JP2003288925A

JP2003288925A - 燃料電池

Info

Publication number: JP2003288925A
Application number: JP2002092161A
Authority: JP
Inventors: Yasufumi Takahashi; 康文高橋; Koichiro Kitagawa; 浩一郎北河; Yoshihiro Nishitsuru; 芳寛西水流
Original assignee: Matsushita Ecology Systems Co Ltd
Current assignee: Panasonic Ecology Systems Co Ltd
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2003-10-10
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: JP4085669B2

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料電池コージェネレーションシステムに使
用される燃料電池において高い効率で熱利用が出来、シ
ステム内の複雑な配管のコストダウンを図ることを目的
とする。【解決手段】燃料電池１内のセル積層部２の横に積層
加湿部３と、積層水熱交部４と、積層排気熱交部５と、
積層排燃料熱交部６を備え、燃料電池の発電反応時に発
生する熱をまとめて直に温水として出力できる構成であ
るため、単純な構成によって、効率の高いシステムが製
作できる燃料電池が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池装置に関
し、詳しくは単セルを複数積層したスタック構造を備え
た燃料電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の燃料電池は、特開平２−
８６０７１号公報または特開平９−３５７３７号公報に
記載されたものが知られている。以下、その燃料電池に
ついて図３８、図３９および図４０を参照しながら説明
する。なお、説明を解りやすくするため、燃料電池が固
体高分子電解質型燃料電池、燃料が水素を含有するガ
ス、酸化剤が空気の場合について説明する。図に示すよ
うに、電解質部１０１は固体高分子電解質膜１０２を導
電性があり触媒が塗られた拡散層１０３で挟み、拡散層
１０３の周辺をシール材１０４で囲んで構成する。そし
て、電解質部１０１の一方には深さ１ｍｍ程の溝状のア
ノード流路１０５がアノード供給ヘッダー１０６からア
ノード排出ヘッダー１０７に形成された導電性のアノー
ドセパレータ１０８が配され、他方には深さ１ｍｍ程の
溝状のカソード流路１０９がカソード供給ヘッダー１１
０からカソード排出ヘッダー１１１に形成された導電性
のカソードセパレータ１１２を配してセル１１３を構成
する。また、セルとセルの間には反応熱の冷却を行う冷
却水流路１１４が冷却水入口ヘッダー１１５から冷却水
排出ヘッダー１１６に形成された冷却板１１７を配して
積層し、２枚の集電板１１８で両端を挟み燃料電池Ａ１
１９を形成する。

【０００３】次に、燃料電池Ａ１１９の動作について説
明する。水素はアノード供給ヘッダー１０６から各セル
１１３にあるアノード流路１０５を通ってアノード排出
ヘッダー１０７から外へ排出される。また、空気はカソ
ード供給ヘッダー１１０からセル１１３のカソード流路
１０９を通って、カソード排出ヘッダー１１１から外へ
排出される。この時、電解質部１０１のアノード流路１
０５を流れる水素はイオンとなって固体高分子電解質膜
１０２を通過してカソード流路１０９側に達し、このカ
ソード流路１０９を流れる空気中の酸素と反応して水蒸
気となる。そしてこのときアノードセパレータ１０８と
カソードセパレータ１１２間に起電力が生じ、直流電圧
が２つの集電板１１８の間から取り出される。また、反
応時に発生する熱は冷却板１１７内を流れる冷却水によ
って吸熱される。

【０００４】また、熱を利用する湯を取出すために、従
来、特開平５−１４４４５２に示されるようなシステム
が必要となるので、そのシステムを図４１を用いて説明
する。空気がブロワー１２０から加湿器１２１を通り燃
料電池Ａ１１９に入り、反応後に再び燃料電池Ａ１１９
から加湿器１２１を通るように構成されており、加湿器
１２１内では燃料電池Ａ１１９に送られる空気と反応後
の空気の間で水蒸気だけが透過する膜１２２が配されて
いるため、反応後の空気内の水蒸気が移動する事によっ
て加湿された空気が燃料電池Ａ１１９に送られる。一
方、都市ガスなどから水素を生成する水素生成器１２３
から水素を含有したガスが燃料電池Ａ１１９に送られ
る。燃料電池Ａ１１９内では送られてきたガス内の水素
と空気中の酸素が反応し直流電流と熱が発生する。発生
した直流電流は、インバータ１２４で交流電流に変換さ
れ電力負荷１２５に供給される。また、発電反応によっ
て発生した熱は１次冷却ポンプ１２６から燃料電池Ａ１
１９内を通り反応熱を吸収し冷却回路熱交換器１２７を
通って１次冷却ポンプ１２６に戻るよう構成された１次
冷却回路１２８によって回収される。給湯に用いられる
水は市水であるが、燃料電池Ａ１１９内を流れる冷却水
は電気伝導性が低く凍結温度の低い物が望ましいため、
冷却回路熱交換器１２７を介して２次冷却回路１２９に
よって市水を加熱する。２次冷却回路１２９は２次冷却
ポンプ１３０から燃料排気熱交換器１３１に入り燃料排
気の熱を吸収し、燃料排気熱交換器１３１から空気排気
熱交換器１３２に入り空気排気の熱を吸収し、空気排気
熱交換器１３２から冷却回路熱交換器１２７に入り熱を
吸収して熱負荷１３３に送られるように２次冷却回路１
２９が構成されている。この様に２次冷却回路１２９を
構成する事により燃料電池Ａ１１９の発生する熱を温水
として供給できるシステムが構成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の燃料
電池では、システムの製作時に燃料電池の冷却回路の熱
や排気の熱を温水として利用するための熱交換器などが
必要となるため、システムの回路が複雑になり製造コス
トが増す。また、システムを構成するためには燃料電池
と熱交換器を結ぶ配管長が伸び、それに伴い断熱を施す
必要があるが完全な断熱は難しいため熱効率が悪くな
る。さらに、配管長が伸びる事により冷却水を循環させ
るポンプの動力が増してシステムの発電効率が悪くな
る。さらに、空気排気や燃料排気の蒸気が配管内で結露
する事により配管内を流れる空気排気や燃料排気の流れ
を妨げるてシステムの安定性が低くなり、ブロワーの空
気を送り出す静圧が上りブロワーの動力が増して発電効
率が悪くなるという課題があり、簡単な構成により効率
の良いシステムが製作できる燃料電池が要求されてい
る。

【０００６】また、燃料電池から排出される空気排気や
燃料排気が高温であるため空気排気や燃料排気を送る配
管の素材が熱に強い素材に限定されるという課題があ
り、低温度な排気の燃料電池が要求されている。

【０００７】また、１次冷却回路の冷却水と２次冷却回
路の冷却水が電気的に絶縁されていないとインバーター
等の電気的ノイズがシステムの運転を妨げるために１次
冷却回路の冷却水と２次冷却回路の冷却水は電気的に絶
縁された燃料電池が要求されている。

【０００８】また、燃料電池内の加湿部を備えた構造で
は、加湿部内で加湿された空気が加湿部の側面に発電部
を持たない側の温度が低い為に結露を起し、水滴を含ん
だ空気が発電部に送られ発電が不安定になるという課題
があり、加湿部の温度の均一化が行え加湿された空気の
結露が起きない燃料電池が要求されている。

【０００９】本発明は、このような従来の課題を解決す
るものであり、簡単な構成で高効率な安定したシステム
を製作できる燃料電池を提供することを目的としてい
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池は上記
目的を達成するために、燃料電池の冷却を行う１次冷却
回路の冷却水と２次冷却回路を流れる冷却水との熱交換
を行う冷却水熱交換器を燃料電池本体内に配し、燃料電
池から直に温水として取出せる構成としたものである。

【００１１】本発明によれば、燃料電池の他に熱交換器
を必要としないため、温水利用に要する配管を必要とせ
ず、燃料電池と熱交換器間の熱をロスすることの無いシ
ステムを簡単な構成で高効率なシステムを製作できる燃
料電池が得られる。

【００１２】また、他の手段は、燃料電池の空気排気の
熱と２次冷却回路を流れる冷却水との熱交換を行う空気
排気熱交換器を燃料電池本体内に配し、空気排気の熱を
燃料電池から直に温水として取出せる構成としたもので
ある。

【００１３】そして本発明によれば、燃料電池の他に空
気排気の熱を利用する熱交換器を必要としないため、温
水利用に要する配管を必要としないシステムを簡単に構
成でき、燃料電池からの空気排気の温度が低い燃料電池
が得られる。

【００１４】また、他の手段は、燃料電池の燃料排気の
熱と２次冷却回路を流れる冷却水との熱交換を行う燃料
排気熱交換器を燃料電池本体内に配し、燃料排気の熱を
燃料電池から直に温水として取出せる構成としたもので
ある。

【００１５】そして本発明によれば、燃料電池の他に燃
料排気の熱を利用する熱交換器を必要としないため、温
水利用に要する配管を必要としないシステムを簡単に構
成でき、燃料電池からの燃料排気の温度が低い燃料電池
が得られる。

【００１６】また、他の手段は、燃料電池内の冷却水熱
交換器または空気排気熱交換器または燃料排気熱交換器
を積層型の熱交換器で構成したものである。

【００１７】そして本発明によれば、セルを積層した発
電部との一体化と、空気・燃料・冷却水のヘッダーの構
成が容易となり発電部と冷却水熱交換器または空気排気
熱交換器または燃料排気熱交換器間の熱をロスすること
が無い小型化された燃料電池が得られる。

【００１８】また、他の手段は燃料電池内の冷却水熱交
換器または空気排気交換器または燃料排気熱交換器を構
成する積層型の熱交換器内の流体の流路を構成するリブ
の配置を揃えた構成としたものである。

【００１９】そして本発明によれば、発電部と一緒に積
層し固定した際に加わる力を耐圧性の高い部分で保持す
る事により積層する圧力に耐える燃料電池が得られる。

【００２０】また、他の手段は、燃料電池の１次冷却回
路内の冷却水を循環させる冷却水ポンプを燃料電池本体
内に配して１次冷却回路内の絶縁性の冷却水を燃料電池
本体内に封入し循環させる構成としたものである。

【００２１】そして本発明によれば、燃料電池と熱交換
器間の配管を必要としないため、燃料電池と熱交換器間
の熱をロスと配管を冷却水が流れる際に生じる１次冷却
水ポンプの動力ロスがなく、絶縁性の冷却水を予め封入
することにより１次冷却回路の冷却水と２次冷却回路の
冷却水の絶縁が可能な燃料電池が得られる。

【００２２】また、他の手段は燃料電池の冷却を行う１
次冷却回路の冷却水と２次冷却回路を流れる冷却水との
熱交換を行う冷却水熱交換器を絶縁体で構成したもので
ある。

【００２３】そして本発明によれば、間接的に接触する
冷却水熱交換器が絶縁体であるため１次冷却回路の冷却
水と２次冷却回路の冷却水の絶縁が可能な燃料電池が得
られる。

【００２４】また、他の手段は加湿器が燃料電池と冷却
水熱交換器の間に備えられた構成としたものである。

【００２５】そして本発明によれば、発熱している発電
部と熱を持った冷却水熱交換器の間に挟まれているため
加湿器を保温する効果のある燃料電池が得られる。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明は、電解質膜の両面に触媒
層を持つ膜電極の両側に燃料流路と酸化剤流路を配して
成るセルを積層して構成する発電部をもつ燃料電池にお
いて、前記燃料電池内に前記発電部を冷却する１次冷却
回路の冷却水と熱利用を行う２次冷却回路の冷却水の熱
交換を行うための冷却水熱交換器を備えたものであり、
温水利用に要する配管を必要とせず、燃料電池と熱交換
器間の熱をロスすることの無いシステムを簡単な構成で
高効率なシステムを製作できるという作用を有する。ま
た、燃料電池内に発電部の空気排気の熱を２次冷却回路
の冷却水により熱回収を行うための排空気熱交換器を備
えたものであり、温水利用に要する配管を必要とせず、
燃料電池と排空気熱交換器間の熱をロスすることの無い
システムを簡単な構成で高効率なシステムを製作できる
という作用を有する。また、燃料電池内に発電部の燃料
排気の熱を２次冷却回路の冷却水により熱回収を行うた
めの排燃料熱交換器を備えたものであり、温水利用に要
する配管を必要とせず、燃料電池と排燃料排気熱交換器
間の熱をロスすることの無いシステムを簡単な構成で高
効率なシステムを製作できるという作用を有する。ま
た、燃料電池内の冷却水熱交換器または空気排気熱交換
器または燃料排気熱交換器を積層型の熱交換器で構成し
たものであり、積層されたセルの発電部との一体化と、
空気・燃料・冷却水のヘッダーの構成が容易となり燃料
電池と冷却水熱交換器または空気排気熱交換器または燃
料排気熱交換器間の熱をロスが無く小型化できる燃料電
池を製作できるという作用を有する。また、燃料電池内
の冷却水熱交換器または空気排気熱交換器または燃料排
気熱交換器を構成する積層型の熱交換器内の流体の流路
を構成するリブの配置を揃えた構成を備えたものであ
り、加わる力を耐圧性の高い部分とする事により積層す
る高い圧力に耐える作用を有する。また、燃料電池内を
循環する１次冷却回路の水を循環させるためのポンプを
前記燃料電池内に備え絶縁性の冷却水を封入したもので
あり、温水利用に要する配管を必要とせず、ポンプの動
力を低減させることができ、燃料電池と熱交換器間の熱
をロスすることが無く、１次冷却回路と２次冷却回路の
冷却水が電気的に絶縁され２次冷却回路の冷却水を伝わ
るノイズ電圧を電気的に遮断するシステムを簡単な構成
で高効率なシステムを製作できるという作用を有する。
また、１次冷却回路の冷却水と２次冷却回路の冷却水の
熱伝部が電気的に絶縁された素材により構成され、１次
冷却回路の冷却水と２次冷却回路の冷却水が絶縁するこ
とのできる構成の冷却水熱交換部を備えたものであり、
他の機器を循環する２次冷却回路の冷却水を伝わるノイ
ズ電圧を電気的に遮断するために燃料電池の安定した動
作をする作用を有する。また、加湿器が燃料電池と冷却
水熱交換器の間に備えられ、発熱している発電部と熱を
持った冷却水熱交換器の間に挟まれているため加湿器を
保温することができ蒸気が結露する事を防ぐ作用を有す
る。

【００２７】以下、本発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。なお、従来例と同一のものは同一番
号を付し、その詳細な説明を省略する。

【００２８】

【実施例】（実施例１）燃料電池１は図１に示すように
セル積層部２と、セル積層部２の横に順に積層加湿部
３、積層水熱交部４と、積層排気熱交部５と、積層排燃
料熱交部６を並べ端板Ａ１ａと端板Ｂ１ｂで挟み構成さ
れている。

【００２９】セル積層部２を図２〜図９を用いて説明す
る。セル積層部２を構成するセル７は電解質部１０１
と、溝状のアノードガス流路９がアノードガス供給ヘッ
ダー１０からアノードガス排出ヘッダー１１に形成され
た導電性のアノードガスセパレータ１２と、溝状のカソ
ードガス流路１３がカソードガス供給ヘッダー１４から
カソードガス排出ヘッダー１５に形成された導電性のカ
ソードガスセパレータ１６からなり、電解質部１０１を
アノードガスセパレータ１２とカソードガスセパレータ
１６で挟むように構成される。そして、セルとセルの間
には反応熱の冷却を行う冷却板流路１７が冷却板入口ヘ
ッダー１８から冷却板排出ヘッダー１９に形成されたセ
ル冷却板８を配して積層し、２枚の電池集電板２０で両
端を挟み、更に絶縁板ａ２１と絶縁板ｂ２２で挟みセル
積層部２を形成する。また、空気供給ヘッダー２５と１
次冷却水排出ヘッダー３４がセル積層部２を貫通するよ
うに設けてある。

【００３０】次に、積層加湿部３を図１０〜図１５を用
いて説明する。積層加湿部３は水蒸気を透過する蒸気透
過膜２３と、給気流路２４が空気供給ヘッダー２５から
カソードガス供給ヘッダー１４に形成された空気供給セ
パレータ２６と、排気流路２７がカソードガス排出ヘッ
ダー１５から排気排出ヘッダー２８に形成された空気排
気セパレータ２９からなり、蒸気透過膜２３を空気供給
セパレータ２６と空気排気セパレータ２９で挟むように
積層する。そして、両端を加湿部端板ａ３０と加湿部端
板ｂ３１で挟み積層加湿部３を形成する。また、アノー
ドガス排出ヘッダー１１と冷却板排出ヘッダー１９と１
次冷却水排出ヘッダー３４が積層加湿部３を貫通するよ
うに設けてある。

【００３１】次に、積層水熱交部４を図１６〜図２１を
用いて説明する。積層水熱交部４は熱交換行う水熱交換
プレート３２と、１次冷却水流路３３が冷却板排出ヘッ
ダー１９から１次冷却水排出ヘッダー３４に形成された
１次冷却水セパレータ３５と、２次冷却水流路３６が２
次冷却水供給ヘッダー３７から２次冷却水排出ヘッダー
３８に形成された２次冷却水セパレータ３９からなり、
水熱交換プレート３２を１次冷却水セパレータ３５と２
次冷却水流路３６で挟むように積層する。そして、両端
を水熱交部端板ａ４０と水熱交部端板ｂ４１で挟んで積
層水熱交部４を形成する。また、アノードガス排出ヘッ
ダー１１とカソードガス排出ヘッダー１５と排気排出ヘ
ッダー２８が積層水熱交部４を貫通するように設けてあ
る。また、用いられる水熱交換プレート３２、１次冷却
水セパレータ３５、２次冷却水セパレータ３９はポリプ
ロピレンなどの樹脂材料によって作られることにより、
積層水熱交部４において１次冷却水セパレータ３５内を
流れる冷却水と２次冷却水セパレータ３９内を流れる冷
却水は電気的に絶縁されている。

【００３２】次に積層排気熱交部５を図２２〜図２７を
用いて説明する。積層排気熱交部５は熱交換行う空気熱
交換プレート４２と、空気排気流路４３が排気排出ヘッ
ダー２８から空気排気排出ヘッダー４４に形成された空
気排気セパレータ４５と、空気排気冷却水流路４６が２
次冷却水排出ヘッダー３８から空気冷却水排出ヘッダー
４７に形成された空気排気冷却水セパレータ４８からな
り、空気熱交換プレート４２を空気排気セパレータ４５
と空気排気冷却水セパレータ４８で挟むように積層す
る。そして、両端を空気熱交部端板ａ４９と空気熱交部
端板ｂ５０で挟んで積層排気熱交部５を形成する。ま
た、アノードガス排出ヘッダー１１と２次冷却水供給ヘ
ッダー３７が積層排気熱交部５を貫通するように設けて
ある。

【００３３】次に積層排燃料熱交部６を図２８〜図３２
を用いて説明する。積層排燃料熱交部６は熱交換行う燃
料熱交換プレート５１と、燃料排気流路５２がアノード
ガス排出ヘッダー１１から燃料排気排出ヘッダー５３に
形成された燃料排気セパレータ５４と、燃料排気冷却水
流路５５が空気冷却水排出ヘッダー４７から燃料冷却水
排出ヘッダー５６に形成された燃料排気冷却水セパレー
タ５７からなり、燃料熱交換プレート５１を燃料排気セ
パレータ５４と燃料排気冷却水セパレータ５７で挟むよ
うに積層する。そして、両端を燃料熱交部端板ａ５８と
燃料熱交部端板ｂ５９で挟んで積層排燃料熱交部６を形
成する。また、２次冷却水供給ヘッダー３７が積層排燃
料熱交部６を貫通するように設けてある。

【００３４】そして、セル積層部２、積層加湿部３、積
層水熱交部４、積層排気熱交部５と積層排燃料熱交部６
のそれぞれアノードガスセパレータ１２、カソードガス
セパレータ１６、セル冷却板８、空気供給セパレータ２
６、空気排気セパレータ２９、１次冷却水セパレータ３
５、２次冷却水セパレータ３９、空気排気セパレータ４
５、空気排気冷却水セパレータ４８、燃料排気セパレー
タ５４、燃料排気冷却水セパレータ５７内の流路を形成
するリブ位置はセル積層部２、積層加湿部３、積層水熱
交部４、積層排気熱交部５と積層排燃料熱交部６を重ね
合わせたときに同じ位置になるよう形成されている。ま
た、内蔵ポンプ６０は冷却板入口ヘッダー１８に接続さ
れ、冷却水が１次冷却ポンプから冷却板入口ヘッダー１
８に流れ、冷却板入口ヘッダー１８から冷却板流路１７
を通り冷却板排出ヘッダー１９に入り、冷却板排出ヘッ
ダー１９から１次冷却水流路３３内を通過して１次冷却
水排出ヘッダー３４から内蔵ポンプ６０に戻るように配
してある。

【００３５】次に燃料電池１を用いてシステムの構成例
を図３４〜３７に示し、その動作について説明する。空
気を送り込むブロワー１２０が空気供給ヘッダー２５と
接続されておりブロワー１２０により空気が積層加湿部
３内に送り込まれる。送り込まれた空気は給気流路２４
を通りカソードガス供給ヘッダー１４に入るが、発電反
応を終えた空気には蒸気が含まれているため、反応を終
えた空気が排気流路２７を通る際に蒸気透過膜２３を介
して給気流路２４を通る空気を加湿する。加湿された空
気はカソードガス供給ヘッダー１４を通りセル積層部２
内のカソードガス流路１３を通過する。一方、水素生成
器１２３がアノードガス供給ヘッダー１０と接続されて
おり、水素を含んだ燃料ガスがセル積層部２内のアノー
ドガス流路９を通過する。この時、セル積層部２の各セ
ル７内では発電反応が起き、電力と熱と水または水蒸気
が発生する。電力は２枚の電池集電板２０からインバー
タに流れ、インバータから負荷に送られる。また、発生
する熱はセル積層部２内のセル冷却板８を流れる冷却水
に移動し、積層水熱交部４内の１次冷却水流路３３を流
れる際に２次冷却水流路３６を流れる冷却水に熱が移動
する。そして、発電反応を終えた空気は積層加湿部３内
で新たにセル７内に送り込まれる空気を蒸気透過膜２３
を介して加湿し、排気排出ヘッダー２８を通り積層排気
熱交部５内の空気排気流路４３を通り空気排気排出ヘッ
ダー４４に入る。空気が空気排気流路４３を通過する際
には空気排気冷却水流路４６を通過する冷却水により空
気の熱を吸収されて空気排気排出ヘッダー４４から排出
される。一方、反応を終えた燃料ガスはアノードガス排
出ヘッダー１１から積層排燃料熱交部６内の燃料排気流
路５２を通り燃料排気排出ヘッダー５３に入る。燃料ガ
スが燃料排気流路５２を通過する際には燃料排気冷却水
流路５５を通過する冷却水により燃料の熱を吸収されて
燃料排気排出ヘッダー５３から排出される。また、２次
冷却ポンプ１３０は燃料冷却水排出ヘッダー５６と接続
され、２次冷却ポンプ１３０から送り込まれる冷却水は
燃料冷却水排出ヘッダー５６から燃料排気冷却水流路５
５を通る際に燃料排気流路５２内を流れる燃料ガスから
熱を吸収し、空気冷却水排出ヘッダー４７を通り空気排
気冷却水流路４６を通る際に空気排気流路４３内を流れ
る空気から熱を吸収し、２次冷却水排出ヘッダー３８を
通り２次冷却水流路３６を通る際に１次冷却水流路３３
内を流れる冷却水から熱を吸収し２次冷却水供給ヘッダ
ー３７を通り熱負荷に昇温した冷却水が供給される。こ
のように、燃料電池１の発電反応によって発生した熱は
積層水熱交部４と、積層排気熱交部５と、積層排燃料熱
交部６において熱回収され燃料冷却水排出ヘッダー５６
から温水として出力されるため、簡単な構成でシステム
が構築でき、燃料電池１の発電反応で発生した熱は高い
熱回収効率で空気および燃料の排気を含めて直接に温水
として供給することが可能である。

【００３６】なお、積層水熱交部４を樹脂であるポリプ
ロピレンを用いて製作する事により１次冷却回路の冷却
水と２次冷却回路の冷却水を電気的に絶縁したが、１次
冷却回路の冷却水を絶縁体である例えばパーフルオロカ
ーボン液を用いる事により同じ効果が得られる。

【００３７】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明によれば高い熱効率で燃料電池から直接に湯を取出す
ことができるという効果のある燃料電池を提供できる。

【００３８】また、システム内の配管や回路が単純化し
配管長が最小限になりブロワーや冷却水ポンプの動力の
低減と放熱による熱損失を抑えるという効果のある燃料
電池を提供できる。

【００３９】また、燃料排気や空気排気の温度が低いた
め、排気を流す管に安価な材料の選択ができる効果のあ
る燃料電池を提供できる。

【００４０】また、１次冷却回路の冷却水と２次冷却回
路の冷却水は電気的に絶縁されているため、電気的ノイ
ズがシステムの他の機器の障害となる事を防止できる燃
料電池を提供できる。

【００４１】また、加湿器内の結露の発生が起きないた
め、燃料電池内に水滴が入る事を防止でき安定した動作
の行える燃料電池を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の燃料電池の平面図

【図２】本発明の実施例１のセル積層部の平面図

【図３】本発明の実施例１のセルの平面図

【図４】本発明の実施例１のアノードガスセパレータの
平面図

【図５】本発明の実施例１のカソードガスセパレータの
平面図

【図６】本発明の実施例１のセル冷却板の平面図

【図７】本発明の実施例１の絶縁板Ａの平面図

【図８】本発明の実施例１の絶縁板Ｂの平面図

【図９】本発明の実施例１の集電板の平面図

【図１０】本発明の実施例１の積層加湿部の平面図

【図１１】本発明の実施例１の蒸気透過膜の平面図

【図１２】本発明の実施例１の空気供給セパレータの平
面図

【図１３】本発明の実施例１の空気排気セパレータの平
面図

【図１４】本発明の実施例１の加湿部端板Ａの平面図

【図１５】本発明の実施例１の加湿部端板Ｂの平面図

【図１６】本発明の実施例１の積層水熱交部の平面図

【図１７】本発明の実施例１の水熱交換プレートの平面
図

【図１８】本発明の実施例１の１次冷却水セパレータの
平面図

【図１９】本発明の実施例１の２次冷却水セパレータの
平面図

【図２０】本発明の実施例１の水熱交部端板Ａの平面図

【図２１】本発明の実施例１の水熱交部端板Ｂの平面図

【図２２】本発明の実施例１の積層排気熱交部の平面図

【図２３】本発明の実施例１の空気熱交換プレートの平
面図

【図２４】本発明の実施例１の空気排気セパレータの平
面図

【図２５】本発明の実施例１の空気排気冷却水セパレー
タの平面図

【図２６】本発明の実施例１の空気熱交部端板Ａの平面
図

【図２７】本発明の実施例１の空気熱交部端板Ｂの平面
図

【図２８】本発明の実施例１の積層排燃料熱交換部の平
面図

【図２９】本発明の実施例１の燃料熱交換プレートの平
面図

【図３０】本発明の実施例１の燃料排気セパレータの平
面図

【図３１】本発明の実施例１の燃料排気冷却水セパレー
タの平面図

【図３２】本発明の実施例１の燃料熱交部端板Ａの平面
図

【図３３】本発明の実施例１の燃料熱交部端板Ｂの平面
図

【図３４】本発明の実施例１の燃料電池の空気と２次冷
却水の流れの図

【図３５】本発明の実施例１の燃料電池の燃料と２次冷
却水の流れの図

【図３６】本発明の実施例１の燃料電池の１次冷却水と
２次冷却水の流れの図

【図３７】本発明の実施例１のシステム図

【図３８】従来のセルの図

【図３９】従来の冷却板の図

【図４０】従来の燃料電池の平面図

【図４１】従来のシステム図

【符号の説明】

１燃料電池２セル積層部３積層加湿部４積層水熱交部５積層排気熱交部６積層排燃料熱交部７セル９アノードガス流路１２アノードガスセパレータ１３カソードガス流路１６カソードガスセパレータ３２水熱交換プレート３３１次冷却水流路３５１次冷却水セパレータ３６２次冷却水流路３９２次冷却水セパレータ４２空気熱交換プレート４３空気排気流路４５空気排気セパレータ４６空気排気冷却水流路４８空気排気冷却水セパレータ５１燃料熱交換プレート５２燃料排気流路５４燃料排気セパレータ５５燃料排気冷却水流路５７燃料排気冷却水セパレータ６０内蔵ポンプ１０１電解質部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西水流芳寛大阪府大阪市城東区今福西６丁目２番61号松下精工株式会社内Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 5H027 AA06 DD06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電解質膜の両面に触媒層を持つ膜電極の
両側に燃料流路と酸化剤流路を配して成るセルを積層し
て構成する発電部を持つ燃料電池において、前記燃料電
池内の前記セルで発生する熱を燃料および酸化剤の排気
に含まれる熱も含めて温水として出力する給湯手段を前
記燃料電池の本体内に備えた燃料電池。
【請求項２】電解質膜の両面に触媒層を持つ膜電極の
両側に燃料流路と酸化剤流路を配して成るセルを積層し
て構成する発電部をもつ燃料電池内に、前記発電部を冷
却する１次冷却回路の冷却水と熱利用を行う２次冷却回
路の冷却水の熱交換を行うための冷却水熱交換部を備え
た燃料電池。
【請求項３】電解質膜の両面に触媒層を持つ膜電極の
両側に燃料流路と酸化剤流路を配して成るセルを積層し
て構成する発電部をもつ燃料電池内に、前記発電部の空
気排気の熱を２次冷却回路の冷却水により熱回収を行う
ための排空気熱交換部を備えた燃料電池。
【請求項４】電解質膜の両面に触媒層を持つ膜電極の
両側に燃料流路と酸化剤流路を配して成るセルを積層し
て構成する発電部をもつ燃料電池内に、前記発電部の燃
料排気の熱を２次冷却回路の冷却水により熱回収を行う
ための排燃料熱交換部を備えた燃料電池。
【請求項５】冷却水熱交換部を平板状の冷却水熱交換
板を積層する事により構成し、前記発電部と前記冷却水
熱交換部を一体化して構成する事を特徴とする前記請求
項２記載の燃料電池。
【請求項６】排空気熱交換部を平板状の排空気熱交換
板を積層する事により構成し、前記発電部と前記排空気
熱交換部を一体化して構成する事を特徴とする前記請求
項３記載の燃料電池。
【請求項７】排燃料熱交換部を平板状の排燃料熱交換
板を積層する事により構成し、前記発電部と前記排燃料
熱交換部を一体化して構成する事を特徴とする前記請求
項４記載の燃料電池。
【請求項８】冷却水熱交換部内の流路構成するリブの
配置を発電部内の流路構成するリブの配置と揃える事を
特徴とする前記請求項５記載の燃料電池。
【請求項９】排空気熱交換部内の流路構成するリブの
配置を発電部内の流路構成するリブの配置と揃える事を
特徴とする前記請求項６記載の燃料電池。
【請求項１０】排燃料熱交換部内の流路構成するリブ
の配置を発電部内の流路構成するリブの配置と揃える事
を特徴とする前記請求項７記載の燃料電池。
【請求項１１】燃料電池内に１次冷却回路と、前記燃
料電池内に前記１次冷却回路の水を循環させるためのポ
ンプと、前記１次冷却回路に絶縁性をもつ冷却水を封入
した事を特徴とする燃料電池。
【請求項１２】１次冷却回路に用いる冷却水が絶縁性
をもつパーフルオロカーボン液である前記請求項１１記
載の燃料電池。
【請求項１３】冷却水熱交換部において、前記１次冷
却回路の冷却水と２次冷却回路の冷却水が電気的に絶縁
することのできる絶縁型熱交換器を備えた前記請求項２
記載の燃料電池。
【請求項１４】前記冷却熱交換部を絶縁体で構成した
前記請求項１３記載の燃料電池。
【請求項１５】前記冷却熱交換部を絶縁性をもつ樹脂
材料で構成した前記請求項１４記載の燃料電池。
【請求項１６】電解質膜の両面に触媒層を持つ膜電極
の両側に燃料流路と酸化剤流路を配して成るセルを積層
して構成する発電部をもち、前記発電部を冷却する１次
冷却回路の冷却水と熱利用を行う２次冷却回路の冷却水
の熱交換を行うための冷却水熱交換部と、前記発電部の
空気排気の熱を２次冷却回路の冷却水により熱回収を行
うための排空気熱交換部を備えた燃料電池。
【請求項１７】前記発電部の燃料排気の熱を２次冷却
回路の冷却水により熱回収を行うための排燃料熱交換部
を備えた前記請求項１６記載の燃料電池。
【請求項１８】前記発電部に供給する酸化剤を加湿す
る加湿部を前記発電部と前記冷却水熱交換部の間に備え
た前記請求項２または１６記載の燃料電池。
【請求項１９】加湿部を前記発電部での発電反応後の
酸化剤に含まれる蒸気によって発電反応前の供給する酸
化剤を加湿する熱交換型加湿器とした前記請求項１８記
載の燃料電池。