JPH0433269A - 燃料電池装置 - Google Patents

燃料電池装置

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JPH0433269A
JPH0433269A JP2137383A JP13738390A JPH0433269A JP H0433269 A JPH0433269 A JP H0433269A JP 2137383 A JP2137383 A JP 2137383A JP 13738390 A JP13738390 A JP 13738390A JP H0433269 A JPH0433269 A JP H0433269A
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JP
Japan
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gas
fuel cell
oxygen
air electrode
air
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JP2137383A
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English (en)
Inventor
Tamotsu Itoyama
糸山 保
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPH0433269A publication Critical patent/JPH0433269A/ja
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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
    • 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
    • H01M8/04223Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04231Purging of the reactants
    • 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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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〕 この発明は燃料電池装置に関し、特に酸化剤ガスの単位
セルへの供給手段の改良に関するものである。
〔従来の技術〕
第4図は例えば特公昭61−200673号公報に示さ
れた従来の燃料電池装置のガス供給システムを示す系統
図であり、図において、(1)は燃料電池本体での空気
極側、(2)は燃料電池本体での燃料極側、(3)は空
気極側(1)に酸化剤ガスここでは空気を昇圧供給する
空気ブロワ、(4)は酸化剤ガスの流量を調節する流量
調節手段で、これら(3)、(4)が空気極側(1)の
ラインに配され酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手
段(5)を構成している。(6)は燃料ガスの流量調節
手段で燃料ガス極側(2)のラインに配され燃料極ガス
供給手段(7)を構成している。
(8)は窒素供給装置、(9)は流量調節手段、(10
) 、  (11)はそれぞれ空気極(1)、燃料極(
2)に連通ずるラインに設けられた遮断弁である。
次に動作について説明する。燃料電池停止中および起動
〜昇温中は(4)、(6)の流量調節手段は閉じられ、
遮断弁(10) 、  (11)が開となり(9)の流
量調節手段を通して窒素供給装置の窒素が各極側(1)
、(2)に供給される。次に発電中は遮断弁(10)、
  (11)が閉となり、流量調節手段(4)、(6)
を通して酸化剤ガスおよび燃料ガスが各極側(1)、(
2)に供給される。
さてこの様な燃料電池の特性を支配する要因の一つとし
て、酸化剤ガスの流量、或は酸化剤ガス中の酸素濃度が
あり、流量を増加すればするほど、又酸素濃度が高いほ
ど特性は向上する。このため酸化剤ガスの有効利用を計
ったものとして、第5図に例えば特開昭58−1641
65号公報に示された従来の他の燃料電池装置のガス供
給システムを示す系統図である。図において、(1)な
いしく11)は第3図と同等であるため省略、(12)
は空気極(1)を通過した酸化剤ガスの排ガスを酸化剤
ガス供給手段(5)のラインに戻す昇圧ブロワ、(13
)は昇圧ブロワ(12)のラインに配された流量調節手
段である。この場合は第1図の動作に加算され、発電中
は、昇圧ブロワ(12)が運転され空気極(1)を通過
した排ガスの一部を流量調節手段(13)を通して酸化
剤ガス供給手段側に戻され再利用される。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の燃料電池装置は以上のように構成されているので
、酸化剤ガスとして空気をそのまま使用するため、酸化
剤ガス中の酸素濃度が2重丸程度と低く、例えば酸素(
0□)100%では単セル当り100mV程度向上する
ことが確認されているが、酸素濃度を高めて燃料電池特
性の向上を計ることかできないという問題点があった。
又酸素濃度の調節ができないため仮に濃度が純酸素状態
において負荷が軽く(50%以下)なると単位セル電圧
が過上昇して電池寿命が短くなるという問題点もあった
この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、酸化剤ガス中の酸素濃度を高め電池特性の向
上を計るとともに酸化剤ガス中の酸素濃度が適正に調節
され電池寿命を縮めることかない燃料電池装置を得るこ
とを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る燃料電池装置は 請求項1として 燃料電池本体の単位セルの空気極に酸化剤ガスを供給す
るガス供給手段が供給する酸化剤ガスから酸素を選択的
に分離するガス分離手段を備えガス分離手段により分離
した高濃度酸素ガスを空気極に供給するよう構成したも
の、 請求項2として 燃料電池本体の単位セルの空気極に酸化剤ガスを供給す
るガス供給手段が、供給する酸化剤ガスから酸素を選択
的に分離し高濃度酸素ガスを得るガス分離手段と、分離
した高濃度酸素ガスにカナ→酸化剤ガスを混入さ せる酸素濃度調節手段を備え空気極に濃度調節された酸
素ガスを供給するよう構成したものである。
〔作用〕
この発明における燃料電池装置におけるガス分離手段は
酸化剤ガスから酸素を選択的に分離する。
又酸素濃度調節手段は分離した高濃度酸素ガスに酸化剤
ガスを所要量混入する。
、(発明の実施例〕 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図はこの発明の請求項1における燃料電池装置のガス供
給システムを示す系統図である。
図において、(1)〜(4)、(6)、(7)。
(10) 、  (11)は第4図に示す従来の燃料電
池発電装置のガス供給システムを示す系統図と同様であ
るのでその説明は省略する。(14)は酸化剤ガスの供
給系統に設けられ酸化剤ガス(空気)から酸素を選択的
に分離する例えば窒素ガス発生装置等のガス分離手段、
(15)はガス分離手段(14)の後位に設けられた大
気開放用の遮断弁で、これら(3) 、  (4) 、
  (1,4) 、  (15)で酸化剤ガス供給手段
(I6)が構成されている。
(17)はガス分離手段(14)の窒素発生側と酸化ら 剤ガス供給手段(S)の空気極側および燃料ガス供給手
段(7)の燃料極側とを連通ずる窒素供給ライン、(1
7a )は窒素供給ライン(17)に設けられた窒素ガ
スの流量調節手段である。
次に動作について説明する。
燃料電池発電中は(4)、(6)の流量調節手段を開き
(10) 、  (11) 、  (15)の遮断弁を
閉じる。空気ブロア(1)で昇圧された空気はガス分離
手段(14)を通り選択分離され酸素濃度の高い酸素ガ
スとなって空気極(1)に供給される。
方、ガス分離手段(14)で分離された窒素ガスは窒素
供給ライン(17)に配され流量調節手段(17a)に
より大気に放出される。なお窒素ガスの一部を遮断弁(
10)の開口と流量調節手段(17a)により酸素ガス
に混入させ酸素濃度調節に使用できる。燃料極(2)に
は燃料ガスが供給される。
次に燃料電池発電中以外即ち、起動昇温時および停止中
は、流量調節手段(4)、(6)を閉とし、遮断弁(1
0) 、  (11)を開とする。この場合空気ブロア
(3)で昇圧された空気の内ガス分離器(14)で摘出
された窒素ガスは遮断弁(10)。
(11)を通して両極(1)、(2)に供給され、一方
の高濃度酸素ガスは遮断弁(15)より大気に放出され
る。このように空気極に供給される酸化剤ガスの酸素濃
度を高めることができる。さらに別の効果として窒素を
同一ライン上で摘出できることによりボンベ等の別供給
設備から供給するのに比較して窒素消黄量が低減できる
ここでこの実施例による具体的効果について説明する。
窒素発生装置(ガス分離手段)は既存のもので空気中よ
り99%純度の窒素が取り出せるものを使用するとすれ
ば、電池空気極に供給する酸化剤ガス中の酸素濃度の上
昇による電池特性の向上は、負荷により変化するが10
0mV程度である。また混合ガスの場合は酸素濃度によ
りリニアに変化することが知られている。したがって窒
素発生装置で発生した窒素を流量調節手段(17a)よ
りすべて放出し、電池の空気極(1)には窒素以外のガ
ス即ち酸素はぼ100%を供給すれば単位セル当り約1
00mVの特性向上が出来る。また窒素の75%を放出
し25%を遮断弁(lO)を通して空気極(1)に供給
すれば空気極(1)に供給される混合ガスの酸素濃度は
50%となり約38mVの特性向上となる。
次にこの発明の請求項2について第2に示す燃料電池装
置のガス供給システムに示す系統図で説明する。図にお
いて、(1)〜(4)、(6)。
(7)、  (14)〜(17)は第1図に示す請求項
1の燃料電池発電装置のガス供給システムに示す系統図
と同様であるのでその説明は省略する。
(18)は窒素供給ライン(17)に設けられた遮断弁
、(1,9) 、  (20)はそれぞれ窒素供給ライ
ン(17)の空気極側、燃料極側に設けられた逆止弁、
(21)は酸化剤ガス供給手段(16)のガス分離手段
(14)を通るラインとバイパスさせ平列に設けられ、
流量調節手段(22)を有する酸素濃度調節手段である
この動作を発電中とその他の場合について説明する。
発電中は遮断弁(15) 、  (18)を閉じ酸化剤
ガスをガス分離手段(14)および流量調節手段(4)
を通して酸素濃度の高い酸化剤ガスを空気極(1)へ供
給する。また窒素は流量調節手段(17d)を通して大
気へ放出する。ここでガス分離手段(14)を通る酸化
剤ガスとバイパスラインの流量調節手段(22)を通る
酸化剤ガス量の流量比を変化させることによって空気極
(1)へ供給するガス中の酸素濃度を調整する。例えば
ガス分離手段(14)と流量調節手段(22)に供給す
る酸化剤ガスの流量を1:1に調整すると電池の空気極
(1)に供給される混合ガスの酸素濃度は約33.3%
となり単位セル当り17mVの特性向上となる。
このような、濃度調節により高濃度酸素ガス供給で軽負
荷時の単セル電圧の過上昇による電池寿命縮小を防ぎ適
正な酸素濃度を得ることができる。
なお、流量調節手段(22)に酸化剤ガスが100%供
給される場合はガス分離手段(14)は休止することが
できる。
発電中以外では流量調節手段(4)、(6)。
(22)を閉とし遮断弁(15) 、  (18)を開
として逆止弁(19)、  (20)を通して電池の両
極(1)、(2)に窒素を供給するとともに、ガス分離
手段(14)で分離された窒素以外のガスは遮断弁(1
5)より大気に放出される。なお、電池の両極(1)、
(2)に供給する窒素流量は流量調節手段(17)によ
フて調節する。
次にこの発明の他の実施例を第3図の燃料電池装置のガ
ス供給システムに示す系統図で説明する。
図において、(1)〜(4)、  (6)、  (14
)〜(22)は前記実施例と同様であり、その説明は省
略する。(23)は流量調節手段(I7)に連通ずる窒
素ガス貯蔵器、(24)は窒素ガス貯蔵器(23)に貯
蔵された窒素ガスを昇圧する窒素ガス昇圧器、(25)
は貯蔵された窒素ガス移送量を調節する流量調節手段で
ある。こねによると第1図、第2図の場合で発電中の流
量調節手段(17a )は窒素ガスを大気に放出してい
るが、この窒素ガスを窒素ガス貯蔵器(23)に貯蔵し
、発電中以外の状態において貯蔵された窒素ガスを窒素
ガス昇圧器で昇圧し流量調節手段(25)から逆止弁(
19) 。
(20)を通して電池の両極(1)、(2)に供給する
方法としても良い。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明の請求項1によれば燃料電池本
体の単位セルの空気極に酸化剤ガスを供給するガス供給
手段が供給する酸化剤ガスから酸素を選択的に分離する
ガス分離手段を備え、ガス分離手段により分離した高濃
度酸素ガスを空気極に供給するよう構成したので、電池
特性が向上する燃料電池装置が得られる効果がある。
又、この発明の請求項2によれば燃料電池本体の単位セ
ルの空気極に酸化剤ガスを供給するガス供給手段が供給
する酸化剤から酸素を選択的に分離し高濃度酸素ガスを
得るガス分離手段と分離した高濃度酸素ガスに’   
    −′−7.H−ヒル=iヂ予酸化剤ガスを混入
させる酸素濃度調節手段とを備え、空気極に濃度調節さ
れた酸素ガスを供給するよう構成したので、電池特性の
調節が容易となり、特性向上と電池寿命を適正化できる
燃料電池装置か得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明における請求項1の燃料電池装置の
ガス供給システムを示す系統図5.第2図は、この発明
における請求項2の燃料電池装置のガス供給システムを
示す系統図、第3図は、箒の λ発明における他の実施例のガス供給システムを示す系
統図、第4図は従来の燃料電池装置のガス供給システム
を示す系統図、第5図は従来の他の燃料電池装置のガス
供給システムを示す系統図である。 図において、(1)は空気極、(2)は燃料極、手段、
(21)は酸素濃度調節手段である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)空気極、燃料極でなる単位セルを複数積層して構
    成された燃料電池本体と、上記空気極に酸化剤ガスを上
    記燃料極に燃料ガスを供給するそれぞれのガス供給手段
    を備えた燃料電池装置において、上記酸化剤ガス供給手
    段が供給する上記酸化剤ガスから酸素を選択的に分離す
    るガス分離手段を備え、上記酸化剤ガスから選択的に分
    離した高濃度酸素ガスを上記空気極に供給することを特
    徴とする燃料電池装置。
  2. (2)空気極、燃料極でなる単位セルを複数積層して構
    成された燃料電池本体と、上記空気極に酸化剤ガスを上
    記燃料極に燃料ガスを供給するそれぞれのガス供給手段
    を備えた燃料電池装置において、上記酸化剤ガス供給手
    段が供給する上記酸化剤ガスから酸素を選択的に分離し
    高濃度酸素ガスを得るガス分離手段と、分離した上記高
    濃度酸素ガスに 酸化剤ガスを 混入させる酸素濃度調節手段とを備え、上記空気極に濃
    度調節された酸素ガスを供給することを特徴とする燃料
    電池装置。
JP2137383A 1990-05-28 1990-05-28 燃料電池装置 Pending JPH0433269A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2834586A1 (fr) * 2002-01-04 2003-07-11 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif de generation d'electricite du type pile a combustible et vehicule comportant un tel dispositif
WO2004027916A1 (ja) * 2002-09-20 2004-04-01 Nec Corporation 液体燃料供給型燃料電池
JP2006100197A (ja) * 2004-09-30 2006-04-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体酸化物形燃料電池を用いたコンバインド発電システム

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