JP3553200B2 - 燃料電池用ガス加湿装置および燃料電池 - Google Patents
燃料電池用ガス加湿装置および燃料電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3553200B2 JP3553200B2 JP12397095A JP12397095A JP3553200B2 JP 3553200 B2 JP3553200 B2 JP 3553200B2 JP 12397095 A JP12397095 A JP 12397095A JP 12397095 A JP12397095 A JP 12397095A JP 3553200 B2 JP3553200 B2 JP 3553200B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- fuel cell
- sintered body
- porous carbon
- water
- 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
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0082—Organic polymers
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料電池を作動させるために使用されるガスを、その使用直前に加湿するためのガス加湿装置および該ガス加湿装置が組み込まれた燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子電解質膜を挟んでアノード側電極とカソード側電極とを対設した燃料電池構造体をセパレータによって挟持して複数積層することにより構成された燃料電池が開発され、種々の用途に実用化されつつある。
【０００３】
この種の燃料電池は、例えば、メタノールの水蒸気改質により生成された水素ガス（燃料ガス）をアノード側電極に供給するとともに、酸化剤ガス（空気）をカソード側電極に供給することにより、前記水素ガスがイオン化して固体高分子電解質膜内を流れ、これにより電気エネルギが得られるように構成されている。
【０００４】
ところで、上記燃料電池では、有効な発電機能を発揮させるために、固体高分子電解質膜およびイオン導電成分を常時一定の湿潤状態に維持する必要がある。このため、通常、燃料ガスを加湿して燃料電池に供給する方式が採用されており、例えば、特開平３−２０９７１号公報に開示されている調湿装置が知られている。この調湿装置は、水蒸気を通過するガス拡散膜で原料ガスの流路と燃料電池から流出する冷却水の流路とを分離しており、前記燃料電池に供給される直前の原料ガスに対して調湿するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、ガス拡散膜を透過する水蒸気の量は一定であるため、燃料電池構造体の負荷状態によって燃料ガスが増減する際に、この燃料ガスを常時一定の湿度に加湿することは極めて困難なものとなってしまう。これによって、固体高分子電解質膜およびイオン導電成分を一定の湿潤状態に維持することができないという問題が指摘されている。
【０００６】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、燃料電池作動用ガスを常時一定の湿潤状態に維持することができるとともに、簡単な構成からなる燃料電池用ガス加湿装置および燃料電池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】
前記の目的を達成するために、本発明は、燃料電池を作動させるために使用されるガスを、その使用直前に加湿するためのガス加湿装置であって、
気孔率が７０％以下でかつ気孔径が４０μｍ以下の多孔性を有する多孔質炭素焼結体を備え、
前記多孔質炭素焼結体は、中心部に前記ガスを通流させるためのガス流路を設けるとともに、
前記多孔質炭素焼結体の内部には、前記ガス流路を周回する位置に給水路が設けられ、
前記ガス流路に供給された前記ガスは、前記多孔質炭素焼結体の半径方向に沿って内方から外方に透過する際、前記給水路に供給される水によって加湿されることを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明は、固体高分子電解質膜を挟んでアノード側電極とカソード側電極を対設した燃料電池構造体と、
前記燃料電池構造体を挟持するセパレータと、
前記燃料電池構造体および前記セパレータを一体的に貫通するガス用連通路に配設されるガス加湿装置と、
を備え、
前記ガス加湿装置は、気孔率が７０％以下でかつ気孔径が４０μｍ以下の多孔性を有する多孔質炭素焼結体を備え、
前記多孔質炭素焼結体は、中心部に前記ガスを通流させるためのガス流路を設けるとともに、
前記多孔質炭素焼結体の内部には、前記ガス流路を周回する位置に給水路が設けられ、
前記ガス流路に供給された前記ガスは、前記多孔質炭素焼結体の半径方向に沿って内方から外方に透過する際、前記給水路に供給される水によって加湿されることを特徴とする。
【０００９】
【作用】
上記の燃料電池用ガス加湿装置では、多孔質炭素焼結体の内部に設けられた給水路を介してこの多孔質炭素焼結体が湿潤状態にあるため、作動用ガスが前記多孔質炭素焼結体の内方から外方に透過する際に十分に加湿される。従って、ガス量の増減に影響されることがなく、使用直前のガスを一定の湿潤状態に確実に維持することができる。
【００１０】
さらに、上記の燃料電池では、多孔質炭素焼結体が燃料電池構造体およびセパレータを一体的に貫通するガス用連通路に配設されることにより、ガス加湿装置全体が燃料電池内に収容されている。これによって、燃料電池設備全体が容易に小型化されるとともに、ガスを反応直前に所定の湿潤状態に加湿することが可能になる。
【００１１】
【実施例】
本発明に係る燃料電池用ガス加湿装置および燃料電池について実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１２】
図１および図２において、参照数字１０は、本実施例に係る燃料電池を示す。この燃料電池１０は、固体高分子電解質膜１２を挟んで空気極（カソード側電極）１４と、水素極（アノード側電極）１６を対設した燃料電池構造体１８と、３組の前記燃料電池構造体１８を挟持するセパレータ２０と、該燃料電池構造体１８および前記セパレータ２０を一体的に貫通する燃料ガス用連通路２２および酸化剤ガス用連通路２４に配設されるガス加湿装置２６とを備える。燃料電池構造体１８とセパレータ２０とガス加湿装置２６とは、一対のエンドプレート２８ａ、２８ｂおよび４本のタイロッド２９により一体的に固定される（図１参照）。
【００１３】
図２に示すように、電解質膜１２の上部側には、燃料ガス用連通路２２を構成する孔部１２ａと、冷却水を通過させるための孔部１２ｂと、酸化剤ガス用連通路２４を構成する孔部１２ｃとが設けられる一方、電解質膜１２の下部側には、燃料ガスを通過させるための孔部１２ｄと、冷却水を通過させるための孔部１２ｅと、酸化剤ガスを通過させるための孔部１２ｆとが設けられる。
【００１４】
燃料電池構造体１８の両側には、第１ガスケット３０と第２ガスケット３２とが配設される。第１ガスケット３０は、空気極１４を収容するための大きな開口部３４を有し、第２ガスケット３２は、水素極１６を収容するための大きな開口部３６を有する。第１および第２ガスケット３０、３２は、燃料ガス用連通路２２を構成する孔部３０ａ、３２ａと冷却水を通過させるための孔部３０ｂ、３２ｂと酸化剤ガス用連通路２４を構成する孔部３０ｃ、３２ｃとがそれぞれ上部側に設けられるとともに、燃料ガスを通過させるための孔部３０ｄ、３２ｄと冷却水を通過させるための孔部３０ｅ、３２ｅと酸化剤ガスを通過させるための孔部３０ｆ、３２ｆとがそれぞれ下部側に設けられる。
【００１５】
セパレータ２０は、空気極側第１セパレータ部４０と水素極側第２セパレータ部４２とこの第１および第２セパレータ部４０、４２に挟持されるセパレータ本体４４とを備える。
【００１６】
第１セパレータ部４０を構成する第１マニホールド板４６は、矩形状の平板で構成され、その中央部に大きな開口部４７を有する。第１マニホールド板４６の上部側には、燃料ガス用連通路２２を構成する孔部４６ａと冷却水用孔部４６ｂと酸化剤ガス用連通路２４を構成する凹部４６ｃとが設けられる一方、その下部側には、燃料ガス用孔部４６ｄと冷却水用孔部４６ｅと酸化剤ガス用凹部４６ｆとが設けられ、互いに対角の位置に設けられた凹部４６ｃと凹部４６ｆは、開口部４７を介して連通状態にある。
【００１７】
この第１マニホールド板４６の開口部４７に酸化剤ガス用整流板４８が嵌合される。酸化剤ガス用整流板４８は、第１マニホールド板４６と同一の厚さを有しており、その一面は平坦でかつ他面に鉛直方向に延在する複数の平行な溝４８ａが形成され、この溝４８ａにより凹部４６ｃと凹部４６ｆが連通する。
【００１８】
第１マニホールド板４６の一面に当接して第１面圧発生板５０が配設される。第１面圧発生板５０は、平板からなり、その上部側に燃料ガス用連通路２２を構成する孔部５０ａと冷却水用孔部５０ｂと酸化剤ガス用連通路２４を構成する孔部５０ｃとが設けられる一方、その下部側に燃料ガス用孔部５０ｄと冷却水用孔部５０ｅと酸化剤ガス用孔部５０ｆとが設けられる。
【００１９】
第２セパレータ部４２は、上記第１セパレータ部４０と同様に構成されており、第２マニホールド板５２とこの第２マニホールド板５２の開口部５４に嵌合する燃料ガス用整流板５６と前記第２マニホールド板５２の一面に当接する第２面圧発生板５８とを備える。
【００２０】
第２マニホールド板５２および第２面圧発生板５８は、それぞれ上部側に燃料ガス用連通路２２を構成する凹部５２ａ、孔部５８ａと冷却水用孔部５２ｂ、５８ｂと酸化剤ガス用連通路２４を構成する孔部５２ｃ、５８ｃとが設けられる一方、その下部側に燃料ガス用凹部５２ｄ、孔部５８ｄと冷却水用孔部５２ｅ、５８ｅと酸化剤ガス用孔部５２ｆ、５８ｆとが設けられる。
【００２１】
第２マニホールド板５２の凹部５２ａと凹部５２ｄは、開口部５４を介して連通する。この開口部５４に燃料ガス用整流板５６が嵌合し、この燃料ガス用整流板５６に鉛直方向に形成された複数本の平行な溝５６ａを介して凹部５２ａと凹部５２ｄが互いに連通状態にある。
【００２２】
セパレータ本体４４は、比較的大きな開口部５９を有する。このセパレータ本体４４の上部側には、燃料ガス用連通路２２を構成する孔部４４ａと冷却水用凹部４４ｂと酸化剤ガス用連通路２４を構成する流路４４ｃとが設けられるとともに、その下部側には、燃料ガス用孔部４４ｄと冷却水用凹部４４ｅと酸化剤ガス用孔部４４ｆとが設けられる。凹部４４ｂと凹部４４ｅは、開口部５９を介して連通しており、この開口部５９に冷却水用整流板６０、６２が嵌合固定される。
【００２３】
冷却水用整流板６０、６２を合わせた厚さはセパレータ本体４４の厚さと略同一である。この冷却水用整流板６０、６２の互いの合わせ面側には、垂直方向に延在する複数本の平行な溝６０ａ、６２ａが形成され、この溝６０ａ、６２ａによって形成される冷却水用通路を介して凹部４４ｂ、４４ｅが連通状態にある。
【００２４】
図１および図２に示すように、ガス加湿装置２６は、燃料ガス用連通路２２に一体的に挿入される第１多孔質体７０と、酸化剤ガス用連通路２４に一体的に挿入される第２多孔質体７２とを備える。この第１および第２多孔質体７０、７２は、多孔質炭素焼結体で形成され、円筒状を有しており、水分の滴下を阻止するためにその気孔率が７０％以下でかつ気孔径が４０μｍ以下の多孔性を有することが望ましい。
【００２６】
この場合、第１および第２多孔質体７０、７２は、所定濃度に調整したＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の分散液に浸漬した後、室温で乾燥させ、次いで、３００〜３５０℃で焼成することにより、撥水化処理が行われる。
【００２７】
図３および図４に示すように、第１多孔質体７０は、その中央部に燃料ガス流路７４が設けられるとともに、この燃料ガス流路７４を周回するように複数の給水路７６が放射状に形成される。第１多孔質体７０の両端には第１および第２支持部材７８、８０が固定される。
【００２８】
第１支持部材７８は、円板状を有しており、その中央部に燃料ガス流路７４に連通する経路８２が設けられるとともに、その外周部に各給水路７６に連通して前記給水路７６を通って燃料電池１０の外部に水を排出する水導出経路８４が設けられる。第２支持部材８０は、同様に、各給水路７６にガス加湿用の水を供給するための水導入経路８６が設けられる。第１多孔質体７０と燃料ガス用連通路２２との間には、燃料ガス流路７４に供給され第１多孔質体７０を内方から外方に透過することによって加湿された燃料ガスを通過させるために所定の間隙が形成されている。
【００２９】
第２多孔質体７２は、図５に示すように、その中央部に酸化剤ガス流路８８が設けられる他は上記第１多孔質体７０と同様に構成されており、第１多孔質体７０と同一の構成要素には同一の参照数字を付してその詳細な説明を省略する。
【００３０】
このように構成される燃料電池１０は、図７に示すように、燃料電池システム１００に組み込まれる。この燃料電池システム１００は、メタノールタンク１０２から供給されるメタノールを水蒸気改質する改質器１０４と、この改質器１０４に水分を供給するとともに燃料電池１０への冷却水の供給およびガス加湿装置２６へ水を供給する水タンク１０６と、前記燃料電池１０から排出される排出成分をガスと水分とに分離する第１および第２気液分離器１０８、１１０と、前記ガス加湿装置２６から排出される排出成分をガスと水分とに分離するための第３および第４気液分離器１１２、１１４とを備える。
【００３１】
改質器１０４は、バーナー１１６を備えており、この改質器１０４に水タンク１０６から第１ポンプ１１８を介して水分が供給される。改質器１０４から導出される水素ガス（燃料ガス）がガス加湿装置２６を構成する第１多孔質体７０の燃料ガス流路７４に供給される。一方、第２多孔質体７２の酸化剤ガス流路８８には、ブロア１２０を介して空気（酸化剤ガス）が供給される。
【００３２】
水タンク１０６には、燃料電池１０のセパレータ２０に冷却水を供給するための第２ポンプ１２２と、第１および第２多孔質体７０、７２の水導入経路８６から給水路７６に水を供給するための第３および第４ポンプ１２４、１２６とが接続されている。
【００３３】
第１気液分離器１０８は、燃料電池１０の水素極１６側から排出される排出成分をガスと水分とに分離し、この分離された水分を水タンク１０６に供給するとともに、この分離されたガスをバーナー１１６に導入する。第２気液分離器１１０は、空気極１４側から排出される排出成分をガスと水分とに分離し、この水分を水タンク１０６に供給する一方、ガスを必要に応じてバーナー１１６に供給する。
【００３４】
第３および第４気液分離器１１２、１１４は、それぞれ第１および第２多孔質体７０、７２の水導出経路８４から排出される成分をガスと水分とに分離し、この分離された水分を水タンク１０６に供給し、この分離されたガスをそれぞれ燃料ガス流路７４、酸化剤ガス流路８８に導入する。
【００３５】
次に、燃料電池１０の動作について説明する。
【００３６】
図７に示すように、メタノールタンク１０２から改質器１０４にメタノールが供給されるとともに水タンク１０６から第１ポンプ１１８を介してこの改質器１０４に水分が供給され、バーナー１１６の加熱作用下に前記メタノールの水蒸気改質が行われる。
【００３７】
水蒸気改質によって改質器１０４から導出された水素ガスは、ガス加湿装置２６を構成する第１多孔質体７０の経路８２から燃料ガス流路７４に導入される。また、第１多孔質体７０の各給水路７６には、水タンク１０６から第３ポンプ１２４を介して水が供給されている。このため、図３および図４に示すように、燃料ガス流路７４に導入された水素ガスは、第１多孔質体７０をその中央側から半径外方向に向かって透過し、加湿された状態で燃料ガス用連通路２２に導出される。次いで、この加湿された水素ガスは、各第２セパレータ部４２で第２マニホールド板５２の凹部５２ａから燃料ガス用整流板５６の溝５６ａを通って凹部５２ｄに至る。
【００３８】
一方、第２多孔質体７２では、図５に示すように、ブロア１２０から供給された空気が酸化剤ガス流路８８に導入されるとともに、第４ポンプ１２６の作用下に水タンク１０６からこの第２多孔質体７２の給水路７６に水が供給される。従って、酸化剤ガス流路８８内の空気は、第２多孔質体７２を外方に向かって透過して加湿された後、酸化剤ガス用連通路２４に導出される。この加湿された酸化剤ガスは、各第１セパレータ部４０の第１マニホールド板４６の凹部４６ｃから酸化剤ガス用整流板４８の溝４８ａを通って凹部４６ｆに到達する。
【００３９】
さらに、水タンク１０６から第２ポンプ１２２を介してセパレータ２０および燃料電池構造体１８の下部側に冷却水が供給される。この冷却水は、セパレータ２０を構成する各セパレータ本体４４の凹部４４ｅから冷却水用整流板６０、６２の溝６０ａ、６２ａ間を上方に向かって通過し、凹部４４ｂに至る（図６参照）。
【００４０】
これによって、燃料電池構造体１８で水素極１６側の水素ガスがイオン化して固体高分子電解質膜１２内を空気極１４側に流れ、電気エネルギが得られるとともに、セパレータ本体４４内を流れる冷却水によって冷却される。
【００４１】
この冷却水は、水タンク１０６に戻される一方、燃料電池構造体１８から排出された排出成分（加湿水、反応生成水）は、それぞれ第１および第２気液分離器１０８、１１０でガスと水分とに分離され、この水分が水タンク１０６に供給される。また、第１および第２多孔質体７０、７２の給水路７６に供給された水は、水導出経路８４から第３および第４気液分離器１１２、１１４に排出されてガスと水分とに分離され、この水分が水タンク１０６に供給されるとともに、このガスが作動ガスとして再度前記第１および第２多孔質体７０、７２に供給される。
【００４２】
この場合、本実施例では、燃料電池１０を構成する燃料電池構造体１８に加湿された燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するためにガス加湿装置２６を備えている。このガス加湿装置２６は、第１および第２多孔質体７０、７２を有し、前記第１および第２多孔質体７０、７２は、その中央部に燃料ガス流路７４および酸化剤ガス流路８８を設けるとともに、これを囲むようにして複数の給水路７６が放射状に形成されている。従って、燃料ガス流路７４および酸化剤ガス流路８８に供給された燃料ガスおよび酸化剤ガスは、第１および第２多孔質体７０、７２を内方から外方へと透過する際に確実に加湿される。
【００４３】
すなわち、第１および第２多孔質体７０、７２の給水路７６に供給される水がこの第１および第２多孔質体７０、７２全体に拡散するため、前記第１および第２多孔質体７０、７２が所望の湿潤状態に維持されている。このため、燃料ガス流路７４および酸化剤ガス流路８８に燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されると、この燃料ガスおよび酸化剤ガスは、湿潤状態にある多孔質部分を通過し、この多孔質部分に含有されている水を含んで外部に導出される。
【００４４】
これにより、特に、燃料電池構造体１８の負荷状態の変化に起因して燃料ガスや酸化剤ガスが増減する際にも、この燃料ガスやこの酸化剤ガスを所望の加湿状態に確保することができ、固体高分子電解質膜１２およびイオン導電成分を常時一定の湿潤状態に保持することが可能になり、有効な発電機能を発揮させることができるという効果が得られる。
【００４５】
さらにまた、本実施例では、ガス加湿装置２６全体が燃料電池１０内に一体的に組み込まれている。すなわち、燃料電池１０内を一体的に貫通する燃料ガス用連通路２２に第１多孔質体７０が配設されるとともに、酸化剤ガス用連通路２４に第２多孔質体７２が配設されている。これにより、燃料電池１０の外部に専用加湿装置を配置する必要がなく、燃料電池システム１００全体の小型化が容易に遂行されるという利点が得られる。
【００４６】
しかも、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、燃料ガス用連通路２２および酸化剤ガス用連通路２４で加湿されるため、加湿直後に燃料電池構造体１８に供給される。従って、燃料電池構造体１８の湿潤状態を一層確実に保持することができると同時に、燃料電池構造体１８の負荷状態の急激な変化に追従できるガス加湿量の確保が可能となる。さらに、第１および第２多孔質体７０、７２が多孔質炭素焼結体で形成され、その気孔率が７０％以下でかつ気孔径が４０μｍ以下の多孔性を有している。このため、給水路７６内の水が多孔質部分を通過して滴下するおそれが少ない。
【００４７】
なお、本実施例では、第１および第２多孔質体７０、７２が、図４に示すように、中央に燃料ガス流路７４および酸化剤ガス流路８８を有し、これを囲むようにして放射状に複数の給水路７６を設けているが、これに限定されるものではなく、例えば、図８に示す多孔質体１３０や図９に示す多孔質体１４０を用いることができる。
【００４８】
多孔質体１３０は、図８に示すように、互いに同心的に配置された内管部１３２と外管部１３４とを備えた二重管構造を有しており、この内管部１３２内に燃料ガスや酸化剤ガスが供給される一方、該内管部１３２と前記外管部１３４の間に水が供給される。この多孔質体１３０では、燃料ガスや酸化剤ガスが内管部１３２を透過した後、この内管部１３２と外管部１３４の間に供給されている水をバブリングして前記外管部１３４を透過する。これにより、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、所望の加湿状態に確実に維持されることになる。
【００４９】
さらにまた、図９に示す多孔質体１４０では、中央に燃料ガス流路（酸化剤ガス流路）１４２が形成され、これを囲むように放射状の複数の給水路１４４が設けられるとともに、前記燃料ガス流路１４２から多孔質体１４０の外周方向に貫通する複数の細孔１４６が設けられる。
【００５０】
多孔質体１４０では、燃料ガス流路１４２内に供給された燃料ガス（酸化剤ガス）は、この多孔質体１４０の透過および細孔１４６の通過時に、各給水路１４４から前記多孔質体１４０全体に拡散した水によって加湿される。
【００５１】
従って、第１および第２多孔質体７０、７２に代替して多孔質体１３０または１４０を使用しても、上記と同様の効果が得られることになる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池用ガス加湿装置では、多孔質炭素焼結体がその内部に設けられた給水路を介して湿潤状態にあるため、作動用ガスは、この多孔質炭素焼結体を通過する際に十分に加湿される。このため、ガス量の増減に影響されることがなく、使用直前のガスを一定の湿潤状態に確実に維持することができる。
【００５３】
さらに、本発明に係る燃料電池では、多孔質炭素焼結体が燃料電池構造体およびセパレータを一体的に貫通するガス用流路に配設されることにより、ガス加湿装置全体が燃料電池内に収容されている。これによって、燃料電池設備全体が容易に小型化されるとともに、ガスを反応直前に所定の湿潤状態に加湿することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池の概略斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池の一部分解斜視説明図である。
【図３】図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】前記燃料電池を構成する多孔質体の正面説明図である。
【図５】図１中、Ｖ−Ｖ線断面図である。
【図６】図１中、ＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】前記燃料電池を組み込む燃料電池システムの構成図である。
【図８】別の実施例に係る多孔質体の正面説明図である。
【図９】さらに別の実施例に係る多孔質体の正面説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池 １２…固体高分子電解質膜
１４…空気極 １６…水素極
１８…燃料電池構造体 ２０…セパレータ
２２…燃料ガス用連通路 ２４…酸化剤ガス用連通路
２６…ガス加湿装置 ７０、７２、１３０、１４０…多孔質体
７４…燃料ガス流路 ７６…給水路
８８…酸化剤ガス流路 １００…燃料電池システム
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料電池を作動させるために使用されるガスを、その使用直前に加湿するためのガス加湿装置および該ガス加湿装置が組み込まれた燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子電解質膜を挟んでアノード側電極とカソード側電極とを対設した燃料電池構造体をセパレータによって挟持して複数積層することにより構成された燃料電池が開発され、種々の用途に実用化されつつある。
【０００３】
この種の燃料電池は、例えば、メタノールの水蒸気改質により生成された水素ガス（燃料ガス）をアノード側電極に供給するとともに、酸化剤ガス（空気）をカソード側電極に供給することにより、前記水素ガスがイオン化して固体高分子電解質膜内を流れ、これにより電気エネルギが得られるように構成されている。
【０００４】
ところで、上記燃料電池では、有効な発電機能を発揮させるために、固体高分子電解質膜およびイオン導電成分を常時一定の湿潤状態に維持する必要がある。このため、通常、燃料ガスを加湿して燃料電池に供給する方式が採用されており、例えば、特開平３−２０９７１号公報に開示されている調湿装置が知られている。この調湿装置は、水蒸気を通過するガス拡散膜で原料ガスの流路と燃料電池から流出する冷却水の流路とを分離しており、前記燃料電池に供給される直前の原料ガスに対して調湿するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、ガス拡散膜を透過する水蒸気の量は一定であるため、燃料電池構造体の負荷状態によって燃料ガスが増減する際に、この燃料ガスを常時一定の湿度に加湿することは極めて困難なものとなってしまう。これによって、固体高分子電解質膜およびイオン導電成分を一定の湿潤状態に維持することができないという問題が指摘されている。
【０００６】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、燃料電池作動用ガスを常時一定の湿潤状態に維持することができるとともに、簡単な構成からなる燃料電池用ガス加湿装置および燃料電池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】
前記の目的を達成するために、本発明は、燃料電池を作動させるために使用されるガスを、その使用直前に加湿するためのガス加湿装置であって、
気孔率が７０％以下でかつ気孔径が４０μｍ以下の多孔性を有する多孔質炭素焼結体を備え、
前記多孔質炭素焼結体は、中心部に前記ガスを通流させるためのガス流路を設けるとともに、
前記多孔質炭素焼結体の内部には、前記ガス流路を周回する位置に給水路が設けられ、
前記ガス流路に供給された前記ガスは、前記多孔質炭素焼結体の半径方向に沿って内方から外方に透過する際、前記給水路に供給される水によって加湿されることを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明は、固体高分子電解質膜を挟んでアノード側電極とカソード側電極を対設した燃料電池構造体と、
前記燃料電池構造体を挟持するセパレータと、
前記燃料電池構造体および前記セパレータを一体的に貫通するガス用連通路に配設されるガス加湿装置と、
を備え、
前記ガス加湿装置は、気孔率が７０％以下でかつ気孔径が４０μｍ以下の多孔性を有する多孔質炭素焼結体を備え、
前記多孔質炭素焼結体は、中心部に前記ガスを通流させるためのガス流路を設けるとともに、
前記多孔質炭素焼結体の内部には、前記ガス流路を周回する位置に給水路が設けられ、
前記ガス流路に供給された前記ガスは、前記多孔質炭素焼結体の半径方向に沿って内方から外方に透過する際、前記給水路に供給される水によって加湿されることを特徴とする。
【０００９】
【作用】
上記の燃料電池用ガス加湿装置では、多孔質炭素焼結体の内部に設けられた給水路を介してこの多孔質炭素焼結体が湿潤状態にあるため、作動用ガスが前記多孔質炭素焼結体の内方から外方に透過する際に十分に加湿される。従って、ガス量の増減に影響されることがなく、使用直前のガスを一定の湿潤状態に確実に維持することができる。
【００１０】
さらに、上記の燃料電池では、多孔質炭素焼結体が燃料電池構造体およびセパレータを一体的に貫通するガス用連通路に配設されることにより、ガス加湿装置全体が燃料電池内に収容されている。これによって、燃料電池設備全体が容易に小型化されるとともに、ガスを反応直前に所定の湿潤状態に加湿することが可能になる。
【００１１】
【実施例】
本発明に係る燃料電池用ガス加湿装置および燃料電池について実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１２】
図１および図２において、参照数字１０は、本実施例に係る燃料電池を示す。この燃料電池１０は、固体高分子電解質膜１２を挟んで空気極（カソード側電極）１４と、水素極（アノード側電極）１６を対設した燃料電池構造体１８と、３組の前記燃料電池構造体１８を挟持するセパレータ２０と、該燃料電池構造体１８および前記セパレータ２０を一体的に貫通する燃料ガス用連通路２２および酸化剤ガス用連通路２４に配設されるガス加湿装置２６とを備える。燃料電池構造体１８とセパレータ２０とガス加湿装置２６とは、一対のエンドプレート２８ａ、２８ｂおよび４本のタイロッド２９により一体的に固定される（図１参照）。
【００１３】
図２に示すように、電解質膜１２の上部側には、燃料ガス用連通路２２を構成する孔部１２ａと、冷却水を通過させるための孔部１２ｂと、酸化剤ガス用連通路２４を構成する孔部１２ｃとが設けられる一方、電解質膜１２の下部側には、燃料ガスを通過させるための孔部１２ｄと、冷却水を通過させるための孔部１２ｅと、酸化剤ガスを通過させるための孔部１２ｆとが設けられる。
【００１４】
燃料電池構造体１８の両側には、第１ガスケット３０と第２ガスケット３２とが配設される。第１ガスケット３０は、空気極１４を収容するための大きな開口部３４を有し、第２ガスケット３２は、水素極１６を収容するための大きな開口部３６を有する。第１および第２ガスケット３０、３２は、燃料ガス用連通路２２を構成する孔部３０ａ、３２ａと冷却水を通過させるための孔部３０ｂ、３２ｂと酸化剤ガス用連通路２４を構成する孔部３０ｃ、３２ｃとがそれぞれ上部側に設けられるとともに、燃料ガスを通過させるための孔部３０ｄ、３２ｄと冷却水を通過させるための孔部３０ｅ、３２ｅと酸化剤ガスを通過させるための孔部３０ｆ、３２ｆとがそれぞれ下部側に設けられる。
【００１５】
セパレータ２０は、空気極側第１セパレータ部４０と水素極側第２セパレータ部４２とこの第１および第２セパレータ部４０、４２に挟持されるセパレータ本体４４とを備える。
【００１６】
第１セパレータ部４０を構成する第１マニホールド板４６は、矩形状の平板で構成され、その中央部に大きな開口部４７を有する。第１マニホールド板４６の上部側には、燃料ガス用連通路２２を構成する孔部４６ａと冷却水用孔部４６ｂと酸化剤ガス用連通路２４を構成する凹部４６ｃとが設けられる一方、その下部側には、燃料ガス用孔部４６ｄと冷却水用孔部４６ｅと酸化剤ガス用凹部４６ｆとが設けられ、互いに対角の位置に設けられた凹部４６ｃと凹部４６ｆは、開口部４７を介して連通状態にある。
【００１７】
この第１マニホールド板４６の開口部４７に酸化剤ガス用整流板４８が嵌合される。酸化剤ガス用整流板４８は、第１マニホールド板４６と同一の厚さを有しており、その一面は平坦でかつ他面に鉛直方向に延在する複数の平行な溝４８ａが形成され、この溝４８ａにより凹部４６ｃと凹部４６ｆが連通する。
【００１８】
第１マニホールド板４６の一面に当接して第１面圧発生板５０が配設される。第１面圧発生板５０は、平板からなり、その上部側に燃料ガス用連通路２２を構成する孔部５０ａと冷却水用孔部５０ｂと酸化剤ガス用連通路２４を構成する孔部５０ｃとが設けられる一方、その下部側に燃料ガス用孔部５０ｄと冷却水用孔部５０ｅと酸化剤ガス用孔部５０ｆとが設けられる。
【００１９】
第２セパレータ部４２は、上記第１セパレータ部４０と同様に構成されており、第２マニホールド板５２とこの第２マニホールド板５２の開口部５４に嵌合する燃料ガス用整流板５６と前記第２マニホールド板５２の一面に当接する第２面圧発生板５８とを備える。
【００２０】
第２マニホールド板５２および第２面圧発生板５８は、それぞれ上部側に燃料ガス用連通路２２を構成する凹部５２ａ、孔部５８ａと冷却水用孔部５２ｂ、５８ｂと酸化剤ガス用連通路２４を構成する孔部５２ｃ、５８ｃとが設けられる一方、その下部側に燃料ガス用凹部５２ｄ、孔部５８ｄと冷却水用孔部５２ｅ、５８ｅと酸化剤ガス用孔部５２ｆ、５８ｆとが設けられる。
【００２１】
第２マニホールド板５２の凹部５２ａと凹部５２ｄは、開口部５４を介して連通する。この開口部５４に燃料ガス用整流板５６が嵌合し、この燃料ガス用整流板５６に鉛直方向に形成された複数本の平行な溝５６ａを介して凹部５２ａと凹部５２ｄが互いに連通状態にある。
【００２２】
セパレータ本体４４は、比較的大きな開口部５９を有する。このセパレータ本体４４の上部側には、燃料ガス用連通路２２を構成する孔部４４ａと冷却水用凹部４４ｂと酸化剤ガス用連通路２４を構成する流路４４ｃとが設けられるとともに、その下部側には、燃料ガス用孔部４４ｄと冷却水用凹部４４ｅと酸化剤ガス用孔部４４ｆとが設けられる。凹部４４ｂと凹部４４ｅは、開口部５９を介して連通しており、この開口部５９に冷却水用整流板６０、６２が嵌合固定される。
【００２３】
冷却水用整流板６０、６２を合わせた厚さはセパレータ本体４４の厚さと略同一である。この冷却水用整流板６０、６２の互いの合わせ面側には、垂直方向に延在する複数本の平行な溝６０ａ、６２ａが形成され、この溝６０ａ、６２ａによって形成される冷却水用通路を介して凹部４４ｂ、４４ｅが連通状態にある。
【００２４】
図１および図２に示すように、ガス加湿装置２６は、燃料ガス用連通路２２に一体的に挿入される第１多孔質体７０と、酸化剤ガス用連通路２４に一体的に挿入される第２多孔質体７２とを備える。この第１および第２多孔質体７０、７２は、多孔質炭素焼結体で形成され、円筒状を有しており、水分の滴下を阻止するためにその気孔率が７０％以下でかつ気孔径が４０μｍ以下の多孔性を有することが望ましい。
【００２６】
この場合、第１および第２多孔質体７０、７２は、所定濃度に調整したＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の分散液に浸漬した後、室温で乾燥させ、次いで、３００〜３５０℃で焼成することにより、撥水化処理が行われる。
【００２７】
図３および図４に示すように、第１多孔質体７０は、その中央部に燃料ガス流路７４が設けられるとともに、この燃料ガス流路７４を周回するように複数の給水路７６が放射状に形成される。第１多孔質体７０の両端には第１および第２支持部材７８、８０が固定される。
【００２８】
第１支持部材７８は、円板状を有しており、その中央部に燃料ガス流路７４に連通する経路８２が設けられるとともに、その外周部に各給水路７６に連通して前記給水路７６を通って燃料電池１０の外部に水を排出する水導出経路８４が設けられる。第２支持部材８０は、同様に、各給水路７６にガス加湿用の水を供給するための水導入経路８６が設けられる。第１多孔質体７０と燃料ガス用連通路２２との間には、燃料ガス流路７４に供給され第１多孔質体７０を内方から外方に透過することによって加湿された燃料ガスを通過させるために所定の間隙が形成されている。
【００２９】
第２多孔質体７２は、図５に示すように、その中央部に酸化剤ガス流路８８が設けられる他は上記第１多孔質体７０と同様に構成されており、第１多孔質体７０と同一の構成要素には同一の参照数字を付してその詳細な説明を省略する。
【００３０】
このように構成される燃料電池１０は、図７に示すように、燃料電池システム１００に組み込まれる。この燃料電池システム１００は、メタノールタンク１０２から供給されるメタノールを水蒸気改質する改質器１０４と、この改質器１０４に水分を供給するとともに燃料電池１０への冷却水の供給およびガス加湿装置２６へ水を供給する水タンク１０６と、前記燃料電池１０から排出される排出成分をガスと水分とに分離する第１および第２気液分離器１０８、１１０と、前記ガス加湿装置２６から排出される排出成分をガスと水分とに分離するための第３および第４気液分離器１１２、１１４とを備える。
【００３１】
改質器１０４は、バーナー１１６を備えており、この改質器１０４に水タンク１０６から第１ポンプ１１８を介して水分が供給される。改質器１０４から導出される水素ガス（燃料ガス）がガス加湿装置２６を構成する第１多孔質体７０の燃料ガス流路７４に供給される。一方、第２多孔質体７２の酸化剤ガス流路８８には、ブロア１２０を介して空気（酸化剤ガス）が供給される。
【００３２】
水タンク１０６には、燃料電池１０のセパレータ２０に冷却水を供給するための第２ポンプ１２２と、第１および第２多孔質体７０、７２の水導入経路８６から給水路７６に水を供給するための第３および第４ポンプ１２４、１２６とが接続されている。
【００３３】
第１気液分離器１０８は、燃料電池１０の水素極１６側から排出される排出成分をガスと水分とに分離し、この分離された水分を水タンク１０６に供給するとともに、この分離されたガスをバーナー１１６に導入する。第２気液分離器１１０は、空気極１４側から排出される排出成分をガスと水分とに分離し、この水分を水タンク１０６に供給する一方、ガスを必要に応じてバーナー１１６に供給する。
【００３４】
第３および第４気液分離器１１２、１１４は、それぞれ第１および第２多孔質体７０、７２の水導出経路８４から排出される成分をガスと水分とに分離し、この分離された水分を水タンク１０６に供給し、この分離されたガスをそれぞれ燃料ガス流路７４、酸化剤ガス流路８８に導入する。
【００３５】
次に、燃料電池１０の動作について説明する。
【００３６】
図７に示すように、メタノールタンク１０２から改質器１０４にメタノールが供給されるとともに水タンク１０６から第１ポンプ１１８を介してこの改質器１０４に水分が供給され、バーナー１１６の加熱作用下に前記メタノールの水蒸気改質が行われる。
【００３７】
水蒸気改質によって改質器１０４から導出された水素ガスは、ガス加湿装置２６を構成する第１多孔質体７０の経路８２から燃料ガス流路７４に導入される。また、第１多孔質体７０の各給水路７６には、水タンク１０６から第３ポンプ１２４を介して水が供給されている。このため、図３および図４に示すように、燃料ガス流路７４に導入された水素ガスは、第１多孔質体７０をその中央側から半径外方向に向かって透過し、加湿された状態で燃料ガス用連通路２２に導出される。次いで、この加湿された水素ガスは、各第２セパレータ部４２で第２マニホールド板５２の凹部５２ａから燃料ガス用整流板５６の溝５６ａを通って凹部５２ｄに至る。
【００３８】
一方、第２多孔質体７２では、図５に示すように、ブロア１２０から供給された空気が酸化剤ガス流路８８に導入されるとともに、第４ポンプ１２６の作用下に水タンク１０６からこの第２多孔質体７２の給水路７６に水が供給される。従って、酸化剤ガス流路８８内の空気は、第２多孔質体７２を外方に向かって透過して加湿された後、酸化剤ガス用連通路２４に導出される。この加湿された酸化剤ガスは、各第１セパレータ部４０の第１マニホールド板４６の凹部４６ｃから酸化剤ガス用整流板４８の溝４８ａを通って凹部４６ｆに到達する。
【００３９】
さらに、水タンク１０６から第２ポンプ１２２を介してセパレータ２０および燃料電池構造体１８の下部側に冷却水が供給される。この冷却水は、セパレータ２０を構成する各セパレータ本体４４の凹部４４ｅから冷却水用整流板６０、６２の溝６０ａ、６２ａ間を上方に向かって通過し、凹部４４ｂに至る（図６参照）。
【００４０】
これによって、燃料電池構造体１８で水素極１６側の水素ガスがイオン化して固体高分子電解質膜１２内を空気極１４側に流れ、電気エネルギが得られるとともに、セパレータ本体４４内を流れる冷却水によって冷却される。
【００４１】
この冷却水は、水タンク１０６に戻される一方、燃料電池構造体１８から排出された排出成分（加湿水、反応生成水）は、それぞれ第１および第２気液分離器１０８、１１０でガスと水分とに分離され、この水分が水タンク１０６に供給される。また、第１および第２多孔質体７０、７２の給水路７６に供給された水は、水導出経路８４から第３および第４気液分離器１１２、１１４に排出されてガスと水分とに分離され、この水分が水タンク１０６に供給されるとともに、このガスが作動ガスとして再度前記第１および第２多孔質体７０、７２に供給される。
【００４２】
この場合、本実施例では、燃料電池１０を構成する燃料電池構造体１８に加湿された燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するためにガス加湿装置２６を備えている。このガス加湿装置２６は、第１および第２多孔質体７０、７２を有し、前記第１および第２多孔質体７０、７２は、その中央部に燃料ガス流路７４および酸化剤ガス流路８８を設けるとともに、これを囲むようにして複数の給水路７６が放射状に形成されている。従って、燃料ガス流路７４および酸化剤ガス流路８８に供給された燃料ガスおよび酸化剤ガスは、第１および第２多孔質体７０、７２を内方から外方へと透過する際に確実に加湿される。
【００４３】
すなわち、第１および第２多孔質体７０、７２の給水路７６に供給される水がこの第１および第２多孔質体７０、７２全体に拡散するため、前記第１および第２多孔質体７０、７２が所望の湿潤状態に維持されている。このため、燃料ガス流路７４および酸化剤ガス流路８８に燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されると、この燃料ガスおよび酸化剤ガスは、湿潤状態にある多孔質部分を通過し、この多孔質部分に含有されている水を含んで外部に導出される。
【００４４】
これにより、特に、燃料電池構造体１８の負荷状態の変化に起因して燃料ガスや酸化剤ガスが増減する際にも、この燃料ガスやこの酸化剤ガスを所望の加湿状態に確保することができ、固体高分子電解質膜１２およびイオン導電成分を常時一定の湿潤状態に保持することが可能になり、有効な発電機能を発揮させることができるという効果が得られる。
【００４５】
さらにまた、本実施例では、ガス加湿装置２６全体が燃料電池１０内に一体的に組み込まれている。すなわち、燃料電池１０内を一体的に貫通する燃料ガス用連通路２２に第１多孔質体７０が配設されるとともに、酸化剤ガス用連通路２４に第２多孔質体７２が配設されている。これにより、燃料電池１０の外部に専用加湿装置を配置する必要がなく、燃料電池システム１００全体の小型化が容易に遂行されるという利点が得られる。
【００４６】
しかも、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、燃料ガス用連通路２２および酸化剤ガス用連通路２４で加湿されるため、加湿直後に燃料電池構造体１８に供給される。従って、燃料電池構造体１８の湿潤状態を一層確実に保持することができると同時に、燃料電池構造体１８の負荷状態の急激な変化に追従できるガス加湿量の確保が可能となる。さらに、第１および第２多孔質体７０、７２が多孔質炭素焼結体で形成され、その気孔率が７０％以下でかつ気孔径が４０μｍ以下の多孔性を有している。このため、給水路７６内の水が多孔質部分を通過して滴下するおそれが少ない。
【００４７】
なお、本実施例では、第１および第２多孔質体７０、７２が、図４に示すように、中央に燃料ガス流路７４および酸化剤ガス流路８８を有し、これを囲むようにして放射状に複数の給水路７６を設けているが、これに限定されるものではなく、例えば、図８に示す多孔質体１３０や図９に示す多孔質体１４０を用いることができる。
【００４８】
多孔質体１３０は、図８に示すように、互いに同心的に配置された内管部１３２と外管部１３４とを備えた二重管構造を有しており、この内管部１３２内に燃料ガスや酸化剤ガスが供給される一方、該内管部１３２と前記外管部１３４の間に水が供給される。この多孔質体１３０では、燃料ガスや酸化剤ガスが内管部１３２を透過した後、この内管部１３２と外管部１３４の間に供給されている水をバブリングして前記外管部１３４を透過する。これにより、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、所望の加湿状態に確実に維持されることになる。
【００４９】
さらにまた、図９に示す多孔質体１４０では、中央に燃料ガス流路（酸化剤ガス流路）１４２が形成され、これを囲むように放射状の複数の給水路１４４が設けられるとともに、前記燃料ガス流路１４２から多孔質体１４０の外周方向に貫通する複数の細孔１４６が設けられる。
【００５０】
多孔質体１４０では、燃料ガス流路１４２内に供給された燃料ガス（酸化剤ガス）は、この多孔質体１４０の透過および細孔１４６の通過時に、各給水路１４４から前記多孔質体１４０全体に拡散した水によって加湿される。
【００５１】
従って、第１および第２多孔質体７０、７２に代替して多孔質体１３０または１４０を使用しても、上記と同様の効果が得られることになる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池用ガス加湿装置では、多孔質炭素焼結体がその内部に設けられた給水路を介して湿潤状態にあるため、作動用ガスは、この多孔質炭素焼結体を通過する際に十分に加湿される。このため、ガス量の増減に影響されることがなく、使用直前のガスを一定の湿潤状態に確実に維持することができる。
【００５３】
さらに、本発明に係る燃料電池では、多孔質炭素焼結体が燃料電池構造体およびセパレータを一体的に貫通するガス用流路に配設されることにより、ガス加湿装置全体が燃料電池内に収容されている。これによって、燃料電池設備全体が容易に小型化されるとともに、ガスを反応直前に所定の湿潤状態に加湿することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池の概略斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池の一部分解斜視説明図である。
【図３】図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】前記燃料電池を構成する多孔質体の正面説明図である。
【図５】図１中、Ｖ−Ｖ線断面図である。
【図６】図１中、ＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】前記燃料電池を組み込む燃料電池システムの構成図である。
【図８】別の実施例に係る多孔質体の正面説明図である。
【図９】さらに別の実施例に係る多孔質体の正面説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池 １２…固体高分子電解質膜
１４…空気極 １６…水素極
１８…燃料電池構造体 ２０…セパレータ
２２…燃料ガス用連通路 ２４…酸化剤ガス用連通路
２６…ガス加湿装置 ７０、７２、１３０、１４０…多孔質体
７４…燃料ガス流路 ７６…給水路
８８…酸化剤ガス流路 １００…燃料電池システム
Claims (4)
- 燃料電池を作動させるために使用されるガスを、その使用直前に加湿するためのガス加湿装置であって、
気孔率が７０％以下でかつ気孔径が４０μｍ以下の多孔性を有する多孔質炭素焼結体を備え、
前記多孔質炭素焼結体は、中心部に前記ガスを通流させるためのガス流路を設けるとともに、
前記多孔質炭素焼結体の内部には、前記ガス流路を周回する位置に給水路が設けられ、
前記ガス流路に供給された前記ガスは、前記多孔質炭素焼結体の半径方向に沿って内方から外方に透過する際、前記給水路に供給される水によって加湿されることを特徴とする燃料電池用ガス加湿装置。 - 請求項１記載のガス加湿装置において、前記燃料電池は、固体高分子型燃料電池であることを特徴とする燃料電池用ガス加湿装置。
- 固体高分子電解質膜を挟んでアノード側電極とカソード側電極を対設した燃料電池構造体と、
前記燃料電池構造体を挟持するセパレータと、
前記燃料電池構造体および前記セパレータを一体的に貫通するガス用連通路に配設されるガス加湿装置と、
を備え、
前記ガス加湿装置は、気孔率が７０％以下でかつ気孔径が４０μｍ以下の多孔性を有する多孔質炭素焼結体を備え、
前記多孔質炭素焼結体は、中心部に前記ガスを通流させるためのガス流路を設けるとともに、
前記多孔質炭素焼結体の内部には、前記ガス流路を周回する位置に給水路が設けられ、
前記ガス流路に供給された前記ガスは、前記多孔質炭素焼結体の半径方向に沿って内方から外方に透過する際、前記給水路に供給される水によって加湿されることを特徴とする燃料電池。 - 請求項３記載の燃料電池において、前記多孔質炭素焼結体は、前記燃料電池用冷却水を前記給水路に供給するための水経路を有することを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12397095A JP3553200B2 (ja) | 1995-05-23 | 1995-05-23 | 燃料電池用ガス加湿装置および燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12397095A JP3553200B2 (ja) | 1995-05-23 | 1995-05-23 | 燃料電池用ガス加湿装置および燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08315838A JPH08315838A (ja) | 1996-11-29 |
| JP3553200B2 true JP3553200B2 (ja) | 2004-08-11 |
Family
ID=14873827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12397095A Expired - Fee Related JP3553200B2 (ja) | 1995-05-23 | 1995-05-23 | 燃料電池用ガス加湿装置および燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3553200B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4358324B2 (ja) * | 1998-07-06 | 2009-11-04 | 旭化成ケミカルズ株式会社 | 加湿用膜 |
| TW496010B (en) * | 2000-03-23 | 2002-07-21 | Sanyo Electric Co | Solid high molcular type fuel battery |
| DE10036916B4 (de) * | 2000-07-28 | 2006-12-21 | Truma Gerätetechnik GmbH & Co. KG | Brennstoffzellenstapel und Verfahren zur Befeuchtung eines Reaktionsmittels bei einem Brennstoffzellenstapel |
| KR20040028373A (ko) * | 2002-09-30 | 2004-04-03 | 현대자동차주식회사 | 연료 전지 시스템용 가습장치 |
| DE102004056952A1 (de) * | 2004-11-25 | 2006-06-08 | Nucellsys Gmbh | Brennstoffzellensystem mit Flüssigkeitsabscheider |
-
1995
- 1995-05-23 JP JP12397095A patent/JP3553200B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08315838A (ja) | 1996-11-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4543303A (en) | Fuel cell battery with in cell oxidant-product liquid separators | |
| US6406807B1 (en) | Distribution of hydration fluid in a fuel cell | |
| US5776625A (en) | Hydrogen-air fuel cell | |
| US6214486B1 (en) | Fuel cell and method of controlling same | |
| JP4037698B2 (ja) | 固体高分子型セルアセンブリ | |
| US7220513B2 (en) | Balanced humidification in fuel cell proton exchange membranes | |
| US6303245B1 (en) | Fuel cell channeled distribution of hydration water | |
| US6048634A (en) | Fuel cell using water-soluble fuel | |
| EP1952471A1 (en) | Pem fuel cell with charging chamber | |
| US7201990B2 (en) | Fuel cell stack | |
| JP2000353533A (ja) | 燃料電池 | |
| EP1301956B1 (en) | Polymer fuel cell structure | |
| JP4232137B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP3447875B2 (ja) | 直接メタノール型燃料電池 | |
| JP2000123848A (ja) | 燃料電池 | |
| JP3553200B2 (ja) | 燃料電池用ガス加湿装置および燃料電池 | |
| JPH05251097A (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池 | |
| US6803137B2 (en) | Fuel cell | |
| JP2000277128A (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
| JPH08306371A (ja) | 固体高分子電解質膜型燃料電池の制御方法 | |
| JP2003092129A (ja) | 燃料電池スタックおよびその反応ガス供給方法 | |
| JP2001135326A (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池および同スタック | |
| JP2004247258A (ja) | 燃料電池積層体、それに用いるセパレータおよび燃料電池システム | |
| JP2004527883A (ja) | 燃料電池または電解槽の構成 | |
| JPH06267562A (ja) | 固体高分子電解質燃料電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20031209 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040206 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20040224 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040420 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040428 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080514 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090514 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090514 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100514 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110514 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110514 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |