JP3885653B2 - 燃料電池装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池装置に係り、特に燃料電池の排水を改良した燃料電池装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パーフルオロスルフォン酸膜などのイオン交換膜を固定高分子膜として用いる燃料電池では、発電により水が発生する。最適な湿度は発電のために不可欠であるが過剰となった水分はそのままではセル内に結露し、発電の障害となる。
【０００３】
従来の装置では、このような過剰な水は外部に排出除去し、また一部は燃料ガスとともにセル内の湿度維持のために再利用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パソコンや携帯端末は取り扱う情報量の増大に伴って消費電力が増加の一途をたどり、従来の一次電池や二次電池では十分な時間使用することが困難になりつつある。これを解決できる電池として、特開平９−２１３３５９号公報に開示されているように携帯用の小型燃料電池が期待されている。
【０００５】
しかし、現在の燃料電池は、上述のように排水の必要がある。携帯用では燃料電池外への排水は一般には不可能で良好な発電をするためには、適度な湿度を維持する必要もある。このため、原料の中に水分を混ぜて供給しているが、この方法では原料の消費とともに過剰な水分を残してしまうため、これも除去しなければならない。単に水を除去するだけであれば、ドレインタンクなどを設ければよいが、携帯用の燃料電池などでは天地を転倒させて使用することも想定する必要がある。液体となった水がセル部分に戻ると発電効率を低下させてしまうため、確実に水を取り除く方法が求められる。
【０００６】
また、一般の燃料電池では、特開２０００−３３１６９９号公報に開示されるように、酸化ガスとカソード排ガスを水凝縮器で熱交換させてカソード排ガス中の水分を凝集させ、その排ガスを吸水部材を通して排気するとともに酸化ガスを吸水部材を通して加湿するようにしているが、装置が大きく携帯用に適さない問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、上記の排水の問題を解決し、安定して良好な発電が可能な燃料電池装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、燃料電池ケース内に設けた燃料電池セルの両側にアノード室とカソード室を形成した燃料電池において、上記アノード室とカソード室に繋がるように吸水性高分子材を収容したカートリッジを設けた燃料電池装置である。
【０００９】
請求項２の発明は、燃料電池ケースに、アノード室とカソード室にそれぞれ繋がるように吸収性高分子材を充填したカートリッジを着脱自在に設けた請求項１記載の燃料電池装置である。
【００１０】
請求項３の発明は、アノード室とカソード室の各排出口に吸収性高分子材を充填したカートリッジを着脱自在に設けた請求項１記載の燃料電池装置である。
【００１１】
請求項４の発明は、高分子吸収材がカルボキシルメチルセルロース系高分子からなる請求項１〜３いずれかに記載の燃料電池装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１３】
図１において、１０は燃料電池ケースで、中央に、固体高分子膜１１をアノード極１２とカソード極１３で挟んで形成した燃料電池セル（ＭＥＡ）１４を設けて、その両側にアノード室１５とカソード室１６とを区画形成し、そのアノード室１５にアノードガスを供給する水素カートリッジ１７とアノード排ガスを排出する排出口１８が接続され、カソード室１６に空気導入口１９とカソード排ガス排出口２０が接続され、さらにアノード極１２とカソード極１３にリード線２１．２２が接続されて燃料電池２３が構成される。
【００１４】
アノード室１５とカソード室１６には、それぞれメッシュ２４，２５が設けられ、そのメッシュ２４，２５で仕切られた室２６、２７と繋がるように、カルボキシルメチルセルロース系などの吸水性高分子材２８，２９が充填されたカートリッジ３０，３１が着脱可能に取付られる。
【００１５】
図２は、本発明の他の実施形態（２）を示したもので、図１の実施形態（１）との相違は、カートリッジ３０，３１の取付位置を変更した点にある。
【００１６】
すなわち、図１の形態では、燃料電池セル１４と平行になるよう燃料電池ケース１１にカートリッジ３０，３１を設けたが、本実施形態においては、燃料電池ケース１１とは別個に、アノード室１５の排出口１８とカソード室１６の排出口２０に、吸水性高分子材２８，２９が充填されたカートリッジ３０ａ、３１ｃをそれぞれ着脱可能に接続し、さらにそのカートリッジ３０ａ、３１ｃに排出口３２，３２をそれぞれ接続した点にある。
【００１７】
次に本発明の作用を説明する。
【００１８】
先ず、燃料電池セル（ＭＥＡ）１４の面積は、約８０ｃｍ² であり、水素カートリッジ１７から水素を、空気導入口１９からカソード室１６に空気を導入し、０．８Ａの電流を得た。また吸収性高分子材２８，２９は、発生する水分に対して十分な１０ｇを使用した。
【００１９】
この時、１分間で約６ccの水素ガスを消費した。発電により生じたと推定される水分は、すべて吸水性高分子材２８，２９により除去されたと思われる。またアノード側の吸水性高分子材２８には、あらかじめある程度吸水させておき、燃料電池セル１４の乾燥を防止した。
【００２０】
以上において、水素と酸素の電池反応により発生した水は、アノード室１５及びカソード室１６に繋がって接続した吸収性高分子材２８，２９が充填されたカートリッジ３０，３１内に吸収除去される。このカートリッジ３０，３１は、水素カートリッジ１７内の水素量に見合って十分な保水力があり、また燃料電池装置自体天地を逆にしても、保水した水が漏れ出すこともない。
【００２１】
この実施形態１，２と、従来の燃料電池の電流値の経時変化を図３に示した。
【００２２】
図３において、ａは図１に示した実施の形態１の電流値の経時変化を、ｂは実施の形態２の電流値の経時変化を、ｃは従来の燃料電池の電流の経時変化を示している。
【００２３】
図３から分かるように、ｃの従来例においては１０分過ぎからは電流値が低下し発電能力が低下してしまうが、ａ，ｂに示すように水分を除去した場合には経時変化はほとんどみられず、長時間８００ｍＡの電流値を維持している。
【００２４】
上述の実施形態においては、吸収性高分子材２８，２９は、約１０ｇとしたが、セットする吸収性高分子材２８，２９の量は、同時にセットされる燃料の量に応じて決定される。また、本実施の形態では、有効性を示すため水素を燃料として用いたが、水素ボンベのカートリッジはコンパクトと言えないが、燃料電池の改質器の性能が向上すれば、メタンやプロパンなど液化が可能なガスを使用できる状況となれば、ライター同様のコンパクトなサイズとすることも可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、アノードやカソード排ガス中の水分を吸水性高分子吸収材で吸収除去するようにしたので、長時間発電性能を維持するこことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す概略図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を示す概略図である。
【図３】本発明と従来例における発電性能の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
１０ 燃料電池ケース
１１ 燃料電池セル
１５ アノード室
１６ カソード室
２８，２９ 吸水性高分子材
３０，３１ カートリッジ

Claims (4)

1. 燃料電池ケース内に設けた燃料電池セルの両側にアノード室とカソード室を形成した燃料電池装置において、上記アノード室とカソード室に繋がるように吸水性高分子材を収容したカートリッジを設けたことを特徴とする燃料電池装置。
2. 燃料電池ケースに、アノード室とカソード室にそれぞれ繋がるように吸収性高分子材を充填したカートリッジを着脱自在に設けた請求項１記載の燃料電池装置。
3. アノード室とカソード室の各排出口に吸収性高分子材を充填したカートリッジを着脱自在に設けた請求項１記載の燃料電池装置。
4. 高分子吸収材がカルボキシルメチルセルロース系高分子からなる請求項１〜３いずれかに記載の燃料電池装置。

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