JP3337258B2 - 固体高分子電解質燃料電池システム - Google Patents
固体高分子電解質燃料電池システムInfo
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体高分子電解質燃料電
池システムに関する。
池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子電解質燃料電池の原理を以下
に説明する。高分子イオン交換膜例えばスルホン酸基を
持つフッ素樹脂系イオン交換膜からなる電解質の両面
に、それぞれ例えば白金触媒からなるアノードおよびカ
ソードが設けられ、さらにこれらの両面に多孔質カーボ
ン電極が設けられ、電極接合体が構成される。多孔質カ
ーボン電極は外部回路に接続される。アノードには燃料
として例えば水素が加湿されて供給され、カソードには
酸化剤として例えば酸素が加湿されて供給される。アノ
ードに供給された水素は、アノード上で水素イオン化さ
れる。水素イオンは電解質中を水の介在のもとにＨ+ ・
ｘＨ2 Ｏとしてカソード側へ移動し、電子は外部回路を
通してカソード側へ移動する。移動した水素イオンは、
カソード上で、酸化剤中の酸素および外部回路を通過し
た電子と反応して水を生成する。生成した水は、カソー
ド側から燃料電池外へ排出される。このとき、外部回路
を通過する電子の流れを直流の電気エネルギーとして利
用できる。
に説明する。高分子イオン交換膜例えばスルホン酸基を
持つフッ素樹脂系イオン交換膜からなる電解質の両面
に、それぞれ例えば白金触媒からなるアノードおよびカ
ソードが設けられ、さらにこれらの両面に多孔質カーボ
ン電極が設けられ、電極接合体が構成される。多孔質カ
ーボン電極は外部回路に接続される。アノードには燃料
として例えば水素が加湿されて供給され、カソードには
酸化剤として例えば酸素が加湿されて供給される。アノ
ードに供給された水素は、アノード上で水素イオン化さ
れる。水素イオンは電解質中を水の介在のもとにＨ+ ・
ｘＨ2 Ｏとしてカソード側へ移動し、電子は外部回路を
通してカソード側へ移動する。移動した水素イオンは、
カソード上で、酸化剤中の酸素および外部回路を通過し
た電子と反応して水を生成する。生成した水は、カソー
ド側から燃料電池外へ排出される。このとき、外部回路
を通過する電子の流れを直流の電気エネルギーとして利
用できる。
【０００３】前述したように、高分子イオン交換膜から
なる電解質において、水素イオン透過性を実現するため
には、電解質を常に十分な保水状態に保持する必要があ
る。このため、通常、燃料および／または酸化剤に電池
の運転温度（常温〜１００℃程度）近辺相当の飽和水蒸
気を含ませて加湿し、燃料および酸化剤を電極接合体に
供給している。
なる電解質において、水素イオン透過性を実現するため
には、電解質を常に十分な保水状態に保持する必要があ
る。このため、通常、燃料および／または酸化剤に電池
の運転温度（常温〜１００℃程度）近辺相当の飽和水蒸
気を含ませて加湿し、燃料および酸化剤を電極接合体に
供給している。
【０００４】従来、前記のような単位電池を重ねた燃料
電池スタックの冷却媒体としては、水が用いられてい
る。図２に、従来の固体高分子電解質燃料電池システム
の一例を示す。燃料電池スタック１は、電極接合体挿入
面の両側に燃料流路および酸化剤流路が形成されかつ所
定の冷却面４に沿って冷却媒体流路が形成されるように
セパレータ２を重ね、電極接合体挿入面に電極接合体３
を挿入して構成されている。燃料電池スタック１の外部
には加湿器７が設けられている。水は純水装置８で純化
され、ポンプ９により昇圧されて燃料電池スタック１内
に供給され、所定の冷却面４に沿って通過する。水は、
電池反応によって発生する熱を吸収して燃料電池スタッ
ク１を冷却する。温水となった水は加湿器７に導入され
た後、排出される。酸化剤は酸化剤供給装置５から加湿
器７を通じて加湿されて燃料電池スタック１内に供給さ
れて電池反応に用いられる。電池反応に用いられなかっ
た残存酸化剤は燃料電池スタック１外へ排出される。燃
料は燃料供給装置６から加湿器７を通じて加湿されて燃
料電池スタック１内に供給されて電池反応に用いられ
る。電池反応に用いられなかった残存燃料は燃料電池ス
タック１外へ排出される。
電池スタックの冷却媒体としては、水が用いられてい
る。図２に、従来の固体高分子電解質燃料電池システム
の一例を示す。燃料電池スタック１は、電極接合体挿入
面の両側に燃料流路および酸化剤流路が形成されかつ所
定の冷却面４に沿って冷却媒体流路が形成されるように
セパレータ２を重ね、電極接合体挿入面に電極接合体３
を挿入して構成されている。燃料電池スタック１の外部
には加湿器７が設けられている。水は純水装置８で純化
され、ポンプ９により昇圧されて燃料電池スタック１内
に供給され、所定の冷却面４に沿って通過する。水は、
電池反応によって発生する熱を吸収して燃料電池スタッ
ク１を冷却する。温水となった水は加湿器７に導入され
