JPH0261098B2 - - Google Patents

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JPH0261098B2
JPH0261098B2 JP57049481A JP4948182A JPH0261098B2 JP H0261098 B2 JPH0261098 B2 JP H0261098B2 JP 57049481 A JP57049481 A JP 57049481A JP 4948182 A JP4948182 A JP 4948182A JP H0261098 B2 JPH0261098 B2 JP H0261098B2
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JP
Japan
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pressure
air
gas
fuel
manifold
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JP57049481A
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Matsunobu Wada
Kenji Enomoto
Shohei Uozumi
Masamitsu Nakazawa
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04104Regulation of differential pressures
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃料電池に係り、特に燃料ガスや空気
のガス圧力を効果的に制御できるようにした燃料
電池に関する。
一般に燃料電池は、ガス流路に接する空気極及
び燃料極間に、電解質保持用のマトリツクスを配
置してなる単位電池を、セパレータを介して複数
個積層して電池本体を構成し、この電池本体の空
気極及び燃料極に、それぞれ空気および燃料ガス
の供給ならびに排出を行なわせるため、マニホー
ルドが電池本体の側面に設けられており、さらに
空気と燃料ガスの反応の際に発生する熱を外部に
放出する冷却装置が、複数の単位電池毎に適宜配
置されている。これら電池本体やマニホールド
は、窒素ガスの如き不活性ガスを満す収納タンク
内に収納し、各マニホールドに燃料ガスや空気の
ガス供給系統とガス排出系統を接続して燃料電池
を構成しており、各単位電池の各極が接するガス
流路に流れる水素と酸素を、触媒の作用にて反応
させることによつて、発電を行つている。
ところで、燃料電池においては、初期の発電性
能を維持し、かつ負荷の変動に対応させたり、事
故を防止するために、単位電池の各極のガス流路
に流す空気と燃料ガスは、ガス供給及び排出系統
の圧力や流量を十分に管理する必要があり、また
収納タンク内の不活性ガスの圧力は、電池本体よ
りガス漏れの生じない値に設定している。この空
気と燃料ガスの圧力管理が効果的に行なわれない
と、予定の発電性能が得られないばかりか、空気
中の酸素と燃料ガスである水素との直接混合が生
じ、爆発の恐れがある。すなわち、良く知られて
いるように酸素中に水素が4%以上混じると、混
合爆発の限界点を超えるから、通常燃料電池では
空気極のガス流路の圧力を、燃料極のガス流路の
圧力より高くすることにより、空気側に水素が入
らぬようにしている。また、空気及び燃料ガスの
圧力が異常に高くなると、ガス拡散可能な多孔質
材である各極を通して、ガスの圧力がマトリツク
スに加わり、このため保有している電解質が押出
されて外部に洩れてしまい、両ガスの混合が生ず
るから、特に燃料ガスの圧力管理を確実に行な
い、空気中に混合するのを防止する必要がある。
本発明の目的は、燃料電池の発電性能を低下さ
せることなく、空気及び燃料ガスの制御を行な
い、両ガスの混合を防止することにある。
本発明の特徴は、電池本体の側面にマニホール
ドを取付けて、不活性ガスを充填する収納タンク
内に収納し、マニホールドには各ガスの流量を調
整するガス供給系統とガス排出系統とを連結する
際空気及び燃料ガスの各ガス排出系統にはそれぞ
れ圧力調整装置を設け、少なくとも燃料ガスの供
給側と空気の排出側に連結して差圧を検知する差
圧検出部を取付け、この差圧検出部に連らなる差
圧制御部にて燃料ガス排出系統の圧力調整装置を
動作させることにある。
以下、本発明を、第1図及び第2図を用いて順
に説明する。
本発明の燃料電池の一実施例である第1図は、
単位電池とセパレータとを交互に複数個積層した
電池本体1の側面に、空気O2及び燃料ガスH2
各単位電池に供給したり排出を行なうマニホール
ド2を取付け、これらを窒素N2などの不活性ガ
スを封入する収納タンク3内に収納している。空
気及び燃料ガスの供給側のマニホールド2や収納
タンク3には、それぞれガス供給系統4o,4
h,4nが接続され、また出口側の各マニホール
ド2及び収納タンク3には、ガス排出系統5o,
5h,5nが接続されている。
電池入口側には、流量計6、流量制御部7、流
量制御弁8を備えている。流量制御部7は設定流
量と流量計6の信号を比較し、流量制御弁8の開
閉度合により流量を制御するものである。また、
ガス排出系統5o,5h,5nには圧力制御弁1
3o,13h,13nや絞り装置の如き圧力調整
装置が備えられ、電池の運転圧を制御している。
すなわち、基準圧力を窒素系としたときは圧力
計9で圧力を測定し、常に設定圧力となるよう圧
力制御部12aにより圧力制御弁13nをコント
ロールしている。また、空気及び燃料ガスである
水素系統の圧力制御は、基準圧力となる窒素入口
圧力と空気入口圧力との差圧を、圧力伝送管10
にて接続した第1の差圧検出部11aで検出し、
圧力制御部12bにより設定差圧と比較し、変動
分を圧力制御弁13oでコントロールしている。
このような差圧変動は、負荷の変動に伴う空気、
水素の流量制御により生じる。また、水素系につ
いては、空気出口圧力と水素入口圧力との差圧を
空気系統同様、圧力伝送管10にて接続した第2
の差圧検出部11bに連らなる圧力制御部12c
にて圧力制御弁13hを制御している。
実際の運転では、窒素系の圧力を空気入口圧力
よりも高くし、かつ、空気系で最も圧力の小さく
なる空気出口圧力よりも水素入口圧力の方が小さ
くなるようにしている。これは空気及び水素が収
納タンク3内に漏れないようにしていることと、
空気系統に水素が漏れないようにしているため
で、いずれも爆発防止のためである。
ここで重要なことは、空気系と水素系の差圧で
あり、空気と水素の混合を防止するのは、各単位
電池の薄い電解質層の液膜の張力である。したが
つてあまり大きな差圧には耐えられず1000mmAq
程度内に設定するのが好ましい。
この第1図に示す燃料電池では、窒素N2と空
気O2の入口側に接続した第1の差圧検出器11
a及び圧力計9にそれぞれ連らなる圧力制御部1
2a,12bにて、圧力制御弁13n,13oを
制御し、また燃料ガスH2の入口側と空気O2の出
口側の差圧を検出する第2の差圧検出器11bに
連らなる圧力制御部12cで、圧力制御弁13h
を制御するようにしたから、発電性能に何んら影
響を与えることなく、各ガス圧力を適正値に制御
でき、空気中に燃料ガスが混入するのをして爆発
の恐れをなくすることが防止できる。
本発明の他の実施例である第2図のものは、第
1の差圧検出器11aを、収納タンク3内と空気
O2の供給側のマニホールド2内に圧力伝送管1
0で連結し、また第2の差圧検出器11bを、燃
料ガスである水素H2の供給側のマニホールド2
内と空気O2の排出側のマニホールド2内と圧力
伝送管10で連結し、これらの差圧から圧力制御
部12b,12cにより、圧力制御弁13o,1
3hを調節するようにしたものであり、他の構成
は第1図と同様にされている。
このように、収納タンク3内や各マニホールド
内に連結して差圧を検知するようにすれば、測定
誤差が50〜150mmAqある第1図のものに比べてよ
り正確な数mmAq程度の差圧検知が行なえるので、
圧力制御の信頼性を一層向上させることができ
る。
上記の各実施例においては、収納タンク3にガ
ス供給及び排出系統4n,5nを接続し、不活性
ガスである窒素N2を循環させる例で説明したが、
これらの系統を省略し収納タンク3には不活性ガ
スを所定圧力で封入してもよい。また、上記の例
では窒素N2の圧力を基準にして各圧力を制御す
るため第1の差圧検出器11aを備えているが、
これを省略して空気を基準とすれば第2の差圧検
出器11bで差圧検知を行ない、これに連らなる
圧力制御部12cで、燃料ガス排出系統13hを
制御するようにもでき、この場合ガス排出系統5
oには圧力調整装置として絞り部を設けるだけで
も十分に対処することができる。更に、第2の差
圧検出器11bのみを使用する場合には、空気出
口側の圧力を検出する圧力計及び圧力制御部を設
ければ、これによつてガス排出系統5oの圧力制
御弁13oも同時に制御することができる。
本発明のように燃料電池を構成すれば、発電性
能を低下させることなく空気及び燃料ガスの圧力
を適切に制御できるから、両ガスの混合から大事
故に至る恐れがなくなる。また、収納タンクや空
気及び燃料ガスの各排出系統に設ける各圧力制御
弁を圧力制御部で制御すれば、より一層信頼性の
高い圧力制御を行なわせることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の燃料電池のそれぞ
れ異なる実施例を示す概略構成図である。 1……電池本体、2……マニホールド、3……
収納タンク、4o,4h,4n……ガス供給系
統、5o,5h,5n……ガス排出系統、9……
圧力計、10……圧力伝送管、11a,11b…
…差圧検出部、12a,12b,12c……圧力
制御部、13o,13h、13n……圧力制御
弁。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 空気極及び燃料極間に、電解質保持用のマト
    リツクスを配置してなる単位電池を、セパレータ
    を介して複数個積層して電池本体を構成し、前記
    電池本体はその側面に、空気極及び燃料極にそれ
    ぞれ空気と燃料ガスを供給及び排出するマニホー
    ルドを設けて不活性ガスを充填する収納タンク内
    に収納し、前記マニホールドには各ガスの流量を
    調整するガス供給系統とガス排出系統とを連結す
    るものにおいて、前記空気及び燃料ガスの各ガス
    排出系統にはそれぞれ圧力調整装置を設け、少な
    くとも燃料ガスの供給側と空気の排出側に連結し
    て差圧を検知する差圧検出部を取付け、前記差圧
    検出部に連らなる圧力制御部にて燃料ガス排出系
    統の圧力調整装置を動作させることを特徴とする
    燃料電池。 2 特許請求の範囲第1項において、前記差圧検
    出部は燃料ガスの供給マニホールド内と空気の排
    出マニホールド内の差圧を検出することを特徴と
    する燃料電池。 3 特許請求の範囲第1項において、前記収納タ
    ンクには不活性ガスを循環させるガス供給及び排
    出系統を接続したことを特徴とする燃料電池。 4 空気極及び燃料極間に、電解質保持用のマト
    リツクスを配置してなる単位電池を、セパレータ
    を介して複数個積層して電池本体を構成し、前記
    電池本体はその側面に、空気極及び燃料極にそれ
    ぞれ空気と燃料ガスを供給及び排出するマニホー
    ルドを設けて不活性ガスを充填する収納タンク内
    に収納し、前記マニホールドには各ガスの流量を
    調整するガス供給系統とガス排出系統とを連結す
    るものにおいて、前記収納タンクに不活性ガスを
    循環させるガス供給及び排出系統を接続し、前記
    空気と燃料ガス及び不活性ガスのガス排出系統に
    それぞれ圧力調整装置を設け、前記不活性ガスの
    供給側と空気の供給側に連結して差圧を検知する
    第1の差圧検出部及び不活性ガスの圧力計を設け
    ると共に、前記燃料ガスの供給側と空気の排出側
    に連結して差圧を検知する第2の圧力検出部を取
    付け、前記第1の差圧検出部に連らなる圧力制御
    部にて燃料ガス排出系統の圧力調整装置を、また
    前記圧力計に連らなる圧力制御部にて不活性ガス
    排出系統の圧力調整装置を、更に前記第2の差圧
    検出部に連らなる圧力制御部にて空気排出系統の
    圧力調整装置をそれぞれ動作させることを特徴と
    する燃料電池。 5 特許請求の範囲第4項において、前記第1の
    差圧検出部は収納タンク内と空気の供給マニホー
    ルド内の差圧を検出し、前記第2の圧力検出部は
    燃料ガスの供給マニホールド内と空気の排出マニ
    ホールド内の差圧を検出することを特徴とする燃
    料電池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS60208060A (ja) * 1984-04-02 1985-10-19 Hitachi Ltd 燃料電池発電設備
JPH0622156B2 (ja) * 1985-03-01 1994-03-23 三菱電機株式会社 燃料電池装置
JPH06101343B2 (ja) * 1985-06-14 1994-12-12 株式会社日立製作所 燃料電池発電システム
JPH0773056B2 (ja) * 1985-08-30 1995-08-02 株式会社日立製作所 燃料電池

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