JPH11242962A - Fuel cell device - Google Patents

Fuel cell device

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JPH11242962A
JPH11242962A JP10327559A JP32755998A JPH11242962A JP H11242962 A JPH11242962 A JP H11242962A JP 10327559 A JP10327559 A JP 10327559A JP 32755998 A JP32755998 A JP 32755998A JP H11242962 A JPH11242962 A JP H11242962A
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JP
Japan
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water
fuel cell
fuel
air electrode
electrode
Prior art date
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Application number
JP10327559A
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Japanese (ja)
Inventor
Munehisa Horiguchi
宗久 堀口
Chikayuki Takada
慎之 高田
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AQUEOUS Research KK
AQUEOUS RESERCH KK
Original Assignee
AQUEOUS Research KK
AQUEOUS RESERCH KK
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Publication date
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Publication of JPH11242962A publication Critical patent/JPH11242962A/en
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    • 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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • 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
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain the humid state of an electrolyte without providing a humidifier that requires water refilling and heating and has a complicated structure and control the temperature of a fuel cell body with a simple structure by supplying water in a liquid state to the surface of an air electrode installed along with a fuel electrode. SOLUTION: A solid high molecular electrolyte film 12 and a fuel electrode 13 to be connected to a hydrogen supplying system 20 are clamped, and a water supplying system 40 composed of a tank 42, a pump 116, a hydraulic sensor 47 and a pressure regulating valve 48 is joined to a nozzle 41 attached to a manifold 14 above an air electrode 11 connected to an air supplying system 30. The supplied water from the nozzle 41 to the air electrode 11 is preferably formed into a mist-like form, takes latent heat from process air effectively, and is intermittently supplied and thereby, the power consumption of the pump 46 and the like is reduced. If an auxiliary humidifying machine is not used and the water produced by the reaction between fuel gas and air maintain the humid state of the electrolyte film 12, the supplied water prevents the surface on the air electrode 11 side of the electrolyte film 12 from being dried. In addition, the supplied water cools a fuel cell body 10 and dispenses with a cooling plate.

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】この発明は燃料電池装置に関
する、特に高分子固体電解質膜を有するいわゆるＰＥＭ
型の燃料電池装置の改良に関する。The present invention relates to a fuel cell device, and more particularly to a so-called PEM having a polymer solid electrolyte membrane.
And improvement of a fuel cell device of the same type.

【０００２】[0002]

【従来の技術】ＰＥＭ型の燃料電池装置の電池本体は、
燃料極と空気極との間に高分子固体電解質膜が挟持され
た構成である。燃料極及び空気極はともに触媒物質を含
む触媒層と、前記触媒層を支持すると共に反応ガスを供
給しさらに集電体としての機能を有する電極器材からな
る。燃料極と空気極の更に外側には、反応ガスを外部よ
り電極内に均一に供給するとともに、余剰ガスを外部に
排出するためのガス流通溝を設けたセパレータ（コネク
タ板）が積層される。このセパレータはガスの透過を防
止するとともに発生した電流を外部へ取り出すための集
電を行う。2. Description of the Related Art The cell body of a PEM type fuel cell device is:
In this configuration, a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an air electrode. Each of the fuel electrode and the air electrode includes a catalyst layer containing a catalyst substance, and an electrode device that supports the catalyst layer, supplies a reaction gas, and has a function as a current collector. A separator (connector plate) is further provided outside the fuel electrode and the air electrode, in which a reaction gas is uniformly supplied from the outside to the inside of the electrode and a gas flow groove for discharging excess gas to the outside is provided. The separator prevents current permeation and performs current collection for taking out the generated current to the outside.

【０００３】上記燃料電池本体とセパレータとで単電池
が構成される。実際の燃料電池装置では、かかる単電池
の多数個が直列に積層されてスタックが構成される。燃
料電池本体では、一般的に発生電力にほぼ相当する熱量
の熱が発生する。従って、燃料電池本体が過度にヒート
アップすることを防止するために、スタックに冷却板を
内蔵させる。この冷却板には空気や水などの冷却媒体が
流通されてスタックが冷却され、もって燃料電池本体が
所望の温度に維持される。A unit cell is composed of the fuel cell body and the separator. In an actual fuel cell device, a large number of such cells are stacked in series to form a stack. In the fuel cell main body, generally, heat having a calorific value substantially corresponding to generated power is generated. Therefore, in order to prevent the fuel cell body from excessively heating up, a cooling plate is built in the stack. A cooling medium such as air or water flows through the cooling plate to cool the stack, thereby maintaining the fuel cell body at a desired temperature.

【０００４】このような構成の燃料電池の起電力は、燃
料極側（アノード）に燃料ガスが供給され、空気極側に
酸化ガスが供給された結果、電気化学反応の進行に伴い
電子が発生し、この電子を外部回路に取り出すことによ
り、発生される。即ち、燃料極（アノード）にて得られ
る水素イオンがプロトン（Ｈ3Ｏ+)の形態で、水分を含
んだ電解質膜中を空気極（カソード）側に移動し、また
燃料極（アノード）にて得られた電子が外部負荷を通っ
て空気極（カソード）側に移動して酸化ガス（空気を含
む）中の酸素と反応して水を生成する、一連の電気化学
反応による電気エネルギーを取り出すことができるから
である。[0004] The electromotive force of the fuel cell having such a configuration is such that electrons are generated as the electrochemical reaction proceeds as a result of fuel gas being supplied to the fuel electrode side (anode) and oxidizing gas being supplied to the air electrode side. Then, the electrons are generated by extracting the electrons to an external circuit. In other words, the hydrogen ions obtained at the fuel electrode (anode) move in the electrolyte membrane containing water in the form of protons (H 3 O + ) to the air electrode (cathode) side, and are transferred to the fuel electrode (anode). The electrons thus obtained move through the external load to the cathode (cathode) side and react with oxygen in the oxidizing gas (including air) to produce water, extracting electrical energy through a series of electrochemical reactions. Because you can do it.

【０００５】上記において、プロトンが燃料極より空気
極に向かって電解質膜中を移動する際に水和の状態をと
るため、電解質膜が乾燥してしまうと、イオン伝導率が
低下し、エネルギー変換効率が低下してしまう。よっ
て、良好なイオン伝導を保つために固体電解質膜に水分
を供給する必要があり、そのために燃料ガス及び酸化ガ
スを加湿して、水を供給している。また、アノード電極
側では、電極反応を適正に継続させるために、より水素
ガスの湿潤状態を維持する必要があり、燃料ガスの加湿
方法については従来から様々な提案がある。[0005] In the above, since protons take a hydrated state when moving through the electrolyte membrane from the fuel electrode toward the air electrode, if the electrolyte membrane is dried, the ionic conductivity decreases, and energy conversion occurs. Efficiency is reduced. Therefore, it is necessary to supply water to the solid electrolyte membrane in order to maintain good ion conduction, and for that purpose, water is supplied by humidifying the fuel gas and the oxidizing gas. In addition, on the anode electrode side, it is necessary to maintain a more humidified state of hydrogen gas in order to properly continue the electrode reaction, and there have been various proposals on humidification methods of fuel gas.

【０００６】他方、プロセス空気を加湿する方法は従来
から提案されているが、反応熱により昇温されている
（通常８０℃程度である）空気極を確実に加湿するに
は、常温のプロセス空気を加湿器において予め加温して
おく必要がある。飽和水蒸気量を空気極の周囲の環境と
一致させるためである。そのため、加湿器は水の供給機
能とプロセス空気の昇温機能とが求められる複雑な構成
であった。特開平７−１４５９９号公報に開示の燃料電
池装置では、空気導入管に噴射ノズルを設けて加湿に必
要な水がプロセス空気中に噴霧される。この噴射ノズル
が圧縮機の上流側にある場合、噴霧された水はプロセス
空気の圧縮にともなう熱で蒸発され、水蒸気の状態で空
気極を加湿する。また、この装置でも、必要に応じて空
気の加湿装置が更に付加される。いずれにせよ従来の技
術では空気へ水蒸気を混入させることにより電解質膜へ
水分を補給していた。On the other hand, a method of humidifying the process air has been proposed. However, in order to humidify the air electrode heated by the reaction heat (usually at about 80 ° C.), the process air at a normal temperature is required. Must be preheated in a humidifier. This is to make the amount of saturated water vapor coincide with the environment around the air electrode. Therefore, the humidifier has a complicated configuration that requires a water supply function and a process air heating function. In the fuel cell device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-14599, water required for humidification is sprayed into process air by providing an injection nozzle in an air introduction pipe. When the injection nozzle is located on the upstream side of the compressor, the sprayed water is evaporated by heat accompanying the compression of the process air, and humidifies the air electrode in a state of steam. In this device, an air humidifier is further added as needed. In any case, in the conventional technique, water is supplied to the electrolyte membrane by mixing water vapor into the air.

【０００７】更には、特開平９−２６６００４号公報に
示される燃料電池装置では、排出される水素ガスの濃度
を下げるため、燃料極から排出されるガス（この排気ガ
スには未反応の水素ガスが含まれている）を空気極側へ
導入してその中の水素ガスを空気極において燃焼させて
いる。当該燃焼において反応水（回収水）が生成される
ため、このような燃料電池装置では加湿器を特に付加し
なくても、電解質膜へ充分な水分を補給できることとな
る。Further, in the fuel cell apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-266004, the gas discharged from the fuel electrode (the unreacted hydrogen gas Is included in the air electrode side, and the hydrogen gas therein is burned at the air electrode. Since reaction water (recovered water) is generated in the combustion, sufficient water can be supplied to the electrolyte membrane in such a fuel cell device without particularly adding a humidifier.