た後、排出される。酸化剤は酸化剤供給装置５から加湿
器７を通じて加湿されて燃料電池スタック１内に供給さ
れて電池反応に用いられる。電池反応に用いられなかっ
た残存酸化剤は燃料電池スタック１外へ排出される。燃
料は燃料供給装置６から加湿器７を通じて加湿されて燃
料電池スタック１内に供給されて電池反応に用いられ
る。電池反応に用いられなかった残存燃料は燃料電池ス
タック１外へ排出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図２に示した従来の固
体高分子電解質燃料電池システムでは、燃料電池スタッ
クの冷却媒体として水を用いているため、以下のような
問題があった。
体高分子電解質燃料電池システムでは、燃料電池スタッ
クの冷却媒体として水を用いているため、以下のような
問題があった。
【０００６】すなわち、冷却媒体として水が用いられて
いるため、水漏れが発生しやすく、保守点検が容易では
ない。また、水が燃料電池スタック内を循環するため、
水の導電率が高くなると、セパレータ間の漏電・短絡、
およびセパレータの腐食・電蝕が起こりやすい。このた
め、多量の水について導電率などを監視することによ
り、常に高純度を維持する必要がある。本発明の目的
は、保守点検が容易であり、水質管理すべき水の量が少
なくてすむ固体高分子電解質燃料電池システムを提供す
ることにある。
いるため、水漏れが発生しやすく、保守点検が容易では
ない。また、水が燃料電池スタック内を循環するため、
水の導電率が高くなると、セパレータ間の漏電・短絡、
およびセパレータの腐食・電蝕が起こりやすい。このた
め、多量の水について導電率などを監視することによ
り、常に高純度を維持する必要がある。本発明の目的
は、保守点検が容易であり、水質管理すべき水の量が少
なくてすむ固体高分子電解質燃料電池システムを提供す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の固体高分子電解
質燃料電池システムは、固体高分子電解質の両面にそれ
ぞれアノードおよびカソードを接合した電極接合体、該
電極接合体の一方の面に設けられた燃料流路を形成する
部材、および該電極接合体の他方の面に設けられた酸化
剤流路を形成する部材からなる単位電池を複数個重ねた
固体高分子電解質燃料電池スタックを有し、電極接合体
のアノード側に加湿された燃料を、カソード側に加湿さ
れた酸化剤をそれぞれ供給して発電を行う固体高分子電
解質燃料電池システムにおいて、燃料および酸化剤を加
湿用水によって加湿して前記電池スタックへ供給するた
めの加湿器と、加湿用水を加温するための熱交換器と、
加湿用水を前記熱交換器へ通して前記加湿器へ供給する
ための配管と、前記燃料および酸化剤の何れか一方を、
前記電池スタックへ供給して前記スタックを冷却し、昇
温した前記燃料または酸化剤を、前記熱交換器へ供給し
て前記加湿用水を加温した後、前記加湿器へ供給するた
めの配管とを備えることを特徴とするものである。
質燃料電池システムは、固体高分子電解質の両面にそれ
ぞれアノードおよびカソードを接合した電極接合体、該
電極接合体の一方の面に設けられた燃料流路を形成する
部材、および該電極接合体の他方の面に設けられた酸化
剤流路を形成する部材からなる単位電池を複数個重ねた
固体高分子電解質燃料電池スタックを有し、電極接合体
のアノード側に加湿された燃料を、カソード側に加湿さ
れた酸化剤をそれぞれ供給して発電を行う固体高分子電
解質燃料電池システムにおいて、燃料および酸化剤を加
湿用水によって加湿して前記電池スタックへ供給するた
めの加湿器と、加湿用水を加温するための熱交換器と、
加湿用水を前記熱交換器へ通して前記加湿器へ供給する
ための配管と、前記燃料および酸化剤の何れか一方を、
前記電池スタックへ供給して前記スタックを冷却し、昇
温した前記燃料または酸化剤を、前記熱交換器へ供給し
て前記加湿用水を加温した後、前記加湿器へ供給するた
めの配管とを備えることを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】本発明の固体高分子電解質燃料電池システムで
は、燃料電池スタックの冷却媒体として燃料または酸化
剤を用いているため従来の問題を解消できる。すなわ
ち、気体による冷却方式を採用しているため、従来のよ
うに水の導電率が高くなることに起因して、セパレータ
間の漏電・短絡、およびセパレータの腐食・電蝕が起こ
るいう問題を解消できる。このため、導電率などを監視
して高純度を維持すべき水は、燃料または酸化剤の加湿
に用いられる量だけですむ。
は、燃料電池スタックの冷却媒体として燃料または酸化
剤を用いているため従来の問題を解消できる。すなわ
ち、気体による冷却方式を採用しているため、従来のよ
うに水の導電率が高くなることに起因して、セパレータ
間の漏電・短絡、およびセパレータの腐食・電蝕が起こ
るいう問題を解消できる。このため、導電率などを監視
