JPH06111841A - Solid high polymer electrolyte type fuel cell system - Google Patents

Solid high polymer electrolyte type fuel cell system

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JPH06111841A
JPH06111841A JP4261421A JP26142192A JPH06111841A JP H06111841 A JPH06111841 A JP H06111841A JP 4261421 A JP4261421 A JP 4261421A JP 26142192 A JP26142192 A JP 26142192A JP H06111841 A JPH06111841 A JP H06111841A
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fuel
fuel cell
heat
electrode
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Hirotoshi Iketani
裕俊 池谷
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Abstract

PURPOSE:To miniaturize a cooling system with condensation heat lessened, by using vaporization heat of water for cooling reforming pas, and supplying steam, less in steam quantity, generated in the cooling process. CONSTITUTION:In order to heat a reformer 5 to 260 deg.C, gas 24, including hydrogen gas in fuel electrode 2 side exhaust, is mixed with air 26 from a pump 9 to be burnt in a burner 5B. Also methanol 25 is concurrently burnt as auxiliary fuel. Exhaust gas 27 after burning is used for preheating methanol 16 and water 17 in a heat exchanger 8. Reforming gas 19 at 260 deg.C makes humidifying water 21 steam by a vaporizer 10, is cooled to at 90 deg.C to concurrently become humidified reforming gas 20. On the one hand, water 23 from a water storage tank 7 is heated to at 90 deg.C by a heat exchanger 11 for cooling a fuel cell to be supplied to the fuel electrode 2. High-humidity air 29 from an oxidant electrode 3 side is steam-separated by an expander 14 and a condenser 15, and water 30 is recovered to be stored in the tank 7.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子電解質型燃
料電池を用いた燃料電池システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system using a solid polymer electrolyte fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来燃料電池は大型の発電システムとし
て開発されてきた。各種の燃料電池のなかで、パーフル
オロカーボンスルホン酸膜などの固体高分子電解質を用
いた燃料電池は、比較的低温(室温〜100℃)で作動
させることも可能である。
2. Description of the Related Art Conventionally, fuel cells have been developed as a large power generation system. Among various fuel cells, a fuel cell using a solid polymer electrolyte such as a perfluorocarbon sulfonic acid membrane can be operated at a relatively low temperature (room temperature to 100 ° C.).

【0003】そのため、固体高分子電解質型燃料電池を
用いた発電装置は小型化に適しており電気自動車、人工
衛星等の孤立した系に搭載する小型の発電装置として特
に適している。
Therefore, a power generator using a solid polymer electrolyte fuel cell is suitable for miniaturization, and is particularly suitable as a small power generator to be installed in an isolated system such as an electric vehicle or an artificial satellite.

【0004】この固体高分子電解質型燃料電池を用いた
発電装置を孤立した系に適用するためには、以下に述べ
るように、水補給システムに関わるエネルギー損失を最
小にするという課題がある。
In order to apply the power generation device using this solid polymer electrolyte fuel cell to an isolated system, there is a problem of minimizing energy loss related to the water supply system, as described below.

【0005】この固体高分子電解質型燃料電池が稼働す
ると、燃料極から酸化剤極へ、イオンと共に水が流れる
ので、次第に燃料極側の水分が不足し、効率が低下す
る。一方、酸化剤極側は、燃料極側から流れてくる水に
加え、電極反応により水を生成するので、水分が過剰に
なる。
When this solid polymer electrolyte fuel cell is operated, water flows together with ions from the fuel electrode to the oxidizer electrode, so that the water content on the fuel electrode side gradually becomes insufficient and the efficiency decreases. On the other hand, the oxidant electrode side produces water by the electrode reaction in addition to the water flowing from the fuel electrode side, so that the water content becomes excessive.

【0006】したがって、この燃料電池を連続的に作動
させるためには、上記水収支のバランスを取り、燃料極
側に水を補給し、酸化剤極側から水を除去しなければな
らない。以上のように、この固体高分子電解質型燃料電
池には、燃料極に水を補給する水補給機構が不可欠であ
る。
Therefore, in order to continuously operate this fuel cell, it is necessary to balance the water balance, supply water to the fuel electrode side, and remove water from the oxidizer electrode side. As described above, a water replenishment mechanism for replenishing water to the fuel electrode is indispensable for this solid polymer electrolyte fuel cell.

