JPS5887770A - 燃料電池の極間差圧制御装置 - Google Patents
燃料電池の極間差圧制御装置Info
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- JPS5887770A JPS5887770A JP56184686A JP18468681A JPS5887770A JP S5887770 A JPS5887770 A JP S5887770A JP 56184686 A JP56184686 A JP 56184686A JP 18468681 A JP18468681 A JP 18468681A JP S5887770 A JPS5887770 A JP S5887770A
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- carbon dioxide
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04104—Regulation of differential pressures
-
- 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
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】
＋１１ 発明の技術分野
本発明は燃料電池の酸化剤極と燃料極との間の極間差圧
を制御する極間差圧制御装置に関する。
を制御する極間差圧制御装置に関する。
第１図は燃料電池の基本構造を示した斜視図である。／
Ｆｉ電解液マトリックスで、フェノール系＊維の不織布
または炭化けい素の微粒子からなる層にリン酸電解液を
保持させたものである。この電解液マトリックスｌを両
側からはさむ形で酸化剤極２−と燃料極２ｂとが配置さ
れている。このλつの電極は、カーボンペーパ等を基剤
とし、その電解液マトリックスｌと接する面には、プラ
チナ等の触媒が付着されておシ、裏面九は撥水処理を施
した構造となっている。
Ｆｉ電解液マトリックスで、フェノール系＊維の不織布
または炭化けい素の微粒子からなる層にリン酸電解液を
保持させたものである。この電解液マトリックスｌを両
側からはさむ形で酸化剤極２−と燃料極２ｂとが配置さ
れている。このλつの電極は、カーボンペーパ等を基剤
とし、その電解液マトリックスｌと接する面には、プラ
チナ等の触媒が付着されておシ、裏面九は撥水処理を施
した構造となっている。
この電解液マトリックスｌと酸化剤極コａｓ？よび燃料
極λｂとから構成されたものは、単電池とよばれ一体化
して製造されるのが普通である◇この単電池を積層して
燃料電池積層体を形成するために、カーボン板Ｊａ、Ｊ
ｂが単電池をはさみこむような形で配置されている。
極λｂとから構成されたものは、単電池とよばれ一体化
して製造されるのが普通である◇この単電池を積層して
燃料電池積層体を形成するために、カーボン板Ｊａ、Ｊ
ｂが単電池をはさみこむような形で配置されている。
このカーボン板Ｊａ、Ｊｂには、それぞれ酸化剤極コａ
、燃料極２ｂへそれぞれ酸化剤、燃料を供給するための
ガス流路参ｍ、＄ｂが形成されている。
、燃料極２ｂへそれぞれ酸化剤、燃料を供給するための
ガス流路参ｍ、＄ｂが形成されている。
燃料電池の電極反応は、燃料ガス（ｔたは酸化剤ガス）
と触媒および電解液の共存下での反応。
と触媒および電解液の共存下での反応。
すなわち気体、固体、液体の三相共存下における界面反
応である。すなわち正常な動作状態下では。
応である。すなわち正常な動作状態下では。
流路弘す中を流れる燃料流中の亀が燃料極２ｂの表面で
Ｈとなシ、これが電解液マトリックスｌ内を酸化剤極コ
ａへと移動し、酸化剤極コ１の表面で流路４ｃａ内を流
れる酸化剤流中の０２から生じたＯ″−と反応してＨ２
Ｏ（水）が生成される。
Ｈとなシ、これが電解液マトリックスｌ内を酸化剤極コ
ａへと移動し、酸化剤極コ１の表面で流路４ｃａ内を流
れる酸化剤流中の０２から生じたＯ″−と反応してＨ２
Ｏ（水）が生成される。
この際、外部回路を通して工Ｖクト冑ン（・”）が燃料
極コｂから酸化剤極コ１へと流れ直流電力が得られる。
極コｂから酸化剤極コ１へと流れ直流電力が得られる。
このような燃料電池の性能を最大限に引き出すためＫは
、三相界面の維持およびその制御が綿密に行なわれなけ
ればならず、したがって酸化剤極コ１と燃料極コｂとの
間の極間差圧の制御がきわめて重要な問題となる０ しかも、一般に単電池を構成している酸化剤極コ―や燃
料極コｂは、カーボンペーパ等の極めてもろく破損しや
すい材質でできており、又電極反応に際して三相界面を
維持し、制御する必要があるため酸化剤極λ鳳と燃料極
コｂとの間の極間差圧の制御は極めて慎重に行わなけれ
ばならない０また両極間の極間差圧が増大すると、燃料
あるいは酸化剤が他の流路へもれ出し、電極の表面で燃
焼して燃料や酸化剤を消費してしまうクロスオーｄが発
生する。このクロスオーバが激しくおこると電極自体が
燃焼してしまう可能性もあるので。
、三相界面の維持およびその制御が綿密に行なわれなけ
ればならず、したがって酸化剤極コ１と燃料極コｂとの
間の極間差圧の制御がきわめて重要な問題となる０ しかも、一般に単電池を構成している酸化剤極コ―や燃
料極コｂは、カーボンペーパ等の極めてもろく破損しや
すい材質でできており、又電極反応に際して三相界面を
維持し、制御する必要があるため酸化剤極λ鳳と燃料極
コｂとの間の極間差圧の制御は極めて慎重に行わなけれ
ばならない０また両極間の極間差圧が増大すると、燃料
あるいは酸化剤が他の流路へもれ出し、電極の表面で燃
焼して燃料や酸化剤を消費してしまうクロスオーｄが発
生する。このクロスオーバが激しくおこると電極自体が
燃焼してしまう可能性もあるので。
電池性能維持の観点からもクロスオーバの発生は極力防
止しなければならない０ 少量のクロスオーバであっても、電池反応に寄与しない
反応ガスが存在するわけであるからその分だけ燃料の利
用効率、酸化剤の利用効率が低下することになり、燃料
電池の総合効率も低下する。
止しなければならない０ 少量のクロスオーバであっても、電池反応に寄与しない
反応ガスが存在するわけであるからその分だけ燃料の利
用効率、酸化剤の利用効率が低下することになり、燃料
電池の総合効率も低下する。
したがうて燃料電池においては、このクロスオーバを極
力防止して燃料の利用効率、酸化剤の利用効率を高める
ことＫよシ、総合効率の向上を図ることが必要である。
力防止して燃料の利用効率、酸化剤の利用効率を高める
ことＫよシ、総合効率の向上を図ることが必要である。
（２）従来技術
第４図は従来の燃料電池の極間差圧の制御装置の概略を
示す構成図である。
示す構成図である。
収納容器ｊ内には、第１図で説明したような積層構造を
有する燃料電池が収納されてお夛％ＷＩＪりＫは不活性
ガスｔが充填されている。
有する燃料電池が収納されてお夛％ＷＩＪりＫは不活性
ガスｔが充填されている。
酸化剤極コロａへは酸化剤供給路デから酸化剤ガスが供
給され、排出路ＩＯへ排出される。
給され、排出路ＩＯへ排出される。
燃料流路弘すへは、燃料供給路／／から燃料ガスが供給
され、排出路／コへ排出される。
され、排出路／コへ排出される。
収納容器ｊ内の不活性ガスｒは不活性ガス供給流路／７
から供給されており１通常アルゴン中チッ素等の不活性
ガスが使用されている。
から供給されており１通常アルゴン中チッ素等の不活性
ガスが使用されている。
酸化剤流路亭ａ内を流れる酸化剤ガスの圧力は、不活性
ガスｌの圧力を基準として差圧制御器／３によ量測定さ
れる〇 同様に燃料流路Ｕｂ内の圧力も不活性ガスｒを基準とし
て差圧制御器ｌｌによ量測定される。差圧制御器／Ｊ、
／＆は、あらかじめ設定された圧力差となるようにそれ
ぞれ排出路１０．／コ中に設けられた圧力調整弁／３．
／４を制御している。
ガスｌの圧力を基準として差圧制御器／３によ量測定さ
れる〇 同様に燃料流路Ｕｂ内の圧力も不活性ガスｒを基準とし
て差圧制御器ｌｌによ量測定される。差圧制御器／Ｊ、
／＆は、あらかじめ設定された圧力差となるようにそれ
ぞれ排出路１０．／コ中に設けられた圧力調整弁／３．
／４を制御している。
（３） 従来技術の問題点
このような従来の極間差圧制御装置では、クロスオーバ
をできるだけなくすように、状況に応じて差圧制御器／
Ｊ、／４！の設定値を変更できるような回路は設けられ
ていないので、燃料電池の特性変化に応じて常に最適な
圧力制御を維持することはできない。
をできるだけなくすように、状況に応じて差圧制御器／
Ｊ、／４！の設定値を変更できるような回路は設けられ
ていないので、燃料電池の特性変化に応じて常に最適な
圧力制御を維持することはできない。
燃料電池の圧力制御の基本は、前述したように三相界面
の維持、制御をいかに精度よく行う力・ということにつ
きるが、マクロ的にみれば１、燃料ガスあるいは酸化剤
ガスが電極や電解液１トリツクス中を突き抜けて他の流
路へもれ出すのを防ぐことＫある。電極や電解液マトリ
ックスには粘性抵抗があるため、極間差圧がわずかに変
動してもすぐにはクロスオーバとして影響してこない。
の維持、制御をいかに精度よく行う力・ということにつ
きるが、マクロ的にみれば１、燃料ガスあるいは酸化剤