して高純度を維持すべき水は、燃料または酸化剤の加湿
に用いられる量だけですむ。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１０】図１は本発明の固体高分子電解質燃料電池
スタックを示す構成図である。図１において、燃料電池
スタック１は、電極接合体挿入面の両側に燃料流路およ
び酸化剤流路が形成されかつ所定の冷却面４に沿って冷
却媒体流路が形成されるようにセパレータ２を重ね、電
極接合体挿入面に電極接合体３を挿入して構成されてい
る。
スタックを示す構成図である。図１において、燃料電池
スタック１は、電極接合体挿入面の両側に燃料流路およ
び酸化剤流路が形成されかつ所定の冷却面４に沿って冷
却媒体流路が形成されるようにセパレータ２を重ね、電
極接合体挿入面に電極接合体３を挿入して構成されてい
る。
【００１１】燃料電池スタック１の外部には加湿器７が
設けられている。水はポンプ９により昇圧され、熱交換
器１１で加温される。熱交換器１１を通過した水の一部
は排出される。熱交換器１１を通過した水の残りの一部
はさらに純水装置８で純化され、加湿器７に導入された
後、排出される。
設けられている。水はポンプ９により昇圧され、熱交換
器１１で加温される。熱交換器１１を通過した水の一部
は排出される。熱交換器１１を通過した水の残りの一部
はさらに純水装置８で純化され、加湿器７に導入された
後、排出される。
【００１２】酸化剤は酸化剤供給装置５から燃料電池ス
タック１内に供給され、所定の冷却面４に沿って通過す
る。酸化剤は、電池反応によって発生する熱を吸収して
燃料電池スタック１を冷却する。昇温した酸化剤は熱交
換器１１で水を加温した後、加湿器７を通じて加湿され
て燃料電池スタック１内に供給されて電池反応に用いら
れる。電池反応に用いられなかった残存酸化剤は燃料電
池スタック１外へ排出される。燃料は燃料供給装置６か
ら加湿器７を通じて加湿されて燃料電池スタック１内に
供給されて電池反応に用いられる。電池反応に用いられ
なかった残存燃料は燃料電池スタック１外へ排出され
る。
タック１内に供給され、所定の冷却面４に沿って通過す
る。酸化剤は、電池反応によって発生する熱を吸収して
燃料電池スタック１を冷却する。昇温した酸化剤は熱交
換器１１で水を加温した後、加湿器７を通じて加湿され
て燃料電池スタック１内に供給されて電池反応に用いら
れる。電池反応に用いられなかった残存酸化剤は燃料電
池スタック１外へ排出される。燃料は燃料供給装置６か
ら加湿器７を通じて加湿されて燃料電池スタック１内に
供給されて電池反応に用いられる。電池反応に用いられ
なかった残存燃料は燃料電池スタック１外へ排出され
る。
【００１３】このような固体高分子電解質燃料電池シス
テムによれば、気体による冷却方式を採用しているた
め、従来のように水漏れなどの問題がなく、保守点検が
容易になる。また、気体による冷却方式を採用している
ため、従来のように水の導電率が高くなることに起因し
て、セパレータ間の漏電・短絡、およびセパレータの腐
食・電蝕が起こるいう問題を解消できる。そして、導電
率などを監視して高純度を維持すべき水は、純水装置８
を通過して加湿器７に導入される極めて少量分だけです
む。なお、上記実施例では、燃料電池スタックの冷却媒
体として酸化剤を用いたが、冷却媒体として酸化剤の代
わりに燃料を用いてもよい。
テムによれば、気体による冷却方式を採用しているた
め、従来のように水漏れなどの問題がなく、保守点検が
容易になる。また、気体による冷却方式を採用している
ため、従来のように水の導電率が高くなることに起因し
て、セパレータ間の漏電・短絡、およびセパレータの腐
食・電蝕が起こるいう問題を解消できる。そして、導電
率などを監視して高純度を維持すべき水は、純水装置８
を通過して加湿器７に導入される極めて少量分だけです
む。なお、上記実施例では、燃料電池スタックの冷却媒
体として酸化剤を用いたが、冷却媒体として酸化剤の代
わりに燃料を用いてもよい。
【００１４】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、保
守点検が容易であり、水質管理すべき水の量が少なくて
すむ固体高分子電解質燃料電池システムを提供できる。
守点検が容易であり、水質管理すべき水の量が少なくて
すむ固体高分子電解質燃料電池システムを提供できる。
【図１】本発明の実施例における固体高分子電解質燃料
電池システムの構成図。
電池システムの構成図。
【図２】従来の固体高分子電解質燃料電池システムの構
成図。
成図。
１…燃料電池スタック、２…セパレータ、３…電極接合
体、４…冷却面、５…酸化剤供給装置、６…燃料供給装
置、７…加湿器、８…純水装置、９…ポンプ、１１…熱
交換器。
体、４…冷却面、５…酸化剤供給装置、６…燃料供給装
置、７…加湿器、８…純水装置、９…ポンプ、１１…熱
交換器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/04 H01M 8/10
Claims (1)
- 【請求項１】 固体高分子電解質の両面にそれぞれアノ
ードおよびカソードを接合した電極接合体、該電極接合
体の一方の面に設けられた燃料流路を形成する部材、お
よび該電極接合体の他方の面に設けられた酸化剤流路を
形成する部材からなる単位電池を複数個重ねた固体高分
子電解質燃料電池スタックを有し、電極接合体のアノー
ド側に加湿された燃料を、カソード側に加湿された酸化
剤をそれぞれ供給して発電を行う固体高分子電解質燃料
電池システムにおいて、燃料および酸化剤を加湿用水によって加湿して前記電池
スタックへ供給するための加湿器と、 加湿用水を加温するための熱交換器と、 加湿用水を前記熱交換器を通して前記加湿器へ供給する
ための配管と、 前記燃料および酸化剤の何れか一方を、前記電池スタッ
クへ供給して前記スタックを冷却し、昇温した前記燃料
または酸化剤を、前記熱交換器へ供給して前記加湿用水
を加温した後、前記加湿器へ供給するための配管とを備
えることを特徴とする固体高分子電解質燃料電池システ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04635193A JP3337258B2 (ja) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | 固体高分子電解質燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04635193A JP3337258B2 (ja) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | 固体高分子電解質燃料電池システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06260200A JPH06260200A (ja) | 1994-09-16 |
| JP3337258B2 true JP3337258B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=12744731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04635193A Expired - Lifetime JP3337258B2 (ja) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | 固体高分子電解質燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3337258B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11781231B2 (en) | 2020-09-02 | 2023-10-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Carbon dioxide electrolytic device and method of electrolyzing carbon dioxide |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE59904655D1 (de) * | 1998-08-10 | 2003-04-24 | Siemens Ag | Vorrichtung und verfahren zur nutzung der abwärme einer luftgekühlten brennstoffzellenbatterie |
| DE19953404B4 (de) * | 1999-11-06 | 2004-11-25 | Daimlerchrysler Ag | Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel |
-
1993
- 1993-03-08 JP JP04635193A patent/JP3337258B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11781231B2 (en) | 2020-09-02 | 2023-10-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Carbon dioxide electrolytic device and method of electrolyzing carbon dioxide |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06260200A (ja) | 1994-09-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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