JP2000260459A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電解質層としての高分子膜の一方の面に酸素
極を備え、且つ、他方の面に燃料極を備えたセルが設け
られ、高分子膜を湿らせるための水をセルに循環供給す
る循環供給経路が設けられた燃料電池において、製造コ
ストを低減しながら、高分子膜に不純イオンが付着する
ことに起因した発電性能の低下を更に抑制する。 【解決手段】 循環供給経路Ｌを通流する水に含有され
ている不純イオンを除去する不純イオン除去手段Ｐが設
けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電解質層としての
高分子膜の一方の面に酸素極を備え、且つ、他方の面に
燃料極を備えたセルが設けられ、前記高分子膜を湿らせ
るための水を前記セルに循環供給する循環供給経路が設
けられた燃料電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】高分子膜を電解質層として備えたセルが
設けられた、所謂、高分子型の燃料電池においては、高
分子膜にイオン導電性を持たせるために、高分子膜を湿
らせる必要がある。そこで、循環供給経路を通じて、高
分子膜を湿らせるための水をセルに循環供給するように
している。ところで、高分子膜に、鉄、ニッケル等の不
純イオンが付着すると、高分子膜のイオン導電性が低下
して、発電性能が低下するという問題がある。不純イオ
ンがセルに侵入するのを防止するには、循環供給経路に
おける通流経路の全長にわたって、循環供給経路を通流
する水分が接する部分をテフロン等の樹脂で形成すれば
良い。しかしながら、循環供給経路の通流経路全長にわ
たって、通流する水分が接する部分を金属材料を一切用
いずに樹脂で形成するのは、加工が極めて複雑になり実
用的ではない。そこで、従来は、循環供給経路におい
て、その通流経路の極力長い範囲を樹脂で形成するよう
にして、金属材料で形成する範囲を極力短くするように
していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来で
は、極力長い通流経路にわたって、循環供給経路を樹脂
で形成するようにしているため、材料費が高くなるとと
もに、加工が複雑になるため加工費が高くなり、これら
が相俟って、製造コストが高くなるという問題があっ
た。しかも、循環供給経路において、その通流経路の一
部には、通流する水分が接する部分が金属材料で形成さ
れる部分が残っているため、高分子膜に不純イオンが付
着することに起因した発電性能の低下を抑制する面にお
いても、改善の余地があった。

【０００４】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、製造コストを低減しながら、高
分子膜に不純イオンが付着することに起因した発電性能
の低下を更に抑制することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載の特徴構成によれば、前記循環供給経路
を通流する水に含有されている不純イオンを除去する不
純イオン除去手段が設けられている。従って、循環供給
経路を通流する水に不純イオンが含有されていても、不
純イオン除去手段によって水から不純イオンが除去され
る。そこで、循環供給経路において、通流する水分が接
する部分を樹脂で形成する範囲を短くして、材料費を低
減すると共に加工を簡単にして加工費を低減して、製造
コストを低減したり、あるいは、通流経路の全長にわた
って、金属にて形成して、製造コストを更に低減して
も、不純イオン除去手段によって、不純イオンが高分子
膜に付着するのを抑制することができるので、発電性能
の低下を従来に比べて抑制することができるようになっ
た。

【０００６】〔請求項２記載の発明〕請求項２に記載の
特徴構成によれば、前記不純イオン除去手段が、前記循
環供給経路における、前記セルに対する供給側の端部に
設けられている。従って、循環供給経路において、不純
イオン除去手段よりも下流側の部分を極力短くしたり、
あるいは、無くしたりすることができるので、不純イオ
ンが高分子膜に付着するのを更に抑制することができ
て、発電性能の低下を更に抑制することができるように
なった。

【０００７】〔請求項３記載の発明〕請求項３に記載の
特徴構成によれば、前記不純イオン除去手段が、前記循
環供給経路を通流する水に漬される状態で設けられた一
対の電極と、それら一対の電極に直流電圧を印加する電
圧印加手段を備えて構成されている。従って、一対の電
極間に入って来た不純イオンを、陰極側の電極に析出さ
せて、水から不純イオンを除去することができる。電極
は、カーボンや金属等で簡単に形成することができるの
で、低価格であり、又、耐熱性に優れているので、耐熱
性の面で、循環供給経路における設置場所に制限を受け
ない。又、一対の電極間には、電流はほとんど流れず、
消費エネルギーは極めて少ないので、ランニングコスト
を極めて安くすることができる。ちなみに、不純イオン
除去手段は、例えば、イオン交換樹脂にて構成すること
ができるが、イオン交換樹脂は、高価であり、前記の電
極に比べて耐熱性が劣るので、耐熱性の面で、循環供給
経路における設置場所に制限を受ける。又、イオン交換
樹脂の交換等に要するメンテナンスコストが高くなり、
ランニングコストが高くなる。従って、請求項３に記載
の特徴構成によれば、不純イオン除去手段を設けるにし
ても、耐熱性の面で設置場所に制限を受けず、しかも、
コスト面においても一層有利なものにすることができ
る。

【０００８】〔請求項４記載の発明〕請求項４に記載の
特徴構成によれば、前記一対の電極のうちの一方が、筒
状に形成されるとともに、前記循環供給経路における通
流方向での一部を形成すべく設けられ、他方が、前記筒
状の電極の内方に設けられている。従って、筒状の電極
とその内方の電極との間に、水の環状通流路が形成さ
れ、その環状通流路の内周側と外周側とにわたって電圧
を印加することができるので、不純イオン除去手段の外
形形状をコンパクトにしながら、効率よく不純イオンを
除去することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態を説明する。燃料電池は、図１及び図４に示
すように、電解質層としての高分子膜１の一方の面に酸
素極２を備え且つ他方の面に燃料極３を備えた複数のセ
ルＣを、酸素極側流路、燃料極側流路及び冷却水流路を
備える状態で積層したセルスタックＮＣと、各セルＣの
酸素極側流路に酸素極側の発電反応用ガス（以下、酸素
極側ガスと略記する）として空気を供給する送風機１１
と、各セルＣの燃料極側流路に供給する燃料極側の発電
反応用ガス（以下、燃料極側ガスと略記する）としての
水素含有ガスを生成するガス生成部Ｒと、高分子膜１を
湿らせるための水を各セルＣに循環供給する循環供給経
路Ｌと、その循環供給経路Ｌに設けた冷却水ポンプ２６
を主な構成要素として備えて構成してある。

【００１０】本発明においては、循環供給経路Ｌに、そ
の循環供給経路Ｌを通流する水に含まれる不純イオンを
除去する不純イオン除去手段Ｐを設けてある。

【００１１】図４ないし図８に基づいて、セルスタック
ＮＣについて説明を加える。先ず、セルＣについて説明
する。セルＣは、高分子膜１の一方の面に酸素極２、集
電板４及び酸素極側セパレータ５を配置し、且つ、他方
の面に燃料極３、集電板４及び燃料極側セパレータ６を
配置して構成してある。そして、そのようなセルＣの複
数を、積層状態に並置し、並びに、積層方向の両端部夫
々に電力取り出し用の集電部７を設けて、セルスタック
ＮＣを構成してある。

【００１２】酸素極側セパレータ５は、酸素極２側の面
に、酸素極側ガスを通流させる酸素極側流路を形成する
酸素極側ガス通流溝５ｓを形成し、反対側の面に、冷却
水流路を形成する冷却水通流溝５ｗを形成してある。燃
料極側セパレータ６は、燃料極３側の面に、燃料極側ガ
スを通流させる燃料極側流路を形成する燃料極側ガス通
流溝６ｆを形成し、反対側の面に、酸素極側セパレータ
５の冷却水通流溝５ｗと面対称となる冷却水流路形成用
の冷却水通流溝６ｗを形成してある。

【００１３】更に、高分子膜１、酸素極側セパレータ５
及び燃料極側セパレータ６の夫々には、それらを重ねた
ときに夫々が積層方向に連なる状態で、厚さ方向に貫通
する６個の孔１ｈ，５ｈ，６ｈを形成してある。積層方
向視において、高分子膜１、酸素極側セパレータ５及び
燃料極側セパレータ６の夫々に形成する６個の孔１ｈ，
５ｈ，６ｈのうち、２個は酸素極側ガス通流溝５ｓの通
流経路の両端部に各別に重なり、別の２個は燃料極側ガ
ス通流溝６ｆの通流経路の両端部に各別に重なり、残り
の２個は冷却水通流溝５ｗ，６ｗの通流経路の両端部に
各別に重なる。

