JP2003197237A - 燃料電池の加湿器 - Google Patents
燃料電池の加湿器Info
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- JP2003197237A JP2003197237A JP2001393543A JP2001393543A JP2003197237A JP 2003197237 A JP2003197237 A JP 2003197237A JP 2001393543 A JP2001393543 A JP 2001393543A JP 2001393543 A JP2001393543 A JP 2001393543A JP 2003197237 A JP2003197237 A JP 2003197237A
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- water
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- 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
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低温下での始動時など燃料電池の内部を流れ
る燃料ガスや空気に含まれる水分が凍結する恐れがあ
る。 【解決手段】 燃料電池温度Tcellを検出し、前記検出
温度が低下するほど加湿器２の供給水量Qwを減少させ
る。
る燃料ガスや空気に含まれる水分が凍結する恐れがあ
る。 【解決手段】 燃料電池温度Tcellを検出し、前記検出
温度が低下するほど加湿器２の供給水量Qwを減少させ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の加湿器
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】プロトン透過膜型燃料
電池(PEMFC)等の燃料電池では、イオンの輸送のために
電解質が湿潤していなければならないため、燃料電池に
供給する燃料ガスや空気を加湿している。このために従
来は、例えば特開2001-202975号公報や特開平7-288134
公報に見られるように、水蒸気量がほぼ飽和状態になる
ように加湿量を制御していたが、このような制御による
と低温時には水分の凍結により流路が閉塞する恐れがあ
る。
電池(PEMFC)等の燃料電池では、イオンの輸送のために
電解質が湿潤していなければならないため、燃料電池に
供給する燃料ガスや空気を加湿している。このために従
来は、例えば特開2001-202975号公報や特開平7-288134
公報に見られるように、水蒸気量がほぼ飽和状態になる
ように加湿量を制御していたが、このような制御による
と低温時には水分の凍結により流路が閉塞する恐れがあ
る。
【０００３】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、燃料電池
の加湿器において、燃料電池温度（スタック温度または
ガス温度）を検出し、前記検出温度が低下したときに加
湿器の供給水量を減少補正するようにした。
の加湿器において、燃料電池温度（スタック温度または
ガス温度）を検出し、前記検出温度が低下したときに加
湿器の供給水量を減少補正するようにした。
【０００４】第２の発明は、前記温度が、燃料電池に供
給するガス中の水分が燃料電池内で凍結を起こす最高温
度よりも低下したときに加湿器の供給水量を減少補正す
るようにした。
給するガス中の水分が燃料電池内で凍結を起こす最高温
度よりも低下したときに加湿器の供給水量を減少補正す
るようにした。
【０００５】第３の発明は、前記補正後の供給水量を、
燃料電池に供給するガス中の水分が燃料電池内で凝縮を
起こさない量に設定した。
燃料電池に供給するガス中の水分が燃料電池内で凝縮を
起こさない量に設定した。
【０００６】第４の発明は、前記供給水量の補正を、燃
料電池の起動時から開始するようにした。
料電池の起動時から開始するようにした。
【０００７】第５の発明は、前記補正後の水分量を０と
する。
する。
【０００８】第６の発明は、前記加湿器を、複数の透過
膜式加湿器をバイパス流路と共に並列に設け、バイパス
流路と何れかの透過膜式加湿器を選択的にガスが通過す
るように構成した。
膜式加湿器をバイパス流路と共に並列に設け、バイパス
流路と何れかの透過膜式加湿器を選択的にガスが通過す
るように構成した。
【０００９】
【作用・効果】前記第１の発明によれば、ガス温度が０
℃以下になる低温条件で燃料電池を運転したとしても水
分の凍結による流路の閉塞を防止することが可能であ
る。
℃以下になる低温条件で燃料電池を運転したとしても水
分の凍結による流路の閉塞を防止することが可能であ
る。
【００１０】前記第２の発明によれば、外気温が高い条
件での燃料電池の性能を低下させることなく、低温条件
下での水分の凍結による流路の閉塞を防止することがで
きる。
件での燃料電池の性能を低下させることなく、低温条件
下での水分の凍結による流路の閉塞を防止することがで
きる。
【００１１】前記第３の発明によれば、燃料電池の性能
を維持しながら、低温条件下での水分の凍結による流路
の閉塞を防止することができる。
を維持しながら、低温条件下での水分の凍結による流路
の閉塞を防止することができる。
【００１２】前記第４の発明によれば、低温条件下で燃
料電池の運転を開始時した当初から水分の凍結による流
路の閉塞を防止することができる。
料電池の運転を開始時した当初から水分の凍結による流
路の閉塞を防止することができる。
【００１３】前記第５の発明によれば、簡易な制御によ
り低温条件下での水分の凍結による流路の閉塞を防止す
ることができる。
り低温条件下での水分の凍結による流路の閉塞を防止す
ることができる。
【００１４】前記第６の発明によれば、水分量の補正に
あたり、複数の透過膜式加湿器またはバイパス流路を選
択的に用いることで透過膜式加湿器を用いた水分量の制
御を的確に行うことができる。
あたり、複数の透過膜式加湿器またはバイパス流路を選
択的に用いることで透過膜式加湿器を用いた水分量の制
御を的確に行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１において、１は燃料電池、１ａ
と１ｂはそれぞれそのアノード、カソード、である。２
は加湿器であり、燃料電池１のアノード１ａに供給する
水素リッチな燃料ガスと、カソード１ｂに供給する酸化
剤としての空気を加湿する。３は燃料電池１のガス出口
部でのガス温度を測定する温度センサ、４は燃料電池１
のスタック温度を測定する温度センサ、５は前記測定温
度に応じて加湿器２のそれぞれの供給水量を制御するコ
ントローラである。コントローラは、ＣＰＵおよびその
周辺装置からなるマイクロコンピュータで構成されてい
る。
基づいて説明する。図１において、１は燃料電池、１ａ
と１ｂはそれぞれそのアノード、カソード、である。２
は加湿器であり、燃料電池１のアノード１ａに供給する
水素リッチな燃料ガスと、カソード１ｂに供給する酸化
剤としての空気を加湿する。３は燃料電池１のガス出口
部でのガス温度を測定する温度センサ、４は燃料電池１
のスタック温度を測定する温度センサ、５は前記測定温
度に応じて加湿器２のそれぞれの供給水量を制御するコ
ントローラである。コントローラは、ＣＰＵおよびその
周辺装置からなるマイクロコンピュータで構成されてい
る。
【００１６】図２に前記コントローラ５が実行する加湿
水量制御の制御ルーチンを示す。この制御ルーチンはコ
ントローラ５によって周期的に実行される。なお以下の
説明および図中で符号Ｓを付して示した数字は処理ステ
ップ番号である。
水量制御の制御ルーチンを示す。この制御ルーチンはコ
ントローラ５によって周期的に実行される。なお以下の
説明および図中で符号Ｓを付して示した数字は処理ステ
ップ番号である。
【００１７】この制御では、まずＳ１にてフラグ判定を
行う。このフラグFlagは起動時の加湿量制御が完了して
いるか否かを示すもので、燃料電池の起動当初に０にリ
セットされ、前記起動時制御が完了すると１にセットさ
れる。すなわち、起動当初はFlag＝０であるのでＳ２以
下の起動時制御に進み、起動時制御が完了するとＳ８以
下の起動後制御に移る。
行う。このフラグFlagは起動時の加湿量制御が完了して
いるか否かを示すもので、燃料電池の起動当初に０にリ
セットされ、前記起動時制御が完了すると１にセットさ
れる。すなわち、起動当初はFlag＝０であるのでＳ２以
下の起動時制御に進み、起動時制御が完了するとＳ８以
下の起動後制御に移る。
【００１８】起動時制御の当初、Ｓ２にて温度センサ４
からの信号により燃料電池温度Tcellを検出する。次い
でＳ３にてTcellが凍結温度（この場合０℃）以下であ
るか否かを判定する。ここでTcell＞０℃であるときに
は電池内での凍結のおそれはないので、Ｓ４にて最大加
湿量となるように加湿量（加湿器２の供給水量）Qwを設
定したのち、Ｓ５にてFlagを１にセットして今回の処理
ループを終了する。Ｓ３にてTcell≦０℃であったとき
には、次いでＳ６〜Ｓ７にてTcellに応じた初期加湿量Q
w#0を決定し、これを加湿量Qwとして設定したのち、Ｓ
５にてFlagを１にセットして今回の処理ループを終了す
る。前記初期加湿量Qw#0は低温時ほど加湿量が減少する
ように補正供給水量を与えるもので、例えば予めTcell
に応じた適正量となるように実験的に形成しておいたテ
ーブルを検索することで決定する。
からの信号により燃料電池温度Tcellを検出する。次い
でＳ３にてTcellが凍結温度（この場合０℃）以下であ
るか否かを判定する。ここでTcell＞０℃であるときに
は電池内での凍結のおそれはないので、Ｓ４にて最大加
湿量となるように加湿量（加湿器２の供給水量）Qwを設
定したのち、Ｓ５にてFlagを１にセットして今回の処理
ループを終了する。Ｓ３にてTcell≦０℃であったとき
には、次いでＳ６〜Ｓ７にてTcellに応じた初期加湿量Q
w#0を決定し、これを加湿量Qwとして設定したのち、Ｓ
５にてFlagを１にセットして今回の処理ループを終了す
る。前記初期加湿量Qw#0は低温時ほど加湿量が減少する
ように補正供給水量を与えるもので、例えば予めTcell
に応じた適正量となるように実験的に形成しておいたテ
ーブルを検索することで決定する。
【００１９】前記起動時制御が完了したのちは、以後の
処理ループでのＳ１にてFlag＝１が判定されるので、Ｓ
８以下の起動後制御に入る。Ｓ８では温度センサ３から
の信号によりガス温度Tgasを検出する。次いでＳ９にて
Tgasが所定の下限温度Tgas#limit以下であるか否かを判
定する。ここでTgas＞Tgas#limitであった場合には、起
動時の加湿量Qwを維持したまま、Ｓ１２以下の処理に移
る。Ｓ９にてTgas≦Tgas#limitと判定された場合には、
次いでＳ１０〜Ｓ１１にてTgasに応じた低温時加湿量Qw
#gを決定し、これを加湿量Qwとして設定したのち、Ｓ１
２以下の処理に移る。前記低温時加湿量Qw#gは、低温時
ほど加湿量が減少するように補正供給水量を与えるもの
で、例えば予めTgasに応じた適正量となるように実験的
に形成しておいたテーブルを検索することで決定する。
なお、前記Ｓ３での温度判定およびＳ４での加湿量設定
の処理を設けず、０℃以上の高温条件下での加湿量を前
記Ｓ６のテーブル検索処理で与えるようにしてもよい。
処理ループでのＳ１にてFlag＝１が判定されるので、Ｓ
８以下の起動後制御に入る。Ｓ８では温度センサ３から
の信号によりガス温度Tgasを検出する。次いでＳ９にて
Tgasが所定の下限温度Tgas#limit以下であるか否かを判
定する。ここでTgas＞Tgas#limitであった場合には、起
動時の加湿量Qwを維持したまま、Ｓ１２以下の処理に移
る。Ｓ９にてTgas≦Tgas#limitと判定された場合には、
次いでＳ１０〜Ｓ１１にてTgasに応じた低温時加湿量Qw
#gを決定し、これを加湿量Qwとして設定したのち、Ｓ１
２以下の処理に移る。前記低温時加湿量Qw#gは、低温時
ほど加湿量が減少するように補正供給水量を与えるもの
で、例えば予めTgasに応じた適正量となるように実験的
に形成しておいたテーブルを検索することで決定する。
なお、前記Ｓ３での温度判定およびＳ４での加湿量設定
の処理を設けず、０℃以上の高温条件下での加湿量を前
記Ｓ６のテーブル検索処理で与えるようにしてもよい。
【００２０】Ｓ１２では温度センサ４からの信号により
燃料電池温度Tcellを検出し、次いでＳ１３にて温度判
定を行い、Tcell≦０℃であったときにはFlagを０にリ
セットしたのち、当初のＳ１の判定に戻り、Ｓ２以下の
起動時処理を再開する。これにより、低温条件下での運
転中に負荷の低下により燃料電池温度が低下した場合の
流路凍結を防止する。Ｓ１３にてTcell＞０℃であった
ときには、前記の設定加湿量Qwを維持したまま今回の処
理ループを終了する。
燃料電池温度Tcellを検出し、次いでＳ１３にて温度判
