JPH09180747A - 電源装置 - Google Patents

電源装置

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JPH09180747A
JPH09180747A JP7340213A JP34021395A JPH09180747A JP H09180747 A JPH09180747 A JP H09180747A JP 7340213 A JP7340213 A JP 7340213A JP 34021395 A JP34021395 A JP 34021395A JP H09180747 A JPH09180747 A JP H09180747A
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fuel
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oxidant gas
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龍太 近藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源非使用時には燃料電池本体を確実に密閉
し、かつ残留ガス中の一酸化炭素によって貴金属系触媒
が被毒されないようにする。 【解決手段】 燃料電池本体6の燃料ガス入口2と酸化
剤ガス入口3と燃料ガス出口4と酸化剤ガス出口5に、
燃料電池本体6内を密閉する密閉手段である遮断膜22
を備え、燃料電池本体6内に一酸化炭素除去手段である
一酸化炭素燃焼バーナー14を備えている。これによっ
て、電源非使用時には遮断膜22によって個々の吸排口
が密閉され、残留ガス中の一酸化炭素は一酸化炭素燃焼
バーナー14によって除去され、電池特性の劣化が防止
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電源装置に関し、特
に燃料電池を用いた電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型
等の燃料電池は、供給されるガスの化学エネルギーを、
直接電気エネルギーに変換することができるので、高い
発電効率が得られる。しかもこれらの燃料電池は、数1
00kWの大型のものから数100W程度の小規模のも
のまで実用化されつつある。その中で、特に小型の燃料
電池は、例えば、ゴルフカート等の移動用、通信用、建
築・土木工事用等の電源として使用されている。
【0003】ところで、上記小型の燃料電池を用いた従
来の電源装置は、燃料電池本体が収納されているケース
の複数面に空気吸入口や反応ガス排出口が設けられ、電
源非使用時にそれらの吸排口から外気等がケース内に侵
入する可能性がある。その結果、燃料電池の電解質(例
えば、リン酸等)が外気中の水分を吸収するため、電解
質濃度が低下して電池特性が劣化するという課題があっ
た。
【0004】そこで、このような事態を回避するための
従来例として、特開平5−190196号公報に示すよ
うなものがある。以下、その構成について図6を参照に
しながら説明する。図6に示す電源装置は、水素を燃料
として発電動作をする燃料電池本体1と、この燃料電池
本体1へ水素を供給する水素吸蔵合金から成る水素貯蔵
装置2と、これら燃料電池本体1と水素貯蔵装置2とを
収納するケース本体3と、このケース本体3を覆蓋する
蓋体4とから成り、上記ケース本体3の一つの面に燃料
電池発電動作に必要な空気を取り入れる空気吸入口5
と、燃料電池発電動作に伴って生じる反応ガスを排気す
る反応ガス排出口6とを設けると共に、電源非使用時に
はこれら吸排口5・6が上記蓋体4によって密閉される
ように構成されている。電源非使用時には、吸排口5・
6が蓋体4によって密閉されるので、これら吸排口5・
6からケース本体3内に外気等が侵入し、白金触媒を有
する一対の電極とともに燃料電池を構成するリン酸電解
質の濃度が、外気中の水分によって低下することなく、
電池特性の劣化を防止することができるようになってい
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成のような電源装置では、外気との遮断を上記蓋体4に
よって行っているので、吸排口5・6それぞれの部分で
遮断を行うよりもシール範囲が大きくなる。シール範囲
が大きいとシール部に微小な隙間が生じやすくなり、気
体の水分子は非常に小さくわずかな隙間でも通過しやす
いため、ケース本体3内と外気との間の水分の出入りが
生じ、外気中の水分による電解質濃度の低下が生じやす
くなる。
【0006】また、炭化水素系またはアルコール系の原
燃料を改質した水素と一酸化炭素を含む改質ガスを燃料
ガスとして用いた場合、電源使用後に蓋体4でケース本
体3の上面を覆蓋し密閉すると、ケース本体3内に一酸
化炭素が残留ガス内に含まれたまま放置されることにな
り、同様に硫黄分を含む原燃料を脱硫ののち改質して用
いる場合には、ケース本体3内に硫黄が残留ガス内に含
まれたまま放置されることになる。
【0007】一酸化炭素及び硫黄分は燃料電池内の電極
中の白金触媒やその他の貴金属系触媒を被毒し電池特性
を劣化させる触媒毒の原因となるので、一般に運転中の
改質ガスの一酸化炭素濃度はリン酸型では1%程度以
下、固体高分子型では10ppm以下に低減され、硫黄
分も除去されているが、ケース本体3内に一酸化炭素や
極微量の硫黄分が含まれたまま密閉放置されると、長時
間のうちに一酸化炭素や硫黄分により被毒される貴金属
系触媒である白金触媒が被毒されてしまうという課題が
あった。
【0008】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、電源非使用時には燃料電池本体を確実に密閉し、一
酸化炭素により被毒される貴金属系触媒が一酸化炭素に
被毒されることなく燃料電池本体内への外気や水分、異
物等の侵入を防止し、また、電源非使用時には固体高分
子型の燃料電池本体を密閉し、一酸化炭素により被毒さ
れる貴金属系触媒が被毒されることなく燃料電池本体内
から外気への水分の散逸を防止すること等を目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の電源装置におい
ては、燃料電池本体内に燃料ガスと酸化剤ガスの反応に
より発電する燃料電池部と、一酸化炭素除去手段と、燃
料電池本体を密閉する密閉手段を備えている。この本発
明によれば、外気中の水分吸収によって起こる電解濃度
の低下を防ぎ、また、電池特性の劣化を防ぐことができ
る。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明は上記目的を達成するため
に、燃料電池本体内に、一酸化炭素により被毒される貴
金属系触媒を有し燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応
により発電する燃料電池部と、一酸化炭素除去手段とを
備え、前記燃料電池本体の燃料ガス入口と酸化剤ガス入
口と燃料ガス出口と酸化剤ガス出口に、前記燃料電池本
体内を密閉する密閉手段を設けたものである。
【0011】また、燃料電池部は、イオン伝導性を有す
る固体高分子膜と、前記固体高分子膜の両面に配された
一対の電極とからなる固体高分子型燃料電池を、単独ま
たは複数個積層して構成したものである。
【0012】また、密閉手段は、気密・液密性を有し、
ガス入口および出口を覆蓋するフィルム状またはシート
状の遮断膜からなるものである。
【0013】また、密閉手段として、ガス入口に燃料電
池本体上流側の圧力が燃料電池本体内の圧力より所定圧
力だけ高くなったときに開成する逆止弁と、ガス出口に
燃料電池本体内の圧力が燃料電池本体下流側の圧力より
所定圧力だけ高くなったときに開成する逆止弁の少なく
ともどちらか一方を備えたものである。
【0014】また、一酸化炭素除去手段として一酸化炭
素の吸着剤を用いたものである。また、一酸化炭素除去
手段として一酸化炭素の選択的酸化装置を備えたもので
ある。
【0015】また、燃料電池本体側に水保持材を配した
密閉手段を備えたものである。また、燃料電池本体内
に、一酸化炭素により被毒される貴金属系触媒を有し燃
料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応により発電する燃料
電池部を備え、前記燃料電池本体の燃料ガス入口と酸化
剤ガス入口と燃料ガス出口と酸化剤ガス出口に、前記燃
料電池本体内を密閉し、前記燃料電池本体側に一酸化炭
素の吸着剤が設けられた密閉手段を備えたものである。
【0016】また、燃料電池本体内に、硫黄分により被
毒される貴金属系触媒を有し燃料ガスと酸化剤ガスの電
気化学反応により発電する燃料電池部と、硫黄除去手段
とを備え、前記燃料電池本体の燃料ガス入口と酸化剤ガ
ス入口と燃料ガス出口と酸化剤ガス出口に、前記燃料電
池本体内を密閉する密閉手段を設けたものである。
【0017】また、燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反
応により発電する燃料電池部を有する燃料電池本体の燃
料ガス入口と酸化剤ガス入口と燃料ガス出口と酸化剤ガ
ス出口に、前記燃料電池本体内を密閉する密閉手段を備
え、前記燃料電池本体の温度を検知し表示する温度表示
手段を備えたものである。
【0018】本発明は上記構成により以下の作用を有す
る。すなわち、燃料電池本体内に貴金属系触媒を有する
燃料電池部と一酸化炭素除去手段を備え、燃料電池本体
