JPS58112262A - 燃料電池の温度制御装置 - Google Patents
燃料電池の温度制御装置Info
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- JPS58112262A JPS58112262A JP56211293A JP21129381A JPS58112262A JP S58112262 A JPS58112262 A JP S58112262A JP 56211293 A JP56211293 A JP 56211293A JP 21129381 A JP21129381 A JP 21129381A JP S58112262 A JPS58112262 A JP S58112262A
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- Japan
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- fuel cell
- gas
- fuel
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野
本発明は温度制御装置に係シ、特に燃料電池に供給する
空気および燃料ガスの温度制御を行うに好適な温度制御
装置に関する。
空気および燃料ガスの温度制御を行うに好適な温度制御
装置に関する。
発明の技術的背景
一般に、燃料電池は酸化剤としての酸素を含んだ空気と
燃料としての水素を含んだ水素富化ガスを電解質を挾ん
で対面する２つの多孔質の電極に接触させるととによ〕
起電力を発生する如龜構成となっている＠これらの１つ
の電極を外部負荷回路を通じて接続すると、この回路に
電流が流れ。
燃料としての水素を含んだ水素富化ガスを電解質を挾ん
で対面する２つの多孔質の電極に接触させるととによ〕
起電力を発生する如龜構成となっている＠これらの１つ
の電極を外部負荷回路を通じて接続すると、この回路に
電流が流れ。
電池から電力をとシだすことができる０この時。
燃料としての水素及び酸化剤としての酸素が反応によっ
て消費されるが、これに伴なって熱が発生する。
て消費されるが、これに伴なって熱が発生する。
このように、燃料電池は負荷電流に応じて電池内部で発
熱するので、電池の動作温度が変化する。
熱するので、電池の動作温度が変化する。
ところが、燃料電池の出力電圧は動作温度によって左右
されるので、電池の出力電圧を一定に保つためには、燃
料電池を冷却する必要がある。
されるので、電池の出力電圧を一定に保つためには、燃
料電池を冷却する必要がある。
かかる要求に対して一特公昭弘♂年第１−ＯＪｔデ号に
於いては、燃料電池を冷却するための冷却回路を備え、
負荷電流の大きさに応じて冷却材の供給温度を制御する
ことにより燃料電池の動作温度を略々一定に保つ如き装
置が開示されている０この場合、第１図の特性図に示す
如く、冷却回路に供給される冷却材の人口温度を負荷電
流に応じて制御することにより、動作温度を一定に保つ
如き制御が行なわれる。
於いては、燃料電池を冷却するための冷却回路を備え、
負荷電流の大きさに応じて冷却材の供給温度を制御する
ことにより燃料電池の動作温度を略々一定に保つ如き装
置が開示されている０この場合、第１図の特性図に示す
如く、冷却回路に供給される冷却材の人口温度を負荷電
流に応じて制御することにより、動作温度を一定に保つ
如き制御が行なわれる。
ところで、セル面積の狭い小形の燃料電池の場合は、大
容量燃料電池発電システムで用いら九るセル面積の広い
大形の燃料電池に比べ、空間的な広がシが無視でき、特
性が均−忙なるため、上述の如く冷却材の温度制御を行
うだけで、所期の制御目的を略々達成することができる
。
容量燃料電池発電システムで用いら九るセル面積の広い
大形の燃料電池に比べ、空間的な広がシが無視でき、特
性が均−忙なるため、上述の如く冷却材の温度制御を行
うだけで、所期の制御目的を略々達成することができる
。
背景技術の問題点
しかしながら、セル面積の広い大形の燃料電池において
は、空間的な性質が無視できず単に冷却回路の冷却材供
