JP2013140726A - Fuel battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell.
燃料ガス(水素)と酸化剤ガス(酸素)との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池において、発電量の急増が要求される場合に、その電力を発電するための酸素が一時的に不足して、要求に対する応答が遅れること(以下、応答遅れともいう)がある。そこで、特許文献1に記載の技術では、発電量が所定値に達するまでの時間が目標の応答時間となるように、燃料電池に供給する空気流量および空気圧力を制御している。 A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas (hydrogen) and an oxidant gas (oxygen) has attracted attention as an energy source. In this fuel cell, when a rapid increase in the amount of power generation is required, there is a case where oxygen for generating the power is temporarily insufficient and a response to the request is delayed (hereinafter also referred to as a response delay). Therefore, in the technique described in Patent Document 1, the air flow rate and the air pressure supplied to the fuel cell are controlled so that the time until the power generation amount reaches a predetermined value becomes the target response time.
しかしながら、特許文献1記載の技術では、応答性の高いコンプレッサを用いており、そのようなコンプレッサは高価であった。そのため、従来のコンプレッサを用いて応答遅れを抑制する技術が求められていた。 However, in the technique described in Patent Document 1, a highly responsive compressor is used, and such a compressor is expensive. Therefore, there has been a demand for a technique for suppressing response delay using a conventional compressor.
前述の問題を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、燃料電池において、発電量の急増が要求される場合に、従来のコンプレッサを用いて応答遅れを抑制する技術を提供することである。 In view of the above-described problems, the problem to be solved by the present invention is to provide a technique for suppressing a response delay using a conventional compressor when a rapid increase in power generation amount is required in a fuel cell. .
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]燃料電池であって、複数の燃料電池セルを積層した燃料電池セル積層体を有する燃料電池スタックと、前記燃料電池セルへ酸素ガスを供給するための酸素ガス流路と、前記酸素ガス流路と接続され、前記酸素ガスの一部を貯留する酸素ガス貯留部と、を備える、燃料電池。このような構成であれば、発電量の急増が要求される場合には、酸素は濃度の高い方から低いほうへと拡散するので、酸素ガス貯留部に蓄えられた酸素ガスが、酸素ガスの不足する燃料電池セルへ拡散する。したがって、従来のコンプレッサを使用しても、燃料電池の応答遅れを抑制することができる。 [Application Example 1] A fuel cell, a fuel cell stack having a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked, an oxygen gas flow path for supplying oxygen gas to the fuel cells, A fuel cell comprising: an oxygen gas storage unit connected to an oxygen gas flow path and storing a part of the oxygen gas. With such a configuration, when a rapid increase in the amount of power generation is required, oxygen diffuses from a higher concentration to a lower concentration, so the oxygen gas stored in the oxygen gas storage section becomes oxygen gas Diffusion to the missing fuel cells. Therefore, the response delay of the fuel cell can be suppressed even when a conventional compressor is used.
[適用例2]適用例1記載の燃料電池であって、前記酸素ガス貯留部は、前記燃料電池スタックの備えるスタックマニホールド、エンドプレート、ターミナルおよびインシュレータの少なくとも一つに設けられている、燃料電池。このような構成であれば、発電量の急増が要求される場合には、スタックマニホールド、エンドプレート、ターミナル、およびインシュレータの少なくとも一つの内部に蓄えられた酸素ガスが、酸素ガスの不足する燃料電池セルへ拡散する。したがって、燃料電池に新たな構造体を設けることなく、従来のコンプレッサを使用して、応答遅れを抑制することができる。 [Application Example 2] The fuel cell according to Application Example 1, wherein the oxygen gas reservoir is provided in at least one of a stack manifold, an end plate, a terminal, and an insulator provided in the fuel cell stack. . With such a configuration, when a rapid increase in the amount of power generation is required, the oxygen gas stored in at least one of the stack manifold, end plate, terminal, and insulator is a fuel cell in which oxygen gas is insufficient. Spread to the cell. Therefore, a response delay can be suppressed using a conventional compressor without providing a new structure in the fuel cell.
[適用例3]適用例1または適用例2記載の燃料電池であって、前記酸素ガス貯留部は、前記燃料電池セル積層体内の前記酸素ガス流路の断面積を拡大して設けられている、燃料電池。このような構造であれば、燃料電池セル積層体内の酸素ガス流路の断面積の拡大した箇所に酸素ガスを蓄えることができる。そして、酸素ガス貯留部と燃料電池セルとの距離が近いため、酸素ガスは燃料電池セルへ到達しやすい。また、酸素ガス貯留部は、燃料電池セル積層体の酸素ガス流路全体にわたって設けることができる。そのため、酸素ガス貯留部に蓄えられていた酸素ガスは、燃料電池の全ての燃料電池セルに一様に拡散して到達しやすい。したがって、発電量の急増が要求された場合における燃料電池の応答遅れを、従来のコンプレッサを使用して、効果的に抑制することができる。 [Application Example 3] The fuel cell according to Application Example 1 or Application Example 2, wherein the oxygen gas reservoir is provided by enlarging a cross-sectional area of the oxygen gas flow path in the fuel cell stack. ,Fuel cell. With such a structure, oxygen gas can be stored at a location where the cross-sectional area of the oxygen gas flow path in the fuel cell stack is enlarged. And since the distance of an oxygen gas storage part and a fuel cell is near, oxygen gas tends to reach a fuel cell. Moreover, the oxygen gas storage part can be provided over the entire oxygen gas flow path of the fuel cell stack. For this reason, the oxygen gas stored in the oxygen gas storage part is likely to uniformly diffuse and reach all the fuel cells of the fuel cell. Therefore, the response delay of the fuel cell when a rapid increase in the amount of power generation is required can be effectively suppressed using a conventional compressor.
[適用例4]適用例1から適用例3までのいずれか一の適用例記載の燃料電池であって、前記酸素ガス貯留部は、前記燃料電池スタックに接続された酸素ガス供給管の該燃料電池スタック近傍に設けられている、燃料電池。このような構造であれば、燃料電池スタック近傍の酸素ガス貯留部に酸素を蓄えることができるので、酸素ガスの不足する燃料電池セル全体へ酸素ガスを行き渡らせることができる。したがって、燃料電池スタックの構成を変更することなく、燃料電池の応答遅れを抑制することが可能となる。 [Application Example 4] The fuel cell according to any one of application examples from Application Example 1 to Application Example 3, wherein the oxygen gas storage section includes the fuel in an oxygen gas supply pipe connected to the fuel cell stack. A fuel cell provided in the vicinity of the battery stack. With such a structure, oxygen can be stored in the oxygen gas storage part in the vicinity of the fuel cell stack, so that the oxygen gas can be distributed to the entire fuel cell in which oxygen gas is insufficient. Therefore, it is possible to suppress delay in response of the fuel cell without changing the configuration of the fuel cell stack.
本発明は、上述した燃料電池としての構成のほか、その燃料電池を備えた移動用車両や建物等に設置する定置型の発電装置としても構成することができる。 In addition to the configuration as the fuel cell described above, the present invention can also be configured as a stationary power generator installed in a moving vehicle, a building, or the like equipped with the fuel cell.
A.第1実施例:
図1は、本発明の一実施例としての燃料電池10aの概略構成を示す図である。この燃料電池10aは、燃料電池スタック100と、燃料電池スタック100に接続される供給配管410と排出配管420と、を備えている。
A. First embodiment:
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a
燃料電池スタック100は、図1に示すように複数の燃料電池セル105が積層された燃料電池セル積層体150を、出力端子を備える集電板である一対のターミナル221、222と、絶縁板である一対のインシュレータ211、212と、スタックマニホールド201と、エンドプレート202aと、が狭持することで形成されている。燃料電池スタック100の内部には、反応ガスとしての燃料ガスや酸化ガス、燃料電池10aを冷却するための冷媒を供給および排出するためのマニホールドが、複数の燃料電池セル105を積層する方向(以降、積層方向ともいう)に沿って形成されている。ただし、図1には、図示および以下の説明を容易にするために、酸素ガス供給マニホールド411および酸素ガス排出マニホールド421のみが図示されている。なお、供給配管410と酸素ガス供給マニホールド411は、本願の「酸素ガス流路」に対応し、供給配管410は特に本願の「酸素ガス供給管」に対応する。
As shown in FIG. 1, the
燃料電池セル105は、カソード、アノード、電解質、セパレータ等からなり、発電の最小単位を構成する。本実施例においては、燃料電池セル105として、固形高分子形燃料電池を用いているが、種々の形式の燃料電池を用いることが可能である。
The
燃料電池セル105のカソードには、供給配管410に接続された図示しないコンプレッサによって圧縮された空気が、供給配管410から酸素ガス供給マニホールド411を介して、酸素を含有した酸化ガス(酸素ガス)として供給される。酸素ガスは、図1の矢印に示すように燃料電池10a内を流れる。各燃料電池セル105のカソードから排出されるカソードオフガスは、酸素ガス排出マニホールド421に接続された排出配管420を介して、燃料電池スタック100の外部に排出される。
At the cathode of the
燃料電池セル105のアノードには、図示しない水素供給配管を介して、高圧水素を貯蔵した水素タンクから、燃料ガスとしての水素が供給される。各燃料電池セルから排出されるアノードオフガスは、図示しないマニホールドに接続された排出配管を介して、燃料電池スタック100の外部に排出される。
Hydrogen as fuel gas is supplied to the anode of the
ターミナル221、222は、緻密質カーボンや、銅板などのガス不透過な導電性部材によって形成されている。ターミナル221、222には、それぞれ図示しない出力端子が設けられており、燃料電池セル積層体150で発電した電力を出力可能となっている。インシュレータ211、212は、ゴムや、樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。スタックマニホールド201およびエンドプレート202aは、剛性を確保するため、金属によって形成されている。なお、本実施例のエンドプレート202aは、図1に示すように、エンドプレート202a内に形成された窪みをインシュレータで覆うことで形成された、酸素ガス貯留部310aを備えている。
The
図2は、図1に示したエンドプレート202aのA−A断面における斜視図である。エンドプレート202aは、その内部に酸素ガスを蓄えるための酸素ガス貯留部310aを備えている。酸素ガス貯留部310aは、酸素ガス供給マニホールド411と接続されており、酸素ガス排出マニホールド421とは接続されていない。そのため、燃料電池10aが一定の出力で発電を行っている際(以降、「通常の発電時」ともいう)には、図1に示すように、酸素ガス貯留部310aに酸素ガス供給マニホールド411から酸素ガスが流れ込んで蓄えられる。
FIG. 2 is a perspective view of the
図3は、発電量の急増が要求された場合の、燃料電池10aにおける酸素ガスの流れを示す図である。燃料電池は、常に同じ量の電力を出力しているわけではない。例えば燃料電池が搭載された車両は、アイドリングなどの定常運転から発進する際には、燃料電池に対して発電量の急増を要求する。このような場合には、従来の燃料電池は、発電量の増加要求に応じて、燃料電池セルのカソード側へ供給する酸素ガスの量を、目標とする量まで増加させている。しかしながら、燃料電池が要求された発電量を出力するまでには、通常、応答遅れが生じる。これは、コンプレッサが酸素ガスの流量を増加させ、その酸素ガスが供給配管を経由して燃料電池セルに到達するまでに、若干の時間がかかるためである。
FIG. 3 is a diagram illustrating the flow of oxygen gas in the
本実施例の燃料電池10aでは、エンドプレート202aに酸素ガス貯留部310aを設けているので、発電量の急増が要求された場合であっても、蓄えられた酸素ガスが、酸素ガス貯留部310aから、酸素ガスの不足している燃料電池セル105へ、酸素ガス供給マニホールド411を介して到達する。これは、通常、酸素は濃度の高い方から低いほうへと拡散していくためである。そして、酸素ガス貯留部310aに蓄えられていた酸素ガスは、コンプレッサから供給配管410を経由して流入する酸素ガスよりも、一部の燃料電池セル105へは早く到達すると考えられる。これは、酸素ガス貯留部310aが燃料電池スタック100を構成するエンドプレート202aに設けられており、酸素ガス貯留部310aから燃料電池セル105までの距離が短いためである。したがって、酸素ガス貯留部310aを備える燃料電池10aは、発電量の急増が要求された場合においても、酸素ガス貯留部310aに蓄えられた酸素ガスを用いて発電することが可能である。そのため、燃料電池セル105へ酸素ガスを早く流入させるために、供給配管410を短くしなくても、応答遅れを抑制することができる。したがって、燃料電池の設計上の自由度を向上させることが可能となる。また、コンプレッサの大容量化によらずに、酸素ガス貯留部310aの蓄える酸素ガスによって応答遅れを抑制することができるので、大容量のコンプレッサを設置するスペースを考慮しなくともよい。また、応答性の高い、高価なコンプレッサを用いなくとも、従来のコンプレッサを用いて応答遅れを抑制することができる。さらに、燃料電池に新たな構造体を設けなくとも、エンドプレートの形状を変更するだけで応答遅れを抑制できる。したがって、応答遅れに対応可能な燃料電池を、低コストで製造することが可能となる。
In the
B.第2実施例:
第1実施例では、エンドプレートに酸素ガス貯留部を備える燃料電池が応答遅れを抑制できることについて説明した。これに対し第2実施例では、ターミナルに酸素ガス貯留部を備える燃料電池について説明する。
B. Second embodiment:
In the first embodiment, it has been described that a fuel cell including an oxygen gas reservoir in the end plate can suppress response delay. On the other hand, in the second embodiment, a fuel cell provided with an oxygen gas storage part at a terminal will be described.
図4は、ターミナル222bに酸素ガス貯留部310bを備える燃料電池10bを示す図である。第1実施例と同様に、ターミナル222bにも、その内部に空間を設けることで、通常の発電時に酸素ガスを蓄えることができる。ターミナル222b内の酸素ガス貯留部310bは、ターミナル222b内に形成された窪みをインシュレータで覆うことで形成されている。なお、図4に示すターミナル222bの備える酸素ガス貯留部310bは、図1に示すエンドプレート202aの備える酸素ガス貯留部310aと酸素ガス供給マニホールド411を介してつながっている。
FIG. 4 is a diagram showing a
通常の発電時には、酸素ガス貯留部310a、310bには、酸素ガス供給マニホールド411を介して酸素ガスが流入して蓄えられる。そして、発電量の急増が要求された場合には、第1実施例の図3と同様に酸素ガス貯留部310a、310bから酸素ガスが酸素ガス供給マニホールド411へ拡散して燃料電池セル105へ到達する。燃料電池セル105は、この酸素ガス貯留部310a、310bから拡散した酸素ガスによって発電を行うことができる。したがって、本実施例の燃料電池10bにおいても、第1実施例の燃料電池10aと同様の効果を奏する。特に、本実施例の燃料電池10bは、燃料電池セル105により近いターミナル222bに酸素ガス貯留部310bを備えているため、発電量の急増が要求された場合に、酸素がより早く燃料電池セル105に到達する。また、燃料電池10bは、エンドプレート202aにも酸素ガス貯留部310aを備えているため、より多くの酸素を蓄えることができる。したがって、発電量の急増が要求された場合においても、より多くの酸素を燃料電池セル105へ到達させて発電することが可能となる。
During normal power generation, oxygen gas flows into the
なお、エンドプレート202aに酸素ガス貯留部310aを設けず、ターミナル222bにのみ酸素ガス貯留部310bを設けても、発電量の急増が要求された場合の応答遅れを抑制することが可能である。また、酸素ガス貯留部を設ける構造体は、第1実施例で示したエンドプレート202aや、本実施例で示したターミナル222b以外の燃料電池スタック100の構造体であってもよい。例えば、エンドプレート202aと隣り合うインシュレータ212や、供給配管410側に備えられたインシュレータ211やターミナル221、スタックマニホールド201など、任意の構造体に酸素ガス貯留部を設けて酸素ガスを蓄えることで、発電量の急増が要求された場合の応答遅れを抑制することが可能である。さらに、これらの燃料電池スタック100の構造体の酸素ガス貯留部を、本実施例のように組み合わせてもよい。例えば、スタックマニホールド201とエンドプレート202a、インシュレータ211とターミナル222bとターミナル221など、2つ以上の酸素ガス貯留部を組み合わせることで、より多くの酸素ガスを蓄えることができる。このようにすれば、燃料電池において、発電量の急増が要求された場合の応答遅れを、より抑制することが可能となる。
Even if the
C.第3実施例:
第1実施例および第2実施例では、燃料電池セル積層体を挟持するエンドプレートおよびターミナルに酸素ガス貯留部を備える燃料電池が応答遅れを抑制できることについて説明した。これに対し第3実施例では、燃料電池セル積層体において、酸素ガス供給マニホールドの断面積を拡張して酸素ガス貯留部を備える燃料電池について説明する。
C. Third embodiment:
In the first embodiment and the second embodiment, it has been described that a fuel cell including an oxygen gas reservoir in an end plate and a terminal that sandwich a fuel cell stack can suppress a response delay. On the other hand, in the third embodiment, a fuel cell will be described in which a cross-sectional area of an oxygen gas supply manifold is expanded to include an oxygen gas reservoir in a fuel cell stack.
