JPH07220746A - 固体高分子電解質燃料電池 - Google Patents
固体高分子電解質燃料電池Info
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Abstract
としないで、燃料電池の固体高分子膜に加湿を行なうこ
とができる燃料電池を提供することを目的とする。 【構成】 本発明に係る固体高分子電解質燃料電池は、
燃料電池の発電体(セル)にガスを供給するセパレータ
(1)を有する燃料電池において、前記セパレータのガ
ス供給溝(22、33)の中で、すなわち燃料ガス供給
溝(22)と酸化剤ガス供給溝(33)の中で、前記ガ
ス(燃料ガス、酸化剤ガス)のそれぞれに水分を加える
ことにより、前記ガス(燃料ガス、酸化剤ガス)と水と
の混合流を作り、前記燃料電池発電体(セル)にガス
(燃料ガス、酸化剤ガス)と水とを同時に供給すること
を特徴とする。
Description
を発揮する高分子電解質を用いる発電体すなわち電気化
学セル(以下セルともいう)にガスと水分を同時に供給
する方法(加湿法)を具備する燃料電池に関する。
オン等を用いた燃料電池では、固体高分子膜が電解質と
してイオン伝導性を示すために十分な水分をその固体高
分子に含ませる必要があった。その方法として従来は図
3に示すように加湿用容器(加湿器の容器)を用意し、
その中で燃料ガス及び酸化剤ガスを温水中へくぐらせガ
スに水蒸気を含ませる方式(以下加湿器方式という)が
とられていた。
料電池では大きな加湿用容器(加湿器の容器)が必要と
なりコンパクト性を追及する燃料電池には適当でなかっ
た。また加湿のための水分量をコントロールするために
は、加湿水の温度を昇温制御するためのヒータが必要で
あった。そのためヒータ電力による燃料電池システムの
効率の低下が問題となっていた。本発明は、前記加湿用
容器も、ヒータ電力もまったく必要としないで燃料電池
の固体高分子膜に加湿を行うことができる燃料電池を提
供することを目的とする。
は、燃料電池の発電体(セル)にガスを供給するセパレ
ータ1と発電体(セル)8からなるスタック4を有する
燃料電池において、前記セパレータ1は、燃料ガス供給
溝22と燃料ガス加湿用の加湿水供給ヘッダ25と加湿
水注入管26を具備するとともに、酸化剤ガス供給溝3
3と酸化剤ガス加湿用の加湿水供給ヘッダと加湿水注入
管を具備し、前記セパレータのガス供給溝22、33の
中で、前記ガスに水分を加えることにより、前記ガスと
水との混合流を作り、前記燃料電池発電体(セル)にガ
スと水とを同時に供給することを特徴とする。徴とす
る。 (第2の手段)本発明に係る固体高分子電解質燃料電池
は、燃料電池の発電体(セル)にガスを供給するセパレ
ータ1を有する燃料電池において、前記セパレータ1
は、燃料ガス供給溝22と燃料ガス加湿用の加湿水供給
ヘッダ25と加湿水注入管26を具備し、前記セパレー
タの燃料ガス供給溝22の中で、燃料ガスに水分を加え
ることにより、前記燃料ガスと水との混合流を作り、前
記燃料電池発電体(セル)に燃料ガスと水とを同時に供
給することを特徴とする。 (第3の手段)本発明に係る固体高分子電解質燃料電池
は 燃料電池の発電体(セル)にガスを供給するセパレ
ータ1を有する燃料電池において、前記セパレータ1
は、酸化剤ガス供給溝33と酸化剤ガス加湿用の加湿水
供給ヘッダと加湿水注入管を具備し、前記セパレータの
酸化剤ガス供給溝33の中で、酸化剤ガスに水分を加え
ることにより、前記酸化剤ガスと水との混合流を作り、
前記燃料電池発電体(セル)に酸化剤ガスと水とを同時
に供給することを特徴とする。
解質燃料電池は、第1の手段、第2の手段又は第3の手
段において、ガス供給溝の加湿水注入口の部分で、ガス
供給溝を細くすることを特徴とする。
中でガスと水とを混合した後に、燃料電池の発電体(セ
ル)へ供給する構造にしている。そのため、セパレータ
のガス供給溝に直接水を滴入することができるように水
用の注入口を設けている。すなわち、セパレータ1とセ
ル8を積層した、スタック4に供給されたガス(燃料ガ
ス、酸化剤ガス)、はヘッダー部(もしくはマニホール
ド部)を経てセパレータ1のガス供給溝に流れ込む。そ
してガス供給溝にある加湿水注入口から供給された水滴
とガスは、混合され加湿されたガスとなって発電体(セ
ル)に到達する。
図2に示す。 [第1実施例]図1は直交流型バイポーラセパレータ
(セパレータの片面に燃料が、もう片面に酸化剤が流
れ、セパレータの片面がアノードに、もう片面がカソー
ドになり、燃料ガスと酸化剤ガスの流れが直交するも
の)に加湿用注入口を設けた例である。
24から加湿水供給ヘッダ25、加湿水注入管26を通
って加湿水注入口27から燃料ガス供給溝22に注入さ
れる。そこで、燃料ガスと加湿用水が混合されつつ、さ
らに燃料ガス供給溝22を流れ、セル8に供給される。
酸化剤ガスも加湿用水と混合されつつ、供給される。す
なわち本発明の固体高分子電解質燃料電池は、燃料電池
のスタック4の中でガスと水とを混合し、加湿されたガ
スを発電体(セル)へ供給する構造にしている。そのた
め、セパレータとしては図1に示す直交流型バイポーラ
セパレータ(以下セパレータ又はバイポーラセパレータ
という)1を用いる。
おいては、図1に示すように、燃料ガスはバイポーラセ
パレータ1の1つの面(以下燃料ガス流入面という)の
燃料ガス供給溝22から流入させ、酸化剤ガスは、前記
燃料ガス流入面に隣接する面(以下酸化剤ガス流入面と
いう)の酸化剤ガス供給溝33から流入させ、燃料ガス
の流れ21の方向と酸化剤ガスの流れ31の方向が直交
するようにし、セパレータ1の1つの面をアノードに
し、その面に隣接する面をカソードにする。
注入管26、加湿水注入口27の拡大断面図である。第
2実施例では第1実施例のセパレータを次のように改造
する。すなわち図2に示すようにガス供給溝の加湿水注
入口の部分において、ガス供給溝を細くする。このよう
にすると、加湿水の供給と混合がスムーズに行われる。
図2では、ガス供給溝22の溝の深さを変化させて溝を
細くしているが、溝幅を変えて溝を細くしてもよい。ま
たその両方によって溝を細くしてもよい。
ガスを混合する方法でも発電は可能であるが、実施例2
に示すように加湿水の注入口の部分の溝形状の検討およ
び、加湿水注入管の径太さ(図示省略)を検討すること
によっても加湿用容器を用いたときの発電性能と同等な
出力電圧を得ることができる。
で、以下に記載するような効果を奏する。 (1)スタック4内で加湿を行うため加湿器が不要とな
りコンパクトになる。 (2)セルに直接水を供給するため加湿水分量の制御が
容易になると同時にヒータ電力が不要となりシステムの
効率を高くすることができる。 (3)注入された加湿水が蒸気になる際に発電面で発生
する熱を吸収するため冷却用の冷媒の循環量を従来より
少なくすることが可能となる。 (4)そのためポンプ動力の軽減により、効率を向上で
きるとともに、冷媒用配管を細くできることにより、コ
ンパクト性を向上することができる。
Claims (4)
- 【請求項1】 燃料電池の発電体(セル)にガスを供給
するセパレータ(1)と発電体(セル)(8)からなる
スタック(4)を有する燃料電池において、前記セパレ
ータ(1)は、燃料ガス供給溝(22)と燃料ガス加湿
用の加湿水供給ヘッダ(25)と加湿水注入管(26)
を具備するとともに、酸化剤ガス供給溝(33)と酸化
剤ガス加湿用の加湿水供給ヘッダと加湿水注入管を具備
し、前記セパレータのガス供給溝(22、33)の中
で、前記ガスに水分を加えることにより、前記ガスと水
との混合流を作り、前記燃料電池発電体(セル)にガス
と水とを同時に供給することを特徴とする固体高分子電
解質燃料電池 - 【請求項2】 燃料電池の発電体(セル)にガスを供給
するセパレータ(1)を有する燃料電池において、前記
セパレータ(1)は、燃料ガス供給溝(22)と燃料ガ
ス加湿用の加湿水供給ヘッダ(25)と加湿水注入管
(26)を具備し、前記セパレータの燃料ガス供給溝
(22)の中で、燃料ガスに水分を加えることにより、
前記燃料ガスと水との混合流を作り、前記燃料電池発電
体(セル)に燃料ガスと水とを同時に供給することを特
徴とする固体高分子電解質燃料電池 - 【請求項3】 燃料電池の発電体(セル)にガスを供給
するセパレータ(1)を有する燃料電池において、前記
セパレータ(1)は、酸化剤ガス供給溝(33)と酸化
剤ガス加湿用の加湿水供給ヘッダと加湿水注入管を具備
し、前記セパレータの酸化剤ガス供給溝(33)の中
で、酸化剤ガスに水分を加えることにより、前記酸化剤
ガスと水との混合流を作り、前記燃料電池発電体(セ
ル)に酸化剤ガスと水とを同時に供給することを特徴と
する固体高分子電解質燃料電池 - 【請求項4】 ガス供給溝の加湿水注入口の部分におい
て、ガス供給溝を細くすることを特徴とする請求項1、
2、又は3記載の固体高分子電解質燃料電池。
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