JP2008010311A - Method of operating fuel cell - Google Patents
Method of operating fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008010311A JP2008010311A JP2006179737A JP2006179737A JP2008010311A JP 2008010311 A JP2008010311 A JP 2008010311A JP 2006179737 A JP2006179737 A JP 2006179737A JP 2006179737 A JP2006179737 A JP 2006179737A JP 2008010311 A JP2008010311 A JP 2008010311A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- separator
- fuel cell
- refrigerant
- passage
- 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.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- 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
Abstract
Description
本発明は、燃料電池の運転方法に関するものである。 The present invention relates to a method for operating a fuel cell.
燃料電池には、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位燃料電池(以下、単位セルという)を構成し、この単位セルを複数積層して燃料電池スタックとするものが知られている。この燃料電池では、アノード電極とセパレータとの間に燃料ガスとして水素ガスを供給するとともに、カソード電極とセパレータとの間に酸化剤ガスとして空気を供給する。これにより、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で空気中の酸素と電気化学反応を起こし、発電が行われる。なお発電には発熱を伴うため、隣接する単位セルの間に冷媒を供給する。 In a fuel cell, a membrane electrode structure is formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between an anode electrode and a cathode electrode from both sides, and a pair of separators are arranged on both sides of the membrane electrode structure to form a flat unit fuel. A battery (hereinafter referred to as a unit cell) is configured, and a plurality of unit cells are stacked to form a fuel cell stack. In this fuel cell, hydrogen gas is supplied as a fuel gas between the anode electrode and the separator, and air is supplied as an oxidant gas between the cathode electrode and the separator. As a result, hydrogen ions generated by the catalytic reaction at the anode electrode pass through the solid polymer electrolyte membrane and move to the cathode electrode, causing an electrochemical reaction with oxygen in the air at the cathode electrode, thereby generating power. Since power generation involves heat generation, a refrigerant is supplied between adjacent unit cells.
特許文献1には、プレッシャーレギュレータを用いて、カソードガス(酸化剤ガス)の圧力と冷却液の圧力とをバランスさせる技術が記載されている。具体的には、圧力調整容器の内部を変形自在なベローズ、膜又はピストン構造物により2室に仕切ってプレッシャーレギュレータを構成し、このプレッシャーレギュレータの一方の部屋を燃料電池の酸化剤ガス通路に連通し、他方の部屋を循環通路(冷媒通路)に接続している。
しかしながら、酸化剤ガス等の反応ガスの圧力と、冷媒の圧力が同等の場合には、セパレータと電極との間の反応ガス通路に冷媒が流入し、膜電極構造体がダメージを受けて、発電性能が低下するおそれがある。
そこで本発明は、発電性能の低下を防止することが可能な燃料電池の運転方法の提供を課題とする。
However, if the pressure of the reaction gas such as oxidant gas is equal to the pressure of the refrigerant, the refrigerant flows into the reaction gas passage between the separator and the electrode, and the membrane electrode structure is damaged, generating power. Performance may be reduced.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of operating a fuel cell that can prevent a decrease in power generation performance.
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、固体高分子電解質膜(例えば、実施形態における固体高分子電解質膜21)の両側にアノード電極(例えば、実施形態におけるアノード電極22)とカソード電極(例えば、実施形態におけるカソード電極23)を設けて膜電極構造体(例えば、実施形態における膜電極構造体20)を構成し、複数の前記膜電極構造体をセパレータ(例えば、実施形態におけるアノード側セパレータ30Aおよびカソード側セパレータ30B)を介して積層し、前記膜電極構造体と前記セパレータとの間に反応ガス通路(例えば、実施形態における燃料ガス通路51および酸化剤ガス通路52)を設けるとともに、前記セパレータの内部に冷媒通路(例えば、実施形態における冷媒通路53)を設けた燃料電池(例えば、実施形態における燃料電池1)の運転方法であって、前記反応ガス通路に供給する反応ガスの圧力を、前記冷媒通路に供給する冷媒の圧力より高く設定することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to
請求項2に係る発明は、前記反応ガスの圧力と前記冷媒の圧力との差は、10kPa以上30kPa以下であることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is characterized in that a difference between the pressure of the reaction gas and the pressure of the refrigerant is 10 kPa or more and 30 kPa or less.
請求項3に係る発明は、前記反応ガス通路として、前記アノード電極と前記セパレータとの間に燃料ガス通路(例えば、実施形態における燃料ガス通路51)を設けるとともに、前記カソード電極と前記セパレータとの間に酸化剤ガス通路(例えば、実施形態における酸化剤ガス通路52)を設け、前記燃料ガス通路に供給する燃料ガスの圧力を、前記酸化剤ガス通路に供給する酸化剤ガスの圧力より高く設定することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, a fuel gas passage (for example, the
請求項1に係る発明によれば、冷媒通路から反応ガス通路への冷媒の流入を防止することが可能になる。そのため、冷媒により膜電極構造体がダメージを受けて発電性能が低下するのを防止することができる。 According to the first aspect of the invention, it is possible to prevent the refrigerant from flowing into the reaction gas passage from the refrigerant passage. Therefore, it can prevent that a membrane electrode structure receives a damage with a refrigerant | coolant, and power generation performance falls.
請求項2に係る発明によれば、反応ガスと冷媒との差圧を10kPa以上とするので、冷媒により膜電極構造体がダメージを受けて発電性能が低下するのを確実に防止することができる。また反応ガスと冷媒との差圧を30kPa以下とするので、セパレータと膜電極構造体との接触面圧を確保することが可能になり、接触抵抗の増加を抑制して発電性能を向上させることができる。 According to the invention of claim 2, since the differential pressure between the reaction gas and the refrigerant is 10 kPa or more, it is possible to reliably prevent the membrane electrode structure from being damaged by the refrigerant and reducing the power generation performance. . In addition, since the differential pressure between the reaction gas and the refrigerant is 30 kPa or less, it is possible to ensure the contact surface pressure between the separator and the membrane electrode structure, and to suppress the increase in contact resistance and improve the power generation performance. Can do.
請求項3に係る発明によれば、膜電極構造体を透過した燃料ガスの濃度を、使役後の酸化剤ガス中で正確に検出することが可能になり、燃料ガスの排出を規制することができる。 According to the third aspect of the present invention, it becomes possible to accurately detect the concentration of the fuel gas that has permeated through the membrane electrode structure in the oxidant gas after use, and to restrict the discharge of the fuel gas. it can.
以下、本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。
(燃料電池スタック)
図1は燃料電池スタック1の概略斜視図である。燃料電池スタック1は、縦方向に細長い単位燃料電池(以下、単位セルと称す)10を多数積層して電気的に直列接続し、その両側にエンドプレート90A,90Bを配置し、図示しないタイロッドによって締結して構成されている。この実施例の燃料電池スタック(以下、単に「燃料電池」という。)1は、前記縦方向を鉛直方向に向けて車両等に配置される。以下、図中の矢印X,Yは水平方向を示し、矢印Zは鉛直方向を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Fuel cell stack)
FIG. 1 is a schematic perspective view of the
図2に示すように、単位セル10は、膜電極構造体20の両側にセパレータ30A,30Bを配置したサンドイッチ構造をなす。詳述すると、膜電極構造体20は、図3に示すように、例えばフッ素系電解質材料等からなる固体高分子電解質膜(電解質膜)21の両側にアノード電極22およびカソード電極23を設けて構成されている。なお、各電極の外側に反応ガス拡散層を設けることが望ましい。その膜電極構造体20のアノード電極22に面してアノード側セパレータ30Aが、カソード電極23に面してカソード側セパレータ30Bが配置されている。両セパレータ30A,30Bは、金属プレートを所定にプレス成形して形成されている。単位セルを積層してなる燃料電池では、隣接する2つの単位セルにおいて、一方の単位セルのアノード側セパレータ30Aと、他方の単位セルのカソード側セパレータ30Bとが密接している。なおセパレータ30A,30Bの表面には、接触抵抗を低減するためのコーティングが施されている。
