JPH08185877A - 燃料電池システム - Google Patents
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- JPH08185877A JPH08185877A JP6340301A JP34030194A JPH08185877A JP H08185877 A JPH08185877 A JP H08185877A JP 6340301 A JP6340301 A JP 6340301A JP 34030194 A JP34030194 A JP 34030194A JP H08185877 A JPH08185877 A JP H08185877A
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- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04029—Heat exchange using liquids
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Sustainable Energy (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料電池システムにおける加湿水系について
のメンテナンスフリー化を図る。 【構成】 燃料電池１２を管路の一部とする冷却水循環
路４０には、水にエチレングリコールを混合した不凍液
が循環しており、燃料電池１２はこの不凍液で冷却され
る。冷却水循環路４０には、限外ろ過膜を用いて不凍液
から水を精製・分離する水分離装置４４を備え、水のみ
の限外ろ過膜の透過により、冷却水循環路４０を循環す
る不凍液からエチレングリコールを含まない水を精製
し、この精製された水を冷却水循環路４０から分離す
る。そして、精製・分離された水は、メタノール改質装
置２０と燃料電池１２との間の加湿器１８に、水素ガス
加湿用の水として供給され、この加湿器１８にて貯留さ
れる。つまり、加湿器１８における水素ガス加湿用の水
は、不凍液から精製・分離を経て調達される。
のメンテナンスフリー化を図る。 【構成】 燃料電池１２を管路の一部とする冷却水循環
路４０には、水にエチレングリコールを混合した不凍液
が循環しており、燃料電池１２はこの不凍液で冷却され
る。冷却水循環路４０には、限外ろ過膜を用いて不凍液
から水を精製・分離する水分離装置４４を備え、水のみ
の限外ろ過膜の透過により、冷却水循環路４０を循環す
る不凍液からエチレングリコールを含まない水を精製
し、この精製された水を冷却水循環路４０から分離す
る。そして、精製・分離された水は、メタノール改質装
置２０と燃料電池１２との間の加湿器１８に、水素ガス
加湿用の水として供給され、この加湿器１８にて貯留さ
れる。つまり、加湿器１８における水素ガス加湿用の水
は、不凍液から精製・分離を経て調達される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水素を含有するガスの
供給を受け、該水素含有ガスを燃料ガスとする燃料電池
を有する燃料電池システムに関する。
供給を受け、該水素含有ガスを燃料ガスとする燃料電池
を有する燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、水素リッチな水素ガスを燃料ガ
スとする燃料電池は、水素イオンをＨ+ （xＨ2Ｏ）の水
和状態で透過する電解質と電極とを有し、電極反応を促
進させるための触媒層を介在させてこの電解質を電極で
挟持して備える。このような燃料電池は、用いる電解質
の種類により種々のもの（例えば、固体高分子型燃料電
池，りん酸型燃料電池等）があるが、アノード，カソー
ドの両電極において進行する電極反応は、以下の通りで
ある。
スとする燃料電池は、水素イオンをＨ+ （xＨ2Ｏ）の水
和状態で透過する電解質と電極とを有し、電極反応を促
進させるための触媒層を介在させてこの電解質を電極で
挟持して備える。このような燃料電池は、用いる電解質
の種類により種々のもの（例えば、固体高分子型燃料電
池，りん酸型燃料電池等）があるが、アノード，カソー
ドの両電極において進行する電極反応は、以下の通りで
ある。
【０００３】アノード：２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ- … カソード：４Ｈ+ ＋４ｅ- ＋Ｏ2 →２Ｈ2Ｏ …
【０００４】そして、アノードに水素ガスが供給される
と、アノードではの反応式が進行して水素イオンが生
成する。この生成した水素イオンがＨ+ （xＨ2Ｏ）の水
和状態で電解質（固体高分子型燃料電池であれば固体高
分子電解質膜）を透過（拡散）してカソードに至り、こ
のカソードに酸素含有ガス、例えば空気が供給されてい
ると、カソードではの反応式が進行する。この，
の電極反応が各極で進行することで、燃料電池は起電力
を呈することになる。
と、アノードではの反応式が進行して水素イオンが生
成する。この生成した水素イオンがＨ+ （xＨ2Ｏ）の水
和状態で電解質（固体高分子型燃料電池であれば固体高
分子電解質膜）を透過（拡散）してカソードに至り、こ
のカソードに酸素含有ガス、例えば空気が供給されてい
ると、カソードではの反応式が進行する。この，
の電極反応が各極で進行することで、燃料電池は起電力
を呈することになる。
【０００５】燃料電池の電解質は、水素イオンが上記し
た水和状態でアノード側からカソード側に電解質を透過
（拡散）する都合上、アノード側で水分が不足する状態
となる。また、固体高分子型燃料電池に用いられる固体
高分子電解質膜は、適度な湿潤状態にあれば良好な電気
伝導性（イオン導電性）を発揮するが、含水率が低下す
るとイオン導電性が悪化して電解質として機能しなくな
り、場合によっては電極反応を停止させてしまう。ま
た、含水率が高すぎてもイオン導電性が悪化する傾向が
ある。このため、アノードには、燃料ガスとしての水素
ガスを供給すると共に、適当な量の水を常時補給する必
要がある。従って、燃料電池には、水蒸気にて加湿した
水素ガスが供給されている。
た水和状態でアノード側からカソード側に電解質を透過
（拡散）する都合上、アノード側で水分が不足する状態
となる。また、固体高分子型燃料電池に用いられる固体
高分子電解質膜は、適度な湿潤状態にあれば良好な電気
伝導性（イオン導電性）を発揮するが、含水率が低下す
るとイオン導電性が悪化して電解質として機能しなくな
り、場合によっては電極反応を停止させてしまう。ま
た、含水率が高すぎてもイオン導電性が悪化する傾向が
ある。このため、アノードには、燃料ガスとしての水素
ガスを供給すると共に、適当な量の水を常時補給する必
要がある。従って、燃料電池には、水蒸気にて加湿した
水素ガスが供給されている。
【０００６】水蒸気加湿された水素ガスを燃料電池に供
給するには、種々の方法があるが、最も単純な方法とし
て、次のような技術がよく知られている。つまり、燃料
電池に到る水素ガスの供給管経路に加湿装置を設け、こ
の加湿装置によりガス中に燃料電池の手前で水蒸気を添
加し、水蒸気添加により加湿した水素ガスを燃料電池に
供給する技術が提案されている。
給するには、種々の方法があるが、最も単純な方法とし
て、次のような技術がよく知られている。つまり、燃料
電池に到る水素ガスの供給管経路に加湿装置を設け、こ
の加湿装置によりガス中に燃料電池の手前で水蒸気を添
加し、水蒸気添加により加湿した水素ガスを燃料電池に
供給する技術が提案されている。
【０００７】この加湿装置としては、ガスをバブリング
して加湿する加湿器のほか、水蒸気を透過するガス拡散
膜を介してガスを加湿する加湿器などがある。
して加湿する加湿器のほか、水蒸気を透過するガス拡散
膜を介してガスを加湿する加湿器などがある。
【０００８】その一方、上記した電極反応は、いずれも
発熱反応である。よって、当該反応の円滑な進行を図る
ために、循環する冷却水で燃料電池を冷却することが広
く行なわれている（特開平５−１９０１９３）。
発熱反応である。よって、当該反応の円滑な進行を図る
ために、循環する冷却水で燃料電池を冷却することが広
く行なわれている（特開平５−１９０１９３）。
【０００９】従って、燃料電池システムでは、燃料電池
に加湿済みの水素ガスを供給するための加湿用の水と、
燃料電池の冷却用の水とが必要となる。
に加湿済みの水素ガスを供給するための加湿用の水と、
燃料電池の冷却用の水とが必要となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料電池シ
ステムを車両等に搭載する場合には、寒冷地への移動或
いは寒冷地域での支障のない稼動を考慮して、水に凝固
点降下剤を混合した不凍液を燃料電池の冷却水とするこ
とが一般的である。その一方、水素ガス加湿用の水とし
ては、水蒸気として水素ガスと共にアノードへ供給され
ることから、電解質膜や電極の触媒の汚濁等を避けるた
めにも、純水に近似した精製水、即ち凝固点降下剤等の
不純物が含有されていない水である必要がある。
ステムを車両等に搭載する場合には、寒冷地への移動或
いは寒冷地域での支障のない稼動を考慮して、水に凝固
点降下剤を混合した不凍液を燃料電池の冷却水とするこ
とが一般的である。その一方、水素ガス加湿用の水とし
ては、水蒸気として水素ガスと共にアノードへ供給され
ることから、電解質膜や電極の触媒の汚濁等を避けるた
めにも、純水に近似した精製水、即ち凝固点降下剤等の
不純物が含有されていない水である必要がある。
【００１１】従って、従来の燃料電池システムでは、加
湿用の水と冷却用の水とを別系統で別個に必要とすると
共に、加湿用の水の補給をも必要とする。そして、この
加湿用の水と冷却用の水とを、加湿装置と冷却管路とに
それぞれ用いなければならなかった。このため、加湿用
の水の補給といったメンテナンスが必要となり、煩雑で
あった。この場合、加湿用の水の精製装置を精製される
水の供給管路と共に冷却水系とは個別に設ければ、上記
のメンテナンスが不要となる。しかし、燃料電池システ
ムにおける加湿水系，冷却水系の構成が複雑化して、そ
の設置スペースの拡大や設置コストの上昇を招くため、
現実的な解決にはならない。なお、上記した問題点は、
燃料電池システムを搭載した車両等に固有のものではな
い。つまり、燃料電池システムを発電設備として地上に
設置したプラントの場合であっても、不凍液を冷却水と
して用いれば、これら問題点は生じる。
湿用の水と冷却用の水とを別系統で別個に必要とすると
共に、加湿用の水の補給をも必要とする。そして、この
加湿用の水と冷却用の水とを、加湿装置と冷却管路とに
それぞれ用いなければならなかった。このため、加湿用
の水の補給といったメンテナンスが必要となり、煩雑で
あった。この場合、加湿用の水の精製装置を精製される
水の供給管路と共に冷却水系とは個別に設ければ、上記
のメンテナンスが不要となる。しかし、燃料電池システ
ムにおける加湿水系，冷却水系の構成が複雑化して、そ
の設置スペースの拡大や設置コストの上昇を招くため、
現実的な解決にはならない。なお、上記した問題点は、
燃料電池システムを搭載した車両等に固有のものではな
い。つまり、燃料電池システムを発電設備として地上に
設置したプラントの場合であっても、不凍液を冷却水と
して用いれば、これら問題点は生じる。
【００１２】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、簡単な構成で燃料電池システムにおける加湿水系
についてのメンテナンスフリー化を図ることを目的とす
る。
され、簡単な構成で燃料電池システムにおける加湿水系
についてのメンテナンスフリー化を図ることを目的とす
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めの請求項１記載の燃料電池システムで採用した手段
は、水素を含有するガスの供給を受け、該水素含有ガス
を燃料ガスとする燃料電池を有する燃料電池システムで
あって、水に凝固点降下剤を混合した不凍液を、前記燃
料電池を管路の一部とする冷却水系で循環させ、前記燃
料電池を冷却する冷却手段と、前記燃料電池に供給され
る水素含有ガスを、燃料電池に到る管路において加湿す
るガス加湿手段と、前記冷却水系の循環経路に設けら
れ、循環する前記不凍液から前記凝固点降下剤を含まな
い水を精製し、該精製した水を前記冷却水系から分離す
る分離手段と、該分離した水を、前記循環経路から分岐
した経路を経て前記ガス加湿手段にガス加湿用の水とし
て供給する加湿水供給手段とを備えることをその要旨と
する。
めの請求項１記載の燃料電池システムで採用した手段
は、水素を含有するガスの供給を受け、該水素含有ガス
を燃料ガスとする燃料電池を有する燃料電池システムで
あって、水に凝固点降下剤を混合した不凍液を、前記燃
料電池を管路の一部とする冷却水系で循環させ、前記燃
料電池を冷却する冷却手段と、前記燃料電池に供給され
る水素含有ガスを、燃料電池に到る管路において加湿す
るガス加湿手段と、前記冷却水系の循環経路に設けら
れ、循環する前記不凍液から前記凝固点降下剤を含まな
い水を精製し、該精製した水を前記冷却水系から分離す
る分離手段と、該分離した水を、前記循環経路から分岐
した経路を経て前記ガス加湿手段にガス加湿用の水とし
て供給する加湿水供給手段とを備えることをその要旨と
する。
【００１４】請求項２記載の燃料電池システムでは、前
記分離手段により前記冷却水系から分離された水の量に
相当する量の水を、前記冷却水系に補給する水補給手段
を有する。
記分離手段により前記冷却水系から分離された水の量に
相当する量の水を、前記冷却水系に補給する水補給手段
を有する。
【００１５】
【作用】上記構成を有する請求項１記載の燃料電池シス
テムでは、冷却手段により、不凍液を冷却水系で循環さ
せて燃料電池を冷却する一方、ガス加湿手段により、水
素含有ガスを燃料電池に到る管路において加湿する。そ
して、この加湿手段には、次のようにして、水素含有ガ
ス加湿用の水を供給する。
テムでは、冷却手段により、不凍液を冷却水系で循環さ
せて燃料電池を冷却する一方、ガス加湿手段により、水
素含有ガスを燃料電池に到る管路において加湿する。そ
して、この加湿手段には、次のようにして、水素含有ガ
ス加湿用の水を供給する。
【００１６】冷却水系の循環経路に設けられた分離手段
は、循環する不凍液から凝固点降下剤を含まない水を精
製し、この精製した水を冷却水系から分離する。この精
製された水は、凝固点降下剤を含まないことから、燃料
電池に加湿用の水として供給されても、電解質膜や電極
の触媒を汚濁することはない。つまり、分離手段により
精製・分離された水は、水素含有ガス加湿用の水として
支障はない。そして、請求項１記載の燃料電池システム
は、この加湿用の水として支障のない水を分離手段によ
り冷却水系から調達し、その水を、加湿水供給手段によ
り、ガス加湿用の水としてガス加湿手段に供給する。こ
のため、ガス加湿用の水の補給作業を要しない。また、
冷却水系の循環経路への分離手段の設置，循環経路から
ガス加湿手段への分岐経路の設置等だけで良く、加湿水
系，冷却水系の構成の複雑化を招かない。
は、循環する不凍液から凝固点降下剤を含まない水を精
製し、この精製した水を冷却水系から分離する。この精
製された水は、凝固点降下剤を含まないことから、燃料
電池に加湿用の水として供給されても、電解質膜や電極
の触媒を汚濁することはない。つまり、分離手段により
精製・分離された水は、水素含有ガス加湿用の水として
支障はない。そして、請求項１記載の燃料電池システム
は、この加湿用の水として支障のない水を分離手段によ
り冷却水系から調達し、その水を、加湿水供給手段によ
り、ガス加湿用の水としてガス加湿手段に供給する。こ
のため、ガス加湿用の水の補給作業を要しない。また、
冷却水系の循環経路への分離手段の設置，循環経路から
ガス加湿手段への分岐経路の設置等だけで良く、加湿水
系，冷却水系の構成の複雑化を招かない。
【００１７】なお、冷却水系では、不凍液がその一部を
分離手段により凝固点降下剤を含まない水に精製・分離
されるものの、依然として凝固点降下剤は水に混合され
ている。よって、冷却水系での不凍液の循環は継続さ
れ、燃料電池の冷却に支障はない。
分離手段により凝固点降下剤を含まない水に精製・分離
されるものの、依然として凝固点降下剤は水に混合され
ている。よって、冷却水系での不凍液の循環は継続さ
れ、燃料電池の冷却に支障はない。
【００１８】請求項２記載の燃料電池システムでは、分
離手段により冷却水系から分離された水の量に相当する
量の水を、水補給手段により冷却水系に補給するので、
冷却水系における不凍液の液量や凝固点降下剤の濃度に
不用意な変動をもたらさない。
離手段により冷却水系から分離された水の量に相当する
量の水を、水補給手段により冷却水系に補給するので、
冷却水系における不凍液の液量や凝固点降下剤の濃度に
不用意な変動をもたらさない。
【００１９】
【実施例】次に、本発明に係る燃料電池システムの好適
な実施例について、図面に基づき説明する。図１は、実
施例の燃料電池システム１０のブロック図である。
な実施例について、図面に基づき説明する。図１は、実
施例の燃料電池システム１０のブロック図である。
【００２０】実施例の燃料電池システム１０は、固体高
分子型燃料電池（以下、単に燃料電池と略称する）１２
を中心に備え、燃料電池１２には、酸素ガス供給管路１
４からは酸素含有ガスである空気が、水素ガス供給管路
１６からはメタノールを水蒸気改質して得られた水素ガ
ス（水素リッチガス，Ｈ2 ：７５％，ＣＯ2 ：２５％）
が、それぞれ供給される。水素ガス供給管路１６の管路
には、水素ガス中に水を水蒸気として混在させる加湿器
１８と、メタノール改質装置２０とが設けられている。
なお、上記の両管路には適宜な箇所に逆流防止弁が設け
られているが、本発明の要旨とは直接関係しないので図
示されていない。
分子型燃料電池（以下、単に燃料電池と略称する）１２
を中心に備え、燃料電池１２には、酸素ガス供給管路１
４からは酸素含有ガスである空気が、水素ガス供給管路
１６からはメタノールを水蒸気改質して得られた水素ガ
ス（水素リッチガス，Ｈ2 ：７５％，ＣＯ2 ：２５％）
が、それぞれ供給される。水素ガス供給管路１６の管路
には、水素ガス中に水を水蒸気として混在させる加湿器
１８と、メタノール改質装置２０とが設けられている。
なお、上記の両管路には適宜な箇所に逆流防止弁が設け
られているが、本発明の要旨とは直接関係しないので図
示されていない。
【００２１】燃料電池１２は、固体高分子電解質膜を陽
陰の電極で挟持して備え、カソードへの空気とアノード
への水素ガスとの供給を受けて陽陰の電極において上記
の，の電極反応を進行させる。そして、燃料電池１
２は、当該電極反応を経て得られた起電力により、図示
しない配線を介して外部の駆動機器、例えば電気自動車
におけるモータを駆動する。
陰の電極で挟持して備え、カソードへの空気とアノード
への水素ガスとの供給を受けて陽陰の電極において上記
の，の電極反応を進行させる。そして、燃料電池１
２は、当該電極反応を経て得られた起電力により、図示
しない配線を介して外部の駆動機器、例えば電気自動車
におけるモータを駆動する。
【００２２】メタノール改質装置２０は、メタノールタ
ンク２６から圧送ポンプ２８によりメタノールの供給を
受け、水タンク３０から圧送ポンプ３２により水の供給
を受ける。そして、メタノール改質装置２０は、改質触
媒を介してメタノールと水との改質反応を２５０〜３０
０℃の温度で進行させてメタノールを水蒸気改質し、水
素ガスを生成する。この生成された水素ガスは、その下
流の加湿器１８に送り出される。
ンク２６から圧送ポンプ２８によりメタノールの供給を
受け、水タンク３０から圧送ポンプ３２により水の供給
を受ける。そして、メタノール改質装置２０は、改質触
媒を介してメタノールと水との改質反応を２５０〜３０
０℃の温度で進行させてメタノールを水蒸気改質し、水
素ガスを生成する。この生成された水素ガスは、その下
流の加湿器１８に送り出される。
【００２３】メタノール改質装置２０から水素ガスが送
り出される加湿器１８は、不純物の含有量が少ない水を
ガス加湿用の水として貯留し、当該貯留水中をガスが通
過する間にガスを加湿する周知のバブリング式の加湿器
である。そして、この加湿器１８は、燃料電池１２に供
給される水素ガスを、燃料電池１２に到る水素ガス供給
管路１６の管路において加湿する。
り出される加湿器１８は、不純物の含有量が少ない水を
ガス加湿用の水として貯留し、当該貯留水中をガスが通
過する間にガスを加湿する周知のバブリング式の加湿器
である。そして、この加湿器１８は、燃料電池１２に供
給される水素ガスを、燃料電池１２に到る水素ガス供給
管路１６の管路において加湿する。
【００２４】燃料電池システム１０は、この他、燃料電
池１２を管路の一部とする冷却水循環路４０を備え、不
凍液をこの冷却水循環路４０で循環することにより燃料
電池１２を冷却する。この不凍液は、水にエチレングリ
コール，グリセリン等の凝固点降下剤を混合したもので
あり、本実施例では、エチレングリコールを５〜５０ｗ
ｔ％の濃度で水に混合した不凍液を用いた。
池１２を管路の一部とする冷却水循環路４０を備え、不
凍液をこの冷却水循環路４０で循環することにより燃料
電池１２を冷却する。この不凍液は、水にエチレングリ
コール，グリセリン等の凝固点降下剤を混合したもので
あり、本実施例では、エチレングリコールを５〜５０ｗ
ｔ％の濃度で水に混合した不凍液を用いた。
【００２５】冷却水循環路４０には、管路の不凍液を約
１００〜７００ｋＰａ（約１〜７ｋｇｆ／ｃｍ2 ）の圧
力で循環させる圧送ポンプ４２が設けられている。ま
た、圧送ポンプ４２の下流には、管路の不凍液から水を
精製・分離する水分離装置４４と、管路の不凍液温度を
燃料電池１２の冷却に十分な温度まで熱交換（冷却）す
る熱交換器４６とが配設されている。
１００〜７００ｋＰａ（約１〜７ｋｇｆ／ｃｍ2 ）の圧
力で循環させる圧送ポンプ４２が設けられている。ま
た、圧送ポンプ４２の下流には、管路の不凍液から水を
精製・分離する水分離装置４４と、管路の不凍液温度を
燃料電池１２の冷却に十分な温度まで熱交換（冷却）す
る熱交換器４６とが配設されている。
【００２６】水分離装置４４は、図２の概念図に示すよ
うに、０．００５〜０．０５μｍの径の細孔を有する限
外ろ過膜４４ａを備え、不凍液中の凝固点降下剤である
エチレングリコールの分子径と水分子の分子径との相違
を利用して、不凍液における水分子のみを過膜４４ａを
透過させる。従って、圧送ポンプ４２により上記した圧
力で水分離装置４４に不凍液が導入されると、分子径の
小さい水分子のみが過膜４４ａを透過する。このため、
水分離装置４４では、冷却水循環路４０を循環する不凍
液からエチレングリコールを含まない水が精製され、こ
の精製された水は冷却水循環路４０から分離される。そ
して、水分離装置４４と加湿器１８との間には、精製水
導入管路４８が設けられているので、水分離装置４４で
精製・分離された水は、冷却水循環路４０から分岐した
精製水導入管路４８を経て加湿器１８に水素ガス加湿用
の水として供給され、この加湿器１８にて貯留される。
うに、０．００５〜０．０５μｍの径の細孔を有する限
外ろ過膜４４ａを備え、不凍液中の凝固点降下剤である
エチレングリコールの分子径と水分子の分子径との相違
を利用して、不凍液における水分子のみを過膜４４ａを
透過させる。従って、圧送ポンプ４２により上記した圧
力で水分離装置４４に不凍液が導入されると、分子径の
小さい水分子のみが過膜４４ａを透過する。このため、
水分離装置４４では、冷却水循環路４０を循環する不凍
液からエチレングリコールを含まない水が精製され、こ
の精製された水は冷却水循環路４０から分離される。そ
して、水分離装置４４と加湿器１８との間には、精製水
導入管路４８が設けられているので、水分離装置４４で
精製・分離された水は、冷却水循環路４０から分岐した
精製水導入管路４８を経て加湿器１８に水素ガス加湿用
の水として供給され、この加湿器１８にて貯留される。
【００２７】水分離装置４４における限外ろ過膜４４ａ
は、ポリスルフォン，ポリアクリルニトリル，酢酸セル
ロース，芳香族ナイロン等の種々の材料の膜成形をへて
形成され、ポリスルフォン製の限外ろ過膜４４ａとすれ
ば耐久性が高く好ましい。
は、ポリスルフォン，ポリアクリルニトリル，酢酸セル
ロース，芳香族ナイロン等の種々の材料の膜成形をへて
形成され、ポリスルフォン製の限外ろ過膜４４ａとすれ
ば耐久性が高く好ましい。
【００２８】本実施例では、水の精製効率を高めるため
に、水分離装置４４を次のように構成した。つまり、水
分離装置４４は、図３に示すように、中空繊維膜状の限
外ろ過膜４４ａを数百本の束として外筒４４ｂに収納し
て備え、外筒４４ｂには加湿器１８に到る精製水導入管
路４８が接続されている。そして、この水分離装置４４
は、その両端をシール材４４ｃにてシールして冷却水循
環路４０に組み込まれている。従って、水分離装置４４
は、限外ろ過膜４４ａの各中空繊維膜内を不凍液を通過
させ、中空繊維膜の内部からその外部に水を透過させて
上記の水の精製・分離を行ない、加湿器１８に水素ガス
加湿用の水を供給する。なお、水分離装置４４は、中空
繊維膜状の限外ろ過膜４４ａを収納済みの外筒４４ｂを
単位としてモジュール化されており、冷却水循環路４０
へは、当該環路に設けられた対向する支持ブロック４５
間にシール材４４ｃを介在させて嵌め込むことで組み込
まれる。
に、水分離装置４４を次のように構成した。つまり、水
分離装置４４は、図３に示すように、中空繊維膜状の限
外ろ過膜４４ａを数百本の束として外筒４４ｂに収納し
て備え、外筒４４ｂには加湿器１８に到る精製水導入管
路４８が接続されている。そして、この水分離装置４４
は、その両端をシール材４４ｃにてシールして冷却水循
環路４０に組み込まれている。従って、水分離装置４４
は、限外ろ過膜４４ａの各中空繊維膜内を不凍液を通過
させ、中空繊維膜の内部からその外部に水を透過させて
上記の水の精製・分離を行ない、加湿器１８に水素ガス
加湿用の水を供給する。なお、水分離装置４４は、中空
繊維膜状の限外ろ過膜４４ａを収納済みの外筒４４ｂを
単位としてモジュール化されており、冷却水循環路４０
へは、当該環路に設けられた対向する支持ブロック４５
間にシール材４４ｃを介在させて嵌め込むことで組み込
まれる。
【００２９】また、水タンク３０からは、水補給管５０
が冷却水循環路４０に水分離装置４４下流で合流するよ
う設けられており、管路のバルブ５２による管路開度の
調整を経て、冷却水循環路４０に水タンク３０から水が
補給される。この場合、バルブ５２は、上記した水分離
装置４４により冷却水循環路４０の不凍液から精製・分
離される水の量に相当する量の水が冷却水循環路４０に
補給できるよう、管路開度を調整する。つまり、バルブ
５２は、精製水導入管路４８を通過する水の流量に応じ
て、図示しない制御装置により駆動制御される。なお、
この水補給管５０にも逆流防止弁が設けられていること
は勿論である。
が冷却水循環路４０に水分離装置４４下流で合流するよ
う設けられており、管路のバルブ５２による管路開度の
調整を経て、冷却水循環路４０に水タンク３０から水が
補給される。この場合、バルブ５２は、上記した水分離
装置４４により冷却水循環路４０の不凍液から精製・分
離される水の量に相当する量の水が冷却水循環路４０に
補給できるよう、管路開度を調整する。つまり、バルブ
５２は、精製水導入管路４８を通過する水の流量に応じ
て、図示しない制御装置により駆動制御される。なお、
この水補給管５０にも逆流防止弁が設けられていること
は勿論である。
【００３０】次に、燃料電池システム１０の性能評価に
ついて説明する。比較対象となるシステムは冷却水循環
路４０に水分離装置４４を備えないシステムであり、加
湿器１８には直接純水を補給して水素ガスを加湿する従
来の燃料電池システム（従来例システム）と、加湿器１
８には不凍液を供給してその不凍液にて水素ガスを加湿
することとした燃料電池システム（比較例システム）の
二つのシステムである。そして、これらの各燃料電池シ
ステムについて、各システムにおける燃料電池の電池特
性（Ｉ−Ｖ特性）を電流密度が０〜１．５ｍＡ／ｃｍ2
の範囲に亘って測定した。その結果を図４に示す。
ついて説明する。比較対象となるシステムは冷却水循環
路４０に水分離装置４４を備えないシステムであり、加
湿器１８には直接純水を補給して水素ガスを加湿する従
来の燃料電池システム（従来例システム）と、加湿器１
８には不凍液を供給してその不凍液にて水素ガスを加湿
することとした燃料電池システム（比較例システム）の
二つのシステムである。そして、これらの各燃料電池シ
ステムについて、各システムにおける燃料電池の電池特
性（Ｉ−Ｖ特性）を電流密度が０〜１．５ｍＡ／ｃｍ2
の範囲に亘って測定した。その結果を図４に示す。
【００３１】図４から明らかなように、本実施例の燃料
電池システム１０では、従来例システムとその電流密度
の範囲（０〜１．５ｍＡ／ｃｍ2 ）に亘ってほぼ同一の
特性を得られた。このため、本実施例の燃料電池システ
ム１０のように水分離装置４４により不凍液から精製・
分離した水で水素ガスを加湿しても、水素ガスの加湿は
純水による加湿の場合と同等の電池特性を得ることがで
きるといえる。また、不凍液にて加湿する比較例システ
ムでは、格段に劣る電池特性しか得られない。よって、
これらのことから、水分離装置４４により不凍液から精
製・分離した水は、水素ガス加湿用の水としてなんら支
障はないといえる。
電池システム１０では、従来例システムとその電流密度
の範囲（０〜１．５ｍＡ／ｃｍ2 ）に亘ってほぼ同一の
特性を得られた。このため、本実施例の燃料電池システ
ム１０のように水分離装置４４により不凍液から精製・
分離した水で水素ガスを加湿しても、水素ガスの加湿は
純水による加湿の場合と同等の電池特性を得ることがで
きるといえる。また、不凍液にて加湿する比較例システ
ムでは、格段に劣る電池特性しか得られない。よって、
これらのことから、水分離装置４４により不凍液から精
製・分離した水は、水素ガス加湿用の水としてなんら支
障はないといえる。
【００３２】そして、本実施例の燃料電池システム１０
は、水素ガス加湿用の水として支障のない水を水分離装
置４４により冷却水循環路４０の不凍液から調達し、そ
の水を、ガス加湿用の水として加湿器１８に供給する。
このため、本実施例の燃料電池システム１０によれば、
加湿器１８へガス加湿用の水を補給する作業を要しない
ので、水素ガスの加湿水系のメンテナンスフリー化を図
ることができる。しかも、このメンテナンスフリー化
を、冷却水循環路４０への水分離装置４４の設置，精製
水導入管路４８の設置といった簡単な構成で実現するこ
とができる。また、水素ガス加湿用の加湿水系を燃料電
池１２の冷却水系である冷却水循環路４０から分岐する
だけでよいので、その管路構成が簡略化される。よっ
て、構成の簡略化や設置スペースの省スペース化を通し
て、車両等への燃料電池システム１０の搭載性を向上す
ることができると共に、設置コスト（搭載コスト）を低
減することができる。
は、水素ガス加湿用の水として支障のない水を水分離装
置４４により冷却水循環路４０の不凍液から調達し、そ
の水を、ガス加湿用の水として加湿器１８に供給する。
このため、本実施例の燃料電池システム１０によれば、
加湿器１８へガス加湿用の水を補給する作業を要しない
ので、水素ガスの加湿水系のメンテナンスフリー化を図
ることができる。しかも、このメンテナンスフリー化
を、冷却水循環路４０への水分離装置４４の設置，精製
水導入管路４８の設置といった簡単な構成で実現するこ
とができる。また、水素ガス加湿用の加湿水系を燃料電
池１２の冷却水系である冷却水循環路４０から分岐する
だけでよいので、その管路構成が簡略化される。よっ
て、構成の簡略化や設置スペースの省スペース化を通し
て、車両等への燃料電池システム１０の搭載性を向上す
ることができると共に、設置コスト（搭載コスト）を低
減することができる。
【００３３】また、燃料電池システム１０では、水分離
装置４４による不凍液からの水の精製・分離により、冷
却水循環路４０では不凍液から精製・分離された水の量
だけ不凍液の液量が減少する。しかし、本実施例の燃料
電池システム１０では、液量減少分の水を、バルブ５２
による管路開度の調整を経て水タンク３０から冷却水循
環路４０に補給する。よって、本実施例の燃料電池シス
テム１０によれば、冷却水循環路４０における不凍液の
液量やエチレングリコールの濃度を不用意に変動させな
いので、不凍液の循環による燃料電池１２の冷却効率
を、循環流量の変更等を行なうことなく維持できる。
装置４４による不凍液からの水の精製・分離により、冷
却水循環路４０では不凍液から精製・分離された水の量
だけ不凍液の液量が減少する。しかし、本実施例の燃料
電池システム１０では、液量減少分の水を、バルブ５２
による管路開度の調整を経て水タンク３０から冷却水循
環路４０に補給する。よって、本実施例の燃料電池シス
テム１０によれば、冷却水循環路４０における不凍液の
液量やエチレングリコールの濃度を不用意に変動させな
いので、不凍液の循環による燃料電池１２の冷却効率
を、循環流量の変更等を行なうことなく維持できる。
【００３４】以上本発明の一実施例について説明した
が、本発明はこの様な実施例になんら限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。
が、本発明はこの様な実施例になんら限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。
【００３５】例えば、本実施例の燃料電池システム１０
では、不凍液から水を精製・分離するに当たり、不凍液
における水分子のみを透過させる過膜４４ａを有する水
分離装置４４を用い、不凍液中のエチレングリコールの
分子径と水分子の分子径との相違を利用した。しかしこ
れに限られるものではなく、水とエチレングリコールの
沸点の相違を利用して不凍液から水を精製・分離する構
成や、メンブレンフィルタ等のろ過膜を用い分子径の相
違を利用して不凍液から水を精製・分離する構成等を採
ることもできることは勿論である。
では、不凍液から水を精製・分離するに当たり、不凍液
における水分子のみを透過させる過膜４４ａを有する水
分離装置４４を用い、不凍液中のエチレングリコールの
分子径と水分子の分子径との相違を利用した。しかしこ
れに限られるものではなく、水とエチレングリコールの
沸点の相違を利用して不凍液から水を精製・分離する構
成や、メンブレンフィルタ等のろ過膜を用い分子径の相
違を利用して不凍液から水を精製・分離する構成等を採
ることもできることは勿論である。
【００３６】また、加湿器１８をバブリング式の加湿器
としたが、水蒸気を透過するガス拡散膜を介してガスを
加湿する加湿器とすることもできる。
としたが、水蒸気を透過するガス拡散膜を介してガスを
加湿する加湿器とすることもできる。
【００３７】更に、燃料電池１２への水素ガス供給源と
してメタノール改質装置２０を用いた構成としたが、水
素貯蔵機器（例えば、水素ガスボンベや水素貯蔵合金
等）から水素ガスを燃料電池１２に供給するよう構成す
ることもできる。また、システムにおける燃料電池とし
ては、固体高分子型燃料電池に限らず、りん酸型燃料電
池等であってもよいことは勿論である。
してメタノール改質装置２０を用いた構成としたが、水
素貯蔵機器（例えば、水素ガスボンベや水素貯蔵合金
等）から水素ガスを燃料電池１２に供給するよう構成す
ることもできる。また、システムにおける燃料電池とし
ては、固体高分子型燃料電池に限らず、りん酸型燃料電
池等であってもよいことは勿論である。
【００３８】
【発明の効果】以上詳述したように請求項１記載の燃料
電池システムでは、水素含有ガス加湿用の水として支障
のない水を、冷却水系の循環する不凍液から精製・分離
を経て調達し、その水をガス加湿用の水として供給す
る。しかも、冷却水系の循環経路への分離手段の設置，
循環経路からガス加湿手段への分岐経路の設置等によ
り、水素含有ガス加湿用の加湿水系を燃料電池の冷却水
系から分岐するだけでよい。このため、請求項１記載の
燃料電池システムによれば、ガス加湿用の水の補給作業
を要しないので加湿水系におけるメンテナンスフリー化
を図ることができると共に、加湿水系，冷却水系の管路
構成の簡略化をも図ることができる。
電池システムでは、水素含有ガス加湿用の水として支障
のない水を、冷却水系の循環する不凍液から精製・分離
を経て調達し、その水をガス加湿用の水として供給す
る。しかも、冷却水系の循環経路への分離手段の設置，
循環経路からガス加湿手段への分岐経路の設置等によ
り、水素含有ガス加湿用の加湿水系を燃料電池の冷却水
系から分岐するだけでよい。このため、請求項１記載の
燃料電池システムによれば、ガス加湿用の水の補給作業
を要しないので加湿水系におけるメンテナンスフリー化
を図ることができると共に、加湿水系，冷却水系の管路
構成の簡略化をも図ることができる。
【００３９】請求項２記載の燃料電池システムでは、冷
却水系から分離された水の量に相当する量の水の冷却水
系への補給を通して、冷却水系における不凍液の液量や
凝固点降下剤の濃度に不用意な変動をもたらさない。よ
って、請求項２記載の燃料電池システムによれば、不凍
液の循環による燃料電池の冷却効率を、不凍液の循環流
量の変更等を行なうことなく維持できる。
却水系から分離された水の量に相当する量の水の冷却水
系への補給を通して、冷却水系における不凍液の液量や
凝固点降下剤の濃度に不用意な変動をもたらさない。よ
って、請求項２記載の燃料電池システムによれば、不凍
液の循環による燃料電池の冷却効率を、不凍液の循環流
量の変更等を行なうことなく維持できる。
【図１】実施例の燃料電池システム１０のブロック図。
【図２】燃料電池システム１０における水分離装置４４
の概念図。
の概念図。
【図３】実施例の水分離装置４４の概略構成を示す模式
図。
図。
【図４】実施例の燃料電池システム１０と従来例の燃料
電池システムおよび比較例の燃料電池システムとの評価
の結果を示すグラフ。
電池システムおよび比較例の燃料電池システムとの評価
の結果を示すグラフ。
１０…燃料電池システム １２…燃料電池 １６…水素ガス供給管路 １８…加湿器 ２０…メタノール改質装置 ４０…冷却水循環路 ４２…圧送ポンプ ４４…水分離装置 ４４ａ…限外ろ過膜 ４６…熱交換器 ４８…精製水導入管路 ５０…水補給管 ５２…バルブ
Claims (2)
- 【請求項１】 水素を含有するガスの供給を受け、該水
素含有ガスを燃料ガスとする燃料電池を有する燃料電池
システムであって、 水に凝固点降下剤を混合した不凍液を、前記燃料電池を
管路の一部とする冷却水系で循環させ、前記燃料電池を
冷却する冷却手段と、 前記燃料電池に供給される水素含有ガスを、燃料電池に
到る管路において加湿するガス加湿手段と、 前記冷却水系の循環経路に設けられ、循環する前記不凍
液から前記凝固点降下剤を含まない水を精製し、該精製
した水を前記冷却水系から分離する分離手段と、 該分離した水を、前記循環経路から分岐した経路を経て
前記ガス加湿手段にガス加湿用の水として供給する加湿
水供給手段とを備えることを特徴とする燃料電池システ
ム。 - 【請求項２】 請求項１記載の燃料電池システムであっ
て、 前記分離手段により前記冷却水系から分離された水の量
に相当する量の水を、前記冷却水系に補給する水補給手
段を有する燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6340301A JPH08185877A (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6340301A JPH08185877A (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08185877A true JPH08185877A (ja) | 1996-07-16 |
Family
ID=18335640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6340301A Pending JPH08185877A (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08185877A (ja) |
Cited By (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1994
- 1994-12-28 JP JP6340301A patent/JPH08185877A/ja active Pending
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