JP5897858B2 - 燃料電池 - Google Patents
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Description
かかる特徴によれば制御部によって形成された閉鎖空間の内部容積と閉鎖空間内の燃料圧力の低下傾向から、閉鎖空間の内部に蓄積した逆拡散水の量を精度良く計測する事が可能である。
かかる特徴によれば燃料電池の運転状態に応じて、液水量が蓄積する傾向にある場合のみに液水計測動作を行う為、液水計測動作を適切なタイミングで行い安定した発電を持続する事が出来る。
かかる特徴によれば液水計測動作によって燃料極空間に液水が溜まっていた場合には、開閉弁を開状態にすることにより接続路を介して液水を発電部の外部へと放出する事が出来るため、液水が燃料極を覆う事によって低下した発電性能を回復させ、安定した発電を持続して行う事が出来る。
かかる特徴によれば液水計測動作によって燃料極空間に液水が溜まっていた場合には、温度制御部によって発電部の温度を上昇させて液水を蒸発させる事により、液水が燃料極を覆う事によって低下した発電性能を回復させ、安定した発電を持続して行う事が出来る。
かかる特徴によれば温度制御部は発電部自体であるので、液水を除去するための燃料電池の構成を簡素化する事が出来る。
かかる特徴によれば温度制御部は発電部に対して熱を与える加熱手段であり、燃料電池の発電状況に係らず液水除去動作を確実に行う事が出来る。
かかる特徴によれば気液分離部によって燃料と液水が除去され燃料のみを発電部に再度供給をする事ができるため、燃料を無駄にすることなく燃料電池の安定した発電を持続する事が出来る。
かかる特徴によれば発電部を複数有する燃料電池においても液水の計測をする事が可能である。
かかる特徴によれば発電部を複数有する燃料電池において、各発電セルの燃料極空間中の液水量を個別に計測する事が出来る。
かかる特徴によれば定電流負荷や定電力負荷で燃料電池を行った場合に、電圧情報を読み取ることによって燃料極空間への液水の侵入の傾向を把握することが出来るため、液水計測動作を適切なタイミングで行い安定した発電を持続することができる。
かかる特徴によれば定電圧負荷や定電力負荷で燃料電池を行った場合に、電流情報を読み取ることによって燃料極空間への液水の侵入の傾向を把握することが出来るため、液水計測動作を適切なタイミングで行い安定した発電を持続することができる。
かかる特徴によれば燃料電池を運転する際の負荷や温度などの条件が予め分かっている場合に、発電開始からの経過時間によって燃料極空間への液水の侵入の傾向を把握することが出来るため、液水計測動作を適切なタイミングで行い安定した発電を持続することができる。
かかる特徴によれば第2から12の特徴の燃料電池において検出する物理量に加え、発電部の温度を計測する事によって、燃料極空間への液水の侵入の傾向をさらに精度良く把握することが出来るため、液水計測動作を適切なタイミングで行いより安定した発電を持続することができる。
図1から図4に基づいて本発明の実施の形態1における燃料電池1の実施例を説明する。
図1には本発明の一実施例に係る燃料電池システム100の概略構成、図2には燃料電池1の構成図、図3には固体高分子電解質膜21と酸化剤極22及び燃料極23の部分拡大図、図4は本実施例の燃料電池1を動作したときの閉鎖空間の圧力の遷移図を示している。
触媒上で発生したプロトンは固体高分子電解質膜21中を移動して酸化剤極22側の触媒層221へと運搬される。また電子は触媒層221・231よりも導電性の高いガス拡散層中を移動して図示していない外部回路へと移動する。外部回路の先には燃料電池1で発電した電力により駆動する電子機器が接続されており、さらに電子機器の先には酸化剤極22側のガス拡散層222と接続される。またガス拡散層は触媒層221・231と比較すると電気抵抗は低いが、金属やカーボンに比べると電気抵抗は高い為に、固体高分子電解質膜21の面積が広い場合には外部回路へと移動する間に抵抗成分が加わり電圧が低下してしまう。このような電圧低下を改善する為に、ガス拡散層の触媒層221・231と接する面と反対側の面に接するようにガス拡散層よりも導電性の高いカーボン樹脂や金属で形成された電極板を設けても良い。
このような電気化学反応を経て燃料電池1は電力を発生し電子機器を駆動する事ができる。こうして生成された電子は両極のガス拡散層上に接するように備えられた集電板223・233を通して使用機器5へと供給される。集電板223・233は燃料及び酸化剤を供給するための穴や流路が設けられている事が望ましい。
本発明の実施の形態2における燃料電池1の構成図を図5に示す。なお、本実施の形態1と同一の部分については同一の符号を付し、同様な構成、動作については説明を省略する。以下図5を用いて本実施の形態2について説明する。
本実施の形態における燃料電池1は、実施の形態1の燃料電池1の構成に加え、液水を除去させる手段として、発電部2の外部と閉鎖空間を接続する接続路25と、発電部2の温度を制御する温度制御部46を有する。
本発明の実施の形態2の変形例における燃料電池1の構成図を図6に示す。なお、本実施の形態1および形態2と同一の部分については同一の符号を付し、同様な構成、動作については説明を省略する。
本発明の実施の形態3における燃料電池システム100の概略構成を図7に示し、発電部2及び燃料供給の構成を示す拡大図を図8に示す。なお、本実施の形態1及び2と同一の部分については同一の符号を付し、同様な構成、動作については説明を省略する。以下図7及び図8を用いて本実施の形態2について説明する。
2 発電部
3 燃料源
4 制御ユニット
5 使用機器
21 固体高分子電解質膜
22 酸化剤極
23 燃料極
24 燃料極筐体
25 接続路
41 供給手段
42 圧力検出手段
43 制御部
44 演算部
45 開閉弁
46 温度制御
47 気液分離部
48 独立弁
100 燃料電池システム
221 触媒層(酸化剤極)
222 ガス拡散層(酸化剤極)
223 集電板(酸化剤極)
231 触媒層(燃料極)
232 ガス拡散層(燃料極)
233 集電板(燃料極)
234 燃料極空間
241 突出部
471 流体移動装置
Claims (12)
- 燃料が供給される燃料極と、酸化剤が供給される酸化剤極と、前記燃料極及び前記酸化剤極とに挟持された固体高分子電解質膜と、を備える発電部と、
前記燃料を蓄える燃料源と、
前記燃料極と前記燃料源との間に備えられ前記燃料極に対する前記燃料の供給を行う供給手段と、
前記供給手段を制御し、前記燃料の供給を停止した場合、前記燃料極側の燃料極空間と前記燃料極空間の外部との連通を制御し、前記燃料極空間を前記外部と遮断し閉鎖空間を形成する制御部と、
前記閉鎖空間の内部圧を計測する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段で計測した前記内部圧の変化量と前記閉鎖空間との体積から、前記閉鎖空間に蓄積した液水の量を算出する演算部と、
前記発電部の発電に伴い変動する物理量を計測する物理量検出手段とを有し、
前記制御部は、前記物理量に応じて前記閉鎖空間の形成を制御する事を特徴とする燃料電池。 - 前記閉鎖空間と前記発電部の外部とを接続する接続路を備え、
前記接続路は、前記閉鎖空間の内部物質が前記外部に移動できる開状態と、前記内部物質が移動できない閉状態とからなる開閉弁を備え、
前記制御部は、前記演算部が算出した前記液水が規定量以上である場合に、前記開閉弁を前記開状態に制御する事を特徴とする請求項1に記載の燃料電池。 - 前記発電部の温度を制御する温度制御部を備え、
前記演算部が算出した前記液水が規定量以上である場合に、
前記温度制御部は、前記発電部の温度を上昇させる事を特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池。 - 前記温度制御部は、前記発電部の発電量を制御する発電制御部を備え、
前記発電制御部は、前記発電量を上昇させる事で、前記発電部の温度を上昇させる事を特徴とする請求項3に記載の燃料電池。 - 前記温度制御部は、前記発電部に対して熱を与える加熱手段を備え、
前記加熱手段を動作させる事で、前記発電部の温度を上昇させる事を特徴とする請求項3に記載の燃料電池。 - 前記発電部の外部に備えられ、前記燃料極空間に接続される気液分離部と、
前記気液分離部により分離された気体を前記発電部に供給する燃料循環路を備える事を特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の燃料電池。 - 複数の前記発電部を有する事を特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の燃料電池。
- 前記制御部は、複数の前記発電部のそれぞれに対し、前記閉鎖空間の形成を制御し、
前記圧力検出手段は、複数の前記発電部のそれぞれの前記閉鎖空間の前記内部圧を計測する事を特徴とする請求項7記載の燃料電池。 - 前記物理量は、電圧である事を特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の燃料電池。
- 前記物理量は、電流である事を特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の燃料電池。
- 前記物理量は、時間である事を特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の燃料電池。
- 前記物理量は、温度である事を特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の燃料電池。
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