JP2001176530A - Solid high molecular film-type fuel cell system - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve electromotive voltage per cell of a fuel cell. SOLUTION: This solid high molecular fuel cell is provided with a mechanism for supplying humidifying water to an anode and a cathode with a fuel gas and an oxidation gas. The pH of both poles are controlled by properly mixing an alkali compound with respect to the anode and an acid compound with respect to the cathode into humidifying water. As the electromotive voltage of a cell is changed corresponding to the deviation of pH of both poles, the electromotive voltage of each cell can be improved by controlling the pH of the anode higher than that of the cathode.

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】本発明は、水素イオンを透過
する固体高分子の電解質膜を挟んで水素極と酸素極とを
備える燃料電池を用いた燃料電池システムに関する。The present invention relates to a fuel cell system using a fuel cell having a hydrogen electrode and an oxygen electrode with a solid polymer electrolyte membrane permeable to hydrogen ions interposed therebetween.

【０００２】[0002]

【従来の技術】水素イオンを透過する電解質層を挟んで
水素極と酸素極とを備える燃料電池が提案されている。
燃料電池では、陰極（水素極）と陽極（酸素極）でそれ
ぞれ次の反応式（１）（２）に応じた反応が生じる。水
素極で生じた水素イオンは、Ｈ ⁺（ｘＨ₂Ｏ）の水和状態
（以下、ヒドラニウムイオンという）で、酸素極側に電
解質層を移動することで下記の反応が進行する。陰極
（水素極） Ｈ²→２Ｈ⁺ ＋ ２ｅ^- ・・・（１） 陽極（酸素極） （１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^- → Ｈ₂Ｏ ・・・（２）2. Description of the Related Art An electrolyte layer permeable to hydrogen ions is sandwiched therebetween.
A fuel cell including a hydrogen electrode and an oxygen electrode has been proposed.
In fuel cells, the cathode (hydrogen electrode) and anode (oxygen electrode)
Reactions according to the following reaction formulas (1) and (2) occur respectively. water
The hydrogen ion generated at the elementary electrode is H ⁺(XH_TwoO) hydration state
(Hereinafter referred to as hydranium ion)
The following reaction proceeds by moving the decomposition layer. cathode
(Hydrogen electrode) H^Two→ 2H⁺ + 2e^- ... (1) Anode (oxygen electrode) (1/2) O_Two+ 2H⁺+ 2e^- → H_TwoO ... (2)

【０００３】近年では、出力密度が高く小型化が可能で
ある等の理由により、水素イオン導電性の高分子膜を電
解質層として適用した固体高分子型燃料電池が注目され
ている。固体高分子膜は湿潤状態で電気電導性を示す。
固体高分子型燃料電池では、一般に水素ガスを加湿する
ことで固体高分子膜に水分を供給している。In recent years, attention has been paid to a polymer electrolyte fuel cell in which a hydrogen ion conductive polymer membrane is used as an electrolyte layer because of its high output density and the possibility of miniaturization. The solid polymer film exhibits electric conductivity in a wet state.
In a polymer electrolyte fuel cell, generally, moisture is supplied to a solid polymer membrane by humidifying hydrogen gas.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】燃料電池において、水
素極側と酸素極側の理論的な電位差、即ち理論的な起電
力は約１．２３Ｖであるといわれている。これに対し、
現実には、種々の損失に起因して、出力される電圧は約
０．９５〜１Ｖ程度であった。この起電力は、抽出する
電流が０アンペアの場合の値である。一般に燃料電池は
電流を流すことによって起電力が単調減少の傾向を示す
から、実運用に供し得る起電力は、更に低くなってい
た。In a fuel cell, it is said that the theoretical potential difference between the hydrogen electrode side and the oxygen electrode side, that is, the theoretical electromotive force, is about 1.23V. In contrast,
In reality, the output voltage is about 0.95 to 1 V due to various losses. This electromotive force is a value when the current to be extracted is 0 amperes. In general, the electromotive force of a fuel cell tends to decrease monotonically when a current flows, so that the electromotive force that can be used for actual operation has been further reduced.

【０００５】種々の装置の電源として燃料電池を使用す
る場合には、装置に応じて要求される電圧を出力する必
要がある。従来は、セル当たりの起電圧が低く、要求電
圧を出力するために接続するセル数が増大していた。こ
の結果、電源装置全体の大型化および製造コストの増大
を招いていた。また、起電力が低いことは、燃料電池の
運転効率が低いことと同義であるから、所定の電力を抽
出するために多くの燃料が必要であった。When a fuel cell is used as a power source for various devices, it is necessary to output a voltage required for each device. Conventionally, the electromotive voltage per cell is low, and the number of cells connected to output a required voltage has increased. As a result, the overall size of the power supply device and the manufacturing cost are increased. Further, since low electromotive force is equivalent to low operation efficiency of the fuel cell, a large amount of fuel is required to extract predetermined power.

【０００６】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたものであり、固体高分子型の燃料電池を利用した
燃料電池システムにおいて、高い起電力を安定して出力
可能とするための技術を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and has developed a technique for stably outputting a high electromotive force in a fuel cell system using a polymer electrolyte fuel cell. The purpose is to provide.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
述の課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は
次の構成を採用した。即ち、本発明は、水素イオンを透
過する固体高分子の電解質膜を挟んで水素極と酸素極と
を備える燃料電池と、該燃料電池の発電時に要求される
供給材料を前記水素極および酸素極にそれぞれ供給する
供給部とを備える燃料電池システムにおいて、前記供給
部は、前記水素極および酸素極の少なくとも一方につい
てｐＨ雰囲気を制御することにより、前記水素極のｐＨ
を前記酸素極のｐＨ以上とするｐＨ制御手段を備えるも
のとした。ｐＨ雰囲気は、種々の方法で制御可能であ
り、例えは、前記ｐＨ制御手段は、前記供給材料の少な
くとも一部のｐＨを制御する手段とすることができる。
ここで、供給材料とは、発電に必要となる燃料ガス、酸
化ガスおよび固体高分子膜を加湿するための加湿水など
が挙げられる。ｐＨ制御は、水素極と酸素極の双方につ
いて行うものとしてもよいし、いずれか一方について行
うものとしてもよい。Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects In order to solve at least a part of the above-mentioned problems, the present invention employs the following constitution. That is, the present invention provides a fuel cell including a hydrogen electrode and an oxygen electrode with a solid polymer electrolyte membrane permeable to hydrogen ions interposed therebetween, and a supply material required for power generation of the fuel cell includes the hydrogen electrode and the oxygen electrode. And a supply unit for supplying the hydrogen electrode with at least one of the hydrogen electrode and the oxygen electrode.
Of the oxygen electrode. The pH atmosphere can be controlled in various ways, for example, the pH control means can be a means for controlling the pH of at least a portion of the feed.
Here, examples of the supply material include fuel gas, oxidizing gas, and humidified water for humidifying the solid polymer film required for power generation. The pH control may be performed for both the hydrogen electrode and the oxygen electrode, or may be performed for either one of them.

【０００８】ｐＨとは、水素イオン濃度をａ_Hとすれ
ば、「ｐＨ＝−ｌｎ（ａ_H）」で定義される値である。
上記ｐＨ制御手段は、水素極の水素イオン濃度を酸素極
の水素イオン濃度よりも低く制御する手段と同義であ
る。上記構成を有する燃料電池システムによれば、以下
に示す通り、水素極と酸素極におけるｐＨの偏差に起因
して単位セル当たりの起電圧を向上することができる。
この結果、本発明の燃料電池システムを用いて電源装置
を構成すれば、要求される電圧を出力するために必要と
なるセル数が低減でき、電源装置の小型化や製造コスト
の低減などを図ることができる。[0008] pH and, if the hydrogen ion concentration and a _H, is a value defined by "pH = -ln (a _H)".
The pH control means has the same meaning as the means for controlling the hydrogen ion concentration at the hydrogen electrode to be lower than the hydrogen ion concentration at the oxygen electrode. According to the fuel cell system having the above configuration, as described below, the electromotive voltage per unit cell can be improved due to the deviation in pH between the hydrogen electrode and the oxygen electrode.
As a result, if the power supply device is configured using the fuel cell system of the present invention, the number of cells required to output the required voltage can be reduced, and the power supply device can be downsized and the manufacturing cost can be reduced. be able to.

【０００９】ｐＨの偏差と起電圧との関係について説明
する。燃料電池の各セルで生じる起電圧は、水素極と酸
素極の電位差である。両極では、それぞれ先に示した反
応式（１）（２）で示す反応が生じており、発電中は各
極での反応が平衡状態にある。一般に平衡状態にある場
合の各極の電位は、ネルンストの式と呼ばれる関係式で
表されることが知られている。ネルンストの式によれ
ば、水素極の平衡電位Ｅ _H、酸素極の平衡電位Ｅ_Oは、そ
れぞれ次式（３）（４）で表される。Explanation of the relationship between pH deviation and electromotive voltage
I do. The electromotive voltage generated in each cell of the fuel cell is based on hydrogen electrode and acid
This is the potential difference of the elementary electrodes. At both extremes, the anti-
Reactions shown in Equations (1) and (2) occur, and during power generation,
The reactions at the poles are in equilibrium. Fields generally in equilibrium
The potential of each pole is calculated by a relational formula called Nernst equation
It is known to be represented. According to the Nernst equation
If the equilibrium potential E of the hydrogen electrode is _H, Oxygen electrode equilibrium potential E_OIs
They are expressed by the following equations (3) and (4), respectively.

