JP2000048838A - 燃料電池装置の制御方法 - Google Patents
燃料電池装置の制御方法Info
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 設置する場所や気象条件に拘らず常に正常な
状態で発電できるようにする。 【解決手段】 燃料電池５のアノード極に供給されてい
る燃料ガス流量に応じた酸素量、具体的には送風ファン
１０の回転数を求めるに際し、先ず標準条件、すなわち
１０１．３２５ｋＰａ（１気圧）、２７３．１５Ｋ（０
℃）での送風ファン１０の回転数Ｎ0 を、制御装置４の
メモリ部などに記憶してある燃料ガス供給量Ｑ１−所要
酸素供給量Ｑ２関係式などに基づいて算出し、続いて、
温度センサ１６と圧力センサ１７とが計測している現時
点の気圧Ａ（ｋＰａ）と温度Ｔ（Ｋ）に基づいて、送風
ファン１０の実際の回転数Ｎを、Ｎ0 ×（１０１．３２
５÷Ａ）×（Ｔ÷２７３．１５）として求め、この回転
数で送風ファン１０を回転させるようにした。
状態で発電できるようにする。 【解決手段】 燃料電池５のアノード極に供給されてい
る燃料ガス流量に応じた酸素量、具体的には送風ファン
１０の回転数を求めるに際し、先ず標準条件、すなわち
１０１．３２５ｋＰａ（１気圧）、２７３．１５Ｋ（０
℃）での送風ファン１０の回転数Ｎ0 を、制御装置４の
メモリ部などに記憶してある燃料ガス供給量Ｑ１−所要
酸素供給量Ｑ２関係式などに基づいて算出し、続いて、
温度センサ１６と圧力センサ１７とが計測している現時
点の気圧Ａ（ｋＰａ）と温度Ｔ（Ｋ）に基づいて、送風
ファン１０の実際の回転数Ｎを、Ｎ0 ×（１０１．３２
５÷Ａ）×（Ｔ÷２７３．１５）として求め、この回転
数で送風ファン１０を回転させるようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池に関する
ものである。
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、燃料電池、蓄電池、燃料供給
源、制御器などを備え、燃料電池で発生した電力を外部
負荷に供給した後の余剰電力を蓄電池に蓄え、燃料電池
で発生した電力が不足の場合は蓄電池から電力を補って
外部負荷に供給する燃料電池装置が知られており、土木
建築工事用電源、家庭用非常電源などとして多くの期待
が集められている。
源、制御器などを備え、燃料電池で発生した電力を外部
負荷に供給した後の余剰電力を蓄電池に蓄え、燃料電池
で発生した電力が不足の場合は蓄電池から電力を補って
外部負荷に供給する燃料電池装置が知られており、土木
建築工事用電源、家庭用非常電源などとして多くの期待
が集められている。
【０００３】燃料電池には酸性型燃料電池とアルカリ型
燃料電池とがあるが、酸性型燃料電池の１つである固体
高分子型燃料電池の構成とその作用を以下に説明する。
燃料電池とがあるが、酸性型燃料電池の１つである固体
高分子型燃料電池の構成とその作用を以下に説明する。
【０００４】固体高分子型燃料電池は、図４に示すよう
に、電解質０１に高分子イオン交換膜（例えば、スルホ
ン酸基を持つフッ素樹脂系イオン交換膜）を用い、その
両側に触媒電極（例えば、白金など）０２、０３および
集電体０４、０５を備えた電極接合体０６の構成からな
っている。なお、この場合は触媒電極０２と集電体０４
がアノード極、触媒電極０３と集電体０５がカソード極
として作用する。
に、電解質０１に高分子イオン交換膜（例えば、スルホ
ン酸基を持つフッ素樹脂系イオン交換膜）を用い、その
両側に触媒電極（例えば、白金など）０２、０３および
集電体０４、０５を備えた電極接合体０６の構成からな
っている。なお、この場合は触媒電極０２と集電体０４
がアノード極、触媒電極０３と集電体０５がカソード極
として作用する。
【０００５】アノード極側に供給された加湿燃料中の水
素は、触媒電極０２上で水素イオン化され、この水素イ
オンは電解質０１中を水の介在のもとＨ+ ・ｘＨ2 Ｏと
してカソード極側へ水と共に移動する。この移動した水
素イオンは、触媒電極０３上で酸化剤（例えば、空気）
中の酸素と、外部回路０７を通ってきた電子と反応して
