JP2002141085A - 固体高分子形燃料電池 - Google Patents
固体高分子形燃料電池Info
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- JP2002141085A JP2002141085A JP2000331842A JP2000331842A JP2002141085A JP 2002141085 A JP2002141085 A JP 2002141085A JP 2000331842 A JP2000331842 A JP 2000331842A JP 2000331842 A JP2000331842 A JP 2000331842A JP 2002141085 A JP2002141085 A JP 2002141085A
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】反応ガスに添加する水分量を適切に制御して部
分負荷運転時にもガス流路への結露や流路閉塞を生じな
いものとする。 【解決手段】電池スタック部３に供給する反応空気を、
流量調節弁７１を備えた加湿用空気供給管７と、流量調
節弁８１を備えた無加湿用空気供給管８に分流して供給
し、流量調節弁７１、８１の開度を制御器９により負荷
電流に基づいて制御することによって、反応空気中の水
分量を制御する。
分負荷運転時にもガス流路への結露や流路閉塞を生じな
いものとする。 【解決手段】電池スタック部３に供給する反応空気を、
流量調節弁７１を備えた加湿用空気供給管７と、流量調
節弁８１を備えた無加湿用空気供給管８に分流して供給
し、流量調節弁７１、８１の開度を制御器９により負荷
電流に基づいて制御することによって、反応空気中の水
分量を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】高分子イオン交換膜を電解質
膜として用い、燃料ガスと酸化剤ガスを導入して電気化
学反応により電気エネルギーを得る固体高分子形燃料電
池に関する。
膜として用い、燃料ガスと酸化剤ガスを導入して電気化
学反応により電気エネルギーを得る固体高分子形燃料電
池に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子形燃料電池の電解質膜として
用いられる高分子イオン交換膜は、飽和に含水させるこ
とによりプロトン導電性電解質として機能する。したが
って、固体高分子形燃料電池の運転に際しては、加湿手
段を用いて水分を添加した反応ガスを燃料電池本体に供
給することによって高分子イオン交換膜を湿潤に保持し
ている。この反応ガスの加湿手段としては、反応ガスと
水をその間に蒸気透過膜を介して通流させ、反応ガスへ
水を添加する加湿セルの方式が一般に用いられている。
用いられる高分子イオン交換膜は、飽和に含水させるこ
とによりプロトン導電性電解質として機能する。したが
って、固体高分子形燃料電池の運転に際しては、加湿手
段を用いて水分を添加した反応ガスを燃料電池本体に供
給することによって高分子イオン交換膜を湿潤に保持し
ている。この反応ガスの加湿手段としては、反応ガスと
水をその間に蒸気透過膜を介して通流させ、反応ガスへ
水を添加する加湿セルの方式が一般に用いられている。
【０００３】図３は、従来の固体高分子形燃料電池の燃
料電池本体の基本構成と反応ガスとして供給される燃料
ガスと反応空気の流れの一例を示す系統図である。図に
見られるように、燃料電池本体１は、加湿セルスタック
部２と電池スタック部３を一体に積層して構成されてい
る。このうち加湿セルスタック部２は、水蒸気透過膜２
２の両面に加湿セル水流路２１と加湿空気流路２３を備
えてなる加湿セル２０を複数個積層して構成されてい
る。また、電池スタック部３は燃料電池セル３０を複数
積層して構成されており、各燃料電池セル３０は、電解
質膜３２と、その両面に配された空気極３３と燃料極３
４、ならびに電池冷却水を通流させる電池冷却板３１か
らなる。
料電池本体の基本構成と反応ガスとして供給される燃料
ガスと反応空気の流れの一例を示す系統図である。図に
見られるように、燃料電池本体１は、加湿セルスタック
部２と電池スタック部３を一体に積層して構成されてい
る。このうち加湿セルスタック部２は、水蒸気透過膜２
２の両面に加湿セル水流路２１と加湿空気流路２３を備
えてなる加湿セル２０を複数個積層して構成されてい
る。また、電池スタック部３は燃料電池セル３０を複数
積層して構成されており、各燃料電池セル３０は、電解
質膜３２と、その両面に配された空気極３３と燃料極３
４、ならびに電池冷却水を通流させる電池冷却板３１か
らなる。
【０００４】反応ガスとしての燃料ガスは、燃料ガス供
給管５を通して電池スタック部３へ直接送られ、分流し
て各燃料電池セル３０の燃料極３４を流れたのち燃料極
オフガスとして排出される。これに対して、もう一方の
反応ガスである反応空気は、加湿用空気供給管７を通し
て加湿セルスタック部２に供給され、複数の加湿セル２
０の加湿空気流路２３を分流して流れたのち、一括して
電池スタック部３へ送られ、再び分流して複数の燃料電
池セル３０の空気極３３を流れたのち空気極オフガスと
して排出される。電池スタック部３の温度を所定の運転
温度に保持するための冷却水は、冷却水供給管６を通し
て加湿セルスタック部２へと送られ、分流して各加湿セ
ル２０の加湿セル水流路２１を流れる。加湿セル２０を
出た冷却水は、一括して電池スタック部３へ送られ、再
び分流して複数の燃料電池セル３０の電池冷却板３１を
流れたのち燃料電池本体１の外部へ排出される。したが
って、反応空気は、加湿セル２０の加湿空気流路２３を
流れる際に加湿セル水流路２１を流れる冷却水の水蒸気
を水蒸気透過膜２２を介して吸収し、加湿された空気と
して電池スタック部３の各燃料電池セル３０へ送られる
こととなる。これによって、各燃料電池セル３０の電解
質膜３２は飽和に含水し、プロトン導電性電解質として
の機能を果たすこととなる。
給管５を通して電池スタック部３へ直接送られ、分流し
て各燃料電池セル３０の燃料極３４を流れたのち燃料極
オフガスとして排出される。これに対して、もう一方の
反応ガスである反応空気は、加湿用空気供給管７を通し
て加湿セルスタック部２に供給され、複数の加湿セル２
０の加湿空気流路２３を分流して流れたのち、一括して
電池スタック部３へ送られ、再び分流して複数の燃料電
池セル３０の空気極３３を流れたのち空気極オフガスと
して排出される。電池スタック部３の温度を所定の運転
温度に保持するための冷却水は、冷却水供給管６を通し
て加湿セルスタック部２へと送られ、分流して各加湿セ
ル２０の加湿セル水流路２１を流れる。加湿セル２０を
出た冷却水は、一括して電池スタック部３へ送られ、再
び分流して複数の燃料電池セル３０の電池冷却板３１を
流れたのち燃料電池本体１の外部へ排出される。したが
って、反応空気は、加湿セル２０の加湿空気流路２３を
流れる際に加湿セル水流路２１を流れる冷却水の水蒸気
を水蒸気透過膜２２を介して吸収し、加湿された空気と
して電池スタック部３の各燃料電池セル３０へ送られる
こととなる。これによって、各燃料電池セル３０の電解
質膜３２は飽和に含水し、プロトン導電性電解質として
の機能を果たすこととなる。
【０００５】水蒸気透過膜の両面に加湿セル水流路と加
湿空気流路を配して構成される上記のごとき加湿セルに
おいては、加湿セル水流路を流れる水の温度と加湿空気
流路を流れる空気の流量によって空気の加湿特性が定ま
る。一般に、水温が高くなるほど空気中の水蒸気分圧も
高くなる。また、空気流量が減少するにしたがって空気
中の水蒸気分圧が高くなり、水温での飽和水蒸気圧でほ
ぼ一定となる。図３のごとく構成した燃料電池システム
の場合には、水分の凝縮による燃料電池セル３０のガス
流路の閉塞を回避するために、加湿後の空気の水蒸気分
圧を冷却水温度での飽和水蒸気分圧よりも低い値に設定
して用いる。このとき、冷却水温度は燃料電池セル３０
