JP2003115311A - 固体高分子形燃料電池およびその運転方法 - Google Patents
固体高分子形燃料電池およびその運転方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】無負荷運転時も反応ガスの加湿が効果的に行わ
れ、電解質膜の乾燥による電池特性の低下が防止できる
ものを得る。 【解決手段】反応ガス加湿器１の被加湿ガス室１２に、
燃料電池本体３の空気極３１に供給する反応空気を流通
し、水蒸気透過膜１１を介してこの被加湿ガス室１２と
隔てられた加湿ガス室１３に、空気極３１より排出され
た空気極オフガスを流通し、同時にこの加湿ガス室１３
に、燃料電池本体３の冷却部３３より排出された電池冷
却水を供給する。
れ、電解質膜の乾燥による電池特性の低下が防止できる
ものを得る。 【解決手段】反応ガス加湿器１の被加湿ガス室１２に、
燃料電池本体３の空気極３１に供給する反応空気を流通
し、水蒸気透過膜１１を介してこの被加湿ガス室１２と
隔てられた加湿ガス室１３に、空気極３１より排出され
た空気極オフガスを流通し、同時にこの加湿ガス室１３
に、燃料電池本体３の冷却部３３より排出された電池冷
却水を供給する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体高分子形燃料電
池に係わり、特に固体高分子電解質膜を加湿するための
反応ガスの加湿器を備えた固体高分子形燃料電池、なら
びにその運転方法に関する。
池に係わり、特に固体高分子電解質膜を加湿するための
反応ガスの加湿器を備えた固体高分子形燃料電池、なら
びにその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Poly
mer Electrolyte Fuel Cell ）は、電解質に高分子膜を
用いる燃料電池で、出力密度が高い、電池寿命が長いな
どの特長をもつ。図６は、一般的な固体高分子形燃料電
池のセルの基本構成を模式的に示す分解断面図である。
固体高分子電解質膜７１の両面に電極７２、集電体７３
を配し、ガス流通溝７５を備えたセパレーター７４で挟
持して単セルが構成されている。また、セパレーター７
４の反対面には電極での発電に伴う発熱を除去するため
の冷却水流通溝７６が備えられている。
mer Electrolyte Fuel Cell ）は、電解質に高分子膜を
用いる燃料電池で、出力密度が高い、電池寿命が長いな
どの特長をもつ。図６は、一般的な固体高分子形燃料電
池のセルの基本構成を模式的に示す分解断面図である。
固体高分子電解質膜７１の両面に電極７２、集電体７３
を配し、ガス流通溝７５を備えたセパレーター７４で挟
持して単セルが構成されている。また、セパレーター７
４の反対面には電極での発電に伴う発熱を除去するため
の冷却水流通溝７６が備えられている。
【０００３】固体高分子形燃料電池の固体高分子電解質
膜７１に用いられている固体高分子電解質体は水を含ん
だ湿潤状態のとき高いイオン伝導性を示すので、固体高
分子形燃料電池で高い電池特性を得るには、固体高分子
電解質膜７１を湿潤状態に保持する必要がある。したが
って、反応ガスを加湿してガス流通溝７５へと供給し、
その水分を浸透させることによって固体高分子電解質膜
７１を湿潤状態に保持する方法が一般に採られている。
また、反応ガスを加湿する方法の一つとして、燃料電池
本体から排出されるオフガスを用いる方法が知られてい
る（特許第３１１１６９７号公報参照）。
膜７１に用いられている固体高分子電解質体は水を含ん
だ湿潤状態のとき高いイオン伝導性を示すので、固体高
分子形燃料電池で高い電池特性を得るには、固体高分子
電解質膜７１を湿潤状態に保持する必要がある。したが
って、反応ガスを加湿してガス流通溝７５へと供給し、
その水分を浸透させることによって固体高分子電解質膜
７１を湿潤状態に保持する方法が一般に採られている。
また、反応ガスを加湿する方法の一つとして、燃料電池
本体から排出されるオフガスを用いる方法が知られてい
る（特許第３１１１６９７号公報参照）。
【０００４】図７は、オフガスによる反応ガス加湿器を
備えた従来の固体高分子形燃料電池のガス系統の要部を
模式的に示すフロー図である。図において、１は反応空
気側の反応ガス加湿器、２は燃料ガス側の反応ガス加湿
