JP2001236977A - Solid high polymer fuel cell generator and method of operating solid high polymer fuel cell - Google Patents
Solid high polymer fuel cell generator and method of operating solid high polymer fuel cellInfo
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- Y02E60/50—Fuel cells
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
電池発電装置及び固体高分子型燃料電池の運転方法に関
する。The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell power generator and a method for operating a polymer electrolyte fuel cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】固体高分子型燃料電池発電装置は、固体
高分子膜の一方の側にカソードが配され他方の側にアノ
ードが配されたセルが、リブ及びガスチャネルが形成さ
れた一対のプレート部材で挟持されたものを基本構造と
する燃料電池、アノード側チャネルに燃料ガスを供給す
る燃料ガス供給手段、カソード側チャネルに酸化剤ガス
を送り込む酸化剤ガス供給手段などから構成され、セル
において燃料ガスと酸化剤ガスを電気化学的に反応させ
ることによって発電を行う。2. Description of the Related Art In a polymer electrolyte fuel cell power generator, a cell in which a cathode is disposed on one side of a solid polymer membrane and an anode is disposed on the other side is a pair of cells having ribs and gas channels. A fuel cell having a basic structure sandwiched between plate members, a fuel gas supply means for supplying a fuel gas to an anode channel, an oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas to a cathode channel, and the like. Electric power is generated by electrochemically reacting the fuel gas and the oxidizing gas.
【０００３】アノードに供給する燃料ガスとしては、純
粋な水素を用いる場合もあるが、ＬＰＧ，メタノール，
ナフサなどを水蒸気と混合して水蒸気改質することによ
って得られる水素リッチな改質ガスが用いられることも
多い。一方、カソードに供給される酸化剤ガスとして
は、一般的に空気が用いられる。このような固体高分子
型燃料電池発電装置において、一般的に運転中において
燃料電池にかかる負荷は変動するので、負荷変動に応じ
て燃料ガスや酸化剤ガスの供給量を調整しながら運転し
ている。[0003] Pure hydrogen may be used as a fuel gas to be supplied to the anode.
Hydrogen-rich reformed gas obtained by mixing naphtha or the like with steam and steam reforming is often used. On the other hand, air is generally used as the oxidizing gas supplied to the cathode. In such a polymer electrolyte fuel cell power generator, since the load applied to the fuel cell generally fluctuates during operation, the operation is performed while adjusting the supply amounts of the fuel gas and the oxidizing gas according to the load fluctuation. I have.
【０００４】上記の水素リッチな改質ガスは、燃料を改
質器及びＣＯ変成器を通して生成されるが、その中に
は、水素の他に副生産物であるＣＯ2が含まれており、
更にＣＯも１％（１０，０００ｐｐｍ）程度含まれてい
る。このＣＯは、燃料電池のアノード電極触媒能を低下
させる原因となるので、改質ガスを燃料電池に供給する
前に、更にＣＯ除去器を通過させて、改質ガス中のＣＯ
を選択酸化し、ＣＯの濃度を低いレベルまで下げてから
供給するようにしている。[0004] The above-mentioned hydrogen-rich reformed gas is produced by passing a fuel through a reformer and a CO converter, which contains by-product CO 2 in addition to hydrogen.
Further, about 1% (10,000 ppm) of CO is also contained. Since this CO causes a reduction in the catalytic activity of the anode electrode of the fuel cell, the CO in the reformed gas is further passed through a CO remover before the reformed gas is supplied to the fuel cell.
Is selectively oxidized to reduce the concentration of CO to a low level before supply.
【０００５】ところで、固体高分子型燃料電池において
は、運転中においてセルの固体高分子膜におけるイオン
導電性を確保することも必要である。その為に、従来か
ら、燃料ガス供給手段から供給される燃料ガスや空気供
給手段から供給される空気を加湿器で加湿して供給する
ことにより固体高分子膜を保湿する外部加湿が多く用い
られているが、このような外部加湿に代わって、内部加
湿も用いられている。例えば、特開平５−４１２３０号
公報や特開平８−３１５８３９号公報に開示されている
ように、アノードに対向する複数のチャネルの各々に燃
料ガスと液体の水とを共に流通させることによって、ア
ノードに対する水素の供給と固体高分子膜の保湿に加え
て電池の冷却を効率よく行い、優れた電池特性を得るこ
とのできる固体高分子型燃料電池も開発されている。In a polymer electrolyte fuel cell, it is also necessary to ensure the ionic conductivity of the solid polymer membrane of the cell during operation. For this reason, conventionally, external humidification that moisturizes a solid polymer film by humidifying and supplying a fuel gas supplied from a fuel gas supply unit or air supplied from an air supply unit with a humidifier has been used in many cases. However, internal humidification is also used in place of such external humidification. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-41230 and 8-315839, the fuel gas and the liquid water are allowed to flow through each of a plurality of channels facing the anode, so that the anode is cooled. A polymer electrolyte fuel cell has also been developed that can efficiently supply the hydrogen and supply the hydrogen to the solid polymer membrane and cool the battery efficiently to obtain excellent battery characteristics.
【０００６】加湿する際の加湿量は、一般的に、燃料ガ
スに含まれる水蒸気量や空気に含まれる水蒸気量が、燃
料電池の運転温度においてほぼ飽和するように設定され
ている。また固体高分子型燃料電池発電装置において、
加湿量を制御しながら運転する技術も知られており、例
えば、特開平７−２８８１３４号公報には、燃料ガスを
加湿する際に、加湿温度とセル温度との温度差が常に一
定となるよう加湿量を制御する技術が開示されている。The amount of humidification during humidification is generally set such that the amount of water vapor contained in the fuel gas and the amount of water vapor contained in the air are substantially saturated at the operating temperature of the fuel cell. In the polymer electrolyte fuel cell power generator,
A technique of operating while controlling the humidification amount is also known. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-288134, when the fuel gas is humidified, the temperature difference between the humidification temperature and the cell temperature is always constant. A technique for controlling the humidification amount is disclosed.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】このようにして固体高
分子型燃料電池を運転するが、運転時においては、負荷
が変動しても発電性能を安定して高く維持することが望
まれる。しかしながら、従来の固体高分子型燃料電池の
運転方法によれば、運転中安定して高い発電性能を得る
ことはなかなか難しく、負荷が大きくなったときにかな
り発電電圧が低下してしまう傾向が見られる。The polymer electrolyte fuel cell is operated in this manner. During operation, it is desired that the power generation performance be kept stable and high even if the load fluctuates. However, according to the conventional method of operating a polymer electrolyte fuel cell, it is difficult to obtain high power generation performance stably during operation, and the power generation voltage tends to decrease considerably when the load increases. Can be
【０００８】この原因は、アノードに供給される改質ガ
スに含まれるＣＯがわずかな量であっても、固体高分子
型燃料電池の運転状態によって、このＣＯがアノード電
極の触媒性能をかなり低下させてしまうためと考えられ
る。従って、固体高分子型燃料電池において高い発電性
能を維持しながら運転するためには、ＣＯによるアノー
ド電極触媒能の低下を確実に抑制すことが必要と考えら
れる。[0008] This is because even if the amount of CO contained in the reformed gas supplied to the anode is very small, the CO significantly lowers the catalytic performance of the anode electrode depending on the operating state of the polymer electrolyte fuel cell. It is thought to be to let it. Therefore, in order to operate the polymer electrolyte fuel cell while maintaining high power generation performance, it is considered necessary to reliably suppress the decrease in the anode electrode catalytic ability due to CO.
【０００９】このようなＣＯによるアノード電極触媒能
の低下を抑えるために、使用する触媒材料の種類も検討
されており、Ｐｔ−Ｒｕ触媒を用いると比較的良好であ
ることが知られている。また、燃料ガス中に空気を微量
混入させることによっても、ＣＯによるアノード電極触
媒能の低下を抑えることができることが知られている。
これらの技術も有効と思われるが、これ以外にも更に安
定して高いアノード電極触媒能を得ることのできる技術
が求められる。In order to suppress such a decrease in the catalytic ability of the anode electrode due to CO, the type of catalyst material to be used has been studied, and it is known that the use of a Pt-Ru catalyst is relatively favorable. It is also known that even by mixing a small amount of air into the fuel gas, it is possible to suppress a decrease in the anode electrode catalytic ability due to CO.
Although these techniques are considered to be effective, other techniques are also required that can more stably obtain a high anode electrode catalytic activity.
【００１０】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であって、固体高分子型燃料電池を運転する際に、安定
して高い発電性能を得ることのできる技術を提供するこ
とを目的とするものである。[0010] The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a technique capable of stably obtaining high power generation performance when operating a polymer electrolyte fuel cell. Is what you do.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、固体高分子型燃料電池のアノー
ドから排出される燃料ガスの湿度が一定の基準以上とな
るよう、燃料電池の運転温度及び固体高分子膜への水分
供給量の少なくとも一方を制御することとした。In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell system in which the humidity of fuel gas discharged from the anode of a polymer electrolyte fuel cell is equal to or higher than a predetermined reference. At least one of the operating temperature and the amount of water supplied to the solid polymer membrane is controlled.
【００１２】より具体的には、固体高分子型燃料電池の
アノード側チャネルの出口側における燃料ガスの湿度を
測定して、その湿度が一定の基準以上となるよう、燃料
電池の運転温度及びガスチャネルへの水分供給量の少な
くとも一方を制御することとした。ここで、「燃料ガス
の湿度」というのは、燃料ガスに含まれる水分量を、燃
料電池運転温度における燃料ガスの飽和水蒸気量で除し
た価のことである。More specifically, the operating temperature and the gas temperature of the fuel cell are measured so that the humidity of the fuel gas at the outlet side of the anode channel of the polymer electrolyte fuel cell is equal to or higher than a predetermined reference. At least one of the water supply amounts to the channels is controlled. Here, the "humidity of the fuel gas" is a value obtained by dividing the amount of moisture contained in the fuel gas by the amount of saturated water vapor of the fuel gas at the fuel cell operating temperature.