の運転条件として定められた電池冷却水温度によって決
まり、反応空気の所要流量も燃料電池セル３０の運転条
件で決まるので、加湿セルスタック部２の加湿セル２０
の数を適切な値に選定することによって所定の水蒸気分
圧を得る方法が採られる。
湿空気流路を配して構成される上記のごとき加湿セルに
おいては、加湿セル水流路を流れる水の温度と加湿空気
流路を流れる空気の流量によって空気の加湿特性が定ま
る。一般に、水温が高くなるほど空気中の水蒸気分圧も
高くなる。また、空気流量が減少するにしたがって空気
中の水蒸気分圧が高くなり、水温での飽和水蒸気圧でほ
ぼ一定となる。図３のごとく構成した燃料電池システム
の場合には、水分の凝縮による燃料電池セル３０のガス
流路の閉塞を回避するために、加湿後の空気の水蒸気分
圧を冷却水温度での飽和水蒸気分圧よりも低い値に設定
して用いる。このとき、冷却水温度は燃料電池セル３０
の運転条件として定められた電池冷却水温度によって決
まり、反応空気の所要流量も燃料電池セル３０の運転条
件で決まるので、加湿セルスタック部２の加湿セル２０
の数を適切な値に選定することによって所定の水蒸気分
圧を得る方法が採られる。
【０００６】なお、図３に示した従来例では、加湿セル
スタック部２と電池スタック部３を一体に積層して燃料
電池本体１が構成されているが、加湿セルを燃料電池セ
ルより分離して構成することも可能である。すなわち、
特開平10−64569号に開示の燃料電池は、図３の加湿セ
ルスタック部２の機能を果たす加湿器が燃料電池積層体
とは分離して設置され、反応ガスの少なくともいずれか
一方のガスをこの加湿器により加湿して燃料電池積層体
に供給する方式に基づくもので、特に、加湿器を迂回し
てガスを供給する回路を設け、回路を切り換えて乾燥ガ
スを供給して燃料電池積層体のガス流路に結露した水を
除去できるようにしたことを特徴とするものである。
スタック部２と電池スタック部３を一体に積層して燃料
電池本体１が構成されているが、加湿セルを燃料電池セ
ルより分離して構成することも可能である。すなわち、
特開平10−64569号に開示の燃料電池は、図３の加湿セ
ルスタック部２の機能を果たす加湿器が燃料電池積層体
とは分離して設置され、反応ガスの少なくともいずれか
一方のガスをこの加湿器により加湿して燃料電池積層体
に供給する方式に基づくもので、特に、加湿器を迂回し
てガスを供給する回路を設け、回路を切り換えて乾燥ガ
スを供給して燃料電池積層体のガス流路に結露した水を
除去できるようにしたことを特徴とするものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述のごとく固体高分
子形燃料電池においては、燃料電池本体に供給する酸化
剤ガス等の反応ガスに加湿手段を用いて水分を添加し、
高分子イオン交換膜を湿潤に保持して運転する方法が採
られている。このとき、燃料電池本体の電池冷却水温度
および反応ガスの所要供給流量に基づいて加湿手段のセ
ル数を選定し、所定の水蒸気分圧を得ている。
子形燃料電池においては、燃料電池本体に供給する酸化
剤ガス等の反応ガスに加湿手段を用いて水分を添加し、
高分子イオン交換膜を湿潤に保持して運転する方法が採
られている。このとき、燃料電池本体の電池冷却水温度
および反応ガスの所要供給流量に基づいて加湿手段のセ
ル数を選定し、所定の水蒸気分圧を得ている。
【０００８】しかしながら、この加湿手段のセル数は一
般に燃料電池本体の定格運転条件で最適化されるので、
定格運転時には反応ガスは所定の水蒸気分圧で燃料電池
本体へ供給されるが、燃料電池本体の所要反応ガス流量
が低下する部分負荷時には、加湿手段の各セルに流れる
ガス流量が減少するにもかかわらず冷却水温度は一定に
保持されるので、加湿手段を通流したガスの水蒸気分圧
は定格運転時より高くなる。水蒸気分圧の上昇が過大に
なると、所定の電池冷却水温度で冷却されている燃料電
池本体の内部において水分の凝縮が起こり、ガス流路が
閉塞して、燃料電池セル内部で反応ガスの流れの不等配
が生じ、出力電圧が低下したり、不安定となる等の特性
低下を引き起こすこととなる。
般に燃料電池本体の定格運転条件で最適化されるので、
定格運転時には反応ガスは所定の水蒸気分圧で燃料電池
本体へ供給されるが、燃料電池本体の所要反応ガス流量
が低下する部分負荷時には、加湿手段の各セルに流れる
ガス流量が減少するにもかかわらず冷却水温度は一定に
保持されるので、加湿手段を通流したガスの水蒸気分圧
は定格運転時より高くなる。水蒸気分圧の上昇が過大に
なると、所定の電池冷却水温度で冷却されている燃料電
池本体の内部において水分の凝縮が起こり、ガス流路が
閉塞して、燃料電池セル内部で反応ガスの流れの不等配
が生じ、出力電圧が低下したり、不安定となる等の特性
低下を引き起こすこととなる。
【０００９】前述の特開平10−64569 号に開示の燃料電
池のごとく、加湿器を迂回してガスを供給する回路を設
け、弁を切り換えて乾燥したガスを送り、ガス流路に結
露した水を除去すれば、再び安定した運転が可能となる
が、このような操作は、ガス流路への結露、あるいはガ
ス流路の閉塞に対応して実施される措置であり、過渡的
な特性低下を回避することは困難である。
池のごとく、加湿器を迂回してガスを供給する回路を設
け、弁を切り換えて乾燥したガスを送り、ガス流路に結
露した水を除去すれば、再び安定した運転が可能となる
が、このような操作は、ガス流路への結露、あるいはガ
ス流路の閉塞に対応して実施される措置であり、過渡的
な特性低下を回避することは困難である。
【００１０】本発明は上記のごとき現状技術の難点を考
慮してなされたもので、本発明の目的は、燃料電池スタ
ックに供給される酸化剤ガス等の反応ガスに含まれる水
蒸気量が適切に制御され、流量が低下する部分負荷運転
時においてもガス流路への結露やガス流路の閉塞を生じ
る恐れのない固体高分子形燃料電池を提供することにあ
る。
慮してなされたもので、本発明の目的は、燃料電池スタ
ックに供給される酸化剤ガス等の反応ガスに含まれる水
蒸気量が適切に制御され、流量が低下する部分負荷運転
時においてもガス流路への結露やガス流路の閉塞を生じ
る恐れのない固体高分子形燃料電池を提供することにあ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、水素を含んだ燃料ガスと酸素
を含んだ酸化剤ガスを反応ガスとして導入し、電気化学
反応を用いて電気エネルギーを得る固体高分子形燃料電
池で、少なくとも一方の反応ガスを、ガスに水分を添加
する加湿手段を備えた加湿回路を通流したガスと加湿手
段を有しない無加湿回路を通流したガスの混合ガスとし
て導入する固体高分子形燃料電池において、（１）上記
の加湿回路および上記の無加湿回路にそれぞれその回路
に通流するガスの流量を調節する流量調節弁を備え、か
つ、これらの流量調節弁の開度を電池の負荷に対応して
制御する制御器を備えることとし、（２）例えば、上記
の制御器を、電池の負荷電流の測定値を入力し、上記の
加湿回路および上記の無加湿回路に備えられたそれぞれ
の流量調整弁に対して、流量調整弁の弁開度が電池の負
荷電流に対応して予め設定された弁開度となるように制
御信号を出力する制御器とする。あるいは、上記の制御
器を、電池の負荷電流電池の測定値と電池より排出され
た当該反応ガスの露点の測定値を入力し、上記の加湿回
路および上記の無加湿回路に備えられたそれぞれの流量
調整弁に対して、電池より排出される当該反応ガスの露
点が電池の負荷電流に対応して予め設定された露点とな
るよう開度の制御信号を出力する制御器とする。
めに、本発明においては、水素を含んだ燃料ガスと酸素
を含んだ酸化剤ガスを反応ガスとして導入し、電気化学
反応を用いて電気エネルギーを得る固体高分子形燃料電
池で、少なくとも一方の反応ガスを、ガスに水分を添加
する加湿手段を備えた加湿回路を通流したガスと加湿手
段を有しない無加湿回路を通流したガスの混合ガスとし
て導入する固体高分子形燃料電池において、（１）上記
の加湿回路および上記の無加湿回路にそれぞれその回路
に通流するガスの流量を調節する流量調節弁を備え、か
つ、これらの流量調節弁の開度を電池の負荷に対応して
制御する制御器を備えることとし、（２）例えば、上記
の制御器を、電池の負荷電流の測定値を入力し、上記の
加湿回路および上記の無加湿回路に備えられたそれぞれ
の流量調整弁に対して、流量調整弁の弁開度が電池の負
荷電流に対応して予め設定された弁開度となるように制
御信号を出力する制御器とする。あるいは、上記の制御
器を、電池の負荷電流電池の測定値と電池より排出され
た当該反応ガスの露点の測定値を入力し、上記の加湿回
路および上記の無加湿回路に備えられたそれぞれの流量
調整弁に対して、電池より排出される当該反応ガスの露
点が電池の負荷電流に対応して予め設定された露点とな
るよう開度の制御信号を出力する制御器とする。
【００１２】上記の（１）のごとく、加湿回路と無加湿
回路にそれぞれ流量調節弁を備え、それらの開度を電池
の負荷に対応して制御する制御器、例えば（２）に記し
たごとき制御器により制御することとし、部分負荷運転
の場合には、加湿回路を流れるガス流量を減少させて減
少分を無加湿回路に流すこととすれば、ガス流量の総量
を一定に保持しながら燃料電池セルスタックに送られる
ガスの水蒸気分圧を低く抑えることができる。したがっ
て、部分負荷運転の場合においてもガス流路へ結露する
恐れがなく、従来例で見られたガス流路の水滴による閉
塞のごとき事態の発生は回避される。
回路にそれぞれ流量調節弁を備え、それらの開度を電池
の負荷に対応して制御する制御器、例えば（２）に記し
たごとき制御器により制御することとし、部分負荷運転
の場合には、加湿回路を流れるガス流量を減少させて減
少分を無加湿回路に流すこととすれば、ガス流量の総量
を一定に保持しながら燃料電池セルスタックに送られる
ガスの水蒸気分圧を低く抑えることができる。したがっ
て、部分負荷運転の場合においてもガス流路へ結露する
恐れがなく、従来例で見られたガス流路の水滴による閉
塞のごとき事態の発生は回避される。
【００１３】
【発明の実施の形態】＜実施例１＞図１は、本発明の固
体高分子形燃料電池の第１の実施例の燃料電池本体の基
本構成と供給される反応ガスの流れを示す系統図であ
る。本図において、図３に示した従来例の構成と同一機
能を有する構成部品には同一符号が付されており、重複
する説明は省略する。
体高分子形燃料電池の第１の実施例の燃料電池本体の基
本構成と供給される反応ガスの流れを示す系統図であ
る。本図において、図３に示した従来例の構成と同一機
能を有する構成部品には同一符号が付されており、重複
する説明は省略する。
【００１４】本実施例の構成と図３の従来例の構成との
相違点は、反応ガスとして供給される反応空気の加湿方
式にある。すなわち、前述のごとく従来例の構成では、
反応空気の全量が加湿用空気供給管７を通して加湿セル
２０に送られ、加湿されて燃料電池セル３０へ供給され
ていたのに対して、本実施例の構成では、加湿セル２０
に送られる加湿用空気供給管７に平行して加湿セル２０
を迂回して送られる無加湿用空気供給管８が備えられて
おり、流量調節弁７１および流量調節弁８１によって制
御された流量の反応空気がそれぞれの供給管に送られ、
加湿セルスタック部２と電池スタック部３との間に配さ
れた分配板４において混合された後、燃料電池セル３０
へ供給されるよう構成されている。また、上記の流量調
節弁７１および流量調節弁８１を制御する制御器９に
は、反応空気を加湿する際の流量調節弁７１および流量
調節弁８１の最適な開度がこの燃料電池本体１の運転実
績を基に負荷電流に対応して設定されており、入力され
た負荷電流の測定値に応じて流量調節弁７１と流量調節
弁８１の開度が所定値に調整される。
相違点は、反応ガスとして供給される反応空気の加湿方
式にある。すなわち、前述のごとく従来例の構成では、
反応空気の全量が加湿用空気供給管７を通して加湿セル
２０に送られ、加湿されて燃料電池セル３０へ供給され
ていたのに対して、本実施例の構成では、加湿セル２０
に送られる加湿用空気供給管７に平行して加湿セル２０
を迂回して送られる無加湿用空気供給管８が備えられて
おり、流量調節弁７１および流量調節弁８１によって制
御された流量の反応空気がそれぞれの供給管に送られ、
加湿セルスタック部２と電池スタック部３との間に配さ
れた分配板４において混合された後、燃料電池セル３０
へ供給されるよう構成されている。また、上記の流量調
節弁７１および流量調節弁８１を制御する制御器９に
は、反応空気を加湿する際の流量調節弁７１および流量
調節弁８１の最適な開度がこの燃料電池本体１の運転実
績を基に負荷電流に対応して設定されており、入力され
た負荷電流の測定値に応じて流量調節弁７１と流量調節
弁８１の開度が所定値に調整される。
【００１５】したがって、本構成の燃料電池本体を備え
た固体高分子形燃料電池においては、定格運転時は勿論
のこと、負荷電流が低下した際にも、その負荷電流に応
じて流量調節弁７１と流量調節弁８１の開度が所定値に
調整され、加湿セルスタック部２に供給される反応空気
の加湿量が最適値となるよう加湿用空気供給管７と無加
湿用空気供給管８に流れる反応空気流量が調整される。
したがって、加湿セル２０の加湿空気流路２３に送られ
る反応空気の加湿量が過大となる恐れはなく、流路への
結露は回避される。
た固体高分子形燃料電池においては、定格運転時は勿論
のこと、負荷電流が低下した際にも、その負荷電流に応
じて流量調節弁７１と流量調節弁８１の開度が所定値に
調整され、加湿セルスタック部２に供給される反応空気
の加湿量が最適値となるよう加湿用空気供給管７と無加
湿用空気供給管８に流れる反応空気流量が調整される。
したがって、加湿セル２０の加湿空気流路２３に送られ
る反応空気の加湿量が過大となる恐れはなく、流路への
結露は回避される。
【００１６】＜実施例２＞図２は、本発明の固体高分子
形燃料電池の第２の実施例における燃料電池本体への反
応ガスの流れを示す系統図である。本図においては簡略
に示されているが、燃料電池本体１Ａを構成する加湿セ
ルスタック部２および電池スタック部３の構成は図１に
示した第１の実施例の構成と同一である。
形燃料電池の第２の実施例における燃料電池本体への反
応ガスの流れを示す系統図である。本図においては簡略
に示されているが、燃料電池本体１Ａを構成する加湿セ
ルスタック部２および電池スタック部３の構成は図１に
示した第１の実施例の構成と同一である。
【００１７】本実施例の構成の第１の実施例の構成との
相違点は、加湿用空気供給管７に備えられた流量調節弁
７１と無加湿用空気供給管８に備えられた流量調節弁８
１を制御する制御器９Ａの機能と、電池スタック部３よ
り排出された空気排ガスの露点を測定する露点計９１が
設置されていることにある。すなわち、本実施例におい
ては、上記の露点計９１の測定値と電池の負荷電流電池
の測定値が制御器９Ａに入力され、空気排ガスの露点が
電池の負荷電流に対応して予め設定された露点となるよ
うにこの制御器９Ａから流量調節弁７１と流量調節弁８
１に対して開度の制御信号が送られている。本構成では
空気排ガスの露点を監視してガス中の水蒸気分圧が直接
制御されるので、第１の実施例の構成よりもより適切に
水蒸気分圧が制御できる。
相違点は、加湿用空気供給管７に備えられた流量調節弁
７１と無加湿用空気供給管８に備えられた流量調節弁８
１を制御する制御器９Ａの機能と、電池スタック部３よ
り排出された空気排ガスの露点を測定する露点計９１が
設置されていることにある。すなわち、本実施例におい
ては、上記の露点計９１の測定値と電池の負荷電流電池
の測定値が制御器９Ａに入力され、空気排ガスの露点が
電池の負荷電流に対応して予め設定された露点となるよ
うにこの制御器９Ａから流量調節弁７１と流量調節弁８
１に対して開度の制御信号が送られている。本構成では
空気排ガスの露点を監視してガス中の水蒸気分圧が直接
制御されるので、第１の実施例の構成よりもより適切に
水蒸気分圧が制御できる。
【００１８】なお、上記の二つの実施例においては、い
ずれの場合も、空気極に供給する反応空気を、加湿用回
路を通流した加湿空気と無加湿用回路を通流した無加湿
空気との混合空気として用い、二つの回路を流れる空気
の流量を制御するものとしているが、燃料極に供給する
燃料ガスに対して同様の措置を講ずることとしても同様
の効果が得られることは例示するまでもない。
ずれの場合も、空気極に供給する反応空気を、加湿用回
路を通流した加湿空気と無加湿用回路を通流した無加湿
空気との混合空気として用い、二つの回路を流れる空気
の流量を制御するものとしているが、燃料極に供給する
燃料ガスに対して同様の措置を講ずることとしても同様
の効果が得られることは例示するまでもない。
【００１９】
【発明の効果】上述のごとく、本発明においては、少な
くとも一方の反応ガスを加湿用回路を通流した加湿ガス
と加湿しない無加湿ガスとの混合ガスとして燃料電池セ
ルに導入する固体高分子形燃料電池において、加湿ガス
と無加湿ガスの系統を請求項１のごとく制御することと
し、例えば請求項２、あるいは請求項３のごとく構成し
て制御することとしたので、負荷電流が低下する部分負
荷運転の場合に、反応ガスの総量を一定に維持しながら
ガス中の水蒸気分圧を低く抑えることが可能となった。
したがって、燃料電池セルのガス流路に水分が凝縮して
流路が閉塞し、反応ガスの流れが不等配になる恐れが無
くなり、出力電圧の低下や不安定化が防止できることと
なった。
くとも一方の反応ガスを加湿用回路を通流した加湿ガス
と加湿しない無加湿ガスとの混合ガスとして燃料電池セ
ルに導入する固体高分子形燃料電池において、加湿ガス
と無加湿ガスの系統を請求項１のごとく制御することと
し、例えば請求項２、あるいは請求項３のごとく構成し
て制御することとしたので、負荷電流が低下する部分負
荷運転の場合に、反応ガスの総量を一定に維持しながら
ガス中の水蒸気分圧を低く抑えることが可能となった。
したがって、燃料電池セルのガス流路に水分が凝縮して
流路が閉塞し、反応ガスの流れが不等配になる恐れが無
くなり、出力電圧の低下や不安定化が防止できることと
なった。
【図１】本発明の固体高分子形燃料電池の第１の実施例
の燃料電池本体の基本構成と供給される反応ガスの流れ
の一例を示す系統図
の燃料電池本体の基本構成と供給される反応ガスの流れ
の一例を示す系統図
【図２】本発明の固体高分子形燃料電池の第２の実施例
における燃料電池本体への反応ガスの流れを示す系統図
における燃料電池本体への反応ガスの流れを示す系統図
【図３】従来の固体高分子形燃料電池の燃料電池本体の
基本構成と供給される反応ガスの流れの一例を示す系統
図
基本構成と供給される反応ガスの流れの一例を示す系統
図
１，１Ａ 燃料電池本体 ２ 加湿セルスタック部 ２０ 加湿セル ２１ 加湿セル水流路 ２２ 水蒸気透過膜 ２３ 加湿空気流路 ３ 電池スタック部 ３０ 燃料電池セル ３１ 電池冷却板 ３２ 電解質膜 ３３ 空気極 ３４ 燃料極 ４ 分配板 ５ 燃料ガス供給管 ６ 冷却水供給管 ７ 加湿用空気供給管 ７１ 流量調節弁 ８ 無加湿用空気供給管 ８１ 流量調節弁 ９，９Ａ 制御器 ９１ 露点計
Claims (3)
- 【請求項１】水素を含んだ燃料ガスと酸素を含んだ酸化
剤ガスを反応ガスとして導入し、電気化学反応を用いて
電気エネルギーを得る固体高分子形燃料電池で、少なく
とも一方の反応ガスを、ガスに水分を添加する加湿手段
を備えた加湿回路を通流したガスと加湿手段を有しない
無加湿回路を通流したガスの混合ガスとして導入する固
体高分子形燃料電池において、 前記加湿回路および前記無加湿回路がそれぞれ当該回路
に通流するガスの流量を調節する流量調節弁を備え、か
つ、これらの流量調節弁の開度を電池の負荷に対応して
制御する制御器が備えられていることを特徴とする固体
高分子形燃料電池。 - 【請求項２】前記の制御器が、電池の負荷電流の測定値
を入力し、前記加湿回路および前記無加湿回路に備えら
れたそれぞれの流量調整弁に対して、流量調整弁の弁開
度が電池の負荷電流に対応して予め設定された弁開度と
なるように制御信号を出力する制御器であることを特徴
とする請求項１に記載の固体高分子形燃料電池。 - 【請求項３】前記の制御器が、電池の負荷電流電池の測
定値と電池より排出された当該反応ガスの露点の測定値
を入力し、前記加湿回路および前記無加湿回路に備えら
れたそれぞれの流量調整弁に対して、電池より排出され
る当該反応ガスの露点が電池の負荷電流に対応して予め
設定された露点となるよう開度の制御信号を出力する制
御器であることを特徴とする請求項１に記載の固体高分
子形燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000331842A JP2002141085A (ja) | 2000-10-31 | 2000-10-31 | 固体高分子形燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000331842A JP2002141085A (ja) | 2000-10-31 | 2000-10-31 | 固体高分子形燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002141085A true JP2002141085A (ja) | 2002-05-17 |
Family
ID=18808132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000331842A Pending JP2002141085A (ja) | 2000-10-31 | 2000-10-31 | 固体高分子形燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002141085A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003079479A1 (fr) * | 2002-03-20 | 2003-09-25 | Sony Corporation | Dispositif a batterie de piles a combustible et batterie de piles a combustible |
| JP2006120623A (ja) * | 2004-09-22 | 2006-05-11 | Tokyo Gas Co Ltd | 発電装置 |
| JP2006236917A (ja) * | 2005-02-28 | 2006-09-07 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
-
2000
- 2000-10-31 JP JP2000331842A patent/JP2002141085A/ja active Pending
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| WO2003079479A1 (fr) * | 2002-03-20 | 2003-09-25 | Sony Corporation | Dispositif a batterie de piles a combustible et batterie de piles a combustible |
| US7560179B2 (en) | 2002-03-20 | 2009-07-14 | Sony Corporation | Fuel cell apparatus and method for controlling fuel |
| JP2006120623A (ja) * | 2004-09-22 | 2006-05-11 | Tokyo Gas Co Ltd | 発電装置 |
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