JP2000348751A - Solid high-polymer type fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子型燃料
電池システムに関する。The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell system.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の固体高分子型燃料電池システムを
図４に示す。燃料電池１は、供給される水素リッチなガ
ス（以下、燃料ガスとする）と空気などの酸化性ガスの
反応により、電力および熱を発生させる。燃料ガスは、
燃料処理装置２において、天然ガスなどの原料を水蒸気
を含む雰囲気下で加熱して生成される。2. Description of the Related Art A conventional polymer electrolyte fuel cell system is shown in FIG. The fuel cell 1 generates electric power and heat by a reaction between a supplied hydrogen-rich gas (hereinafter, referred to as fuel gas) and an oxidizing gas such as air. Fuel gas is
In the fuel processing device 2, the fuel gas is generated by heating a raw material such as natural gas in an atmosphere containing steam.
【０００３】燃料電池１の固体高分子電解質が乾燥して
劣化するのを抑制するため、燃料ガスおよび酸化性ガス
は、それぞれ燃料側加湿器３および酸化側加湿器６で加
湿された後、燃料電池１に供給される。燃料側加湿器３
は、燃料処理装置２において生成された燃料ガスに、水
タンク８から燃料側水ポンプ９によって供給される水を
噴霧する。このようにして加湿された燃料ガスが、燃料
電池１に供給される。他方、空気供給装置５より供給さ
れる酸化性ガスとしての空気は、酸化側加湿器６におい
て、水タンク８より酸化側水ポンプ１０によって供給さ
れる水の噴霧により加湿された後、燃料電池１に供給さ
れる。In order to prevent the solid polymer electrolyte of the fuel cell 1 from drying and deteriorating, the fuel gas and the oxidizing gas are humidified by the fuel humidifier 3 and the oxidizing humidifier 6, respectively. The battery 1 is supplied. Fuel side humidifier 3
Sprays water supplied by the fuel-side water pump 9 from the water tank 8 onto the fuel gas generated in the fuel processor 2. The humidified fuel gas is supplied to the fuel cell 1. On the other hand, the air as the oxidizing gas supplied from the air supply device 5 is humidified in the oxidizing humidifier 6 by spraying water supplied from the water tank 8 by the oxidizing water pump 10, and then the fuel cell 1 Supplied to
【０００４】このように、固体高分子型燃料電池システ
ムにおいては、水の供給が不可欠である。そこで、以下
のような機構を用いて、発電に用いられた水および発電
時に生成した水を回収し、新たな発電に用いていた。As described above, in the polymer electrolyte fuel cell system, the supply of water is indispensable. Therefore, using the following mechanism, the water used for power generation and the water generated during power generation are collected and used for new power generation.
【０００５】燃料側水回収器４は、燃料電池１より排出
された燃料ガスを冷却して、ガス中の水を凝縮させる。
得られた凝縮水は、水タンク８に回収される。燃料側水
回収器４により除湿された燃料ガスは、系外に排出され
る。酸化側水回収器７は、燃料電池１より排出された酸
化性ガスを冷却して、酸化性ガス中の水を凝縮させて除
去する。得られた凝縮水は、水タンク８に回収される。
酸化側水回収器７により除湿された空気は、系外に排出
される。The fuel-side water recovery unit 4 cools the fuel gas discharged from the fuel cell 1 and condenses water in the gas.
The obtained condensed water is collected in the water tank 8. The fuel gas dehumidified by the fuel-side water collector 4 is discharged out of the system. The oxidizing water recovery unit 7 cools the oxidizing gas discharged from the fuel cell 1 and condenses and removes water in the oxidizing gas. The obtained condensed water is collected in the water tank 8.
The air dehumidified by the oxidizing-side water recovery unit 7 is discharged out of the system.
【０００６】上記のような従来の固体高分子型燃料電池
システムにおいては、水を無補給でシステムを稼働させ
るのに充分な量の水を回収することができない。また、
水素利用率等の変動により生成水量が変動し、回収され
る水の量も変動する。そのため、回収した水は、新たな
酸化性ガスと燃料ガスの加湿にのみ使用され、燃料処理
装置２には、システム外より別途燃料改質用の水を補給
する必要があった。[0006] In the above-mentioned conventional polymer electrolyte fuel cell system, a sufficient amount of water cannot be recovered for operating the system without replenishing water. Also,
The amount of generated water fluctuates due to fluctuations in the hydrogen utilization rate and the like, and the amount of recovered water also fluctuates. Therefore, the recovered water is used only for humidifying the new oxidizing gas and fuel gas, and it is necessary to separately supply fuel reforming water to the fuel processor 2 from outside the system.