【００１３】なお、アノードから排出される燃料ガスに
は、水蒸気の他に水滴が含まれる場合もあるが、「燃料
ガスに含まれる水分量」はこれらすべての水分量のこと
である。このような本発明の固体高分子型燃料電池によ
れば、運転条件の変動したとしても、特に燃料電池にか
かる負荷が変動して燃料ガスの供給量が変動したとして
も、アノード側から排出される燃料ガスの湿度は常に一
定の基準以上に維持されることになる。The fuel gas discharged from the anode may contain water droplets in addition to water vapor, but the “moisture content in the fuel gas” refers to all of these moisture contents. According to such a polymer electrolyte fuel cell of the present invention, even if the operating conditions fluctuate, particularly, even if the load on the fuel cell fluctuates and the supply amount of the fuel gas fluctuates, the exhaust gas is discharged from the anode side. Therefore, the humidity of the fuel gas is always maintained at a certain level or higher.
【００１４】従って、「一定の基準」を、実際には燃料
電池運転温度における燃料ガスの飽和水蒸気量に近い適
当な値に設定しておくことによって、運転中は常に、ア
ノードに供給される燃料ガス（アノード側チャネル内を
流通する燃料ガス）に含まれる水分を、飽和水蒸気量程
度もしくはそれ以上に維持することが可能となる。この
ようにアノードに供給される燃料ガスに含まれる水分量
を常に飽和水蒸気量程度もしくはそれ以上に維持するこ
とによって、ＣＯによるアノード電極触媒能の低下は抑
制される。その理由は、詳しくは後述するが、燃料ガス
に含まれる水分量が飽和水蒸気量程度あれば、アノード
が十分湿潤されることによってアノード電極触媒の周囲
でイオン導電路のネットワークが確保され、それによっ
て、アノード電極触媒が部分的にＣＯを吸着することに
よって被毒されたとしても発電性能に影響が及びにくく
なるためと考えられる。Therefore, by setting the "constant reference" to an appropriate value which is close to the saturated water vapor amount of the fuel gas at the fuel cell operating temperature, the fuel supplied to the anode is always maintained during the operation. It is possible to maintain the moisture contained in the gas (fuel gas flowing through the anode-side channel) at about the saturated water vapor amount or more. As described above, by always maintaining the amount of water contained in the fuel gas supplied to the anode to about the saturated water vapor amount or more, the decrease in the anode electrode catalytic ability due to CO is suppressed. The reason will be described in detail later, but if the amount of water contained in the fuel gas is about the amount of saturated water vapor, the anode is sufficiently wetted to secure a network of ion conductive paths around the anode electrode catalyst, thereby It is considered that even if the anode electrode catalyst is partially poisoned by adsorbing CO, the power generation performance is hardly affected.
【００１５】なお、アノードに供給される燃料ガスに含
まれる水分量が過剰になると、水分供給のために余分な
動力が消費され、あまり過剰になると燃料ガスのアノー
ドへの供給が妨げられることもあるので、このような点
も考慮すると、アノードから排出される燃料ガスの湿度
を一定の基準以上に維持するのと合わせて、当該湿度が
過剰とならないように制御することが好ましい。If the amount of water contained in the fuel gas supplied to the anode becomes excessive, excess power is consumed to supply the water. If the amount of water becomes excessive, supply of the fuel gas to the anode may be hindered. Therefore, in consideration of such a point, it is preferable to control the humidity of the fuel gas discharged from the anode so that the humidity does not become excessive while maintaining the humidity at or above a certain reference level.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕 （燃料電池発電装置の全体構成の説明）図１は、本実施
の形態にかかる固体高分子型燃料電池発電装置の全体構
成図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [First Embodiment] (Description of Overall Configuration of Fuel Cell Power Generator) FIG. 1 is an overall configuration diagram of a polymer electrolyte fuel cell power generator according to the present embodiment.
【００１７】この発電装置は、固体高分子型の燃料電池
１と、燃料を供給する燃料供給源２と、燃料を水蒸気改
質することによって水素リッチな改質ガスを生成する改
質器３と、改質ガス中に含まれる一酸化炭素を水蒸気で
変成するＣＯ変成器４と、改質ガス中の一酸化炭素を選
択酸化して除去するＣＯ除去器５と、ＣＯ除去器５から
の改質ガスを加湿する加湿器６と、酸化剤としての空気
を送るエアポンプ７と、エアポンプ７からの空気を加湿
する加湿器８と、燃料ガスや空気の供給量及び加湿器
６，８における加湿量などを制御する制御器９とから構
成されている。This power generation apparatus includes a polymer electrolyte fuel cell 1, a fuel supply source 2 for supplying fuel, and a reformer 3 for producing a hydrogen-rich reformed gas by steam reforming the fuel. A CO converter 4 for converting carbon monoxide contained in the reformed gas with steam, a CO remover 5 for selectively oxidizing and removing carbon monoxide in the reformed gas, and a conversion from the CO remover 5. Humidifier 6 for humidifying gas, an air pump 7 for sending air as an oxidant, a humidifier 8 for humidifying air from the air pump 7, a supply amount of fuel gas and air, and a humidification amount in the humidifiers 6, 8. And a controller 9 for controlling the above.
【００１８】図２は、燃料電池１のセルユニット構成を
示す分解斜視図である。このセルユニットは、固体高分
子膜１１の中央部にアノード１２とカソード１３（図１
においては固体高分子膜１１の背面にある。）とが配さ
れたセル１０と、セル１０を挟持する１対の電池プレー
ト１４，１５と、電池プレート１４，１５とセル１０と
の間に介挿された一対の集電体（ガス拡散層）１６，１
７と、電池プレート１４，１５の外周部とセル１０との
間に介挿されこの部分をシールするシール材１８，１９
とから構成されている。FIG. 2 is an exploded perspective view showing the cell unit configuration of the fuel cell 1. This cell unit has an anode 12 and a cathode 13 (FIG.
Is located on the back surface of the solid polymer film 11. ), A pair of battery plates 14 and 15 sandwiching the cell 10, and a pair of current collectors (gas diffusion layers) interposed between the battery plates 14 and 15 and the cell 10. ) 16,1
7 and sealing members 18 and 19 interposed between the cells 10 and the outer peripheral portions of the battery plates 14 and 15 to seal this portion.
It is composed of
【００１９】アノード１２，カソード１３は、触媒（ア
ノード触媒：Ｐｔ−Ｒｕ、カソード触媒：Ｐｔ）を担持
したカーボン粒子とイオン交換樹脂（例えば、デュポン
社のＮａｆｉｏｎ膜）とを混合したものからなる触媒層
であって、固体高分子膜１１の中央部に密着されてい
る。電池プレート１４，１５は、カーボン材料をプレー
ト状に成型したものであって、電池プレート１４のアノ
ード１２と対向する側には複数のアノード側チャネルが
刻まれ、電池プレート１５のカソード１３と対向する側
には複数のカソード側チャネル１５０…が刻まれてい
る。The anode 12 and the cathode 13 are made of a mixture of carbon particles carrying a catalyst (anode catalyst: Pt-Ru, cathode catalyst: Pt) and an ion exchange resin (for example, Nafion membrane manufactured by DuPont). This layer is in close contact with the center of the solid polymer film 11. The battery plates 14 and 15 are formed by molding a carbon material into a plate shape. A plurality of anode-side channels are engraved on the side of the battery plate 14 facing the anode 12 and face the cathode 13 of the battery plate 15. A plurality of cathode-side channels 150 are engraved on the side.
【００２０】集電体１６，１７は、溌水処理を施した多
孔性カーボンの薄板からなり、アノード１２，カソード
１３よりも若干大きい寸法である。シール材１８，１９
は、弾力性のある材料（例えば、ＥＰＤＭゴム）からな
る枠体である。なお、アノード１２，集電体１６及びア
ノード側チャネルなどが図１のアノード部１ａに相当
し、カソード１３，集電体１７及びカソード側チャネル
１５０などが図１のカソード部１ｂに相当する。The current collectors 16 and 17 are made of a porous carbon thin plate subjected to a water-repellent treatment, and have dimensions slightly larger than the anode 12 and the cathode 13. Sealing materials 18, 19
Is a frame made of an elastic material (for example, EPDM rubber). The anode 12, the current collector 16, the anode-side channel, and the like correspond to the anode unit 1a in FIG. 1, and the cathode 13, the current collector 17, the cathode-side channel 150, and the like correspond to the cathode unit 1b in FIG.
【００２１】本実施形態の燃料電池１は、このようなセ
ルユニットが所定個数だけ積層され、その積層体の両端
が一対の端板（不図示）で押さえられて構成されてい
る。ここで、積層されるセルユニットの数は、出力しよ
うする電圧に応じて設定される。なお、図示はしない
が、セルユニットの積層体には、図１の冷却部１ｃに相
当する冷却用プレートが介挿されている。The fuel cell 1 of the present embodiment is configured such that a predetermined number of such cell units are stacked, and both ends of the stacked body are pressed by a pair of end plates (not shown). Here, the number of stacked cell units is set according to the voltage to be output. Although not shown, a cooling plate corresponding to the cooling unit 1c in FIG. 1 is interposed in the stacked body of the cell units.
【００２２】この冷却部１ｃ（冷却プレート）には、図
１に示すように、冷却ポンプ９１によって冷却水が循環
し、燃料電池１の運転温度を制御できるようになってい
る。また、図１に示すように、燃料電池１には、その運
転温度を測定するための温度センサ９２が挿設されてい
る。内部マニホールドを形成するため、固体高分子膜１
１の外周部の４つ角の部分には、円形の孔１０１，１０
２，１０３…が開設され、同様に、電池プレート１４，
１５の各々にも、孔１４１，１４２，１４３，１４４並
びに孔１５１，１５２，１５３…が開設され、シール材
１８，１９の各々にも孔１８１，１８２，１８３…並び
に孔１９１，１９２，１９３…が開設されている。As shown in FIG. 1, cooling water is circulated through the cooling section 1c (cooling plate) by a cooling pump 91 so that the operating temperature of the fuel cell 1 can be controlled. Further, as shown in FIG. 1, a temperature sensor 92 for measuring the operating temperature of the fuel cell 1 is inserted. Solid polymer membrane 1 to form internal manifold
The circular holes 101, 10
2,103 ... are established, and similarly, the battery plate 14,
15 are also provided with holes 141, 142, 143, 144 and holes 151, 152, 153..., And holes 181, 182, 183 ... and holes 191, 192, 193. Has been established.
【００２３】孔１４４…によって形成されるマニホール
ドでは改質ガスを供給し、孔１０２，１４２，１５２，
１８２，１９２によって形成されるマニホールドでは未
反応改質ガスを排出する。また、孔１０１，１４１，１
５１，１８１，１９１によって形成されるマニホールド
では空気を供給し、孔１０３，１４３，１５３，１８
３，１９３によって形成されるマニホールドでは空気を
排出する。A reformed gas is supplied to the manifold formed by the holes 144, and the holes 102, 142, 152,
The unreacted reformed gas is discharged from the manifold formed by 182 and 192. Also, holes 101, 141, 1
In the manifold formed by 51, 181, 191 air is supplied and holes 103, 143, 153, 18
Air is exhausted at the manifold formed by the 3,193.
【００２４】燃料供給源２の具体例としては、液化石油
ガス（プロパン，ブタン等）のボンベの他に、都市ガス
やナフサ等の供給装置を挙げることができる。改質器３
は、水蒸気改質用触媒が充填された改質管３１と、高温
の燃焼ガスを発生して改質管３１を加熱するバーナ３２
とを備えている。そして、改質管３１をバーナ３２で高
温の運転温度（５００〜７００℃）に保ちながら、燃料
供給源２からの燃料に水蒸気を混合して改質管３１に供
給することによって、水素リッチな改質ガス（ただし一
酸化炭素を含む）を生成する。Specific examples of the fuel supply source 2 include a supply device for city gas and naphtha in addition to a cylinder for liquefied petroleum gas (propane, butane, etc.). Reformer 3
Are a reforming tube 31 filled with a steam reforming catalyst, and a burner 32 for generating high-temperature combustion gas and heating the reforming tube 31.
And Then, while maintaining the reforming tube 31 at a high operating temperature (500 to 700 ° C.) with the burner 32, the fuel from the fuel supply source 2 is mixed with steam and supplied to the reforming tube 31, thereby producing a hydrogen-rich gas. Generates reformed gas (but including carbon monoxide).
【００２５】ＣＯ変成器４は、容器の中にＣＯ変成用の
触媒が充填されているものであって、１８０℃〜２５０
℃程度の温度範囲に保たれて運転されるようになってい
る。このＣＯ変成器４で、改質ガスに含まれる一酸化炭
素を二酸化炭素に転化して、一酸化炭素の濃度を１％
（１０，０００ｐｐｍ）程度まで低減させる。ＣＯ除去
器５は、容器の中に選択酸化触媒を充填したものであっ
て、ＣＯ変成器４からの改質ガスに少量の空気を混合し
てこの選択酸化触媒層を通過させることによって一酸化
炭素を選択酸化し、一酸化炭素を低い濃度レベルまで除
去する。The CO converter 4 has a container filled with a catalyst for CO conversion, and has a temperature of 180 ° C. to 250 ° C.
It is designed to be operated in a temperature range of about ° C. In this CO converter 4, carbon monoxide contained in the reformed gas is converted into carbon dioxide, and the concentration of carbon monoxide is reduced to 1%.
(10,000 ppm). The CO remover 5 is a container in which a selective oxidation catalyst is filled in a container, and a small amount of air is mixed with the reformed gas from the CO converter 4 and the mixture is passed through the selective oxidation catalyst layer. Selective oxidation of carbon to remove carbon monoxide to low concentration levels.
【００２６】このＣＯ除去器５を、選択酸化触媒の適温
範囲（１００〜２００℃程度）に保ちながら運転するこ
とによって、改質ガス中の一酸化炭素の濃度は１００ｐ
ｐｍ程度まで低減される。図３は、加湿器６及び加湿器
８の具体例を示す図である。本図に示す加湿器は、温水
を貯蔵する密封容器６１と、これに挿設されたバブラ６
２と、密封容器に温水を循環させる循環ポンプ６３と、
温水を加熱する加熱器６４とからなる。By operating the CO remover 5 while maintaining the temperature of the selective oxidation catalyst in an appropriate temperature range (about 100 to 200 ° C.), the concentration of carbon monoxide in the reformed gas becomes 100 p.
pm. FIG. 3 is a diagram showing a specific example of the humidifier 6 and the humidifier 8. The humidifier shown in the figure includes a sealed container 61 for storing hot water and a bubbler 6 inserted therein.
2, a circulation pump 63 for circulating warm water in the sealed container,
And a heater 64 for heating hot water.
【００２７】密封容器６１内の温水の温度は、加熱器６
４によって所定の設定温度に維持される。そして、ＣＯ
除去器５からの改質ガスをバブラ６２から温水中に吹き
出して温水と接触させることによって加湿できるように
なっている。このときの加湿量は、上記設定温度におけ
る飽和水蒸気量とほぼ同等となる。なお、加湿器として
は、この他に、改質ガスを、滞留している温水の表面上
を通過させることによって加湿する方式などを用いるこ
ともできる。The temperature of the hot water in the sealed container 61 is controlled by the heater 6
4 maintains a predetermined set temperature. And CO
The reformed gas from the remover 5 is blown out from the bubbler 62 into the warm water and brought into contact with the warm water to be humidified. The amount of humidification at this time is almost equal to the amount of saturated steam at the set temperature. In addition, as the humidifier, a method of humidifying the reformed gas by passing the reformed gas over the surface of the staying hot water may be used.
【００２８】このような発電装置において、上記ＣＯ除
去器５からの改質ガスは、加湿器６で加湿された後に燃
料電池１に送られる。一方、エアポンプ７からの空気
は、加湿器８で加湿された後に燃料電池１に送られる。
そして、燃料電池１では、加湿された改質ガスをアノー
ド側チャネルに、加湿された空気をカソード側チャネル
に流通させて発電を行い、外部負荷に電力供給を行う。In such a power generator, the reformed gas from the CO remover 5 is sent to the fuel cell 1 after being humidified by the humidifier 6. On the other hand, the air from the air pump 7 is sent to the fuel cell 1 after being humidified by the humidifier 8.
In the fuel cell 1, the humidified reformed gas flows through the anode-side channel, and the humidified air flows through the cathode-side channel to generate power and supply power to an external load.
【００２９】（配管及び弁についての説明）図１に示す
ように、燃料ガス系の配管として、燃料供給源２から改
質器３に燃料ガスを送る配管２０１、燃料供給源２から
バーナ３２に燃料ガスを送る配管２０２、改質器３から
ＣＯ変成器４を経てＣＯ除去器５に改質ガスを送る配管
２０３、ＣＯ除去器５から加湿器６を経て燃料電池１の
アノード部１ａに改質ガスを送る配管２０４、アノード
部１ａからバーナ３２に未反応ガスを送る配管２０５、
ＣＯ除去器５からバーナ３２に直接ガスを送るための配
管２０６等が配設されている。(Description of Piping and Valves) As shown in FIG. 1, piping 201 for sending fuel gas from the fuel supply source 2 to the reformer 3 and piping from the fuel supply source 2 to the burner 32 are used as fuel gas piping. A pipe 203 for sending the fuel gas, a pipe 203 for sending the reformed gas from the reformer 3 to the CO remover 5 via the CO converter 4, and a conversion from the CO remover 5 to the anode 1 a of the fuel cell 1 via the humidifier 6. A pipe 204 for sending unreacted gas from the anode section 1a to the burner 32;
A pipe 206 and the like for directly sending gas from the CO remover 5 to the burner 32 are provided.
【００３０】また、空気系の配管として、エアポンプ７
から加湿器８を経て燃料電池１のカソード部１ｂに空気
を送る配管２０７等が配設されている。そして、配管２
０１には改質管３１に供給する燃料ガスの流量を調整す
る調整弁２１１が、配管２０２にはバーナ３２に供給す
る燃料ガスの流量を調整する調整弁２１２が、配管２０
４，２０６には流路切り換え用の開閉弁２１３，２１４
が各々挿設されている。Also, as an air system pipe, an air pump 7 is used.
A pipe 207 for sending air to the cathode portion 1b of the fuel cell 1 through the humidifier 8 is provided. And piping 2
A control valve 211 for adjusting the flow rate of the fuel gas supplied to the reforming pipe 31 is provided at 01, a control valve 212 for adjusting the flow rate of the fuel gas supplied to the burner 32 is provided at the pipe 202, and a pipe 20 is provided at the pipe 20.
Reference numerals 4 and 206 denote on-off valves 213 and 214 for switching channels.
Are respectively inserted.
【００３１】（発電装置の運転動作について全体的な説
明）起動時の初期においては、開閉弁２１３を閉じ、開
閉弁２１４を開いて、ＣＯ除去器５からのガスが燃料電
池１を経ずバーナ３２に直接送られるようにしておく。
調整弁２１２を開いて燃料ガスを送り込みバーナ３２を
燃焼して改質管３１を加熱昇温する。そして、改質管３
１が昇温したら、調整弁２１１を開いて燃料ガスを改質
器３に送り込み、燃料の改質を開始する。改質ガスは、
ＣＯ変成器４，ＣＯ除去器５を加温しながら通過し、バ
ーナ３２に送られて燃焼される。(Overall description of the operation of the power generator) In the initial stage of the start-up, the on-off valve 213 is closed and the on-off valve 214 is opened, so that the gas from the CO remover 5 does not pass through the fuel cell 1 but burns. 32.
The control valve 212 is opened to feed the fuel gas, burn the burner 32, and heat and raise the temperature of the reforming tube 31. And the reforming pipe 3
When the temperature of 1 rises, the control valve 211 is opened and the fuel gas is sent to the reformer 3 to start reforming the fuel. The reformed gas is
It passes through the CO converter 4 and the CO remover 5 while heating, and is sent to the burner 32 for combustion.
【００３２】更に、ＣＯ変成器４，ＣＯ除去器５が各運
転温度まで昇温されれば、一酸化炭素濃度の低い水素リ
ッチなガスが生成されるので、開閉弁２１４を閉じ、開
閉弁２１３を開いて、燃料電池１のアノード部１ａにこ
の水素リッチなガスの供給を開始すると共に、エアポン
プ７によるカソード部１ｂへの空気供給を開始する。こ
れと並行して、加湿器６，８も起動して、燃料電池１に
送られる改質ガス及び空気を加湿する。Further, when the CO converter 4 and the CO remover 5 are heated to respective operating temperatures, a hydrogen-rich gas having a low carbon monoxide concentration is generated, so that the on-off valve 214 is closed and the on-off valve 213 is opened. To start supplying the hydrogen-rich gas to the anode 1a of the fuel cell 1 and start supplying air to the cathode 1b by the air pump 7. At the same time, the humidifiers 6 and 8 are also activated to humidify the reformed gas and air sent to the fuel cell 1.
【００３３】これによって燃料電池１は発電を開始し、
発電に伴う発熱により昇温する。そして、燃料電池１の
温度が所定の設定温度（８０℃程度）に到達すれば通常
運転に入る。 通常運転時：通常運転時には、燃料電池１から外部負荷
（不図示）への電力供給を行う。As a result, the fuel cell 1 starts power generation,
The temperature rises due to the heat generated by power generation. Then, when the temperature of the fuel cell 1 reaches a predetermined set temperature (about 80 ° C.), the normal operation starts. During normal operation: During normal operation, power is supplied from the fuel cell 1 to an external load (not shown).
【００３４】燃料電池１は、発電に伴って発熱するが、
冷却ポンプ９１により冷却部１ｃに送られる冷却水によ
って冷却される。通常運転時において、制御器９は、温
度センサ９２から送られる信号から燃料電池１の運転温
度を常に監視し、この運転温度が設定温度（８０℃）に
保たれるようになっている。なお、通常運転時には、調
整弁２１２は閉じておき、アノード部１ａから排出され
た未反応のガスをバーナ３２で燃焼させる。The fuel cell 1 generates heat with power generation.
It is cooled by cooling water sent to the cooling unit 1c by the cooling pump 91. During normal operation, the controller 9 constantly monitors the operating temperature of the fuel cell 1 from a signal sent from the temperature sensor 92, and this operating temperature is maintained at a set temperature (80 ° C.). During normal operation, the regulating valve 212 is closed, and the unreacted gas discharged from the anode unit 1a is burned by the burner 32.
【００３５】制御器９は、燃料電池１の出力に応じて、
エアポンプ７の出力及び調整弁２１１の開閉度を制御す
ることによって、燃料電池１に供給する改質ガス及び空
気の量を調整する。通常運転時においても、加湿器６，
８を継続的に駆動して、燃料電池１に送り込まれる改質
ガス及び空気を加湿することによって固体高分子膜１１
を保湿する。ここで、制御器９は、加湿器６，８におけ
る加湿量を以下に説明するように制御する。The controller 9 responds to the output of the fuel cell 1
By controlling the output of the air pump 7 and the degree of opening and closing of the regulating valve 211, the amounts of reformed gas and air supplied to the fuel cell 1 are regulated. Humidifier 6, even during normal operation
8 is continuously driven to humidify the reformed gas and air sent to the fuel cell 1, so that the solid polymer membrane 11 is humidified.
To moisturize. Here, the controller 9 controls the humidification amount in the humidifiers 6 and 8 as described below.
【００３６】（通常運転時における加湿制御とその効果
についての説明）本実施形態では、制御器９は、燃料電
池１のアノード部１ａから排出される未反応燃料ガスの
湿度を湿度センサ９０（図１参照）で測定しながら、そ
の測定値に基づいて、アノード部１ａから排出される未
反応燃料ガス中に含まれる水蒸気量が、常に飽和水蒸気
量以上となるように加湿器６，８の制御を行う。(Description of Humidification Control During Normal Operation and Its Effect) In the present embodiment, the controller 9 measures the humidity of the unreacted fuel gas discharged from the anode section 1a of the fuel cell 1 by a humidity sensor 90 (FIG. 1), while controlling the humidifiers 6 and 8 based on the measured value so that the amount of water vapor contained in the unreacted fuel gas discharged from the anode part 1a always becomes equal to or more than the amount of saturated water vapor. I do.
【００３７】制御器９が加湿器６，８を制御する方法に
ついて具体例を示す。湿度センサ９０としては、例えば
静電容量式の湿度センサを用いる。そして、この湿度セ
ンサ９０は、燃料電池１におけるアノード側から排出さ
れる未反応改質ガスの湿度を測定できる位置に設置す
る。具体的には、燃料電池１の未反応改質ガス出口と配
管２０５との接続部に湿度センサ９０挿設するか、孔１
０２，１４２，１５２，１８２，１９２によって形成さ
れる未反応改質ガス排出用マニホールドに湿度センサ９
０を挿設する。A specific example of a method in which the controller 9 controls the humidifiers 6 and 8 will be described. As the humidity sensor 90, for example, a capacitance type humidity sensor is used. The humidity sensor 90 is installed at a position where the humidity of the unreacted reformed gas discharged from the anode side of the fuel cell 1 can be measured. Specifically, the humidity sensor 90 is inserted into the connection between the unreacted reformed gas outlet of the fuel cell 1 and the pipe 205, or the hole 1
02, 142, 152, 182 and 192, the humidity sensor 9 is provided on the manifold for discharging unreacted reformed gas.
0 is inserted.
【００３８】本実施形態では、燃料電池１の設定温度は
常に一定（８０℃）であるものとする。制御器９は、所
定時間（例えば数分）経過ごとに、図４に示すＳ１〜Ｓ
２の処理を行う。すなわち、湿度センサ９０で測定する
湿度が、基準値以上であるか否かをチェックし（Ｓ
１）、基準値未満であれば、加湿器６，８の温度設定を
１℃上昇させ（Ｓ２）ステップＳ１に戻る。そして、測
定する湿度が、基準値以上であれば加湿器６，８の温度
設定をそのまま維持する。ここでは湿度の基準値は９９
％とする。In this embodiment, it is assumed that the set temperature of the fuel cell 1 is always constant (80 ° C.). The controller 9 executes S1 to S1 shown in FIG.
Step 2 is performed. That is, it is checked whether the humidity measured by the humidity sensor 90 is equal to or higher than the reference value (S
1) If it is less than the reference value, the temperature setting of the humidifiers 6 and 8 is increased by 1 ° C. (S2) and the process returns to step S1. If the measured humidity is equal to or higher than the reference value, the temperature settings of the humidifiers 6 and 8 are maintained as they are. Here, the reference value of humidity is 99
%.
【００３９】このように制御することによって、アノー
ド側チャネル出口において未反応改質ガスに含まれる水
分量は、電池運転温度における飽和水蒸気量の９９％以
上に維持されるので、アノード側チャネルを流通する改
質ガスには、実質的に飽和水蒸気量以上の水分が常に含
有されることになる。ここで、アノード側チャネルを流
通する改質ガスに含まれる水蒸気量が飽和水蒸気量未満
であると、改質ガス中に含まれる微量のＣＯによってア
ノードの触媒性能が低下する傾向にあるのに対して、ア
ノード側チャネルを流通する改質ガスに飽和水蒸気量以
上の水分が含有されていると、改質ガス中に含まれるＣ
Ｏが微量含まれていても、アノードの触媒性能の低下は
生じにくい（下記図５の実験結果参照）。With this control, the amount of water contained in the unreacted reformed gas at the outlet of the anode side channel is maintained at 99% or more of the amount of saturated steam at the battery operating temperature. Thus, the reformed gas always contains water substantially equal to or more than the saturated steam amount. Here, when the amount of water vapor contained in the reformed gas flowing through the anode side channel is less than the amount of saturated water vapor, a small amount of CO contained in the reformed gas tends to lower the catalytic performance of the anode. Therefore, if the reformed gas flowing through the anode-side channel contains moisture equal to or greater than the saturated water vapor amount, the C contained in the reformed gas may be reduced.
Even if a small amount of O is contained, the catalytic performance of the anode is hardly reduced (see the experimental results in FIG. 5 below).
【００４０】よって、上記のように加湿器６，８の加湿
量を制御することによって、アノードの触媒性能を維持
することができる。なお、このように制御すれば、通常
は、加湿器６，８の温度設定が燃料電池１の運転温度よ
りも大きく上昇することはないが、もし燃料電池１の設
定温度＋１０℃以上（９０℃以上）になった場合には、
それ以上加湿器６，８の温度設定を上昇させることのな
いように、その設定温度を維持するように加湿温度の上
限を設定しておいてもよい。Therefore, by controlling the humidification amount of the humidifiers 6 and 8 as described above, the catalytic performance of the anode can be maintained. It should be noted that, with such control, the temperature setting of the humidifiers 6 and 8 does not normally rise much higher than the operating temperature of the fuel cell 1, but if it is higher than the set temperature of the fuel cell 1 + 10 ° C (90 ° C). Above),
The upper limit of the humidifying temperature may be set so as to maintain the set temperature so that the temperature setting of the humidifiers 6 and 8 is not further increased.
【００４１】（本願発明による作用効果についての確認
実験並びに考察）アノード側チャネルを流通する燃料ガ
スに飽和水蒸気量以上の水分が含有されることによっ
て、ＣＯによるアノード触媒の性能低下を抑制できるこ
とを確かめるために次の実験１を行った。 〔実験１〕先ず、以下の仕様で単セル燃料電池を作製し
た。(Confirmation Experiment and Discussion on the Effect of the Present Invention) It is confirmed that the fuel gas flowing through the anode-side channel contains water in an amount equal to or higher than the saturated water vapor amount, whereby the deterioration of the performance of the anode catalyst due to CO can be suppressed. For this purpose, the following experiment 1 was performed. [Experiment 1] First, a single-cell fuel cell was manufactured according to the following specifications.
【００４２】集電体（ガス拡散層）として、カーボン多
孔体をＰＴＦＥ溶液で溌水処理したものを用い、その上
に、各電極触媒層を形成した。電極触媒層は、アノード
・カソード共に、白金担持カーボンにＮａｆｉｏｎ溶液
（デュポン社）を２０％加えＰＴＦＥを２０％混合した
ものをスクリーン印刷法で形成した（厚み５０μｍ）。As a current collector (gas diffusion layer), a carbon porous material subjected to a water repellent treatment with a PTFE solution was used, and each electrode catalyst layer was formed thereon. The electrode catalyst layer was formed by screen printing of a mixture of 20% Nafion solution (DuPont) and 20% PTFE mixed with platinum-carrying carbon for both the anode and the cathode (thickness: 50 μm).
【００４３】そして、これらを、ホットプレス（１５０
℃、５０ｋｇ／ｃｍ2、６０ｓｅｃ）によって固体高分
子膜に融着した。ここで、固体高分子膜としては７ｃｍ
角のパーフルオロカーボンスルホン酸膜を用いた。この
ようにして作製したセルを用いて、有効電極面積２５ｃ
ｍ2の単セル燃料電池を作製した。Then, these are hot-pressed (150
(50 ° C., 50 kg / cm 2 , 60 sec). Here, 7 cm is used as the solid polymer film.
A corner perfluorocarbon sulfonic acid film was used. Using the cell thus produced, the effective electrode area 25c
An m 2 single cell fuel cell was fabricated.
【００４４】次に、作製した単セル燃料電池を用いて、
燃料ガスとして純粋な水素を用いた場合と、ＣＯを１０
０ｐｐｍ含む水素ガスを用いた場合との各々について、
アノード側チャネル出口における湿度（ガス中の飽和水
蒸気量に対するガス中の水分測定量）が０．８〜１．２
の範囲内でいろいろな値をとるように加湿量を変化させ
ながら運転し、発電電圧を測定した。なお、アノード側
チャネル出口における燃料ガス中の水分量は、アノード
側チャネル出口においてガスをサンプリングし、その含
有水分量を定量分析することによって行った。Next, using the manufactured single cell fuel cell,
When pure hydrogen is used as fuel gas, CO
For each of the cases where hydrogen gas containing 0 ppm is used,
The humidity at the outlet of the anode side channel (the measured amount of water in the gas with respect to the amount of saturated water vapor in the gas) is 0.8 to 1.2.
The operation was carried out while changing the humidification amount so as to take various values within the range, and the generated voltage was measured. The amount of water in the fuel gas at the outlet of the anode side channel was determined by sampling the gas at the outlet of the anode side channel and quantitatively analyzing the water content.
【００４５】燃料電池の運転条件は、次のとおりであ
る。燃料ガスとしては、純粋な水素、並びにＣＯを１０
０ｐｐｍ含む水素を用い、酸化剤ガスとしては空気を用
いた。電流密度は０．５Ａ／ｃｍ2、セル温度は８０
℃、燃料利用率Ｕｆは５０％、酸素利用率Ｕoxは２０％
とした。そして、燃料ガスとして純粋な水素を用いた場
合の発電電圧ＶH2と、ＣＯを１００ｐｐｍ含む水素を用
いた場合の発電電圧ＶCO100との差（ＶH2−ＶCO100）を
ＣＯによるセル電圧低下量ΔＶとして、各湿度ごとにＣ
Ｏによるセル電圧低下量ΔＶを測定した。The operating conditions of the fuel cell are as follows. As a fuel gas, pure hydrogen and CO at 10
Hydrogen containing 0 ppm was used, and air was used as the oxidizing gas. The current density is 0.5 A / cm 2 and the cell temperature is 80
° C, fuel utilization Uf is 50%, oxygen utilization Uox is 20%
And Then, the difference (VH 2 −VCO 100 ) between the power generation voltage VH 2 when pure hydrogen is used as the fuel gas and the power generation voltage VCO 100 when hydrogen containing 100 ppm of CO is used is the amount of cell voltage decrease due to CO. As ΔV, C for each humidity
The cell voltage drop ΔV due to O was measured.
【００４６】図５は、この実験の結果得られたものであ
って、アノード側チャネル出口における未反応燃料ガス
の湿度と、ＣＯによるセル電圧低下量ΔＶとの関係を示
す特性図である。なお、図５中において、「Water cont
ent in the anode outlet gas」と記載されているの
は、「アノード排ガス中の水分量／飽和水蒸気量」のこ
とである。FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the humidity of the unreacted fuel gas at the outlet of the anode side channel and the cell voltage drop ΔV due to CO, which is obtained as a result of this experiment. In FIG. 5, "Water cont
What is described as "ent in the anode outlet gas" is "amount of water in anode exhaust gas / amount of saturated steam".
【００４７】本図によれば、アノード側チャネル出口に
おける湿度が１．０以上の範囲ではＣＯによるセル電圧
低下量ΔＶが低い値を示しているが、当該湿度が１．０
未満の範囲では当該湿度が小さいほどＣＯによるセル電
圧低下量ΔＶが大きくなっている。この実験結果は、ア
ノード側チャネルを流通する燃料ガスに飽和水蒸気量以
上の水分が含有されると、ＣＯによるアノード触媒の性
能低下を抑制できることを示している。According to this figure, when the humidity at the outlet of the anode-side channel is in the range of 1.0 or more, the cell voltage drop ΔV due to CO shows a low value.
In the range below, the smaller the humidity is, the larger the cell voltage drop ΔV due to CO becomes. These experimental results show that if the fuel gas flowing through the anode-side channel contains water at a saturation vapor amount or more, the performance degradation of the anode catalyst due to CO can be suppressed.
【００４８】アノード側チャネルを流通する燃料ガス中
の水分量を飽和水蒸気量以上とすることによって、ＣＯ
によるアノード触媒性能の低下を抑制できる理由につい
ては、以下のように考察される。アノード触媒層におい
ては、上述したように、触媒が担持されたカーボン粒子
及びイオン交換樹脂が混在している。By making the amount of water in the fuel gas flowing through the anode side channel equal to or higher than the amount of saturated steam, CO 2
The reason why the decrease in anode catalyst performance due to the above can be suppressed is considered as follows. In the anode catalyst layer, as described above, the carbon particles carrying the catalyst and the ion exchange resin are mixed.
【００４９】このアノード触媒層においては、水素が触
媒と接触することによって、下記反応式に示すように水
素イオンと電子が生成する反応が起こる。 Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋ ２ｅ- 従って、アノード触媒層のイオン交換樹脂がよく湿潤し
ていれば、触媒上で生成する水素イオンが移動しやすい
状態にあるので、触媒の中で反応に寄与できる状態にあ
る部分の割合が多いことになる。そのため、改質ガス中
に含まれるＣＯが触媒に吸着して部分的に不活性になっ
たとしても、残りの触媒活性部分だけで十分に反応量を
確保することが可能である。In the anode catalyst layer, when hydrogen comes into contact with the catalyst, a reaction of generating hydrogen ions and electrons occurs as shown in the following reaction formula. H 2 → 2H + + 2e − Therefore, if the ion exchange resin of the anode catalyst layer is well wet, hydrogen ions generated on the catalyst are in a state where they can easily move, and can contribute to the reaction in the catalyst. Will have a higher proportion of Therefore, even if CO contained in the reformed gas is adsorbed by the catalyst and becomes partially inactive, it is possible to secure a sufficient reaction amount only with the remaining catalytically active portion.
【００５０】これに対して、アノード触媒層のイオン交
換樹脂が湿潤していなければ、触媒上で生成する水素イ
オンが移動しにくい状態にあるため、触媒の中で反応に
寄与できる割合が少ない状態にある。そのため、改質ガ
ス中に含まれるＣＯが触媒に吸着して部分的に不活性に
なったなら、残りの触媒活性部分だけで十分に反応量を
確保することができず、触媒性能の低下として現れるも
のと考えられる。On the other hand, if the ion-exchange resin of the anode catalyst layer is not wet, the hydrogen ions generated on the catalyst are in a state where it is difficult to move, so that the proportion of the catalyst that can contribute to the reaction is small. It is in. Therefore, if the CO contained in the reformed gas is adsorbed by the catalyst and becomes partially inactive, it is not possible to secure a sufficient amount of reaction only with the remaining catalytically active portion, resulting in a decrease in catalytic performance. It is thought to appear.
【００５１】〔実施の形態２〕本実施の形態における燃
料電池発電装置の全体構成は、実施の形態１と同様であ
る。本実施形態では、燃料電池１の未反応改質ガス出口
と配管２０５との接続部において水分測定器が挿設され
ている。この水分測定器は、ガスをサンプリングしてそ
こに含まれる水分量を測定するものであって、ガス中に
飽和水蒸気量以上の水分が含まれている場合（湿度１０
０％以上の場合）であっても、その水分量を測定できる
ようになっている。[Second Embodiment] The overall configuration of a fuel cell power generator according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment. In the present embodiment, a moisture meter is inserted at the connection between the unreacted reformed gas outlet of the fuel cell 1 and the pipe 205. This moisture meter measures the amount of water contained in a sample by sampling the gas, and when the gas contains more than the amount of saturated water vapor (10% humidity).
(In the case of 0% or more), the water content can be measured.
