JPH0521079A - 水素昇圧装置及びこれを用いた燃料電池 - Google Patents
水素昇圧装置及びこれを用いた燃料電池Info
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- JPH0521079A JPH0521079A JP3171141A JP17114191A JPH0521079A JP H0521079 A JPH0521079 A JP H0521079A JP 3171141 A JP3171141 A JP 3171141A JP 17114191 A JP17114191 A JP 17114191A JP H0521079 A JPH0521079 A JP H0521079A
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- 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
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 低圧水素ガスから高圧水素ガスを得る水素昇
圧装置を提供し、さらにこれを用いて燃料電池の出力密
度を上昇する。 【構成】 ２枚のガス拡散電極１０２Ａ，１０２Ｂで固
体高分子電解質膜１０１を挟んで接合すると共にガス拡
散電極１０２Ａ，１０２Ｂに電源１０７接続し、正極に
接続されたガス拡散電極１０２Ａ側のガスセパレータ１
０５の水素供給溝１０５ａに含水素ガスを供給すると、
負極に接続されたガス拡散電極１０２Ｂ側のガスセパレ
ータ１０６の水素排出溝１０６ａから高圧となった水素
ガスが得られ、これを燃料電池の水素極へ供給すると、
出力密度を向上することができる。
圧装置を提供し、さらにこれを用いて燃料電池の出力密
度を上昇する。 【構成】 ２枚のガス拡散電極１０２Ａ，１０２Ｂで固
体高分子電解質膜１０１を挟んで接合すると共にガス拡
散電極１０２Ａ，１０２Ｂに電源１０７接続し、正極に
接続されたガス拡散電極１０２Ａ側のガスセパレータ１
０５の水素供給溝１０５ａに含水素ガスを供給すると、
負極に接続されたガス拡散電極１０２Ｂ側のガスセパレ
ータ１０６の水素排出溝１０６ａから高圧となった水素
ガスが得られ、これを燃料電池の水素極へ供給すると、
出力密度を向上することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水素昇圧装置及びこれ
を用いた燃料電池に関する。
を用いた燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、資源の枯渇問題を有する化
石燃料を使う必要がない上、騒音をほとんど発生せず、
エネルギの回収効率も他のエネルギ機関と較べて非常に
高くできる等の優れた特徴を持っているため、例えばビ
ルディング単位や工場単位の比較的小型の発電プラント
として利用されている。近年、この燃料電池を車載用の
内燃機関に代えて作動するモータの電源として利用し、
このモータにより車両等を駆動することが考えられてい
る。この場合に重要なことは、反応によって生成する物
質をできるだけ再利用することは当然のこととして、車
載用であることからも明らかなように、余り大きな出力
は必要でないものの、全ての付帯設備と共に可能な限り
小型であることが望ましく、このような点からイオン交
換膜を使用する燃料電池、特に固体高分子電解質膜燃料
電池が注目されている。
石燃料を使う必要がない上、騒音をほとんど発生せず、
エネルギの回収効率も他のエネルギ機関と較べて非常に
高くできる等の優れた特徴を持っているため、例えばビ
ルディング単位や工場単位の比較的小型の発電プラント
として利用されている。近年、この燃料電池を車載用の
内燃機関に代えて作動するモータの電源として利用し、
このモータにより車両等を駆動することが考えられてい
る。この場合に重要なことは、反応によって生成する物
質をできるだけ再利用することは当然のこととして、車
載用であることからも明らかなように、余り大きな出力
は必要でないものの、全ての付帯設備と共に可能な限り
小型であることが望ましく、このような点からイオン交
換膜を使用する燃料電池、特に固体高分子電解質膜燃料
電池が注目されている。
【０００３】ここで、一例として固体高分子電解質膜燃
料電池本体の基本構造を図３を参照しながら説明する。
同図に示すように、電池本体０１は固体高分子電解質膜
０２の両側にガス拡散電極０３Ａ，０３Ｂが接合される
ことにより構成されている。そしてこの接合体は、固体
高分子電解質膜０２の両側にガス拡散電極０３Ａ，０３
Ｂを合せた後、ホットプレス等することにより製造され
る。また、ガス拡散電極０３Ａ，０３Ｂはそれぞれ反応
膜０４Ａ，０４Ｂ及びガス拡散膜０５Ａ，０５Ｂが接合
されたものであり、電解質膜０２とは反応膜０４Ａ，０
４Ｂの表面が接触している。したがって、電池反応は主
に電解質膜０２と反応膜０４Ａ，０４Ｂとの間の接触面
で起こる。また、上記ガス拡散電極０３Ａの表面には、
酸素供給溝０６ａを有するガスセパレータが、また他方
のガス拡散電極０３Ｂの表面には水素供給溝０７ａを有
するガスセパレータ０７がそれぞれ接合されており、酸