【０００８】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明者らの更なる研
究結果において、以下の事項が解った。所定値以下の厚
さの電解質膜により、燃料電池を構成した場合に、プロ
トンが空気極において空気中の酸素と反応して生成され
た水が、電解質膜中を空気極から水素極へ逆浸透する。
この逆浸透された水により、電解質膜を好適な湿潤状態
に維持することができるため、水素極（アノード電極）
側で水素（燃料ガス）を加湿する必要がない。しかし、
空気極（カソード電極）側において、導入される空気
（酸化ガス）流により、電解質膜の空気極側の水分が蒸
発するため、電解質膜の空気極側の水分が不足すること
が解った。かかる課題は本願発明者らにより今回新たに
見いだされたものである。従って、この発明はかかる課
題を解決することを一の目的とするAs a result of further research by the present inventors, the following matters have been found. When a fuel cell is constructed with an electrolyte membrane having a thickness equal to or less than a predetermined value, water generated by the reaction of protons with oxygen in the air at the air electrode reversely permeates the electrolyte membrane from the air electrode to the hydrogen electrode. I do.
The reverse osmosis allows the electrolyte membrane to be maintained in a suitable wet state, so that the hydrogen electrode (anode electrode)
There is no need to humidify the hydrogen (fuel gas) on the side. But,
On the air electrode (cathode electrode) side, the introduced air (oxidizing gas) flow evaporates the water on the air electrode side of the electrolyte membrane, so that it was found that the water on the air electrode side of the electrolyte membrane was insufficient. This problem has been newly found by the present inventors. Accordingly, an object of the present invention is to solve such a problem.

【０００９】また、既述のように補水と加温が要求され
る複雑な構成の加湿器を何ら備えることなく、電解質膜
の湿潤状態を維持できる簡単な構成の燃料電池装置を提
供することをこの発明の他の目的とする。It is another object of the present invention to provide a fuel cell device having a simple structure capable of maintaining a wet state of an electrolyte membrane without providing a humidifier having a complicated structure requiring water replenishment and heating as described above. This is another object of the present invention.

【００１０】この発明の他の目的は電解質膜の湿潤状態
を維持する新規な構成の燃料電池装置を提供することに
ある。Another object of the present invention is to provide a fuel cell device having a novel structure for maintaining the electrolyte membrane in a wet state.

【００１１】この発明の更に別の局面によれば、燃料
極、電解質膜及び空気極を備えてなる燃料電池本体を冷
却するにあたり、冷却媒体を空気極の表面に供給する。
この媒体として例えば水が挙げられる。水を液体の状態
で空気極に供給すると、既述の通り空気極の周囲の空気
から潜熱を奪い電解質膜の乾燥が防止されるが、これと
ともに空気極からも熱が奪われる。なお、燃料電池では
電解質膜の空気極側で反応が進行するので、空気極に最
も熱が蓄積される。According to still another aspect of the present invention, a cooling medium is supplied to the surface of the air electrode when cooling the fuel cell body including the fuel electrode, the electrolyte membrane, and the air electrode.
The medium includes, for example, water. When water is supplied to the air electrode in a liquid state, as described above, latent heat is taken from the air around the air electrode to prevent the electrolyte membrane from drying, but at the same time, heat is also taken from the air electrode. In the fuel cell, since the reaction proceeds on the air electrode side of the electrolyte membrane, heat is accumulated most in the air electrode.

【００１２】本発明者らの検討によれば、このように空
気極に水を供給しこれから熱を奪うことにより、燃料電
池本体の温度を制御できることがわかった。換言すれ
ば、空気極に水を液体の状態で供給することにより燃料
電池本体を十分に冷却できることがわかった。According to the study of the present inventors, it has been found that the temperature of the fuel cell body can be controlled by supplying water to the air electrode and removing heat therefrom. In other words, it has been found that the fuel cell body can be sufficiently cooled by supplying water to the air electrode in a liquid state.

【００１３】図９に示すように、従来の燃料電池のスタ
ック１００では、所定のピッチで単電池１０１の間に冷
却板１０３が挿入されていた。この冷却板１０３には冷
却媒体が通過するための通過路が設けられる。この冷却
板１０３によりスタック１００が所望の温度に調節され
ていた。一方、上記本願発明の更に別の局面によれば、
空気極へ水を液体の状態で供給することによりスタック
が充分に冷却されてその温度が制御可能となる。従っ
て、図１０に示すように、燃料電池のスタック１１０か
ら冷却板を省略できる。これによりスタックの構成が簡
素化され、それに伴い燃料電池装置の構成も簡素化され
る。よって、燃料電池装置の高効率化並びに軽量化を図
ることができる。As shown in FIG. 9, in a conventional fuel cell stack 100, cooling plates 103 are inserted between the cells 101 at a predetermined pitch. The cooling plate 103 is provided with a passage through which the cooling medium passes. The stack 100 was adjusted to a desired temperature by the cooling plate 103. On the other hand, according to still another aspect of the present invention,
By supplying water to the air electrode in a liquid state, the stack is sufficiently cooled and its temperature can be controlled. Therefore, as shown in FIG. 10, the cooling plate can be omitted from the fuel cell stack 110. Thereby, the configuration of the stack is simplified, and accordingly, the configuration of the fuel cell device is also simplified. Therefore, the efficiency and weight of the fuel cell device can be increased.

【００１４】[0014]

【課題を解決するための手段】この発明は上記目的の少
なくとも一つを達成するためになされたものであり、そ
の構成は次の通りである。燃料極と空気極とを有する燃
料電池装置において、前記空気極の表面に水が液体の状
態で供給される、ことを特徴とする燃料電池装置。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to achieve at least one of the above-mentioned objects, and has the following structure. A fuel cell device having a fuel electrode and an air electrode, wherein water is supplied in a liquid state to the surface of the air electrode.

【００１５】このように構成された燃料電池装置によれ
ば、空気極の表面に供給された水が優先的に空気から潜
熱を奪うので、空気極側の電解質膜から水分の蒸発する
ことが防止される。従って、電解質膜はその空気極側で
乾燥することなく、常に均一な湿潤状態を維持する。よ
って、燃料電池装置の性能及び／又は耐久性が向上す
る。According to the fuel cell device configured as described above, the water supplied to the surface of the air electrode preferentially removes latent heat from the air, so that evaporation of water from the electrolyte membrane on the air electrode side is prevented. Is done. Therefore, the electrolyte membrane always maintains a uniform wet state without drying on the air electrode side. Therefore, the performance and / or durability of the fuel cell device is improved.

【００１６】プロセス空気より潜熱を効率的に奪う見地
から、水は噴霧して空気極へ供給されることが好まし
い。水を噴霧する点のみに着目すれば、一見特開平７−
１４５９９号公報における水の噴霧と同等に見える。し
かし、この発明によれば、空気極へ供給される水はあく
までも液体であり、一方、特開平７−１４５９９号公報
に開示の技術では水蒸気の状態で電解質膜へ直接供給さ
れる。従って、本発明によれば従来の加湿器のようにプ
ロセス空気を加熱する必要がない。From the viewpoint of efficiently removing latent heat from the process air, it is preferable that the water is sprayed and supplied to the air electrode. If attention is paid only to the point of spraying water,
It looks the same as the water spray in JP 14599. However, according to the present invention, the water supplied to the air electrode is just a liquid, while in the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-14599, the water is supplied directly to the electrolyte membrane in the form of water vapor. Therefore, according to the present invention, it is not necessary to heat the process air unlike the conventional humidifier.

【００１７】本発明によれば、空気極への水の供給は間
欠的でも連続的でも良い。水の供給を間欠的とすれば、
水を供給するための装置（ポンプ等）を稼働するために
消費する電力が小さくなり、燃料電池装置の効率が向上
する。水蒸気によりプロセス空気を加湿するタイプの装
置では、水蒸気を常に発生させると共にプロセス空気を
所定の温度まで昇温させる必要があった。そのため、加
湿のために大きな電力を消費していた。According to the present invention, the supply of water to the cathode may be intermittent or continuous. If the water supply is intermittent,
The power consumed to operate the device for supplying water (such as a pump) is reduced, and the efficiency of the fuel cell device is improved. In a device of the type in which process air is humidified by steam, it is necessary to always generate steam and raise the temperature of the process air to a predetermined temperature. Therefore, large electric power was consumed for humidification.

【００１８】この発明は電池反応により生成した水分
（生成水）が電解質膜へ供給される構成の燃料電池装
置、即ち加湿のための補機を特に備えていない燃料電池
装置、更に換言すれば燃料ガスと空気との燃焼により生
成した反応水により電解質膜の湿潤が専ら維持される燃
料電池装置に適用すると特に好適である。かかる装置で
は生成された水分が電解質膜に供給されるので、空気極
への水の供給は常時行う必要がない。一方、加湿器を用
いる場合は加湿器を常時作動させる必要がある。即ち、
本発明によれば電解質膜における空気極側の表面が乾燥
して電池としての性能が低下したときのみ、ノズルから
水を噴霧させて空気極の水蒸発量を少なくすればよいの
で、加湿器を用いるものに比して、燃料電池装置にかか
る負荷がより小さくなる。加湿器を備えないかかるタイ
プの燃料電池装置の一つの利点は加湿器を作動させるた
めの電力が不要となり、もって装置にかかる負荷を小さ
くできることにある。よって、上記のように水を供給す
る装置が付加されてもこの装置を常に作動させる必要が
なければ既述の利点をできる限り損なわずに済むことと
なる。The present invention relates to a fuel cell device having a structure in which water (product water) generated by a cell reaction is supplied to an electrolyte membrane, that is, a fuel cell device which does not particularly have an auxiliary device for humidification, in other words, a fuel cell device. It is particularly preferable to apply the present invention to a fuel cell device in which wetness of an electrolyte membrane is exclusively maintained by reaction water generated by combustion of gas and air. In such an apparatus, the generated water is supplied to the electrolyte membrane, so that it is not necessary to always supply water to the air electrode. On the other hand, when using a humidifier, it is necessary to operate the humidifier at all times. That is,
According to the present invention, only when the surface of the electrolyte membrane on the air electrode side is dried and the performance as a battery is reduced, water may be sprayed from the nozzle to reduce the amount of water evaporation of the air electrode. The load on the fuel cell device is smaller than that used. One advantage of this type of fuel cell device without a humidifier is that no power is required to operate the humidifier, thereby reducing the load on the device. Therefore, even if the device for supplying water is added as described above, the advantages described above can be kept as small as possible unless it is necessary to always operate the device.

【００１９】この発明の別の局面によれば、燃料電池装
置の起動時、燃料極へ燃料ガスを供給する前に空気極へ
水を噴霧する。そして、燃料ガスを供給した後、燃料電
池本体の出力が所定の値に達したら燃料電池装置を外部
の負荷（車両用のモータなど）に接続する。燃料電池装
置の前回の使用から今回の使用までに長い時間があく
と、空気極ｋら燃料極へ酸素、窒素が透過してくる場合
がある。この状態で燃料極へ燃料ガスを供給すると、供
給された燃料ガスと酸素とが異常反応を起こし、電解質
膜が破損してしまうなど、燃料電池本体にダメージを与
えるおそれがある。そこで、このように空気極へ水を噴
霧して、燃料電池本体を冷却することにより当該異常反
応によるダメージを未然に防止する。また、電解質膜が
乾燥してしまう場合もあり、空気極を介して電解質膜へ
素早く水分を補給する。空気極へ水を直接噴射すると乾
燥状態にある電解質膜は高い浸透圧で水分を吸収するの
で、空気極が介在していても、噴霧された水を急速に吸
い込む。このときの水の噴射量は電解質膜の湿潤状態を
維持するときの水の噴射量よりも多くすることが好まし
い。According to another aspect of the present invention, when the fuel cell device is started, water is sprayed on the air electrode before the fuel gas is supplied to the fuel electrode. After the fuel gas is supplied, when the output of the fuel cell main body reaches a predetermined value, the fuel cell device is connected to an external load (such as a motor for a vehicle). If a long time elapses from the last use of the fuel cell device to the present use, oxygen and nitrogen may permeate from the air electrode k to the fuel electrode. If the fuel gas is supplied to the fuel electrode in this state, the supplied fuel gas and oxygen may cause an abnormal reaction, which may damage the electrolyte membrane, such as damaging the electrolyte membrane. Thus, by spraying water onto the air electrode and cooling the fuel cell body, damage due to the abnormal reaction is prevented beforehand. Further, the electrolyte membrane may be dried, and water is quickly supplied to the electrolyte membrane via the air electrode. When water is directly injected to the air electrode, the electrolyte membrane in a dry state absorbs water with a high osmotic pressure, so that even when the air electrode is interposed, the sprayed water is rapidly sucked. It is preferable that the injection amount of water at this time be larger than the injection amount of water when maintaining the electrolyte membrane in a wet state.

【００２０】[0020]

【実施例】次ぎに、この発明の実施例について説明をす
る。図１は実施例の燃料電池装置１の概略構成を示す。
図２は燃料電池本体１０の基本ユニットを示す。図１に
示すように、この装置１は燃料電池本体１０、燃料ガス
としての水素ガス供給系２０、空気供給系３０、水供給
系４０から概略構成される。Next, embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 shows a schematic configuration of a fuel cell device 1 according to the embodiment.
FIG. 2 shows a basic unit of the fuel cell main body 10. As shown in FIG. 1, this device 1 is roughly composed of a fuel cell body 10, a hydrogen gas supply system 20 as a fuel gas, an air supply system 30, and a water supply system 40.

【００２１】燃料電池本体１０の単位ユニットは空気極
１１と燃料極１３とで固体高分子電解質膜１２を挟持し
た構成である。実際の装置ではこの単位ユニットが複数
枚積層されている（燃料電池スタック）。空気極１１の
上方及び下方にはそれぞれ空気を吸入、排気するための
空気マニホールド１４、１５が形成されている。上方の
マニホールド１４にはノズル４１を取り付けるための取
付孔が形成されている。ノズル４１から噴出される水の
噴出角度には制限があり、かつ水を霧状にしてこれを空
気極１１の全面に行き渡らせるには、ノズルと空気極１
１との間に所定の間隔が必要になる。従って、このマニ
ホールド１４は比較的背の高いものとなる。一方、下側
の空気マニホールド１５は滴下した水を効率よく排出で
きるものとする。なお、ノズルはマニホールド１４の側
面に設けることもできる。かかるノズルより噴出される
水はマニホールド１４内の全域に行き渡り、よって空気
極１１の全面に行き渡ることとなる。ノズルをマニホー
ルド１４の側面に設けることにより、低いマニホールド
が採用できる。よって燃料電池本体の小型化を図ること
ができる。The unit unit of the fuel cell body 10 has a structure in which a solid polymer electrolyte membrane 12 is sandwiched between an air electrode 11 and a fuel electrode 13. In an actual device, a plurality of the unit units are stacked (fuel cell stack). Above and below the air electrode 11 are formed air manifolds 14 and 15 for sucking and discharging air, respectively. A mounting hole for mounting the nozzle 41 is formed in the upper manifold 14. There is a limit to the jetting angle of the water spouted from the nozzle 41. In order to make the water mist and spread it over the entire surface of the air electrode 11, the nozzle and the air electrode 1 are required.
A predetermined interval is required between the two. Therefore, the manifold 14 is relatively tall. On the other hand, it is assumed that the lower air manifold 15 can efficiently discharge the dropped water. The nozzle may be provided on a side surface of the manifold 14. The water jetted from such nozzles spreads all over the manifold 14, and thus spreads over the entire surface of the air electrode 11. By providing the nozzle on the side surface of the manifold 14, a low manifold can be adopted. Therefore, the size of the fuel cell body can be reduced.

【００２２】図２に示すように、上記空気極１１−固体
高分子電解質膜１２−燃料極１３の単位ユニットは薄い
膜状であり、一対のカーボン製コネクタ板１６、１７に
より挟持されている。空気極１１に対向するコネクタ板
１６の面には空気を流通させるための溝１８が複数条形
成されている。各溝１８は上下方向に形成されてマニホ
ールド１４、１５を連通している。その結果、ノズル４
１より供給される霧状の水は当該溝１８に沿って空気極
１１の下側部分まで達する。同様に、燃料極１３に対向
するコネクタ板１７の面には水素ガスを流通させるため
の溝１９が形成されている。実施例ではこの溝１９を水
平方向に複数条形成した。As shown in FIG. 2, the unit of the air electrode 11, the solid polymer electrolyte membrane 12, and the fuel electrode 13 has a thin film shape and is sandwiched between a pair of carbon connector plates 16, 17. A plurality of grooves 18 for circulating air are formed on the surface of the connector plate 16 facing the air electrode 11. Each groove 18 is formed vertically and communicates with the manifolds 14 and 15. As a result, nozzle 4
The atomized water supplied from 1 reaches the lower part of the air electrode 11 along the groove 18. Similarly, a groove 19 for flowing hydrogen gas is formed on the surface of the connector plate 17 facing the fuel electrode 13. In the embodiment, a plurality of the grooves 19 are formed in the horizontal direction.

【００２３】空気極１１には水が供給されるのでこれは
耐水性のある材料で形成される。また、そこに水の膜が
できると空気極１１の実効面積が減少するので空気極１
１の材料には高い撥水性も要求される。かかる材料とし
て、カーボンクロスを基材として（Ｃ＋ＰＴＦＥ）をぬ
りこんだガス拡散層を使用した。固体高分子電解質膜１
２には汎用的なナフィオン（商品名：デュポン社）の薄
膜を使用した。尚、膜の厚さは空気極側からの生成水の
逆浸透が可能であれば、その数値は特に問わない。燃料
極１３は空気極１１と同じ材料で形成されている。部品
の共通化の為である。Since the air electrode 11 is supplied with water, it is formed of a water-resistant material. Further, if a water film is formed thereon, the effective area of the air electrode 11 is reduced.
Material 1 is also required to have high water repellency. As such a material, a gas diffusion layer in which (C + PTFE) was applied using carbon cloth as a base material was used. Solid polymer electrolyte membrane 1
A thin film of general-purpose Nafion (trade name: DuPont) was used for 2. The thickness of the membrane is not particularly limited as long as the generated water can be reversely osmotic from the air electrode side. The fuel electrode 13 is formed of the same material as the air electrode 11. This is for the common use of parts.

【００２４】空気極１１、及び燃料極１３において電解
質膜１２と接触する方の面には、ある程度の厚さでもっ
て酸素と水素の反応を促進するために用いられる周知の
白金系触媒がそれぞれ均一に分散されていて、空気極１
１及び燃料極１３における触媒層として形成される。On the surface of the air electrode 11 and the fuel electrode 13 which is in contact with the electrolyte membrane 12, a well-known platinum-based catalyst used to promote the reaction between oxygen and hydrogen with a certain thickness is uniformly applied. Dispersed in the air electrode 1
1 and a catalyst layer in the fuel electrode 13.

【００２５】水素ガス供給系２０の水素源２１として、
この実施例では水素吸蔵合金からなる水素ボンベを利用
した。その他、水／メタノール混合液等の改質原料を改
質器にて改質反応させて水素リッチな改質ガスを生成さ
せ、この改質ガスをタンクに貯留しておいてこれを水素
源とすることもできる。勿論、燃料電池装置１を室内で
固定して使用する場合には、水素配管を水素源とするこ
とができる。水素源２１と燃料極１３とは水素供給調圧
弁２３を介して水素ガス供給路２２により接続されてい
る。調圧弁２３は燃料極１３に供給する水素ガスの圧力
を調整するものであり、汎用的な構成のものを利用でき
る。As the hydrogen source 21 of the hydrogen gas supply system 20,
In this embodiment, a hydrogen cylinder made of a hydrogen storage alloy was used. In addition, a reforming material such as a water / methanol mixture is subjected to a reforming reaction in a reformer to generate a hydrogen-rich reformed gas, and this reformed gas is stored in a tank and used as a hydrogen source. You can also. Of course, when the fuel cell device 1 is used while being fixed indoors, the hydrogen pipe can be used as a hydrogen source. The hydrogen source 21 and the fuel electrode 13 are connected by a hydrogen gas supply path 22 via a hydrogen supply pressure regulating valve 23. The pressure regulating valve 23 regulates the pressure of the hydrogen gas supplied to the fuel electrode 13 and may be of a general configuration.

【００２６】燃料極１３からの排気ガスは排気ガス路２
４を通じて空気マニホールド１４へ供給され、ここで空
気と混合される。排気ガス路２４にはこれを開閉するた
めの水素排気弁２５が配設されている。The exhaust gas from the fuel electrode 13 is supplied to the exhaust gas passage 2
4 to an air manifold 14 where it is mixed with air. The exhaust gas passage 24 is provided with a hydrogen exhaust valve 25 for opening and closing the same.

【００２７】空気極１１には図示しないブロアによって
大気中より空気が供給される。図の符号３１は空気の供
給路であり空気極１１のマニホールド１４に連結されて
いる。下側のマニホールド１５には空気極１１を通過し
た空気を循環若しくは排気するための空気路３２が連結
され、水を分離する凝縮器３３を介して排気ガスは排気
路３６へ送られる。空気排気調圧弁３４の開度により排
気路３６から排気される量が調節される。また、排気調
圧弁３４を省略し、排気ガスをそのまま大気へ排出する
構成とすることもできる。Air is supplied to the air electrode 11 from the atmosphere by a blower (not shown). Reference numeral 31 in the figure denotes an air supply path, which is connected to the manifold 14 of the air electrode 11. An air passage 32 for circulating or exhausting the air passing through the air electrode 11 is connected to the lower manifold 15, and the exhaust gas is sent to an exhaust passage 36 via a condenser 33 for separating water. The amount of air exhausted from the exhaust path 36 is adjusted by the opening degree of the air exhaust pressure regulating valve 34. Further, the exhaust pressure regulating valve 34 may be omitted, and the exhaust gas may be directly discharged to the atmosphere.

【００２８】凝縮器３３で分離された水はタンク４２へ
送られる。タンク４２には水位センサ４３が付設され
る。この水位センサ４３により、タンク４２の水位が所
定の値以下となると、アラーム４４が点滅してオペレー
タに水不足を知らせる。The water separated by the condenser 33 is sent to a tank 42. The tank 42 is provided with a water level sensor 43. When the water level in the tank 42 falls below a predetermined value by the water level sensor 43, an alarm 44 flashes to notify the operator of a water shortage.

【００２９】実施例の水供給系４０では、タンク４２か
ら水供給路４５がポンプ４６、水圧センサ４７及び調圧
弁４８を介して、ノズル４１まで連結されている。調圧
弁４８により所望の水圧に調節された水はノズル４１か
ら吹き出して空気マニホールド１４内では霧状になる。
そして、吹き出し時の運動量（初速）、霧の自重および
空気流等によって空気極１１の実質的な全面に霧状の水
が供給される。In the water supply system 40 of the embodiment, a water supply path 45 is connected from a tank 42 to a nozzle 41 via a pump 46, a water pressure sensor 47 and a pressure regulating valve 48. The water adjusted to a desired water pressure by the pressure regulating valve 48 blows out from the nozzle 41 and becomes a mist in the air manifold 14.
Then, mist-like water is supplied to substantially the entire surface of the air electrode 11 by the momentum (initial speed) at the time of blowing, the own weight of the mist, the air flow, and the like.

【００３０】このようにして空気極１１の表面に供給さ
れた水はそこで周囲の空気及び電極表面から潜熱を奪っ
て蒸発する。これにより、電解質膜１２の水分の蒸発が
防止される。また、空気極１１へ供給された水は空気極
１１からも潜熱を奪うので、これを冷却する作用もあ
る。特に、始動時に水を供給したとき、水素と空気の燃
焼により膜、触媒がダメージを受けることを予防でき
る。The water supplied to the surface of the air electrode 11 in this manner evaporates by removing latent heat from the surrounding air and the electrode surface. Thereby, evaporation of the water in the electrolyte membrane 12 is prevented. Further, the water supplied to the air electrode 11 also deprives the air electrode 11 of latent heat, and thus has an effect of cooling it. In particular, when water is supplied at the time of starting, it is possible to prevent the membrane and the catalyst from being damaged by the combustion of hydrogen and air.

【００３１】図中の符号５０は電圧計であり、空気極１
１と燃料極１３との間の電圧を計測する。Reference numeral 50 in the figure denotes a voltmeter,
The voltage between the fuel cell 1 and the fuel electrode 13 is measured.

【００３２】次ぎに、図３及び以降の図面を参照にし
て、実施例の燃料電池装置１の動作を説明する。制御装
置７０及びメモリ７３は燃料電池装置１のコントロール
ボックス（図１に示されていない）に収納されている。
メモリ７３にはコンピュータからなる制御装置７０の動
作を規定するコントロールプログラム及び各種制御を実
行するときのパラメータやルックアップテーブルが収納
されている。Next, the operation of the fuel cell device 1 according to the embodiment will be described with reference to FIG. 3 and subsequent drawings. The control device 70 and the memory 73 are housed in a control box (not shown in FIG. 1) of the fuel cell device 1.
The memory 73 stores a control program that regulates the operation of the control device 70 composed of a computer, and parameters and lookup tables for executing various controls.

【００３３】まず、水素ガス供給系２０の動作について
説明する。起動時には、水素排気弁２５を閉に保持して
おいて、爆発限界以下の所定の濃度で水素ガスが燃料極
１３に供給されるように水素供給調圧弁２３を調整す
る。排気弁２５を閉じた状態で燃料電池装置１を運転す
ると、空気極より透過するＮ2、Ｏ2あるいは生成水の影
響で燃料極１３で消費される水素の分圧が徐々に低下す
るためこれに伴って出力電圧も低下し、安定した電圧が
得られなくなる。First, the operation of the hydrogen gas supply system 20 will be described. At the time of startup, the hydrogen exhaust valve 25 is kept closed, and the hydrogen supply pressure regulating valve 23 is adjusted so that hydrogen gas is supplied to the fuel electrode 13 at a predetermined concentration lower than the explosion limit. When the fuel cell device 1 is operated with the exhaust valve 25 closed, the partial pressure of hydrogen consumed at the fuel electrode 13 is gradually reduced due to the influence of N 2 , O 2, or generated water permeating from the air electrode. Accordingly, the output voltage also decreases, and a stable voltage cannot be obtained.

【００３４】そこで、予め定めれた規則に基づいて弁２
５を解放して水素分圧の低下したガスを排気し、燃料極
１３の雰囲気ガスをリフレッシュする。予め定めれた規
則はメモリ７３に保存されており、弁２５の開閉及び調
圧弁２３の調整は制御装置７０が当該規則をメモり７３
から読み出して実行する。Accordingly, the valve 2 is controlled based on a predetermined rule.
5 is released to exhaust the gas having a reduced hydrogen partial pressure, and the atmosphere gas of the fuel electrode 13 is refreshed. The predetermined rules are stored in the memory 73, and the opening and closing of the valve 25 and the adjustment of the pressure regulating valve 23 are recorded by the controller 70 in the memory 73.
And execute it.

【００３５】この実施例では、電圧計５０で出力電圧を
モニタし、出力電圧が所定の閾値を超えて低下したら所
定の時間（例えば１秒間）弁２５を解放する。あるい
は、弁２５を閉とした状態で燃料電池装置１を運転した
ときに出力電圧が低下し始める時間間隔を予め計測して
おき、その時間間隔と実質的に同一又は若干短い周期で
弁２５を解放するように、弁２５を間欠的に開閉制御す
る。In this embodiment, the output voltage is monitored by the voltmeter 50, and when the output voltage falls below a predetermined threshold, the valve 25 is opened for a predetermined time (for example, one second). Alternatively, a time interval at which the output voltage starts to decrease when the fuel cell device 1 is operated with the valve 25 closed is measured in advance, and the valve 25 is operated at a period substantially equal to or slightly shorter than the time interval. The valve 25 is intermittently opened and closed so as to be released.

【００３６】次ぎに、空気供給系３０の動作について説
明する。外気が空気供給路３１より一定の圧力で空気マ
ニホールド１４へ供給される。一方、排気ガスの一部は
空気排気調圧弁３４の開度に応じて系外へ排出される。Next, the operation of the air supply system 30 will be described. Outside air is supplied from the air supply path 31 to the air manifold 14 at a constant pressure. On the other hand, part of the exhaust gas is discharged out of the system according to the opening degree of the air exhaust pressure regulating valve 34.

【００３７】空気排気調圧弁３４の開度の調節も予め定
められた規則に基づき制御装置７０により制御される。
予め定められた規則はメモリ７３に保存されている。こ
の実施例では、燃料電池本体１０の水分バランスは主と
して後述する水供給系４０により調整されるので、調圧
弁３４の開度は固定しておいても良い。The control of the degree of opening of the air exhaust pressure regulating valve 34 is also controlled by the controller 70 based on a predetermined rule.
The predetermined rules are stored in the memory 73. In this embodiment, since the water balance of the fuel cell main body 10 is adjusted mainly by the water supply system 40 described later, the opening of the pressure regulating valve 34 may be fixed.

【００３８】次ぎに、水供給系４０の動作について説明
する。タンク４２の水がポンプ４６で圧送される。そし
て、噴射圧力調整弁４８でその圧力が調整されてノズル
４１から噴霧される。これにより、水が液体の状態（霧
の状態）で空気極１１に供給されることとなる。Next, the operation of the water supply system 40 will be described. The water in the tank 42 is pumped by the pump 46. Then, the pressure is adjusted by the injection pressure adjusting valve 48 and the fuel is sprayed from the nozzle 41. As a result, the water is supplied to the air electrode 11 in a liquid state (fog state).

【００３９】水の供給量は予め定められた規則に基づき
制御装置７０により制御される。予め定められた規則は
メモリ７３に保存されている。この実施例では、図４に
示すとおり、まず空気極１１−燃料極１３間の出力電圧
がモニタされる（ステップ１）。そして、出力電圧に基
づき最適水噴射量が演算される（ステップ３）。この演
算は所定の方程式を用いるか、若しくは所定のルックア
ップテーブルを準備しておいて（メモリ７３に保存して
おく）、これより求めることができる。通常は、出力電
圧が所定の閾値電圧を超えて小さくなったとき、若しく
は出力電圧の変動幅が所定の閾値を超えたときに、水供
給系４０はその作動を開始する。The supply amount of water is controlled by the controller 70 based on a predetermined rule. The predetermined rules are stored in the memory 73. In this embodiment, as shown in FIG. 4, first, the output voltage between the air electrode 11 and the fuel electrode 13 is monitored (step 1). Then, the optimum water injection amount is calculated based on the output voltage (step 3). For this calculation, a predetermined equation is used, or a predetermined look-up table is prepared (stored in the memory 73), and it can be obtained from this. Normally, the water supply system 40 starts its operation when the output voltage becomes smaller than a predetermined threshold voltage or when the fluctuation range of the output voltage exceeds a predetermined threshold.

【００４０】次ぎに、ステップ５において最適水噴射量
に対応する最適水圧力を演算する。例えば、水噴射量と
水圧力とは図５に示す関係があるので、この関係が方程
式若しくはルックアップテーブルのかたちでメモり７３
に予め保存されている。この実施例では、ポンプ４６を
一定のパワーで運転しておいて循環路４９の調圧弁４８
の開度によりノズル４１の水圧力を調節している。即
ち、調圧弁４８の開度が大きく（小さく）なればノズル
４１の水圧力は小さく（大きく）なる。Next, in step 5, the optimum water pressure corresponding to the optimum water injection amount is calculated. For example, since the water injection amount and the water pressure have a relationship shown in FIG. 5, this relationship is expressed in the form of an equation or a lookup table.
Is stored in advance. In this embodiment, the pump 46 is operated at a constant power, and the pressure regulating valve 48
The water pressure of the nozzle 41 is adjusted by the opening degree. That is, as the opening of the pressure regulating valve 48 increases (decreases), the water pressure of the nozzle 41 decreases (increases).

【００４１】従って、ステップ７では水圧センサ４７に
よりノズル４１にかかる水圧力を検出し、フィードバッ
ク制御によりその水圧力が所望の値（最適水圧力）とな
るように調圧弁４８を調節する（ステップ９）。Therefore, in step 7, the water pressure applied to the nozzle 41 is detected by the water pressure sensor 47, and the pressure control valve 48 is adjusted by feedback control so that the water pressure becomes a desired value (optimal water pressure) (step 9). ).

【００４２】その他、所定の時間経過（例えば５〜１０
秒）ごとに、一定の水圧で水供給系４０を稼働させても
良い。In addition, a predetermined time elapses (for example, 5 to 10
Every second), the water supply system 40 may be operated at a constant water pressure.

【００４３】次ぎに、実施例の燃料電池装置１の起動時
の動作について説明する。図６に示すとおり、スイッチ
（図示せず）がオンとなると（ステップ１１）、ポンプ
４６をオンとする（ステップ１３）。そして、所定の水
噴射量となるように調圧弁４８が調節されてノズル４１
より水が噴射される（ステップ１５）。異常反応から燃
料電池本体１０を守るために空気極１１へ噴射される水
量は図４で説明した最適水噴射量に比べて大きくなる。
所定の水噴射量を得るための制御は図４のステップ５〜
９と同様である。Next, the operation of the fuel cell device 1 of the embodiment at the time of startup will be described. As shown in FIG. 6, when a switch (not shown) is turned on (step 11), the pump 46 is turned on (step 13). Then, the pressure regulating valve 48 is adjusted so as to have a predetermined water injection amount, and the nozzle 41 is adjusted.
More water is injected (step 15). The amount of water injected to the air electrode 11 to protect the fuel cell main body 10 from an abnormal reaction is larger than the optimum water injection amount described with reference to FIG.
The control for obtaining the predetermined water injection amount is performed in steps 5 to 5 in FIG.
Same as 9.

【００４４】その後、空気供給系３０をオンにし（ステ
ップ１７）、引き続いて水素供給系２０をオンにする
（ステップ１９）。空気極１１と燃料極１５との間に所
望の出力電圧が確認されたら、電力を外部に出力する。Thereafter, the air supply system 30 is turned on (step 17), and subsequently, the hydrogen supply system 20 is turned on (step 19). When a desired output voltage is confirmed between the air electrode 11 and the fuel electrode 15, electric power is output to the outside.

【００４５】上記において、空気供給系３０の稼動は水
供給系４０の稼動前であっても良い。また、水素供給系
２０の稼動の後に空気供給系３０を稼動させても良い。
ただし、水素供給系２０を稼動させる前に水供給系４０
を稼動させる必要がある。空気供給系３０の稼動の有無
にかかわらず燃料電池本体１には空気が存在しているの
で、電解質膜１２が乾燥した状態で水素を供給すると、
異常燃焼の発生する可能性がある。かかる異常燃焼によ
り大量の熱が発生すると燃料電池本体１に付設される冷
却手段（図示せず）ではその熱を充分に冷却できない場
合がある。そうすると、触媒や電解質膜１２が熱劣化す
るおそれがある。つまり、この異常熱が発生したとき、
燃料電池本体１がダメージを被らないように、水素を供
給する前に水を噴射して予め空気極１１を濡らしてお
く。こうすることで、異常熱を水の蒸発熱に換え、更に
は電解質膜１２の湿潤を促進して、燃料電池本体１のダ
メージを未然に防止する。In the above, the operation of the air supply system 30 may be performed before the operation of the water supply system 40. Further, the air supply system 30 may be operated after the hydrogen supply system 20 is operated.
However, before operating the hydrogen supply system 20, the water supply system 40
It is necessary to operate. Since air is present in the fuel cell main body 1 regardless of the operation of the air supply system 30, if hydrogen is supplied in a state where the electrolyte membrane 12 is dried,
Abnormal combustion may occur. If a large amount of heat is generated due to such abnormal combustion, the cooling means (not shown) provided to the fuel cell main body 1 may not be able to sufficiently cool the heat. Then, the catalyst and the electrolyte membrane 12 may be thermally degraded. In other words, when this abnormal heat occurs,
In order to prevent the fuel cell body 1 from being damaged, water is injected before the hydrogen is supplied to wet the air electrode 11 in advance. By doing so, the abnormal heat is converted to the heat of evaporation of water, and further, the wetting of the electrolyte membrane 12 is promoted, thereby preventing the fuel cell body 1 from being damaged.

【００４６】図７は水分の供給方法と出力電圧との関係
を示している。出力電圧は燃料電池を起動した１５分後
の値である。横軸は負荷の大きさを表している。図にお
いて、無加湿とは水分を何も供給しない状態であり、燃
料極に供給された水素ガスは、空気極へ送られることな
く、排気される。バブラー加湿とは従来例のように空気
中に水蒸気を供給すると共に当該空気を加熱（６５℃）
する場合である。直噴２ｇ、５ｇ、１０ｇ、２０ｇは本
発明の実施例であり、それぞれ２ｇ／ｍｉｎ・セル、５
ｇ／ｍｉｎ・セル、１０ｇ／ｍｉｎ・セル、２０ｇ／ｍ
ｉｎ・セルの量の水を供給した。なお、バブラー加湿以
外の吸水は常温で行われている。燃料電池装置には２０
０Ｗ級スタックを使用した。FIG. 7 shows the relationship between the method of supplying moisture and the output voltage. The output voltage is a value 15 minutes after the start of the fuel cell. The horizontal axis represents the magnitude of the load. In the figure, the non-humidified state is a state in which no water is supplied, and the hydrogen gas supplied to the fuel electrode is exhausted without being sent to the air electrode. Bubbler humidification is to supply steam to air and heat the air (65 ° C) as in the conventional example.
This is the case. 2 g, 5 g, 10 g, and 20 g of direct injection are examples of the present invention, and 2 g / min.
g / min cell, 10 g / min cell, 20 g / m
An in-cell amount of water was supplied. In addition, water absorption other than bubbler humidification is performed at normal temperature. 20 for fuel cell devices
A 0W class stack was used.