図5(A)は、酸素ガス供給マニホールド411に酸素ガス貯留部310cを備える燃料電池10cを示す図である。図5(B)は、図5(A)の燃料電池10cのB−B断面における燃料電池セル105cの模式図である。燃料電池10cの燃料電池セル105cには、2つの酸素ガス供給マニホールド411の下に、2つの酸素ガス供給マニホールド411を連結するようにして酸素ガス貯留部310cが設けられている。つまり酸素ガス貯留部310cは、積層方向における酸素ガス供給マニホールド411の断面積を拡張して設けられている。そして、通常の発電時には、図5に示すように酸素ガス貯留部310cには酸素ガス供給マニホールド411から酸素ガスが流れ込んで蓄えられる。
FIG. 5A is a view showing a
図6は、発電量の急増が要求された場合の、燃料電池10cにおける酸素ガスの流れを示す図である。発電量の急増が要求された場合においては、酸素ガス貯留部310cに蓄えられていた酸素が、図6(A)および(B)に示すように酸素ガス供給マニホールド411へ拡散して、燃料電池セル105cへ到達する。燃料電池セル105cは、この酸素ガス貯留部310cから拡散した酸素ガスによって発電を行うことができる。したがって、本実施例の燃料電池10cにおいても、第1実施例の燃料電池10aと同様の効果を奏する。特に、本実施例では、酸素ガス貯留部310cは、酸素ガス供給マニホールド411と連結している。よって、酸素ガス貯留部310cと燃料電池セル105cとの距離が近いため酸素ガス貯留部310cに蓄えられていた酸素ガスは燃料電池セル105cへ到達しやすい。また、酸素ガス貯留部310cは、燃料電池セル積層体150cの酸素ガス供給マニホールド411全体にわたって設けられている。そのため、酸素ガス貯留部310cに蓄えられていた酸素ガスは、燃料電池10cの全ての燃料電池セル105cに一様に拡散する。したがって、発電量の急増が要求された場合における燃料電池の応答遅れを効果的に抑制することができる。
FIG. 6 is a diagram showing the flow of oxygen gas in the
なお、第2実施例で示した図4と同様に、ターミナル222やエンドプレート202や、他の燃料電池スタック100の構造体の少なくとも一つに酸素ガス貯留部を設けて、酸素ガス供給マニホールド411の酸素ガス貯留部310cと組み合わせることで、より多くの酸素ガスを蓄えることもできる。そうすることで、発電量の急増が要求された場合における燃料電池の応答遅れをより抑制することが可能となる。
Similar to FIG. 4 shown in the second embodiment, an oxygen gas reservoir is provided in at least one of the terminal 222, the
D.第4実施例:
第1実施例および第2実施例では、燃料電池セル積層体を挟持するエンドプレート、ターミナルに酸素ガス貯留部を備える燃料電池が応答遅れを抑制できることについて説明した。第3実施例では酸素ガス供給マニホールドの断面積を拡張して酸素ガス貯留部を備える燃料電池が応答遅れを抑制できることについて説明した。これに対し第4実施例では、燃料電池スタックの外部に酸素ガス貯留部を備える燃料電池について説明する。
D. Fourth embodiment:
In the first embodiment and the second embodiment, it has been described that the fuel cell provided with the oxygen gas storage portion at the end plate and the terminal sandwiching the fuel cell stack can suppress the response delay. In the third embodiment, it has been described that the fuel cell including the oxygen gas reservoir by expanding the cross-sectional area of the oxygen gas supply manifold can suppress the response delay. In contrast, in the fourth embodiment, a fuel cell provided with an oxygen gas reservoir outside the fuel cell stack will be described.
図7は、燃料電池スタック100の外部に酸素ガス貯留部310dを備える燃料電池10dについて示す図である。図7に示す燃料電池10dには、酸素ガス供給マニホールド411の入り口近くに、供給配管410に接続された酸素ガス貯留部310dが設けられている。また、図7に示す燃料電池10dには、供給配管410に接続された酸素ガス貯留部310dに加えて、エンドプレート202aにも酸素ガス貯留部310aが設けられている。それぞれの酸素ガス貯留部310a、310dには、図7に示すように、通常の発電時には供給配管410から酸素ガスが流れ込んで蓄えられる。
FIG. 7 is a diagram showing a
図8は、発電量の急増が要求された場合の、燃料電池10dにおける酸素ガスの流れを示す図である。発電量の急増が要求された場合には、酸素ガス貯留部310a、310dに蓄えられていた酸素ガスが、上述の第1実施例および第2実施例のように、酸素ガス供給マニホールド411へ拡散して燃料電池セル105へ到達する。具体的には、供給配管410に接続された酸素ガス貯留部310dに蓄えられた酸素ガスは、酸素ガス供給マニホールド411の入り口近くの燃料電池セル105から順次到達していく。また、エンドプレート202aに備えられた酸素ガス貯留部310aに蓄えられた酸素ガスは、酸素ガス供給マニホールド411の入り口から離れた燃料電池セル105から、順次到達していく。したがって、本実施例の燃料電池10dにおいても、上述の実施例と同様の効果を奏する。特に、本実施例では、酸素ガス貯留部310dは、酸素ガス供給マニホールド411の入り口近くの、供給配管410に接続されている。このように酸素ガス貯留部を備えれば、発電量の急増が要求された場合においても、酸素ガスを燃料電池セル105全体へ容易に到達させることができる。
FIG. 8 is a diagram showing the flow of oxygen gas in the
なお、エンドプレート202に酸素ガス貯留部310aを設けることなく、供給配管410に接続された酸素ガス貯留部310dのみを設けることも可能である。この場合には、燃料電池スタック100の構成を変更することなく、燃料電池スタック100外部の供給配管410に酸素ガス貯留部310dを設けるだけで、発電量の急増が要求された場合における燃料電池の応答遅れを抑制することが可能となる。
In addition, it is also possible to provide only the oxygen
また、図7に示した燃料電池は、エンドプレート202aに設けられた酸素ガス貯留部310aと、供給配管410に接続された酸素ガス貯留部310dとを備えているが、エンドプレート202a以外の燃料電池スタック100の構造体や、第3実施例で示した酸素ガス供給マニホールド411に設けた酸素ガス貯留部310cと組み合わせてもよい。そうすることで、発電量の急増が要求された場合における燃料電池の応答遅れをより抑制することが可能となる。
The fuel cell shown in FIG. 7 includes an
E.第5実施例:
第1実施例から第4実施例では、通常の運転時において、酸素ガス貯留部へ酸素ガスを蓄える燃料電池について説明した。これに対し、第5実施例では、燃料電池の停止するタイミングを利用して酸素ガス貯留部へ酸素ガスを蓄える燃料電池について説明する。
E. Example 5:
In the first to fourth embodiments, the fuel cell that stores oxygen gas in the oxygen gas storage section during normal operation has been described. In contrast, in the fifth embodiment, a fuel cell that stores oxygen gas in the oxygen gas reservoir using the timing at which the fuel cell stops will be described.
図9は、燃料電池スタック100の外部に、バルブ515を有する酸素ガス貯留部310eを備える燃料電池10eについて示す図である。この酸素ガス貯留部310eには、酸素ガス貯留部310eが負圧になる際に流入した酸素ガスが蓄えられている。以下、この酸素ガス貯留部310eに酸素ガスを蓄える方法について説明する。
FIG. 9 is a diagram showing a
燃料電池10eの供給配管410には、酸素ガスの流入を開始および停止するための流入バルブ510が備えられている。また、燃料電池10eの排出配管420にはカソードオフガス等の排出を開始および停止するための排出バルブ520が備えられている。燃料電池10eの発電時には流入バルブ510および排出バルブ520は開かれている。
The
燃料電池10eの発電を停止する際には、燃料電池セル105の劣化を防ぐなどのために、燃料電池スタック100に滞留している燃料ガスや酸素ガスを排出して、流入バルブ510および排出バルブ520は閉じられる。燃料電池10eが発電を停止すると、燃料電池スタック100内部の温度は次第に低下する。このとき、燃料電池スタック100内部の圧力は、温度の低下につれて減少するため、燃料電池スタック100外部(酸素ガスの流れに対して流入バルブ510よりも上流側および排出バルブ520よりも下流側)の圧力と比べて低くなる。
When stopping the power generation of the
次に燃料電池10eの運転を開始する際には、流入バルブ510および排出バルブ520を開けるとともに、酸素ガス貯留部310eの有するバルブ515も開ける。そうすると、酸素ガスは、燃料電池スタック100と同じく負圧になっている酸素ガス貯留部310eに流入して蓄えられる。そして、酸素ガス貯留部310eの備えるバルブ515を閉じれば、酸素ガス貯留部310eにより確実に酸素ガスを蓄えることができる。酸素ガス貯留部310eに蓄えられた酸素ガスは、例えば、発電量の急増が要求される時にバルブ515を開けることにより、図8に示した酸素ガスと同様に燃料電池セル105へ到達することとなる。したがって、本実施例の燃料電池10eにおいても、上述の第4実施例と同様の効果を奏するのみでなく、より確実に酸素ガスを酸素ガス貯留部310eに蓄えて、発電量の急増が要求された場合に利用することができるので、燃料電池の応答遅れをより確実に抑制することが可能となる。また、燃料電池10eには、第2および第3実施例に示したように、エンドプレート202a以外の燃料電池スタック100の構造体や、酸素ガス供給マニホールド411にも、酸素ガス貯留部を設けることもできる。そうすることで、より多くの酸素を蓄えることができるので、発電量の急増が要求された場合における燃料電池の応答遅れをより抑制することが可能となる。
Next, when starting the operation of the
F.変形例:
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができる。例えば、以下のような変形が可能である。
F. Variations:
As mentioned above, although various embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various structure can be taken in the range which does not deviate from the meaning. For example, the following modifications are possible.
上述の実施例5では、燃料電池10eの発電を停止して、再度発電する際に酸素ガス貯留部310eに酸素ガスを蓄えているが、発電量を減少させる際など、燃料電池スタック100内部が燃料電池スタック100外部に比べて負圧になる場合にも酸素ガスを蓄えることとしてもよい。
In Example 5 described above, the power generation of the
10、10a、10b、10c、10d、10e…燃料電池
100…燃料電池スタック
105、105c…燃料電池セル
150、150c…燃料電池セル積層体
201…スタックマニホールド
202…エンドプレート
203、212…インシュレータ
222…ターミナル
310a、310b、310c、310d、310e…酸素ガス貯留部
410…供給配管
411…酸素ガス供給マニホールド
420…排出配管
421…酸素ガス排出マニホールド
510…流入バルブ
515…バルブ
520…排出バルブ
10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e ...
Claims (4)
複数の燃料電池セルを積層した燃料電池セル積層体を有する燃料電池スタックと、
前記燃料電池セルへ酸素ガスを供給するための酸素ガス流路と、
前記酸素ガス流路と接続され、前記酸素ガスの一部を貯留する酸素ガス貯留部と、
を備える、燃料電池。 A fuel cell,
A fuel cell stack having a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked; and
An oxygen gas flow path for supplying oxygen gas to the fuel cell;
An oxygen gas storage unit connected to the oxygen gas flow path and storing a part of the oxygen gas;
A fuel cell comprising:
前記酸素ガス貯留部は、前記燃料電池スタックの備えるスタックマニホールド、エンドプレート、ターミナルおよびインシュレータの少なくとも一つの内部に設けられている、燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein
The oxygen gas storage unit is a fuel cell provided in at least one of a stack manifold, an end plate, a terminal, and an insulator included in the fuel cell stack.
前記酸素ガス貯留部は、前記燃料電池セル積層体内の前記酸素ガス流路の断面積を拡大して設けられている、燃料電池。 The fuel cell according to claim 1 or 2, wherein
The fuel cell, wherein the oxygen gas storage part is provided by enlarging a cross-sectional area of the oxygen gas flow path in the fuel cell stack.
前記酸素ガス貯留部は、前記燃料電池スタックに接続された酸素ガス供給管の該燃料電池スタック近傍に設けられている、燃料電池。 A fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein
The oxygen gas storage section is a fuel cell provided in the vicinity of the fuel cell stack of an oxygen gas supply pipe connected to the fuel cell stack.
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