【0007】従来の燃料電池システムにおいては燃料極
に水を補給する方法として、例えば、改質器において燃
料のメタノール1モルを水蒸気1モルで改質して、3モ
ルの水素と1モルの炭酸ガスからなる改質ガスを生成さ
せる際に、メタノールに添加する水の量を増して改質ガ
スを加湿し、その水蒸気によって燃料極に水を補給する
方法が知られている。
In a conventional fuel cell system, as a method of supplying water to the fuel electrode, for example, 1 mol of methanol as a fuel is reformed with 1 mol of steam in a reformer, and 3 mol of hydrogen and 1 mol of carbon dioxide are reformed. There is known a method of increasing the amount of water added to methanol to humidify the reformed gas when the reformed gas composed of gas is generated, and replenishing the fuel electrode with water by the steam.

【0008】改質器におけるメタノールと水の改質反応
は等モル反応であるため、必要なモル数以上に水を添加
すれば、余分な水は水蒸気として残る。この水蒸気を改
質された水素と共に燃料極に供給することにより燃料極
側に水を補給することは可能である。しかし、この方法
では次のような問題点がある。
Since the reforming reaction of methanol and water in the reformer is an equimolar reaction, if water is added in excess of the required number of moles, excess water remains as steam. It is possible to replenish water to the fuel electrode side by supplying this steam together with the reformed hydrogen to the fuel electrode. However, this method has the following problems.

【0009】現在用いられている改質器においては、メ
タノール等の炭化水素基を含む燃料を水素ガスに改質す
るには、改質触媒の性能上改質触媒の温度を260℃程
度に保つ必要がある。しかし上記の方法を適用すると上
記余分な水を気化し、260℃にまで加熱する熱エネル
ギーを必要とする。
In the currently used reformer, in order to reform a fuel containing a hydrocarbon group such as methanol into hydrogen gas, the temperature of the reforming catalyst is kept at about 260 ° C. in view of the performance of the reforming catalyst. There is a need. However, application of the above method requires heat energy to vaporize the excess water and heat it up to 260 ° C.

【0010】しかし固体高分子電解質型の燃料電池の動
作温度を90℃とすれば、改質ガスの温度を260℃か
ら90℃に下げて燃料電池に供給する必要がある。すな
わち改質ガス中の水蒸気を90℃から260℃にまで加
熱するのに要した熱エネルギーは不要なエネルギー消費
であり、エネルギー損失になる。また260℃から90
℃への冷却過程で改質ガス中の過飽和水分が凝縮してし
まうので、その分の熱エネルギーが無駄に消費されてし
まうことになる。
However, if the operating temperature of the solid polymer electrolyte type fuel cell is 90 ° C., it is necessary to lower the temperature of the reformed gas from 260 ° C. to 90 ° C. and supply it to the fuel cell. That is, the thermal energy required to heat the steam in the reformed gas from 90 ° C. to 260 ° C. is unnecessary energy consumption, resulting in energy loss. Also from 260 ℃ to 90
Since supersaturated water in the reformed gas is condensed during the cooling process to ℃, the heat energy is consumed in vain.

【0011】これを改善するために、特開平3−269
955号公報には、余分な水を添加せず、その後の改質
されたガスに水蒸気を添加する方法について記載されて
いる。
In order to improve this, Japanese Patent Laid-Open No. 3-269
Japanese Patent No. 955 describes a method of adding steam to the reformed gas without adding extra water.

【0012】この方法は、燃料極に補給するための水
を、改質器で燃焼した排ガスの熱量および260℃の改
質ガスの熱量で水蒸気化し、得られた水蒸気を用いて改
質ガスを加湿する方法である。この方法によれば、上記
問題点すなわち水蒸気の温度を260℃にまで加熱する
ことに伴う熱エネルギーの無駄な消費が改善される。
In this method, the water for replenishing the fuel electrode is steamed with the heat quantity of the exhaust gas burned in the reformer and the heat quantity of the reformed gas at 260 ° C., and the obtained steam is used to transform the reformed gas. It is a method of humidifying. According to this method, the above-mentioned problem, that is, the wasteful consumption of heat energy due to heating the temperature of the steam up to 260 ° C. is improved.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかし上記方法にも問
題点がある。改質器で燃焼した排ガスの熱量および改質
ガスの熱量は、水の気化熱に比較してあまり大きくない
ため、燃料極が必要とする水の一部しか水蒸気化できな
い。したがって、残りの水分を水蒸気化するためには、
燃料のメタノールを用いて、それ専用のバーナーで加熱
する必要がある。しかしそれは燃料のメタノールの消費
量を増やすこと、システムを複雑化、大型化すること等
の点で好ましくない。
However, the above method also has a problem. Since the calorific value of the exhaust gas burned in the reformer and the calorific value of the reformed gas are not so large as compared with the heat of vaporization of water, only part of the water required by the fuel electrode can be vaporized. Therefore, in order to vaporize the remaining water,
It needs to be heated with its own burner using the fuel methanol. However, it is not preferable in terms of increasing the consumption of methanol as fuel, complicating the system, and increasing the size.

【0014】また、燃料極が必要とする水の全部を水蒸
気として供給すると、温度90℃、相対湿度100%の
高濃度水蒸気の改質ガスを供給する必要があるが、この
ような高濃度の水蒸気を凝縮させずにパイプラインで供
給することは難しい。
Further, if all the water required by the fuel electrode is supplied as steam, it is necessary to supply a reformed gas of high-concentration steam having a temperature of 90 ° C. and a relative humidity of 100%. It is difficult to supply water vapor in a pipeline without condensing it.

【0015】更に、温度90℃の燃料電池内部では、上
記高濃度水蒸気が凝縮して水になるため、多量の凝縮熱
を発生する。この多量の熱発生により、燃料電池の冷却
装置を大型化する必要が生じる。すなわち水蒸気の気化
に必要な多量の熱消費および凝縮に伴う熱発生は、不要
なエネルギー消費であり、それらの熱が利用されないで
捨てられるため、エネルギー収支の点からも、大きな損
失である。
Furthermore, inside the fuel cell at a temperature of 90 ° C., the high-concentration water vapor condenses into water, so that a large amount of condensation heat is generated. Due to this large amount of heat generation, it becomes necessary to upsize the cooling device of the fuel cell. That is, a large amount of heat consumption required for vaporization of water vapor and heat generation due to condensation are unnecessary energy consumption, and since the heat is discarded without being used, it is a large loss in terms of energy balance.

【0016】固体高分子電解質型燃料電池を用いた発電
装置を、例えば電気自動車のような、孤立した系で用い
る場合には特に、燃料など物質の消費を最小にし、廃熱
として捨てられるエネルギー損失を最小限に抑え込み、
装置全体を小型化しなければならない。上記のように、
従来の方法ではこの課題を解決することはできなかっ
た。
When a power generator using a solid polymer electrolyte fuel cell is used in an isolated system such as an electric vehicle, consumption of substances such as fuel is minimized and energy loss is wasted as waste heat. To a minimum,
The entire device must be miniaturized. as mentioned above,
This problem cannot be solved by the conventional method.

【0017】本発明は上記課題を解決し、エネルギーの
損失の少ない効率的な水補給システムを開発し、電気自
動車等に適した小型で高効率な燃料電池システムを提供
することを目的とする。
An object of the present invention is to solve the above problems, to develop an efficient water replenishment system with less energy loss, and to provide a small and highly efficient fuel cell system suitable for electric vehicles and the like.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、研究を進めた結果、高温の改質ガスに添加して水蒸
気化する水分量を、該改質ガスを燃料電池に注入するた
めに必要な温度に冷却するのに必要なだけの量に制限
し、燃料極が必要とする残りの水分は、液体の水の形で
供給することによって、エネルギーの損失の少ない効率
的な水補給システムが構成できることを見出だし、本発
明を完成するに至った。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above-mentioned object, as a result of research, in order to inject the reformed gas into the fuel cell, the amount of water added to the high-temperature reformed gas to be vaporized. Efficient water replenishment with low energy loss by limiting the amount required to cool to the required temperature for the necessary amount and supplying the remaining water required by the fuel electrode in the form of liquid water. They have found that the system can be configured and have completed the present invention.

【0019】すなわち本発明は、燃料極と酸化剤極と両
電極に狭持された固体高分子電解質を有する燃料電池
と、燃料を水素ガスに改質して、前記燃料電極に供給す
る改質器とを備えた燃料電池システムにおいて、水を改
質されたガスに混合する装置と、燃料極表面に形成され
た、水を供給する通路とを備えたことを特徴とする固体
高分子電解質型燃料電池システムである。本発明の燃料
電池においては、水は燃料極に、改質ガスに含まれる水
蒸気と、液体の水の形で直接供給される水分の2種類の
形態で供給される。
That is, the present invention is a fuel cell having a fuel electrode, an oxidizer electrode, and a solid polymer electrolyte sandwiched between both electrodes, and a reformer that reforms fuel into hydrogen gas and supplies it to the fuel electrode. In a fuel cell system including a container, a device for mixing water with reformed gas, and a passage for supplying water formed on the fuel electrode surface are provided. It is a fuel cell system. In the fuel cell of the present invention, water is supplied to the fuel electrode in two forms: water vapor contained in the reformed gas and water supplied directly in the form of liquid water.

【0020】本発明の燃料電池を、例えば90℃で作動
させる場合、260℃の改質ガスは、燃料極に注入する
ときには90℃までに下げる必要がある。この温度低下
に有効なのは水の気化熱である。水の気化熱は大きいの
で、少量の水の添加で効果的に下げることができる。そ
のため、改質ガスに水を添加し、その気化熱で改質ガス
の温度を90℃まで下げる。水の添加量は90℃に下げ
るのに必要な量に制限する。このようにして、温度90
℃、相対湿度10〜20%の水蒸気を含む改質ガスが得
られる。これは燃料極に供給する水分の約5%に相当す
る。
When the fuel cell of the present invention is operated at 90 ° C., for example, the reformed gas at 260 ° C. needs to be lowered to 90 ° C. when it is injected into the fuel electrode. Effective for this temperature decrease is the heat of vaporization of water. Since the heat of vaporization of water is large, it can be effectively reduced by adding a small amount of water. Therefore, water is added to the reformed gas, and the temperature of the reformed gas is lowered to 90 ° C. by the heat of vaporization. The amount of water added is limited to that required to bring it down to 90 ° C. In this way, the temperature 90
A reformed gas containing water vapor at 10 ° C. and a relative humidity of 10 to 20% is obtained. This corresponds to about 5% of the water supplied to the fuel electrode.

【0021】燃料極が必要とする残りの約95%の水分
は、液体の水の形で直接燃料極に供給する。水の供給は
燃料極表面に形成した多孔質体などの吸水性、透水性材
料からなる水分の通路を通して直接供給することができ
る。
The remaining about 95% of the water required by the anode is supplied directly to the anode in the form of liquid water. Water can be supplied directly through a water passage made of a water-absorbing or water-permeable material such as a porous body formed on the surface of the fuel electrode.

【0022】燃料極に直接供給する水は燃料極に90℃
に加熱して供給する必要がある。水の加熱には上記改質
ガス中の水蒸気の凝縮熱を含む、燃料電池の廃熱を熱交
換器を設置することにより利用することができる。また
燃料極に供給する水分は、酸化剤極側から排出される水
蒸気を含んだガスから水分を回収し、これを再び燃料極
に供給して循環して用いることができる。
Water supplied directly to the fuel electrode is 90 ° C. to the fuel electrode.
Need to be heated and supplied. To heat the water, the waste heat of the fuel cell including the heat of condensation of the steam in the reformed gas can be used by installing a heat exchanger. As the water supplied to the fuel electrode, water can be recovered from the gas containing water vapor discharged from the oxidizer electrode side, supplied again to the fuel electrode and circulated for use.

【0023】[0023]

【作用】本発明の燃料電池においては、水の気化熱が改
質ガスの温度を90℃まで下げるのに、有効に用いられ
る。この過程で発生した水蒸気は燃料電池の燃料極に供
給される。なお、ここで得られた水蒸気を含む改質ガス
は、相対湿度が低いのでパイプラインで凝縮する心配は
ない。この水蒸気は燃料電池内で凝縮して熱を出すが、
水蒸気量が少ないので発生する凝縮熱は少なく、そのた
め燃料電池の冷却装置を小型化できる。
In the fuel cell of the present invention, the heat of vaporization of water is effectively used to lower the temperature of the reformed gas to 90 ° C. The water vapor generated in this process is supplied to the fuel electrode of the fuel cell. Since the reformed gas containing steam obtained here has a low relative humidity, there is no fear of condensation in the pipeline. This water vapor condenses in the fuel cell to generate heat,
Since the amount of water vapor is small, the heat of condensation generated is small, and therefore the cooling device for the fuel cell can be downsized.

【0024】また上記凝縮熱を含む燃料電池の廃熱を、
熱交換器を用いることにより燃料極の表面に形成した水
分の通路から供給される液体の水を90℃に加熱するた
めに用いることができる。
The waste heat of the fuel cell containing the heat of condensation is
By using a heat exchanger, it can be used to heat the liquid water supplied from the water passage formed on the surface of the fuel electrode to 90 ° C.

【0025】また本発明においては、燃料極に加湿され
た改質ガスと液体の水が供給されるが、この組み合わせ
によって、以下に示す本発明のもう一つの作用効果がも
たらされる。
Further, in the present invention, the humidified reformed gas and liquid water are supplied to the fuel electrode, but this combination brings about another effect of the present invention described below.

【0026】もし、燃料極に乾燥した改質ガスと液体の
水が供給された場合には、燃料極に注入された乾燥した
改質ガスは、燃料極に配置された多孔質体中に水分を蒸
発させ、多孔質体を乾燥させる。その乾燥させる度合い
は入り口に近いほど大きいので、燃料極に配置された多
孔質体中の水分の分布に、著しいアンバランスを生じ、
その結果、燃料電池内部の水分の分布も著しく不均一に
なり、燃料電池の発電効率が低下する。
If the dry reformed gas and the liquid water are supplied to the fuel electrode, the dry reformed gas injected into the fuel electrode has a moisture content in the porous body disposed in the fuel electrode. Are evaporated and the porous body is dried. Since the degree of drying is greater as it gets closer to the inlet, it causes a significant imbalance in the distribution of water in the porous body arranged at the fuel electrode,
As a result, the distribution of water inside the fuel cell becomes significantly uneven, and the power generation efficiency of the fuel cell is reduced.

【0027】それに対し、本発明の改質ガスは加湿され
ているため、多孔質体中の水分の蒸発が緩和され、その
結果として、燃料電池内部の水分の分布は均一になり、
燃料電池の発電効率は向上する。
On the other hand, since the reformed gas of the present invention is humidified, the evaporation of water in the porous body is alleviated, and as a result, the distribution of water in the fuel cell becomes uniform,
The power generation efficiency of the fuel cell is improved.

【0028】本発明においては、改質器から排出される
燃焼後の廃ガスの熱量は、燃料極に補給する水分の気化
にではなく、改質器に注入する等モルの原料の予備加熱
に用いることが好ましい。予備加熱によって改質器の熱
負担をできるだけ小さくし、改質器を加熱するための補
助燃料である、燃料メタノールの消費を少なくすること
が目的である。さらに、上記予備加熱の前段階の予備加
熱として、燃料電池の廃熱を利用することが好ましい。
In the present invention, the calorific value of the waste gas after combustion discharged from the reformer is not for vaporizing the water to be supplied to the fuel electrode but for preheating the equimolar raw material to be injected into the reformer. It is preferable to use. The purpose is to reduce the heat load on the reformer as much as possible by preheating and to reduce the consumption of fuel methanol, which is an auxiliary fuel for heating the reformer. Further, it is preferable to use the waste heat of the fuel cell as the preliminary heating before the preliminary heating.

【0029】上記予備加熱のステップにより、改質器に
高温の原料ガスを注入することができ、改質器における
メタノール等炭化水素基を含む燃料の消費を少なくする
ことが可能である。
By the above preheating step, a high temperature raw material gas can be injected into the reformer, and it is possible to reduce the consumption of fuel containing a hydrocarbon group such as methanol in the reformer.

【0030】[0030]

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。 (実施例)EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. (Example)

【0031】図1は本発明に関わる固体高分子電解質型
の燃料電池発電装置のシステム構成図である。図におい
て、簡略化して単電池のみを示した燃料電池1は、燃料
極2と酸化剤極3と両電極間に狭持された固体高分子電
解質36および燃料極2表面に、燃料極に水を供給する
ための水分の通路(図示せず)が備えられ、更に熱交換
器4を備えている。
FIG. 1 is a system configuration diagram of a solid polymer electrolyte type fuel cell power generator according to the present invention. In the figure, a fuel cell 1 which is shown as a single cell for simplification shows a solid polymer electrolyte 36 sandwiched between a fuel electrode 2, an oxidizer electrode 3 and both electrodes, a surface of the fuel electrode 2 and water on the fuel electrode. A water passage (not shown) for supplying the heat is provided, and a heat exchanger 4 is further provided.

【0032】改質器5には、燃料タンク6からメタノー
ル16が、貯水タンク7から水17がそれぞれ所定の量
だけ送られ、所定の混合比の燃料18が改質器5で反応
し、水素を主成分とする改質ガス19を生成する。
Methanol 16 from the fuel tank 6 and water 17 from the water storage tank 7 are sent to the reformer 5 by a predetermined amount, respectively, and the fuel 18 having a predetermined mixing ratio reacts in the reformer 5 to generate hydrogen. A reformed gas 19 containing as a main component is generated.

【0033】改質器5を260℃に加熱するために、燃
料電池の燃料極側から排気された水素を含むガス24が
送られ、ポンプ9によって送られる空気26と混合され
てバーナー5Bで燃焼される。また補助燃料として燃料
タンク6のメタノール25も送られ、同時に燃焼され
る。燃焼後の廃ガス27の熱は、熱交換器8によって、
原料のメタノール16と水17を予備加熱するために用
いられる。
In order to heat the reformer 5 to 260 ° C., the gas 24 containing hydrogen exhausted from the fuel electrode side of the fuel cell is sent, mixed with the air 26 sent by the pump 9 and burned in the burner 5B. To be done. Further, methanol 25 in the fuel tank 6 is also sent as auxiliary fuel and is burned at the same time. The heat of the waste gas 27 after combustion is generated by the heat exchanger 8.
It is used to preheat the raw materials methanol 16 and water 17.

【0034】260℃の改質ガス19は水の気化器10
に送られる。気化器10には、加湿用水21が供給され
ている。加湿用水21は貯水タンク7から熱交換器12
に送られ予備加熱された後、気化器10に送られてい
る。気化器10においては、260℃の改質ガス19は
加湿用水21を水蒸気化し、90℃に冷却されると共に
加湿された改質ガス20となる。上記熱交換器12は、
酸化剤極3に送るためにコンプレッサ13で加圧され、
高温になった空気28を90℃に冷却するためのもので
ある。一方、貯水タンク7から送られた水23は、燃料
電池を冷却するための熱交換器11により90℃に加熱
され、燃料極2に供給される。
The reformed gas 19 at 260 ° C. is the water vaporizer 10
Sent to. Humidification water 21 is supplied to the vaporizer 10. The humidifying water 21 flows from the water storage tank 7 to the heat exchanger 12
And is preheated and then sent to the vaporizer 10. In the vaporizer 10, the reformed gas 19 at 260 ° C. vaporizes the humidifying water 21 and becomes the reformed gas 20 that is cooled to 90 ° C. and is humidified. The heat exchanger 12 is
Compressed by the compressor 13 to send to the oxidizer electrode 3,
This is for cooling the hot air 28 to 90 ° C. On the other hand, the water 23 sent from the water storage tank 7 is heated to 90 ° C. by the heat exchanger 11 for cooling the fuel cell and supplied to the fuel electrode 2.

【0035】図1で酸化剤極側から排出される高湿度の
空気29は、膨張器14および復水器15により気水分
離され、水30が回収される。回収された水は貯水タン
ク7に貯蔵される。図示していないが、燃料電池の熱交
換器11により、改質器5に供給される原料のメタノー
ル16と水17を予備加熱することが好ましい。
The high-humidity air 29 discharged from the oxidizer electrode side in FIG. 1 is separated into steam and water by the expander 14 and the condenser 15, and water 30 is recovered. The recovered water is stored in the water storage tank 7. Although not shown, it is preferable to preheat the raw materials methanol 16 and water 17 supplied to the reformer 5 by the heat exchanger 11 of the fuel cell.

【0036】一方、図2に本実施例に係る燃料電池1の
概略図を示す。燃料電池1は、パーフルオロカーボンス
ルホン酸からなる固体高分子電解質膜(商品名;Naf
ion;Du Pont社製)36の両側に燃料極2と
酸化剤極3が形成された単セルを複数個積層して構成さ
れている。また各単セルは、導電体からなる隔離板によ
り分離されており、かつ電気的には導通されている。燃
料極2、および酸化剤極3に沿って各々改質ガスの通路
33、空気の通路34が形成されている。改質ガスおよ
び空気はそれぞれ矢印A、Bの向きに各通路を流れる。
各通路には集電用メタルネットが形成されている。燃料
極2表面には水分の通路となる、吸水性、または透水性
の物質(例えば多孔質体)31が形成されている。該吸
水性、または透水性物質31を介して図1の水23が図
2中cに示される方向に流れ燃料極2に水を供給する図
3に燃料極2の垂直方向の断面図を示す。図3に示した
ように吸水性、または透水性物質31は燃料極2を部分
的に覆っている。燃料極2においては、吸水性、または
透水性物質31が覆っている部分から水の供給が行われ
る。また、吸水性、または透水性物質が覆っていない部
分から改質ガスとの電極反応が行われる。
On the other hand, FIG. 2 shows a schematic view of the fuel cell 1 according to this embodiment. The fuel cell 1 is a solid polymer electrolyte membrane (trade name: Naf) made of perfluorocarbon sulfonic acid.
Ion; manufactured by Du Pont) 36, and a plurality of unit cells each having a fuel electrode 2 and an oxidant electrode 3 formed on both sides thereof are laminated. Further, each unit cell is separated by a separator made of a conductor and is electrically connected. A reformed gas passage 33 and an air passage 34 are formed along the fuel electrode 2 and the oxidizer electrode 3, respectively. The reformed gas and the air flow through the passages in the directions of arrows A and B, respectively.
A metal net for current collection is formed in each passage. On the surface of the fuel electrode 2, a water-absorbing or water-permeable substance (for example, a porous body) 31 that serves as a passage for moisture is formed. The water 23 of FIG. 1 flows through the water-absorbing or water-permeable substance 31 in the direction indicated by c in FIG. 2 to supply the water to the fuel electrode 2. FIG. 3 is a vertical sectional view of the fuel electrode 2. . As shown in FIG. 3, the water-absorbing or water-permeable substance 31 partially covers the fuel electrode 2. In the fuel electrode 2, water is supplied from the portion covered with the water absorbing or water permeable substance 31. Further, the electrode reaction with the reformed gas is carried out from the portion which is not covered with the water absorbing or water permeable substance.

【0037】一方、空気極3表面にも燃料極2と同様に
吸水性、または透水性の物質37が形成されている。空
気極3に形成された吸水性、または透水性の物質は、空
気極3で生じた高湿度のガス29吸収に用いられる。吸
収された高湿度のガス29は図1に示される膨張器14
に送られる。
On the other hand, a water-absorbing or water-permeable substance 37 is also formed on the surface of the air electrode 3 similarly to the fuel electrode 2. The water-absorbing or water-permeable substance formed in the air electrode 3 is used for absorbing the high-humidity gas 29 generated in the air electrode 3. The absorbed high-humidity gas 29 is transferred to the expander 14 shown in FIG.
Sent to.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
改質ガス加湿のため水の気化、凝縮に伴う熱損失を最小
に抑えることができ、改質器および改質ガス供給ライン
の単純化、小型化が実現できる。更に燃料電池内での凝
縮熱の発生を少なくしたことにより、燃料電池の小型化
が、また燃料電池内での水分の分布を均一にしたことに
より、燃料電池の高効率化が達成できた。燃料電池シス
テムにおいて、エネルギー損失、物質損失を少なくし、
小型で高効率な発電システムが実現できた。
As described above, according to the present invention,
Since the reformed gas is humidified, heat loss due to vaporization and condensation of water can be minimized, and the reformer and the reformed gas supply line can be simplified and downsized. Further, by reducing the generation of condensation heat in the fuel cell, the fuel cell can be miniaturized, and by making the distribution of water in the fuel cell uniform, high efficiency of the fuel cell can be achieved. In the fuel cell system, reduce energy loss and material loss,
A compact and highly efficient power generation system was realized.

【0039】したがって本発明の燃料電池は、一般の発
電装置としてはもとより、自動車その他の乗り物など、
孤立した系で使用する発電装置として特に適しており、
本装置を提供することによって得られる工業的利益は大
きい。
Therefore, the fuel cell of the present invention can be used not only as a general power generation device, but also for automobiles and other vehicles.
Especially suitable as a power generator for use in an isolated system,
The industrial benefits obtained by providing this device are great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の燃料電池システム構成図の例。FIG. 1 is an example of a configuration diagram of a fuel cell system of the present invention.

【図2】 本発明の燃料電池の一実施様態を示す部分断
面図。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing an embodiment of the fuel cell of the present invention.

【図3】 本発明の燃料電池の一実施様態を示す部分平
面図。
FIG. 3 is a partial plan view showing an embodiment of the fuel cell of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…燃料電池 2…燃料極 3…酸化剤極 4、8、1
1、12…熱交換器 5…改質器 5B…バーナー 6…燃料タンク 7…貯
水タンク 9…ポンプ 10…気化器 13…コンプレッサ 14…膨張器 1
5…復水器 16、25…メタノール 17、21、23、30…水
18…燃料混合物 19…改質ガス 20…加湿された改質ガス 24…燃
料極から排気されたガス 26、28…空気 27…燃焼廃ガス 29…高湿度の
ガス 31…燃料極に形成された吸水性、または透水性
材料 32…固体高分子電解質 33…改質ガスの通路
34…空気の通路 35…隔離板 37…酸化剤極に
形成された吸水性、または透水性材料
1 ... Fuel cell 2 ... Fuel electrode 3 ... Oxidizer electrode 4, 8, 1
1, 12 ... Heat exchanger 5 ... Reformer 5B ... Burner 6 ... Fuel tank 7 ... Water tank 9 ... Pump 10 ... Vaporizer 13 ... Compressor 14 ... Expander 1
5 ... Condenser 16, 25 ... Methanol 17, 21, 23, 30 ... Water 18 ... Fuel mixture 19 ... Reformed gas 20 ... Humidified reformed gas 24 ... Gas exhausted from fuel electrode 26, 28 ... Air 27 ... Combustion waste gas 29 ... High humidity gas 31 ... Water-absorbing or water-permeable material formed on the fuel electrode 32 ... Solid polymer electrolyte 33 ... Reformed gas passage 34 ... Air passage 35 ... Separator 37 ... Water-absorbing or water-permeable material formed on the oxidizer electrode

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料極と酸化剤極と両電極に狭持された
固体高分子電解質を有する燃料電池と、燃料を水素ガス
に改質して前記燃料極に供給する改質器とを備えた燃料
電池システムにおいて、水を改質されたガスに混合する
装置と、燃料極表面に形成された、水を供給する通路と
を備えたことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池
システム。
1. A fuel cell comprising a fuel electrode, an oxidizer electrode, and a solid polymer electrolyte sandwiched between both electrodes, and a reformer for reforming a fuel into hydrogen gas and supplying the hydrogen gas to the fuel electrode. In the fuel cell system, a solid polymer electrolyte fuel cell system comprising: a device for mixing water with the reformed gas; and a passage for supplying water formed on the surface of the fuel electrode.
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