JPS63218166A - Operation of fuel cell - Google Patents

Operation of fuel cell

Info

Publication number
JPS63218166A
JPS63218166A JP62050856A JP5085687A JPS63218166A JP S63218166 A JPS63218166 A JP S63218166A JP 62050856 A JP62050856 A JP 62050856A JP 5085687 A JP5085687 A JP 5085687A JP S63218166 A JPS63218166 A JP S63218166A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
water
absorbent
exhaust gas
fuel cell
moisture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP62050856A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0760692B2 (en
Inventor
Osamu Kuroda
修 黒田
Katsuya Ebara
江原 勝也
Sankichi Takahashi
燦吉 高橋
Toshio Ogawa
敏雄 小川
Ryota Doi
良太 土井
Katsumoto Otake
大嶽 克基
Norio Ikemoto
池本 徳郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP62050856A priority Critical patent/JPH0760692B2/en
Publication of JPS63218166A publication Critical patent/JPS63218166A/en
Publication of JPH0760692B2 publication Critical patent/JPH0760692B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04186Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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

PURPOSE:To recover moisture from exhaust gas even in a state of relatively high temperature for recycling the moisture for cell reaction by performing absorption of the moisture contained in the oxidizer gas while using absorbent. CONSTITUTION:The laminated cell body 1 of a methanol fuel cell, an anolyte tank 2 and a water absorber 3 mainly compose a generation set. Exhaust gas from the oxidizer pole of the fuel cell is made to make contact with a water absorbent through a water absorber 3 for making the water absorbent to absorb steam contained in the exhaust gas. That is, the exhaust gas is made to make contact with the water absorbent maintained at a temperature lower than the temperature of this exhaust gas for raising the temperature of this absorbent with heat generated from the fuel cell 1 to raise steam pressure of the moisture contained in the water absorbent in order to separate the moisture from the absorbent followed by supplying the separated moisture to a fuel pole. Thereby, water recovery and water recycling can be performed without requiring any other cooling source.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料電池の運転方法に係り、特に燃料電池の
酸化剤極排ガスから水を回収し、この水を燃料極にリサ
イクルし、再び反応に関与せしめる燃料電池の運転方法
に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method of operating a fuel cell, and in particular, to a method of operating a fuel cell, in particular, recovering water from the oxidizer electrode exhaust gas of a fuel cell, recycling this water to a fuel electrode, and recycling it again. This invention relates to a method of operating a fuel cell that participates in a reaction.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

燃料電池は、燃料および酸化剤の反応エネルギーを直接
電気エネルギーとして取り出すもので、発電効率が高く
、さらに騒音、振動も少なく、排ガスも正常であるため
、新発電方式として期待されている。
Fuel cells extract the reaction energy of fuel and oxidizer directly as electrical energy, and are expected to be a new power generation method because they have high power generation efficiency, little noise and vibration, and normal exhaust gas.

特に、メタノールを燃料とし、硫酸等を電解質とする酸
性電解質型メタノール燃料電池(以下、メタノール燃料
電池という)では、常温かつ比較的低温(約60℃)で
運転され、小型化も容易であることから、中小容量の電
源として広範な用途が期待されている。
In particular, acid electrolyte methanol fuel cells (hereinafter referred to as methanol fuel cells), which use methanol as fuel and sulfuric acid or the like as an electrolyte, operate at room temperature and relatively low temperature (approximately 60°C), and can be easily miniaturized. Therefore, it is expected to have a wide range of applications as a small to medium capacity power source.

このメタノール燃料電池では1次のような反応が生じて
いる。
In this methanol fuel cell, a first-order reaction occurs.

燃料極(メタノール極)では、 CHa OH+ H20→COz+6)(+ +6 e
−・・・(1)酸化剤極(空気極)では、 6H++−02+ 6 e −−) 3 Hz○   
 −(2)このような反応が生じ、(1)式および(2
)式を総合すると。
At the fuel electrode (methanol electrode), CHa OH+ H20→COz+6)(+ +6 e
-...(1) At the oxidizer electrode (air electrode), 6H++-02+ 6 e --) 3 Hz○
-(2) Such a reaction occurs, and formula (1) and (2)
) Putting the equations together.

CHa○H+ H20+ −02→CO2+3H20・
・・(3)の発電反応が行われる。すなわち、メタノー
ル燃料電池においては、反応原料としてメタノールと水
が必要となる。メタノールと水との量的関係は、実際の
電池においては、反応に関与せず系外へ排出される水、
メタノールの直接燃焼で生成する水とがあり、実測して
求める必要がある。本発明者らが検討したところによる
と、この量的関係は、運転条件や電池構造によるが、大
路次のようであった。
CHa○H+ H20+ -02→CO2+3H20・
...(3) The power generation reaction is performed. That is, methanol fuel cells require methanol and water as reaction raw materials. The quantitative relationship between methanol and water is that in actual batteries, water that does not participate in the reaction and is discharged outside the system,
There is water produced by direct combustion of methanol, which must be determined by actual measurement. According to the studies conducted by the present inventors, this quantitative relationship depends on the operating conditions and battery structure, but is as shown below by Ohji.

CH30H+4.lH2O+1.502−)C○2+6
 、 I I(20・・’ (4)すなわち、温論的に
は、メタノールと同じモル数の水が必要であり、実際上
の必要な水の量は、理論上の約4倍となっている。
CH30H+4. lH2O+1.502-)C○2+6
, I I(20...' (4) In other words, theoretically, the same number of moles of water as methanol is required, but the actual amount of water required is about four times the theoretical amount. There is.