As shown in FIG. 2, the
図2において、膜電極構造体20と両セパレータ30A,30Bの左上隅部には、使役前の燃料ガス(例えば、水素ガス)が流通する燃料ガス供給口11が設けられ、その対角位置である右下隅部には、使役後の燃料ガス(以下、アノードオフガスという)が流通するアノードオフガス排出口12が設けられている。同様に、膜電極構造体20と両セパレータ30A,30Bの右上隅部には、使役前の酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス供給口13が設けられ、その対角位置である左下隅部には、使役後の酸化剤ガス(以下、カソードオフガスという)が流通するカソードオフガス排出口14が設けられている。さらに、膜電極構造体20と両セパレータ30A,30Bの左端部には、使役前の冷媒が流通する4つの冷媒供給口15,15・・・が縦列に並んで設けられ、対称位置である右端部には、使役後の冷媒が流通する4つの冷媒排出口16,16・・・が縦列に並んで設けられている。これら燃料ガス供給口11、アノードオフガス排出口12、酸化剤ガス供給口13、カソードオフガス排出口14、冷媒供給口15,15・・・、冷媒排出口16,16・・・は、単位セル10の積層方向に貫通して設けられている。
In FIG. 2, the upper left corner of the
アノード側セパレータ30Aは、膜電極構造体20に面接触する平坦部36を備え、冷媒供給口15,15・・・と冷媒排出口16,16・・・の間に挟まれた矩形領域には、膜電極構造体20から離間する方向に突出する突条31Aが形成されている。突条31Aは、その長手方向を鉛直方向に向けて多数形成され、水平方向(X方向)等間隔に並行に配置されている。各突条31Aは、略台形波状に左右に蛇行しながら鉛直方向に延びている。図3に示すように、この突条31Aの断面形状は平坦な頂部35を有する台形状をなし、隣り合う突条31A,31Aの端部同士は平坦部36によって接続されている。
30 A of anode side separators are provided with the
図2に戻り、アノード側セパレータ30Aにおいて膜電極構造体20に密接する面には、絶縁樹脂(例えば、シリコン樹脂)等からなるシール部43が設けられている。シール部43は、燃料ガス供給口11からアノードオフガス排出口12まで突条31Aの外側を一周して囲繞するとともに、酸化剤ガス供給口13、カソードオフガス排出口14、各冷媒供給口15,15・・・、各冷媒排出口16,16・・・をそれぞれ個別に囲繞している。
Returning to FIG. 2, a
アノード側セパレータ30Aは、その平坦部36およびシール部43を膜電極構造体20のアノード電極に密接させて取り付けられている。そして、アノード側セパレータ30Aの突条31Aと膜電極構造体20との間に形成される空間が、燃料ガスが流通する燃料ガス通路51となる。その結果、燃料ガス供給口11を介して燃料ガス通路51に導入された燃料ガスは、上部バッファ部37、突条31A、下部バッファ部40を順に流通して、アノードオフガス排出口12に排出される。
The anode-side separator 30 </ b> A is attached with the
カソード側セパレータ30Bもアノード側セパレータ30Aとほぼ同様の構成であり、カソード側セパレータ30Bの突条31Bと膜電極構造体20との間に形成される空間が、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス通路52となる。その結果、酸化剤ガス供給口13を介して酸化剤ガス通路に導入された酸化剤ガスは、上部バッファ部37、突条31B、下部バッファ部40を順に流通して、カソードオフガス排出口14に排出される。
The
また図2に示すように、カソード側セパレータ30Bにおいて膜電極構造体20に密接する面の裏面にも、絶縁樹脂(例えば、シリコン樹脂)等からなるシール部44が設けられている。シール部44は、冷媒供給口15,15・・・から冷媒排出口16,16・・・まで突条31Bの外側を1周して囲繞するとともに、燃料ガス供給口11、アノードオフガス排出口12、酸化剤ガス供給口13およびカソードオフガス排出口14をそれぞれ個別に囲繞している。このカソード側セパレータ30Bと同様に、アノード側セパレータ30Aにおいて膜電極構造体20に密接する面の裏面にも、同様のシール部44が設けられている。
Further, as shown in FIG. 2, a
単位セル10を積層してなる燃料電池では、隣接する2つの単位セル10,10において、一方の単位セル10のアノード側セパレータ30Aのシール部44と、他方の単位セル10のカソード側セパレータ30Bのシール部44とを密接させる。これにより、両セパレータ30A,30B間の空間に、冷媒通路53が形成される。
In a fuel cell in which
図3、図4を参照して冷媒通路53について詳述する。なお、図4は、アノード側セパレータ30Aの突条31Aとカソード側セパレータ30Bの突条31Bをそれぞれ1本ずつ代表的に図示している。
前述したように、アノード側セパレータ30Aの突条31Aとカソード側セパレータ30Bの突条31Bは互いに位相を異にしているので、突条31Aにおける第1の直線部32の頂部35と突条31Bにおける第1の直線部32の頂部35とを密接させて重ねたときに、突条31Aにおける第2の直線部33の頂部35と突条31Bにおける第2の直線部33の頂部35は重なることなく、互いに水平方向に離間して位置し、この間に開口60が形成される。
The
As described above, since the
