JPS60119081A - 自由電解液形燃料電池 - Google Patents
自由電解液形燃料電池Info
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- JPS60119081A JPS60119081A JP58225781A JP22578183A JPS60119081A JP S60119081 A JPS60119081 A JP S60119081A JP 58225781 A JP58225781 A JP 58225781A JP 22578183 A JP22578183 A JP 22578183A JP S60119081 A JPS60119081 A JP S60119081A
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- JP
- Japan
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- electrolyte
- water
- fuel cell
- reaction gas
- ion exchange
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- Pending
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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
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
この発明は水素、酸素（空気）を反応ガスとして用い、
アルカリ水溶液電解質を循環送流さ・Ｕて発電を行う自
由電解液形燃料電池に関する。
アルカリ水溶液電解質を循環送流さ・Ｕて発電を行う自
由電解液形燃料電池に関する。
この種の燃料電池において、運転時に発生ずる生成熱を
除去するための一つの方法として、反応ガスを発電セル
に循環送流することにより、電解液中の水を多孔質電極
を通して反応ガス側に蒸発させ、蒸発潜熱としてセル外
へ取り出して冷却。 除去する方法がある。この場合には発電セルの電極反応
により生成される水の垣以上に電解液中の水分を蒸発さ
せる必要があるため、電解液中の水分が減少して電解液
濃度が高くなってくる。この場合に電解液濃度を一定に
保つために、第１図に示すようなシステムによって濃度
調整を行うものが既に実施されて公知である。 第１図において、１は発電セル本体で、その内部には水
素電極２．空気電極３を挟んで水素室４゜空気室５およ
び電解液室６が画成されている。さらに電解液室６には
電解液タンク７、電解液送流ポンプ８を含む電解液循環
ライン９が配管されており、該ライン９をｉｌして電解
液の循環、冷却を行っている。一方、水素ガス室４．空
気室５にはそれぞれ水素ライン１０．空気ライン１１が
接続されており、コンデンサ１２．１３を経て水素はエ
ゼクタポン〜ブ１４．空気ばブロア１５により系内で循
環通流され、この過程で反応ガスをキャリアとして発電
セル本体１から取り出した蒸発水分をコンデンサ１２．
１３で冷却して凝縮分離するようにしている。 なお１６はコンデンサ１２．１３に流す冷却水の給水回
路である。さらに前記コンデンサ１２．１３内に生じた
凝縮生成水はドレンパイプを通じて生成水貯留タンク１
７に貯留され、ここから生成水戻しライン１Ｂを通じて
送水ポンプ１９により先記した電解液タンク７へ戻すよ
うに回路構成されている。なお２０は生成水貯留タンク
１７における余剰水のオーバーフロー管である。 上記の構成で、運転中に水分の蒸発により電解液量が減
少して電解液タンク７の液位が低下すると、これをレベ
ル計２１が検出して送水ポンプ１９を始動させ、反応ガ
スから凝縮分離した生成水を電解、液タンク７の液位が
所定レベルに達するまで戻し、これにより電解液の濃度
を一定に保つように濃度調整が行われる。 ところで前記電解液および反応ガス循環系を構成してい
る材料は一般に金属であり、かつ通常はアルカリ電解液
等に対して耐食性のあるステンレスが採用されている。 しかして発明者の得た知見によれば、運転により構成材
料から電解液中に溶出した微量の金属成分、例えば鉄イ