【０００７】燃料電池１の内部には、発電時に発生する
熱を取り除き、燃料電池１の温度を一定に保つために冷
却水を循環させる。冷却用ポンプ１２は、冷却配管１１
を通して水を循環させる。放熱器１３は、燃料電池１を
経由した冷却水の熱を外部に放出する。冷却配管１１に
は、放熱のため、熱伝導性に優れた金属製の配管や継手
が使用される。また、同じ理由で、放熱器１３はそのほ
とんどを金属製の部品によって構成される。従来より、
冷却水循環路を循環する冷却水としては、一般に不純物
の少ない蒸留水やイオン交換水が用いられている。しか
しながら、このように多くの金属部品で冷却水循環路が
構成されると、金属イオンが冷却水に溶出する。これに
より、冷却水の電気伝導率が上昇し、漏電等の問題が発
生しやすかった。Cooling water is circulated inside the fuel cell 1 in order to remove heat generated during power generation and keep the temperature of the fuel cell 1 constant. The cooling pump 12 includes a cooling pipe 11
Circulate water through. The radiator 13 releases the heat of the cooling water passing through the fuel cell 1 to the outside. As the cooling pipe 11, a metal pipe or a joint having excellent heat conductivity is used for heat radiation. Further, for the same reason, the radiator 13 is mostly constituted by metal parts. Conventionally,
As the cooling water circulating in the cooling water circulation path, distilled water or ion-exchanged water containing few impurities is generally used. However, when the cooling water circulation path is formed by many metal parts as described above, metal ions elute into the cooling water. As a result, the electrical conductivity of the cooling water increases, and problems such as electric leakage are likely to occur.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の固体
高分子型燃料電池システムが有する上記の問題点を解決
し、システムの運転に必要な水を自給することができる
固体高分子型燃料電池システムを提供することを目的と
する。また、システム内の水質を維持することができ、
長期にわたって性能を維持することができる固体高分子
型燃料電池システムを提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems of the conventional polymer electrolyte fuel cell system, and is capable of self-supplying water required for operation of the system. It is intended to provide a battery system. In addition, the water quality in the system can be maintained,
It is an object of the present invention to provide a polymer electrolyte fuel cell system capable of maintaining performance for a long time.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の固体高分子型燃
料電池システムは、原料を水蒸気を含む高温下で加熱し
て水素リッチな燃料ガスを生成する燃料生成手段と、燃
料ガスを加湿する燃料ガス加湿手段と、酸化性ガスを加
湿する酸化性ガス加湿手段と、加湿された燃料ガスおよ
び酸化性ガスを用いて発電する固体高分子型燃料電池
と、燃料電池より排出される酸化性ガスに含まれる水蒸
気を凝縮して回収する酸化側水回収手段と、燃料電池よ
り排出される燃料ガスを酸化して水蒸気を生成させる燃
料ガス酸化手段と、燃料電池より排出される燃料ガスに
含まれる水蒸気および燃料ガス酸化手段により生成した
水蒸気を凝縮して回収する燃料側水回収手段と、酸化側
水回収手段および燃料側水回収手段により回収された水
を燃料生成手段、燃料ガス加湿手段および酸化性ガス加
湿手段に供給する回収水循環手段とを備える。A polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention comprises a fuel generating means for heating a raw material at a high temperature containing steam to generate a hydrogen-rich fuel gas, and humidifying the fuel gas. Fuel gas humidifying means, oxidizing gas humidifying means for humidifying oxidizing gas, solid polymer fuel cell for generating electricity using humidified fuel gas and oxidizing gas, and oxidizing gas discharged from fuel cell An oxidizing water recovery means for condensing and recovering water vapor contained in the fuel cell; a fuel gas oxidizing means for oxidizing a fuel gas discharged from the fuel cell to generate water vapor; and a fuel gas discharged from the fuel cell. A fuel-side water collecting means for condensing and recovering steam generated by the steam and the fuel gas oxidizing means; and a fuel generating means, a fuel-generating means for collecting water collected by the oxidizing water collecting means and the fuel-side water collecting means. And a recovered water circulating means for supplying the gas humidifying means and the oxidative gas humidifying means.