ガスが電極や電解液１トリツクス中を突き抜けて他の流
路へもれ出すのを防ぐことＫある。電極や電解液マトリ
ックスには粘性抵抗があるため、極間差圧がわずかに変
動してもすぐにはクロスオーバとして影響してこない。
しかし、粘性抵抗は温度によって大きく変化し、更に長
時間の運転により電解液マトリックス中の電解液の濃度
が変化して粘性抵抗の値が時間とと４に変わる可能性も
あ）、燃料電池圧力の最適制御を行なうためには、これ
らの変化に対応できるように極間差圧を制御する必要が
ある。
時間の運転により電解液マトリックス中の電解液の濃度
が変化して粘性抵抗の値が時間とと４に変わる可能性も
あ）、燃料電池圧力の最適制御を行なうためには、これ
らの変化に対応できるように極間差圧を制御する必要が
ある。
（４）発明の目的
本発明の目的は、燃料電池におけるクロスオーバを極少
化するのに有効な燃料電池の極間差圧制御装置を提供す
るにある〇 （５）発明の構成 本発明においては、上記目的を達成するために排出流路
内の二酸化炭素濃度を検出して、この検出値に応じて極
間差圧を制御するようＫしている〇（６） 発明の実
施例 以下、本発明の実施例を第３図に基づいて詳頗に説明す
る。なお第３図中第４図に示した部分と同一部分は、同
一符号を付して示した。第３図は。
化するのに有効な燃料電池の極間差圧制御装置を提供す
るにある〇 （５）発明の構成 本発明においては、上記目的を達成するために排出流路
内の二酸化炭素濃度を検出して、この検出値に応じて極
間差圧を制御するようＫしている〇（６） 発明の実
施例 以下、本発明の実施例を第３図に基づいて詳頗に説明す
る。なお第３図中第４図に示した部分と同一部分は、同
一符号を付して示した。第３図は。
本発明の実施例を示す燃料電池の極間差圧制御装置の構
成図である。ｗｃ２図に示した従来の装置に二酸化炭素
濃度計／ｌとその二酸化炭素濃度計／ｇからの信号を処
理して差圧制御器ｌμ内の差圧設定値を変更させる信号
に変換する変換器１９とを付加している。
成図である。ｗｃ２図に示した従来の装置に二酸化炭素
濃度計／ｌとその二酸化炭素濃度計／ｇからの信号を処
理して差圧制御器ｌμ内の差圧設定値を変更させる信号
に変換する変換器１９とを付加している。
次に第３図に示す実施例の動作について説明する。通常
の動作状態においては化学反応は、電解液ｆｆ）ＩＪッ
クスｌと酸化剤極コａとの界面および電解液マトリック
スｌと燃料極コｂとの界面でおこるため、燃料流路Ｕｂ
から電解液マトリックスｌを通して酸化剤排出路１０中
に二酸化炭素が放出されることはない。
の動作状態においては化学反応は、電解液ｆｆ）ＩＪッ
クスｌと酸化剤極コａとの界面および電解液マトリック
スｌと燃料極コｂとの界面でおこるため、燃料流路Ｕｂ
から電解液マトリックスｌを通して酸化剤排出路１０中
に二酸化炭素が放出されることはない。
しかし前述したように、電極間差圧が増大してクロスオ
ーバがおこった場合には、酸化剤極コ蟲または燃料極コ
ｂ上で燃焼反応がおこり、触媒活性を低下させる。
ーバがおこった場合には、酸化剤極コ蟲または燃料極コ
ｂ上で燃焼反応がおこり、触媒活性を低下させる。
また、このような燃焼反応がおこると酸化剤極コ蟲また
は燃料極コｂ内のカーボンが燃焼するので、この結果二
酸化炭素が発生し酸化剤流路ａ＠または燃料流路弘す中
に放出される。
は燃料極コｂ内のカーボンが燃焼するので、この結果二
酸化炭素が発生し酸化剤流路ａ＠または燃料流路弘す中
に放出される。
すると二酸化炭素濃度計／ｌがこの流路内の二酸化炭素
の量を検出し、変換器１９を介して差圧制御器１４Ａ内
の差圧設定値を変更させるように動作する。
の量を検出し、変換器１９を介して差圧制御器１４Ａ内
の差圧設定値を変更させるように動作する。
このようにして燃、斜流路内の燃料ガスと収納容器ｊ内
の不活性ガスｒとの差圧が変化すれば酸化剤極コ１を燃
料極２ｂとの間の極間差圧は、それに伴って変化するこ
とになる。
の不活性ガスｒとの差圧が変化すれば酸化剤極コ１を燃
料極２ｂとの間の極間差圧は、それに伴って変化するこ
とになる。
二酸化炭素濃度計／Ｉの検出値が大きい場合には。
駿化剤極コ烏と燃料極２ｂとの極間差圧を小さくして、
クロスオーバを減少させるように変換器ｌデを動作させ
なければならない。
クロスオーバを減少させるように変換器ｌデを動作させ
なければならない。
なお、燃料極の圧力の方が酸化剤極の圧力よシも大きく
なっている場合にはり四スオーパによる燃焼反応は酸化
剤極−１の表面゛で発生し、逆の場合には燃料極コｂの
表面で発生する＠ したがって、二酸化炭素濃度計／Ｉはいずれの電極上で
クロスオーバが発生しても、二酸化炭素濃度を検出でき
