の第１と第２の発明によれば、燃料
電池の初期昇温過程において、アノードガスのラインと
カソードガスのラインに空気又は二酸化炭素等を含む不
活性ガスを供給するとともに、アノードガス排気管とカ
ソードガス排気管に分岐して設けた吸引機構により燃料
電池内のガスを強制的に吸引排出する。これにより、電
解質板から発生した残留有機溶剤とバインダーの蒸気
は、アノードガスとカソードガスの両ラインに送り込ま
れた不活性ガス等と共に効果的に吸引排出され、残存量
を十分に低減できる。その後に電解質の含浸作業を行な
うことにより、電解質を均一に含浸させることができる
とともに、残存有機溶剤による異常発熱を低減できる。
【００１８】また、電解質が溶融する温度よりも低温の
時にはウエットシール効果が作用しないので燃料電池ス
タック周縁部から不活性ガスと共に、有機溶剤とバイン
ダーが燃料電池収納容器内に漏出する。この有機溶剤と
バインダーは電解質の含浸作業に際して供給されるパー
ジガスと漏洩不活性ガスと一緒に、パージガス排気管に
分岐して設けた吸引機構により強制的に吸引排出され
る。
時にはウエットシール効果が作用しないので燃料電池ス
タック周縁部から不活性ガスと共に、有機溶剤とバイン
ダーが燃料電池収納容器内に漏出する。この有機溶剤と
バインダーは電解質の含浸作業に際して供給されるパー
ジガスと漏洩不活性ガスと一緒に、パージガス排気管に
分岐して設けた吸引機構により強制的に吸引排出され
る。
【００１９】なお、有機溶剤とバインダーの排出除去作
業が完了した後は、アノードガス排気管用、カソードガ
ス排気管用、およびパージガス排気管用それぞれの吸引
機構の上流側に備えられたバルブを用いてそれぞれにガ
ス吸引機構を閉鎖し、それぞれの排気バルブを開放して
通常の排気運転に移行する。
業が完了した後は、アノードガス排気管用、カソードガ
ス排気管用、およびパージガス排気管用それぞれの吸引
機構の上流側に備えられたバルブを用いてそれぞれにガ
ス吸引機構を閉鎖し、それぞれの排気バルブを開放して
通常の排気運転に移行する。
【００２０】
【実施例】本発明による実施例を図１、図２によって説
明する。図１は本発明の燃料電池周辺の基本構成を模式
的に示した図である。燃料電池収納容器１内に設けられ
た燃料電池スタック２は、中央部に通気性を有するアノ
ード電極３とカソード電極４とをその外側の片面ずつに
備える電解質板５と、前記アノード電極３とカソード電
極４にそれぞれ接するような形で両面中央部に設けられ
たアノードガス流路６とカソードガス流路７とを備える
セパレータ８とを積層して形成されている。そして、そ
の積層体の上下両端に、上部ヘッダー９と下部ヘッダー
１０を配し、この各ヘッダーに連通させて燃料電池スタ
ック２の周縁部１１にマニホールドが設けてある。外部
からアノードガス１２とカソードガス１３を下部ヘッダ
ー１０に導入するためのアノードガス給気管１４とカソ
ードガス給気管１５とは、このマニホールドによって前
記アノードガス流路６とカソードガス流路７とにそれぞ
れ連通されている。また、周縁部１１に設けてある別の
マニホールドは、アノード排ガス１６とカソード排ガス
１７とを前記ガス流路から、それぞれ下部ヘッダー１０
を経てアノードガス排気管１８とカソードガス排気管１
９とに連通されている。アノードガス排気管１８とカソ
ードガス排気管１９にはそれぞれ排気バルブ２０と２１
が取付られている。この排気バルブと燃料電池との間に
は分岐管２２と２３が設けられている。これはそれぞれ
強制排気用バルブ２４と２５を介してガス吸引機構２６
と２７に接続され、ガスを系外に排出できるようになっ
ている。パージガス補給機構（図示せず）から供給され
るパージガス２８はパージガス給気管２９を通して燃料
電池収納容器１の中に導入され、パージガス排気管３０
により排気バルブ３１を介して系外に放出される。
明する。図１は本発明の燃料電池周辺の基本構成を模式
的に示した図である。燃料電池収納容器１内に設けられ
た燃料電池スタック２は、中央部に通気性を有するアノ
ード電極３とカソード電極４とをその外側の片面ずつに
備える電解質板５と、前記アノード電極３とカソード電
極４にそれぞれ接するような形で両面中央部に設けられ
