JPH0158628B2 - - Google Patents
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- JPH0158628B2 JPH0158628B2 JP58143420A JP14342083A JPH0158628B2 JP H0158628 B2 JPH0158628 B2 JP H0158628B2 JP 58143420 A JP58143420 A JP 58143420A JP 14342083 A JP14342083 A JP 14342083A JP H0158628 B2 JPH0158628 B2 JP H0158628B2
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- Japan
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- fuel cell
- tank
- carbon dioxide
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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
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
-
- 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
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
この発明は、酸化ガスとして空気を供給するア
ルカリ水溶液電解質燃料電池のガス供給方法に関
する。
ルカリ水溶液電解質燃料電池のガス供給方法に関
する。
酸化剤として空気を用いるアルカリ水溶液電解
質燃料電池において、供給空気を加湿することの
必要性が言われている。これは、電解液が水酸化
カリウム水溶液である場合は空気中の炭酸ガスに
より水酸化カリウムが炭酸カリウムに変化し、こ
れが電極のガス側面に析出し、ガスの拡散を阻害
する現象が生じるが、湿つた空気を供給すること
により炭酸カリウムの析出が防止されるからであ
る。しかし、供給空気を湿潤する方法について、
これまで実際に適用された有効な例はなく、実験
室的には空気を水中にバブリングされる方法がと
られている。しかし、この方法は、バブリングさ
せるために水圧に打勝つ必要から供給空気圧を高
くとらねばならず、従つて必要量の空気を得るた
めには消費電力の大きな空気ポンプを必要とする
という欠点がある。
質燃料電池において、供給空気を加湿することの
必要性が言われている。これは、電解液が水酸化
カリウム水溶液である場合は空気中の炭酸ガスに
より水酸化カリウムが炭酸カリウムに変化し、こ
れが電極のガス側面に析出し、ガスの拡散を阻害
する現象が生じるが、湿つた空気を供給すること
により炭酸カリウムの析出が防止されるからであ
る。しかし、供給空気を湿潤する方法について、
これまで実際に適用された有効な例はなく、実験
室的には空気を水中にバブリングされる方法がと
られている。しかし、この方法は、バブリングさ
せるために水圧に打勝つ必要から供給空気圧を高
くとらねばならず、従つて必要量の空気を得るた
めには消費電力の大きな空気ポンプを必要とする
という欠点がある。
上述のような現象を根本的に防止するために
は、炭酸ガスを除去した空気を供給すればよい
が、炭酸ガスを100％除去するためには高性能な
炭酸ガス除去器を必要とし、これを実際に適用し
た場合には設備費および運転費が莫大なものとな
り、実用的ではない。また実用的な炭酸ガス除去
器をもつてしても炭酸ガスの除去は90％程度が限
度であつて、少くとも残り10％程度は直接燃料電
池の発電セルに送られることになり、上述の現象
の原因となる。
は、炭酸ガスを除去した空気を供給すればよい
が、炭酸ガスを100％除去するためには高性能な
炭酸ガス除去器を必要とし、これを実際に適用し
た場合には設備費および運転費が莫大なものとな
り、実用的ではない。また実用的な炭酸ガス除去
器をもつてしても炭酸ガスの除去は90％程度が限
度であつて、少くとも残り10％程度は直接燃料電
池の発電セルに送られることになり、上述の現象
の原因となる。
この発明は上述の欠点に鑑み、燃料電池へ酸化
ガスとしての空気を供給する際、空気に実用的な
方法で湿潤を与えて燃料電池に供給し、寿命の長
い燃料電池を得るガス供給方法を提供することを
目的とする。
ガスとしての空気を供給する際、空気に実用的な
方法で湿潤を与えて燃料電池に供給し、寿命の長
い燃料電池を得るガス供給方法を提供することを
目的とする。
酸化ガスとして空気を供給するアルカリ水溶液
電解質燃料電池において、炭酸ガス除去器を通し
て得られた空気を、前記、燃料電池の電解液タン
クの電解液面上を通過させて、その表面より発生
する水蒸気により湿潤を与えて燃料電池に供給す
るようにしたものである。
電解質燃料電池において、炭酸ガス除去器を通し
て得られた空気を、前記、燃料電池の電解液タン
クの電解液面上を通過させて、その表面より発生
する水蒸気により湿潤を与えて燃料電池に供給す
るようにしたものである。
以下図面に基づいて発明の実施例を説明する。
第１図は本発明を実施した燃料電池の系統回路図
であり、第１図において符号１は酸化ガスとして
空気が、燃料ガスとして水素が供給されるアルカ
リ水溶液電解質燃料電池である。酸化ガスとして
の空気は矢印Ａの方向よりブロア２により炭酸ガ
ス吸収剤のソーダライム３を充填した炭酸ガス除
去器４に送られ、電解液タンク５の電解液６、例
えば25％化成カリ水溶液面上の蒸気区画７を通過
して電解液中の水分を蒸発させ、自らは湿つた空
気となつて燃料電池に入り、燃料電池内を流れ
て、矢印Ｂの方向に排気される。一方燃料ガスと
しての水素は矢印Ｃの方向より燃料電池に入り、
燃料電池内を流れ、矢印Ｄの方向に排気され、こ
れら反応ガスが燃料電池内で単位電池と電気化学
反応をして電気を発生する。ここで電解液６は電
解液タンク５より電解液ポンプ８で燃料電池１に
送られ、燃料電池の電気化学反応による発熱によ
り加温されて電解液タンク５に戻る。通常燃料電
池の運転温度は50〜80℃に保たれており、従つて
電解液もほぼこの温度に加温されるため、電解液
の蒸発が容易に行なわれ、空気は十分に加湿され
る。
第１図は本発明を実施した燃料電池の系統回路図
であり、第１図において符号１は酸化ガスとして
空気が、燃料ガスとして水素が供給されるアルカ
リ水溶液電解質燃料電池である。酸化ガスとして
の空気は矢印Ａの方向よりブロア２により炭酸ガ
ス吸収剤のソーダライム３を充填した炭酸ガス除
去器４に送られ、電解液タンク５の電解液６、例
えば25％化成カリ水溶液面上の蒸気区画７を通過
して電解液中の水分を蒸発させ、自らは湿つた空
気となつて燃料電池に入り、燃料電池内を流れ
て、矢印Ｂの方向に排気される。一方燃料ガスと
しての水素は矢印Ｃの方向より燃料電池に入り、
燃料電池内を流れ、矢印Ｄの方向に排気され、こ
れら反応ガスが燃料電池内で単位電池と電気化学
反応をして電気を発生する。ここで電解液６は電
解液タンク５より電解液ポンプ８で燃料電池１に
送られ、燃料電池の電気化学反応による発熱によ
り加温されて電解液タンク５に戻る。通常燃料電
池の運転温度は50〜80℃に保たれており、従つて
電解液もほぼこの温度に加温されるため、電解液
の蒸発が容易に行なわれ、空気は十分に加湿され
る。
前述のように炭酸ガス除去器を通過した空気は
電解液面上の蒸気区画７を通過する際、この水蒸
気により湿潤されることになるが、第２図および
第３図は空気が電解液タンク５の電解液面上の蒸
気区画７を通過する際、空気をさらによく湿潤さ
せる方法を示した部分断面斜視図である。なお、
図において第１図と同じ部分には同一符号が付け
られる。
電解液面上の蒸気区画７を通過する際、この水蒸
気により湿潤されることになるが、第２図および
第３図は空気が電解液タンク５の電解液面上の蒸
気区画７を通過する際、空気をさらによく湿潤さ
せる方法を示した部分断面斜視図である。なお、
図において第１図と同じ部分には同一符号が付け
られる。
第２図において、電解液タンク５の内部に電解
液に浸して垂直の複数列の仕切板９を間隔をあけ
て、仕切板９の上辺は電解液タンク５の上板に接
し、下部は電解液タンク５の底板より浮かせ、か
つ仕切板９の側部の一方は電解液タンク５の側板
に接し、他方の側部は電解液タンク５の他方の側
板より離れ、つぎの列の仕切板は電解液タンク５
の上板と底板との関係位置については前の列と同
じであるが、側部については前の列の反対側の側
部が電解液タンク５の側板より離れる。このよう
にして複数列の仕切板を設けることにより、矢印
Ｅの方向より送られた空気は電解液タンク５の電
解液表面の蒸気区画７を矢印のように仕切板９に
沿つてジグザグに流れ、矢印Ｆの方向に流れて、
燃料電池に供給される。そして、空気は、このよ
うにジグザグに流れることにより、電解液との接
触時間長くなり、十分に加湿される。なお、電解
液は矢印Ｇの方向より電解液タンク５内に入り、
矢印Ｈ方向に流れ、燃料電池の電解液を経由して
循環される。
液に浸して垂直の複数列の仕切板９を間隔をあけ
て、仕切板９の上辺は電解液タンク５の上板に接
し、下部は電解液タンク５の底板より浮かせ、か
つ仕切板９の側部の一方は電解液タンク５の側板
に接し、他方の側部は電解液タンク５の他方の側
板より離れ、つぎの列の仕切板は電解液タンク５
の上板と底板との関係位置については前の列と同
じであるが、側部については前の列の反対側の側
部が電解液タンク５の側板より離れる。このよう
にして複数列の仕切板を設けることにより、矢印
Ｅの方向より送られた空気は電解液タンク５の電
解液表面の蒸気区画７を矢印のように仕切板９に
沿つてジグザグに流れ、矢印Ｆの方向に流れて、
燃料電池に供給される。そして、空気は、このよ
うにジグザグに流れることにより、電解液との接