また、アノード側セパレータ30Aの突条31Aにおける第2の直線部33の頂部35は、カソード側セパレータ30Bの平坦部36から離間して配置されており、同様に、カソード側セパレータ30Bの突条31Bにおける第2の直線部33の頂部35は、アノード側セパレータ30Aの平坦部36から離間して配置されている。これにより、アノード側セパレータ30Aとカソード側セパレータ30Bの間に形成される冷媒通路53は、突条31A,31Bの第1の直線部32,32が突き合わさっている部分では水平方向を遮断されるが、突条31A,31Bの第2の直線部33,33が存在する部分では水平方向に連通する。
Further, the
その結果、冷媒供給口から冷媒通路53に導入された冷媒は、突条31Aの第2の直線部33と突条31Bの第2の直線部33との間を縫うようにして水平方向に流通し、対応する冷媒排出口へと流れる。つまり、燃料ガスと酸化剤ガスが鉛直方向に流れるのに対し、冷媒はこれら反応ガスの流れ方向と直交する水平方向に流れる。
As a result, the refrigerant introduced into the
以上のように構成された燃料電池および単位セルでは、図3に示すアノード電極22で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜21を透過してカソード電極23まで移動し、カソード電極23で酸素と電気化学反応を起こして発電が行われる。この発電に伴う発熱により単位セルが所定の作動温度を越えないように、冷媒通路53を流れる冷媒で熱を奪い冷却するようになっている。
In the fuel cell and unit cell configured as described above, the hydrogen ions generated by the catalytic reaction at the
(燃料電池の運転方法)
図5は、燃料電池の運転システムの構成を示すブロック図である。燃料電池1は、前記燃料ガス通路51に燃料ガスとしての水素ガスが供給され、前記酸化剤ガス通路52に酸化剤ガスとしての空気が供給されて発電を行う。また、前記冷媒通路53にエチレングリコール水溶液等の冷媒が供給されて、燃料電池1が冷却される。
(Fuel cell operation method)
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell operation system. The
空気はエアコンプレッサ102によって加圧され、カソード加湿器103で加湿されて燃料電池1の酸化剤ガス通路52に供給される。この空気中の酸素が酸化剤として供された後、燃料電池1からカソードオフガスとして排出され、圧力制御弁104を介して大気に放出される。ECU110は、燃料電池1に要求されている出力(以下、要求出力)に応じて、エアコンプレッサ102を駆動して所定量の空気を燃料電池1に供給するとともに、圧力制御弁104を制御して酸化剤ガス通路52への空気の供給圧力PAを燃料電池1の要求出力に応じた圧力に調整する。
The air is pressurized by the
一方、高圧水素タンク130から放出された水素ガスは、レギュレータ105により減圧された後、エゼクタ106を通り、アノード加湿器107で加湿されて、燃料電池1の燃料ガス通路51に供給される。この水素ガスは発電に供された後、燃料電池1からアノードオフガスとして排出され、アノードオフガス回収路111を通ってエゼクタ106に吸引され、前記高圧水素タンク130から供給される水素ガスと合流し、再び燃料電池1に供給されて循環するようになっている。なおアノードオフガス回収路111は、電磁駆動式のパージ弁108を介して、アノードオフガス排出路112に接続されている。
On the other hand, the hydrogen gas released from the high-
冷媒タンク150に貯蔵された冷媒は、ポンプ152によって加圧され、燃料電池1の冷媒通路53に供給される。燃料電池1の冷却に供された冷媒は、圧力制御弁156を介して熱交換器158に送られる。この熱交換器158において冷却された冷媒は、冷媒タンク150に戻される。ECU110は、燃料電池1の運転状態に応じてポンプ152を駆動し所定量の冷媒を燃料電池1に供給するとともに、圧力制御弁156を制御して冷媒通路53への冷媒の供給圧を調整する。
The refrigerant stored in the
本実施形態では、燃料電池1の反応ガス通路(燃料ガス通路51および酸化剤ガス通路52)に供給する反応ガス(水素ガスおよび空気)の圧力PR(PHおよびPA)を、冷媒通路53に供給する冷媒の圧力PMより高く設定する。反応ガス圧力PRが冷媒圧力PMより低い場合には、図3における冷媒通路53から反応ガス通路51,52に冷媒が流入し、膜電極構造体(特に反応ガス拡散層)20がダメージを受けて発電性能が低下するおそれがあるからである。なお反応ガス通路51,52と冷媒通路53とを区画するセパレータ30A,30Bは、金属プレート等の緻密質材料で構成されているので、反応ガス圧力PRと冷媒圧力PMとの間に差圧を設定することが可能である。
In the present embodiment, the pressure P R (P H and P A ) of the reaction gas (hydrogen gas and air) supplied to the reaction gas passage (the
具体的には、反応ガス圧力PRと冷媒圧力PMとの差圧PR−PMが、10kPa以上30kPa以下となるように設定する。この差圧が10kPa未満の場合には、上記のように冷媒通路53から反応ガス通路51,52に冷媒が流入しやすくなるからである。