たアノードガス流路６とカソードガス流路７とを備える
セパレータ８とを積層して形成されている。そして、そ
の積層体の上下両端に、上部ヘッダー９と下部ヘッダー
１０を配し、この各ヘッダーに連通させて燃料電池スタ
ック２の周縁部１１にマニホールドが設けてある。外部
からアノードガス１２とカソードガス１３を下部ヘッダ
ー１０に導入するためのアノードガス給気管１４とカソ
ードガス給気管１５とは、このマニホールドによって前
記アノードガス流路６とカソードガス流路７とにそれぞ
れ連通されている。また、周縁部１１に設けてある別の
マニホールドは、アノード排ガス１６とカソード排ガス
１７とを前記ガス流路から、それぞれ下部ヘッダー１０
を経てアノードガス排気管１８とカソードガス排気管１
９とに連通されている。アノードガス排気管１８とカソ
ードガス排気管１９にはそれぞれ排気バルブ２０と２１
が取付られている。この排気バルブと燃料電池との間に
は分岐管２２と２３が設けられている。これはそれぞれ
強制排気用バルブ２４と２５を介してガス吸引機構２６
と２７に接続され、ガスを系外に排出できるようになっ
ている。パージガス補給機構（図示せず）から供給され
るパージガス２８はパージガス給気管２９を通して燃料
電池収納容器１の中に導入され、パージガス排気管３０
により排気バルブ３１を介して系外に放出される。
【００２１】ここで、燃料電池スタック２の構造を図２
により説明する。燃料電池スタックの外側からは、電解
質板５とセパレータ８の積層構造が見え、断面を採った
最上部にはアノードガス流路６が見えている。下部ヘッ
ダー１０にはアノードガス１２を導入するアノードガス
給気管１４と、カソードガス１３を導入するカソードガ
ス給気管１５とがそれぞれ取付けられている。また、ア
ノード排ガス１６を排出するアノードガス排気管１８
と、カソード排ガス１７を排出するカソードガス排気管
１９もそれぞれ下部ヘッダー１０に取付けられている。
燃料電池スタックの周縁部１１には下部ヘッダー１０で
前記それぞれのガスの給排気管と連通するアノードガス
用マニホールド３２、カソードガス用マニホールド３
３、アノード排ガス用マニホールド３４、およびカソー
ド排ガス用マニホールド３５が設けられている。それぞ
れのマニホールドはそれぞれアノードガス流路６または
カソードガス流路７に連通している。構造上それぞれの
アノードガス流路６とカソードガス流路７とはほぼ直交
している。
により説明する。燃料電池スタックの外側からは、電解
質板５とセパレータ８の積層構造が見え、断面を採った
最上部にはアノードガス流路６が見えている。下部ヘッ
ダー１０にはアノードガス１２を導入するアノードガス
給気管１４と、カソードガス１３を導入するカソードガ
ス給気管１５とがそれぞれ取付けられている。また、ア
ノード排ガス１６を排出するアノードガス排気管１８
と、カソード排ガス１７を排出するカソードガス排気管
１９もそれぞれ下部ヘッダー１０に取付けられている。
燃料電池スタックの周縁部１１には下部ヘッダー１０で
前記それぞれのガスの給排気管と連通するアノードガス
用マニホールド３２、カソードガス用マニホールド３
３、アノード排ガス用マニホールド３４、およびカソー
ド排ガス用マニホールド３５が設けられている。それぞ
れのマニホールドはそれぞれアノードガス流路６または
カソードガス流路７に連通している。構造上それぞれの
アノードガス流路６とカソードガス流路７とはほぼ直交
している。
【００２２】ここで、本実施例を用いて行う電解質含浸
処理を中心に動作を説明する。
処理を中心に動作を説明する。
【００２３】溶融炭酸塩型燃料電池の場合には、通常の
運転中は約６５０℃に保たれ、アノードガスには水素リ
ッチの燃料ガスが、カソードガスには二酸化炭素を多く
含む酸化剤ガスが使用される。またパージガスには窒素
ガスが用いられる。運転時には電解質板５の基板に塗布
された炭酸塩および含浸された炭酸塩が溶融して電解質
板とセパレータの間隙を埋めてウエットシール効果を発
揮する。しかし初期昇温時や起動時には炭酸塩が溶融す
る約５００℃まではシール効果は発揮しない。
運転中は約６５０℃に保たれ、アノードガスには水素リ
ッチの燃料ガスが、カソードガスには二酸化炭素を多く
