JP4442170B2 - Solid polymer fuel cell generator - Google Patents

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Description

本発明は、電解質として高分子膜を用いる固体高分子電解質型の燃料電池を用いた発電装置に関する。   The present invention relates to a power generator using a solid polymer electrolyte type fuel cell using a polymer membrane as an electrolyte.

燃料電池は、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装置であり、高いエネルギー効率が実現可能である。なかでも、固体高分子電解質型燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)は、電解質に高分子膜を用いる燃料電池であり、出力密度が高く、電池寿命が長い等の特徴を有している。   A fuel cell is a device that directly converts chemical energy of fuel into electrical energy, and can achieve high energy efficiency. Among these, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is a fuel cell that uses a polymer membrane as an electrolyte, and has features such as high output density and long battery life.

PEFCは、固体高分子電解質膜(以下、電解質膜ともいう)を挟んで一対の電極を配置し、一方の電極(アノード側)に水素を含有する燃料ガスを供給するとともに他方の電極(カソード側)に酸素を含有する酸化ガスを供給し、両極間で起きる電気化学反応を利用して起電力を得る。以下の(1)式はアノード側の反応、(2)式はカソード側の反応を表し、燃料電池全体では(3)式に表す反応が進行する。   PEFC arranges a pair of electrodes with a solid polymer electrolyte membrane (hereinafter also referred to as an electrolyte membrane) in between, and supplies fuel gas containing hydrogen to one electrode (anode side) and the other electrode (cathode side) ) Is supplied with an oxidizing gas containing oxygen, and an electromotive force is obtained by utilizing an electrochemical reaction occurring between the two electrodes. The following equation (1) represents the reaction on the anode side, equation (2) represents the reaction on the cathode side, and the reaction represented by equation (3) proceeds in the entire fuel cell.

→2H+2e ………(1)
1/2O+2H+2e→HO ………(2)
+1/2O→HO ………(3)
図5には、この固体高分子電解質型燃料電池を用いた、従来の燃料電池発電装置の一例が示されている。燃料電池本体50は、電解質膜51と、その両側に配置される燃料極52(アノード電極)と空気極53(カソード電極)とから構成されている。
H 2 → 2H + + 2e (1)
1 / 2O 2 + 2H + + 2e → H 2 O (2)
H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O ......... (3)
FIG. 5 shows an example of a conventional fuel cell power generator using this solid polymer electrolyte fuel cell. The fuel cell main body 50 includes an electrolyte membrane 51, and a fuel electrode 52 (anode electrode) and an air electrode 53 (cathode electrode) disposed on both sides thereof.

供給する酸化ガスとしては空気を用い、空気ブロア60によって空気極53に供給される。なお、電解質膜51は、水分を含んだ湿潤状態においてイオン伝導性が高くなる特徴があるため、一般的に、反応ガスを加湿して電池に供給することで高い電池特性が得られる。このため、空気ブロア60と空気極53との間には水蒸気交換器70が設けられており、これによって反応空気を加湿できるようになっている。   Air is used as the oxidizing gas to be supplied and is supplied to the air electrode 53 by the air blower 60. The electrolyte membrane 51 is characterized by high ion conductivity in a wet state containing moisture. Generally, high battery characteristics can be obtained by humidifying a reaction gas and supplying it to the battery. For this reason, the water vapor exchanger 70 is provided between the air blower 60 and the air electrode 53 so that the reaction air can be humidified.

なお、この水蒸気交換器70は水蒸気交換膜71を介して2室に分かれており、空気ブロア60からの空気は、水蒸気交換器70の燃料側ガス室72で加湿されて、燃料電池本体50の空気極53側に供給された後、再度、水蒸気交換器70の循環側ガス室73に入り、水蒸気が、循環側ガス室73から水蒸気交換膜71を介して燃料側ガス室72へ移行することにより、水蒸気の交換が行われる。   The water vapor exchanger 70 is divided into two chambers via a water vapor exchange membrane 71, and the air from the air blower 60 is humidified in the fuel side gas chamber 72 of the water vapor exchanger 70, After being supplied to the air electrode 53 side, it again enters the circulation side gas chamber 73 of the water vapor exchanger 70, and the water vapor moves from the circulation side gas chamber 73 to the fuel side gas chamber 72 via the water vapor exchange membrane 71. Thus, the water vapor is exchanged.

一方、燃料ガスとしては、天然ガス等の炭化水素系の原燃料を用い、この原燃料を改質器80で水蒸気改質して、水素を含む改質ガスが生成される。以下の(4)式は、改質器80における、原燃料がメタンである場合の改質反応である。   On the other hand, as the fuel gas, a hydrocarbon-based raw fuel such as natural gas is used, and this raw fuel is steam reformed by the reformer 80 to generate a reformed gas containing hydrogen. The following equation (4) is a reforming reaction in the reformer 80 when the raw fuel is methane.

CH4 + H2O → CO + 3H2 +206.14 KJ/mol ………(4)
改質器80を出た改質ガスは、改質ガス中の一酸化炭素を低減するために一酸化炭素変成器81に供給され、以下の(5)式の反応によって一酸化炭素は1%以下に低減される。
CH4 + H2O → CO + 3H2 +206.14 KJ / mol ……… (4)
The reformed gas leaving the reformer 80 is supplied to the carbon monoxide converter 81 in order to reduce the carbon monoxide in the reformed gas, and the carbon monoxide is 1% by the reaction of the following formula (5). Reduced to:

CO + H2O → CO2 + H2 -41.17 KJ/mol ………(5)
一方、PEFCにおいては、その動作温度が60〜80℃と低いために、改質ガス中に一酸化炭素が存在すると、これが触媒毒となって性能が劣化する。このため、一酸化炭素をさらに低減するために改質ガスは一酸化炭素除去器82に供給され、以下の(6)式の反応によって一酸化炭素を10ppm以下に低減させた後、燃料極52に供給される。
CO + H2O → CO2 + H2 -41.17 KJ / mol ……… (5)
On the other hand, since the operating temperature of PEFC is as low as 60 to 80 ° C., if carbon monoxide is present in the reformed gas, it becomes a catalyst poison and performance is deteriorated. Therefore, the reformed gas is supplied to the carbon monoxide remover 82 in order to further reduce the carbon monoxide, and after reducing the carbon monoxide to 10 ppm or less by the reaction of the following equation (6), the fuel electrode 52 To be supplied.

CO + 1/2 O2 → CO2 -257.2 KJ/mol ………(6)
ここで、上記の改質器80、一酸化炭素変成器81、一酸化炭素除去器82により生成した改質ガスには水蒸気が含まれている。この水分は、上記の(4)、(5)式で未反応の水、(6)式の一酸化炭素の選択酸化反応で導入した酸素が改質ガス中の水素と反応して生成した水に由来するものである。そして、改質ガスは、この水蒸気を含んだ状態のまま燃料極52に供給されることが一般的である。
CO + 1/2 O2 → CO2 -257.2 KJ / mol ……… (6)
Here, the reformed gas generated by the reformer 80, the carbon monoxide converter 81, and the carbon monoxide remover 82 contains water vapor. This water is water generated by reacting unreacted water in the above formulas (4) and (5) and oxygen introduced in the selective oxidation reaction of carbon monoxide in formula (6) with hydrogen in the reformed gas. It is derived from. In general, the reformed gas is supplied to the fuel electrode 52 while containing the water vapor.

ところが、この改質ガス中の水蒸気にはイオン性不純物が含まれている。ここでいうイオン性不純物とは、Fe、Na、K、Mg、Ca、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Ti、Mn、Pt、Ruなどの金属が陽イオン化したものや、アンモニウムイオン(NH )などの陽イオン、Fイオン、酢酸イオン、蟻酸イオン、Clイオン、NO2 イオン、Brイオン、NO3 イオン、SO4 2−イオン、PO4 3−イオンなどの陰イオンが挙げられる。 However, the water vapor in the reformed gas contains ionic impurities. The ionic impurities referred to here are those in which metals such as Fe, Na, K, Mg, Ca, Ni, Cu, Zn, Al, Cr, Ti, Mn, Pt, and Ru are cationized, ammonium ions (NH Negative ions such as 4 + ), F ions, acetate ions, formate ions, Cl ions, NO 2 ions, Br ions, NO 3 ions, SO 4 2− ions, PO 4 3− ions, and the like. Ions.

これらのイオン性不純物の生成源は,燃料ガス(メタンガス)中の不純物、改質反応に用いる改質触媒から生じる不純物、改質反応等に用いられる改質水中の不純物、改質器などの反応容器に使用されている材料から発生する不純物などであると考えられる。   The source of these ionic impurities is impurities in the fuel gas (methane gas), impurities generated from the reforming catalyst used in the reforming reaction, impurities in the reforming water used in the reforming reaction, reaction of the reformer, etc. It is thought to be impurities generated from the material used for the container.

これらの不純物を含む水蒸気が燃料電池に供給されると、電池特性を低下させる可能性がある。特に、電解質膜として陽イオン交換膜を使用した場合は、混入した陽イオンが電解質膜のイオン交換基にイオン交換されて電解質膜に吸着してイオン導電性が低下してしまう。また、Clイオンは、電池反応で生じる中間性生物のラジカル化を促進する可能性があり、やはり電解質膜の分解を促進して電池の寿命を低下させる。 When water vapor containing these impurities is supplied to the fuel cell, there is a possibility that the cell characteristics are deteriorated. In particular, when a cation exchange membrane is used as the electrolyte membrane, the mixed cation is ion-exchanged with the ion exchange group of the electrolyte membrane and adsorbed on the electrolyte membrane, resulting in a decrease in ionic conductivity. In addition, Cl ions may promote radicalization of intermediate organisms generated in the battery reaction, which also promotes decomposition of the electrolyte membrane and decreases the battery life.

一方、従来より、改質ガスを燃料電池に供給する前段において、改質ガス中の水蒸気を分離することが提案されている。例えば、以下の特許文献1には、改質ガス中の水蒸気を圧力スイング吸着装置(PSA)などの水蒸気分離器によって分離することが開示されている。   On the other hand, it has been conventionally proposed to separate water vapor in the reformed gas before the reformed gas is supplied to the fuel cell. For example, Patent Document 1 below discloses that water vapor in the reformed gas is separated by a water vapor separator such as a pressure swing adsorption device (PSA).

また、特許文献2には、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて直流電力を発生する燃料電池セルを含んで構成される燃料電池であって、前記燃料ガスの供給経路中に設けられ前記燃料ガスを改質する燃料改質器を、前記燃料電池セルより下方に設置することによって、水蒸気によるガス供給経路の閉塞を回避することが開示されている。
特開2003−168466号公報 特開2003−197245号公報
Further, Patent Document 2 is a fuel cell including a fuel cell that receives a supply of fuel gas and oxidant gas and generates DC power, and is provided in the fuel gas supply path. It is disclosed that a fuel reformer for reforming fuel gas is installed below the fuel battery cell to avoid blockage of the gas supply path due to water vapor.
JP 2003-168466 A JP 2003-197245 A

しかし、上記の従来技術における水蒸気対策は、水蒸気による反応ガス供給経路の閉塞や、水蒸気による水素濃度の低下を防止するためのものであり、水蒸気中の除去によるイオン性不純物の除去については検討されていない。このため、上記の水蒸気分離器や燃料改質器をそのまま用いても、水蒸気中のイオン性不純物は効果的に除去することができない。   However, the above-mentioned countermeasure against water vapor in the prior art is to prevent the reaction gas supply path from being blocked by water vapor and the decrease in hydrogen concentration due to water vapor, and the removal of ionic impurities by removal in water vapor has been studied. Not. For this reason, even if it uses said steam separator and fuel reformer as it is, the ionic impurity in steam cannot be removed effectively.

また、特開2003−168466号公報の水蒸気分離器においては、分離された水蒸気をそのまま改質器へ導入するので、改質ガス中のイオン性不純物をさらに増加させることになる。すなわち、改質ガス中の水蒸気に含まれるイオン性不純物が運転と共に増加し、除去されずに残った水蒸気と共に再度燃料電池に供給されることとなり、これによって電池特性を低下させてしまうという問題があった。   Further, in the steam separator disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-168466, the separated steam is directly introduced into the reformer, so that the ionic impurities in the reformed gas are further increased. That is, the ionic impurities contained in the water vapor in the reformed gas increase with the operation, and are supplied again to the fuel cell together with the remaining water vapor without being removed, thereby deteriorating the battery characteristics. there were.

本発明は、以上の問題点を鑑みてなされたもので、改質ガスの水蒸気中のイオン性不純物を効果的に除去することができる、固体高分子型燃料電池発電装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a polymer electrolyte fuel cell power generator capable of effectively removing ionic impurities in water vapor of the reformed gas. And

上記課題を解決するために、本発明の固体高分子型燃料電池発電装置は、固体高分子電解質膜を挟んで、水素を含むガスが供給される燃料極と、反応空気が供給される空気極とが配置された燃料電池本体と、炭化水素系化合物を含む燃料ガスを水蒸気改質して、水素及び水蒸気を含む改質ガスを生成する改質器と、この改質ガスを前記燃料極側に供給する改質ガス供給手段と、前記反応空気を前記空気極側に供給する反応空気供給手段とを備えた固体高分子型燃料電池発電装置において、
前記改質ガスが通過する燃料側ガス室と、前記反応空気供給手段から供給される加湿されていない反応空気が通過する空気側ガス室と、それらの間に配置されたイオン交換膜とを有し、前記燃料側ガス室中の前記改質ガスに含まれる水蒸気が、前記イオン交換膜を透過して前記空気側ガス室へ移動するように構成された水蒸気交換器を備え、
前記水蒸気交換器の前記燃料側ガス室は、前記改質器と前記燃料極との間の燃料ガス供給経路に位置し、前記水蒸気交換器の前記空気側ガス室は、前記反応空気供給手段と前記空気極との間の反応空気供給経路に位置するように配置されていることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a polymer electrolyte fuel cell power generator according to the present invention includes a fuel electrode to which a gas containing hydrogen is supplied and an air electrode to which reaction air is supplied with a solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween. A reformer for steam reforming a fuel gas containing a hydrocarbon-based compound to produce a reformed gas containing hydrogen and steam, and the reformed gas on the fuel electrode side In the polymer electrolyte fuel cell power generator comprising the reformed gas supply means for supplying the reaction air and the reaction air supply means for supplying the reaction air to the air electrode side,
A fuel-side gas chamber through which the reformed gas passes; an air-side gas chamber through which unhumidized reaction air supplied from the reaction air supply means passes; and an ion exchange membrane disposed therebetween. And a water vapor exchanger configured so that water vapor contained in the reformed gas in the fuel side gas chamber passes through the ion exchange membrane and moves to the air side gas chamber ,
The fuel-side gas chamber of the steam exchanger is located in a fuel gas supply path between the reformer and the fuel electrode, and the air-side gas chamber of the steam exchanger includes the reaction air supply means. It arrange | positions so that it may be located in the reaction air supply path | route between the said air electrodes .

本発明の固体高分子型燃料電池発電装置によれば、水蒸気交換器において、改質ガスに含まれた水蒸気は、燃料側ガス室からイオン交換膜を介して透過して空気側ガス室に移動する。これにより、水蒸気がイオン交換膜を透過する際、イオン性不純物はイオン交換膜でイオン交換されて吸着される。したがって、燃料側ガス室の通過後の改質ガスに混入するイオン性不純物の量を大幅に低減できる。また、イオン性不純物はイオン交換膜で吸着されるので、空気側ガス室の反応空気中へのイオン性不純物の混入も防止できる。   According to the polymer electrolyte fuel cell power generator of the present invention, in the water vapor exchanger, the water vapor contained in the reformed gas permeates from the fuel side gas chamber through the ion exchange membrane and moves to the air side gas chamber. To do. Thereby, when water vapor permeates the ion exchange membrane, the ionic impurities are ion-exchanged and adsorbed by the ion exchange membrane. Therefore, the amount of ionic impurities mixed in the reformed gas after passing through the fuel side gas chamber can be greatly reduced. In addition, since the ionic impurities are adsorbed by the ion exchange membrane, mixing of the ionic impurities into the reaction air in the air side gas chamber can be prevented.

また、イオン性不純物の除去は水蒸気交換器によって行うので、同時に反応空気の加湿も行うことができる。したがって、別途空気極側への加湿を行うための加湿器や水蒸気交換器は不要であり、装置構成を複雑にすることがなく、イオン性不純物の除去と反応空気の加湿を同時に行なうことができる。   Moreover, since the removal of the ionic impurities is performed by the water vapor exchanger, the reaction air can be humidified at the same time. Therefore, a humidifier or a steam exchanger for separately humidifying the air electrode side is unnecessary, and it is possible to simultaneously remove ionic impurities and humidify the reaction air without complicating the apparatus configuration. .

本発明においては、前記イオン交換膜が、プロトン化されたイオン交換基を有する陽イオン交換膜及び/又は水酸化されたイオン交換基を有する陰イオン交換膜であることが好ましい。これによれば、改質ガスの水蒸気に含まれるイオン性不純物を除去を効率よく行うことができる。また、これらのイオン交換膜は化学的に安定であるので長期間の使用が可能である。   In the present invention, the ion exchange membrane is preferably a cation exchange membrane having protonated ion exchange groups and / or an anion exchange membrane having hydroxylated ion exchange groups. According to this, the ionic impurities contained in the water vapor of the reformed gas can be efficiently removed. Moreover, since these ion exchange membranes are chemically stable, they can be used for a long time.

また、本発明においては、前記イオン交換膜の少なくとも片側に、水素燃焼触媒を含む触媒層が配置されていることが好ましい。これによれば、イオン交換膜を水蒸気が透過する際、水素ガスが水蒸気に同伴してイオン交換膜を透過した場合においても、透過した水素を空気側ガス室の水素燃焼触媒において燃焼させることができる。したがって、反応空気に混入した水素が空気極に混入することを防ぐことができる。   In the present invention, it is preferable that a catalyst layer containing a hydrogen combustion catalyst is disposed on at least one side of the ion exchange membrane. According to this, when water vapor permeates through the ion exchange membrane, even when hydrogen gas is accompanied by water vapor and permeates through the ion exchange membrane, the permeated hydrogen can be burned in the hydrogen combustion catalyst in the air side gas chamber. it can. Therefore, it is possible to prevent hydrogen mixed in the reaction air from mixing into the air electrode.

また、水蒸気交換器に導入されるガスの状態によっては、反応空気がイオン交換膜を透過して燃料側ガス室に到達することも起こり得るが、この際にも、透過した空気が燃料側ガス室の水素燃焼触媒において燃焼反応により消費されることにより、燃料ガスに混入した空気が燃料極に混入することを防ぐことができる。   In addition, depending on the state of the gas introduced into the water vapor exchanger, the reaction air may pass through the ion exchange membrane and reach the fuel side gas chamber. By being consumed by the combustion reaction in the hydrogen combustion catalyst in the chamber, it is possible to prevent air mixed in the fuel gas from mixing into the fuel electrode.

更に、本発明においては、前記水蒸気交換器により水蒸気交換された後の、前記改質ガス及び/又は前記反応空気を加湿する加湿手段を更に備えることが好ましい。これによれば、水蒸気交換された後の、改質ガス及び/又は空気を、加湿器により再度加湿して燃料電池に供給することによって、電解質膜のイオン伝導性を高くすることができるので、より高い電池特性が得られる。   Furthermore, in the present invention, it is preferable to further include a humidifying means for humidifying the reformed gas and / or the reaction air after the steam is exchanged by the steam exchanger. According to this, since the reformed gas and / or air after the steam exchange is humidified again by the humidifier and supplied to the fuel cell, the ion conductivity of the electrolyte membrane can be increased. Higher battery characteristics can be obtained.

本発明によれば、改質ガスと反応空気との間で水蒸気交換するための水蒸気交換器を設けることで、改質ガスの水蒸気中に含まれるイオン性不純物を効果的に除去することができる。したがって、固体高分子電解質膜の劣化による燃料電池の寿命の低下を防止することができ、長時間の安定した運転が可能となる。   According to the present invention, it is possible to effectively remove ionic impurities contained in the water vapor of the reformed gas by providing the water vapor exchanger for exchanging water vapor between the reformed gas and the reaction air. . Therefore, it is possible to prevent a decrease in the life of the fuel cell due to the deterioration of the solid polymer electrolyte membrane, and a long-time stable operation is possible.

以下、本発明を詳細に説明する。図1〜3には、本発明の固体高分子電解質型燃料電池の一実施形態が示されている。なお、以下の実施形態の説明においては、上記の図5と実質的に同一部分には同符合を付して、その説明を省略することにする。   Hereinafter, the present invention will be described in detail. 1 to 3 show an embodiment of a solid polymer electrolyte fuel cell of the present invention. In the following description of the embodiment, the same reference numerals are given to substantially the same parts as those in FIG. 5, and the description thereof will be omitted.

図1は本発明の固体高分子型燃料電池発電装置の概略構成図であり、図2は図1における水蒸気交換器の断面図であり、図3は水蒸気交換器の他の実施形態を示す断面図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a solid polymer fuel cell power generator according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the steam exchanger in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the steam exchanger. FIG.

図1に示すように、この固体高分子型燃料電池発電装置は、燃料電池本体50と、水素を含む改質ガスを生成するための改質器80と、反応空気を供給するための空気ブロア60と、改質ガスと反応空気との間で水蒸気交換するための水蒸気交換器10とで主に構成されている。   As shown in FIG. 1, this polymer electrolyte fuel cell power generator includes a fuel cell main body 50, a reformer 80 for generating a reformed gas containing hydrogen, and an air blower for supplying reaction air. 60 and a water vapor exchanger 10 for exchanging water vapor between the reformed gas and the reaction air.

燃料電池本体50は、電解質膜51を挟んで、水素を含むガスが供給される燃料極52と、反応空気が供給される空気極53とが配置されている。燃料電池本体50としては、固体高分子電解質型燃料電池であれば特に限定されず、従来公知の燃料電池が使用できる。   In the fuel cell main body 50, a fuel electrode 52 to which a gas containing hydrogen is supplied and an air electrode 53 to which reaction air is supplied are arranged with an electrolyte membrane 51 interposed therebetween. The fuel cell body 50 is not particularly limited as long as it is a solid polymer electrolyte fuel cell, and a conventionally known fuel cell can be used.

改質器80、一酸化炭素変成器81、一酸化炭素除去器82は、上記のように、炭化水素系化合物を含む原料ガスから、水素及び水蒸気を主とする改質ガスを取り出すために設けられており従来公知の装置が使用できる。なお、本発明においては、電解質膜51への触媒毒となり得る一酸化炭素濃度を充分に低下させるため、一酸化炭素変成器81、一酸化炭素除去器82を使用することが好ましい。なお、反応空気を供給する空気ブロア60は公知のものが使用でき特に限定されない。   As described above, the reformer 80, the carbon monoxide converter 81, and the carbon monoxide remover 82 are provided to take out the reformed gas mainly composed of hydrogen and water vapor from the raw material gas containing the hydrocarbon compound. Conventionally known devices can be used. In the present invention, it is preferable to use a carbon monoxide converter 81 and a carbon monoxide remover 82 in order to sufficiently reduce the concentration of carbon monoxide that can be a catalyst poison for the electrolyte membrane 51. In addition, the air blower 60 which supplies reaction air can use a well-known thing, and is not specifically limited.

そして、本発明においては、上記の改質ガスと反応空気との間で水蒸気交換するための水蒸気交換器10が設けられている点が特徴となっている。   The present invention is characterized in that a steam exchanger 10 is provided for steam exchange between the reformed gas and the reaction air.

図1に示すように、水蒸気交換器10は、改質ガスが通過する燃料側ガス室12と、反応空気が通過する空気側ガス室13と、それらの間に配置されたイオン交換膜11とを有し、燃料側ガス室12中の改質ガスに含まれる水蒸気が、イオン交換膜11を透過して空気側ガス室13へ移動するように構成されている。   As shown in FIG. 1, the water vapor exchanger 10 includes a fuel side gas chamber 12 through which the reformed gas passes, an air side gas chamber 13 through which reaction air passes, and an ion exchange membrane 11 disposed therebetween. The water vapor contained in the reformed gas in the fuel-side gas chamber 12 passes through the ion exchange membrane 11 and moves to the air-side gas chamber 13.

図2を併せて参照すると、この水蒸気交換器10は、イオン交換膜11を挟んで一対の基材14が配置されている。更に、基材14の両面は、一対のセパレータ17で挟持されるように構成されており、セパレータ17の外周部がシール部15によって密閉されている。   Referring also to FIG. 2, in this water vapor exchanger 10, a pair of base materials 14 are arranged with an ion exchange membrane 11 interposed therebetween. Furthermore, both surfaces of the base material 14 are configured to be sandwiched between a pair of separators 17, and the outer peripheral portion of the separator 17 is sealed with a seal portion 15.

セパレータ17のイオン交換膜11側の面には、溝状のガス流路が形成されており、このガス流路が燃料側ガス室12、空気側ガス室13を構成している。セパレータ17としては、例えばカーボン、SUS材などが使用できる。また、基材14としては、カーボンペーパー等が使用でき、シール部15としてはフッ素ゴム等が使用できる。   A groove-like gas flow path is formed on the surface of the separator 17 on the ion exchange membrane 11 side, and this gas flow path constitutes a fuel side gas chamber 12 and an air side gas chamber 13. As the separator 17, for example, carbon or SUS material can be used. Further, carbon paper or the like can be used as the base material 14, and fluororubber or the like can be used as the seal portion 15.

イオン交換膜11としては、炭化水素系イオン交換膜やフッ素系イオン交換膜が好ましく用いられる。炭化水素系陰イオン交換膜としては、例えばNEOSEPTA-AMX(商品名:トクヤマ社製)が使用でき、フッ素系陽イオン交換膜としては、例えばナフィオンN-117(商品名:デュポン社製)が使用できるが、これらに限定されるものではない。これらの陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とは、それらを単独で用いてもよく、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを重ねて複合膜として用いてもよい。   As the ion exchange membrane 11, a hydrocarbon ion exchange membrane or a fluorine ion exchange membrane is preferably used. For example, NEOSEPTA-AMX (trade name: manufactured by Tokuyama) can be used as a hydrocarbon-based anion exchange membrane, and Nafion N-117 (product name: manufactured by DuPont) can be used as a fluorine-based cation exchange membrane. However, it is not limited to these. These cation exchange membranes and anion exchange membranes may be used alone, or may be used as a composite membrane by overlapping the cation exchange membrane and the anion exchange membrane.

陽イオン交換膜を用いる場合、イオン交換基の対イオンがプロトン化されたプロトン型を用いると好適である。例えば、上記のナフィオンN-117の場合,イオン交換基であるスルホン基(-SO-)にプロトンが結合して-SOHのプロトン型となる。プロトン型の陽イオン交換膜を用いると、陽イオン性の不純物(M1)はイオン交換基とイオン交換が起こり-SOMとなり、Hが乖離する.この反応により陽イオン性不純物はイオン交換膜に吸着されて不純物が除去できる。 When using a cation exchange membrane, it is preferable to use a proton type in which the counter ion of the ion exchange group is protonated. For example, in the case of the above Nafion N-117, protons are bonded to a sulfone group (—SO 3 —) that is an ion exchange group to form a proton type of —SO 3 H. When a proton-type cation exchange membrane is used, a cationic impurity (M1 + ) undergoes ion exchange with an ion exchange group to become —SO 3 M, and H + is separated. By this reaction, the cationic impurities are adsorbed on the ion exchange membrane and can be removed.

一方、陰イオン交換膜を用いる場合,イオン交換基の対イオンが水酸イオン(OH)である水酸基型を用いると好適である.例えば,イオン交換基がメチルアミン(-N(CH )の場合,水酸イオンでイオン交換されると(-N(CHOH)となる。水酸イオンでイオン交換された陰イオン交換膜を用いると、陰イオン性の不純物(M2)はイオン交換基とイオン交換が起こり(-N(CHM2)となり、OHが乖離する。この反応により、陰イオン性不純物はイオン交換膜に吸着されて不純物が除去できる。 On the other hand, when an anion exchange membrane is used, it is preferable to use a hydroxyl group type in which the counter ion of the ion exchange group is a hydroxide ion (OH ). For example, when the ion exchange group is methylamine (—N (CH 3 ) 3 + ), ion exchange with a hydroxide ion results in (—N (CH 3 ) 3 OH). When an anion exchange membrane ion-exchanged with a hydroxide ion is used, the anionic impurity (M2 ) undergoes ion exchange with the ion exchange group (—N (CH 3 ) 3 M2), and OH is dissociated. To do. By this reaction, the anionic impurities are adsorbed on the ion exchange membrane and can be removed.

なお、本発明に用いる水蒸気交換器としては、図3に示すような構成を用いるとより好ましい。この水蒸気交換器10’は、イオン交換膜11とその両側に配置される基材14との間に、水素燃焼触媒を含む触媒層16が設けられている点が上記の水蒸気交換器10と異なっている。触媒層16としては、樹脂等に水素燃焼触媒が分散されたもの等が例示でき、水素燃焼触媒としては、白金、パラジウムなどが挙げられる。また、この触媒層16は、イオン交換膜11の片面にのみ設けられていてもよく、両面に設けられていてもよい。   In addition, as a water vapor exchanger used for this invention, it is more preferable to use a structure as shown in FIG. This steam exchanger 10 ′ is different from the steam exchanger 10 described above in that a catalyst layer 16 including a hydrogen combustion catalyst is provided between the ion exchange membrane 11 and the base material 14 disposed on both sides thereof. ing. Examples of the catalyst layer 16 include those in which a hydrogen combustion catalyst is dispersed in a resin or the like, and examples of the hydrogen combustion catalyst include platinum and palladium. The catalyst layer 16 may be provided only on one side of the ion exchange membrane 11 or may be provided on both sides.

この水蒸気交換器10’によれば、イオン交換膜を水蒸気が透過する際、水素ガスが水蒸気に同伴してイオン交換膜を透過した場合においても、透過した水素を空気側ガス室の水素燃焼触媒において燃焼させることができる。したがって、反応空気に混入した水素が燃料電池の空気極に混入することを防ぐことができる。   According to this water vapor exchanger 10 ′, when water vapor permeates through the ion exchange membrane, even when hydrogen gas is accompanied by water vapor and permeates through the ion exchange membrane, the permeated hydrogen is used as a hydrogen combustion catalyst in the air side gas chamber. Can be burned. Therefore, it is possible to prevent hydrogen mixed in the reaction air from mixing into the air electrode of the fuel cell.

また、水蒸気交換器に導入されるガスの状態によっては、反応空気がイオン交換膜を透過して燃料側ガス室に到達することも起こり得るが、この際にも、透過した空気が燃料側ガス室の水素燃焼触媒において燃焼反応により消費されることにより、燃料ガスに混入した空気が燃料電池の燃料極に混入することを防ぐことができる。   In addition, depending on the state of the gas introduced into the water vapor exchanger, the reaction air may pass through the ion exchange membrane and reach the fuel side gas chamber. By being consumed by the combustion reaction in the hydrogen combustion catalyst in the chamber, it is possible to prevent air mixed in the fuel gas from mixing into the fuel electrode of the fuel cell.

次に、この固体高分子型燃料電池発電装置の作用について説明する。
メタン等の炭化水素系化合物を含む原料ガスは、改質器80にて水蒸気改質され、水素及び水蒸気を含む改質ガスを生成する。また、燃料電池本体50において触媒毒となるCOは、一酸化炭素変成器81、一酸化炭素除去器82によって10ppm以下まで除去され、水蒸気交換器10の燃料側ガス室12に導入される。
Next, the operation of this polymer electrolyte fuel cell power generator will be described.
A raw material gas containing a hydrocarbon-based compound such as methane is steam reformed in a reformer 80 to generate a reformed gas containing hydrogen and steam. Further, CO that becomes a catalyst poison in the fuel cell main body 50 is removed to 10 ppm or less by the carbon monoxide converter 81 and the carbon monoxide remover 82, and is introduced into the fuel side gas chamber 12 of the water vapor exchanger 10.

一方、反応空気は空気ブロワ60から供給され、乾燥状態で水蒸気交換器10の空気側ガス室13に導入される。   On the other hand, reaction air is supplied from the air blower 60 and introduced into the air-side gas chamber 13 of the water vapor exchanger 10 in a dry state.

このとき、水蒸気交換器10内において、改質ガスに含まれる水蒸気は、イオン交換膜11を透過して空気側ガス室の空気に移動する。このとき、水蒸気の移動が生じるのは、燃料側ガス室12と空気側ガス室13との間に水蒸気の濃度勾配が生じるためである。   At this time, in the water vapor exchanger 10, the water vapor contained in the reformed gas passes through the ion exchange membrane 11 and moves to the air in the air side gas chamber. At this time, the movement of the water vapor occurs because a water vapor concentration gradient occurs between the fuel side gas chamber 12 and the air side gas chamber 13.

これにより、水蒸気がイオン交換膜11を透過する際、イオン性不純物はイオン交換膜11でイオン交換されて吸着される。したがって、燃料側ガス室12の通過後の改質ガスに混入するイオン性不純物の量を大幅に低減できる。また、イオン性不純物はイオン交換膜11で吸着されるので、空気側ガス室13側の反応空気中へのイオン性不純物が混入することもない。   Thus, when water vapor passes through the ion exchange membrane 11, the ionic impurities are ion-exchanged and adsorbed by the ion exchange membrane 11. Therefore, the amount of ionic impurities mixed in the reformed gas after passing through the fuel side gas chamber 12 can be greatly reduced. In addition, since the ionic impurities are adsorbed by the ion exchange membrane 11, the ionic impurities are not mixed into the reaction air on the air side gas chamber 13 side.

改質ガスに含まれるイオン性不純物の量は、不純物イオンの種類によって異なるが、例えば、鉄イオンの場合には、数100ppmオーダーで電池特性に悪影響を与える。鉄イオンは電池の電解質膜51に吸着され、電解反応などで生成した過酸化物からOHラジカルを生成する反応を促進させる。このOHラジカルは電解質膜51を分解するため、電解質膜51に孔が開いて電極間のクロスリークが発生し、電池特性を低下させる。このため、本発明においては、水蒸気交換器10後の鉄イオン濃度が10ppm以下となるように水蒸気交換を行うことが好ましい。   The amount of ionic impurities contained in the reformed gas varies depending on the type of impurity ions. For example, in the case of iron ions, battery characteristics are adversely affected on the order of several hundred ppm. Iron ions are adsorbed on the electrolyte membrane 51 of the battery, and promote the reaction of generating OH radicals from peroxide generated by electrolytic reaction or the like. Since this OH radical decomposes the electrolyte membrane 51, a hole is opened in the electrolyte membrane 51, a cross leak occurs between the electrodes, and the battery characteristics are deteriorated. For this reason, in this invention, it is preferable to perform water vapor | steam exchange so that the iron ion density | concentration after the water vapor exchanger 10 may be 10 ppm or less.

また、例えば、ナトリウムイオンの場合には、電解質膜51に吸着して膜のプロトン伝導性を低下させ、電池特性を低下させる。このナトリウムイオンは電池に数%含まれると電池特性に悪影響を与えるので、水蒸気交換器10後のナトリウムイオン濃度が10ppm以下となるように水蒸気交換を行うことが好ましい。   Further, for example, in the case of sodium ions, it is adsorbed on the electrolyte membrane 51 to reduce the proton conductivity of the membrane, thereby reducing the battery characteristics. When this sodium ion is contained in the battery in several percent, battery characteristics are adversely affected. Therefore, it is preferable to perform water vapor exchange so that the sodium ion concentration after the water vapor exchanger 10 is 10 ppm or less.

なお、水蒸気交換量は、イオン交換膜の膜厚、イオン交換膜のイオン交換容量、ガスの接触面積等によって異なり適宜設定可能であるが、本発明の水蒸気交換器によれば、10〜80%の水蒸気交換が可能であるので、改質ガス中のイオン性不純物の量も、水蒸気交換量に応じて10〜80%低減することができる。   The water vapor exchange amount varies depending on the film thickness of the ion exchange membrane, the ion exchange capacity of the ion exchange membrane, the gas contact area, etc., and can be set as appropriate. Thus, the amount of ionic impurities in the reformed gas can be reduced by 10 to 80% depending on the amount of water vapor exchange.

以上のように、水蒸気交換器10により除湿された改質ガスは,燃料電池の燃料極52へ供給され、水蒸気交換器10によって加湿された空気は、燃料電池の空気極53へ供給され、燃料電池本体50によって発電が行われる。そして、この固体高分子型燃料電池発電装置においては、イオン性不純物が除去されているために電池特性の経時劣化を長期間に渡り防止でき、電池寿命を延ばすことができる。   As described above, the reformed gas dehumidified by the water vapor exchanger 10 is supplied to the fuel electrode 52 of the fuel cell, and the air humidified by the water vapor exchanger 10 is supplied to the air electrode 53 of the fuel cell. Power generation is performed by the battery body 50. In this polymer electrolyte fuel cell power generator, since ionic impurities are removed, deterioration of battery characteristics over time can be prevented over a long period of time, and the battery life can be extended.

図4には、本発明の固体高分子型燃料電池発電装置の他の実施形態の概略構成図が示されている。   FIG. 4 shows a schematic configuration diagram of another embodiment of the polymer electrolyte fuel cell power generator of the present invention.

この実施形態においては、水蒸気交換器10の後に、改質ガス及び反応空気を加湿するための加湿器20、30がそれぞれ設けられている点が上記の実施形態と異なっている。   This embodiment is different from the above-described embodiment in that humidifiers 20 and 30 for humidifying the reformed gas and the reaction air are respectively provided after the steam exchanger 10.

改質ガス側に設けられた加湿器20は、水蒸気交換膜71を介して2室に分かれており、改質ガスは燃料側ガス室23で加湿されて、燃料電池本体50の燃料極52側に供給された後、再度、加湿器20の循環側ガス室22に入る。これによって、水蒸気が、循環側ガス室22から水蒸気交換膜21を介して燃料側ガス室22へ移行することにより、水蒸気の交換が行われる。なお、反応空気側の加湿器30も上記と同様の構成であり、水蒸気が、循環側ガス室30から水蒸気交換膜31を介して燃料側ガス室32へ移行することにより、水蒸気の交換が行われる。   The humidifier 20 provided on the reformed gas side is divided into two chambers via a water vapor exchange membrane 71, and the reformed gas is humidified in the fuel side gas chamber 23, so that the fuel cell main body 50 has a fuel electrode 52 side. Then, the gas enters the circulation side gas chamber 22 of the humidifier 20 again. As a result, the water vapor is transferred from the circulation side gas chamber 22 to the fuel side gas chamber 22 via the water vapor exchange membrane 21, whereby the water vapor is exchanged. The humidifier 30 on the reaction air side has the same configuration as described above, and the steam is exchanged by the steam moving from the circulation side gas chamber 30 to the fuel side gas chamber 32 through the steam exchange membrane 31. Is called.

加湿器20、30の具体的な構成としては、例えば上記の図2の構成のものを用いることができる。また、水蒸気交換膜31としては、例えばナフィオンN−117(商品名、デュポン社製)等が使用できる。   As a specific configuration of the humidifiers 20 and 30, for example, the configuration shown in FIG. 2 can be used. As the water vapor exchange membrane 31, for example, Nafion N-117 (trade name, manufactured by DuPont) can be used.

この実施形態によれば、水蒸気交換された後の改質ガス及び/又は空気を、加湿器20、30により再度加湿して燃料電池に供給することによって、電解質膜51のイオン伝導性を高くすることができるので、より高い電池特性を得ることができる。   According to this embodiment, the reformed gas and / or air after the steam exchange is humidified again by the humidifiers 20 and 30 and supplied to the fuel cell, so that the ion conductivity of the electrolyte membrane 51 is increased. Therefore, higher battery characteristics can be obtained.

なお、加湿器20、30は上記の構造限定されるものではなく、例えばガスの循環を行わないタイプの加湿器を用いてもよい。また、燃料電池冷却水などの液体水を用いて加湿することも可能である.なお、加湿器20、30は図4に示すように両方設けてもよく、いずれか一方のみ設けてもよい。   The humidifiers 20 and 30 are not limited to the above structure, and for example, a humidifier of a type that does not circulate gas may be used. It is also possible to humidify using liquid water such as fuel cell cooling water. In addition, both the humidifiers 20 and 30 may be provided as shown in FIG. 4, or only one of them may be provided.

以下、実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

実施例1
図1に示すような構成の固体高分子型燃料電池発電装置を用い、水蒸気交換器に改質ガスを導入して水蒸気交換器前後の、改質ガス及び空気の組成を測定した。なお、水蒸気交換器は図2に示す構成のものを用い、イオン交換膜としては接触面積100cmであるナフィオンN−117(商品名、デュポン社製)を用い、基材としてはカーボンペーパー(商品名:TGP−H−60、東レ社製)を用いた。また、ガス流量としては、改質ガス3L/min、空気12L/minの条件で行った。その結果をまとめて表1に示す。
Example 1
The reformed gas was introduced into the steam exchanger and the composition of the reformed gas and the air before and after the steam exchanger was measured using a polymer electrolyte fuel cell power generator configured as shown in FIG. In addition, the steam exchanger having the structure shown in FIG. 2 is used, Nafion N-117 (trade name, manufactured by DuPont) having a contact area of 100 cm 2 is used as the ion exchange membrane, and carbon paper (product) is used as the substrate. Name: TGP-H-60, manufactured by Toray Industries, Inc.). The gas flow was performed under the conditions of reformed gas 3 L / min and air 12 L / min. The results are summarized in Table 1.

Figure 0004442170
Figure 0004442170

水蒸気交換器に導入前の改質ガスは、露点60℃の水蒸気成分を含み、鉄イオンが50ppmが含まれていたが、水蒸気交換器導入後の露点は30℃に減少し、鉄イオン濃度が1/5に低減されていることがわかる。なお、水蒸気交換器の前後で水素濃度には変化が認められなかった。   The reformed gas before introduction into the steam exchanger contained a steam component with a dew point of 60 ° C. and 50 ppm of iron ions, but the dew point after introduction of the steam exchanger decreased to 30 ° C. and the iron ion concentration was It turns out that it is reduced to 1/5. Note that no change was observed in the hydrogen concentration before and after the steam exchanger.

一方、反応空気は、水蒸気交換器に導入前は露点5℃であったが、水蒸気交換器導入後の露点は30℃に上昇した。なお、鉄イオン濃度は水蒸気交換器の前後で0ppmと変化ない。以上より、改質ガスに含まれていた鉄イオンは水蒸気交換器によって吸着除去されることがわかる。   On the other hand, the reaction air had a dew point of 5 ° C. before introduction into the steam exchanger, but the dew point after introduction of the steam exchanger rose to 30 ° C. The iron ion concentration does not change from 0 ppm before and after the steam exchanger. From the above, it can be seen that the iron ions contained in the reformed gas are adsorbed and removed by the steam exchanger.

実施例2
実施例1の固体高分子型燃料電池発電装置を用い、電池性能の経時変化を測定した。なお、比較例として、図5に示す従来の構成の固体高分子型燃料電池発電装置を用い、同様の条件で電池性能の経時変化を測定した。その結果をまとめて図6に示す。
Example 2
Using the polymer electrolyte fuel cell power generator of Example 1, changes over time in battery performance were measured. As a comparative example, a change in battery performance with time was measured under the same conditions using a solid polymer fuel cell power generator having a conventional configuration shown in FIG. The results are summarized in FIG.

なお、燃料電池本体としては、固体高分子電解質膜としてナフィオンN−117(商品名、デュポン社製)を用い、その両側に触媒層(カソード側:白金担持カーボン触媒、アノード側:白金−ルテニウム合金担持カーボン触媒)を配置した。なお、触媒層中には触媒を有効利用するための固体高分子電解質樹脂を混合した。各触媒層の外側にはカーボンペーパーからなるガス拡散層(商品名:TGP−H−60、東レ社製)を配置し、これらを接合してMEAとした。そして、このMEAを一対のセパレータ(ガス不透過性のカーボン板からなり、ガス流路が加工されている平板)で挟み込んで電池セルを構成した。   The fuel cell body uses Nafion N-117 (trade name, manufactured by DuPont) as a solid polymer electrolyte membrane, and a catalyst layer (cathode side: platinum-supported carbon catalyst, anode side: platinum-ruthenium alloy) on both sides thereof. A supported carbon catalyst) was placed. In the catalyst layer, a solid polymer electrolyte resin for effectively utilizing the catalyst was mixed. A gas diffusion layer (trade name: TGP-H-60, manufactured by Toray Industries, Inc.) made of carbon paper was disposed outside each catalyst layer, and these were joined to form MEA. And this MEA was inserted | pinched with a pair of separator (The flat plate which consists of a gas-impermeable carbon board and the gas flow path was processed), and comprised the battery cell.

図1に示すように、比較例では、改質ガス中のイオン性不純物が除去できないため、イオン性不純物が電池に吸着、蓄積し、運転20000時間で電池特性が急激に低下して発電不能となった。一方、実施例2においては、運転40000時間を超えても電池特性の低下は認められなかった。   As shown in FIG. 1, in the comparative example, since ionic impurities in the reformed gas cannot be removed, the ionic impurities are adsorbed and accumulated in the battery, and the battery characteristics are drastically reduced in operation 20000 hours. became. On the other hand, in Example 2, the battery characteristics were not deteriorated even when the operation exceeded 40000 hours.

本発明は、電解質として高分子膜を用いる固体高分子電解質型の燃料電池発電装置として好適に利用できる。   The present invention can be suitably used as a solid polymer electrolyte type fuel cell power generator using a polymer membrane as an electrolyte.

本発明の固体高分子型燃料電池発電装置の一実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Embodiment of the polymer electrolyte fuel cell power generator of this invention. 図1における水蒸気交換器の一実施形態を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows one Embodiment of the water vapor exchanger in FIG. 水蒸気交換器の他の実施形態を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing other embodiments of a steam exchanger. 本発明の固体高分子型燃料電池発電装置の一実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Embodiment of the polymer electrolyte fuel cell power generator of this invention. 従来の固体高分子型燃料電池発電装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the conventional polymer electrolyte fuel cell power generator. 実施例における電池寿命試験の結果を示す図表である。It is a graph which shows the result of the battery life test in an Example.

符号の説明Explanation of symbols

10 水蒸気交換器
11 イオン交換膜
12 燃料側ガス室
13 空気側ガス室
14 基材
15 シール部
16 触媒層
17 セパレータ
20、30 加湿器
21、31 水蒸気交換膜
22、32 循環側ガス室
23、33 燃料側ガス室
50 燃料電池本体
51 電解質膜
52 燃料極
53 空気極
60 空気ブロア
80 改質器
81 一酸化炭素変成器
82 一酸化炭素除去器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Steam exchanger 11 Ion exchange membrane 12 Fuel side gas chamber 13 Air side gas chamber 14 Base material 15 Sealing part 16 Catalyst layer 17 Separator 20, 30 Humidifiers 21, 31 Steam exchange membranes 22, 32 Circulation side gas chambers 23, 33 Fuel side gas chamber 50 Fuel cell body 51 Electrolyte membrane 52 Fuel electrode 53 Air electrode 60 Air blower 80 Reformer 81 Carbon monoxide transformer 82 Carbon monoxide remover

Claims (4)

固体高分子電解質膜を挟んで、水素を含むガスが供給される燃料極と、反応空気が供給される空気極とが配置された燃料電池本体と、炭化水素系化合物を含む燃料ガスを水蒸気改質して、水素及び水蒸気を含む改質ガスを生成する改質器と、この改質ガスを前記燃料極側に供給する改質ガス供給手段と、前記反応空気を前記空気極側に供給する反応空気供給手段とを備えた固体高分子型燃料電池発電装置において、
前記改質ガスが通過する燃料側ガス室と、前記反応空気供給手段から供給される加湿されていない反応空気が通過する空気側ガス室と、それらの間に配置されたイオン交換膜とを有し、前記燃料側ガス室中の前記改質ガスに含まれる水蒸気が、前記イオン交換膜を透過して前記空気側ガス室へ移動するように構成された水蒸気交換器を備え、
前記水蒸気交換器の前記燃料側ガス室は、前記改質器と前記燃料極との間の燃料ガス供給経路に位置し、前記水蒸気交換器の前記空気側ガス室は、前記反応空気供給手段と前記空気極との間の反応空気供給経路に位置するように配置されていることを特徴とする固体高分子型燃料電池発電装置。
A fuel cell body in which a fuel electrode to which a gas containing hydrogen is supplied and an air electrode to which reaction air is supplied is disposed across a solid polymer electrolyte membrane, and a fuel gas containing a hydrocarbon compound is steam-modified. A reformer for generating a reformed gas containing hydrogen and water vapor, a reformed gas supply means for supplying the reformed gas to the fuel electrode side, and a supply of the reaction air to the air electrode side In a polymer electrolyte fuel cell power generator equipped with a reaction air supply means,
A fuel-side gas chamber through which the reformed gas passes; an air-side gas chamber through which unhumidized reaction air supplied from the reaction air supply means passes; and an ion exchange membrane disposed therebetween. And a water vapor exchanger configured so that water vapor contained in the reformed gas in the fuel side gas chamber passes through the ion exchange membrane and moves to the air side gas chamber ,
The fuel-side gas chamber of the steam exchanger is located in a fuel gas supply path between the reformer and the fuel electrode, and the air-side gas chamber of the steam exchanger includes the reaction air supply means. A polymer electrolyte fuel cell power generator, which is disposed so as to be positioned in a reaction air supply path between the air electrode and the air electrode .
前記イオン交換膜が、プロトン化されたイオン交換基を有する陽イオン交換膜及び/又は水酸化されたイオン交換基を有する陰イオン交換膜である請求項1記載の固体高分子型燃料電池発電装置。   The polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 1, wherein the ion exchange membrane is a cation exchange membrane having protonated ion exchange groups and / or an anion exchange membrane having hydroxylated ion exchange groups. . 前記イオン交換膜の少なくとも片面に、水素燃焼触媒を含む触媒層が配置されている請求項1又は2に記載の固体高分子型燃料電池発電装置。   The polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 1 or 2, wherein a catalyst layer containing a hydrogen combustion catalyst is disposed on at least one surface of the ion exchange membrane. 前記水蒸気交換器により水蒸気交換された後の、前記改質ガス及び/又は前記反応空気を加湿する加湿手段を更に備える請求項1〜3のいずれか1つに記載の固体高分子型燃料電池発電装置。   The polymer electrolyte fuel cell power generation according to any one of claims 1 to 3, further comprising humidifying means for humidifying the reformed gas and / or the reaction air after the water vapor is exchanged by the water vapor exchanger. apparatus.
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