【００５２】図６に示す水分測定器３００はその一具体
例である。この水分測定器３００においては、ガス流通
管３０１を流通する未反応改質ガスをサンプリングする
ためにバイパス３０２が設けられている。そして、バイ
パス３０２を流通するガスに含まれる水分を測定するた
めに、バイパス３０２の途中にはサンプリング室３０３
が形成され、このサンプリング室３０３に湿度センサ３
０４が挿設されている。The moisture meter 300 shown in FIG. 6 is one specific example. In the moisture measuring device 300, a bypass 302 is provided for sampling the unreacted reformed gas flowing through the gas flow pipe 301. In order to measure the moisture contained in the gas flowing through the bypass 302, a sampling chamber 303 is provided in the middle of the bypass 302.
Is formed, and the humidity sensor 3 is provided in the sampling chamber 303.
04 is inserted.
【００５３】また、サンプリング室３０３にはこれを加
熱するヒータ３０５が設けられ、水分測定器３００は全
体的に保温材３０６で覆われている。このヒータ３０５
によって、サンプリング室３０３内は、燃料電池１の運
転温度よりも高い一定の温度（例えば９０℃）に維持さ
れるようになっている。このような水分測定器３００に
よれば、アノード側チャネルの出口における未反応改質
ガス中に含まれる水分が飽和水蒸気量を越える場合で
も、サンプリング室３０３内ではガス中の水分が飽和水
蒸気量以下となる。すなわち、燃料電池１の運転温度に
おいては、未反応改質ガスの湿度が１００％を越えてガ
ス中に水滴が生成しているような場合であっても、サン
プリング室３０３内では水分は完全に気化するので、湿
度センサ３０４によってサンプリング室３０３内におけ
るガスの湿度を測定すれば、アノード側チャネルの出口
における未反応改質ガス中に含まれる水分量を知ること
ができる。The sampling chamber 303 is provided with a heater 305 for heating the same, and the moisture meter 300 is entirely covered with a heat insulator 306. This heater 305
Accordingly, the inside of the sampling chamber 303 is maintained at a constant temperature (for example, 90 ° C.) higher than the operating temperature of the fuel cell 1. According to such a moisture measuring device 300, even if the moisture contained in the unreacted reformed gas at the outlet of the anode-side channel exceeds the amount of saturated steam, the moisture in the gas is equal to or less than the amount of saturated steam in the sampling chamber 303. Becomes That is, at the operating temperature of the fuel cell 1, even when the humidity of the unreacted reformed gas exceeds 100% and water droplets are generated in the gas, moisture is completely removed in the sampling chamber 303. Since the gas is vaporized, if the humidity of the gas in the sampling chamber 303 is measured by the humidity sensor 304, it is possible to know the amount of water contained in the unreacted reformed gas at the outlet of the anode-side channel.
【００５４】従って、サンプリング室３０３の温度（９
０℃）における未反応改質ガスの飽和水蒸気量をＡ、燃
料電池１の運転温度（８０℃）における未反応改質ガス
の飽和水蒸気量をＢとすると、下記（１）式によってア
ノード側チャネルの出口における未反応改質ガスの湿度
を算出することができる。 （サンプリング室３０３内での湿度測定値）×Ａ／Ｂ…（１） 本実施形態では、制御器９は、所定時間経過ごとに図７
に示すＳ１１〜Ｓ１４の処理を行う。Therefore, the temperature of the sampling chamber 303 (9
Assuming that the saturated steam amount of the unreacted reformed gas at 0 ° C.) is A and the saturated steam amount of the unreacted reformed gas at the operating temperature (80 ° C.) of the fuel cell 1 is B, the anode-side channel is calculated by the following equation (1). The humidity of the unreacted reformed gas at the outlet can be calculated. (Measurement value of humidity in sampling chamber 303) × A / B (1) In the present embodiment, the controller 9 determines whether or not FIG.
S11 to S14 shown in FIG.
【００５５】すなわち、上記算出方法を用いて、湿度セ
ンサ３０４から送られてくる測定湿度からアノード側チ
ャネルの出口における未反応改質ガスの湿度を算出する
（Ｓ１１）。そして、算出した湿度と、予め設定してあ
る湿度の基準範囲（例えば、９９〜１０５％）とを比較
する（Ｓ１２）。That is, the humidity of the unreacted reformed gas at the outlet of the anode channel is calculated from the measured humidity sent from the humidity sensor 304 by using the above calculation method (S11). Then, the calculated humidity is compared with a preset humidity reference range (for example, 99 to 105%) (S12).
【００５６】算出した湿度が基準範囲内にあれば、加湿
器６及び加湿器８における加湿温度設定（密封容器６１
内の温水の温度設定）をそのまま維持する。一方、算出
した湿度が基準範囲未満（９９％未満）であれば、加湿
器６及び加湿器８における加湿温度設定を１℃上昇させ
（Ｓ１３）、算出した湿度が基準範囲を越えていれば
（１０５％を越えていれば）、加湿器６及び加湿器８に
おける加湿温度設定を１℃下降させ（Ｓ１４）、ステッ
プＳ１２に戻る。If the calculated humidity is within the reference range, the humidifier 6 and the humidifier 8 are set to a humidifying temperature (sealed container 61).
(The temperature setting of the warm water inside). On the other hand, if the calculated humidity is less than the reference range (less than 99%), the humidification temperature setting in the humidifier 6 and the humidifier 8 is increased by 1 ° C. (S13), and if the calculated humidity exceeds the reference range (S13). If it exceeds 105%), the humidification temperature setting in the humidifier 6 and the humidifier 8 is decreased by 1 ° C. (S14), and the process returns to step S12.
【００５７】このように制御することによって、アノー
ド側チャネル出口における未反応改質ガスに含まれる水
分量は、電池運転温度における飽和水蒸気量付近に維持
されることになる。よって、実施の形態１と同様に、ア
ノード側チャネルを流通する燃料ガス中の水分量を飽和
水蒸気量以上に維持し、ＣＯによるアノード触媒性能の
低下を抑制できるが、更に、本実施形態では、運転中
は、ＣＯによるアノード触媒性能の低下を抑制するのに
必要な量だけ加湿され、過剰に加湿されることはない。By controlling as described above, the amount of water contained in the unreacted reformed gas at the outlet of the anode side channel is maintained near the saturated steam amount at the battery operating temperature. Therefore, similarly to the first embodiment, the amount of water in the fuel gas flowing through the anode-side channel can be maintained at a level equal to or higher than the saturated water vapor amount, and a decrease in the anode catalyst performance due to CO can be suppressed. During operation, the humidifier is humidified only in an amount necessary to suppress a decrease in anode catalyst performance due to CO, and is not excessively humidified.
【００５８】〔実施の形態３〕燃料電池発電装置の全体
構成は実施の形態１，２と同様である。ただし、上記実
施の形態１，２では、制御器９は、加湿器６，８の加湿
量を制御することによって、アノード側チャネル出口側
のガスの湿度を制御するようにしたが、本実施の形態で
は、燃料電池の運転温度を制御することによって、アノ
ード側チャネル出口側のガスの湿度を制御する例を示
す。[Embodiment 3] The overall configuration of a fuel cell power generator is the same as in Embodiments 1 and 2. However, in the first and second embodiments, the controller 9 controls the humidity of the gas on the outlet side of the anode-side channel by controlling the humidification amount of the humidifiers 6 and 8. The embodiment shows an example in which the operating temperature of the fuel cell is controlled to control the humidity of the gas on the outlet side of the anode-side channel.
【００５９】本実施の形態では、実施の形態２と同様
に、燃料電池１の未反応改質ガス出口と配管２０５との
接続部において水分測定器３００が挿設されているもの
とする。また、加湿器６，８における加湿温度は一定
（例えば８０℃）とする。制御器９は、所定時間経過ご
とに図８に示すＳ２１〜Ｓ２４の処理を行う。In the present embodiment, similarly to the second embodiment, it is assumed that the moisture meter 300 is inserted at the connection between the unreacted reformed gas outlet of the fuel cell 1 and the pipe 205. The humidification temperature in the humidifiers 6 and 8 is constant (for example, 80 ° C.). The controller 9 performs the processing of S21 to S24 shown in FIG. 8 every time a predetermined time elapses.
【００６０】すなわち、湿度センサ３０４から送られて
くる測定湿度からアノード側チャネルの出口における未
反応改質ガスの湿度を算出する（Ｓ２１）。そして、算
出した湿度と、予め設定してある湿度の基準範囲（例え
ば、９９〜１０５％）とを比較する（Ｓ２２）。算出し
た湿度が基準範囲内にあれば、燃料電池１の運転温度の
設定をそのまま維持する。That is, the humidity of the unreacted reformed gas at the outlet of the anode channel is calculated from the measured humidity sent from the humidity sensor 304 (S21). Then, the calculated humidity is compared with a preset humidity reference range (for example, 99 to 105%) (S22). If the calculated humidity is within the reference range, the setting of the operating temperature of the fuel cell 1 is maintained as it is.
【００６１】一方、算出した湿度が基準範囲未満（９９
％未満）であれば、燃料電池１の運転温度の設定を１℃
下降させ（Ｓ２３）、算出した湿度が基準範囲を越えて
いれば（１０５％を越えていれば）、燃料電池１の運転
温度の設定を１℃上昇させ（Ｓ２４）、ステップＳ２２
に戻る。このように燃料電池の運転温度を制御すること
によっても、アノード側チャネル出口における未反応改
質ガスに含まれる水分量は、電池運転温度における飽和
水蒸気量付近に維持されることになる。On the other hand, if the calculated humidity is less than the reference range (99
%), The operating temperature of the fuel cell 1 is set to 1 ° C.
If the calculated humidity exceeds the reference range (if it exceeds 105%), the operating temperature setting of the fuel cell 1 is increased by 1 ° C. (S24), and step S22 is performed.
Return to By controlling the operating temperature of the fuel cell in this way, the amount of water contained in the unreacted reformed gas at the outlet of the anode-side channel is maintained near the saturated steam amount at the operating temperature of the cell.