水を生成する。そして、この生成水は残存酸化剤に搬送
されて燃料電池の外に排出され、外部回路０７を通って
流れる電子の流れが、直流の電気エネルギーとして利用
される。
素は、触媒電極０２上で水素イオン化され、この水素イ
オンは電解質０１中を水の介在のもとＨ+ ・ｘＨ2 Ｏと
してカソード極側へ水と共に移動する。この移動した水
素イオンは、触媒電極０３上で酸化剤（例えば、空気）
中の酸素と、外部回路０７を通ってきた電子と反応して
水を生成する。そして、この生成水は残存酸化剤に搬送
されて燃料電池の外に排出され、外部回路０７を通って
流れる電子の流れが、直流の電気エネルギーとして利用
される。
【０００６】なお、電解質０１となる高分子イオン交換
膜において、前記のような水素イオン透過性を発揮させ
るためには、この高分子イオン交換膜を常に充分な保水
状態に保持しておく必要があり、例えば燃料または酸化
剤に燃料電池の運転温度（常温〜１００℃程度）近傍相
当の飽和水蒸気を含ませて、すなわち加湿して燃料およ
び酸化剤を電極接合体０６に供給し、膜の保水状態を保
つようにしている。また、燃料電池は運転中に発熱する
ので、図示しない手段によって冷却される。
膜において、前記のような水素イオン透過性を発揮させ
るためには、この高分子イオン交換膜を常に充分な保水
状態に保持しておく必要があり、例えば燃料または酸化
剤に燃料電池の運転温度（常温〜１００℃程度）近傍相
当の飽和水蒸気を含ませて、すなわち加湿して燃料およ
び酸化剤を電極接合体０６に供給し、膜の保水状態を保
つようにしている。また、燃料電池は運転中に発熱する
ので、図示しない手段によって冷却される。
【０００７】一方、アルカリ型燃料電池の場合は、電解
質中を水酸イオンが移動してアノード極上で燃料ガス
（水素ガス）と反応して水を生成する。この生成水はア
ノード極より残存燃料ガスに搬送されて燃料電池の外部
に排出される。
質中を水酸イオンが移動してアノード極上で燃料ガス
（水素ガス）と反応して水を生成する。この生成水はア
ノード極より残存燃料ガスに搬送されて燃料電池の外部
に排出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記構成の燃料電池に
おいては、供給される燃料ガスの量が負荷に応じて変化
し、同時に酸化剤として供給する空気の量も送風ファン
の回転数を制御するなどして、常に適正な量の酸素が供
給されるようになっている。
おいては、供給される燃料ガスの量が負荷に応じて変化
し、同時に酸化剤として供給する空気の量も送風ファン
の回転数を制御するなどして、常に適正な量の酸素が供
給されるようになっている。
【０００９】しかし、燃料電池装置が例えば高地で使用
されるときには、平地での使用と同様に送風ファンを制
御したのでは空気の密度が平地より小さいために、発電
部に供給される酸素の量に不足が生じ、未反応水素量が
増加したり、発電量が不足するなど、発電システムとし
ての安定性および発電効率が低下すると云った問題点が
あった。
されるときには、平地での使用と同様に送風ファンを制
御したのでは空気の密度が平地より小さいために、発電
部に供給される酸素の量に不足が生じ、未反応水素量が
増加したり、発電量が不足するなど、発電システムとし
ての安定性および発電効率が低下すると云った問題点が
あった。
【００１０】したがって、設置する場所や気象条件に拘
らず常に正常な状態で発電できるようにする必要があ
り、これが解決すべき課題であった。
らず常に正常な状態で発電できるようにする必要があ
り、これが解決すべき課題であった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した従来技
術の課題を解決するためになされたものであって、燃料
ガスの供給源から供給された燃料ガスと、外部から取り
込んだ空気とを用いて発電を行う燃料電池装置におい
て、燃料ガスの供給量または発電量に基づいて外部から
取り込む空気の量を制御すると共に、外部から取り込ん
だ空気あるいは外部の空気の圧力（以下、気圧と云う）
を計測し、この計測した気圧に基づいて外部から取り込
む空気の量を補正するようにした第１の構成の燃料電池
装置の制御方法と、
術の課題を解決するためになされたものであって、燃料
ガスの供給源から供給された燃料ガスと、外部から取り
込んだ空気とを用いて発電を行う燃料電池装置におい
て、燃料ガスの供給量または発電量に基づいて外部から
取り込む空気の量を制御すると共に、外部から取り込ん
だ空気あるいは外部の空気の圧力（以下、気圧と云う）
を計測し、この計測した気圧に基づいて外部から取り込
む空気の量を補正するようにした第１の構成の燃料電池
装置の制御方法と、
【００１２】前記第１の構成の燃料電池装置の制御方法
において、気圧がＡであるときには、標準気圧Ｂである
ときに取り込む空気の量にＢ／Ａを乗算して与えられる
量に相当する量の空気を取り込むようにした第２の構成
の燃料電池装置の制御方法と、
において、気圧がＡであるときには、標準気圧Ｂである
ときに取り込む空気の量にＢ／Ａを乗算して与えられる
量に相当する量の空気を取り込むようにした第２の構成
の燃料電池装置の制御方法と、
【００１３】燃料ガスの供給源から供給された燃料ガス
と、外部から取り込んだ空気とを用いて発電を行う燃料
電池装置において、燃料ガスの供給量または発電量に基
づいて予め定められた関係で外部から取り込む空気の量
を制御すると共に、この取り込む空気の量を決める前記
関係を多めまたは少なめに修正させるスイッチを備える
ようにした第３の構成の燃料電池装置の制御方法とを提
供するものである。
と、外部から取り込んだ空気とを用いて発電を行う燃料
電池装置において、燃料ガスの供給量または発電量に基
づいて予め定められた関係で外部から取り込む空気の量
を制御すると共に、この取り込む空気の量を決める前記
関係を多めまたは少なめに修正させるスイッチを備える
ようにした第３の構成の燃料電池装置の制御方法とを提
供するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を、図面に基
づいて説明する。燃料電池装置１においては、ケース２
の内部に燃料ガスボンベ３が起立状態で収納されてい
る。ケース２の後部の上段には図示しない二次電池やＤ
Ｃ／ＤＣコンバータなどを備えた制御装置４などが収納
されており、中段には燃料の水素と酸化剤としての空気
が供給されて電気化学反応させることにより発電する燃
料電池５が収納され、下段にはＤＣ／ＡＣコンバータ６
や貯水タンク７などが収納されている。
づいて説明する。燃料電池装置１においては、ケース２
の内部に燃料ガスボンベ３が起立状態で収納されてい
る。ケース２の後部の上段には図示しない二次電池やＤ
Ｃ／ＤＣコンバータなどを備えた制御装置４などが収納
されており、中段には燃料の水素と酸化剤としての空気
が供給されて電気化学反応させることにより発電する燃
料電池５が収納され、下段にはＤＣ／ＡＣコンバータ６
や貯水タンク７などが収納されている。
【００１５】燃料ガスボンベ３からレギュレータ８と流
量調整弁９を経て燃料電池５のアノード極に供給された
水素ガスは、送風ファン１０により外部から反応空気取
入口１１を経て取り入れて燃料電池５のカソード極に送
られた空気中の酸素と燃料電池５において前記電気化学
反応を行って発電し、発電のために酸素が消費された空
気はケース２の外部に排出される。
量調整弁９を経て燃料電池５のアノード極に供給された
水素ガスは、送風ファン１０により外部から反応空気取
入口１１を経て取り入れて燃料電池５のカソード極に送
られた空気中の酸素と燃料電池５において前記電気化学
反応を行って発電し、発電のために酸素が消費された空
気はケース２の外部に排出される。
【００１６】なお、燃料電池５はケース２の反応空気取
入口１１近傍に位置されており、外部からの吸気をスム
ースに行うことができるようになっている。
入口１１近傍に位置されており、外部からの吸気をスム
ースに行うことができるようになっている。
【００１７】１２は送風ファン１０が発電の為に外部か
ら取り入れた空気をケース２外に排出するための排気ダ
クトである。白矢印で示したように流れる高温の空気に
含まれる水分（生成水と循環水の一部を含む）が排気ダ
クト１２の内面や邪魔板の表面に結露し、乾燥した空気
がケース２の外に排出される。
ら取り入れた空気をケース２外に排出するための排気ダ
