JP2003197237A - 燃料電池の加湿器 - Google Patents

燃料電池の加湿器

Info

Publication number
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
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
humidifier
amount
water
temperature
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.)
Granted
Application number
JP2001393543A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3675401B2 (ja
Inventor
Atsushi Aoki
敦 青木
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.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor 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 Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2001393543A priority Critical patent/JP3675401B2/ja
Publication of JP2003197237A publication Critical patent/JP2003197237A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3675401B2 publication Critical patent/JP3675401B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

Landscapes

  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【0007】第5の発明は、前記補正後の水分量を0と
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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【図3】加湿器に関する他の実施形態の概略構成図。
【符号の説明】
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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
JP2001393543A 2001-12-26 2001-12-26 燃料電池の加湿器 Expired - Fee Related JP3675401B2 (ja)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6861167B2 (en) Fuel cell resuscitation method and apparatus
JP4300346B2 (ja) 燃料電池システム
JP5549735B2 (ja) 燃料電池システム及びその運転方法
JP2004111196A (ja) 燃料電池システムの運転方法
AU2002355303A1 (en) Fuel cell resuscitation method and apparatus
WO2005101543A2 (en) Control apparatus and control method for fuel cell
JP2006324066A (ja) 燃料電池システム
US9853312B2 (en) Method for determining membrane protonic resistance of a fuel cell stack
JP5625495B2 (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池の制御方法
JP4797346B2 (ja) 燃料電池システム
JP3675401B2 (ja) 燃料電池の加湿器
JP2007035464A (ja) 燃料電池システム
JP2006040610A (ja) 燃料電池システム
JP3601521B2 (ja) 燃料電池の発電制御装置
JP2005251517A (ja) 燃料電池システム
US20230327151A1 (en) Humidifier control apparatus and method and fuel cell system using the same
JP2006339112A (ja) 燃料電池システム
JP4370865B2 (ja) 燃料電池の水回収システム
JP2008027606A (ja) 燃料電池システム
JP2006059719A (ja) 燃料電池システム
JP4675605B2 (ja) 燃料電池の酸化剤供給装置
JP4918233B2 (ja) 燃料電池コージェネレーションシステム
JP2006156203A (ja) 燃料電池用加湿装置
JP2007035394A (ja) 燃料電池の制御装置
JP2007066591A (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムにおける排水制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050105

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050304

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20050412

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20050425

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees