JP2003317757A - 燃料電池システム - Google Patents

燃料電池システム

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JP2003317757A
JP2003317757A JP2002122019A JP2002122019A JP2003317757A JP 2003317757 A JP2003317757 A JP 2003317757A JP 2002122019 A JP2002122019 A JP 2002122019A JP 2002122019 A JP2002122019 A JP 2002122019A JP 2003317757 A JP2003317757 A JP 2003317757A
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JP
Japan
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fuel cell
gas
cathode
anode
fine particles
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Application number
JP2002122019A
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English (en)
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Kazufumi Nishida
和史 西田
Shinya Kosako
慎也 古佐小
Makoto Uchida
誠 内田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料ガスおよび酸化剤ガス中に含まれる触
媒、ごみおよびほこり等の不純物微粒子を除去する機能
を有する電気集塵機を燃料電池のガス流路の上流側に設
けることにより、優れた信頼性を有する燃料電池システ
ムを提供する。 【解決手段】 燃料電池システムが、電解質膜、ならび
に前記電解質膜を挟むアノードおよびカソードを具備す
る燃料電池と、前記アノードに供給される燃料ガスおよ
びカソードに供給される酸化剤ガスに含まれる微粒子を
帯電させる荷電電極、ならびに帯電した前記微粒子を付
着させる集塵電極を具備する電気集塵機とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池に供給さ
れる燃料ガスおよび酸化剤ガス中に含まれる不純物微粒
子を除去する機能を有する電気集塵機を備えた燃料電池
システムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の燃料電池システムの構成を図3に
示す。燃料電池3のアノード3a側には、アノード3a
へ燃料ガスとして水素を供給するために、原料ガスから
水素リッチガスを発生させる改質器1、および前記改質
器1で得られた水素リッチガス中に含まれる一酸化炭素
を除去するための一酸化炭素除去器2が備えられてい
る。改質器1の内部には、改質反応を促進させるための
改質触媒1aが充填されている。一酸化炭素除去器2の
内部には一酸化炭素除去反応を促進させるための一酸化
炭素除去触媒2aが充填されている。一方、燃料電池3
のカソード3b側には、酸化剤ガスとしてカソード3b
へ空気を供給するための送風機4が設けられている。そ
して、燃料電池システムを構成する改質器1、一酸化炭
素除去器2、燃料電池3、および送風機4は、それぞれ
SUS316などのステンレス鋼製の配管により接続さ
れている。
【0003】燃料電池3は、アノード3a中の水素イオ
ンを選択的にカソード3bへ輸送するための水素イオン
伝導性高分子電解質膜3c、前記電解質膜3cを挟むア
ノード3aおよびカソード3bから構成されている。前
記アノード3aおよびカソード3bは、それぞれ前記電
解質膜3cに接する触媒層と前記触媒層の外側に形成し
た通気性および電子伝導性を有するガス拡散層とを含む
電極で構成され、前記電極の外側には、ガス流路を有す
るセパレータ(図示せず。)が配置されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の燃料電
池システムでは、触媒、ごみおよびほこり等の不純物微
粒子を含んだ水素リッチガスや空気がそのまま燃料電池
3へ供給されることがある。このため、燃料電池3のア
ノード3aおよびカソード3bのガス拡散層に前記不純
物微粒子が付着することにより、前記ガス拡散層の通気
性が低下し、電池性能が低下するおそれがある。
【0005】また、燃料電池システムを構成する各機器
およびそれらを接続する配管が上述のようにSUS31
6で作製されたものであっても、結露した水により、前
記各機器や配管から金属イオン(Fe、NiおよびCr
など)が微量ではあるが溶出することがある。溶出した
金属イオンは、それぞれアノード3aおよびカソード3
bに供給される水素リッチガスおよび空気とともに水素
イオン伝導性高分子電解質膜3cに吸着される。このよ
うに、水素イオン伝導性高分子電解質膜3cに不純物の
金属イオンが吸着すると、プロトンをカソード3b側に
伝達する水素イオン伝導性高分子電解質膜3cの性能が
低下する可能性がある。
【0006】そこで本発明は、上記従来の問題点を解決
するため、燃料ガスおよび酸化剤ガス中に含まれる触
媒、ごみおよびほこり等の不純物微粒子を除去する機能
を有する電気集塵機を燃料電池のガス流路の上流側に設
けることにより、優れた信頼性を有する燃料電池システ
ムを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池システ
ムは、電解質膜、ならびに前記電解質膜を挟むアノード
およびカソードを具備する燃料電池と、前記アノードに
供給される燃料ガスおよびカソードに供給される酸化剤
ガスに含まれる微粒子を帯電させる荷電電極、ならびに
帯電した前記微粒子を付着させる集塵電極を具備する電
気集塵機とを含む。前記電気集塵機が、前記集塵電極に
付着した前記微粒子を結露した水とともに外部へ排出す
る手段を有することが好ましい。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明に係る燃料電池システムの
最大の特徴は、アノードに供給される燃料ガスおよびカ
ソードに供給される酸化剤ガスに含まれる微粒子を帯電
させる荷電電極、ならびに帯電した前記微粒子を付着さ
せる集塵電極を具備する電気集塵機を含む点にある。以
下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0009】図1は、本発明の実施の形態における燃料
電池システムの構成図である。燃料電池3のアノード3
a側には、アノード3aへ燃料ガスとして水素を供給す
るために、原料ガスから水素リッチガスを発生させる改
質器1、前記改質器1で得られた水素リッチガス中に含
まれる一酸化炭素を除去するための一酸化炭素除去器
2、および前記一酸化炭素除去器2より送られてきた水
素リッチガス中に含まれる不純物微粒子を除去する電気
集塵機5aが設けられている。一方、燃料電池3のカソ
ード3b側には、酸化剤ガスとしてカソード3bへ空気
を供給するための送風機4、および前記送風機4より送
られてきた空気中に含まれる不純物微粒子を除去する電
気集塵機5bが設けられている。
【0010】電気集塵機5aまたは5bの一部を透過し
た概略斜視図を図2に示す。電気集塵機5aおよび5b
は、不純物微粒子を帯電させるプラス高電位の荷電電極
6(電極に接続されているリード線等は図示せず。)お
よび前記荷電電極6の下流側に設けられた帯電した不純
物微粒子を付着させるマイナス低電位の集塵電極7(電
極に接続されているリード線等は図示せず。)を具備
し、両者は受け皿8の上方に位置する。前記荷電電極6
および集塵電極7間には、例えば、5千ボルトまたは
1.5万ボルトの電位差が生じている。もっとも、この
電位差は、供給されるガスの純度等に応じて適宜選択す
ることができる。また、電気集塵機5aまたは5bの下
部には、冷却されて結露した水とともに下方へ落下した
前記不純物微粒子を外部へ排出するための排水ホース9
が設けられている。
【0011】上記の電気集塵機5aおよび5bを備えた
燃料電池システムの動作について説明する。アノード側
では、改質器1で原料ガスから得られた水素リッチガス
が、一酸化炭素除去器2へ送られ、そこで水素ガスリッ
チガス中に含まれる一酸化炭素が除去される。そして、
一酸化炭素除去器2より送られてきた触媒、ごみおよび
ほこり等の不純物微粒子を含む水素リッチガスが、ガス
導入口10より電気集塵機5a内に導入される。導入さ
れた前記水素リッチガスに含まれる不純物微粒子は、荷
電電極6により帯電する。そして、帯電した前記微粒子
が、前記水素リッチガスとともに下流側へ移動し、集塵
電極7に付着する。さらに、この微粒子は冷却されて結
露した水とともに自然に下方へ落下し、受け皿8を介し
て排水ホース9へ回収され、外部へ排出される。したが
って、ここでは前記排水ホース9が、集塵電極7に付着
した微粒子と結露した水とを排出する手段に相当する。
不純物微粒子が除去された水素リッチガスは、ガス排出
口11よりアノード3aへ送られる。
【0012】一方、カソード側では、送風機4により不
純物微粒子を含む空気が電気集塵機5bへ送られ、アノ
ード側の電気集塵機5aと同様に電気集塵機5bで空気
中に含まれる不純物微粒子が除去される。そして、不純
物微粒子が除去された空気がカソード3bへ送られる。
アノード3aに達した水素リッチガスは、アノード3a
のセパレータに設けられたガス流路を経てアノード3a
のガス拡散層に達する。一方、カソード3bに達した空
気は、カソード3bのセパレータに設けられたガス流路
を経てカソード3bのガス拡散層に達する。
【0013】このとき、水素リッチガスおよび空気から
は、それぞれ電気集塵機5aおよび5bにより不純物微
粒子が除去されているため、アノード3aおよびカソー
ド3bのガス拡散層に不純物微粒子が付着することがな
く、ガス拡散層における通気性の低下による電池性能の
低下を防ぐことができる。また、燃料電池システムを構
成する各機器およびそれらを接続する配管より溶出した
金属イオンも電気集塵機5aおよび5bで除去されるた
め、溶出した金属イオンにより水素イオン伝導性高分子
電解質膜3cの性能が低下することがなく、このことに
よる電池性能の低下を防ぐことができる。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、燃料ガスおよび酸化剤
ガス中に含まれる触媒、ごみおよびほこり等の不純物微
粒子を除去する機能を有する電気集塵機を燃料電池のガ
ス流路の上流側に設けることにより、優れた信頼性を有
する燃料電池システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における燃料電池システム
の構成図である。
【図2】本発明の実施の形態における電気集塵機の概略
斜視図である。
【図3】従来の燃料電池システムの構成図である。
【符号の説明】
1 改質器 1a 改質触媒 2 一酸化炭素除去器 2a 一酸化炭素除去触媒 3 燃料電池 3a アノード 3b カソード 3c 水素イオン伝導性高分子電解質膜 4 送風機 5a 電気集塵機 5b 電気集塵機 6 荷電電極 7 集塵電極 8 受け皿 9 排水ホース 10 ガス導入口 11 ガス排出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 誠 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA06 5H027 AA06 BA16 BC06 MM04 MM09

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電解質膜ならびに前記電解質膜を挟むア
    ノードおよびカソードを具備する燃料電池と、 前記アノードに供給される燃料ガスおよびカソードに供
    給される酸化剤ガスに含まれる微粒子を帯電させる荷電
    電極、ならびに帯電した前記微粒子を付着させる集塵電
    極を具備する電気集塵機とを含む燃料電池システム。
  2. 【請求項2】 前記電気集塵機が、前記集塵電極に付着
    した前記微粒子を結露した水とともに外部へ排出する手
    段を有する請求項1記載の燃料電池システム。
JP2002122019A 2002-04-24 2002-04-24 燃料電池システム Withdrawn JP2003317757A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004327429A (ja) * 2003-04-11 2004-11-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池および燃料電池用空気浄化装置
US7871730B2 (en) 2005-06-24 2011-01-18 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell and fuel cell stack having a filter mechanism

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