メタノール燃料電池の用途は、可搬型電源をはじめとす
る中小容量電源であり、メタノールの補給はそれほどで
もないが、その数倍量にも達する水を準備して補給する
ことが必要となる。この水としては、電極反応を円滑に
するため、蒸留水が好ましいものであり、水の補給がな
いと、前記電池反応が進行しないことになり、電池性能
上著しく不利益を生ずることになる。
Methanol fuel cells are used as small to medium capacity power sources such as portable power sources, and although replenishment of methanol is not that important, it is necessary to prepare and replenish several times the amount of water. Distilled water is preferable as this water in order to facilitate the electrode reaction, and without replenishment of water, the battery reaction will not proceed, resulting in a significant disadvantage in terms of battery performance.

このような問題点を解決するために、アノライト側で発
生する排ガスから水を回収し、再利用することが特開昭
56−93268号に開示されている。
In order to solve these problems, Japanese Patent Laid-Open No. 56-93268 discloses that water is recovered from the exhaust gas generated on the anolite side and reused.

この従技技術では、排ガスを冷却して水を回収すること
、および冷却材として空気を使用することが開示されい
る。
This prior art discloses cooling exhaust gas to recover water and using air as a coolant.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかし、このような従来技術の方法で水が回収できれば
好都合であるが、燃料電池の種類によっては、特にメタ
ノール燃料電池では、水の回収を可能とする条件下のみ
でばかり運転されるとは限らない。例えば、前記(4)
式の関係を考えると、温度60℃、空気極への空気供給
量が空気極1c++f当り5 m Q /minの運転
条件下では、排ガスの湿度は、0.13 kgH207
kg乾燥空気とな)J、(4)に基づいて、この4.1
/6.1の水を回収するには、排ガスの温度を約0 、
04 kgH2o / kg乾燥空気まで下げる必要が
ある。その結果、排ガスを約38℃まで冷却する必要が
生じる。すなわち、38℃以上の環境条件下で電池が運
転される場合には、必要な水を全量回収することができ
ず、単純に空冷のみで水を回収しようとする場合には、
別の冷熱源を用意する必要が生じる。しかし、空冷以外
の冷却源1例えば冷却水等の冷熱源は容易に用意できな
い。特にメタノール燃料電池では。
However, while it would be advantageous to be able to recover water using these prior art methods, some types of fuel cells, particularly methanol fuel cells, may not always be operated under conditions that allow water recovery. do not have. For example, (4) above
Considering the relationship in the equation, under operating conditions where the temperature is 60°C and the air supply amount to the air electrode is 5 m Q /min per 1 c++f of air electrode, the humidity of the exhaust gas is 0.13 kgH207
kg dry air) J, based on (4), this 4.1
/6.1 To recover water, reduce the exhaust gas temperature to approximately 0,
It is necessary to lower it to 0.04 kgH2o/kg dry air. As a result, it becomes necessary to cool the exhaust gas to about 38°C. In other words, when the battery is operated under environmental conditions of 38°C or higher, it is not possible to recover all the necessary water, and when attempting to recover water simply by air cooling,
It becomes necessary to prepare another source of cooling and heat. However, a cooling source other than air cooling, such as cooling water, cannot be easily prepared. Especially in methanol fuel cells.

可搬型電源として使用されることが予想されるため、こ
のような冷熱源を設けるという制約は、可搬型電源とし
ての特徴を減する結果となる。
Since it is expected that the device will be used as a portable power source, the restriction of providing such a cooling and heat source will reduce the characteristics of the device as a portable power source.

本発明は、かかる問題点を解決するために、電池運転温
度が高くても、冷熱源を必要とすることなく燃料電池の
空気極排ガスから水を回収し、これを再利用することに
より、電池の運転に必要な量の水を確保できる燃料電池
の運転方法を提供することを目的とする。
In order to solve this problem, the present invention recovers water from the air electrode exhaust gas of a fuel cell without requiring a cold heat source even when the battery operating temperature is high, and reuses the water. The purpose of the present invention is to provide a method for operating a fuel cell that can secure the amount of water necessary for its operation.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、燃料電池の酸化剤極からの排ガスと水吸収剤
とを接触させ、当該排ガス中に含まれる水蒸気を当該水
吸収剤に吸収し、次いで当該吸収された水分を燃料極に
供給してなることを特徴とする燃料電池の運転方法であ
る。
The present invention brings exhaust gas from an oxidizer electrode of a fuel cell into contact with a water absorbent, absorbs water vapor contained in the exhaust gas into the water absorbent, and then supplies the absorbed water to the fuel electrode. This is a method of operating a fuel cell characterized by the following.

〔作用〕[Effect]

上記本発明によれば、吸収剤に酸化剤極からの排ガスに
含まれる水分を吸収し、この水分を電池運転に必要なア
ノードに供給しているため、他の冷却源を必要とするこ
となく、水の回収および水の再利用を図ることができる
According to the present invention, the absorbent absorbs the moisture contained in the exhaust gas from the oxidizer electrode and supplies this moisture to the anode necessary for battery operation, so there is no need for any other cooling source. , water recovery and water reuse can be achieved.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明に係る燃料電池の運転方法の実施例を添付
図面に従い詳説する。第1図はその一実施例を実施する
ための発電装置の構成図である。
Next, an embodiment of the method of operating a fuel cell according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram of a power generation device for carrying out one embodiment of the invention.

第1図において1本実施例装置はメタノール燃料電池の
積層電池本体1とアノライトタンク2゜水吸収器3とか
ら主に構成されている。アノライトタンク2には、硫酸
とメタノールの混合溶液が貯蔵されている。アノライト
タンク2から電池本体1の燃料極には、アノライト循環
ライン6が接続され、アノライトが燃料極に供給される
ようになっている。一方、燃料電池本体1の空気極側に
は、ファン41により空気が供給される空気ライン8が
設けられている。この空気ライン8は、水吸収器3内に
接続されている。水吸収器3からは。
In FIG. 1, the apparatus of this embodiment mainly consists of a stacked cell main body 1 of a methanol fuel cell, an anolyte tank 2, and a water absorber 3. The anolyte tank 2 stores a mixed solution of sulfuric acid and methanol. An anolite circulation line 6 is connected from the anolite tank 2 to the fuel electrode of the battery main body 1, so that the anolite is supplied to the fuel electrode. On the other hand, an air line 8 to which air is supplied by a fan 41 is provided on the air electrode side of the fuel cell main body 1 . This air line 8 is connected within the water absorber 3. From water absorber 3.

該吸収器3からの空気を外部に排出するための排ガスラ
イン10が設けられている。
An exhaust gas line 10 is provided for exhausting air from the absorber 3 to the outside.

水吸収器3は、吸収剤循環ライン9を介して吸収剤冷却
器4と接続されている。この吸収剤冷却器4には冷却空
気供給ライン42が接続されている。
The water absorber 3 is connected to an absorbent cooler 4 via an absorbent circulation line 9. A cooling air supply line 42 is connected to the absorbent cooler 4 .

水吸収器3は、吸収剤循環ライン43を介して吸収剤再
生器5に接続されている。この吸収剤再生器5は、ポン
プ44を有してなる吸収剤循環ライン60を介して前記
吸収剤冷却器4と接続されている。吸収剤再生器5内に
は、冷却空気を供給するための冷却空気ライン61が接
続されている。
The water absorber 3 is connected to an absorbent regenerator 5 via an absorbent circulation line 43. The absorbent regenerator 5 is connected to the absorbent cooler 4 via an absorbent circulation line 60 having a pump 44 . A cooling air line 61 is connected to the absorbent regenerator 5 for supplying cooling air.

前記アノライトタンク2には、アノライトライン7が接
続されている。このアノライトライン7は、前記吸収剤
再生器5中を通過し、アノライトタンク2に戻るように
なっている。
An anolyte line 7 is connected to the anolyte tank 2 . This anolyte line 7 passes through the absorbent regenerator 5 and returns to the anolyte tank 2.

前記吸収剤再生器5には、水回収ライン11が接続され
、このライン11は、前記アノライトタンク2と接続さ
れている。
A water recovery line 11 is connected to the absorbent regenerator 5, and this line 11 is connected to the anolyte tank 2.

次に、本実施例の動作について説明する。燃料電池本体
1には、ポンプ47の駆動によりアノライトタンク2よ
りアノライトが供給される。このアノライトの供給は、
アノライト循環ライン7をアノライトが循環するように
なっている。一方、空気がファン41の駆動により空気
ライン8を介して空気極に供給される。この燃料極への
アノライトの供給と、空気極への空気の供給とにより、
メタノール燃料電池の発電が行われる。
Next, the operation of this embodiment will be explained. Anolyte is supplied to the fuel cell main body 1 from the anolyte tank 2 by driving the pump 47 . The supply of this anorite is
The anolyte circulates through the anolyte circulation line 7. On the other hand, air is supplied to the air electrode via the air line 8 by driving the fan 41. By supplying anorite to the fuel electrode and air to the air electrode,
The methanol fuel cell generates electricity.

燃料電池本体1から排出された空気は、水回収器3に供
給される。この吸収器3では、吸収剤循環ライン9によ
り供給される水吸収剤と、空気極からの排ガスが接触す
る。ここで排ガス中の発電によって生じた水が、水吸収
剤に吸収される。水が吸収された排ガス、すなわち除湿
された排ガスは、排ガス排出ライン10により排ガスと
して系外に排出される。
Air discharged from the fuel cell main body 1 is supplied to a water recovery device 3. In this absorber 3, the water absorbent supplied through the absorbent circulation line 9 and the exhaust gas from the air electrode come into contact. Here, water generated by power generation in the exhaust gas is absorbed by the water absorbent. The exhaust gas in which water has been absorbed, that is, the dehumidified exhaust gas, is discharged to the outside of the system as exhaust gas through the exhaust gas discharge line 10.

水吸収器3内に存在する水吸収剤には、硫酸。The water absorbent present in the water absorber 3 contains sulfuric acid.

LiB r、Ca(lltz、Ca(NOx)z等の水
に対する溶解度の大きい塩類水溶液を用いることができ
る。
An aqueous salt solution having high solubility in water, such as LiBr, Ca(lltz, Ca(NOx)z), can be used.

