JPH0729584A - 燃料電池及びその運転方法 - Google Patents
燃料電池及びその運転方法Info
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- JPH0729584A JPH0729584A JP5199056A JP19905693A JPH0729584A JP H0729584 A JPH0729584 A JP H0729584A JP 5199056 A JP5199056 A JP 5199056A JP 19905693 A JP19905693 A JP 19905693A JP H0729584 A JPH0729584 A JP H0729584A
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
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- 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
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- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料電池の空気極への空気供給において、空
気極室内で水分が凝縮するのを防止し、且つ空気極で生
成する水を効率良く排出する燃料電池及びその運転方法
を提供する。 【構成】 燃料極、電解質、空気極、燃料極へ燃料を供
給するための燃料極室、及び空気極へ空気を供給するた
めの空気極室を備えた燃料電池の運転方法において、改
質器１３で改質された改質ガスを燃料電池セルスタック
１１の燃料極室へ供給し、一方、改質器１３の排熱をそ
の熱量を制御しながら利用して任意温度域に加熱した空
気を燃料電池セルスタック１１の空気極へ供給する。
気極室内で水分が凝縮するのを防止し、且つ空気極で生
成する水を効率良く排出する燃料電池及びその運転方法
を提供する。 【構成】 燃料極、電解質、空気極、燃料極へ燃料を供
給するための燃料極室、及び空気極へ空気を供給するた
めの空気極室を備えた燃料電池の運転方法において、改
質器１３で改質された改質ガスを燃料電池セルスタック
１１の燃料極室へ供給し、一方、改質器１３の排熱をそ
の熱量を制御しながら利用して任意温度域に加熱した空
気を燃料電池セルスタック１１の空気極へ供給する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料極、電解質、空気
極、燃料極室及び空気極室を備えた燃料電池及びその燃
料電池の運転方法に関し、特に、空気極で発生する水の
凝縮を防止すると共に電解質の水分量を制御することの
できる燃料電池及びその燃料電池の運転方法に関する。
極、燃料極室及び空気極室を備えた燃料電池及びその燃
料電池の運転方法に関し、特に、空気極で発生する水の
凝縮を防止すると共に電解質の水分量を制御することの
できる燃料電池及びその燃料電池の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１は、燃料極、電解質、空気極、燃料
極室及び空気極室を備えた燃料電池の一般的な構成図を
示し、１は電解質、２は電解質１の片側に配置された燃
料極、３は電解質１のもう一方の片側に配置された空気
極である。前記燃料極２には、集電体４とコレクター５
からなる燃料極室６が接合されており、また前記空気極
３には、集電体７とコレクター８からなる空気極室９が
接合されている。前記コレクター５及び８は良導体の材
料からなり、燃料ガス又は空気を燃料極２又は空気極３
に導入するための溝１０が設けられている。
極室及び空気極室を備えた燃料電池の一般的な構成図を
示し、１は電解質、２は電解質１の片側に配置された燃
料極、３は電解質１のもう一方の片側に配置された空気
極である。前記燃料極２には、集電体４とコレクター５
からなる燃料極室６が接合されており、また前記空気極
３には、集電体７とコレクター８からなる空気極室９が
接合されている。前記コレクター５及び８は良導体の材
料からなり、燃料ガス又は空気を燃料極２又は空気極３
に導入するための溝１０が設けられている。
【０００３】例えば、燃料極２に水素ガスＨ2 を含む改
質ガスが供給され、空気極３へ空気が供給される系の燃
料電池においては、燃料極２及び空気極３では、次の式
（１）及び式（２）に示される反応が起る。
質ガスが供給され、空気極３へ空気が供給される系の燃
料電池においては、燃料極２及び空気極３では、次の式
（１）及び式（２）に示される反応が起る。
【０００４】 （燃料極） Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋ ２ｅ- 式（１） （空気極） １／２Ｏ2 ＋ ２Ｈ+ ＋ ２ｅ- → Ｈ2 Ｏ 式（２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の燃料電池に
おいては、空気極室への空気の供給にエアコンプレッサ
ー、ファンブロワー等の空気発生機より常温のまま空気
を供給していた。しかしながら、前記式（２）で示され
るように燃料電池を運転すると、空気極においては水が
生成され、さらに運転を続けると反応によって生成され
た水及び電解質の水分から発生する水蒸気がコレクター
上及びコレクター付近の集電体内において冷却されて凝
縮していた。この現象は、空気極へのガス通気性を妨げ
ることになり、燃料電池の性能低下をもたらしていた。
おいては、空気極室への空気の供給にエアコンプレッサ
ー、ファンブロワー等の空気発生機より常温のまま空気
を供給していた。しかしながら、前記式（２）で示され
るように燃料電池を運転すると、空気極においては水が
生成され、さらに運転を続けると反応によって生成され
た水及び電解質の水分から発生する水蒸気がコレクター
上及びコレクター付近の集電体内において冷却されて凝
縮していた。この現象は、空気極へのガス通気性を妨げ
ることになり、燃料電池の性能低下をもたらしていた。
【０００６】このような現象の生ずる原因は、燃料電池
の作動温度が約１００℃と比較的低温であり、電極の外
側の空気極室ではさらに低温となっており、この空気極
室へ常温のままの空気が導入されるからと考えられる。
の作動温度が約１００℃と比較的低温であり、電極の外
側の空気極室ではさらに低温となっており、この空気極
室へ常温のままの空気が導入されるからと考えられる。
【０００７】そこで本発明は、燃料電池の空気極への空
気の供給において、空気極室内で水分が凝縮するのを防
止し、且つ空気極への空気供給を妨げることのない燃料
電池及びその運転方法を提供することを目的とする。
気の供給において、空気極室内で水分が凝縮するのを防
止し、且つ空気極への空気供給を妨げることのない燃料
電池及びその運転方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記した問題点を解決す
るために本発明は、燃料極、電解質、空気極、燃料極へ
燃料を供給するための燃料極室、及び空気極へ空気を供
給するための空気極室を有する燃料電池において、空気
極室へ空気を供給する空気供給管と、燃料極へ改質され
た燃料を供給するための改質器とを有し、該改質器から
の排ガスを排出しているガス排出路と、前記空気供給管
が熱交換可能に結合されていることを特徴とする燃料電
池とするものである。
るために本発明は、燃料極、電解質、空気極、燃料極へ
燃料を供給するための燃料極室、及び空気極へ空気を供
給するための空気極室を有する燃料電池において、空気
極室へ空気を供給する空気供給管と、燃料極へ改質され
た燃料を供給するための改質器とを有し、該改質器から
の排ガスを排出しているガス排出路と、前記空気供給管
が熱交換可能に結合されていることを特徴とする燃料電
池とするものである。
【０００９】また本発明は、燃料極、電解質、空気極、
燃料極へ燃料を供給するための燃料極室、及び空気極へ
空気を供給するための空気極室を備えた燃料電池の運転
方法において、加熱された空気を空気極室へ供給するこ
とにより、空気極室における水の凝縮を防止することを
特徴とする燃料電池の運転方法とするものである。
燃料極へ燃料を供給するための燃料極室、及び空気極へ
空気を供給するための空気極室を備えた燃料電池の運転
方法において、加熱された空気を空気極室へ供給するこ
とにより、空気極室における水の凝縮を防止することを
特徴とする燃料電池の運転方法とするものである。
【００１０】また本発明は、燃料極、電解質、空気極、
燃料極へ燃料を供給するための燃料極室、及び空気極へ
空気を供給するための空気極室を備えた燃料電池の運転
方法において、改質器で改質された改質ガスを燃料極室
へ供給し、一方、改質器の排熱を利用して加熱した空気
を空気極へ供給することを特徴とする燃料電池の運転方
法とするものである。
燃料極へ燃料を供給するための燃料極室、及び空気極へ
空気を供給するための空気極室を備えた燃料電池の運転
方法において、改質器で改質された改質ガスを燃料極室
へ供給し、一方、改質器の排熱を利用して加熱した空気
を空気極へ供給することを特徴とする燃料電池の運転方
法とするものである。
【００１１】空気極室内の温度は、水蒸気が凝縮しない
程度の温度、すなわち１００℃付近に保つことが好まし
い。
程度の温度、すなわち１００℃付近に保つことが好まし
い。
【００１２】
【作用】ガス拡散電極からなる空気極は、前記式（２）
の反応が行なわれる空気極反応層と、空気の供給及び水
蒸気の排出が行なわれる多孔質のガス拡散層とから構成
されている。本発明においては、加熱された空気が空気
極室へ供給されるので、空気極室及び空気極の空気の排
出路が保温されることになる。そのため空気極室内及び
空気極内での水分の凝縮が防止されるので、凝縮した水
分が空気の供給を阻害することがなく、空気極への空気
の供給能力が低下しない。併せて空気への飽和水蒸気量
の排出が多くなるために、空気極で生成する水の排出能
力が向上する。しかも、これらの作用は電解質の水分量
が保たれたままの状態で行なわれる。
の反応が行なわれる空気極反応層と、空気の供給及び水
蒸気の排出が行なわれる多孔質のガス拡散層とから構成
されている。本発明においては、加熱された空気が空気
極室へ供給されるので、空気極室及び空気極の空気の排
出路が保温されることになる。そのため空気極室内及び
空気極内での水分の凝縮が防止されるので、凝縮した水
分が空気の供給を阻害することがなく、空気極への空気
の供給能力が低下しない。併せて空気への飽和水蒸気量
の排出が多くなるために、空気極で生成する水の排出能
力が向上する。しかも、これらの作用は電解質の水分量
が保たれたままの状態で行なわれる。
【００１３】
〔実施例１〕図２は本発明の燃料電池のシステム構成
図、図３は本発明の燃料電池の斜視図である。図２又は
図３において、１１は燃料電池セルスタックであり、１
２は燃料電池セルスタック１１の空気極へ空気を供給す
るための空気極マニホールドであり、１３はメタノール
等の燃料を改質して水素等の改質ガスを生成する改質器
である。この改質器１３は作動温度が２５０〜３００℃
であり改質されたガスを約１００℃に冷却して燃料電池
セルスタック１１の燃料極へ導入するために燃料電池セ
ルスタック１１へ配管で結ばれている。一方、改質処理
に使用された排ガスの管路は空気供給管１８を加熱する
ために、空気供給管１８の周囲に配置されている。
図、図３は本発明の燃料電池の斜視図である。図２又は
図３において、１１は燃料電池セルスタックであり、１
２は燃料電池セルスタック１１の空気極へ空気を供給す
るための空気極マニホールドであり、１３はメタノール
等の燃料を改質して水素等の改質ガスを生成する改質器
である。この改質器１３は作動温度が２５０〜３００℃
であり改質されたガスを約１００℃に冷却して燃料電池
セルスタック１１の燃料極へ導入するために燃料電池セ
ルスタック１１へ配管で結ばれている。一方、改質処理
に使用された排ガスの管路は空気供給管１８を加熱する
ために、空気供給管１８の周囲に配置されている。
【００１４】しかしながら、改質器の排ガスは排出直後
は２００℃以上もの高温であり、熱交換部へ送られる流
量を絞らないと、電池の作動温度よりもはるかに高温に
加熱された空気が空気極室を経て電極へ供給されること
になり、電解質の水分が奪われるという支障をきたす。
は２００℃以上もの高温であり、熱交換部へ送られる流
量を絞らないと、電池の作動温度よりもはるかに高温に
加熱された空気が空気極室を経て電極へ供給されること
になり、電解質の水分が奪われるという支障をきたす。
【００１５】１４は空気極マニホールド１２へ空気を供
給するためのエアコンプレッサー、ファンブロワー等の
空気発生機で、１５は空気極マニホールド１２内の温度
を検知するための熱電対である。この熱電対１５は、Ｃ
／Ｔコントローラ１６と接続され、さらに、このＣ／Ｔ
コントローラ１６は、改質器１３の排ガス排出口付近に
設けられた電磁バルブ１７と接続され、熱電対１５によ
り検出された空気極マニホールド１２内の温度をコント
ロールするために、電磁バルブ１７の開閉を指令してい
る。
給するためのエアコンプレッサー、ファンブロワー等の
空気発生機で、１５は空気極マニホールド１２内の温度
を検知するための熱電対である。この熱電対１５は、Ｃ
／Ｔコントローラ１６と接続され、さらに、このＣ／Ｔ
コントローラ１６は、改質器１３の排ガス排出口付近に
設けられた電磁バルブ１７と接続され、熱電対１５によ
り検出された空気極マニホールド１２内の温度をコント
ロールするために、電磁バルブ１７の開閉を指令してい
る。
【００１６】このようにマニホールド内の空気温度を適
温に調節することにより、電解質の水分量を損なうこと
なく、空気極室での水分の凝縮を回避することが可能と
なる。すなわち、このＣ／Ｔコントローラ１６により、
空気極マニホールド１２内の温度、即ち、内部空気温度
は、常に１００℃付近に保たれる。例えば、空気極マニ
ホールド１２の周囲を断熱材で覆うことにより、内部の
空気を適温に保温することができる。
温に調節することにより、電解質の水分量を損なうこと
なく、空気極室での水分の凝縮を回避することが可能と
なる。すなわち、このＣ／Ｔコントローラ１６により、
空気極マニホールド１２内の温度、即ち、内部空気温度
は、常に１００℃付近に保たれる。例えば、空気極マニ
ホールド１２の周囲を断熱材で覆うことにより、内部の
空気を適温に保温することができる。
【００１７】図６は空気極マニホールド１２のみの断面
図を示す。この空気極マニホールド１２の内部には、熱
電対１５が配置されている。図７はこの空気極マニホー
ルド１２に、燃料極２−電解質１−空気極３を一つのユ
ニットとした単セルが複数積層されてなる燃料電池セル
スタック１１が配置されている状態を示し、燃料電池セ
ルスタック１１は空気極マニホールド１２から空気の供
給を受けることができる。
図を示す。この空気極マニホールド１２の内部には、熱
電対１５が配置されている。図７はこの空気極マニホー
ルド１２に、燃料極２−電解質１−空気極３を一つのユ
ニットとした単セルが複数積層されてなる燃料電池セル
スタック１１が配置されている状態を示し、燃料電池セ
ルスタック１１は空気極マニホールド１２から空気の供
給を受けることができる。
【００１８】図２及び図３においてＡで示す破線で囲っ
た部分を図４に詳細に示す。図４は空気極室へ供給する
空気を、改質器からの排ガスにより、加熱する手段を示
し、本実施例１では、空気極室への空気供給路である空
気供給管１８の周囲に、改質器１３からのガス排出路と
して螺旋管１９を配管することにより、この螺旋管１９
を通る改質器１３からの排ガスの熱を利用して、ファン
ブロワー１４から空気供給管１８を通じて供給される空
気を加熱する。
た部分を図４に詳細に示す。図４は空気極室へ供給する
空気を、改質器からの排ガスにより、加熱する手段を示
し、本実施例１では、空気極室への空気供給路である空
気供給管１８の周囲に、改質器１３からのガス排出路と
して螺旋管１９を配管することにより、この螺旋管１９
を通る改質器１３からの排ガスの熱を利用して、ファン
ブロワー１４から空気供給管１８を通じて供給される空
気を加熱する。
【００１９】〔実施例２〕本実施例２は、前記実施例１
において改質器からの排ガスにより空気を加熱する手段
が前記実施例１のものとは異なる以外、その他の構成は
全て前記実施例１と同一に構成されている。
において改質器からの排ガスにより空気を加熱する手段
が前記実施例１のものとは異なる以外、その他の構成は
全て前記実施例１と同一に構成されている。
【００２０】図５は、図２及び図３におけるＡで示す破
線で囲った部分の空気を加熱する手段を詳細に示したも
のである。本実施例２では、空気供給管１８の周囲に外
管２０を包囲することにより、この外管２０を通る改質
器からの排ガスの熱を利用して、ファンブロワー１４に
より空気供給管１８を通して供給される空気を加熱す
る。
線で囲った部分の空気を加熱する手段を詳細に示したも
のである。本実施例２では、空気供給管１８の周囲に外
管２０を包囲することにより、この外管２０を通る改質
器からの排ガスの熱を利用して、ファンブロワー１４に
より空気供給管１８を通して供給される空気を加熱す
る。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、電解質の水分量に影響
を及ぼすことなく、空気極室へ加熱された空気が供給さ
れるので、空気極において燃料電池の反応で生ずる水分
が凝縮することなく、水蒸気の形態で排出されることに
なるので、空気極への空気の供給能力の低下を防ぐこと
ができ、そのため燃料電池の性能低下を防止できる。さ
らに、空気への飽和水蒸気量の排出が多くなるために、
空気極で生成する水の排出能力が向上する。
を及ぼすことなく、空気極室へ加熱された空気が供給さ
れるので、空気極において燃料電池の反応で生ずる水分
が凝縮することなく、水蒸気の形態で排出されることに
なるので、空気極への空気の供給能力の低下を防ぐこと
ができ、そのため燃料電池の性能低下を防止できる。さ
らに、空気への飽和水蒸気量の排出が多くなるために、
空気極で生成する水の排出能力が向上する。
【図１】燃料極、電解質、空気極、燃料極室及び空気極
室を備えた燃料電池の一般的な構成図である。
室を備えた燃料電池の一般的な構成図である。
【図２】本発明の燃料電池のシステム構成図である。
【図３】本発明の燃料電池の斜視図である。
【図４】図２及び図３においてＡで示す破線で囲った部
分を示す。
分を示す。
【図５】図２及び図３におけるＡで示す破線で囲った部
分の別の構成を示す。
分の別の構成を示す。
【図６】本発明における空気極マニホールドのみの断面
図である。
図である。
【図７】空気極マニホールドに燃料電池セルスタックが
配置されている状態を示す。
配置されている状態を示す。
１ 電解質 ２ 燃料極 ３ 空気極 １１ 燃料電池セルスタック １２ 空気極マニホールド １３ 改質器 １４ 空気発生機 １５ 熱電対 １６ Ｃ／Ｔコントローラ １７ 電磁バルブ １８ 空気供給管 １９ 螺旋管 ２０ 外管
Claims (3)
- 【請求項１】 燃料極、電解質、空気極、燃料極へ燃料
を供給するための燃料極室、及び空気極へ空気を供給す
るための空気極室を有する燃料電池において、 空気極室へ空気を供給する空気供給管と、燃料極へ改質
された燃料を供給するための改質器とを有し、 該改質器からの排ガスを排出しているガス排出路と、前
記空気供給管が熱交換可能に結合されていることを特徴
とする燃料電池。 - 【請求項２】 燃料極、電解質、空気極、燃料極へ燃料
を供給するための燃料極室、及び空気極へ空気を供給す
るための空気極室を備えた燃料電池の運転方法におい
て、加熱された空気を空気極室へ供給することにより、
空気極室における水の凝縮を防止することを特徴とする
燃料電池の運転方法。 - 【請求項３】 燃料極、電解質、空気極、燃料極へ燃料
を供給するための燃料極室、及び空気極へ空気を供給す
るための空気極室を備えた燃料電池の運転方法におい
て、改質器で改質された改質ガスを燃料極室へ供給し、
一方、改質器の排熱を利用して加熱した空気を空気極へ
供給することを特徴とする燃料電池の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5199056A JPH0729584A (ja) | 1993-07-16 | 1993-07-16 | 燃料電池及びその運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5199056A JPH0729584A (ja) | 1993-07-16 | 1993-07-16 | 燃料電池及びその運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0729584A true JPH0729584A (ja) | 1995-01-31 |
Family
ID=16401376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5199056A Pending JPH0729584A (ja) | 1993-07-16 | 1993-07-16 | 燃料電池及びその運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0729584A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001003218A1 (de) * | 1999-07-05 | 2001-01-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Htm-brennstoffzellenanlage und verfahren zum betrieb einer htm-brennstoffzellenanlage |
| JP2001196088A (ja) * | 1999-12-13 | 2001-07-19 | Sofco Lp | 燃料電池システムのための一体化されたマニホールド／改質装置 |
| JP2002093445A (ja) * | 2000-09-11 | 2002-03-29 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池装置及びその運転方法 |
| KR20040043802A (ko) * | 2002-11-20 | 2004-05-27 | 현대자동차주식회사 | 차량용 연료 전지 시스템 |
-
1993
- 1993-07-16 JP JP5199056A patent/JPH0729584A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001003218A1 (de) * | 1999-07-05 | 2001-01-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Htm-brennstoffzellenanlage und verfahren zum betrieb einer htm-brennstoffzellenanlage |
| JP2001196088A (ja) * | 1999-12-13 | 2001-07-19 | Sofco Lp | 燃料電池システムのための一体化されたマニホールド／改質装置 |
| JP2002093445A (ja) * | 2000-09-11 | 2002-03-29 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池装置及びその運転方法 |
| KR20040043802A (ko) * | 2002-11-20 | 2004-05-27 | 현대자동차주식회사 | 차량용 연료 전지 시스템 |
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