JP7129761B2 - 気流で冷却される平面型燃料電池から電力を生成するデバイス及びその使用方法 - Google Patents
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Description
・燃料電池が周囲温度及び湿度(これらの温度及び湿度値はパラメータとして制御モジュール14に伝えられている)の環境で動作しているとき、特に制御モジュール14の指示で生成された第1の気流F1は、燃料電池を公称温度(出力が最も高くなると知られている温度)に保つ間に燃料電池から生成される熱の排出を可能にし、特に制御モジュール14の指示で生成された第2の気流F2は、酸素が空気から陰極へ運ばれることを可能にするとともに、燃料電池の生成した水が蒸気の形で排出されることを可能にする(このためには、燃料電池の湿度値は制御モジュールによって対応する設定値に適合するように使用される)。
・デバイスが置かれる環境の温度値(特に制御モジュール14に伝達される)が周囲温度を超えているか、燃料電池の測定温度(特に制御モジュール14に伝達されるもの)が、燃料電池が周囲温度で動作する際の公称温度を超えているとき、特に制御モジュール14の指示で生成された第1の気流の、ステップE1-1の間の流量は、燃料電池のコアを公称温度に保つように上昇される。その上、この場合、特に制御モジュール14の指示で生成された第2の気流の、ステップE1-2の間の流量は、膜の最適水和を維持するために減少させられてもよい。実際には、空気は、熱くなっている陰極の間を通るので、燃料電池コアをよく乾かす傾向を有するようになる。
・デバイスが置かれる環境の湿度値(特に制御モジュール14に伝達される)が周囲湿度を超えているか、あるいは再び、燃料電池の測定湿度(特に制御モジュール14に伝達されるもの)が、燃料電池が周囲湿度で動作する際の公称湿度を超えているとき、特に制御モジュール14の指示で生成された第2の気流の、ステップE1-2の間の流量は、陰極側で生成される蒸気の形での水の排出を促進するように上昇される。その上、この場合、特に制御モジュール14の指示で生成された第1の気流の、ステップE1-1の間の流量は、陰極側がさらに強く換気されること(第2の気流)によって熱もさらに消散されることを埋め合わせるため、(特に温度測定に関して)減少される。
・燃料電池から下流に置かれた燃料電池(すなわち、燃料電池によって電気的に供給される要素)から要求される負荷の値(特に制御モジュール14に伝達される)が、デバイスが置かれる環境の不変の周囲温度及び湿度で動作するためにさらに電力を必要とするとき、燃料電池によって輸送される電流は増加し、この場合、燃料電池の温度は上昇することになり、燃料電池により生成される水の量も増加することになる:燃料電池の温度及び湿度の測定値は、それゆえ必然的に上昇することになる。この場合において、特に制御モジュール14の指示で、第1の表面6のレベルにおける換気を向上させる、すなわち、第1の気流F1の流量を上げる必要があり、さらに、特に制御モジュール14の指示で、第2の表面7のレベルにおける換気を向上させる、すなわち、第2の気流F2の流量を上げる必要がある。ここで、燃料電池から要求される負荷のセンサを温度及び湿度上昇の測定を待たずプロトコルを予想し適応させることを有効にしてもよい。
Claims (17)
- 同一平面上に複数のセルが横並びで配置される平面型の燃料電池(1)を備える、電力を生成するためのデバイスであって、
前記燃料電池(1)は、
膜(5)に設けられた陽極(3)及び陰極(4)を備えるセル(2)と、
第1の表面(6)と、前記第1の表面(6)と対向する第2の表面(7)と、
システム(13)と、を備え、
前記第1の表面(6)は、前記燃料電池(1)の前記陽極(3)側に配置されており、
前記第2の表面(7)は、前記燃料電池(1)の前記陰極(4)側に配置されており、
前記システム(13)は、前記第1の表面(6)と熱的に連係するための第1の気流(F1)と、前記第2の表面(7)と連係して前記燃料電池の前記陰極(4)に酸化剤を供給するための第2の気流(F2)と、を生成するように構成され、
前記膜(5)は、前記燃料電池(1)の全ての前記セル(2)に共通であることを特徴とする、デバイス。 - 前記燃料電池(1)の前記第1の表面(6)は、燃料分配チャンバー(8)の外壁によって少なくとも部分的に境界付けられており、
前記燃料電池(1)の前記第2の表面(7)は、金属の有孔板(9)によって少なくとも部分的に境界付けられることを特徴とする、
請求項1に記載のデバイス。 - 前記第1及び第2の気流(F1,F2)を独立に制御するために、前記システム(13)に作用するように構成された制御モジュール(14)を備えることを特徴とする、
請求項1又は2に記載のデバイス。 - 前記制御モジュール(14)は、前記システム(13)の少なくとも一つの制御設定値を決定するために、以下のパラメータ:前記燃料電池の温度値、前記燃料電池の湿度値、前記燃料電池のレベルで測定された電気抵抗の物理的パラメータ、前記デバイスが置かれた環境の温度値、前記デバイスが置かれた環境の湿度値、前記燃料電池から要求される負荷の値、前記デバイスが置かれた環境の大気圧力値、前記デバイスの保存期間の指標、前記燃料電池の出力の指標、及び外部と交換される熱流の指標、のうち少なくとも一つを、その入力で受け取るように構成されることを特徴とする、
請求項3に記載のデバイス。 - 前記燃料電池(1)が第1の燃料電池(1)を形成するとともに、前記デバイスが、第2の燃料電池(1a)を形成する追加の平面型燃料電池(1a)を備えることを特徴とし、前記第2の燃料電池(1a)は、
膜(5a)に設けられた陽極(3a)及び陰極(4a)を備えるセル(2a)であって、好ましくは前記膜(5a)が前記第2の燃料電池(1a)の全ての前記セル(2a)で共通である、前記セル(2a)と、
第1の表面(6a)と、前記第1の表面(6a)と対向する第2の表面(7a)であって、前記第1の表面(6a)が前記第2の燃料電池(1a)の前記陽極(3a)側に配置され、かつ、前記第2の表面(7a)が前記第2の燃料電池(1a)の前記陰極(4a)側に配置される、前記第1の表面(6a)と、前記第2の表面(7a)と、を備え、
前記第1及び第2の燃料電池(1,1a)は、
前記第1の燃料電池(1)の前記第1の表面(6)が、前記第1及び第2の燃料電池(1,1a)間の前記第1の気流(F1)の循環するチャンネル(17)の少なくとも一部を境界付けるように、前記第2の燃料電池(1a)の前記第1の表面(6a)と対向するか、あるいは、
前記第2の燃料電池(1a)の前記第2の表面(7a)が、前記第1及び第2の燃料電池(1,1a)間の前記第2の気流(F2)の循環するチャンネル(18)の少なくとも一部を境界付けるように、前記第1の燃料電池(1)の前記第2の表面(7)と対向するように配置されることを特徴とする、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載のデバイス。 - 前記システム(13)は、第1の気流(F1)を生成できる第1の換気要素(13a)と、第2の気流(F2)を生成できる第2の換気要素(13b)と、を備えることを特徴とする、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載のデバイス。 - 前記燃料電池(1)の温度値を測定するために配置された温度センサ(15)を備え、
前記制御モジュール(14)は、前記システム(13)を制御する際に前記第1の気流(F1)の特性に影響を及ぼすために、前記温度センサ(15)によって測定された少なくとも一つの温度値を考慮するように構成されていることを特徴とする、
請求項3または4に記載のデバイス。 - 前記燃料電池(1)の湿度値を測定するために配置された湿度センサ(16)を備え、
前記制御モジュール(14)は、前記システム(13)を制御する際に前記第2の気流(F2)の特性に影響を及ぼすために、前記湿度センサ(16)によって測定された少なくとも一つの湿度値を考慮するように構成されていることを特徴とする、
請求項3、4、7のいずれか一項に記載のデバイス。 - 前記燃料電池(1)の出力に適合するように構成された要素(19)を備え、
前記要素(19)は、前記燃料電池(1)に適用される出力設定値を生成するように、前記燃料電池(1)のコアの温度を表す値を、その入力で受け取ることを特徴とした、
請求項1乃至8のいずれか一項に記載のデバイス。 - 前記第1の気流と前記第2の気流を生成するように構成された前記システム(13)が、前記第1及び第2の気流の少なくとも一つを飛行中に生成することを特徴とする、
請求項1乃至9のいずれか一項に記載のデバイスのうち少なくとも一つを備える飛行体。 - 生成された前記第1の気流(F1)が前記燃料電池(1)の前記第1の表面(6)と連係するように、前記システム(13)によって前記第1の気流(F1)が生成されるステップ(E1-1)と、
生成された前記第2の気流(F2)が前記燃料電池(1)の前記第2の表面(7)と連係するように、前記システム(13)によって前記第2の気流(F2)が生成されるステップ(E1-2)と、を備える作動ステップ(E1)を備えた、
請求項1乃至9のいずれか一項に記載のデバイスの使用方法。 - 前記作動ステップ(E1)が、
前記燃料電池の少なくとも一つの温度値を決定するステップ(E1-3)と、
前記燃料電池(1)の少なくとも一つの湿度値を決定するステップ(E1-4)と、
決定された前記少なくとも一つの温度値を考慮し、前記第1の気流(F1)を生成する前記ステップ(E1-1)の間に生成された前記第1の気流(F1)を調整するステップ(E1-6)と、
決定された前記少なくとも一つの湿度値を考慮し、前記第2の気流(F2)を生成する前記ステップ(E1-2)の間に生成された前記第2の気流(F2)を調整するステップ(E1-7)と、を含むことを特徴とする、
請求項11に記載の方法。 - 前記燃料電池の公称出力よりも低い低グレード出力を前記燃料電池が最初に出力する前記燃料電池の始動のステップ(E2)を備え、
前記始動のステップ(E2)が、前記燃料電池の出力を漸進的または段階的に前記公称出力まで上昇させるステップを含むことを特徴とする、
請求項11または12に記載の方法。 - 前記出力を上昇させる前記ステップの間に、前記第1の気流の流量を上昇させることを特徴とする、
請求項13に記載の方法。 - 前記燃料電池(1)の始動のステップ(E2)を備え、前記燃料電池(1)の始動段階のレベルにおいて決定される以下のパラメータ:
前記デバイスが使用される環境の温度値、
前記デバイスが使用される環境の湿度値、
前記デバイスの保存期間の持続の指標、のうち少なくとも一つを考慮して、前記システム(13)が制御されることを特徴とする、
請求項11または12に記載の方法。 - 前記燃料電池(1)の停止のステップ(E3)を備え、
前記ステップ(E3)の間に、前記燃料電池のコアを乾かすために前記第2の気流(F2)が生成される、ことを特徴とする、
請求項11乃至15のいずれか一項に記載の方法。 - 前記燃料電池(1)のコアの温度について決定される代表値に依存する前記燃料電池(1)の出力を調節するステップ(E1-8,E2-1,E3-1)を備えることを特徴とする、
請求項11乃至16のいずれか一項に記載の方法。
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