器であり、３は燃料電池本体、４は燃料電池本体３の冷
却部３３に冷却水を供給する冷却水ポンプである。反応
空気側の反応ガス加湿器１は、水蒸気透過膜１１と、こ
の水蒸気透過膜１１により隔てられた被加湿ガス室１２
と加湿ガス室１３からなる。被加湿ガス室１２に未加湿
空気を導入し、発電反応に伴う反応生成水を含んで燃料
電池本体３の空気極３１より排出される空気極排ガスを
加湿ガス室１３に導入すると、空気極排ガスに含まれる
水蒸気は、水蒸気透過膜１１を介して未加湿空気と接触
し、水蒸気の濃度勾配に従って未加湿空気を加湿するこ
ととなる。
備えた従来の固体高分子形燃料電池のガス系統の要部を
模式的に示すフロー図である。図において、１は反応空
気側の反応ガス加湿器、２は燃料ガス側の反応ガス加湿
器であり、３は燃料電池本体、４は燃料電池本体３の冷
却部３３に冷却水を供給する冷却水ポンプである。反応
空気側の反応ガス加湿器１は、水蒸気透過膜１１と、こ
の水蒸気透過膜１１により隔てられた被加湿ガス室１２
と加湿ガス室１３からなる。被加湿ガス室１２に未加湿
空気を導入し、発電反応に伴う反応生成水を含んで燃料
電池本体３の空気極３１より排出される空気極排ガスを
加湿ガス室１３に導入すると、空気極排ガスに含まれる
水蒸気は、水蒸気透過膜１１を介して未加湿空気と接触
し、水蒸気の濃度勾配に従って未加湿空気を加湿するこ
ととなる。
【０００５】同様に、燃料ガス側の反応ガス加湿器２
は、水蒸気透過膜２１と、この水蒸気透過膜２１により
隔てられた被加湿ガス室２２と加湿ガス室２３からな
り、被加湿ガス室２２に未加湿燃料を、また、加湿ガス
室２３に燃料電池本体３の燃料極３２より排出される燃
料極オフガスを導入することによって、未加湿燃料の加
湿が行われる。
は、水蒸気透過膜２１と、この水蒸気透過膜２１により
隔てられた被加湿ガス室２２と加湿ガス室２３からな
り、被加湿ガス室２２に未加湿燃料を、また、加湿ガス
室２３に燃料電池本体３の燃料極３２より排出される燃
料極オフガスを導入することによって、未加湿燃料の加
湿が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、オフガ
スを用いて反応ガスを加湿する方法は、発電反応に伴う
反応生成水を効果的に活用して反応ガスの加湿を行う方
法である。しかしながら、このオフガスを用いる加湿法
においては、加湿に用いられる水量、すなわち加湿ガス
室に送られるオフガスに含まれる水量が、電池の反応生
成水量に制限されるので、反応ガスの加湿量は電池の負
荷電流と被加湿ガス室に送られる未加湿ガス量により一
義的に定まることとなる。このため、本加湿法では、反
応ガスの加湿量を負荷電流と独立にコントロールするこ
とができないという難点がある。
スを用いて反応ガスを加湿する方法は、発電反応に伴う
反応生成水を効果的に活用して反応ガスの加湿を行う方
法である。しかしながら、このオフガスを用いる加湿法
においては、加湿に用いられる水量、すなわち加湿ガス
室に送られるオフガスに含まれる水量が、電池の反応生
成水量に制限されるので、反応ガスの加湿量は電池の負
荷電流と被加湿ガス室に送られる未加湿ガス量により一
義的に定まることとなる。このため、本加湿法では、反
応ガスの加湿量を負荷電流と独立にコントロールするこ
とができないという難点がある。
【０００７】また、燃料電池の運転開始直前や運転待機
時あるいは運転終了直後などの無負荷状態（すなわち負
荷電流がゼロ）では、オフガスに反応生成水が含まれな
いため、反応ガスを加湿することが不可能となる。加湿
されない反応ガスを燃料電池本体に供給すると、電池内
の固体高分子電解質膜が乾燥することとなる。この状態
で運転を継続すると、乾燥により固体高分子電解質膜の
プロトン導電性が低くなるので、膜の抵抗が大きくな
り、この抵抗損失によってセル電圧が低下することとな
る。
時あるいは運転終了直後などの無負荷状態（すなわち負
荷電流がゼロ）では、オフガスに反応生成水が含まれな
いため、反応ガスを加湿することが不可能となる。加湿
されない反応ガスを燃料電池本体に供給すると、電池内
の固体高分子電解質膜が乾燥することとなる。この状態
で運転を継続すると、乾燥により固体高分子電解質膜の
プロトン導電性が低くなるので、膜の抵抗が大きくな
り、この抵抗損失によってセル電圧が低下することとな
る。
【０００８】負荷電流がゼロの時には反応ガスの供給を
停止するとの措置を採ることとすれば、固体高分子電解
質膜の乾燥を防止することができるが、燃料電池の運転
開始直前や運転待機時あるいは運転終了直後などにおい
て、常に反応ガスの供給を停止することは困難である。
本発明は、上記のごとき従来技術の難点を考慮してなさ
れたもので、本発明の目的は、無負荷時においても反応
ガス加湿器による反応ガスの加湿が効果的に行われ、固
体高分子電解質膜の乾燥によるセル電圧の低下が効果的
に防止される固体高分子形燃料電池、ならびにその運転
方法を提供することにある。
停止するとの措置を採ることとすれば、固体高分子電解
質膜の乾燥を防止することができるが、燃料電池の運転
開始直前や運転待機時あるいは運転終了直後などにおい
て、常に反応ガスの供給を停止することは困難である。
本発明は、上記のごとき従来技術の難点を考慮してなさ
れたもので、本発明の目的は、無負荷時においても反応
ガス加湿器による反応ガスの加湿が効果的に行われ、固
体高分子電解質膜の乾燥によるセル電圧の低下が効果的
に防止される固体高分子形燃料電池、ならびにその運転
方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、水蒸気透過膜と、この水蒸気
透過膜により隔てられた被加湿ガス室と加湿ガス室とか
らなる反応ガス加湿器を備えた固体高分子形燃料電池に
おいて、 （１）反応ガス加湿器の被加湿ガス室に燃料電池本体に
供給される反応ガスを導入し、加湿ガス室に燃料電池本
体より排出されたオフガスと加湿水、例えば、燃料電池
本体の冷却に用いられた燃料電池冷却水を導入すること
とする。
めに、本発明においては、水蒸気透過膜と、この水蒸気
透過膜により隔てられた被加湿ガス室と加湿ガス室とか
らなる反応ガス加湿器を備えた固体高分子形燃料電池に
おいて、 （１）反応ガス加湿器の被加湿ガス室に燃料電池本体に
供給される反応ガスを導入し、加湿ガス室に燃料電池本
体より排出されたオフガスと加湿水、例えば、燃料電池
本体の冷却に用いられた燃料電池冷却水を導入すること
とする。
【００１０】（２）また、上記の（１）において、上記
の反応ガスを空気、オフガスを反応空気オフガスとす
る。あるいは、上記の反応ガスを燃料ガス、オフガスを
燃料ガスのオフガスとする。また、上記の（１）あるい
は（２）のごとく構成した固体高分子形燃料電池の運転
において、 （３）反応ガス加湿器の加湿ガス室に導入する加湿水の
量を、燃料電池の負荷量に基づいて制御しつつ運転する
こととし、例えば、無負荷時に加湿水の量を最大とす
る。
の反応ガスを空気、オフガスを反応空気オフガスとす
る。あるいは、上記の反応ガスを燃料ガス、オフガスを
燃料ガスのオフガスとする。また、上記の（１）あるい
は（２）のごとく構成した固体高分子形燃料電池の運転
において、 （３）反応ガス加湿器の加湿ガス室に導入する加湿水の
量を、燃料電池の負荷量に基づいて制御しつつ運転する
こととし、例えば、無負荷時に加湿水の量を最大とす
る。
【００１１】（４）あるいは、反応ガス加湿器の加湿ガ
ス室に導入する加湿水の量を、燃料電池出力に基づいて
制御しつつ運転することとする。 （５）あるいは、反応ガス加湿器の加湿ガス室に導入す
る加湿水の量を、燃料電池本体の反応ガスの入口で測定
されたガス露点に基づいて制御しつつ運転することとす
る。
ス室に導入する加湿水の量を、燃料電池出力に基づいて
制御しつつ運転することとする。 （５）あるいは、反応ガス加湿器の加湿ガス室に導入す
る加湿水の量を、燃料電池本体の反応ガスの入口で測定
されたガス露点に基づいて制御しつつ運転することとす
る。
【００１２】固体高分子形燃料電池を、上記の（１）あ
るいは（２）のごとく構成することすれば、反応ガス加
湿器の加湿ガス室に導入される加湿水の量は、負荷電流
に左右されることなく独立して選定できるので、無負荷
時でも加湿することができ、乾燥による特性低下を回避
することができる。また、反応ガス加湿器の加湿ガス室
に導入する加湿水として、燃料電池本体を冷却後の燃料
電池冷却水を用いれば、反応ガス加湿器における蒸発潜
熱を補うことができ、熱エネルギーが効率的に利用され
ることとなる。
るいは（２）のごとく構成することすれば、反応ガス加
湿器の加湿ガス室に導入される加湿水の量は、負荷電流
に左右されることなく独立して選定できるので、無負荷
