JPS61158671A - 電解液再生手段を有する燃料電池系 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ｌ」へ１１ 本発明は１９８４年１０月２９日出願の米国特許［ｆｐ
Ｊ６６５，４８８号の部分的継続である。

本発明は燃料電池、さらに詳細には、反応物から電解液
を再生し且つもどすことに関る、。

本出願と同一の瞭受は人に譲渡された他の関連る、特許
及び特許顧についてＨ及る、と以トの辿りである；１９
８２年９１４３０日出顧、出ｉｉ１番号第４３０，１５
６号、”電解液供給系を伴う燃料電池”と題る、Ｈ、７
アイゲンパウムの特１Ｐｌ−顧；１９８２年９月３０日
出願、出願番号第４３０，１５６号の”多孔性電解質マ
トリックス装置を有る、燃料電池”と題る、０、７ドル
ハートの特許顧；Ｏ０７ドルハートらの米国特許第４，
４６３，０６６号；Ｈ０７アイデンバウムの米国特許第
４，４６３゜０６７号及びコーンらの米国特許ｔｊＳ４
，４６３，０６８号。

絶えず増大る、電力量の供給のため及び保守を行うため
に休止る、必要なしに長期間にわたって燃料［ａを動作
させるために、燃料電池技術の領域において多くの研究
が行なわれている。可燃性燃料からの電力の発生の他の
方法と比較して、燃料電池は、高い効率を有し且つ電池
を移！ｌ１ｌＪ部分が全くないか又は比較的僅かとして
組立てることができるという息での物理的構造の簡単さ
によって特徴的である。

このような燃料を直接に燃焼る、ことなしに電気に変換
る、ために種々の電気化学的反応が公知であるけれども
、良く知られでいる電池の一形態は、水素を燃料として
用いる、空気又は酸素と水素の間の反応を利用しでいる
。水素−空気／酸素電池に対る、＊ａの一共通形態は、
電極が電解液を保持る、多孔性の材料の層によって隔て
られている積層構造である。疎水性材料は、〃ス状の水
素及び〃ス状の空気又は酸素が触媒と接触る、ために材
料中を自由に流動る、ことがでさるために十分な大きさ
の細孔を備えている。

燃料電池の構造及びその構成部分の細部は７ドルハート
の米国特許［第３，４５３，１４９号及びブツシュネル
の第４，０６４，３２２号中に開示されている。これら
の２ｆＦ許は気体反応物を触媒の領域中に案内る、ため
の構造を示している。加うるに、ブツシュネルの特許は
、イオン輸送に対して有効な電解液の量の変化に対る、
補償のために電解液を貯蔵る、ための電池内の空間を示
している。＊−の電力源中に複数の燃料電池の組み合わ
せのための！ｉｒ！１は７ドルハートの米国特許順ｐｌ
ｓ４゜１７５．１６５号中に開示されている。この特許
は、各電池の陰極と陽極に反応ブスを同時に供給る、た
めのマニホルドをも示している。

増大させた鼠の電力と長期間にわたる動作を提供る、た
めに、燃料電池は複数として組み立てることが多い。一
般的な形式の燃料電池組み立て物は燃料電池スタックで
ある。燃料電池スタックは、種々の異なる用途に対して
具合良く且つコンパクトな仕方で、燃料電池を組み立て
ることを可能とる、。燃料Ｎａ及び特にそのスタックは
通常は訛み立て物に対る、支持を提供る、ため且つさら
に重要なことには燃料電池反応物に対る、入口を限定る
、ために役立つ保護容器中に含有される。

特に、燃料電池が積み重ねた形態にある場合は、各反応
物に対して別々の反応物入ロ及び出【」を設ける。スタ
ックと容器の組み立て物は、各反応物が相互に分離し且
つ別個に保たれるようなものとる、。反応物を燃料電池
に供給る、ための手段はたとえば送風機などのような簡
単な装置を包含る、ことができる。かくして、反応物は
、他の反応物によって汚染されることなく、それぞれ通
路中に導入される。

通常の燃料電池の動作においては、燃料電池内のそれぞ
れの通路を通じて反応物の１１１極触媒区域への移行後
に電気化学反応が生じる。電極、すなわち、陽極及びＦ
ｊ極は相互に間隔を置いた関係で保たれ、その間隔は少
なくとも部分的に電解液によって満たされる。電解液は
、いうまでもなく、１１Ｃ極間のイオン輸送の手段を提
供し且つ通常は基質材料中に保持される。加うるに、貯
ｉＩＡ系中に保たれる電解液は、必要に応じ各電池の基
質中の電解液の補充のために用いることができる。

基質中の電解液の損失の問題を解決る、ための一方法は
貯槽中に付加的な電解液を貯蔵し且つこの貯蔵した電解
液を電解液の補充が必要となったときに基質に分配る、
方法である。このような貯蔵及び供給手段は前記の特許
及び特許願；米国特許第４，４６３，０６６号、米国特
許第４，４６３゜０６８号；米国特許ｔｐ１４　、４６
３．０６７３弓及び特許第４３０，１５６号中に開示さ
れている。

