JP3146703B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【０００１】
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池システムに関
するものである。
するものである。
【０００３】
【従来の技術】従来、この種のシステムとしては、イオ
ン交換膜，イオン交換膜の一方側の面に固着された空気
極側電極及びイオン交換膜の他方側の面に固着された水
素極側電極を有した燃料電池と、空気極側電極に空気を
供給するエアタービンと、加熱しながら水素を生成しそ
の水素を水素極側電極に供給する燃料改質手段とを有す
るものであった。
ン交換膜，イオン交換膜の一方側の面に固着された空気
極側電極及びイオン交換膜の他方側の面に固着された水
素極側電極を有した燃料電池と、空気極側電極に空気を
供給するエアタービンと、加熱しながら水素を生成しそ
の水素を水素極側電極に供給する燃料改質手段とを有す
るものであった。
【０００４】上記の燃料電池においては、水素極側電極
から空気極側電極に向かって水素イオンが移動しそれに
伴いイオン交換膜内の水も移動するので、水を含有した
水素を水素極側電極に供給する必要がある。又、空気極
側電極においても部分的な乾燥が生じる為、水を含有し
た空気を空気極側電極に供給する必要がある。尚、水分
を過剰に含有させると、その過剰の水により水素及び酸
素の各電極への供給が妨げられる。
から空気極側電極に向かって水素イオンが移動しそれに
伴いイオン交換膜内の水も移動するので、水を含有した
水素を水素極側電極に供給する必要がある。又、空気極
側電極においても部分的な乾燥が生じる為、水を含有し
た空気を空気極側電極に供給する必要がある。尚、水分
を過剰に含有させると、その過剰の水により水素及び酸
素の各電極への供給が妨げられる。
【０００５】そこで、上記のシステムにおいては、燃料
改質手段にて加熱しながら所定量の水を水素ガスに混合
させていた。又、所定量の水を常温の空気に混合させて
いた。
改質手段にて加熱しながら所定量の水を水素ガスに混合
させていた。又、所定量の水を常温の空気に混合させて
いた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のシステムにおい
ては、エアタービンから供給された常温の空気に所定量
に調節された水を混合させているので、冬期においては
空気の温度が低温になり、湿度の関係から殆ど水を吸収
させることができない。その結果、燃料電池内でのイオ
ンの伝導性が悪くなり、燃料電池の性能が劣化する恐れ
がある。そこで、これを防ぐためには、水タンクにて調
節された水に対して空気極側に供給する空気の相対量を
多くする必要がある。その場合、燃料電池にて使用され
ない過剰の空気が空気極側電極に供給されることにな
り、過剰の空気が排出されることになる。従って、シス
テム全体の仕事量が大きくなる。
ては、エアタービンから供給された常温の空気に所定量
に調節された水を混合させているので、冬期においては
空気の温度が低温になり、湿度の関係から殆ど水を吸収
させることができない。その結果、燃料電池内でのイオ
ンの伝導性が悪くなり、燃料電池の性能が劣化する恐れ
がある。そこで、これを防ぐためには、水タンクにて調
節された水に対して空気極側に供給する空気の相対量を
多くする必要がある。その場合、燃料電池にて使用され
ない過剰の空気が空気極側電極に供給されることにな
り、過剰の空気が排出されることになる。従って、シス
テム全体の仕事量が大きくなる。
【０００７】故に、本発明は、少量の空気に所定量の水
を含有させることを、その技術的課題とするものであ
る。
を含有させることを、その技術的課題とするものであ
る。
【０００８】
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために本発明において講じた技術的手段は、エアター
ビンと空気極側電極との間に配設され、燃料改質手段の
排熱を利用してエアタービンから供給された空気を加熱
する加熱手段を備え、加熱手段を通過した空気に水タン
クから供給された水を混合させるようにしたことであ
り、好ましくは、エアタービンを燃料電池に冷却水を循
環させるラジエータの背面近傍に配設したことである。
るために本発明において講じた技術的手段は、エアター
ビンと空気極側電極との間に配設され、燃料改質手段の
排熱を利用してエアタービンから供給された空気を加熱
する加熱手段を備え、加熱手段を通過した空気に水タン
クから供給された水を混合させるようにしたことであ
り、好ましくは、エアタービンを燃料電池に冷却水を循
環させるラジエータの背面近傍に配設したことである。
【００１０】
【作用】上記技術的手段によれば、エアタービンから供
給された空気を加熱手段により温めた後、その空気に水
を混合させているので、その空気に吸収される水分（水
蒸気）の量が室温の空気に比べて大きくなる。その結
果、冬期においても空気に多量の水蒸気を吸収させるこ
とができ、燃料電池内でのイオンの伝導性が活発にな
り、燃料電池の性能が劣化することはない。従って、少
量の空気に所定量の水分（水蒸気）を含有させることが
可能になり、空気極側電極に供給される空気量が必要最
小限に確保され、その分システム全体の仕事量が軽減さ
れ、システムの効率がアップする。
給された空気を加熱手段により温めた後、その空気に水
を混合させているので、その空気に吸収される水分（水
蒸気）の量が室温の空気に比べて大きくなる。その結
果、冬期においても空気に多量の水蒸気を吸収させるこ
とができ、燃料電池内でのイオンの伝導性が活発にな
り、燃料電池の性能が劣化することはない。従って、少
量の空気に所定量の水分（水蒸気）を含有させることが
可能になり、空気極側電極に供給される空気量が必要最
小限に確保され、その分システム全体の仕事量が軽減さ
れ、システムの効率がアップする。
【００１１】又、エアタービンを燃料電池に冷却水を循
環させるラジエータの背面近傍に配設すると、エアター
ビンがラジエータを通過した温風を導入してその分空気
タンク内の空気が温められ、水を混合させる直前の空気
の温度がより一層高くなる。
環させるラジエータの背面近傍に配設すると、エアター
ビンがラジエータを通過した温風を導入してその分空気
タンク内の空気が温められ、水を混合させる直前の空気
の温度がより一層高くなる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。
て説明する。
【００１３】図１は、本実施例に係る燃料電池システム
の概略図であり、図２は、本実施例に係る燃料電池の断
面図である。
の概略図であり、図２は、本実施例に係る燃料電池の断
面図である。
【００１４】図１に示されるように、燃料電池システム
１０は、燃料電池１に水素及び空気等を供給するもので
ある。図２に示されるように、燃料電池１は、イオン交
換膜１１と、イオン交換膜１１の一方側の面に固着され
た水素極側電極（燃料極側電極）１２と、イオン交換膜
１１の他方側の面に固着された空気極側電極（燃料極側
電極）１３とから構成されている。水素極側電極１２に
は、燃料となる水素が供給され、空気極側電極１３に
は、空気つまり酸素が供給されるようになっており、両
極３，４での化学反応により電気を発生させるようにな
っている。
１０は、燃料電池１に水素及び空気等を供給するもので
ある。図２に示されるように、燃料電池１は、イオン交
換膜１１と、イオン交換膜１１の一方側の面に固着され
た水素極側電極（燃料極側電極）１２と、イオン交換膜
１１の他方側の面に固着された空気極側電極（燃料極側
電極）１３とから構成されている。水素極側電極１２に
は、燃料となる水素が供給され、空気極側電極１３に
は、空気つまり酸素が供給されるようになっており、両
極３，４での化学反応により電気を発生させるようにな
っている。
【００１５】図１に示されるように、燃料電池１は、通
路２０を介して燃料改質器（燃料改質手段）２に連通し
ている。この燃料改質器２には、メタノールを貯蔵する
メタノールタンク３から供給通路２２を介してメタノー
ルが供給され、水を貯蔵する水タンク４から供給通路２
１を介して水が供給されるようになっている。燃料改質
器２は、加熱しながらこれらのメタノールと水とを反応
させて水素と炭酸ガスを生成するものである。ここで、
燃料改質器２には、水タンク４から過剰の水が供給され
るようになっており、燃料改質器２にて、その過剰の水
が加熱されて水蒸気になり、所定量の水蒸気を水素に吸
収させている。水タンク４から供給される水量は水素極
側電極１２にて使用される水素１モルに対して０．４モ
ルになるように設定されている。従って、所定量の水蒸
気を含有した水素及び炭酸ガスが供給通路２０を介して
燃料電池１の水素極側電極１２に供給されるようになっ
ている。尚、水素極側電極１２にて使用されない水素
は、排出通路２３を介して燃料改質器２に戻される。
路２０を介して燃料改質器（燃料改質手段）２に連通し
ている。この燃料改質器２には、メタノールを貯蔵する
メタノールタンク３から供給通路２２を介してメタノー
ルが供給され、水を貯蔵する水タンク４から供給通路２
１を介して水が供給されるようになっている。燃料改質
器２は、加熱しながらこれらのメタノールと水とを反応
させて水素と炭酸ガスを生成するものである。ここで、
燃料改質器２には、水タンク４から過剰の水が供給され
るようになっており、燃料改質器２にて、その過剰の水
が加熱されて水蒸気になり、所定量の水蒸気を水素に吸
収させている。水タンク４から供給される水量は水素極
側電極１２にて使用される水素１モルに対して０．４モ
ルになるように設定されている。従って、所定量の水蒸
気を含有した水素及び炭酸ガスが供給通路２０を介して
燃料電池１の水素極側電極１２に供給されるようになっ
ている。尚、水素極側電極１２にて使用されない水素
は、排出通路２３を介して燃料改質器２に戻される。
【００１６】燃料電池１の空気極側電極１３には、通路
２５を介して水を貯蔵する水タンク６が連通しており、
水タンク６内にて通路２５側に供給される水量が空気極
側電極１３にて使用される酸素１モルに対して０．４モ
ルになるように調節されている。通路２５の途中の合流
部３０にて通路２４が合流するようになっており、この
通路２４の他端は、空気極側電極１３に空気を供給する
エアタービン５に接続されている。通路２４の途中に
は、加熱器（加熱手段）９が配設されており、エアター
ビン５からの空気が通路２４を介して加熱器９に導入さ
れるようになっている。この加熱器９は、燃料改質器２
に連通しており、加熱器９内に導入された空気が燃料改
質器２の略８０℃の排熱により温められるようになって
いる。従って、加熱器９により温められた空気は、合流
部３０にて水タンク６から供給された水と混合し、所定
量の水蒸気がその空気に吸収され、所定量の水蒸気を含
有した空気が空気極側電極１３に供給されるようになっ
ている。ここで、この所定量の水蒸気を含有した空気の
温度は、燃料電池１の発熱温度（略８０℃）を超えない
ようになっている。尚、空気極側電極１３にて使用され
ない空気は、排出通路２６を介して外部に放出されるよ
うになっている。
２５を介して水を貯蔵する水タンク６が連通しており、
水タンク６内にて通路２５側に供給される水量が空気極
側電極１３にて使用される酸素１モルに対して０．４モ
ルになるように調節されている。通路２５の途中の合流
部３０にて通路２４が合流するようになっており、この
通路２４の他端は、空気極側電極１３に空気を供給する
エアタービン５に接続されている。通路２４の途中に
は、加熱器（加熱手段）９が配設されており、エアター
ビン５からの空気が通路２４を介して加熱器９に導入さ
れるようになっている。この加熱器９は、燃料改質器２
に連通しており、加熱器９内に導入された空気が燃料改
質器２の略８０℃の排熱により温められるようになって
いる。従って、加熱器９により温められた空気は、合流
部３０にて水タンク６から供給された水と混合し、所定
量の水蒸気がその空気に吸収され、所定量の水蒸気を含
有した空気が空気極側電極１３に供給されるようになっ
ている。ここで、この所定量の水蒸気を含有した空気の
温度は、燃料電池１の発熱温度（略８０℃）を超えない
ようになっている。尚、空気極側電極１３にて使用され
ない空気は、排出通路２６を介して外部に放出されるよ
うになっている。
【００１７】燃料電池１の近傍には、ラジエータ７が配
設されており、このラジエータ７の前面（図示左側面）
には、冷却ファン８が配設されている。ラジエータ７に
て冷却された冷却水が通路２７を介して燃料電池１に導
入され、その結果、燃料電池１の発熱温度が所定値（例
えば、８０℃）を超えないように調整されている。尚、
燃料電池１を冷却した冷却水は、通路２８を介してラジ
エータの戻されるようになっている。又、ラジエータ７
の背面（図示右側面）近傍には、前述のエアタービン５
が配設されており、冷却ファン８による送風がラジエー
タ７を介して温風になり、エアタービン５がその温風を
導入するようになっている。
設されており、このラジエータ７の前面（図示左側面）
には、冷却ファン８が配設されている。ラジエータ７に
て冷却された冷却水が通路２７を介して燃料電池１に導
入され、その結果、燃料電池１の発熱温度が所定値（例
えば、８０℃）を超えないように調整されている。尚、
燃料電池１を冷却した冷却水は、通路２８を介してラジ
エータの戻されるようになっている。又、ラジエータ７
の背面（図示右側面）近傍には、前述のエアタービン５
が配設されており、冷却ファン８による送風がラジエー
タ７を介して温風になり、エアタービン５がその温風を
導入するようになっている。
【００１８】本実施例においては、エアタービン５から
供給された空気を加熱器９により温めた後、水タンク６
から供給された水と混合させているので、その空気に吸
収される水分（水蒸気）の量が室温の空気に比べて大き
くなる。その結果、冬期においても空気に多量の水蒸気
を吸収させることができ、水不足により燃料電池１が劣
化することはなくなる。従って、少量の空気に所定量の
水分（水蒸気）を含有させることが可能になり、空気極
側電極１３に供給される空気量が必要最小限に確保さ
れ、その分システム１０全体の仕事量が軽減され、シス
テム１０の効率がアップする。
供給された空気を加熱器９により温めた後、水タンク６
から供給された水と混合させているので、その空気に吸
収される水分（水蒸気）の量が室温の空気に比べて大き
くなる。その結果、冬期においても空気に多量の水蒸気
を吸収させることができ、水不足により燃料電池１が劣
化することはなくなる。従って、少量の空気に所定量の
水分（水蒸気）を含有させることが可能になり、空気極
側電極１３に供給される空気量が必要最小限に確保さ
れ、その分システム１０全体の仕事量が軽減され、シス
テム１０の効率がアップする。
【００１９】又、加熱器９は、燃料改質器２の排熱を利
用して空気を温めているので、新たに加熱器９内を燃焼
させる手段を設ける必要がなくなり、設備がコンパクト
になる。
用して空気を温めているので、新たに加熱器９内を燃焼
させる手段を設ける必要がなくなり、設備がコンパクト
になる。
【００２０】更に、エアタービン５を燃料電池１に冷却
水を循環させるラジエータ７の背面（冷却ファン８と反
対側の面）近傍に配設したので、エアタービン５がラジ
エータ７を通過した温風を導入してその分エアタービン
５内の空気が温められる。その結果、合流点３０を通過
する空気の温度がより一層高くなり、合流部３０にて空
気により多くの水蒸気を含有させることができ、より優
れた効果が得られる。
水を循環させるラジエータ７の背面（冷却ファン８と反
対側の面）近傍に配設したので、エアタービン５がラジ
エータ７を通過した温風を導入してその分エアタービン
５内の空気が温められる。その結果、合流点３０を通過
する空気の温度がより一層高くなり、合流部３０にて空
気により多くの水蒸気を含有させることができ、より優
れた効果が得られる。
【００２１】尚、本発明による燃料電池システムは、本
実施例にような水素−空気電池用に限定される必要がな
く、空気電極を使用する電池であれば何でもよい。
実施例にような水素−空気電池用に限定される必要がな
く、空気電極を使用する電池であれば何でもよい。
【００２２】
【発明の効果】本発明は、以下の如く効果を有する。
【００２３】少量の空気に所定量の水分を吸収させるこ
とが可能になり、水不足により電池が劣化することを確
実に防ぐことができる。又、空気極側電極に供給される
空気量が必要最小限に確保でき、その分システム全体の
仕事量が軽減できる。
とが可能になり、水不足により電池が劣化することを確
実に防ぐことができる。又、空気極側電極に供給される
空気量が必要最小限に確保でき、その分システム全体の
仕事量が軽減できる。
【図１】本実施例による燃料電池システムの概略図であ
る。
る。
【図２】本実施例による燃料電池の拡大断面図である。
１ 燃料電池 ２ 燃料改質器（燃料改質手段） ５ エアタービン ６ 水タンク ７ ラジエータ ９ 加熱器（加熱手段） １０ 燃料電池システム １１ イオン交換膜 １２ 水素極側電極（燃料極側電極） １３ 空気極側電極
Claims (2)
- 【請求項１】 イオン交換膜，前記イオン交換膜の一方
側の面に固着された空気極側電極及び前記イオン交換膜
の他方側の面に固着された水素極側電極を有した燃料電
池と、 前記空気極側電極に空気を供給するエアタービンと、 前記空気極側電極に供給するための水を貯蔵する水タン
クと、 加熱しながら燃料を生成し、その燃料に所定量の水を吸
収させて前記燃料極側電極に供給する燃料改質手段と、 前記エアタービンと前記空気極側電極との間に配設さ
れ、前記燃料改質手段の排熱を利用して前記エアタービ
ンから供給された空気を加熱する加熱手段とを備え、 前記加熱手段を通過した空気に前記水タンクから供給さ
れた水を混合させることを特徴とする燃料電池システ
ム。 - 【請求項２】 前記エアタービンを前記燃料電池に冷却
水を循環させるラジエータの背面近傍に配設したことを
特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33611592A JP3146703B2 (ja) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33611592A JP3146703B2 (ja) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | 燃料電池システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06188013A JPH06188013A (ja) | 1994-07-08 |
| JP3146703B2 true JP3146703B2 (ja) | 2001-03-19 |
Family
ID=18295849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33611592A Expired - Fee Related JP3146703B2 (ja) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3146703B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3769882B2 (ja) * | 1997-06-06 | 2006-04-26 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池装置および燃料電池装置の温度調整方法 |
| JP3646024B2 (ja) | 1999-09-24 | 2005-05-11 | ダイハツ工業株式会社 | 燃料電池装置 |
| DE19956653A1 (de) * | 1999-11-25 | 2001-05-31 | Fev Motorentech Gmbh | Verfahren zur Verbesserung der Leistung einer Brennstoffzelle, insbesondere Brennstoffzelle für den mobilen Einsatz |
-
1992
- 1992-12-16 JP JP33611592A patent/JP3146703B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06188013A (ja) | 1994-07-08 |
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