給温度制御だけではセルの動作温度を一定に保持するこ
とは困難である。また、供給ガスの温度と負荷条件によ
っては燃料電池セルの供給ガスの人口部で温度が低くな
り、中心部で非常に高くなるというような不均一な温度
分布が生じるため、燃料電池セル内の性能が場所によっ
て変わうて来る。この様な性能の不均一はセル全体の運
転効率を劣化させるもととなり、場合によっては燃料電
池の寿命を短くする一因となる０つｔｂ、大容量燃料電
池発電システムで用いられるセル面積の広い大形の燃料
電池を高効率で運転スるＫは、セル内の温度分布をでき
るだけ均一にしかも一定に制御する必要がある。
は、空間的な性質が無視できず単に冷却回路の冷却材供
給温度制御だけではセルの動作温度を一定に保持するこ
とは困難である。また、供給ガスの温度と負荷条件によ
っては燃料電池セルの供給ガスの人口部で温度が低くな
り、中心部で非常に高くなるというような不均一な温度
分布が生じるため、燃料電池セル内の性能が場所によっ
て変わうて来る。この様な性能の不均一はセル全体の運
転効率を劣化させるもととなり、場合によっては燃料電
池の寿命を短くする一因となる０つｔｂ、大容量燃料電
池発電システムで用いられるセル面積の広い大形の燃料
電池を高効率で運転スるＫは、セル内の温度分布をでき
るだけ均一にしかも一定に制御する必要がある。
発明の目的
従つて１本発明の目的は上記従来技術の欠点に鎌みて、
燃料電池に対する供給ガスの温度を制御することによシ
、燃料電池の内部温度分布が均一にしかも一定となるよ
うにした燃料電池発電システムの温度制御装置を提供す
るＫある。
燃料電池に対する供給ガスの温度を制御することによシ
、燃料電池の内部温度分布が均一にしかも一定となるよ
うにした燃料電池発電システムの温度制御装置を提供す
るＫある。
発明の概要
上記目的を達成するために１本発明は温度制御装置を酸
化剤を含む第１のガスと燃料を含む第２のガスを供給さ
れ電力を発生する燃料電池の動作温度を検知する温度検
知手段と、第１のガス及び給コのガスの燃料電池に対す
る供給温度を調節する温度調節手段と、温度検知手段の
出力信号を目標値として温度調節手段を制御する制御手
段とから構成した。
化剤を含む第１のガスと燃料を含む第２のガスを供給さ
れ電力を発生する燃料電池の動作温度を検知する温度検
知手段と、第１のガス及び給コのガスの燃料電池に対す
る供給温度を調節する温度調節手段と、温度検知手段の
出力信号を目標値として温度調節手段を制御する制御手
段とから構成した。
上記構成に基き１本発明に７係る温度制御装置は。
燃料電池に供給される空気および燃料ガスの温度を燃料
電池の動作温度に応じて制御することにより、燃料電池
内部の温度分布を均一に制御することを可能とした。
電池の動作温度に応じて制御することにより、燃料電池
内部の温度分布を均一に制御することを可能とした。
発明の実施例
以下１図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。
。
第２図は本発明の一実施例に係る温度制御装置のブロッ
ク図で、特に燃料電池発電システムに於ける供給ガスの
温度制御を行う構成を例示するものである。同図構成に
於いて、ラインコは燃料電池ｌに酸化剤である加圧した
空気を供給するものであり、ライン３は燃料電池ｌに燃
料である水素富化ガスを供給するものである０供給ライ
ンλからの空気は、空気を加熱または冷却してその温度
を調節する温度制御装置を経て燃料電池に供給されてい
る。ここで、空気の供給温度は温度検出器ｚＫよシ検出
される。同様にして、ライン３からの燃料ガスは、燃料
ガスを加熱または冷却してその温度を調節する温度制御
装置を経て燃料電池ｌに供給されている。ここで、燃料
ガスの供給温度は、温度検出器７により検出される。ま
た、燃料電池ｌの動作温度は、燃料電池ｌ内に設置され
た温度検出器ｔにより検出され、動作温度信号りは供給
ガス温度目標値を発生する信号発生器１０Ｋ入力される
。動作温度信号りの入力を受けた供給ガス温度目標値の
信号発生器１０は、供給ガス温度の目標値信号／／を発
生する〇 空気供給温度制御装置ｌコは、この供給ガス温度の目標
値信号／／を目標値とし、空気温度検出器ｊの空気温度
信号／３をフィードバック信号として。
ク図で、特に燃料電池発電システムに於ける供給ガスの
温度制御を行う構成を例示するものである。同図構成に
於いて、ラインコは燃料電池ｌに酸化剤である加圧した
空気を供給するものであり、ライン３は燃料電池ｌに燃
料である水素富化ガスを供給するものである０供給ライ
ンλからの空気は、空気を加熱または冷却してその温度
を調節する温度制御装置を経て燃料電池に供給されてい
る。ここで、空気の供給温度は温度検出器ｚＫよシ検出
される。同様にして、ライン３からの燃料ガスは、燃料
ガスを加熱または冷却してその温度を調節する温度制御
装置を経て燃料電池ｌに供給されている。ここで、燃料
ガスの供給温度は、温度検出器７により検出される。ま
た、燃料電池ｌの動作温度は、燃料電池ｌ内に設置され
た温度検出器ｔにより検出され、動作温度信号りは供給
ガス温度目標値を発生する信号発生器１０Ｋ入力される
。動作温度信号りの入力を受けた供給ガス温度目標値の
信号発生器１０は、供給ガス温度の目標値信号／／を発
生する〇 空気供給温度制御装置ｌコは、この供給ガス温度の目標
値信号／／を目標値とし、空気温度検出器ｊの空気温度
信号／３をフィードバック信号として。
空気を加熱または冷却してその温度を制御する温度制御
器弘への操作信号ｌ弘を発生する空気供給温度制御系を
構成している。この空気供給温度制御系によシ、燃料電
池／の空気供給温度は、燃料電池ｌの動作温度に応じた
目標値信号／／に対応した温度になるように制御される
。
器弘への操作信号ｌ弘を発生する空気供給温度制御系を
構成している。この空気供給温度制御系によシ、燃料電
池／の空気供給温度は、燃料電池ｌの動作温度に応じた
目標値信号／／に対応した温度になるように制御される
。
一方、燃料ガス供給温度制御装置ｉｓは、供給ガス温度
目標値の信号発生器１０からの供給ガス温度の目標値信
号／／を目標値とし、燃料ガス温度検出器７の燃料ガス
温度信号１６をフィードバック信号として、燃料ガスを
加熱または冷却してその温度を制御する温度制御器ｔへ
の操作信号ｌフを発生する燃料ガス温度制御系を構成し
ている。この燃料ガス温度制御系により、燃料電池ｌの
燃料ガス供給温度は燃料電池ｌの動作温度に応じた目標
値信号／／に対応した温度になるように制御される。
目標値の信号発生器１０からの供給ガス温度の目標値信
号／／を目標値とし、燃料ガス温度検出器７の燃料ガス
温度信号１６をフィードバック信号として、燃料ガスを
加熱または冷却してその温度を制御する温度制御器ｔへ
の操作信号ｌフを発生する燃料ガス温度制御系を構成し
ている。この燃料ガス温度制御系により、燃料電池ｌの
燃料ガス供給温度は燃料電池ｌの動作温度に応じた目標
値信号／／に対応した温度になるように制御される。
上述した如き構成を通じて、燃料電池ｌの動作温度に対
応して供給ガスの温度制御系が動作して。
応して供給ガスの温度制御系が動作して。
従来もやとも温度差の大きい部分であった燃料電池ｌの
供給ガス人口部の温度を動作温度にほぼ一致させること
が可能となシ、その結果、燃料電池ｌ内の温度分布を均
一に保つことができる。
供給ガス人口部の温度を動作温度にほぼ一致させること
が可能となシ、その結果、燃料電池ｌ内の温度分布を均
一に保つことができる。
第３図は、！／表に掲げた条件で燃料電池を運転した時
のセル内の温度分布の説明図で、ｇｊ図（ａ）は条件ａ
に対応し、ｗｃＪ図（ｂ）は条件すにそれぞれ対応する
ものである。ちなみに、第３図中の数字の単位は℃であ
る。なお、＠／表で１条件ａは空気および燃料ガスの供
給温度目標値を冷却水の供給温度に一致させて運転した
時の条件であシ。
のセル内の温度分布の説明図で、ｇｊ図（ａ）は条件ａ
に対応し、ｗｃＪ図（ｂ）は条件すにそれぞれ対応する
ものである。ちなみに、第３図中の数字の単位は℃であ
る。なお、＠／表で１条件ａは空気および燃料ガスの供
給温度目標値を冷却水の供給温度に一致させて運転した
時の条件であシ。
条件すは、燃料電池の動作温度に近い供給温度目標値を
設定して運転したときの条件である。第３図から明らか
な如ぐ［□二条外車よシ条件すで運転した方が温度分布
は平坦であることがゎ２）為る。
設定して運転したときの条件である。第３図から明らか
な如ぐ［□二条外車よシ条件すで運転した方が温度分布
は平坦であることがゎ２）為る。
一方、第参図はセル内の温度差に対するセル電圧と動作
温度をプロットした特性図である。第参図から明らかな
如く、セル内の温度分布が均一に近い条件すの方が、動
作温度も高く、シかもセル電圧が高くなっている。この
ことから、温度分布が均一な方が発電効率が良いことが
わかる０上述した如く、空気および燃料ガスの供給温度
を燃料電池ｌの動作温度に近づくように制御することに
よって、セル内の温度分布を平坦化することができ、そ
の結果、燃料電池の効率を向上させることができる０ なお、上記実施例に於いては、温度検出器ｌを燃料電池
ｌのセル内に１個配置する場合を例示したが１本発明の
実施はこれに限定されるものではなく１例えば供給ガス
の温度目標値を演算するために、燃料電池内に複数の温
度検出器を設置して、これらの信号から必要な供給ガス
温度の目標値を演算する如き構成としても良い。
温度をプロットした特性図である。第参図から明らかな
如く、セル内の温度分布が均一に近い条件すの方が、動
作温度も高く、シかもセル電圧が高くなっている。この
ことから、温度分布が均一な方が発電効率が良いことが
わかる０上述した如く、空気および燃料ガスの供給温度
を燃料電池ｌの動作温度に近づくように制御することに
よって、セル内の温度分布を平坦化することができ、そ
の結果、燃料電池の効率を向上させることができる０ なお、上記実施例に於いては、温度検出器ｌを燃料電池
ｌのセル内に１個配置する場合を例示したが１本発明の
実施はこれに限定されるものではなく１例えば供給ガス
の温度目標値を演算するために、燃料電池内に複数の温
度検出器を設置して、これらの信号から必要な供給ガス
温度の目標値を演算する如き構成としても良い。
また、供給ガスの温度制御系についても、供給ガス流量
により供給ガス温度の加熱ならびに冷却の動特性が変化
する場合があるので、第５図のブロック図に示すように
、供給ガス流量を検出する流量検出器１ｇ、／９を設置
し、それらの出力である流量信号吃、ｌによって各供給
ガスの温度制御装置ｌコ、／Ｓの制御定数を修正できる
ようにしても良いＯ 発明の効果 以上述べた如く１本発明に係る温度制御装置によれば、
燃料電池に対する供給ガスの供給温度を燃料電池の動作
温度に近づけ“る工うに制御するので、大形のセル内に
於いてもその温度分布をほとんど均一に制御することが
できるため、電池の効率を向上させることができるばか
シでなく、電池の内部インピーダンスを低下させること
ができるので、電池内部の発熱を少くすることができる
〇更に、電池の特性が均一化されるので、電池の寿命が
長くなシ、従９て、郷価的に施設コストを低減させると
いう効果もある。一方、電池から取り出せる最大電流が
温度の低い鳩所の特性によって影蕃を受けることから、
セル内の温度を均一に制御することでこの最大電流をよ
シ大きくすることができる。
により供給ガス温度の加熱ならびに冷却の動特性が変化
する場合があるので、第５図のブロック図に示すように
、供給ガス流量を検出する流量検出器１ｇ、／９を設置
し、それらの出力である流量信号吃、ｌによって各供給
ガスの温度制御装置ｌコ、／Ｓの制御定数を修正できる
ようにしても良いＯ 発明の効果 以上述べた如く１本発明に係る温度制御装置によれば、
燃料電池に対する供給ガスの供給温度を燃料電池の動作
温度に近づけ“る工うに制御するので、大形のセル内に
於いてもその温度分布をほとんど均一に制御することが
できるため、電池の効率を向上させることができるばか
シでなく、電池の内部インピーダンスを低下させること
ができるので、電池内部の発熱を少くすることができる
〇更に、電池の特性が均一化されるので、電池の寿命が
長くなシ、従９て、郷価的に施設コストを低減させると
いう効果もある。一方、電池から取り出せる最大電流が
温度の低い鳩所の特性によって影蕃を受けることから、
セル内の温度を均一に制御することでこの最大電流をよ
シ大きくすることができる。
第１図は従来の燃料電池の温度制御装置の動作温度と負
荷電流の関係を示した特性図。 第２図は燃料電池発電システムの供給ガス温度制御系に
適用される本発明の一実施例に係る温度制御装置のブロ
ック図。 第３図（ａ）、 （ｂ）は燃料電池のセル内温度分布の
説明図。 第参図はセル内の温度差に対するセル電圧および動作温
度をプロットした特性図。 第５図は本発明の他の実施例に係る温度制御装置のブロ
ック図である。 ハ・・燃料電池、参・・・温度制御器、！・・・空気供
給温度検出器、７・・・温度検出器、ｔ・・・温度検出
器。 １０・・・信号発生器、ｌコ・・・空気供給温度制御装
置、 ／３・・・燃料ガス供給温度制御装置。 ←■ ■ ■ 帛３図（α） ↑ 馬４図 温度壬（Ｃ） 蚤杵α
荷電流の関係を示した特性図。 第２図は燃料電池発電システムの供給ガス温度制御系に
適用される本発明の一実施例に係る温度制御装置のブロ
ック図。 第３図（ａ）、 （ｂ）は燃料電池のセル内温度分布の
説明図。 第参図はセル内の温度差に対するセル電圧および動作温
度をプロットした特性図。 第５図は本発明の他の実施例に係る温度制御装置のブロ
ック図である。 ハ・・燃料電池、参・・・温度制御器、！・・・空気供
給温度検出器、７・・・温度検出器、ｔ・・・温度検出
器。 １０・・・信号発生器、ｌコ・・・空気供給温度制御装
置、 ／３・・・燃料ガス供給温度制御装置。 ←■ ■ ■ 帛３図（α） ↑ 馬４図 温度壬（Ｃ） 蚤杵α
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 口）酸化剤を含む第１のガスと燃料を含む第２のガスを
供給され電力を発生する燃料電池の動作温度を検知する
温度検知手段と、第１のガス及び第２のガスの燃料電池
に対する供給温度を調節する温度調節手段と、温度検知
手段の出力信号を目標値として温度調節手段を制御する
制御手段とから成ることを特徴とする温度制御装置。 （２）温度検知手段が燃料電池内の複数の部分の温度を
測定することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
の温度制御装置。 （３）制御手段が第１のガス及び嬉コのガスの少なくと
も一方の流量管検出する流量検出手段の出
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56211293A JPS58112262A (ja) | 1981-12-25 | 1981-12-25 | 燃料電池の温度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56211293A JPS58112262A (ja) | 1981-12-25 | 1981-12-25 | 燃料電池の温度制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58112262A true JPS58112262A (ja) | 1983-07-04 |
| JPH0324744B2 JPH0324744B2 (ja) | 1991-04-04 |
Family
ID=16603528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56211293A Granted JPS58112262A (ja) | 1981-12-25 | 1981-12-25 | 燃料電池の温度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58112262A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1981
- 1981-12-25 JP JP56211293A patent/JPS58112262A/ja active Granted
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