スタック中の電池が基質内からの電Ｍａの損失に遭遇る
、と問題が生じる。これらの損失は、たとえば、通常は
電解液の蒸発をもたらす、温度及び組成変化によるもの
のような、電解液の容積変化の結果である。電池からの
電解液蒸気または液滴は、電極のうしろの通路中に移行
る、傾向がある。電解液のミストは、反応物が電池から
流出忙るときに、空気または酸素反応物の場合には、空
気または酸素がスタックから大気に排出る、ときに、そ
れらと共に運ばれる。かくして、排出る、反応物は、そ
れが系から排出る、ときに電解液のミストによって汚染
されている。

電解液の損失と共に別の問題も生じる。電池の貯蔵容量
、又は必要に応じ各電池に追加の電解液を供給る、電解
液貯蔵系における貯＾能力に依存して、燃料電池は適切
な動作のために十分な電解液が存在しなくなるまでに、
限られた時間しか動作できなくなる。この場合には、保
守のために、すなわち必要な濃度での失われた電解液の
補充を行うために、系を休止しなければならず、さもな
いとスタックが焼れ切れるおそれがある。しかしながら
、一定容量の貯蔵系の基質への追加的な貯蔵電解液の供
給は、際限のない電解液の無駄な損失又は燃料電池スタ
ックの環境に空気又は酸素中で運ばれる流出物の問題を
解決しない。

従来の装置は電極の適切な側に電解液を含有る、ように
設計されている。たとえば、電極の気体側中に望ましく
なく浸透した電解液を集めるための一方法は、ビデイッ
クの米国特許顧第３，７０８．３４１号中に開示されて
いる。この特許は電解液が電極の気体側の表面上で液滴
となったのちに電解液を収集し且つもとにもどすための
手段を開示しでいる。しかしながら、ビデイックは電解
液が燃料電池が逸脱る、前にそれを基質にもどすための
手段を記しているに過ぎないものと思われる。その上、
ビデイックは電解液蒸気の再生の問題を取扱かつている
ものとは思われず、またビデイックは電解液が燃料電池
から失われたのちにそれを再生る、という問題をも解決
していない。

電解液の再生のためのもう一つの方式は、プロールトに
よる米国特許ｍ第４，４１４，２９１号中に開示されて
いるが、この特許は蒸発した電解液が燃料電池を離れろ
前にそれを内部的に凝縮させるための構造を記している
。凝縮した電解液を電極によって取り上げて、拡散と毛
細管作用によって電池全体に再び配る、。別の開示であ
る、チェロンに対る、米国特許第３，８６１，９５８号
は、燃料電池中の液状電解液の漏れを回収る、ためのポ
ンプ、弁、冷却装置などから成る複雑な系を開示してい
る。

本発明の利点は、排出る、反応物気体中に含有されるミ
ストの形態にある電解液を、排出させる前に反応物から
分離させることがでさる方式の準備を包含る、。電解液
ミストを効率的な速度で反応物気体から収集して、燃料
電池への再分配のため、あるいは系の内部的に又は外部
的にの何れかで貯蔵る、ために、再生る、ことができる
。さらに本発明は、大気への排出の前に反応物気体から
の電解液流出物の除去をも提供る、。

五ｌｉへ」扛 上記の問題は、蒸発した又は霧状となった電解液を再生
る、ための装置を有る、燃料電池によって克服し且つそ
の他の利点をも提供る、ことがでる。再生した電解液は
、燃料電池系に又はその外部に送りもどすことができる
。

一実施形態においては、燃料電池は電解液をその中に引
き入れ且つ分配る、ための手段を有る、電解液支持構造
を持つようにｆＲ／＆され且つ再生装置は燃料電池から
運び出される電解液ミストを反応物による電池への利用
のために電解液分配系へともどすように構成される。

本発明の一実施形態に従えば、電解液ミストを含有る、
燃料電池から排出る、反応物を電解液収集装置へ循環さ
せる１反応物は炭素繊維スポンジ中を、このスポンジに
よって電解液が収集されるような具合に、通過る、。ス
ポンジは電解液分配及び貯蔵装置に接続している炭素繊
維の灯心と間接的に接触している。炭素繊維スポンジ中
の電解液の量が増大る、につれて、吸い込み過程が生じ
、その過程で過剰の電解液が炭素繊維の灯るを経て電解
液分配及び貯蔵系へと送りもどされる。

別の実施形態においては、燃料電池は、電解液分配系に
よる最後的な使用のために電解液貯蔵系へと電解液をも
どすように組み立でた再生装置を伴う電解液を引艶入れ
且つ分配る、ための手段を有る、電解液支持構造を持つ
ように構成される。

さらに別の実施形態においては、再生装置は収集した電
解液を系の外部に輸送る、ように画成される。

本発明の上記の局面及びその他の特色を図面を参照しな
がら以下の記述において説明る、。

本発明の詳細な説明 第１図は燃料電池１０を遠近図として示している。燃料
電池１００以下の記述は詳細であるけれども、本発明は
、この分野で公知の如何なる種類の燃料電池においても
利用る、ことができるというむとは明白である。たとえ
ば、本明細書中に示すように、使用る、系は、再生した
電解液を枯渇した電解液の補充のために燃料電池中に供
給る、ことができるものとる、ことができる。しかしな
がら、本発明はとの徨の燃料電池系に限定されるもので
はない。

第１図に示すように、電池１０と同様な構造を有る、第
二の燃料電池１０．（の一部を、電池１０に隣接して配
置した力線で示している。かくして電池１０は第２図に
示すように普通はスタックとして配置される多くのこの
ような電池の一つであると理解できる。反応物の輸送の
ためのマニホルド及び電解液の輸送のための導管を経る
電池１Ｇ及び１０Ａの接続が概念的に示されている。二
つのこのような代表的なマニホルド、すなわち、スタッ
クの各電池の陽極への水素の輸送のためのマニホルド１
２及びスタックの各電池の陰極への空気又は酸素の輸送
のためのマニホルド１４．が示されている。−組の電解
液導管１６（その中の一本のみが示されている）は電解
液をスタックの各電池へ輸送る、。マニホルド１２及び
１４が第１図中で代表的な様式で示されているけれども
、概してスタックの側面に沿って走る各反応物に対る、
単独のマニホルドが各通路２６を通じて反応物を電池に
供給る、ことができる。

燃料電池１０は、２電極、すなわち、たとえば電解液基
質組立物２２のような電解液を吸い込み且つ分配る、た
めの手段によって隔てられている陽極（ａｎｏｄｅ　）
　１８及び陰極（ｃａｔｈｏｄｅ　）２０を包含る、。

各電極は反応物分配板２４と隣接している。第１図にお
ける電池の上端は末端板２４を有しておシ、これはスタ
ックの末端にあるために一方の反応物のみを持ち込んで
分配る、みそを有る、に過ぎなめ。図中に示した電池の
他の側にある板２４は、両反応物を図中に示した電池と
図中に示していない隣接る、電池へと供給る、ために背
中合わせの位置にある２板の気体分配板２４から成る２
極組立物の部分である。末端板及び２極組立物の両方の
板２４は、流動性又はガス状の反応物の導入及び残留ガ
スの排出のための通路２６を有している。各電極は疎水
性層２８と触媒３０から成っている。電池１０及び１０
，４の各板２４は両電池の直列結合を提供る、。電池中
に電解液を吸い込み且つ分配る、ための手段は任意の適
当な穐類のものとる、ことができる。たとえば、電解液
を吸い込んで分散る、ための特定の大きさの細孔を有る
、材料とる、ことができる。あるいはまた、たとえば第
１図に示すような、異なる大きさの細孔の２層以上の層
から成る材料とる、ことができる。

基質組立物（ｔｎａｔｒｔｚ　　αａｔｔａｍｂｌｙ）
２２は比較的大きな細孔を有る、繊維状の炭素シート材
料から成る中心の透過性層３２、中心層３２の細孔より
は小さい細孔を持つ外側の２透過性層３４から成ってい
る。電解液、典型的には鳩酸、を中心層５２中に含有さ
せる。中心層３２の細孔は、必要に応じ、電池１０内の
電解液を袖先る、ために中心層５２を通じて電解液を自
由に移行させることができるように十分な大きさのもの
である。

中心層６２は必ずしも完全に電解液によって満たされて
いる必要はなく、電極１８と２０の間にイオン伝導性を
確保る、ために十分な電解液を提供る、のみで十分であ
る。

外側の親木層５４の比較的小さな細孔は、外側の層３４
のそれぞれを完全に満たすために中心層５２から電解液
を吸い込む強い毛岬管力を発揮る、。層５４は、必要に
応じ、大きな細孔層５２中に含まれる電解液の吸い込み
についての高い速度を有している。層５４に極切に電解
液が提供されることによって、外側の層３４のそれぞれ
は反応物ガスの基質組立一区域への流入に対る、バリヤ
ーとして働らく。かくして、電解液は、基質組立体２２
の５層のそれぞれ中に、それらにイオン伝導性を与える
ために存在る、。すなわち、それらの層中の電解液は、
陽極１８から陰極２ｏへのイオン流の輸送によって陽性
の水素イオンを移行させることができる径路として働ら
く。

疎水性の層２８は、疎水性を与えるために＠錐状炭素の
基礎材料に対してＰＴＦＥ　（ポリテトツフルオロエチ
レン）が含浸させである。疎水性層２８は、がス状の反
応物を通路２６から触媒３゜へと伝達る、ために、ガス
状反応物がそれを通じて自由に循環る、ことができる大
きな細孔によって特徴付けられる。かくして、触媒３ｏ
は疎水性の層と親水性の層によって囲まれておシ、疎水
性の層はがス状の反応物に面し、親水性の層は電解液：
ζ而している。

各電極中の疎水性層２８は電解液が電極中に流れ込むの
を防ぐためにＰＴＦＥ粒子で含浸させである。これは電
池の構造における好都合な特徴であるが、何故ならば、
このような流入が、仮りに許されるとる、と、ガス状の
反応物が電極中に通り抜ける開いた細孔の数が減少る、
からである。

利用できる細孔の数の減少は電気を発生すべき電池の能
力の低減をもたらす。

疎水性の層はガス状の反応物の触媒３０との接陽極１８
の触媒３０において及び電極２０の触媒３０において、
それぞれ電気化学反応が生じうる。

触媒５０は、結合及び疎水性の目的のために、疎水Ｉ九
の層２８上に堆積させた他の金属を伴ない又は伜なわず
に、たとえば白金のような貴金属から成ることが好都合
である。電極１８及び２０のそれぞれにおいて同じ構造
を用いることができる。

疎水性層２８、板２４及び電極１８と２０は何れも導電
性であることが注目される。かくして、陽極１８の場合
においては、電気化学反応によって遊離される電子は触
媒５０から疎水性層２８の炭素マットを通じて各通路２
６を分離している板２４の仕切シ又はリプ３６中へと伝
わることができる。

第１図に示した直列的配置において、一つの電池の陽極
からの電子が全スタック中に移行る、ように、隣接る、
電池の陰極へと直接に伝導される。

典型的なスタック末端接点３８が、−常法によって、陽
極１８の板２４に取り付けであることが示されている。

接点３８は外部の回路４０（ブロックダイヤグラムの形
態で示されている）に接続しているのに対して、外部回
路４０の他方の端子は燃料電池のスタックの反対末端に
おいて同様な接点（図中に示してない）に接続している
。それによって電子は、スタックのマイナス端子（最後
の陽極）から外部回路４０を経てスタックのゾ２ス端子
（最初の陰極）に至る完全な回路を成すことができる。

相応して、水素イオンは各電池中で、基質組立物中に含
まれる電解液を通じて、電池の陽極から電解液により陰
極へと移行る、ことができる。

第２図に示すように、燃料電池１ｕは燃料電池スタック
１１を形成る、ように精衿重ねである。

燃料電池スタックを取り囲んで保護容器すなわちスタッ
クハウジング５３がある。保護容器５５は、外部の原因
によって受ける可能性のある損傷から保線し且つまた液
状電解液の偶発的な漏れを封じ込める手段を提供る、こ
とができる、任意の形式の公知のものとる、ことができ
る。

容器５３は、燃料電池スタック１１に対して密封的に（
大気に対して）取り付けてあり且つ反応物ガスに対る、
入口と出口を有していることが好ましい。反応物酸素も
含有る、空気は反応物人口５４を通じて容器５６中に流
入る、６同様な入口（図中には示していな（０は他方の
反応物に対しても設けである。反応物を導入る、ための
手段（図中に示していない）は、たとえばファンのよう
な、この技術分野で公知の徨類のものとる、ことができ
る。反応物ガス人口５４は入口室５１と連絡しており、
この室は空気又は酸素がスタック１１中の各電池の反応
物マニホルド１４（第１図参照）への入口への到達を可
能とる、。容器５５と密封的に係合る、燃料電池スタッ
ク１１の輪郭は燃料電池１０中の空気又は酸素の径路を
限定る、。他方の反応物はそれ自体の入口及び出口を経
て電池中に流入し且つ流出し、このようにしてスタック
中の空気又は酸素からの分離が保たれる。

反応物マニホルド１４の他方の末端は出口５５と連絡し
ている。出口室５５は反応物ガス出口５７と連絡し、そ
れによって空気又は酸素は保護容器５３から排出る、こ
とができる。同様な出口（図中に示していない）は他方
の反応物に対しても用意されている。

第２図に示す本発明の実施形態は電解液補充装置４２を
有している。電解液補充装置４２は、この分野で公知の
種類のものとる、ことができるが、この装置は必要に応
じ燃料電池に対して電解順を供給る、ことができること
が好ましい。

第２図の実施形態において示すように、且つまた例証的
な目的に対してのみ、補充装置４２は電解液分配カラム
４４から成っている。カラム４４は灯心状の炭素繊維１
６を含有る、電解液導管１６を経て燃料電池へと連絡し
ている。灯心状の炭素繊維は比較的緻密なローブ状の材
料であって、電解液で飽和させてあり、毛細管作用によ
って電解液を輸送る、助けをる、。補充る、電解液は電
解液貯槽４６中に貯蔵され、それによってポンプ５０が
ノ９イブ５２を経て電解液分配カラムの上端へと電解液
を送ることができる燃料電池１０によって使用されない
分配カラム内の過刺の電解液は、分配カラム４４の底部
に位置る、／４イデ４８を経て貯槽４６へもどすことが
できる。

反応物出口５７（この場合には空気または酸素出口）は
反応物導管５６に連絡している。反応物導管５６は容器
５３を電解液再生装置５Ｂに連絡している。ファンなで
゛の手段（図中に示してない）によって推進される空気
又は酸素は燃料電池の反応物マニホルド１４を通じて容
器５３に入る。燃料電池の動作の過程において、すべて
の電解質が基質組立物２２内に滞留しているのではなく
て、その中のいくらかの量は通路２６に入ることになシ
、そこでは電解液は蒸気または液滴の形態で懸濁してい
る。空気または酸素が入口室５１から電池の通路２６を
通じて出口室５５へ、及びその先へと、流れるにつれて
、それは電解質蒸気又は液滴と一様化し、それによって
空気または酸素と電解液ミスト、すなわち、ミクロン以
下の大きさの電解液の粒子、から成る混合物を生じる。

この空気または酸素及び電解液蒸気またはミストの混合
物は入口５４における空気または酸素の新しい進入によ
って出口５７において容器５３から押し出される。次い
で空気または酸素と電解液物質の混合物は導管５６を通
じて再生波［５８へと進む。

反応物と電解液ミストを輸送る、ための方式を詳細に説
明したけれども、この方式の好適機能を達成る、ために
は、どのような適当な材料または形態を使用る、ことも
できる。

第３図はハウジング６４を有る、電解液再生装置５８の
拡大図を示している。この実施形態は入口６０において
ハウジング６４と連絡し且つ容器５３の出口５７からの
びている複数の反応物導管５６を用いている。それぞれ
の入口６０に流れ拡散５６２を配置して、空気又は酸素
と電解液ミス）の混合物のハウジング６４全体にわたる
遡切な分布の確保を提供る、ことが好ましい。この拡散
と同時に、流入る、混合物の速度の実質的な低下もまた
生じる。このような速度の低下は拡散プロセスを強化る
、が、これはハウジング６４と導管５６の間に存在る、
大きな容積比によっても生じる。ハウジング６４はふた
６６と密封的にかみあっている。ハウジング６４は単一
部材として構成させることができ、ふた６６は、保守、
修理又は定期的な点検のために再生波ｒａ５８の内部に
近付くことを可能とる、ように、ハウジングから取り外
しできるように組み立てることもできる。

ハウジング６４内には、第３図においてもつともよくわ
かるように、炭素繊維スポンジ７０が配置しである１本
明細書を通じて、”スポンジ”という用語は、気体が顕
肴な圧力の低下なしに通過る、ことができる、きわめて
多孔性の、柔軟な繊維状構造物を意味る、ものとる、０
本発明の目的に対しで適る、スポンジ７０の構成は、日
本、大阪市、東洋紡績株式会社によって市販されでいる
ＫＦＮ−１５００−１５０形の活性炭の布である。

その特性は次のとおりである： 重さ　　　　　−１５０ｇ／鴫２ かさ密度　　−０，２０ｇ／ｅｍ’ 空気透過率　−７１００ｅ−３空気／ａｍ”７分（水柱
１２．５曽−の圧力低下におい て） ＢＥＴ表面積−１４５０＋／−５０＋ｓ２／ｇスボンノ
７０の上端は、ふた６６に取り付けてあり、スポンジ７
０の他端は底板７４に位置している。スポンジ７０はふ
た６６と底板７４の両方に対して密封的に取り付けであ
ることが好ましい。

図示のように、繊維スポンジ７０は円筒状であり且つ中
空のコアすなわち室７６を有している。この室７６は精
製した空気又は酸素を大気に排出る、ためにふた６６中
に配置した出口６８と連絡している。この構造形態が好
適であるけれども、本発明の目的に対しては多くのその
他の形態及び股　。

肚を使用る、ことができる。

電解液ミストを運ぶ空気又はｆｉ索が、矢印Ａによって
示されるように、ハウジング６４中に入ると、それは流
れ拡散器６２を通って、矢印Ｂで示す′ようにハウジン
グ６４の内部に入る。ハウジングの内部全体に均一に分
散された空気または酸素及び電解液ミストの混合物は次
いで矢印Ｃによって示すように、新しく流入る、空気又
は酸素及びミストの混合物によって、炭素繊維スポンジ
７０中に押し込まれる。底板７４とスポンジの間及びふ
た６６とスポンジ７０の間の密封的な取り付けは、先ず
炭素繊維スポンジ７０中を通り抜けることなしに混合物
が再生波ｅ５Ｂから排出る、ことを防止る、。

ｔＪ３図に示すような炭素繊維スポンジ７０の概して円
筒状の構造は、空気又は酸素がスボンシ７０を通じて内
部の室７６へ通過る、ことを許し、そこからさらにふた
６６中の出口６８においてハウジングを排出る、ことが
できる。電解液ミストが空気又は酸素と共にスポンジ７
０中に運ばれるときに、電解ａＳ質は繊維スポンジ７０
の繊維上に付着る、。、スポンジは空気から電解液ミス
トを除くために十分に緻密であると同時に、清浄化した
空気の自由な通過を許すために十分に多孔性である。や
がてミスト粒子は合体して液滴を形成る、。

合体プロセスは一般に炭素繊維スポンジ７０に特徴的で
あり、それによって電解液物質の小粒子の速度は、新し
く入ってくるミストが比較的ゆっくり移動る、電解液粒
子と合同る、点まで低下る、。それが次第に大きくなる
粒子を形成させ、それによって空気又は酸素流による運
搬に対る、その抵抗が増大る、と共に、いっそう多くの
電解液を除去し且つ集めるための表面積が増大る、。次
いで、これらの粒子は４ｍスポンジの底部に下降る、。

反応物〃スから電解液ミストを除去し且つ収集る、ため
の手段を炭素繊維スポンジ７０として概説したけれども
、電解液を再生る、ための装置としては、反応物〃スか
らの電解液の除去と収集を機能的に達成る、ためのその
他の適当な材料の形態をもつものを使用る、ことができ
るということは明白である。

炭素繊維スポンジ７０の底部には炭素灯心７２が配置し
である。灯心状の炭素繊維１３におけると同様に、灯心
７２は炭素またはその他の適当な材料から成る比較的緻
密な、ローブ状の材料である。灯心７２はスポンジ７０
と直接に接触し且つ底板７４中の穴８０とハウシング６
４中の穴７８を通り抜けている。灯心７２は空気又は酸
素及び電解液ミストがスポンジ７０を通り抜ける前に排
出る、ことを防ぐために穴７０及び８ｏの両者とｖ！ｊ
ｎ的にかみ合っていることが好ましい。

炭素灯心７２は、炭素繊維スポンジ７ｏにおいて収集し
た電解液物質が灯心７２中に入り且つその中を電解液が
排出る、他端まで流れることができるような、任意の通
常の設計のものとる、ことかできる。灯る７２の１ＩＩ
ＷＪは電解液が灯心の排出末端に達る、前に逸出る、こ
とを防ぐために適当なコーティングによって被覆しであ
ることが好ましい、しかしながら、この技術分野の専門
家には、収集した電解液を輸送る、ための適当な任意の
手段及び材料を、この装置と共に使用る、ことができる
ということは明白であろう。

ｔＩ＆２Ｕ！Ｊに示すような本発明の一実施形態におい
ては、心７２は収集した電解液を、炭素繊維スポンジ７
０から補充装置４２の電解液分配カラム４４の上端へと
輸送る、。一般に、収集した電解液の輸送は毛細管力及
び重力によって制御されて、心７２中の電解液の下降方
向における移動を生じさせる。

動作に際しては、空気または酸素を反応物人口５４にお
いて燃料電池スタック１１中に導入る、。

次いで空気又は酸素は、マニホル＃ｒ１４の開放端をス
タックの各電池中の陰極２０の通路２６中へと入る。水
素はスタック中の各電池の陽極１８中の通路へとマニホ
ルド２６中へと送られる。電解液は導管１６の組を経て
スタックの各燃料電池中の膜２２の中心層３４と接触る
、ように向けられる。

電解液は毛管作用によって電極１８又は２０のそれぞれ
中の触媒３０と接触る、に至る。水素は通路２６から疎
水性Ｍ２８の細孔を通って陽ｆ＠１８中の触媒３０へと
送られる。それによって、水素と電解液は陽極１８にお
ける触媒３０の界面において相互に接触る、に至り、且
つ空気又は酸素と電解液は陰極２０の触媒３０の界面に
おいて相互に接触して陽極１８及び陰極２０における各
電気化学反応を生じさせる。各電気化学反応が電解液中
のイオン流を生じさせ且つそれ放電流を生じさせるのは
、電池のこのような配置においてである。

電池１０の各層の構造についてのこれ以上の詳細は公知
であり、且つ、たとえば、前記の米国特許第３，４５３
，１４９；４．０６４．３２２及び４゜１７５．１６５
号中に記されている。これらの特許はＰＴＦＥを伴なう
多孔性材料及び貴金属触媒の被覆を用いる電池の構造を
記している。基質組立物２２の複式の多孔性の特徴は、
中心層３２の比較的大きな細孔を、電池１０の動作中に
外側層３４の電解液の飽和を保つように電解液を保持し
、移動させ且つ分配る、ために利用しながら、外側の層
３４の親水性をも提供る、。その上、基質組立も２２の
全３Ｍ中の電解液の存在は水素イオンに対して必要な伝
導径路を提供る、。かくして、本発明の基質組立物２２
は、電池１０中における電解液の均一な分布と適切な水
準を維持しながら、電池の正常な動作を可能とる、。

各電池の基質組立物２２は、電池の外側に保たれている
第２図に示すような電解液の外部貯槽がらの導管の組に
よってもたらされる一定量の電解液と連続的に接触る、
。それによって貯槽４６が枯渇る、まで電池１０は常に
確実に必要な量の電解液によって満たされている。

反応物〃スが電池中を流れると浮、電解液の一部は蒸気
に変化る、。この電解液蒸気は通路２６中に侵入し、そ
れによって空気又は酸素と混合して電解液ミストを生じ
る。新しい空気または酸素が反応物〃ス入口５４におい
て燃料電池スタック１１中に導入されるにつれて、残留
る、空気又は酸素及び電解液ミストは燃料電池１０から
出口室５５へと押し出される。空気又は酸素を連続的に
反応物ガス人口５４中に導入し且つ空気又は酸素と電解
液ミストの混合物が室５５に入るにつ八で、室５５中の
混合物は反応物導管５６へと押し出される。

導管５６中の混合物は、それに応じて、導管５６中を電
解液収集装置に向って押される。空気又は酸素及び電解
液ミストは入口６０において再生装置ｉ！５８に入る。

電解液ミストの速度は、流れ拡散器６２を通じてハウジ
ング６４の内部中に流入る、とに低下る、。

電解液ミストを運ぶ空気又は酸素のハウジング６４への
連続的な流入は、第３図中の矢印Ｂ及びＣで示すように
、混合物を炭素繊維スポンジ７〇　　　　−中に押しや
る。電解液ミストは、それを運ぶ空気又は酸素から炭素
繊維スポンジ７０上に除かれ且つ収集される。空気また
は酸素は、スポンジ７０を通過したのち、実質的な割合
の電解液流出物が除かれて、室７６に入る。次いで室７
６中で空気又は酸素は出口６８においてハウジング６４
を排出る、ことができる。

炭素繊維スポンジ７０によって集められる電解液が増大
る、につれて、灯心による吸い込み過程が生じ、それに
従って過剰の電解液が炭素＃ｉ継心７２によって吸収さ
れ、それが電解液を第２図に示すような電解液分配装置
４２へと送りもどす。

本発明のもう一つの実施形態を第４図に示す。

この実施形態においては、炭素繊維スポンジ７０によっ
て集められる電解液は、炭素繊維灯心７２によって、必
要なと１１＊で貯蔵る、ために、電解液貯槽４６へと送
りもどされる。

第５図において、さらにもう一つの実施形態が示される
。この実施形態においては、反応物、水素及び電解液ミ
ストは電解液再生装置５８へと送られ、そこで電解液が
除かれ、集められ、次いで貯蔵装置８２に送られる６次
いで水素は循環させてもよいし、又は系から排出させて
もよい。

上記の説明は本発明を例証る、ものに過ぎない。

本発明の対る、明白な一変形は直列または並列の配置に
おいて複数の電解液収集装置を設けることである。さら
に他の明白な変形は一つの電解液収集装置内に複数の炭
素繊維スポンジ及び出口を設けることである。さらに別
の明白な変形は排出る、反応物を、電解液のさらに効率
的な除去のために、電解液収ｉａｚ中に複数回再循環さ
せることである０本発明のその他の明白な変形はスタッ
ク中の各電池に対して、又はスタック中の一部の電池に
対して電解液再生装置を用意る、ことである。