の燃料ガス入口と酸化剤ガス入口と燃料ガス出口と酸化
剤ガス出口に密閉手段を備えた構成により、電源非使用
時には個々の吸排口の小さなシール範囲で燃料電池本体
を確実に密閉するので、燃料電池本体内への外気や水
分、異物等の侵入を防止でき、外気中の水分吸収による
電解質濃度の低下、電池特性の劣化を防ぐことができる
とともに、電源使用後の密閉状態でも残留ガス中の一酸
化炭素を一酸化炭素除去手段により除去するので、一酸
化炭素による燃料電池電極中の貴金属系触媒の被毒を防
止し、電池特性の劣化を防ぐことができる。
【0019】また、燃料電池部は、イオン伝導性を有す
る固体高分子膜と、固体高分子膜の両面に配された一対
の電極とからなる固体高分子型燃料電池を、単独または
複数個積層した構成により、固体高分子型燃料電池は1
00℃程度以下の低温で作動するので、電極中の貴金属
系触媒が被毒されやすくなるが、燃料電池本体内に一酸
化炭素除去手段を備えているので、貴金属系触媒の被
毒、電池特性の劣化を防ぐことができ、また確実な密閉
により、電源非使用時に水分が吸排口から外気へ散逸す
るのを防止でき、固体高分子膜の含水量低下による発電
効率低下と膜の乾燥収縮による燃料電池部の破損を防ぐ
ことができる。
【0020】また、密閉手段は、気密・液密性を有し、
ガス入口および出口を覆蓋するフィルム状またはシート
状の遮断膜で構成したことにより、密閉手段の構成部品
は遮断膜のみになり得るので、密閉方法も簡単でコスト
もかからず、電源の軽量化を図ることもできる。
【0021】また、密閉手段としてガス入口とガス出口
に、それぞれ所定の条件のときのみ開成する逆止弁を設
けた構成により、燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給さ
れ、ガスが上流から下流に流れるときのみ圧力差で逆止
弁が開成し、電源使用終了時にガスの供給を停止すると
圧力差がなくなり逆止弁が閉成するので、簡単な構成で
電源使用時および電源非使用時に密閉手段の開閉操作を
必要とせずに運転・停止することができる。
【0022】また、一酸化炭素除去手段として一酸化炭
素の吸着剤を用いた構成により、簡単でコストがかから
ず、外部からエネルギーを供給しなくても一酸化炭素を
除去できるので、電源非使用時の運転停止中でも簡便に
使用でき、蓄電池などの補助エネルギー装置を要せず、
電源の軽量化とコンパクト化、さらに高効率化も図るこ
とができる。
【0023】また、一酸化炭素除去手段として一酸化炭
素の選択的酸化装置を備えた構成により、保守作業を要
せずに燃料電池本体内の一酸化炭素を除去することがで
きる。
【0024】また、密閉手段の燃料電池本体側に水保持
材を配した構成により、電源使用後の密閉した燃料電池
本体内の温度が下がった場合は、ガス中に飽和まで含ま
れていた水分がガスの温度低下により凝縮し、その凝縮
水が水保持材に吸収される。逆に燃料電池内の温度が上
昇した場合は、水保持材に吸収されていた水が蒸発する
ので、燃料電池本体内の温度条件が変化しても、密閉し
た燃料電池本体内を飽和蒸気圧の状態に維持し、電解質
である固体高分子膜を飽和含水状態に保つことができ
る。
【0025】また、燃料電池本体内に貴金属系触媒を有
する燃料電池部を備え、燃料電池本体の燃料ガス入口と
酸化剤ガス入口と燃料ガス出口と酸化剤ガス出口に、燃
料電池本体内を密閉し、燃料電池本体側に一酸化炭素の
吸着剤が設けられた密閉手段を備えた構成により、電源
使用後の密閉状態でも残留ガス中の一酸化炭素を吸着剤
により除去するので、一酸化炭素による電池特性の劣化
を防ぐことができ、さらに一酸化炭素を吸着した後の吸
着剤は、電源の再使用時に、密閉手段と同時に廃棄交換
されることとなり、利用者が意識せずに吸着剤の交換な
どの保守作業を行うことができ信頼性の向上を図ること
ができる。
【0026】また、燃料電池本体内に貴金属系触媒を有
する燃料電池部と硫黄除去手段を備え、燃料電池本体の
燃料ガス入口と酸化剤ガス入口と燃料ガス出口と酸化剤
ガス出口に密閉手段を備えた構成により、電源非使用時
には個々の吸排口の小さなシール範囲で燃料電池本体を
確実に密閉するので、燃料電池本体内への外気や水分、
異物等の侵入を防止でき、外気中の水分吸収による電解
質濃度の低下、電池特性の劣化を防ぐことができるとと
もに、電源使用後の密閉状態でも残留ガス中の硫黄分を
硫黄除去手段により除去するので、硫黄分による燃料電
池電極中の貴金属系触媒の被毒を防止し、電池特性の劣
化を防ぐことができる。
【0027】また、燃料電池本体の燃料ガス入口と酸化
剤ガス入口と燃料ガス出口と酸化剤ガス出口に密閉手段
を備え、燃料電池本体の温度を検知し表示する温度表示
手段を備えた構成により、利用者は発電運転停止後の燃
料電池本体の温度低下を確認した後に燃料電池本体を密
閉できるので、燃料電池本体内が温度低下によって外気
圧よりも負圧状態になることを防止し、圧力差による破
損を防止することができる。
【0028】以下、本発明の実施例を図面を参照して説
明する。図1は本発明の第1の実施例による電源装置の
要部切断斜視図であり、図2は図1の要部断面図であ
る。図1、図2において、電源装置本体1の内部には燃
料ガス入口2、酸化剤ガス入口3、燃料ガス出口4、酸
化剤ガス出口5の4つの給排口が設けられ燃料電池本体
6と改質装置7とファン8が収納されており、電源装置
本体1の1つの面に設けられた原燃料供給口9と改質装
置7は導管10により接続され、改質装置7と燃料電池
本体6とは燃料ガス入口2に着脱自在に構成された燃料
ガス供給路11により接続されている。ファン8に接続
された酸化剤ガス供給路12も同様に酸化剤ガス入口3
に着脱自在に構成されている。
【0029】燃料電池本体6の内部には、燃料ガス入口
2と酸化剤ガス入口3に接続された燃料電池部13と、
それぞれ燃料ガス出口4と酸化剤ガス出口5に接続され
た2つの一酸化炭素除去手段である一酸化炭素燃焼バー
ナー14が収納され、燃料電池部13と一酸化炭素燃焼
バーナー14は燃料排ガス流路15と酸化剤排ガス流路
16により接続された構成になっている。
【0030】また、燃料電池部13は、イオン伝導性を
有する固体高分子膜17と、その両面に配された一対の
電極であって、内部に貴金属系の触媒である白金触媒1
8を有し燃料電池反応ガスを拡散することが可能な導電
性多孔体の燃料電極19および酸化剤電極20とで構成
された固体高分子型燃料電池21を複数個積層した構成
になっている。
【0031】上記構成により、電源使用時には原燃料供
給口9からボンベ等(図示せず)により供給された炭化
水素系またはアルコール系の原燃料は、導管10を通
り、改質装置7により燃料電池で発電するための燃料ガ
スとして水素リッチなガスに改質され、燃料ガス供給路
11を経て燃料ガス入口2から燃料電池本体6内の燃料
電池部13に供給される。一方、酸化剤ガスである空気
は、ファン8により酸化剤ガス供給路12を経て酸化剤
ガス入口3から燃料電池部13に供給され、燃料電池部
13内で燃料ガスと電気化学反応を生じて発電を行う。
【0032】燃料電池部13の固体高分子型燃料電池2
1の電解質である固体高分子膜17には、スルホン酸基
をもつポリスチレン系の陽イオン交換膜や、パーフロロ
カーボンスルホン酸膜(米国,デュポン社,商品名ナフ
ィオン)などの分子中にプロトン交換基をもつ膜が使用
されており、反応ガスである燃料ガスや酸化剤ガスをあ
らかじめ加湿しておくなどして固体高分子膜17を飽和
含水させることにより、プロトン伝導性電解質膜として
機能する。そして、一方の多孔体の燃料電極19に燃料
ガスとして供給されてきた水素は、電極内または電極と
固体高分子膜17との間に配された白金触媒18の作用
によりプロトンH+になり、飽和含水した固体高分子膜
17を通って、他方の酸化剤電極20に酸化剤ガスとし
て供給され電極内を拡散してきた酸素と電池反応を生じ
て発電するのである。
【0033】したがって、固体高分子膜17をイオン伝
導性電解質膜として機能させ、固体高分子型燃料電池の
発電効率を高く維持するためには、固体高分子膜17の
比抵抗を小さく保つために固体高分子型燃料電池21の
運転温度を50〜100℃程度に保持するとともに、固
体高分子膜17を飽和含水状態に維持している。
【0034】そして、燃料電池部13を出た燃料ガス側
排ガスおよび酸化剤ガス側排ガスは、それぞれ流路1
5、16を通り、一酸化炭素燃焼バーナー14で排ガス
中のわずかな一酸化炭素が残留水素などとともに完全に
燃焼し尽くされ、二酸化炭素などに変化した排ガスとし
て燃料ガス出口4および酸化剤ガス出口5より外気へ排
出される。
【0035】次に電源使用終了後には図2に示すよう
に、反応ガスの供給を停止し、燃料ガス入口2に接続さ
れた燃料ガス供給路11および酸化剤ガス入口3に接続
された酸化剤ガス供給路12をそれぞれはずし、密閉手
段である気密・液密性を有する遮断膜22を4つの給排
口2、3、4、5に口を覆蓋するように貼付する。遮断
膜22の片面には給排口から燃料電池本体6内に挿入で
きるような大きさの水保持材23が設けられているとと
もに、給排口に貼付するための粘着材(図示せず)が塗
布されているので、簡単でコストもかからず密閉するこ
とができる。
【0036】したがって電源非使用時には、個々の4つ
の給排口に貼付された遮断膜22により吸排口周囲の小
さなシール範囲で燃料電池本体6内は確実に完全密閉状
態になるので、燃料電池本体6内への外気や水分、異物
等の侵入を防止できるとともに、電源非使用時に水分が
吸排口から外気へ散逸するのを防止でき、電源使用中
に、反応ガスやその排ガスに含まれていた微量の一酸化
炭素(例えば固体高分子型燃料電池では10ppm程度
以下)は、一酸化炭素燃焼バーナー14で完全に燃焼し
尽くされているので、電源使用後の密閉状態でも一酸化
炭素による燃料電池電極中の白金触媒18の被毒を防止
し、電池特性の劣化を防ぐことができる。また、電源使
用後の密閉した燃料電池本体6内の温度が下がった場合
は、ガス中に飽和まで含まれていた水分がガスの温度低
下により凝縮し、その凝縮水が水保持材23に吸収され
る。逆に燃料電池内の温度が上昇した場合は、水保持材
23に吸収されていた水が蒸発するので、燃料電池本体
6内の温度条件が変化しても、密閉した燃料電池本体6
内を飽和蒸気圧の状態に維持し、電解質である固体高分
子膜17を飽和含水状態に保つことができるので、膜の
乾燥収縮による燃料電池部の破損と、電源再使用開始時
の固体高分子膜の含水量低下による発電効率低下を防止
することができ、長期保管後の運転に際しての信頼性も
向上できる。さらに、密閉手段の構成部品は遮断膜22
と水保持材23のみになり得るので、簡単構成でコスト
もかからず、電源の軽量化を図ることもできる。
【0037】図3は本発明の第2の実施例による電源装
置の要部断面図であり、図1、図2と同符号のものは相
当する構成要素であり、詳細な説明は省略する。図にお
いて、24は4つの給排口2、3、4、5それぞれに設
けられた逆止弁であり、反応ガスの供給側である燃料ガ
ス入口2および酸化剤ガス入口3においては、入口の燃
料電池本体6内側に弁座25が形成され、同じく燃料電
池本体6内に設けられたバネ支持部26に支持されたバ
ネ27により弁体28の開成圧力が決まるように構成さ
れて、弁体28が燃料電池本体6の内側に開成するよう
になっている。また、反応ガスの排出側である燃料ガス
出口4および酸化剤ガス出口5においては、出口の燃料
電池本体6外側に弁座25が形成され、燃料電池本体6
の外側にバネ支持部26、バネ27、弁体28が設けら
れ、逆止弁24の前後に所定の開成圧力がかかったとき
のみ弁体28が燃料電池本体6の外側に開成するように
なっている。
【0038】そして、燃料電池部13と反応ガスの出口
4、5の間にはそれぞれに一酸化炭素の選択的酸化装置
29が流路15、16により接続された構成になってい
る。
【0039】上記構成において、電源使用時には燃料ガ
スおよび酸化剤ガスが供給されて供給圧がかかっている
ので、燃料電池本体6の上流側から逆止弁24の所定開
成圧力以上の圧力差が逆止弁24の前後にかかり、逆止
弁が開成して反応ガスが入口側から出口側へ流れる。そ
して、電源使用終了後には図3に示すように、反応ガス
の供給を停止し、燃料ガス入口2に接続された燃料ガス
供給路11および酸化剤ガス入口3に接続された酸化剤
ガス供給路12をそれぞれはずすと、圧力差がなくなり
逆止弁が閉成するので、燃料電池本体6内は密閉状態に
なり、外気や水分、異物等の侵入を防止できるととも
に、電源非使用時に水分が吸排口から外気へ散逸するの
を防止できるとともに、簡単な構成で電源使用時および
電源非使用時に密閉手段の開閉操作を必要とせずに運転
・停止することができる。
【0040】逆止弁24により燃料電池本体6が密閉さ
れると、微量の一酸化炭素が燃料電池本体内に残留する
が、一酸化炭素の選択的酸化装置29において、一酸化
炭素が選択的に酸化、除去されるので、電源使用後の密
閉状態でも一酸化炭素による燃料電池電極19、20中
の白金触媒18の被毒を防止し、電池特性の劣化を防ぐ
ことができるとともに、一酸化炭素を選択的に酸化する
ので残留水素等が酸化されず、残留水素等の酸化・消費
されて水になることに伴う圧力低下が生じず、負圧によ
る漏れの発生、外気や異物等の混入、電源使用開始時の
圧力差による破損を防止することができる。
【0041】図4は本発明の第3の実施例による電源装
置の要部断面図であり、図1、図2および図3と同符号
のものは相当する構成要素であり、詳細な説明は省略す
る。図において、30は一酸化炭素吸着剤であり、一方
がそれぞれ燃料電池部13の下流に流路15、16を介
して接続され、他方がそれぞれ燃料ガス出口4または酸
化剤ガス出口5に開口した吸着剤保持筒31内に一酸化
炭素吸着剤30が収納された構成になっている。
【0042】上記構成において、電源使用終了後には図
4に示すように、反応ガスの供給を停止し、燃料ガス入
口2に接続された燃料ガス供給路11および酸化剤ガス
入口3に接続された酸化剤ガス供給路12をそれぞれは
ずし、反応ガス出口側の2つの吸着剤保持筒31内に一
酸化炭素吸着剤30を充填して、密閉手段である気密・
液密性を有する遮断膜22を4つの給排口2、3、4、
5に口を覆蓋するように貼付する。
【0043】これにより電源非使用時には、個々の4つ
の給排口に貼付された遮断膜22により吸排口周囲の小
さなシール範囲で燃料電池本体6内は確実に完全密閉状
態になるので、燃料電池本体6内への外気や水分、異物
等の侵入を防止できるとともに、電源非使用時に水分が
吸排口から外気へ散逸するのを防止でき、燃料電池本体
6密閉時の残留ガス中に含まれていた微量の一酸化炭素
(例えば固体高分子型燃料電池では10ppm程度以
下)は、一酸化炭素吸着剤30により完全に吸着除去さ
れるので、電源使用後の密閉状態でも一酸化炭素による
燃料電池電極19、20中の白金触媒18の被毒を防止
し、電池特性の劣化を防ぐことができ、長期保管後の運
転に際しての信頼性も向上できる。
【0044】また、一酸化炭素除去手段として一酸化炭
素吸着剤30を用いているので、簡単でコストがかから
ず、外部からエネルギーを供給しなくても一酸化炭素を
除去できるので、電源非使用時の運転停止中でも簡便に
使用でき、蓄電池などの補助エネルギー装置を要せず、
電源の軽量化とコンパクト化、さらに高効率化も図るこ
とができる。
【0045】なお、ここでの説明では電源の運転中は一
酸化炭素吸着剤30をはずしておき、吸着剤の交換回数
を低減できるようにしているが、より完全に残留ガス中
の一酸化炭素を除去するため、運転中でも一酸化炭素吸
着剤30を充填しておいてもよい。
【0046】図5は本発明の第4の実施例による電源装
置の要部断面図であり、図1、図2、図3および図4と
同符号のものは相当する構成要素であり、詳細な説明は
省略する。図において、32、33はそれぞれ燃料電池
部13から反応ガス排出口につながり、その出口部分に
雌ねじを切った燃料排ガス流路、酸化剤排ガス流路であ
る。また、34は先端に一酸化炭素吸着剤部35を有す
るボルト状の密閉手段である密閉ネジであり、燃料ガス
出口4および酸化剤ガス出口5の周囲に設けられたOリ
ング36を介して密閉ネジ34を排ガス流路32、33
にそれぞれねじ込むことにより燃料電池本体6を密閉で
きるように構成されている。
【0047】また、37は遮断膜22の片面に設けられ
た硫黄除去手段である活性炭であり、燃料電池本体6内
に挿入できる大きさになっている。38は燃料電池本体
6内に設けられた温度検知手段であり、信号線39を介
して温度表示部40に接続されている。
【0048】上記構成において、電源使用終了後には図
5に示すように、反応ガスの供給を停止し、燃料ガス入
口2に接続された燃料ガス供給路11および酸化剤ガス
入口3に接続された酸化剤ガス供給路12をそれぞれは
ずす。その後、温度表示部40に表示される燃料電池本
体6内の温度が外気温とほぼ等しくなるまで低下したの
を確認し、活性炭37を設けた密閉手段である気密・液
密性を有する遮断膜22を活性炭37が燃料電池本体6
内に入るように燃料ガス入口2と酸化剤ガス出口3に口
を覆蓋するように貼付する。また、電源使用時にははず
してあった密閉ネジ34を燃料ガス出口4および酸化剤
ガス出口5にねじ込み燃料電池本体6を密閉する。
【0049】これにより電源非使用時には、2つの反応
ガス入口に貼付された遮断膜22および2つの反応ガス
出口にねじ込まれた密閉ネジ34により、吸排口周囲の
小さなシール範囲で燃料電池本体6内は確実に完全密閉
状態になるので、燃料電池本体6内への外気や水分、異
物等の侵入を防止できるとともに、電源非使用時に水分
が吸排口から外気へ散逸するのを防止できる。また、燃
料電池本体6密閉時の残留ガス中に含まれていた微量の
一酸化炭素(例えば固体高分子型燃料電池では10pp
m程度以下)は、一酸化炭素吸着剤部35により完全に
吸着除去され、残留ガス中に硫黄分が極微量含まれてい
ても活性炭37により吸着除去されるので、電源使用後
の密閉状態でも一酸化炭素および硫黄分による燃料電池
電極19、20中の白金触媒18の被毒を防止し、電池
特性の劣化を防ぐことができ、長期保管後の運転に際し
ての信頼性も向上できる。ここで、一酸化炭素除去手段
である一酸化炭素吸着剤部35は密閉ネジ34に一体形
成されているので、電源の再使用時に、密閉手段と同時
に廃棄交換されることとなり、利用者が意識せずに吸着
剤の交換などの保守作業を行うことができ信頼性の向上
を図ることができる。
【0050】さらに、電源使用終了時には使用者が、温
度検知部38で検知され温度表示部40に表示される燃
料電池本体6内の温度が低下したのを確認した後に燃料
電池本体6を密閉できるので、燃料電池本体6内が温度
低下によって外気圧よりも負圧状態になることを防止
し、圧力差による破損を防止することができる。
【0051】なお、ここでの説明では硫黄分の吸着剤と
して活性炭を使用したが、他の吸着剤を用いてもよい。
【0052】また、本発明の実施例では一酸化炭素除去
手段を燃料電池部13の下流に設け、硫黄除去手段を燃
料電池部13の上流に設けた構成にして説明している
が、一酸化炭素除去手段を上流に設けてもよく、また硫
黄除去手段を下流に設けてもよい。
【0053】さらに、本発明の実施例では燃料電池部1
3に固体高分子型燃料電池21を用い、一酸化炭素また
は硫黄分に被毒される貴金属系触媒として白金触媒18
を用いたもので説明しているが、その他の燃料電池(例
えばリン酸型)でも、一酸化炭素または硫黄分に被毒さ
れるその他の触媒でも同様の効果が得られ、密閉手段を
設けたことにより外気中の水分吸収による電解質濃度の
低下、電池特性の劣化を防ぐこともできる。
【0054】
【発明の効果】以上説明したように本発明の電源装置
は、以下に述べる効果を有するものである。
【0055】すなわち、燃料電池本体内に貴金属系触媒
を有する燃料電池部と一酸化炭素除去手段を備え、燃料
電池本体の燃料ガス入口と酸化剤ガス入口と燃料ガス出
口と酸化剤ガス出口に密閉手段を備えた構成としている
ので、電源非使用時には個々の吸排口の小さなシール範
囲で燃料電池本体を確実に密閉するので、燃料電池本体
内への外気や水分、異物等の侵入を防止でき、外気中の
水分吸収による電解質濃度の低下、電池特性の劣化を防
ぐことができるとともに、電源使用後の密閉状態でも残
留ガス中の一酸化炭素を一酸化炭素除去手段により除去
するので、一酸化炭素による燃料電池電極中の貴金属系
触媒の被毒を防止し電池特性の劣化を防ぐことができ、
長期保管後の運転に際しての信頼性も向上できる。
【0056】また固体高分子型燃料電池は100℃程度
以下の低温で作動するので、電極中の貴金属系触媒が被
毒されやすくなるが、燃料電池本体内に一酸化炭素除去
手段を備えているので、貴金属系触媒の被毒、電池特性
の劣化を防ぐことができ、また確実な密閉により、電源
非使用時に水分が吸排口から外気へ散逸するのを防止で
き、固体高分子膜の含水量低下による発電効率低下と膜
の乾燥収縮による燃料電池部の破損を防ぐことができ
る。
【0057】また密閉手段は、気密・液密性を有し、ガ
ス入口および出口を覆蓋するフィルム状またはシート状
の遮断膜で構成しているので、密閉手段の構成部品は遮
断膜のみになり得るので、密閉方法も簡単でコストもか
からず、電源の軽量化を図ることができる。
【0058】また密閉手段としてガス入口とガス出口
に、それぞれ所定の条件のときのみ開成する逆止弁を設
けた構成としているので、燃料ガスおよび酸化剤ガスが
供給され、ガスが上流から下流に流れるときのみ圧力差
で逆止弁が開成し、電源使用終了時にガスの供給を停止
すると圧力差がなくなり逆止弁が閉成するので、簡単な
構成で電源使用時および電源非使用時に密閉手段の開閉
操作を必要とせずに運転・停止することができる。
【0059】また、一酸化炭素除去手段として一酸化炭
素の吸着剤を用いた構成としているので、簡単でコスト
がかからず、外部からエネルギーを供給しなくても一酸
化炭素を除去できるので、電源非使用時の運転停止中で
も簡便に使用でき、蓄電池などの補助エネルギー装置を
要せず、電源の軽量化とコンパクト化、さらに高効率化
も図ることができる。
【0060】また、一酸化炭素除去手段として一酸化炭
素の選択的酸化装置を備えた構成としているので、保守
作業を要せずに燃料電池本体内の一酸化炭素を除去する
ことができる。
【0061】また、密閉手段の燃料電池本体側に水保持
材を配した構成としているので、電源使用後の密閉した
燃料電池本体内の温度が下がった場合は、ガス中に飽和
まで含まれていた水分がガスの温度低下により凝縮し、
その凝縮水が水保持材に吸収される。逆に燃料電池内の
温度が上昇した場合は、水保持材に吸収されていた水が
蒸発するので、燃料電池本体内の温度条件が変化して
も、密閉した燃料電池本体内を飽和蒸気圧の状態に維持
し、電解質である固体高分子膜を飽和含水状態に保つこ
とができる。
【0062】また、燃料電池本体内に貴金属系触媒を有
する燃料電池部を備え、燃料電池本体の燃料ガス入口と
酸化剤ガス入口と燃料ガス出口と酸化剤ガス出口に、燃
料電池本体内を密閉し、燃料電池本体側に一酸化炭素の
吸着剤が設けられた密閉手段を備えた構成としているの
で、電源使用後の密閉状態でも残留ガス中の一酸化炭素
を吸着剤により除去するので、一酸化炭素による電池特
性の劣化を防ぐことができ、さらに一酸化炭素を吸着し
た後の吸着剤は、電源の再使用時に密閉手段と同時に廃
棄交換されることとなり、利用者が意識せずに吸着剤の
交換などの保守作業を行うことができ信頼性の向上を図
ることができる。
【0063】また、燃料電池本体内に貴金属系触媒を有
する燃料電池部と硫黄除去手段を備え、燃料電池本体の
燃料ガス入口と酸化剤ガス入口と燃料ガス出口と酸化剤
ガス出口に密閉手段を備えた構成としているので、電源
非使用時には個々の吸排口の小さなシール範囲で燃料電
池本体を確実に密閉するので、燃料電池本体内への外気
や水分、異物等の侵入を防止でき、外気中の水分吸収に
よる電解質濃度の低下、電池特性の劣化を防ぐことがで
きるとともに、電源使用後の密閉状態でも残留ガス中の
硫黄分を硫黄除去手段により除去するので、硫黄分によ
る燃料電池電極中の貴金属系触媒の被毒を防止できるの
で、着臭剤を含む原燃料を改質ガスとして使用する場合
にも信頼性が向上できる。
【0064】また、燃料電池本体の燃料ガス入口と酸化
剤ガス入口と燃料ガス出口と酸化剤ガス出口に密閉手段
を備え、燃料電池本体の温度を検知し表示する温度表示
手段を備えた構成としているので、利用者は発電運転停
止後の燃料電池本体の温度低下を確認した後に燃料電池
本体を密閉できるので、燃料電池本体内が温度低下によ
って外気圧よりも負圧状態になることを防止し、圧力差
による破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における電源装置の要部
切断斜視図
【図2】同電源装置の要部断面図
【図3】本発明の第2の実施例における電源装置の要部
断面図
【図4】本発明の第3の実施例における電源装置の要部
断面図
【図5】本発明の第4の実施例における電源装置の要部
断面図
【図6】従来の電源装置の斜視図
【符号の説明】
2 燃料ガス入口 3 酸化剤ガス入口 4 燃料ガス出口 5 酸化剤ガス出口 6 燃料電池本体 13 燃料電池部 14 一酸化炭素燃焼バーナー 18 白金触媒 22 遮断膜

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料電池本体内に、一酸化炭素により被毒
    される貴金属系触媒を有し燃料ガスと酸化剤ガスの電気
    化学反応により発電する燃料電池部と、一酸化炭素除去
    手段とを備え、前記燃料電池本体の燃料ガス入口と酸化
    剤ガス入口と燃料ガス出口と酸化剤ガス出口に、前記燃
    料電池本体内を密閉する密閉手段を設けた電源装置。
  2. 【請求項2】燃料電池部は、イオン伝導性を有する固体
    高分子膜と、前記固体高分子膜の両面に配された一対の
    電極とからなる固体高分子型燃料電池を、単独または複
    数個積層して構成した請求項1記載の電源装置。
  3. 【請求項3】密閉手段は、気密・液密性を有し、ガス入
    口および出口を覆蓋するフィルム状またはシート状の遮
    断膜からなる請求項1または2記載の電源装置。
  4. 【請求項4】密閉手段として、ガス入口に燃料電池本体
    上流側の圧力が燃料電池本体内の圧力より所定圧力だけ
    高くなったときに開成する逆止弁と、ガス出口に燃料電
    池本体内の圧力が燃料電池本体下流側の圧力より所定圧
    力だけ高くなったときに開成する逆止弁の少なくともど
    ちらか一方を備えた請求項1、2または3記載の電源装
    置。
  5. 【請求項5】一酸化炭素除去手段として、一酸化炭素の
    吸着剤を用いた請求項1〜4のいずれか1項記載の電源
    装置。
  6. 【請求項6】一酸化炭素除去手段として、一酸化炭素の
    選択的酸化装置を備えた請求項1〜4のいずれか1項記
    載の電源装置。
  7. 【請求項7】燃料電池本体側に水保持材を配した密閉手
    段を備えた請求項1〜6のいずれか1項記載の電源装
    置。
  8. 【請求項8】燃料電池本体内に、一酸化炭素により被毒
    される貴金属系触媒を有し燃料ガスと酸化剤ガスの電気
    化学反応により発電する燃料電池部を備え、前記燃料電
    池本体の燃料ガス入口と酸化剤ガス入口と燃料ガス出口
    と酸化剤ガス出口に、前記燃料電池本体内を密閉し、前
    記燃料電池本体側に一酸化炭素の吸着剤が設けられた密
    閉手段を備えた電源装置。
  9. 【請求項9】燃料電池本体内に、硫黄分により被毒され
    る貴金属系触媒を有し燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学
    反応により発電する燃料電池部と、硫黄除去手段を備
    え、前記燃料電池本体の燃料ガス入口と酸化剤ガス入口
    と燃料ガス出口と酸化剤ガス出口に、前記燃料電池本体
    内を密閉する密閉手段を備えた電源装置。
  10. 【請求項10】燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応に
    より発電する燃料電池部を有する燃料電池本体の燃料ガ
    ス入口と酸化剤ガス入口と燃料ガス出口と酸化剤ガス出
    口に、前記燃料電池本体内を密閉する密閉手段を備え、
    前記燃料電池本体の温度を検知し表示する温度表示手段
    を備えた電源装置。
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