JP2000251916A - 固体高分子型燃料電池 - Google Patents
固体高分子型燃料電池Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料極と酸化剤極の間に固体高分子電解質膜
を介在させて構成される少なくとも１つの電池セルを具
えた固体高分子型燃料電池において、固体高分子電解質
膜の乾燥を防止すると共に、電池電圧の低下を防止し、
然も、総合効率を従来よりも向上させる。 【解決手段】 本発明に係る固体高分子型燃料電池１
は、燃焼器３と、電池セル10から排出される未反応燃料
ガスを燃焼器３に導く燃料ガス配管４と、燃焼器３から
排出される酸化剤ガスを酸化剤極に供給する酸化剤ガス
供給マニホールド２とを具え、燃焼器３は、外部から供
給される酸化剤ガスに含まれる酸素の一部を消費して、
未反応燃料ガスを燃焼させると共に前記酸化剤ガスに含
まれる不純物を燃焼させる。
を介在させて構成される少なくとも１つの電池セルを具
えた固体高分子型燃料電池において、固体高分子電解質
膜の乾燥を防止すると共に、電池電圧の低下を防止し、
然も、総合効率を従来よりも向上させる。 【解決手段】 本発明に係る固体高分子型燃料電池１
は、燃焼器３と、電池セル10から排出される未反応燃料
ガスを燃焼器３に導く燃料ガス配管４と、燃焼器３から
排出される酸化剤ガスを酸化剤極に供給する酸化剤ガス
供給マニホールド２とを具え、燃焼器３は、外部から供
給される酸化剤ガスに含まれる酸素の一部を消費して、
未反応燃料ガスを燃焼させると共に前記酸化剤ガスに含
まれる不純物を燃焼させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料極と酸化剤極
の間に固体高分子電解質膜を介在させ、燃料極には水素
を含む燃料ガスを供給すると共に、酸化剤極には酸化剤
ガスを供給して、電力を発生させる固体高分子型燃料電
池に関するものである。
の間に固体高分子電解質膜を介在させ、燃料極には水素
を含む燃料ガスを供給すると共に、酸化剤極には酸化剤
ガスを供給して、電力を発生させる固体高分子型燃料電
池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、エネルギー変換効率が高く、然も
発電反応によって有害物質を生成しない燃料電池が注目
されており、かかる燃料電池として、１００℃以下の低
い温度で作動する固体高分子型燃料電池が知られてい
る。
発電反応によって有害物質を生成しない燃料電池が注目
されており、かかる燃料電池として、１００℃以下の低
い温度で作動する固体高分子型燃料電池が知られてい
る。
【０００３】図４は、固体高分子型燃料電池(５)の発電
原理を表わしたものであって、イオン導電性の固体高分
子電解質膜(54)の両側に燃料極(55)と酸化剤極(56)を配
置すると共に、更にその両側に燃料室(57)と酸化剤室(5
8)を配置して、電池セル(50)が形成され、燃料極(55)と
酸化剤極(56)は、外部回路(59)を介して互いに接続され
ている。
原理を表わしたものであって、イオン導電性の固体高分
子電解質膜(54)の両側に燃料極(55)と酸化剤極(56)を配
置すると共に、更にその両側に燃料室(57)と酸化剤室(5
8)を配置して、電池セル(50)が形成され、燃料極(55)と
酸化剤極(56)は、外部回路(59)を介して互いに接続され
ている。
【０００４】燃料極(55)においては、燃料室(57)に供給
された燃料ガスに含まれる水素Ｈ２が水素イオンＨ＋と
電子ｅ−に分解され、水素イオンＨ＋は、固体高分子電
解質膜(54)の内部を酸化剤極(56)に向かって移動する一
方、電子ｅ−は外部回路(59)を酸化剤極(56)に向かって
流れる。又、酸化剤極(56)では、酸化剤室(58)に供給さ
れた酸化剤ガスに含まれる酸素Ｏ２が、燃料極(55)から
供給された水素イオンＨ＋及び電子ｅ−と反応して、水
Ｈ２Ｏが生成される。この様にして、電池全体として、
水素と酸素から水が生成されると共に、起電力が発生す
るのである。
された燃料ガスに含まれる水素Ｈ２が水素イオンＨ＋と
電子ｅ−に分解され、水素イオンＨ＋は、固体高分子電
解質膜(54)の内部を酸化剤極(56)に向かって移動する一
方、電子ｅ−は外部回路(59)を酸化剤極(56)に向かって
流れる。又、酸化剤極(56)では、酸化剤室(58)に供給さ
れた酸化剤ガスに含まれる酸素Ｏ２が、燃料極(55)から
供給された水素イオンＨ＋及び電子ｅ−と反応して、水
Ｈ２Ｏが生成される。この様にして、電池全体として、
水素と酸素から水が生成されると共に、起電力が発生す
るのである。
【０００５】１つの電池セル(50)の起電力は低いため、
通常、複数の電池セル(50)を互いに直列に接続して固体
高分子型燃料電池が構成される。例えば図３に示す固体
高分子型燃料電池(５)は、複数の平板型の電池セル(50)
を互いに重ね合わせて直列接続し、一体化したものであ
って、これらの電池セル(50)に、水素ガス等の燃料ガス
を供給すると共に、空気等の酸化剤ガスを供給して、直
列接続された複数の電池セル(50)が発生する電力を外部
へ取り出すことが可能となっている。
通常、複数の電池セル(50)を互いに直列に接続して固体
高分子型燃料電池が構成される。例えば図３に示す固体
高分子型燃料電池(５)は、複数の平板型の電池セル(50)
を互いに重ね合わせて直列接続し、一体化したものであ
って、これらの電池セル(50)に、水素ガス等の燃料ガス
を供給すると共に、空気等の酸化剤ガスを供給して、直
列接続された複数の電池セル(50)が発生する電力を外部
へ取り出すことが可能となっている。
【０００６】該固体高分子型燃料電池(５)において、各
電池セル(50)には、鉛直方向に伸びる複数本の燃料ガス
供給溝(図示省略)と、水平方向に伸びる複数本の酸化剤
ガス供給溝(53)とが凹設されている。又、一方の端部に
配置された電池セル(50)には、燃料ガス入口孔(51a)が
開設されると共に、他方の端部に配置された電池セル(5
0)には、燃料ガス出口孔(52a)が開設され、これら両端
部の電池セルを除く他の複数の電池セル(50)にはそれぞ
れ、燃料ガス供給用貫通孔(51)と燃料ガス排出用貫通孔
(52)が開設されている。そして、複数の電池セル(50)が
互いに重ね合わされることによって、燃料ガス入口孔(5
1a)と複数の燃料ガス供給用貫通孔(51)とが互いに連通
して、１本の燃料ガス供給路が形成されると共に、複数
の燃料ガス排出用貫通孔(52)と燃料ガス出口孔(52a)と
が互いに連通して、１本の燃料ガス排出路が形成され
る。
電池セル(50)には、鉛直方向に伸びる複数本の燃料ガス
供給溝(図示省略)と、水平方向に伸びる複数本の酸化剤
ガス供給溝(53)とが凹設されている。又、一方の端部に
配置された電池セル(50)には、燃料ガス入口孔(51a)が
開設されると共に、他方の端部に配置された電池セル(5
0)には、燃料ガス出口孔(52a)が開設され、これら両端
部の電池セルを除く他の複数の電池セル(50)にはそれぞ
れ、燃料ガス供給用貫通孔(51)と燃料ガス排出用貫通孔
(52)が開設されている。そして、複数の電池セル(50)が
互いに重ね合わされることによって、燃料ガス入口孔(5
1a)と複数の燃料ガス供給用貫通孔(51)とが互いに連通
して、１本の燃料ガス供給路が形成されると共に、複数
の燃料ガス排出用貫通孔(52)と燃料ガス出口孔(52a)と
が互いに連通して、１本の燃料ガス排出路が形成され
る。
【０００７】又、固体高分子型燃料電池(５)は、上記複
数の酸化剤ガス供給溝(53)が露出した側面に、これらの
酸化剤ガス供給溝(53)へ酸化剤ガスを供給するための酸
化剤ガス供給マニホールド(６)を具えている。酸化剤ガ
ス供給マニホールド(６)は、例えば、下方に向けて開口
すると共に前記側方に向けて開口しており、下方の開口
から取り入れられた酸化剤ガスを複数の酸化剤ガス供給
溝(53)へ送り込むようになっている。
数の酸化剤ガス供給溝(53)が露出した側面に、これらの
酸化剤ガス供給溝(53)へ酸化剤ガスを供給するための酸
化剤ガス供給マニホールド(６)を具えている。酸化剤ガ
ス供給マニホールド(６)は、例えば、下方に向けて開口
すると共に前記側方に向けて開口しており、下方の開口
から取り入れられた酸化剤ガスを複数の酸化剤ガス供給
溝(53)へ送り込むようになっている。
【０００８】上記固体高分子型燃料電池(５)において、
燃料ガスは、図中に実線の矢印で示す如く燃料ガス入口
孔(51a)へ供給され、前記燃料ガス供給路を経て、各電
池セル(50)に形成された複数の燃料ガス供給溝へ分配さ
れ、各燃料ガス供給溝を下向きに流れる過程で発電反応
に供される。燃料ガス供給溝を流れて燃料ガス排出用貫
通孔(52)に至った未反応燃料ガスは、複数の燃料ガス排
出用貫通孔(52)によって形成された燃料ガス排出路を流
れて、実線の矢印で示す如く燃料ガス出口孔(52a)から
外部へ排出される。
燃料ガスは、図中に実線の矢印で示す如く燃料ガス入口
孔(51a)へ供給され、前記燃料ガス供給路を経て、各電
池セル(50)に形成された複数の燃料ガス供給溝へ分配さ
れ、各燃料ガス供給溝を下向きに流れる過程で発電反応
に供される。燃料ガス供給溝を流れて燃料ガス排出用貫
通孔(52)に至った未反応燃料ガスは、複数の燃料ガス排
出用貫通孔(52)によって形成された燃料ガス排出路を流
れて、実線の矢印で示す如く燃料ガス出口孔(52a)から
外部へ排出される。
【０００９】一方、酸化剤ガスは、図中に破線の矢印で
示す如く、酸化剤ガス供給マニホールド(６)の下方の開
口から取り入れられ、側方の開口を経て酸化剤ガス供給
溝(53)へ送り込まれ、各酸化剤ガス供給溝(53)を流れる
過程で発電反応に供される。酸化剤ガス供給溝(53)を流
れて酸化剤ガス供給溝(53)の出口に至った未反応酸化剤
ガスは、破線の矢印で示す如く該出口から外部へ排出さ
れる。
示す如く、酸化剤ガス供給マニホールド(６)の下方の開
口から取り入れられ、側方の開口を経て酸化剤ガス供給
溝(53)へ送り込まれ、各酸化剤ガス供給溝(53)を流れる
過程で発電反応に供される。酸化剤ガス供給溝(53)を流
れて酸化剤ガス供給溝(53)の出口に至った未反応酸化剤
ガスは、破線の矢印で示す如く該出口から外部へ排出さ
れる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記固
体高分子型燃料電池(５)は、発電動作中に、固体高分子
電解質膜(54)の水分含有量が減少してイオン導電率が低
下し、電池として機能しなくなる問題がある。そこで、
本発明者らは、未反応燃料ガスと未反応酸化剤ガスとを
燃焼反応させ、これによって生成される水を固体高分子
電解質膜に供給して、固体高分子電解質膜を湿潤させる
固体高分子型燃料電池について特許出願中である(特願
平9-196730[H01M8/10])。しかし、該固体高分子型燃料
電池においては、酸化剤室に供給される酸化剤ガスにケ
ロシンやメタノール等の有機性不純物が含まれており、
この有機性不純物が酸化剤極の表面に到達して電極触媒
反応を阻害するため、電池電圧が低下する問題がある。
体高分子型燃料電池(５)は、発電動作中に、固体高分子
電解質膜(54)の水分含有量が減少してイオン導電率が低
下し、電池として機能しなくなる問題がある。そこで、
本発明者らは、未反応燃料ガスと未反応酸化剤ガスとを
燃焼反応させ、これによって生成される水を固体高分子
電解質膜に供給して、固体高分子電解質膜を湿潤させる
固体高分子型燃料電池について特許出願中である(特願
平9-196730[H01M8/10])。しかし、該固体高分子型燃料
電池においては、酸化剤室に供給される酸化剤ガスにケ
ロシンやメタノール等の有機性不純物が含まれており、
この有機性不純物が酸化剤極の表面に到達して電極触媒
反応を阻害するため、電池電圧が低下する問題がある。
【００１１】そこで、燃焼触媒装置により空気を燃焼さ
せて、該空気に含まれる不純物を取り除き、これによっ
て得られる清浄な空気を空気極に供給する燃料電池が提
案されている(特開平7-94200[H01M8/04])。しかしなが
ら、該燃料電池においては、発電に供されなかった未反
応空気が再利用されることなく外部へ廃棄されるので、
総合効率が低い問題がある。そこで本発明の目的は、固
体高分子電解質膜の乾燥を防止すると共に、電池電圧の
低下を防止することが出来、然も、従来に比べて総合効
率の高い固体高分子型燃料電池を提供することである。
せて、該空気に含まれる不純物を取り除き、これによっ
て得られる清浄な空気を空気極に供給する燃料電池が提
案されている(特開平7-94200[H01M8/04])。しかしなが
ら、該燃料電池においては、発電に供されなかった未反
応空気が再利用されることなく外部へ廃棄されるので、
総合効率が低い問題がある。そこで本発明の目的は、固
体高分子電解質膜の乾燥を防止すると共に、電池電圧の
低下を防止することが出来、然も、従来に比べて総合効
率の高い固体高分子型燃料電池を提供することである。
【００１２】
【課題を解決する為の手段】本発明に係る固体高分子型
燃料電池は、燃料極(15)と酸化剤極(16)の間に固体高分
子電解質膜(14)を介在させて構成される少なくとも１つ
の電池セル(10)を具え、水素を含む燃料ガスを燃料極(1
5)に供給すると共に、酸化剤ガスを酸化剤極(16)に供給
して、電池セル(10)に電力を発生させるものである。そ
して、該固体高分子型燃料電池は、その特徴的構成にお
いて、電池セル(10)から排出される未反応燃料ガスと、
酸化剤極(16)に供給すべき全ての酸化剤ガスとを燃焼器
(３)へ導入し、前記酸化剤ガスに含まれる酸素の一部を
消費して、未反応燃料ガスを燃焼させると共に前記酸化
剤ガスに含まれる不純物を燃焼させ、燃焼器(３)から排
出される酸化剤ガスを酸化剤極(16)へ供給する。
燃料電池は、燃料極(15)と酸化剤極(16)の間に固体高分
子電解質膜(14)を介在させて構成される少なくとも１つ
の電池セル(10)を具え、水素を含む燃料ガスを燃料極(1
5)に供給すると共に、酸化剤ガスを酸化剤極(16)に供給
して、電池セル(10)に電力を発生させるものである。そ
して、該固体高分子型燃料電池は、その特徴的構成にお
いて、電池セル(10)から排出される未反応燃料ガスと、
酸化剤極(16)に供給すべき全ての酸化剤ガスとを燃焼器
(３)へ導入し、前記酸化剤ガスに含まれる酸素の一部を
消費して、未反応燃料ガスを燃焼させると共に前記酸化
剤ガスに含まれる不純物を燃焼させ、燃焼器(３)から排
出される酸化剤ガスを酸化剤極(16)へ供給する。
【００１３】本発明に係る固体高分子型燃料電池におい
ては、燃焼器(３)に、電池セル(10)から排出される未反
応燃料ガスが供給されると共に、外部から酸化剤ガスが
供給される。燃焼器(３)においては、未反応燃料ガスに
含まれる水素が、酸化剤ガスに含まれる酸素と燃焼反応
を起こし、該反応によって水が生成される。又、酸化剤
ガスに含まれる不純物が、酸化剤ガスに含まれる酸素と
燃焼反応を起こし、該反応によって不純物が分解されて
水と二酸化炭素が生成される。ここで、燃焼器(３)に供
給される酸化剤ガスには、上記燃焼反応及び発電反応に
必要な量の酸素が含まれている。
ては、燃焼器(３)に、電池セル(10)から排出される未反
応燃料ガスが供給されると共に、外部から酸化剤ガスが
供給される。燃焼器(３)においては、未反応燃料ガスに
含まれる水素が、酸化剤ガスに含まれる酸素と燃焼反応
を起こし、該反応によって水が生成される。又、酸化剤
ガスに含まれる不純物が、酸化剤ガスに含まれる酸素と
燃焼反応を起こし、該反応によって不純物が分解されて
水と二酸化炭素が生成される。ここで、燃焼器(３)に供
給される酸化剤ガスには、上記燃焼反応及び発電反応に
必要な量の酸素が含まれている。
【００１４】従って、燃焼器(３)からは、水、酸素及び
二酸化炭素を含む酸化剤ガスが排出されることになる。
該酸化剤ガスは、酸化剤極(16)に供給され、酸化剤ガス
に含まれる水は、固体高分子電解質膜(14)に浸透する一
方、酸素は、発電反応に供されることになる。尚、酸化
剤極(16)に供給される二酸化炭素が電池の動作に悪影響
を及ぼすことはない。
二酸化炭素を含む酸化剤ガスが排出されることになる。
該酸化剤ガスは、酸化剤極(16)に供給され、酸化剤ガス
に含まれる水は、固体高分子電解質膜(14)に浸透する一
方、酸素は、発電反応に供されることになる。尚、酸化
剤極(16)に供給される二酸化炭素が電池の動作に悪影響
を及ぼすことはない。
【００１５】本発明に係る固体高分子型燃料電池におい
ては、酸化剤極(16)に、上述の如く水分を含む酸化剤ガ
スが供給されて、その水分が固体高分子電解質膜(14)に
浸透するので、固体高分子電解質膜(14)の乾燥を防止す
ることが出来る。又、酸化剤極(16)に、不純物の分解さ
れた酸化剤ガスが供給されるので、従来の燃料電池の如
く、酸化剤ガス中の不純物によって電池電圧が低下する
ことはない。又、未反応燃料ガスが燃焼器(３)に供給さ
れて再利用されるので、未反応燃料ガスを廃棄していた
従来よりも総合効率が向上する。
ては、酸化剤極(16)に、上述の如く水分を含む酸化剤ガ
スが供給されて、その水分が固体高分子電解質膜(14)に
浸透するので、固体高分子電解質膜(14)の乾燥を防止す
ることが出来る。又、酸化剤極(16)に、不純物の分解さ
れた酸化剤ガスが供給されるので、従来の燃料電池の如
く、酸化剤ガス中の不純物によって電池電圧が低下する
ことはない。又、未反応燃料ガスが燃焼器(３)に供給さ
れて再利用されるので、未反応燃料ガスを廃棄していた
従来よりも総合効率が向上する。
【００１６】尚、外気及び未反応水素を触媒燃焼器に供
給し、触媒燃焼器から得られる燃焼空気を外気と混合し
て空気極に供給する燃料電池を提案されている(特願平9
-73911[H01M8/04])が、該燃料電池においては、燃焼空
気と外気との混合空気が空気極に供給されるので、外気
に含まれる不純物によって電池電圧が低下する虞れがあ
る。これに対し、本発明の燃料電池においては、酸化剤
極に供給すべき全ての酸化剤ガスが燃焼器を通して酸化
剤極に供給されるので、酸化剤極に供給される酸化剤ガ
スに不純物は含まれておらず、不純物によって電池電圧
が低下することはない。
給し、触媒燃焼器から得られる燃焼空気を外気と混合し
て空気極に供給する燃料電池を提案されている(特願平9
-73911[H01M8/04])が、該燃料電池においては、燃焼空
気と外気との混合空気が空気極に供給されるので、外気
に含まれる不純物によって電池電圧が低下する虞れがあ
る。これに対し、本発明の燃料電池においては、酸化剤
極に供給すべき全ての酸化剤ガスが燃焼器を通して酸化
剤極に供給されるので、酸化剤極に供給される酸化剤ガ
スに不純物は含まれておらず、不純物によって電池電圧
が低下することはない。
【００１７】具体的には、燃焼器(３)に供給される酸化
剤ガス及び未反応燃料ガスの総体積に対する水素ガスの
体積濃度は、４.０ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下であ
る。
剤ガス及び未反応燃料ガスの総体積に対する水素ガスの
体積濃度は、４.０ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下であ
る。
【００１８】燃焼器(３)に供給される水素ガスの量が過
少である場合、未反応燃料ガスに含まれる水素と酸化剤
ガスに含まれる酸素との燃焼反応、及び酸化剤ガスに含
まれる不純物と酸素との燃焼反応が不十分となって、酸
化剤極(16)に供給すべき酸化剤ガスを十分に加湿させる
と共に、不純物を確実に分解することが出来ない。一
方、水素ガスの供給量が過大である場合、燃焼器(３)に
供給される酸化剤ガス中の酸素の殆どが前記燃焼反応に
消費されて、酸化剤極(16)に供給される酸素の量が減少
する。従って、水素ガスの体積濃度は、上記範囲に設定
することが望ましい。
少である場合、未反応燃料ガスに含まれる水素と酸化剤
ガスに含まれる酸素との燃焼反応、及び酸化剤ガスに含
まれる不純物と酸素との燃焼反応が不十分となって、酸
化剤極(16)に供給すべき酸化剤ガスを十分に加湿させる
と共に、不純物を確実に分解することが出来ない。一
方、水素ガスの供給量が過大である場合、燃焼器(３)に
供給される酸化剤ガス中の酸素の殆どが前記燃焼反応に
消費されて、酸化剤極(16)に供給される酸素の量が減少
する。従って、水素ガスの体積濃度は、上記範囲に設定
することが望ましい。
【００１９】又、具体的には、燃焼器(３)は、触媒によ
って、未反応燃料ガス及び不純物の前記燃焼反応を活性
化させるものである。
って、未反応燃料ガス及び不純物の前記燃焼反応を活性
化させるものである。
【００２０】該具体的構成においては、未反応燃焼ガス
と酸化剤ガスが燃焼触媒(32)に接触して、未反応燃焼ガ
スに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との燃焼
反応、及び酸化剤ガスに含まれる不純物と酸素との燃焼
反応が活性化され、これによって、酸化剤極(16)に供給
すべき酸化剤ガスをより十分に加湿させると共に、不純
物をより確実に分解することが出来る。
と酸化剤ガスが燃焼触媒(32)に接触して、未反応燃焼ガ
スに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との燃焼
反応、及び酸化剤ガスに含まれる不純物と酸素との燃焼
反応が活性化され、これによって、酸化剤極(16)に供給
すべき酸化剤ガスをより十分に加湿させると共に、不純
物をより確実に分解することが出来る。
【００２１】
【発明の効果】本発明に係る固体高分子型燃料電池によ
れば、水分を含むと共に不純物の分解された酸化剤ガス
が酸化剤極に供給されるので、固体高分子電解質膜の乾
燥を防止することが出来ると共に、電池電圧の低下を防
止することが出来る。又、未反応燃料ガスを再利用する
ので、未反応燃料ガスを廃棄していた従来の燃料電池に
比べて総合効率が向上する。
れば、水分を含むと共に不純物の分解された酸化剤ガス
が酸化剤極に供給されるので、固体高分子電解質膜の乾
燥を防止することが出来ると共に、電池電圧の低下を防
止することが出来る。又、未反応燃料ガスを再利用する
ので、未反応燃料ガスを廃棄していた従来の燃料電池に
比べて総合効率が向上する。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、図面に沿って具体的に説明する。本発明に係る固体
高分子型燃料電池(１)は、図１に示す如く複数の平板型
の電池セル(10)を互いに重ね合わせて直列接続し、一体
化したものであって、水素ガス等の燃料ガスを供給する
と共に、空気等の酸化剤ガスを供給して、直列接続され
た複数の電池セル(10)が発生する電力を外部へ取り出す
ことが可能となっている。
き、図面に沿って具体的に説明する。本発明に係る固体
高分子型燃料電池(１)は、図１に示す如く複数の平板型
の電池セル(10)を互いに重ね合わせて直列接続し、一体
化したものであって、水素ガス等の燃料ガスを供給する
と共に、空気等の酸化剤ガスを供給して、直列接続され
た複数の電池セル(10)が発生する電力を外部へ取り出す
ことが可能となっている。
【００２３】該固体高分子型燃料電池(１)は、前記複数
の電池セル(10)の側部に、これらの電池セル(10)に酸化
剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給マニホールド
(２)を具えている。該酸化剤ガス供給マニホールド(２)
の側部には、燃焼器(３)が設置され、電池セル(10)と燃
焼器(３)とが、燃料ガス配管(４)によって互いに連結さ
れている。
の電池セル(10)の側部に、これらの電池セル(10)に酸化
剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給マニホールド
(２)を具えている。該酸化剤ガス供給マニホールド(２)
の側部には、燃焼器(３)が設置され、電池セル(10)と燃
焼器(３)とが、燃料ガス配管(４)によって互いに連結さ
れている。
【００２４】該固体高分子型燃料電池(１)において、各
電池セル(10)には、鉛直方向に伸びる複数本の燃料ガス
供給溝(図示省略)と、水平方向に伸びる複数本の酸化剤
ガス供給溝(13)とが凹設されている。又、一方の端部に
配置された電池セル(10)には、燃料ガス入口孔(11a)が
開設されると共に、他方の端部に配置された電池セル(1
0)には、燃料ガス出口孔(12a)が開設され、これら両端
部の電池セルを除く他の複数の電池セル(10)にはそれぞ
れ、燃料ガス供給用貫通孔(11)と燃料ガス排出用貫通孔
(12)が開設されている。そして、複数の電池セル(10)が
重ね合わされることによって、燃料ガス入口孔(11a)と
複数の燃料ガス供給用貫通孔(11)とが互いに連通して、
１本の燃料ガス供給路が形成されると共に、複数の燃料
ガス排出用貫通孔(12)と燃料ガス出口孔(12a)とが互い
に連通して、１本の燃料ガス排出路が形成される。
電池セル(10)には、鉛直方向に伸びる複数本の燃料ガス
供給溝(図示省略)と、水平方向に伸びる複数本の酸化剤
ガス供給溝(13)とが凹設されている。又、一方の端部に
配置された電池セル(10)には、燃料ガス入口孔(11a)が
開設されると共に、他方の端部に配置された電池セル(1
0)には、燃料ガス出口孔(12a)が開設され、これら両端
部の電池セルを除く他の複数の電池セル(10)にはそれぞ
れ、燃料ガス供給用貫通孔(11)と燃料ガス排出用貫通孔
(12)が開設されている。そして、複数の電池セル(10)が
重ね合わされることによって、燃料ガス入口孔(11a)と
複数の燃料ガス供給用貫通孔(11)とが互いに連通して、
１本の燃料ガス供給路が形成されると共に、複数の燃料
ガス排出用貫通孔(12)と燃料ガス出口孔(12a)とが互い
に連通して、１本の燃料ガス排出路が形成される。
【００２５】電池セル(10)の燃料ガス出口孔(12a)に
は、前記燃料ガス配管(４)の基端が接続され、その先端
は、燃焼器(３)に設けられた燃料ガス流入孔(31)に接続
されており、燃料ガス出口孔(12a)から排出される未反
応燃料ガスは、燃料ガス配管(４)に送り込まれ、該配管
(４)を流れて燃焼器(３)に送り込まれる。又、燃焼器
(３)は、下方に向けて開口し、該開口から酸化剤ガスが
取り入れられる。燃焼器(３)は、酸化剤ガス供給マニホ
ールド(２)側の側方に向けて開口すると共に、酸化剤ガ
ス供給マニホールド(２)は、燃焼器(３)側の側方に向け
て開口し、燃焼器(３)の開口と酸化剤ガス供給マニホー
ルド(２)の開口は互いに連通して、燃焼器(３)から後述
の如く得られる酸化剤ガスを酸化剤ガス供給マニホール
ド(２)に供給することが可能となっている。
は、前記燃料ガス配管(４)の基端が接続され、その先端
は、燃焼器(３)に設けられた燃料ガス流入孔(31)に接続
されており、燃料ガス出口孔(12a)から排出される未反
応燃料ガスは、燃料ガス配管(４)に送り込まれ、該配管
(４)を流れて燃焼器(３)に送り込まれる。又、燃焼器
(３)は、下方に向けて開口し、該開口から酸化剤ガスが
取り入れられる。燃焼器(３)は、酸化剤ガス供給マニホ
ールド(２)側の側方に向けて開口すると共に、酸化剤ガ
ス供給マニホールド(２)は、燃焼器(３)側の側方に向け
て開口し、燃焼器(３)の開口と酸化剤ガス供給マニホー
ルド(２)の開口は互いに連通して、燃焼器(３)から後述
の如く得られる酸化剤ガスを酸化剤ガス供給マニホール
ド(２)に供給することが可能となっている。
【００２６】又、燃焼器(３)は、ハニカム構造を有して
おり、ガスが通過する流路の壁面に燃焼触媒層(図示省
略)が形成されている。燃焼触媒層は、例えばＰｔ、Ｒ
ｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ及びＲｈから選択された少なくと
も１つの元素を含む材料から形成される。酸化剤ガス供
給マニホールド(２)は、電池セル(10)側の側方に向けて
開口しており、燃焼器(３)から供給された酸化剤ガスを
複数の酸化剤ガス供給溝(13)へ送り込むようになってい
る。
おり、ガスが通過する流路の壁面に燃焼触媒層(図示省
略)が形成されている。燃焼触媒層は、例えばＰｔ、Ｒ
ｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ及びＲｈから選択された少なくと
も１つの元素を含む材料から形成される。酸化剤ガス供
給マニホールド(２)は、電池セル(10)側の側方に向けて
開口しており、燃焼器(３)から供給された酸化剤ガスを
複数の酸化剤ガス供給溝(13)へ送り込むようになってい
る。
【００２７】本発明に係る固体高分子型燃料電池(１)に
おいて、燃料ガスは、図中に実線の矢印で示す如く燃料
ガス入口孔(11a)へ供給され、前記燃料ガス供給路を経
て、各電池セル(10)に凹設された複数本の燃料ガス供給
溝へ分配され、燃料ガス供給溝を下向きに流れる過程で
発電反応に供される。燃料ガス供給溝を流れて燃料ガス
排出用貫通孔(12)に至った未反応燃料ガスは、前記燃料
ガス排出路を流れ、燃料ガス出口孔(12a)から燃料ガス
配管(４)に送り込まれ、燃焼器(３)の燃料ガス流入孔(3
1)からその内部に流入する。
おいて、燃料ガスは、図中に実線の矢印で示す如く燃料
ガス入口孔(11a)へ供給され、前記燃料ガス供給路を経
て、各電池セル(10)に凹設された複数本の燃料ガス供給
溝へ分配され、燃料ガス供給溝を下向きに流れる過程で
発電反応に供される。燃料ガス供給溝を流れて燃料ガス
排出用貫通孔(12)に至った未反応燃料ガスは、前記燃料
ガス排出路を流れ、燃料ガス出口孔(12a)から燃料ガス
配管(４)に送り込まれ、燃焼器(３)の燃料ガス流入孔(3
1)からその内部に流入する。
【００２８】一方、酸化剤ガスは、図中に破線の矢印で
示す如く、燃焼器(３)の下方の開口から取り入れられ
る。ここで、該酸化剤ガスには、ケロシンやメタノール
等の有機性不純物が含まれている。燃焼器(３)の内部で
は、下方の開口から取り入れられた酸化剤ガスと燃料ガ
ス配管(４)から流入した未反応燃料ガスとが燃焼触媒層
(図示省略)に接触して後述の燃焼反応を起こし、該反応
によって、酸化剤ガスが加湿されると共に、酸化剤ガス
に含まれる有機性不純物が分解される。燃焼器(３)から
得られる酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給マニホールド
(２)に供給され、酸化剤ガス供給マニホールド(２)の側
方の開口を経て酸化剤ガス供給溝(13)へ送り込まれ、酸
化剤ガス供給溝(13)を流れる過程で発電反応に供され
る。酸化剤ガス供給溝(13)を流れて酸化剤ガス供給溝(1
3)の出口に至った未反応酸化剤ガスは、破線の矢印で示
す如く該出口から外部へ排出される。
示す如く、燃焼器(３)の下方の開口から取り入れられ
る。ここで、該酸化剤ガスには、ケロシンやメタノール
等の有機性不純物が含まれている。燃焼器(３)の内部で
は、下方の開口から取り入れられた酸化剤ガスと燃料ガ
ス配管(４)から流入した未反応燃料ガスとが燃焼触媒層
(図示省略)に接触して後述の燃焼反応を起こし、該反応
によって、酸化剤ガスが加湿されると共に、酸化剤ガス
に含まれる有機性不純物が分解される。燃焼器(３)から
得られる酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給マニホールド
(２)に供給され、酸化剤ガス供給マニホールド(２)の側
方の開口を経て酸化剤ガス供給溝(13)へ送り込まれ、酸
化剤ガス供給溝(13)を流れる過程で発電反応に供され
る。酸化剤ガス供給溝(13)を流れて酸化剤ガス供給溝(1
3)の出口に至った未反応酸化剤ガスは、破線の矢印で示
す如く該出口から外部へ排出される。
【００２９】上記固体高分子型燃料電池(１)における発
電反応及び燃焼反応について、図２に基づき具体的に説
明する。電池セル(10)は、図示の如くイオン導電性の固
体高分子電解質膜(14)の両側に燃料極(15)と酸化剤極(1
6)とを配置すると共に、更にその両側に燃料室(17)と酸
化剤室(18)を配置して構成され、燃料極(15)と酸化剤極
(16)は、外部回路(19)を介して互いに接続されている。
又、燃料室(17)と燃焼器(３)が、燃料ガス配管(４)によ
って互いに接続されると共に、燃焼器(３)と酸化剤室(1
8)が、酸化剤ガス供給マニホールド(２)によって互いに
接続されている。
電反応及び燃焼反応について、図２に基づき具体的に説
明する。電池セル(10)は、図示の如くイオン導電性の固
体高分子電解質膜(14)の両側に燃料極(15)と酸化剤極(1
6)とを配置すると共に、更にその両側に燃料室(17)と酸
化剤室(18)を配置して構成され、燃料極(15)と酸化剤極
(16)は、外部回路(19)を介して互いに接続されている。
又、燃料室(17)と燃焼器(３)が、燃料ガス配管(４)によ
って互いに接続されると共に、燃焼器(３)と酸化剤室(1
8)が、酸化剤ガス供給マニホールド(２)によって互いに
接続されている。
【００３０】燃料極(15)においては、燃料室(17)に供給
された燃料ガスに含まれる水素Ｈ２が水素イオンＨ＋と
電子ｅ−に分解され、水素イオンＨ＋は、固体高分子電
解質膜(14)の内部を酸化剤極(16)に向かって移動する一
方、電子ｅ−は外部回路(19)を酸化剤極(56)に向かって
流れる。又、酸化剤極(16)では、酸化剤室(18)に供給さ
れた酸化剤ガスに含まれる酸素Ｏ２が、燃料極(15)から
供給された水素イオンＨ＋及び電子ｅ−と反応して、水
Ｈ２Ｏが生成される。この様にして、電池全体として、
水素と酸化から水が生成されると共に、起電力が発生す
るのである。
された燃料ガスに含まれる水素Ｈ２が水素イオンＨ＋と
電子ｅ−に分解され、水素イオンＨ＋は、固体高分子電
解質膜(14)の内部を酸化剤極(16)に向かって移動する一
方、電子ｅ−は外部回路(19)を酸化剤極(56)に向かって
流れる。又、酸化剤極(16)では、酸化剤室(18)に供給さ
れた酸化剤ガスに含まれる酸素Ｏ２が、燃料極(15)から
供給された水素イオンＨ＋及び電子ｅ−と反応して、水
Ｈ２Ｏが生成される。この様にして、電池全体として、
水素と酸化から水が生成されると共に、起電力が発生す
るのである。
【００３１】燃料室(17)に供給された燃料ガスの内、酸
化剤ガスに含まれる酸素Ｏ２と反応しなかった未反応燃
料ガスは、燃料ガス配管(４)を経て燃焼器(３)に供給さ
れる。燃焼器(３)では、未反応燃料ガス及び酸化剤ガス
が燃焼触媒層(32)に接触して、未反応燃料ガスに含まれ
る水素Ｈ２と、酸化剤ガスに含まれる酸素Ｏ２とが燃焼
反応を起こし、該反応によって水Ｈ２Ｏが生成される。
又、酸化剤ガスに含まれる有機性不純物と、酸化剤ガス
に含まれる酸素Ｏ２とが燃焼反応を起こし、該反応によ
って有機性不純物が分解されて水Ｈ２Ｏと二酸化炭素ガ
スＣＯ２が生成される。ここで、燃焼器(３)の内部に
は、燃焼触媒層(32)が形成されているので、該燃焼触媒
層(32)によって上記燃焼反応が活性化されて、水素及び
有機性不純物が十分に燃焼することになる。又、燃焼器
(３)に供給される酸化剤ガスには、上記発電反応と燃焼
反応に必要な酸素Ｏ２が含まれている。従って、燃焼器
(３)からは、水Ｈ２Ｏ、酸素Ｏ２及び二酸化炭素ＣＯ２
を含む酸化剤ガスが得られることになる。
化剤ガスに含まれる酸素Ｏ２と反応しなかった未反応燃
料ガスは、燃料ガス配管(４)を経て燃焼器(３)に供給さ
れる。燃焼器(３)では、未反応燃料ガス及び酸化剤ガス
が燃焼触媒層(32)に接触して、未反応燃料ガスに含まれ
る水素Ｈ２と、酸化剤ガスに含まれる酸素Ｏ２とが燃焼
反応を起こし、該反応によって水Ｈ２Ｏが生成される。
又、酸化剤ガスに含まれる有機性不純物と、酸化剤ガス
に含まれる酸素Ｏ２とが燃焼反応を起こし、該反応によ
って有機性不純物が分解されて水Ｈ２Ｏと二酸化炭素ガ
スＣＯ２が生成される。ここで、燃焼器(３)の内部に
は、燃焼触媒層(32)が形成されているので、該燃焼触媒
層(32)によって上記燃焼反応が活性化されて、水素及び
有機性不純物が十分に燃焼することになる。又、燃焼器
(３)に供給される酸化剤ガスには、上記発電反応と燃焼
反応に必要な酸素Ｏ２が含まれている。従って、燃焼器
(３)からは、水Ｈ２Ｏ、酸素Ｏ２及び二酸化炭素ＣＯ２
を含む酸化剤ガスが得られることになる。
【００３２】この様にして得られる酸化剤ガスは、酸化
剤ガス供給マニホールド(２)を経て酸化剤室(18)に供給
され、水Ｈ２Ｏは、酸化剤極(16)を経て固体高分子電解
質膜(14)に浸透する一方、酸素Ｏ２は、上述の如く発電
反応に供されることになる。尚、酸化剤室(18)に供給さ
れる二酸化炭素ＣＯ２が電池の特性に悪影響を及ぼすこ
とはない。
剤ガス供給マニホールド(２)を経て酸化剤室(18)に供給
され、水Ｈ２Ｏは、酸化剤極(16)を経て固体高分子電解
質膜(14)に浸透する一方、酸素Ｏ２は、上述の如く発電
反応に供されることになる。尚、酸化剤室(18)に供給さ
れる二酸化炭素ＣＯ２が電池の特性に悪影響を及ぼすこ
とはない。
【００３３】本実施例の固体高分子型燃料電池(１)にお
いては、酸化剤室(18)に、上述の如く水分を含む酸化剤
ガスが供給されて、その水分が酸化剤極(16)を経て固体
高分子電解質膜(14)に浸透するので、固体高分子電解質
膜(14)の乾燥を防止することが出来る。又、酸化剤室(1
8)には、有機性不純物の分解された酸化剤ガスが供給さ
れるので、従来の燃料電池の如く、酸化剤ガス中の有機
性不純物が酸化剤極(16)に到達して電極触媒反応を阻害
することはなく、電池電圧が低下することはない。又、
燃料室(17)から排出される未反応燃料ガスが燃焼器(３)
に供給されて再利用されるので、未反応燃料ガスを廃棄
していた従来の燃料電池よりも総合効率が向上する。
いては、酸化剤室(18)に、上述の如く水分を含む酸化剤
ガスが供給されて、その水分が酸化剤極(16)を経て固体
高分子電解質膜(14)に浸透するので、固体高分子電解質
膜(14)の乾燥を防止することが出来る。又、酸化剤室(1
8)には、有機性不純物の分解された酸化剤ガスが供給さ
れるので、従来の燃料電池の如く、酸化剤ガス中の有機
性不純物が酸化剤極(16)に到達して電極触媒反応を阻害
することはなく、電池電圧が低下することはない。又、
燃料室(17)から排出される未反応燃料ガスが燃焼器(３)
に供給されて再利用されるので、未反応燃料ガスを廃棄
していた従来の燃料電池よりも総合効率が向上する。
【００３４】次に、本発明の効果を確認するために行な
った実験の結果について説明する。電池セルの作製 白金触媒をカーボン粉末に担持させたものにナフィオン
溶液及びポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)を夫々
２０％混合して触媒剤を調製し、該触媒剤をカーボンペ
ーパーに塗布して、燃料極及び酸化剤極(共に１辺５ｃ
ｍの正方形、厚さ２００μｍ)を形成した。そして、燃
料極と酸化剤極の間に、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(１辺７ｃｍの正方形)を
挟んで、１５０℃、５０ｋｇ／ｃｍ２、６０ｓｅｃの条
件下でこれらをホットプレスして互いに接合させた。こ
の様にして作製した電極部を電池セルに組み込んだ。電池電圧の測定 上記電池セルを、下記の条件で運転して、電池電圧の測
定を行なった。 ［条件］ 電流密度０.５Ａ／ｃｍ２ セル温度８０℃ 燃料利用率４０％ 酸化剤(空気)利用率４０％
った実験の結果について説明する。電池セルの作製 白金触媒をカーボン粉末に担持させたものにナフィオン
溶液及びポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)を夫々
２０％混合して触媒剤を調製し、該触媒剤をカーボンペ
ーパーに塗布して、燃料極及び酸化剤極(共に１辺５ｃ
ｍの正方形、厚さ２００μｍ)を形成した。そして、燃
料極と酸化剤極の間に、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(１辺７ｃｍの正方形)を
挟んで、１５０℃、５０ｋｇ／ｃｍ２、６０ｓｅｃの条
件下でこれらをホットプレスして互いに接合させた。こ
の様にして作製した電極部を電池セルに組み込んだ。電池電圧の測定 上記電池セルを、下記の条件で運転して、電池電圧の測
定を行なった。 ［条件］ 電流密度０.５Ａ／ｃｍ２ セル温度８０℃ 燃料利用率４０％ 酸化剤(空気)利用率４０％
【００３５】実験結果 上記電池電圧の測定結果を表１に示す。
【表１】
【００３６】実施例１〜１５においては、空気に不純物
を混入し、更に燃料排ガスを混入して得られた混合空気
を酸化剤極に供給した。不純物は、４０℃のケロシンに
空気を吹き付けたときのケロシンの蒸発量と同一の量だ
け、空気に混入した。ここで、実施例１〜１５は、燃料
排ガスの混入量を種々変化させて水素濃度を変化させ、
各水素濃度における電池電圧の測定結果を表わしてい
る。尚、水素濃度は、不純物混入後の空気及び燃料排ガ
スの総体積に対する水素ガスの体積濃度で定義される。
実施例１及び１５は、空気に不純物を混入し、更に燃料
排ガスを混入して得られたものを、燃焼触媒に接触させ
た後、酸化剤極に供給した。
を混入し、更に燃料排ガスを混入して得られた混合空気
を酸化剤極に供給した。不純物は、４０℃のケロシンに
空気を吹き付けたときのケロシンの蒸発量と同一の量だ
け、空気に混入した。ここで、実施例１〜１５は、燃料
排ガスの混入量を種々変化させて水素濃度を変化させ、
各水素濃度における電池電圧の測定結果を表わしてい
る。尚、水素濃度は、不純物混入後の空気及び燃料排ガ
スの総体積に対する水素ガスの体積濃度で定義される。
実施例１及び１５は、空気に不純物を混入し、更に燃料
排ガスを混入して得られたものを、燃焼触媒に接触させ
た後、酸化剤極に供給した。
【００３７】比較例１においては、空気に不純物を混入
せず、空気に燃料排ガスのみを混入して得られたもの
を、燃焼触媒に接触させることなく、酸化剤極に供給し
た。比較例２においては、空気に不純物及び燃料排ガス
を混入しないで、空気のみを、燃焼触媒に接触させるこ
となく、酸化剤極に供給した。
せず、空気に燃料排ガスのみを混入して得られたもの
を、燃焼触媒に接触させることなく、酸化剤極に供給し
た。比較例２においては、空気に不純物及び燃料排ガス
を混入しないで、空気のみを、燃焼触媒に接触させるこ
となく、酸化剤極に供給した。
【００３８】表１の結果から明らかなように、実施例６
〜９及び実施例１５において、比較例１及び２以上の高
い電池電圧が得られている。特に、実施例７、８及び１
５においては、６１０ｍＶ以上の高い電池電圧が得られ
ている。これは、燃料排ガスに含まれる水素ガスと空気
に含まれる酸素ガスとの燃焼反応によって固体高分子電
解質膜の湿潤に十分な水が生成されると共に、空気に含
まれる不純物が酸素ガスとの燃焼反応によって確実に分
解されたためと考えられる。又、実施例６〜９及び実施
例１５においては、燃料排ガスを混入する前の空気に含
まれる酸素ガスの体積濃度と燃料排ガスを混入した後の
空気に含まれる酸素ガスの体積濃度の差は、５ｖｏｌ％
以下であった。従って、発電反応に十分な酸素が酸化剤
極に供給されたためとも考えられる。以上の結果から、
水素濃度は、４.０ｖｏｌ％〜１０ｖｏｌ％以下の範囲
に設定することが望ましいと言える。
〜９及び実施例１５において、比較例１及び２以上の高
い電池電圧が得られている。特に、実施例７、８及び１
５においては、６１０ｍＶ以上の高い電池電圧が得られ
ている。これは、燃料排ガスに含まれる水素ガスと空気
に含まれる酸素ガスとの燃焼反応によって固体高分子電
解質膜の湿潤に十分な水が生成されると共に、空気に含
まれる不純物が酸素ガスとの燃焼反応によって確実に分
解されたためと考えられる。又、実施例６〜９及び実施
例１５においては、燃料排ガスを混入する前の空気に含
まれる酸素ガスの体積濃度と燃料排ガスを混入した後の
空気に含まれる酸素ガスの体積濃度の差は、５ｖｏｌ％
以下であった。従って、発電反応に十分な酸素が酸化剤
極に供給されたためとも考えられる。以上の結果から、
水素濃度は、４.０ｖｏｌ％〜１０ｖｏｌ％以下の範囲
に設定することが望ましいと言える。
【００３９】又、実施例７と実施例１５との間では、混
合空気を燃焼触媒に接触させた実施例１５において、燃
焼触媒に接触させなかった実施例７に比べて高い電池電
圧が得られている。これは、燃焼触媒によって燃焼反応
が活性化されたためと考えられる。
合空気を燃焼触媒に接触させた実施例１５において、燃
焼触媒に接触させなかった実施例７に比べて高い電池電
圧が得られている。これは、燃焼触媒によって燃焼反応
が活性化されたためと考えられる。
【００４０】又、実施例２〜５及び実施例１０〜１４に
おいては、比較例１に比べて高い電池電圧が得られてい
るものの、比較例２に比べて高い電池電圧は得られてい
ない。これは、実施例２〜５においては、水素濃度が低
く、燃料排ガスに含まれる水素ガスと空気に含まれる酸
素ガスとの燃焼反応、及び空気に含まれる不純物と酸素
ガスとの燃焼反応が不十分であったためと考えられる。
一方、実施例１０〜１４においては、空気に含まれる酸
素ガスの殆どが燃焼反応に消費されて、酸化剤極に供給
される酸素の量が減少したためと考えられる。
おいては、比較例１に比べて高い電池電圧が得られてい
るものの、比較例２に比べて高い電池電圧は得られてい
ない。これは、実施例２〜５においては、水素濃度が低
く、燃料排ガスに含まれる水素ガスと空気に含まれる酸
素ガスとの燃焼反応、及び空気に含まれる不純物と酸素
ガスとの燃焼反応が不十分であったためと考えられる。
一方、実施例１０〜１４においては、空気に含まれる酸
素ガスの殆どが燃焼反応に消費されて、酸化剤極に供給
される酸素の量が減少したためと考えられる。
【図１】本発明の固体高分子型燃料電池の外観を表わす
斜視図である。
斜視図である。
【図２】上記固体高分子型燃料電池における発電反応及
び燃焼反応を説明するための模式図である。
び燃焼反応を説明するための模式図である。
【図３】従来の固体高分子型燃料電池の外観を表わす斜
視図である。
視図である。
【図４】上記固体高分子型燃料電池の発電原理を説明す
るための模式図である。
るための模式図である。
(１) 燃料電池 (10) 電池セル (11) 燃料ガス供給用貫通孔 (12) 燃料ガス排出用貫通孔 (13) 酸化剤ガス供給溝 (14) 固体高分子電解質膜 (15) 燃料極 (16) 酸化剤極 (17) 燃料室 (18) 酸化剤室 (19) 外部回路 (２) 酸化剤ガス供給マニホールド (３) 燃焼器 (４) 燃料ガス配管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 礒野 隆博 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 松林 孝昌 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 三宅 泰夫 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 米津 育郎 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 西尾 晃治 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H027 AA06 BC06 BC19 KK31
Claims (4)
- 【請求項１】 燃料極(15)と酸化剤極(16)の間に固体高
分子電解質膜(14)を介在させて構成される少なくとも１
つの電池セル(10)を具え、水素を含む燃料ガスを燃料極
(15)に供給すると共に、酸化剤ガスを酸化剤極(16)に供
給して、電池セル(10)に電力を発生させる固体高分子型
燃料電池において、 電池セル(10)から排出される未反応燃料ガスと、酸化剤
極(16)に供給すべき全ての酸化剤ガスとを燃焼器(３)へ
導入し、前記酸化剤ガスに含まれる酸素の一部を消費し
て、未反応燃料ガスを燃焼させると共に前記酸化剤ガス
に含まれる不純物を燃焼させ、燃焼器(３)から排出され
る酸化剤ガスを酸化剤極(16)へ供給することを特徴とす
る固体高分子型燃料電池。 - 【請求項２】 燃焼器(３)には、外部から酸化剤ガスを
取り入れるためのガス供給口が開設されると共に、電池
セル(10)から排出される未反応燃料ガスを燃焼器(３)に
導く燃料ガス配管(４)と、燃焼器(３)から排出される酸
化剤ガスを酸化剤極(16)に供給する酸化剤ガス供給マニ
ホールド(２)とが接続されている請求項１に記載の固体
高分子型燃料電池。 - 【請求項３】 燃焼器(３)に供給される酸化剤ガス及び
未反応燃料ガスの総体積に対する水素ガスの体積濃度
は、４.０ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下である請求項
１又は請求項２に記載の固体高分子型燃料電池。 - 【請求項４】 燃焼器(３)は、触媒によって、未反応燃
料ガス及び不純物の前記燃焼反応を活性化させるもので
ある請求項１乃至請求項３の何れかに記載の固体高分子
型燃料電池。
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