Specifically, the differential pressure P R -P M with a reactive gas pressure P R and the refrigerant pressure P M is set to be 10kPa or 30kPa or less. This is because when the differential pressure is less than 10 kPa, the refrigerant easily flows from the
一方、差圧PR−PMが30kPaを超えると、図3における反応ガス通路51,52の圧力が、冷媒通路53の圧力より過大になる。これに伴って、セパレータ30A,30Bの平坦部36と膜電極構造体20との接触面圧が低下する。なお本実施形態のセパレータ30A,30Bは、例えば厚さ1mm以下の金属プレートで構成されているので、表裏面の圧力差によって撓みやすく、接触面圧の低下が顕著に現れる。そのため、セパレータ30A,30Bと膜電極構造体20との接触部における電気抵抗(接触抵抗)が増加して、抵抗過電圧が増加する。これにより、単位セルで発生した電力の取出し効率が低下し、ひいては発電性能が低下することになる。これに対して、差圧を30kPa以下に設定すれば、セパレータ30A,30Bと膜電極構造体20との接触面圧を確保することが可能になり、接触抵抗の増加を抑制して発電性能を向上させることができる。
On the other hand, when the differential pressure P R -P M exceeds 30 kPa, the pressure of the
図7は、燃料電池からの取り出し電流と抵抗過電圧との関係を示すグラフである。図7では、差圧ΔP(PR−PM)が10kPa以上30kPa以下の場合を実線で示し、差圧ΔPが30kPaを超える場合を破線で示している。図7によれば、同じ電流を得る場合における実線の抵抗過電圧が、破線の抵抗過電圧より低くなっている。すなわち、差圧を10kPa以上30kPa以下とすることにより、電力の取出し効率を向上させることが可能になり、ひいては発電性能を向上させることができる。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the current taken out from the fuel cell and the resistance overvoltage. In FIG. 7, the case where the differential pressure ΔP (P R −P M ) is 10 kPa or more and 30 kPa or less is indicated by a solid line, and the case where the differential pressure ΔP exceeds 30 kPa is indicated by a broken line. According to FIG. 7, when the same current is obtained, the resistance overvoltage of the solid line is lower than the resistance overvoltage of the broken line. That is, by setting the differential pressure to 10 kPa or more and 30 kPa or less, it is possible to improve the power extraction efficiency and thus improve the power generation performance.
また本実施形態では、図6に示すレギュレータ105により、燃料電池1の燃料ガス通路51に供給する水素ガスの圧力を、酸化剤ガス通路52に供給する空気の圧力より高く設定する。レギュレータ105は例えば空気式の比例圧力制御弁からなり、エアコンプレッサ102の出口における空気の圧力を信号圧として導入し、レギュレータ105の出口における水素ガスの圧力が前記信号圧に応じた所定圧力範囲となるように減圧制御する。
In the present embodiment, the pressure of hydrogen gas supplied to the
このレギュレータ105の構造につき、図6の概略断面図を参照して説明する。
レギュレータ105のボディ121の内部空間は、調圧ダイヤフラム122a、122b(122)によって上下に仕切られている。ダイヤフラム122aよりも上側の空間は信号圧室123になっている。この信号圧室123は密閉空間になっていて、コンプレッサで加圧された空気が空気信号導入路115を介して空気導入孔125から信号圧室123に導入される。また信号圧室123には、ダイヤフラム122aを下側に付勢するバイアス設定用スプリング(弾性体)129が設けられている。
The structure of the
The internal space of the
一方、ダイヤフラム122bよりも下側の空間は水素ガス通路124になっている。その水素ガス通路124は、水平配置されたバルブシート部128によって区画され、その下側が第1水素ガス通路124aとなり、上側が第2水素ガス通路124bとなっている。水素ガスは、水素供給管113から水素ガス入口131を通って第1水素ガス通路124aに流入し、バルブシート部128に穿設された流通孔133を通過した後、第2水素ガス通路124bから水素ガス出口132を通って水素供給管113に流出する。また、ダイヤフラム122bの下面にはステム126が取り付けられている。このステム126には、バルブシート部128の流通孔133に対して下側から着座離反可能な弁体127が設けられている。