【００１０】 Ｅ_H ＝ Ｅ_H0 ＋ （ＲＴ／Ｆ）×ｐＨ ・・・（３） Ｅ_O ＝ Ｅ_o0 − （ＲＴ／Ｆ）×ｐＨ ・・・（４） Ｒ：気体定数； Ｔ；絶対温度（ケルビン温度）； Ｆ：ファラデー定数； Ｅ_H0：ｐＨ＝０の場合の水素電極電位（０Ｖ）； Ｅ_o0：ｐＨ＝０の場合の酸素電極電位（１．２３Ｖ）；E _H = E _H0 + (RT / F) × pH (3) E _O = E _o0 − (RT / F) × pH (4) R: gas constant; T: absolute temperature (Kelvin temperature); F: Faraday constant; E _H0 : hydrogen electrode potential when pH = 0 (0 V); E _o0 : oxygen electrode potential when pH = 0 (1.23 V);

【００１１】図１はｐＨ値と水素極および酸素極の平衡
電位の理論値を示すグラフである。上記ネルンストの式
（３）（４）を図示したものであり、実線が酸素極の平
衡電位、破線が水素極の平衡電位を示す。図示する通
り、ｐＨ値が増加するにつれて各極の電位は低下する。
但し、上式（３）（４）から明らかな通り、それぞれの
ｐＨ値における各極の電位差は１．２３Ｖで一定であ
る。例えば、ｐＨ値が図中のｐＨ１の状態で燃料電池を
運転した場合、酸素極の電位は点Ｖｏ１で表される値と
なり、水素極の電位は点Ｖｈ１で表される値となる。こ
のとき燃料電池の起電圧は酸素極と水素極の電位差、即
ち図中の電圧Ｖ１に相当し、理論的には１．２３Ｖとな
る。従来、燃料電池では、水素極と酸素極のｐＨは何ら
制御されておらず、両極のｐＨがほぼ等しい状態で運転
されてきた。両極のｐＨがほぼ等しい状態で運転する限
り、いかなるｐＨで運転するかに関わらず起電圧の理論
値は１．２３Ｖである。FIG. 1 is a graph showing the theoretical values of the pH value and the equilibrium potential of the hydrogen electrode and the oxygen electrode. The above Nernst equations (3) and (4) are illustrated, and the solid line indicates the equilibrium potential of the oxygen electrode, and the dashed line indicates the equilibrium potential of the hydrogen electrode. As shown, the potential of each electrode decreases as the pH value increases.
However, as is clear from the above equations (3) and (4), the potential difference of each electrode at each pH value is constant at 1.23V. For example, when the fuel cell is operated in a state where the pH value is pH1 in the figure, the potential of the oxygen electrode becomes a value represented by a point Vo1, and the potential of the hydrogen electrode becomes a value represented by a point Vh1. At this time, the electromotive voltage of the fuel cell corresponds to the potential difference between the oxygen electrode and the hydrogen electrode, that is, the voltage V1 in the drawing, and is theoretically 1.23V. Conventionally, in a fuel cell, the pH of a hydrogen electrode and the pH of an oxygen electrode are not controlled at all, and the fuel cell has been operated in a state where the pH of both electrodes is substantially equal. The theoretical value of the electromotive force is 1.23 V regardless of the pH at which the electrodes are operated, as long as the electrodes are operated at substantially the same pH.

【００１２】これに対し、本発明の燃料電池システムで
は、水素極のｐＨが酸素極のｐＨよりも高くなるように
制御される。このように両極のｐＨに偏差がある状態の
一例を図１に示した。例えば、酸素極のｐＨ値がｐＨｏ
である場合、水素極のｐＨ値はｐＨｏよりも高い値ｐＨ
ｈに制御される。この結果、酸素極の電位は図中の点Ｖ
ｏ２で表される値となり、水素極の電位は図中の点Ｖｈ
２で表されるとなる。セルの起電圧は両者の差異、即ち
図中の値Ｖ２となる。図および上式（３）（４）から明
らかな通り、この電圧は理論値１．２３Ｖよりも大き
い。このように、水素極のｐＨが酸素極のｐＨよりも高
くなるように制御することによって、理論値よりも高い
起電圧を得ることができる。上述した理論値は、電流を
流していない状態での起電圧であるが、この電圧を向上
することにより、通電時の電圧も向上させることができ
る。ネルンストの式自体は周知の関係式であるが、燃料
電池において起電圧の向上という観点からこの関係式を
再検討した結果、水素極と酸素極で電解質層のｐＨ値の
偏差が起電圧の向上につながることを見出した点に本願
の第１の技術的意義がある。また、供給材料の少なくと
も一部のｐＨを制御することによってｐＨ雰囲気を制御
する構成においては、かかる方法によって、水素極と酸
素極のｐＨの制御が、両極に供給される供給材料の少な
くとも一部のｐＨを制御することによって比較的容易に
実現できることを見いだした点に第２の技術的意義があ
る。On the other hand, in the fuel cell system of the present invention, the pH of the hydrogen electrode is controlled to be higher than the pH of the oxygen electrode. FIG. 1 shows an example of a state in which the pH of both electrodes has a deviation. For example, when the pH value of the oxygen electrode is pHo
, The pH value of the cathode is higher than pHo.
h. As a result, the potential of the oxygen electrode becomes the point V in the figure.
o2, and the potential of the hydrogen electrode is represented by a point Vh in the figure.
It is represented by 2. The electromotive voltage of the cell is the difference between them, that is, the value V2 in the figure. As is clear from the figure and the above equations (3) and (4), this voltage is larger than the theoretical value of 1.23V. By controlling the pH of the hydrogen electrode to be higher than the pH of the oxygen electrode, an electromotive voltage higher than the theoretical value can be obtained. The above-mentioned theoretical value is an electromotive voltage in a state where no current is flowing. By improving this voltage, the voltage at the time of energization can also be improved. The Nernst equation itself is a well-known relational equation, but as a result of reviewing this relational equation from the viewpoint of improving the electromotive voltage in a fuel cell, the deviation of the pH value of the electrolyte layer between the hydrogen electrode and the oxygen electrode shows an improvement in the electromotive voltage. Has the first technical significance of the present application. Further, in the configuration in which the pH atmosphere is controlled by controlling the pH of at least a part of the feed material, the control of the pH of the hydrogen electrode and the oxygen electrode can be performed by controlling the pH of at least a part of the feed material supplied to both electrodes. Has a second technical significance in that it has been found that it can be realized relatively easily by controlling the pH.

【００１３】図１および上式（３）（４）から明らかな
通り、本発明において水素極側のｐＨ値と酸素極側のｐ
Ｈ値の差違は、目標起電圧に応じて設定することができ
る。図１等に示したのはあくまでも理論値であり、実際
には種々の損失に起因する電圧降下も考慮して両極のｐ
Ｈ値の差違を設定する。As is apparent from FIG. 1 and the above equations (3) and (4), in the present invention, the pH value on the hydrogen electrode side and the p value on the oxygen electrode side
The difference between the H values can be set according to the target electromotive voltage. The values shown in FIG. 1 and the like are merely theoretical values.
Set the difference in H value.

【００１４】ここで、前記ｐＨ制御手段は、以下の理由
から、前記水素極のｐＨがアルカリ領域に入らない範囲
で、前記制御を行う手段であるものとすることが望まし
い。水素極のｐＨは酸素極のｐＨよりも大きいから、こ
のことは、ｐＨの上限がアルカリ領域に入らない範囲で
前記制御を行うことと同義である。アルカリ領域では、
水酸化物イオン（ＯＨ^-）が過剰に存在するようにな
る。この結果、水素極で水素イオン（Ｈ⁺）と水酸化物
イオン（ＯＨ^-）との反応が生じ、発電に寄与する水素
イオンの量が低減してしまう。ここで、アルカリ領域と
は、発電を阻害する程過剰に水酸化物イオン（ＯＨ^-）
が存在するｐＨ領域を意味する。従って、かかる弊害が
生じない範囲で水素極のｐＨを、中性（ｐＨ＝７）より
もアルカリ側の領域に制御するものとしてもよい。もち
ろん、ｐＨが７以下の範囲で制御することがより好まし
いことは言うまでもない。Here, it is desirable that the pH control means is a means for performing the control within a range in which the pH of the hydrogen electrode does not enter the alkaline region for the following reason. Since the pH of the hydrogen electrode is higher than the pH of the oxygen electrode, this is synonymous with performing the above control in a range where the upper limit of the pH does not fall within the alkaline range. In the alkaline region,
The hydroxide ions (OH ⁻ ) become excessive. As a result, a reaction between the hydrogen ions (H ⁺ ) and the hydroxide ions (OH ⁻ ) occurs at the hydrogen electrode, and the amount of hydrogen ions contributing to power generation is reduced. Here, the alkaline region is defined as a hydroxide ion (OH ⁻ ) that is excessive enough to inhibit power generation.
Means a pH region where is present. Therefore, the pH of the hydrogen electrode may be controlled in a range closer to the alkali side than neutral (pH = 7) within a range where such adverse effects do not occur. Of course, it is needless to say that the pH is more preferably controlled within the range of 7 or less.

【００１５】また、前記ｐＨ制御手段は、該燃料電池シ
ステム内で前記供給材料が通過する部位の酸に対する耐
食性に基づいて定まるｐＨの下限値に対し、前記酸素極
のｐＨが同等以上となる範囲で、前記制御を行う手段で
あるものとすることが望ましい。供給材料が通過する部
位とは、供給側のみならず排出側も含む。燃料ガス、酸
化ガス、加湿水が通過する部材であるセパレータや、セ
ルで生成された生成水を排出する流路などが相当する。
ｐＨの下限値は、これらの部位の材質や燃料電池システ
ムの寿命を考慮して設定することができる。例えば、こ
れらの部位をいわゆるステンレス材料で構成した場合に
は、ｐＨの下限値を２程度にすることが望ましい。[0015] The pH control means may include a range in which the pH of the oxygen electrode is equal to or greater than a lower limit of pH determined based on corrosion resistance to acid in a portion of the fuel cell system through which the supply material passes. It is preferable that the control means is a means for performing the control. The site through which the supply material passes includes not only the supply side but also the discharge side. The separator corresponds to a member through which the fuel gas, the oxidizing gas, and the humidified water pass, and the flow path for discharging the water generated in the cell.
The lower limit of the pH can be set in consideration of the material of these parts and the life of the fuel cell system. For example, when these parts are made of a so-called stainless steel material, it is desirable to set the lower limit of pH to about 2.

【００１６】本発明において、ｐＨ制御手段は、種々の
構成を採ることができ、前記供給部は、前記供給材料の
一つとして前記電解質膜を加湿する加湿水を供給するユ
ニットである場合には、前記ｐＨ制御手段は、該加湿水
にｐＨ調整作用を備える化合物を混入することにより、
前記制御を行う手段であるものとすることができる。加
湿水は燃料ガスおよび酸化ガスに混入して供給するもの
としてもよいし、これらのガスとは別に供給するものと
してもよい。ｐＨ調整作用を備える化合物は、水素極に
ついては、ｐＨを高める作用を奏するアルカリ性の化合
物、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが
該当する。酸素極については、ｐＨを低減する作用を奏
する酸性の化合物が該当する。特に、プロトン導電性を
確保するためのイオン交換基としてスルホン酸基を含む
固体高分子膜を用いる場合には、酸素極側には硫酸を混
入することが望ましい。In the present invention, the pH control means may have various configurations. In the case where the supply section is a unit for supplying humidification water for humidifying the electrolyte membrane as one of the supply materials, The pH control means comprises mixing a compound having a pH adjusting action into the humidified water,
It may be a means for performing the control. The humidification water may be supplied by being mixed with the fuel gas and the oxidizing gas, or may be supplied separately from these gases. As for the compound having a pH adjusting action, for the hydrogen electrode, an alkaline compound having an action of increasing the pH, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like are applicable. As for the oxygen electrode, an acidic compound having an action of lowering the pH is applicable. In particular, when using a solid polymer membrane containing a sulfonic acid group as an ion exchange group for securing proton conductivity, it is desirable to mix sulfuric acid on the oxygen electrode side.

【００１７】加湿水の供給は酸素極、水素極のいずれか
一方について行うものとしても構わない。酸素極では発
電時の反応により水が生成されるから、水素極に加湿水
を供給するのが通常である。従って、ｐＨ制御手段は、
例えば、アルカリ性の化合物を混入した加湿水を水素極
側のみに供給する態様で構成することができる。こうす
れば、従来の固体高分子膜型の燃料電池システムから少
ない改変で本願の燃料電池システムを構成することがで
きる利点がある。The humidification water may be supplied to either the oxygen electrode or the hydrogen electrode. At the oxygen electrode, water is generated by a reaction at the time of power generation, so that humidified water is usually supplied to the hydrogen electrode. Therefore, the pH control means
For example, it can be configured such that humidified water mixed with an alkaline compound is supplied only to the hydrogen electrode side. This has the advantage that the fuel cell system of the present invention can be configured with a small modification from the conventional solid polymer membrane type fuel cell system.

【００１８】ｐＨ制御手段は、いわゆる開ループ制御に
よってｐＨを制御するものとしてもよいが、フィードバ
ック制御することがより望ましい。例えば、前記水素極
および前記酸素極から排出される排出物のｐＨを検出す
るｐＨ検出手段を備え、該検出されたｐＨに基づいて制
御を行う構成を採ることができる。水素極、酸素極のｐ
Ｈは、供給される燃料ガス、酸化ガス、加湿水の量、発
電により生成される生成水の量などに応じて変化するた
め、フィードバック制御することで精度良くｐＨを制御
することが可能となる。The pH control means may control the pH by so-called open loop control, but it is more preferable to perform feedback control. For example, a configuration may be adopted in which a pH detecting means for detecting the pH of the effluent discharged from the hydrogen electrode and the oxygen electrode is provided, and control is performed based on the detected pH. Hydrogen electrode, oxygen electrode p
H changes according to the amount of supplied fuel gas, oxidizing gas, humidified water, the amount of water generated by power generation, and the like. Therefore, it is possible to accurately control the pH by performing feedback control. .

【００１９】なお、発電中は水素極で水素イオンが消費
され、酸素極では水が生成されるから、排出物のｐＨと
水素極、酸素極のｐＨとは必ずしも一致しない。かかる
差違による影響は、次の方法で回避することができる。
第１に予め実験などで排出物のｐＨと水素極、酸素極の
ｐＨとの対応関係を求め、その結果を記憶した記憶手段
を用意し、ｐＨ制御手段は、該記憶手段を参照して供給
材料のｐＨを調整する構成を採る方法である。第２に必
要な起電圧を得るための水素極、酸素極それぞれのｐＨ
目標値を、排出物のｐＨに基づいて設定する方法であ
る。その他、排出物のｐＨと水素極、酸素極のｐＨとが
一致すると仮定して制御してもよい。During power generation, hydrogen ions are consumed at the hydrogen electrode, and water is generated at the oxygen electrode. Therefore, the pH of the effluent does not always coincide with the pH of the hydrogen and oxygen electrodes. The effect of such a difference can be avoided by the following method.
First, the correspondence between the pH of the effluent and the pH of the hydrogen electrode and the oxygen electrode is determined in advance by experiments or the like, and storage means for storing the results is prepared. The pH control means refers to the storage means for supply. This is a method that employs a configuration for adjusting the pH of the material. Second, the pH of each of the hydrogen electrode and the oxygen electrode to obtain the necessary electromotive voltage
This is a method of setting a target value based on the pH of the effluent. In addition, the control may be performed on the assumption that the pH of the discharge and the pH of the hydrogen electrode and the oxygen electrode match.

【００２０】本発明は以上で説明した燃料電池システム
として構成する他、種々の態様で構成することができ
る。例えば、水素極と酸素極のｐＨを制御して燃料電池
システムを運転する運転方法、ｐＨの制御方法などの態
様で構成してもよい。The present invention can be configured in various modes in addition to the configuration as the fuel cell system described above. For example, the fuel cell system may be configured by controlling the pH of the hydrogen electrode and the oxygen electrode to operate the fuel cell system, or controlling the pH.

【００２１】[0021]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を実施例に基
づき以下の順序で説明する。 Ａ．燃料電池システムの全体構成： Ｂ．燃料電池の構成： Ｃ．ｐＨ制御処理： Ｄ．変形例：DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described in the following order based on embodiments. A. Overall configuration of fuel cell system: Configuration of fuel cell: pH control treatment: Modification:

【００２２】Ａ．燃料電池システムの全体構成：図２は
実施例としての燃料電池システムの全体構成を示す説明
図である。燃料電池システムは、大きくは燃料電池１０
と、そこに燃料ガス、酸化ガス、加湿水を供給する供給
部２００とから構成される。燃料電池１０は、水素導電
性を有する高分子を電解質膜として利用した固体高分子
型燃料電池である。供給部２００は、燃料電池の水素極
（以下、アノードと呼ぶ）に水素リッチな燃料ガスを加
湿水と共に供給し、酸素極（以下、カソードと呼ぶ）に
酸化ガスを加湿水と共に供給する。本実施例では酸化ガ
スとして空気を用いている。A. Overall Configuration of Fuel Cell System: FIG. 2 is an explanatory diagram showing the overall configuration of a fuel cell system as an embodiment. The fuel cell system is roughly divided into a fuel cell 10
And a supply unit 200 for supplying fuel gas, oxidizing gas, and humidified water thereto. The fuel cell 10 is a solid polymer fuel cell using a polymer having hydrogen conductivity as an electrolyte membrane. The supply unit 200 supplies a hydrogen-rich fuel gas together with humidified water to a hydrogen electrode (hereinafter, referred to as an anode) of the fuel cell, and supplies an oxidizing gas together with humidified water to an oxygen electrode (hereinafter, referred to as a cathode). In this embodiment, air is used as the oxidizing gas.

【００２３】供給部２００の構成のうち、アノード側に
燃料ガスと加湿水を供給する構成について説明する。加
湿水は加湿水タンク２０９に蓄えられている。供給部２
００は、加湿水のｐＨを調整するためのｐＨ調整液を調
整液タンク２０８に蓄えている。後述する通り、アノー
ド側のｐＨはカソード側のｐＨよりも高くなるように調
整されるから、ｐＨ調整液としては、水酸化ナトリウム
水溶液、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ性溶液が
用いられる。加湿水はｐＨ調整液とｐＨ調節器２０４で
混合され所定のｐＨに調整された後、加湿器２０２に供
給される。加湿器２０２には、別途、メタノール、炭化
水素を改質して得られた水素リッチな燃料ガス、または
水素吸蔵合金などを利用して蓄えられる水素ガスが供給
されている。加湿器２０２に燃料ガスを通過させると、
燃料ガス中にｐＨが調整された加湿水が霧状に分布した
供給ガスが生成される。供給ガスは、この状態でアノー
ド側の燃料ガス供給口３５に供給される。The configuration of the supply section 200 for supplying fuel gas and humidified water to the anode side will be described. Humidifying water is stored in a humidifying water tank 209. Supply unit 2
Reference numeral 00 stores a pH adjusting liquid for adjusting the pH of the humidifying water in the adjusting liquid tank 208. As described later, since the pH on the anode side is adjusted to be higher than the pH on the cathode side, an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution or an aqueous potassium hydroxide solution is used as the pH adjusting solution. The humidifying water is mixed with the pH adjusting liquid and the pH adjuster 204 and adjusted to a predetermined pH, and then supplied to the humidifier 202. The humidifier 202 is separately supplied with methanol, a hydrogen-rich fuel gas obtained by reforming hydrocarbons, or a hydrogen gas stored using a hydrogen storage alloy or the like. When the fuel gas passes through the humidifier 202,
A supply gas in which humidified water whose pH has been adjusted in the fuel gas is distributed in the form of a mist is generated. The supply gas is supplied to the fuel gas supply port 35 on the anode side in this state.

【００２４】加湿水のｐＨを制御することにより、アノ
ード側に供給される供給ガスのｐＨを制御することがで
きる。かかる制御は制御ユニット２２０によって実現さ
れる。制御ユニット２２０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ，
ＲＯＭを備えるマイクロコンピュータとして構成されて
いる。制御ユニットによるｐＨ制御を可能とするため
に、供給部２００には、加湿水のｐＨを検出するｐＨ計
２１０、加湿器２０２に供給される加湿水のｐＨを検出
するｐＨ計２０６、更に燃料電池１０のアノード側から
排出される排出物、例えば生成水のｐＨを検出するｐＨ
計２３２が設けられている。各ｐＨ計で検出された信号
は、制御ユニット２２０に入力される。この検出結果に
基づき、制御ユニット２２０は、後述する制御処理に従
って、ｐＨ調節器２０４を制御する。図中では、検出信
号および制御信号を破線で示した。By controlling the pH of the humidifying water, the pH of the supply gas supplied to the anode side can be controlled. Such control is realized by the control unit 220. The control unit 220 includes a CPU, a RAM,
It is configured as a microcomputer having a ROM. In order to enable the control unit to control the pH, the supply unit 200 includes a pH meter 210 for detecting the pH of the humidifying water, a pH meter 206 for detecting the pH of the humidifying water supplied to the humidifier 202, and a fuel cell. Emissions discharged from the anode side of 10, for example, pH for detecting pH of produced water
A total of 232 is provided. The signal detected by each pH meter is input to the control unit 220. Based on this detection result, the control unit 220 controls the pH controller 204 according to a control process described later. In the figure, the detection signal and the control signal are indicated by broken lines.

【００２５】カソード側に酸化ガスと加湿水を供給する
構成は、アノード側と同様である。即ち、ｐＨ調節器２
０３、調整液タンク２０７により加湿水のｐＨを調整し
て、加湿器２０１で酸化ガス中に加湿水が霧状に分布し
た供給ガスを生成し、カソード側の酸化ガス供給口３３
に供給する。後述する通り、カソード側では、供給ガス
が酸性となるようにｐＨを低い値に制御する。従って、
アノード側と異なり、ｐＨ調整液として、硫酸を用い
た。カソード側のｐＨ制御も制御ユニット２２０が実行
する。この制御処理を可能とするために、カソード側に
も、アノード側と同様、加湿器２０１に供給される加湿
水のｐＨを検出するｐＨ計２０５、燃料電池１０のカソ
ード側から排出される排出物、例えば生成水のｐＨを検
出するｐＨ計２３１が設けられている。The configuration for supplying the oxidizing gas and the humidified water to the cathode side is the same as that for the anode side. That is, the pH controller 2
03, the pH of the humidifying water is adjusted by the adjusting liquid tank 207, and the humidifier 201 generates a supply gas in which the humidification water is distributed in the form of a mist in the oxidizing gas.
To supply. As described later, on the cathode side, the pH is controlled to a low value so that the supply gas becomes acidic. Therefore,
Unlike the anode side, sulfuric acid was used as a pH adjusting solution. The control unit 220 also executes the pH control on the cathode side. In order to enable this control process, a pH meter 205 for detecting the pH of the humidifying water supplied to the humidifier 201 is also provided on the cathode side, similarly to the anode side, and a discharge discharged from the cathode side of the fuel cell 10. For example, a pH meter 231 for detecting the pH of the generated water is provided.

【００２６】Ｂ．燃料電池の構成：図３は本実施例の燃
料電池１０の外観を表わす斜視図である。燃料電池１０
は、図示する通り、セル１００を所定数積層して形成さ
れる。セル１００は、それぞれ固体高分子型燃料電池と
して形成されており、各セルが１Ｖ強の起電圧を生じ
る。セル１００は、セパレータ１１０、１２０で酸素極
１３６、電解質膜１３２、水素極１３４をこの順序に挟
んだ構造をなしている。燃料電池１０では、隣接するセ
ル１００のセパレータ１１０、１２０はそれぞれ共有さ
れている。セル１００の詳細構造については後述する。B. Configuration of Fuel Cell: FIG. 3 is a perspective view showing the appearance of the fuel cell 10 of this embodiment. Fuel cell 10
Is formed by laminating a predetermined number of cells 100 as shown. Each of the cells 100 is formed as a polymer electrolyte fuel cell, and each cell generates an electromotive voltage of a little over 1V. The cell 100 has a structure in which an oxygen electrode 136, an electrolyte membrane 132, and a hydrogen electrode 134 are sandwiched between separators 110 and 120 in this order. In the fuel cell 10, the separators 110 and 120 of the adjacent cells 100 are shared. The detailed structure of the cell 100 will be described later.

【００２７】燃料電池１０は、一端からエンドプレート
１２、絶縁板１６、集電板１８、複数のセル１００、集
電板２０、絶縁板２２、エンドプレート１４の順に積層
されて構成される。エンドプレート１２、１４は、剛性
を確保するため、鋼等の金属によって形成されている。
集電板１８、２０は緻密質カーボンや銅板などガス不透
過な導電性部材によって形成され、絶縁板１６、２２は
ゴムや樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。集
電板１８、２０にはそれぞれ出力端子１９、２１が設け
られており、燃料電池１０で生じた電力を出力可能とな
っている。The fuel cell 10 is formed by stacking an end plate 12, an insulating plate 16, a current collector 18, a plurality of cells 100, a current collector 20, an insulating plate 22, and an end plate 14 in this order from one end. The end plates 12 and 14 are formed of a metal such as steel in order to secure rigidity.
The current collecting plates 18 and 20 are formed of a gas-impermeable conductive member such as a dense carbon or copper plate, and the insulating plates 16 and 22 are formed of an insulating member such as rubber or resin. Output terminals 19 and 21 are provided on the current collector plates 18 and 20, respectively, so that the power generated in the fuel cell 10 can be output.

【００２８】一方のエンドプレート１４には、燃料ガス
供給口３５、燃料ガス排出口３６、酸化ガス供給口３
３、酸化ガス排出口３４、冷却水供給口３１、冷却水排
出口３２が設けられている。燃料ガス供給口３５から燃
料電池１０に供給された燃料ガスは、エンドプレート１
２に向かって流れながら各セル１００に分配される。各
セル１００に配分された燃料ガスは、図中の上方から下
方にセル１００内の流路を流れた後、エンドプレート１
４側に流れ、燃料ガス排出口３６から排出される。酸化
ガスも同様に、酸化ガス供給口３３から供給された後、
エンドプレート１２に向かって流れながら各セル１００
に分配され、各セル１００内の流路を流れた後、酸化ガ
ス排出口３４から排出される。燃料電池１０は、このよ
うなガスの流れを実現できるよう内部で各セル１００の
ガス流路が形成されている。One end plate 14 has a fuel gas supply port 35, a fuel gas discharge port 36, and an oxidizing gas supply port 3.
3, an oxidizing gas discharge port 34, a cooling water supply port 31, and a cooling water discharge port 32 are provided. The fuel gas supplied to the fuel cell 10 from the fuel gas supply port 35 is supplied to the end plate 1.
2 and is distributed to each cell 100. The fuel gas distributed to each cell 100 flows through the flow path in the cell 100 from the upper side to the lower side in FIG.
The fuel gas flows to the side 4 and is discharged from the fuel gas discharge port 36. Similarly, after the oxidizing gas is supplied from the oxidizing gas supply port 33,
While flowing toward the end plate 12, each cell 100
After flowing through the flow path in each cell 100, it is discharged from the oxidizing gas discharge port 34. In the fuel cell 10, a gas flow path of each cell 100 is formed inside so as to realize such a gas flow.

【００２９】燃料電池１０の各セル１００を構成する電
解質膜１３２は、セパレータ１１０、１２０と接する周
辺領域がシールされている。このシールは、セル１００
内部から燃料ガスおよび酸化ガスが漏れ出し、両者が混
合するのを防止する役割を果たす。燃料電池１０は、図
示を省略したが、ボルトとナットで積層方向に所定の押
圧力がかかった状態で締結されて保持される。押圧力を
伴って積層状態を保持するためには、必ずしもボルトと
ナットを用いる必要はなく、例えばスタック収納ケース
を用いるものとしてもよい。なお、ここでは燃料電池１
０が単一のスタックで構成されている場合を例示した
が、複数のスタックで構成するものとしてもよい。The electrolyte membrane 132 constituting each cell 100 of the fuel cell 10 has a peripheral region in contact with the separators 110 and 120 sealed. This seal is used for the cell 100
It plays a role in preventing fuel gas and oxidizing gas from leaking from the inside and mixing them. Although illustration is omitted, the fuel cell 10 is fastened and held in a state where a predetermined pressing force is applied in the stacking direction by bolts and nuts. In order to maintain the laminated state with the pressing force, it is not always necessary to use bolts and nuts, and for example, a stack storage case may be used. Here, the fuel cell 1
Although the case where 0 is constituted by a single stack is illustrated, it may be constituted by a plurality of stacks.

【００３０】図４はセル１００の構造を示す斜視図であ
る。セル１００は固体高分子型燃料電池として構成され
ている。セル１００は、電解質膜１３２を水素極１３
４、酸素極１３６で挟み込み、さらにその両側をセパレ
ータ１１０、１２０で挟んだ構造を有している。図示の
都合上、酸素極１３６は、電解質膜１３２に隠れた位置
に存在する。水素極１３４、酸素極１３６は、ガス拡散
電極である。セパレータ１１０、１２０は水素極１３
４、酸素極１３６と対向する面に複数の凹凸状のリブが
形成されている。セパレータ１１０、１２０が、水素極
１３４、酸素極１３６をさらに両側から挟み込むことに
よって、水素極１３４との間に燃料ガス流路１１２、酸
素極１３６との間に酸化ガス流路１２２が形成される。
セパレータ１１０、１２０は両面にリブが形成されてお
り、片面は水素極１３４との間で燃料ガス流路１１２を
形成し、他面は隣接するセル１００が備える酸素極１３
６との間で酸化ガス流路１２２を形成する。このよう
に、セパレータ１１０、１２０は、ガス拡散電極との間
でガス流路を形成するとともに、隣接するセル間で燃料
ガスと酸化ガスの流れを分離する役割を果たしている。FIG. 4 is a perspective view showing the structure of the cell 100. The cell 100 is configured as a polymer electrolyte fuel cell. The cell 100 includes an electrolyte membrane 132 and a hydrogen electrode 13.
4. It has a structure sandwiched between oxygen electrodes 136 and further sandwiched between separators 110 and 120 on both sides. For convenience of illustration, the oxygen electrode 136 exists at a position hidden by the electrolyte membrane 132. The hydrogen electrode 134 and the oxygen electrode 136 are gas diffusion electrodes. Separator 110, 120 is hydrogen electrode 13
4. A plurality of uneven ribs are formed on the surface facing the oxygen electrode 136. The separators 110 and 120 further sandwich the hydrogen electrode 134 and the oxygen electrode 136 from both sides, thereby forming the fuel gas channel 112 with the hydrogen electrode 134 and the oxidizing gas channel 122 with the oxygen electrode 136. .
The separators 110 and 120 have ribs formed on both sides, one side forms a fuel gas flow channel 112 with a hydrogen electrode 134, and the other side has an oxygen electrode 13 provided in an adjacent cell 100.
6, an oxidizing gas flow path 122 is formed. As described above, the separators 110 and 120 form a gas flow path with the gas diffusion electrode, and play a role of separating the flow of the fuel gas and the oxidizing gas between the adjacent cells.

【００３１】電解質膜１３２は、固体高分子材料、例え
ばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオ
ン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。
電解質膜１３２としては、例えばナフィオン膜（デュポ
ン社製）などを適用することができる。電解質膜１３２
の表面には、触媒としての白金が塗布されている。本実
施例では、触媒としての白金を担持したカーボン粉を有
機溶剤に分散させ、電解質溶液（例えば、Ａｌｄｒｉｃ
ｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社、Ｎａｆｉｏｎ Ｓｏｌｕｔｉ
ｏｎ）を適量添加してペースト化した上で、電解質膜１
３２上にスクリーン印刷する方法で触媒を塗布した。触
媒層の形成方法は、他にも種々の方法を適用でき、例え
ば、上記触媒を担持したカーボン粉を含有するペースト
を膜成形してシートを作製し、電解質膜１３２上にプレ
スするものとしてもよい。また、触媒には白金と他の金
属からなる合金を用いることもできる。水素極１３４お
よび酸素極１３６は、炭素繊維を織成したカーボンクロ
スにより形成されている。水素極１３４および酸素極１
３６を炭素繊維からなるカーボンペーパまたはカーボン
フエルトにより形成するものとしてもよい。また、上述
の触媒は、ガス拡散電極と電解質膜１３２との間に介在
しておればよいため、電解質膜１３２側に触媒を塗布す
る方法に代えて、水素極１３４および酸素極１３６の電
解質膜１３２と接する側に、触媒を塗布するものとして
もよい。The electrolyte membrane 132 is a proton-conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluorine-based resin, and has good electric conductivity in a wet state.
As the electrolyte membrane 132, for example, a Nafion membrane (manufactured by DuPont) or the like can be used. Electrolyte membrane 132
Is coated with platinum as a catalyst. In this embodiment, carbon powder supporting platinum as a catalyst is dispersed in an organic solvent, and an electrolyte solution (for example, Aldric) is used.
h Chemical, Nafion Soluti
on) into a paste by adding an appropriate amount of
The catalyst was applied on the sample No. 32 by screen printing. Various other methods can be applied to the method of forming the catalyst layer. For example, a method may be used in which a paste containing carbon powder supporting the catalyst is formed into a film to form a sheet and pressed on the electrolyte membrane 132. Good. Also, an alloy composed of platinum and another metal can be used for the catalyst. The hydrogen electrode 134 and the oxygen electrode 136 are formed by carbon cloth woven from carbon fibers. Hydrogen electrode 134 and oxygen electrode 1
36 may be formed of carbon paper or carbon felt made of carbon fiber. Further, since the above-described catalyst may be interposed between the gas diffusion electrode and the electrolyte membrane 132, the electrolyte membrane of the hydrogen electrode 134 and the oxygen electrode 136 may be used instead of the method of applying the catalyst on the electrolyte membrane 132 side. A catalyst may be applied to the side in contact with 132.

【００３２】セパレータ１１０、１２０は、ガス不透過
の導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過
とした緻密質カーボンにより形成されている。セパレー
タ１１０、１２０はその両面に、平行に配置された複数
のリブが形成されている。リブは、必ずしも両面で平行
に形成する必要はなく、面毎に直交するなど種々の角度
で形成することができる。また、リブは燃料ガスおよび
酸化ガスの流路を形成可能な形状であれば、必ずしも平
行な溝状である必要はない。The separators 110 and 120 are formed of a gas-impermeable conductive member, for example, dense carbon which is made of carbon by compressing carbon. A plurality of ribs arranged in parallel are formed on both surfaces of the separators 110 and 120. The ribs do not necessarily need to be formed in parallel on both surfaces, but can be formed at various angles such as being orthogonal to each surface. The rib does not necessarily have to be a parallel groove as long as it can form a flow path for the fuel gas and the oxidizing gas.

【００３３】セパレータ１１０、１２０には、その周辺
部の２カ所に、円形断面の冷却水孔１５１、１５２が形
成されている。この冷却水孔１５１、１５２は、セル１
００を積層した際に、燃料電池１０を積層方向に貫通す
る冷却水路を形成する。セパレータ１１０、１１２０の
各辺付近には、それぞれの辺に沿う細長い形状の燃料ガ
ス孔１５３、１５４および酸化ガス孔１５５、１５６が
形成されている。燃料ガス孔１５３、１５４および酸化
ガス孔１５５、１５６は、セル１００を積層することに
よって燃料電池１０を形成した際に、燃料電池１０を積
層方向に貫通する燃料ガス流路１１２および酸化ガス流
路１２２を形成する。本実施例では、図３の上方の辺に
沿って燃料ガス供給路、下方の辺に沿って燃料ガス排出
路が形成される。また、左側の辺に沿って酸化ガス供給
路、右側の辺に沿って酸化ガス排出路が形成される。The separators 110 and 120 are formed with cooling water holes 151 and 152 having a circular cross section at two locations on the periphery thereof. The cooling water holes 151 and 152 are connected to the cell 1
When the fuel cells 10 are stacked, a cooling water passage penetrating the fuel cell 10 in the stacking direction is formed. Near the sides of the separators 110 and 1120, elongated fuel gas holes 153 and 154 and oxidizing gas holes 155 and 156 are formed along the respective sides. The fuel gas holes 153 and 154 and the oxidizing gas holes 155 and 156 form the fuel gas passage 112 and the oxidizing gas passage that penetrate the fuel cell 10 in the stacking direction when the fuel cells 10 are formed by stacking the cells 100. 122 is formed. In this embodiment, a fuel gas supply path is formed along the upper side of FIG. 3, and a fuel gas discharge path is formed along the lower side of FIG. An oxidizing gas supply path is formed along the left side, and an oxidizing gas discharge path is formed along the right side.

【００３４】燃料電池１０の燃料ガス供給口３５は燃料
ガス供給路につながっており、燃料ガス排出口３６は燃
料ガス排出路につながっている。燃料ガス供給口３５か
ら供給された燃料ガスは、燃料ガス供給路を通じて各セ
ル１００の燃料ガス流路１１２に流れ込む。そして、水
素極１３４で所定の反応に供された後、燃料ガス排出路
から燃料ガス排出口３６に流出する。酸化ガスも同様の
経路で流れる。燃料電池１０の酸化ガス供給口３３は酸
化ガス供給路につながっており、酸化ガス排出口３４は
酸化ガス排出路につながっている。酸化ガス供給口３３
から供給された酸化ガスは、酸化ガス供給路を通じて各
セル１００の酸化ガス流路１２２に流れ込む。そして、
酸素極１３６で所定の反応に供された後、酸化ガス排出
路から酸化ガス排出口３４に流出する。The fuel gas supply port 35 of the fuel cell 10 is connected to a fuel gas supply path, and the fuel gas discharge port 36 is connected to a fuel gas discharge path. The fuel gas supplied from the fuel gas supply port 35 flows into the fuel gas channel 112 of each cell 100 through the fuel gas supply path. Then, after being subjected to a predetermined reaction at the hydrogen electrode 134, it flows out of the fuel gas discharge path to the fuel gas discharge port 36. The oxidizing gas flows through the same route. The oxidizing gas supply port 33 of the fuel cell 10 is connected to an oxidizing gas supply path, and the oxidizing gas discharge port 34 is connected to an oxidizing gas discharge path. Oxidizing gas supply port 33
Is supplied to the oxidizing gas channel 122 of each cell 100 through the oxidizing gas supply path. And
After being subjected to a predetermined reaction at the oxygen electrode 136, it flows out of the oxidizing gas discharge path to the oxidizing gas discharge port 34.

【００３５】燃料電池１０では、５つのセル１００ごと
に１枚の割合で、冷却セパレータ１４０が設けられてい
る。冷却セパレータ１４０は、セル１００を冷却する冷
却水路を形成するためのセパレータである。冷却セパレ
ータ１４０には、冷却水孔を連絡する葛折状の冷却水溝
１４２が形成されている。セパレータ１１０、１２０の
うち冷却セパレータ１４０と対向する面は、リブのない
フラットな面となっており、冷却セパレータ１４０に設
けられた溝はセパレータ１１０、１２０との間で冷却水
路を形成する。なお、セパレータ１１０、１２０および
冷却セパレータ１４０は、緻密質カーボンの他、導電性
を有する種々の材料によって形成することができる。例
えば、剛性および伝熱性を重視して銅合金やアルミニウ
ム合金などの金属で形成してもよい。また、冷却セパレ
ータ１４０を設ける割合は、燃料電池１０の要求出力に
応じたセル１００の発熱量、冷却水の温度および流量な
どの条件に応じて冷却に適した範囲で設定することがで
きる。In the fuel cell 10, one cooling separator 140 is provided for every five cells 100. The cooling separator 140 is a separator for forming a cooling channel for cooling the cell 100. The cooling separator 140 has a concavity-shaped cooling water groove 142 that connects the cooling water holes. The surface of the separators 110 and 120 facing the cooling separator 140 is a flat surface without ribs, and the groove provided in the cooling separator 140 forms a cooling water passage with the separators 110 and 120. The separators 110 and 120 and the cooling separator 140 can be formed of various conductive materials in addition to dense carbon. For example, it may be formed of a metal such as a copper alloy or an aluminum alloy with emphasis on rigidity and heat conductivity. In addition, the ratio of providing the cooling separator 140 can be set in a range suitable for cooling according to conditions such as the calorific value of the cell 100 according to the required output of the fuel cell 10, the temperature and the flow rate of the cooling water, and the like.

【００３６】以上の説明では、図示を省略したが、燃料
電池１０には、燃料ガス、酸化ガス、冷却水を供給する
流路、排出する流路がそれぞれ設けられている。本実施
例では、これらの流路は、いわゆるステンレス材料で形
成されている。Although not shown in the above description, the fuel cell 10 is provided with a flow path for supplying a fuel gas, an oxidizing gas, and cooling water, and a flow path for discharging the same. In the present embodiment, these flow paths are formed of a so-called stainless steel material.

【００３７】Ｃ．ｐＨ制御処理：先に説明した通り、本
実施例では、供給部２００において、加湿水のｐＨを制
御することによって、アノード、カソードそれぞれに供
給される供給ガスのｐＨを制御することができる。以
下、ｐＨ制御処理の内容について説明する。C. pH control processing: As described above, in the present embodiment, the pH of the supply gas supplied to each of the anode and the cathode can be controlled by controlling the pH of the humidification water in the supply unit 200. Hereinafter, the content of the pH control process will be described.

【００３８】アノード、カソードへの供給ガスのｐＨの
目標値（目標ｐＨ）は、次の３つの条件に基づいて設定
される。 第１の条件：各セル当たりの起電圧の向上 第２の条件：発電効率の向上 第３の条件：酸またはアルカリ腐食の防止The target value of the pH of the gas supplied to the anode and the cathode (target pH) is set based on the following three conditions. First condition: Improvement of electromotive voltage per cell Second condition: Improvement of power generation efficiency Third condition: Prevention of acid or alkali corrosion

【００３９】図５はｐＨの目標値の設定方法について示
す説明図である。横軸にカソードのｐＨ、縦軸にアノー
ドのｐＨをとって示した。ここでは、まず理想的な状態
を考えるものとし、縦軸、横軸は、それぞれセル１００
での発電に供される時点での供給ガスのｐＨを示してい
るものとする。先に図１およびネルンストの式（３）
（４）で説明した通り、セル１００の起電圧の理論値
は、アノードとカソードのｐＨの偏差によって変動し、
アノードのｐＨがカソードのｐＨよりも高くなる程、大
きくなる。かかる領域は、図５中の斜め線よりも左上の
領域、即ち、矢印で示した領域となる。かかる領域に属
するようにアノードの目標ｐＨ、カソードの目標ｐＨを
設定すれば、その値に応じて、セル当たりの起電圧を向
上することができる。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a method of setting a target value of pH. The horizontal axis shows the pH of the cathode, and the vertical axis shows the pH of the anode. Here, it is assumed that an ideal state is considered first, and the vertical axis and the horizontal axis respectively indicate the cell 100
Indicates the pH of the supply gas at the time when the gas is supplied to the power generation. First, FIG. 1 and Nernst equation (3)
As described in (4), the theoretical value of the electromotive voltage of the cell 100 fluctuates due to the deviation of the pH between the anode and the cathode,
The greater the pH of the anode is higher than the pH of the cathode, the greater. Such a region is a region on the upper left of the diagonal line in FIG. 5, that is, a region indicated by an arrow. If the target pH of the anode and the target pH of the cathode are set to belong to such a region, the electromotive voltage per cell can be improved according to the values.

【００４０】第２の条件は、アノード側で生成された水
素イオンの消耗を抑制することによって実現される。ア
ノード側で生成された水素イオンは、電解質膜を移動し
てカソード側に至ることで発電に寄与する。水素イオン
から水への反応がアノードで生じると、その分、水素イ
オンが無駄に消耗されることになり、発電効率が低下す
る。かかる反応を抑制するためには、アノードに存在す
る水酸化物イオン（ＯＨ^-）を低減することが望まし
い。かかる観点から、本実施例では、アノードのｐＨを
７以下に設定するものとした。The second condition is realized by suppressing the consumption of hydrogen ions generated on the anode side. Hydrogen ions generated on the anode side move through the electrolyte membrane and reach the cathode side, thereby contributing to power generation. When the reaction from hydrogen ions to water occurs at the anode, the hydrogen ions are wasted wastefully and the power generation efficiency is reduced. In order to suppress such a reaction, it is desirable to reduce hydroxide ions (OH ⁻ ) present in the anode. From this viewpoint, in this example, the pH of the anode was set to 7 or less.

【００４１】第３の条件は、燃料電池システムを構成す
る材料の耐食性を考慮してｐＨの限界値を設定すること
によって満たされる。本実施例では、燃料電池１０から
燃料ガス、酸化ガス、冷却水を排出する流路、特に燃料
電池１０での生成水を含んだ酸化ガスを排出する流路の
耐食性を評定としてｐＨの下限値を２に設定した。The third condition is satisfied by setting the limit value of pH in consideration of the corrosion resistance of the material constituting the fuel cell system. In this embodiment, the corrosion resistance of the flow path for discharging the fuel gas, the oxidizing gas, and the cooling water from the fuel cell 10, particularly the flow path for discharging the oxidizing gas containing the generated water in the fuel cell 10, is evaluated as the lower limit of the pH. Was set to 2.

【００４２】以上で説明した３つの条件を満たす範囲
は、図５中にハッチングを付した領域Ａｏｐｔとなる。
セル当たりの起電圧の目標値をＶｔｇに設定すれは、該
起電圧を満足するｐＨは図５に示す直線で表される。従
って、領域Ａｏｐｔ内で、この直線上の点を適宜選択す
ることにより、アノード、カソードの目標ｐＨを設定す
ることができる。例えば、図５中の点Ｐを選択すれば、
アノード側の目標値はｐＨａ、カソード側の目標値はｐ
Ｈｃとなる。The range that satisfies the three conditions described above is the area Aopt hatched in FIG.
When the target value of the electromotive voltage per cell is set to Vtg, the pH satisfying the electromotive voltage is represented by a straight line shown in FIG. Therefore, the target pH of the anode and the cathode can be set by appropriately selecting a point on this straight line within the region Aopt. For example, if point P in FIG. 5 is selected,
The target value on the anode side is pHa, and the target value on the cathode side is p
Hc.

【００４３】理論的には、アノード、カソードの目標ｐ
Ｈは、上述の条件に基づいて設定することができる。し
かしながら、実際には、セル１００を通過する間に、ア
ノードでは水素イオンが発電に供され、カソードでは生
成水が生じるため、供給ガスのｐＨは変動する。また、
セル１００での起電圧は種々の損失により理論値よりも
低くなるのが通常である。これらの原因により、例え
ば、図５においてアノード側のｐＨをｐＨａ、カソード
側のｐＨをｐＨｃに制御しても、実際にＶｔｇの起電圧
を実現できるとは限らない。Theoretically, the target p of the anode and the cathode
H can be set based on the above conditions. However, in practice, while passing through the cell 100, hydrogen ions are used for power generation at the anode and water is generated at the cathode, so that the pH of the supplied gas fluctuates. Also,
The electromotive voltage in the cell 100 is usually lower than the theoretical value due to various losses. Due to these causes, for example, even if the pH on the anode side is controlled to pHa and the pH on the cathode side is controlled to pHc in FIG. 5, it is not always possible to actually realize the electromotive voltage of Vtg.

【００４４】本実施例では、かかる影響を考慮した現実
的な方法としてアノード、カソードの排出物、つまりオ
フガスと生成水のｐＨに基づいてアノード、カソードの
目標ｐＨを設定した。即ち、実験的に供給ガスのｐＨを
種々の値に変動させ、アノード、カソードの排出物のｐ
Ｈおよび起電圧の関係を計測する。この結果、目標の起
電圧を実現し得るアノード、カソードの排出物ｐＨを設
定した。実際の運転時には、排出物のｐＨがこの目標値
となるよう、フィードバック制御することにより、目標
の起電圧を実現することができる。第２の条件、第３の
条件については、排出物のｐＨが２以上、７以下となる
ように設定した。In this embodiment, as a practical method in consideration of such an influence, target pHs of the anode and the cathode are set based on the discharges of the anode and the cathode, that is, the pH of the off-gas and the generated water. That is, the pH of the feed gas is experimentally changed to various values, and the p
The relationship between H and the electromotive voltage is measured. As a result, the discharge pH of the anode and the cathode which can achieve the target electromotive voltage was set. At the time of actual operation, the target electromotive voltage can be realized by performing feedback control so that the pH of the discharge reaches the target value. The second condition and the third condition were set so that the pH of the discharged material was 2 or more and 7 or less.

【００４５】ｐＨの制御は、制御ユニット２２０が次に
示すｐＨ制御処理ルーチンを実行することによって行わ
れる。図６はｐＨ制御処理ルーチンのフローチャートで
ある。燃料電池システムの運転中、制御ユニット２２０
が周期的にこの処理を実行する。処理が開始されると、
制御ユニット２２０のＣＰＵはアノード、カソードの目
標ｐＨを入力する（ステップＳ１０）。この目標ｐＨ
は、先に説明した通り、アノード、カソードから排出さ
れる排出物、主として生成水の目標ｐＨとして設定され
た値である。なお、この目標ｐＨは、アノード、カソー
ドについて固定された値として設定されていてもよい
し、アノードとカソードのｐＨの偏差で設定されていて
もよい。The pH is controlled by the control unit 220 executing the following pH control processing routine. FIG. 6 is a flowchart of a pH control processing routine. During operation of the fuel cell system, the control unit 220
Performs this process periodically. When the process starts,
The CPU of the control unit 220 inputs the target pH of the anode and the cathode (Step S10). This target pH
Is the value set as the target pH of the effluent discharged from the anode and the cathode, mainly the generated water, as described above. The target pH may be set as a fixed value for the anode and the cathode, or may be set as a deviation between the pH of the anode and the cathode.

【００４６】次に、実際に排出される生成水のｐＨが上
述の目標値となるようにフィードバック制御によりアノ
ード、カソードの供給ガスのｐＨを制御する。このた
め、ＣＰＵは、まず、図２に示したｐＨ計２３１，２３
２の検出信号に基づき生成水のｐＨを検出する（ステッ
プＳ１２）。そして、ｐＨの目標値と検出された生成水
ｐＨの偏差に基づいて、加湿器２０１，２０２に供給さ
れる加湿水（以下、供給水と呼ぶ）の目標ｐＨを設定す
る（ステップＳ１４）。目標値は、予め実験などによっ
て設定された所定のゲインを偏差に乗じることで設定す
る方法、偏差と目標値との関係をテーブルで記憶してお
く方法などによって設定することができる。Next, the pH of the gas supplied to the anode and the cathode is controlled by feedback control so that the pH of the generated water actually discharged becomes the above-mentioned target value. For this reason, the CPU first sets the pH meters 231 and 23 shown in FIG.
The pH of the produced water is detected based on the detection signal of Step 2 (Step S12). Then, a target pH of the humidifying water (hereinafter, referred to as supply water) supplied to the humidifiers 201 and 202 is set based on the deviation between the target value of the pH and the detected pH of the generated water (Step S14). The target value can be set by a method of multiplying the deviation by a predetermined gain set in advance by an experiment or the like, a method of storing the relationship between the deviation and the target value in a table, or the like.

【００４７】次に、ｐＨ計２０５，２０６により、実際
に加湿器２０１，２０２に供給されている供給水のｐＨ
を検出し、目標ｐＨとの偏差に基づいてｐＨ調整液の量
を設定する。この際、加湿水タンク２０９に蓄えられて
いる加湿水が酸性またはアルカリ性に偏っている可能性
もあるから、ｐＨ計２１０で加湿水のｐＨを計測し、そ
の結果も考慮してｐＨ調整液の量を設定することになる
（ステップＳ１６，Ｓ１８）。図６中には、加湿水のｐ
Ｈを考慮する方法の一例として「供給水ｐＨの目標値−
（供給水ｐＨ−加湿水ｐＨ）」に基づいてｐＨ調整液の
量を設定する場合を例示した。この態様に限定されるも
のではない。ｐＨ調整液の量は、ステップＳ１４と同
様、予め設定されたゲインを用いる方法やテーブルを用
いる方法などによって設定することができる。ＣＰＵ
は、ｐＨ調節器２０３，２０４に供給される加湿水、ｐ
Ｈ調整液の量をそれぞれ制御して、供給水を目標ｐＨに
制御する（ステップＳ２０）。Next, the pH of the supply water actually supplied to the humidifiers 201 and 202 is measured by the pH meters 205 and 206.
Is detected, and the amount of the pH adjustment liquid is set based on the deviation from the target pH. At this time, since there is a possibility that the humidified water stored in the humidified water tank 209 is biased to be acidic or alkaline, the pH of the humidified water is measured by the pH meter 210, and the result is taken into consideration. The amount is set (steps S16 and S18). In FIG. 6, p
As an example of a method for considering H, “Target value of supply water pH−
The case where the amount of the pH adjusting liquid is set based on “(supply water pH−humidifying water pH)” has been exemplified. It is not limited to this embodiment. As in step S14, the amount of the pH adjusting liquid can be set by a method using a preset gain, a method using a table, or the like. CPU
Is humidified water supplied to the pH controllers 203 and 204, p
The supply water is controlled to the target pH by controlling the amount of the H adjustment liquid (step S20).

【００４８】ここでは、供給水の目標値、ｐＨ調整液の
量を段階的に設定するものとして説明したが、実際の制
御量はｐＨ調整液の量であるため、生成水のｐＨ、供給
水のｐＨ、加湿水のｐＨの検出結果に基づいて、ｐＨ調
整液の量を演算またはテーブルにより、直接設定する態
様を採ることも可能である。本実施例では、生成水、供
給水、加湿水の３カ所でｐＨ値を検出してｐＨ制御する
態様を例示した。加湿水へのｐＨ調整液の量を制御して
ｐＨを制御する場合は、比較的応答性が低いため、この
ように複数箇所でｐＨを検出することにより、応答性お
よび制御の精度を向上することができる。もちろん、燃
料電池１０の生成水のｐＨのみを検出して、これに基づ
くフィードバックを行うものとしても構わない。この場
合は、ｐＨ計２０６，２１０を削除することができ、シ
ステムの簡略化を図ることができる。In the above description, the target value of the supply water and the amount of the pH adjusting liquid are set stepwise. However, since the actual control amount is the amount of the pH adjusting liquid, the pH of the generated water, the supply water It is also possible to adopt a mode in which the amount of the pH adjusting liquid is directly set by calculation or a table based on the detection results of the pH and the humidification water. In the present embodiment, a mode in which the pH value is detected at three places of the generated water, the supply water, and the humidified water to control the pH is illustrated. When the pH is controlled by controlling the amount of the pH adjusting solution in the humidifying water, the response is relatively low. Therefore, by detecting the pH at a plurality of locations, the response and the accuracy of the control are improved. be able to. Of course, only the pH of the water generated by the fuel cell 10 may be detected, and the feedback based on this may be performed. In this case, the pH meters 206 and 210 can be omitted, and the system can be simplified.

【００４９】本実施例では、燃料電池１０の生成水のｐ
Ｈで目標値を設定し、ｐＨ制御する態様を例示した。ｐ
Ｈの目標値はシステムの構成に応じて種々の設定が可能
である。例えば、供給水のｐＨと起電圧との関係を実験
などによって把握できる場合には、供給水のｐＨで目標
値を設定し、これに基づく制御を行うものとしてもよ
い。セル１００のいずれかの部位でｐＨを検出可能な場
合には、これに基づく制御を行うことも可能である。In this embodiment, p of the generated water of the fuel cell 10
The aspect in which the target value is set by H and the pH is controlled is illustrated. p
The target value of H can be set variously according to the system configuration. For example, when the relationship between the pH of the supply water and the electromotive voltage can be grasped by an experiment or the like, a target value may be set based on the pH of the supply water, and control based on this may be performed. When pH can be detected at any part of the cell 100, control based on this can be performed.

【００５０】以上で説明した本実施例の燃料電池システ
ムによれば、アノード、カソードに供給される供給ガス
のｐＨを制御することにより、起電圧の向上を図ること
ができる。この結果、目標の起電圧を得るために要求さ
れるセル数を低減することができ、システムを小型化す
ることができる。また、アノード側のｐＨは、水酸化物
イオン（ＯＨ^-）が過剰に存在しない範囲に制御される
から、水素イオンが無駄に消費されることを抑制し、発
電効率を向上することができる。さらに、ｐＨの下限値
は、流路の酸に対する耐食性を考慮した範囲で設定され
るから、燃料電池システムの寿命を極端に縮めることも
ない。According to the fuel cell system of the embodiment described above, the electromotive voltage can be improved by controlling the pH of the gas supplied to the anode and the cathode. As a result, the number of cells required to obtain a target electromotive voltage can be reduced, and the size of the system can be reduced. Further, since the pH on the anode side is controlled within a range in which hydroxide ions (OH ⁻ ) are not excessively present, wasteful consumption of hydrogen ions can be suppressed, and power generation efficiency can be improved. Further, since the lower limit of the pH is set in a range in which the corrosion resistance of the flow path to acid is taken into consideration, the life of the fuel cell system is not extremely shortened.

【００５１】また、本実施例の燃料電池システムは、ア
ノード、カソードの加湿に使用される加湿水を用いるた
め、比較的容易に各極のｐＨを制御することができる利
点もある。一般に固体高分子型燃料電池では、電解質膜
の加湿が必要であり、加湿水を供給する機構が備えられ
ているのが通常であるため、この機構を利用してｐＨを
制御することができる。従って、ｐＨ制御に際し、燃料
電池システムの大がかりな改変を要しない利点がある。The fuel cell system of this embodiment also has an advantage that the pH of each electrode can be controlled relatively easily because humidified water used for humidifying the anode and the cathode is used. In general, a polymer electrolyte fuel cell requires humidification of an electrolyte membrane and is usually provided with a mechanism for supplying humidified water. Therefore, the pH can be controlled using this mechanism. Therefore, there is an advantage that the pH control does not require a major modification of the fuel cell system.

【００５２】Ｄ．変形例：図７は変形例としての燃料電
池システムの全体構成を示す説明図である。上述の実施
例では、アノード、カソードの双方についてｐＨの制御
を行う態様を例示した。図１等で既に説明した通り、目
標起電圧を実現する観点からは、アノードとカソードの
ｐＨの偏差が重要である。従って、ｐＨを調整する機構
は、アノード、カソードのいずれか一方に設けるものと
してもよい。変形例の燃料電池システムでは、かかる観
点から、アノード側にのみｐＨを調整する機構を設けた
場合を例示した。D. Modification: FIG. 7 is an explanatory diagram showing the overall configuration of a fuel cell system as a modification. In the above-described embodiment, an example in which the pH is controlled for both the anode and the cathode has been described. As already described with reference to FIG. 1 and the like, a deviation in pH between the anode and the cathode is important from the viewpoint of achieving the target electromotive voltage. Therefore, the mechanism for adjusting the pH may be provided on either the anode or the cathode. From such a viewpoint, in the fuel cell system of the modified example, a case in which a mechanism for adjusting pH is provided only on the anode side is illustrated.

【００５３】変形例の燃料電池システムでは、図示する
通り供給部２００Ａにおいて、アノード側には、実施例
と同様、ｐＨ調節器２０４，加湿器２０２など、ｐＨを
制御するための機構が備えられている。カソード側につ
いては酸化ガスが直接供給される。カソード側は発電時
の反応による生成水で十分に加湿されるため、加湿水の
供給も行わない。In the fuel cell system of the modified example, as shown in the drawing, a mechanism for controlling pH, such as a pH controller 204 and a humidifier 202, is provided on the anode side in the supply unit 200A, as in the embodiment. I have. An oxidizing gas is directly supplied to the cathode side. Since the cathode side is sufficiently humidified by the water generated by the reaction during power generation, no humidification water is supplied.

【００５４】制御ユニット２２０Ａはアノード側のｐＨ
調整液の量を制御することによって、カソードとアノー
ドのｐＨの偏差を目標値に制御する。かかる制御を実現
するために、アノード側について、実施例と同様、生成
水、供給水、加湿水のｐＨをｐＨ計２３２，２０６，２
１０によって検出する。カソード側については生成水の
ｐＨのみをｐＨ計２３１で検出する。The control unit 220A controls the pH of the anode side.
The deviation of the pH between the cathode and the anode is controlled to a target value by controlling the amount of the adjustment liquid. In order to realize such control, the pH of the produced water, the supply water, and the humidified water on the anode side is measured with a pH meter 232, 206, 2 as in the embodiment.
10 to detect. On the cathode side, only the pH of the produced water is detected by the pH meter 231.

【００５５】制御処理の内容は、実施例と同じである
（図６参照）。但し、実施例では、アノード、カソード
の目標ｐＨがそれぞれ設定されているものとして説明し
たが、変形例では、アノード側のｐＨの目標値が、ｐＨ
計２３１で検出されたカソード側の生成水のｐＨに偏差
の目標値を加えて設定される点で相違する。こうして設
定された目標ｐＨを実現するようにｐＨ調節器２０４を
制御して、ｐＨ調整液の量を制御する点は実施例と同じ
である。The contents of the control processing are the same as those of the embodiment (see FIG. 6). However, in the embodiment, the description has been made assuming that the target pHs of the anode and the cathode are set, respectively.
The difference is that the target value of the deviation is added to the pH of the generated water on the cathode side detected by the total 231 to be set. The point that the pH controller 204 is controlled so as to achieve the target pH set in this way to control the amount of the pH adjusting liquid is the same as in the embodiment.

【００５６】変形例の燃料電池システムによれば、アノ
ードにのみｐＨを制御する機構を設ければ済むため、シ
ステムの構成が一層簡略化できる利点がある。一般に固
体高分子型燃料電池では、水素イオンが水分子と結合し
てヒドラニウムイオンとなってカソード側に移動するこ
とに起因してアノード側の加湿が必須とされる。変形例
では、アノード側にのみｐＨを制御する機構を設けるた
め、電解質膜の加湿に必要な機構と兼用することがで
き、更にシステムを簡略化できる利点がある。なお、変
形例においても、ｐＨ計２０６，２１０を削除する構成
を採ることも可能である。According to the fuel cell system of the modified example, it is only necessary to provide a mechanism for controlling the pH only on the anode, and there is an advantage that the system configuration can be further simplified. Generally, in a polymer electrolyte fuel cell, humidification on the anode side is essential because hydrogen ions combine with water molecules to form hydranium ions and move to the cathode side. In the modified example, a mechanism for controlling the pH is provided only on the anode side, so that it can be used also as a mechanism necessary for humidifying the electrolyte membrane, and there is an advantage that the system can be simplified. Note that, in the modification, it is also possible to adopt a configuration in which the pH meters 206 and 210 are deleted.

【００５７】なお、変形例では、カソード側のｐＨを直
接制御することはできないが、流路の耐食性を考慮する
と、通常の運転時にカソード側のｐＨは大きく変化させ
ないことが望ましい。In the modification, the pH on the cathode side cannot be directly controlled, but in consideration of the corrosion resistance of the flow channel, it is desirable that the pH on the cathode side is not largely changed during normal operation.

【００５８】以上で説明した実施例および変形例では、
燃料ガス、酸化ガスに加湿水を混入して燃料電池１０に
供給する態様を例示した。これに対し、加湿水をガスと
は別に供給する態様を採るものとしてもよい。この場合
も加湿水へのｐＨ調整液の量を制御することで各極のｐ
Ｈを制御することができる。ｐＨ調整液を燃料電池１０
に直接供給することによってｐＨ制御を行うものとして
もよい。ｐＨ制御は必ずしも液体で行う必要もなく、例
えばアノード極で加湿水と結合することによりアルカリ
性を示すアンモニアなどの気体を用いるものとしてもよ
い。本発明は燃料電池１０に供給される種々の供給材料
を介してアノード、カソードのｐＨを制御する種々の態
様を採ることができる。以上、本発明の種々の実施例に
ついて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定され
ず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ること
ができることはいうまでもない。In the embodiment and the modification described above,
The embodiment in which the humidified water is mixed with the fuel gas and the oxidizing gas and supplied to the fuel cell 10 is illustrated. On the other hand, a mode in which the humidifying water is supplied separately from the gas may be adopted. In this case as well, controlling the amount of the pH adjusting solution in the humidifying water allows the p of each electrode to be adjusted.
H can be controlled. pH adjusting solution is applied to fuel cell 10
The pH may be controlled by directly supplying the pH value to the pH value. The pH control does not necessarily need to be performed with a liquid, and for example, a gas such as ammonia which shows alkalinity by being combined with humidified water at the anode may be used. The present invention can take various aspects of controlling the pH of the anode and the cathode via various supply materials supplied to the fuel cell 10. Although various embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and it goes without saying that various configurations can be adopted without departing from the spirit of the present invention.

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

【図１】ｐＨ値と水素極および酸素極の平衡電位の理論
値を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing theoretical values of pH values and equilibrium potentials of a hydrogen electrode and an oxygen electrode.

【図２】実施例としての燃料電池システムの全体構成を
示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an overall configuration of a fuel cell system as an example.

【図３】本実施例の燃料電池１０の外観を表わす斜視図
である。FIG. 3 is a perspective view illustrating an appearance of the fuel cell 10 according to the present embodiment.

【図４】セル１００の構造を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing the structure of the cell 100.

【図５】ｐＨの目標値の設定方法について示す説明図で
ある。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a method of setting a target value of pH.

【図６】ｐＨ制御処理ルーチンのフローチャートであ
る。FIG. 6 is a flowchart of a pH control processing routine.

【図７】変形例としての燃料電池システムの全体構成を
示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing an overall configuration of a fuel cell system as a modification.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０…燃料電池 １２、１４…エンドプレート １６…絶縁板 １８…集電板 １９…出力端子 ２０…集電板 ２２…絶縁板 ３１…冷却水供給口 ３２…冷却水排出口 ３３…酸化ガス供給口 ３４…酸化ガス排出口 ３５…燃料ガス供給口 ３６…燃料ガス排出口 １００…セル １１０…セパレータ １１２…燃料ガス流路 １２２…酸化ガス流路 １３２…電解質膜 １３４…水素極 １３６…酸素極 １４０…冷却セパレータ １４２…冷却水溝 １５１…冷却水孔 １５３…燃料ガス孔 １５５…酸化ガス孔 ２００，２００Ａ…供給部 ２０１，２０２…加湿器 ２０３，２０４…ｐＨ調節器 ２０５，２０６，２１０，２３１，２３２…ｐＨ計 ２０７，２０８…調整液タンク ２０９…加湿水タンク ２２０、２２０Ａ…制御ユニット Reference Signs List 10 fuel cell 12, 14 end plate 16 insulating plate 18 current collector 19 output terminal 20 current collector 22 insulating plate 31 cooling water supply port 32 cooling water discharge port 33 oxidizing gas supply port 34 ... oxidizing gas outlet 35 ... fuel gas supply port 36 ... fuel gas outlet 100 ... cell 110 ... separator 112 ... fuel gas flow path 122 ... oxidizing gas flow path 132 ... electrolyte membrane 134 ... hydrogen electrode 136 ... oxygen electrode 140 ... Cooling separator 142 Cooling water groove 151 Cooling water hole 153 Fuel gas hole 155 Oxidizing gas hole 200, 200 A Supply unit 201, 202 Humidifier 203, 204 pH regulator 205, 206, 210, 231, 232 ... pH meters 207,208 ... Adjustment liquid tank 209 ... Humidifying water tank 220,220A ... Control unit

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 水素イオンを透過する固体高分子の電解
質膜を挟んで水素極と酸素極とを備える燃料電池と、該
燃料電池の発電時に要求される供給材料を前記水素極お
よび酸素極にそれぞれ供給する供給部とを備える燃料電
池システムであって、 前記供給部は、前記水素極および酸素極の少なくとも一
方についてｐＨ雰囲気を制御することにより、前記水素
極のｐＨを前記酸素極のｐＨ以上とするｐＨ制御手段を
備える燃料電池システム。1. A fuel cell comprising a hydrogen electrode and an oxygen electrode with a solid polymer electrolyte membrane permeable to hydrogen ions interposed therebetween, and a supply material required for power generation of the fuel cell is supplied to the hydrogen electrode and the oxygen electrode. A fuel cell system comprising: a supply unit that supplies the hydrogen electrode and the oxygen electrode by controlling a pH atmosphere of at least one of the hydrogen electrode and the oxygen electrode. A fuel cell system comprising a pH control means. 【請求項２】 前記ｐＨ制御手段は、前記供給材料の少
なくとも一部のｐＨを制御することにより、前記水素極
のｐＨを前記酸素極のｐＨ以上とする手段である請求項
１記載の燃料電池システム。2. The fuel cell according to claim 1, wherein the pH control unit controls the pH of at least a part of the supply material so that the pH of the hydrogen electrode is equal to or higher than the pH of the oxygen electrode. system. 【請求項３】 前記ｐＨ制御手段は、前記水素極のｐＨ
がアルカリ領域に入らない範囲で、前記制御を行う手段
である請求項１記載の燃料電池システム。3. The method according to claim 2, wherein the pH control means is configured to adjust a pH of the hydrogen electrode.
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit performs the control within a range not falling within an alkaline range. 【請求項４】 前記ｐＨ制御手段は、該燃料電池システ
ム内で前記供給材料が通過する部位の酸に対する耐食性
に基づいて定まるｐＨの下限値に対し、前記酸素極のｐ
Ｈが同等以上となる範囲で、前記制御を行う手段である
請求項１記載の燃料電池システム。4. The fuel cell system according to claim 1, wherein a lower limit value of pH determined based on corrosion resistance to acid at a portion of the fuel cell system through which the feed material passes is set to a value of p of the oxygen electrode.
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit performs the control in a range where H is equal to or more than H. 【請求項５】 請求項１記載の燃料電池システムであっ
て、 前記供給部は、前記供給材料の一つとして前記電解質膜
を加湿する加湿水を供給するユニットであり、 前記ｐＨ制御手段は、該加湿水にｐＨ調整作用を備える
化合物を混入することにより、前記制御を行う手段であ
る燃料電池システム。5. The fuel cell system according to claim 1, wherein the supply unit is a unit that supplies, as one of the supply materials, humidifying water that humidifies the electrolyte membrane. A fuel cell system as a means for performing the control by mixing a compound having a pH adjusting action into the humidified water. 【請求項６】 請求項１記載の燃料電池システムであっ
て、 さらに、前記水素極および前記酸素極から排出される排
出物のｐＨを検出するｐＨ検出手段を備え、 前記ｐＨ制御手段は、該検出されたｐＨに基づいて前記
制御を行う手段である燃料電池システム。6. The fuel cell system according to claim 1, further comprising: pH detection means for detecting the pH of the effluent discharged from the hydrogen electrode and the oxygen electrode; A fuel cell system, which is means for performing the control based on the detected pH. 【請求項７】 水素イオンを透過する固体高分子の電解
質膜を挟んで水素極と酸素極とを備える燃料電池と、該
燃料電池の発電時に要求される供給材料を前記水素極お
よび酸素極にそれぞれ供給する供給部とを備える燃料電
池システムの運転方法であって、（ａ） 前記水素極の
ｐＨを前記酸素極のｐＨ以上となるよう前記水素極およ
び酸素極の少なくとも一方についてｐＨ雰囲気を制御す
る工程と、（ｂ） 該供給材料を前記燃料電池に供給し
て発電を行わせる工程とを備える燃料電池システムの運
転方法。7. A fuel cell having a hydrogen electrode and an oxygen electrode with a solid polymer electrolyte membrane permeable to hydrogen ions interposed therebetween, and a supply material required for power generation of the fuel cell is supplied to the hydrogen electrode and the oxygen electrode. A method of operating a fuel cell system comprising: a supply unit that supplies a hydrogen; and (a) controlling a pH atmosphere of at least one of the hydrogen electrode and the oxygen electrode so that the pH of the hydrogen electrode is equal to or higher than the pH of the oxygen electrode. And (b) supplying the supply material to the fuel cell to generate power.