クトである。白矢印で示したように流れる高温の空気に
含まれる水分（生成水と循環水の一部を含む）が排気ダ
クト１２の内面や邪魔板の表面に結露し、乾燥した空気
がケース２の外に排出される。
【００１８】分離された水分は矢印で示したように、排
気ダクト１２に設けた勾配により下部の排水タンク１３
に集められ、排水管１４を介して適宜ケース２外に排出
したり、貯水タンク７に戻すことができるように構成さ
れている。
気ダクト１２に設けた勾配により下部の排水タンク１３
に集められ、排水管１４を介して適宜ケース２外に排出
したり、貯水タンク７に戻すことができるように構成さ
れている。
【００１９】１５は水ポンプであり、貯水タンク７に溜
っている冷却水を燃料電池５に循環供給することができ
るように図示しない冷却水管が設けられている。
っている冷却水を燃料電池５に循環供給することができ
るように図示しない冷却水管が設けられている。
【００２０】そして、反応空気取入口１１には気温を計
測する温度センサ１６と、気圧を計測する圧力センサ１
７とが並設され、これらセンサが計測する気温Ｔと気圧
Ａに基づいて、送風ファン１０の回転数が図２のように
して制御される。
測する温度センサ１６と、気圧を計測する圧力センサ１
７とが並設され、これらセンサが計測する気温Ｔと気圧
Ａに基づいて、送風ファン１０の回転数が図２のように
して制御される。
【００２１】先ず、レギュレータ８によって所定の圧
力、例えば５ｋＰａに降圧調整された燃料ガスボンベ３
内の燃料ガスが、流量調整弁９によって負荷に応じた所
要の流量に制御されて燃料電池５のアノード極に供給さ
れる。
力、例えば５ｋＰａに降圧調整された燃料ガスボンベ３
内の燃料ガスが、流量調整弁９によって負荷に応じた所
要の流量に制御されて燃料電池５のアノード極に供給さ
れる。
【００２２】そして、燃料電池５のアノード極に供給さ
れている燃料ガス流量または発電量に応じた酸素量、具
体的には送風ファン１０の回転数が算出される。その場
合、標準条件、すなわち１０１．３２５ｋＰａ（１気
圧）、２７３．１５Ｋ（０℃）での送風ファン１０の回
転数Ｎ0 が、制御装置４の図示しないメモリ部などに記
憶してある、例えば図３に示したような燃料ガス供給量
Ｑ１−所要酸素供給量Ｑ２関係式などに基づいて先ず算
出される。
れている燃料ガス流量または発電量に応じた酸素量、具
体的には送風ファン１０の回転数が算出される。その場
合、標準条件、すなわち１０１．３２５ｋＰａ（１気
圧）、２７３．１５Ｋ（０℃）での送風ファン１０の回
転数Ｎ0 が、制御装置４の図示しないメモリ部などに記
憶してある、例えば図３に示したような燃料ガス供給量
Ｑ１−所要酸素供給量Ｑ２関係式などに基づいて先ず算
出される。
【００２３】続いて、温度センサ１６と圧力センサ１７
とが計測している現時点の気圧Ａ（ｋＰａ）と温度Ｔ
（Ｋ）とに基づいて、送風ファン１０の実際の回転数Ｎ
を、Ｎ0 ×（１０１．３２５÷Ａ）×（Ｔ÷２７３．１
５）として求め、この回転数で送風ファン１０が回転さ
せられる。
とが計測している現時点の気圧Ａ（ｋＰａ）と温度Ｔ
（Ｋ）とに基づいて、送風ファン１０の実際の回転数Ｎ
を、Ｎ0 ×（１０１．３２５÷Ａ）×（Ｔ÷２７３．１
５）として求め、この回転数で送風ファン１０が回転さ
せられる。
【００２４】上記のように送風ファン１０の回転が制御
されるので、直接的な気圧変動は勿論、気温が高くした
がって空気の密度が小さくなっているときには、その低
密度を考慮して送風ファン１０の回転数が増え、気温が
低くしたがって空気の密度が大きくなっているときに
は、その高密度を考慮して送風ファン１０の回転数が下
がるので、燃料電池５のアノード極に供給される燃料ガ
スに最適な量の酸素が、外部から取り込まれて燃料電池
５のカソード極に供給される。
されるので、直接的な気圧変動は勿論、気温が高くした
がって空気の密度が小さくなっているときには、その低
密度を考慮して送風ファン１０の回転数が増え、気温が
低くしたがって空気の密度が大きくなっているときに
は、その高密度を考慮して送風ファン１０の回転数が下
がるので、燃料電池５のアノード極に供給される燃料ガ
スに最適な量の酸素が、外部から取り込まれて燃料電池
５のカソード極に供給される。
【００２５】したがって、燃料電池装置１の設置場所や
気象の変動に拘らず、燃料電池５に供給される酸素の量
に過不足が生じて、未反応水素ガスの量が増加したり、
発電量が不足するなどの、発電システムとしての安定性
や発電効率が低下すると云った不都合が起こることはな
く、常に正常な状態で発電できるようになった。
気象の変動に拘らず、燃料電池５に供給される酸素の量
に過不足が生じて、未反応水素ガスの量が増加したり、
発電量が不足するなどの、発電システムとしての安定性
や発電効率が低下すると云った不都合が起こることはな
く、常に正常な状態で発電できるようになった。
【００２６】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸
脱しない範囲で各種の変形実施が可能である。
ものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸
脱しない範囲で各種の変形実施が可能である。
【００２７】例えば、送風ファン１０と燃料電池５との
間にダンパーを設け、このダンパーの開度を気圧Ａと気
温Ｔに基づいて調整し、燃料電池５に供給する空気の量
を制御するように構成することも可能である。
間にダンパーを設け、このダンパーの開度を気圧Ａと気
温Ｔに基づいて調整し、燃料電池５に供給する空気の量
を制御するように構成することも可能である。
【００２８】また、温度センサ１６と圧力センサ１７と
は、送風ファン１０と燃料電池５との間に設けるように
構成することも可能である。
は、送風ファン１０と燃料電池５との間に設けるように
構成することも可能である。
【００２９】また、ケース２内に収納されているため、
温度センサ１６が計測する気温Ｔ、すなわち外気の温度
ほどは温度が変化しない燃料ガスボンベ３内の燃料ガス
の燃料電池５への供給も、その温度を計測して温度が高
いときには多く、温度が低い時には少なく燃料電池５に
供給するように構成することも可能である。
温度センサ１６が計測する気温Ｔ、すなわち外気の温度
ほどは温度が変化しない燃料ガスボンベ３内の燃料ガス
の燃料電池５への供給も、その温度を計測して温度が高
いときには多く、温度が低い時には少なく燃料電池５に
供給するように構成することも可能である。
【００３０】また、燃料ガス流量に対応する送風ファン
１０の回転数を求める関係式またはそのデータ、さらに
はその関係を表すテーブルを複数用意してスイッチで切
り換えるようにしても良い。この時は気圧が高いとき、
または低い時に対応するものとすれば、気圧計を用いず
に本発明を実施することができる。
１０の回転数を求める関係式またはそのデータ、さらに
はその関係を表すテーブルを複数用意してスイッチで切
り換えるようにしても良い。この時は気圧が高いとき、
または低い時に対応するものとすれば、気圧計を用いず
に本発明を実施することができる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、燃
料電池装置の設置位置や気象条件の変動に拘らず、適正
な量の空気が発電部に供給されるので、未反応水素ガス
の量が増加したり、発電量が不足するなどのシステムと
しての安定性や発電効率が低下すると云った不都合が起
こることはなく、常に正常な状態で発電できる。
料電池装置の設置位置や気象条件の変動に拘らず、適正
な量の空気が発電部に供給されるので、未反応水素ガス
の量が増加したり、発電量が不足するなどのシステムと
しての安定性や発電効率が低下すると云った不都合が起
こることはなく、常に正常な状態で発電できる。
【図１】燃料電池装置の要部の説明図である。
【図２】制御の流れを示す説明図である。
【図３】所要酸素供給量を求めるための説明図である。
【図４】固体高分子型燃料電池の構成を示す説明図であ
る。
る。
【図５】燃料電池装置の説明図である。
１ 燃料電池装置 ２ ケース ３ 燃料ガスボンベ ４ 制御装置 ５ 燃料電池 ８ レギュレータ ９ 流量調整弁 １０ 送風ファン １１ 反応空気取入口 １６ 温度センサ １７ 圧力センサ
Claims (3)
- 【請求項１】 燃料ガスの供給源から供給された燃料ガ
スと、外部から取り込んだ空気とを用いて発電を行う燃
料電池装置において、燃料ガスの供給量または発電量に
基づいて外部から取り込む空気の量を制御すると共に、
外部から取り込んだ空気あるいは外部の空気の圧力（以
下、気圧と云う）を計測し、この計測した気圧に基づい
て外部から取り込む空気の量を補正することを特徴とす
る燃料電池装置の制御方法。 - 【請求項２】 気圧がＡであるときには、標準気圧Ｂで
あるときに取り込む空気の量にＢ／Ａを乗算して与えら
れる量に相当する量の空気を取り込むことを特徴とする
請求項１記載の燃料電池装置の制御方法。 - 【請求項３】 燃料ガスの供給源から供給された燃料ガ
スと、外部から取り込んだ空気とを用いて発電を行う燃
料電池装置において、燃料ガスの供給量または発電量に
基づいて予め定められた関係で外部から取り込む空気の
量を制御すると共に、この取り込む空気の量を決める前
記関係を多めまたは少なめに修正させるスイッチを備え
たことを特徴とする燃料電池装置の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10210947A JP2000048838A (ja) | 1998-07-27 | 1998-07-27 | 燃料電池装置の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10210947A JP2000048838A (ja) | 1998-07-27 | 1998-07-27 | 燃料電池装置の制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000048838A true JP2000048838A (ja) | 2000-02-18 |
Family
ID=16597741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10210947A Pending JP2000048838A (ja) | 1998-07-27 | 1998-07-27 | 燃料電池装置の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000048838A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006006088A (ja) * | 2004-06-21 | 2006-01-05 | Nissan Motor Co Ltd | 圧縮機制御装置 |
| DE112008002749T5 (de) | 2007-10-16 | 2010-08-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi | Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Steuern einer Kompressordrehzahl |
| US7851099B2 (en) | 2003-11-28 | 2010-12-14 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and control method for fuel cell |
| WO2012063922A1 (ja) * | 2010-11-12 | 2012-05-18 | Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 | 燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法 |
| WO2012063921A1 (ja) * | 2010-11-12 | 2012-05-18 | Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 | 燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法 |
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