JP3293309B2 - Solid polymer electrolyte fuel cell - Google Patents

Solid polymer electrolyte fuel cell

Info

Publication number
JP3293309B2
JP3293309B2 JP04064094A JP4064094A JP3293309B2 JP 3293309 B2 JP3293309 B2 JP 3293309B2 JP 04064094 A JP04064094 A JP 04064094A JP 4064094 A JP4064094 A JP 4064094A JP 3293309 B2 JP3293309 B2 JP 3293309B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cell
gas
fuel
separator
electrode side
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP04064094A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH07230817A (en
Inventor
秀明 駒木
Original Assignee
石川島播磨重工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 石川島播磨重工業株式会社 filed Critical 石川島播磨重工業株式会社
Priority to JP04064094A priority Critical patent/JP3293309B2/en
Publication of JPH07230817A publication Critical patent/JPH07230817A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3293309B2 publication Critical patent/JP3293309B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • H01M2300/0082Organic polymers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は燃料の有する化学エネル
ギーを直接電気エネルギーに変換するエネルギー部門で
用いる燃料電池のうち、固体高分子電解質型燃料電池に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell which is used in the energy sector for directly converting chemical energy of fuel into electric energy.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体高分子電解質型燃料電池を用いた発
電システムは、自動車、電車、船舶、宇宙船、深海発電
設備、地上発電設備等に利用可能なものとして開発が進
められている。
2. Description of the Related Art A power generation system using a solid polymer electrolyte fuel cell is being developed as being applicable to automobiles, trains, ships, spacecraft, deep sea power generation facilities, terrestrial power generation facilities, and the like.

【0003】これまでに提案されている固体高分子電解
質型燃料電池は、図7乃至図9に一例を示す如く、表面
に白金電極触媒を担持させた電解質膜1の両面を酸素極
2と燃料極3の両ガス拡散電極で挟んで重ね合わせてな
るセルCをセパレータ4を介し積層してスタックとする
ようにし、各セパレータ4には、表裏両面にガス通路5
を形成して、酸素極2側には酸化剤ガスO2 を給排し、
又、燃料極3側には燃料ガスH2 を給排するように、中
央部の電極反応部を除く周辺部に酸化剤ガスの供給用及
び排出用の各流路孔6及び7と、燃料ガスの供給用及び
排出用の各流路孔8及び9を設けて、酸化剤ガスと燃料
ガスがセパレータ4を挟んでそれぞれのガス通路5を流
配されるようにしてあり、図7に示す如く、スタックを
エンドプレート10及び11で挾持し、四隅部に設けた
孔13に締付用ボルト12を通して所定の締付力を付与
するようにしてある。
As shown in FIGS. 7 to 9, a solid polymer electrolyte fuel cell proposed so far has an electrolyte membrane 1 having a platinum electrode catalyst supported on both surfaces thereof and an oxygen electrode 2 and a fuel electrode. The cell C, which is sandwiched between the two gas diffusion electrodes of the electrode 3 and stacked, is laminated via a separator 4 so as to form a stack.
Is formed, and the oxidizing gas O 2 is supplied and discharged to the oxygen electrode 2 side,
In order to supply and discharge the fuel gas H 2 to the fuel electrode 3 side, the flow path holes 6 and 7 for supplying and discharging the oxidizing gas are provided around the central part except for the electrode reaction part. Gas supply and discharge passage holes 8 and 9 are provided so that the oxidizing gas and the fuel gas can flow through the respective gas passages 5 with the separator 4 interposed therebetween, as shown in FIG. As described above, the stack is sandwiched between the end plates 10 and 11, and a predetermined tightening force is applied to the holes 13 provided at the four corners through the tightening bolts 12.

【0004】従来の固体高分子電解質型燃料電池では、
外部から供給するガスは加湿されてから供給される場合
もあるが、図7の如く加湿部14を設けて、発電を行う
セルCの積層部に導く前に加湿するようにしたものもあ
り、又、燃料電池の反応は発熱反応であるため、図7に
示す如く、数セルに1つずつ冷却部15が設けられてい
る。
In a conventional solid polymer electrolyte fuel cell,
The gas supplied from the outside may be supplied after being humidified. However, there is a gas provided with a humidifying unit 14 as shown in FIG. In addition, since the reaction of the fuel cell is an exothermic reaction, as shown in FIG. 7, one cooling unit 15 is provided for every several cells.

【0005】上記各セルCの燃料極3側及び酸素極2側
へ供給されるガス及び冷却部15へ供給される冷却水の
流れは、図9の(イ)(ロ)(ハ)に一例を示すよう
に、燃料ガスも酸化剤ガスもエンドプレート10の別々
の入口から供給されて加湿部14で加湿された後、加湿
されたガスが発電セル部16を流れてからエンドプレー
ト10の出口から外部へ排出されるようにしてあり、冷
却水は、エンドプレート10の入口から供給されて発電
セル部16を冷却した後、加湿部14を経てエンドプレ
ート10の出口から外部へ排出されるようにしてある。
The flow of the gas supplied to the fuel electrode 3 side and the oxygen electrode 2 side of each cell C and the flow of the cooling water supplied to the cooling section 15 are shown in FIGS. 9 (a), 9 (b) and 9 (c). As shown in the figure, after both the fuel gas and the oxidizing gas are supplied from separate inlets of the end plate 10 and humidified by the humidifying unit 14, the humidified gas flows through the power generation cell unit 16 and then exits from the end plate 10. The cooling water is supplied from the inlet of the end plate 10 to cool the power generation cell unit 16, and then is discharged from the outlet of the end plate 10 to the outside via the humidifying unit 14. It is.

【0006】図中、17はセンターブス(+極)、18
はゴムパッド、19は多孔になっているファイバーサポ
ートである。
In the figure, 17 is a center bus (+ pole), 18
Is a rubber pad and 19 is a porous fiber support.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
固体高分子電解質型燃料電池は、電流密度が非常に大き
くとれるため、小型軽量化できる可能性を持っている
が、大出力化のためには、電圧を高くする必要がある。
このためにはセルの段数を増やさなければならないが、
セル1段当りの電圧が0.7〜0.8Vであるので、図
9(イ)(ロ)(ハ)に示す発電セル部16の長さが長
くなる傾向がある。発電セル部16の長さが長くなる
と、図8(イ)(ロ)の如くガスの給排を、酸化剤ガス
の給排用の流路孔6,7及び燃料ガスの給排用の流路孔
8,9のみによっている構成上、各セルへのガスの供給
及び残りのガスの排出や、酸素極2側で生成された水の
排出が適切に行われにくくなって、セルの特性を悪化す
るおそれがあると共に、冷却が均一に行われにくくな
り、温度分布の不均一によりセル特性が悪化するおそれ
がある。特に、上記生成水が効率よく排出されないと、
濃度過電圧、すなわち、電極における反応物質及び反応
生成物の補給及び除去が円滑に行かなくなり電極の反応
が妨害されること、が大きくなり、セル電圧が低下す
る。又、自動車や船舶等、動揺や加速度、傾斜等が厳し
いものに適用する場合、生成水の分布がセルごとに異な
ることも考えられ、生成水が一部のセルに滞留する可能
性がある。このような場合、生成水の滞留したセルの電
圧が低下し、又、滞留した生成水によりガスの流れが阻
害されるため、スタック内の出力分布も不均一になるお
それがある。
However, the above-mentioned conventional solid polymer electrolyte fuel cells have the potential to be reduced in size and weight because the current density can be made very large. Need to increase the voltage.
To do this, the number of cell stages must be increased,
Since the voltage per cell stage is 0.7 to 0.8 V, the length of the power generation cell section 16 shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C tends to be long. When the length of the power generation cell section 16 becomes longer, the supply and discharge of the gas are performed as shown in FIGS. 8A and 8B by the flow holes 6 and 7 for supplying and discharging the oxidizing gas and the flow for supplying and discharging the fuel gas. Due to the configuration including only the passage holes 8 and 9, the supply of gas to each cell and the discharge of the remaining gas, and the discharge of water generated on the oxygen electrode 2 side are difficult to be performed properly, and the characteristics of the cell are reduced. The cooling may not be performed uniformly, and the cell characteristics may be deteriorated due to uneven temperature distribution. In particular, if the generated water is not discharged efficiently,
The concentration overvoltage, that is, the difficulty in replenishing and removing reactants and reaction products at the electrodes and disturbing the reaction of the electrodes, increases, and the cell voltage decreases. In addition, when the present invention is applied to a vehicle, a ship, or the like having a severe fluctuation, acceleration, inclination, or the like, the distribution of generated water may differ from cell to cell, and the generated water may accumulate in some cells. In such a case, the voltage of the cell in which the generated water stays decreases, and the flow of the gas is hindered by the generated water, so that the output distribution in the stack may become uneven.

【0008】そこで、本発明は、セル段数を増やして大
出力化したときや、自動車や船舶等、動揺、加速度、傾
斜等の条件が厳しい場合も、ガスや湿分の供給やガス、
生成水の排出を適切に行えるようにすると共に、セル全
体の温度を一様に保つことを容易にしてセルの特性向上
を図るようにしようとするものである。
Accordingly, the present invention provides a method for supplying gas or moisture and reducing gas and humidity even when the output is increased by increasing the number of cell stages or when conditions such as vibration, acceleration, and inclination are severe in automobiles and ships.
The purpose of the present invention is to make it possible to appropriately discharge generated water, and to easily maintain the temperature of the entire cell uniformly to improve the characteristics of the cell.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、表面に白金電極触媒を担持させた高分子
電解質膜を酸素極と燃料極の両ガス拡散電極で挟み、酸
素極側には酸化剤ガスを、又、燃料極側には燃料ガスを
それぞれ給排するようにしてあるセルをセパレータを介
し多層に積層すると共に、数セルごとに冷却部を備えて
スタックとしてある固体高分子電解質型燃料電池におい
て、上記セルの酸素極側のセパレータに、外部から酸化
剤ガスを給排するための供給口と該供給口と連通する供
給流路孔、及び排出口と該排出口と連通する排出流路孔
をそれぞれ設けて、電極部の酸化剤ガス用のガス通路と
連通させると共に、燃料極側のセパレータに、外部から
燃料ガスを給排するための供給口と該供給口と連通する
供給流路孔、及び排出口と該排出口と連通する排出流路
孔をそれぞれ設けて、電極部の燃料ガス用のガス通路と
連通させ、且つ酸素極側のセパレータに、セル冷却用の
冷却水を給排するための供給口と排出口を設け、更に、
上記各セルの酸素極側セパレータに設けた酸化剤ガスの
排出口に、流量調節弁付きのラインを接続して、該ライ
ンにエジェクタを取り付け、上記流量調節弁を、セル電
圧の検出値又はセル内の生成水の水位検出値に基づき制
御器により調節するようにし、圧縮空気をエジェクタに
通すことによりセル内の生成水を排出させるようにした
構成とする。
According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, a polymer electrolyte membrane having a platinum electrode catalyst supported on its surface is sandwiched between both oxygen and fuel gas diffusion electrodes. On the side, an oxidizing gas is supplied, and on the fuel electrode side, fuel cells are supplied and discharged, respectively, and a plurality of cells are stacked in layers via a separator. In the polymer electrolyte fuel cell, a supply port for supplying and discharging an oxidizing gas from the outside to the separator on the oxygen electrode side of the cell, a supply flow path hole communicating with the supply port, and a discharge port and the discharge port And a supply port for supplying and discharging fuel gas from the outside to the separator on the fuel electrode side, and a discharge port hole for supplying and discharging fuel gas from the outside to the separator on the fuel electrode side. A supply flow passage hole communicating with An outlet and a discharge passage hole communicating with the discharge port are provided, respectively, to communicate with a gas passage for fuel gas in the electrode portion, and to supply and discharge cooling water for cooling the cell to the separator on the oxygen electrode side. Provide supply and discharge ports,
A line with a flow control valve is connected to the outlet of the oxidizing gas provided on the oxygen electrode side separator of each cell, an ejector is attached to the line, and the flow control valve is connected to a cell voltage detection value or cell. The controller is adjusted based on the water level detection value of the generated water in the cell, and the generated water in the cell is discharged by passing compressed air through an ejector.

【0010】又、各セルの燃料極側セパレータに設けた
燃料ガスの供給口に接続したラインに水素ボンベ又は改
質器を接続し、上記ラインに設けた流量調節弁を、セル
電圧の検出値に基づき制御器により調節するようにし
て、燃料を供給できるようにしたりすることができる。
A hydrogen cylinder or a reformer is connected to a line connected to a fuel gas supply port provided on a fuel electrode side separator of each cell, and a flow control valve provided on the line is connected to a cell voltage detection value. The fuel can be supplied by adjusting the controller based on the above.

【0011】更に、動揺、加速度、傾斜、振動、セルご
との電圧を制御信号として用いる制御器により流量調節
弁を調節させてスタックを構成する全セルの最適制御を
行うようにするようにしてもよい。
Further, the controller which uses the fluctuation, acceleration, inclination, vibration, and voltage of each cell as a control signal may adjust the flow rate control valve to perform optimal control of all cells constituting the stack. Good.

【0012】[0012]

【作用】生成水が溜って来てガスの流れが阻害される
と、そのセルの電圧が低下して来るので、セルの電圧を
検出したり、セル内の生成水の水位を検出して生成水を
積極的に排出させるようにすると、生成水を効率よく排
出できて電圧低下や出力分布の不均一を防止することが
できる。又、セルの外部から供給する冷却水によりセル
の温度制御を行うことができると共に、この冷却水の流
路に不活性ガスを高圧で供給すると、酸化剤ガス及び燃
料ガスのセルからの漏洩を防止することが可能となる。
When the generated water accumulates and the flow of gas is hindered, the voltage of the cell decreases. Therefore, the voltage of the cell is detected, or the level of the generated water in the cell is detected to generate the generated water. If the water is positively discharged, the generated water can be discharged efficiently, and voltage drop and uneven output distribution can be prevented. In addition, the temperature of the cell can be controlled by cooling water supplied from the outside of the cell, and when an inert gas is supplied to the flow path of the cooling water at a high pressure, leakage of the oxidizing gas and the fuel gas from the cell can be prevented. This can be prevented.

