JP2012234750A - 燃料電池および燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】空気(酸化剤ガス)と水素(燃料ガス)との電気化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池構造体10を有する燃料電池において、燃料電池構造体10に、空気が流れるとともに、一端側に第1開口部21が形成され且つ他端側が閉塞された空気流路2と、水素が流れるとともに、一端側に第2開口部31が形成され且つ他端側が閉塞された水素流路3と、空気流路2の内壁面に設けられた空気極22と、水素流路3の内壁面に設けられた水素極32と、一面が空気極22と接触するとともに、他面が水素極32と接触するように設けられた固体電解質体12とを設ける。
【選択図】図3
Description
本発明の第1実施形態について図1〜図6に基づいて説明する。本実施形態では、本発明に係る燃料電池システムを、燃料電池を走行用駆動源として走行する電気自動車(燃料電池自動車)に搭載したものである。本実施形態の燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する固体酸化物型燃料電池(以下、単に燃料電池という)を備えている。
(空気極)1/2O2+2e−→O2−
なお、燃料電池1から出力される電気エネルギは、燃料電池1全体として出力される電圧を検出する電圧センサ17(図3参照)、および、燃料電池1全体として出力される電流を検出する電流センサ(図示せず)によって計測される。なお、電圧センサ17および電流センサの検出信号は、後述するシステム制御装置に入力される。
次に、本発明の第2実施形態について図7〜図11に基づいて説明する。本第2実施形態は、上記第1実施形態と比較して、燃料電池システムの構成が異なるものである。
次に、本発明の第3実施形態について図12に基づいて説明する。本第3実施形態は、上記第2実施形態と比較して、オフ水素を燃焼させることにより生じる燃焼エネルギを利用して水素側ピストン35の水素側ピストン本体35aを駆動する点が異なるものである。
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
10 燃料電池構造体
12 隔壁(固体電解質体)
2 空気流路(酸化剤ガス流路)
21 第1開口部
22 空気極(酸化剤極)
3 水素流路(燃料ガス流路)
31 第2開口部
32 水素極(燃料極)
Claims (8)
- 酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池構造体(10)を有する燃料電池であって、
前記燃料電池構造体(10)は、
前記酸化剤ガスが流れるとともに、一端側に第1開口部(21)が形成され且つ他端側が閉塞された酸化剤ガス流路(2)と、
前記燃料ガスが流れるとともに、一端側に第2開口部(31)が形成され且つ他端側が閉塞された燃料ガス流路(3)と、
前記酸化剤ガス流路(2)の内壁面に設けられた酸化剤極(22)と、
前記燃料ガス流路(3)の内壁面に設けられた燃料極(32)と、
一面が前記酸化剤極(22)と接触するとともに、他面が前記燃料極(32)と接触するように設けられた固体電解質体(12)とを備えることを特徴とする燃料電池。 - 前記酸化剤ガス流路(2)の前記第1開口部(21)は、前記燃料電池構造体(10)の一側に設けられており、
前記燃料ガス流路(3)の前記第2開口部(31)は、前記燃料電池構造体(10)の他側に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。 - 前記燃料電池構造体(10)は、外周壁(11)と、前記外周壁(11)の内側においてハニカム状に設けられた隔壁(12)と、前記隔壁(12)で区画されるとともに一端から他端に向かって延伸する複数の貫通孔(13)とを有するハニカム構造体であり、
前記隔壁(12)は、固体電解質により形成されており、
前記複数の貫通孔(13)の前記一端または前記他端は、封止されており、
前記一端が封止された前記貫通孔(13)により、前記酸化剤ガス流路(2)が構成されており、
前記他端が封止された前記貫通孔(13)により、前記燃料ガス流路(3)が構成されていることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池。 - 請求項1ないし3のいずれか1つに記載の燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池(1)の前記酸化剤ガス流路(2)に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段(51、52)と、
前記酸化剤ガス供給手段(51、52)から前記燃料電池(1)に供給された前記酸化剤ガスのうち、前記電気化学反応に用いられなかった未反応の酸化剤ガスを含んだオフ酸化剤ガスを前記燃料電池(1)の前記酸化剤ガス流路(2)から排出させるオフ酸化剤ガス排出手段(71、72)と、
前記燃料電池(1)の前記燃料ガス流路(3)に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段(61〜63)と、
前記燃料ガス供給手段(61〜63)から前記燃料電池(1)に供給された前記燃料ガスのうち、前記電気化学反応に用いられなかった未反応の燃料ガスを含んだオフ燃料ガスを前記燃料電池(1)の前記燃料ガス流路(3)から排出させるオフ燃料ガス排出手段(81、82)とを備えることを特徴とする燃料電池システム。 - さらに、前記酸化剤ガス流路(2)および前記燃料ガス流路(3)の少なくとも一方における前記電気化学反応で生じた反応ガスの濃度を検出する反応ガス濃度検出手段(33)を備え、
前記オフ酸化剤ガス排出手段(71、72)は、前記反応ガス濃度検出手段(33)により検出された前記酸化剤ガス流路(2)および前記燃料ガス流路(3)の少なくとも一方における前記反応ガスの濃度が予め定めた基準濃度を上回った場合に、前記酸化剤ガス流路(2)から前記オフ酸化剤ガスを排出し、
前記オフ燃料ガス排出手段(81、82)は、前記反応ガス濃度検出手段(33)により検出された前記酸化剤ガス流路(2)および前記燃料ガス流路(3)の少なくとも一方における前記反応ガスの濃度が前記基準濃度を上回った場合に、前記燃料ガス流路(3)から前記オフ燃料ガスを排出することを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。 - 請求項1ないし3のいずれか1つに記載の燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池(1)の前記酸化剤ガス流路(2)と連通する酸化剤ガス導入室(20)と、
前記酸化剤ガス導入室(20)の容積を可変とする酸化剤ガス側ピストン(25)と、
前記酸化剤ガス導入室(20)に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給流路(5)を開閉する酸化剤ガス供給側開閉手段(55)と、
前記酸化剤ガス導入室(20)から前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出流路(7)を開閉する酸化剤ガス排出側開閉手段(75)と、
前記燃料電池(1)の前記燃料ガス流路(3)と連通する燃料ガス導入室(30)と、
前記燃料ガス導入室(30)の容積を可変とする燃料ガス側ピストン(35)と、
前記燃料ガス導入室(30)に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路(6)を開閉する燃料ガス供給側開閉手段(65)と、
前記燃料ガス導入室(30)から前記燃料ガスを排出する燃料ガス排出流路(8)を開閉する燃料ガス排出側開閉手段(85)とを備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記オフ燃料ガスを燃焼させることにより生じる燃焼エネルギを利用して、前記酸化剤ガス側ピストン(25)および前記燃料ガス側ピストン(35)の少なくとも一方を駆動することを特徴とする請求項6に記載の燃料電池システム。
- さらに、前記燃料ガス導入室(30)における前記燃料ガスの濃度を検出する燃料ガス濃度検出手段(33)と、
前記酸化剤ガス導入室(20)および前記燃料ガス導入室(30)の少なくとも一方における前記電気化学反応で生じた反応ガスの濃度を検出する反応ガス濃度検出手段(33)と、
前記酸化剤ガス側ピストン(25)、前記酸化剤ガス供給側開閉手段(55)、前記酸化剤ガス排出側開閉手段(75)、前記燃料ガス側ピストン(35)、前記燃料ガス供給側開閉手段(65)および前記燃料ガス排出側開閉手段(85)の作動を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記燃料ガス濃度検出手段(33)により検出された前記燃料ガス導入室(30)における前記燃料ガスの濃度が予め定めた基準燃料ガス濃度を下回った場合に、前記酸化剤ガス排出側開閉手段(75)によって前記酸化剤ガス排出流路(7)閉じ、前記燃料ガス排出側開閉手段(85)によって前記燃料ガス排出流路(8)を閉じ、前記酸化剤ガス供給側開閉手段(55)によって前記酸化剤ガス供給流路(5)を開き、前記燃料ガス供給側開閉手段(65)によって燃料ガス供給流路(6)を開き、前記酸化剤ガス側ピストン(25)を前記酸化剤ガス導入室(20)の容積が拡大する側に変位させ、前記燃料ガス側ピストン(35)を前記燃料ガス導入室(30)の容積が拡大する側に変位させる供給ガス吸引処理を行い、
前記ガス吸引処理を行った後、前記燃料ガス濃度検出手段(33)により検出された前記燃料ガス導入室(30)における前記燃料ガスの濃度が前記基準燃料ガス濃度以上になった場合に、前記酸化剤ガス供給側開閉手段(55)によって前記酸化剤ガス供給流路(5)を閉じ、前記燃料ガス供給側開閉手段(65)によって前記燃料ガス供給流路(6)を閉じ、前記酸化剤ガス側ピストン(25)を前記酸化剤ガス導入室(20)の容積が縮小する側に変位させ、前記燃料ガス側ピストン(35)を前記燃料ガス導入室(30)の容積が縮小する側に変位させるガス加圧供給処理を行い、
前記ガス加圧処理を行った後、前記反応ガス濃度検出手段(33)により検出された前記酸化剤ガス導入室(20)および前記燃料ガス導入室(30)の少なくとも一方における前記反応ガスの濃度が予め定めた基準反応ガス濃度を上回った場合に、前記酸化剤ガス側ピストン(25)を前記酸化剤ガス導入室(20)の容積が拡大する側に変位させ、前記燃料ガス側ピストン(35)を前記燃料ガス導入室(30)の容積が拡大する側に変位させる反応ガス吸引処理を行うことを特徴とする請求項6または7に記載の燃料電池システム。
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JPH11121019A (ja) * | 1997-10-15 | 1999-04-30 | Ngk Insulators Ltd | 電気化学セルおよび電気化学装置 |
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