JPH0729591A - 固体高分子型燃料電池発電装置 - Google Patents
固体高分子型燃料電池発電装置Info
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- JPH0729591A JPH0729591A JP5197730A JP19773093A JPH0729591A JP H0729591 A JPH0729591 A JP H0729591A JP 5197730 A JP5197730 A JP 5197730A JP 19773093 A JP19773093 A JP 19773093A JP H0729591 A JPH0729591 A JP H0729591A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体高分子膜を電解質とする燃料電池と改質
器とを含む固体高分子型燃料電池発電装置において、固
体高分子電解質膜を加湿すると共に、改質器からの改質
ガスを燃料電池の運転温度近くに下げて燃料極に供給す
ることを、簡単なシステム構成で可能にする。 【構成】 改質器１２の改質部１４からの水素リッチな
改質ガスは２５０℃あるいはそれ以上の高温となってい
るが、バブリング室１８において水中を気泡状態で上昇
通過する間に１００℃程度に冷却されて、固体高分子型
燃料電池１０の燃料極に供給される。同時にバブリング
室内の水が熱せられて水蒸気を生成し、改質ガスと共に
燃料極に供給され、燃料極を介して固体高分子電解質膜
を加湿する。バブリング室内の水温は、隣接する第２の
バブリング室２０内の水温によって伝熱制御され、１０
０℃近くの温度に維持される。第２のバブリング室内の
水は、改質器の燃焼部１６から供給される燃焼排ガスが
該水中を通過することによって加熱される。
器とを含む固体高分子型燃料電池発電装置において、固
体高分子電解質膜を加湿すると共に、改質器からの改質
ガスを燃料電池の運転温度近くに下げて燃料極に供給す
ることを、簡単なシステム構成で可能にする。 【構成】 改質器１２の改質部１４からの水素リッチな
改質ガスは２５０℃あるいはそれ以上の高温となってい
るが、バブリング室１８において水中を気泡状態で上昇
通過する間に１００℃程度に冷却されて、固体高分子型
燃料電池１０の燃料極に供給される。同時にバブリング
室内の水が熱せられて水蒸気を生成し、改質ガスと共に
燃料極に供給され、燃料極を介して固体高分子電解質膜
を加湿する。バブリング室内の水温は、隣接する第２の
バブリング室２０内の水温によって伝熱制御され、１０
０℃近くの温度に維持される。第２のバブリング室内の
水は、改質器の燃焼部１６から供給される燃焼排ガスが
該水中を通過することによって加熱される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体高分子型燃料電池、
すなわちパーフルオロカーボンスルホン酸（米国デュポ
ン社製、商品名ナフィオン）に代表される固体高分子膜
を電解質とする固体高分子型燃料電池を用いる発電装置
に関する。
すなわちパーフルオロカーボンスルホン酸（米国デュポ
ン社製、商品名ナフィオン）に代表される固体高分子膜
を電解質とする固体高分子型燃料電池を用いる発電装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】上記ナフィオン等の固体高分子膜を電解
質として用いる固体高分子型燃料電池は、小型軽量性に
優れ、また出力密度が高い等の観点より、特に車載に適
した燃料電池として近年注目されている。
質として用いる固体高分子型燃料電池は、小型軽量性に
優れ、また出力密度が高い等の観点より、特に車載に適
した燃料電池として近年注目されている。
【０００３】電解質として用いるに適したイオン導電性
を発揮させるためには、上記固体高分子膜を飽和吸湿さ
せることが必要である。固体高分子膜の加湿方法として
特開平３−２６９９５５号公報に記載の方法が知られて
いる。この従来技術によれば、改質器を経た改質燃料ガ
スを燃料電池の燃料極に供給する燃料供給系に気化器ａ
および加湿器ｂが設けられると共に、コンプレッサによ
り加圧された空気を燃料電池の酸化極に供給する空気供
給系に気化器ｃおよび加湿器ｄが設けられる。燃料電池
の酸化極に生成される水を貯蔵するタンクから気化器ｃ
に送られる水は、加圧により高温となっている空気を熱
源として気化され、この水蒸気が更に気化器ａに送入さ
れ、改質器からの排ガスおよび改質燃料ガスを熱源とし
て十分に気化される。気化器ａからの水蒸気が加湿器ｂ
およびｄに導入されることにより、燃料電池に供給され
る改質燃料ガスおよび空気が共に十分量の水蒸気を含む
ものとされ、固体高分子膜が加湿される。
を発揮させるためには、上記固体高分子膜を飽和吸湿さ
せることが必要である。固体高分子膜の加湿方法として
特開平３−２６９９５５号公報に記載の方法が知られて
いる。この従来技術によれば、改質器を経た改質燃料ガ
スを燃料電池の燃料極に供給する燃料供給系に気化器ａ
および加湿器ｂが設けられると共に、コンプレッサによ
り加圧された空気を燃料電池の酸化極に供給する空気供
給系に気化器ｃおよび加湿器ｄが設けられる。燃料電池
の酸化極に生成される水を貯蔵するタンクから気化器ｃ
に送られる水は、加圧により高温となっている空気を熱
源として気化され、この水蒸気が更に気化器ａに送入さ
れ、改質器からの排ガスおよび改質燃料ガスを熱源とし
て十分に気化される。気化器ａからの水蒸気が加湿器ｂ
およびｄに導入されることにより、燃料電池に供給され
る改質燃料ガスおよび空気が共に十分量の水蒸気を含む
ものとされ、固体高分子膜が加湿される。
【０００４】この従来技術の利点は、固体高分子膜の加
湿と同時に、供給系の当初においてはかなりの高温とな
っている改質燃料ガスおよび空気を燃料電池の運転温度
（８０〜１００℃程度）に近い温度に下げた状態で燃料
電池に供給することが可能とされる点にある。すなわ
ち、改質器を経て得られる高温の改質燃料ガスは気化器
ａにおける熱交換によって、またコンプレッサによる圧
縮を受けて高温となる空気は気化器ｃにおける熱交換に
よって、それぞれ１００℃＋α程度の温度に下げられる
ため、作動される燃料電池における固体高分子膜のイオ
ン導電性が良好に発揮され、発電効率が向上される。
湿と同時に、供給系の当初においてはかなりの高温とな
っている改質燃料ガスおよび空気を燃料電池の運転温度
（８０〜１００℃程度）に近い温度に下げた状態で燃料
電池に供給することが可能とされる点にある。すなわ
ち、改質器を経て得られる高温の改質燃料ガスは気化器
ａにおける熱交換によって、またコンプレッサによる圧
縮を受けて高温となる空気は気化器ｃにおける熱交換に
よって、それぞれ１００℃＋α程度の温度に下げられる
ため、作動される燃料電池における固体高分子膜のイオ
ン導電性が良好に発揮され、発電効率が向上される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、大き
な利点を有するものではあるが、反面、改質燃料ガス供
給系および空気供給系の双方に気化器と加湿器とを設
け、これら気化器および加湿器更には関連する機器との
間に複雑な循環系を設ける必要があり、燃料電池システ
ム全体の複雑化を招いてしまう。
な利点を有するものではあるが、反面、改質燃料ガス供
給系および空気供給系の双方に気化器と加湿器とを設
け、これら気化器および加湿器更には関連する機器との
間に複雑な循環系を設ける必要があり、燃料電池システ
ム全体の複雑化を招いてしまう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、簡単な構成で
燃料電池の固体高分子電解質膜を加湿することができ、
同時に燃料電池の燃料極に供給される改質燃料ガスを好
適な温度に下げることができる、新規な構成の固体高分
子型燃料電池発電装置を提供することを目的とする。
燃料電池の固体高分子電解質膜を加湿することができ、
同時に燃料電池の燃料極に供給される改質燃料ガスを好
適な温度に下げることができる、新規な構成の固体高分
子型燃料電池発電装置を提供することを目的とする。
【０００７】すなわち本発明は、固体固体高分子電解質
膜の両側に燃料極と酸化極とが接合されてなる燃料電池
と、液体燃料を原料として改質反応することにより燃料
電池の燃料極に供給すべき水素リッチな改質ガスを生成
する改質器とを有する固体固体高分子型燃料電池発電装
置において、改質器から燃料電池の燃料極に至る改質ガ
ス供給経路にバブリング室を介在せしめ、改質器からの
改質ガスをバブリング室において気泡状態で水中に通過
させる間に改質ガスと水との間で熱交換を行い、改質ガ
スを冷却すると共に水を熱して水蒸気を生成し、冷却さ
れた改質ガスと水蒸気との混合気を燃料電池の燃料極に
供給するよう構成されてなることを特徴とする。
膜の両側に燃料極と酸化極とが接合されてなる燃料電池
と、液体燃料を原料として改質反応することにより燃料
電池の燃料極に供給すべき水素リッチな改質ガスを生成
する改質器とを有する固体固体高分子型燃料電池発電装
置において、改質器から燃料電池の燃料極に至る改質ガ
ス供給経路にバブリング室を介在せしめ、改質器からの
改質ガスをバブリング室において気泡状態で水中に通過
させる間に改質ガスと水との間で熱交換を行い、改質ガ
スを冷却すると共に水を熱して水蒸気を生成し、冷却さ
れた改質ガスと水蒸気との混合気を燃料電池の燃料極に
供給するよう構成されてなることを特徴とする。
【０００８】バブリング室における熱交換を更に効率化
するために、該室内の水を加熱する加熱手段を設けるこ
とができる。この加熱手段は、改質器における改質反応
に用いられる燃焼部からの燃焼排ガスおよび生成水蒸気
を熱源とすることができる。好ましくは、バブリング室
に隣接して隔壁されてなる第２のバブリング室を設け、
燃焼部からの燃焼排ガスが該第２のバブリング室におい
て気泡状態で水中に通過することにより熱せられる水を
介して前記バブリング室内の水を加熱する。また、前記
燃焼部からの生成水蒸気が前記第２のバブリング室を通
過することにより液化し、熱回収される水を介して前記
バブリング室内の水を加熱する。
するために、該室内の水を加熱する加熱手段を設けるこ
とができる。この加熱手段は、改質器における改質反応
に用いられる燃焼部からの燃焼排ガスおよび生成水蒸気
を熱源とすることができる。好ましくは、バブリング室
に隣接して隔壁されてなる第２のバブリング室を設け、
燃焼部からの燃焼排ガスが該第２のバブリング室におい
て気泡状態で水中に通過することにより熱せられる水を
介して前記バブリング室内の水を加熱する。また、前記
燃焼部からの生成水蒸気が前記第２のバブリング室を通
過することにより液化し、熱回収される水を介して前記
バブリング室内の水を加熱する。
【０００９】燃料電池の燃料極から排出される未反応改
質ガスと酸化極から排出される空気とを燃焼部に供給し
て燃焼することにより、加熱手段の熱源として用いる燃
焼排ガスを生成することができる。
質ガスと酸化極から排出される空気とを燃焼部に供給し
て燃焼することにより、加熱手段の熱源として用いる燃
焼排ガスを生成することができる。
【００１０】更に、バブリング室内の水量を制御するた
めの水量調製手段を設けることができる。
めの水量調製手段を設けることができる。
【００１１】
【作用】改質器からの改質ガスは改質器出口において約
２５０℃の高温であり、この高温の改質ガスがバブリン
グ室において気泡状態で水中を通過することにより、１
００℃近くの温度にまで冷却され、固体高分子型燃料電
池の運転温度に近い好適な温度を有するものとして燃料
極に供給される。同時にバブリング室内の水が熱せられ
て水蒸気が生成され、この水蒸気が改質ガスと共に燃料
極に供給されるため、固体高分子膜電解質が加湿され、
良好なイオン導電性を発揮する。
２５０℃の高温であり、この高温の改質ガスがバブリン
グ室において気泡状態で水中を通過することにより、１
００℃近くの温度にまで冷却され、固体高分子型燃料電
池の運転温度に近い好適な温度を有するものとして燃料
極に供給される。同時にバブリング室内の水が熱せられ
て水蒸気が生成され、この水蒸気が改質ガスと共に燃料
極に供給されるため、固体高分子膜電解質が加湿され、
良好なイオン導電性を発揮する。
【００１２】
【実施例】図１は本発明の一実施例による発電装置を示
す。この発電装置は、前述のナフィオンやＰＳＳＡ−Ｐ
ＶＡ（ポリスチレンスルホン酸−ポリビニルアルコール
共重合体）、ＰＳＡＡ−ＥＶＯＨ（ポリスチレンスルホ
ン酸−エチレンビニルアルコール共重合体）等のイオン
交換性固体高分子樹脂膜を電解質とし、この電解質の両
側に燃料極と酸化極とが接合されてなる単電池が、セパ
レータを介して複数個積層された構造の固体高分子型燃
料電池１０を有する。燃料電池１０の燃料極には後述す
る改質器およびバブリング室１８を経て水素ガスと水蒸
気とが供給され、酸化極には空気が供給される。
す。この発電装置は、前述のナフィオンやＰＳＳＡ−Ｐ
ＶＡ（ポリスチレンスルホン酸−ポリビニルアルコール
共重合体）、ＰＳＡＡ−ＥＶＯＨ（ポリスチレンスルホ
ン酸−エチレンビニルアルコール共重合体）等のイオン
交換性固体高分子樹脂膜を電解質とし、この電解質の両
側に燃料極と酸化極とが接合されてなる単電池が、セパ
レータを介して複数個積層された構造の固体高分子型燃
料電池１０を有する。燃料電池１０の燃料極には後述す
る改質器およびバブリング室１８を経て水素ガスと水蒸
気とが供給され、酸化極には空気が供給される。
【００１３】改質器１２には、燃料電池１０の燃料極に
供給するための水素リッチな改質ガス（水素ガスを主体
として二酸化炭素ガスその他の夾雑成分を含むもの）を
生成する改質部１４と、改質部１４における改質反応の
ための熱源として燃焼排ガスを生成する燃焼部１６とが
設けられる。改質部１４にはメタノール等の液体燃料が
供給され、改質部１４に必要に応じて設けられる気化器
によって気化された後、公知の触媒作用の下で水蒸気改
質される。
供給するための水素リッチな改質ガス（水素ガスを主体
として二酸化炭素ガスその他の夾雑成分を含むもの）を
生成する改質部１４と、改質部１４における改質反応の
ための熱源として燃焼排ガスを生成する燃焼部１６とが
設けられる。改質部１４にはメタノール等の液体燃料が
供給され、改質部１４に必要に応じて設けられる気化器
によって気化された後、公知の触媒作用の下で水蒸気改
質される。
【００１４】改質部１４における改質反応により得られ
る改質ガスは、改質器１２から貯水バブリング室１８に
送られる。改質器１２の出口における改質ガスは約２５
０℃程度の高温を有するが、バブリング室１８の水中を
気泡として上昇しながら通過する間に熱交換されて１０
０℃程度に冷却される。逆に、バブリング室１８中の水
は高温の改質ガスによって熱せられて水蒸気を生成す
る。すなわちバブリング室１８からは１００℃程度の温
度の改質ガスと水蒸気とが送出され、燃料電池１０の燃
料極に供給される。
る改質ガスは、改質器１２から貯水バブリング室１８に
送られる。改質器１２の出口における改質ガスは約２５
０℃程度の高温を有するが、バブリング室１８の水中を
気泡として上昇しながら通過する間に熱交換されて１０
０℃程度に冷却される。逆に、バブリング室１８中の水
は高温の改質ガスによって熱せられて水蒸気を生成す
る。すなわちバブリング室１８からは１００℃程度の温
度の改質ガスと水蒸気とが送出され、燃料電池１０の燃
料極に供給される。
【００１５】燃料電池１０の燃料極からは未反応の改質
ガスと水蒸気とが排出され、酸化極からは生成される水
蒸気と共に未反応の空気が排出される。燃料極から排出
される改質ガスと水蒸気は水タンクを有するトラップ２
２に送られ、ここで水蒸気が離脱された後、改質器１２
の燃焼部１６に供給される。トラップ２２内の水は、改
質器１２の改質部１４に供給されて改質反応に必要な水
蒸気を生成すると共に、後述する第２のバブリング室２
０への補水に用いられる。一方、酸化極からの排ガスは
凝縮器２４により水と高温の空気とに分離され、水はバ
ブリング室１８に供給され、空気は改質器１２の燃焼部
１６に送入される。
ガスと水蒸気とが排出され、酸化極からは生成される水
蒸気と共に未反応の空気が排出される。燃料極から排出
される改質ガスと水蒸気は水タンクを有するトラップ２
２に送られ、ここで水蒸気が離脱された後、改質器１２
の燃焼部１６に供給される。トラップ２２内の水は、改
質器１２の改質部１４に供給されて改質反応に必要な水
蒸気を生成すると共に、後述する第２のバブリング室２
０への補水に用いられる。一方、酸化極からの排ガスは
凝縮器２４により水と高温の空気とに分離され、水はバ
ブリング室１８に供給され、空気は改質器１２の燃焼部
１６に送入される。
【００１６】以上のように、改質器１２の燃焼部１６に
は、燃料電池１０の燃料極からの排ガス中の未反応改質
ガスがトラップ２２を介して供給されると共に、酸化極
から排出される空気が凝縮器２４を介して供給される。
これら未反応改質ガスと空気との混合気を燃焼部１６に
て燃焼することによって得られる燃焼排ガスは、公知の
ように改質部１４に与えられて改質反応のための熱源と
して利用されるが、その一部はバブリング室１８内の水
を１００℃近くにまで昇温させるための熱源としても用
いられる。
は、燃料電池１０の燃料極からの排ガス中の未反応改質
ガスがトラップ２２を介して供給されると共に、酸化極
から排出される空気が凝縮器２４を介して供給される。
これら未反応改質ガスと空気との混合気を燃焼部１６に
て燃焼することによって得られる燃焼排ガスは、公知の
ように改質部１４に与えられて改質反応のための熱源と
して利用されるが、その一部はバブリング室１８内の水
を１００℃近くにまで昇温させるための熱源としても用
いられる。
【００１７】図示実施例では、バブリング室１８内の水
をかかる温度に効率的に熱するために第２のバブリング
室２０がバブリング室１８に接して設けられ、燃焼部１
６からの燃焼排ガスの一部がこの第２のバブリング室２
０に供給される。前述のバブリング室１８内におけるバ
ブリング作用と同様に、燃焼排ガスが第２のバブリング
室２０において水中を気泡状態で上昇する間に水温が効
率的に上昇し、その水温がバブリング室１８内の水に伝
熱される。第２のバブリング室２０内で水中を通過した
燃焼排ガスは外部に排気される。第２のバブリング室２
０への給水には主としてトラップ２２内の水が用いられ
るが、燃焼排ガス中に含まれる水蒸気も該第２のバブリ
ング室２０の水中を通過する間に液化する。第２のバブ
リング室２０からのオーバーフロー水は、トラップ２２
からの水と共に、改質部１４に送られる。
をかかる温度に効率的に熱するために第２のバブリング
室２０がバブリング室１８に接して設けられ、燃焼部１
６からの燃焼排ガスの一部がこの第２のバブリング室２
０に供給される。前述のバブリング室１８内におけるバ
ブリング作用と同様に、燃焼排ガスが第２のバブリング
室２０において水中を気泡状態で上昇する間に水温が効
率的に上昇し、その水温がバブリング室１８内の水に伝
熱される。第２のバブリング室２０内で水中を通過した
燃焼排ガスは外部に排気される。第２のバブリング室２
０への給水には主としてトラップ２２内の水が用いられ
るが、燃焼排ガス中に含まれる水蒸気も該第２のバブリ
ング室２０の水中を通過する間に液化する。第２のバブ
リング室２０からのオーバーフロー水は、トラップ２２
からの水と共に、改質部１４に送られる。
【００１８】以上に説明したように、燃料電池１０の燃
料極と改質器１２の改質部１４との間にバブリング室１
８を設け、改質部１４から得られる改質ガスをこのバブ
リング室１８の水中を気泡として通過させることによ
り、該高温の改質ガスとバブリング室内の水との間で熱
交換が効率的に行われ、バブリング室内の水が加熱され
て得られる水蒸気と１００℃近くの適温に下げられた改
質ガスとが燃料極に供給される。水蒸気は燃料極を介し
て燃料電池の電解質を加湿する。
料極と改質器１２の改質部１４との間にバブリング室１
８を設け、改質部１４から得られる改質ガスをこのバブ
リング室１８の水中を気泡として通過させることによ
り、該高温の改質ガスとバブリング室内の水との間で熱
交換が効率的に行われ、バブリング室内の水が加熱され
て得られる水蒸気と１００℃近くの適温に下げられた改
質ガスとが燃料極に供給される。水蒸気は燃料極を介し
て燃料電池の電解質を加湿する。
【００１９】ガス気泡を水中に通過されることにより効
率的な熱交換が行われることを下記試算によって実証す
る。
率的な熱交換が行われることを下記試算によって実証す
る。
【００２０】水中のガス気泡は密度差による浮力を受け
ることになり、ガス（３Ｈ２＋ＣＯ２）気泡の浮上速度
をストークスの抵抗式から求めると下記数式１の通りで
ある。
ることになり、ガス（３Ｈ２＋ＣＯ２）気泡の浮上速度
をストークスの抵抗式から求めると下記数式１の通りで
ある。
【数１】 ここで、水温３００Ｋ、水圧０．１ＭＰａの場合（条件
１）、水温３８０Ｋ、水圧０．１ＭＰａ（条件２）およ
び水温３８０Ｋ、水圧０．２ＭＰａ（条件３）の各条件
を想定すると、条件１のときはρｗ（ｋｇ／ｍ３）＝１
０００、ρｇ（ｋｇ／ｍ３）＝０．５０５、ηｗ（Ｐａ
・ｓ）＝８５４であり、条件２のときはρｗ＝１００
０、ρｇ＝０．３９８、ηｗ＝２６３であり、条件３の
ときはρｗ＝１０００、ρｇ＝０．７９６、ηｗ＝２６
３であるから、気泡径を２ｍｍとしてこれらの数値を数
式１に当てはめると、 条件１のときの浮上速度Ｖ１＝２．５ｍ／ｓ 条件２のときの浮上速度Ｖ２＝８．３ｍ／ｓ 条件３のときの浮上速度Ｖ３＝８．３ｍ／ｓ となる。この結果から、ガス気泡速度は水温が高くなる
と大きくなるが、圧力変化には影響されないことが理解
される。次に、気泡径２ｍｍのガス球１個当たりの熱量
は下記数式２より求められるから、４５０Ｋ、０．１Ｍ
Ｐａの条件下における混合ガス（３Ｈ２＋ＣＯ２）の物
性ρｇ（ｋｇ／ｍ３）＝０．３３５１、Ｃｐ（ＫＪ／ｋ
ｇ・Ｋ）＝１１．１２を数式２に当てはめると、 ガスの持ち込み熱量Ｑｇ＝１．８７×１０−５ＫＪ となる。
１）、水温３８０Ｋ、水圧０．１ＭＰａ（条件２）およ
び水温３８０Ｋ、水圧０．２ＭＰａ（条件３）の各条件
を想定すると、条件１のときはρｗ（ｋｇ／ｍ３）＝１
０００、ρｇ（ｋｇ／ｍ３）＝０．５０５、ηｗ（Ｐａ
・ｓ）＝８５４であり、条件２のときはρｗ＝１００
０、ρｇ＝０．３９８、ηｗ＝２６３であり、条件３の
ときはρｗ＝１０００、ρｇ＝０．７９６、ηｗ＝２６
３であるから、気泡径を２ｍｍとしてこれらの数値を数
式１に当てはめると、 条件１のときの浮上速度Ｖ１＝２．５ｍ／ｓ 条件２のときの浮上速度Ｖ２＝８．３ｍ／ｓ 条件３のときの浮上速度Ｖ３＝８．３ｍ／ｓ となる。この結果から、ガス気泡速度は水温が高くなる
と大きくなるが、圧力変化には影響されないことが理解
される。次に、気泡径２ｍｍのガス球１個当たりの熱量
は下記数式２より求められるから、４５０Ｋ、０．１Ｍ
Ｐａの条件下における混合ガス（３Ｈ２＋ＣＯ２）の物
性ρｇ（ｋｇ／ｍ３）＝０．３３５１、Ｃｐ（ＫＪ／ｋ
ｇ・Ｋ）＝１１．１２を数式２に当てはめると、 ガスの持ち込み熱量Ｑｇ＝１．８７×１０−５ＫＪ となる。
【数２】 また、該ガス球１個当たりの放熱量は下記数式３より求
められる。
められる。
【数３】 ここで、０．１ＭＰａの圧力下で温度４５０Ｋの該ガス
球が３７３Ｋの水中を通過するときの熱伝達率をＷｈｉ
ｔａｋｅｒの実験式によって求めると、 熱伝達率ｈ＝９０７００ｗ／ｍ２・Ｋ となるから、 ガス球の放熱量Ｑ’ｇ＝８５Ｗ と求められる。よって、式Ｑｇ＝Ｑ’ｇ・ｔより、 ガス球の放熱時間ｔ＝２．２×１０−４ｓｅｃ となり、ガス球は水中にて一瞬のうちに冷却されること
が理解される。また、放熱に要する必要液面高さｈ＝Ｖ
・ｔ＝１．８３×１０−３ｍであり、きわめて微量の水
で十分であることが理解される。このようにバブリング
室１８には僅かな量の水が存在すれば良いが、燃料電池
１０の燃料極に供給する改質ガス温度および水蒸気量を
好適な範囲に制御するためには、ある一定範囲の水量が
常時保持されることが望ましい。このために、図示実施
例ではバブリング室１８にフロート１９を設けている
が、システム全体の水収支を考慮すると、酸化極からの
排出ガス中に含まれる反応生成水を回収することが必要
になる。そこで、バブリング室１８に凝縮器２４を介し
て回収水を導き、バブリング室１８、２０間の液面差を
フロート１９で調整している。フロート１９の浮力につ
いては、バブリング室１８が第２バブリング室２０より
も圧力大となることを考慮して、導通パイプ径すなわち
フロート体積を決定する。なお、第２のバブリング室２
０側にフロートを設置することも考えられるが、第２バ
ブリング室２０側には大気が存在し、この大気がバブリ
ング室１８に混入することにより水素の燃焼範囲に入る