触時間長くなり、十分に加湿される。なお、電解
液は矢印Ｇの方向より電解液タンク５内に入り、
矢印Ｈ方向に流れ、燃料電池の電解液を経由して
循環される。
第３図においては電解液タンク５の内部に電解
液に浸して渦巻状の仕切板１０を設け、仕切板１
０の上部は電解液タンク５の上板に接し、下部は
電解液タンク５の底板より浮かして設けることに
より、矢印Ｅの方向より入つた空気は電解液タン
ク５の電解液表面の蒸気区画７を仕切板１０に沿
つて矢印のように渦巻状に流れ、矢印Ｆの方向に
流れて、燃料電池に供給される。そして空気はこ
のように渦巻状に流れることにより、電解液との
接触時間は長くなり十分加湿される。電解液は矢
印Ｇの方向より電解液タンク５内に入り、矢印Ｈ
の方向に流れ、燃料電池の電解液を経由して循環
される。
液に浸して渦巻状の仕切板１０を設け、仕切板１
０の上部は電解液タンク５の上板に接し、下部は
電解液タンク５の底板より浮かして設けることに
より、矢印Ｅの方向より入つた空気は電解液タン
ク５の電解液表面の蒸気区画７を仕切板１０に沿
つて矢印のように渦巻状に流れ、矢印Ｆの方向に
流れて、燃料電池に供給される。そして空気はこ
のように渦巻状に流れることにより、電解液との
接触時間は長くなり十分加湿される。電解液は矢
印Ｇの方向より電解液タンク５内に入り、矢印Ｈ
の方向に流れ、燃料電池の電解液を経由して循環
される。
なお、燃料電池の電気化学反応により生成され
る水の一部は電解液中に拡散し侵入するので、電
解液が蒸発することによる電解液濃度の上昇は起
きない。また、炭酸ガスをまつたく除去しない空
気を直接電解液タンクの上を通すことは電解液に
多量の炭酸ガスが吸収される結果、電解液が急激
に汚染され、燃料電池の性能が低下するので好ま
しくなく、汚染した電解液を交換する方法もある
が、交換する頻度も多くなり実用的でない。
る水の一部は電解液中に拡散し侵入するので、電
解液が蒸発することによる電解液濃度の上昇は起
きない。また、炭酸ガスをまつたく除去しない空
気を直接電解液タンクの上を通すことは電解液に
多量の炭酸ガスが吸収される結果、電解液が急激
に汚染され、燃料電池の性能が低下するので好ま
しくなく、汚染した電解液を交換する方法もある
が、交換する頻度も多くなり実用的でない。
すなわち、電解液中の水酸化カリウムは、炭酸
ガスの除去によりその70％が炭酸カリウムに変わ
つてもなお十分な効果があるにもかかわらず、電
池特性の点からはその30％が炭酸カリウムに変わ
るとセル特性が急激に低下するため、電解液の30
％が炭酸カリウムに変わつた時点で液の交換をせ
ざるを得ず、交換が頻繁になる。一方、電池の運
転に供する電解液を用いずに、その廃液を利用し
て廃液タンクに空気を通すやり方では、タンクの
温度が高くなるので加湿が不十分となり、除去で
きなかつた二酸化炭素がセル内の水酸化カリウム
と反応して炭酸カリウムを生成し、それが電極面
に固体となつて析出する虞れがある。これに対
し、空気をあらかじめ炭酸ガス除去器に通した
後、電解液タンクに通す本発明によれば、電解液
の交換頻度は約10分の１となる。しかも、電解液
タンク内の電解液はセル運転時の発熱により常に
加温されているので、タンク上面の飽和蒸気圧は
高く空気は十分加湿される。したがつて、炭酸ガ
スが完全に取り除かれずとも、それがセル内の水
酸化カリウムと反応して生成物を析出する虞れは
ない。
ガスの除去によりその70％が炭酸カリウムに変わ
つてもなお十分な効果があるにもかかわらず、電
池特性の点からはその30％が炭酸カリウムに変わ
るとセル特性が急激に低下するため、電解液の30
％が炭酸カリウムに変わつた時点で液の交換をせ
ざるを得ず、交換が頻繁になる。一方、電池の運
転に供する電解液を用いずに、その廃液を利用し
て廃液タンクに空気を通すやり方では、タンクの
温度が高くなるので加湿が不十分となり、除去で
きなかつた二酸化炭素がセル内の水酸化カリウム
と反応して炭酸カリウムを生成し、それが電極面
に固体となつて析出する虞れがある。これに対
し、空気をあらかじめ炭酸ガス除去器に通した
後、電解液タンクに通す本発明によれば、電解液
の交換頻度は約10分の１となる。しかも、電解液
タンク内の電解液はセル運転時の発熱により常に
加温されているので、タンク上面の飽和蒸気圧は
高く空気は十分加湿される。したがつて、炭酸ガ
スが完全に取り除かれずとも、それがセル内の水
酸化カリウムと反応して生成物を析出する虞れは
ない。
ここで、本発明の方法を実施して処理した空気
で運転した場合と、そのような処理をしない空気
で運転した場合の燃料電池の連続放電した時の電
圧と放電時間との関係を第４図に示す。第４図に
おいて曲線Ｐは本発明に従つて処理された空気で
運転された燃料電池の連続放電データであり、曲
線Ｑは単に炭酸ガスを除いただけの空気を用いて
吸収塔を室温で運転した場合の燃料電池の連続放
電データであり、曲線Ｒは炭酸ガス除去器を通さ
ずに直接電解液タンクで加湿した空気で運転され
た燃料電池の連続放電データである。図で分るよ
うに、曲線Ｑの場合は加湿が不足しているため、
また曲線Ｒの場合は電解液が汚染されるために電
圧は放電時間がより短い期間で低下し、劣化が大
きいことがわかる。
で運転した場合と、そのような処理をしない空気
で運転した場合の燃料電池の連続放電した時の電
圧と放電時間との関係を第４図に示す。第４図に
おいて曲線Ｐは本発明に従つて処理された空気で
運転された燃料電池の連続放電データであり、曲
線Ｑは単に炭酸ガスを除いただけの空気を用いて
吸収塔を室温で運転した場合の燃料電池の連続放
電データであり、曲線Ｒは炭酸ガス除去器を通さ
ずに直接電解液タンクで加湿した空気で運転され
た燃料電池の連続放電データである。図で分るよ
うに、曲線Ｑの場合は加湿が不足しているため、
また曲線Ｒの場合は電解液が汚染されるために電
圧は放電時間がより短い期間で低下し、劣化が大
きいことがわかる。
上述したように、この発明によれば燃料電池に
供給する空気は炭酸ガス除去器を通した後、燃料
電池の電解液層を通して循還するアルカリ電解液
の電解液タンクの電解液面上の蒸気区画を通過さ
せて燃料電池に供給するため炭酸ガスによる炭酸
カリウムの電極面への析出を防ぎ、ガス拡散を良
好に保ち、寿命の長い燃料電池が得られるという
効果がある。
供給する空気は炭酸ガス除去器を通した後、燃料
電池の電解液層を通して循還するアルカリ電解液
の電解液タンクの電解液面上の蒸気区画を通過さ
せて燃料電池に供給するため炭酸ガスによる炭酸
カリウムの電極面への析出を防ぎ、ガス拡散を良
好に保ち、寿命の長い燃料電池が得られるという
効果がある。
第１図は本発明の実施例を示す系統回路図、第
２図および第３図は空気が電解液タンクの電解液
面上の蒸気区画を迂回して流れるようにした実施
例を示す部分断面斜視図、第４図は本発明を実施
した場合と実施しない場合における燃料電池の連
続放電特性を示す特性図である。 １；燃料電池、５；電解液タンク、６；電解
液、７；蒸気区画、９，１０；仕切板。
２図および第３図は空気が電解液タンクの電解液
面上の蒸気区画を迂回して流れるようにした実施
例を示す部分断面斜視図、第４図は本発明を実施
した場合と実施しない場合における燃料電池の連
続放電特性を示す特性図である。 １；燃料電池、５；電解液タンク、６；電解
液、７；蒸気区画、９，１０；仕切板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 酸化ガスとして空気を供給するアルカリ水溶
液電解質燃料電池において、炭酸ガス除去器を通
して得られた空気を電解液タンクの電解液面上を
通過させることにより加湿させて供給することを
特徴とする燃料電池のガス供給方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のガス供給方法に
おいて、供給空気を電解液タンクの電解液面上を
ジグザグに通過させることを特徴とする燃料電池
のガス供給方法。 ３ 特許請求の範囲第１項記載のガス供給方法に
おいて、供給空気を電解液タンクの電解液面上を
渦巻状に通過させることを特徴とする燃料電池の
ガス供給方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58143420A JPS6035470A (ja) | 1983-08-05 | 1983-08-05 | 燃料電池のガス供給方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58143420A JPS6035470A (ja) | 1983-08-05 | 1983-08-05 | 燃料電池のガス供給方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6035470A JPS6035470A (ja) | 1985-02-23 |
| JPH0158628B2 true JPH0158628B2 (ja) | 1989-12-12 |
Family
ID=15338330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58143420A Granted JPS6035470A (ja) | 1983-08-05 | 1983-08-05 | 燃料電池のガス供給方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6035470A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1983
- 1983-08-05 JP JP58143420A patent/JPS6035470A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6035470A (ja) | 1985-02-23 |
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