【００１４】従って、セルスタックＮＣには、高分子膜
１、酸素極側セパレータ５及び燃料極側セパレータ６夫
々の孔１ｈ，５ｈ，６ｈが積層方向に連なって形成され
る通路が６本形成されるが、それらのうちの２本は、各
酸素極側ガス通流溝５ｓの通流経路の両端部に各別に連
通し、別の２本は、各燃料極側ガス通流溝６ｓの通流経
路の両端部に各別に連通し、残りの２本は、各冷却水通
流溝５ｗ，６ｗの通流経路の両端部に各別に連通してい
る。尚、各酸素極側ガス通流溝５ｓの通流経路の両端部
に各別に連通する２本の通路を、酸素極側連通路Ｔｓ
と、各燃料極側ガス通流溝６ｆの通流経路の両端部に各
別に連通する２本の通路を燃料極側連通路Ｔｆと、各冷
却水通流溝５ｗ，６ｗの通流経路の両端部に各別に連通
する２本の通路を冷却水側連通路Ｔｗと夫々称する。

【００１５】高分子膜１は、フッ素樹脂系のイオン交換
膜（ナフィオン等）にて形成してある。酸素極２はカー
ボンから成る多孔状の導電材にて形成し、白金から成る
電極触媒を担持してあり、燃料極３はカーボンから成る
多孔状の導電材にて形成し、白金とルテニウムの合金か
ら成る電極触媒を担持してある。集電板４は、多孔状の
カーボンペーパ等にて形成し、酸素極側セパレータ５は
カーボン等から成る気密性の導電材により形成し、燃料
極側セパレータ６は、カーボン等から成る多孔状の導電
材にて形成してある。そして、冷却水通流溝５ｗ，６ｗ
にて形成される冷却水流路を通流する冷却水の圧力が、
燃料極側ガス通流溝６ｆにて形成される燃料極側流路を
通流する燃料極側ガスの圧力よりも高くなるようにし
て、図９にも示すように、冷却水流路を通流する冷却水
の一部を燃料極側流路側に燃料極側セパレータ６を通過
させ、そのように燃料極側セパレータ６を通過させた水
によって高分子膜１を湿らせるようにしてある。

【００１６】更に、図８に示すように、セルスタックＮ
Ｃの積層方向の両端部夫々に端板９を設けてある。一方
の端板９には、２本の酸素極側連通路Ｔｓのうちの一方
の端部に連通接続する酸素極側ガス用接続部８ｓ、２本
の燃料極側連通路Ｔｆのうちの一方の端部に連通接続す
る燃料極側ガス用接続部８ｆ、及び、２本の冷却水連通
路Ｔｗのうちの一方の端部に連通接続する冷却水用接続
部８ｗを備えてある。又、他方の端板９には、２本の酸
素極側連通路Ｔｓのうちの他方の端部に連通接続する酸
素極側ガス用接続部８ｓ、２本の燃料極側連通路Ｔｆの
うちの他方の端部に連通接続する燃料極側ガス用接続部
８ｆ、及び、２本の冷却水連通路Ｔｗのうちの他方の端
部に連通接続する冷却水用接続部８ｗを備えてある。

【００１７】尚、２個の酸素極側ガス用接続部８ｓのう
ち、一方は酸素極側ガスの供給用として、他方は酸素極
側ガスの排出用として用い、２個の燃料極側ガス用接続
部８ｆのうち、一方は燃料極側ガスの供給用として、他
方は燃料極側ガスの排出用として用い、並びに、２個の
冷却水用接続部８ｗのうち、一方は冷却水の供給用とし
て、他方は冷却水の排出用として用いる。

【００１８】そして、供給用の酸素極側ガス用接続部８
ｓから酸素極側ガスを、供給用の燃料極側ガス用接続部
８ｆから燃料極側ガスを、並びに、供給用の冷却水用接
続部８ｗから冷却水を夫々供給する。すると、酸素極側
ガスは、各図中において実線矢印にて示すように、一方
の酸素極側連通路Ｔｓから各セルＣの酸素極側流路に供
給され、酸素極側流路を通流してから、他方の酸素極側
連通路Ｔｓに流出し、その酸素極側連通路Ｔｓを通流し
て排出用の酸素極側ガス用接続部８ｓから排出される。
又、冷却水は、各図中において一点鎖線矢印にて示すよ
うに、一方の冷却水連通路Ｔｗから各セルＣの冷却水流
路に供給されて、冷却水流路を通流し、その一部は燃料
極側セパレータ６を燃料極側流路側に通過し（図８及び
図９参照）、残部が他方の冷却水連通路Ｔｗに流出し、
その冷却水連通路Ｔｗを通流して排出用の冷却水用接続
部８ｗから排出される。又、燃料極側ガスは、各図中に
おいて二点鎖線矢印にて示すように、一方の燃料極側連
通路Ｔｆから各セルＣの燃料極側流路に供給されて、燃
料極側流路を通流し、燃料極側セパレータ６を通過して
きた冷却水とともに、他方の燃料極側連通路Ｔｆに流出
し、冷却水と共に、その燃料極側連通路Ｔｆを通流して
排出用の燃料極側ガス用接続部８ｆから排出される。

【００１９】そして、各セルＣにおいては、燃料極側セ
パレータ６を燃料極側流路に通過してきた冷却水によっ
て高分子膜１が湿らされる状態で、酸素極側ガス中の酸
素と燃料極側ガス中の水素との電気化学反応により発電
される。又、冷却水の通流により、各セルＣの温度が所
定の温度に維持される。

【００２０】尚、各セルＣの酸素極側流路を通流して、
酸素極側ガス用接続部８ｓから排出される酸素極側ガス
には、各セルＣでの発電反応により生じた水蒸気が含ま
れている。詳細は後述するが、排出用の冷却水用接続部
８ｗから排出される水、排出用の酸素極側ガス用接続部
８ｓから排出される酸素極側ガスから回収した水、及
び、排出用の燃料極側ガス用接続部８ｆから排出される
水を、循環供給経路Ｌを通じて、供給用の冷却水用接続
部８ｗから各セルＣに冷却用並びに高分子膜１の加湿用
として循環供給するようにしてある。

【００２１】図１に示すように、供給用の酸素極側ガス
用接続部８ｓに酸素極側ガスとして空気を供給すべく、
送風機１１と供給用の酸素極側ガス用接続部８ｓとを酸
素極側ガス供給路１２にて接続してある。ガス生成部Ｒ
にて生成された水素含有ガスを燃料極側ガスとして供給
用の燃料極側ガス用接続部８ｆに供給すべく、ガス生成
部Ｒと供給用の燃料極側ガス用接続部８ｆとを燃料極側
ガス供給路１３にて接続してある。

【００２２】図１に示すように、ガス生成部Ｒは、原燃
料供給路１４を通じて供給される原燃料ガスとしての天
然ガスを脱硫処理する脱硫器１５、その脱硫器１５から
排出される脱硫原燃料ガスと水蒸気路１６を通じて供給
される水蒸気とを改質処理して水素ガスと一酸化炭素ガ
スを生成する改質器１７、その改質器１７から排出され
るガス中の一酸化炭素ガスと水蒸気とを変成処理して水
素ガスと二酸化炭素ガスを生成する変成器１８、及び、
その変成器１８から排出されるガス中から一酸化炭素ガ
スを除去するＣＯ除去器１９を備えて構成してある。そ
して、一酸化炭素ガスの含有量の少ない水素含有ガスを
生成するように構成してある。改質器１７には、改質反
応用の熱を与えるためのバーナ１７ｂを備えてある。
尚、ＣＯ除去器１９は、一酸化炭素ガスのみを選択的に
酸化するように構成したり、一酸化炭素ガスのみを選択
的にメタン化するように構成する。

【００２３】次に、図１に基づいて、循環供給経路Ｌに
ついて説明を加える。循環供給経路Ｌは、水蒸気を凝結
させて水を回収する凝結器２０、その凝結器２０の気相
部と排出用の酸素極側ガス用接続部８ｓとを接続する酸
素極側ガス排出路２１、前記気相部と排出用の冷却水用
接続部８ｗとを接続する冷却水排出路２２、前記気相部
と排出用の燃料極側ガス用接続部８ｆとを接続すると共
に、途中に気液分離器２３を介装した燃料極側ガス排出
路２４、及び、凝結器２０の液相部と供給用の冷却水用
接続部８ｗとを接続する冷却水供給路２５を備えて構成
してある。

【００２４】凝結器２０、酸素極側ガス排出路２１、冷
却水排出路２２、気液分離器２３、燃料極側ガス排出路
２４及び冷却水供給路２５等、循環供給経路Ｌを構成す
る各種部材は、ステンレス等の金属材料にて形成してあ
る。

【００２５】不純イオン除去手段Ｐは、冷却水供給路２
５における供給用の冷却水用接続部８ｗ側の端部に位置
させて、即ち、循環供給経路Ｌにおける、セルＣに対す
る供給側の端部に設けてある。又、冷却水供給路２５
に、冷却水ポンプ２６を設けてある。

【００２６】又、気液分離器２３で分離された燃料極側
ガスを改質装置１７のバーナ１７ｂに供給すべく、気液
分離器２３の気相部とバーナ１７ｂとを燃焼用ガス路２
７にて接続し、並びに、凝結器２０で分離された空気を
バーナ１７ｂに供給すべく、凝結器２０の気相部とバー
ナ１７ｂとを燃焼用空気路２８にて接続してある。更
に、凝結器２０を通じて純水を冷却水として補給すべ
く、純水タンク２９と凝結器２０とを補給水路３０にて
接続してある。

【００２７】図２及び図３に基づいて、不純イオン除去
手段Ｐについて説明を加える。不純イオン除去手段Ｐ
は、冷却水供給路２５を通流する水に漬される状態で設
けた一対の電極３１，３２と、それら一対の電極３１，
３２に直流電圧を印加する電圧印加手段としての電池３
３を備えて構成してある。尚、電池３３により、一対の
電極３１，３２間に１Ｖ程度の直流電圧を印加する。陽
極側の電極３１は、円筒状に形成すると共に、循環供給
経路Ｌにおける通流方向での一部を形成すべく、冷却水
供給路２５を形成する管路の途中に接続した円筒状のケ
ーシング３４に内嵌して設け、陰極側の電極３２は、丸
棒状に形成すると共に、円筒状の電極３１の内方に同心
状に設けてある。陽極側の電極３１は、カーボンにて形
成し、陰極側の電極３２は、カーボンの表面に白金をメ
ッキして形成してある。

【００２８】つまり、排出用の冷却水用接続部８ｗから
排出された冷却水を冷却水排出路２２を通じて凝結器２
０に供給して、その液相部で貯留し、排出用の酸素極側
ガス用接続部８ｓから排出された酸素極側ガスを酸素極
側ガス排出路２１を通じて凝結器２０の気相部に供給し
て、そこで酸素極側ガス中に含まれる水蒸気を凝結させ
て、その凝結水を液相部で貯留し、排出用の燃料極側ガ
ス用接続部８ｆから排出された燃料極側ガスと冷却水を
気液分離器２３で気液分離して、冷却水を燃料極側ガス
排出路２４を通じて凝結器２０に供給して、その液相部
で貯留し、並びに、凝結器２０に貯留されている冷却水
を冷却水ポンプ２６によって冷却水供給路２５を通じ
て、供給用の冷却水用接続部８ｗに圧送して、各セルＣ
に供給するのである。そして、冷却水供給路２５を通流
する水に含まれる不純金属イオンを、陰極側の電極３２
に析出させることにより、冷却水供給路２５を通流する
水から不純金属イオンを除去する。

【００２９】気液分離器２３で分離された燃料極側ガス
を燃焼用ガス路２７にて改質装置１７のバーナ１７ｂに
供給し、並びに、凝結器２０で分離された空気を燃焼用
空気路２８にてバーナ１７ｂに供給し、バーナ１７ｂに
おいて、各セルＣから排出された燃料極側ガスを各セル
Ｃから排出された酸素極側ガスにより燃焼させて、改質
反応用の熱を与えるのである

【００３０】次に、循環供給経路Ｌに不純イオン除去手
段Ｐを設けることにより、循環供給経路Ｌを金属材料で
形成しても、発電性能の低下を抑制できることを検証し
た結果を、下記に説明する。電極有効面積が１００ｃｍ
² の上述の如きセルＣの１０個を、上述の如く積層して
セルスタックＮＣを形成し、循環供給経路Ｌを構成する
各種部材をステンレス（ＳＵＳ３１６）を用いて形成し
て、燃料電池を構成した。そして、不純イオン除去手段
Ｐを設けない場合と、上述の如き不純イオン除去手段Ｐ
を設けた場合とにおいて、発電電圧（１セル当たりの平
均発電電圧）の経時変化を比較した。酸素極側ガスとし
て空気を、並びに、燃料極側ガスとして、水素が７５
％、二酸化炭素が２５％の組成の水素含有ガスを、夫
々、空気利用率が３０％に、並びに、水素利用率が８０
％になるように供給し、セル温度が７０°Ｃ、電流密度
が３００ｍＡ／ｃｍ² の発電条件で作動させた。