【００４７】図７からわかるとおり、本願発明によれ
ば、供給する水の量が充分（５ｇ／ｍｉｎ・セル以上）
であれば、従来例（加湿器を備えるもの）より若干電圧
が下がるものの、この程度の電圧低下は燃料電池の性能
上無視できる。また、図７の結果から、供給する水の量
は、空気極を流れる空気が蒸発させることができる水の
３０％程度の量でよいことがわかる。As can be seen from FIG. 7, according to the present invention, the amount of supplied water is sufficient (5 g / min · cell or more).
Then, although the voltage is slightly lower than the conventional example (with a humidifier), such a voltage drop can be ignored in the performance of the fuel cell. Further, from the results in FIG. 7, it is understood that the amount of supplied water may be about 30% of the amount of water that can evaporate the air flowing through the air electrode.

【００４８】図８は噴射する水の温度を変化させたとき
の評価を示す。図８からわかるとおり、噴射する水の温
度を上げると燃料電池の出力電圧が向上し、従来例のバ
ブラー加湿とほぼ同程度の性能となる。これより、噴射
する水は加熱しておくことが望ましい。水の温度は４０
〜６０℃とすることが好ましいと考えられる。更に好ま
しくは、４５〜５５℃であると考えられる。更に更に好
ましくは、ほぼ５０℃である。FIG. 8 shows the evaluation when the temperature of the water to be injected is changed. As can be seen from FIG. 8, when the temperature of the water to be injected is increased, the output voltage of the fuel cell is improved, and the performance is almost the same as the conventional bubbler humidification. From this, it is desirable that the water to be sprayed be heated. Water temperature is 40
It is considered preferable that the temperature be set to ６０60 ° C. More preferably, it is considered to be 45 to 55 ° C. Still more preferably, it is approximately 50 ° C.

【００４９】空気極に水を噴射することによる燃料電池
本体に対する冷却効果の確認を行ったので、以下に説明
する。この確認は図９の装置（単電池のスタック数：９
個）を用いた。この確認の実験では冷却板１０３へ４０
℃、６０℃又は８０℃に温度調節した水（以下、「温調
水」という。）を流し、燃料電池本体１００を昇温して
これの発熱状態（発電状態）を擬似的に作成した。そし
て、空気極の表面へ水を噴射したときの燃料電池本体の
温度特性を調べた。The cooling effect on the fuel cell body by injecting water into the air electrode was confirmed, and will be described below. This confirmation was performed using the apparatus shown in FIG.
Pieces). In this confirmation experiment, 40
Water (hereinafter, referred to as “temperature-regulated water”) whose temperature was adjusted to 60 ° C., 60 ° C., or 80 ° C. was flowed, and the temperature of the fuel cell main body 100 was raised to generate a pseudo heat generation state (power generation state). Then, the temperature characteristics of the fuel cell main body when water was injected to the surface of the air electrode were examined.

【００５０】表１（図１１参照）に試験の条件及び結果
を示す。試験１〜４では温調水を４０℃に設定し、即ち
作動温度が４０℃の燃料電池本体を擬似的に作成し、水
直噴量を変えてそれぞれの試験を行った。試験５〜８で
は温調水を６０℃に設定し、即ち作動温度が６０℃の燃
料電池本体を擬似的に作成し、水直噴量を変えてそれぞ
れの試験を行った。試験９〜１２では温調水を８０℃に
設定し、即ち作動温度が８０℃の燃料電池本体を擬似的
に作成し、水直噴量を変えてそれぞれの試験を行った。Table 1 (see FIG. 11) shows the test conditions and results. In Tests 1 to 4, the temperature control water was set to 40 ° C., that is, a fuel cell body having an operating temperature of 40 ° C. was simulated, and each test was performed by changing the water direct injection amount. In Tests 5 to 8, the temperature control water was set to 60 ° C., that is, a fuel cell body having an operating temperature of 60 ° C. was simulated, and each test was performed by changing the water direct injection amount. In Tests 9 to 12, the temperature control water was set to 80 ° C., that is, a fuel cell body having an operating temperature of 80 ° C. was simulated, and each test was performed by changing the water direct injection amount.

【００５１】図１２は表１の結果を処理して得られたデ
ータであり、燃料電池本体の温度と外気の温度との差と
自然放熱量との関係を示す。具体的には、試験１、試験
５及び試験９のＦ／Ｃ入口温調水温度とＦ／Ｃ出口温調
水温度との差から図１２のデータを求めた。図１２の結
果は冷却手段がないときに燃料電池本体が自然に冷却さ
れる量を表している。図１２からわかるように、この試
験で用いた燃料電池本体では、自然に放熱する熱量は１
セル（単電池）当たり５ｗ程度が上限となることがわか
る。また、外気温度と燃料電池本体の動作温度との差が
小さくなるにつれ自然放熱量も小さくなると考えられ
る。FIG. 12 shows data obtained by processing the results shown in Table 1, and shows the relationship between the difference between the temperature of the fuel cell body and the temperature of the outside air and the amount of natural heat radiation. Specifically, the data in FIG. 12 was obtained from the difference between the F / C inlet temperature adjusted water temperature and the F / C outlet temperature adjusted water temperature in Tests 1, 5 and 9. The results in FIG. 12 show the amount by which the fuel cell body is naturally cooled when there is no cooling means. As can be seen from FIG. 12, in the fuel cell body used in this test, the amount of heat radiated naturally is one.
It can be seen that the upper limit is about 5 watts per cell (cell). In addition, it is considered that as the difference between the outside air temperature and the operating temperature of the fuel cell body becomes smaller, the natural heat radiation becomes smaller.

【００５２】図１３は表１の結果を処理して得られたデ
ータであり、直噴水量の変化と冷却量の変化の関係を示
す。図１３より、直噴水量が増えても大きな冷却量の変
化は見られないが、空気排気温度が高い方が直噴水によ
る冷却量が高くなっているのが確認できる。FIG. 13 shows data obtained by processing the results shown in Table 1, and shows the relationship between the change in the amount of direct injection and the change in the amount of cooling. FIG. 13 does not show a large change in the cooling amount even when the direct injection water amount increases, but it can be confirmed that the higher the air exhaust temperature, the higher the cooling amount by the direct injection water.

【００５３】図１４は表１の結果を処理して得られたデ
ータであり、直噴水量の変化と顕熱による冷却量の変化
を示す。ここで顕熱とは直噴された水（２６℃）が液体
のままで各空気排気温度（図中３３℃、４６℃）まで上
昇したときの熱量の温度上昇分をいう。換言すれば、直
噴された水が、何ら蒸発することなく、燃料電池本体か
ら奪う熱量が顕熱である。図１４より、直噴水量が増え
ても、顕熱による大きな冷却量の変化は見られないが、
空気排気温度が高くなるにつれ直噴水の顕熱による冷却
量が大きくなることが確認できる。FIG. 14 shows data obtained by processing the results shown in Table 1, and shows a change in the amount of direct fountain and a change in the amount of cooling due to sensible heat. Here, the sensible heat means a temperature rise of the calorific value when the directly injected water (26 ° C.) rises to each air exhaust temperature (33 ° C., 46 ° C. in the drawing) as a liquid. In other words, the amount of heat taken from the fuel cell body without direct evaporation of water evaporates at all is sensible heat. From FIG. 14, although the amount of direct fountain increases, no significant change in cooling amount due to sensible heat is observed.
It can be confirmed that the cooling amount by the sensible heat of the direct fountain increases as the air exhaust temperature increases.

【００５４】図１５は表１の結果を処理して得られたデ
ータであり、直噴水量の変化と潜熱による冷却量の変化
を示す。ここで潜熱とは直噴された水が蒸発するときに
燃料電池本体から奪う熱量である。図１５より、直噴水
量が増えても、潜熱による大きな冷却量の変化は見られ
ないが、空気排気温度が高くなるにつれ直噴水の潜熱に
よる冷却量が大きくなることが確認できる。FIG. 15 shows data obtained by processing the results of Table 1, and shows the change in the amount of direct fountain and the change in the amount of cooling due to latent heat. Here, the latent heat is the amount of heat taken from the fuel cell body when the directly injected water evaporates. From FIG. 15, it can be confirmed that even when the amount of direct injection water increases, a large change in cooling amount due to latent heat is not observed, but the cooling amount due to latent heat of direct injection water increases as the air exhaust temperature increases.

【００５５】図１６は表１の結果を処理して得られたデ
ータであり、空気排気温度の変化と直噴水の潜熱による
冷却量の変化を示す。図中の鎖線は燃料電池本体の単位
面積（ｃｍ2）当たりの最大発熱量を示す。空気排気温
度が３３〜４６℃における冷却量の範囲（図中、実線で
示す）は、最大発熱量より低いレベルにある。図１６よ
り、空気排気温度が高くなれば、潜熱による冷却量も高
くなることがわかる。従って、空気排気温度（＝燃料電
池本体の作動温度）が５０℃以上となるように燃料電池
本体を作動させれば、直噴水の潜熱により充分な冷却が
行えることとなる。即ち、直噴水の潜熱による冷却能力
が燃料電池本体の最大発熱量を上回る。従って、従来必
要とされていた冷却板（図９参照）を省略できる。よっ
て、燃料電池本体ひいては燃料電池装置の高効率化及び
軽量化を図ることができる。FIG. 16 shows data obtained by processing the results shown in Table 1, and shows a change in the air exhaust temperature and a change in the cooling amount due to the latent heat of the direct injection water. The chain line in the figure indicates the maximum heat generation per unit area (cm 2 ) of the fuel cell body. The range of the cooling amount when the air exhaust temperature is 33 to 46 ° C. (shown by a solid line in the drawing) is at a level lower than the maximum heat generation amount. FIG. 16 shows that the higher the air exhaust temperature, the higher the amount of cooling by latent heat. Therefore, if the fuel cell main body is operated so that the air exhaust temperature (= operating temperature of the fuel cell main body) becomes 50 ° C. or higher, sufficient cooling can be performed by the latent heat of the direct jet water. That is, the cooling capacity by the latent heat of the direct fountain exceeds the maximum heat value of the fuel cell body. Therefore, the cooling plate (see FIG. 9) which has been conventionally required can be omitted. Therefore, the efficiency and weight of the fuel cell main body, and hence the fuel cell device, can be increased.

【００５６】[0056]

【発明の効果】以上説明したように、この発明の燃料電
池装置よれば、空気極の表面に供給された水が優先的に
空気から潜熱を奪うので、空気極側の電解質膜から水分
の蒸発することが防止される。従って、電解質膜はその
空気極側で乾燥することなく、常に均一な湿潤状態を維
持する。また、空気極の表面に供給された水は空気極自
体からも熱を奪いこれを冷却するので、これにより燃料
電池本体の温度を制御できる。即ち、燃料電池本体へ冷
却板を付加しなくても当該燃料電池本体を充分に冷却す
ることができる。つまり、この発明燃料電池装置によれ
ば、部品点数を少なくできるのでその構成がシンプルと
なる。もって、燃料電池装置を低い製造コストで提供で
きるばかりでなく、その性能及び／又は耐久性が向上す
る。As described above, according to the fuel cell device of the present invention, the water supplied to the surface of the air electrode preferentially removes latent heat from the air, so that the evaporation of water from the electrolyte membrane on the air electrode side is performed. Is prevented. Therefore, the electrolyte membrane always maintains a uniform wet state without drying on the air electrode side. Further, the water supplied to the surface of the air electrode also removes heat from the air electrode itself and cools it, so that the temperature of the fuel cell body can be controlled. That is, the fuel cell body can be sufficiently cooled without adding a cooling plate to the fuel cell body. That is, according to the fuel cell device of the present invention, the number of parts can be reduced, and the configuration is simplified. Thus, not only can the fuel cell device be provided at low manufacturing cost, but also its performance and / or durability can be improved.

【００５７】この発明は、上記発明の実施の形態及び実
施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の
範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲
で種々の変形態様もこの発明に含まれる。The present invention is not at all limited to the description of the above-described embodiments and examples. Various modifications are included in the present invention without departing from the scope of the claims and within the scope of those skilled in the art.

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

【図１】この発明の実施例の燃料電池装置の構成を示す
模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell device according to an embodiment of the present invention.

【図２】同じく燃料電池本体の基本構成を示す断面図で
ある。FIG. 2 is a sectional view showing a basic configuration of the fuel cell body.

【図３】同じく燃料電池装置の制御系を示す模式図であ
る。FIG. 3 is a schematic diagram showing a control system of the fuel cell device.

【図４】同じく水供給系の動作を示すフローチャートで
ある。FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the water supply system.

【図５】同じく水噴射量と水圧力の関係を示すグラフ図
である。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the water injection amount and the water pressure.

【図６】同じく起動時の制御を示すフローチャートであ
る。FIG. 6 is a flowchart showing control at the time of activation.

【図７】水の供給の態様と出力電圧との関係を示すグラ
フ図である。FIG. 7 is a graph showing a relationship between a water supply mode and an output voltage.

【図８】温度を変化させたときの水の供給の態様と出力
電圧との関係を示すグラフ図である。FIG. 8 is a graph showing the relationship between the mode of water supply and the output voltage when the temperature is changed.

【図９】従来の燃料電池スタックを示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing a conventional fuel cell stack.

【図１０】本発明の燃料電池スタックを示す模式図であ
る。FIG. 10 is a schematic diagram showing a fuel cell stack of the present invention.

【図１１】本発明の試験例の条件と結果を示す表図であ
る。FIG. 11 is a table showing conditions and results of a test example of the present invention.

【図１２】本発明の試験例の燃料電池本体の温度と外気
の温度との差と自然放熱量との関係を示すグラフ図であ
る。FIG. 12 is a graph showing the relationship between the difference between the temperature of the fuel cell main body and the temperature of the outside air and the amount of natural heat radiation in the test example of the present invention.

【図１３】同じく直噴水量の変化と冷却量の変化の関係
を示すグラフ図である。FIG. 13 is a graph showing the relationship between a change in the amount of direct fountain and a change in the amount of cooling.

【図１４】同じく直噴水量の変化と顕熱による冷却量の
変化を示すグラフ図である。FIG. 14 is a graph showing a change in the amount of direct fountain and a change in the amount of cooling due to sensible heat.

【図１５】同じく直噴水量の変化と潜熱による冷却量の
変化を示すグラフ図である。FIG. 15 is a graph showing a change in the amount of direct fountain and a change in the amount of cooling due to latent heat.

【図１６】同じく空気排気温度の変化と直噴水の潜熱に
よる冷却量の変化を示すグラフ図である。FIG. 16 is a graph showing a change in the air discharge temperature and a change in the cooling amount due to the latent heat of the direct fountain.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 燃料電池装置 １０ 燃料電池本体 １１ 空気極 １２ 電解質膜 １３ 燃料極 ２０ 水素供給系 ３０ 空気供給系 ４０ 水供給系 ４１ ノズル ５０ 電圧計 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell device 10 Fuel cell main body 11 Air electrode 12 Electrolyte membrane 13 Fuel electrode 20 Hydrogen supply system 30 Air supply system 40 Water supply system 41 Nozzle 50 Voltmeter

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成１０年１２月１６日[Submission date] December 16, 1998

【手続補正１】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

【手続補正２】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】００５７[Correction target item name] 0057

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【００５７】この発明は、上記発明の実施の形態及び実
施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の
範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲
で種々の変形態様もこの発明に含まれる。以下、次の事
項を開示する。 （１） 燃料極と空気極とを有する燃料電池装置におい
て、前記空気極の表面に水が液体の状態で供給される、
ことを特徴とする燃料電池装置。 （２） 燃料極、電解質膜及び空気極とを有し、燃料ガ
スと空気との燃焼により生成した反応水により前記電解
質膜の湿潤が専ら維持される燃料電池装置において、前
記空気極の表面に水が液体の状態で供給される、ことを
特徴とする燃料電池装置。 （３） 前記空気極に供給される水は霧状である、こと
を特徴とする（１）又は（２）に記載の燃料電池装置。 （４） 前記水は間欠的に供給される、ことを特徴とす
る（１）、（２）又は（３）に記載の燃料電池装置。 （５） アノード、電解質膜及びカソードを備えてなる
燃料電池本体と、前記アノードへ燃料ガスを含んだガス
を供給する第１のガス路と、前記カソードへ酸素を含ん
だガスを供給する第２のガス路と、前記カソードへ霧状
の水を供給するノズルと、を備えてなる燃料電池装置。 （６） 前記ノズルから間欠的に水を噴出させる手段が
更に備えられている、ことを特徴とする（５）に記載の
燃料電池装置。 （７） 前記アノードと前記カソードとの間の出力を検
出する手段と、該検出手段の検出結果に基づき、前記ノ
ズルから噴出させる水の量を制御する水量制御手段と、
が更に備えられることを特徴とする（５）に記載の燃料
電池装置。 （８） 燃料極、電解質膜及び空気極を有する燃料電池
装置であって、前記燃料電池装置が起動されるとき、前
記燃料極へ燃料ガスが供給される前に前記空気極へ水が
液体の状態で供給される、ことを特徴とする燃料電池装
置。 （９） 電池反応による生成した生成水と、排ガス中の
燃料ガス成分を空気極に導入して当該燃料ガス成分と空
気との燃焼により生成した回収水とが電解質膜へ供給さ
れる構成の燃料電池装置において、前記電解質膜の湿潤
状態を維持する方法であって、前記空気極の表面に水を
液体の状態で供給する、ことを特徴とする燃料電池装置
の電解質膜の湿潤状態維持方法。 （１０） 燃料極、電解質膜及び空気極を有する燃料電
池装置において、前記電解質膜において前記空気極側の
表面の水よりも優先的に当該空気極周辺の空気から潜熱
を奪うことができる熱キャリヤが前記空気極の上流側で
空気路に供給される、ことを特徴とする燃料電池装置。 （１１） 前記熱キャリアは霧状の水である、ことを特
徴とする（１０）に記載の燃料電池装置。 （１２） 燃料極、電解質膜及び空気極を有する燃料電
池装置であって、前記燃料電池装置が起動されたとき、
前記燃料極へ燃料ガスが供給される前に、前記電解質膜
を湿潤状態にしておく手段が備えられている、ことを特
徴とする燃料電池装置。 （１３） 燃料極、電解質膜及び空気極を備えてなる燃
料電池本体と、該本体を実質的に冷却する冷却媒体を前
記空気極の表面に供給する冷却手段と、を備えてなる燃
料電池装置。 （１４） 前記冷却媒体が水である、ことを特徴とする
（１３）に記載の燃料電池装置。 （１５） 燃料極、電解質膜及び空気極を備えてなる燃
料電池本体を冷却する方法であって、冷却媒体を前記空
気極の表面に供給する、ことを特徴とする燃料電池装置
本体の冷却方法。 （１６） 空気極の表面へ該空気極を冷却するための水
が供給される、ことを特徴とする燃料電池装置。The present invention is not at all limited to the description of the above-described embodiments and examples. Various modifications are included in the present invention without departing from the scope of the claims and within the scope of those skilled in the art. Hereinafter, the following matters will be disclosed. (1) In a fuel cell device having a fuel electrode and an air electrode, water is supplied to the surface of the air electrode in a liquid state.
A fuel cell device characterized by the above-mentioned. (2) In a fuel cell device having a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode, wherein the wetness of the electrolyte membrane is exclusively maintained by reaction water generated by combustion of fuel gas and air, the surface of the air electrode A fuel cell device, wherein water is supplied in a liquid state. (3) The fuel cell device according to (1) or (2), wherein the water supplied to the air electrode is atomized. (4) The fuel cell device according to (1), (2) or (3), wherein the water is supplied intermittently. (5) A fuel cell main body including an anode, an electrolyte membrane, and a cathode, a first gas path for supplying a gas containing a fuel gas to the anode, and a second gas path for supplying a gas containing oxygen to the cathode. And a nozzle for supplying atomized water to the cathode. (6) The fuel cell device according to (5), further comprising means for intermittently ejecting water from the nozzle. (7) means for detecting an output between the anode and the cathode; water amount control means for controlling an amount of water jetted from the nozzle based on a detection result of the detection means;
The fuel cell device according to (5), further comprising: (8) A fuel cell device having a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode, wherein when the fuel cell device is started, water is supplied to the air electrode before fuel gas is supplied to the fuel electrode. A fuel cell device supplied in a state. (9) A fuel having a configuration in which water generated by a battery reaction and recovered water generated by combustion of the fuel gas component and air by introducing a fuel gas component in exhaust gas to an air electrode are supplied to an electrolyte membrane. In the battery device, a method for maintaining the electrolyte membrane in a wet state, wherein water is supplied to the surface of the air electrode in a liquid state, the method comprising maintaining the electrolyte membrane in the fuel cell apparatus in a wet state. (10) In a fuel cell device having a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode, a heat carrier capable of removing latent heat from air around the air electrode in the electrolyte membrane with priority over water on the surface on the air electrode side. Is supplied to an air passage upstream of the air electrode. (11) The fuel cell device according to (10), wherein the heat carrier is atomized water. (12) A fuel cell device having a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode, wherein when the fuel cell device is started,
Means for keeping the electrolyte membrane wet before fuel gas is supplied to the fuel electrode. (13) A fuel cell device comprising: a fuel cell main body including a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode; and cooling means for supplying a cooling medium for substantially cooling the main body to the surface of the air electrode. . (14) The fuel cell device according to (13), wherein the cooling medium is water. (15) A method for cooling a fuel cell main body including a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode, wherein a cooling medium is supplied to a surface of the air electrode. . (16) A fuel cell device, wherein water for cooling the air electrode is supplied to the surface of the air electrode.

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】燃料極と空気極とを有する燃料電池装置に
おいて、前記空気極の表面に水が液体の状態で供給され
る、ことを特徴とする燃料電池装置。1. A fuel cell device having a fuel electrode and an air electrode, wherein water is supplied in a liquid state to the surface of the air electrode. 【請求項２】燃料極、電解質膜及び空気極とを有し、燃
料ガスと空気との燃焼により生成した反応水により前記
電解質膜の湿潤が専ら維持される燃料電池装置におい
て、 前記空気極の表面に水が液体の状態で供給される、こと
を特徴とする燃料電池装置。2. A fuel cell device comprising a fuel electrode, an electrolyte membrane and an air electrode, wherein the reaction water generated by combustion of fuel gas and air keeps the electrolyte membrane wet only. A fuel cell device, wherein water is supplied to the surface in a liquid state. 【請求項３】前記空気極に供給される水は霧状である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池装
置。3. The water supplied to the air electrode is in a mist state.
3. The fuel cell device according to claim 1, wherein: 【請求項４】前記水は間欠的に供給される、ことを特徴
とする請求項１、２又は３に記載の燃料電池装置。4. The fuel cell device according to claim 1, wherein the water is supplied intermittently. 【請求項５】アノード、電解質膜及びカソードを備えて
なる燃料電池本体と、 前記アノードへ燃料ガスを含んだガスを供給する第１の
ガス路と、 前記カソードへ酸素を含んだガスを供給する第２のガス
路と、 前記カソードへ霧状の水を供給するノズルと、 を備えてなる燃料電池装置。5. A fuel cell main body comprising an anode, an electrolyte membrane, and a cathode; a first gas passage for supplying a gas containing a fuel gas to the anode; and a gas containing oxygen to the cathode. A fuel cell device comprising: a second gas passage; and a nozzle for supplying atomized water to the cathode. 【請求項６】前記ノズルから間欠的に水を噴出させる手
段が更に備えられている、ことを特徴とする請求項５に
記載の燃料電池装置。6. The fuel cell device according to claim 5, further comprising means for intermittently ejecting water from said nozzle. 【請求項７】前記アノードと前記カソードとの間の出力
を検出する手段と、 該検出手段の検出結果に基づき、前記ノズルから噴出さ
せる水の量を制御する水量制御手段と、が更に備えられ
ることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池装置。7. An apparatus according to claim 1, further comprising: means for detecting an output between said anode and said cathode; and water amount control means for controlling an amount of water jetted from said nozzle based on a detection result of said detection means. The fuel cell device according to claim 5, wherein: 【請求項８】燃料極、電解質膜及び空気極を有する燃料
電池装置であって、 前記燃料電池装置が起動されるとき、前記燃料極へ燃料
ガスが供給される前に前記空気極へ水が液体の状態で供
給される、ことを特徴とする燃料電池装置。8. A fuel cell device having a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode, wherein when the fuel cell device is started, water is supplied to the air electrode before fuel gas is supplied to the fuel electrode. A fuel cell device supplied in a liquid state. 【請求項９】電池反応による生成した生成水と、排ガス
中の燃料ガス成分を空気極に導入して当該燃料ガス成分
と空気との燃焼により生成した回収水とが電解質膜へ供
給される構成の燃料電池装置において、前記電解質膜の
湿潤状態を維持する方法であって、 前記空気極の表面に水を液体の状態で供給する、ことを
特徴とする燃料電池装置の電解質膜の湿潤状態維持方
法。9. A structure in which water generated by a battery reaction and recovered water generated by combustion of the fuel gas component and air by introducing a fuel gas component in exhaust gas to an air electrode are supplied to an electrolyte membrane. The method of maintaining a wet state of the electrolyte membrane in the fuel cell device according to (1), wherein water is supplied in a liquid state to the surface of the air electrode, wherein the wet state of the electrolyte membrane of the fuel cell apparatus is maintained. Method. 【請求項１０】燃料極、電解質膜及び空気極を有する燃
料電池装置において、前記電解質膜において前記空気極
側の表面の水よりも優先的に当該空気極周辺の空気から
潜熱を奪うことができる熱キャリヤが前記空気極の上流
側で空気路に供給される、ことを特徴とする燃料電池装
置。10. In a fuel cell device having a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode, latent heat can be removed from air around the air electrode in the electrolyte membrane with priority over water on the surface on the air electrode side. A fuel cell device, wherein a heat carrier is supplied to an air passage upstream of the air electrode. 【請求項１１】前記熱キャリアは霧状の水である、こと
を特徴とする請求項１０に記載の燃料電池装置。11. The fuel cell device according to claim 10, wherein said heat carrier is atomized water. 【請求項１２】燃料極、電解質膜及び空気極を有する燃
料電池装置であって、 前記燃料電池装置が起動されたとき、前記燃料極へ燃料
ガスが供給される前に、前記電解質膜を湿潤状態にして
おく手段が備えられている、ことを特徴とする燃料電池
装置。12. A fuel cell device having a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode, wherein when the fuel cell device is started, before the fuel gas is supplied to the fuel electrode, the electrolyte membrane is wetted. A fuel cell device, comprising: means for keeping a state. 【請求項１３】燃料極、電解質膜及び空気極を備えてな
る燃料電池本体と、 該本体を実質的に冷却する冷却媒体を前記空気極の表面
に供給する冷却手段と、を備えてなる燃料電池装置。13. A fuel comprising: a fuel cell main body including a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode; and cooling means for supplying a cooling medium for substantially cooling the main body to the surface of the air electrode. Battery device. 【請求項１４】前記冷却媒体が水である、ことを特徴と
する請求項１３に記載の燃料電池装置。14. The fuel cell device according to claim 13, wherein said cooling medium is water. 【請求項１５】燃料極、電解質膜及び空気極を備えてな
る燃料電池本体を冷却する方法であって、冷却媒体を前
記空気極の表面に供給する、ことを特徴とする燃料電池
装置本体の冷却方法。15. A method for cooling a fuel cell body comprising a fuel electrode, an electrolyte membrane and an air electrode, wherein a cooling medium is supplied to the surface of the air electrode. Cooling method. 【請求項１６】空気極の表面へ該空気極を冷却するため
の水が供給される、ことを特徴とする燃料電池装置。16. A fuel cell device, wherein water for cooling the air electrode is supplied to the surface of the air electrode.
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