On the other hand, a space below the
このように構成されたレギュレータ105において、ダイヤフラム122に対して下向きに作用する第1の推力が上向きに作用する第2の推力よりも大きいときには、ダイヤフラム122に下向きの力が作用し、弁体127をバルブシート部128から離間させる方向(すなわち、開弁方向)へ押動する。これにより、バルブシート部128に形成された流通孔133が弁体127から開放されるため、水素ガスが第1水素ガス通路124aから流通孔133を通って第2水素ガス通路124bに流入する。
In the
その後、第2水素ガス通路124bの圧力が上昇すると、第2の推力が第1の推力より大きくなってダイヤフラム122に上向きの力が作用し、弁体127をバルブシート部128に接近する方向(すなわち、閉弁方向)へ押動する。これにより、バルブシート部128に形成された流通孔133が弁体127により閉塞される。以上の動作を繰り返して、第1の推力と第2の推力とがつり合うようになる。
Thereafter, when the pressure of the second
ダイヤフラム122に対して下向きに作用する第1の推力は、コンプレッサで加圧された空気の圧力P1と、バイアス設定用スプリング129による押圧力PCとの和である。また上向きに作用する第2の推力は、レギュレータ105の出口における水素ガスの圧力P2である。この第1の推力と第2の推力とがつり合うことにより、水素ガス圧力P2を空気圧力P1より高く設定することができる。また、バイアス設定用スプリング129による押圧力PCは一定であるから、レギュレータ105により水素ガス圧力P2と空気圧力P1との差を一定に保持することができる。
First thrust acting downwards relative to the
なお、図5に示すコンプレッサ102の出口における空気の圧力P1と、酸化剤ガス通路52への空気の供給圧力PAとは相互に異なっている。またレギュレータ105の出口における水素ガスの圧力P2と、燃料ガス通路51への空気の供給圧力PHとは相互に異なっている。しかしながら、上述したECU110は、圧力制御弁104を制御して、酸化剤ガス通路52への空気の供給圧力PAを所定値に設定する。さらに、この場合の空気圧力P1と水素ガス圧力P2との差圧をレギュレータ105のバイアス設定用スプリングにより適当に設定すれば、燃料電池1への水素ガスの供給圧力PHと空気の供給圧力PAとの差圧を所定値に設定することができる。
Incidentally, the pressure P 1 of the air at the outlet of the
本実施形態では、燃料電池1の燃料ガス通路51に供給する水素ガスの圧力PHを、酸化剤ガス通路52に供給する空気の圧力PAより高く設定する。
水素ガスは分子量が小さいため、燃料ガス通路51に供給された水素ガスの一部が不可避的に膜電極構造体を透過する。この水素ガスの透過を監視するため、酸化剤ガス通路52の出口において水素ガスの濃度を検出している。ここで、水素ガスの供給圧力PHを空気の供給圧力PAより高くすることにより、水素ガスの濃度を正確に検出することが可能になる。これにより、水素ガスの排出を規制することができる。
In the present embodiment, the pressure P H of the hydrogen gas supplied to the
Since hydrogen gas has a small molecular weight, a part of the hydrogen gas supplied to the
さらに本実施形態では、水素ガス圧力PHと空気圧力PAとの差圧PH−PAが、10kPa以上30kPa以下となるように設定する。この差圧が10kPa未満の場合には、図2に示す膜電極構造体20を透過した水素ガスの濃度を、正確に検出できないからである。
一方、差圧が30kPaを超えると、アノード側セパレータ30Aとカソード側セパレータ30Bとの間に挟まれた膜電極構造体20に過大な応力が作用して、発電能力が低下するからである。
Further in this embodiment, the differential pressure P H -P A of hydrogen gas pressure P H and the air pressure P A is set to be 10kPa or 30kPa or less. This is because when the differential pressure is less than 10 kPa, the concentration of hydrogen gas that has passed through the
On the other hand, when the differential pressure exceeds 30 kPa, excessive stress acts on the
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例では、隣接する2つの単位セル間に総て冷媒通路を設けたが、冷媒通路を総ての単位セル間設けることなく、間引きして設けてもよい。この場合に、冷媒通路を間引いた部位では、隣接する2つの単位セルが1つのセパレータを共有し、該セパレータが一方の単位セルではアノード側セパレータとして機能し、他方の単位セルではカソード側セパレータとして機能する。
また、実施例では、反応ガスの流れ方向と冷媒の流れ方向とが交差した波形の突条を有するセパレータを積層する構造を採用したが、この構造に限定されるものではなく、反応ガスの流れ方向と冷媒の流れ方向はいかなるものでもよい。
The present invention is not limited to the embodiment described above.
For example, in the above-described embodiment, all the refrigerant passages are provided between two adjacent unit cells. However, the refrigerant passages may be provided by being thinned out without being provided between all the unit cells. In this case, at the portion where the refrigerant passage is thinned out, two adjacent unit cells share one separator, and the separator functions as an anode separator in one unit cell, and serves as a cathode separator in the other unit cell. Function.
In the embodiment, a structure in which separators having corrugated ridges in which the flow direction of the reaction gas and the flow direction of the refrigerant intersect is employed, but the structure is not limited to this structure, and the flow of the reaction gas The direction and the flow direction of the refrigerant may be any.
1…燃料電池 20…膜電極構造体 21…固体高分子電解質膜 22…アノード電極 23…カソード電極 30A…アノード側セパレータ 30B…カソード側セパレータ 51…燃料ガス通路 52…酸化剤ガス通路 53…冷媒通路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記反応ガス通路に供給する反応ガスの圧力を、前記冷媒通路に供給する冷媒の圧力より高く設定することを特徴とする燃料電池の運転方法。 An anode electrode and a cathode electrode are provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane to form a membrane electrode structure, and a plurality of the membrane electrode structures are stacked with a separator interposed between the membrane electrode structure and the separator. A method of operating a fuel cell in which a reaction gas passage is provided in the separator and a refrigerant passage is provided in the separator,
A method of operating a fuel cell, characterized in that a pressure of a reaction gas supplied to the reaction gas passage is set higher than a pressure of a refrigerant supplied to the refrigerant passage.
前記燃料ガス通路に供給する燃料ガスの圧力を、前記酸化剤ガス通路に供給する酸化剤ガスの圧力より高く設定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池の運転方法。 As the reaction gas passage, a fuel gas passage is provided between the anode electrode and the separator, and an oxidant gas passage is provided between the cathode electrode and the separator.
3. The method of operating a fuel cell according to claim 1, wherein the pressure of the fuel gas supplied to the fuel gas passage is set higher than the pressure of the oxidant gas supplied to the oxidant gas passage. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006179737A JP2008010311A (en) | 2006-06-29 | 2006-06-29 | Method of operating fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006179737A JP2008010311A (en) | 2006-06-29 | 2006-06-29 | Method of operating fuel cell |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012257338A Division JP2013065567A (en) | 2012-11-26 | 2012-11-26 | Operation method of fuel cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008010311A true JP2008010311A (en) | 2008-01-17 |
Family
ID=39068324
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006179737A Pending JP2008010311A (en) | 2006-06-29 | 2006-06-29 | Method of operating fuel cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008010311A (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010021127A (en) * | 2008-06-10 | 2010-01-28 | Honda Motor Co Ltd | Vehicle with fuel cell and method of controlling the same |
CN102074716A (en) * | 2009-11-25 | 2011-05-25 | 本田技研工业株式会社 | Fuel cell |
JP2011171115A (en) * | 2010-02-18 | 2011-09-01 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell |
WO2012035585A1 (en) * | 2010-09-16 | 2012-03-22 | トヨタ自動車株式会社 | Separator for fuel cell, fuel cell, and method for manufacturing fuel cell |
WO2014091851A1 (en) * | 2012-12-14 | 2014-06-19 | 日産自動車株式会社 | Fuel-cell system and method for controlling same |
JP2014127451A (en) * | 2012-12-27 | 2014-07-07 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2014127452A (en) * | 2012-12-27 | 2014-07-07 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002280036A (en) * | 2001-03-19 | 2002-09-27 | Nissan Motor Co Ltd | Cooling control device of fuel cell |
JP2004296326A (en) * | 2003-03-27 | 2004-10-21 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2005501374A (en) * | 2001-04-05 | 2005-01-13 | ユーティーシー フューエル セルズ,エルエルシー | Method and apparatus for operation of a battery stack assembly at sub-freezing temperatures |
US20050164049A1 (en) * | 2004-01-22 | 2005-07-28 | Cipollini Ned E. | Storing water in substrates for frozen, boot-strap start of fuel cells |
JP2005235522A (en) * | 2004-02-18 | 2005-09-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Polymer electrolyte fuel cell and operation method of the same |
JP2005268151A (en) * | 2004-03-22 | 2005-09-29 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell |
-
2006
- 2006-06-29 JP JP2006179737A patent/JP2008010311A/en active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002280036A (en) * | 2001-03-19 | 2002-09-27 | Nissan Motor Co Ltd | Cooling control device of fuel cell |
JP2005501374A (en) * | 2001-04-05 | 2005-01-13 | ユーティーシー フューエル セルズ,エルエルシー | Method and apparatus for operation of a battery stack assembly at sub-freezing temperatures |
JP2004296326A (en) * | 2003-03-27 | 2004-10-21 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
US20050164049A1 (en) * | 2004-01-22 | 2005-07-28 | Cipollini Ned E. | Storing water in substrates for frozen, boot-strap start of fuel cells |
JP2007519207A (en) * | 2004-01-22 | 2007-07-12 | ユーティーシー フューエル セルズ,エルエルシー | Storage of water in substrate for fuel cell freeze bootstrap activation |
JP2005235522A (en) * | 2004-02-18 | 2005-09-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Polymer electrolyte fuel cell and operation method of the same |
JP2005268151A (en) * | 2004-03-22 | 2005-09-29 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010021127A (en) * | 2008-06-10 | 2010-01-28 | Honda Motor Co Ltd | Vehicle with fuel cell and method of controlling the same |
CN102074716A (en) * | 2009-11-25 | 2011-05-25 | 本田技研工业株式会社 | Fuel cell |
JP2011171115A (en) * | 2010-02-18 | 2011-09-01 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell |
WO2012035585A1 (en) * | 2010-09-16 | 2012-03-22 | トヨタ自動車株式会社 | Separator for fuel cell, fuel cell, and method for manufacturing fuel cell |
WO2014091851A1 (en) * | 2012-12-14 | 2014-06-19 | 日産自動車株式会社 | Fuel-cell system and method for controlling same |
JP5967219B2 (en) * | 2012-12-14 | 2016-08-10 | 日産自動車株式会社 | Fuel cell system and control method thereof |
JPWO2014091851A1 (en) * | 2012-12-14 | 2017-01-05 | 日産自動車株式会社 | Fuel cell system and control method thereof |
JP2014127451A (en) * | 2012-12-27 | 2014-07-07 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2014127452A (en) * | 2012-12-27 | 2014-07-07 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8158288B2 (en) | Relative humidity control for a fuel cell | |
US7935455B2 (en) | Balanced hydrogen feed for a fuel cell | |
JP2008010311A (en) | Method of operating fuel cell | |
US9343756B2 (en) | Fuel cell separator and fuel cell stack and reactant gas control method thereof | |
JP3971969B2 (en) | Polymer electrolyte fuel cell | |
US20080187788A1 (en) | System and method of operation of a fuel cell system and of ceasing the same for inhibiting corrosion | |
US20190131635A1 (en) | Cell Frame for Fuel Cell and Fuel Cell Stack Using the Same | |
US20020182474A1 (en) | Fuel cell with solid polymer membrane to be moisturized , fuel cell system, and moisturizing method for fuel cell | |
US10727503B2 (en) | Fuel cell separator for preventing flooding and fuel cell stack including the same | |
US20070207367A1 (en) | System and method of operation of a fuel cell system and of ceasing the same for inhibiting corrosion | |
JP2008034126A (en) | Fuel cell system and its control method | |
US20130078543A1 (en) | Operation method for fuel cell, and fuel cell system | |
JP4876401B2 (en) | Fuel cell | |
JP4673194B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2012099382A (en) | Separator for fuel cell, fuel cell | |
JP2013065567A (en) | Operation method of fuel cell | |
JP2009054290A (en) | Fuel cell system | |
JP2006216431A (en) | Fuel cell system | |
US11527765B2 (en) | Bipolar separator for a fuel cell | |
JP2017103130A (en) | Fuel cell system | |
JPH0992309A (en) | Solid polymer electrolyte fuel cell | |
JP5806951B2 (en) | Fuel cell system | |
US20060134495A1 (en) | Fuel cell system with cathode stream recirculation | |
JP2006221955A (en) | Separator of fuel cell | |
KR100792869B1 (en) | Separating plate for fuel cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20081127 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111124 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111206 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120130 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120925 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121126 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130604 |