(57)【要約】【課題】ガスケットゴム等のシール部材の劣化を抑制することのできる燃料電池システムを提供する。【解決手段】反応ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池１０と、燃料電池１０へ反応ガスを供給するための反応ガス供給手段と、を備え、反応ガス供給手段は、酸性物質を中和するための中和剤を混入した反応ガスを燃料電池１０へ供給する。好ましくは、エアフィルタ２４においてカソードガスに中和剤を混入させる。或いは、アノードガスタンク１６にアノードガスを充填する際に中和剤を混入させる。【選択図】図１
2009252640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池へ反応ガスを供給するための反応ガス供給手段と、を備え、
前記反応ガス供給手段は、酸性物質を中和するための中和剤を混入した反応ガスを前記燃料電池へ供給することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記反応ガス供給手段は、前記燃料電池へ酸素を含むカソードガスを供給するカソードガス供給手段を含み、前記中和剤を混入させたカソードガスを前記燃料電池へ供給することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記反応ガス供給手段は、前記燃料電池へ水素を含むアノードガスを供給するアノードガス供給手段を含み、前記中和剤を混入させたアノードガスを前記燃料電池へ供給することを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、複数毎の単位電池が積層された燃料電池スタックとして使用される。単位電池自体も平面状の部材の積層体であり、電解質膜をその両側から電極で挟んで構成された膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly，以下、「ＭＥＡ」と称する）を有し、該ＭＥＡをその両側からセパレータで挟むことで構成されている。そして、アノードに水素を含むアノードガスが供給され、カソードに空気などの酸素を含むカソードガスが供給されることによって、両電極で電気化学反応が起こり、両電極間に電圧が発生する仕組みになっている。
【０００３】
このような燃料電池においては、アノードガスとカソードガスとが内部で混合してしまうと、燃料電池の性能不良を引き起こしてしまう。そこで、従来、例えば、特開２００５−３８８６８号公報には、異種流体流路間を隔てるシール材を二重構造とする燃料電池のシール構造が提案されている。この燃料電池では、アノードガス流路とカソードガス流路との間に設けられたシールラインを二重化したので、１つのシールラインに透過または切れによる洩れが生じても、これらの反応ガスが混合してしまう事態を回避することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３８８６８号公報
【特許文献２】特開２００６−４８９３６号公報
【特許文献３】特開２００６−１０７８６２号公報
【特許文献４】特開２００５−２０３２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料電池内部のシール材には、ガスケットゴム等のゴム部材が使用される。このため、ＭＥＡにおける電解質膜からフッ酸等の酸性物質が溶出し、当該シール部材に長期間接触すると、これらのシール部材が化学的に劣化して、ガス漏れ等の異常が発生するおそれがある。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ガスケットゴム等のシール部材の劣化を抑制することのできる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池システムであって、
反応ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池へ反応ガスを供給するための反応ガス供給手段と、を備え、
前記反応ガス供給手段は、酸性物質を中和するための中和剤を混入した反応ガスを前記燃料電池へ供給することを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記反応ガス供給手段は、前記燃料電池へ酸素を含むカソードガスを供給するカソードガス供給手段を含み、前記中和剤を混入させたカソードガスを前記燃料電池へ供給することを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記反応ガス供給手段は、前記燃料電池へ水素を含むアノードガスを供給するアノードガス供給手段を含み、前記中和剤を混入させたアノードガスを前記燃料電池へ供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
燃料電池の内部には、発電反応によって生成された水分等が滞留している。このため、フッ酸等の酸性物質が電解質膜からこれらの水分へ溶出し、ガスケットゴム等のシール材が化学的に劣化してしまうおそれがある。第１の発明によれば、燃料電池へ供給される反応ガスに酸性物質を中和するための中和剤が混入されている。中和剤は反応ガスと共に燃料電池内部へ導入されて、フッ酸等の酸性物質を中和する。このため、本発明によれば、ガスケットゴム等のシール部材が化学的に劣化する事態を効果的に抑制することができる。
【００１１】
第２の発明によれば、中和剤はカソードガスに混入されて燃料電池の内部へ導入される。カソードガスは燃料電池内のカソードへ導入される。このため、本発明によれば、中和剤を燃料電池内に効率よく導入することができる。
【００１２】
第３の発明によれば、中和剤はアノードガスに混入されて燃料電池の内部へ導入される。アノードガスは燃料電池内のアノードへ導入される。このため、本発明によれば、中和剤を燃料電池内に効率よく導入することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態．
［実施の形態の構成］
図１は、本発明の実施の形態の燃料電池システムの構成を説明するための図である。図１に示すとおり、燃料電池システムは、燃料電池１０を備えている。燃料電池１０は、固体高分子分離膜を備えた固体高分子型の燃料電池であり、主として燃料電池自動車などに搭載されるものである。燃料電池１０は複数枚の単位電池４０を積層されて構成されている。各単位電池４０は、図示しないプロトン伝導性の電解質膜の両側をアノードおよびカソードで挟まれ、更にその両側を導電性のセパレータによって挟まれて構成されている。単位電池４０の構造に関しては詳細を後述する。
【００１５】
燃料電池１０には、アノードガス（水素）を供給するためのアノードガス流路１２と、アノードオフガス流路１４とが接続されている。アノードガス流路１２の上流端は、アノードガスタンク１６に接続され、その下流には調圧弁１８が配置されている。アノードガスは調圧弁１８で減圧され、所望の圧力に減圧されてから燃料電池１０に供給される。燃料電池１０内を通ったアノードガスは、アノードオフガスとしてアノードオフガス流路１４に排気される。アノードオフガス流路１４の下流には、図示しない希釈器が接続されている。アノードオフガス中に残存している水素は、希釈器内で十分に低い濃度まで希釈された後外部に放出される。
【００１６】
また、燃料電池１０には、カソードガス（空気）を供給するためのカソードガス流路２０と、カソードオフガスを排出するためのカソードオフガス流路２２とが接続されている。カソードガス流路２０の入口には、外部から取り込まれた空気に含まれている粉塵等を除去するエアフィルタ２４が配置されている。また、その下流にはコンプレッサ２６が配置されている。コンプレッサ２６の作動によって吸入された空気は、カソードガス流路２０を介して燃料電池１０に供給される。また、カソードオフガス流路２２には、調圧弁２８が配置されている。調圧弁２８は、燃料電池１０内のカソードガスを所望の圧力に調圧することができる。燃料電池１０内を通ったカソードガスは、カソードオフガスとしてカソードオフガス流路２２に排気される。
【００１７】
［燃料電池の構成］
次に、図２を参照して、本実施の形態の燃料電池１０の構成について説明する。図２は、図１に示す燃料電池１０の一部を積層方向に切断した断面の詳細図である。図２に示すとおり、燃料電池１０は単位電池４０を複数積層したスタック構造を有している。単位電池４０は、発電体４２、カソードガスおよびアノードガスが流れる多孔体流路４４および４６、隣接する発電体４２を隔離するセパレータ４８によって構成されている。発電体４２は、電解質膜を挟んでアノードとカソードが配置された膜電極接合体（ＭＥＡ）５０の外側に、図示しないガス拡散層をガスケットゴム５２で囲んで一体として形成されている。
【００１８】
多孔体流路４４および４６は、ステンレス鋼やチタン、或いはチタン合金などの発砲焼結金属や、金属メッシュなどの内部に多数の細孔を備えた多孔体によって形成されている。多孔体流路４４および４６は所定方向へ反応ガスを流すことを主目的としているため、反応ガスの流れの圧力損失を抑え、排水性を向上させるように、比較的気孔率の大きい多孔体が使用される。当該多孔体流路４４および４６に導入された反応ガスは内部の細孔を通過しＭＥＡ５０のアノードおよびカソードに供給される。
【００１９】
［実施の形態の特徴］
次に、図３を参照して、本実施の形態の特徴について説明する。燃料電池１０は、ＭＥＡ５０のアノードにアノードガスの供給を受け、カソードにカソードガスの供給を受けることにより発電を行う。ここで、ＭＥＡ５０の電解質膜からフッ酸等の酸性物質が溶出することがある。図３は、燃料電池１０の内部を積層方向からみた模式図である。この図に示すとおり、これらの酸性物質は、生成水とともに多孔体流路４４，４６内を流通し、多孔体流路４４，４６とガスケットゴム５２との間に形成された隙間に滞留してしまう。このような状態が長期間継続されると、ガスケットゴム５２が化学的に劣化してしまうおそれがある。
【００２０】
そこで、本実施の形態のシステムでは、これらの酸性物質を中和させるためのアルカリ性の物質（以下、「中和剤」と称する）を燃料電池１０内に導入することとする。より具体的には、本実施の形態のエアフィルタ２４は、内部に粉末状の中和剤を備え、吸入した空気に中和剤を混入させることができる。中和剤が混入された空気は、カソードガスとして燃料電池１０のカソードへ導入される。カソードガスと共に燃料電地１０内へ導入された中和剤は、溶出したフッ酸等の酸性物質との間で反応してこれらの酸性物質を中和する。これにより、酸性物質によってガスケットゴム５２が化学的に劣化してしまう事態を効果的に抑制することができる。
【００２１】
ところで、上述した実施の形態では、エアフィルタ２４内を通過する空気に粉末状の中和剤を混入させることとしているが、カソードガスに中和剤を混入させる構成はこれに限られない。すなわち、燃料電池１０内に供給されるカソードガス内に中和剤を混入させることができるのであれば、カソードガス流路２０に中和剤を混入させるための装置を配置することとしてもよいし、また、公知の手法を用いて予め中和剤を混入させた空気を、カソードガスとしてエアフィルタ２４から導入することとしてもよい。
【００２２】
また、上述した実施の形態では、カソードガスに中和剤を混入させて、燃料電池１０の内部に中和剤を導入することとしているが、中和剤を混入させる反応ガスはカソードガスに限られない。すなわち、アノードガスタンク１６内にアノードガスを充填する際に、予め中和剤を混入させておくことにより、アノードガスと共に中和剤を燃料電池１０内へ導入することとしてもよい。また、公知の手法を用いて、アノードガスがアノードガスタンク１６から燃料電池１０まで流通する過程で、中和剤を混入させることとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの構成を説明するための図である。
【図２】図１に示す燃料電池１０の一部を積層方向に切断した断面の詳細図である。
【図３】図１に示す燃料電池１０の内部を積層方向からみた模式図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０  燃料電池
１２  アノードガス流路
１４  アノードオフガス流路
１６  アノードガスタンク
１８  調圧弁
２０  カソードガス流路
２２  カソードオフガス流路
２４  エアフィルタ
２６  コンプレッサ
２８  調圧弁
４０  単位電池
４２  発電体
４４、４６  多孔体流路
４８  セパレータ
５０  ＭＥＡ(Membrane Electrode Assembly)
５２  ガスケットゴム
【図１】
2009252640.tif 000003
【図２】
2009252640.tif 000004
【図３】
2009252640.tif 000005