【0013】電圧が低下したセルの燃料極側へ濃度の高
い燃料ガスを外部より供給すると、濃度が低下したセル
の燃料ガスの量を調節することができ、又、動揺、加速
度、傾斜、振動、セルごとの電圧等を基に制御器からの
指令でスタックの全セルをセルごと又はセルグループご
とに出口側のガス、冷却水の量を調節することにより、
セルの性能、スタック全体の特性が最良になるように制
御することができる。
When a high-concentration fuel gas is supplied from the outside to the fuel electrode side of the cell whose voltage has decreased, the amount of fuel gas of the cell whose concentration has decreased can be adjusted. By adjusting the amount of gas and cooling water on the outlet side for all cells of the stack for each cell or for each cell group by a command from the controller based on the voltage and the like for each cell,
The cell performance and the characteristics of the entire stack can be controlled so as to be the best.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】図1乃至図5はいずれも本発明の一実施例
として、図7に示した従来方式と同様に発電セル部16
と加湿部14と冷却部15を有して横に積層してあり、
ガスが加湿部14を経てから発電セル部16に流配され
て排出されるようにしてある構成において、電解質膜1
をガス拡散電極としての酸素極2と燃料極3と同じ大き
さとし且つこれら電極を金属製としてこれに直接凹凸を
設けてガス通路を形成したものについて示す。
FIGS. 1 to 5 show an embodiment of the present invention, which is similar to the conventional system shown in FIG.
, A humidifying unit 14 and a cooling unit 15,
In a configuration in which gas is passed through the humidifying unit 14 and then distributed to the power generation cell unit 16 and discharged, the electrolyte membrane 1
Are shown as having the same size as the oxygen electrode 2 and the fuel electrode 3 as the gas diffusion electrodes, and forming the gas passages by forming these electrodes made of metal and directly providing irregularities.

【0016】すなわち、表面に白金電極触媒を担持させ
てある固体高分子電解質膜1を同じ大きさの酸素極2と
燃料極3で挟み、酸素極2の背面側には、多数列に凹凸
を形成してガス通路5aとすると共に、燃料極3の背面
側には、上記ガス通路5aと直交する方向に延びる多数
列の凹凸を形成してガス通路5bとして、酸素極2側に
酸化剤ガスO2 を、又、燃料極3側に燃料ガスH2 をそ
れぞれ給排させるようにした1つのセルCを、片面の中
央部に凹部を形成した酸素極側セパレータ4aと燃料極
側セパレータ4bとで挟み、セパレータ4aと4bの周
辺部同士を絶縁材兼シール材を介在させてシールさせる
ようにし、且つ上記両セパレータ4aと4bには、電極
2,3に形成された各ガス通路5aと5bの両端部の位
置にヘッダー部20a,20bと20c,20dをそれ
ぞれ形成し、酸素極側セパレータ4aには、上記ヘッダ
ー部20aと20bに外部から酸化剤ガスを給排できる
供給流路孔21と排出流路孔22を図2(イ)に示す如
く設けると共に、燃料極側セパレータ4bには、上記ヘ
ッダー部20cと20dに外部から燃料ガスを給排でき
る供給流路孔23と排出流路孔24を図2(ロ)に示す
如く設ける。
That is, a solid polymer electrolyte membrane 1 having a platinum electrode catalyst supported on its surface is sandwiched between an oxygen electrode 2 and a fuel electrode 3 having the same size. A gas passage 5a is formed, and a large number of rows of irregularities extending in a direction perpendicular to the gas passage 5a are formed on the back side of the fuel electrode 3 to form a gas passage 5b, and an oxidant gas is formed on the oxygen electrode 2 side. One cell C for supplying and discharging O 2 and fuel gas H 2 to and from the fuel electrode 3 respectively is provided with an oxygen electrode-side separator 4a and a fuel electrode-side separator 4b each having a recess formed in the center of one surface. So that the peripheral portions of the separators 4a and 4b are sealed with an insulating material and a sealing material interposed therebetween, and the separators 4a and 4b have gas passages 5a and 5b formed in the electrodes 2 and 3, respectively. Headers 20 at both ends a, 20b and 20c, 20d are formed respectively, and a supply passage hole 21 and a discharge passage hole 22 for supplying and discharging an oxidizing gas from the outside to the header portions 20a and 20b are formed in the oxygen electrode side separator 4a in FIG. 2B, the fuel electrode side separator 4b is provided with a supply passage hole 23 and a discharge passage hole 24 through which fuel gas can be supplied and discharged from the outside to the header portions 20c and 20d, as shown in FIG. Provide as shown.

【0017】又、上記1つのセルCを挾持するセパレー
タ4aと4bには、複数個の酸化剤ガス供給用流路孔6
と排出用流路孔7を各々積層方向に貫通させて設けると
共に、複数個の燃料ガス供給用流路孔8と排出用流路孔
9を各々積層方向に貫通させて設け、上記酸素極側セパ
レータ4aでは酸化剤ガスの給排用流路孔6,7がヘッ
ダー部20a,20bと連通し、又、上記燃料極側セパ
レータ4bでは燃料ガスの給排用流路孔8,9がヘッダ
ー部20c,20dと連通するようにしてある。
The separators 4a and 4b sandwiching the one cell C are provided with a plurality of oxidant gas supply passage holes 6.
And a plurality of fuel gas supply passage holes 8 and a plurality of discharge passage holes 9 are respectively provided so as to penetrate in the stacking direction, and the oxygen electrode side is provided. In the separator 4a, the oxidant gas supply / discharge passage holes 6, 7 communicate with the header portions 20a, 20b. In the fuel electrode side separator 4b, the fuel gas supply / discharge passage holes 8, 9 are connected to the header portion. It communicates with 20c and 20d.

【0018】更に、上記酸素極側セパレータ4aと燃料
極側セパレータ4bには、冷却水流路孔25を積層方向
に貫通させて設けると共に、セル冷却用の冷却水流路孔
26を設ける。
Further, in the oxygen electrode side separator 4a and the fuel electrode side separator 4b, a cooling water passage hole 25 is provided so as to penetrate in the laminating direction, and a cooling water passage hole 26 for cell cooling is provided.

【0019】なお、27は酸化剤ガスの供給口、28は
酸化剤ガスの排出口、29は燃料ガスの供給口、30は
燃料ガスの排出口、31は冷却水の供給口、32は冷却
水の排出口であり、その他図7乃至図9と同一のものに
は同一符号が付してある。
Reference numeral 27 denotes an oxidant gas supply port, 28 denotes an oxidant gas discharge port, 29 denotes a fuel gas supply port, 30 denotes a fuel gas discharge port, 31 denotes a cooling water supply port, and 32 denotes a cooling water supply port. The same reference numerals as in FIGS. 7 to 9 denote the same water outlets.

【0020】本発明の固体高分子電解質型燃料電池は、
上述した構成のセルを横方向に多段に積層してスタック
とするもので、上記各セルごとの酸化剤ガスの排出口2
8を利用することにより、各セルごとに生成水を積極的
に排除できるようにしたり、各セルごとやセルグループ
ごとに、自動車や船舶等の動揺、加速度、傾斜、振動、
セル電圧等によるガス又は水の制御を行うことができる
ようにしたり、又は各セルへの燃料ガスの供給口29を
利用することにより、燃料ガスの量を調節するようにし
たり、各セルごと、セルグループごと、あるいはスタッ
ク全体として燃料ガスのコントロールができるようにす
ることが可能である。
The solid polymer electrolyte fuel cell of the present invention comprises:
The cells having the above-described configuration are stacked in multiple layers in the horizontal direction to form a stack.
By using 8, the generated water can be positively removed for each cell, or the vibration, acceleration, inclination, vibration,
It is possible to control gas or water by cell voltage or the like, or to adjust the amount of fuel gas by using the fuel gas supply port 29 to each cell. It is possible to control the fuel gas for each cell group or for the entire stack.

【0021】図1は各セルごとに生成水を積極的に排除
させるようにする実施例を示すもので、酸化剤ガスの排
出口28に、途中に流量調節弁33を有する排出ライン
34を接続して、その先端にエジェクタ35を取り付
け、圧縮機36で圧縮された空気を上記エジェクタ35
を通すことにより生じる吸引作用で酸素極2側から生成
水を積極的に排出させるようにし、且つ上記エジェクタ
35を駆動させた空気は、湿分分離器37で水分を除い
た後、酸化剤ガスとしてセルCに直接供給させるように
するか、あるいは、大気に放出させるようにし、更に、
上記流量調節弁33は、セルごとの電圧の検出値eとセ
ルごとの水位の検出値fに基づき制御器38で演算され
て制御器38からの指令により調節されるようにしてあ
る。
FIG. 1 shows an embodiment in which generated water is positively removed from each cell. A discharge line 34 having a flow control valve 33 in the middle is connected to the discharge port 28 of the oxidizing gas. Then, an ejector 35 is attached to the tip, and the air compressed by the compressor 36 is discharged from the ejector 35.
The generated water is positively discharged from the oxygen electrode 2 side by a suction effect caused by passing through, and the air that has driven the ejector 35 is subjected to a moisture separator 37 to remove the moisture, and then the oxidizing gas is removed. To be supplied directly to the cell C, or to be released to the atmosphere.
The flow control valve 33 is operated by a controller 38 based on a detected value e of a voltage for each cell and a detected value f of a water level for each cell, and is adjusted by a command from the controller 38.

【0022】したがって、今、酸素極2側で生成された
水を排除しようとするときは、セル電圧及びセルごとの
水位をモニタリングし、電圧が極端に下がったセルにつ
いては、その原因を制御器38で確定するようにし、生
成水の排除が良好に行われていないことが原因の場合及
び水位が一定レベル以上になっている場合は、そのセル
の酸化剤ガスの排出口28に連絡させた流量調節弁33
を開き、エジェクタ35に圧縮空気を供給して通過させ
ることによりエジェクタ35を駆動させ、生成水を排出
させるようにする。これによりセル内の生成水が良好に
排出されるので、ガスの流れが生成水により阻害される
という事態が避けられ、セル内の燃料利用率、酸化剤利
用率を上昇させることが可能となる。
Therefore, when trying to eliminate the water generated on the oxygen electrode 2 side, the cell voltage and the water level of each cell are monitored, and the cause of the cell whose voltage has dropped extremely is determined by the controller. The determination was made at 38, and when the reason was that the generated water was not sufficiently removed and when the water level was higher than a certain level, it was communicated to the outlet 28 of the oxidizing gas of the cell. Flow control valve 33
Is opened, and the ejector 35 is driven by supplying and passing compressed air to the ejector 35 to discharge the generated water. As a result, the generated water in the cell is discharged well, so that the gas flow is prevented from being hindered by the generated water, and the fuel utilization and the oxidant utilization in the cell can be increased. .

【0023】次に、1つのスタックを構成する全セルの
最適制御を行うときは、制御器38に、制御信号として
動揺a、加速度b、傾斜c、振動d、セルごとの電圧検
出値e、等を入力するようにし、フィードフォワード制
御や各種最適制御手法を用いて、制御器38からの指令
でガス又は水の排出量を制御するようにする。この場
合、スタック全体として制御するのでは最適制御は難し
いが、図3の(イ)の如く各セルごとにガス又は水の制
御を行ったり、(ロ)の如くいくつかのセルをグループ
として行うようにすることにより、スタック全体として
の最適な制御を行うことができることになる。
Next, when performing the optimal control of all the cells constituting one stack, the controller 38 sends a control signal to the controller 38 for shaking a, acceleration b, inclination c, vibration d, a voltage detection value e for each cell, And the like, and the discharge amount of gas or water is controlled by a command from the controller 38 using feedforward control or various optimum control techniques. In this case, optimal control is difficult if the entire stack is controlled. However, gas or water is controlled for each cell as shown in FIG. 3A, or several cells are grouped as shown in FIG. By doing so, optimal control of the entire stack can be performed.

【0024】図4は各セルごとに燃料ガスとしての水素
の量を調節できるようにした例を示すもので、各セルの
燃料ガスの供給口29にライン39を介して燃料極3側
に水素ボンベ40又は改質器41を接続し、セルごとの
電圧の検出値eを制御器38に入力してセルごとの電圧
をモニタリングし、電圧の低下したセルについて流量調
節弁43を開いて燃料、すなわち、水素ボンベ40から
の水素ガス又は改質器41からの改質ガス中よりCO除
去装置42でCOを除去したガスを選択的に供給して燃
料濃度を上昇させるようにする。
FIG. 4 shows an example in which the amount of hydrogen as a fuel gas can be adjusted for each cell. The hydrogen is supplied to the fuel electrode 3 side through a line 39 to a fuel gas supply port 29 of each cell. The cylinder 40 or the reformer 41 is connected, the detected value e of the voltage of each cell is inputted to the controller 38, and the voltage of each cell is monitored. That is, the gas from which CO has been removed by the CO removing device 42 from the hydrogen gas from the hydrogen cylinder 40 or the reformed gas from the reformer 41 is selectively supplied to increase the fuel concentration.

【0025】動力用等負荷変動幅や変動速度が大きいも
のの場合、図7に示すエンドプレート10に近いセルと
遠いセルでは燃料温度に大きな差が生じる可能性があ
る。燃料濃度が下がっていて電圧が低下しているセルに
図4により選択的に高濃度の燃料を供給するようにすれ
ば、負荷応答性を向上させることが可能となる。この
際、図1に示す水分排出方式を組み合わせることにより
セル内の湿分を最適に保つことも可能であり、又、固体
高分子電解質膜1に担持される白金触媒は、COに被毒
されるが、燃料ガスの供給口29より供給する水素ボン
ベ40からの水素ガス又は改質器41からの改質ガスの
代りに、O2 ガスを供給させるようにすれば、CO2
することができてCOに被毒したセルを急速に回復させ
ることが可能となる。 図4において、燃料ガス供給口
29に接続されるライン39の途中に加湿器44を設け
ると、水素ガス又は改質ガスを加湿して供給することが
可能となり、セル内の湿分を調節することができる。
In the case where the load fluctuation width and fluctuation speed for power and the like are large, there is a possibility that a large difference in fuel temperature occurs between the cells near and far from the end plate 10 shown in FIG. By selectively supplying a high-concentration fuel to the cell having a low fuel concentration and a low voltage as shown in FIG. 4, the load responsiveness can be improved. At this time, it is possible to keep the moisture in the cell optimal by combining the water discharging method shown in FIG. 1, and the platinum catalyst carried on the solid polymer electrolyte membrane 1 is poisoned by CO. However, if O 2 gas is supplied instead of hydrogen gas from the hydrogen cylinder 40 supplied from the fuel gas supply port 29 or reformed gas from the reformer 41, CO 2 can be converted to CO 2. As a result, the cells poisoned by CO can be rapidly recovered. In FIG. 4, when a humidifier 44 is provided in the middle of the line 39 connected to the fuel gas supply port 29, it becomes possible to humidify and supply hydrogen gas or reformed gas, and to adjust the moisture in the cell. be able to.

【0026】各セルの燃料極側へ図4のように外部より
供給する燃料ガスの供給量を、制御信号として動揺a、
加速度b、傾斜c、振動d、セルの電圧検出値e等の信
号により最適に制御することができる。図5はその例を
示すもので、この場合、(イ)の如く各セルごと、
(ロ)の如くセルグループごと、あるいは(ハ)の如く
スタック全体として制御させることができる。
As shown in FIG. 4, the supply amount of the fuel gas supplied from the outside to the fuel electrode side of each cell is controlled by a control signal,
Optimum control can be performed by signals such as acceleration b, inclination c, vibration d, and cell voltage detection value e. FIG. 5 shows an example thereof. In this case, as shown in FIG.
The control can be performed for each cell group as shown in (b) or for the entire stack as shown in (c).

【0027】次に、図6は本発明の他の実施例を示すも
ので、酸素極2及び燃料極3を金属製としてこれに直接
ガス通路形成用の凹凸を形成した構成の前記実施例に代
えて、カーボン等からなる一枚の多孔板とし、且つこれ
には直接ガス通路を形成する凹凸を設ける作業が大変と
なるので、セパレータ4aと4bの表面に凹凸を設けて
ガス通路5a,5bを形成するようにしたもので、その
他の構成は前記実施例の場合と同様である。
FIG. 6 shows another embodiment of the present invention, in which the oxygen electrode 2 and the fuel electrode 3 are made of metal, and are provided with irregularities for directly forming a gas passage. Instead, it is difficult to provide a single porous plate made of carbon or the like and provide irregularities for directly forming gas passages on the porous plates. Therefore, irregularities are provided on the surfaces of the separators 4a and 4b to form the gas passages 5a and 5b. The other configuration is the same as that of the above embodiment.

【0028】この実施例の場合でも、図1、図3乃至図
5のようにして制御することができる。
Even in the case of this embodiment, control can be performed as shown in FIGS. 1, 3 to 5.

【0029】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
るものではなく、たとえば、ガスを外部より供給した
後、セルへ供給する前に加湿する場合を例として説明し
たが、外部の加湿器で加湿したガスをセルに供給するよ
うにしてもよいこと、酸化剤ガスと燃料ガスを直交流と
なるように流す場合を示したが、ガスの流れ方向が対向
流、並行流となるようにガス通路、ガス給排用流路孔を
設けてもよいこと、電解質膜1をガス拡散電極2,3と
同じ大きさとした場合を示したが、電解質膜1はセパレ
ータ4a,4bと同じ大きさとしてもよいこと、セパレ
ータとして、酸素極側セパレータ4aと燃料極側セパレ
ータ4bを用いて、これら各セパレータ4a,4bの表
面側に電極に対応させて凹部を形成させたものを示した
が、1枚のセパレータの両面中央部に酸素極2と燃料極
3を配置する部分を形成させたり、ガス通路を形成させ
るようにしてもよいこと、セル冷却水を給排するための
供給口31、排出口32、冷却水流路孔26を燃料極側
セパレータに設けた構成とすること、その他本発明の要
旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論
である。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the case where the gas is supplied from the outside and humidification is performed before the gas is supplied to the cell has been described as an example. Although the case where the humidified gas may be supplied to the cell in the above case and the case where the oxidizing gas and the fuel gas are flowed so as to have a cross flow have been shown, the flow direction of the gas is set to be a counter flow, a parallel flow. Although the case where the gas passage and the gas supply / discharge passage hole may be provided and the case where the electrolyte membrane 1 is made the same size as the gas diffusion electrodes 2 and 3 are shown, the electrolyte membrane 1 has the same size as the separators 4a and 4b. As an example, the separator having the oxygen electrode side separator 4a and the fuel electrode side separator 4b and having recesses formed on the surface side of each of the separators 4a and 4b in correspondence with the electrodes is shown. Separation A portion for disposing the oxygen electrode 2 and the fuel electrode 3 may be formed in the center of both sides of the fuel cell, a gas passage may be formed, a supply port 31 for supplying and discharging cell cooling water, a discharge port 32, It is needless to say that the cooling water passage hole 26 is provided on the fuel electrode side separator, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の固体高分子電
解質型燃料電池によれば、電解質膜を酸素極と燃料極の
両ガス拡散電極で挟み、酸素極側に酸化剤ガスを給排さ
せるようにすると共に燃料極側に燃料ガスを給排させる
ようにしたセルをセパレータを介し積層してスタックと
するようにしてある構成において、上記酸素極に、上記
酸化剤ガスの給排用流路孔を設けるほかに、上記セルの
酸素極側のセパレータに、外部から酸化剤ガスを給排す
るための供給口と該供給口と連通する供給流路孔、及び
排出口と該排出口と連通する排出流路孔をそれぞれ設け
て、電極部の酸化剤ガス用のガス通路と連通させると共
に、燃料極側のセパレータに、外部から燃料ガスを給排
するための供給口と該供給口と連通する供給流路孔、及
び排出口と該排出口と連通する排出流路孔をそれぞれ設
けて、電極部の燃料ガス用のガス通路と連通させ、且つ
酸素極側のセパレータに、セル冷却用の冷却水を給排す
るための供給口と排出口を設け、更に、上記各セルの酸
素極側セパレータに設けた酸化剤ガスの排出口に、流量
調節弁付きのラインを接続して、該ラインにエジェクタ
を取り付け、上記流量調節弁を、セル電圧の検出値又は
セル内の生成水の水位検出値に基づき制御器により調節
するようにし、圧縮空気をエジェクタに通すことにより
セル内の生成水を排出させるようにした構成としたり、
上記各セルの燃料極側セパレータに設けた燃料ガスの供
給口に、流量調節弁付きのラインを接続して、該ライン
に水素ボンベ又は改質器を接続し、上記ラインに設けた
流量調節弁を、セル電圧の検出値に基づき制御器により
調節するようにして、燃料を供給できるようにした構成
とし、動揺、加速度、傾斜、振動、セルごとの電圧を制
御信号として用いる制御器により流量調節弁を調節させ
てスタックを構成する全セルの最適制御を行う構成とし
てあるので、次の如き優れた効果を奏し得る。 (i) 酸素極側に設けた酸化剤ガスの出口に排出ラインを
接続して生成水を積極的に排出させるようにするので、
生成水が良好に排出されないで濃度過電圧が大きくなり
セル電圧が低下したり或は生成水によりガスの流れが阻
害されてスタック内の出力分布が不均一になるという事
態を防止できる。 (ii)スタックにおける各セルの特性は、燃料利用率によ
って大きく変わり、各セルごとに燃料濃度に不均一があ
ると、負荷応答性が悪くなるが、燃料濃度が下がって電
圧の低下したセルに対して外部から燃料ガスの供給口よ
り燃料ガスを供給することができるので、電圧の下がっ
たセルに選択的に高濃度の燃料を供給させることにより
負荷応答性を向上させることができる。 (iii) セパレータ内にセル又はセル群ごとに冷却水の供
給口及び排出口を設けているので、セル又はセル群ごと
に温度制御を行うことができ、又、冷却水流路に、燃料
及び酸化剤ガスより若干圧力の高い不活性ガスを流すこ
とにより、セルの冷却のみでなく、セルから外部へ燃料
ガス及び酸化剤ガスが漏洩することを防ぐことができ、
更に、この不活性ガスの成分を常時チェックすることに
より燃料ガス及び酸化剤ガスがセルから漏洩したことを
検知することもできる。 (iv)セルの段数を増やして大出力が得られるようにし
て、スタック全体としてセルごと及びセルグループごと
のガスの制御を行うようにするので、特性改善のために
有効である。
As described above, according to the solid polymer electrolyte fuel cell of the present invention, the electrolyte membrane is sandwiched between the gas diffusion electrodes of the oxygen electrode and the fuel electrode, and the oxidant gas is supplied and discharged to the oxygen electrode side. In a configuration in which the fuel gas is supplied and discharged to and from the fuel electrode side, a stack is formed by stacking the cells via a separator, and the supply and discharge flow of the oxidizing gas is supplied to the oxygen electrode. In addition to providing the passage hole, the separator on the oxygen electrode side of the cell, a supply port for supplying and discharging the oxidizing gas from the outside, a supply passage hole communicating with the supply port, and a discharge port and the discharge port. Discharge flow holes are provided to communicate with each other, and communicate with the gas passage for the oxidizing gas in the electrode portion, and the separator on the fuel electrode side has a supply port for supplying and discharging fuel gas from outside, and the supply port. Supply channel holes and discharge ports that communicate with each other A supply port and a discharge port for supplying and discharging cooling water for cooling the cell to the separator on the oxygen electrode side by providing a discharge flow path hole communicating with the fuel cell and a gas passage for the fuel gas in the electrode portion. Further, a line with a flow control valve is connected to the outlet of the oxidizing gas provided in the oxygen electrode side separator of each cell, an ejector is attached to the line, and the flow control valve is connected to the cell voltage. It is configured to adjust by the controller based on the detected value of the water level or the detected water level of the generated water in the cell, and to discharge the generated water in the cell by passing the compressed air through the ejector,
A line with a flow control valve is connected to a fuel gas supply port provided on the fuel electrode side separator of each of the above cells, a hydrogen cylinder or a reformer is connected to the line, and a flow control valve provided in the line Is controlled by a controller based on the detected value of the cell voltage so that fuel can be supplied, and the flow rate is controlled by a controller that uses the voltage of each cell as a control signal, including fluctuation, acceleration, inclination, vibration, and cell. Since the configuration is such that the valves are adjusted to perform optimal control of all cells constituting the stack, the following excellent effects can be obtained. (i) Since a discharge line is connected to the outlet of the oxidizing gas provided on the oxygen electrode side so that the generated water is positively discharged,
It is possible to prevent a situation in which the generated water is not discharged satisfactorily, the concentration overvoltage increases, the cell voltage decreases, or the flow of gas is hindered by the generated water, and the output distribution in the stack becomes uneven. (ii) The characteristics of each cell in the stack vary greatly depending on the fuel utilization rate.If the fuel concentration is uneven in each cell, the load responsiveness deteriorates. On the other hand, since the fuel gas can be supplied from the fuel gas supply port from the outside, the load responsiveness can be improved by selectively supplying the high-concentration fuel to the cell whose voltage is lowered. (iii) Since the cooling water supply port and discharge port are provided for each cell or group of cells in the separator, temperature control can be performed for each cell or group of cells, and fuel and oxidation By flowing an inert gas having a slightly higher pressure than the oxidizing gas, it is possible to prevent not only cooling of the cell but also leakage of the fuel gas and the oxidizing gas from the cell to the outside,
Further, by constantly checking the components of the inert gas, it is possible to detect that the fuel gas and the oxidizing gas have leaked from the cell. (iv) Since a large output can be obtained by increasing the number of cell stages and controlling the gas for each cell and each cell group as a whole stack, it is effective for improving the characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示すもので、生成水を排出
するようにした例を示す1つのセルの切断側面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional side view of one cell showing an example of the present invention, in which generated water is discharged.

【図2】図1の断面を示すもので、(イ)はA矢視図、
(ロ)はB矢視図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG.
(B) is a view as seen from the arrow B.

【図3】図1のセルを多段に積層して酸素極側のガス及
び生成水の量の制御を行う例を示すもので、(イ)は各
セルごとに制御を行う場合の切断側面図、(ロ)はいく
つかのセルをグループとして制御を行う場合の切断側面
図である。
FIG. 3 shows an example in which the cells of FIG. 1 are stacked in multiple stages to control the amount of gas and generated water on the oxygen electrode side, and (a) is a cut-away side view in the case where control is performed for each cell. (B) is a cut-away side view in the case where control is performed with some cells as a group.

【図4】図1のセルの燃料極側へ高濃度の燃料を外部か
ら供給する例を示す切断側面図である。
4 is a cut-away side view showing an example in which high-concentration fuel is externally supplied to the fuel electrode side of the cell of FIG.

【図5】セルを多段に積層して燃料極側への燃料の量の
制御について示すもので、(イ)は各セルごとに制御を
行う場合の切断側面図、(ロ)はいくつかのセルをグル
ープとして制御を行う場合の切断側面図、(ハ)はスタ
ック全体として制御を行う場合の切断側面図である。
5A and 5B show control of the amount of fuel to the fuel electrode side by stacking cells in multiple stages. FIG. 5A is a cut-away side view when control is performed for each cell, and FIG. FIG. 3C is a cut-away side view when control is performed with cells as a group, and FIG. 3C is a cut-away side view when control is performed on the entire stack.

【図6】本発明の他の実施例を示す1つのセルの切断側
面図である。
FIG. 6 is a cut-away side view of one cell showing another embodiment of the present invention.

【図7】従来の固体高分子電解質型燃料電池の一例を示
す概略切断側面図である。
FIG. 7 is a schematic sectional side view showing an example of a conventional solid polymer electrolyte fuel cell.

【図8】図7におけるセルの正面を示すもので、(イ)
は酸素極側とセパレータを示す図、(ロ)は燃料極側と
セパレータを示す図である。
8 shows a front view of the cell in FIG. 7;
FIG. 2 is a diagram showing an oxygen electrode side and a separator, and FIG. 2B is a diagram showing a fuel electrode side and a separator.

【図9】図7の従来例における各ガスと冷却水の流れの
例を示すもので、(イ)は燃料ガスの流れを示す図、
(ロ)は酸化剤ガスの流れを示す図、(ハ)は冷却水の
流れを示す図である。
FIG. 9 shows an example of the flow of each gas and cooling water in the conventional example of FIG. 7;
(B) is a diagram showing the flow of the oxidizing gas, and (c) is a diagram showing the flow of the cooling water.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電解質膜 2 酸素極 3 燃料極 4a 酸素極側セパレータ 4b 燃料極側セパレータ 5a,5b ガス通路 15 冷却部 21 酸化剤ガス供給流路孔 22 酸化剤ガス排出流路孔 23 燃料ガス供給流路孔 24 燃料ガス排出流路孔 25,26 冷却水流路孔 27 酸化剤ガスの供給口 28 酸化剤ガスの排出口 29 燃料ガスの供給口 30 燃料ガスの排出口 31 冷却水の供給口 32 冷却水の排出口 33 流量調節弁 34 ライン(排出ライン) 35 エジェクタ 38 制御器 39 ライン 40 水素ボンベ 41 改質器 43 流量調節弁 C セル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrolyte membrane 2 Oxygen electrode 3 Fuel electrode 4a Oxygen electrode side separator 4b Fuel electrode side separator 5a, 5b Gas passage 15 Cooling unit 21 Oxidant gas supply passage hole 22 Oxidant gas discharge passage hole 23 Fuel gas supply passage hole 24 fuel gas discharge passage hole 25, 26 cooling water passage hole 27 oxidizing gas supply port 28 oxidizing gas discharge port 29 fuel gas supply port 30 fuel gas discharge port 31 cooling water supply port 32 cooling water Outlet 33 Flow control valve 34 Line (discharge line) 35 Ejector 38 Controller 39 Line 40 Hydrogen cylinder 41 Reformer 43 Flow control valve C cell

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 表面に白金電極触媒を担持させた高分子
電解質膜を酸素極と燃料極の両ガス拡散電極で挟み、酸
素極側には酸化剤ガスを、又、燃料極側には燃料ガスを
それぞれ給排するようにしてあるセルをセパレータを介
し多層に積層すると共に、数セルごとに冷却部を備えて
スタックとしてある固体高分子電解質型燃料電池におい
て、上記セルの酸素極側のセパレータに、外部から酸化
剤ガスを給排するための供給口と該供給口と連通する供
給流路孔、及び排出口と該排出口と連通する排出流路孔
をそれぞれ設けて、電極部の酸化剤ガス用のガス通路と
連通させると共に、燃料極側のセパレータに、外部から
燃料ガスを給排するための供給口と該供給口と連通する
供給流路孔、及び排出口と該排出口と連通する排出流路
孔をそれぞれ設けて、電極部の燃料ガス用のガス通路と
連通させ、且つ酸素極側のセパレータに、セル冷却用の
冷却水を給排するための供給口と排出口を設け、更に、
上記各セルの酸素極側セパレータに設けた酸化剤ガスの
排出口に、流量調節弁付きのラインを接続して、該ライ
ンにエジェクタを取り付け、上記流量調節弁を、セル電
圧の検出値又はセル内の生成水の水位検出値に基づき制
御器により調節するようにし、圧縮空気をエジェクタに
通すことによりセル内の生成水を排出させるようにした
構成を有することを特徴とする固体高分子電解質型燃料
電池。
1. A polymer electrolyte membrane having a platinum electrode catalyst supported on its surface is sandwiched between gas diffusion electrodes of an oxygen electrode and a fuel electrode. An oxidant gas is provided on the oxygen electrode side, and a fuel is provided on the fuel electrode side. In a solid polymer electrolyte fuel cell which is stacked as a stack with a cell provided to supply and discharge gas through a separator and provided with a cooling unit for every several cells, the separator on the oxygen electrode side of the cell A supply port for supplying and discharging the oxidizing gas from the outside, a supply flow path hole communicating with the supply port, and a discharge port and a discharge flow path hole communicating with the discharge port, respectively, to oxidize the electrode portion. A supply port for supplying and discharging the fuel gas from the outside, a supply flow passage hole communicating with the supply port, and a discharge port and the discharge port are connected to the gas passage for the agent gas and the separator on the fuel electrode side. Discharge passage holes are provided to communicate with each other A communication port and a discharge port for supplying and discharging cooling water for cooling the cell are provided on the separator on the oxygen electrode side, which is in communication with the gas passage for the fuel gas of the electrode portion, and further,
A line with a flow control valve is connected to the outlet of the oxidizing gas provided on the oxygen electrode side separator of each cell, an ejector is attached to the line, and the flow control valve is connected to a cell voltage detection value or cell. A solid polymer electrolyte type characterized by having a configuration in which the controller adjusts the generated water level in the cell based on the detected water level and discharges the generated water in the cell by passing compressed air through an ejector. Fuel cell.
【請求項2】 表面に白金電極触媒を担持させた高分子
電解質膜を酸素極と燃料極の両ガス拡散電極で挟み、酸
素極側には酸化剤ガスを、又、燃料極側には燃料ガスを
それぞれ給排するようにしてあるセルをセパレータを介
し多層に積層すると共に、数セルごとに冷却部を備えて
スタックとしてある固体高分子電解質型燃料電池におい
て、上記セルの酸素極側のセパレータに、外部から酸化
剤ガスを給排するための供給口と該供給口と連通する供
給流路孔、及び排出口と該排出口と連通する排出流路孔
をそれぞれ設けて、電極部の酸化剤ガス用のガス通路と
連通させると共に、燃料極側のセパレータに、外部から
燃料ガスを給排するための供給口と該供給口と連通する
供給流路孔、及び排出口と該排出口と連通する排出流路
孔をそれぞれ設けて、電極部の燃料ガス用のガス通路と
連通させ、且つ酸素極側のセパレータに、セル冷却用の
冷却水を給排するための供給口と排出口を設け、更に、
上記各セルの燃料極側セパレータに設けた燃料ガスの供
給口に、流量調節弁付きのラインを接続して、該ライン
に水素ボンベ又は改質器を接続し、上記ラインに設けた
流量調節弁を、セル電圧の検出値に基づき制御器により
調節するようにして、燃料を供給できるようにした構成
を有することを特徴とする請求項1記載の固体高分子電
解質型燃料電池。
2. A polymer electrolyte membrane having a platinum electrode catalyst supported on its surface is sandwiched between gas diffusion electrodes of an oxygen electrode and a fuel electrode. An oxidizing gas is provided on the oxygen electrode side, and a fuel is provided on the fuel electrode side. In a solid polymer electrolyte fuel cell which is stacked as a stack with a cell provided to supply and discharge gas through a separator and provided with a cooling unit for every several cells, the separator on the oxygen electrode side of the cell A supply port for supplying and discharging the oxidizing gas from the outside, a supply flow path hole communicating with the supply port, and a discharge port and a discharge flow path hole communicating with the discharge port, respectively, to oxidize the electrode portion. A supply port for supplying and discharging the fuel gas from the outside, a supply flow passage hole communicating with the supply port, and a discharge port and the discharge port are connected to the gas passage for the agent gas and the separator on the fuel electrode side. Discharge passage holes are provided to communicate with each other A communication port and a discharge port for supplying and discharging cooling water for cooling the cell are provided on the separator on the oxygen electrode side, which is in communication with the gas passage for the fuel gas of the electrode portion, and further,
A line with a flow control valve is connected to a fuel gas supply port provided on the fuel electrode side separator of each of the above cells, a hydrogen cylinder or a reformer is connected to the line, and a flow control valve provided in the line 2. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell is supplied by adjusting the temperature of the fuel cell by a controller based on the detected value of the cell voltage.
【請求項3】 動揺、加速度、傾斜、振動、セルごとの
電圧を制御信号として用いる制御器により流量調節弁を
調節させてスタックを構成する全セルの最適制御を行う
ようにする請求項2記載の固体高分子電解質型燃料電
池。
3. The flow control valve is adjusted by a controller that uses the oscillation, acceleration, inclination, vibration, and voltage of each cell as a control signal, and optimal control of all cells constituting the stack is performed. Solid polymer electrolyte fuel cell.
【請求項4】 酸素極と燃料極を金属製とし、該両電極
の片面にガス通路形成用の凹凸を直接設けて電極にガス
通路を形成させてなる請求項1、2又は3記載の固体高
分子電解質型燃料電池。
4. The solid according to claim 1, wherein the oxygen electrode and the fuel electrode are made of metal, and the gas passage is formed in the electrodes by directly providing gas passage forming irregularities on one surface of both electrodes. Polymer electrolyte fuel cell.
【請求項5】 酸素極と燃料極をカーボン板の一枚板と
してセパレータの表面にガス通路形成用の凹凸を設け、
セパレータにガス通路を形成させてなる請求項1、2又
は3記載の固体高分子電解質型燃料電池。
5. An unevenness for forming a gas passage is provided on a surface of a separator by using an oxygen electrode and a fuel electrode as one sheet of a carbon plate,
4. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein a gas passage is formed in the separator.
JP04064094A 1994-02-16 1994-02-16 Solid polymer electrolyte fuel cell Expired - Fee Related JP3293309B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04064094A JP3293309B2 (en) 1994-02-16 1994-02-16 Solid polymer electrolyte fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04064094A JP3293309B2 (en) 1994-02-16 1994-02-16 Solid polymer electrolyte fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07230817A JPH07230817A (en) 1995-08-29
JP3293309B2 true JP3293309B2 (en) 2002-06-17

Family

ID=12586166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP04064094A Expired - Fee Related JP3293309B2 (en) 1994-02-16 1994-02-16 Solid polymer electrolyte fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3293309B2 (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4623795B2 (en) * 2000-03-16 2011-02-02 本田技研工業株式会社 Fuel cell stack
CA2424184A1 (en) * 2000-09-22 2003-03-20 Siemens Aktiengesellschaft Method for monitoring the discharge of media out of a fuel cell, and a fuel cell system
JP3815368B2 (en) * 2002-04-24 2006-08-30 日産自動車株式会社 Fuel cell system
US7494735B2 (en) * 2002-08-29 2009-02-24 General Motors Corporation Fuel cell stack design and method of operation
JP4147939B2 (en) * 2002-12-26 2008-09-10 日産自動車株式会社 Vehicle with fuel cell
JP2004342562A (en) 2003-05-19 2004-12-02 Toyota Motor Corp Fuel cell system and vehicle carrying this
JP4576880B2 (en) * 2004-05-17 2010-11-10 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP2006049040A (en) * 2004-08-03 2006-02-16 Ebara Ballard Corp Fuel cell power generation system
JP4470652B2 (en) 2004-08-30 2010-06-02 カシオ計算機株式会社 Fuel cell
ES2384713T3 (en) * 2005-07-18 2012-07-11 Siemens Aktiengesellschaft Procedure for the removal of inert gas and / or water from a fuel cell system
JP2008258017A (en) * 2007-04-05 2008-10-23 Nidec Sankyo Corp Control device for fuel cell
JP4803202B2 (en) * 2008-04-07 2011-10-26 トヨタ自動車株式会社 Operation control of fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JPH07230817A (en) 1995-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7566511B2 (en) Solid polymer cell assembly
JP3596332B2 (en) Operating method of stacked fuel cell, stacked fuel cell, and stacked fuel cell system
US7645530B2 (en) Method and apparatus for humidification of the membrane of a fuel cell
US8003278B2 (en) Fuel cell
JP3293309B2 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell
JPH1116590A (en) Fuel cell
JP3971969B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP5129479B2 (en) Method of operating a fuel cell having a closed reactant supply system
JP6745920B2 (en) Bipolar plate with variable width in the reaction gas channel in the inlet region of the active region, fuel cell stack, fuel cell system with such bipolar plate, and vehicle
JP2701522B2 (en) Fuel cell generator
JP5124900B2 (en) Fuel cell having a stack structure
KR20020020878A (en) Operation method for polymer electrolytic fuel cell
JPH05251097A (en) Solid high polymer electrolyte type fuel cell
JP4185734B2 (en) Fuel cell stack
JPH0992322A (en) Fuel cell stack
JP4684585B2 (en) Fuel cell stack
JP2010061981A (en) Starting method for fuel cell system
JPS63119166A (en) Fuel battery
JP3673252B2 (en) Fuel cell stack
JPH08306381A (en) Lamination type fuel cell
JP3258378B2 (en) Fuel cell
JP4886128B2 (en) Fuel cell stack
JPH1173979A (en) Solid polymer electrolyte fuel cell
JP2001023662A (en) Humidifier member, solid polymer electrolyte fuel cell with this humidifier member, and fuel cell system
JP2002141090A (en) Operation method of solid polymer fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080405

Year of fee payment: 6

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080405

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090405

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090405

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100405

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100405

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110405

Year of fee payment: 9

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees