JPH0760692B2 - 燃料電池の運転方法 - Google Patents
燃料電池の運転方法Info
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- JPH0760692B2 JPH0760692B2 JP62050856A JP5085687A JPH0760692B2 JP H0760692 B2 JPH0760692 B2 JP H0760692B2 JP 62050856 A JP62050856 A JP 62050856A JP 5085687 A JP5085687 A JP 5085687A JP H0760692 B2 JPH0760692 B2 JP H0760692B2
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- exhaust gas
- fuel cell
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- 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
- H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
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- 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
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- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04186—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
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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
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料電池の運転方法に係り、特に燃料電池の
酸化剤極排ガスから水を回収し、この水を燃料極にリサ
イクルし、再び反応に関与せしめる燃料電池の運転方法
に関する。
酸化剤極排ガスから水を回収し、この水を燃料極にリサ
イクルし、再び反応に関与せしめる燃料電池の運転方法
に関する。
燃料電池は、燃料および酸化剤の反応エネルギーを直接
電気エネルギーとして取り出すもので、発電効率が高
く、さらに騒音，振動も少なく、排ガスも清浄であるた
め、新発電方式として期待されている。
電気エネルギーとして取り出すもので、発電効率が高
く、さらに騒音，振動も少なく、排ガスも清浄であるた
め、新発電方式として期待されている。
特に、メタノールを燃料とし、硫酸等を電解質とする酸
性電解質型メタノール燃料電池（以下、メタノール燃料
電池という）では、常温かつ比較的低温（約60℃）で運
転され、小型化も容易であることから、中小容量の電源
として広範な用途が期待されている。
性電解質型メタノール燃料電池（以下、メタノール燃料
電池という）では、常温かつ比較的低温（約60℃）で運
転され、小型化も容易であることから、中小容量の電源
として広範な用途が期待されている。
このメタノール燃料電池では、次のような反応が生じて
いる。
いる。
燃料極（メタノール極）では、 CH3OH＋H2O→CO2＋6H+＋6e- …（１） 酸化剤極（空気極）では、 このような反応が生じ、（１）式および（２）式を総合
すると、 の発電反応が行われる。すなわち、メタノール燃料電池
においては、反応原料としてメタノールと水が必要とな
る。メタノールと水との量的関係は、実際の電池におい
ては、反応に関与せず系外へ排出される水，メタノール
の直接燃焼で生成する水とがあり、実測して求める必要
がある。本発明者らが検討したところによると、この量
的関係は、運転条件や電池構造によるが、大略次のよう
であつた。
すると、 の発電反応が行われる。すなわち、メタノール燃料電池
においては、反応原料としてメタノールと水が必要とな
る。メタノールと水との量的関係は、実際の電池におい
ては、反応に関与せず系外へ排出される水，メタノール
の直接燃焼で生成する水とがあり、実測して求める必要
がある。本発明者らが検討したところによると、この量
的関係は、運転条件や電池構造によるが、大略次のよう
であつた。
CH3OH＋4.1H2O＋1.5O2→CO2＋6.1H2O …（４） すなわち、温論的には、メタノールと同じモル数の水が
必要であり、実際上の必要な水の量は、理論上の約４倍
となつている。
必要であり、実際上の必要な水の量は、理論上の約４倍
となつている。
メタノール燃料電池の用途は、可搬型電源をはじめとす
る中小容量電源であり、メタノールの補給はそれほどで
もないが、その数倍量にも達する水を準備して補給する
ことが必要となる。この水としては、電極反応を円滑に
するため、蒸留水が好ましいものであり、水の補給がな
いと、前記電池反応が進行しないことになり、電池性能
上著しく不利益を生ずることになる。
る中小容量電源であり、メタノールの補給はそれほどで
もないが、その数倍量にも達する水を準備して補給する
ことが必要となる。この水としては、電極反応を円滑に
するため、蒸留水が好ましいものであり、水の補給がな
いと、前記電池反応が進行しないことになり、電池性能
上著しく不利益を生ずることになる。
このような問題点を解決するために、アノライト側で発
生する排ガスから水を回収し、再利用することが特開昭
56-93268号に開示されている。この従来技術では、排ガ
スを冷却して水を回収すること、および冷却材として空
気を使用することが開示されている。
生する排ガスから水を回収し、再利用することが特開昭
56-93268号に開示されている。この従来技術では、排ガ
スを冷却して水を回収すること、および冷却材として空
気を使用することが開示されている。
しかし、このような従来技術の方法で水が回収できれ好
都合であるが、燃料電池の種類によつては、特にメタノ
ール燃料電池では、水の回収を可能とする条件下のみで
ばかり運転されるとは限らない。例えば、前記（４）式
の関係を考えると、温度60℃，空気極への空気供給量が
空気極１cm2当り5ml/minの運転条件下では、排ガスの湿
度は、0.13kgH2O/kg乾燥空気となり、（４）に基づい
て、この4.1/6.1の水を回収するには、排ガスの温度を
約0.4kgH2O/kg乾燥空気まで下げる必要がある。その結
果、排ガスを約38℃まで冷却する必要が生じる。すなわ
ち、38℃以上の環境条件下で電池が運転される場合に
は、必要な水を全量回収することができず、単純に空冷
のみで水を回収しようとする場合には、別の冷熱源を用
意する必要が生じる。しかし、空冷以外の冷却源、例え
ば冷却水等の冷熱源は容易に用意できない。特にメタノ
ール燃料電池では、可搬型電流として使用されることが
予想されるため、このような冷熱源を設けるという制約
は、可搬型電源としての特徴を減ずる結果となる。
都合であるが、燃料電池の種類によつては、特にメタノ
ール燃料電池では、水の回収を可能とする条件下のみで
ばかり運転されるとは限らない。例えば、前記（４）式
の関係を考えると、温度60℃，空気極への空気供給量が
空気極１cm2当り5ml/minの運転条件下では、排ガスの湿
度は、0.13kgH2O/kg乾燥空気となり、（４）に基づい
て、この4.1/6.1の水を回収するには、排ガスの温度を
約0.4kgH2O/kg乾燥空気まで下げる必要がある。その結
果、排ガスを約38℃まで冷却する必要が生じる。すなわ
ち、38℃以上の環境条件下で電池が運転される場合に
は、必要な水を全量回収することができず、単純に空冷
のみで水を回収しようとする場合には、別の冷熱源を用
意する必要が生じる。しかし、空冷以外の冷却源、例え
ば冷却水等の冷熱源は容易に用意できない。特にメタノ
ール燃料電池では、可搬型電流として使用されることが
予想されるため、このような冷熱源を設けるという制約
は、可搬型電源としての特徴を減ずる結果となる。
本発明は、かかる問題点を解決するために、電池運転温
度が高くても、冷熱源を必要とすることなく燃料電池の
空気極排ガスから水を回収し、これを再利用することに
より、電池の運転に必要な量の水を確保できる燃料電池
の運転方法を提供することを目的とする。
度が高くても、冷熱源を必要とすることなく燃料電池の
空気極排ガスから水を回収し、これを再利用することに
より、電池の運転に必要な量の水を確保できる燃料電池
の運転方法を提供することを目的とする。
本発明は、燃料極を循環する液体の循環系から独立して
循環する水吸収剤を用い、酸化剤極からの排ガスと接触
させて該排ガスに含まれる水蒸気を吸収し、該水蒸気を
吸収した水吸収剤から水を分離し、該分離した水を前記
燃料極液体循環系へ供給することを特徴とする燃料電池
の運転方法である。
循環する水吸収剤を用い、酸化剤極からの排ガスと接触
させて該排ガスに含まれる水蒸気を吸収し、該水蒸気を
吸収した水吸収剤から水を分離し、該分離した水を前記
燃料極液体循環系へ供給することを特徴とする燃料電池
の運転方法である。
上記本発明によれば、吸収剤に酸化剤極からの排ガスに
含まれる水分を吸収し、この水分を電池運転に必要なア
ノードに供給しているため、他の冷却源を必要とするこ
となく、水の回収および水の再利用を図ることができ
る。
含まれる水分を吸収し、この水分を電池運転に必要なア
ノードに供給しているため、他の冷却源を必要とするこ
となく、水の回収および水の再利用を図ることができ
る。
また、燃料極を循環する液体循環系から独立して循環す
る水吸収剤を用いているので、燃料電池の運転条件に拘
束されずに水吸収剤の濃度と温度を最適な水吸収効率が
得られるように制御できる。
る水吸収剤を用いているので、燃料電池の運転条件に拘
束されずに水吸収剤の濃度と温度を最適な水吸収効率が
得られるように制御できる。
次に、本発明に係る燃料電池の運転方法の実施例を添付
図面に従い詳説する。第１図はその一実施例を実施する
ための発電装置の構成図である。
図面に従い詳説する。第１図はその一実施例を実施する
ための発電装置の構成図である。
第１図において、本実施例装置はメタノール燃料電池の
積層電池本体１とアノライトタンク2,水吸収器３とから
主に構成されている。アノライトタンク２には、硫酸と
メタノールの混合溶液が貯蔵されている。アノライトタ
ンク２から電池本体１の燃料極には、アノライト循環ラ
イン６が接続され、アノライトが燃料極に供給されるよ
うになつている。一方、燃料電池本体１の空気極側に
は、フアン41により空気が供給される空気ライン８が設
けられている。この空気ライン８は、水吸収器３内に接
続されている。水吸収器３からは、該吸収器３からの空
気を外部に排出するための排ガスライン10が設けられて
いる。
積層電池本体１とアノライトタンク2,水吸収器３とから
主に構成されている。アノライトタンク２には、硫酸と
メタノールの混合溶液が貯蔵されている。アノライトタ
ンク２から電池本体１の燃料極には、アノライト循環ラ
イン６が接続され、アノライトが燃料極に供給されるよ
うになつている。一方、燃料電池本体１の空気極側に
は、フアン41により空気が供給される空気ライン８が設
けられている。この空気ライン８は、水吸収器３内に接
続されている。水吸収器３からは、該吸収器３からの空
気を外部に排出するための排ガスライン10が設けられて
いる。
水吸収器３は、吸収剤循環ライン９を介して吸収剤冷却
器４と接続されている。この吸収剤冷却器４には冷却空
気供給ライン42が接続されている。
器４と接続されている。この吸収剤冷却器４には冷却空
気供給ライン42が接続されている。
水吸収器３は、吸収剤循環ライン４を介して吸収剤再生
器５に接続されている。この吸収剤再生器５は、ポンプ
44を有してなる吸収剤循環ライン60を介して前記吸収剤
冷却器４と接続されている。吸収剤再生器５内には、冷
却空気を供給するための冷却空気ライン61が接続されて
いる。
器５に接続されている。この吸収剤再生器５は、ポンプ
44を有してなる吸収剤循環ライン60を介して前記吸収剤
冷却器４と接続されている。吸収剤再生器５内には、冷
却空気を供給するための冷却空気ライン61が接続されて
いる。
前記アノライトタンク２には、アノライトライン７が接
続されている。このアノライトライン７は、前記吸収剤
再生器５中を通過し、アノライトタンク２に戻るように
なつている。
続されている。このアノライトライン７は、前記吸収剤
再生器５中を通過し、アノライトタンク２に戻るように
なつている。
前記吸収剤再生器５には、水回収ライン11が接続され、
このライン11は、前記アノライトタンク２と接続されて
いる。
このライン11は、前記アノライトタンク２と接続されて
いる。
次に、本実施例の動作について説明する。燃料電池本体
１には、ポンプ47の駆動によりアノライトタンク２より
アノライトが供給される。このアノライトの供給は、ア
ノライト循環ライン７をアノライトが循環するようにな
つている。一方、空気がフアン41の駆動により空気ライ
ン８を介して空気極に供給される。この燃料極へのアノ
ライトの供給と、空気極への空気の供給とにより、メタ
ノール燃料電池の発電が行われる。
１には、ポンプ47の駆動によりアノライトタンク２より
アノライトが供給される。このアノライトの供給は、ア
ノライト循環ライン７をアノライトが循環するようにな
つている。一方、空気がフアン41の駆動により空気ライ
ン８を介して空気極に供給される。この燃料極へのアノ
ライトの供給と、空気極への空気の供給とにより、メタ
ノール燃料電池の発電が行われる。
燃料電池本体１から排出された空気は、水回収器３に供
給される。この吸収器３では、吸収剤循環ライン９によ
り供給される水吸収剤と、空気極からの排ガスが接触す
る。ここで排ガス中の発電によつて生じた水が、水吸収
剤に吸収される。水が吸収された排ガス、すなわち除湿
された排ガスは、排ガス排出ライン10により排ガスとし
て系外に排出される。
給される。この吸収器３では、吸収剤循環ライン９によ
り供給される水吸収剤と、空気極からの排ガスが接触す
る。ここで排ガス中の発電によつて生じた水が、水吸収
剤に吸収される。水が吸収された排ガス、すなわち除湿
された排ガスは、排ガス排出ライン10により排ガスとし
て系外に排出される。
水吸収器３内に存在する水吸収剤には、硫酸,LiBr,CaCl
2,Ca（NO3）2等の水に対する溶解度の大きい塩類水溶液
を用いることができる。
2,Ca（NO3）2等の水に対する溶解度の大きい塩類水溶液
を用いることができる。
排ガス中から水を吸収した吸収剤は、吸収剤再生器５へ
供給される。一方、この吸収剤再生器５には、アノライ
トライン７中を循環するアノライトが通過するようにな
つている。このアノライトは、電池運転温度近く（通常
は、約60℃）まで昇温されている。アノライトライン７
は、吸収剤再生器５内の吸収剤貯留部分を循環するよう
になつているため、アノライトと吸収剤との間で熱交換
が行われる。すなわち、吸収剤が加熱されることによ
り、昇温された吸収剤の水の蒸気圧が高くなる。その結
果、吸収剤中から水蒸気が蒸発する。一方、この水蒸気
は、冷却空気ライン61中を流れる空気との熱交換によ
り、凝縮水となる。この凝縮水は、ライン11を通りアノ
ライトタンク２に環流し、再び電池反応に供するもので
ある。
供給される。一方、この吸収剤再生器５には、アノライ
トライン７中を循環するアノライトが通過するようにな
つている。このアノライトは、電池運転温度近く（通常
は、約60℃）まで昇温されている。アノライトライン７
は、吸収剤再生器５内の吸収剤貯留部分を循環するよう
になつているため、アノライトと吸収剤との間で熱交換
が行われる。すなわち、吸収剤が加熱されることによ
り、昇温された吸収剤の水の蒸気圧が高くなる。その結
果、吸収剤中から水蒸気が蒸発する。一方、この水蒸気
は、冷却空気ライン61中を流れる空気との熱交換によ
り、凝縮水となる。この凝縮水は、ライン11を通りアノ
ライトタンク２に環流し、再び電池反応に供するもので
ある。
アノライトライン７を流れるアノライトは、吸収剤の加
熱手段である。このように、吸収剤中から水を蒸発させ
るための加熱手段としては、運転温度までに高められた
アノライトのほかに、他の熱源からの熱を使用すること
もできる。例えば、他のプラントでの排熱を利用するこ
ともできる。
熱手段である。このように、吸収剤中から水を蒸発させ
るための加熱手段としては、運転温度までに高められた
アノライトのほかに、他の熱源からの熱を使用すること
もできる。例えば、他のプラントでの排熱を利用するこ
ともできる。
前記実施例では、吸収剤冷却器４を設け、吸収剤再生器
５から水吸収器３に供給される吸収剤を冷却するように
なつている。吸収剤を冷却することにより、排ガス中の
水を吸収する能力を回復させるためである。
５から水吸収器３に供給される吸収剤を冷却するように
なつている。吸収剤を冷却することにより、排ガス中の
水を吸収する能力を回復させるためである。
吸収剤再生器５中で濃縮された吸収剤は、吸収剤冷却器
４において、空気により冷却されて吸収能を回復し、再
び水吸収器３に供給される。
４において、空気により冷却されて吸収能を回復し、再
び水吸収器３に供給される。
以上、本実施例によれば、特別な冷却源を必要とするこ
となく、電池の運転温度である比較的高い温度でも、空
気極排ガスから水の回収を行うことができる。さらに、
電池の発熱を利用して、水吸収剤の再生ができる。電池
排ガスを直接冷却して回収する場合よりも、高い温度で
凝縮水を得ることができる。このように、本実施例で
は、特別の冷却源を必要としないうえ、可搬型電池とし
ての有効性を損うことができないものである。
となく、電池の運転温度である比較的高い温度でも、空
気極排ガスから水の回収を行うことができる。さらに、
電池の発熱を利用して、水吸収剤の再生ができる。電池
排ガスを直接冷却して回収する場合よりも、高い温度で
凝縮水を得ることができる。このように、本実施例で
は、特別の冷却源を必要としないうえ、可搬型電池とし
ての有効性を損うことができないものである。
次に、具体的な実施例について説明する。
0.13kgH2O/kg乾燥空気を0.04kgH2O/kg乾燥空気まで除湿
するに当つては、単に排ガスの冷却のみ、すなわち他の
冷却源を用いる場合では、38℃まで排ガスを冷却する必
要があつた。しかし、26％の硫酸を吸収剤として使用し
た場合には、吸収剤を45℃にすれば、排ガス中から水の
回収を行うことができる。60％の硫酸を吸収剤として用
いた場合では、吸収剤を60℃にすれば、排ガス中から水
を吸収することができる。この60℃は、メタノール燃料
電池の運転温度であるゆえ、特別な冷熱源を必要としな
いばかりでなく、電池運転温度の比較的高い温度でも、
吸収剤から水の回収を行うことができることが示されて
いる。さらに、23％のLiBr水溶液を吸収剤として使用し
た場合では、吸収剤を45℃にすれば水の回収を行うこと
ができる。次に、吸収剤をメタノール燃料電池の一般的
な運転温度の60℃まで昇温した場合、26％硫酸水溶液の
水蒸気圧は、122mmH2Oまで上昇し、45℃で冷却した場合
には、45℃での飽和水蒸気圧72mmH2Oとの差に基づい
て、容易に回収できる。23％のLiBr水溶液についても、
60℃における水蒸気圧は約121mmH2Oであり、同様に45℃
で容易に水の回収ができる。
するに当つては、単に排ガスの冷却のみ、すなわち他の
冷却源を用いる場合では、38℃まで排ガスを冷却する必
要があつた。しかし、26％の硫酸を吸収剤として使用し
た場合には、吸収剤を45℃にすれば、排ガス中から水の
回収を行うことができる。60％の硫酸を吸収剤として用
いた場合では、吸収剤を60℃にすれば、排ガス中から水
を吸収することができる。この60℃は、メタノール燃料
電池の運転温度であるゆえ、特別な冷熱源を必要としな
いばかりでなく、電池運転温度の比較的高い温度でも、
吸収剤から水の回収を行うことができることが示されて
いる。さらに、23％のLiBr水溶液を吸収剤として使用し
た場合では、吸収剤を45℃にすれば水の回収を行うこと
ができる。次に、吸収剤をメタノール燃料電池の一般的
な運転温度の60℃まで昇温した場合、26％硫酸水溶液の
水蒸気圧は、122mmH2Oまで上昇し、45℃で冷却した場合
には、45℃での飽和水蒸気圧72mmH2Oとの差に基づい
て、容易に回収できる。23％のLiBr水溶液についても、
60℃における水蒸気圧は約121mmH2Oであり、同様に45℃
で容易に水の回収ができる。
上記実施例では、吸収剤の選定およびその吸収剤の濃度
の選定により、吸収剤から水を回収する回収温度を選定
することができる。
の選定により、吸収剤から水を回収する回収温度を選定
することができる。
上記実施例では、メタノール燃料電池について説明した
が、本発明はメタノール燃料電池に限定されるものでは
なく、他の燃料電池に適用することもできる。
が、本発明はメタノール燃料電池に限定されるものでは
なく、他の燃料電池に適用することもできる。
次に、本発明の第２の実施例について説明する。その実
施例を実施するための装置の構成を第２図に示す。第２
図の実施例において、第１図と異なる点は、吸収剤とし
てアノライト自体を用いている点である。このことは、
第２図の装置の構成上、第１図と次の点において相違す
る。アノライトタンク２には、吸収剤循環ライン９が接
続されている。さらに、この吸収剤循環ライン９は、水
吸収器３に接続され、水吸収器３を経て吸収剤循環ライ
ン９が燃料電池本体の燃料極内を通過し、アノライト循
環ライン６と接続している。このアノライト循環ライン
６は、アノライトタンク２と接続されている。なお、本
実施例では、水吸収器３と排ガス浄化器12が排ガスライ
ン10を介して接続されている。
施例を実施するための装置の構成を第２図に示す。第２
図の実施例において、第１図と異なる点は、吸収剤とし
てアノライト自体を用いている点である。このことは、
第２図の装置の構成上、第１図と次の点において相違す
る。アノライトタンク２には、吸収剤循環ライン９が接
続されている。さらに、この吸収剤循環ライン９は、水
吸収器３に接続され、水吸収器３を経て吸収剤循環ライ
ン９が燃料電池本体の燃料極内を通過し、アノライト循
環ライン６と接続している。このアノライト循環ライン
６は、アノライトタンク２と接続されている。なお、本
実施例では、水吸収器３と排ガス浄化器12が排ガスライ
ン10を介して接続されている。
アノライトの一部は、吸収剤として吸収剤循環ライン９
により水吸収器３へ供給される。吸収剤３へ導かれたア
ノライトは、吸収剤３上面でシヤワー状となり、吸収面
積が拡大されるようになつている。ここの水吸収器３内
で、アノライトは空気ライン８を経て供給された空気極
排ガスと接触し、除湿（水回収）が行われる。水が吸収
されたアノライトは、吸収剤循環ライン９を経て電池本
体１に供給される。電池本体１に供給される前のアノラ
イトは水を含んでいるため、電部反応に必要な水がここ
で補給される。水を吸収したアノライトは、電池反応に
再利用される。電池本体１を通過しアノライトは、アノ
ライト循環ライン６を経て、アノライトタンク２へ還流
される。電池本体１を出た直後のアノライトは、アノラ
イト中に含まれた水が電池反応に使用されるために、濃
度が濃い状態となつている。こ濃度の濃いアノライトが
アノライトタンク２へ還流され、この濃度が高いアノラ
イトがさらに水吸収器３へ循環されるために、水の吸収
能は高いものとなつている。
により水吸収器３へ供給される。吸収剤３へ導かれたア
ノライトは、吸収剤３上面でシヤワー状となり、吸収面
積が拡大されるようになつている。ここの水吸収器３内
で、アノライトは空気ライン８を経て供給された空気極
排ガスと接触し、除湿（水回収）が行われる。水が吸収
されたアノライトは、吸収剤循環ライン９を経て電池本
体１に供給される。電池本体１に供給される前のアノラ
イトは水を含んでいるため、電部反応に必要な水がここ
で補給される。水を吸収したアノライトは、電池反応に
再利用される。電池本体１を通過しアノライトは、アノ
ライト循環ライン６を経て、アノライトタンク２へ還流
される。電池本体１を出た直後のアノライトは、アノラ
イト中に含まれた水が電池反応に使用されるために、濃
度が濃い状態となつている。こ濃度の濃いアノライトが
アノライトタンク２へ還流され、この濃度が高いアノラ
イトがさらに水吸収器３へ循環されるために、水の吸収
能は高いものとなつている。
アノライトの供給速度は、ポンプ47の駆動力によつて調
整できる。水をアノライトで吸収するため、ポンプ47の
駆動力を調整することにより、アノライト流量の調整を
行うことができる。
整できる。水をアノライトで吸収するため、ポンプ47の
駆動力を調整することにより、アノライト流量の調整を
行うことができる。
前記水吸収器３から系外に排出される排ガス中には、ア
ノライト中に含まれたメタノール濃度に対応する蒸気圧
のメタノールを含んでいる。したがつて、直接この排ガ
スを大気中に放出することが困難な場合に備えて、排出
ガス浄化器12が設けられ、この浄化器12によつて排ガス
を浄化すれば、大気汚染の問題がなくなることになる。
この排ガス浄化器12としては、メタノールの触媒燃焼
器，吸収剤槽等が用いられる。
ノライト中に含まれたメタノール濃度に対応する蒸気圧
のメタノールを含んでいる。したがつて、直接この排ガ
スを大気中に放出することが困難な場合に備えて、排出
ガス浄化器12が設けられ、この浄化器12によつて排ガス
を浄化すれば、大気汚染の問題がなくなることになる。
この排ガス浄化器12としては、メタノールの触媒燃焼
器，吸収剤槽等が用いられる。
以上、本実施例によれば、アノライトを直接水吸収剤と
して用いているために、特別な吸収剤を用いることがな
く、かつ酸化剤から出た排ガス中の水分が直接アノライ
ト中に移動するため、吸収剤からの水の分離操作が不用
となる。したがつて、装置のシステム構成が非常に簡単
となる。
して用いているために、特別な吸収剤を用いることがな
く、かつ酸化剤から出た排ガス中の水分が直接アノライ
ト中に移動するため、吸収剤からの水の分離操作が不用
となる。したがつて、装置のシステム構成が非常に簡単
となる。
なお、本実施例では、吸収剤循環ライン９から水吸収器
３へ供給されるアノライトを特別空冷する必要はない。
濃硫酸であるため，電池運転温度の60℃においても吸収
能力があるためである。もつとも、冷却源を設け、アノ
ライトを冷却することは妨げない。
３へ供給されるアノライトを特別空冷する必要はない。
濃硫酸であるため，電池運転温度の60℃においても吸収
能力があるためである。もつとも、冷却源を設け、アノ
ライトを冷却することは妨げない。
第３図に、第２図が示した実施例の変形例を示す。第３
図の実施例が第２図の実施例と異なる点は、アノライト
の循環順位が第２図と異なる点である。すなわち、アノ
ライトタンク２を出たアノライトは、燃料電池本体１の
燃料極を介して水吸収器３に供給される。水吸収器３で
空気極排ガスから水を吸収したアノライトがアノライト
タンク２に還流される点である。
図の実施例が第２図の実施例と異なる点は、アノライト
の循環順位が第２図と異なる点である。すなわち、アノ
ライトタンク２を出たアノライトは、燃料電池本体１の
燃料極を介して水吸収器３に供給される。水吸収器３で
空気極排ガスから水を吸収したアノライトがアノライト
タンク２に還流される点である。
本実施例によれば、アノライトが燃料電池本体１を通過
することにより、硫酸濃度が増加した状態となつてい
る。したがつて、水吸収器３における水吸収能は高くな
り、水の回収効率が向上するものである。水を回収して
濃度が小さくなつた硫酸、すなわちアノライトは、アシ
ライトタンク２に還流され、次の電池反応のアノライト
として使用される。
することにより、硫酸濃度が増加した状態となつてい
る。したがつて、水吸収器３における水吸収能は高くな
り、水の回収効率が向上するものである。水を回収して
濃度が小さくなつた硫酸、すなわちアノライトは、アシ
ライトタンク２に還流され、次の電池反応のアノライト
として使用される。
本実施例では、アノライトの循環量が低減し、ポンプ47
の循環に要する消費動力を軽減することができる。さら
に、アノライトの除湿能が向上する結果、空気極排ガス
中からメタノールを除く能力が向上し、系外に排出され
る排ガス中のメタノール濃度を低減することができる。
したがつて、排ガス浄化器12が不要となるか、少なくと
もその浄化器の能力を軽減できる。
の循環に要する消費動力を軽減することができる。さら
に、アノライトの除湿能が向上する結果、空気極排ガス
中からメタノールを除く能力が向上し、系外に排出され
る排ガス中のメタノール濃度を低減することができる。
したがつて、排ガス浄化器12が不要となるか、少なくと
もその浄化器の能力を軽減できる。
本実施例によれば、アノライトが電池運転温度の60℃で
も、0.13kgH2O/kg乾燥空気を、0.04kgH2O/kg乾燥空気ま
で除湿することができる。
も、0.13kgH2O/kg乾燥空気を、0.04kgH2O/kg乾燥空気ま
で除湿することができる。
次に本発明の他の実施例について説明する。
第４図は、その実施例を実施するための装置の構成図を
示したものである。本実施例が前述の各実施例と異なる
点は、膜利用再生器14を用いて、吸収剤から水の回収を
行う点にある。すなわち、第４図において、水吸収器３
から出た吸収剤循環ライン51は、膜利用再生器14内を通
過し、吸収剤循環タンク13に接続する。吸収剤循環タン
クには、吸収剤循環ライン９が接続されており、このラ
イン９は、水吸収器３に接続されている。一方、アノラ
イトタンク２から出たアノライトライン７は、前記膜利
用再生器14内を通過し、アノライトタンク２に戻る。
示したものである。本実施例が前述の各実施例と異なる
点は、膜利用再生器14を用いて、吸収剤から水の回収を
行う点にある。すなわち、第４図において、水吸収器３
から出た吸収剤循環ライン51は、膜利用再生器14内を通
過し、吸収剤循環タンク13に接続する。吸収剤循環タン
クには、吸収剤循環ライン９が接続されており、このラ
イン９は、水吸収器３に接続されている。一方、アノラ
イトタンク２から出たアノライトライン７は、前記膜利
用再生器14内を通過し、アノライトタンク２に戻る。
次に、本実施例の動作について説明する。吸収剤は吸収
剤循環タンク13からポンプ等の駆動手段により、吸収剤
循環ライン９を通して水吸収器３に送られる。ここで燃
料電池本体１の酸化剤ガスの排ガス中の水分を吸収した
のち、吸収剤はライン51を介して膜利用再生器14では、
吸収剤の再生を水の選択透過性膜を用いて行つている。
水に対して選択透過性を有し、吸収剤あるいはアノライ
ト中の硫酸およびメタノールに対してはほとんど透過能
を有しない膜を介して、吸収剤とアノライト２を接触さ
せる。浸透圧差に基づいて吸収剤中の水をアノライト中
に移動させて吸収剤の再生を行う。
剤循環タンク13からポンプ等の駆動手段により、吸収剤
循環ライン９を通して水吸収器３に送られる。ここで燃
料電池本体１の酸化剤ガスの排ガス中の水分を吸収した
のち、吸収剤はライン51を介して膜利用再生器14では、
吸収剤の再生を水の選択透過性膜を用いて行つている。
水に対して選択透過性を有し、吸収剤あるいはアノライ
ト中の硫酸およびメタノールに対してはほとんど透過能
を有しない膜を介して、吸収剤とアノライト２を接触さ
せる。浸透圧差に基づいて吸収剤中の水をアノライト中
に移動させて吸収剤の再生を行う。
本実施例では、吸収剤の再生に相変化を伴わないため
に、前記第１図の実施例で説明したような再生器におけ
る吸収剤の昇温および水吸収器の前における冷却器によ
る吸収剤の冷却の温度サイクルを必要としない。
に、前記第１図の実施例で説明したような再生器におけ
る吸収剤の昇温および水吸収器の前における冷却器によ
る吸収剤の冷却の温度サイクルを必要としない。
以上説明したように、本発明によれば、吸収剤を用いて
酸化剤ガス中に含まれる水分の吸収を行つているため
に、特別の冷熱源を必要とすることなく電池の運転温度
である比較的高い温度状態でも、排ガス中から水分を回
収し、その水分を電池反応に再利用することができるも
のである。
酸化剤ガス中に含まれる水分の吸収を行つているため
に、特別の冷熱源を必要とすることなく電池の運転温度
である比較的高い温度状態でも、排ガス中から水分を回
収し、その水分を電池反応に再利用することができるも
のである。
また、燃料電池を循環する液体循環系から独立して循環
する水吸収剤を用いているので、燃料電池の運転条件に
拘束されずに水吸収剤の最適な濃度と温度に制御し高い
水吸収効率が得られる。
する水吸収剤を用いているので、燃料電池の運転条件に
拘束されずに水吸収剤の最適な濃度と温度に制御し高い
水吸収効率が得られる。
第１図〜第４図は本発明に係る燃料電池の運転方法を実
施するための装置の実施例構成図である。 １……燃料電池本体、２……アノライトタンク、３……
水吸収器、４……吸収剤冷却器、５……吸収剤再生器、
６……アノライト循環ライン、７……アノライトライ
ン、８……空気ライン、９……吸収剤循環ライン、10…
…排ガスライン、11……水ライン、12……排ガス浄化
器。
施するための装置の実施例構成図である。 １……燃料電池本体、２……アノライトタンク、３……
水吸収器、４……吸収剤冷却器、５……吸収剤再生器、
６……アノライト循環ライン、７……アノライトライ
ン、８……空気ライン、９……吸収剤循環ライン、10…
…排ガスライン、11……水ライン、12……排ガス浄化
器。
フロントページの続き (72)発明者 小川 敏雄 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 土井 良太 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 大嶽 克基 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 池本 徳郎 東京都千代田区神田駿河台４丁目６番地 株式会社日立製作所内 (56)参考文献 特開 昭60−49570（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−93268（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−179666（ＪＰ，Ｕ)
Claims (3)
- 【請求項１】燃料極を循環する液体の循環系から独立し
て循環する水吸収剤を用い、酸化剤極からの排ガスと接
触させて該排ガスに含まれる水蒸気を吸収し、該水蒸気
を吸収した水吸収剤から水を分離し、該分離した水を前
記燃料極液体循環系へ供給することを特徴とする燃料電
池の運転方法。 - 【請求項２】前記排ガスと接触する水吸収剤を前記排ガ
スの温度より低い温度に冷却し、前記排ガスに含まれる
水蒸気を吸収した水吸収剤を燃料電池から発生する熱に
より昇温して前記水吸収剤が吸収した水を蒸気とし、該
蒸気を冷却し凝縮水として分離することを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の燃料電池の運転方法。 - 【請求項３】前記排ガスに含まれる水蒸気を吸収した水
吸収剤から水に対する選択透過性を有する膜を用いて水
を分離することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の燃料電池の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62050856A JPH0760692B2 (ja) | 1987-03-05 | 1987-03-05 | 燃料電池の運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62050856A JPH0760692B2 (ja) | 1987-03-05 | 1987-03-05 | 燃料電池の運転方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63218166A JPS63218166A (ja) | 1988-09-12 |
| JPH0760692B2 true JPH0760692B2 (ja) | 1995-06-28 |
Family
ID=12870365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62050856A Expired - Lifetime JPH0760692B2 (ja) | 1987-03-05 | 1987-03-05 | 燃料電池の運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0760692B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0980501A2 (en) * | 1997-05-08 | 2000-02-23 | David A. Zornes | Adsorbent refrigerator with separator |
| DE10034399A1 (de) | 2000-07-14 | 2002-01-31 | Daimler Chrysler Ag | Brennstoffzellensystem mit Einrichtung zur Wasserrückgewinnung und Verfahren zum Betrieb eines solchen |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5693268A (en) * | 1979-12-27 | 1981-07-28 | Hitachi Ltd | Fuel cell |
| JPS6049570A (ja) * | 1983-08-29 | 1985-03-18 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | 液体燃料電池 |
| JPS61179666U (ja) * | 1985-04-26 | 1986-11-10 |
-
1987
- 1987-03-05 JP JP62050856A patent/JPH0760692B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63218166A (ja) | 1988-09-12 |
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