定を行い、Tcell≦０℃であったときにはFlagを０にリ
セットしたのち、当初のＳ１の判定に戻り、Ｓ２以下の
起動時処理を再開する。これにより、低温条件下での運
転中に負荷の低下により燃料電池温度が低下した場合の
流路凍結を防止する。Ｓ１３にてTcell＞０℃であった
ときには、前記の設定加湿量Qwを維持したまま今回の処
理ループを終了する。
【００２１】前記制御によれば、燃料電池内温度が水分
の凍結温度以下であるときには起動時から加湿量を減じ
て水分の凍結を抑えることができ、さらに起動後はガス
温度が最も低くなるガス出口部の温度に応じて水分が凝
結しないように加湿量を減少させるので、低温条件下で
も水分の凍結による流路の凍結を防ぎ、燃料電池を運転
することが可能になる。
の凍結温度以下であるときには起動時から加湿量を減じ
て水分の凍結を抑えることができ、さらに起動後はガス
温度が最も低くなるガス出口部の温度に応じて水分が凝
結しないように加湿量を減少させるので、低温条件下で
も水分の凍結による流路の凍結を防ぎ、燃料電池を運転
することが可能になる。
【００２２】図３は加湿器２の構成に関する他の実施形
態である。これは、図示したように燃料電池１への燃料
ガス流路または空気流路の途中に、複数、この場合３個
の透過膜式加湿器２２，２３，２４をバイパス流路２１
と共に並列に設け、図示しない切替弁により、バイパス
流路２１または透過膜式加湿器２２〜２４の何れか１個
以上を選択的に用いるようにしたものである。
態である。これは、図示したように燃料電池１への燃料
ガス流路または空気流路の途中に、複数、この場合３個
の透過膜式加湿器２２，２３，２４をバイパス流路２１
と共に並列に設け、図示しない切替弁により、バイパス
流路２１または透過膜式加湿器２２〜２４の何れか１個
以上を選択的に用いるようにしたものである。
【００２３】透過膜式加湿器は、その特性上一般に広範
囲な流量域でまんべんなく十分な加湿量を得るのが難し
く、特に小流量領域と大流量領域では加湿量が少なくな
る傾向があり、これらの領域で十分な加湿量を得ようと
すると中流量領域で加湿量が過多となって流路内に水詰
まりが生じるという不具合があった。
囲な流量域でまんべんなく十分な加湿量を得るのが難し
く、特に小流量領域と大流量領域では加湿量が少なくな
る傾向があり、これらの領域で十分な加湿量を得ようと
すると中流量領域で加湿量が過多となって流路内に水詰
まりが生じるという不具合があった。
【００２４】これに対して、本実施形態の構成によれ
ば、複数の透過膜式加湿器２２〜２４を選択的に用いる
ようにしたことから、全流量域で十分な加湿量を得るこ
とができる。例えば、加湿器２全体として小流量領域と
なるときには１個の透過膜式加湿器２２のみを使い、中
流量領域となるときには２個の透過膜式加湿器２２，２
３を使い、大流量領域となるときにはすべての透過膜式
加湿器２２〜２４を使って加湿する。こうすることによ
り、加湿器２全体としての幅広い流量範囲において、個
々の透過膜式加湿器２２〜２４のそれぞれを中流領域で
用いることができるので、安定して十分な加湿を行うこ
とができる。また、透過膜式加湿器２２〜２４を使わず
に、ガスの全量をバイパス流路２１に流すことにより加
湿量をゼロにすることもできる。
ば、複数の透過膜式加湿器２２〜２４を選択的に用いる
ようにしたことから、全流量域で十分な加湿量を得るこ
とができる。例えば、加湿器２全体として小流量領域と
なるときには１個の透過膜式加湿器２２のみを使い、中
流量領域となるときには２個の透過膜式加湿器２２，２
３を使い、大流量領域となるときにはすべての透過膜式
加湿器２２〜２４を使って加湿する。こうすることによ
り、加湿器２全体としての幅広い流量範囲において、個
々の透過膜式加湿器２２〜２４のそれぞれを中流領域で
用いることができるので、安定して十分な加湿を行うこ
とができる。また、透過膜式加湿器２２〜２４を使わず
に、ガスの全量をバイパス流路２１に流すことにより加
湿量をゼロにすることもできる。
【図１】本発明の一実施形態の概略構成図。
【図２】前記実施形態における加湿量制御の制御内容を
表した流れ図。
表した流れ図。
【図３】加湿器に関する他の実施形態の概略構成図。
１ 燃料電池
１ａ アノード
１ｂ カソード
２ 加湿器
２２〜２４ 透過膜式加湿器
３ ガスの温度センサ
４ 燃料電池の温度センサ
５ コントローラ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10
Claims (6)
- 【請求項１】燃料電池の加湿器において、燃料電池温度
を検出し、前記検出温度が低下したときに加湿器の供給
水量を減少補正するようにしたことを特徴とする燃料電
池の加湿器。 - 【請求項２】前記温度が、燃料電池に供給するガス中の
水分が燃料電池内で凍結を起こす最高温度よりも低下し
たときに加湿器の供給水量を減少補正するようにした請
求項１に記載の燃料電池の加湿器。 - 【請求項３】前記補正後の供給水量は、燃料電池に供給
するガス中の水分が燃料電池内で凝縮を起こさない量で
ある請求項１または請求項２に記載の燃料電池の加湿
器。 - 【請求項４】前記供給水量の補正は、燃料電池の起動時
から開始する請求項１から請求項３の何れかに記載の燃
料電池の加湿器。 - 【請求項５】前記補正後の供給水量が０である請求項1
から請求項４の何れかに記載の燃料電池の加湿器。 - 【請求項６】前記加湿器は、複数の透過膜式加湿器をバ
イパス流路と共に並列に設け、バイパス流路と何れかの
透過膜式加湿器を選択的にガスが通過するように構成し
た請求項１に記載の燃料電池の加湿器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001393543A JP3675401B2 (ja) | 2001-12-26 | 2001-12-26 | 燃料電池の加湿器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001393543A JP3675401B2 (ja) | 2001-12-26 | 2001-12-26 | 燃料電池の加湿器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003197237A true JP2003197237A (ja) | 2003-07-11 |
| JP3675401B2 JP3675401B2 (ja) | 2005-07-27 |
Family
ID=27600513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001393543A Expired - Fee Related JP3675401B2 (ja) | 2001-12-26 | 2001-12-26 | 燃料電池の加湿器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3675401B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006210255A (ja) * | 2005-01-31 | 2006-08-10 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2010129276A (ja) * | 2008-11-26 | 2010-06-10 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
-
2001
- 2001-12-26 JP JP2001393543A patent/JP3675401B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006210255A (ja) * | 2005-01-31 | 2006-08-10 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2010129276A (ja) * | 2008-11-26 | 2010-06-10 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3675401B2 (ja) | 2005-07-27 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050105 |
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| A521 | Written amendment |
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