可能性があるため、フロート１９はバブリング室１８の
側に設置することが望ましい。
球が３７３Ｋの水中を通過するときの熱伝達率をＷｈｉ
ｔａｋｅｒの実験式によって求めると、 熱伝達率ｈ＝９０７００ｗ／ｍ２・Ｋ となるから、 ガス球の放熱量Ｑ’ｇ＝８５Ｗ と求められる。よって、式Ｑｇ＝Ｑ’ｇ・ｔより、 ガス球の放熱時間ｔ＝２．２×１０−４ｓｅｃ となり、ガス球は水中にて一瞬のうちに冷却されること
が理解される。また、放熱に要する必要液面高さｈ＝Ｖ
・ｔ＝１．８３×１０−３ｍであり、きわめて微量の水
で十分であることが理解される。このようにバブリング
室１８には僅かな量の水が存在すれば良いが、燃料電池
１０の燃料極に供給する改質ガス温度および水蒸気量を
好適な範囲に制御するためには、ある一定範囲の水量が
常時保持されることが望ましい。このために、図示実施
例ではバブリング室１８にフロート１９を設けている
が、システム全体の水収支を考慮すると、酸化極からの
排出ガス中に含まれる反応生成水を回収することが必要
になる。そこで、バブリング室１８に凝縮器２４を介し
て回収水を導き、バブリング室１８、２０間の液面差を
フロート１９で調整している。フロート１９の浮力につ
いては、バブリング室１８が第２バブリング室２０より
も圧力大となることを考慮して、導通パイプ径すなわち
フロート体積を決定する。なお、第２のバブリング室２
０側にフロートを設置することも考えられるが、第２バ
ブリング室２０側には大気が存在し、この大気がバブリ
ング室１８に混入することにより水素の燃焼範囲に入る
可能性があるため、フロート１９はバブリング室１８の
側に設置することが望ましい。
【発明の効果】本発明によれば、バブリング室を設ける
ことにより改質ガスを冷却して適正温度とすると同時に
水蒸気が得られ、燃料電池の固体高分子型電解質膜を加
湿することができる。
ことにより改質ガスを冷却して適正温度とすると同時に
水蒸気が得られ、燃料電池の固体高分子型電解質膜を加
湿することができる。
【図１】本発明の一実施例による固体高分子型燃料電池
発電装置の構成を示す図である。
発電装置の構成を示す図である。
１０ 固体高分子型燃料電池 １２ 改質器 １４ 改質部 １６ 燃焼部 １８ バブリング室 ２０ 第２のバブリング室 ２２ トラップ ２４ 凝縮器
Claims (7)
- 【請求項１】 固体固体高分子電解質膜の両側に燃料
極と酸化極とが接合されてなる燃料電池と、液体燃料を
原料として改質反応することにより前記燃料電池の燃料
極に供給すべき水素リッチな改質ガスを生成する改質器
とを有する固体固体高分子型燃料電池発電装置におい
て、前記改質器から前記燃料電池の燃料極に至る改質ガ
ス供給経路にバブリング室を介在せしめ、前記改質器か
らの改質ガスを前記バブリング室において気泡状態で水
中に通過させる間に改質ガスと水との間で熱交換を行
い、改質ガスを冷却すると共に水を熱して水蒸気を生成
し、冷却された改質ガスと水蒸気との混合気を前記燃料
電池の燃料極に供給するよう構成されてなることを特徴
とする固体高分子型燃料電池発電装置。 - 【請求項２】 前記バブリング室内の水を加熱する加
熱手段が設けられることを特徴とする請求項１の固体高
分子型燃料電池発電装置。 - 【請求項３】 前記加熱手段が、前記改質器における
改質反応に用いられる燃焼部からの燃焼排ガスおよび生
成水蒸気を熱源とすることを特徴とする請求項２の固体
高分子型燃料電池発電装置。 - 【請求項４】 前記加熱手段が、前記バブリング室に
隣接して隔壁されてなる第２のバブリング室よりなり、
前記燃焼部からの燃焼排ガスが前記第２のバブリング室
において気泡状態で水中に通過することにより熱せられ
る水を介して前記バブリング室内の水を加熱することを
特徴とする請求項３の固体高分子型燃料電池発電装置。 - 【請求項５】 前記加熱手段が、前記燃焼部からの生
成水蒸気が前記第２のバブリング室を通過することによ
り液化し、熱回収される水を介して前記バブリング室内
の水を加熱することを特徴とする請求項４の固体高分子
型燃料電池発電装置。 - 【請求項６】 前記燃料電池の燃料極から排出される
未反応改質ガスと酸化極から排出される空気とが前記燃
焼部に供給され、前記燃焼部において燃焼されて燃焼排
ガスを生成することを特徴とする請求項５の固体高分子
型燃料電池発電装置。 - 【請求項７】 前記バブリング室内の水量を制御する
ための水量調製手段が設けられることを特徴とする請求
項６の固体高分子型燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5197730A JPH0729591A (ja) | 1993-07-16 | 1993-07-16 | 固体高分子型燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5197730A JPH0729591A (ja) | 1993-07-16 | 1993-07-16 | 固体高分子型燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0729591A true JPH0729591A (ja) | 1995-01-31 |
Family
ID=16379392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5197730A Pending JPH0729591A (ja) | 1993-07-16 | 1993-07-16 | 固体高分子型燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0729591A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003047020A1 (en) * | 2001-11-27 | 2003-06-05 | Chaojiong Zhang | Gas humidifier |
| JP2005216822A (ja) * | 2004-02-02 | 2005-08-11 | Hiroshima Gas Kk | 固体高分子形燃料電池システムにおける水の再利用システム |
| JP2008091344A (ja) * | 2007-11-09 | 2008-04-17 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| CN100399615C (zh) * | 2003-06-17 | 2008-07-02 | 乐金电子(天津)电器有限公司 | 燃料电池的冷却/加湿装置 |
| IT202100023705A1 (ja) | 2021-10-18 | 2023-04-18 |
-
1993
- 1993-07-16 JP JP5197730A patent/JPH0729591A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003047020A1 (en) * | 2001-11-27 | 2003-06-05 | Chaojiong Zhang | Gas humidifier |
| CN100399615C (zh) * | 2003-06-17 | 2008-07-02 | 乐金电子(天津)电器有限公司 | 燃料电池的冷却/加湿装置 |
| JP2005216822A (ja) * | 2004-02-02 | 2005-08-11 | Hiroshima Gas Kk | 固体高分子形燃料電池システムにおける水の再利用システム |
| JP2008091344A (ja) * | 2007-11-09 | 2008-04-17 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| IT202100023705A1 (ja) | 2021-10-18 | 2023-04-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040715 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040817 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050201 |