JPH08138697A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPH08138697A JPH08138697A JP6302948A JP30294894A JPH08138697A JP H08138697 A JPH08138697 A JP H08138697A JP 6302948 A JP6302948 A JP 6302948A JP 30294894 A JP30294894 A JP 30294894A JP H08138697 A JPH08138697 A JP H08138697A
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- fuel cell
- reaction gas
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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】 燃料電池内での発火を防止して、出力の安定
化を図る。 【構成】 電解質膜１２の両側に反応触媒層１３ａ，１
４ａをそれぞれ備え、この外側にガス拡散層１３ｂ，１
４ｂをそれぞれ備えるとともに、この両ガス拡散層１３
ｂ，１４ｂの外側に、各ガス拡散層１３ｂ，１４ｂに臨
むように形成された反応ガス流路溝１５ａ，１６をそれ
ぞれ備え、さらに各反応ガス流路溝１５ａ，１６の上流
側に連通する反応ガス供給側マニホールド１８と、下流
側に連通する反応ガス排出側マニホールド１９とを備え
た燃料電池１１の前記反応ガス系の流路内に、反応ガス
と接触可能に燃焼触媒を設け、反応ガス系内に混入した
可燃ガスを早期に緩やかに燃焼させて濃度上昇を防ぎ、
燃料電池１１内での発火を防止する。
化を図る。 【構成】 電解質膜１２の両側に反応触媒層１３ａ，１
４ａをそれぞれ備え、この外側にガス拡散層１３ｂ，１
４ｂをそれぞれ備えるとともに、この両ガス拡散層１３
ｂ，１４ｂの外側に、各ガス拡散層１３ｂ，１４ｂに臨
むように形成された反応ガス流路溝１５ａ，１６をそれ
ぞれ備え、さらに各反応ガス流路溝１５ａ，１６の上流
側に連通する反応ガス供給側マニホールド１８と、下流
側に連通する反応ガス排出側マニホールド１９とを備え
た燃料電池１１の前記反応ガス系の流路内に、反応ガス
と接触可能に燃焼触媒を設け、反応ガス系内に混入した
可燃ガスを早期に緩やかに燃焼させて濃度上昇を防ぎ、
燃料電池１１内での発火を防止する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、電解質層を介して燃
料ガスと酸化ガスとを反応させて起電力を得る燃料電池
に関し、特に電池内での燃料ガスの異常燃焼を防止する
ことのできる燃料電池に関するものである。
料ガスと酸化ガスとを反応させて起電力を得る燃料電池
に関し、特に電池内での燃料ガスの異常燃焼を防止する
ことのできる燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば高分子電解質型燃料電池において
は、電解質である陽イオン交換樹脂膜を、カチオン導電
性膜として使用しており、分子中にプロトン（水素イオ
ン）交換基を有するこの導電性膜は、飽和状態に含水さ
せることによって常温で２０Ω・cm以下の比抵抗を示し
プロトン導電性電解質として機能する。
は、電解質である陽イオン交換樹脂膜を、カチオン導電
性膜として使用しており、分子中にプロトン（水素イオ
ン）交換基を有するこの導電性膜は、飽和状態に含水さ
せることによって常温で２０Ω・cm以下の比抵抗を示し
プロトン導電性電解質として機能する。
【０００３】そして、前記高分子電解質膜の飽和含水量
は、温度によって可逆的に変化するが、燃料電池運転中
においては、カソード側における電気化学反応によって
生成される水が増加した場合に、その排出能力を越える
と、カソード側の酸化ガス流路内に生成水の滞留が生じ
ることがあった。
は、温度によって可逆的に変化するが、燃料電池運転中
においては、カソード側における電気化学反応によって
生成される水が増加した場合に、その排出能力を越える
と、カソード側の酸化ガス流路内に生成水の滞留が生じ
ることがあった。
【０００４】このように、カソード側の酸化ガス流路内
に生成水が滞留すると、高分子電解質膜のカソード側が
水浸しとなり、所謂フラッディング状態となってガス接
触面積が減少し、更にはカソードへの酸素ガスの供給が
阻害されて発生電圧が低下するという問題があった。
に生成水が滞留すると、高分子電解質膜のカソード側が
水浸しとなり、所謂フラッディング状態となってガス接
触面積が減少し、更にはカソードへの酸素ガスの供給が
阻害されて発生電圧が低下するという問題があった。
【０００５】また、酸化ガス流路内の生成水の排出不良
が生じると、前述したようにカソードへの酸素ガスの供
給が阻害されて発生電圧が低下するばかりでなく、高分
子電解質膜を透過したプロトン（２Ｈ+ ）が、カソード
側において電子（２ｅー ）と再結合して再び水素ガス
（Ｈ2 ）となり酸化ガス流路を流れる酸化ガス中に混入
し、この混入した水素ガスが一定の濃度に達すると、カ
ソードの表面に形成された反応触媒層に接触して発火す
ることがある。この燃料電池内での発火のメカニズムを
図５ないし図７を参照して説明する。なお図６はカソー
ド側への水素ガスの混入メカニズムを示す説明図、図６
は各単電池を垂直に配設して横方向に複数積層した従来
の燃料電池の断面側面図、図７は水素ガスの発生から発
火までのプロセスのフロー図である。
が生じると、前述したようにカソードへの酸素ガスの供
給が阻害されて発生電圧が低下するばかりでなく、高分
子電解質膜を透過したプロトン（２Ｈ+ ）が、カソード
側において電子（２ｅー ）と再結合して再び水素ガス
（Ｈ2 ）となり酸化ガス流路を流れる酸化ガス中に混入
し、この混入した水素ガスが一定の濃度に達すると、カ
ソードの表面に形成された反応触媒層に接触して発火す
ることがある。この燃料電池内での発火のメカニズムを
図５ないし図７を参照して説明する。なお図６はカソー
ド側への水素ガスの混入メカニズムを示す説明図、図６
は各単電池を垂直に配設して横方向に複数積層した従来
の燃料電池の断面側面図、図７は水素ガスの発生から発
火までのプロセスのフロー図である。
【０００６】図５および図６に示すように高分子電解質
型燃料電池１の単電池１ａは、図において電解質膜２の
左側に、反応触媒層３ａとガス拡散層３ｂとからなるア
ノード３が、また右側には、反応触媒層４ａとガス拡散
層４ｂとからなるカソード４が形成されている。また前
記アノード３の外側には、ガスセパレータを兼ねるカー
ボン集電体５が設けられるとともに、このカーボン集電
体５の前記ガス拡散層３ｂに面する側面には、燃料ガス
流路溝５ａがほぼ水平方向に複数形成されており、各燃
料ガス流路溝５ａには、燃料ガスである水素ガスが流通
している。また前記カソード４の外側には、ガスセパレ
ータを兼ねるカーボン集電体６が設けられるとともに、
このカーボン集電体６の前記ガス拡散層４ｂに面する側
面には、酸化ガス流通溝６ａがほぼ垂直方向に複数（図
においては最も手前の溝６ａのみ図示されている）形成
されている。
型燃料電池１の単電池１ａは、図において電解質膜２の
左側に、反応触媒層３ａとガス拡散層３ｂとからなるア
ノード３が、また右側には、反応触媒層４ａとガス拡散
層４ｂとからなるカソード４が形成されている。また前
記アノード３の外側には、ガスセパレータを兼ねるカー
ボン集電体５が設けられるとともに、このカーボン集電
体５の前記ガス拡散層３ｂに面する側面には、燃料ガス
流路溝５ａがほぼ水平方向に複数形成されており、各燃
料ガス流路溝５ａには、燃料ガスである水素ガスが流通
している。また前記カソード４の外側には、ガスセパレ
ータを兼ねるカーボン集電体６が設けられるとともに、
このカーボン集電体６の前記ガス拡散層４ｂに面する側
面には、酸化ガス流通溝６ａがほぼ垂直方向に複数（図
においては最も手前の溝６ａのみ図示されている）形成
されている。
【０００７】そして、この燃料電池１の運転時には、カ
ソード４側の酸化ガス流路溝６ａには酸素（Ｏ2 ）を含
む空気が供給されると、アノード３側では、Ｈ2 ＝２Ｈ
+ ＋２ｅー の反応が起き、またカソード４側では、１
／２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅー ＝Ｈ2 Ｏ の反応が起こる。
ソード４側の酸化ガス流路溝６ａには酸素（Ｏ2 ）を含
む空気が供給されると、アノード３側では、Ｈ2 ＝２Ｈ
+ ＋２ｅー の反応が起き、またカソード４側では、１
／２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅー ＝Ｈ2 Ｏ の反応が起こる。
【０００８】すなわち、アノード３においては、燃料ガ
ス流路溝５ａに流通する水素ガス（Ｈ2 ）がプロトン
（２Ｈ+ ）と電子（２ｅー ）とを生成する。生成された
プロトンは、イオン交換膜である電解質膜２中をカソー
ド４に向かって移動し、電子はアノード側のカーボン集
電体５から外部回路（図示せず）を通ってカソード４側
のカーボン集電体６に移動する。
ス流路溝５ａに流通する水素ガス（Ｈ2 ）がプロトン
（２Ｈ+ ）と電子（２ｅー ）とを生成する。生成された
プロトンは、イオン交換膜である電解質膜２中をカソー
ド４に向かって移動し、電子はアノード側のカーボン集
電体５から外部回路（図示せず）を通ってカソード４側
のカーボン集電体６に移動する。
【０００９】そして、カソード４においては、酸化ガス
流路溝６ａを流れる空気中の酸素と、電解質膜２中をア
ノード３から移動してきたプロトンと、外部回路を介し
て移動してきた電子とが反応して水（Ｈ2 Ｏ）が生成さ
れる。
流路溝６ａを流れる空気中の酸素と、電解質膜２中をア
ノード３から移動してきたプロトンと、外部回路を介し
て移動してきた電子とが反応して水（Ｈ2 Ｏ）が生成さ
れる。
【００１０】したがって、各単電池１ａの酸化ガス流路
溝６ａ内で生成された水Ｗは、重力の作用によって流下
し、積層された各単電池１ａの酸化ガス流路溝６ａの下
端に接続された排出側マニホールド７から、余剰酸化ガ
スとともに外部に排出されるようになっている。
溝６ａ内で生成された水Ｗは、重力の作用によって流下
し、積層された各単電池１ａの酸化ガス流路溝６ａの下
端に接続された排出側マニホールド７から、余剰酸化ガ
スとともに外部に排出されるようになっている。
【００１１】積層された各単電池１ａ内でこのようにし
て生成された水Ｗは、酸化ガス流路溝６ａを流下して排
出側マニホールド７に合流するため、排出側マニホール
ド７の出口（図６において右下部）側で、生成水Ｗが増
加して出口付近に滞留が生じ易かった。そして、排出側
マニホールド７の出口付近に生成水Ｗが滞留すると、こ
の滞留している部分に酸化ガス流路溝６ａの下端を解放
した単電池１ａにおいては、排出不良が生じて酸化ガス
流路溝６ａ内でも生成水Ｗが滞留する結果、カソード４
が水浸しとなり、ガス拡散層４ｂおよび反応触媒層４ａ
のフラッディングが発生し、この反応触媒層４ａへの酸
素ガスの拡散が阻害されることとなる。
て生成された水Ｗは、酸化ガス流路溝６ａを流下して排
出側マニホールド７に合流するため、排出側マニホール
ド７の出口（図６において右下部）側で、生成水Ｗが増
加して出口付近に滞留が生じ易かった。そして、排出側
マニホールド７の出口付近に生成水Ｗが滞留すると、こ
の滞留している部分に酸化ガス流路溝６ａの下端を解放
した単電池１ａにおいては、排出不良が生じて酸化ガス
流路溝６ａ内でも生成水Ｗが滞留する結果、カソード４
が水浸しとなり、ガス拡散層４ｂおよび反応触媒層４ａ
のフラッディングが発生し、この反応触媒層４ａへの酸
素ガスの拡散が阻害されることとなる。
【００１２】したがって、酸化ガス流路溝６ａ内の生成
水Ｗがスムーズに排出されている単電池１ａにおいて
は、カソード４への酸素ガスの供給が充分に行われてい
るため、１／２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅー ＝Ｈ2 Ｏ の反応
が起こり、酸化ガス流路溝６ａ内に水素ガス（Ｈ2 ）は
発生しない（図５の酸化ガス流路溝６ａの上半分を参
照）。
水Ｗがスムーズに排出されている単電池１ａにおいて
は、カソード４への酸素ガスの供給が充分に行われてい
るため、１／２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅー ＝Ｈ2 Ｏ の反応
が起こり、酸化ガス流路溝６ａ内に水素ガス（Ｈ2 ）は
発生しない（図５の酸化ガス流路溝６ａの上半分を参
照）。
【００１３】ところが、酸化ガス流路溝６ａ内に生成水
Ｗが滞留した状態で電流を流し続けると、カソード４へ
の酸素ガスの供給が不充分となるため、燃料電池１の全
体から得られる電圧が低下するとともに、その単電池１
ａにおいては、Ｈ2 Ｏを生成する反応は起こらずに、電
解質膜２を透過してきたプロトン（２Ｈ+ ）と電子（２
ｅー ）とが再結合してしまい、その結果、この酸化ガス
流路溝６ａ内に水素ガス（Ｈ2 ）が生じる（図５の酸化
ガス流路溝６ａの下半分を参照）。
Ｗが滞留した状態で電流を流し続けると、カソード４へ
の酸素ガスの供給が不充分となるため、燃料電池１の全
体から得られる電圧が低下するとともに、その単電池１
ａにおいては、Ｈ2 Ｏを生成する反応は起こらずに、電
解質膜２を透過してきたプロトン（２Ｈ+ ）と電子（２
ｅー ）とが再結合してしまい、その結果、この酸化ガス
流路溝６ａ内に水素ガス（Ｈ2 ）が生じる（図５の酸化
ガス流路溝６ａの下半分を参照）。
【００１４】そして生成水Ｗの排出不良による酸素供給
不足が原因で生じた水素ガス（Ｈ2）は、各単電池１ａ
の酸化ガス流路溝６ａ内を上昇し、横方向に積層された
各単電池１ａの酸化ガス流路溝６ａのそれぞれの上端に
酸化ガス供給可能に接続された供給側マニホールド８内
に集まる。特に、生成水Ｗの滞留を生じやすい排出側マ
ニホールド７の出口側に、酸化ガス流路溝６ａの下端を
接続した単電池１ａの上方となる、供給側マニホールド
８の最下流部付近（図６において右上部）に多く集ま
る。その結果、供給側マニホールド８内に滞留している
水素ガスが徐々に増加してその濃度が４％を越えると、
カソード４の反応触媒層４ａが着火源となって発火す
る。
不足が原因で生じた水素ガス（Ｈ2）は、各単電池１ａ
の酸化ガス流路溝６ａ内を上昇し、横方向に積層された
各単電池１ａの酸化ガス流路溝６ａのそれぞれの上端に
酸化ガス供給可能に接続された供給側マニホールド８内
に集まる。特に、生成水Ｗの滞留を生じやすい排出側マ
ニホールド７の出口側に、酸化ガス流路溝６ａの下端を
接続した単電池１ａの上方となる、供給側マニホールド
８の最下流部付近（図６において右上部）に多く集ま
る。その結果、供給側マニホールド８内に滞留している
水素ガスが徐々に増加してその濃度が４％を越えると、
カソード４の反応触媒層４ａが着火源となって発火す
る。
【００１５】このように、燃料電池１の反応ガスの流通
経路内で水素ガスが発火すると、流路内圧力が上昇し、
反応ガスの供給量が変動する等によって発生電圧が不安
定となる虞があった。特に常温下で運転される高分子電
解質型燃料電池等においては、発火にともなって生じる
熱や圧力上昇によって、発生電圧が変動したり、積層さ
れた単電池１ａ間のシール部等に悪影響が及ぶ虞があっ
た。
経路内で水素ガスが発火すると、流路内圧力が上昇し、
反応ガスの供給量が変動する等によって発生電圧が不安
定となる虞があった。特に常温下で運転される高分子電
解質型燃料電池等においては、発火にともなって生じる
熱や圧力上昇によって、発生電圧が変動したり、積層さ
れた単電池１ａ間のシール部等に悪影響が及ぶ虞があっ
た。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】したがって、この燃料
電池内での発火防止、すなわち燃料電池の燃料ガス流路
内への酸化ガスの混入及び酸化ガス流路内への燃料ガス
の混入を防止するか、あるいは混入したガスを早期に除
去して発火を防止する必要があった。
電池内での発火防止、すなわち燃料電池の燃料ガス流路
内への酸化ガスの混入及び酸化ガス流路内への燃料ガス
の混入を防止するか、あるいは混入したガスを早期に除
去して発火を防止する必要があった。
【００１７】そこで、従来においては、例えば燃料電池
の酸化ガス流路溝内での水素ガスの発生・混入を防ぐた
めに、カソード側における反応によって生じる生成水が
酸化ガス流路溝内に滞留してカソードへの酸素供給が不
充分とならないようにして、酸素の供給不足に起因する
水素ガスの発生混入を抑えるために、生成水を効率よく
排出して滞留を防止する工夫が種々なされている（例え
ば特開閉５−２５１０９７号公報参照）。しかし、燃料
電池の内部におけるガスの発生混入による発火の防止
は、従来においては行われていなかった。
の酸化ガス流路溝内での水素ガスの発生・混入を防ぐた
めに、カソード側における反応によって生じる生成水が
酸化ガス流路溝内に滞留してカソードへの酸素供給が不
充分とならないようにして、酸素の供給不足に起因する
水素ガスの発生混入を抑えるために、生成水を効率よく
排出して滞留を防止する工夫が種々なされている（例え
ば特開閉５−２５１０９７号公報参照）。しかし、燃料
電池の内部におけるガスの発生混入による発火の防止
は、従来においては行われていなかった。
【００１８】また、特開平４−１６７２３６号公報に
は、セル積層体、これに反応ガスを供給排出する反応ガ
ス配管、電池収納容器、および雰囲気ガス系統とからな
る燃料電池設備について記載されている。これは、セル
（単電池）積層体を、雰囲気ガスが満たされた電池収納
容器内に収納し、このセル積層体に反応ガス配管を接続
し、また前記電池収納容器に雰囲気ガス系統を接続した
もので、前記セル積層体から漏洩して雰囲気ガス中に混
入した反応ガス（可燃性分）を、雰囲気ガスとともに排
出する前に、電池収納容器内において燃焼させる等によ
って除去する技術に関するものである。したがって、こ
の公報に記載された技術によっては、燃料電池の内部に
おいて、例えば酸化ガス流路内に混入した燃料ガスを除
去することはできない。
は、セル積層体、これに反応ガスを供給排出する反応ガ
ス配管、電池収納容器、および雰囲気ガス系統とからな
る燃料電池設備について記載されている。これは、セル
（単電池）積層体を、雰囲気ガスが満たされた電池収納
容器内に収納し、このセル積層体に反応ガス配管を接続
し、また前記電池収納容器に雰囲気ガス系統を接続した
もので、前記セル積層体から漏洩して雰囲気ガス中に混
入した反応ガス（可燃性分）を、雰囲気ガスとともに排
出する前に、電池収納容器内において燃焼させる等によ
って除去する技術に関するものである。したがって、こ
の公報に記載された技術によっては、燃料電池の内部に
おいて、例えば酸化ガス流路内に混入した燃料ガスを除
去することはできない。
【００１９】この発明は、上述した技術的背景のもとに
なされたものであって、電池内部における発火を防止し
て、安定した出力が得られる燃料電池を提供することを
目的としている。
なされたものであって、電池内部における発火を防止し
て、安定した出力が得られる燃料電池を提供することを
目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段としてこの発明は、電解質層の両側に反応触媒
層をそれぞれ備え、この両反応触媒層の外側にガス拡散
層をそれぞれ備えるとともに、この両ガス拡散層の外側
に、各ガス拡散層に臨むように形成された反応ガス流路
溝をそれぞれ備え、さらに各反応ガス流路溝の上流側に
連通する反応ガス供給側マニホールドと、各反応ガス流
路溝の下流側に連通する反応ガス排出側マニホールドと
を備えた燃料電池において、前記反応ガス流路溝の内面
に燃焼触媒層が形成されていることを特徴としている。
めの手段としてこの発明は、電解質層の両側に反応触媒
層をそれぞれ備え、この両反応触媒層の外側にガス拡散
層をそれぞれ備えるとともに、この両ガス拡散層の外側
に、各ガス拡散層に臨むように形成された反応ガス流路
溝をそれぞれ備え、さらに各反応ガス流路溝の上流側に
連通する反応ガス供給側マニホールドと、各反応ガス流
路溝の下流側に連通する反応ガス排出側マニホールドと
を備えた燃料電池において、前記反応ガス流路溝の内面
に燃焼触媒層が形成されていることを特徴としている。
【００２１】また、電解質層の両側に反応触媒層をそれ
ぞれ備え、この両反応触媒層の外側にガス拡散層をそれ
ぞれ備えるとともに、この両ガス拡散層の外側に、各ガ
ス拡散層に臨むように形成された反応ガス流路溝をそれ
ぞれ備え、さらに各反応ガス流路溝の上流側に連通する
反応ガス供給側マニホールドと、各反応ガス流路溝の下
流側に連通する反応ガス排出側マニホールドとを備えた
燃料電池において、前記反応ガス流路溝に臨む前記ガス
拡散層の表面に燃焼触媒層が形成されていることを特徴
としている。
ぞれ備え、この両反応触媒層の外側にガス拡散層をそれ
ぞれ備えるとともに、この両ガス拡散層の外側に、各ガ
ス拡散層に臨むように形成された反応ガス流路溝をそれ
ぞれ備え、さらに各反応ガス流路溝の上流側に連通する
反応ガス供給側マニホールドと、各反応ガス流路溝の下
流側に連通する反応ガス排出側マニホールドとを備えた
燃料電池において、前記反応ガス流路溝に臨む前記ガス
拡散層の表面に燃焼触媒層が形成されていることを特徴
としている。
【００２２】さらに、電解質層の両側に反応触媒層をそ
れぞれ備え、この両反応触媒層の外側にガス拡散層をそ
れぞれ備えるとともに、この両ガス拡散層の外側に、各
ガス拡散層に臨むように形成された反応ガス流路溝をそ
れぞれ備え、さらに各反応ガス流路溝の上流側に連通す
る反応ガス供給側マニホールドと、各反応ガス流路溝の
下流側に連通する反応ガス排出側マニホールドとを備え
た燃料電池において、前記反応ガス供給側マニホールド
と前記反応ガス排出側マニホールドとのうちの少なくと
も一方の内部に燃焼触媒が設けられていることを特徴と
している。
れぞれ備え、この両反応触媒層の外側にガス拡散層をそ
れぞれ備えるとともに、この両ガス拡散層の外側に、各
ガス拡散層に臨むように形成された反応ガス流路溝をそ
れぞれ備え、さらに各反応ガス流路溝の上流側に連通す
る反応ガス供給側マニホールドと、各反応ガス流路溝の
下流側に連通する反応ガス排出側マニホールドとを備え
た燃料電池において、前記反応ガス供給側マニホールド
と前記反応ガス排出側マニホールドとのうちの少なくと
も一方の内部に燃焼触媒が設けられていることを特徴と
している。
【００２３】
【作用】上記のように、反応ガス流路溝の内面に燃焼触
媒層を形成することによって、反応ガス流路溝内に、こ
の溝内を流れるガスと反応する別のガスが少量でも混入
すると、拡散層の表面に形成された前記燃焼触媒層に触
れることによって早期に反応させて、混入ガスが発火し
易い濃度に達する前に、低濃度の状態で燃焼させること
ができる。そのため、温度および圧力の上昇を全く伴わ
ないか、あるいは最小限に抑えられる。
媒層を形成することによって、反応ガス流路溝内に、こ
の溝内を流れるガスと反応する別のガスが少量でも混入
すると、拡散層の表面に形成された前記燃焼触媒層に触
れることによって早期に反応させて、混入ガスが発火し
易い濃度に達する前に、低濃度の状態で燃焼させること
ができる。そのため、温度および圧力の上昇を全く伴わ
ないか、あるいは最小限に抑えられる。
【００２４】また、反応ガス流路溝に臨む前記ガス拡散
層の表面に燃焼触媒層を形成することによって、反応ガ
ス流路溝内に、この溝内を流れるガスと反応する別のガ
スが少量でも混入すると、拡散層の表面に形成された前
記燃焼触媒層に触れることによって早期に反応させて混
入ガスが、発火し易い濃度に達する前に、低濃度の状態
で燃焼させるため、温度および圧力の上昇を全く伴わな
いか、あるいは最小限に抑えられる。
層の表面に燃焼触媒層を形成することによって、反応ガ
ス流路溝内に、この溝内を流れるガスと反応する別のガ
スが少量でも混入すると、拡散層の表面に形成された前
記燃焼触媒層に触れることによって早期に反応させて混
入ガスが、発火し易い濃度に達する前に、低濃度の状態
で燃焼させるため、温度および圧力の上昇を全く伴わな
いか、あるいは最小限に抑えられる。
【００２５】さらに、前記反応ガス供給側マニホールド
と前記反応ガス排出側マニホールドとのうちの少なくと
も一方のマニホールドの内部に燃焼触媒を設けることこ
とによって、このマニホールド内を流れるガスと反応す
る別のガスが少量でも混入すると、マニホールド内に設
けられた燃焼触媒に触れることによって早期に反応させ
て、混入ガスが発火し易い濃度に達する前に、低濃度の
状態で燃焼させることができる。そのため、燃焼時の温
度および圧力の上昇を全く伴わないか、あるいは最小限
に抑えられる。
と前記反応ガス排出側マニホールドとのうちの少なくと
も一方のマニホールドの内部に燃焼触媒を設けることこ
とによって、このマニホールド内を流れるガスと反応す
る別のガスが少量でも混入すると、マニホールド内に設
けられた燃焼触媒に触れることによって早期に反応させ
て、混入ガスが発火し易い濃度に達する前に、低濃度の
状態で燃焼させることができる。そのため、燃焼時の温
度および圧力の上昇を全く伴わないか、あるいは最小限
に抑えられる。
【００２６】
【実施例】以下、この発明の燃料電池の実施例を図１な
いし図４に基づいて説明する。
いし図４に基づいて説明する。
【００２７】図１および図２は、この発明に係る燃料電
池の第１実施例を示すもので、この燃料電池１１は複数
の単電池１１ａをそれぞれ垂直に配設して横方向に積層
して構成され、この各単電池１１ａは、高分子電解質膜
１２の一側面（図１において上面）には、触媒反応層１
３ａとその外側のガス拡散層１３ｂとからなるアノード
（燃料電極）１３が形成され、このアノード１３の外側
に、ガス不透過性板に形成されたガスセパレータを兼ね
るカーボン集電体１５が密着させて設けられている。そ
して、カーボン集電体１５のアノード１３に密着させた
面には、燃料ガスとなる水素ガス（Ｈ2 ）を流通させる
燃料ガス流路溝１５ａが、深さ１mm、幅１mmで、１mm間
隔に複数本形成されている。
池の第１実施例を示すもので、この燃料電池１１は複数
の単電池１１ａをそれぞれ垂直に配設して横方向に積層
して構成され、この各単電池１１ａは、高分子電解質膜
１２の一側面（図１において上面）には、触媒反応層１
３ａとその外側のガス拡散層１３ｂとからなるアノード
（燃料電極）１３が形成され、このアノード１３の外側
に、ガス不透過性板に形成されたガスセパレータを兼ね
るカーボン集電体１５が密着させて設けられている。そ
して、カーボン集電体１５のアノード１３に密着させた
面には、燃料ガスとなる水素ガス（Ｈ2 ）を流通させる
燃料ガス流路溝１５ａが、深さ１mm、幅１mmで、１mm間
隔に複数本形成されている。
【００２８】また、前記高分子電解質膜１２の他側面
（図１において下面）には、触媒反応層１４ａとその外
側のガス拡散層１４ｂとからなるカソード（酸素電極）
１４が形成され、このカソード１４の外側には、ガスセ
パレータを兼ねる板状に形成されたカーボン集電体１５
が密着させて設けられている。そして、カーボン集電体
１５のカソード１４に密着させた面には、酸化ガスとな
る空気を流通させる酸化ガス流路溝１６が、前記燃料ガ
ス流路溝１５ａの形成方向と直交する方向に複数本形成
されて単電池１１ａが構成されている。
（図１において下面）には、触媒反応層１４ａとその外
側のガス拡散層１４ｂとからなるカソード（酸素電極）
１４が形成され、このカソード１４の外側には、ガスセ
パレータを兼ねる板状に形成されたカーボン集電体１５
が密着させて設けられている。そして、カーボン集電体
１５のカソード１４に密着させた面には、酸化ガスとな
る空気を流通させる酸化ガス流路溝１６が、前記燃料ガ
ス流路溝１５ａの形成方向と直交する方向に複数本形成
されて単電池１１ａが構成されている。
【００２９】そして、この単電池１１ａは、前記酸化ガ
ス流路溝１６が垂直となるようにして横方向に複数積層
してスタック化されるとともに、積層された各単電池１
１ａの酸化ガス流路溝１６の上端が酸化ガスの供給側マ
ニホールド１８にそれぞれ接続され、また各酸化ガス流
路溝１６の下端が排出側マニホールド１９にそれぞれ接
続され、また図示してないが各燃料ガス流路溝１５の上
流側および下流側に、燃料ガスの供給側マニホールドと
排出側マニホールドとが接続されて燃料電池１１が構成
されている。
ス流路溝１６が垂直となるようにして横方向に複数積層
してスタック化されるとともに、積層された各単電池１
１ａの酸化ガス流路溝１６の上端が酸化ガスの供給側マ
ニホールド１８にそれぞれ接続され、また各酸化ガス流
路溝１６の下端が排出側マニホールド１９にそれぞれ接
続され、また図示してないが各燃料ガス流路溝１５の上
流側および下流側に、燃料ガスの供給側マニホールドと
排出側マニホールドとが接続されて燃料電池１１が構成
されている。
【００３０】また、前記高分子電解質膜１２としては、
例えば、膜厚１３０μｍのフッ素系陽イオン交換膜を用
い、この表面に触媒反応層（例えばＰt ２０％担持カー
ボン０．４mg／cm2 ＋陽イオン交換樹脂を担持カーボン
比５０％）とガス拡散層（テフロン５０％含有撥水処理
カーボン）を電極基材であるカーボンクロス（厚さ０．
３mm）に塗り込んだ電極をホットプレス（１２０℃×１
００Kg／cm2 ）して製作したものが使用される。
例えば、膜厚１３０μｍのフッ素系陽イオン交換膜を用
い、この表面に触媒反応層（例えばＰt ２０％担持カー
ボン０．４mg／cm2 ＋陽イオン交換樹脂を担持カーボン
比５０％）とガス拡散層（テフロン５０％含有撥水処理
カーボン）を電極基材であるカーボンクロス（厚さ０．
３mm）に塗り込んだ電極をホットプレス（１２０℃×１
００Kg／cm2 ）して製作したものが使用される。
【００３１】そして、カーボン集電体１５に形成された
各酸化ガス流路溝１６の内面には、Ｐt 触媒担持液（例
えば、ジニトロジアミン白金、ヘキサアンミン白金塩化
物、塩化白金酸六水和物等の溶液）を塗布含浸させて担
持処理を行って燃焼触媒層１７が形成されている。
各酸化ガス流路溝１６の内面には、Ｐt 触媒担持液（例
えば、ジニトロジアミン白金、ヘキサアンミン白金塩化
物、塩化白金酸六水和物等の溶液）を塗布含浸させて担
持処理を行って燃焼触媒層１７が形成されている。
【００３２】次に、上記のように構成されるこの実施例
の燃料電池１１の作用を説明すると、アノード１３側の
燃料ガス流路溝１５ａに水素ガス（Ｈ2 ）が供給され
る。また高分子電解質膜１２は、飽和状態に含水させて
比抵抗を常温で２０Ω・cm以下のプロトン導電性電解質
として機能させるために、燃料ガス流路溝１５ａを介し
て供給する水素ガス中、および酸化ガス流路溝１６を介
して供給される空気中にそれぞれ水蒸気を混入して、高
分子電解質膜１２を湿潤状態に維持している。
の燃料電池１１の作用を説明すると、アノード１３側の
燃料ガス流路溝１５ａに水素ガス（Ｈ2 ）が供給され
る。また高分子電解質膜１２は、飽和状態に含水させて
比抵抗を常温で２０Ω・cm以下のプロトン導電性電解質
として機能させるために、燃料ガス流路溝１５ａを介し
て供給する水素ガス中、および酸化ガス流路溝１６を介
して供給される空気中にそれぞれ水蒸気を混入して、高
分子電解質膜１２を湿潤状態に維持している。
【００３３】そして、カソード１３側の酸化ガス流路溝
１６には酸素（Ｏ2 ）を含む空気が供給されると、アノ
ード１３側では、Ｈ2 ＝２Ｈ+ ＋２ｅ の反応が起き、
またカソード１４側では、１／２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ＝
Ｈ2 Ｏ の反応が起こる。
１６には酸素（Ｏ2 ）を含む空気が供給されると、アノ
ード１３側では、Ｈ2 ＝２Ｈ+ ＋２ｅ の反応が起き、
またカソード１４側では、１／２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ＝
Ｈ2 Ｏ の反応が起こる。
【００３４】すなわち、アノード１３においては、燃料
ガス流路溝１５ａに流通する水素ガス（Ｈ2 ）がプロト
ン（２Ｈ+ ）と電子（２ｅ）とを生成する。生成された
プロトンは、イオン交換膜である高分子電解質膜１２中
をカソード１４に向かって移動し、電子はアノード側の
カーボン集電体１５から外部回路（図示せず）を通って
カソード１４側のカーボン集電体１５に移動する。
ガス流路溝１５ａに流通する水素ガス（Ｈ2 ）がプロト
ン（２Ｈ+ ）と電子（２ｅ）とを生成する。生成された
プロトンは、イオン交換膜である高分子電解質膜１２中
をカソード１４に向かって移動し、電子はアノード側の
カーボン集電体１５から外部回路（図示せず）を通って
カソード１４側のカーボン集電体１５に移動する。
【００３５】そして、カソード１４においては、酸化ガ
ス流路溝１６を流れる空気中の酸素と、高分子電解質膜
１２中をアノード１３から移動してきたプロトンと、外
部回路を介して移動してきた電子とが反応して水（Ｈ2
Ｏ）を生成する。
ス流路溝１６を流れる空気中の酸素と、高分子電解質膜
１２中をアノード１３から移動してきたプロトンと、外
部回路を介して移動してきた電子とが反応して水（Ｈ2
Ｏ）を生成する。
【００３６】次に、この酸化ガス流路溝１６の内面に燃
焼触媒層１７を形成したことによる効果を調べるため、
水素ガス（Ｈ2 ）を１％混合した酸化ガス（空気，Ｏ
2 ）を供給側マニホールド１８から供給し、排出側マニ
ホールド１９の出口付近で回収した排出ガス中のＨ2 濃
度をガスクロマトグラフで計測したところ、１００ｐｐ
ｍ（０．０１％）以下に低減可能なことが確認できた。
焼触媒層１７を形成したことによる効果を調べるため、
水素ガス（Ｈ2 ）を１％混合した酸化ガス（空気，Ｏ
2 ）を供給側マニホールド１８から供給し、排出側マニ
ホールド１９の出口付近で回収した排出ガス中のＨ2 濃
度をガスクロマトグラフで計測したところ、１００ｐｐ
ｍ（０．０１％）以下に低減可能なことが確認できた。
【００３７】したがって、この実施例の燃料電池１１に
おいては、運転中に生成水の排出不良等のために、酸化
ガス流路溝１６内に水素ガスが混入しても、酸化ガス流
路溝１６の内面に形成された燃焼触媒層１７に触れて燃
焼させて、Ｈ2 濃度を常時爆発下限界の４％以下に維持
できるため、Ｈ2 濃度が低いうちに穏やかに定圧燃焼さ
せることによって、燃焼時の燃料電池１１に対する悪影
響をなくすことができる。
おいては、運転中に生成水の排出不良等のために、酸化
ガス流路溝１６内に水素ガスが混入しても、酸化ガス流
路溝１６の内面に形成された燃焼触媒層１７に触れて燃
焼させて、Ｈ2 濃度を常時爆発下限界の４％以下に維持
できるため、Ｈ2 濃度が低いうちに穏やかに定圧燃焼さ
せることによって、燃焼時の燃料電池１１に対する悪影
響をなくすことができる。
【００３８】なお、この実施例においては、燃焼触媒層
１７を酸化ガス流路溝１６の内面に形成した場合につい
て説明したが、この酸化ガス流路溝１６に連通する供給
側マニホールド１８と排出側マニホールド１９の内面に
燃焼触媒層１７を形成しても同様の効果がある。
１７を酸化ガス流路溝１６の内面に形成した場合につい
て説明したが、この酸化ガス流路溝１６に連通する供給
側マニホールド１８と排出側マニホールド１９の内面に
燃焼触媒層１７を形成しても同様の効果がある。
【００３９】また図３は、この発明に係る燃料電池の第
２実施例を示すもので、前記第１実施例においては酸化
ガス流路の内面に燃焼触媒層を形成したのに対して、こ
の実施例においては、酸化ガス流路に面するカソードの
表面に燃焼触媒層を形成したもので、前記第１実施例の
場合と同一の構成部分には同一の符号を付し、その詳細
な説明を省略して以下図面に基づいて説明する。
２実施例を示すもので、前記第１実施例においては酸化
ガス流路の内面に燃焼触媒層を形成したのに対して、こ
の実施例においては、酸化ガス流路に面するカソードの
表面に燃焼触媒層を形成したもので、前記第１実施例の
場合と同一の構成部分には同一の符号を付し、その詳細
な説明を省略して以下図面に基づいて説明する。
【００４０】燃料電池を構成している単電池２１ａは，
その高分子電解質膜１２の一側面（図３において上側）
に触媒反応層１３ａとガス拡散層１３ｂとからなるアノ
ード１３が形成され、このアノード１３の外側にカーボ
ン集電体１５が密接するように設けられており、このカ
ーボン集電体１５のアノード１３に臨む面に燃料ガス流
路溝１５ａが形成されている。また、前記高分子電解質
膜１２の他側面には触媒反応層１４ａとガス拡散層１４
ｂとからなるカソード１４が形成され、このカソード１
４の外面には、燃焼触媒層２７が形成されている。さら
に、このカソード１４の外側には、カーボン集電体１５
が設けられており、このカーボン集電体１５のカソード
１４に臨む面に酸化ガス流路溝１６が形成されている。
その高分子電解質膜１２の一側面（図３において上側）
に触媒反応層１３ａとガス拡散層１３ｂとからなるアノ
ード１３が形成され、このアノード１３の外側にカーボ
ン集電体１５が密接するように設けられており、このカ
ーボン集電体１５のアノード１３に臨む面に燃料ガス流
路溝１５ａが形成されている。また、前記高分子電解質
膜１２の他側面には触媒反応層１４ａとガス拡散層１４
ｂとからなるカソード１４が形成され、このカソード１
４の外面には、燃焼触媒層２７が形成されている。さら
に、このカソード１４の外側には、カーボン集電体１５
が設けられており、このカーボン集電体１５のカソード
１４に臨む面に酸化ガス流路溝１６が形成されている。
【００４１】そして、前記燃焼触媒層２７は、カーボン
ブラックのコロイド分散法（Proto-tech法）によりヘキ
サヒドロキシ白金酸から作成した Ｈ3Ｐt(ＳＯ3)2ＯＨs
ol．を用いて担持したカーボンの表面に、撥水性を付与
するためにテフロン（商品名）を一部添加したものを塗
布して形成した。
ブラックのコロイド分散法（Proto-tech法）によりヘキ
サヒドロキシ白金酸から作成した Ｈ3Ｐt(ＳＯ3)2ＯＨs
ol．を用いて担持したカーボンの表面に、撥水性を付与
するためにテフロン（商品名）を一部添加したものを塗
布して形成した。
【００４２】そして、上記のように構成される単電池２
１ａを、前記第１実施例の場合と同様にその酸化ガス流
路溝１６が垂直となるようにして横方向に積層するとと
もに、各ガス流路溝にマニホールドをそれぞれ接続して
燃料電池を構成し、第１実施例の場合とほぼ同様に運転
することによって、所定の起電力が得られる。
１ａを、前記第１実施例の場合と同様にその酸化ガス流
路溝１６が垂直となるようにして横方向に積層するとと
もに、各ガス流路溝にマニホールドをそれぞれ接続して
燃料電池を構成し、第１実施例の場合とほぼ同様に運転
することによって、所定の起電力が得られる。
【００４３】次に、この実施例の発火防止効果を試すた
めに、前記単電池２１を積層した燃料電池に、燃料ガス
と酸化ガスとして、Ｈ2 ／ＡＩＲ系（ストイキ比×２）
で、両ガスともバブラーでフル加湿したガスを導入し、
生成水が多量に発生する高電流密度領域（０．７Ａ／cm
2 ）に保持して運転した。その結果、数十分連続運転し
たところで、触媒反応層１４ｂがフラッディングを起こ
し、反応が充分に進行しないため、一旦は電圧が低下し
て酸化ガス流路１６溝内にＨ2 が発生するが、酸化ガス
流路溝１６に面して形成された燃焼触媒層２７に触れて
即座に燃焼し、酸化ガス中に多量のＨ2 が混入するのを
防止できることが確認された。
めに、前記単電池２１を積層した燃料電池に、燃料ガス
と酸化ガスとして、Ｈ2 ／ＡＩＲ系（ストイキ比×２）
で、両ガスともバブラーでフル加湿したガスを導入し、
生成水が多量に発生する高電流密度領域（０．７Ａ／cm
2 ）に保持して運転した。その結果、数十分連続運転し
たところで、触媒反応層１４ｂがフラッディングを起こ
し、反応が充分に進行しないため、一旦は電圧が低下し
て酸化ガス流路１６溝内にＨ2 が発生するが、酸化ガス
流路溝１６に面して形成された燃焼触媒層２７に触れて
即座に燃焼し、酸化ガス中に多量のＨ2 が混入するのを
防止できることが確認された。
【００４４】したがって、本実施例によれば、燃料電池
の酸化ガス流路溝１６内に水素ガスが混入滞留しても、
カソード１４の表面に形成された燃焼触媒層２７に触れ
て燃焼させて、Ｈ2 濃度を常時爆発下限界の４％以下に
維持できるため、Ｈ2 濃度が低いうちに穏やかに定圧燃
焼させることによって、燃焼時の燃料電池に対する悪影
響をなくすことができる。なお、この実施例の場合に
は、カソード１４の触媒反応層１４ａに添加している陽
イオン交換樹脂は、プロトン伝導性が必要とされないた
め添加しなくてもよい。
の酸化ガス流路溝１６内に水素ガスが混入滞留しても、
カソード１４の表面に形成された燃焼触媒層２７に触れ
て燃焼させて、Ｈ2 濃度を常時爆発下限界の４％以下に
維持できるため、Ｈ2 濃度が低いうちに穏やかに定圧燃
焼させることによって、燃焼時の燃料電池に対する悪影
響をなくすことができる。なお、この実施例の場合に
は、カソード１４の触媒反応層１４ａに添加している陽
イオン交換樹脂は、プロトン伝導性が必要とされないた
め添加しなくてもよい。
【００４５】また、前記両実施例においては、燃焼触媒
層１７，２７を酸化ガス流路溝１６の内面と、この酸化
ガス流路溝１６に面したカソード１４の表面とのいずれ
か一方に形成した場合について説明したが、溝の内面と
カソード１４の表面の両方に形成することもできる。
層１７，２７を酸化ガス流路溝１６の内面と、この酸化
ガス流路溝１６に面したカソード１４の表面とのいずれ
か一方に形成した場合について説明したが、溝の内面と
カソード１４の表面の両方に形成することもできる。
【００４６】さらに図４は、この発明に係る燃料電池の
第３実施例を示すもので、前記第１実施例および第２実
施例においては、燃焼触媒層を酸化ガス流路の内面ある
いはカソードの表面等に塗布含浸させて形成したのに対
して、この実施例においては、燃焼触媒を担持させたペ
レット等を、酸化ガス流路系に配設したもので、前記第
１実施例の場合と同一の構成部分には同一の符号を付
し、その詳細な説明を省略して以下図面に基づいて説明
する。
第３実施例を示すもので、前記第１実施例および第２実
施例においては、燃焼触媒層を酸化ガス流路の内面ある
いはカソードの表面等に塗布含浸させて形成したのに対
して、この実施例においては、燃焼触媒を担持させたペ
レット等を、酸化ガス流路系に配設したもので、前記第
１実施例の場合と同一の構成部分には同一の符号を付
し、その詳細な説明を省略して以下図面に基づいて説明
する。
【００４７】燃料電池３１を構成している複数の単電池
３１ａは，その高分子電解質膜１２の一側面（図３にお
いて上側）に触媒反応層とガス拡散層とからなるアノー
ド（図示せず）が形成され、このアノードの外側にカー
ボン集電体１５が密接するように設けられるとともに、
このカーボン集電体１５の前記アノードに臨む面に燃料
ガス流路溝１５ａが形成されている。また、前記高分子
電解質膜１２の他側面には触媒反応層とガス拡散層とか
らなるカソード（図示せず）が形成され、このカソード
の外側には、カーボン集電体１５が設けられるととも
に、このカーボン集電体１５のカソード１４に臨む面に
酸化ガス流路溝１６が形成されている。
３１ａは，その高分子電解質膜１２の一側面（図３にお
いて上側）に触媒反応層とガス拡散層とからなるアノー
ド（図示せず）が形成され、このアノードの外側にカー
ボン集電体１５が密接するように設けられるとともに、
このカーボン集電体１５の前記アノードに臨む面に燃料
ガス流路溝１５ａが形成されている。また、前記高分子
電解質膜１２の他側面には触媒反応層とガス拡散層とか
らなるカソード（図示せず）が形成され、このカソード
の外側には、カーボン集電体１５が設けられるととも
に、このカーボン集電体１５のカソード１４に臨む面に
酸化ガス流路溝１６が形成されている。
【００４８】また、上記のように構成される単電池３１
ａは、その酸化ガス流路溝１６が垂直となるようにして
横方向に複数積層されるとともに、各単電池３１ａの酸
化ガス流路溝１６の上流側（図４において上方側）は酸
化ガスの供給側マニホールド１８に、また下流側（図４
において下方側）は排出側マニホールド１９にそれぞれ
接続されるとともに、図示してないが前記燃料ガス流路
溝１５ａの上流側および下流側には、それぞれ供給側マ
ニホールドと排出側マニホールドがそれぞれ接続されて
燃料電池３１が構成されている。そして、燃料電池３１
の上部に設けられた前記酸化ガスの供給側マニホールド
１８内には、多孔質担体（アルミナ，カーボン等）に白
金等の触媒を担持した触媒担持ペレット３７（大きさは
数mm角以下）が、供給側マニホールド１８内の酸化ガス
の流通を阻害しないように分散配置されている。
ａは、その酸化ガス流路溝１６が垂直となるようにして
横方向に複数積層されるとともに、各単電池３１ａの酸
化ガス流路溝１６の上流側（図４において上方側）は酸
化ガスの供給側マニホールド１８に、また下流側（図４
において下方側）は排出側マニホールド１９にそれぞれ
接続されるとともに、図示してないが前記燃料ガス流路
溝１５ａの上流側および下流側には、それぞれ供給側マ
ニホールドと排出側マニホールドがそれぞれ接続されて
燃料電池３１が構成されている。そして、燃料電池３１
の上部に設けられた前記酸化ガスの供給側マニホールド
１８内には、多孔質担体（アルミナ，カーボン等）に白
金等の触媒を担持した触媒担持ペレット３７（大きさは
数mm角以下）が、供給側マニホールド１８内の酸化ガス
の流通を阻害しないように分散配置されている。
【００４９】そして、上記のように構成される燃料電池
３１は、燃料ガス流通溝１５ａに水素ガスを供給すると
ともに酸化ガス流路溝１６に空気を流通させて前記第１
実施例の場合と同様に運転することによって、所定の起
電力が得られる。
３１は、燃料ガス流通溝１５ａに水素ガスを供給すると
ともに酸化ガス流路溝１６に空気を流通させて前記第１
実施例の場合と同様に運転することによって、所定の起
電力が得られる。
【００５０】次に、この実施例の発火防止効果を試すた
めに、前記第１実施例の場合と同様に、燃料電池３１に
燃料ガスと酸化ガスとして、Ｈ2 ／ＡＩＲ系（ストイキ
比×２）で、両ガスともバブラーでフル加湿したガスを
導入し、生成水が多量に発生する高電流密度領域（０．
７Ａ／cm2 ）に保持して運転した。その結果、数十分連
続運転したところ、触媒反応層１４ｂがフラッディング
を起こし、反応が充分に進行せず、そのため一旦は電圧
が低下して酸化ガス流路１６溝内にＨ2 が発生し、この
Ｈ2 が酸化ガス流路１６溝内を上方に移動して、供給側
マニホールド１８内に集められ滞留するが、供給側マニ
ホールド１８内に配設された触媒担持ペレット３７と接
触して即座に燃焼させられるため、供給側マニホールド
１８内の酸化ガス中に多量のＨ2 が混入するのを防止で
きることが確認された。
めに、前記第１実施例の場合と同様に、燃料電池３１に
燃料ガスと酸化ガスとして、Ｈ2 ／ＡＩＲ系（ストイキ
比×２）で、両ガスともバブラーでフル加湿したガスを
導入し、生成水が多量に発生する高電流密度領域（０．
７Ａ／cm2 ）に保持して運転した。その結果、数十分連
続運転したところ、触媒反応層１４ｂがフラッディング
を起こし、反応が充分に進行せず、そのため一旦は電圧
が低下して酸化ガス流路１６溝内にＨ2 が発生し、この
Ｈ2 が酸化ガス流路１６溝内を上方に移動して、供給側
マニホールド１８内に集められ滞留するが、供給側マニ
ホールド１８内に配設された触媒担持ペレット３７と接
触して即座に燃焼させられるため、供給側マニホールド
１８内の酸化ガス中に多量のＨ2 が混入するのを防止で
きることが確認された。
【００５１】したがって、本実施例によれば、燃料電池
３１の供給側マニホールド１８内の酸化ガス中に水素ガ
スが混入滞留しても、触媒担持ペレット３７に触れて燃
焼させ、Ｈ2 濃度を常時爆発下限界の４％以下に維持で
きるため、Ｈ2 濃度が低いうちに穏やかに定圧燃焼させ
ることによって、燃焼時の燃料電池に対する悪影響をな
くすことができる。
３１の供給側マニホールド１８内の酸化ガス中に水素ガ
スが混入滞留しても、触媒担持ペレット３７に触れて燃
焼させ、Ｈ2 濃度を常時爆発下限界の４％以下に維持で
きるため、Ｈ2 濃度が低いうちに穏やかに定圧燃焼させ
ることによって、燃焼時の燃料電池に対する悪影響をな
くすことができる。
【００５２】なお、この実施例の燃料電池３１において
は、触媒担持ペレット３７を供給側マニホールド１８内
に分散配設した場合について説明したが、この触媒担持
ペレット３７を排出側マニホールド１９内や、酸化ガス
流路溝１６内に、ガスの流通を阻害しないようにそれぞ
れ配設しても同様の効果が得られる。
は、触媒担持ペレット３７を供給側マニホールド１８内
に分散配設した場合について説明したが、この触媒担持
ペレット３７を排出側マニホールド１９内や、酸化ガス
流路溝１６内に、ガスの流通を阻害しないようにそれぞ
れ配設しても同様の効果が得られる。
【００５３】また、前記各実施例においては、酸化ガス
流路内でのプロトンと電子との再結合により生じた水素
ガスが、酸化ガス中に混入した場合の除去について説明
したが、シール不良等による酸化ガス配管系内への水素
ガスの侵入あるいは、燃料ガス配管系内へ酸化ガスが侵
入したそれぞれの場合のガス除去にも、燃料電池内のガ
スと接触可能な位置に燃焼触媒を設けることによって同
様に除去することができる。したがって、燃料電池の運
転中の異常による水素ガス発生時の対応のみならず、運
転停止時（ガスが流れていない状態）に、水素ガスが薄
い電解質膜を透過して酸素ガス中に混入した場合にも有
効に作用して水素ガスを除去し、次の始動時の電池内で
の発火を防止することができる。
流路内でのプロトンと電子との再結合により生じた水素
ガスが、酸化ガス中に混入した場合の除去について説明
したが、シール不良等による酸化ガス配管系内への水素
ガスの侵入あるいは、燃料ガス配管系内へ酸化ガスが侵
入したそれぞれの場合のガス除去にも、燃料電池内のガ
スと接触可能な位置に燃焼触媒を設けることによって同
様に除去することができる。したがって、燃料電池の運
転中の異常による水素ガス発生時の対応のみならず、運
転停止時（ガスが流れていない状態）に、水素ガスが薄
い電解質膜を透過して酸素ガス中に混入した場合にも有
効に作用して水素ガスを除去し、次の始動時の電池内で
の発火を防止することができる。
【００５４】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明の燃料電池
は、反応ガス流路溝の内面に形成された燃焼触媒層に接
触して、酸化ガス中に混入した水素ガスが早期に緩やか
に燃焼させられて、混入水素ガスの濃度上昇を抑えるた
め、燃料電池内での発火を防止することができ、安定し
た出力を得ることができる。
は、反応ガス流路溝の内面に形成された燃焼触媒層に接
触して、酸化ガス中に混入した水素ガスが早期に緩やか
に燃焼させられて、混入水素ガスの濃度上昇を抑えるた
め、燃料電池内での発火を防止することができ、安定し
た出力を得ることができる。
【００５５】また、反応ガス流路溝に臨むカソードの表
面に形成された燃焼触媒層と接触して、混入した水素ガ
スが早期に緩やかに燃焼させられて、酸化ガス中の混入
水素ガス濃度の上昇が抑えられるため、燃料電池内での
発火を防止することができ、安定した出力を得ることが
できる。
面に形成された燃焼触媒層と接触して、混入した水素ガ
スが早期に緩やかに燃焼させられて、酸化ガス中の混入
水素ガス濃度の上昇が抑えられるため、燃料電池内での
発火を防止することができ、安定した出力を得ることが
できる。
【００５６】さらに、反応ガス流路溝に接続された反応
ガス供給側マニホールドと反応ガス排出側マニホールド
との少なくとも一方の内部に燃焼触媒が設けられている
ので、マニホールド内に滞留する水素ガスが早期に緩や
かに燃焼させられて、混入水素ガスの濃度上昇を抑える
ため、燃料電池内での発火を防止することができ、安定
した出力を得ることができる。
ガス供給側マニホールドと反応ガス排出側マニホールド
との少なくとも一方の内部に燃焼触媒が設けられている
ので、マニホールド内に滞留する水素ガスが早期に緩や
かに燃焼させられて、混入水素ガスの濃度上昇を抑える
ため、燃料電池内での発火を防止することができ、安定
した出力を得ることができる。
【図１】この発明の第１実施例の燃料電池の一部（単電
池）を示す図２の断面平面図である。
池）を示す図２の断面平面図である。
【図２】この発明の第１実施例の燃料電池を示す断面側
面図である。
面図である。
【図３】この発明の第２実施例の燃料電池を示す図１相
当図である。
当図である。
【図４】この発明の第３実施例の燃料電池を示す断面側
面図である。
面図である。
【図５】従来の燃料電池の酸素極への水素ガスの混入メ
カニズムの説明図である。
カニズムの説明図である。
【図６】従来の燃料電池における水素ガスの滞留位置お
よび発火位置を示す燃料電池の断面側面図である。
よび発火位置を示す燃料電池の断面側面図である。
【図７】従来の燃料電池における水素ガスの発生から発
火までのプロセスを示すフロー図である。
火までのプロセスを示すフロー図である。
１１ 燃料電池 １１ａ 単電池 １２ 高分子電解質膜 １３ アノード １４ カソード １５ カーボン集電体 １５ａ 燃料ガス流路溝 １６ 酸化ガス流路溝 １７ 燃焼触媒層 １８ 供給側マニホールド １９ 排出側マニホールド ２１ａ 単電池 ２７ 燃焼触媒層 ３７ 触媒担持ペレット
Claims (3)
- 【請求項１】 電解質層の両側に反応触媒層をそれぞれ
備え、この両反応触媒層の外側にガス拡散層をそれぞれ
備えるとともに、この両ガス拡散層の外側に、各ガス拡
散層に臨むように形成された反応ガス流路溝をそれぞれ
備え、さらに各反応ガス流路溝の上流側に連通する反応
ガス供給側マニホールドと、各反応ガス流路溝の下流側
に連通する反応ガス排出側マニホールドとを備えた燃料
電池において、 前記反応ガス流路溝の内面に燃焼触媒層が形成されてい
ることを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】 電解質層の両側に反応触媒層をそれぞれ
備え、この両反応触媒層の外側にガス拡散層をそれぞれ
備えるとともに、この両ガス拡散層の外側に、各ガス拡
散層に臨むように形成された反応ガス流路溝をそれぞれ
備え、さらに各反応ガス流路溝の上流側に連通する反応
ガス供給側マニホールドと、各反応ガス流路溝の下流側
に連通する反応ガス排出側マニホールドとを備えた燃料
電池において、 前記反応ガス流路溝に臨む前記ガス拡散層の表面に燃焼
触媒層が形成されていることを特徴とする燃料電池。 - 【請求項３】 電解質層の両側に反応触媒層をそれぞれ
備え、この両反応触媒層の外側にガス拡散層をそれぞれ
備えるとともに、この両ガス拡散層の外側に、各ガス拡
散層に臨むように形成された反応ガス流路溝をそれぞれ
備え、さらに各反応ガス流路溝の上流側に連通する反応
ガス供給側マニホールドと、各反応ガス流路溝の下流側
に連通する反応ガス排出側マニホールドとを備えた燃料
電池において、 前記反応ガス供給側マニホールドと前記反応ガス排出側
マニホールドとのうちの少なくとも一方の内部に燃焼触
媒が設けられていることを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6302948A JPH08138697A (ja) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | 燃料電池 |
| KR1019950039999A KR0171207B1 (ko) | 1994-11-11 | 1995-11-07 | 고분자 전해질형 연료 전지와 그 운전 제어 방법 |
| DE69533215T DE69533215T2 (de) | 1994-11-11 | 1995-11-08 | Polyelektrolytische Brennstoffzelle und Verfahren zur Betriebssteuerung |
| EP98117266A EP0911899A2 (en) | 1994-11-11 | 1995-11-08 | Polyelectrolytic fuel cell with combustion catalyst in the oxidizing gas passages |
| EP95117605A EP0716463B9 (en) | 1994-11-11 | 1995-11-08 | A polyelectrolytic fuel cell and the method of controlling the operation thereof |
| US08/555,404 US5939218A (en) | 1994-11-11 | 1995-11-09 | Polyelectrolytic fuel cell and the method of controlling the operation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6302948A JPH08138697A (ja) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08138697A true JPH08138697A (ja) | 1996-05-31 |
Family
ID=17915079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6302948A Pending JPH08138697A (ja) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08138697A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006004024A1 (en) * | 2004-06-30 | 2006-01-12 | Canon Kabushiki Kaisha | Substance shutoff device and fuel cell |
| JP2006059614A (ja) * | 2004-08-19 | 2006-03-02 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| JP2006073501A (ja) * | 2004-08-05 | 2006-03-16 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| US7748890B2 (en) | 2003-11-07 | 2010-07-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Gas processing device |
| US7968242B2 (en) | 2001-01-18 | 2011-06-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Onboard fuel cell system and method of discharging hydrogen-off gas |
| JP2018129127A (ja) * | 2017-02-06 | 2018-08-16 | 株式会社デンソー | 燃料電池セルスタック |
-
1994
- 1994-11-11 JP JP6302948A patent/JPH08138697A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7968242B2 (en) | 2001-01-18 | 2011-06-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Onboard fuel cell system and method of discharging hydrogen-off gas |
| US7748890B2 (en) | 2003-11-07 | 2010-07-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Gas processing device |
| WO2006004024A1 (en) * | 2004-06-30 | 2006-01-12 | Canon Kabushiki Kaisha | Substance shutoff device and fuel cell |
| US7309022B2 (en) | 2004-06-30 | 2007-12-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Substance shutoff device and fuel cell |
| JP2006073501A (ja) * | 2004-08-05 | 2006-03-16 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| JP2006059614A (ja) * | 2004-08-19 | 2006-03-02 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| US8247129B2 (en) | 2004-08-19 | 2012-08-21 | Hitachi, Ltd. | Solid oxide fuel cell for a power generation |
| JP2018129127A (ja) * | 2017-02-06 | 2018-08-16 | 株式会社デンソー | 燃料電池セルスタック |
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