素極と水素極を構成している。
料電池本体の基本構造を図３を参照しながら説明する。
同図に示すように、電池本体０１は固体高分子電解質膜
０２の両側にガス拡散電極０３Ａ，０３Ｂが接合される
ことにより構成されている。そしてこの接合体は、固体
高分子電解質膜０２の両側にガス拡散電極０３Ａ，０３
Ｂを合せた後、ホットプレス等することにより製造され
る。また、ガス拡散電極０３Ａ，０３Ｂはそれぞれ反応
膜０４Ａ，０４Ｂ及びガス拡散膜０５Ａ，０５Ｂが接合
されたものであり、電解質膜０２とは反応膜０４Ａ，０
４Ｂの表面が接触している。したがって、電池反応は主
に電解質膜０２と反応膜０４Ａ，０４Ｂとの間の接触面
で起こる。また、上記ガス拡散電極０３Ａの表面には、
酸素供給溝０６ａを有するガスセパレータが、また他方
のガス拡散電極０３Ｂの表面には水素供給溝０７ａを有
するガスセパレータ０７がそれぞれ接合されており、酸
素極と水素極を構成している。
【０００４】そして、酸素供給溝０６ａ及び水素供給溝
０７ａは酸素及び水素をそれぞれ供給すると、酸素，水
素は、各々のガス拡散膜０５Ａ，０５Ｂを介して反応膜
０４Ａ，０４Ｂ側へ供給され、各反応膜０４Ａ，０４Ｂ
と電解質膜０２との界面で次のような反応が起こる。 反応膜０４Ａの界面： Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ 反応膜０４Ｂの界面： ２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ- ここで、４Ｈ+ は電解質膜０２を通って水素極から酸素
極へ流れるが、４ｅ- は負荷０８を通って水素極から酸
素極へ流れることになり、電気エネルギが得られる。
０７ａは酸素及び水素をそれぞれ供給すると、酸素，水
素は、各々のガス拡散膜０５Ａ，０５Ｂを介して反応膜
０４Ａ，０４Ｂ側へ供給され、各反応膜０４Ａ，０４Ｂ
と電解質膜０２との界面で次のような反応が起こる。 反応膜０４Ａの界面： Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ 反応膜０４Ｂの界面： ２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ- ここで、４Ｈ+ は電解質膜０２を通って水素極から酸素
極へ流れるが、４ｅ- は負荷０８を通って水素極から酸
素極へ流れることになり、電気エネルギが得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】かかる燃料電池では、
水素極には主にメタノールを改質して得られる水素原料
改質ガスを供給するが、この水素原料改質ガスには水素
の他、ＣＯ2 やＣＯが含まれているという問題がある。
すなわち、燃料電池の出力密度を上げて性能向上を図る
ため、水素原料改質ガス中のＣＯ等の不純物ガスを除く
と共に、水素ガスの分圧を向上させることが有効であ
る。
水素極には主にメタノールを改質して得られる水素原料
改質ガスを供給するが、この水素原料改質ガスには水素
の他、ＣＯ2 やＣＯが含まれているという問題がある。
すなわち、燃料電池の出力密度を上げて性能向上を図る
ため、水素原料改質ガス中のＣＯ等の不純物ガスを除く
と共に、水素ガスの分圧を向上させることが有効であ
る。
【０００６】本発明はこのような事情に鑑み、水素圧を
昇圧できる装置及びこれを用いた燃料電池を提供するこ
とを目的とする。
昇圧できる装置及びこれを用いた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】前記目的を達成する本発
明に係る水素昇圧装置は、２枚のガス拡散電極で固体高
分子電解質膜を挟んで接合してなる接合体と、この接合
体の２枚のガス拡散電極に電圧を印加する電源と、この
電源の正極に接続されたガス拡散電極側に含水素ガスを
供給する水素供給系路と、上記電源の負極に接続された
ガス拡散電極側から高圧となった水素ガスを取り出す水
素排出系路とを有することを特徴とし、また、本発明に
係る燃料電池は、２枚のガス拡散電極で固体高分子電解
質膜を挟んで接合してなる接合体の両側の水素極及び酸
素極にそれぞれ水素ガス及び含水素ガスを供給して発電
する燃料電池であって、上記水素極への水素ガス供給系
路に上記構成の水素昇圧装置を介装してあり、該水素昇
圧装置の水素排出系路からの高圧の水素ガスを上記水素
極へ供給することを特徴とする。
明に係る水素昇圧装置は、２枚のガス拡散電極で固体高
分子電解質膜を挟んで接合してなる接合体と、この接合
体の２枚のガス拡散電極に電圧を印加する電源と、この
電源の正極に接続されたガス拡散電極側に含水素ガスを
供給する水素供給系路と、上記電源の負極に接続された
ガス拡散電極側から高圧となった水素ガスを取り出す水
素排出系路とを有することを特徴とし、また、本発明に
係る燃料電池は、２枚のガス拡散電極で固体高分子電解
質膜を挟んで接合してなる接合体の両側の水素極及び酸
素極にそれぞれ水素ガス及び含水素ガスを供給して発電
する燃料電池であって、上記水素極への水素ガス供給系
路に上記構成の水素昇圧装置を介装してあり、該水素昇
圧装置の水素排出系路からの高圧の水素ガスを上記水素
極へ供給することを特徴とする。
【０００８】
【作用】２枚のガス拡散電極で固体高分子電解質膜を挟
んで接合体の２枚のガス拡散電極に電圧をかけ、正極に
接続されたガス拡散電極側に含水素ガスを供給すると正
極側と負極側で次の反応が生じる。 正極（＋）： Ｈ2 （低圧）→２Ｈ+ ＋２ｅ- 負極（−）： ２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 （高圧）
んで接合体の２枚のガス拡散電極に電圧をかけ、正極に
接続されたガス拡散電極側に含水素ガスを供給すると正
極側と負極側で次の反応が生じる。 正極（＋）： Ｈ2 （低圧）→２Ｈ+ ＋２ｅ- 負極（−）： ２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 （高圧）
【０００９】そして、ここでの正極側の水素の圧力（Ｐ
H2）I と負極側の水素の圧力（ＰH2）IIと電圧Ｅとの関
係は下記数１のネルンストの式で示される。
H2）I と負極側の水素の圧力（ＰH2）IIと電圧Ｅとの関
係は下記数１のネルンストの式で示される。
【００１０】
【数１】
【００１１】このネルンストの式よりも、電圧を上げれ
ば負極側の水素圧（ＰH2）IIが上昇することがわかり、
例えば圧力を１０倍にするには電圧をｌn １０倍にすれ
ばよいことになる。
ば負極側の水素圧（ＰH2）IIが上昇することがわかり、
例えば圧力を１０倍にするには電圧をｌn １０倍にすれ
ばよいことになる。
【００１２】また、本発明の水素昇圧装置では、負極側
から水素のみが取り出されることになり、ＣＯやＣＯ2
は結果的に除去されることになる。しかし、ＣＯは正極
側のガス拡散電極の触媒活性を低下させることになるの
で、好ましくはＣＯは予めＣＯ2 に変化させておくなど
して除去しておく必要がある。
から水素のみが取り出されることになり、ＣＯやＣＯ2
は結果的に除去されることになる。しかし、ＣＯは正極
側のガス拡散電極の触媒活性を低下させることになるの
で、好ましくはＣＯは予めＣＯ2 に変化させておくなど
して除去しておく必要がある。
【００１３】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００１４】図１には一実施例に係る水素昇圧装置を概
念的に示す。同図に示すようにこの水素昇圧装置１００
は固体高分子電解質膜１０１を２枚のガス拡散電極１０
２Ａ，１０２Ｂで挟んで接合した接合体を有する。ここ
でガス拡散電極１０２Ａ，１０２Ｂはそれぞれ反応膜１
０３Ａ，１０３Ｂ及びガス拡散膜１０４Ａ，１０４Ｂか
らなる。そして、上記接合体はそれぞれ正極，負極とな
るガスセパレータ１０５，１０６で挟持され、ガスセパ
レータ１０５，１０６には電源１０７が接続されてい
る。なお、ガスセパレータ１０５，１０６にはそれぞれ
水素供給溝１０５ａ（含水素ガスを加湿しない場合に
は、水供給溝も同時に形成されている）及び水素排出溝
１０６ａが形成されている。
念的に示す。同図に示すようにこの水素昇圧装置１００
は固体高分子電解質膜１０１を２枚のガス拡散電極１０
２Ａ，１０２Ｂで挟んで接合した接合体を有する。ここ
でガス拡散電極１０２Ａ，１０２Ｂはそれぞれ反応膜１
０３Ａ，１０３Ｂ及びガス拡散膜１０４Ａ，１０４Ｂか
らなる。そして、上記接合体はそれぞれ正極，負極とな
るガスセパレータ１０５，１０６で挟持され、ガスセパ
レータ１０５，１０６には電源１０７が接続されてい
る。なお、ガスセパレータ１０５，１０６にはそれぞれ
水素供給溝１０５ａ（含水素ガスを加湿しない場合に
は、水供給溝も同時に形成されている）及び水素排出溝
１０６ａが形成されている。
【００１５】本実施例でガス拡散電極１０２Ａ，１０２
Ｂは、平均粒径５０Åの白金と平均粒径４５０Åの親水
性カーボンブラックと疎水性カーボンブラックと平均粒
径０．３μｍのポリテトラフルオロエチレンとが０．
７：７：３：３の割合で成る反応膜１０３Ａ，１０３Ｂ
と、平均粒径４２０Åの疎水性カーボンブラックと平均
粒径０．３μｍのポリテトラフルオロエチレンとが７：
３の割合から成る疎水性ガス拡散膜１０４Ａ，１０４Ｂ
とから構成されている。反応膜１０３Ａ，１０３Ｂ及び
疎水性ガス拡散膜１０４Ａ，１０４Ｂは、白金以外の各
原料粉末にソルベントナフサ，アルコール，水，炭化水
素などの溶媒を混合した後、圧縮形成することにより得
ることができる。そして、これらを重ねて圧延し、反応
膜１０３Ａ，１０３Ｂ側に、塩化白金酸化還元法により
Ｐt ０．５６mg/cm2を担持させることによりガス拡散電
極１０２Ａ，１０２Ｂが製造される。一方、上記固体高
分子電解質膜１０１としては０．１７mm厚さのパーフル
オロスルフォン酸ポリマー膜（ナフィオン１１７：デュ
ポン社製）を用いた。そして、ガス拡散電極１０２Ａ，
１０２Ｂの間に固体高分子電解質膜１０１をはさみ、ホ
ットプレスすることにより接合体とし、これをさらに２
枚の金属性のガスセパレータ１０５，１０６で挟持し、
電源１０７を接続して水素昇圧装置１００としている。
Ｂは、平均粒径５０Åの白金と平均粒径４５０Åの親水
性カーボンブラックと疎水性カーボンブラックと平均粒
径０．３μｍのポリテトラフルオロエチレンとが０．