【００３１】不純イオン除去手段Ｐを設けない場合は、
初期は６５３ｍＶであったが、５００時間後では６００
ｍＶになり、初期に対して８．１％程度低下した。これ
に対して、不純イオン除去手段Ｐを設けた場合は、初期
は６５１ｍＶであったが、５００時間後では６４５ｍＶ
であり、初期に対して０．９％程度の低下にとどまり、
不純イオン除去手段Ｐを設けることにより、発電性能の
低下を抑制できることが検証できた。

【００３２】〔別実施形態〕次に別実施形態を説明す
る。 （イ） 一対の電極３１，３２のうち、陰極側の電極３
２を取り外し自在に構成しておくと、メンテナンスが楽
になる。

【００３３】（ロ） 循環供給経路Ｌにおける不純イオ
ン除去手段Ｐの設置箇所は、水が存在している箇所であ
ればどこでも良く、例えば、凝結器２０の液相部でも良
い。又、複数の不純イオン除去手段Ｐを循環供給経路Ｌ
の各部に分散させて設けても良い。この場合、不純イオ
ンの除去性能が一層向上する。

【００３４】（ハ） 不純イオン除去手段Ｐを構成する
一対の電極３１，３２の形状や配置形態は、上記の実施
形態に例示した形状や配置形態に限定されるものではな
い。例えば、平板状のものを対向配置しても良い。又、
３枚以上の平板状の電極を対向配置し、陽極と陰極が交
互に存在するように直流電圧を印加するように構成して
も良い。

【００３５】（ニ） 上記の実施形態においては、循環
供給経路Ｌを形成するに当たっては、排出用の冷却水用
接続部８ｗから排出された冷却水、排出用の酸素極側ガ
ス用接続部８ｓから排出された酸素極側ガスから回収し
た水、及び、排出用の燃料極側ガス用接続部８ｆから燃
料極側ガスとともに排出されてくる冷却水について、こ
れらの全てを循環供給するように構成する場合について
例示したが、これらのうちのいずれか一つ、又は、いず
れか二つを循環供給するように構成しても良い。

【００３６】（ホ） 循環供給経路Ｌは、その通流経路
の全長にわたって金属材料で形成すると、製造コストの
低減の効果が顕著となる。この場合は、不純イオン除去
手段Ｐは、循環供給経路Ｌにおいて、セルＣに対する供
給側の端部に極力近い位置に設けるのが好ましい。又、
循環供給経路Ｌにおいて、不純イオン除去手段Ｐの設置
位置に対して、上流側の部分は金属材料で形成し、下流
側の部分はテフロン等の樹脂で形成してもよい。この場
合は、不純イオン除去手段Ｐの設置箇所に制限を受けな
いようにしながら、製造コストの低減及び発電性能の低
下の抑制を図ることができる。

【００３７】（ヘ） 本発明は、セルスタックＮＣの外
部で加湿した燃料極側ガスや酸素極側ガスをセルスタッ
クＮＣに供給して、燃料極側ガスや酸素極側ガスに含ま
れる水分により高分子膜１を加湿する方式ではなく、水
を直接セルスタックＮＣに供給して、その水を用いて高
分子膜１を加湿する、所謂、内部加湿方式の燃料電池に
適用することができ、内部加湿方式の種類は問わない。
例えば、以下に説明するように構成した内部加湿方式の
燃料電池にも適用することができる。即ち、燃料極側セ
パレータ６は気密状に形成する。そして、高分子膜１の
一方の側に水の流路を、且つ、他方の側に燃料極側ガス
の流路を備えた燃料極側ガス加湿部と、高分子膜１の一
方の側に水の流路を、且つ、他方の側に酸素極側ガスの
流路を備えた酸素極側ガス加湿部とをセルスタックＮＣ
の積層方向の端部に設ける。更に、燃料極側ガス加湿部
及び酸素極側ガス加湿部の各水流路の流入側夫々を、排
出用の冷却水側連通路Ｔｗの終端部に連通接続し、燃料
極側ガス加湿部における燃料極側流路の流出部を、供給
用の燃料極側連通路Ｔｆの始端部に連通接続し、並び
に、酸素極側ガス加湿部における酸素極側流路の流出部
を、供給用の酸素極側連通路Ｔｓの始端部に連通接続す
る。そして、供給用の酸素極側ガス用接続部８ｓを前記
酸素極側ガス加湿部における酸素極側流路の流入部に対
して接続し、供給用の燃料極側ガス用接続部８ｆを前記
燃料極側ガス加湿部における燃料極側流路に対して接続
する。

【００３８】つまり、燃料極側ガス加湿部において、高
分子膜１を透過した水蒸気により、燃料極側ガスが加湿
され、そのように加湿された燃料極側ガスが、燃料極側
連通路Ｔｆを通じて各セルＣの燃料極側流路に供給され
て、各セルＣの高分子膜１が加湿される。並びに、酸素
極側ガス加湿部において、高分子膜１を透過した水蒸気
により、酸素極側ガスが加湿され、そのように加湿され
た酸素極側ガスが、酸素極側連通路Ｔｓを通じて各セル
Ｃの酸素極側流路に供給されて、各セルＣの高分子膜１
が加湿される。

【００３９】（ト） 上記の実施形態、及び、上記
（ヘ）の別実施形態においては、セルＣを冷却する冷却
水を、高分子膜１を加湿するための水として用いる場合
について例示した。これに代えて、高分子膜１を加湿す
るための水を、セルＣを冷却するための冷却水とは別に
供給するようにしても良い。

【００４０】（チ） 不純イオン除去手段Ｐを構成する
一対の電極３１，３２は、上記の実施形態において例示
した材料以外に、金、白金、ロジウム等種々の材料にて
形成することができる。 （リ） 不純イオン除去手段Ｐの具体構成は、上記の実
施形態において例示した構成に限定されるものではな
い。例えば、イオン交換樹脂にて構成しても良い。

【００４１】（ヌ） 燃料極側ガスとして用いる水素含
有ガスは、上記の実施形態において例示した天然ガス以
外に、アルコール等種々の炭化水素系の原料を改質処理
して生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかる燃料電池の全体構成
を示すブロック図

【図２】不純イオン除去手段の概略構成を示す斜視図

【図３】不純イオン除去手段における水通流方向に直交
する方向での断面図

【図４】セルの分解斜視図

【図５】セルスタックの要部の分解斜視図

【図６】セルスタックの要部の分解斜視図

【図７】セルスタックの要部の分解斜視図

【図８】セルスタックの全体概略構成を示す図

【図９】セルスタックの要部のセル積層方向での断面図

【符号の説明】

１ 高分子膜 ２ 酸素極 ３ 燃料極 ３１ 電極 ３２ 電極 ３３ 電圧印加手段 Ｃ セル Ｌ 循環供給経路 Ｐ 不純イオン除去手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 修 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 岡田 治 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 CC08 5H027 AA06 BA01 BA09 BA10 BA16 BA17 CC06

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解質層としての高分子膜の一方の面に
   酸素極を備え、且つ、他方の面に燃料極を備えたセルが
   設けられ、 前記高分子膜を湿らせるための水を前記セルに循環供給
   する循環供給経路が設けられた燃料電池であって、 前記循環供給経路を通流する水に含有されている不純イ
   オンを除去する不純イオン除去手段が設けられている燃
   料電池。
2. 【請求項２】 前記不純イオン除去手段が、前記循環供
   給経路における、前記セルに対する供給側の端部に設け
   られている請求項１記載の燃料電池。
3. 【請求項３】 前記不純イオン除去手段が、前記循環供
   給経路を通流する水に漬される状態で設けられた一対の
   電極と、それら一対の電極に直流電圧を印加する電圧印
   加手段を備えて構成されている請求項１又は２記載の燃
   料電池。
4. 【請求項４】 前記一対の電極のうちの一方が、筒状に
   形成されるとともに、前記循環供給経路における通流方
   向での一部を形成すべく設けられ、他方が、前記筒状の
   電極の内方に設けられている請求項３記載の燃料電池。