【００１０】一般に固体高分子型燃料電池システムにお
いて、燃料電池に供給された燃料ガス中の水素のうち、
消費されるのはそのうちの一定量に過ぎず、それ以外の
水素は発電に用いられずに燃料電池より排出されたる。
たとえば、燃料電池の水素利用率が７０％である場合、
燃料ガスに含まれる水素のうち３０％は、そのまま燃料
電池より排出される。燃料電池より排出された燃料ガス
および酸化性ガスを冷却して得られた凝結水のみを回収
する従来の固体高分子型燃料電池システムにおいては、
水素利用率が７０％の場合、原料の水蒸気改質に必要な
量の１．４倍の水が回収されるにすぎない。これに対し
て、本発明の固体高分子型燃料電池システムのように燃
料電池より排出された燃料ガス中の水素を酸化する手段
を設けることで、システムの稼働に必要な水の全てすな
わち水素改質用の水および加湿用の水を確保することが
できる。また、燃料電池で消費されなかった水素も酸化
させるため、回収水の量は常に安定する。したがって水
の無補給でシステムを稼働させることが可能になる。In general, in a polymer electrolyte fuel cell system, of the hydrogen in the fuel gas supplied to the fuel cell,
Only a certain amount of the hydrogen is consumed, and the remaining hydrogen is not used for power generation but is discharged from the fuel cell.
For example, if the hydrogen utilization rate of the fuel cell is 70%,
30% of the hydrogen contained in the fuel gas is directly discharged from the fuel cell. In a conventional polymer electrolyte fuel cell system that recovers only condensed water obtained by cooling the fuel gas and oxidizing gas discharged from the fuel cell,
When the hydrogen utilization rate is 70%, only 1.4 times the amount of water required for the steam reforming of the raw material is recovered. On the other hand, by providing a means for oxidizing hydrogen in the fuel gas discharged from the fuel cell as in the polymer electrolyte fuel cell system of the present invention, all of the water necessary for operating the system, that is, hydrogen conversion, is provided. Water for quality and water for humidification can be secured. Further, since the hydrogen not consumed in the fuel cell is also oxidized, the amount of recovered water is always stable. Therefore, it is possible to operate the system without replenishing water.
【００１１】本発明の他の固体高分子型燃料電池システ
ムは、燃料ガスおよび酸化性ガスを用いて発電する固体
高分子型燃料電池と、固体高分子型燃料電池を放熱する
放熱手段とを備え、放熱手段が、固体高分子型燃料電池
内を経由する冷却水循環路と、冷却水循環路に冷却水を
循環させる手段と、冷却水を冷却する放熱部と、冷却水
に含まれる不純物を除去する冷却水処理部とを具備す
る。燃料電池の稼働中に発生する熱を除去するための冷
却水を循環させる流路には、放熱性、耐熱性等の観点か
ら、多くの金属部品が用いられている。そのため、冷却
水循環路に金属部品が存在すると、冷却水に金属イオン
等が溶出する。そこで、たとえばイオン交換樹脂フィル
タからなる冷却水処理部を設ける。冷却水処理部は、好
ましくは冷却水循環路の放熱部の下流に配する。Another polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention includes a polymer electrolyte fuel cell that generates power using a fuel gas and an oxidizing gas, and a heat radiating unit that radiates heat from the polymer electrolyte fuel cell. A heat radiating means for circulating cooling water through the polymer electrolyte fuel cell, a means for circulating cooling water in the cooling water circulating path, a heat radiating portion for cooling the cooling water, and removing impurities contained in the cooling water A cooling water treatment unit. Many metal components are used in a flow path for circulating cooling water for removing heat generated during operation of the fuel cell from the viewpoint of heat dissipation, heat resistance, and the like. Therefore, when metal parts are present in the cooling water circulation path, metal ions and the like are eluted into the cooling water. Therefore, a cooling water processing unit including, for example, an ion exchange resin filter is provided. The cooling water treatment section is preferably disposed downstream of the heat radiating section of the cooling water circulation path.
【００１２】本発明のさらに他の固体高分子型燃料電池
システムは、原料を水蒸気を含む高温下で加熱して水素
リッチな燃料ガスを生成する燃料生成手段と、燃料ガス
を加湿する燃料ガス加湿手段と、酸化性ガスを加湿する
酸化性ガス加湿手段と、加湿された燃料ガスおよび酸化
性ガスを用いて発電する固体高分子型燃料電池と、燃料
電池より排出される酸化性ガスに含まれる水蒸気を凝縮
して回収する酸化側水回収手段と、燃料電池より排出さ
れる燃料ガスに含まれる水蒸気を凝縮して回収する燃料
側水回収手段と、酸化側水回収手段および燃料側水回収
手段により回収された水に含まれる不純物を除去する回
収水処理部と、不純物が除去された回収水を燃料生成手
段、燃料ガス加湿手段および酸化性ガス加湿手段に供給
する回収水循環手段とを具備する。冷却水処理部は、好
ましくはイオン交換樹脂フィルタからなる。[0012] Still another polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention is a fuel generating means for heating a raw material at a high temperature including steam to generate a hydrogen-rich fuel gas, and a fuel gas humidifying unit for humidifying the fuel gas. Means, an oxidizing gas humidifying means for humidifying the oxidizing gas, a polymer electrolyte fuel cell for generating electricity using the humidified fuel gas and the oxidizing gas, and an oxidizing gas discharged from the fuel cell Oxidation-side water recovery means for condensing and recovering water vapor, fuel-side water recovery means for condensing and recovering water vapor contained in fuel gas discharged from the fuel cell, oxidization-side water recovery means and fuel-side water recovery means Recovered water treatment unit for removing impurities contained in water recovered by the method, and a recovered water circulation unit for supplying recovered water from which impurities have been removed to a fuel generation unit, a fuel gas humidification unit, and an oxidizing gas humidification unit Comprising the door. The cooling water treatment section preferably comprises an ion exchange resin filter.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を図面を用いて詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００１４】《実施例１》本実施例では、水を補給する
ことなく安定して稼働が可能な固体高分子型燃料電池シ
ステムの例について説明する。Embodiment 1 In this embodiment, an example of a polymer electrolyte fuel cell system capable of operating stably without supplying water will be described.
【００１５】本実施例の固体高分子型燃料電池システム
を図１に示す。燃料電池１は、水素を主体とする燃料ガ
スと、空気を主体とする酸化性ガスにより発電する。燃
料処理装置２は、外部より供給される天然ガスなどの原
料を水蒸気を含む雰囲気下で加熱して水素リッチな燃料
ガスを生成させる。この水蒸気改質に用いられる水は、
水タンク８より改質用水ポンプ１５によって供給されるFIG. 1 shows a polymer electrolyte fuel cell system according to this embodiment. The fuel cell 1 generates power using a fuel gas mainly composed of hydrogen and an oxidizing gas mainly composed of air. The fuel processing device 2 generates a hydrogen-rich fuel gas by heating a raw material such as natural gas supplied from the outside in an atmosphere containing steam. The water used for this steam reforming is
Supplied from the water tank 8 by the reforming water pump 15
【００１６】燃料側加湿器３は、燃料処理装置２から供
給される燃料ガスに、燃料側水ポンプ９から供給される
水を噴霧して、燃料ガスを加湿する。燃料側加湿器３
は、さらに燃料ガスを加熱してその温度を調整する。こ
のようにして温度および湿度が調整された燃料ガスは、
燃料電池１に供給される。一方、空気供給装置５は、酸
化性ガスとしての空気を取り込み、酸化側加湿器６に供
給する。酸化側加湿器６は、この空気に酸化側水ポンプ
１０によって水タンク８より供給される水を噴霧して加
湿する。加湿された空気は燃料電池１に供給される。The fuel humidifier 3 humidifies the fuel gas by spraying water supplied from the fuel water pump 9 onto the fuel gas supplied from the fuel processor 2. Fuel side humidifier 3
Further heats the fuel gas to adjust its temperature. The fuel gas whose temperature and humidity have been adjusted in this way is
The fuel is supplied to the fuel cell 1. On the other hand, the air supply device 5 takes in air as an oxidizing gas and supplies it to the oxidizing humidifier 6. The oxidizing-side humidifier 6 humidifies the air by spraying water supplied from a water tank 8 by an oxidizing-side water pump 10. The humidified air is supplied to the fuel cell 1.
【００１７】燃料ガス酸化装置１４は、燃料電池１より
排出される燃料ガスに含まれる未利用の水素を酸化す
る。燃料側水回収器４は、燃料ガス酸化装置１４より供
給される燃料ガス中の水、すなわちあらかじめ燃料ガス
に混合した水を凝結させて除去する。除去した水は、水
タンク８に回収される。酸化側水回収器７は、燃料電池
１から排出される空気に含まれる水を除去する。酸化側
水回収器７で除去された水は、水タンク８に回収され
る。なお、水タンク８内の余剰の水は、必要に応じて水
タンク８に設けられた排出ドレン等（図示せず）より排
出される。冷却用ポンプ１２は、燃料電池１内を経由す
るように設けられた冷却配管１１に冷却水を循環させ
る。放熱器１３は、燃料電池１を経由し、高温になった
冷却水を放熱させて冷却する。The fuel gas oxidizer 14 oxidizes unused hydrogen contained in the fuel gas discharged from the fuel cell 1. The fuel-side water collector 4 condenses and removes water in the fuel gas supplied from the fuel gas oxidizing device 14, that is, water previously mixed with the fuel gas. The removed water is collected in the water tank 8. The oxidation-side water recovery unit 7 removes water contained in the air discharged from the fuel cell 1. The water removed by the oxidizing water recovery device 7 is recovered in a water tank 8. Excess water in the water tank 8 is discharged from a drain (not shown) provided in the water tank 8 as necessary. The cooling pump 12 circulates cooling water through a cooling pipe 11 provided so as to pass through the inside of the fuel cell 1. The radiator 13 radiates heat of the high-temperature cooling water via the fuel cell 1 to cool it.
【００１８】燃料電池１より排出される酸化性ガスは、
発電において燃料電池１内で生成した水とともに排出さ
れる。発電による生成水は、酸化側水回収器７により回
収される。一方、燃料電池１より排出される燃料ガス
は、発電で消費されなかった水素を含む。この未利用水
素を燃料ガス酸化装置１４により酸化し、水を生成させ
る。生成した水は燃料側回収器４により回収する。本構
成により、原料に含まれる水素原子と水蒸気改質に用い
た水に含まれる水素原子から生成される水素のすべて
を、発電と排気燃料ガスの酸化により水に変換すること
ができる。すなわち安定した水生成と水回収を実現で
き、システム内の水自給が可能になる。The oxidizing gas discharged from the fuel cell 1 is
It is discharged together with water generated in the fuel cell 1 during power generation. The water generated by the power generation is collected by the oxidizing water recovery unit 7. On the other hand, the fuel gas discharged from the fuel cell 1 contains hydrogen not consumed by power generation. This unused hydrogen is oxidized by the fuel gas oxidizer 14 to generate water. The generated water is recovered by the fuel-side recovery device 4. With this configuration, all of the hydrogen generated from the hydrogen atoms contained in the raw material and the hydrogen atoms contained in the water used for the steam reforming can be converted into water by power generation and oxidation of the exhaust fuel gas. That is, stable water generation and water recovery can be realized, and water self-sufficiency in the system becomes possible.
【００１９】なお、図示しないが、燃料ガス酸化装置１
４で酸化反応の際に発生する熱は、水等の熱輸送媒体を
利用することにより、蓄熱などに有効利用することも可
能である。Although not shown, the fuel gas oxidizing apparatus 1
The heat generated at the time of the oxidation reaction in 4 can be effectively used for heat storage or the like by using a heat transport medium such as water.
【００２０】《実施例２》本実施例では、燃料電池の冷
却水の水質を維持することができ、長期にわたって安定
して稼働させることができる固体高分子型燃料電池シス
テムの例について説明する。本実施例の固体高分子型燃
料電池システムを図２に示す。なお、従来例と同様の構
成要素については、同じ符号を付している。Embodiment 2 In this embodiment, an example of a polymer electrolyte fuel cell system which can maintain the quality of cooling water of a fuel cell and can operate stably for a long period of time will be described. FIG. 2 shows a polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment. Note that the same components as those in the conventional example are denoted by the same reference numerals.
【００２１】本実施例の固体高分子型燃料電池システム
は、燃料電池１内を循環させる冷却水中の不純物を除去
するための冷却水処理装置１６を備える。冷却水処理装
置１６は、たとえばイオン交換樹脂からなる。冷却水
は、冷却用ポンプ１２によって燃料電池１に供給され
る。燃料電池１と熱交換した冷却水は、放熱器１３で外
気と熱交換して冷却される。その後、冷却水処理装置１
６で不純物が除去され、再び冷却用ポンプ１２に戻る。
冷却水処理装置１６により、冷却水に溶出した金属イオ
ン等の不純物を除去して冷却水の水質を維持する。本構
成により、冷却水の水質を維持することが可能な固体高
分子型燃料電池システムを実現できる。なお、冷却水処
理装置を冷却回路内で相対的に低温である冷却手段の下
流に具備することが好ましい。The polymer electrolyte fuel cell system of this embodiment includes a cooling water treatment device 16 for removing impurities in cooling water circulating in the fuel cell 1. The cooling water treatment device 16 is made of, for example, an ion exchange resin. Cooling water is supplied to the fuel cell 1 by a cooling pump 12. The cooling water that has exchanged heat with the fuel cell 1 is cooled by exchanging heat with the outside air at the radiator 13. Then, the cooling water treatment device 1
At 6, the impurities are removed, and the process returns to the cooling pump 12 again.
The cooling water treatment device 16 removes impurities such as metal ions eluted in the cooling water to maintain the quality of the cooling water. With this configuration, a polymer electrolyte fuel cell system capable of maintaining the quality of the cooling water can be realized. In addition, it is preferable to provide a cooling water treatment apparatus downstream of the cooling means having a relatively low temperature in the cooling circuit.
【００２２】実際に冷却水にイオン交換水を用い、その
電気伝導率を測定したところ、冷却水処理装置１６通過
直前の冷却水の電気伝導率が約１０μＳ／ｃｍ2であっ
たのに対して、冷却水処理装置１６通過直後のそれは１
μＳ／ｃｍ2以下であり、イオン交換水と同等であるこ
とが確認された。すなわち、本実施例の固体高分子型燃
料電池システムは、冷却水の水質を長期にわたって維持
することができる。When ion-exchanged water was actually used as the cooling water and its electric conductivity was measured, the electric conductivity of the cooling water immediately before passing through the cooling water treatment device 16 was about 10 μS / cm 2 . Immediately after passing through the cooling water treatment device 16
μS / cm 2 or less, which was confirmed to be equivalent to ion-exchanged water. That is, the polymer electrolyte fuel cell system of the present embodiment can maintain the quality of the cooling water for a long time.
【００２３】《実施例３》本実施例では、燃料ガスおよ
び酸化性ガスの加湿に用いる水の水質を維持することが
でき、長期にわたって安定して稼働させることができる
固体高分子型燃料電池システムの例について説明する。Embodiment 3 In this embodiment, a polymer electrolyte fuel cell system capable of maintaining the quality of water used for humidifying a fuel gas and an oxidizing gas and operating stably for a long period of time. Will be described.
【００２４】本実施例の固体高分子型燃料電池システム
を図３に示す。なお、従来例と同様の構成要素について
は、同じ符号を付している。本実施例の固体高分子型燃
料電池システムでは、水タンク８に貯えられた水を回収
水処理装置１７により濾過した後に燃料ガスの生成やガ
スの加湿等に用いる。 回収水処理装置１７にイオン交
換樹脂を用い、あらかじめ水タンク８に冷却水にイオン
交換水を充填してシステムを稼働した。回収水の電気伝
導率を測定したところ、水タンク８に回収された水の電
気伝導率が約１０μＳ／ｃｍ2であったのに対して、回
収水処理装置１７通過直後のそれは１μＳ／ｃｍ2以下
であり、イオン交換水と同等であることが確認された。
すなわち、本実施例の固体高分子型燃料電池システムに
よると、燃料処理装置２、燃料側加湿器３および酸化側
加湿器６の性能および寿命を向上させることができる。
また、燃料処理装置２に供給する水の全部または一部を
回収水で補うことにより、外部から補給する水の量を低
減することが可能になる。FIG. 3 shows a polymer electrolyte fuel cell system according to this embodiment. Note that the same components as those in the conventional example are denoted by the same reference numerals. In the polymer electrolyte fuel cell system of this embodiment, the water stored in the water tank 8 is filtered by the recovered water treatment device 17 and then used for generating fuel gas, humidifying the gas, and the like. The ion exchange resin was used for the recovered water treatment device 17, and the water tank 8 was previously filled with cooling water and ion exchange water to operate the system. When the electrical conductivity of the recovered water was measured, the electrical conductivity of the water recovered in the water tank 8 was about 10 μS / cm 2 , whereas the electrical conductivity immediately after passing through the recovered water treatment device 17 was 1 μS / cm 2. It was as follows, and it was confirmed that it was equivalent to ion-exchanged water.