排ガス中から水を吸収した吸収剤は、吸収剤再生器5へ
供給される。一方、この吸収剤再生器5には、アノライ
トライン7中を循環するアノライトが通過するようにな
っている。このアノライトは、電池運転温度近く(通常
は、約60℃)まで昇温されている。アノライトライン
7は、吸収剤再生器5内の吸収剤貯留部分を循環するよ
うになっているため、アノライトと吸収剤との間で熱交
換が行われる。すなわち、吸収剤が加熱されることによ
り、昇温されだ吸収剤の水の蒸気圧が高くなる。その結
果、吸収剤中から水蒸気が蒸発する。
The absorbent that has absorbed water from the exhaust gas is supplied to the absorbent regenerator 5. On the other hand, the anolyte circulating in the anolyte line 7 passes through the absorbent regenerator 5. This anorite is heated to near battery operating temperature (usually about 60° C.). Since the anolyte line 7 circulates through the absorbent storage portion in the absorbent regenerator 5, heat exchange is performed between the anolyte and the absorbent. That is, by heating the absorbent, the temperature of the absorbent increases and the vapor pressure of water in the absorbent increases. As a result, water vapor evaporates from the absorbent.

一方、この水蒸気は、冷却空気ライン43中を流れる空
気との熱交換により、凝縮水となる。この、凝縮水は、
ライン11を通すアノライトタンク2に環流し、再び電
池反応に供するものである。
On the other hand, this water vapor becomes condensed water through heat exchange with the air flowing in the cooling air line 43. This condensed water is
It is refluxed to the anolyte tank 2 through the line 11 and subjected to the battery reaction again.

アノライトライン7を流れるアノライトは、吸収剤の加
熱手段である。このように、吸収剤中から水を蒸発させ
るための加熱手段としては、運転温度までに高められた
アノライトのほかに、他の熱源からの熱を使用すること
もできる。例えば。
The anolyte flowing through the anolyte line 7 is a heating means for the absorbent. Thus, as a heating means for evaporating water from the absorbent, in addition to the anolyte heated to the operating temperature, heat from other heat sources can also be used. for example.

他のプラントでの排熱を利用することもできる。Waste heat from other plants can also be used.

前記実施例では、吸収剤冷却器4を設け、吸収剤再生器
5から水吸収器3に供給される吸収剤を冷却するように
なっている。吸収剤を冷却することにより、排ガス中の
水を供給する能力を回復させるためである。
In the embodiment described above, an absorbent cooler 4 is provided to cool the absorbent supplied from the absorbent regenerator 5 to the water absorber 3. This is to restore the ability to supply water in the exhaust gas by cooling the absorbent.

吸収剤再生器5中で濃縮された吸収剤は、吸収剤冷却器
4において、空気により冷却されて吸収能を回復し、再
び水吸収器3に供給される。
The absorbent concentrated in the absorbent regenerator 5 is cooled by air in the absorbent cooler 4 to recover its absorption capacity, and is supplied to the water absorber 3 again.

以上1本実施例によれば、特別な冷却源を必要とするこ
となく、電池の運転温度である比較的高い温度でも、空
気極排ガスから水の回収を行うことができる。さらに、
電池の発熱を利用して、水吸収剤の再生ができる。電池
排ガスを直接冷却して回収する場合よりも、高い温度で
凝縮水を得ることができる。このように、本実施例では
、特別の冷却源を必要としないうえ、可搬型電池として
の有効性を損うことができないものである。
According to this embodiment, water can be recovered from the air electrode exhaust gas even at a relatively high temperature, which is the operating temperature of the battery, without requiring a special cooling source. moreover,
The water absorbent can be regenerated using the heat generated by the battery. Condensed water can be obtained at a higher temperature than when battery exhaust gas is directly cooled and recovered. In this way, this embodiment does not require a special cooling source and does not impair its effectiveness as a portable battery.

次に、具体的な実施例について説明する。Next, specific examples will be described.

0 、13 kgHzo/ kg乾燥空気を0 、04
 kgHz。
0,13 kgHzo/kg dry air 0,04
kgHz.

/kg乾燥空気まで除湿するに当っては、単に排ガスの
冷却のみ、すなわち他の冷却源を用いる場合では、38
℃まで排ガスを冷却する必要があった。
/kg of dry air, only cooling the exhaust gas, i.e., when using other cooling sources, 38
It was necessary to cool the exhaust gas to ℃.

しかし、26%の硫酸を吸収剤として使用した場合には
、吸収剤を45℃にすれば、排ガス中から水の回収を行
うことができる。60%の硫酸を吸収剤として用いた場
合では、吸収剤を60℃にすれば、排ガス中から水を吸
収することができる。
However, when 26% sulfuric acid is used as the absorbent, water can be recovered from the exhaust gas by heating the absorbent to 45°C. When 60% sulfuric acid is used as an absorbent, water can be absorbed from the exhaust gas by heating the absorbent to 60°C.

この60℃は、メタノール燃料電池の運転温度であるゆ
え、特別な冷熱源を必要としないばかりでなく、電池運
転温度の比較的高い温度でも、吸収剤から水の回収を行
うことができることが示されている。さらに、23%の
LiBr水溶液を吸収剤として使用した場°合では、吸
収剤を45℃にすれば水の回収を行うことができる。次
に、吸収剤をメタノール燃料電池の一搬的な運転温度の
60℃まで昇温した場合、26%硫酸水溶液の水蒸気圧
は、122IHzOまで上昇し、45℃で冷却した場合
には、45℃での飽和水蒸気圧72IIllH20との
差に基づいて、容易に回収できる。
This 60°C is the operating temperature of a methanol fuel cell, so it not only does not require a special cold source, but also shows that water can be recovered from the absorbent even at relatively high cell operating temperatures. has been done. Further, when a 23% LiBr aqueous solution is used as the absorbent, water can be recovered by heating the absorbent to 45°C. Next, when the temperature of the absorbent is raised to 60°C, which is the typical operating temperature of a methanol fuel cell, the water vapor pressure of the 26% sulfuric acid aqueous solution rises to 122 IHzO, and when it is cooled at 45°C, it increases to 45°C. It can be easily recovered based on the difference between the saturated water vapor pressure at 72IIllH20.

23%のLiBr水溶液についても、60℃における水
蒸気圧は約121 m1IHzOであり、同様に45℃
で容易に水の回収ができる。
For a 23% LiBr aqueous solution, the water vapor pressure at 60°C is approximately 121 mIHzO, and similarly at 45°C.
Water can be easily recovered.

上記実施例では、吸収剤の選定およびその吸収剤の濃度
の選定により、吸収剤から水を回収する回収温度を選定
することができる。
In the embodiments described above, the recovery temperature at which water is recovered from the absorbent can be selected by selecting the absorbent and the concentration of the absorbent.

上記実施例では、メタノール燃料電池について説明した
が、本発明はメタノール燃料電池に限定されるものでは
なく、他の設料電池に適用することもできる。
In the above embodiment, a methanol fuel cell has been described, but the present invention is not limited to a methanol fuel cell, and can be applied to other types of fuel cells.

次に、本発明の第2の実施例について説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described.

その実施例を実施するための装置の構成を第2図に示す
。第2図の実施例において、第1図と異なる点は、吸収
剤としてアノライト自体を用いている点である。このこ
とは、第2図の装置の構成上、第1図と次の点において
相違する。アノライトタンクには、吸収剤循環ライン9
が接続されている。
FIG. 2 shows the configuration of an apparatus for carrying out this embodiment. The embodiment shown in FIG. 2 differs from FIG. 1 in that the anolyte itself is used as the absorbent. This is because the configuration of the apparatus shown in FIG. 2 differs from that shown in FIG. 1 in the following points. The anorite tank has an absorbent circulation line 9.
is connected.

さらに、この吸収剤循環ライン9は、水吸収器3に接続
され、水吸収器3を経て吸収剤循環ライン9が燃料電池
本体の燃料極内を通過し、アノライト循環ライン6と接
続している。このアノライト循環ライン6は、アノライ
1−タンク2と接続されている。なお、本実施例では、
水吸収器3と排ガス浄化器12が排ガスライン10を介
して接続されている。
Further, this absorbent circulation line 9 is connected to a water absorber 3, and through the water absorber 3, the absorbent circulation line 9 passes through the fuel electrode of the fuel cell main body, and is connected to the anorite circulation line 6. . This anorite circulation line 6 is connected to the anorite 1-tank 2. In addition, in this example,
A water absorber 3 and an exhaust gas purifier 12 are connected via an exhaust gas line 10.

アノライトの一部は、吸収剤として吸収剤循環ライン9
により水吸収器3へ供給される。吸収剤3へ導かれたア
ノライトは、吸収剤3上面でシャワー状となり、吸収面
積が拡大されるようになっている。ここの水吸収器3内
で、アノライトは空気ライン8を経て供給された空気極
排ガスと接触し、除湿(水回収)が行われる。水が吸収
されたアノライトは、吸収剤循環ライン9を経て電池本
体1に供給される。電池本体1に供給される前のアノラ
イトは水を含んでいるため、電部反応に必要な水がここ
で補償される。水が吸収されたアノライトは、電池反応
に再利用される。電池本体1を通過したアノライトは、
アノライト循環ライン6を経て、アノライトタンク2へ
還流される。電池本体1を出た直後のアノライトは、ア
ノライト中に含まれた水が電池反応に使用されるために
A part of the anorite is used as an absorbent in the absorbent circulation line 9
The water is supplied to the water absorber 3 by The anolyte guided to the absorbent 3 forms a shower on the upper surface of the absorbent 3, expanding the absorption area. Here, in the water absorber 3, the anorite comes into contact with the cathode exhaust gas supplied via the air line 8, and dehumidification (water recovery) takes place. The anolyte in which water has been absorbed is supplied to the battery body 1 through an absorbent circulation line 9. Since the anorite contains water before being supplied to the battery body 1, the water required for the electrochemical reaction is compensated for here. The water-absorbed anorite is reused for battery reactions. The anorite that has passed through the battery body 1 is
It is returned to the anolyte tank 2 via the anolyte circulation line 6. Immediately after leaving the battery body 1, the anolite is used because the water contained in the anolite is used for battery reactions.

濃度が濃い状態となっている。こ濃度の濃いアノライト
がアノライトタンク2へ還流され、この濃度が高いアノ
ライトがさらに水吸収器3へ循環されるために、水の吸
収能は高いものとなっている。
The concentration is high. This highly concentrated anolyte is returned to the anolyte tank 2, and this highly concentrated anolyte is further circulated to the water absorber 3, so that the water absorption capacity is high.

アノライトの供給速度は、ポンプ47の駆動力によって
調整できる。水をアノライトで吸収するため、ポンプ4
7の駆動力を調整することにより、アノライト流量の調
整を行うことができる。
The supply speed of the anolyte can be adjusted by the driving force of the pump 47. Pump 4 to absorb water with anolite
By adjusting the driving force of 7, the anolyte flow rate can be adjusted.

前記水吸収器3から系外に排出される排ガス中には、ア
ノライト中に含まれたメタノール濃度に対応する蒸気圧
のメタノールを含んでいる。したがって、直接この排ガ
スを大気中に放出することが困難な場合に備えて、排出
ガス浄化器12が設けられ、この浄化器12によって排
ガスを浄化すれば、大気汚染の問題がなくなることにな
る。この排ガス浄化器12としては、メタノールの触媒
燃焼器、吸収剤槽等が用いられる。
The exhaust gas discharged from the water absorber 3 to the outside of the system contains methanol at a vapor pressure corresponding to the methanol concentration contained in the anolite. Therefore, in case it is difficult to directly release this exhaust gas into the atmosphere, an exhaust gas purifier 12 is provided, and if the exhaust gas is purified by this purifier 12, the problem of air pollution will be eliminated. As this exhaust gas purifier 12, a methanol catalytic combustor, an absorbent tank, etc. are used.

以上、本実施例によれば、アノライトを直接水吸収剤と
して用いているために、特別な吸収剤を用いることがな
く、かつ酸化剤から出た排ガス中の水分が直接アノライ
ト中に移動するため、吸収剤からの水の分離操作が不用
となる。したがって、装置のシステム構成が非常に簡単
となる。
As described above, according to this example, since the anolite is directly used as a water absorbent, there is no need to use a special absorbent, and the water in the exhaust gas emitted from the oxidizing agent moves directly into the anolite. , the separation of water from the absorbent becomes unnecessary. Therefore, the system configuration of the device becomes very simple.

なお1本実施例では、吸収剤循環ライン9から水吸収器
3へ供給されるアノライトを特別空冷する必要はない。
Note that in this embodiment, it is not necessary to specifically air-cool the anorite supplied from the absorbent circulation line 9 to the water absorber 3.

濃硫酸であるため、電池運転温度の60℃においても吸
収能力があるためである。
This is because since it is concentrated sulfuric acid, it has absorption ability even at the battery operating temperature of 60°C.

もつとも、冷却源を設け、アノライトを冷却することは
妨げない。
However, this does not prevent the provision of a cooling source to cool the anorite.

第3図に、第2図が示した実施例の変形例を示す。第3
図の実施例が第2図の実施例と異なる点は、アノライト
の循環順位が第2図と異なる点である。すなわち、アノ
ライトタンク2を出たアノライトは、燃料電池本体1の
燃料極を介して水吸収器3に供給される。水吸収器3で
空気極排ガスから水を吸収したアノライトがアノライト
タンク2に還流される点である。
FIG. 3 shows a modification of the embodiment shown in FIG. 2. Third
The embodiment shown in the figure differs from the embodiment shown in FIG. 2 in that the circulation order of the anolite is different from that shown in FIG. That is, the anolite leaving the anolite tank 2 is supplied to the water absorber 3 via the fuel electrode of the fuel cell main body 1. This is the point where the anolyte that has absorbed water from the air electrode exhaust gas in the water absorber 3 is returned to the anolyte tank 2.

本実施例によれば、アノライトが電流本体1を通過する
ことにより、硫酸濃度が増加した状態となっている。し
たがって、水吸収器3における水吸収能は高くなり、水
の回収効率が向上するものである。水を回収して濃度が
小さくなった硫酸、すなわちアノライトは、アシライト
タンク2に還流され、次の電池反応のアノライトとして
使用される。
According to this embodiment, as the anolyte passes through the current body 1, the sulfuric acid concentration is increased. Therefore, the water absorption capacity of the water absorber 3 is increased, and the water recovery efficiency is improved. The sulfuric acid, ie, the anolyte, whose concentration has been reduced by recovering the water, is refluxed to the acylite tank 2 and used as an anolite for the next battery reaction.

本実施例では、アノライトの循環量が低減し、ポンプ4
7の循環に要する消費動力を軽減することができる。さ
らに、アノライトの除湿能が向上する結果、空気極排ガ
ス中からメタノールを除く能力が向上し、系外に排出さ
れる排ガス中のメタノール濃度を低減することができる
。したがって、排ガス浄化器12が不要となるか、少な
くともその浄化器の能力を軽減できる。
In this example, the amount of circulation of the anolite is reduced, and the pump 4
The power consumption required for the circulation of No. 7 can be reduced. Furthermore, as a result of the improved dehumidification ability of the anolyte, the ability to remove methanol from the air electrode exhaust gas is improved, and the methanol concentration in the exhaust gas discharged to the outside of the system can be reduced. Therefore, the exhaust gas purifier 12 becomes unnecessary, or at least the capacity of the purifier can be reduced.

本実施例によれば、アノライトが電池運転温度(7)6
0℃でも、0.13 kgHzo/kg乾燥空気を、0
、04 kg H20/ kg乾燥空気まで除湿するこ
とができる。
According to this example, the anorite is at the battery operating temperature (7) 6
Even at 0℃, 0.13 kgHzo/kg dry air is
,04 kg H20/kg dry air can be dehumidified.

次に本発明の他の実施例について説明する。Next, other embodiments of the present invention will be described.

第4図は、その実施例を実施するための装置の構成図を
示したものである。本実施例が前述の各実施例と異なる
点は、膜利用再生器14を用いて、吸収剤から水の回収
を行う点にある。すなわち。
FIG. 4 shows a block diagram of an apparatus for carrying out this embodiment. This embodiment differs from the previous embodiments in that a membrane-based regenerator 14 is used to recover water from the absorbent. Namely.

第4図において、水吸収器3から出た吸収剤循環ライン
51は、膜利用再生器14内を通過し、吸収剤循環タン
ク13に接続する。吸収剤W環タンクには、吸収剤循環
ライン9が接続されており、このライン9は、水吸収器
3に接続されている。
In FIG. 4, an absorbent circulation line 51 coming out of the water absorber 3 passes through a membrane regenerator 14 and is connected to an absorbent circulation tank 13. An absorbent circulation line 9 is connected to the absorbent W-ring tank, and this line 9 is connected to the water absorber 3.

一方、アノライトタンク2から出たアノライトライン7
は、前記膜利用再生器14内を通過し、アノライトタン
ク2に戻る。
On the other hand, anorite line 7 coming out of anorite tank 2
passes through the membrane-based regenerator 14 and returns to the anolyte tank 2.

次に、本実施例の動作について説明する。吸収剤は吸収
剤循環タンク13からポンプ等の駆動手段により、吸収
剤循環ライン9を通して水吸収器3に送られる。ここで
燃料電池本体1の酸化剤ガスの排ガス中の水分を吸収し
たのち、吸収剤はライン51を介して膜利用再生器14
では、吸収剤の再生を水の選択透過性膜を用いて行って
いる。
Next, the operation of this embodiment will be explained. The absorbent is sent from the absorbent circulation tank 13 to the water absorber 3 through the absorbent circulation line 9 by a driving means such as a pump. After absorbing moisture in the exhaust gas of the oxidant gas from the fuel cell main body 1, the absorbent is passed through the line 51 to the membrane regenerator 14.
In this paper, the absorbent is regenerated using a water selectively permeable membrane.

水に対して選択透過性を有し、吸収剤あるいはアノライ
ト中の硫酸およびメタノールに対してはほとんど透過能
を有しない膜を介して、吸収剤とアノライトを接触させ
る。浸透圧差に基づいて吸収剤中の水をアノライト中に
移動させて吸収剤の再生を行う。
The absorbent and the anolite are brought into contact with each other through a membrane that has selective permeability to water and has almost no permeability to sulfuric acid and methanol in the absorbent or the anolite. Water in the absorbent is moved into the anorite based on the osmotic pressure difference to regenerate the absorbent.

本実施例では、吸収剤の再生に相変化を伴わないために
、前記第1図の実施例で説明したような再生器における
吸収剤の昇温および水吸収器の前における冷却器による
吸収剤の冷却の温度サイクルを必要としない。
In this embodiment, in order to regenerate the absorbent without causing a phase change, the temperature of the absorbent is raised in the regenerator as explained in the embodiment of FIG. No need for cooling temperature cycles.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、吸収剤を用いて
酸化剤ガス中に含まれる水分の吸収を行っているために
、特別の冷熱源を必要とすることなく電池の運転温度で
ある比較的高い温度状態でも、排ガス中から水分を回収
し、その水分を電池反応に再利用することができるもの
である。
As explained above, according to the present invention, since the moisture contained in the oxidant gas is absorbed using an absorbent, the operating temperature of the battery can be maintained without requiring a special cold source. Even at relatively high temperatures, water can be recovered from exhaust gas and reused for battery reactions.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図〜第4図は本発明に係る燃料電池の運転方法を実
施するための装置の実施例構成図である。 1・・・燃料電池本体水吸収器、4・・・アノライトタ
ンク、3・・・水吸収器、4・・・吸収剤冷却器、5・
・・吸収剤再生器、6・・・アノライト循環ライン、7
・・・アノライトライン、8・・・空気ライン、9・・
・吸収剤循環ライン、10・・・排ガスライン、11・
・・水ライン、12・・・排ガス浄化器。
FIGS. 1 to 4 are block diagrams of an embodiment of an apparatus for carrying out the method of operating a fuel cell according to the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Fuel cell main body water absorber, 4...Anolyte tank, 3...Water absorber, 4...Absorbent cooler, 5...
...Absorbent regenerator, 6...Anolyte circulation line, 7
...Anorite line, 8...Air line, 9...
・Absorbent circulation line, 10...Exhaust gas line, 11・
...Water line, 12...Exhaust gas purifier.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、燃料電池の酸化剤極からの排ガスと水吸収剤とを接
触させ、当該排ガス中に含まれる水蒸気を当該水吸収剤
に吸収し、次いで当該吸収された水分を燃料極に供給し
てなることを特徴とする燃料電池の運転方法。 2、特許請求の範囲第1項において、前記排ガスを当該
排ガス温度より低い温度に維持された前記水吸収剤に接
触させ、当該吸収剤を燃料電池から発生する熱により昇
温して、該水吸収剤に含まれる水分の水蒸気圧を高めて
、該吸収剤から水分を分離し、次いで該分離された水分
を燃料極に供給することを特徴とする燃料電池の運転方
法。 3、特許請求の範囲第1項または第2項において、前記
水吸収剤は濃硫酸であることを特徴とする燃料電池の運
転方法。 4、特許請求の範囲第1項において、前記排ガスから水
分を吸収してなる吸収剤を、膜分離装置に導くことによ
り当該吸収剤から水を分離して、該分離された水分をア
ノライトに供給することを特徴とする燃料電池の運転方
法。 5、特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかにお
いて、前記燃料電池は、硫酸を電解質とする酸性電解質
型メタノール燃料電池であり、アノライトを吸収剤とし
て使用し、水を吸収したアノライトを燃料極に供給して
なることを特徴とする燃料電池の運転方法。
[Claims] 1. The exhaust gas from the oxidizer electrode of the fuel cell is brought into contact with a water absorbent, the water vapor contained in the exhaust gas is absorbed into the water absorbent, and then the absorbed moisture is used as fuel. A method of operating a fuel cell, characterized in that the fuel cell is supplied to an electrode. 2. In claim 1, the exhaust gas is brought into contact with the water absorbent maintained at a temperature lower than the temperature of the exhaust gas, and the temperature of the absorbent is raised by heat generated from the fuel cell to absorb the water. A method for operating a fuel cell, which comprises increasing the water vapor pressure of water contained in an absorbent to separate water from the absorbent, and then supplying the separated water to a fuel electrode. 3. The method of operating a fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the water absorbent is concentrated sulfuric acid. 4. In claim 1, the water is separated from the absorbent by introducing the absorbent formed by absorbing moisture from the exhaust gas to a membrane separation device, and the separated moisture is supplied to the anorite. A method of operating a fuel cell characterized by: 5. In any one of claims 1 to 4, the fuel cell is an acidic electrolyte methanol fuel cell using sulfuric acid as an electrolyte, and uses an anolite as an absorbent to absorb water. 1. A method of operating a fuel cell, characterized by supplying the fuel to a fuel electrode.
JP62050856A 1987-03-05 1987-03-05 How to operate a fuel cell Expired - Lifetime JPH0760692B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62050856A JPH0760692B2 (en) 1987-03-05 1987-03-05 How to operate a fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62050856A JPH0760692B2 (en) 1987-03-05 1987-03-05 How to operate a fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63218166A true JPS63218166A (en) 1988-09-12
JPH0760692B2 JPH0760692B2 (en) 1995-06-28

Family

ID=12870365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62050856A Expired - Lifetime JPH0760692B2 (en) 1987-03-05 1987-03-05 How to operate a fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0760692B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998050739A3 (en) * 1997-05-08 1999-03-25 David A Zornes Adsorbent refrigerator with separator
EP1172872A2 (en) * 2000-07-14 2002-01-16 DaimlerChrysler AG Fuel cell system with water recovery device and method of operating the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5693268A (en) * 1979-12-27 1981-07-28 Hitachi Ltd Fuel cell
JPS6049570A (en) * 1983-08-29 1985-03-18 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd Liquid fuel cell
JPS61179666U (en) * 1985-04-26 1986-11-10

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5693268A (en) * 1979-12-27 1981-07-28 Hitachi Ltd Fuel cell
JPS6049570A (en) * 1983-08-29 1985-03-18 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd Liquid fuel cell
JPS61179666U (en) * 1985-04-26 1986-11-10

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998050739A3 (en) * 1997-05-08 1999-03-25 David A Zornes Adsorbent refrigerator with separator
EP1172872A2 (en) * 2000-07-14 2002-01-16 DaimlerChrysler AG Fuel cell system with water recovery device and method of operating the same
EP1172872A3 (en) * 2000-07-14 2004-08-25 DaimlerChrysler AG Fuel cell system with water recovery device and method of operating the same
US6893754B2 (en) 2000-07-14 2005-05-17 Daimlerchrysler Ag Fuel cell system with device for water recovery and method of operating such a system

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0760692B2 (en) 1995-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1291787C (en) Recovery of carbon dioxide from fuel cell exhaust
JPH05332161A (en) Chemical loop combustion type power generating plant system
US20100263832A1 (en) Thermochemical Energy Storage System
JP2003530668A (en) Direct antifreeze solution concentration controller for fuel cell power installations
JP2009043487A (en) Generating system
JP4624670B2 (en) Integration of the functions of many components of a fuel cell power plant
JP2002319428A (en) Molten carbonate fuel cell power generating device
JP2854171B2 (en) Makeup water recovery equipment for fuel cell power generators
KR20130085839A (en) Heating and cooling system using heat from fuel cell
JPS6257072B2 (en)
JP2004174369A (en) Gas treatment method and system therefor
JPS63218166A (en) Operation of fuel cell
JP4100479B2 (en) Carbon dioxide decomposition method
JP2003031255A (en) Fuel cell power generation device and feeding method of condensate to water storage tank
JP3831836B2 (en) Solid polymer fuel cell power generator
JP2761066B2 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell device and power generation method
JPH11317238A (en) Fuel cell system for vehicle
JP3557104B2 (en) Phosphoric acid fuel cell power plant
JP2009043486A (en) Generating system
JPS5828177A (en) Fuel-cell generation plant
JP4505325B2 (en) Electric drive device for automobile, method of using fuel cell, and automobile
JP2002246060A (en) Fuel cell generator and operation method therefor
JP2004174371A (en) Method for treating gas and system therefor
JPH1064566A (en) Fuel cell power generator and waste heat recovery method therefor
RU2774852C1 (en) Closed-cycle power plant with solid polymer fuel cells