前記の特許及び特許顧は何れも参考として本明細書中に
組み込まれる６本発明の構造及び機能的特色における種
々の変更及び修飾はこの分野の専門家によれば、本発明
から逸脱る、ことなく考案る、ことができよう、それ故
、本発明は、このよろな選択、変更及び修飾形態のすべ
てを包含しようとる、ものであって、これらはなお本発
明の精神及び範囲内にあるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電解液補充導管を伴なう完全な一燃料電池を
示している、燃料電池スタックの一部分の遠近断面図で
ある。 第２図は、電解液を電池スタックに供給し、電解液ミス
トを空気又は酸素反応物から再生し且つ電解液を供給装
置にもどすための装置の概念図である。 第３図は第２図に示すと同様な電解液収集装置の拡大し
た、さらに詳細な概念図である。 第４図は再生した電解液を燃料電池スタックの電解液貯
槽にもどすことから成る、本発明の別の実施形態の概念
図である。 第５図は、収集した電解液を燃料電池系の外部に貯蔵る
、ことから成る、本発明のもう一つの異なる実施形態の
概念図である。 Ｉ）許出１１　　エンゲルハード・コーポレーションＦ
ＩＧ、　３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、貯槽と基質組成物の間にのびる電解液補充導管を有
   し、且つ各反応物に対する燃料電池への反応物の送入の
   ための入口末端における入口室及び燃料電池からの反応
   物の取り出しのための出口末端における出口室を有する
   燃料電池の動作において、 反応物が燃料電池の動作の間にミストの形態で燃料電池
   中に存在する量の電解液を同化し、それによつて出口室
   において反応物と電解液ミストから成る混合物を生ぜし
   めるような具合に、反応物を入口室から出口室から出口
   室まで送り； 混合物を燃料電池の外部の場所に輸送し； 外部の場所において繊維質スポンジ上でミストを合体さ
   せることにより反応物から電解液を除去し、それによつ
   て反応物を精製し；且つ 再生した電解液を貯槽にもどす、 段階を含んで成る、引続く使用又は大気への放出の前に
   電解液を再生し且つ反応物を精製するための方法。 ２、電解液を除去するための段階は： 反応物の連続した通過を許しながら電解液を捕獲するこ
   とができる繊維スポンジを横切って混合物の流れを向け
   る、 段階を包含する、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、輸送と除去の段階の間に： 燃料電池からの排出後の混合物の速度を実質的に低下さ
   せ； 混合物を拡散させ；且つ 拡散させた混合物の流れを電解液を捕獲することができ
   る繊維スポンジを横切る方向に向け且つその中の反応物
   の連続する通過を許しながら電解液の液滴形態への合体
   を生じさせる、 段階を包含する、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４、再生した電解液を貯槽にもどす段階の直前に繊維ス
   ポンジから液状の電解液を抜き出す段階を包含する、特
   許請求の範囲第３項記載の方法。 ５、貯槽と基質組立物の間にのびる電解液補充導管を有
   し、且つ各反応物に対する燃料電池への反応物の送入の
   ための入口末端における入口室及び燃料電池からの反応
   物の取り出しのための出口末端における出口室を有する
   燃料電池において：反応物が燃料電池の動作の間にミス
   トの形態で燃料電池中に存在する量の電解液を同化し、
   それによつて出口室において反応物と電解液ミストから
   成る混合物を生ぜしめるような具合に、反応物を入口室
   から出口室まで送るための手段； 混合物から電解液を再生するための該燃料電池の外部の
   電解液収集手段； 混合物を該手段に向けるための導管手段；及び 該収集手段によつて再生せしめた電解液を除去し且つそ
   れを該貯槽にもどすための電解液除去手段、 を含んで成る、引続く使用又は大気への放出の前に電解
   液を再生し且つ反応物を精製するための装置。 ６、該電解液収集手段は： 該導管手段と連絡し且つ反応物のための出口を有し且つ
   該導管手段の容積よりも著しく大きい内部容積を有し、
   それによつて混合物が該導管手段からハウジング中に移
   すときにその速度を実質的に低下させる、取囲むハウジ
   ング；及び 該導管手段と該出口の間の混合物の流路中に位置させた
   該ハウジング内の炭素繊維スポンジを包含し； 該炭素繊維スポンジはその中の反応物の連続する通過を
   許しながら電解液ミストを捕獲し且つ液滴へのその合体
   を生じさせることができる、 特許請求の範囲第５項記載の燃料電池。 ７、該収集手段は混合物が該ハウジングに進入するとき
   にそれを拡散させるために該導管手段と該ハウジングの
   間の界面における拡散器を包含する、特許請求の範囲第
   ６項記載の燃料電池。 ８、該導管手段と該炭素繊維スポンジの間の該ハウジン
   グの内部は大気に対して密封してある、特許請求の範囲
   第６項記載の装置。 ９、該炭素繊維スポンジは該出口と連絡する内部のキャ
   ビティーを限定し、混合物の流路はキャビティーの方向
   にある、特許請求の範囲第６項記載の装置。 １０、該炭素繊維スポンジは概して該出口と同軸的な円
   筒の形態にあり且つ該出口と連絡する内部キャビティー
   を限定する、特許請求の範囲第６項記載の装置。 １１、該除去手段は： 該炭素繊維スポンジと該貯槽の間にのびるもどり導管；
   及び 再生した電解液を該炭素繊維スポンジから該貯槽へと輸
   送するための該もどり導管内の炭素灯心手段、 を包含する、特許請求の範囲第６項記載の装置。 １２、該基質組立物と連絡する電解液分配カラムを包含
   し、且つ該除去手段は 該炭素繊維スポンジと該電解液分配カラムの間にのびる
   もどり導管；及び 再生した電解液を該炭素繊維スポンジから該分配カラム
   へと輸送するための該もどり導管内の炭素灯心手段、 を包含する、特許請求の範囲第６項記載の装置。 １３、積み重ねた関係において動作的に結合させた複数
   の燃料電池を含んで成り、該燃料電池はそれぞれ貯槽と
   基質組立物の間にのびる電解液補充導管を有し、且つ各
   反応物に対して燃料電池への反応物の送入のための入口
   末端における入口室及び燃料電池からの反応物の取り出
   しのための出口末端における出口室を有する燃料電池系
   において： 反応物が燃料電池の動作の間のミストの形態で燃料電池
   中に存在する量の電解液を同化し、それによつて出口室
   において反応物と電解液ミストから成る混合物を生ぜし
   めるような具合に、反応物を出口室から入口室まで送る
   ための手段； 混合物から電解液を再生するための該燃料電池の外部の
   電解液収集手段； 混合物を該除去手段へと向けるための導管手段；及び 該収集手段によつて再生した電解液を除去し且つそれを
   該貯槽にもどすための電解液除去手段、 を含んで成る、引続く使用または大気への放出の前に電
   解液を再生し且つ反応物を精製するための装置。