るように配置しであることが望ましいＯ また変換器ｌテを介して極間差圧を制御する場合に第３
図に示した実施例では、差圧制御器ｉａ内の設定値を変
更することＫよって行なっているが。
なっている場合にはり四スオーパによる燃焼反応は酸化
剤極−１の表面゛で発生し、逆の場合には燃料極コｂの
表面で発生する＠ したがって、二酸化炭素濃度計／Ｉはいずれの電極上で
クロスオーバが発生しても、二酸化炭素濃度を検出でき
るように配置しであることが望ましいＯ また変換器ｌテを介して極間差圧を制御する場合に第３
図に示した実施例では、差圧制御器ｉａ内の設定値を変
更することＫよって行なっているが。
酸化剤極側に設けられた差圧制御器１３内の設定値を制
御することによっても同様の目的を達成することができ
る。
御することによっても同様の目的を達成することができ
る。
なお、第３図の実施例においては、二酸化炭素濃度計／
Ｉは排出路１０内の二酸化炭素濃度を検出するように配
置されているが、これはクロスオーバが燃料極コｂから
酸化剤極コ畠の方向に発生した場合を想定しているから
である。
Ｉは排出路１０内の二酸化炭素濃度を検出するように配
置されているが、これはクロスオーバが燃料極コｂから
酸化剤極コ畠の方向に発生した場合を想定しているから
である。
（７１発明の詳細
な説明したように本発明はクロスオーバが発生して酸化
剤極または燃料極上で燃焼反応がおこった場合に電極を
構成しているカーボンが燃焼し。
剤極または燃料極上で燃焼反応がおこった場合に電極を
構成しているカーボンが燃焼し。
その結果二酸化炭素が発生して排出路中に放出されるこ
とによって１１Ｆ出路中の二酸化炭素濃度に変化が生じ
る点、また燃料流中の二酸化炭素がクロスオーバによっ
て酸化剤流に流入し、酸化剤排出流ｌＯ中の二酸化炭素
濃度を変化させる虚勢に着眼し、この排出路中の二酸化
炭素濃度を検出して醸化開極と燃料極との間の極間差圧
を制御する工うＫしたので、燃料電池内でのクロスオー
バを極少化できるという優れた効果がある。
とによって１１Ｆ出路中の二酸化炭素濃度に変化が生じ
る点、また燃料流中の二酸化炭素がクロスオーバによっ
て酸化剤流に流入し、酸化剤排出流ｌＯ中の二酸化炭素
濃度を変化させる虚勢に着眼し、この排出路中の二酸化
炭素濃度を検出して醸化開極と燃料極との間の極間差圧
を制御する工うＫしたので、燃料電池内でのクロスオー
バを極少化できるという優れた効果がある。
またクロスオーバによる局部加熱が起シＫ（くなるので
、燃料電池の寿命を長くする効果が大である。
、燃料電池の寿命を長くする効果が大である。
さらに、クロスオーバの発生に伴う燃料および酸化剤の
むだな消費がなくなるため効率が向上するという利点も
ある。
むだな消費がなくなるため効率が向上するという利点も
ある。
第１図は燃料電池の概略構成を示す斜視図１ｗＥコ図は
従来の燃料電池の極間差圧制御装置の構成図、＠Ｊ図は
本発明の実施例を示す構成図であをｌ・・・電解液１ト
リツクス、λ１・・・酸化剤極。 コｂ・・・燃料極、弘［・・酸化剤流路、ｐｂ・・・燃
料流路、ｊ・・・収納容器、ｒ・・・不活性ガス、？・
・・酸化剤供給路、ｉｏ・・・酸化剤排出路、／／・・
・燃料供ＭＪ１．／コ力制御弁、 ／ｌ・・・二酸化炭
素濃度計、 ｉｔ・・・変換器。 出願人代理人 猪 股 清 第１図 第２図
従来の燃料電池の極間差圧制御装置の構成図、＠Ｊ図は
本発明の実施例を示す構成図であをｌ・・・電解液１ト
リツクス、λ１・・・酸化剤極。 コｂ・・・燃料極、弘［・・酸化剤流路、ｐｂ・・・燃
料流路、ｊ・・・収納容器、ｒ・・・不活性ガス、？・
・・酸化剤供給路、ｉｏ・・・酸化剤排出路、／／・・
・燃料供ＭＪ１．／コ力制御弁、 ／ｌ・・・二酸化炭
素濃度計、 ｉｔ・・・変換器。 出願人代理人 猪 股 清 第１図 第２図
Claims (2)
- （１）酸化剤極と燃料極との間の極間差圧を制御する燃
料電池の極間差圧制御装置において、燃料または／およ
び酸化剤の排出流路内の二酸化炭素濃度に応じて前記極
間差圧を制御する差圧制御手段を具備したことを特徴と
する燃料電池の差圧制御装置。 - （２）前記差圧制御手段は、前記排出流路内の二酸化炭
素濃度を検出する二酸化炭素濃度計と、燃料流路と前記
燃料電池の収納容器内との間の差圧を制御する制御器と
、前記二酸化炭素濃度計の検出信号に応答して、前記制
御器を駆動する蜜換器とがら構成されることを特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項記載の燃料電池の極間差圧
制御装置０（３）前記差圧制御手段は、前記排出流路内
の二酸化炭素濃度を検出する二酸化炭素濃度計と酸化剤
流路と前記燃料電池の収納容器内との間の差圧を制御す
る制御器と、前記二酸化炭素濃度計の検出信号に応答し
て前記制御器を駆動する変換器と力・ら構成されること
を特徴とする特許請求の範囲第（０項記載の燃料電池の
極間差圧制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56184686A JPS5887770A (ja) | 1981-11-18 | 1981-11-18 | 燃料電池の極間差圧制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56184686A JPS5887770A (ja) | 1981-11-18 | 1981-11-18 | 燃料電池の極間差圧制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5887770A true JPS5887770A (ja) | 1983-05-25 |
| JPH0326507B2 JPH0326507B2 (ja) | 1991-04-11 |
Family
ID=16157591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56184686A Granted JPS5887770A (ja) | 1981-11-18 | 1981-11-18 | 燃料電池の極間差圧制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5887770A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5939218A (en) * | 1994-11-11 | 1999-08-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Polyelectrolytic fuel cell and the method of controlling the operation thereof |
| JP2006269337A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2007113764A (ja) * | 2005-10-24 | 2007-05-10 | Aisin Seiki Co Ltd | ダイヤフラム式制御弁 |
| US7788048B2 (en) * | 2003-04-24 | 2010-08-31 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Apparatus and method for integrating a fuel supply and a fuel level sensing pressure sensor |
-
1981
- 1981-11-18 JP JP56184686A patent/JPS5887770A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5939218A (en) * | 1994-11-11 | 1999-08-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Polyelectrolytic fuel cell and the method of controlling the operation thereof |
| US7788048B2 (en) * | 2003-04-24 | 2010-08-31 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Apparatus and method for integrating a fuel supply and a fuel level sensing pressure sensor |
| JP2006269337A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2007113764A (ja) * | 2005-10-24 | 2007-05-10 | Aisin Seiki Co Ltd | ダイヤフラム式制御弁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0326507B2 (ja) | 1991-04-11 |
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