JPH02304872A - 燃料電池の運転方法 - Google Patents
燃料電池の運転方法Info
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- JPH02304872A JPH02304872A JP1126201A JP12620189A JPH02304872A JP H02304872 A JPH02304872 A JP H02304872A JP 1126201 A JP1126201 A JP 1126201A JP 12620189 A JP12620189 A JP 12620189A JP H02304872 A JPH02304872 A JP H02304872A
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-
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は反応ガス給排用マニホールドを有する積層型
燃料電池の運転方法、特にその反応ガス供給方法に関す
る。
燃料電池の運転方法、特にその反応ガス供給方法に関す
る。
周知のように燃料電池は、燃料電極、酸化剤電極及びこ
の両極の間に挾まれた電解質マトリックス層とからなる
単電池の積層体として々す、この積層体側面と気密に結
合されたマニホールドを介して単位電池に燃料ガス及び
酸化剤ガスを供給して発電運転が行われる。従来よシ、
これら反応ガスの供給方法として電極基材又はセパレー
タに溝状に形成される反応ガス通路の改良により反応ガ
スの流量分布を均一化し、電流密度分布の均一化を図り
、電池性能の安定化が行われてきた。しかしながら、燃
料ガス及び酸化剤ガスの給排方向は運転頭初から一定方
同に保って発電運転が行われる。
の両極の間に挾まれた電解質マトリックス層とからなる
単電池の積層体として々す、この積層体側面と気密に結
合されたマニホールドを介して単位電池に燃料ガス及び
酸化剤ガスを供給して発電運転が行われる。従来よシ、
これら反応ガスの供給方法として電極基材又はセパレー
タに溝状に形成される反応ガス通路の改良により反応ガ
スの流量分布を均一化し、電流密度分布の均一化を図り
、電池性能の安定化が行われてきた。しかしながら、燃
料ガス及び酸化剤ガスの給排方向は運転頭初から一定方
同に保って発電運転が行われる。
第３図は従来方法における燃料通路、酸化剤通路等の反
応ガス通路内の燃料ガス、酸化剤ガス等反応ガス中の水
素あるいは酸素等活性物質の濃度分布を示す特性線図で
あシ、活性物質が発電反応によって消費されるために、
反応ガス濃度は入口側で高く、出口側に向けて低くなる
濃度分布を示す。
応ガス通路内の燃料ガス、酸化剤ガス等反応ガス中の水
素あるいは酸素等活性物質の濃度分布を示す特性線図で
あシ、活性物質が発電反応によって消費されるために、
反応ガス濃度は入口側で高く、出口側に向けて低くなる
濃度分布を示す。
第４図は従来方法における反応ガス通路の長さ方向の出
力電流密度分布を示す特性線図であシ、反応ガス濃度、
すなわち水素分圧または酸素分圧が反応ガス通路の下流
側で低下することによって電極への活性物質の供給量も
低下するために１出力電流密度も反応ガス通路の出口側
に向けて低下する特性を示す。
力電流密度分布を示す特性線図であシ、反応ガス濃度、
すなわち水素分圧または酸素分圧が反応ガス通路の下流
側で低下することによって電極への活性物質の供給量も
低下するために１出力電流密度も反応ガス通路の出口側
に向けて低下する特性を示す。
周知のごとく、電池は取シ出し電流密度〈関係する分極
を生ずる。すなわち電流密度の低い部位が電位が高く、
電流密度が高い部位は電位が低い。
を生ずる。すなわち電流密度の低い部位が電位が高く、
電流密度が高い部位は電位が低い。
燃料電池の寿命は電池電位の影響を受け、電位の高い方
が電池構成材料の腐食や電極触媒の劣化が進むので寿命
が短かくなる。運転頭初よシ燃料ガス、酸化剤ガス等の
反応ガス給排方向が一定である場合、反応ガス出口側の
構成材料の腐食、触媒劣化が進み、全体的にみた燃料電
池の寿命を短くしてしまうという問題がある。そしてこ
の事は、基材又はセパレータの反応ガス通路の改良だけ
では十分に補えない問題である。
が電池構成材料の腐食や電極触媒の劣化が進むので寿命
が短かくなる。運転頭初よシ燃料ガス、酸化剤ガス等の
反応ガス給排方向が一定である場合、反応ガス出口側の
構成材料の腐食、触媒劣化が進み、全体的にみた燃料電
池の寿命を短くしてしまうという問題がある。そしてこ
の事は、基材又はセパレータの反応ガス通路の改良だけ
では十分に補えない問題である。
この発明の目的は、反応ガスの供給方向の改善によシ、
反応ガス通路内の反応ガス濃度および発電電流密度の分
布を等価的に均等化することにある。
反応ガス通路内の反応ガス濃度および発電電流密度の分
布を等価的に均等化することにある。
上記課題を解決するために、この発明によれば、電解質
層を挟んで燃料電極及び酸化剤電極が配され両電極〈燃
料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ供給する燃料通路及び
酸化剤通路が互いに直交する方向に形成された単位電池
の積層体からなり、この積層体の側面に気密に結合され
た燃料マニホールド及び酸化剤マニホールドを介して前
記燃料通路に燃料ガスを、酸化剤通路に酸化剤ガスを給
排して発電運転を行う燃料電池において、前記燃料通路
及び酸化剤通路にそれぞれ供給する燃料ガスおよび酸化
剤ガスのうち少くとも一方のガスの通流方向を所定時間
ごとに反転することとする。
層を挟んで燃料電極及び酸化剤電極が配され両電極〈燃
料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ供給する燃料通路及び
酸化剤通路が互いに直交する方向に形成された単位電池
の積層体からなり、この積層体の側面に気密に結合され
た燃料マニホールド及び酸化剤マニホールドを介して前
記燃料通路に燃料ガスを、酸化剤通路に酸化剤ガスを給
排して発電運転を行う燃料電池において、前記燃料通路
及び酸化剤通路にそれぞれ供給する燃料ガスおよび酸化
剤ガスのうち少くとも一方のガスの通流方向を所定時間
ごとに反転することとする。
上記手段において、反応ガス通路への燃料ガスおよび酸
化剤ガスの両方、まｆｃは一方の通流方向を所定時間ご
とに反転するようＫしたことによシ、反応ガス濃度の分
布が所定時間ごとに反転し、これによって出力電流密度
が低く高電位になる部分の位置も所定時間ごとに反転す
ることになシ、高電位にさらされることによって生ずる
電池構成材料としてのカーボン系電極基材の腐食や電極
触媒の劣化が等価的に均等化されるので、反応ガスの出
口側部分の劣化が局部的に進行することによって燃料電
池全体としての寿命が短かくなることを回避できる。
化剤ガスの両方、まｆｃは一方の通流方向を所定時間ご
とに反転するようＫしたことによシ、反応ガス濃度の分
布が所定時間ごとに反転し、これによって出力電流密度
が低く高電位になる部分の位置も所定時間ごとに反転す
ることになシ、高電位にさらされることによって生ずる
電池構成材料としてのカーボン系電極基材の腐食や電極
触媒の劣化が等価的に均等化されるので、反応ガスの出
口側部分の劣化が局部的に進行することによって燃料電
池全体としての寿命が短かくなることを回避できる。
以下この発明を実施例に基づいて説明する。
第１図はこの発明の実施例方法を示すガス７０−図であ
り、単位電池の積層体（以下セルスタックと呼ぶ）１の
側面には、各単位電池の燃料通路に連通ずる一対の燃料
マニホールド２Ａ、２Ｂが設けられ、これと直交する側
面〈は各単位電池の酸化剤通路に連通する一対の酸化剤
マニホールド３Ａ、３Ｂがそれぞれ気密に結合される。
り、単位電池の積層体（以下セルスタックと呼ぶ）１の
側面には、各単位電池の燃料通路に連通ずる一対の燃料
マニホールド２Ａ、２Ｂが設けられ、これと直交する側
面〈は各単位電池の酸化剤通路に連通する一対の酸化剤
マニホールド３Ａ、３Ｂがそれぞれ気密に結合される。
図中実線で示す燃料配管２０けその入口側２０Ａ、出口
側２ ＤＢ、！：マニホールド２人とは一対の弁２１゜
２２を介して連結され、マニホールド２Ｂとは一対の弁
２３．２４を介して連結される。また一対の弁２１，２
２は弁２１が開くとき弁２２が閉じ。
側２ ＤＢ、！：マニホールド２人とは一対の弁２１゜
２２を介して連結され、マニホールド２Ｂとは一対の弁
２３．２４を介して連結される。また一対の弁２１，２
２は弁２１が開くとき弁２２が閉じ。
弁２２が開いたとき弁２１が閉じる互いに相反動作する
切換弁であシ、他の一対の弁２３．２４についても同様
である。また、図中破線で示す酸化剤配管３０は、二対
の弁３１．３２および３３゜３４を介してマニホールド
３Ａおよび３Ｂにそれぞれ連通する。
切換弁であシ、他の一対の弁２３．２４についても同様
である。また、図中破線で示す酸化剤配管３０は、二対
の弁３１．３２および３３゜３４を介してマニホールド
３Ａおよび３Ｂにそれぞれ連通する。
このように構成された燃料電池において、先ず弁２１お
よび２４を開き、弁２２．２３を閉じると入口２０Ａか
ら供給される水素リッチな燃料ガス２７はセルスタック
１の燃料通路を実線矢印２７Ａ方向に流れて出口２０Ｂ
から排出され、また弁３１．３４を開、 ３２，３３を
閉とすると入口３ＱＡから流入する空気等の酸化剤６７
は破線矢印３７Ａ方向に流れて出口３０Ｂから排出され
て発電運転が行われる。所定時間が経過した時点で弁２
２．２３および３２．３３ｔ−開き、弁２１，２４およ
び３１．３４を閉じると反応ガス通路の燃料ガス２７の
流通方向は実線矢印２７Ｂ方向に反転し、酸化剤３７の
流通方向は破線矢印３７Ｂ方向に反転する。このような
反応ガスの流通方向の切シ換え操作は発電運転を停止す
ることなく弁の切り換え操作だけで簡単に行うことがで
きるので、比較的短かい時間間隔で繰シ返し行うことが
できる。その結果、燃料通路および酸化剤通路内の反応
ガス濃度の分布および出力電流密度の分布は、第３図お
よび第４図の横軸上の反応ガスの入口。
よび２４を開き、弁２２．２３を閉じると入口２０Ａか
ら供給される水素リッチな燃料ガス２７はセルスタック
１の燃料通路を実線矢印２７Ａ方向に流れて出口２０Ｂ
から排出され、また弁３１．３４を開、 ３２，３３を
閉とすると入口３ＱＡから流入する空気等の酸化剤６７
は破線矢印３７Ａ方向に流れて出口３０Ｂから排出され
て発電運転が行われる。所定時間が経過した時点で弁２
２．２３および３２．３３ｔ−開き、弁２１，２４およ
び３１．３４を閉じると反応ガス通路の燃料ガス２７の
流通方向は実線矢印２７Ｂ方向に反転し、酸化剤３７の
流通方向は破線矢印３７Ｂ方向に反転する。このような
反応ガスの流通方向の切シ換え操作は発電運転を停止す
ることなく弁の切り換え操作だけで簡単に行うことがで
きるので、比較的短かい時間間隔で繰シ返し行うことが
できる。その結果、燃料通路および酸化剤通路内の反応
ガス濃度の分布および出力電流密度の分布は、第３図お
よび第４図の横軸上の反応ガスの入口。
出口位置を交互に入れ換えたと等価な分布とな九反応ガ
ス通路方向の分布をほぼ完全に均等化することができる
ので、出力電流密度が低下し、高電位となることによっ
て生ずる電極基材や電極触媒等の劣化も反応ガス通路上
の各部で均等化されて発１ＩＦｊ性が安定化し、局部的
な劣化の進行によってセルスタック１全体としての寿命
が低下する事態も回避することができる。
ス通路方向の分布をほぼ完全に均等化することができる
ので、出力電流密度が低下し、高電位となることによっ
て生ずる電極基材や電極触媒等の劣化も反応ガス通路上
の各部で均等化されて発１ＩＦｊ性が安定化し、局部的
な劣化の進行によってセルスタック１全体としての寿命
が低下する事態も回避することができる。
第２図はこの発明の異なる実施例方法を示すガスフロー
図でちＣ，ｆｆｉ科マニホールドおよび酸化剤マニホー
ルドそれぞれの一方側が４Ａ、４Ｂまたは５Ａ、５Ｂに
２分割され、他方側のマニホールド４Ｃまたは５Ｃを中
間マニホールドとして燃料ガス２７または酸化剤ガスが
折シ返すリターン７０一方式の燃料電池への適用例を示
したものである。この場合、燃料配管２０は２対の弁２
１゜２２および２３，２４ｅ介して一対のマニホールド
４Ａ、４Ｂに連結され、前述の実施例と同様に弁を切シ
換操作することによりリターン７０−２７Ｕの流通方向
を反転できる。また、酸化剤配管６０は２対の弁３１．
３２および３３．３４を介して一対のマニホールド３Ａ
、３Ｂに連結されており、前述の実施例と同様に弁を切
換操作することによシリターン７０−３７Ｕの流通方向
を反転でさる。
図でちＣ，ｆｆｉ科マニホールドおよび酸化剤マニホー
ルドそれぞれの一方側が４Ａ、４Ｂまたは５Ａ、５Ｂに
２分割され、他方側のマニホールド４Ｃまたは５Ｃを中
間マニホールドとして燃料ガス２７または酸化剤ガスが
折シ返すリターン７０一方式の燃料電池への適用例を示
したものである。この場合、燃料配管２０は２対の弁２
１゜２２および２３，２４ｅ介して一対のマニホールド
４Ａ、４Ｂに連結され、前述の実施例と同様に弁を切シ
換操作することによりリターン７０−２７Ｕの流通方向
を反転できる。また、酸化剤配管６０は２対の弁３１．
３２および３３．３４を介して一対のマニホールド３Ａ
、３Ｂに連結されており、前述の実施例と同様に弁を切
換操作することによシリターン７０−３７Ｕの流通方向
を反転でさる。
なお、実施例方法において、流通方向の反転操作は燃料
ガス、酸化剤ガスともに行うことが好ましいが、反応ガ
ス通路が短かいなど、劣化に及ぼす影響が少い場合には
いずれか一方のガス流のみを反転させるよう構成しても
よい。
ガス、酸化剤ガスともに行うことが好ましいが、反応ガ
ス通路が短かいなど、劣化に及ぼす影響が少い場合には
いずれか一方のガス流のみを反転させるよう構成しても
よい。
この発明は前述のように、燃料通路および酸化剤通路の
反応ガスの流通方向を所定時間ごとに反転するよう構成
した。その結果、反応ガスの流通方向を一定方向に保っ
て発電運転を行う従来方法で問題となった、反応ガス濃
度および出力電流密度が反応ガスの出口側に向けて低下
し、反応ガスの出口側部分の電池電位が高電位となって
電極基材の腐食や電極触媒の劣化が促進されるという問
題点が排除され、したがって電極の局部的劣化が低減さ
れて発電性能を安定化できるとともに、長寿命化できる
燃料電池の運転方法を提供することができる。また、反
応ガスの流通方向の反転操作は、燃料電池の発電運転を
停止することなく簡単な弁操作によって実施できる利点
を有する。
反応ガスの流通方向を所定時間ごとに反転するよう構成
した。その結果、反応ガスの流通方向を一定方向に保っ
て発電運転を行う従来方法で問題となった、反応ガス濃
度および出力電流密度が反応ガスの出口側に向けて低下
し、反応ガスの出口側部分の電池電位が高電位となって
電極基材の腐食や電極触媒の劣化が促進されるという問
題点が排除され、したがって電極の局部的劣化が低減さ
れて発電性能を安定化できるとともに、長寿命化できる
燃料電池の運転方法を提供することができる。また、反
応ガスの流通方向の反転操作は、燃料電池の発電運転を
停止することなく簡単な弁操作によって実施できる利点
を有する。
第１図はこの発明の実施例方法を示すガスフロー図、第
２図は異なる実施例方法を示すガス７０−図、第３図に
従来の反応ガス濃度の分布を示す特性線図、第４図は従
来の出力電流密度の分布を示す特性線図である。 １・・・単位電池の積層体（セルスタック）、２Ａ。 ２Ｂ、４Ａ、４Ｂ・・・燃料マニホールド、３Ａ、３Ｂ
、５Ａ、５Ｂ・・・酸化剤マニホールド、４Ｃ２５Ｃ・
・・中間マニホールド、２０・・・燃料ガス配管、２１
．２２，２３．２４・・・弁（燃料ガス側）、２７・・
・燃料ガス、６０・・・酸化剤配管、３１，３２，３６
．３４・・・弁（酸化剤側）、３７・・・酸化剤ガス、
２７Ａ、２７Ｂ、３７Ａ、３７Ｂ・・・反応ガスの流ｉ
方向、２７Ｕ 、３７Ｕ・・・リターンフロー。 第３図 ｇＬ幻力゛ス → 唱１主＆市犬 → 反氏・力゛
ス入゛口 ４艮１ｊ
敷′ロイ
璽り７う’ｔ’ｌ’ｃ プブ゛又ｉ−で６琴トニヒニσ
）イヱ［１猶斗固
２図は異なる実施例方法を示すガス７０−図、第３図に
従来の反応ガス濃度の分布を示す特性線図、第４図は従
来の出力電流密度の分布を示す特性線図である。 １・・・単位電池の積層体（セルスタック）、２Ａ。 ２Ｂ、４Ａ、４Ｂ・・・燃料マニホールド、３Ａ、３Ｂ
、５Ａ、５Ｂ・・・酸化剤マニホールド、４Ｃ２５Ｃ・
・・中間マニホールド、２０・・・燃料ガス配管、２１
．２２，２３．２４・・・弁（燃料ガス側）、２７・・
・燃料ガス、６０・・・酸化剤配管、３１，３２，３６
．３４・・・弁（酸化剤側）、３７・・・酸化剤ガス、
２７Ａ、２７Ｂ、３７Ａ、３７Ｂ・・・反応ガスの流ｉ
方向、２７Ｕ 、３７Ｕ・・・リターンフロー。 第３図 ｇＬ幻力゛ス → 唱１主＆市犬 → 反氏・力゛
ス入゛口 ４艮１ｊ
敷′ロイ
璽り７う’ｔ’ｌ’ｃ プブ゛又ｉ−で６琴トニヒニσ
）イヱ［１猶斗固
Claims (1)
- １）電解質層を挟んで燃料電極及び酸化剤電極が配され
両電極に燃料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ供給する燃
料通路及び酸化剤通路が互いに直交する方向に形成され
た単位電池の積層体からなり、この積層体の側面に気密
に結合された燃料マニホールド及び酸化剤マニホールド
を介して前記燃料通路に燃料ガスを、酸化剤通路に酸化
剤ガスを給排して発電運転を行う燃料電池において、前
記燃料通路及び酸化剤通路にそれぞれ供給する燃料ガス
および酸化剤ガスのうち少くとも一方のガスの通流方向
を所定時間ごとに反転することを特徴とする燃料電池の
運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1126201A JPH02304872A (ja) | 1989-05-19 | 1989-05-19 | 燃料電池の運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1126201A JPH02304872A (ja) | 1989-05-19 | 1989-05-19 | 燃料電池の運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02304872A true JPH02304872A (ja) | 1990-12-18 |
Family
ID=14929210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1126201A Pending JPH02304872A (ja) | 1989-05-19 | 1989-05-19 | 燃料電池の運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02304872A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2816761A1 (fr) * | 2000-11-14 | 2002-05-17 | Air Liquide | Procede et installation de purge de l'eau incluse dans le circuit hydrogene d'une pile a combustible |
| US6503650B1 (en) * | 1999-06-30 | 2003-01-07 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Fuel cell system |
-
1989
- 1989-05-19 JP JP1126201A patent/JPH02304872A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6503650B1 (en) * | 1999-06-30 | 2003-01-07 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Fuel cell system |
| FR2816761A1 (fr) * | 2000-11-14 | 2002-05-17 | Air Liquide | Procede et installation de purge de l'eau incluse dans le circuit hydrogene d'une pile a combustible |
| WO2002041426A1 (fr) * | 2000-11-14 | 2002-05-23 | L'air Liquide, Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Procede et installation de purge de l'eau dans le circuit hydrogene d'une pile a combustible |
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