JPS63225477A - 燃料電池の加熱方法 - Google Patents
燃料電池の加熱方法Info
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- JPS63225477A JPS63225477A JP62059527A JP5952787A JPS63225477A JP S63225477 A JPS63225477 A JP S63225477A JP 62059527 A JP62059527 A JP 62059527A JP 5952787 A JP5952787 A JP 5952787A JP S63225477 A JPS63225477 A JP S63225477A
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Classifications
-
- 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
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
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- H01M8/04022—Heating by combustion
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- 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
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- Y02E60/50—Fuel cells
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
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
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、燃料を池を加熱する方法ｌζ関するもので
ある。
ある。
周知の通り、燃料電池は電解質マトリックスを介在させ
て燃料電極と酸化剤電極を配置し、水素などの燃料ガス
と酸素や空気などの酸化剤ガスを供給して、この詩趣る
電気化学反応１こよって発生する電気エネルギーを取り
出す発電システムである。使用される電解質としては１
例えばリン酸や硫酸などの酸性溶液、アルカリ溶液、溶
融塩などがある。
て燃料電極と酸化剤電極を配置し、水素などの燃料ガス
と酸素や空気などの酸化剤ガスを供給して、この詩趣る
電気化学反応１こよって発生する電気エネルギーを取り
出す発電システムである。使用される電解質としては１
例えばリン酸や硫酸などの酸性溶液、アルカリ溶液、溶
融塩などがある。
燃料１に池の動作温度としては１例えばリン酸型では２
００’Ｃ＠後、容融塩型では６５０℃前後と室温１こ比
べるとかなり高い温度が用いられている。従って燃料電
池の動作時憂こは発１Ｊｔ可能な温度番こまで′Ｉｔ池
を昇温する必要がある。従来昇温方法としては、水冷式
では例えばリン酸型の場合、冷却水を１４０〜１５０℃
にまで加熱して４池に供給し、電池が１２０〜１３０℃
１こまで昇温した後１反応ガスを供給して運転を開始す
る。また、空冷式では１例えばリン酸型の場合、冷却突
気を２υＯ″ＣＩこまで加熱して電池番こ供給し、を池
が１２０〜１３０℃にまで昇温した後１反応ガスを供給
して運転を開始する。また、溶融塩型など他の方式の燃
料電池においても同様に気体や液体の熱媒体をあらかじ
め加熱して、この熱媒体をｔ電番こ供給し、伝熱によっ
てｔ池を昇温する方法が用いられている。なお、燃料４
池の動作中は電池反応により生じた電気エネルギー以外
の化学エネルギーはすべて熱エネルギーに置きかわり、
電池は大量の熱を発生するので、冷却水や冷却空気なと
の熱媒体により冷却して動作温度は一定に保たれる。
００’Ｃ＠後、容融塩型では６５０℃前後と室温１こ比
べるとかなり高い温度が用いられている。従って燃料電
池の動作時憂こは発１Ｊｔ可能な温度番こまで′Ｉｔ池
を昇温する必要がある。従来昇温方法としては、水冷式
では例えばリン酸型の場合、冷却水を１４０〜１５０℃
にまで加熱して４池に供給し、電池が１２０〜１３０℃
１こまで昇温した後１反応ガスを供給して運転を開始す
る。また、空冷式では１例えばリン酸型の場合、冷却突
気を２υＯ″ＣＩこまで加熱して電池番こ供給し、を池
が１２０〜１３０℃にまで昇温した後１反応ガスを供給
して運転を開始する。また、溶融塩型など他の方式の燃
料電池においても同様に気体や液体の熱媒体をあらかじ
め加熱して、この熱媒体をｔ電番こ供給し、伝熱によっ
てｔ池を昇温する方法が用いられている。なお、燃料４
池の動作中は電池反応により生じた電気エネルギー以外
の化学エネルギーはすべて熱エネルギーに置きかわり、
電池は大量の熱を発生するので、冷却水や冷却空気なと
の熱媒体により冷却して動作温度は一定に保たれる。
また、１１Ｌ池の休止時には電解質の凍結や固体化を防
ぐ為に室温よりも高い温度で電池を保持する必要がある
が、保温の方法としては、昇温の場合と同様に水冷や空
冷の熱媒体を加熱して電池に供給する方法、Ｎ２などの
不活性ガスを加熱して燃料ガス流路や酸化剤ガス流路に
供給し、ｌＫ池を保温する方法、ｉｌＥ池の近傍にヒー
ターをとりつけて電流を流し、ｉｔ池を保温する方法な
どが用いられている。
ぐ為に室温よりも高い温度で電池を保持する必要がある
が、保温の方法としては、昇温の場合と同様に水冷や空
冷の熱媒体を加熱して電池に供給する方法、Ｎ２などの
不活性ガスを加熱して燃料ガス流路や酸化剤ガス流路に
供給し、ｌＫ池を保温する方法、ｉｌＥ池の近傍にヒー
ターをとりつけて電流を流し、ｉｔ池を保温する方法な
どが用いられている。
また、￥ｆ開昭６１−３２３６４０会報には冷却管に電
流を流してジュール熱を発生させ、電池を予熱する方法
が記ａされている。
流を流してジュール熱を発生させ、電池を予熱する方法
が記ａされている。
しかし、ヒーターや冷却管に電流を流す方法は当然のこ
とながら゛電気を大ｔ１こ消費することになるので発電
システムとしての発電効率を低下させることになる。ま
た熱媒体を加熱して供給する方法は、熱媒体を加熱する
為の補機を必要とするのでコストが高くなり、しかも数
セルおきに積層された冷却板を介しての熱伝導により各
々のセルを加熱することになるので加熱番こ時間がかっ
）す、従って昇温時間が長（なるので１発電システムの
すみやかな始動ができないなどの欠点があった。
とながら゛電気を大ｔ１こ消費することになるので発電
システムとしての発電効率を低下させることになる。ま
た熱媒体を加熱して供給する方法は、熱媒体を加熱する
為の補機を必要とするのでコストが高くなり、しかも数
セルおきに積層された冷却板を介しての熱伝導により各
々のセルを加熱することになるので加熱番こ時間がかっ
）す、従って昇温時間が長（なるので１発電システムの
すみやかな始動ができないなどの欠点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、低コストでしかもすみゃ力目こ加熱すること
のできる燃料電池の加熱方法を提供することを目的とす
る。
たもので、低コストでしかもすみゃ力目こ加熱すること
のできる燃料電池の加熱方法を提供することを目的とす
る。
この発明に係る燃料電池の加熱方法は、酸化剤電極と燃
料′電極のうち少なくとも一万に、水素と酸素を含む混
合ガスを供給し、上記電極の触媒層で上記水素と酸素を
反応させて熱を発生させることにより燃料電池を加熱す
るものである。
料′電極のうち少なくとも一万に、水素と酸素を含む混
合ガスを供給し、上記電極の触媒層で上記水素と酸素を
反応させて熱を発生させることにより燃料電池を加熱す
るものである。
この発明における水素と酸素を含む混合ガスの大部分は
電極の触媒層で水を生成する反応を起こし、そのエネル
ギーは電気として取り出されることナク、すべて熱エネ
ルギーに変換されるので。
電極の触媒層で水を生成する反応を起こし、そのエネル
ギーは電気として取り出されることナク、すべて熱エネ
ルギーに変換されるので。
大量の熱が発生し燃料電池が速やかに加熱される。
また１元々具備している反応ガス流路を利用できるので
新たな補機を必要とせず、さらに電気を大量に消費する
こともない。
新たな補機を必要とせず、さらに電気を大量に消費する
こともない。
発明者らは、クロスオーバーの研究を行なった際に、そ
の過程で酸化剤ガスと燃料ガスを混合して反応ガス流路
に供給した場合、その触媒層界面で混合ガスの酸素と水
素のいずれか少ない方の８０係以上という高い効率で水
蒸気に変換されることを見出し、この発明に至った。こ
の研究はクロスオーバー現象を模擬する為に、−万の電
極に酸素や空気などの酸化剤ガスと水素などの燃料ガス
を混合して供給し、出口側のガス組成や出力電圧の変化
などを調べていたものであり、他方の電極に窒素、酸素
、空気、水素のいずれのガスが流れていても関係なく、
酸化剤ガスと燃料ガスを混合して供給した電極では８０
％以上の効率で水蒸気が生成し、このときの化学エネル
ギーは電気エネルギーに変換されることな（すべて熱エ
ネルギーに置き換わるので大量の熱が発生して燃料電池
が加熱されること、及び反応効率は供給する混合ガスの
流量や混合比率にあまり左右されないことかわ力）つた
。
の過程で酸化剤ガスと燃料ガスを混合して反応ガス流路
に供給した場合、その触媒層界面で混合ガスの酸素と水
素のいずれか少ない方の８０係以上という高い効率で水
蒸気に変換されることを見出し、この発明に至った。こ
の研究はクロスオーバー現象を模擬する為に、−万の電
極に酸素や空気などの酸化剤ガスと水素などの燃料ガス
を混合して供給し、出口側のガス組成や出力電圧の変化
などを調べていたものであり、他方の電極に窒素、酸素
、空気、水素のいずれのガスが流れていても関係なく、
酸化剤ガスと燃料ガスを混合して供給した電極では８０
％以上の効率で水蒸気が生成し、このときの化学エネル
ギーは電気エネルギーに変換されることな（すべて熱エ
ネルギーに置き換わるので大量の熱が発生して燃料電池
が加熱されること、及び反応効率は供給する混合ガスの
流量や混合比率にあまり左右されないことかわ力）つた
。
従って供給する混合ガスの流量や混合比率を調整するこ
とにより、燃料電池内で発生する熱量を自由に制御する
ことができるので、燃料電池の温度を−、定に保つこと
が容易である。
とにより、燃料電池内で発生する熱量を自由に制御する
ことができるので、燃料電池の温度を−、定に保つこと
が容易である。
本発明の加熱方法を用いた燃料電池の坏土時における実
施例では、酸化剤を他と燃料電極のうち少な（ともいず
れか一方に、水素と酸素を含む窒素ガスを常時少量流し
てお（ことにより、燃料電池の保温状態を保つことがで
きる。なお、混合すろ水素量、酸累量およびその流量に
ついては、保温する温度、燃料を池の大きさ、燃料電池
の断熱状況などｌこより適正値は大さく異なるが、混合
ガスの流量や混合比率を変化させることは燃料１に池で
一般に用いられているガス制御の技術の範囲内で容易に
行なうことができ、しかも制御が容易である。
施例では、酸化剤を他と燃料電極のうち少な（ともいず
れか一方に、水素と酸素を含む窒素ガスを常時少量流し
てお（ことにより、燃料電池の保温状態を保つことがで
きる。なお、混合すろ水素量、酸累量およびその流量に
ついては、保温する温度、燃料を池の大きさ、燃料電池
の断熱状況などｌこより適正値は大さく異なるが、混合
ガスの流量や混合比率を変化させることは燃料１に池で
一般に用いられているガス制御の技術の範囲内で容易に
行なうことができ、しかも制御が容易である。
本発明の加熱方法を用いた燃料電池の昇温時暑こおける
実施例では、酸化剤電極と燃料電極の両方に水嵩と酸素
を含む窒素ガスをかなり多く流すことになる。これによ
り燃料電池は急速に加熱され昇温される。この加熱方法
は従来例のような熱媒体ρ）らの伝熱ではな（、加熱す
べき反応層が直接発熱するものである。すなわち、従来
のオープン型に比較した電子レンジ型のようなもので、
内部から発熱するので短時間醤こし刀）も効率的に昇温
することができる。
実施例では、酸化剤電極と燃料電極の両方に水嵩と酸素
を含む窒素ガスをかなり多く流すことになる。これによ
り燃料電池は急速に加熱され昇温される。この加熱方法
は従来例のような熱媒体ρ）らの伝熱ではな（、加熱す
べき反応層が直接発熱するものである。すなわち、従来
のオープン型に比較した電子レンジ型のようなもので、
内部から発熱するので短時間醤こし刀）も効率的に昇温
することができる。
なお、昇温時疹こおける水素と酸素を含む混合ガスの供
給は酸化剤電極と燃料電極のいずれか一方でもよいが１
両方の触媒層を用いた方がより短時間で昇温することが
できる。また１発電可能な温度にまで達した時点ですぐ
に反応ガスに切り換えて、混合ガスが排気されれば、た
だちに発電を開始することができ、始動システムが簡便
である。
給は酸化剤電極と燃料電極のいずれか一方でもよいが１
両方の触媒層を用いた方がより短時間で昇温することが
できる。また１発電可能な温度にまで達した時点ですぐ
に反応ガスに切り換えて、混合ガスが排気されれば、た
だちに発電を開始することができ、始動システムが簡便
である。
従って本発明の加熱方法は小型の燃料ＩＥ池発電システ
ム、例えば補機をできるだけ少な（したい可搬型の空冷
式燃料電池などに対しては特番こ有効である。
ム、例えば補機をできるだけ少な（したい可搬型の空冷
式燃料電池などに対しては特番こ有効である。
なお、昇温時暑こＳける混合ガスの流量や混合比率につ
いては、やはり燃料電池の大きさや種類などによって適
正値が異なるが、いずれの場合にも通常供給する反応ガ
スの流量範囲内で充分短時間で昇温することができる。
いては、やはり燃料電池の大きさや種類などによって適
正値が異なるが、いずれの場合にも通常供給する反応ガ
スの流量範囲内で充分短時間で昇温することができる。
以上のように、この発明によれば、酸化剤１１Ｅ極と燃
料電極のうち少なくとも一方に、水素と酸素を含む混合
ガスを供給し上記電極の触媒層で上記水素と酸素を反応
させて熱を発生させること番こより燃料電池を加熱する
よう昏こしたので、低コストでしかもすみやか（こ加熱
することができる効果がある。
料電極のうち少なくとも一方に、水素と酸素を含む混合
ガスを供給し上記電極の触媒層で上記水素と酸素を反応
させて熱を発生させること番こより燃料電池を加熱する
よう昏こしたので、低コストでしかもすみやか（こ加熱
することができる効果がある。
Claims (3)
- （１）酸化剤電極と燃料電極のうち少なくともいずれか
