JPH0135410Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、燃料電池のガス制御装置に関する
ものであり、窒素ガスで加圧した筐体に燃料電池
を収納し、燃料電池に供給する反応ガスおよび窒
素ガスの圧力を適宜に制御するための燃料電池の
ガス制御装置に関するものである。

従来、この種の燃料電池のガス制御装置として
第１図に示すものがあつた。図において燃料極１
ａ、空気極１ｂを有する燃料電池本体１が密閉形
の筐体２に収納されており、流量調節弁３，４，
５を介して窒素ガス、燃料ガス、空気が筐体２、
燃料極１ａ、空気極１ｂにそれぞれ供給される。
筐体２、燃料極１ａ、空気極１ｂの下流にはそれ
ぞれ圧力調節弁６，７，８が接続されており、筐
体２内の窒素圧力を検知する圧力変換器９、窒素
−燃料差圧、窒素−空気差圧を検知する差圧変換
器１０，１１の信号がそれぞれ入力されるコント
ローラ１２，１３，１４によつて圧力調節弁６，
７，８を操作するものであつた。

燃料極１ａ、空気極１ｂより構成される燃料電
池本体１において、電池の出力特性を向上させる
ために、燃料、空気の動作圧力は１例として３〜
６Kg／cm³ｇ程度に加圧、維持される。ただし、燃
料電池本体１に取り付けられる各反応ガスマニホ
ールド（図示せず）のシール耐圧の問題から、通
常、燃料電池本体１は窒素で加圧された筐体２の
中に収納され、窒素圧力は反応ガスそれぞれの圧
力よりも僅かに高い値に保持される。窒素圧力を
反応ガス圧力よりも高くするのは漏洩に対する安
全性を考慮したものである。仮に燃料および空気
の圧力が窒素圧力よりも高ければ、筐体２内に燃
料と空気が漏れ込み、筐体２内で危険雰囲気を生
ずる可能性がある。

一方、燃料極１ａ、空気極１ｂ間には、電解液
を含む電解質マトリクス（図示せず）が挟持され
ていて、反応ガスが互いに隔てられているが、反
応ガス間に大きな差圧が生じると、一方の反応ガ
スが他方の電極に浸入する現象、すなわちクロス
オーバを生じて燃料電池の特性を劣化させる。こ
のため、反応ガス相互の差圧を十分低い値に抑え
る必要がある。反応ガスの差圧の許容値は、例え
ば数百mmAgという値である。

燃料電池の反応ガスの圧力制御に関する従来の
技術を第１図について説明する。流量調節弁３，
４，５を経た窒素、燃料、空気は、出口側の圧力
調節弁６，７，８によつてそれぞれ圧力コントロ
ールされる。すなわち、筐体２の中の窒素圧力を
圧力変換器９で検出し、コントローラ１２で設定
値との比較を行い、圧力調節弁６に動作信号を送
ることによつて窒素圧力が制御される。燃料圧力
は、筐体２内の窒素圧力と燃料供給圧との差圧を
差圧変換器１０で検出してコントローラ１３およ
び圧力調節弁７により、この差圧が所定の値にな
るように制御される。通常この差圧は、数十mm
Ag程度に設定される。空気圧力の制御も全く同
様である。

したがつて、かかる制御装置では、筐体２内の
窒素圧力を制御することによつて燃料電池の動作
圧力を設定し、いかなる動作圧力においても燃料
圧力、空気圧力を窒素圧力よりも僅かに低い値に
設定することができる。また、窒素−燃料、窒素
ー空気各々の差圧が精度よく制御されることで、
燃料−空気間の差圧を十分低く制御し、前述のク
ロスオーバ現象の防止が図られる。

しかし、従来のものは、燃料電池が定常運転を
行つているときか、あるいは燃料電池の負荷変動
が緩やかで、動作圧力あるいは流量の変動が緩や
かである場合には前述の機能を十分果すものであ
つたが、急激な負荷変動が生じた場合には、過渡
的に圧力バランスがくずれ、各反応ガス圧力と窒
素圧力の大小関係が逆転したり、燃料極、空気極
間に過大な差圧を生ずるなどの欠点があつた。

この考案は、上記のような従来のものの欠点を
解消しようとするもので、窒素および各反応ガス
の出口側に逆止弁機構を設けることにより、急激
な負荷変動時にも反応ガスが筐体内に漏れ込まな
いように、また、燃料極、空気極の間で異常な差
圧が生じないようにした燃料電池のガス制御装置
を提供することを目的とするものである。

以下、この考案の一実施例を第２図について説
明する。第２図において、符号１〜１４で示す部
分は第１図における従来のものと同一であり、説
明を省略する。この実施例では、窒素ガスの筐体
２の出口側に第１の逆止弁１５を設け、この逆止
弁１５の下流側で窒素ガス回路と燃料ガス出口回
路との間の第１のバイパス回路に第２の逆止弁１
６、逆止弁１５の下流側で窒素ガス回路と空気出
口回路との間に設けた第２のバイパス回路に第３
の逆止弁１７をそれぞれ設けてなるものである。

次に、作用、効果について説明する。筐体２内
の窒素圧力が反応ガスである燃料ガス、空気それ
ぞれの圧力よりも高い条件においては、第２、第
３の逆止弁１６，１７は閉となる。したがつて、
定常運転では、前述のとおり符号６〜１４の部分
で構成される従来の圧力制御装置部分の作用で、
窒素ガス圧力は各反応ガス圧力よりも高い値に維
持される。このとき第１の逆止弁１５は開の状態
にあり、窒素ガスは順方向に流れる。

ここで燃料電池に急激な負荷変動を生じた場
合、特に負荷しや断したときの動作を次に述べ
る。負荷しや断したとき、燃料電池における反応
ガスの消費量が急激に減少するのに伴い、反応ガ
スの圧力が上昇し、過渡的に反応ガス圧力が筐体
２内の窒素圧力よりも高くなることがある。この
とき、一時的に第２、第３の逆止弁１６，１７が
開、第１の逆止弁１５が閉となり、反応ガス圧力
が窒素側に解放されること、および窒素ガスの流
れが止まり筐体２内窒素圧力が上昇することによ
つて、反応ガス圧力の窒素ガス圧力に対する相対
的な上昇が抑制される。第１の逆止弁１５は反応
ガスが筐体２内に逆流するのを防止することで、
筐体２内への反応ガスの流入を防ぐ。また、この
ように燃料、空気各反応ガスの窒素に対する相対
的な圧力上昇を防ぐことは、燃料−空気間に異常
な差圧が生ずるのを防止する。

なお、窒素ガス回路の圧力調節弁６は通常反応
ガス回路の圧力調節弁７，８よりも小形のものを
使用するため、応答性がよく、反応ガス回路の圧
力上昇の回避に役立つ。

以上は、負荷しや断の例を示したが、負荷投入
あるいは負荷急変時においても、一時的な圧力ハ
ンチングによつて、反応圧力ガスが窒素ガス圧力
よりも高くなることがあるが、上記と同様の作用
で、それを防ぐことができる。

上記実施例では、窒素−燃料間および窒素−空
気間の双方に第２、第３の逆止弁１６，１７を設
けたが、第３図に示すように窒素−空気間の第３
の逆止弁１７を省略してもよい。上記実施例と同
様の効果を奏する。

以上のように、この考案は、燃料電池の急激な
負荷変動時にも筐体内窒素圧力と反応ガス圧力の
バランスを維持して燃料ガスを筐体内に漏らすこ
とがなく、また燃料−空気間に異常な差圧が生ず
るのを防止することで、安定した燃料電池の運転
を継続しうる効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の装置の系統図、第２図はこの考
案の一実施例の系統図、第３図はこの考案の他の
実施例の系統図である。 １……燃料電池本体、１ａ……燃料極、１ｂ…
…空気極、２……筐体、３，４，５……流量調節
弁、６，７，８……圧力調節弁、９……圧力変換
器、１０，１１……差圧変換器、１２，１３，１
４……コントローラ、１５……第１の逆止弁、１
６……第２の逆止弁、１７……第３の逆止弁。な
お、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示
す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 窒素ガス回路が接続された筐体と、この筐体
   に収納され燃料ガス回路および空気回路がそれ
   ぞれ接続された燃料極および空気極を有する燃
   料電池体と、前記筐体および前記燃料電池本体
   における窒素圧力、窒素−燃料差圧、窒素−空
   気差圧を検出、調節するを備えた燃料電池のガ
   ス制御装置において、前記窒素ガス回路の前記
   筐体出口側に接続された第１の逆止弁と、この
   第１の逆止弁の下流側で前記窒素ガス回路と前
   記燃料ガス回路の出口回路との間に設けた第１
   のバイパス回路に接続され、前記燃料ガス回路
   側より前記窒素ガス回路側への流通を許す第２
   の逆止弁を備えてなることを特徴とする燃料電
   池のガス制御装置。 (2) 第１の逆止弁の下流側に窒素ガス回路と空気
   回路の出口回路との間に設けた第２のバイパス
   回路に接続され前記空気回路側より前記窒素ガ
   ス回路側への流通を許す第３の逆止弁を備えた
   実用新案登録請求の範囲第１項記載の燃料電池
   のガス制御装置。