JPH11191428A - Fuel cell device - Google Patents

Fuel cell device

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JPH11191428A
JPH11191428A JP9370537A JP37053797A JPH11191428A JP H11191428 A JPH11191428 A JP H11191428A JP 9370537 A JP9370537 A JP 9370537A JP 37053797 A JP37053797 A JP 37053797A JP H11191428 A JPH11191428 A JP H11191428A
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fuel
electrode
hydrogen
fuel electrode
water
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Munehisa Horiguchi
宗久 堀口
Chikayuki Takada
慎之 高田
Seiichi Katahira
清市 片平
Koichi Shiraishi
剛一 白石
Masataka Ueno
正隆 上野
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AQUEOUS RESERCH KK
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AQUEOUS Research KK
AQUEOUS RESERCH KK
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To completely recover output so as to attain stabilization by providing a means for eliminating a cover on the surface of a fuel electrode provided along with an air electrode. SOLUTION: A cover 125 on the surface of a fuel electrode 13 holding an electrolyte film 12 jointly with an air electrode 11 is formed by the adhesion of impurities, such as generated water, CO2 and N2 and a high concentration atmosphere near the surface. The cover 125 is eliminated by a physical method of spraying or flowing of fuel gas, shaking-off through vibration or suction to another member, or a chemical method of washing with liquid for dissolving the cover 125 or evaporation of water content, and the effective surface area of the fuel electrode 13 is enlarged. When N2 , O2 or product water from the air electrode 11 adheres to the surface of the fuel electrode 13 supplied with gaseous hydrogen of specified concentration in the closed state of an exhaust valve of a hydrogen supply system 20 at the time of start-up, for instance, gas of low hydrogen partial pressure is exhaust to refresh. The cover 125 is separated by led-in hydrogen made higher in pressure than the specified value. It is preferable that hydrogen exhaust gas be recycled through the air electrode 11.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は燃料電池装置、特
にその燃料極の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell device, and more particularly to an improvement in a fuel electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】通常の燃料電池は電解質膜を燃料極と空
気極とで挟持した構成であり、水素ガスを燃料ガスとし
て燃料極へ供給し、一方、空気を空気極へ供給して電解
質膜を介して両者を電気化学的に反応させ、電力を得て
いる。
2. Description of the Related Art An ordinary fuel cell has a structure in which an electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an air electrode. Hydrogen gas is supplied to the fuel electrode as fuel gas, while air is supplied to the air electrode to provide an electrolyte membrane. The two are electrochemically reacted via, and electric power is obtained.

【0003】燃料極から排出される燃料排気ガスには燃
料ガスの成分(水素)が含まれているので、これを再利
用するタイプの燃料電池装置が本出願人によって特開平
9−266004号公報に示されている。その開示によ
れば、燃料極に供給された水素ガスは、発電反応に利用
されてその多くが消費されるが、なお残存する余剰水素
ガスは閉ループライン(燃料排気ガス路)を流れて空気
極へ直接導入される。
[0003] Since fuel exhaust gas discharged from the fuel electrode contains a component (hydrogen) of the fuel gas, a fuel cell apparatus of a type that reuses the fuel gas has been disclosed by the present applicant in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-266004. Is shown in According to the disclosure, most of the hydrogen gas supplied to the fuel electrode is used for the power generation reaction and consumed, but the surplus residual hydrogen gas still flows through the closed loop line (fuel exhaust gas passage) and flows to the air electrode. Introduced directly to

【0004】このように構成された燃料電池装置によれ
ば、次の作用効果が得られる。即ち、空気極へ導入され
た水素ガスは、空気極の触媒層(Pt)上で燃焼して水
に転化する。これにより、電解質に高分子固体イオン交
換膜が用いられる高分子固体電解質型燃料電池の場合
に、空気極及び電解質膜の空気極側での通常の電池反応
による生成水および余剰水素ガスの燃焼による回収水
が、水の濃度差により、水濃度が希釈である電解質膜の
燃料極側に向けて流れる。これにより燃料極側への電解
質膜の湿潤状態の維持及び均一化が図れる。即ち、高分
子固体電解質膜の加湿を、従来の燃料極側からの加湿に
加えて空気極側から行うことができ、あるいは空気極側
からのみ行うことも可能となる。燃料極側から加湿を行
わない場合には、燃料極に供給する水素ガス中に水蒸気
を導入して加湿する必要がなくなるため、水素ガスの利
用効率が更に向上され且つ安定される。また、燃料極側
の加湿器の必要がなくなるので、そのための補器を簡略
することができ、燃料電池装置の軽量化、高効率化が可
能となる。更には、燃料排気ガスをそこに残存する余剰
水素ガスがそのまま含まれた状態で排出することは好ま
しくない。水素ガスは活性が高いため、排出後に燃料電
池装置系外で好ましくない反応を起こすおそれがあるか
らである。
According to the fuel cell device configured as described above, the following operation and effect can be obtained. That is, the hydrogen gas introduced into the air electrode burns on the catalyst layer (Pt) of the air electrode and is converted into water. Thereby, in the case of a solid polymer electrolyte fuel cell in which a solid polymer ion exchange membrane is used for the electrolyte, the water and excess hydrogen gas generated by the normal cell reaction on the air electrode and the air electrode side of the electrolyte membrane are used. The recovered water flows toward the fuel electrode side of the electrolyte membrane whose water concentration is diluted due to the water concentration difference. This makes it possible to maintain and equalize the wet state of the electrolyte membrane on the fuel electrode side. That is, the humidification of the polymer solid electrolyte membrane can be performed from the air electrode side in addition to the conventional humidification from the fuel electrode side, or can be performed only from the air electrode side. When humidification is not performed from the fuel electrode side, it is not necessary to introduce water vapor into the hydrogen gas supplied to the fuel electrode to humidify the fuel gas, so that the utilization efficiency of the hydrogen gas is further improved and stabilized. Further, since the need for a humidifier on the fuel electrode side is eliminated, an auxiliary device for the humidifier can be simplified, and the weight and efficiency of the fuel cell device can be reduced. Furthermore, it is not preferable to discharge the fuel exhaust gas in a state where the surplus hydrogen gas remaining therein is included as it is. This is because hydrogen gas has high activity and may cause an undesired reaction outside the fuel cell device system after discharge.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】燃料排気ガスを再利用
するタイプの燃料電池装置では次のように運転される場
合がある。即ち、燃料ガスの効率的な利用を図るために
燃料ガスの流通を一旦止めて、発電反応が進むにつれて
空気極より透過するN2、O2あるいは生成水の影響で電
池の出力が不安定になると燃料ガスを排気する。これに
より、燃料極の周囲の燃料ガスがリフレッシュされるの
で、燃料電池の出力は概ね回復する。しかし、本発明者
らの検討によれば、しばしば、燃料電池の出力の回復が
不完全となる場合があった。
A fuel cell system of the type that reuses fuel exhaust gas may be operated as follows. That is, the flow of the fuel gas is temporarily stopped in order to efficiently use the fuel gas, and as the power generation reaction proceeds, the output of the battery becomes unstable due to the influence of N 2 , O 2, or generated water passing through the air electrode. Then, the fuel gas is exhausted. As a result, the fuel gas around the fuel electrode is refreshed, and the output of the fuel cell is substantially recovered. However, according to the study of the present inventors, the recovery of the output of the fuel cell sometimes becomes incomplete.

【0006】[0006]

【発明を解決するための手段】本願発明者らは上記の課
題を解決すべく鋭意検討を重ねてきた結果、燃料極の表
面に生成水、二酸化炭素、窒素等の不純物が付着して若
しくは燃料極の表面の周囲の空間においてこれら不純物
の濃度が高くなって、反応に寄与する電極面積が減少
し、これが出力を不安定にする一因となることに気が付
いた。この発明は、このような本発明者らによる新たな
知見に基づいてなされた。そして、その構成は次の通り
である。燃料極と空気極とを有する燃料電池装置におい
て、前記燃料極の表面の被覆物を除去する手段が備えら
れている、ことを特徴とする燃料電池装置。
Means for Solving the Problems The inventors of the present application have made intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, impurities such as generated water, carbon dioxide, and nitrogen adhered to the surface of the fuel electrode, or It has been noticed that the concentration of these impurities in the space around the pole surface increases and the electrode area contributing to the reaction decreases, which contributes to the instability of the output. The present invention has been made based on such new findings by the present inventors. The configuration is as follows. A fuel cell device having a fuel electrode and an air electrode, further comprising means for removing a coating on the surface of the fuel electrode.

【0007】[0007]

【発明の作用・効果】このように構成された燃料電池装
置によれば、燃料極の表面の被覆物が除去される。これ
により、燃料極の実効表面積が除去以前より大きくな
り、もって燃料電池の出力が回復する。なお、燃料極の
表面の被覆物を除去することにより燃料電池の出力を回
復させることは、燃料排気ガスを間欠的に空気極に導入
するタイプの装置において特に有効であることは既述の
通りであるが、この発明の技術を他のタイプ、即ち燃料
排気ガスを燃料電池装置の系外へ直接排出するものに適
用できることは言うまでもない。この場合においても、
燃料極の実効表面積が除去以前より大きくなるので、燃
料電池の出力が安定する。
According to the fuel cell device configured as described above, the coating on the surface of the fuel electrode is removed. As a result, the effective surface area of the fuel electrode becomes larger than before the removal, and the output of the fuel cell is restored. As described above, recovering the output of the fuel cell by removing the coating on the surface of the fuel electrode is particularly effective in a device in which fuel exhaust gas is intermittently introduced into the air electrode. However, it goes without saying that the technology of the present invention can be applied to other types, that is, those in which fuel exhaust gas is directly discharged out of the fuel cell system. Even in this case,
Since the effective surface area of the fuel electrode becomes larger than before the removal, the output of the fuel cell is stabilized.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】上記において、燃料極表面の被覆
物を除去する方法は当該表面の被覆物の性質に応じて適
宜選択できる。除去の方法には大別して物理的な方法と
化学的な方法とがある。燃料極表面の被覆物とは燃料極
表面に付着した生成水、二酸化炭素、窒素等の不純物及
び燃料極の表面の周囲の空間におけるこれら不純物の高
濃度雰囲気を指す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the above, the method of removing the coating on the surface of the fuel electrode can be appropriately selected according to the properties of the coating on the surface. The removal method is roughly classified into a physical method and a chemical method. The coating on the fuel electrode surface refers to impurities such as generated water, carbon dioxide, and nitrogen attached to the fuel electrode surface, and a high concentration atmosphere of these impurities in a space around the surface of the fuel electrode.

【0009】物理的な方法としては、燃料極表面に衝撃
力を与えてその表面被覆物を除去する方法と燃料極表面
の被覆物を他の部材に吸着させる方法がある。
As a physical method, there are a method of applying an impact force to the fuel electrode surface to remove the surface coating, and a method of adsorbing the coating on the fuel electrode surface to another member.

【0010】前者の方法として、実施例では水素ガスを
燃料極表面に向けて吹き込み、当該燃料極表面に沿って
流通させるようにした。これにより、水素ガスの流れに
よって当該燃料極表面から燃料極表面の被覆物が除去さ
れる。その他、超音波を燃料極の表面に照射することに
より、被覆物を当該表面からふるい落とすことができ
る。更には、燃料極自体を振動させても良い。これらの
方法は併用することができる。
[0010] As the former method, in the embodiment, hydrogen gas is blown toward the fuel electrode surface and circulated along the fuel electrode surface. Thereby, the coating on the fuel electrode surface is removed from the fuel electrode surface by the flow of the hydrogen gas. In addition, by irradiating the surface of the fuel electrode with ultrasonic waves, the coating can be sieved from the surface. Further, the fuel electrode itself may be vibrated. These methods can be used in combination.

【0011】後者の方法として、燃料極の表面へ紙など
の吸着シートを押圧し、このシートに表面被覆物を吸い
取らせる方法がある。また、燃料極の表面を水やアルコ
ールなどの液体で洗浄することもできる。これらの方法
は、既述の前者の方法とともに、併用することができ
る。
As the latter method, there is a method in which an adsorption sheet such as paper is pressed against the surface of the fuel electrode, and this sheet absorbs the surface coating. Further, the surface of the fuel electrode can be washed with a liquid such as water or alcohol. These methods can be used together with the former method described above.

【0012】化学的な方法としては、燃料極の表面被覆
物を溶解できる液体で当該表面を洗浄する。被覆物が水
分である場合はこれを蒸発させる。化学的な方法と物理
的な方法とを併用することができる。
As a chemical method, the surface is washed with a liquid capable of dissolving the surface coating of the fuel electrode. If the coating is water, it is evaporated. Chemical and physical methods can be used in combination.

【0013】[0013]

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照にして
説明する。図1は実施例の燃料電池装置1の概略構成を
示す。図2は燃料電池本体10の基本ユニットを示す。
図1に示すように、この装置1は燃料電池本体10、燃
料ガスとしての水素ガス供給系20、空気供給系30、
水供給系40から概略構成される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a fuel cell device 1 according to the embodiment. FIG. 2 shows a basic unit of the fuel cell main body 10.
As shown in FIG. 1, this device 1 includes a fuel cell main body 10, a hydrogen gas supply system 20 as a fuel gas, an air supply system 30,
It is roughly composed of a water supply system 40.

【0014】燃料電池本体10の単位ユニットは空気極
11と燃料極13とで固体高分子電解質膜12を挟持し
た構成である。実際の装置ではこの単位ユニットが複数
枚積層されている(燃料電池スタック)。空気極11の
上方及び下方には空気マニホールド14、15が形成さ
れている。上方のマニホールド14にはノズル41を取
り付けるための取付孔が形成されている。
The unit unit of the fuel cell body 10 has a structure in which a solid polymer electrolyte membrane 12 is sandwiched between an air electrode 11 and a fuel electrode 13. In an actual device, a plurality of the unit units are stacked (fuel cell stack). Air manifolds 14 and 15 are formed above and below the air electrode 11. A mounting hole for mounting the nozzle 41 is formed in the upper manifold 14.

【0015】図2に示すように、上記空気極11−固体
高分子電解質膜12−燃料極13の単位ユニットは一対
のカーボン製コネクタ板16、17で挟持されている。
空気極11に対向するコネクタ板16の面には空気を流
通させるための溝18が複数条形成されている。各溝1
8は上下方向に形成されてマニホールド14、15を連
通している。その結果、ノズル41より供給される霧状
の水は当該溝18に沿って空気極11の下側部分まで達
する。
As shown in FIG. 2, the unit of the air electrode 11, solid polymer electrolyte membrane 12, and fuel electrode 13 is sandwiched between a pair of carbon connector plates 16, 17.
A plurality of grooves 18 for circulating air are formed on the surface of the connector plate 16 facing the air electrode 11. Each groove 1
Numeral 8 is formed in the vertical direction and communicates with the manifolds 14 and 15. As a result, the atomized water supplied from the nozzle 41 reaches the lower portion of the air electrode 11 along the groove 18.

【0016】同様に、燃料極13に対向するコネクタ板
17の面には水素ガスを流通させるための溝19が形成
されている。実施例ではこの溝19を水平方向に複数条
形成した。この溝19は、水素ガスが流通するとき、燃
料極13の表面での流速が高くなるようにその流路抵抗
を可及的に小さくする。
Similarly, a groove 19 for flowing hydrogen gas is formed on the surface of the connector plate 17 facing the fuel electrode 13. In the embodiment, a plurality of the grooves 19 are formed in the horizontal direction. The grooves 19 reduce the flow resistance as much as possible so that the flow velocity at the surface of the fuel electrode 13 is increased when the hydrogen gas flows.

【0017】空気極11には水が供給されるのでこれは
耐水性のある材料で形成される。また、そこに水の膜が
できると空気極11の実効面積が減少するので空気極1
1の材料には高い撥水性も要求される。かかる材料とし
て、カーボンクロスを基材にガス供給層(C+PTF
E)を塗りこんだガス拡散層を使用した。固体高分子電
解質膜12には汎用的なナフィオン(商品名:デュポン
社)の薄膜を使用した。尚、膜の厚さは空気極側からの
生成水の逆浸透が可能であればその数値は特に問わな
い。燃料極13は空気極11と同じ材料で形成されてい
る。部品の共通化の為である。
Since the air electrode 11 is supplied with water, it is made of a water-resistant material. Further, if a water film is formed thereon, the effective area of the air electrode 11 is reduced.
Material 1 is also required to have high water repellency. As such a material, a gas supply layer (C + PTF
A gas diffusion layer coated with E) was used. A general-purpose Nafion (trade name: DuPont) thin film was used as the solid polymer electrolyte membrane 12. The thickness of the membrane is not particularly limited as long as reverse osmosis of the generated water from the air electrode side is possible. The fuel electrode 13 is formed of the same material as the air electrode 11. This is for the common use of parts.

【0018】空気極11及び燃料極13において、電解
質膜12と接触する方の面には、ある程度の厚さでもっ
て酸素と水素の反応を促進するために用いられる周知の
白金系触媒がそれぞれ均一に分散されていて、空気極1
1及び燃料極13における触媒層として形成される。
On the surface of the air electrode 11 and the fuel electrode 13 that is in contact with the electrolyte membrane 12, a well-known platinum-based catalyst used to promote the reaction between oxygen and hydrogen with a certain thickness is uniformly applied. Dispersed in the air electrode 1
1 and a catalyst layer in the fuel electrode 13.

【0019】水素ガス供給系20の水素源21として、
この実施例では水素吸蔵合金からなる水素ボンベを利用
した。その他、水/メタノール混合液等の改質原料を改
質器にて改質反応させて水素リッチな改質ガスを生成さ
せ、この改質ガスをタンクに貯留しておいてこれを水素
源とすることもできる。勿論、燃料電池装置1を室内で
固定して使用する場合には、水素配管を水素源とするこ
とができる。水素源21と燃料極13とは水素供給調圧
弁23を介して水素ガス供給路22により接続されてい
る。調圧弁23は燃料極13に供給する水素ガスの圧力
を調整するものであり、汎用的な構成のものを利用でき
る。
As the hydrogen source 21 of the hydrogen gas supply system 20,
In this embodiment, a hydrogen cylinder made of a hydrogen storage alloy was used. In addition, a reforming material such as a water / methanol mixture is subjected to a reforming reaction in a reformer to generate a hydrogen-rich reformed gas, and this reformed gas is stored in a tank and used as a hydrogen source. You can also. Of course, when the fuel cell device 1 is used while being fixed indoors, the hydrogen pipe can be used as a hydrogen source. The hydrogen source 21 and the fuel electrode 13 are connected by a hydrogen gas supply path 22 via a hydrogen supply pressure regulating valve 23. The pressure regulating valve 23 regulates the pressure of the hydrogen gas supplied to the fuel electrode 13 and may be of a general configuration.

【0020】燃料極13からの排気ガスは排気ガス路2
4を通じて空気マニホールド14へ供給され、ここで空
気と混合される。排気ガス路24にはこれを開閉するた
めの水素排気弁25が配設されている。
The exhaust gas from the fuel electrode 13 is supplied to the exhaust gas passage 2
4 to an air manifold 14 where it is mixed with air. The exhaust gas passage 24 is provided with a hydrogen exhaust valve 25 for opening and closing the same.

【0021】燃料極13に供給された水素ガスは発電反
応に利用されてその大部分が消費されるが、なお残存す
る余剰水素ガスは排気ガス路24を流れ、排気弁25を
介して空気極11へ導入される。このようにして空気極
11に供給された余剰水素ガスは触媒上で燃焼して水に
転化する。この水は電解質膜12に供給される。このよ
うにして、通常の電池反応による生成水と余剰水素ガス
の燃焼による回収水が利用できる燃料電池装置1では、
水素ガス系20及び空気系30の各ガス路に従来型の加
湿器が何ら必要とされない。
The hydrogen gas supplied to the fuel electrode 13 is used for the power generation reaction and most of the hydrogen gas is consumed. However, the surplus remaining hydrogen gas flows through the exhaust gas passage 24 and passes through the exhaust valve 25 to the air electrode. 11 is introduced. The surplus hydrogen gas supplied to the air electrode 11 in this way is burned on the catalyst and converted into water. This water is supplied to the electrolyte membrane 12. In this manner, in the fuel cell device 1 in which water produced by normal cell reaction and water recovered by combustion of surplus hydrogen gas can be used,
No conventional humidifier is required in each gas path of the hydrogen gas system 20 and the air system 30.

【0022】空気極11には図示しないブロアによって
大気中より空気が供給される。図の符号31は空気の供
給路であり空気極11のマニホールド14に連結され
る。下側のマニホールド15には空気極11を通過した
空気を循環若しくは排気するための空気路32が連結さ
れ、水を分離する凝縮器33を介して排気ガスは循環路
35及び排気路36へ送られる。空気排気調圧弁34の
開度により循環路35と排気路36とへ分配される排気
ガスの割合が調節される。排気ガスを循環させるのは空
気極11へ導入された余剰水素ガスを完全に燃焼させる
ためである。循環路35及び排気調圧弁34を省略し、
排気ガスをそのまま大気へ排出する構成とすることもで
きる。
The air electrode 11 is supplied with air from the atmosphere by a blower (not shown). Reference numeral 31 in the figure denotes an air supply path, which is connected to the manifold 14 of the air electrode 11. An air passage 32 for circulating or exhausting the air passing through the air electrode 11 is connected to the lower manifold 15, and the exhaust gas is sent to a circulation passage 35 and an exhaust passage 36 via a condenser 33 for separating water. Can be The ratio of the exhaust gas distributed to the circulation path 35 and the exhaust path 36 is adjusted by the opening degree of the air exhaust pressure regulating valve 34. The purpose of circulating the exhaust gas is to completely burn the excess hydrogen gas introduced into the air electrode 11. The circulation path 35 and the exhaust pressure regulating valve 34 are omitted,
The exhaust gas may be directly discharged to the atmosphere.

【0023】凝縮器33で分離された水はタンク42へ
送られる。タンク42には水位センサ43が付設され
る。この水位センサ43により、タンク42の水位が所
定の値以下となると、アラーム44が点滅してオペレー
タに水不足を知らせる。
The water separated by the condenser 33 is sent to a tank 42. The tank 42 is provided with a water level sensor 43. When the water level in the tank 42 falls below a predetermined value by the water level sensor 43, an alarm 44 flashes to notify the operator of a water shortage.

【0024】実施例の水供給系40では、タンク42か
ら水供給路45がポンプ46、水圧センサ47及び調圧
弁48を介して、ノズル41まで連結されている。調圧
弁48により所望の水圧に調節された水はノズル41か
ら吹き出して空気マニホールド14内では霧状になる。
そして、吹き出し時の運動量(初速)、霧の自重および
空気流等によって空気極11の実質的な全面に霧状の水
が供給される。
In the water supply system 40 of the embodiment, a water supply passage 45 is connected from a tank 42 to a nozzle 41 via a pump 46, a water pressure sensor 47 and a pressure regulating valve 48. The water adjusted to a desired water pressure by the pressure regulating valve 48 blows out from the nozzle 41 and becomes a mist in the air manifold 14.
Then, mist-like water is supplied to substantially the entire surface of the air electrode 11 by the momentum (initial speed) at the time of blowing, the own weight of the mist, the air flow, and the like.

【0025】このようにして空気極11の表面に供給さ
れた水はそこで周囲の空気から潜熱を奪って蒸発する。
これにより、電解質膜12の水分の蒸発が防止される。
また、空気極11へ供給された水は空気極11からも潜
熱を奪うので、これを冷却する作用もある。特に、始動
時に水を供給すると、水素と空気の燃焼により膜、触媒
がダメージを受けることを予防できる。更には、空気極
11へ供給された水は空気極11の表面をパージする作
用(及びパージする手段としての機能)も奏する。即
ち、この水により空気極11の表面の被覆物が除去され
る。
The water thus supplied to the surface of the air electrode 11 evaporates by removing latent heat from the surrounding air.
Thereby, evaporation of the water in the electrolyte membrane 12 is prevented.
Further, the water supplied to the air electrode 11 also deprives the air electrode 11 of latent heat, and thus has an effect of cooling it. In particular, when water is supplied at the time of starting, it is possible to prevent the membrane and the catalyst from being damaged by the combustion of hydrogen and air. Further, the water supplied to the air electrode 11 also has an effect of purging the surface of the air electrode 11 (and a function as a purging means). That is, the coating on the surface of the air electrode 11 is removed by the water.

【0026】図中の符号50は電圧計であり、空気極1
1と燃料極13との間の電圧を計測する。
Reference numeral 50 in the figure denotes a voltmeter,
The voltage between the fuel cell 1 and the fuel electrode 13 is measured.

【0027】次ぎに、図3を参照にして、実施例の燃料
電池装置1の動作を説明する。制御装置70及びメモリ
73は燃料電池装置1のコントロールボックス(図1に
示されていない)に収納されている。メモリ73にはコ
ンピュータからなる制御装置70の動作を規定するコン
トロールプログラム及び各種制御を実行するときのパラ
メータやルックアップテーブルが収納されている。
Next, the operation of the fuel cell device 1 according to the embodiment will be described with reference to FIG. The control device 70 and the memory 73 are housed in a control box (not shown in FIG. 1) of the fuel cell device 1. The memory 73 stores a control program that regulates the operation of the control device 70 composed of a computer, and parameters and lookup tables for executing various controls.

【0028】まず、水素ガス供給系20の動作について
説明する。起動時には、水素排気弁25を閉に保持して
おいて、爆発限界以下の所定の濃度で水素ガスが燃料極
13に供給されるように水素供給調圧弁23を調整す
る。排気弁25を閉じた状態で燃料電池装置1を運転す
ると、空気極より透過するN2、O2あるいは生成水の影
響が発生する。更には燃料極13の表面にそれが付着し
て当該表面の実効面積を低減させる。これにより安定し
た電圧が得られなくなる。
First, the operation of the hydrogen gas supply system 20 will be described. At the time of startup, the hydrogen exhaust valve 25 is kept closed, and the hydrogen supply pressure regulating valve 23 is adjusted so that hydrogen gas is supplied to the fuel electrode 13 at a predetermined concentration lower than the explosion limit. When the fuel cell device 1 is operated with the exhaust valve 25 closed, the influence of N 2 , O 2, or generated water permeating from the air electrode occurs. Furthermore, it adheres to the surface of the fuel electrode 13 to reduce the effective area of the surface. As a result, a stable voltage cannot be obtained.

【0029】そこで、予め定めれた規則に基づいて弁2
5を解放して水素分圧の低下したガスを排気し、燃料極
13の雰囲気ガスをリフレッシュする。このとき、水素
供給調圧弁23を調整して導入する水素の圧力を所定値
より高くして、強い流れの水素ガスを燃料極13の表面
に流す(このとき、燃料極13の表面がパージされ、そ
の表面の被覆物が除去される。)。これにより、燃料極
13表面の被覆物が水素ガスの流れにより剥離される。
また、水分は蒸発する。勿論、全ての被覆物が燃料極表
面から除去されるわけではないが、水素流を導入しない
以前に比べると燃料極表面の被覆物の濃度は低下するこ
ととなる。このように大量の水素ガスを用いて燃料極の
表面をパージしたときには、流した水素ガスを有効に利
用し、且つ、燃料電池装置の系外に高い濃度の水素ガス
を排出することを防止するため、実施例のように水素排
気ガスを空気極11側に導入しこれを再利用することが
好ましい。
Therefore, the valve 2 is controlled based on a predetermined rule.
5 is released to exhaust the gas having a reduced hydrogen partial pressure, and the atmosphere gas of the fuel electrode 13 is refreshed. At this time, the pressure of the introduced hydrogen is adjusted to be higher than a predetermined value by adjusting the hydrogen supply pressure regulating valve 23, and a hydrogen gas having a strong flow is caused to flow to the surface of the fuel electrode 13 (at this time, the surface of the fuel electrode 13 is purged. , The coating on the surface is removed.) Thereby, the coating on the surface of the fuel electrode 13 is separated by the flow of the hydrogen gas.
In addition, moisture evaporates. Of course, not all of the coating is removed from the anode surface, but the concentration of the coating on the anode surface will be lower than before no hydrogen flow was introduced. When a large amount of hydrogen gas is used to purge the surface of the fuel electrode, the flown hydrogen gas is effectively used, and the high concentration of hydrogen gas is prevented from being discharged out of the fuel cell system. Therefore, it is preferable to introduce the hydrogen exhaust gas to the air electrode 11 side and reuse it as in the embodiment.

【0030】予め定めれた規則はメモリ73に保存され
ており、弁25の開閉及び調圧弁23の調整は制御装置
70が当該規則をメモり73から読み出して実行する。
The predetermined rules are stored in the memory 73, and the controller 70 reads and executes the rules from the memory 73 to open and close the valve 25 and adjust the pressure regulating valve 23.

【0031】この実施例では、電圧計50で出力電圧を
モニタし、出力電圧が所定の閾値を超えて低下したら所
定の時間(例えば、0.2kg/平方センチメートル、
1秒間)排気弁25を解放する。あるいは、排気弁25
を閉とした状態で燃料電池装置1を運転したときに出力
電圧が低下し始める時間間隔を予め計測しておき、その
時間間隔と実質的に同一又は若干短い周期で排気弁25
を解放するように、排気弁25を間欠的に開閉制御す
る。
In this embodiment, the output voltage is monitored by the voltmeter 50, and when the output voltage falls below a predetermined threshold, the output voltage drops for a predetermined time (for example, 0.2 kg / cm 2,
Release the exhaust valve 25 (for 1 second). Alternatively, the exhaust valve 25
When the fuel cell device 1 is operated with the valve closed, a time interval at which the output voltage starts to decrease is measured in advance, and the exhaust valve 25 is substantially the same as or slightly shorter than the time interval.
The exhaust valve 25 is intermittently opened and closed so as to be released.

【0032】次ぎに、空気供給系30の動作について説
明する。外気が空気供給路31より一定の圧力で空気マ
ニホールド14へ供給される。一方、排気ガスの一部は
空気排気調圧弁34の開度に応じて系外へ排出され、残
部は循環路35を通って循環される。即ち、排気ガスに
は水素が含まれるのでこの水素を燃焼させることにより
生成される水分が電解質膜12を湿潤状態を維持するの
に適当な量となるよう、換言すれば燃料電池本体の水分
バランスが最適となるように調圧弁34の開度を調節す
ることができる。
Next, the operation of the air supply system 30 will be described. Outside air is supplied from the air supply path 31 to the air manifold 14 at a constant pressure. On the other hand, part of the exhaust gas is discharged out of the system according to the opening degree of the air exhaust pressure regulating valve 34, and the remainder is circulated through the circulation path 35. That is, since the exhaust gas contains hydrogen, the amount of water generated by burning the hydrogen is adjusted to an appropriate amount to maintain the electrolyte membrane 12 in a wet state, in other words, the water balance of the fuel cell body. The opening degree of the pressure regulating valve 34 can be adjusted so that is optimal.

【0033】空気排気調圧弁34の開度の調節も予め定
められた規則に基づき制御装置70により制御される。
予め定められた規則はメモリ73に保存されている。こ
の実施例では、燃料電池本体10の水分バランスは主と
して後述する水供給系40により調整されるので、調圧
弁34の開度は固定しておいても良い。
The control of the opening of the air exhaust pressure regulating valve 34 is also controlled by the control device 70 based on a predetermined rule.
The predetermined rules are stored in the memory 73. In this embodiment, since the water balance of the fuel cell main body 10 is adjusted mainly by the water supply system 40 described later, the opening of the pressure regulating valve 34 may be fixed.

【0034】次ぎに、水供給系40の動作について説明
する。タンク42の水がポンプ46で圧送される。そし
て、噴射圧力調整弁48でその圧力が調整されてノズル
41から噴霧される。これにより、水が液体の状態(霧
の状態)で空気極11に供給されることとなる。
Next, the operation of the water supply system 40 will be described. The water in the tank 42 is pumped by the pump 46. Then, the pressure is adjusted by the injection pressure adjusting valve 48 and the fuel is sprayed from the nozzle 41. As a result, the water is supplied to the air electrode 11 in a liquid state (fog state).

【0035】水の供給量は予め定められた規則に基づき
制御装置70により制御される。予め定められた規則は
メモリ73に保存されている。この実施例では、所定の
時間経過(例えば5〜10秒)ごとに、一定の水圧で水
供給系40を稼働させる。
The supply amount of water is controlled by the control device 70 based on a predetermined rule. The predetermined rules are stored in the memory 73. In this embodiment, the water supply system 40 is operated at a constant water pressure every predetermined time (for example, 5 to 10 seconds).

【0036】次ぎに、他の実施例の燃料電池装置101
について説明する。なお、図1と同様の作用を奏するも
のには同一の符号を付してその説明を部分的に省略す
る。この装置101では、図4に示すように、燃料極1
3に対向するコネクタ板117に上下方向の溝119が
形成され、この溝119の上側から水素ガスが導入され
る。水素ガスの導入口付近には案内板121が設けら
れ、導入された水素ガスはこの案内板121に導かれて
燃料極13の表面に吹き付けられ、かつ当該表面に沿っ
て流れる。この案内板121が燃料極13の表面の被覆
物を除去する手段として作用する。これにより、燃料極
13の表面がパージされ、その被覆物125が除去され
る。また、このパージを行う場合、図示しない水素供給
調圧弁(図1における23)を調整して、通常よりも高
い圧力でもって水素ガスを導入すると、さらに好適であ
る。
Next, a fuel cell device 101 of another embodiment will be described.
Will be described. Components having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be partially omitted. In this device 101, as shown in FIG.
A vertical groove 119 is formed in the connector plate 117 opposing the groove 3, and hydrogen gas is introduced from above the groove 119. A guide plate 121 is provided near the hydrogen gas inlet, and the introduced hydrogen gas is guided by the guide plate 121 and is sprayed on the surface of the fuel electrode 13 and flows along the surface. The guide plate 121 functions as a means for removing the coating on the surface of the fuel electrode 13. As a result, the surface of the fuel electrode 13 is purged, and the coating 125 is removed. Further, when performing this purging, it is more preferable that a hydrogen supply pressure regulating valve (23 in FIG. 1) is adjusted to introduce hydrogen gas at a pressure higher than usual.

【0037】水素排気ガスはコネクタ板117の下側か
ら排出され、水素排気ガス路124を介して空気導入路
31へ導入される。
The hydrogen exhaust gas is exhausted from below the connector plate 117 and is introduced into the air introduction passage 31 via the hydrogen exhaust gas passage 124.

【0038】この発明は、上記発明の実施の形態及び実
施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の
範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲
で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
The present invention is not at all limited to the description of the above-described embodiments and examples. Various modifications are included in the present invention without departing from the scope of the claims and within the scope of those skilled in the art.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施例の燃料電池装置の構成を示す
模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell device according to an embodiment of the present invention.

【図2】同じく燃料電池本体の基本構成を示す断面図で
ある。
FIG. 2 is a sectional view showing a basic configuration of the fuel cell body.

【図3】同じく燃料電池装置の制御系を示す模式図であ
る。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a control system of the fuel cell device.

【図4】この発明の他の実施例の燃料電池装置の構成を
示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell device according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、101 燃料電池装置 10 燃料電池本体 11 空気極 12 電解質膜 13 燃料極 20 水素供給系 30 空気供給系 40 水供給系 121 案内板 125 被覆物 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 101 Fuel cell device 10 Fuel cell main body 11 Air electrode 12 Electrolyte membrane 13 Fuel electrode 20 Hydrogen supply system 30 Air supply system 40 Water supply system 121 Guide plate 125 Coating

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白石 剛一 東京都千代田区外神田2丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ内 (72)発明者 上野 正隆 東京都千代田区外神田2丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Goichi Shiraishi 2--19-12 Sotokanda, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Equos Research Co., Ltd. (72) Inventor Masataka Ueno 2--19 Sotokanda, Chiyoda-ku, Tokyo No. 12 Inside Equos Research Co., Ltd.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】燃料極と空気極とを有する燃料電池装置に
おいて、前記燃料極の表面の被覆物を除去する手段が備
えられている、ことを特徴とする燃料電池装置。
1. A fuel cell device having a fuel electrode and an air electrode, comprising means for removing a coating on the surface of the fuel electrode.
【請求項2】前記除去手段は前記燃料極の表面に物理的
な力を加えて該表面の被覆物を除去する、ことを特徴と
する請求項1に記載の燃料電池装置。
2. The fuel cell device according to claim 1, wherein said removing means removes a coating on the surface of the fuel electrode by applying a physical force to the surface.
【請求項3】前記除去手段は燃料ガスを前記燃料極の表
面に吹き付けることにより該表面の被覆物を除去する、
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池装置。
3. The removing means removes a coating on the surface of the fuel electrode by spraying a fuel gas onto the surface of the fuel electrode.
The fuel cell device according to claim 1, wherein:
【請求項4】前記除去手段は燃料ガスを前記燃料極の表
面に沿って流通させることにより該表面の被覆物を除去
する、ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池装
置。
4. The fuel cell device according to claim 1, wherein said removing means removes the coating on the surface of the fuel electrode by flowing the fuel gas along the surface of the fuel electrode.
【請求項5】除去のために用いられた前記燃料ガスが前
記燃料極から排気された後、前記空気極に導入される、
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の燃料電池装
置。
5. The fuel gas used for removal is exhausted from the fuel electrode and then introduced into the air electrode.
5. The fuel cell device according to claim 3, wherein:
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