JPH03297064A - 燃料電池内の圧力差をバランスさせる方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料電池内の圧力差をバランスさせる方法に
関するもので、とくに、燃料電池の停止保管時に、各部
温度差の発生によってガス体積が変化し、アノード極と
カソード極の間およびそれら各種と電池容器の間に許容
圧力差を越えた圧力差が発生しないようにする方法に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来の燃料電池およびその制御装置は、たとえば、第５
図に示すような構成からなっている。

同図において、３０は電池容器、３１はアノードガス入
口ライン、３２は締切弁、３３はアノード極、３４は締
切弁、３５はアノードガス出口ライン、３６はカソード
ガス入口ライン、３７は締切弁、３８はカソード極、３
９は締切弁、４０はカソードガス出口ライン、４１は窒
素ガス入口ライン、４２．４３は制御弁、４４は窒素ガ
ス出口ライン、４５は電解質、４６゜４７．４８．４９
は制御弁である。

そして、従来の技術においては、燃料電池の停止保管中
には密閉状態にしない、すなわち、アノード極３３とカ
ソード極３８にプロセスガスを流さないように、締切弁
３２，３４，３７゜３９を全閉にするが、第４図に示す
ように、窒素ガスを流し、かつ、運転状態では使用しな
い制御弁４６．４７を使用して、電池容器内圧力を基準
として、電池容器３０と極間との差圧を制御している。

つまり、電池容器３ｏおよびアノード極３３とカソード
極３８には、制御弁４２．４８．４９を通して窒素ガス
を流し、制御弁４３によって電池容器内圧力を一定にし
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述した従来の技術においては、燃料電
池の停止保管中にも、高価な窒素ガスを消費しつづける
ので、経済的でないという問題点があり、また異常時に
は、窒素ガスラインを介して燃料ガスであるアノード極
ガスと酸他剤ガスであるカソード極ガスが混合する可能
性があって安全上好ましくないという問題点がある。さ
らに、停止保管中の差圧制御のための装置が複雑である
という問題点がある。

本発明は、上記のような問題点を解決しようとするもの
である。すなわち、本発明は、燃料電池の停止保管中に
、プロセスガスおよび窒素ガスを流さないようにして、
窒素ガスの消費をなくするとともに、簡単な装置によっ
て、安全に、各極間および各種と電池容器間の圧力差を
バランスさせることができる燃料充電池内の圧力差をバ
ランスさせる方法を提供することを目的とするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、電池容器の内部に
設けられたアノード極とカソード極とを有し、かつ、窒
素ガス入口締切弁が設けられていて電池容器内に窒素ガ
スを供給する窒素ガス入口ラインと、窒素ガス出口締切
弁が設けられてその窒素ガスを放出する窒素ガス出口ラ
インと、アノードガス入口締切弁が設けられていて前記
アノード極にアノードガスを供給するアノードガス入口
ラインと、アノードガス出口締切弁が設けられていて該
アノード極からのアノードガスを放出するアノードガス
出口ラインと、カソードガス入口締切弁が設けられてい
て前記カソード極にカソードガスを供給するカソードガ
ス入口ラインと、カソードガス出口締切弁が設けられて
いて該カソード極がらのカッドガスを放出するカソード
ガス出口ラインとを有する燃料電池において、該燃料電
池停止保管時に前記窒素ガス入口締切弁、窒素ガス出口
締切弁アノードガス入口締切弁、アノードガス出口締切
弁、カソードガス入口締切弁、カソードガス出口締切弁
を全閉にして該電池容器内を密閉状態にし、しかも、ベ
ローズ式圧力バランサのアノード極側ベローズ室と前記
アノード極をアノード極側連通ラインで連通させるとと
もに、カソード極側ベローズ室と前記カソード極をカソ
ード極をカソード極側連通ラインで連通させて、ベロー
ズを伸縮させ、該ベローズ内の容積変化によって前記ア
ノード極とカソード極の間の差圧および該各種と電池容
器内圧との差圧をなくするようにした。

〔作用〕

本発明によれば、燃料電池の停止保管時には、各締切弁
を全閉にして電池容器内を密閉状態にするので、その停
止保管中における窒素ガスの消費がなくなる。そして、
ベローズ式バランサが、アノード極、カソード極、電池
容器内の圧力の変化によって作動し、かつ、その作動に
よってベローズ内の容積が極間および各種と電池容器内
との圧力差を減少する方向に変化するので、これにより
、燃料電池内の圧力差をバランスさせることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１実施例を示している。

第１図において、１はアノードガス入口ライン、２はア
ノードガス入口締切弁、３はアノード極、４はアノード
ガス出口締切弁、５はアットガス出口ライン、６はカソ
ードガス入口ライン、７はカソードガス入口締切弁、８
はカッド極、９はカソードガス出口締切弁、１０はカソ
ードガス出口ライン、１１は窒素ガス入口ライン、１２
は窒素ガス入口締切弁、１３は窒素ガス出口締切弁、１
４は窒素ガス出口ライン、１５はアノード極側連通ライ
ン、１６はカソード極側連通ライン、１７は後述するベ
ローズ式圧力バランサ、１８はアノード極側ベローズ室
、１９はカソード極側ベローズ室、２０は電解質、２１
は電池容器である。

すなわち、電池容器２１はの内部にベローズ式圧力バラ
ンサ１７を設け、この圧力バランサ１７には、アノード
極３にアノード極側連通ライン１５で連通しているアノ
ード極側ベローズ室１８と、カソード極８にカソード極
側連通ライン１６で連通しているカソード極側ベローズ
室１９がある。

まず、燃料電池の停止保管中には、密閉保管している場
合、停止直後には、各極間、各種と電池容器内圧力差が
なくても、各部の温度がそれぞれ変化すると、それに応
じて圧力差が生じてくる。本発明はこの圧力差をベロー
ズ式バランサ１７で除去するのである。

すなわち、燃料電池の停止保管に際しては、アノードガ
ス入口締切弁２、アノードガス出口締切弁４、カソード
ガス入口締切弁７、カソードガス出口締切弁９、窒素ガ
ス入口締切弁１２、窒素ガス出口締切弁１３を全閉にし
て電池容器２１内を密閉状態にする。すると、アノード
ガス、カソードガス、窒素ガスのいずれもブロックされ
て、流入流出がなくなり、したがって、停止保管中の窒
素ガスの消費がなくなる。

この密閉状態で、たとえば、ｐ＋（アノード極側圧力）
＝Ｐ２（カソード極側圧力）〈Ｐ３（電池容器内圧力）
であれば、両ベローズ室１８．１９は多極３，８と電池
容器２１の内圧差によって縮み、体積（内容積）が減少
するので、アノード極側とカソード極側は圧縮されるこ
とになり、圧力が上昇し、多極３．８と電池容器内圧力
差をバランスさせる。また各ベローズ室１８．１９が体
積減少した分だけ電池容器側の体積（内容積）は増加し
、電池容器側は膨張したことになって圧力が下がり、多
極３，８と電池容器内圧力差をバランスさせる方向に働
く。

圧力差の方向が逆の場合には、逆の動作をして、圧力差
をバランスさせる。

ｐ、＜ｐ、＜ｐ３であれば、アノード極側ベローズ室１
８、カソード極側ベローズ室１９とも縮み、その体積を
減少（ただし、この体ｍｍｉ少量は、それぞれの圧力差
に応じて異なる）するので、上記と同様に圧力差をバラ
ンスさせる。

またＰ　Ｌ　＝　Ｐ　２　＞　Ｐ　ａの場合、あるいは
ＰＬ＞Ｐ２〉Ｐ３が生じても、両ベローズ室１８．１９
が膨張し、上記と同様に圧力差をバランスさせる。

第２図は本発明の第２実施例を示している。

この第２実施例における電池周辺は、第１図と同様であ
るが、ベローズ式圧力バランサ１７が電池容器２１の外
部に設けられている。

すなわち、この場合のベローズ式圧力バランサ１７は、
アノード極３にアノード極側連通ライン１５で連通して
いるアノード側ベローズ室１８と、カソード極８にカソ
ード極側連通ライン１６で連通しているカソード極側ベ
ローズ室１９のほかに、両ベローズ室１８．１９の間に
位置して電池容器２１に電池容器内側連通ライン２４で
連通している電池容器内側ベローズ室２２を有し、各ベ
ローズ１８，１９．２２の合計変位量が変わらないよう
に、ロッド２３で拘束している。

この第２実施例では、Ｐ　ｔ　＜　Ｐ　２　＜　Ｐ　ａ
であれば、第１実施例と同様に、電池容器内側ベロズ室
２２は体積を膨張し、アノード極側ベロズ室１８、カソ
ード極側ベローズ室１９は体積を減少し、電池容器内圧
力は減少方向、アノード極側圧力、カソード極側圧力は
増加方向となり、圧力差をバランスさせる方向に作用す
る。

なお両ベローズ室１８．１９の体積減少は、それぞれに
加わる圧力差に応じて変わる。

前記ロッド２３は、ベローズ全体の変位を一所に拘束す
るもので、これにより、１か所の圧力変化が全体に働き
、結果として全ての圧力差をバランスさせるものである
。

第３図は本発明の第３実施例を示している。

この第３実施例における電池周辺は、第１図と同様であ
るが、ベローズ式圧力バランサを２個とし、かつ、電池
容器２１の外部に設けている。つまり、アノード極３と
容器内とをバランスさせるベローズ式バランサ１７ａと
、カッド極８と容器内とをバランスさせるベローズ式バ
ランサ１７ｂとに分けている この第３実施例のようにしても、作用は前述と同様であ
る。

第４図は本発明の第４実施例を示している。

この第４実施例では、ベローズ式圧力バランサ１７をベ
ローズ容器２５の内部に設置し、このベローズ客器２５
を電池容器２１の外部に設け、電池容器２１の内部とベ
ローズ容器２５の内部とを電池容器内側連通ライン２４
で連通させたものである。

すなわち、この第４実施例では、電池容器２１の内部の
圧力がベローズ式圧力バランサ１７の外圧として作用す
るので、前述の第１実施例と、全く同様な作用をするこ
とになる。

なお上記各実施例で説明したベローズ式圧力バランサを
設けておけば、通常運転中においても、差圧制御弁で応
答できないような急激な差圧が発生した場合に、その差
圧を除去する方向に働く。すなわち、燃料電池において
は、停止保管中の各部の差圧をバランスさせることが重
要であるが、通常運転中においても、それが重要である
。たとえば、前記差圧に対する許容値は、系内圧が数ｋ
ｇ　／ａＡにおいても、数１００ｍＩＩＡｑと、きわめ
て小さく、前記差圧の発生は燃料電池の破損につながる
からである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、燃料電池の停止
保管時には、各締切弁を全閉にして容器内を密閉状態に
するので、その停止保管中４゜ における窒素ガスの消費がなくなり、経済性が高まる。

そして、ベローズ式バランサが、アノード極、カソード
極、容器内の圧力の変化によって作動し、かつ、その作
動によってベローズ内の容積が極間および各種と容器内
との圧力差を減少する方向に変化するので、これによっ
て燃料電池内の圧力差を容易にバランスさせることがで
きる。したがって、高価で複雑な制御装置を使用するこ
となく、自動的に前記差圧を除去することができ、また
該差圧が発生すると、じん速に動作するほか、可燃性ガ
スであるアノードガスと酸化剤ガスであるカソードガス
とが混合するおそれがなく、安全性が高まる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示した一部断面説明図、
第２図は同じく第２実施例を示した一部断面説明図、第
３図は同じく第３図実施例を示した一部断面説明図、第
４図は同じく第４実施例を示した一部断面説明図、第５
図は従来の技術の一例を示した一部断面説明図である。 １・・・アノードガス入口ライン、２・・・アノードガ
ス入口締切弁、３・・・アノード極、４・・・アノード
ガス出口締切弁、５・・・アノードガス出口ライン、６
・・・カソードガス入口ライン、７・・・カソードガス
入口締切弁、８・・−カソード極、９・・・カソードガ
ス出口締切弁、１０・・・カソードガス出口ライン、１
１・・・窒素ガス入口ライン、１２・・・窒素ガス入口
締切弁、１３・・・窒素ガス出口締切弁、１４・・・窒
素ガス出口ライン、１５・・・アノード極側連通ライン
、１６・・・カソード極側連通ライン、１７，１７ａ、
１７ｂ・・・ベローズ式圧力バランサ、１８・・・アノ
ード極側ベローズ室、１９・・・カソード極側ベローズ
室、２０・・・電解質、２１・・・電池容器、２２・・
・電池容器内側ベローズ室、２３・・・ロッド、２４・
・・電池容器内側連通ライン、２５・・・ベローズ容器
。 察 ３ 図 ９ ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電池容器の内部に設けられたアノード極とカソード
   極とを有し、かつ、窒素ガス入口締切弁が設けられてい
   て電池容器内に窒素ガスを供給する窒素ガス入口ライン
   と、窒素ガス出口締切弁が設けられていてその窒素ガス
   を放出する窒素ガス出口ラインと、アノードガス入口締
   切弁が設けられていて前記アノード極にアノードガスを
   供給するアノードガス入口ラインと、アノードガス出口
   締切弁が設けられていて該アノード極からのアノードガ
   スを放出するアノードガス出口ラインと、カソードガス
   入口締切弁が設けられていて前記カソード極にカソード
   ガスを供給するカソード入口ラインと、カソードガス出
   口締切弁が設けられていて該カソード極からのカソード
   ガスを放出するカソードガス出口ラインとを有する燃料
   電池において、該燃料電池停止保管時に、前記窒素ガス
   入口締切弁、窒素ガス出口締切弁、アノードガス入口締
   切弁、アノードガス出口締切弁、カソードガス入口締切
   弁、カソードガス出口締切弁を全閉にして該電池容器内
   を密閉状態にし、しかも、ベローズ式圧力バランサのア
   ノード極側ベローズ室と前記アノード極をアノード極側
   連通ラインで連通させるとともに、カソード極側ベロー
   ズ室と前記カソード極をカソード極側連通ラインで連通
   させて、ベローズを伸縮させ、該ベローズ内の容積変化
   によって前記アノード極とカソード極の間の差圧および
   該各極と電池容器内圧との差圧をなくするようにするこ
   とを特徴とする、燃料電池内の圧力差をバランスさせる
   方法。 ２、ベローズ式圧力バランサを電池容器の内部に設けて
   、該電池容器内の窒素ガスの圧力が該ベローズ式圧力バ
   ランサの外圧として作用させ、アノード極側ベローズ室
   とカソード極側ベローズ室の内容積の変化が該アノード
   極側ベローズ室とカソード極側ベローズ室の差圧を減少
   させる方向に変化させるようにする請求項１記載の燃料
   電池内の圧力差をバランスさせる方法。 ３、アノード極側ベローズ室とカソード極側ベローズ室
   の間に電池容器内側ベローズ室を有するベローズ式圧力
   バランサを電池容器の外部に設け、前記３つのベローズ
   室の合計変位量が変わらないようにロッドで拘束し、前
   記電池容器内側ベローズ室に電池容器内側連通ラインを
   介して電池容器内の圧力を伝達させる請求項１記載の燃
   料電池内の圧力差をバランスさせる方法。 ４、ベローズ式圧力バランサを電池容器の外部に２個設
   け、その一方のベローズ式圧力バランサには、アノード
   極側ベローズ室とアノード極側連通ラインおよび電池容
   器内側ベローズ室と電池容器内側連通ラインを設けると
   ともに、これらベローズ室の合計変位量が変わらないよ
   うにロッドで拘束し、他方のベローズ式圧力バランサに
   は、カソード極側ベローズ室とカソード極側連通ライン
   および電池容器内側ベローズ室と電池容器内側連通ライ
   ンを設けるとともに、これらベローズ室の合計変位量が
   変わらないようにロッドで拘束し、前記一方のベローズ
   式圧力バランサでアノード極と電池容器内の圧力差をバ
   ランスさせ、前記他方のベローズ式圧力バランサでカソ
   ード極と電池容器内の圧力差をバランスさせる請求項１
   記載の燃料電池内の圧力差をバランスさせる方法。 ５、ベローズ式圧力バランサをベローズ容器の内部に設
   置し、このベローズ容器を電池容器の外部に設け、該電
   池容器の内部とベローズ容器の内部を電池容器内側連通
   ラインで連通させて、該電池容器内の窒素ガスの圧力が
   該ベローズ式圧力バランサの外圧として作用させ、アノ
   ード極側ベローズ室とカソード極側ベローズ室の内容積
   の変化が該アノード極側ベローズ室とカソード極側ベロ
   ーズ室の差圧を減少させる方向に変化させるようにする
   請求項１記載の燃料電池内の圧力差をバランスさせる方
   法。