オン、クロムイオン、ニッケルイオン、およびこれら金
属の酸化物、水酸化物等の微細なコロイド状粒子が発電
セルの電極を被毒して電池の特性を低下させることを見
いだした。この特性低下は、上記の溶出物質が電極の触
媒に吸着して触媒の表面を覆い、この結果として触媒性
能を劣化させるためと考えられる。この観点から、前記
問題の解決策として、電解液循環系を構成して電解液に
直接触れる部材を弗素樹脂で作るか、あるいは金属部材
の表面に弗素樹脂のコーティングを施すことによって金
属成分が電解液中に溶出するのを防止する方法が提案さ
れている。一方、上記方法を採用した実機テストの結果
からはそれなりの電池の特性劣化防止効果のあることが
認められたが、それでもなお循環電解液中に前記金属成
分およびその他の物質成分の存在することが明らかにな
った。この点について考察したところ、その原因は第１
図で述べた反応ガス系から電解液循環系に戻される生成
水にあることが判明した。すなわち、反応ガス循環系の
コンデンサ１２．１３から生成水戻しライン１８を経由
して電解液タンク７へ還流される生成水中には、微量な
がら前記と同様に構成材料の溶出によって生じた金属イ
オン、金属の酸化物および水酸化物のコロイド状粒子、
さらには空気中の炭酸ガスが水中に溶解して生じた炭酸
イオンや、配管に用いられるパツキン、０リング、ゴム
管等から水中に溶出し”’ＣＨ５−＋Ｓ’−＋１ＩＳＯ
＋ ５Ｏ４２−１ｓａ０８”−等の形で溶存している各
種の基イオンなど、電極を被毒する成分が混在しており
、これ等物質成分がそのまま生成水とともに電解液に混
入する。この防止対策としては、先に述べた電解液系と
同様に反応ガス系およシ生放水戻しラインの構成物の表
面を弗素樹脂でコーティングする方法も考えられるが、
例えば反応ガス系に介装されているコンデンサ１２．１
３の内部には多数のフィン付熱交換チューブが゛あって
、その構造が複雑であるため、まず第一・に弗素樹脂の
コーティングを完全に施すことが困雌であるのみならず
、樹脂コーティングにより熱伝達性が悪化してコンデン
サの凝縮能力が低下する等の問題があり、実用的な解決
策とはならない。
除去するための一つの方法として、反応ガスを発電セル
に循環送流することにより、電解液中の水を多孔質電極
を通して反応ガス側に蒸発させ、蒸発潜熱としてセル外
へ取り出して冷却。 除去する方法がある。この場合には発電セルの電極反応
により生成される水の垣以上に電解液中の水分を蒸発さ
せる必要があるため、電解液中の水分が減少して電解液
濃度が高くなってくる。この場合に電解液濃度を一定に
保つために、第１図に示すようなシステムによって濃度
調整を行うものが既に実施されて公知である。 第１図において、１は発電セル本体で、その内部には水
素電極２．空気電極３を挟んで水素室４゜空気室５およ
び電解液室６が画成されている。さらに電解液室６には
電解液タンク７、電解液送流ポンプ８を含む電解液循環
ライン９が配管されており、該ライン９をｉｌして電解
液の循環、冷却を行っている。一方、水素ガス室４．空
気室５にはそれぞれ水素ライン１０．空気ライン１１が
接続されており、コンデンサ１２．１３を経て水素はエ
ゼクタポン〜ブ１４．空気ばブロア１５により系内で循
環通流され、この過程で反応ガスをキャリアとして発電
セル本体１から取り出した蒸発水分をコンデンサ１２．
１３で冷却して凝縮分離するようにしている。 なお１６はコンデンサ１２．１３に流す冷却水の給水回
路である。さらに前記コンデンサ１２．１３内に生じた
凝縮生成水はドレンパイプを通じて生成水貯留タンク１
７に貯留され、ここから生成水戻しライン１Ｂを通じて
送水ポンプ１９により先記した電解液タンク７へ戻すよ
うに回路構成されている。なお２０は生成水貯留タンク
１７における余剰水のオーバーフロー管である。 上記の構成で、運転中に水分の蒸発により電解液量が減
少して電解液タンク７の液位が低下すると、これをレベ
ル計２１が検出して送水ポンプ１９を始動させ、反応ガ
スから凝縮分離した生成水を電解、液タンク７の液位が
所定レベルに達するまで戻し、これにより電解液の濃度
を一定に保つように濃度調整が行われる。 ところで前記電解液および反応ガス循環系を構成してい
る材料は一般に金属であり、かつ通常はアルカリ電解液
等に対して耐食性のあるステンレスが採用されている。 しかして発明者の得た知見によれば、運転により構成材
料から電解液中に溶出した微量の金属成分、例えば鉄イ
オン、クロムイオン、ニッケルイオン、およびこれら金
属の酸化物、水酸化物等の微細なコロイド状粒子が発電
セルの電極を被毒して電池の特性を低下させることを見
いだした。この特性低下は、上記の溶出物質が電極の触
媒に吸着して触媒の表面を覆い、この結果として触媒性
能を劣化させるためと考えられる。この観点から、前記
問題の解決策として、電解液循環系を構成して電解液に
直接触れる部材を弗素樹脂で作るか、あるいは金属部材
の表面に弗素樹脂のコーティングを施すことによって金
属成分が電解液中に溶出するのを防止する方法が提案さ
れている。一方、上記方法を採用した実機テストの結果
からはそれなりの電池の特性劣化防止効果のあることが
認められたが、それでもなお循環電解液中に前記金属成
分およびその他の物質成分の存在することが明らかにな
った。この点について考察したところ、その原因は第１
図で述べた反応ガス系から電解液循環系に戻される生成
水にあることが判明した。すなわち、反応ガス循環系の
コンデンサ１２．１３から生成水戻しライン１８を経由
して電解液タンク７へ還流される生成水中には、微量な
がら前記と同様に構成材料の溶出によって生じた金属イ
オン、金属の酸化物および水酸化物のコロイド状粒子、
さらには空気中の炭酸ガスが水中に溶解して生じた炭酸
イオンや、配管に用いられるパツキン、０リング、ゴム
管等から水中に溶出し”’ＣＨ５−＋Ｓ’−＋１ＩＳＯ
＋ ５Ｏ４２−１ｓａ０８”−等の形で溶存している各
種の基イオンなど、電極を被毒する成分が混在しており
、これ等物質成分がそのまま生成水とともに電解液に混
入する。この防止対策としては、先に述べた電解液系と
同様に反応ガス系およシ生放水戻しラインの構成物の表
面を弗素樹脂でコーティングする方法も考えられるが、
例えば反応ガス系に介装されているコンデンサ１２．１
３の内部には多数のフィン付熱交換チューブが゛あって
、その構造が複雑であるため、まず第一・に弗素樹脂の
コーティングを完全に施すことが困雌であるのみならず
、樹脂コーティングにより熱伝達性が悪化してコンデン
サの凝縮能力が低下する等の問題があり、実用的な解決
策とはならない。
この発明は上記した従来のシステムによる問題点を解決
し、電解液への金属その他の物質成分の混入を防止して
、燃料電池の高出方性能、長寿命化が図れるようにした
自由電解液型燃料電池を提供することを目的とする。
し、電解液への金属その他の物質成分の混入を防止して
、燃料電池の高出方性能、長寿命化が図れるようにした
自由電解液型燃料電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、この発明は反応ガス循環系
から分離抽出した生成水をイオン交換樹脂筒、フィルタ
等のイオン、不水溶性の固形粒子除去手段を通して浄化
した後に電解液循環系へ戻すようにすることにより、生
成水に混じって金属イオン、金属酸化物、金属水酸化物
等が電解液中に混入するのを防止し、これにより発電セ
ルの電極被毒・お防止して長寿命化を図るようにしたも
のである。
から分離抽出した生成水をイオン交換樹脂筒、フィルタ
等のイオン、不水溶性の固形粒子除去手段を通して浄化
した後に電解液循環系へ戻すようにすることにより、生
成水に混じって金属イオン、金属酸化物、金属水酸化物
等が電解液中に混入するのを防止し、これにより発電セ
ルの電極被毒・お防止して長寿命化を図るようにしたも
のである。
【発明の実施例］
第２図はこの発明の実施例を示すものであり、第１図と
同一符号は同一部材を示す、第１図と興なる点は、この
発明により生成水戻しライン１８の途中にフィルタ２２
およびイオン交換樹脂ｍ２３が介装されており、コンデ
ンサ１２．１３で反応ガスから？１２ｔａ分離されノζ
生成水は、生成水貯留タンク１７より生成水戻しライン
１８を通じて電解液タンク７へ戻す途中で前記のフィル
タ２２．イオン交換樹脂筒２３を通過する。これにより
反応ガス循環系からここに到る間に系内から生成水中に
溶出した金属その他の物質成分のうち、水中に溶存する
先述の金属イオン、炭酸イオン、および基イオンの形で
水中に溶存しているゴム製品の硫黄成分の各種イオン等
はイオン交換樹脂筒２３で除去され、また膠質状の微細
コロイド粒子として水中に浮遊している金属水酸化物お
よび金属酸化物はフィルタ２２で除去され、これにより
て電解液タンク７へは電極に被毒を与える有害物質を含
率ない浄水が還流されることになる。 また、上記のシステムと従来システムとを比較するため
に電池の長期運転後の電解液中の成分を副べたところに
よれば、第１図のシステムで電解液循環系に弗素樹脂コ
ーティングを施した場合には、鉄成分が３．５ ｐｐｍ
、クロム成分はｏ、ｉｐｐｍ。 ニッケル成分は０．６ｐｐｍであった。これに対して第
２図の実施例のように更にフィルタ２２．イオン交換樹
脂筒２３を追加設置して運転を行った場合には、鉄成分
が０．６ｐｐｍ以下、クロム成分が０．Ｏ５ｐｐｍ以下
、ニッケル成分が０．０１ｐｐ１ｍ以下に低減すること
が確かめられた。さらに燃料電池（単セル）の長時間連
続放電による経時電圧変化を実測した結果によれば、第
３図に示すように電解液循環系および反応ガス循環形の
構成部材がステンレス基材のままで、かつ生成水をその
まま電解液系へ戻す運転方式による特性線（イ）、電解
液循環系の構成部材を弗素樹脂コーティングした上で生
成水をそのまま電解液系へ戻す方式による特性線（ロ）
に対して、この発明の方式では特性線（ハ）が得られ、
前記特性Ｉｎ！（イ）、（ロ）と比べて出力特性の劣化
が少なく長寿命運転の行えることが実証された。 【発明の効果】 以上述べたようにこの発明によれば、反応ガス循環系で
凝縮分離された生成水を系内溶出物質成分の除去手段を
通じて浄化した後に電解液循環ラインへ戻すようにした
ことにより、生成水と一緒に金属イオン、金属酸化物な
ど、発電セルの電極を被毒する物質成分が電解液中に混
入することが防止でき、これにより電極性能の劣化を抑
えて燃料電池の長寿命化を図ることができる。
同一符号は同一部材を示す、第１図と興なる点は、この
発明により生成水戻しライン１８の途中にフィルタ２２
およびイオン交換樹脂ｍ２３が介装されており、コンデ
ンサ１２．１３で反応ガスから？１２ｔａ分離されノζ
生成水は、生成水貯留タンク１７より生成水戻しライン
１８を通じて電解液タンク７へ戻す途中で前記のフィル
タ２２．イオン交換樹脂筒２３を通過する。これにより
反応ガス循環系からここに到る間に系内から生成水中に
溶出した金属その他の物質成分のうち、水中に溶存する
先述の金属イオン、炭酸イオン、および基イオンの形で
水中に溶存しているゴム製品の硫黄成分の各種イオン等
はイオン交換樹脂筒２３で除去され、また膠質状の微細
コロイド粒子として水中に浮遊している金属水酸化物お
よび金属酸化物はフィルタ２２で除去され、これにより
て電解液タンク７へは電極に被毒を与える有害物質を含
率ない浄水が還流されることになる。 また、上記のシステムと従来システムとを比較するため
に電池の長期運転後の電解液中の成分を副べたところに
よれば、第１図のシステムで電解液循環系に弗素樹脂コ
ーティングを施した場合には、鉄成分が３．５ ｐｐｍ
、クロム成分はｏ、ｉｐｐｍ。 ニッケル成分は０．６ｐｐｍであった。これに対して第
２図の実施例のように更にフィルタ２２．イオン交換樹
脂筒２３を追加設置して運転を行った場合には、鉄成分
が０．６ｐｐｍ以下、クロム成分が０．Ｏ５ｐｐｍ以下
、ニッケル成分が０．０１ｐｐ１ｍ以下に低減すること
が確かめられた。さらに燃料電池（単セル）の長時間連
続放電による経時電圧変化を実測した結果によれば、第
３図に示すように電解液循環系および反応ガス循環形の
構成部材がステンレス基材のままで、かつ生成水をその
まま電解液系へ戻す運転方式による特性線（イ）、電解
液循環系の構成部材を弗素樹脂コーティングした上で生
成水をそのまま電解液系へ戻す方式による特性線（ロ）
に対して、この発明の方式では特性線（ハ）が得られ、
前記特性Ｉｎ！（イ）、（ロ）と比べて出力特性の劣化
が少なく長寿命運転の行えることが実証された。 【発明の効果】 以上述べたようにこの発明によれば、反応ガス循環系で
凝縮分離された生成水を系内溶出物質成分の除去手段を
通じて浄化した後に電解液循環ラインへ戻すようにした
ことにより、生成水と一緒に金属イオン、金属酸化物な
ど、発電セルの電極を被毒する物質成分が電解液中に混
入することが防止でき、これにより電極性能の劣化を抑
えて燃料電池の長寿命化を図ることができる。
第１図および第２図はそれぞれ従来およびこの発明の実
施例による燃料電池の運転方式を示すシステムフロー図
、第３図は本発明による燃料電池の放電特性を示す線図
である。
施例による燃料電池の運転方式を示すシステムフロー図
、第３図は本発明による燃料電池の放電特性を示す線図
である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）水素、酸素を反応ガスとして用む）、ア／ｌ／力Ｉ
ノ水溶液電解質を循環させて発電を行う自由電解液形燃
料電池において、発電セルの生成水を反りｂ力゛ス循環
系内で凝縮分離し、電解液循環系へ戻して電解液の濃度
調整を行う生成水戻しラインの途中に、生成水へ溶出し
た物質成分を取り除く除去手段を設けたことを特徴とす
る自由電解液形燃料電池。 ２１Ｆ、？許請求の範囲第１項記載のもの４こおし）で
、除去手段として生成水中に熔出した物質成分の氷中溶
存イオンの除去手段および溶出物質の酸化物。 水酸化物等の不水溶性固形粒子の除去手段を備えている
ことを特徴とする自由電解液形燃料電池。 ３）特許請求の範囲第２項記載のものにおし）で、氷中
溶存イオンの除去手段がイオン交換樹脂筒であることを
特徴とする自由電解液形燃料型７ｔｈ。 ４）特許請求の範囲第２項記載のものにおいて、不水溶
性固形粒子の除去手段がフィルタであることを特徴とす
る自由電解液形燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58225781A JPS60119081A (ja) | 1983-11-30 | 1983-11-30 | 自由電解液形燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58225781A JPS60119081A (ja) | 1983-11-30 | 1983-11-30 | 自由電解液形燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60119081A true JPS60119081A (ja) | 1985-06-26 |
Family
ID=16834680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58225781A Pending JPS60119081A (ja) | 1983-11-30 | 1983-11-30 | 自由電解液形燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60119081A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005285735A (ja) * | 2004-03-02 | 2005-10-13 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2021507456A (ja) * | 2017-12-14 | 2021-02-22 | アーファオエル・リスト・ゲーエムベーハー | 燃料電池システムのための廃ガス後処理システム、反応器システム及び廃ガス後処理の方法 |
-
1983
- 1983-11-30 JP JP58225781A patent/JPS60119081A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005285735A (ja) * | 2004-03-02 | 2005-10-13 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| US7718294B2 (en) * | 2004-03-02 | 2010-05-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| JP2021507456A (ja) * | 2017-12-14 | 2021-02-22 | アーファオエル・リスト・ゲーエムベーハー | 燃料電池システムのための廃ガス後処理システム、反応器システム及び廃ガス後処理の方法 |
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