一方に、水素と酸素を含む混合ガスを供給し、上記電極
の触媒層で上記水素と酸素を反応させて熱を発生させる
ことを特徴とする燃料電池の加熱方法。 - （２）水素と酸素を含む混合ガスの供給は燃料電池の昇
温時に行なわれることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の燃料電池の加熱方法。 - （３）水素と酸素を含む混合ガスの供給は燃料電池の休
止時に行なわれることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の燃料電池の加熱方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62059527A JPS63225477A (ja) | 1987-03-13 | 1987-03-13 | 燃料電池の加熱方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62059527A JPS63225477A (ja) | 1987-03-13 | 1987-03-13 | 燃料電池の加熱方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63225477A true JPS63225477A (ja) | 1988-09-20 |
Family
ID=13115836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62059527A Pending JPS63225477A (ja) | 1987-03-13 | 1987-03-13 | 燃料電池の加熱方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63225477A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000054356A1 (de) * | 1999-03-09 | 2000-09-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Brennstoffzellenbatterie mit verbesserter kaltstartperformance und verfahren zum kaltstarten einer brennstoffzellenbatterie |
| EP1113516A1 (en) * | 1999-12-22 | 2001-07-04 | General Motors Corporation | Method of cold start-up of a PEM fuel cell |
| WO2001048846A1 (en) * | 1999-12-28 | 2001-07-05 | Ballard Power Systems Inc. | Method and apparatus for increasing the temperature of a fuel cell stack |
| WO2001097310A2 (en) * | 2000-06-13 | 2001-12-20 | Hydrogenics Corporation | Catalytic humidifier and heater, primarily for humidification of the oxidant stream for a fuel cell |
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| US7125617B2 (en) | 2002-06-14 | 2006-10-24 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method of operating phosphoric acid fuel cell |
| CN108711630A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-10-26 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种质子交换膜燃料电池低温状态下启动的方法 |
| CN109950582A (zh) * | 2017-12-21 | 2019-06-28 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池系统以及其控制方法 |
-
1987
- 1987-03-13 JP JP62059527A patent/JPS63225477A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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