【００６２】よって、上記実施の形態１，２と同様に、
アノード側チャネルを流通する燃料ガス中の水分量を飽
和水蒸気量以上に維持し、ＣＯによるアノード触媒性能
の低下を抑制できる。Therefore, similarly to the first and second embodiments,
The amount of water in the fuel gas flowing through the anode-side channel is maintained at a level equal to or higher than the amount of saturated water vapor, and a decrease in anode catalyst performance due to CO can be suppressed.
【００６３】[0063]
【実施例】〔実験２〕上記実験１で説明したのと同様の
仕様で単セル燃料電池（セルＡ及びセルＢ）を作製し
た。そして、セルＡ（実施例）及びセルＢ（比較例）に
ついて以下の運転条件で長時間連続運転しながらセル電
圧の変化を測定した。[Experiment 2] Single-cell fuel cells (cells A and B) were manufactured with the same specifications as those described in Experiment 1 above. Then, cell A (Example) and cell B (Comparative Example) were measured for changes in cell voltage while operating continuously for a long time under the following operating conditions.
【００６４】運転条件は、以下のとおりである。 燃料ガス：ＣＯを１００ｐｐｍ含む水素（燃料利用率Ｕ
ｆ＝５０％）、 酸化剤ガス：空気（酸素利用率Ｕox＝２０％） 電流密度：０．５Ａ／ｃｍ2 セル温度：８０℃ 但し、セルＡにおいては、運転開始直後の加湿の条件
は、燃料ガスの加湿温度：８０℃、空気の加湿温度：７
０℃とし、アノード側チャネルの出口において燃料ガス
の湿度をセンシングし、飽和水蒸気量に保たれるよう加
湿温度を制御した。なお、連続運転の途中で、燃料ガス
の加湿温度を人為的に一時的に５０℃に低下させたが加
湿制御は継続的に行った。The operating conditions are as follows. Fuel gas: hydrogen containing 100 ppm of CO (fuel utilization rate U
f = 50%) Oxidizing gas: air (oxygen utilization Uox = 20%) Current density: 0.5 A / cm 2 Cell temperature: 80 ° C. However, in the cell A, the humidification conditions immediately after the start of operation are as follows: Humidification temperature of fuel gas: 80 ° C, humidification temperature of air: 7
At 0 ° C., the humidity of the fuel gas was sensed at the outlet of the anode-side channel, and the humidification temperature was controlled so as to maintain the saturated water vapor amount. During the continuous operation, the humidification temperature of the fuel gas was temporarily and temporarily lowered to 50 ° C., but the humidification control was continuously performed.
【００６５】一方、セルＢにおいては、加湿温度の制御
はせず、運転開始直後の加湿の条件は、燃料ガスの加湿
温度：８０℃で固定し、連続運転の途中で、同様に燃料
ガスの加湿温度を人為的に５０℃に低下させ、その後も
そのままの加湿条件で運転した。図９は、この実験結果
を示すものであって、運転時間ごとのセル電圧を示すグ
ラフである。On the other hand, in the cell B, the humidification temperature was not controlled, and the humidification condition immediately after the start of the operation was fixed at the humidification temperature of the fuel gas: 80 ° C. The humidification temperature was artificially lowered to 50 ° C., and the operation was continued under the same humidification condition. FIG. 9 shows the results of this experiment and is a graph showing the cell voltage for each operation time.
【００６６】セルＡでは、加湿温度が低下した直後に一
時的にセル電圧が低下しているが、運転時間経過に伴っ
てほぼもとのセル電圧まで回復している。これは、燃料
ガスの加湿量が低下することによってアノード触媒性能
が一旦は低下したけれども、その後燃料ガスの加湿量が
再び増加することによってアノード触媒性能が回復した
ことを示している。In the cell A, the cell voltage is temporarily lowered immediately after the humidification temperature is lowered, but is recovered to almost the original cell voltage as the operation time elapses. This indicates that although the anode catalyst performance temporarily decreased due to the decrease in the humidification amount of the fuel gas, the anode catalyst performance was restored as the humidification amount of the fuel gas increased again thereafter.
【００６７】一方、セルＢでは、加湿温度が低下した直
後にセル電圧が低下したまま回復していない。これは、
燃料ガスの加湿量が低いままであるため、アノード触媒
性能が回復しないことを示している。 （実施の形態１〜３の変形例などについて）実施の形態
１，２では加湿器６，８の加湿温度を制御することによ
って、また実施の形態３では燃料電池１の運転温度を制
御することによって、アノード側チャネル出口における
湿度を制御する例を示したたが、この両者を併用して、
アノード側出口における未反応加湿ガスの湿度測定値に
基づいて、加湿器６，８の加湿温度と、燃料電池１の運
転温度の運転温度とを共に制御するようにしてもよい。On the other hand, in the cell B, immediately after the humidification temperature was lowered, the cell voltage was not lowered and recovered. this is,
This indicates that the anode catalyst performance is not restored because the humidification amount of the fuel gas remains low. In the first and second embodiments, the humidification temperature of the humidifiers 6 and 8 is controlled, and in the third embodiment, the operating temperature of the fuel cell 1 is controlled. Has shown the example of controlling the humidity at the outlet of the anode side channel.
Both the humidification temperature of the humidifiers 6 and 8 and the operating temperature of the fuel cell 1 may be controlled based on the measured value of the humidity of the unreacted humidified gas at the outlet on the anode side.
【００６８】実施の形態１，２では、アノード側出口に
おける未反応加湿ガスの湿度測定値に基づいて、加湿器
６，８の両方の加湿温度を制御するようにしたが、加湿
器８の加湿温度は一定とし、加湿器６の加湿温度だけを
上記と同様に制御してもよい。逆に、加湿器６は設け
ず、加湿器８で空気だけを加湿する場合において、運転
条件によっては、実施の形態１，２のように加湿器６の
加湿温度を制御したり実施の形態３のように燃料電池の
運転温度を制御することによって、同様の効果を得るこ
とは可能と考えられる。In the first and second embodiments, the humidification temperature of both the humidifiers 6 and 8 is controlled based on the measured value of the humidity of the unreacted humidified gas at the outlet on the anode side. The temperature may be fixed, and only the humidification temperature of the humidifier 6 may be controlled in the same manner as described above. Conversely, when only the air is humidified by the humidifier 8 without the humidifier 6, the humidification temperature of the humidifier 6 may be controlled as in the first and second embodiments or the third embodiment depending on the operating conditions. It is considered possible to obtain the same effect by controlling the operating temperature of the fuel cell as described above.
【００６９】また、上記実施の形態１〜３の燃料電池発
電装置では、加湿器６，８を用いてアノード部１ａに供
給される改質ガス及びカソード部１ｂに供給される空気
を共に加湿する例を示した。このように改質ガスと空気
の両方を加湿することは固体高分子膜１１を保湿しやす
い点で好ましいが、装置の簡略化のために加湿器８は設
けず、加湿器６で改質ガスだけを加湿するようにしても
よく、この場合も、実施の形態１，２のように加湿器８
の加湿温度を制御したり、実施の形態３のように燃料電
池の運転温度を制御すれば、同様の効果を奏する。In the fuel cell power generators of the first to third embodiments, the humidifiers 6 and 8 are used to humidify both the reformed gas supplied to the anode 1a and the air supplied to the cathode 1b. Examples have been given. It is preferable to humidify both the reformed gas and the air in this point because the solid polymer film 11 is easily moisturized. However, the humidifier 8 is not provided to simplify the apparatus, and the humidifier 6 is used. May be humidified, and in this case as well, the humidifier 8
If the humidification temperature of the fuel cell is controlled or the operating temperature of the fuel cell is controlled as in the third embodiment, the same effect can be obtained.
【００７０】また、上記実施の形態１〜３の燃料電池発
電装置では、改質ガスや空気を加湿することによって固
体高分子膜１１を保湿する外部加湿方式の例を示した
が、燃料電池の内部に水を供給して固体高分子膜を保湿
する内部加湿方式の場合においても、実施の形態１，２
と同様に、アノード側チャネル出口における改質ガスの
湿度が基準以上となるように燃料電池内部への水の供給
量を制御したり、実施の形態３のように燃料電池の運転
温度を制御することによって、同様の効果を奏する。In the fuel cell power generators of the first to third embodiments, an example of the external humidification system in which the solid polymer membrane 11 is humidified by humidifying the reformed gas or air has been described. In the case of the internal humidification method in which water is supplied to the inside to keep the solid polymer film moist, the first and second embodiments are also used.
In the same manner as described above, the supply amount of water into the fuel cell is controlled so that the humidity of the reformed gas at the anode-side channel outlet is equal to or higher than the reference, or the operating temperature of the fuel cell is controlled as in the third embodiment. Thereby, a similar effect is achieved.
【００７１】[0071]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固体高分子型燃料電池のアノードから排出される燃料ガ
ス（アノード側チャネルの出口側における燃料ガス）の
湿度が一定の基準以上となるよう、燃料電池の運転温度
及び固体高分子膜への水分供給量の少なくとも一方を制
御することによって、燃料電池運転中は常に、燃料ガス
中に含まれるＣＯによってアノード触媒性能が低下する
のが抑制されるので、燃料電池運転中は安定して高い発
電性能を得ることができる。As described above, according to the present invention,
The operating temperature of the fuel cell and the supply of water to the polymer electrolyte membrane so that the humidity of the fuel gas discharged from the anode of the polymer electrolyte fuel cell (the fuel gas at the outlet side of the anode-side channel) is equal to or higher than a certain standard. By controlling at least one of the amounts, the deterioration of the anode catalyst performance due to CO contained in the fuel gas is suppressed at all times during the operation of the fuel cell, so that a stable high power generation performance is maintained during the operation of the fuel cell. Obtainable.
【００７２】また本発明は、従来技術で説明したＰｔ−
Ｒｕ系触媒を用いる技術や燃料ガス中に空気を微量混入
させる技術と組み合わせて適用することもできるので、
そのよな面でも実用的価値が高い。The present invention also relates to the Pt-
Since it can be applied in combination with a technology using a Ru-based catalyst or a technology of mixing a small amount of air into fuel gas,
Practical value is high in such a face.
【図１】実施の形態１にかかる固体高分子型燃料電池発
電装置の全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a polymer electrolyte fuel cell power generator according to a first embodiment.
【図２】上記燃料電池発電装置における燃料電池のセル
ユニット構成を示す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view showing a cell unit configuration of a fuel cell in the fuel cell power generator.
【図３】上記燃料電池発電装置における加湿器の具体例
を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a specific example of a humidifier in the fuel cell power generator.
【図４】実施の形態１において制御器が行う加湿温度制
御を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing humidification temperature control performed by a controller in the first embodiment.
【図５】実験１の結果を示すものであって、アノード側
チャネル出口における未反応燃料ガスの湿度と、ＣＯに
よるセル電圧低下量ΔＶとの関係を示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing the result of Experiment 1, and showing the relationship between the humidity of the unreacted fuel gas at the outlet of the anode-side channel and the cell voltage decrease ΔV due to CO.
【図６】実施の形態２の燃料電池発電装置において用い
る水分測定器の一具体例である。FIG. 6 is a specific example of a moisture meter used in the fuel cell power generator according to Embodiment 2.
【図７】実施の形態２において制御器が行う加湿温度制
御を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing humidification temperature control performed by a controller in the second embodiment.
【図８】実施の形態３において制御器が行う加湿温度制
御を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing humidification temperature control performed by a controller in a third embodiment.
【図９】実験２の結果を示すものであって、運転時間ご
とのセル電圧を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the results of Experiment 2 and showing the cell voltage for each operation time.
１ 燃料電池 １ａ アノード部 １ｂ カソード部 １ｃ 冷却部 ２ 燃料供給源 ３ 改質器 ４ ＣＯ変成器 ５ ＣＯ除去器 ６，８ 加湿器 ７ エアポンプ ９ 制御器 １０ セル １１ 固体高分子膜 １２ アノード １３ カソード １４，１５ 電池プレート １６，１７ 集電体 ６１ 密封容器 ６２ バブラ ６３ 循環ポンプ ６４ 加熱器 ９０ 湿度センサ ９１ 冷却ポンプ ９２ 温度センサ １５０ カソード側チャネル ３００ 水分測定器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 1a Anode part 1b Cathode part 1c Cooling part 2 Fuel supply source 3 Reformer 4 CO transformer 5 CO remover 6,8 Humidifier 7 Air pump 9 Controller 10 Cell 11 Solid polymer membrane 12 Anode 13 Cathode 14 , 15 Battery plate 16, 17 Current collector 61 Sealed container 62 Bubbler 63 Circulation pump 64 Heater 90 Humidity sensor 91 Cooling pump 92 Temperature sensor 150 Cathode side channel 300 Moisture meter
─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成１２年４月２６日（２０００．４．２
６）[Submission date] April 26, 2000 (200.4.2
6)
【手続補正１】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００７２[Correction target item name] 0072
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００７２】また本発明は、従来技術で説明した燃料ガ
ス中に空気を微量混入させる技術と組み合わせて適用す
ることもできるので、そのような面でも実用的価値が高
い。[0072] The present invention, since the air fuel gas has been described in the prior art can also be applied in combination with techniques to be mixed trace, the practical value in such a plane higher.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近野 義人 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 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 5H027 AA06 BA01 KK31 MM04 MM09 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yoshito Chino 2-5-5 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd. No. 5 Sanyo Electric Co., Ltd. F term (reference) 5H026 AA06 CC03 5H027 AA06 BA01 KK31 MM04 MM09
Claims (7)
配されてなるセルをを有する燃料電池と、 前記アノードに燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段
と、 前記カソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手
段と、 前記固体高分子膜に水分を供給する水分供給手段と、 前記アノードから排出される燃料ガスの湿度が一定の基
準以上となるよう、前記燃料電池の運転温度及び水分供
給手段による水分供給量の少なくとも一方を制御する制
御手段とを備えることを特徴とする固体高分子型燃料電
池発電装置。1. A fuel cell having a cell in which a cathode and an anode are arranged on a solid polymer membrane, fuel gas supply means for supplying a fuel gas to the anode, and oxidation for supplying an oxidant gas to the cathode Agent gas supply means; moisture supply means for supplying moisture to the solid polymer membrane; operating temperature and moisture supply means for the fuel cell such that the humidity of the fuel gas discharged from the anode is equal to or higher than a predetermined reference. Control means for controlling at least one of the amount of water supplied by the solid polymer fuel cell power generator.
配されてなるセルを、前記アノードに対向してアノード
側チャネルが設けられた第１部材、及び前記カソードに
対向してカソード側チャネルが設けられた第２部材で挟
持してなる燃料電池と、 前記アノード側チャネルに燃料ガスを供給する燃料ガス
供給手段と、 前記カソード側チャネルに酸化剤ガスを供給する酸化剤
ガス供給手段と、 前記アノード側チャネル及びカソード側チャネルの少な
くとも一方に水分を供給する水分供給手段と、 前記アノード側チャネルの出口側における燃料ガスの湿
度が一定の基準以上となるよう、前記燃料電池の運転温
度及び水分供給手段による水分供給量の少なくとも一方
を制御する制御手段とを備えることを特徴とする固体高
分子型燃料電池発電装置。2. A cell in which a cathode and an anode are disposed on a solid polymer membrane, a first member provided with an anode-side channel opposed to the anode, and a cathode-side channel provided opposed to the cathode. A fuel cell sandwiched by the second member provided, a fuel gas supply unit for supplying a fuel gas to the anode-side channel, an oxidant gas supply unit for supplying an oxidant gas to the cathode-side channel, and the anode A water supply means for supplying water to at least one of the side channel and the cathode side channel; and an operating temperature and water supply means for the fuel cell such that the humidity of the fuel gas at the outlet side of the anode side channel is equal to or higher than a predetermined reference. Control means for controlling at least one of the amount of water supplied by the polymer electrolyte fuel cell power generator.
度を測定する湿度測定手段を備え、 前記制御手段は、 前記湿度測定手段によって測定された湿度が一定の基準
以上となるよう前記水分供給手段による水分供給量を制
御することを特徴とする請求項２記載の固体高分子型燃
料電池発電装置。3. The polymer electrolyte fuel cell power generator includes humidity measuring means for measuring the humidity of fuel gas at the outlet side of the anode-side channel, and the control means measures the humidity by the humidity measuring means. 3. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 2, wherein the amount of water supplied by said water supply means is controlled so that the humidity is equal to or higher than a predetermined reference.
れる燃料ガス及び前記酸化剤ガス供給手段からカソード
側チャネルに供給される酸化剤ガスの少なくとも一方
を、温水に接触させて加湿するものであって、 前記制御手段は、 前記水分供給手段において前記燃料ガス供給手段からア
ノード側チャネルに供給される燃料ガス及び前記酸化剤
ガス供給手段からカソード側チャネルに供給される酸化
剤ガスの少なくとも一方を接触させる温水の温度を調整
することによって、当該ガスに供給する水分供給量を制
御することを特徴とする請求項３記載の固体高分子型燃
料電池発電装置。4. The water supply means supplies at least one of a fuel gas supplied from the fuel gas supply means to the anode side channel and an oxidant gas supplied from the oxidant gas supply means to the cathode side channel with hot water. Wherein the control means comprises: a fuel gas supplied from the fuel gas supply means to the anode-side channel and a fuel gas supplied from the oxidant gas supply means to the cathode-side channel by the moisture supply means. 4. The solid polymer fuel cell power generator according to claim 3, wherein the amount of water supplied to the oxidizing gas is controlled by adjusting the temperature of the hot water in contact with at least one of the oxidizing gas.
運転温度調整手段、及び前記アノード側チャネルの出口
側において燃料ガス中の水分量を測定する水分測定手段
を備え、 前記制御手段は、 前記水分測定手段によって測定される燃料ガス中の水分
量が一定基準以上となるよう前記設定温度を更新するこ
とを特徴とする請求項２記載の固体高分子型燃料電池発
電装置。5. A polymer electrolyte fuel cell power generator, comprising: operating temperature adjusting means for adjusting an operating temperature of the fuel cell to a set temperature; and an amount of moisture in a fuel gas at an outlet side of the anode-side channel. 3. The apparatus according to claim 2, further comprising: a moisture measuring unit for measuring the temperature, wherein the control unit updates the set temperature such that the amount of moisture in the fuel gas measured by the moisture measuring unit is equal to or higher than a predetermined reference. Solid polymer fuel cell power generator.
量が、当該燃料ガスの飽和水蒸気量以上となるよう制御
を行うことを特徴とする請求項５記載の固体高分子型燃
料電池発電装置。6. The control unit according to claim 5, wherein the control unit controls the amount of moisture in the fuel gas measured by the moisture measurement unit to be equal to or more than the saturated water vapor amount of the fuel gas. Solid polymer fuel cell power generator.
配されてなるセルを有する燃料電池を、前記アノードに
燃料ガス、前記カソードに酸化剤ガスを供給すると共
に、前記固体高分子膜に水分を供給しながら運転する方
法であって、 前記アノードから排出される燃料ガスの湿度を測定する
湿度測定ステップと、 前記湿度測定ステップで測定される湿度が一定の基準以
上となるよう前記燃料電池の運転温度及び前記固体高分
子膜への水分供給量の少なくとも一方を制御する制御ス
テップとを備えることを特徴とする固体高分子型燃料電
池の運転方法。7. A fuel cell having a cell in which a cathode and an anode are disposed on a solid polymer membrane, a fuel gas is supplied to the anode, an oxidant gas is supplied to the cathode, and moisture is supplied to the solid polymer membrane. A method of operating while supplying, wherein a humidity measuring step of measuring a humidity of a fuel gas discharged from the anode, and an operation of the fuel cell such that the humidity measured in the humidity measuring step is equal to or higher than a predetermined reference. A control step of controlling at least one of a temperature and an amount of water supplied to the polymer electrolyte membrane.
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