７：７：３：３の割合で成る反応膜１０３Ａ，１０３Ｂ
と、平均粒径４２０Åの疎水性カーボンブラックと平均
粒径０．３μｍのポリテトラフルオロエチレンとが７：
３の割合から成る疎水性ガス拡散膜１０４Ａ，１０４Ｂ
とから構成されている。反応膜１０３Ａ，１０３Ｂ及び
疎水性ガス拡散膜１０４Ａ，１０４Ｂは、白金以外の各
原料粉末にソルベントナフサ，アルコール，水，炭化水
素などの溶媒を混合した後、圧縮形成することにより得
ることができる。そして、これらを重ねて圧延し、反応
膜１０３Ａ，１０３Ｂ側に、塩化白金酸化還元法により
Ｐt ０．５６mg/cm2を担持させることによりガス拡散電
極１０２Ａ，１０２Ｂが製造される。一方、上記固体高
分子電解質膜１０１としては０．１７mm厚さのパーフル
オロスルフォン酸ポリマー膜（ナフィオン１１７：デュ
ポン社製）を用いた。そして、ガス拡散電極１０２Ａ，
１０２Ｂの間に固体高分子電解質膜１０１をはさみ、ホ
ットプレスすることにより接合体とし、これをさらに２
枚の金属性のガスセパレータ１０５，１０６で挟持し、
電源１０７を接続して水素昇圧装置１００としている。
【００１６】上記水素昇圧装置１００を用いてガスセパ
レータ１０５に加湿したＨ2 ガスを供給したところ、ガ
スセパレータ１０６の水素排出溝１０６ａから１０atm
の高圧水素ガスが得られた。なお、このときの条件は、
１．００Ａ／cm2 で０．２５Ｖであった。
レータ１０５に加湿したＨ2 ガスを供給したところ、ガ
スセパレータ１０６の水素排出溝１０６ａから１０atm
の高圧水素ガスが得られた。なお、このときの条件は、
１．００Ａ／cm2 で０．２５Ｖであった。
【００１７】また、上記水素昇圧装置１００を採り入れ
た燃料電池システムの一例を図２に示す。同図に示すよ
うに、燃料電池本体１１の水素極１２に供給されるメタ
ノール改質ガスはメタノール改質装置１３で製造され
る。メタノール改質装置１３は改質部１４及び予熱部１
５からなり、改質部１４は水素極１２からの未反応ガス
及び空気からなる燃焼用ガスの燃焼により加熱され、ま
た、予熱部１５は改質部１４を加熱した燃焼用ガスの排
ガスにより加熱されるようになっている。この予熱部１
５は、改質用メタノール供給管１６を介してメタノール
タンク１７と連結されており、改質用メタノール供給管
１６の途中には改質ガスの原料となるメタノールタンク
１７中のメタノール１８をメタノール改質装置１３へ圧
送するためのモータ１９駆動のポンプ２０が取り付けら
れている。また、改質用メタノール供給管１６の途中に
は、一端側が水タンク２１に連通する水供給管２２の他
端側が接続されており、この水供給管２２の途中にはメ
タノール１８と共に改質原料となる水タンク２１内の水
２３を改質用メタノール供給管１６内に圧送するための
モータ２４駆動のポンプ２５が取り付けられている。
た燃料電池システムの一例を図２に示す。同図に示すよ
うに、燃料電池本体１１の水素極１２に供給されるメタ
ノール改質ガスはメタノール改質装置１３で製造され
る。メタノール改質装置１３は改質部１４及び予熱部１
５からなり、改質部１４は水素極１２からの未反応ガス
及び空気からなる燃焼用ガスの燃焼により加熱され、ま
た、予熱部１５は改質部１４を加熱した燃焼用ガスの排
ガスにより加熱されるようになっている。この予熱部１
５は、改質用メタノール供給管１６を介してメタノール
タンク１７と連結されており、改質用メタノール供給管
１６の途中には改質ガスの原料となるメタノールタンク
１７中のメタノール１８をメタノール改質装置１３へ圧
送するためのモータ１９駆動のポンプ２０が取り付けら
れている。また、改質用メタノール供給管１６の途中に
は、一端側が水タンク２１に連通する水供給管２２の他
端側が接続されており、この水供給管２２の途中にはメ
タノール１８と共に改質原料となる水タンク２１内の水
２３を改質用メタノール供給管１６内に圧送するための
モータ２４駆動のポンプ２５が取り付けられている。
【００１８】したがって、メタノール１８と水２３とか
らなる改質原料は、予熱部１５中の予熱管２６を通過す
る間に、上述した燃焼用ガスが燃焼して生成した高温の
燃焼排ガスとの間での熱交換により２００℃〜５００℃
程度に予熱される。そして、予熱された改質原料は改質
部１４でガス化されて改質ガス生成管２７中を通過し、
この改質ガス生成管２７に充填された改質用触媒に加熱
下で接触することになり、次の改質反応により改質され
る。 ＣＨ3 ＯＨ＋ｎＨ2 Ｏ→（１−ｎ）ＣＯ＋ｎＣＯ2 ＋（２＋ｎ）Ｈ2 但し、０＜ｎ＜１ このような改質においては、メタノール１８と水２３と
の混合比は、１モルのメタノールに対して水を０．０５
モルから５モル程度に設定するのが望ましい。また、原
料ガスの改質反応を効率良く行わせるためには、改質ガ
ス生成管２７内の圧力を一平方センチメートル当たり０
kg重〜２０kg重程度に設定し、又、この改質ガス生成管
２７内の温度を２００℃〜６００℃程度に設定すること
が望ましい。なお、改質用触媒としては、例えばプラチ
ナ（Ｐｔ）及びパラジウム（Ｐｄ）及びロジウム（Ｒ
ｈ）及びニッケル（Ｎｉ）の内の少なくとも一つの元素
を含むもの、或いは銅（Ｃｕ）及び亜鉛（Ｚｎ）及びク
ロム（Ｃｒ）の内の少なくとも一つの元素を含むものを
