JPS61158672A - 空冷式燃料電池の昇温方法 - Google Patents

空冷式燃料電池の昇温方法

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JPS61158672A
JPS61158672A JP59275638A JP27563884A JPS61158672A JP S61158672 A JPS61158672 A JP S61158672A JP 59275638 A JP59275638 A JP 59275638A JP 27563884 A JP27563884 A JP 27563884A JP S61158672 A JPS61158672 A JP S61158672A
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JP
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air
fuel cell
cell
temperature
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JP59275638A
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Masahiro Sakurai
正博 桜井
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
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    • HELECTRICITY
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、電解質と隔離された冷却ガス通路に反応ガ
スと分離された冷却ガスを供給してなる空冷式燃料電池
に係り、特にこの燃料電池を起動するための昇温方法に
関する。
〔従来技術とその問題点〕
この種の燃料電池として例えば特開昭56−16836
5(対応米国特許4276355 )に記載の構成が知
られている。これは、セルスタ、りの対向する側面に燃
料、酸化剤、冷却ガスのマニホールドをそれぞれ設けて
、反応ガスと冷却ガスの流れを独!して構成したもので
あり、過剰なガスの供給による電解質の飛散を防ぐとと
もに、冷却ガスの圧力降下を減少して冷却ガスの循環動
車を高めようとするものである。
これに関連して、本件出願人は、先に実願昭59−14
1909により、冷却ガスと公庫された反応ガスのガス
通路をU凰に形成し、そのガス給排口をセルスタックの
同一側面に設けた構成を提案してい −る。この#4M
、に?いて特に着目すべき点は、冷却ガス通路を各セル
の相互間に介装されたセパレータごとに設けた点であり
、これにより、セルとの熱交換面積が増大し、より効果
的な冷却を行なうことができる。特にUWガス供給方式
で起こりがちなセルの面方向における温度のばらつきン
改善することができる。以下にその構成を図面に基づい
て説明する。
第3図ないし第6図に8いて、単電池1はマトリ、クス
tgilaと、該マトリ、クス層を挾んでその両側に重
ね合わせたアノード電極1bとカンード1i1cとから
なり、この単電池1の上下にリプ付きセパレート板2が
積層されている。ここで方形状のセパレート板2は、そ
の四辺のうちの互いに対向する二辺A、Bには、その側
面の間にまたがって開口するように板同中層部に複数条
の平行に配列するトンネル状の冷却媒体通#!r5が穿
孔され、鎖纒で示したマニホールド6を通じて外部の冷
却全気送、虱系から冷却媒体としての空気が押込み送風
されるように構成されている(第4図)。
一方、セパレート板2の上下両面には、単電池1のアノ
ード1!&1bに対向する側に燃料ガスの反応ガス供給
路3が、またカンード電極ICに対向する1!11には
空気の反応ガス供給路4が形成されている。ここで各反
応ガス供給路3.4はそれぞれセパレート板2の面上に
並ぶ複数条の凹溝としてなり、その反応ガス供給、排出
口が前記した冷却媒体通路5の開口する辺A、Bと直父
する他の二辺C,Dの側面に開口するように形成されて
いる。
また図示実施例では、燃料ガスの反応ガス供給路3はそ
の供給、排出口がともに同じ辺Cの側面に(第5図)、
もう一方の空気の反応ガス供給路4の供給、排出口が同
じ辺りの側面に(第6図)それぞれ開口するように反応
ガス供給口と排出口との間を連ねてU字状に形成され、
各反応ガス供給路3,4に対応して燃料電池の1W1面
に配備された鎖線で示すマニホールド7.8を通じて外
部より燃料ガスおよび空気の反応ガスが供給されるよう
に構成されている。
かかる構成により、燃料電池の運転時には反応ガス供給
路3,4を通じて燃料ガス、空気の反応ガスが燃料電池
のセルスタ、りを構成する全ての単電池1へ分配供給さ
れ、また冷却媒体通路5を通じて冷却媒体としての空気
が各セパレート板2の全てに均等に押込み送風される。
冷却媒体通路5への空気送風量は、前記反応ガスの空気
供給量とは別個に設定し、電池の発生熱に対応して電池
の運転温度を適正温度に維持するような流量に制御して
供給される。これにより、燃料電池は所定の発電作用を
行いつつ、一方では冷却媒体通路を通流する空気によっ
て反応熱が除熱される。
ところで上記した空冷式燃料電池を効藁よく運転するに
は、例えばリン酸型の場合には電池の運転温間を通常1
90°C程度に維持して運転されるが、この電池を停止
状態より起動する場合には、電池の特性に悪影響を及ぼ
さない温度9例えば140℃以上まで電池を加温させね
ばならない。上記した構造を有する空冷式燃料電池を加
温するにあたっては、これまで、二つの方法が知られて
いた。
まず第一の方法としては、燃料電池本体と冷却空気導入
ブロアーとの間に冷却空気を加熱するためのヒータ部(
を気ヒータ又はメタン等の天然ガスやメタノール等を燃
料とするバーナにて加熱されるもの)を設置し、このヒ
ータ部で加熱された熱風を冷却媒体通路に導入し所期温
度まで加温する方法であり、第2の方法としては、燃料
電池本体と燃料改質装置からなる燃料電池発電プラント
において、改質器中の改質触媒加熱用バーナの燃焼排出
ガスを電池本体の冷却媒体通路に導入し、所期温度まで
加温する方法である。上記従来技術による電池の加熱方
法では、固体である冷却板と゛気体である冷却媒体との
熱交換により昇温させることになるが、固体と気体との
熱交換では気体の熱伝達藁が液体や固体にくらべて極端
に低いため。
短時間(例えば数分〜士数分)で所期温度に電池を昇温
させるには、大出力容量のフロア−にて数百℃の高温の
空気を多量に冷却媒体通路に導入し、なければならず、
実用に際しては、電池構成材料の耐熱性や発電プラント
効惠等を考慮して、加熱空気の温度や使用ブロアーの容
量に制約を受けるため、所期温度にまで電池を昇温する
ためには長時間(2〜3時間)を要していた。
〔発明の目的〕
この発明は上記に鑑みてなされたものであり、空冷式燃
料電池を停止状態より短時間で所期起動温度まですみや
かに昇温させる方法を提供することを目的とする。
〔発明の要点〕
この目的は本発明によれば、電解質とlI4離された冷
却ガス通路に反応ガスと独又した冷却ガスを供給してな
る空冷式燃料電池において、冷却ガス通路に触媒を設け
、電池起動時にこの冷却ガス通路に可燃性ガスを導入す
ることによって、触媒と可燃性ガスとの反応による酸化
熱により直接電池を加熱することにより達成される。
本発明が通用される燃料電池に、冷却ガスが反応ガスと
独ユしており、その冷却ガス通路が電解質と隔離されて
いることが肝要である。すなわち、電極には通常白金を
主体とする触媒が用いられているため、電池の起動時、
まだ十分に電池が温まっていない状態で反応ガス室に可
燃性ガスを含む冷却ガスを導入したのでは、可燃性ガス
が電極の白金と反応してその触媒活性を喪失する虞れが
ある。したがって単にガス室を波状のプレートで分離し
たダイギャス方式の電池では不十分である。
更に反応ガスとしての空気を冷却ガスとして兼用する型
の空冷式燃料電池では、酸化反応により生成する水が電
解液と接触し、電池内の電解液濃度平谷積を変化させた
り、電極の局部加熱−こより触媒の劣化を招く虞れがあ
る。
〔発明の実施例〕
第2図はこの発明の実施例を示すものであり、先に説明
した第3図の燃料電池に本発明を適用したものである。
同図において、セパレート板2は符号2a、2bで示す
上下二分割板を重ね合わせた結合体としてなり、各分割
板2a、2bのうち上部の分割板2aにはその上面に第
5図と同様な燃料ガスの反応ガス供給路3が、下部の分
割板2bの下面には第6図と同様な空気の反応ガス供給
路4が形成されており、かつ両分副板2 a * 2 
b相互の接合面には互いに合体してトンネル状の冷却媒
体通路5を形成するような凹溝5a、5bが対応して形
成されている。これに本発明の熱媒体通路が形成される
。そして、この凹溝5a、5bのP’[i面に、白金か
らなる触媒層9が一様に形成されている。
この凹溝5a、5bの内a面に形成した触媒層9は、各
分割板2 a + 2 bに別々に反応ガス供給路3と
冷却媒体通路5の凹tit 5 a、および反応ガス供
給通路4と凹溝5bを切削加工あるいは成形加工法によ
って形成した後、凹溝5a、5bの内壁面に酸化触媒量
が同壁面単位面積当り0.05〜0.1〜担持されるよ
うに濃度調整した白金塩水溶液を塗布含浸させ、乾燥さ
せたのち、水素雰囲気中200〜300°Cで2〜4時
間還元することにより作製した。
かかるセパレート板を単電池に組み込んで多数個積層し
てなる燃料電池を起動にあたって昇温するための本発明
の実施例を第1図に示す。同図において、燃料電池発電
プラント21は、燃料電池本体nと燃料改質器n、改質
器にメタン等の天然ガスやメタノール等の燃料を供給す
るための配管ス。
燃料の一部を改質バーナへ導く配管δ、及び改質ガスを
燃料電池へ供給するための配管加等からなる燃料改質系
40と、燃料電池へ空気を供給するブロアーn、冷却空
気を供給するためのブロアー公及びそれぞれの空気を燃
料電池へ導く配管四、30等を含む空気供給系間と、電
池で発電した直流電流を交流ti流に変換する直交変換
装置t31と、反応流量、圧力、温度2等をコントロー
ルする制(illD装置32から構成されている。
かかる構成を有する燃料電池発電プラントにおいて、燃
料電池本体を停止状態より起動温度まで昇温するために
は、燃料改質器nにて改質された改質ガスの一部をガス
混合器おにて冷却空気ブロアーより供給されるg!気と
所定濃度に混合し、この混合ガスを触媒にて被覆された
燃料電池本体の冷却媒体通路に導く、これにより触媒層
9の白金は可燃性ガスと反応してその酸化熱により、セ
パレート板2を直接加熱するため、すみやかにta本本
体管昇温することができる。また、過度の加熱を防ぐに
は、電池の昇温中、常時セパレート板2の温度を監視し
ておき、ガス混合器おにおける改質ガスと空気との混合
割合をi&通な値に制御すればよい。
なお上記実施例では、改質器nにて改質された改質ガス
を空気と混合して冷却媒体通路へ導き、改質ガスの酸化
熱により電池本体を昇温する方法について説明したが、
冷却媒体通路の内壁ml乞メタン、エタン、プロパン等
の天然ガスやメタノール等を直接酸化でき得る触媒にて
′4i覆した場合には、これらの可燃性ガスと空気との
混合ガスを直接冷却媒体通路へ導き、燃料電池本体を昇
温させることも可能である。また、可燃性酸化触媒とし
て白金の他に、パラジウムあるいは白金とパラジウムの
複合体を用いることができる。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、電池
の電解質と隔離された熱媒体通路に触媒を設け、電池の
起動時にこの熱媒体通路に可燃性ガスを導入して、触媒
と可燃性ガスとの反応による酸化熱により、電池本体乞
直接加熱1−るようにしたため、電池の起動時に電池本
体をすみやかに昇温することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す燃料電池発電プラントの
システム構成図、第2図は本発明に係る熱媒体通路の実
施例を示すセパレート板の部分的な分解斜視図、第3図
は燃料電池の1セル分の構成を示す一部断面側視図、第
4図は第3図における矢視■−■断面図、第5図および
第6図は第1図におけるセパレート板の上面および下面
の平面図である。 2:セパレート板、3.4:反応ガス供給路、5:冷却
媒体通路%9:触媒膚、21:燃料電池発電プラント、
22:燃料電池本体、23:改質器、冴、25,26,
29,30 :配管、27,28 ニブロアー、31:
直交変換装置、32:制御装置、あ:ガス混合器、40
:燃料改質系、父二空気供給系。 才2回 才 4 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)電解質と隔離された熱媒体通路に反応ガスと独立し
    た熱媒体を供給してなる空冷式燃料電池において、前記
    熱媒体通路に触媒を設け、電池の起動時にこの熱媒体通
    路に可燃性ガスを導入することを特徴とする空冷式燃料
    電池の昇温方法。 2)特許請求の範囲第1項記載の方法において、可燃性
    ガスとして燃料ガスの一部を用いることを特徴とする空
    冷式燃料電池の起動方法。 3)特許請求の範囲第1項記載の方法において、熱媒体
    通路に触媒層を一様に形成することを特徴とする空冷式
    燃料電池の昇温方法。
JP59275638A 1984-12-28 1984-12-28 空冷式燃料電池の昇温方法 Pending JPS61158672A (ja)

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