含む酸化剤ガスが使用される。またパージガスには窒素
ガスが用いられる。運転時には電解質板５の基板に塗布
された炭酸塩および含浸された炭酸塩が溶融して電解質
板とセパレータの間隙を埋めてウエットシール効果を発
揮する。しかし初期昇温時や起動時には炭酸塩が溶融す
る約５００℃まではシール効果は発揮しない。
【００２４】本実施例の燃料電池は、電解質を電池の運
転初期に電解質板に含浸させる内部含浸型であり、電解
質板５はバインダーを混入したセラミック系の基板を用
い、これに炭酸塩を塗布した状態で燃料電池スタックを
組立てる。そして、電池昇温の初期に、収納容器内に設
けられた図示していないヒータにより加熱してバインダ
ーを蒸発させ、これにより形成された空隙に炭酸塩を含
浸させる。バインダーとしては、炭酸塩が溶融する約５
００℃までに溶融蒸発する材料が用いられる。なお、電
池の初期昇温は収納容器内に設けられたヒータにより電
池の運転温度である６５０℃に加熱することで行う。
転初期に電解質板に含浸させる内部含浸型であり、電解
質板５はバインダーを混入したセラミック系の基板を用
い、これに炭酸塩を塗布した状態で燃料電池スタックを
組立てる。そして、電池昇温の初期に、収納容器内に設
けられた図示していないヒータにより加熱してバインダ
ーを蒸発させ、これにより形成された空隙に炭酸塩を含
浸させる。バインダーとしては、炭酸塩が溶融する約５
００℃までに溶融蒸発する材料が用いられる。なお、電
池の初期昇温は収納容器内に設けられたヒータにより電
池の運転温度である６５０℃に加熱することで行う。
【００２５】電池の初期昇温過程で、電解質板５のバイ
ンダーや残存有機溶剤を除去するため、初期昇温時には
アノードガス給気管１４とカソードガス給気管１５とに
空気や二酸化炭素を大量に含む不活性ガスを供給し、こ
れにより蒸発したバインダーや残存有機溶剤を追い出
す。その際、アノードガス排気管用排気バルブ２０とカ
ソードガス排気管用排気バルブ２１は閉鎖し、アノード
ガス強制排気用バルブ２４とカソードガス強制排気用バ
ルブ２５は開放し、それぞれのガス吸引機構２６と２７
を用いて強制排気をしながら燃料電池の昇温作業を行な
う。炭酸塩が溶融し始める約５００℃を超えてから所定
の運転温度の約６５０℃に至る迄の間の炭酸塩が充分に
溶融した時点で電解質基板への炭酸塩含浸を行ない、基
板を電解質板５に変換させる。
ンダーや残存有機溶剤を除去するため、初期昇温時には
アノードガス給気管１４とカソードガス給気管１５とに
空気や二酸化炭素を大量に含む不活性ガスを供給し、こ
れにより蒸発したバインダーや残存有機溶剤を追い出
す。その際、アノードガス排気管用排気バルブ２０とカ
ソードガス排気管用排気バルブ２１は閉鎖し、アノード
ガス強制排気用バルブ２４とカソードガス強制排気用バ
ルブ２５は開放し、それぞれのガス吸引機構２６と２７
を用いて強制排気をしながら燃料電池の昇温作業を行な
う。炭酸塩が溶融し始める約５００℃を超えてから所定
の運転温度の約６５０℃に至る迄の間の炭酸塩が充分に
溶融した時点で電解質基板への炭酸塩含浸を行ない、基
板を電解質板５に変換させる。
【００２６】なお、炭酸塩が溶融し始める約５００℃ま
でに有機溶剤とバインダーを排除するのが原則である
が、炭酸塩が溶融すると完全ではないけれども燃料電池
スタック周縁部のウエットシール効果が作用するように
なる。その結果、炭酸塩が溶融し始めてから含浸を行う
迄の間、残存有機溶剤と残存バインダーの除去効率は高
くなる。特に、吸引排気を行うことによって有機溶剤と
バインダーの除去効果は大いに高められる。有機溶剤の
残存率が低ければ低い程、燃料電池の劣化が少なくて済
み、またバインダーの残存率が低ければ低い程その偏在
による電解質の不均一性を少なくし燃料電池の性能は向
上する。
でに有機溶剤とバインダーを排除するのが原則である
が、炭酸塩が溶融すると完全ではないけれども燃料電池
スタック周縁部のウエットシール効果が作用するように
なる。その結果、炭酸塩が溶融し始めてから含浸を行う
迄の間、残存有機溶剤と残存バインダーの除去効率は高
くなる。特に、吸引排気を行うことによって有機溶剤と
バインダーの除去効果は大いに高められる。有機溶剤の
残存率が低ければ低い程、燃料電池の劣化が少なくて済
