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JP2001023662A - Humidifier member, solid polymer electrolyte fuel cell with this humidifier member, and fuel cell system - Google Patents

Humidifier member, solid polymer electrolyte fuel cell with this humidifier member, and fuel cell system

Info

Publication number
JP2001023662A
JP2001023662A JP11196559A JP19655999A JP2001023662A JP 2001023662 A JP2001023662 A JP 2001023662A JP 11196559 A JP11196559 A JP 11196559A JP 19655999 A JP19655999 A JP 19655999A JP 2001023662 A JP2001023662 A JP 2001023662A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
humidifying
plate
polymer electrolyte
solid polymer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11196559A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Kabasawa
明裕 樺澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP11196559A priority Critical patent/JP2001023662A/en
Publication of JP2001023662A publication Critical patent/JP2001023662A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily remove impurities in reaction gas and humidifying water, prevent drop in cell characteristics, omit an impurity removing device, and make a fuel cell system compact. SOLUTION: This humidifier member is constituted by stacking one or several numbers of a stack comprising a water permeable membrane 7 and a pair of porous supporters 8 for interposing the water permeable membrane; and a humidifying plate 1 comprising a pair of humidifying plate separators 9, 10 installed on the opposite sides of the stack, a pair of humidifying plate separators 9, 10 is composed of the humidifying plate separator 9 having a gas flow plate 11 and the humidifying plate separator 10 having a humidifying water flow plate 13, and activated carbon is contained in at least one of a pair of porous supporters 8, the gas flow plate 11, and the humidifying water flow plate 13.

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、加湿器部材と積層
燃料電池部材とが一体化した固体高分子電解質型燃料電
池および該燃料電池を備えた燃料電池システムに関して
いる。特に、加湿した反応ガス中および加湿水中の不純
物が除去されるように改良された加湿板の多孔質支持体
および加湿板用セパレータを有する固体高分子電解質型
燃料電池および燃料電池システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell in which a humidifier member and a laminated fuel cell member are integrated, and a fuel cell system provided with the fuel cell. In particular, the present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell and a fuel cell system having a porous support of a humidifier and a separator for a humidifier improved to remove impurities in the humidified reaction gas and the humidified water.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体高分子電解質型燃料電池(PEF
C:Polymer Electrolyte Fuel Cell)は電解質に高分
子膜を用いる燃料電池であり、出力密度が高く、電池寿
命が長いなどの特徴を有する。
2. Description of the Related Art Solid polymer electrolyte fuel cells (PEF)
C (Polymer Electrolyte Fuel Cell) is a fuel cell using a polymer membrane as an electrolyte, and has features such as high output density and long battery life.

【0003】この固体高分子型燃料電池を構成する一般
的な電池単セルの構造を図4に示す。一般的な電池単セ
ルは、固体高分子電解質体からなる電解質膜18と、該
電解質を挟持する一対の電極19と、該電極19と電解
質膜18との積層体を挟持する一対の集電体20と、こ
の集電体20の外面に設けられた電池用セパレータ21
とを備える。ここで、該電池用セパレータは、集電体と
接触する面にガス流通溝22が形成されている。このガ
ス流通溝22を、反応ガスが通る。また、電池用セパレ
ータの他面、つまり集電体と接触してない面には、冷却
水流通溝23が形成されている。この冷却水流通溝23
に、電極での発電により発熱した部材を冷却するための
冷却水を通す。
FIG. 4 shows a structure of a general cell unit cell constituting this polymer electrolyte fuel cell. A general battery unit cell includes an electrolyte membrane 18 made of a solid polymer electrolyte, a pair of electrodes 19 sandwiching the electrolyte, and a pair of current collectors sandwiching a laminate of the electrode 19 and the electrolyte membrane 18. 20 and a battery separator 21 provided on the outer surface of the current collector 20.
And Here, in the battery separator, a gas flow groove 22 is formed on a surface in contact with the current collector. The reaction gas passes through the gas flow groove 22. Further, a cooling water circulation groove 23 is formed on the other surface of the battery separator, that is, the surface that is not in contact with the current collector. This cooling water flow groove 23
Then, cooling water for cooling a member heated by power generation at the electrode is passed through.

【0004】固体高分子電解質型燃料電池に用いられて
いる固体高分子電解質体18は、湿潤状態にて高いイオ
ン伝導性を示す。そのため、反応ガスを水で加湿して用
いることで高い電池特性が得られる。
A solid polymer electrolyte body 18 used in a solid polymer electrolyte fuel cell has high ionic conductivity in a wet state. Therefore, high battery characteristics can be obtained by humidifying the reaction gas with water.

【0005】反応ガスを加湿するための手段として、従
来から加湿板を一個または複数個積層した加湿器などを
用いる方法を採用している。そのような加湿板の一例を
図6に示す。従来用いられている加湿板は、水透過膜7
を、多孔質支持体24を介して加湿板用セパレータ25
および加湿板用セパレータ26で挟持している。この加
湿板用セパレータ25は、多孔質支持体24と対向する
面にガス流通溝12が形成されている。一方、加湿板用
セパレータ26は、多孔質支持体24と対向する面に加
湿水流通溝14が形成されている。加湿水流通溝14を
流れる加湿水は、水透過膜7を通過してガス流通溝12
を流れている反応ガスと接触することで、反応ガスを加
湿する。
As a means for humidifying the reaction gas, a method using a humidifier in which one or a plurality of humidifying plates are laminated has conventionally been adopted. One example of such a humidifying plate is shown in FIG. A conventionally used humidifying plate is a water-permeable membrane 7
With a humidifying plate separator 25 via a porous support 24.
And a humidifying plate separator 26. The gas flow groove 12 is formed on the surface of the humidifying plate separator 25 facing the porous support 24. On the other hand, the humidifying plate separator 26 has the humidifying water circulation groove 14 formed on the surface facing the porous support 24. The humidification water flowing through the humidification water flow grooves 14 passes through the water permeable membrane 7 and passes through the gas flow grooves 12.
The reaction gas is humidified by contact with the reaction gas flowing through the gas.

【0006】このような加湿器と上述した電池積層体と
を一体化させた固体高分子電解質型燃料電池は、例えば
特開平9−35737号公報および特開平9−9230
9号公報に開示されている。特開平9−35737号公
報には、複数個の電池単セルと、電池単セルで発生した
熱を除去する熱媒が流れる複数の熱交換体とが積層され
た積層体の両側に、反応ガスを加湿するための加湿器を
有した燃料電池が開示されている。また、特開平9−9
2309号公報には各単セルにそれぞれ隣接して加湿部
を設け、多孔質支持体と水透過膜を通してセパレータの
ガス流通部に流通されるガスを加湿する手段を有する燃
料電池が開示されている。
A polymer electrolyte fuel cell in which such a humidifier is integrated with the above-described cell stack is disclosed in, for example, JP-A-9-35737 and JP-A-9-9230.
No. 9 discloses this. Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-35737 discloses that a reaction gas is provided on both sides of a stacked body in which a plurality of battery cells and a plurality of heat exchangers through which a heat medium for removing heat generated in the battery cells flows are stacked. There is disclosed a fuel cell having a humidifier for humidifying air. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-9 / 1997
No. 2309 discloses a fuel cell having a humidifying section provided adjacent to each single cell, and having means for humidifying a gas flowing through a porous support and a water permeable membrane to a gas flowing section of a separator. .

【0007】しかし、従来の燃料電池は、一般に電池反
応に用いられる反応ガスに含まれる不純物による電池特
性の低下が知られている。すなわち、アノードガスの不
純物としては、水素中に含まれる二酸化炭素ガス、一酸
化炭素ガス、メタンガスなどがある。カソードガスとし
ては空気が用いられることが通常であり、カソードガス
の不純物としては、二酸化炭素ガス、一酸化炭素ガス、
窒素酸化物、硫黄酸化物などがある。また、加湿水中に
も、有機物などの不純物が混在している。これらは、燃
料電池内の触媒に吸着し、電極反応を阻害するため、電
池特性を低下させる。
[0007] However, it is known that the conventional fuel cell generally deteriorates in cell characteristics due to impurities contained in a reaction gas used for cell reaction. That is, as impurities of the anode gas, there are carbon dioxide gas, carbon monoxide gas, methane gas and the like contained in hydrogen. Air is usually used as the cathode gas, and carbon dioxide gas, carbon monoxide gas,
Examples include nitrogen oxides and sulfur oxides. In addition, impurities such as organic substances are mixed in the humidified water. These are adsorbed by the catalyst in the fuel cell and hinder the electrode reaction, thereby deteriorating the cell characteristics.

【0008】そこで、反応ガスおよび加湿水を燃料電池
に供給する前に、前述したような不純物を除去すること
が必要であった。つまり、図7に示す従来の燃料電池シ
ステムのように、燃料電池に反応ガスおよび加湿水が導
入される前に上記不純物を除去するために、反応ガス流
通経路途中、および加湿水流通経路途中に不純物除去器
を設置する必要があった。この不純物除去器は、不純物
を吸着する活性炭粒子が充填された構造をしており、そ
こを反応ガスおよび加湿水が流通する際に、不純物が吸
着されて除去される。
Therefore, it is necessary to remove the above-mentioned impurities before supplying the reaction gas and the humidified water to the fuel cell. That is, as in the conventional fuel cell system shown in FIG. 7, in order to remove the impurities before the reaction gas and the humidifying water are introduced into the fuel cell, the reaction gas and the humidifying water are required to be removed in the course of the reaction gas and the humidifying water. It was necessary to install an impurity remover. This impurity remover has a structure filled with activated carbon particles that adsorb the impurities, and when the reaction gas and the humidified water flow therethrough, the impurities are adsorbed and removed.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の燃料電
池システムは上記のような構成であることから、燃料電
池システムが複雑化し、コストがかかる。そこで、より
簡単な構造で、コストのかからない燃料電池システムが
求められている。本発明は、上記加湿器に反応ガスおよ
び加湿水の不純物除去機能を設け、反応ガス中および加
湿水中の不純物を除去することにより電池特性の低下を
防止することができ、さらに燃料電池システムの不純物
除去器を省略でき燃料電池システムをコンパクトにする
ことが可能な固体高分子電解質型燃料電池を提供するこ
とを目的とする。
However, since the conventional fuel cell system has the above configuration, the fuel cell system becomes complicated and costly. Therefore, a fuel cell system with a simpler structure and less cost is required. The present invention provides the humidifier with a function of removing impurities in the reaction gas and the humidifying water, and can prevent a decrease in cell characteristics by removing impurities in the reaction gas and the humidifying water. It is an object of the present invention to provide a solid polymer electrolyte fuel cell in which a remover can be omitted and the fuel cell system can be made compact.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に基づく加湿器部材は、水透過膜および該水
透過膜を挟持する一対の多孔質支持体からなる積層体
と、該積層体の両面に設けられた一対の加湿板用セパレ
ータとからなる加湿板を一個または複数個積層して構成
される加湿器部材であって、該一対の加湿板用セパレー
タは、ガス流通板を有する加湿板用セパレータと、加湿
水流通板を有する加湿板用セパレータとから構成され、
該一対の多孔質支持体、該ガス流通板、および該加湿水
流通板の少なくとも一つに活性炭を含有させる。
In order to solve the above problems, a humidifier member according to the present invention comprises a laminate comprising a water permeable membrane and a pair of porous supports sandwiching the water permeable membrane. A humidifier member configured by laminating one or a plurality of humidifying plates composed of a pair of humidifying plate separators provided on both surfaces of the laminate, wherein the pair of humidifying plate separators is a gas flow plate. A humidifying plate separator having a humidifying plate separator having a humidifying water flow plate,
At least one of the pair of porous supports, the gas flow plate, and the humidified water flow plate contains activated carbon.

【0011】また、本発明の固体高分子電解質型燃料電
池は、前述の加湿器部材と、積層燃料電池部材とを一体
化してなる。
Further, the solid polymer electrolyte fuel cell of the present invention is obtained by integrating the above-mentioned humidifier member and the laminated fuel cell member.

【0012】ここで、前述の積層燃料電池部材が、固体
高分子電解質体および該固体高分子電解質体を挟持する
一対の電極からなる積層体と、該積層体の両面に設けら
れた一対の電池用セパレータとからなる電池単セルを複
数個積層して構成されることが好ましい。
Here, the above-mentioned laminated fuel cell member is composed of a laminated body comprising a solid polymer electrolyte body and a pair of electrodes sandwiching the solid polymer electrolyte body, and a pair of batteries provided on both sides of the laminated body. It is preferable to laminate a plurality of battery single cells each including a battery separator.

【0013】さらに、本発明の燃料電池システムは、上
述の固体高分子電解質型燃料電池と、該固体高分子電解
質型燃料電池に連通する水素供給源、空気供給源、およ
び加湿水供給源と、を備える。
Further, the fuel cell system of the present invention comprises the above-mentioned solid polymer electrolyte fuel cell, a hydrogen supply source, an air supply source, and a humidified water supply source communicating with the solid polymer electrolyte fuel cell. Is provided.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明に基づく固体高分子
電解質型燃料電池を詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a solid polymer electrolyte fuel cell according to the present invention will be described in detail.

【0015】図1は、本発明に基づく固体高分子電解質
型燃料電池の一例を示す略図である。図示した固体高分
子電解質型燃料電池は、加湿板1を一個または複数個積
層して構成される加湿器部材2と、電池単セル3を複数
積層して構成される積層燃料電池部材4とを一体化した
固体高分子電解質型燃料電池である。加湿器部材2は、
積層燃料電池部材4の積層方向の両側に集電板5を介し
て設けられており、各加湿器部材2の外側に加圧板6が
設けられている。この加湿器部材2は、反応ガスおよび
加湿水の不純物除去機能を設けている。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the present invention. The illustrated solid polymer electrolyte fuel cell includes a humidifier member 2 formed by stacking one or more humidifying plates 1 and a stacked fuel cell member 4 formed by stacking a plurality of battery single cells 3. This is an integrated solid polymer electrolyte fuel cell. The humidifier member 2 is
A current collector plate 5 is provided on both sides of the stacked fuel cell member 4 in the stacking direction, and a pressure plate 6 is provided outside each humidifier member 2. The humidifier member 2 has a function of removing impurities of the reaction gas and the humidified water.

【0016】ここで、加湿器部材2と積層燃料電池部材
4は、図1では積層燃料電池部材4を加湿器部材2が挟
む構造をしているが、これに限定されるものではない。
Here, the humidifier member 2 and the stacked fuel cell member 4 have a structure in which the humidifier member 2 sandwiches the stacked fuel cell member 4 in FIG. 1, but the invention is not limited to this.

【0017】本発明に用いる加湿板1の一例を、図2に
示す。加湿板1は、水透過膜7と、多孔質支持体8と、
加湿板用セパレータ9および10とを備えている。水透
過膜7は、一対の多孔質支持体8によって挟持されてお
り、この多孔質支持体8によって挟持された水透過膜7
は、さらに一対の加湿板用セパレータ9および10によ
って挟持されている。ここで、加湿板用セパレータ9は
多孔質支持体8と接する面に窪みを有しており、この窪
みにガス流通板11が配置されている。さらに、このガ
ス流通板11は、多孔質支持体8と接する面に反応ガス
を流通するためのガス流通溝12を複数形成している。
また、加湿板用セパレータ10は、多孔質支持体8と接
する面に窪みを有しており、この窪みに加湿水流通板1
3が配置されている。さらに、この加湿水流通板13
は、多孔質支持体8と接する面に加湿水を流通するため
の加湿水流通溝14を複数形成している。
FIG. 2 shows an example of the humidifying plate 1 used in the present invention. The humidifying plate 1 includes a water permeable membrane 7, a porous support 8,
And humidifying plate separators 9 and 10. The water permeable membrane 7 is sandwiched between a pair of porous supports 8, and the water permeable membrane 7 sandwiched between the porous supports 8 is provided.
Is further sandwiched by a pair of humidifying plate separators 9 and 10. Here, the humidifying plate separator 9 has a dent on the surface in contact with the porous support 8, and the gas flow plate 11 is arranged in this dent. Further, the gas flow plate 11 has a plurality of gas flow grooves 12 for flowing a reaction gas on a surface in contact with the porous support 8.
Further, the humidifying plate separator 10 has a dent on the surface in contact with the porous support 8, and the humidifying water flow plate 1
3 are arranged. Further, the humidification water distribution plate 13
Has a plurality of humidification water circulation grooves 14 for circulating humidification water on the surface in contact with the porous support 8.

【0018】本発明では、反応ガスおよび加湿中の不純
物を除去するために、上述の多孔質支持体8に活性炭を
用いている。本発明に用いられている活性炭としては、
粉末・粒状活性炭、繊維状活性炭、シート状活性炭、ペ
ーパー活性炭、フェルト活性炭、および活性化超多孔性
カーボン成形体などが挙げられる。
In the present invention, activated carbon is used for the porous support 8 in order to remove the reaction gas and impurities during humidification. As the activated carbon used in the present invention,
Examples include powdered / granular activated carbon, fibrous activated carbon, sheet activated carbon, paper activated carbon, felt activated carbon, and activated superporous carbon molded product.

【0019】粉末・粒状活性炭を用いる場合は、この活
性炭を含有する多孔質支持体8の構成としては粉末・粒
状活性炭の他にバインダー、およびカーボン基材を含
む。バインダーとしては、フッ素樹脂などが用いられ
る。カーボン基材としては、繊維(ファイバー)、クロ
ス、シート、ペーパー、及びフェルト状のものが用いら
れる。
When powdered or granular activated carbon is used, the structure of the porous support 8 containing the activated carbon includes a binder and a carbon substrate in addition to the powdered and granular activated carbon. Fluororesin or the like is used as the binder. As the carbon substrate, fibers (fibers), cloths, sheets, papers, and felts are used.

【0020】活性炭に繊維状活性炭を用いる場合は、こ
の活性炭を含有する多孔質支持体8の構成としては、繊
維状活性炭の他にバインダーを含む。バインダーとして
は、上述したように、フッ素樹脂などが用いられる。
When fibrous activated carbon is used as the activated carbon, the porous support 8 containing the activated carbon contains a binder in addition to the fibrous activated carbon. As described above, a fluororesin or the like is used as the binder.

【0021】活性炭にシート状活性炭、ペーパー活性
炭、フェルト活性炭、活性化超多孔性カーボン成形体を
用いる場合は、それぞれ単独で用いることができる。
When sheet activated carbon, paper activated carbon, felt activated carbon, or activated superporous carbon molded article is used as the activated carbon, they can be used alone.

【0022】図3に具体的に本発明に用いられる活性炭
を含有する多孔質支持体の構造を示す。図3(a)に示
す活性炭を含有する多孔質支持体は、カーボン繊維15
を骨格とし、活性炭粒子16をバインダー17でカーボ
ン繊維に分散して固定した構造をしている。図3(b)
に示す活性炭を含有する多孔質支持体は、活性炭粒子1
6をバインダー17と混合した構造をしている。
FIG. 3 specifically shows the structure of a porous support containing activated carbon used in the present invention. The porous support containing activated carbon shown in FIG.
And a structure in which activated carbon particles 16 are dispersed and fixed in carbon fibers with a binder 17. FIG. 3 (b)
The activated carbon-containing porous support shown in FIG.
6 is mixed with a binder 17.

【0023】本発明では、多孔質支持体に代えて前述の
ガス流通板11、または加湿水流通板13にも、活性炭
を用いることもできる。また好ましくは、多孔質支持
体、ガス流通板、および加湿水流通板に共に活性炭を用
いる。この活性炭を含有するガス流通板11および加湿
水流通板13の構成は、上述した多孔質支持体8と同じ
ものを用いることができる。
In the present invention, activated carbon can also be used for the gas flow plate 11 or the humidified water flow plate 13 instead of the porous support. Preferably, activated carbon is used for the porous support, the gas flow plate, and the humidified water flow plate. The configuration of the gas distribution plate 11 and the humidification water distribution plate 13 containing the activated carbon can be the same as that of the porous support 8 described above.

【0024】上述した本発明の加湿板1のガス流通溝1
2を流れてきた反応ガスは、活性炭からなるガス流通板
11、および活性炭からなる多孔質支持体8と接触す
る。そして反応ガス中の不純物は活性炭に吸着して除去
される。また、加湿水流通溝14を流れ、水透過膜7を
通過する加湿水は、活性炭からなる加湿水流通板13お
よび活性炭からなる多孔質支持体8と接触する。そして
加湿水中の不純物が活性炭に吸着して除去される。
The gas flow grooves 1 of the humidifying plate 1 of the present invention described above.
The reaction gas flowing through 2 comes into contact with gas flow plate 11 made of activated carbon and porous support 8 made of activated carbon. Then, impurities in the reaction gas are adsorbed on the activated carbon and removed. The humidification water flowing through the humidification water flow groove 14 and passing through the water permeable membrane 7 contacts the humidification water flow plate 13 made of activated carbon and the porous support 8 made of activated carbon. Then, impurities in the humidified water are adsorbed on the activated carbon and removed.

【0025】本発明に用いられる電池単セル3は、例え
ば一般に用いられている図4に示す構造をしている。こ
の電池単セル3は、固体高分子電解質体からなる電解質
膜18と、電極19と、集電体20と、電池用セパレー
タ21と、を備えている。電解質膜18は一対の電極1
9で挟持され、さらに電極19の外側を一対の集電体2
0で挟持する。さらにこの積層体の両面に一対の電池用
セパレータ21を設ける。この電池用セパレータ21は
それぞれ、集電体20に接触する面に反応ガスを流通す
るためのガス流通溝22が複数形成されている。さら
に、電池用セパレータ21はそれぞれ、ガス流通溝22
が形成されている面と反対側の面に冷却水を流通させる
ための冷却水流通溝23が複数形成されている。
The single battery cell 3 used in the present invention has, for example, a generally used structure shown in FIG. The single battery cell 3 includes an electrolyte membrane 18 made of a solid polymer electrolyte, an electrode 19, a current collector 20, and a battery separator 21. The electrolyte membrane 18 is a pair of electrodes 1
9 and a pair of current collectors 2
Hold at 0. Further, a pair of battery separators 21 is provided on both sides of the laminate. Each of the battery separators 21 is provided with a plurality of gas flow grooves 22 for flowing a reaction gas on a surface in contact with the current collector 20. Further, the battery separators 21 are respectively provided with gas flow grooves 22.
A plurality of cooling water flow grooves 23 for flowing cooling water are formed on the surface opposite to the surface on which is formed.

【0026】上述した加湿器部材2と積層燃料電池部材
4を一体化させることにより、加湿器部材2を通過する
ことによって加湿され、なおかつ不純物も除去された反
応ガスが電池単セルのガス流通溝を流通する。したがっ
て、望ましくない不純物の燃料電池内の触媒への吸着、
およびそれによって生じる電極反応の阻害に起因する電
池特性の低下が妨げられる。
By integrating the humidifier member 2 and the laminated fuel cell member 4 described above, the reaction gas, which is humidified by passing through the humidifier member 2 and from which impurities have been removed, is supplied to the gas flow grooves of the single battery cell. Distribute. Therefore, adsorption of undesired impurities on the catalyst in the fuel cell,
In addition, the deterioration of the battery characteristics caused by the inhibition of the electrode reaction caused thereby is prevented.

【0027】さらに、本発明に基づく燃料電池システム
は、上述の加湿器部材と積層燃料電池部材とが一体化し
た固体高分子電解質型燃料電池と、この固体高分子電解
質型燃料電池に連通した水素供給源、空気供給源、およ
び加湿水供給源と、を備える。図5に本発明の燃料電池
システムを示す。図5に図示した加湿器部材と積層燃料
電池部材とが一体化した固体高分子電解質型燃料電池
は、加湿器に不純物除去機能も備わっている。よって、
反応ガス、つまり水素供給源および空気供給源、ならび
に加湿水供給源を不純物除去器に経由させることなく、
固体高分子電解質型燃料電池に送ることができる。した
がって、小型化した燃料電池システムを提供することが
できる。
Further, a fuel cell system according to the present invention comprises a solid polymer electrolyte fuel cell in which the above-described humidifier member and the stacked fuel cell member are integrated, and a hydrogen gas communicating with the solid polymer electrolyte fuel cell. A supply source, an air supply source, and a humidification water supply source. FIG. 5 shows a fuel cell system of the present invention. In the solid polymer electrolyte fuel cell in which the humidifier member and the stacked fuel cell member shown in FIG. 5 are integrated, the humidifier also has an impurity removing function. Therefore,
The reaction gas, that is, the hydrogen supply source and the air supply source and the humidification water supply source do not pass through the impurity remover,
It can be sent to a solid polymer electrolyte fuel cell. Therefore, a miniaturized fuel cell system can be provided.

【0028】[0028]

【実施例】[実施例1]図2に示したように、加湿板の
多孔質支持体8にシート状活性炭を用い、ガス流通板1
1に活性化超多孔性カーボン成形体を用い、加湿水流通
板に活性化超多孔性カーボン成形体を用いて、図2に示
したような構造の加湿板1を製造した。この加湿板を1
0個積層し、加湿器部材とした。次いで、図4に示した
ような構造の燃料電池単セルを製造し、これを50個積
層することによって、積層燃料電池部材とした。加湿器
部材と積層燃料電池部材を図1に記載のように積層する
ことによって、固体高分子電解質型燃料電池を製造し
た。
[Example 1] As shown in FIG. 2, a sheet-like activated carbon was used for a porous support 8 of a humidifying plate, and a gas flow plate 1 was used.
A humidified plate 1 having a structure as shown in FIG. 2 was manufactured by using the activated superporous carbon molded body for No. 1 and the activated superporous carbon molded body for the humidification water flowing plate. This humidifying plate
Zero pieces were laminated to form a humidifier member. Next, a single fuel cell having a structure as shown in FIG. 4 was manufactured, and 50 fuel cells were stacked to obtain a stacked fuel cell member. A solid polymer electrolyte fuel cell was manufactured by laminating the humidifier member and the laminated fuel cell member as shown in FIG.

【0029】次いで、この固体高分子電解質型燃料電池
の電池特性を調べるために、得られた固体高分子電解質
型燃料電池に供給する空気(または水素)に、微量の不
純物を添加し、そのときのセル電圧の変化を測定した。
不純物ガスとしては一酸化炭素、二酸化硫黄、二酸化窒
素を用い、それぞれのガスを順次1分間にわたって10
0ppmずつ添加し、セル電圧の変化を測定した。
Next, in order to examine the cell characteristics of the solid polymer electrolyte fuel cell, a small amount of impurities was added to the air (or hydrogen) supplied to the obtained solid polymer electrolyte fuel cell. Of the cell voltage was measured.
As the impurity gas, carbon monoxide, sulfur dioxide, and nitrogen dioxide are used.
0 ppm was added at a time, and the change in cell voltage was measured.

【0030】結果を図8(a)に示す。不純物の影響に
よるセル電圧の変化は測定されなかった。
FIG. 8A shows the result. No change in cell voltage due to the influence of impurities was measured.

【0031】[実施例2]加湿板の多孔質支持体8にペ
ーパー活性炭を用い、ガス流通板11にシート状活性炭
を用い、加湿水流通板13にシート状活性炭を用いたこ
とを除いて、実施例1と同様にして固体高分子電解質型
燃料電池を製造した。
Example 2 Except that paper activated carbon was used for the porous support 8 of the humidifying plate, sheet activated carbon was used for the gas distribution plate 11, and sheet activated carbon was used for the humidified water distribution plate 13. A solid polymer electrolyte fuel cell was manufactured in the same manner as in Example 1.

【0032】次いで、実施例1と同様にして、この固体
高分子電解質型燃料電池の電池特性を調べる実験を行っ
た。本実施例で得られた固体高分子電解質型燃料電池に
おいても、実施例1の場合と同様に不純物の影響による
セル電圧の変化は測定されなかった。
Next, an experiment was conducted in the same manner as in Example 1 to examine the cell characteristics of this solid polymer electrolyte fuel cell. Also in the solid polymer electrolyte fuel cell obtained in this example, no change in cell voltage due to the influence of impurities was measured as in the case of Example 1.

【0033】[比較実施例1]従来の固体高分子電解質
型燃料電池を用いて実施例1と同様の電池特性を調べ
た。図8(b)に示す結果からもわかるように、一酸化
炭素添加後、二酸化硫黄添加、そして二酸化窒素添加後
のそれぞれにおいて、セル電圧の低下がみられた。
Comparative Example 1 The same cell characteristics as in Example 1 were examined using a conventional solid polymer electrolyte fuel cell. As can be seen from the results shown in FIG. 8B, a decrease in cell voltage was observed after the addition of carbon monoxide, the addition of sulfur dioxide, and the addition of nitrogen dioxide.

【0034】このように、本発明の固体高分子電解質型
燃料電池は、不純物除去器を該燃料電池と反応ガス源お
よび加湿水供給源との間に設けなくても、その電池特性
が低下しないことがわかる。
As described above, in the solid polymer electrolyte fuel cell of the present invention, even if the impurity remover is not provided between the fuel cell and the reaction gas source and the humidified water supply source, the cell characteristics do not deteriorate. You can see that.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明は、加湿板中の多孔質支持体に活
性炭を含有させる、および/または一対の加湿板用セパ
レータのガス流通板および加湿水流通板の少なくとも一
方に活性炭を含有させることにより、反応ガス中の不純
物および加湿水中の不純物を該活性炭に吸着して不純物
を除去することが可能となる。この結果、従来の燃料電
池システムに必要であった不純物除去装置を設ける必要
がなくなり、固体電解質型燃料電池システムの小型化が
可能となる。
According to the present invention, the porous support in the humidifying plate contains activated carbon and / or at least one of the gas distribution plate and the humidification water distribution plate of the pair of humidifying plate separators contains activated carbon. Thereby, the impurities in the reaction gas and the impurities in the humidified water can be adsorbed on the activated carbon to remove the impurities. As a result, there is no need to provide an impurity removing device required for the conventional fuel cell system, and the solid oxide fuel cell system can be reduced in size.

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

【図1】本発明の固体高分子電解質型燃料電池の一態様
を示す略図である。
FIG. 1 is a schematic view showing one embodiment of the solid polymer electrolyte fuel cell of the present invention.

【図2】本発明の固体高分子電解質型燃料電池に用いら
れる加湿板の断面模式図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a humidifying plate used in the solid polymer electrolyte fuel cell of the present invention.

【図3】本発明の固体高分子電解質型燃料電池の活性炭
を含有する多孔質支持体、ガス流通板、または加湿水流
通板の断面模式図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a porous support, a gas flow plate, or a humidified water flow plate containing activated carbon of the solid polymer electrolyte fuel cell of the present invention.

【図4】一般に用いられる積層燃料電池部材の電池単セ
ルの断面模式図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a unit cell of a commonly used laminated fuel cell member.

【図5】本発明の燃料電池システムの模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a fuel cell system of the present invention.

【図6】従来の加湿板の断面模式図である。FIG. 6 is a schematic sectional view of a conventional humidifying plate.

【図7】従来の燃料電池システムの模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram of a conventional fuel cell system.

【図8】(a)は、本発明の固体高分子電解質型燃料電
池のセル特性を示す図であり、(b)は、従来の固体高
分子電解質型燃料電池のセル特性を示す図である。
FIG. 8A is a diagram showing the cell characteristics of a solid polymer electrolyte fuel cell of the present invention, and FIG. 8B is a diagram showing the cell characteristics of a conventional solid polymer electrolyte fuel cell. .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 加湿板 2 加湿器部材 3 電池単セル 4 積層燃料電池部材 5 集電板 6 加圧板 7 水透過膜 8、24 多孔質支持体 9、10、25、26 加湿板用セパレータ 11 ガス流通板 12 ガス流通溝 13 加湿水流通板 14 加湿水流通溝 15 カーボン繊維 16 活性炭粒子 17 バインダー 18 電解質膜 19 電極 20 集電体 21 電池用セパレータ 22 ガス流通溝 23 冷却水流通溝 REFERENCE SIGNS LIST 1 humidifying plate 2 humidifier member 3 single battery cell 4 laminated fuel cell member 5 current collector plate 6 pressure plate 7 water permeable membrane 8, 24 porous support 9, 10, 25, 26 separator for humidifying plate 11 gas distribution plate 12 Gas circulation groove 13 Humidification water circulation plate 14 Humidification water circulation groove 15 Carbon fiber 16 Activated carbon particle 17 Binder 18 Electrolyte membrane 19 Electrode 20 Current collector 21 Battery separator 22 Gas circulation groove 23 Cooling water circulation groove

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水透過膜および該水透過膜を挟持する一
対の多孔質支持体からなる積層体と、該積層体の両面に
設けられた一対の加湿板用セパレータとからなる加湿板
を一個または複数個積層して構成される加湿器部材であ
って、 前記一対の加湿板用セパレータは、ガス流通板を有する
加湿板用セパレータと、加湿水流通板を有する加湿板用
セパレータとから構成され、 前記一対の多孔質支持体、前記ガス流通板、および前記
加湿水流通板の少なくとも一つに活性炭を含有させるこ
とを特徴とする加湿器部材。
1. A humidifying plate comprising a laminate comprising a water permeable membrane and a pair of porous supports sandwiching the water permeable membrane, and a pair of humidifying plate separators provided on both sides of the laminate. Or a humidifier member configured by laminating a plurality of, the pair of humidifying plate separators, a humidifying plate separator having a gas flow plate, and a humidifying plate separator having a humidifying water flow plate. A humidifier member, wherein at least one of the pair of porous supports, the gas flow plate, and the humidification water flow plate contains activated carbon.
【請求項2】 請求項1に記載の加湿器部材と、積層燃
料電池部材とを一体化してなることを特徴とする固体高
分子電解質型燃料電池。
2. A solid polymer electrolyte fuel cell, wherein the humidifier member according to claim 1 and a laminated fuel cell member are integrated.
【請求項3】 前記積層燃料電池部材が、固体高分子電
解質体および該固体高分子電解質体を挟持する一対の電
極からなる積層体と、該積層体の両面に設けられた一対
の電池用セパレータとからなる電池単セルを複数個積層
して構成されることを特徴とする請求項2に記載の固体
高分子電解質型燃料電池。
3. The laminate fuel cell member comprises a laminate comprising a solid polymer electrolyte body and a pair of electrodes sandwiching the solid polymer electrolyte body, and a pair of battery separators provided on both sides of the laminate. 3. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 2, wherein a plurality of battery single cells comprising:
【請求項4】 請求項2または請求項3のいずれかに記
載の固体高分子電解質型燃料電池と、該固体高分子電解
質型燃料電池に連通する水素供給源、空気供給源、およ
び加湿水供給源と、を備えることを特徴とする燃料電池
システム。
4. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 2, and a hydrogen supply source, an air supply source, and a humidified water supply communicating with the solid polymer electrolyte fuel cell. And a fuel cell system.
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