That is, according to the polymer electrolyte fuel cell system of the present embodiment, the performance and life of the fuel processor 2, the fuel-side humidifier 3, and the oxidation-side humidifier 6 can be improved.
Further, by supplementing all or a part of the water supplied to the fuel processing device 2 with the recovered water, it is possible to reduce the amount of water to be supplied from the outside.
【００２５】[0025]
【発明の効果】本発明によると、水を補給することなく
安定して稼働が可能な固体高分子型燃料電池システムを
提供することができる。また、長期にわたって安定して
稼働させることができる固体高分子型燃料電池システム
を提供することができる。According to the present invention, it is possible to provide a polymer electrolyte fuel cell system capable of operating stably without replenishing water. Further, a polymer electrolyte fuel cell system that can be stably operated for a long period of time can be provided.
【図１】本発明の一実施例の固体高分子型燃料電池シス
テムの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a polymer electrolyte fuel cell system according to one embodiment of the present invention.
【図２】本発明の他の実施例の固体高分子型燃料電池シ
ステムの構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a polymer electrolyte fuel cell system according to another embodiment of the present invention.
【図３】本発明のさらに他の実施例の固体高分子型燃料
電池システムの構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a polymer electrolyte fuel cell system according to still another embodiment of the present invention.
【図４】従来の固体高分子型燃料電池システムの構成を
示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a conventional polymer electrolyte fuel cell system.
１ 燃料電池 ２ 燃料処理装置 ３ 燃料側加湿器 ４ 燃料側水回収器 ５ 空気供給装置 ６ 酸化側加湿器 ７ 酸化側水回収器 ８ 水タンク ９ 燃料側水ポンプ １０ 酸化側水ポンプ １１ 冷却配管 １２ 冷却用ポンプ １３ 放熱器 １４ 燃料ガス酸化装置 １５ 改質用水ポンプ １６ 冷却水処理装置 １７ 回収水処理装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Fuel processor 3 Fuel side humidifier 4 Fuel side water recovery unit 5 Air supply device 6 Oxidation side humidifier 7 Oxidation side water recovery unit 8 Water tank 9 Fuel side water pump 10 Oxidation side water pump 11 Cooling pipe 12 Cooling pump 13 Radiator 14 Fuel gas oxidizing device 15 Reforming water pump 16 Cooling water treatment device 17 Recovered water treatment device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾関 正高 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 CC06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Masataka Ozeki 1006 Kadoma, Kazuma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F-term (reference) 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 CC06
Claims (5)
素を含有する燃料ガスを生成する燃料生成手段と、前記
燃料ガスを加湿する燃料ガス加湿手段と、酸化性ガスを
加湿する酸化性ガス加湿手段と、加湿された前記燃料ガ
スおよび酸化性ガスを用いて発電する固体高分子型燃料
電池と、前記固体高分子型燃料電池より排出される前記
酸化性ガスに含まれる水蒸気を凝縮して回収する酸化側
水回収手段と、前記固体高分子型燃料電池より排出され
る前記燃料ガスを酸化して水蒸気を生成させる燃料ガス
酸化手段と、前記固体高分子型燃料電池より排出される
前記燃料ガスに含まれる水蒸気および前記燃料ガス酸化
手段により生成した水蒸気を凝縮して回収する燃料側水
回収手段と、前記酸化側水回収手段および燃料側水回収
手段により回収された水を前記燃料生成手段、燃料ガス
加湿手段および酸化性ガス加湿手段に供給する回収水循
環手段とを備えた固体高分子型燃料電池システム。1. A fuel generating means for heating a raw material under a high temperature containing steam to generate a fuel gas containing hydrogen, a fuel gas humidifying means for humidifying the fuel gas, and an oxidizing gas for humidifying the oxidizing gas. A gas humidifying unit, a polymer electrolyte fuel cell that generates power using the humidified fuel gas and oxidizing gas, and condensing water vapor contained in the oxidizing gas discharged from the polymer electrolyte fuel cell. An oxidizing-side water collecting means for oxidizing the fuel gas discharged from the polymer electrolyte fuel cell to generate water vapor; and Fuel-side water recovery means for condensing and recovering the water vapor contained in the fuel gas and the water vapor generated by the fuel gas oxidizing means; and the fuel-side water collecting means and the fuel-side water collecting means. A solid polymer fuel cell system comprising: a recovered water circulating unit that supplies the collected water to the fuel generating unit, the fuel gas humidifying unit, and the oxidizing gas humidifying unit.
する固体高分子型燃料電池と、前記固体高分子型燃料電
池を冷却する放熱手段とを備え、前記放熱手段が、前記
固体高分子型燃料電池内を経由する冷却水循環路と、前
記冷却水循環路に冷却水を循環させる手段と、前記冷却
水を冷却する放熱部と、前記冷却水に含まれる不純物を
除去する冷却水処理部とを具備した固体高分子型燃料電
池システム。2. A solid polymer fuel cell which generates electric power using a fuel gas and an oxidizing gas, and a heat radiating means for cooling the solid polymer fuel cell, wherein the heat radiating means comprises a solid polymer fuel cell. A cooling water circulation path passing through the inside of the fuel cell, means for circulating the cooling water in the cooling water circulation path, a radiator for cooling the cooling water, and a cooling water processing unit for removing impurities contained in the cooling water. Equipped polymer electrolyte fuel cell system.
上の前記放熱部の下流に配された請求項２記載の固体高
分子型燃料電池システム。3. The polymer electrolyte fuel cell system according to claim 2, wherein the cooling water treatment unit is disposed downstream of the heat radiation unit on the cooling water circulation path.
素を含有する燃料ガスを生成する燃料生成手段と、前記
燃料ガスを加湿する燃料ガス加湿手段と、酸化性ガスを
加湿する酸化性ガス加湿手段と、加湿された前記燃料ガ
スおよび酸化性ガスを用いて発電する固体高分子型燃料
電池と、前記固体高分子型燃料電池より排出される前記
酸化性ガスに含まれる水蒸気を凝縮して回収する酸化側
水回収手段と、前記固体高分子型燃料電池より排出され
る前記燃料ガスに含まれる水蒸気を凝縮して回収する燃
料側水回収手段と、前記酸化側水回収手段および燃料側
水回収手段により回収された水に含まれる不純物を除去
する回収水処理部と、不純物が除去された回収水を前記
燃料生成手段と、燃料ガス加湿手段および酸化性ガス加
湿手段に供給する回収水循環手段とを具備する固体高分
子型燃料電池システム。4. A fuel generating means for heating a raw material at a high temperature containing steam to generate a fuel gas containing hydrogen, a fuel gas humidifying means for humidifying the fuel gas, and an oxidizing gas for humidifying the oxidizing gas. A gas humidifying unit, a polymer electrolyte fuel cell that generates power using the humidified fuel gas and oxidizing gas, and condensing water vapor contained in the oxidizing gas discharged from the polymer electrolyte fuel cell. Oxidizing water collecting means for condensing and collecting water vapor contained in the fuel gas discharged from the polymer electrolyte fuel cell, and oxidizing water collecting means and the fuel side. A recovered water treatment section for removing impurities contained in the water recovered by the water recovery means, and a circuit for supplying the recovered water from which the impurities have been removed to the fuel generating means, the fuel gas humidifying means and the oxidizing gas humidifying means. A polymer electrolyte fuel cell system comprising a water collection circulation means.
ィルタを具備する請求項２または４に記載の固体高分子
型燃料電池システム。5. The polymer electrolyte fuel cell system according to claim 2, wherein the cooling water processing unit includes an ion exchange resin filter.
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| JP11158318A JP2000348751A (en) | 1999-06-04 | 1999-06-04 | Solid high-polymer type fuel cell system |
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- 1999-06-04 JP JP11158318A patent/JP2000348751A/en active Pending
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