み、またバインダーの残存率が低ければ低い程その偏在
による電解質の不均一性を少なくし燃料電池の性能は向
上する。
【００２７】このようにして、含浸作業が完了してから
排気バルブ２０と２１を開放し、強制排気用バルブ２４
と２５を閉鎖する。以後は燃料電池を運転に入れるため
の作業を実施する。
排気バルブ２０と２１を開放し、強制排気用バルブ２４
と２５を閉鎖する。以後は燃料電池を運転に入れるため
の作業を実施する。
【００２８】なお、強制排気系統２２、２４、２６およ
び２３、２５、２７は恒久設備である必要はなく、強制
排気用バルブ２４と２５の先は何時でも、強制排気用バ
ルブ２４と２５は燃料電池の運転休止中に、分岐管２２
と２３の適当な場所から撤去して蓋をして置くことも可
能である。
び２３、２５、２７は恒久設備である必要はなく、強制
排気用バルブ２４と２５の先は何時でも、強制排気用バ
ルブ２４と２５は燃料電池の運転休止中に、分岐管２２
と２３の適当な場所から撤去して蓋をして置くことも可
能である。
【００２９】次に、本発明による他の実施例について説
明する。本実施例は、図１に示す実施例の装置に対し
て、同図中に点線で示すパージガス排気管吸引系統を追
加したものである。パージガス排気管３０の先に備えら
れた排気バルブ３１と燃料電池収納容器１との途中から
分岐管３６を設け、強制排気用バルブ３７を介してガス
吸引機構３８と接続する。これにより燃料電池収納容器
１内のガスを吸引排気することができる。
明する。本実施例は、図１に示す実施例の装置に対し
て、同図中に点線で示すパージガス排気管吸引系統を追
加したものである。パージガス排気管３０の先に備えら
れた排気バルブ３１と燃料電池収納容器１との途中から
分岐管３６を設け、強制排気用バルブ３７を介してガス
吸引機構３８と接続する。これにより燃料電池収納容器
１内のガスを吸引排気することができる。
【００３０】通常の燃料電池運転時には水素リッチの燃
料ガスが漏洩した場合にも異常燃焼を防止するため、燃
料電池収納容器１の中に窒素ガスをパージガス給気管２
９から供給し、パージガス排気管３０から抜いている。
料ガスが漏洩した場合にも異常燃焼を防止するため、燃
料電池収納容器１の中に窒素ガスをパージガス給気管２
９から供給し、パージガス排気管３０から抜いている。
【００３１】燃料電池の初期昇温時には、第１の実施例
で説明した手順に従って炭酸塩の含浸作業を実施する。
その際燃料電池スタックから空気や二酸化炭素を大量に
含む不活性ガスと共に有機溶剤やバインダーが燃料電池
収納容器１の内部に漏洩する。また燃料電池スタック外
壁部からは有機溶剤やバインダーが放出される。この燃
料電池収納容器１内に留まった有機溶剤やバインダーを
排出除去するために、炭酸塩含浸作業中はパージガス排
気管吸引系統を運転し続ける。炭酸塩含浸作業中は水素
ガスの使用はないのでパージガス給気管２９からも空気
や二酸化炭素を大量に含む不活性ガスを供給しても差支
えない。
で説明した手順に従って炭酸塩の含浸作業を実施する。
その際燃料電池スタックから空気や二酸化炭素を大量に
含む不活性ガスと共に有機溶剤やバインダーが燃料電池
収納容器１の内部に漏洩する。また燃料電池スタック外
壁部からは有機溶剤やバインダーが放出される。この燃
料電池収納容器１内に留まった有機溶剤やバインダーを
排出除去するために、炭酸塩含浸作業中はパージガス排
気管吸引系統を運転し続ける。炭酸塩含浸作業中は水素
ガスの使用はないのでパージガス給気管２９からも空気
や二酸化炭素を大量に含む不活性ガスを供給しても差支
えない。
【００３２】パージガス排気管吸引系統を使って強制排
気することにより通常運転時のパージガス循環量に比し
極めて大量のガスを吸引排気できる。したがって燃料電
池収納容器１内に漏出した有機溶剤とバインダーは速や
かに排出することが可能になる。これによって残存有機
溶剤の弊害効果、すなわち燃料電池スタック外側からの
異常加熱を回避することができ、燃料電池の劣化を低減
することが可能になる。またガス吸引機構を設けること
はパージガス排気ラインの大形化の防止に役立ってい
る。
気することにより通常運転時のパージガス循環量に比し
極めて大量のガスを吸引排気できる。したがって燃料電
池収納容器１内に漏出した有機溶剤とバインダーは速や
かに排出することが可能になる。これによって残存有機
溶剤の弊害効果、すなわち燃料電池スタック外側からの
異常加熱を回避することができ、燃料電池の劣化を低減
することが可能になる。またガス吸引機構を設けること
はパージガス排気ラインの大形化の防止に役立ってい
る。
【００３３】なお、この強制排気系統３６、３７、３８
も第１の実施例の場合と同様に恒久設備である必要はな
く、前記同様のやり方で撤去することが可能である。
も第１の実施例の場合と同様に恒久設備である必要はな
く、前記同様のやり方で撤去することが可能である。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、電解質としての炭酸塩
の含浸作業に際して、電解質基板からの残留有機溶剤と
バインダーの除去が良好にできる。その結果、有機溶剤
による異常発熱を防止できる。また、電解質基板内への
炭酸塩の含浸が均一化され、高性能の燃料電池を得るこ
とが可能になる。
の含浸作業に際して、電解質基板からの残留有機溶剤と
バインダーの除去が良好にできる。その結果、有機溶剤
による異常発熱を防止できる。また、電解質基板内への
炭酸塩の含浸が均一化され、高性能の燃料電池を得るこ
とが可能になる。
【図１】本発明による燃料電池の第１の実施例の基本構
成を模式的に示す図で、図中点線で示す系統は、第２の
実施例の付加構成要素を示す。
成を模式的に示す図で、図中点線で示す系統は、第２の
実施例の付加構成要素を示す。
【図２】図１の燃料電池本体の積層構造を示す構造図で
ある。
ある。
１ 燃料電池収納容器 ２ 燃料電池スタック ３ アノード電極 ４ カソード電極 ５ 電解質板 ６ アノードガス流路 ７ カソードガス流路 ８ セパレータ １２ アノードガス １３ カソードガス １４ アノードガス給気管 １５ カソードガス給気管 １８ アノードガス排気管 １９ カソードガス排気管 ２２ 分岐管 ２３ 分岐管 ２４ 強制排気用バルブ ２５ 強制排気用バルブ ２６ ガス吸引機構 ２７ ガス吸引機構 ２９ パージガス給気管 ３０ パージガス排気管 ３１ 排気バルブ ３６ 分岐管 ３７ 強制排気用バルブ ３８ ガス吸引機構
Claims (4)
- 【請求項１】 電解質板を挾んでアノード電極とカソー
ド電極を配し、該各電極に接するアノードガス流路とカ
ソードガス流路とをそれぞれ設けたセパレータを外側に
配し、該各流路にアノードガスとカソードガスの供給管
と排気管とをそれぞれ連通して構成された単位燃料電池
を有し、初期昇温時に前記電解質板に電解質を含浸させ
る燃料電池において、前記アノードガスの排気管と前記
カソードガスの排気管からそれぞれ分岐しバルブを介し
て各ガス吸引機構を設け、該ガス吸引機構は前記初期昇
温時に排気を吸引し、排出することを特徴とする燃料電
池。 - 【請求項２】 請求項１において、前記単位燃料電池の
アノードガス流路とカソードガス流路が前記セパレータ
の周縁部を除く中央領域に形成され、該周縁部に前記電
解質板の周縁部を接して積層されてなる前記単位燃料電
池を燃料電池収納容器に収納し、該燃料電池収納容器内
にパージガスを供排するパージガス補給機構とパージガ
ス排気管を設け、該パージガス排気管から分岐しバルブ
を介してガス吸引機構を設け、該ガス吸引機構は前記初
期昇温時にパージガスを吸引し排出することを特徴とす
る燃料電池。 - 【請求項３】 電解質が塗布された電解質板を挾んでア
ノード電極とカソード電極を配し、該各電極に接するア
ノードガス流路とカソードガス流路とをそれぞれ設けた
セパレータを外側に配し、該各流路にアノードガスとカ
ソードガスの供給管と排気管とをそれぞれ連通し、前記
アノードガス排気管と前記カソードガス排気管からそれ
ぞれ分岐する各ガス吸引機構を設けて構成された単位燃
料電池を有する燃料電池の電解質含浸処理方法におい
て、該燃料電池を加熱して昇温させ、その際に前記各ガ
ス吸引機構により前記単位燃料電池内部のガスを吸引排
出し、前記電解質板の基板に残留している有機溶剤とバ
インダーを除去してから該基板の中に前記電解質を含浸