時でも加湿することができ、乾燥による特性低下を回避
することができる。また、反応ガス加湿器の加湿ガス室
に導入する加湿水として、燃料電池本体を冷却後の燃料
電池冷却水を用いれば、反応ガス加湿器における蒸発潜
熱を補うことができ、熱エネルギーが効率的に利用され
ることとなる。
【００１３】また、上記の（１）あるいは（２）のごと
く構成した固体高分子形燃料電池において、上記の
（３）〜（５）のごとく運転すれば、未加湿ガスの加湿
を十分に行うことができるので、燃料電池本体の乾燥が
防止され、特性低下をもたらすことなく長時間運転でき
ることとなる。
く構成した固体高分子形燃料電池において、上記の
（３）〜（５）のごとく運転すれば、未加湿ガスの加湿
を十分に行うことができるので、燃料電池本体の乾燥が
防止され、特性低下をもたらすことなく長時間運転でき
ることとなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を実施例を挙
げて説明する。なお、以下の実施例においては、反応ガ
ス加湿器における加湿ガスと被加湿ガスの組み合わせが
空気極オフガスと反応空気、燃料極オフガスと燃料ガス
の場合について述べているが、本発明はこれに限定され
ず、燃料極オフガスと反応空気との組み合わせ、もしく
は、空気極オフガスと燃料ガスとの組み合わせとしても
よい。
げて説明する。なお、以下の実施例においては、反応ガ
ス加湿器における加湿ガスと被加湿ガスの組み合わせが
空気極オフガスと反応空気、燃料極オフガスと燃料ガス
の場合について述べているが、本発明はこれに限定され
ず、燃料極オフガスと反応空気との組み合わせ、もしく
は、空気極オフガスと燃料ガスとの組み合わせとしても
よい。
【００１５】＜実施例１＞図１は、本発明の固体高分子
形燃料電池の第１の実施例のガス系統の要部を模式的に
示すフロー図である。本実施例の構成の図７に示した従
来例との相違点は、反応空気側の反応ガス加湿器１の加
湿ガス室１３と燃料ガス側の反応ガス加湿器２の加湿ガ
ス室２３の双方に、燃料電池本体３を冷却して冷却部３
３より排出された電池冷却水の一部が、図示しない調節
弁により制御されて加湿水として導入されていることに
ある。すなわち、反応空気側の反応ガス加湿器１の加湿
ガス室１３には空気極オフガスに加えて加湿水としての
電池冷却水が導入され、燃料ガス側の反応ガス加湿器２
の加湿ガス室２３には燃料極オフガスに加えて加湿水と
しての電池冷却水が導入されている。したがって、本構
成では、オフガス中に反応生成水が含まれない無負荷運
転時にも別途導入された電池冷却水により反応ガスの加
湿が行われるので、燃料電池本体の乾燥が回避されるこ
ととなる。
形燃料電池の第１の実施例のガス系統の要部を模式的に
示すフロー図である。本実施例の構成の図７に示した従
来例との相違点は、反応空気側の反応ガス加湿器１の加
湿ガス室１３と燃料ガス側の反応ガス加湿器２の加湿ガ
ス室２３の双方に、燃料電池本体３を冷却して冷却部３
３より排出された電池冷却水の一部が、図示しない調節
弁により制御されて加湿水として導入されていることに
ある。すなわち、反応空気側の反応ガス加湿器１の加湿
ガス室１３には空気極オフガスに加えて加湿水としての
電池冷却水が導入され、燃料ガス側の反応ガス加湿器２
の加湿ガス室２３には燃料極オフガスに加えて加湿水と
しての電池冷却水が導入されている。したがって、本構
成では、オフガス中に反応生成水が含まれない無負荷運
転時にも別途導入された電池冷却水により反応ガスの加
湿が行われるので、燃料電池本体の乾燥が回避されるこ
ととなる。
【００１６】また、加湿水として導入した燃料電池本体
３を冷却後の電池冷却水の水温は電池運転温度以上に上
昇しており、相応の熱エネルギーを有している。この高
温の電池冷却水を加湿水として使用することにより、反
応ガス加湿器での蒸発潜熱や未加湿ガスの加熱エネルギ
ーが補われ、熱エネルギーが有効に使用されることとな
る。
３を冷却後の電池冷却水の水温は電池運転温度以上に上
昇しており、相応の熱エネルギーを有している。この高
温の電池冷却水を加湿水として使用することにより、反
応ガス加湿器での蒸発潜熱や未加湿ガスの加熱エネルギ
ーが補われ、熱エネルギーが有効に使用されることとな
る。
【００１７】図２は、本実施例の構成の固体高分子形燃
料電池の発電運転における負荷電流と反応ガス加湿器へ
の加湿水の供給量の時間変化を示す特性図で、（ａ）は
負荷電流の時間変化、（ｂ）は空気極側の反応ガス加湿
器１の加湿ガス室１３への加湿水の供給量の時間変化で
ある。図に見られるように、本発電運転においては、加
湿ガス室１３への加湿水の供給量が電池の負荷電流に連
動して制御されており、負荷電流がゼロのとき加湿水の
供給量が最大値となるよう設定されている。したがっ
て、無負荷となり反応生成水が生じない場合にも加湿ガ
ス室１３へは規定の電池冷却水が供給されるので、被加
湿ガス室１２に導入された未加湿ガスは十分に加湿され
て燃料電池本体３の空気極３１へと送られることとな
る。
料電池の発電運転における負荷電流と反応ガス加湿器へ
の加湿水の供給量の時間変化を示す特性図で、（ａ）は
負荷電流の時間変化、（ｂ）は空気極側の反応ガス加湿
器１の加湿ガス室１３への加湿水の供給量の時間変化で
ある。図に見られるように、本発電運転においては、加
湿ガス室１３への加湿水の供給量が電池の負荷電流に連
動して制御されており、負荷電流がゼロのとき加湿水の
供給量が最大値となるよう設定されている。したがっ
て、無負荷となり反応生成水が生じない場合にも加湿ガ
ス室１３へは規定の電池冷却水が供給されるので、被加
湿ガス室１２に導入された未加湿ガスは十分に加湿され
て燃料電池本体３の空気極３１へと送られることとな
る。
【００１８】図３は、本実施例の構成の固体高分子形燃
料電池の他の発電運転における電池出力と反応ガス加湿
器への加湿水の供給量の時間変化を示す特性図で、
（ａ）は電池出力の時間変化、（ｂ）は空気極側の反応
ガス加湿器１の加湿ガス室１３への加湿水の供給量の時
間変化である。図に見られるように、本発電運転におい
ては、加湿ガス室１３へ導入する加湿水の供給量が電池
出力の変化に連動して制御されている。すなわち、一般
的に供給反応ガスの加湿量が増大すると固体高分子形燃
料電池の出力が増大するので、電池出力が減少して設定
した下限値に達した場合に供給反応ガスの加湿量を一定
量増加させて電池出力を増大させ、電池出力を一定値以
上に保持するよう制御している。電流一定制御で運転さ
れている固体高分子形燃料電池の場合には、電池電圧を
モニターして供給反応ガスの加湿量を調整すればよい。
料電池の他の発電運転における電池出力と反応ガス加湿
器への加湿水の供給量の時間変化を示す特性図で、
（ａ）は電池出力の時間変化、（ｂ）は空気極側の反応
ガス加湿器１の加湿ガス室１３への加湿水の供給量の時
間変化である。図に見られるように、本発電運転におい
ては、加湿ガス室１３へ導入する加湿水の供給量が電池
出力の変化に連動して制御されている。すなわち、一般
的に供給反応ガスの加湿量が増大すると固体高分子形燃
料電池の出力が増大するので、電池出力が減少して設定
した下限値に達した場合に供給反応ガスの加湿量を一定
量増加させて電池出力を増大させ、電池出力を一定値以
上に保持するよう制御している。電流一定制御で運転さ
れている固体高分子形燃料電池の場合には、電池電圧を
モニターして供給反応ガスの加湿量を調整すればよい。
【００１９】なお、図１に示した本実施例では、反応空
気側の反応ガス加湿器および燃料ガス側の反応ガス加湿
器の双方の加湿ガス室へ加湿水として電池冷却水を導入
しているが、反応空気側の反応ガス加湿器の加湿ガス室
へのみ導入することとしてもよく、また、燃料ガス側の
反応ガス加湿器の加湿ガス室へのみ導入することとして
もよい。
気側の反応ガス加湿器および燃料ガス側の反応ガス加湿
器の双方の加湿ガス室へ加湿水として電池冷却水を導入
しているが、反応空気側の反応ガス加湿器の加湿ガス室
へのみ導入することとしてもよく、また、燃料ガス側の
反応ガス加湿器の加湿ガス室へのみ導入することとして
もよい。
【００２０】＜実施例２＞図４は、本発明の固体高分子
形燃料電池の第２の実施例のガス系統の要部を模式的に
示すフロー図である。本実施例の構成の図１に示した第
１の実施例との相違点は、反応ガス加湿器１の被加湿ガ
ス室１２から燃料電池本体３の空気極３１へと反応空気
を供給する供給配管に露点センサー５が、また、反応ガ
ス加湿器２の被加湿ガス室２２から燃料電池本体３の燃
料極３２へと燃料ガスを供給する供給配管に露点センサ
ー６が組み込まれ、これらの露点センサー５、６の測定
信号に基づいて、反応ガス加湿器１の加湿ガス室１３に
供給される加湿水、ならびに反応ガス加湿器２の加湿ガ
ス室２３に供給される加湿水の供給量が図示しない調節
弁により制御されている点にある。
形燃料電池の第２の実施例のガス系統の要部を模式的に
示すフロー図である。本実施例の構成の図１に示した第
１の実施例との相違点は、反応ガス加湿器１の被加湿ガ
ス室１２から燃料電池本体３の空気極３１へと反応空気
を供給する供給配管に露点センサー５が、また、反応ガ
ス加湿器２の被加湿ガス室２２から燃料電池本体３の燃
料極３２へと燃料ガスを供給する供給配管に露点センサ
ー６が組み込まれ、これらの露点センサー５、６の測定
信号に基づいて、反応ガス加湿器１の加湿ガス室１３に
供給される加湿水、ならびに反応ガス加湿器２の加湿ガ
ス室２３に供給される加湿水の供給量が図示しない調節
弁により制御されている点にある。
【００２１】図５は、本実施例の構成の固体高分子形燃
料電池の発電運転における供給ガスの露点と反応ガス加
湿器への加湿水の供給量の時間変化を示す特性図で、
（ａ）は露点センサー５による供給ガスの露点の時間変
化、（ｂ）は空気極側の反応ガス加湿器１の加湿ガス室
１３への加湿水の供給量の時間変化である。供給ガスの
露点が低下し始めたら加湿水の供給量が増加し、供給ガ
スの露点が上昇し始めたら加湿水の供給量が減少するよ
うに調整されており、これによって供給ガスの露点が設
定値に保持され、加湿ガス室１３へ供給される空気極オ
フガスの加湿量が一定に保たれる。
料電池の発電運転における供給ガスの露点と反応ガス加
湿器への加湿水の供給量の時間変化を示す特性図で、
（ａ）は露点センサー５による供給ガスの露点の時間変
化、（ｂ）は空気極側の反応ガス加湿器１の加湿ガス室
１３への加湿水の供給量の時間変化である。供給ガスの
露点が低下し始めたら加湿水の供給量が増加し、供給ガ
スの露点が上昇し始めたら加湿水の供給量が減少するよ
うに調整されており、これによって供給ガスの露点が設
定値に保持され、加湿ガス室１３へ供給される空気極オ
フガスの加湿量が一定に保たれる。
【００２２】なお、図４に示した実施例では、燃料電池
本体３の空気極３１へと反応空気を供給する供給配管お
よび燃料極３２へと燃料ガスを供給する供給配管の双方
に露点センサーを組み込んで、これらの露点センサーの
測定信号に基づいて、反応ガス加湿器の加湿ガス室に供
給される加湿水の供給量を制御しているが、一方の供給
配管にのみ露点センサーを組み込んで、その反応ガスを
加湿する反応ガス加湿器の加湿ガス室に供給される加湿
水の供給量を制御することとしてもよい。
本体３の空気極３１へと反応空気を供給する供給配管お
よび燃料極３２へと燃料ガスを供給する供給配管の双方
に露点センサーを組み込んで、これらの露点センサーの
測定信号に基づいて、反応ガス加湿器の加湿ガス室に供
給される加湿水の供給量を制御しているが、一方の供給
配管にのみ露点センサーを組み込んで、その反応ガスを
加湿する反応ガス加湿器の加湿ガス室に供給される加湿
水の供給量を制御することとしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】上記のように、本発明によれば、
（１）固体高分子形燃料電池を、請求項１、請求項２、
さらには請求項３に記載のごとく構成することとしたの
で、反応ガス加湿器の加湿ガス室に導入される加湿水の
量を負荷電流に依らず独立して選定し、無負荷時でも加
湿することが可能となり、乾燥による電池特性の低下を
生じない固体高分子形燃料電池が得られることとなっ
た。
さらには請求項３に記載のごとく構成することとしたの
で、反応ガス加湿器の加湿ガス室に導入される加湿水の
量を負荷電流に依らず独立して選定し、無負荷時でも加
湿することが可能となり、乾燥による電池特性の低下を
生じない固体高分子形燃料電池が得られることとなっ
た。
【００２４】（２）また、請求項４、さらには請求項
５、あるいは請求項６、あるいは請求項７に記載のごと
き運転方法を用いて固体高分子形燃料電池を運転すれ
ば、未加湿ガスの加湿を十分に行って燃料電池本体の乾
燥を防止することができるので、固体高分子形燃料電池
を特性低下を生じることなく長時間安定して運転する運
転方法として好適である。
５、あるいは請求項６、あるいは請求項７に記載のごと
き運転方法を用いて固体高分子形燃料電池を運転すれ
ば、未加湿ガスの加湿を十分に行って燃料電池本体の乾
燥を防止することができるので、固体高分子形燃料電池
を特性低下を生じることなく長時間安定して運転する運
転方法として好適である。
【図１】本発明の固体高分子形燃料電池の第１の実施例
のガス系統の要部を模式的に示すフロー図
のガス系統の要部を模式的に示すフロー図
【図２】第１の実施例の構成の固体高分子形燃料電池の
発電運転における負荷電流と反応ガス加湿器への加湿水
の供給量の時間変化を示す特性図
発電運転における負荷電流と反応ガス加湿器への加湿水
の供給量の時間変化を示す特性図
【図３】第１の実施例の構成の固体高分子形燃料電池の
他の発電運転における電池出力と反応ガス加湿器への加
湿水の供給量の時間変化を示す特性図
他の発電運転における電池出力と反応ガス加湿器への加
湿水の供給量の時間変化を示す特性図
【図４】本発明の固体高分子形燃料電池の第２の実施例
のガス系統の要部を模式的に示すフロー図
のガス系統の要部を模式的に示すフロー図
【図５】第２の実施例の構成の固体高分子形燃料電池の
発電運転における供給ガスの露点と反応ガス加湿器への
加湿水の供給量の時間変化を示す特性図
発電運転における供給ガスの露点と反応ガス加湿器への
加湿水の供給量の時間変化を示す特性図
【図６】一般的な固体高分子形燃料電池のセルの基本構
成を模式的に示す分解断面図
成を模式的に示す分解断面図
【図７】オフガスによる反応ガス加湿器を備えた従来の
固体高分子形燃料電池のガス系統の要部を模式的に示す
フロー図
固体高分子形燃料電池のガス系統の要部を模式的に示す
フロー図
１ 反応ガス加湿器（反応空気側）
２ 反応ガス加湿器（燃料ガス側）
３ 燃料電池本体
４ 冷却水ポンプ
５ 露点センサー（反応空気側）
６ 露点センサー（燃料ガス側）
１１ 水蒸気透過膜
１２ 被加湿ガス室
１３ 加湿ガス室
２１ 水蒸気透過膜
２２ 被加湿ガス室
２３ 加湿ガス室
３１ 空気極
３２ 燃料極
３３ 冷却部
Claims (7)
- 【請求項１】水蒸気透過膜と、この水蒸気透過膜により
隔てられた被加湿ガス室と加湿ガス室とからなる反応ガ
ス加湿器を備えた固体高分子形燃料電池で、前記の反応
ガス加湿器の被加湿ガス室に燃料電池本体に供給される
反応ガスが導入され、加湿ガス室に燃料電池本体より排
出されたオフガスと加湿水が導入されている固体高分子
形燃料電池。 - 【請求項２】請求項１記載の固体高分子形燃料電池にお
いて、前記反応ガスが空気、前記オフガスが反応空気オ
フガス、もしくは、前記反応ガスが燃料ガス、前記オフ
ガスが燃料ガスのオフガスであることを特徴とする固体
高分子形燃料電池。 - 【請求項３】請求項１または２に記載の固体高分子形燃
料電池において、反応ガス加湿器の加湿ガス室に導入さ
れる前記の加湿水が、燃料電池本体の冷却に用いられた
燃料電池冷却水であることを特徴とする固体高分子形燃
料電池。 - 【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の固体高
分子形燃料電池の運転方法において、反応ガス加湿器の
加湿ガス室に導入される前記の加湿水の量を燃料電池の
負荷量に基づいて前記負荷量が大のとき小に、負荷量が
小のとき大とする制御を行うことを特徴とする固体高分
子形燃料電池の運転方法。 - 【請求項５】請求項４に記載の固体高分子形燃料電池の
運転方法において、無負荷時に前記の加湿水の量を最大
とすることを特徴とする固体高分子形燃料電池の運転方
法。 - 【請求項６】請求項１乃至３のいずれかに記載の固体高
分子形燃料電池の運転方法において、反応ガス加湿器の
加湿ガス室に導入される前記の加湿水の量を燃料電池出
力に基づいて前記出力が設定下限値に達した場合に加湿
量を増加させる制御を行うことを特徴とする固体高分子
形燃料電池の運転方法。 - 【請求項７】請求項１乃至３のいずれかに記載の固体高
分子形燃料電池の運転方法において、反応ガス加湿器の
加湿ガス室に導入される前記の加湿水の量を燃料電池本
体の反応ガスの入口で測定されたガス露点に基づいて制
御しつつ運転することを特徴とする固体高分子形燃料電
池の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001307184A JP3743339B2 (ja) | 2001-10-03 | 2001-10-03 | 固体高分子形燃料電池およびその運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001307184A JP3743339B2 (ja) | 2001-10-03 | 2001-10-03 | 固体高分子形燃料電池およびその運転方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003115311A true JP2003115311A (ja) | 2003-04-18 |
| JP3743339B2 JP3743339B2 (ja) | 2006-02-08 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001307184A Expired - Fee Related JP3743339B2 (ja) | 2001-10-03 | 2001-10-03 | 固体高分子形燃料電池およびその運転方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3743339B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1307735C (zh) * | 2003-07-11 | 2007-03-28 | 现代自动车株式会社 | 燃料电池系统 |
| KR100748535B1 (ko) | 2005-11-23 | 2007-08-13 | 엘지전자 주식회사 | 연료전지의 가습 장치 |
| JP2009507350A (ja) * | 2005-09-06 | 2009-02-19 | カール・フロイデンベルク・カーゲー | 再利用反応ガスを燃料電池に供給するための装置 |
| US7975992B2 (en) | 2006-04-20 | 2011-07-12 | Casio Computer Co., Ltd. | Humidity adjustment apparatus, power generation apparatus, electronic equipment and method of manufacturing hollow fiber membrane module |
| JP2014192020A (ja) * | 2013-03-27 | 2014-10-06 | Osaka Gas Co Ltd | 固体高分子型燃料電池の運転方法及び固体高分子型燃料電池 |
-
2001
- 2001-10-03 JP JP2001307184A patent/JP3743339B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| CN1307735C (zh) * | 2003-07-11 | 2007-03-28 | 现代自动车株式会社 | 燃料电池系统 |
| JP2009507350A (ja) * | 2005-09-06 | 2009-02-19 | カール・フロイデンベルク・カーゲー | 再利用反応ガスを燃料電池に供給するための装置 |
| KR100748535B1 (ko) | 2005-11-23 | 2007-08-13 | 엘지전자 주식회사 | 연료전지의 가습 장치 |
| US7975992B2 (en) | 2006-04-20 | 2011-07-12 | Casio Computer Co., Ltd. | Humidity adjustment apparatus, power generation apparatus, electronic equipment and method of manufacturing hollow fiber membrane module |
| JP2014192020A (ja) * | 2013-03-27 | 2014-10-06 | Osaka Gas Co Ltd | 固体高分子型燃料電池の運転方法及び固体高分子型燃料電池 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3743339B2 (ja) | 2006-02-08 |
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