挙げることができる。
らなる改質原料は、予熱部１５中の予熱管２６を通過す
る間に、上述した燃焼用ガスが燃焼して生成した高温の
燃焼排ガスとの間での熱交換により２００℃〜５００℃
程度に予熱される。そして、予熱された改質原料は改質
部１４でガス化されて改質ガス生成管２７中を通過し、
この改質ガス生成管２７に充填された改質用触媒に加熱
下で接触することになり、次の改質反応により改質され
る。 ＣＨ3 ＯＨ＋ｎＨ2 Ｏ→（１−ｎ）ＣＯ＋ｎＣＯ2 ＋（２＋ｎ）Ｈ2 但し、０＜ｎ＜１ このような改質においては、メタノール１８と水２３と
の混合比は、１モルのメタノールに対して水を０．０５
モルから５モル程度に設定するのが望ましい。また、原
料ガスの改質反応を効率良く行わせるためには、改質ガ
ス生成管２７内の圧力を一平方センチメートル当たり０
kg重〜２０kg重程度に設定し、又、この改質ガス生成管
２７内の温度を２００℃〜６００℃程度に設定すること
が望ましい。なお、改質用触媒としては、例えばプラチ
ナ（Ｐｔ）及びパラジウム（Ｐｄ）及びロジウム（Ｒ
ｈ）及びニッケル（Ｎｉ）の内の少なくとも一つの元素
を含むもの、或いは銅（Ｃｕ）及び亜鉛（Ｚｎ）及びク
ロム（Ｃｒ）の内の少なくとも一つの元素を含むものを
挙げることができる。
【００１９】また、メタノール改質装置１３の始動時に
は燃焼用ガスに用いる電池本体１１からの未反応ガスの
代りにメタノールタンク１７中のメタノール１８を供給
するようになっている。すなわち、改質部１４とメタノ
ールタンク１７とを連結する起動用メタノール供給管２
８が設けられており、この起動用メタノール供給管２８
の途中には始動装置２９が設けられている。この始動装
置２９はメタノールタンク１７内のメタノール１８を改
質部１４内の図示しないノズル部側に圧送するための図
示しない始動用燃料供給ポンプと、この始動用燃料供給
ポンプから供給されるメタノール１８を蒸気気化されて
図示しないノズル部へ送り込むための図示しないメタノ
ール気化器とを具えている。
は燃焼用ガスに用いる電池本体１１からの未反応ガスの
代りにメタノールタンク１７中のメタノール１８を供給
するようになっている。すなわち、改質部１４とメタノ
ールタンク１７とを連結する起動用メタノール供給管２
８が設けられており、この起動用メタノール供給管２８
の途中には始動装置２９が設けられている。この始動装
置２９はメタノールタンク１７内のメタノール１８を改
質部１４内の図示しないノズル部側に圧送するための図
示しない始動用燃料供給ポンプと、この始動用燃料供給
ポンプから供給されるメタノール１８を蒸気気化されて
図示しないノズル部へ送り込むための図示しないメタノ
ール気化器とを具えている。
【００２０】一方、このメタノール改質装置１３の改質
ガス出口側に連通するように第１のＣＯ低減装置３０が
設けられている。この第１のＣＯ低減装置３０には、改
質ガス生成管２７内での改質反応により生成する改質ガ
ス中のＣＯを低減するためのＣＯシフト触媒が充填され
ている。なお、ＣＯシフト触媒としては、例えば銅（Ｃ
ｕ）及び亜鉛（Ｚｎ）の内の少なくと一つの元素を含む
ものを挙げることができる。ここで、第１のＣＯ低減装
置３０におけるＣＯシフト処理では、ＣＯはＨ2 Ｏとの
反応でＣＯ2 に転化され、ＣＯ濃度は１％程度まで低減
されるようになっている。
ガス出口側に連通するように第１のＣＯ低減装置３０が
設けられている。この第１のＣＯ低減装置３０には、改
質ガス生成管２７内での改質反応により生成する改質ガ
ス中のＣＯを低減するためのＣＯシフト触媒が充填され
ている。なお、ＣＯシフト触媒としては、例えば銅（Ｃ
ｕ）及び亜鉛（Ｚｎ）の内の少なくと一つの元素を含む
ものを挙げることができる。ここで、第１のＣＯ低減装
置３０におけるＣＯシフト処理では、ＣＯはＨ2 Ｏとの
反応でＣＯ2 に転化され、ＣＯ濃度は１％程度まで低減
されるようになっている。
【００２１】また、この第１のＣＯ低減装置３０に連通
する改質ガス供給管３１は第２のＣＯ低減装置３２に接
続されている。この第２のＣＯ低減装置３２で、改質ガ
スに空気を導入することにより、上述したように１％程
度となったＣＯを、さらに１００ppm 程度まで低減する
処理（セレクトオキソ）が行われている。
する改質ガス供給管３１は第２のＣＯ低減装置３２に接
続されている。この第２のＣＯ低減装置３２で、改質ガ
スに空気を導入することにより、上述したように１％程
度となったＣＯを、さらに１００ppm 程度まで低減する
処理（セレクトオキソ）が行われている。
【００２２】本実施例ではこのようにＣＯが低減される
改質ガスを水素昇圧装置１００に導入するようにしてお
り、この水素昇圧装置１００で昇圧された水素ガスは加
湿装置３３により加湿された後、燃料電池本体１１の水
素極１２側に導入される。すなわち、改質ガス供給管３
１の第２のＣＯ低減装置３２と燃料電池本体１１との間
に水素昇圧装置１００及び加湿装置３２が取り付けられ
ている。そして、このように燃料電池本体１１の水素極
１２に送り込まれた改質ガスのうち、余剰の未反応ガス
は、燃料電池本体１１と前記メタノール改質装置１３の
改質部１４とを連通する未反応ガス供給管３４を介して
改質部１４へ供給される。
改質ガスを水素昇圧装置１００に導入するようにしてお
り、この水素昇圧装置１００で昇圧された水素ガスは加
湿装置３３により加湿された後、燃料電池本体１１の水
素極１２側に導入される。すなわち、改質ガス供給管３
１の第２のＣＯ低減装置３２と燃料電池本体１１との間
に水素昇圧装置１００及び加湿装置３２が取り付けられ
ている。そして、このように燃料電池本体１１の水素極
１２に送り込まれた改質ガスのうち、余剰の未反応ガス
は、燃料電池本体１１と前記メタノール改質装置１３の
改質部１４とを連通する未反応ガス供給管３４を介して
改質部１４へ供給される。
【００２３】一方、燃料電池本体１１の酸素極３５には
空気供給管３６を介してブロワ３７が連結されており、
このブロワ３７からの加圧空気が酸素極３５側へ圧送さ
れるようになっている。そして、この空気は燃料電池本
体１１内の酸素極３５側で反応生成水を含んだ状態とな
って酸素極３５に接続される気水分離器３８に供給さ
れ、この内の水分が水回収管３９を介して水タンク２１
に回収され、気体分が排気管４０から外部へ排出され
る。
空気供給管３６を介してブロワ３７が連結されており、
このブロワ３７からの加圧空気が酸素極３５側へ圧送さ
れるようになっている。そして、この空気は燃料電池本
体１１内の酸素極３５側で反応生成水を含んだ状態とな
って酸素極３５に接続される気水分離器３８に供給さ
れ、この内の水分が水回収管３９を介して水タンク２１
に回収され、気体分が排気管４０から外部へ排出され
る。
【００２４】ここで、前記ブロワ３７は電源である蓄電
池４１から電気を供給されるブロワ駆動モータ４２によ
り駆動されている。なお、蓄電池４１には、第１のＣＯ
低減装置３０と第２のＣＯ低減装置３２との間の改質ガ
ス供給管３１に介装される排気タービン４３によって駆
動される発電機４４により発電される電気が蓄わえられ
るようなっている。また、前記ブロワ３７からの空気供
給管３６から分岐する第２の空気供給管４５はメタノー
ル供給管２８の途中に連通しており、この第２の空気供
給管４５を介して前述したようにメタノール改質装置１
３の改質部１４においての燃焼ガスとなる空気が供給さ
れている。なお、前記モータ１９，２４もブロワ駆動モ
ータと同様に蓄電池４１から供給される電気によって運
転されるようになっている。
池４１から電気を供給されるブロワ駆動モータ４２によ
り駆動されている。なお、蓄電池４１には、第１のＣＯ
低減装置３０と第２のＣＯ低減装置３２との間の改質ガ
ス供給管３１に介装される排気タービン４３によって駆
動される発電機４４により発電される電気が蓄わえられ
るようなっている。また、前記ブロワ３７からの空気供
給管３６から分岐する第２の空気供給管４５はメタノー
ル供給管２８の途中に連通しており、この第２の空気供
給管４５を介して前述したようにメタノール改質装置１
３の改質部１４においての燃焼ガスとなる空気が供給さ
れている。なお、前記モータ１９，２４もブロワ駆動モ
ータと同様に蓄電池４１から供給される電気によって運
転されるようになっている。
【００２５】また、前記水タンク２１と燃料電池本体１
１と加湿装置３３とは、冷却水循環配管４６を介して連
結されており、これら水タンク２１と燃料電池本体１１
との間の冷却水循環配管４６の途中には、水タンク２１
内の水２３を燃料電池本体１１に供給してこの燃料電池
本体１１を冷却し、逆に加熱された冷却水を加湿装置３
３に送るためのモータ４７駆動のポンプ４８が設けられ
ている。なお、加湿装置３３内では改質ガス供給管３１
内を流れる改質ガスと加熱された冷却水とがガス拡散膜
を介して接触しており、加熱された冷却水の温度に対応
する水蒸気分圧で改質ガスに水蒸気が添加されるように
なっている。また、モータ４７は蓄電池の電気によって
運転されるようになっている。
１と加湿装置３３とは、冷却水循環配管４６を介して連
結されており、これら水タンク２１と燃料電池本体１１
との間の冷却水循環配管４６の途中には、水タンク２１
内の水２３を燃料電池本体１１に供給してこの燃料電池
本体１１を冷却し、逆に加熱された冷却水を加湿装置３
３に送るためのモータ４７駆動のポンプ４８が設けられ
ている。なお、加湿装置３３内では改質ガス供給管３１
内を流れる改質ガスと加熱された冷却水とがガス拡散膜
を介して接触しており、加熱された冷却水の温度に対応
する水蒸気分圧で改質ガスに水蒸気が添加されるように
なっている。また、モータ４７は蓄電池の電気によって
運転されるようになっている。
【００２６】このような燃料電池で発電したところ、水
素原料改質ガス中のＣＯが水素昇圧装置１００で除去さ
れ、且つ高圧水素ガスが燃料電池本体１１の水素極１２
へ供給されるので、出力密度の向上した状態が維持され
た。
素原料改質ガス中のＣＯが水素昇圧装置１００で除去さ
れ、且つ高圧水素ガスが燃料電池本体１１の水素極１２
へ供給されるので、出力密度の向上した状態が維持され
た。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る水素
昇圧装置によると、高圧水素ガスが容易に得られ、ま
た、これを燃料電池に適用すると、水素極側の触媒のＣ
Ｏ被毒による活性低下が防止され且つ電流密度の向上し
た良好な発電が接続されるという効果を奏する。
昇圧装置によると、高圧水素ガスが容易に得られ、ま
た、これを燃料電池に適用すると、水素極側の触媒のＣ
Ｏ被毒による活性低下が防止され且つ電流密度の向上し
た良好な発電が接続されるという効果を奏する。
【図１】一実施例に係る水素昇圧装置の概略図である。
【図２】一実施例に係る燃料電池システムを示す概略図
である。
である。
【図３】燃料電池本体の一例を示す説明図である。
１ 改質ガス供給管
２Ａ，２Ｂ 吸着剤充填塔
６Ａ，６Ｂ 空気導入管
８Ａ，８Ｂ 排気管
１１ 燃料電池本体
１２ 水素極
１３ メタノール改質装置
１４ 改質部
１５ 予熱部
１６ 改質用メタノール供給管
１７ メタノールタンク
１８ メタノール
２１ 水タンク
２３ 水
３０ 第１のＣＯ低減装置
３１ 改質ガス供給管
３２ 第２のＣＯ低減装置
３３ 加湿装置
３５ 酸素極
３６ 空気供給管
１００ 水素昇圧装置
１０１ 固体高分子電解質膜
１０２Ａ，１０２Ｂ ガス拡散電極
１０３Ａ，１０３Ｂ 反応膜
１０４Ａ，１０４Ｂ
１０５，１０６ ガスセパレータ
１０７ 電源
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 峰尾 徳一
神奈川県相模原市田名3000番地 三菱重工
業株式会社相模原製作所内
Claims (2)
- 【請求項１】 ２枚のガス拡散電極で固体高分子電解質
膜を挟んで接合してなる接合体と、この接合体の２枚の
ガス拡散電極に電圧を印加する電源と、この電源の正極
に接続されたガス拡散電極側に含水素ガスを供給する水
素供給系路と、上記電源の負極に接続されたガス拡散電
極側から高圧となった水素ガスを取り出す水素排出系路
とを有することを特徴とする水素昇圧装置。 - 【請求項２】 ２枚のガス拡散電極で固体高分子電解質
膜を挟んで接合してなる接合体の両側の水素極及び酸素
極にそれぞれ水素ガス及び含水素ガスを供給して発電す
る燃料電池であって、上記水素極への水素ガス供給系路
に請求項１の水素昇圧装置を介装してあり、該水素昇圧
装置の水素排出系路からの高圧の水素ガスを上記水素極
へ供給することを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17114191A JP3358820B2 (ja) | 1991-07-11 | 1991-07-11 | 水素昇圧装置及びこれを用いた燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17114191A JP3358820B2 (ja) | 1991-07-11 | 1991-07-11 | 水素昇圧装置及びこれを用いた燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0521079A true JPH0521079A (ja) | 1993-01-29 |
| JP3358820B2 JP3358820B2 (ja) | 2002-12-24 |
Family
ID=15917750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17114191A Expired - Fee Related JP3358820B2 (ja) | 1991-07-11 | 1991-07-11 | 水素昇圧装置及びこれを用いた燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3358820B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0810682A2 (en) | 1996-05-30 | 1997-12-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cells-based generator system and method of the same |
| JP2007165334A (ja) * | 2007-01-29 | 2007-06-28 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| WO2015020065A1 (ja) * | 2013-08-05 | 2015-02-12 | 国立大学法人山梨大学 | 水素精製昇圧装置 |
| JP2015117139A (ja) * | 2013-12-16 | 2015-06-25 | 国立大学法人山梨大学 | 水素精製昇圧システム及びその運転方法 |
| WO2020115983A1 (ja) * | 2018-12-03 | 2020-06-11 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 水素昇圧システム |
| WO2020129513A1 (ja) * | 2018-12-19 | 2020-06-25 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電気化学式水素ポンプ |
| JP6719076B1 (ja) * | 2019-02-19 | 2020-07-08 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電気化学式水素ポンプ |
| JP6719075B1 (ja) * | 2019-01-24 | 2020-07-08 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電気化学式水素ポンプ |
| WO2020170580A1 (ja) * | 2019-02-19 | 2020-08-27 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電気化学式水素ポンプ |
-
1991
- 1991-07-11 JP JP17114191A patent/JP3358820B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5885727A (en) * | 1996-05-30 | 1999-03-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell-based generator system and method of the same |
| EP0810682A2 (en) | 1996-05-30 | 1997-12-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cells-based generator system and method of the same |
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| US10011912B2 (en) | 2013-08-05 | 2018-07-03 | University Of Yamanashi | Hydrogen refining pressure-boosting device |
| JP2015117139A (ja) * | 2013-12-16 | 2015-06-25 | 国立大学法人山梨大学 | 水素精製昇圧システム及びその運転方法 |
| CN111742082A (zh) * | 2018-12-03 | 2020-10-02 | 松下知识产权经营株式会社 | 氢升压系统 |
| WO2020115983A1 (ja) * | 2018-12-03 | 2020-06-11 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 水素昇圧システム |
| JP2020094270A (ja) * | 2018-12-03 | 2020-06-18 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 水素昇圧システム |
| WO2020129513A1 (ja) * | 2018-12-19 | 2020-06-25 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電気化学式水素ポンプ |
| CN112771209A (zh) * | 2018-12-19 | 2021-05-07 | 松下知识产权经营株式会社 | 电化学式氢泵 |
| JPWO2020129513A1 (ja) * | 2018-12-19 | 2021-05-20 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電気化学式水素ポンプ |
| EP3901330A4 (en) * | 2018-12-19 | 2022-03-23 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | ELECTROCHEMICAL HYDROGEN PUMP |
| JP6719075B1 (ja) * | 2019-01-24 | 2020-07-08 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電気化学式水素ポンプ |
| WO2020153022A1 (ja) * | 2019-01-24 | 2020-07-30 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電気化学式水素ポンプ |
| CN111742081A (zh) * | 2019-01-24 | 2020-10-02 | 松下知识产权经营株式会社 | 电化学式氢泵 |
| WO2020170580A1 (ja) * | 2019-02-19 | 2020-08-27 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電気化学式水素ポンプ |
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| CN111836919A (zh) * | 2019-02-19 | 2020-10-27 | 松下知识产权经营株式会社 | 电化学式氢泵 |
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