することを特徴とする燃料電池の電解質含浸処理方法。 - 【請求項４】 電解質が塗布された電解質板を挾んでア
ノード電極とカソード電極を配し、該各電極に接するア
ノードガス流路とカソードガス流路とをそれぞれ設けた
セパレータを外側に配し、該各流路にアノードガスとカ
ソードガスの供給管と排気管とをそれぞれ連通して構成
された単位燃料電池を、パージガスを供排するパージガ
ス補給機構とパージガス排気管が設けられた燃料電池収
納容器内に設置し、該燃料電池収納容器外に前記アノー
ドガス排気管と前記カソードガス排気管からそれぞれ分
岐する各ガス吸引機構を設けると共に前記パージガス排
気管から分岐する別のガス吸引機構を設けた燃料電池の
電解質含浸処理方法において、該燃料電池を加熱して昇
温させ、その際に前記アノードガス排気管と前記カソー
ドガス排気管からそれぞれ分岐する各ガス吸引機構によ
り前記単位燃料電池内部のガスを吸引排出するととも
に、前記パージガス排気管から分岐する別のガス吸引機
構により前記燃料電池収納容器内のガスを吸引排出し、
前記電解質板の基板に残留している有機溶剤とバインダ
ーを除去してから該基板の中に前記電解質を含浸するこ
とを特徴とする燃料電池の電解質含浸処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4172616A JPH081809B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 燃料電池および電解質含浸処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4172616A JPH081809B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 燃料電池および電解質含浸処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0620714A JPH0620714A (ja) | 1994-01-28 |
| JPH081809B2 true JPH081809B2 (ja) | 1996-01-10 |
Family
ID=15945182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4172616A Expired - Fee Related JPH081809B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 燃料電池および電解質含浸処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH081809B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003109630A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-04-11 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池システム |
| DE102005051583A1 (de) * | 2005-10-27 | 2007-05-03 | Airbus Deutschland Gmbh | Brennstoffzellensystem für die Versorgung von Luftfahrzeugen |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58133774A (ja) * | 1982-02-01 | 1983-08-09 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電プラント制御システム |
-
1992
- 1992-06-30 JP JP4172616A patent/JPH081809B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0620714A (ja) | 1994-01-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |