JPS58166670A - 燃料電池の圧力制御方法 - Google Patents
燃料電池の圧力制御方法Info
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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】
重置Wj4は、燃料電池Oa@制御方機方法)、臀に、
電池内の燃料及び鹸化Mllス圧力O変動を抑制するの
に好適な燃料電電O這転制御方法に関する。
電池内の燃料及び鹸化Mllス圧力O変動を抑制するの
に好適な燃料電電O這転制御方法に関する。
燃料電池を運転するには、電゛池への燃料や酸化用メス
の供給量、圧力等會盾意値に餉御す為ことが必豊でTo
)、具体的な方法に関しては、負荷電#IK応じて燃料
電池への空気供給量及び再循濃量を制御す為J機(41
1脅喝4・−41纂1号)、改質器への燃料供給量を電
池電流と改質器温度で劃−する方法(特公昭50−15
050号)および改質器の圧力を電池の圧力より高く保
持する方法(%開昭63−81923−1’!J)等が
提案漬れている。これらの−御方法は、主に電池負荷が
変化した場合の流量1lIIII11法で、多くの利点
を有しているが、電池の燃料や鹸化用ガスの圧力制御の
面では不十分である。例えば、水素、酸素型燃料電池に
おいて負荷が増加した場合、水素の消費量、酸素の消費
量、水蒸気の発生量などで圧力が変動するにもかかわら
ず、これらのことは前記した制御方法では考慮されてい
ない。
の供給量、圧力等會盾意値に餉御す為ことが必豊でTo
)、具体的な方法に関しては、負荷電#IK応じて燃料
電池への空気供給量及び再循濃量を制御す為J機(41
1脅喝4・−41纂1号)、改質器への燃料供給量を電
池電流と改質器温度で劃−する方法(特公昭50−15
050号)および改質器の圧力を電池の圧力より高く保
持する方法(%開昭63−81923−1’!J)等が
提案漬れている。これらの−御方法は、主に電池負荷が
変化した場合の流量1lIIII11法で、多くの利点
を有しているが、電池の燃料や鹸化用ガスの圧力制御の
面では不十分である。例えば、水素、酸素型燃料電池に
おいて負荷が増加した場合、水素の消費量、酸素の消費
量、水蒸気の発生量などで圧力が変動するにもかかわら
ず、これらのことは前記した制御方法では考慮されてい
ない。
本発明の目的は、負荷変動時における燃料電池内−の燃
料及び酸化用ガス圧力の変動を抑制できる燃料電池の運
転制御方法を提供することにある。
料及び酸化用ガス圧力の変動を抑制できる燃料電池の運
転制御方法を提供することにある。
本発明では、電池内のガス圧力を一定にするために、電
池に供給されるガス量と、電池で消費または発生するガ
ス量に基づいて、電池よりの流出ガス量を決定させる。
池に供給されるガス量と、電池で消費または発生するガ
ス量に基づいて、電池よりの流出ガス量を決定させる。
時に、負荷変動時には、燃料儒と酸化用ガス側の圧力挙
動の違いから、差圧が増加しようとするが、電気化学反
応に基づくガスの消費量1発生量を考慮することで、差
圧増加を防止名せている。
動の違いから、差圧が増加しようとするが、電気化学反
応に基づくガスの消費量1発生量を考慮することで、差
圧増加を防止名せている。
以下、本発明の一真麿1iIit縞1図に19説明する
。111図は、燃料電池1G、燃料電池10に接続され
る酸化用ガス供給系20.燃料供給系易01酸化用ガス
流出系40および燃料fi山系zO,さらに負荷60か
ら構成される燃料電池システムに本発明によるガス圧先
行lll1卿輌置70?j用した例である。
。111図は、燃料電池1G、燃料電池10に接続され
る酸化用ガス供給系20.燃料供給系易01酸化用ガス
流出系40および燃料fi山系zO,さらに負荷60か
ら構成される燃料電池システムに本発明によるガス圧先
行lll1卿輌置70?j用した例である。
空気などの酸化用ガス2・は、流量針21、−節弁23
’t41L、て酸化ガス供給系20に設けられたIti
utn装置221介して燃料電池10のカソードmll
に供給される。燃料36は、流量針31、調節弁ss’
i(有して燃料供給系30に設けられた流量制#装置3
2會介しそ燃料電池10のアノードm12に供給される
。酸化用ガス26および燃料36の供給を受けた燃料電
池10rj、電憔13,14及び電解質15での電気化
学反応に19電圧を@生じ、外部負荷60に電力を供給
す為。電#!は、崗路・lおよび62によって外部負荷
6Gに導かれる。カソード麿11のガスは、圧力針41
、調節弁431−4Iして酸化用ガス流出系40に設け
られ九圧力制#装@42’fl;介して外部Km#Bt
Js、アノード*12のガスは、圧力針Ill、Ii4
節弁83會有して燃料流出系50に設けられ友圧力制御
装置62を介して外部に流出する。
’t41L、て酸化ガス供給系20に設けられたIti
utn装置221介して燃料電池10のカソードmll
に供給される。燃料36は、流量針31、調節弁ss’
i(有して燃料供給系30に設けられた流量制#装置3
2會介しそ燃料電池10のアノードm12に供給される
。酸化用ガス26および燃料36の供給を受けた燃料電
池10rj、電憔13,14及び電解質15での電気化
学反応に19電圧を@生じ、外部負荷60に電力を供給
す為。電#!は、崗路・lおよび62によって外部負荷
6Gに導かれる。カソード麿11のガスは、圧力針41
、調節弁431−4Iして酸化用ガス流出系40に設け
られ九圧力制#装@42’fl;介して外部Km#Bt
Js、アノード*12のガスは、圧力針Ill、Ii4
節弁83會有して燃料流出系50に設けられ友圧力制御
装置62を介して外部に流出する。
流量制御装置22,5IIZ)流量設定値は、別の制御
偏置801)卑見られる。この制#装置は、例えば負荷
電流に比例した流量設定信号を発生する負荷追従制御装
置である。圧力制御装置4g。
偏置801)卑見られる。この制#装置は、例えば負荷
電流に比例した流量設定信号を発生する負荷追従制御装
置である。圧力制御装置4g。
器2は、圧力針41,51の圧力が一定となるようにガ
スIN!出量を関節する他、負荷変動時のような過渡時
には、lス圧先行制御装置70よ)卑見られる償漫でガ
ス流員量1g節する。ガス圧先行制御装置10には、燃
料電池10へのガス供給量に基づく信号114.84及
び負荷に比例した信号−4が入力されみ、制御装置70
は、所定の演算を行t ti’、その緒釆を回路44,
541介して調節計41 s!に伝える。
スIN!出量を関節する他、負荷変動時のような過渡時
には、lス圧先行制御装置70よ)卑見られる償漫でガ
ス流員量1g節する。ガス圧先行制御装置10には、燃
料電池10へのガス供給量に基づく信号114.84及
び負荷に比例した信号−4が入力されみ、制御装置70
は、所定の演算を行t ti’、その緒釆を回路44,
541介して調節計41 s!に伝える。
ガス正矢行制御装置704DllRIltjlz閣を用
い1#4稠t;b、 1IN2WIJc’l l 、
73m、、 78 、741!演算器である。負荷60
かbIi&煽瘍れ要電流信号−4は、演算器71及び7
8に入力堪れ為、演算4171及び7意は、アノード麿
1s及びカソード麿11でのガス消費量中発生量を計算
す為、アノードml翼及びカソード麿11での反応は、
燃料電池Oss′t″異なhため、本拠麿例では、電解
質にりン駿を用いるものと#ll5Ik塩を用−るもo
t例Km例する(以下、りン駿臘、嬉−塩層と略す)。
い1#4稠t;b、 1IN2WIJc’l l 、
73m、、 78 、741!演算器である。負荷60
かbIi&煽瘍れ要電流信号−4は、演算器71及び7
8に入力堪れ為、演算4171及び7意は、アノード麿
1s及びカソード麿11でのガス消費量中発生量を計算
す為、アノードml翼及びカソード麿11での反応は、
燃料電池Oss′t″異なhため、本拠麿例では、電解
質にりン駿を用いるものと#ll5Ik塩を用−るもo
t例Km例する(以下、りン駿臘、嬉−塩層と略す)。
各燃料電池内の反応式はlIcのとお〕でh為。
リン酸層燃料電池
(アノード) H諺→冨H0十8・−(カフ )’
) 0*+llH”十!@−4HmO溶融塩j1
m1%電池 (アノード) Hm+CO5−”*H10+CO*
+2@−(*7 )”) COm+”Os+!@
−+COa”ガスの消費およびl&生が同時に進行する
ので、上上記の反応は下記のように織機で自る。
) 0*+llH”十!@−4HmO溶融塩j1
m1%電池 (アノード) Hm+CO5−”*H10+CO*
+2@−(*7 )”) COm+”Os+!@
−+COa”ガスの消費およびl&生が同時に進行する
ので、上上記の反応は下記のように織機で自る。
リン酸層燃料電池
アノード3i[12では、水素が1モル消費される。
が発生する。
#融塩臘燃料電池
アノードm12では、水素が1モル消費されて水蒸気と
炭酸ガスが各1モル発生するので、差引き1モルのカス
が発生する。カソード′1M11では、消費される。
炭酸ガスが各1モル発生するので、差引き1モルのカス
が発生する。カソード′1M11では、消費される。
すなわち、燃料電池lOよシの電fitI(A)とする
と次式の量だけガスが消費あるいは発生する(ファフデ
一定$t96500C/mot %禰正係数f:にとす
る)。
と次式の量だけガスが消費あるいは発生する(ファフデ
一定$t96500C/mot %禰正係数f:にとす
る)。
リン酸臘燃料電池
アノード富
カノード雇
浴−塩誠燃料電池
1ノード富
カソード嵐
リンl12淑燃料電池では(1)、はン武、−−虐履燃
料電醜では(3J、(47武に基づく信号が、囲路75
゜7・を介して演算−73,74にそれぞれ入力される
。演算器73.74には、流量針21.3119の4J
1号24.34が入力されてお〉、ここで次式の演算が
行われる。
料電醜では(3J、(47武に基づく信号が、囲路75
゜7・を介して演算−73,74にそれぞれ入力される
。演算器73.74には、流量針21.3119の4J
1号24.34が入力されてお〉、ここで次式の演算が
行われる。
リン酸蓋燃料電池
偏’1j24.34に基づ〈流量tそnぞれPOl。
PHI (moj/8)とする。
アノード童
PH2=FH1十F’P。
カソード雇
F’02=FO1+]’P。
11M塩麿燃料電池
信号24.34に基づく眞atそれぞれ103゜Pt(
3とする。
3とする。
7ノード富
PH4=FH3士)’M。
カソード富
1’04=POa+FM。
リン!I鍼燃料電池ではt5L (6)式、fa融塩型
燃料電池ではT7)、 f8)式に基:づく信号が回路
54.44に出力される。この信号が、圧力制御装置5
2及び42に伝えられ、流出ガスの流電が#14mされ
る。
燃料電池ではT7)、 f8)式に基:づく信号が回路
54.44に出力される。この信号が、圧力制御装置5
2及び42に伝えられ、流出ガスの流電が#14mされ
る。
次に、従来の制御方法と本発明の制御方法における燃料
電池内のカス圧力の制御譬性會第861(A)、(B)
および(C) t7@I/にて説−する。
電池内のカス圧力の制御譬性會第861(A)、(B)
および(C) t7@I/にて説−する。
第3図において、破線が従来例、実線が重置−における
111i11#特性である。燃料電池はリン峨臘燃料電
池とし、負荷電流はステップ状に増加させた。
111i11#特性である。燃料電池はリン峨臘燃料電
池とし、負荷電流はステップ状に増加させた。
負荷電流を増加させると、カソード雇11では、(2)
式のようにガスが発生するために一時的に圧力が上昇す
る。従来ガでは、この圧力を低下させるためにガスOI
t出量を増やす操作がなされる。しかし、負荷電流の増
加に伴ってカソード富11へのガス26の供給量が増加
されるため、圧力の回復は遅れ、謔3図(A)K示す如
<Palのような特性となる。1ノード富18では、(
1)式のように燃料ガス36が消費されるために一時的
に圧力が低下する。このためアノード富12からのガス
流出量を減少させる操作がなされゐ。その後、アノード
m12への燃料カス36の供給量が増加されるために圧
力は上昇する。しかし、アノード嵐12からのガスの流
出量を減少させているために、1ノード!1i112内
(2)圧力rjPh l (jl[l (B))のよう
にオーバーシュートする。
式のようにガスが発生するために一時的に圧力が上昇す
る。従来ガでは、この圧力を低下させるためにガスOI
t出量を増やす操作がなされる。しかし、負荷電流の増
加に伴ってカソード富11へのガス26の供給量が増加
されるため、圧力の回復は遅れ、謔3図(A)K示す如
<Palのような特性となる。1ノード富18では、(
1)式のように燃料ガス36が消費されるために一時的
に圧力が低下する。このためアノード富12からのガス
流出量を減少させる操作がなされゐ。その後、アノード
m12への燃料カス36の供給量が増加されるために圧
力は上昇する。しかし、アノード嵐12からのガスの流
出量を減少させているために、1ノード!1i112内
(2)圧力rjPh l (jl[l (B))のよう
にオーバーシュートする。
一方、本発明では、カソード雇11におけるガス発生お
よびガス供給量の増加を先行的に圧力制御装置42に伝
適し、またアノードm12におけるガス消費およびガス
供給量の増加を先行的に圧力1lI11卿装置S2に伝
達する。このため、圧力制御装置41.5212)応答
が早くな9、第3図(A)および(B)OPa2.Ph
2の特性を得ることかで11為。特性Pa2およびPh
2の振動は、主に一節弁+a、Saの動作遅れによるも
のである。
よびガス供給量の増加を先行的に圧力制御装置42に伝
適し、またアノードm12におけるガス消費およびガス
供給量の増加を先行的に圧力1lI11卿装置S2に伝
達する。このため、圧力制御装置41.5212)応答
が早くな9、第3図(A)および(B)OPa2.Ph
2の特性を得ることかで11為。特性Pa2およびPh
2の振動は、主に一節弁+a、Saの動作遅れによるも
のである。
この緒来、燃料電池のカソード富11とアノード富12
間の差圧は、籐3図(C)に示すように従来制御系の特
性DPIより小さなりP2となる。
間の差圧は、籐3図(C)に示すように従来制御系の特
性DPIより小さなりP2となる。
本発明ては、燃料電池へのガス供給量、および燃料電池
内での電気化学反応によるカス消費蓋および発生量に基
づいて圧力tviA*する九め、燃料電池の負荷が変動
した場合の圧力及び差圧変動を小さくすることができる
。なお、負荷追従制御装置180に、外部負荷70の電
流信号63を入力し、それに基づいて調節弁23.33
の開度を−節する、すなわち、負荷に応じて燃料電11
11i110に供給する燃料ガスと酸化用ガスの流量を
一陣する。
内での電気化学反応によるカス消費蓋および発生量に基
づいて圧力tviA*する九め、燃料電池の負荷が変動
した場合の圧力及び差圧変動を小さくすることができる
。なお、負荷追従制御装置180に、外部負荷70の電
流信号63を入力し、それに基づいて調節弁23.33
の開度を−節する、すなわち、負荷に応じて燃料電11
11i110に供給する燃料ガスと酸化用ガスの流量を
一陣する。
以上におiで、本発明をその4I定の実施f@にクーて
g明したが、本発明rt説例し九実施例に限定されゐ−
のでなく、本発明の範囲内で種々の応用が可能である。
g明したが、本発明rt説例し九実施例に限定されゐ−
のでなく、本発明の範囲内で種々の応用が可能である。
例えば、第1図におiて、制#器70への入力信号を負
荷電流、流量計!1.31よりの信号としているが、負
荷電流の代nKIIL力で4JiLく、また、燃料電池
へのカス供給量を負荷に広じて一豊すること工)、流量
針21.31よ襲の信号の代りに負荷電流あるいは電力
よ参ガス供給量tX出することも可能である。この場合
、流量制御系22.32の特性1m擬させてカス供給量
を算出洛せることによって、制御性が向上する。さらに
、811図において、圧力制#装置42,52の信号で
制御弁しs、satmmさせているが、流量−#装置を
付カロしてカスケードgem方式とすることも考えられ
る。この場合、制御系10の出力44゜54は流量制御
ll偵−の設定値**儂号となる。また、第1図におい
て、カノード嵐、アノード虚の圧力を独立させて制御し
ているが、一方の制#装vItt!I!圧制御装置とす
ることも考えられる。例えば、1ノード皇12の圧力制
御鋏1152の圧力針!!it、アノード富12とカソ
ード″mllとの間の差圧針とし、この差圧が所定値以
下となるようにアノード3i112の流出ガスを11!
1する方法である。この場合においても、本発明を適用
することで差圧を小さく制御することができる。
荷電流、流量計!1.31よりの信号としているが、負
荷電流の代nKIIL力で4JiLく、また、燃料電池
へのカス供給量を負荷に広じて一豊すること工)、流量
針21.31よ襲の信号の代りに負荷電流あるいは電力
よ参ガス供給量tX出することも可能である。この場合
、流量制御系22.32の特性1m擬させてカス供給量
を算出洛せることによって、制御性が向上する。さらに
、811図において、圧力制#装置42,52の信号で
制御弁しs、satmmさせているが、流量−#装置を
付カロしてカスケードgem方式とすることも考えられ
る。この場合、制御系10の出力44゜54は流量制御
ll偵−の設定値**儂号となる。また、第1図におい
て、カノード嵐、アノード虚の圧力を独立させて制御し
ているが、一方の制#装vItt!I!圧制御装置とす
ることも考えられる。例えば、1ノード皇12の圧力制
御鋏1152の圧力針!!it、アノード富12とカソ
ード″mllとの間の差圧針とし、この差圧が所定値以
下となるようにアノード3i112の流出ガスを11!
1する方法である。この場合においても、本発明を適用
することで差圧を小さく制御することができる。
本発明によれば、負荷変動時における燃料電池内の圧力
変動を看しく抑制でき、しかもアノード側とカソード儒
との差圧の増加を防止できる。
変動を看しく抑制でき、しかもアノード側とカソード儒
との差圧の増加を防止できる。
第1図は本@明を適用した燃料電池システムの好適な一
実施例の系統図、第2図は11111図に示すカス正矢
行制御装置のブロック図、第3図は本発明の効sea明
するためのもので、第3図(A)は酸化用ガスの圧力変
化を示す特性図、第3図(B)は燃料ガス圧力の変化を
示す特性図、1@3図(C)rtカノード富とアノード
富との間の差圧の変化を示す特性図である。
実施例の系統図、第2図は11111図に示すカス正矢
行制御装置のブロック図、第3図は本発明の効sea明
するためのもので、第3図(A)は酸化用ガスの圧力変
化を示す特性図、第3図(B)は燃料ガス圧力の変化を
示す特性図、1@3図(C)rtカノード富とアノード
富との間の差圧の変化を示す特性図である。
Claims (1)
- 1、燃料および酸化iスが供艙堪れh燃料電池O圧力制
御方tcK&いて、前記燃料および酸化βスO供鍮量お
よび前記燃料電ll1kO気荷を機出し、これらのm科
および酸化ガヌO供艙量および負債に基づいてll1I
記燃料電池から滝幽す為燃料および酸化ガスO量會制御
す為ことteaとする燃料電池の圧力制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57049510A JPS58166670A (ja) | 1982-03-27 | 1982-03-27 | 燃料電池の圧力制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57049510A JPS58166670A (ja) | 1982-03-27 | 1982-03-27 | 燃料電池の圧力制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58166670A true JPS58166670A (ja) | 1983-10-01 |
JPS6260789B2 JPS6260789B2 (ja) | 1987-12-17 |
Family
ID=12833125
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57049510A Granted JPS58166670A (ja) | 1982-03-27 | 1982-03-27 | 燃料電池の圧力制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58166670A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US7285345B2 (en) | 2003-02-20 | 2007-10-23 | Nissan Motor Co., Ltd. | Ventilation of fuel cell power plant |
-
1982
- 1982-03-27 JP JP57049510A patent/JPS58166670A/ja active Granted
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US7618730B2 (en) | 2001-04-20 | 2009-11-17 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Fuel cell system and method for regulating pressure in fuel cell systems |
JP2004055192A (ja) * | 2002-07-17 | 2004-02-19 | Mitsubishi Materials Corp | 固体電解質型燃料電池の運転方法及び運転システム |
JP4678115B2 (ja) * | 2002-07-17 | 2011-04-27 | 三菱マテリアル株式会社 | 固体電解質型燃料電池の運転方法及び運転システム |
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JP2007257956A (ja) * | 2006-03-22 | 2007-10-04 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPS6260789B2 (ja) | 1987-12-17 |
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