JPS62252075A - 空冷式燃料電池の温度制御装置 - Google Patents
空冷式燃料電池の温度制御装置Info
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- JPS62252075A JPS62252075A JP61096282A JP9628286A JPS62252075A JP S62252075 A JPS62252075 A JP S62252075A JP 61096282 A JP61096282 A JP 61096282A JP 9628286 A JP9628286 A JP 9628286A JP S62252075 A JPS62252075 A JP S62252075A
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- H—ELECTRICITY
- 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
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
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- 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】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は電池の空気室に、電極反応に要する空気より多
い過剰な空気を供給して、電池の反応と冷却を同時に行
う空冷式燃料電池に係り、特に空気の供給量を調整して
電池の温度を制御する温度制御装置に関する。
い過剰な空気を供給して、電池の反応と冷却を同時に行
う空冷式燃料電池に係り、特に空気の供給量を調整して
電池の温度を制御する温度制御装置に関する。
まず第６図により、頭記燃料電池の従来構成を示す。図
において、１１は電解液を含浸保持したマトリックス層
を挾んでその両側にアノード電極とカソード電極を重ね
合わせて構成された単を池であり、該単電池１１と符号
１２で示すセパレート板とを交互に多数積層して燃料電
池のセルスタックが構成される。ここでセパレート板１
２はガス不透過性のカーボン板で作られており、その上
下両面にはそれぞれ互いに直交する方向に多数条の凹溝
としてなる燃料ガス、空気の反応ガス供給路１３．１４
が形成されている。かかる構成の燃料電池は、図示され
てないマニホールドを通じて外部からセパレート板１２
の反応ガス供給路１３゜１４へ矢印のように燃料ガス、
空気の反応ガスが供給され、ここから単電池１１の各電
極に反応ガスを供給して電池反応により発電することは
周知の通りである。
において、１１は電解液を含浸保持したマトリックス層
を挾んでその両側にアノード電極とカソード電極を重ね
合わせて構成された単を池であり、該単電池１１と符号
１２で示すセパレート板とを交互に多数積層して燃料電
池のセルスタックが構成される。ここでセパレート板１
２はガス不透過性のカーボン板で作られており、その上
下両面にはそれぞれ互いに直交する方向に多数条の凹溝
としてなる燃料ガス、空気の反応ガス供給路１３．１４
が形成されている。かかる構成の燃料電池は、図示され
てないマニホールドを通じて外部からセパレート板１２
の反応ガス供給路１３゜１４へ矢印のように燃料ガス、
空気の反応ガスが供給され、ここから単電池１１の各電
極に反応ガスを供給して電池反応により発電することは
周知の通りである。
ところで、上記したりん酸を電解質とする燃料電池を効
率よく運転するには、燃料電池の運転温度を通常１９０
℃程度の温度に維持して運転される。
率よく運転するには、燃料電池の運転温度を通常１９０
℃程度の温度に維持して運転される。
一方燃料電池は、電極反応によりその発生電力のエネル
ギーに相応する反応熱を発生することから、燃料電池を
前記運転温度に維持するため運転中に電池の冷却を行う
必要がある。この場合の冷却方式としては、一般に水、
ガス、油等を冷却媒体として冷却が行なわれる。このう
ち最もシステムが単純な冷却方式として空気を冷媒とし
て用いる空冷方式は、セパレート板１の空気供給路へ電
極反応に要する空気量よりも多い過剰な量の空気を供給
して、一部の空気を電極反応に消費しつつ同時に残りの
余剰空気の通流により電池の発生熱の除去を行う方式で
ある。この場合電極反応に必要な空気量を絶えず確保す
る必要があり、従来は第５図に示した構成がとられてい
た。
ギーに相応する反応熱を発生することから、燃料電池を
前記運転温度に維持するため運転中に電池の冷却を行う
必要がある。この場合の冷却方式としては、一般に水、
ガス、油等を冷却媒体として冷却が行なわれる。このう
ち最もシステムが単純な冷却方式として空気を冷媒とし
て用いる空冷方式は、セパレート板１の空気供給路へ電
極反応に要する空気量よりも多い過剰な量の空気を供給
して、一部の空気を電極反応に消費しつつ同時に残りの
余剰空気の通流により電池の発生熱の除去を行う方式で
ある。この場合電極反応に必要な空気量を絶えず確保す
る必要があり、従来は第５図に示した構成がとられてい
た。
第５図において、燃料電池本体１の燃料極には、図示さ
れていない改質器から燃料ガスを供給する燃料ガス供給
配管５１及び燃料ガスを排出する排出管５２が接続され
ており、一方空気極には空気の供給配管６１及び排出配
管６２が接続されている。さらに空気の供給配管６１は
流量制御弁３１を介して給気ブロア２１に接続されてい
る。排出配管６２は分岐して、一方は循環ブロア２２と
流量制御弁３２を介して供給配管６１に合流する循環配
管６３を形成し、他方は大気イこ導通ずる排気管６４と
なっている。また燃料電池本体１には温度検出器４２．
４３が設けられ、燃料電池本体の温度及び燃料電池本体
に供給される空気温度を検出する。さらに、燃料電池本
体の温度検出器４２の検出信号は温度制御装置４４に伝
送され、この検出信号に応じて流量制御弁３１の開度を
制御し、また燃料電池本体に供給される空気の温度検出
器４３の検出信号は温度制御装置４５に伝送され、この
検出信号に応じて流量制御弁３２の開度を制御すること
により、燃料電池本体の温度及び燃料電池本体に供給さ
れる空気の温度をあらかじめ設定された値に保つように
温度制御システムが構成されている。
れていない改質器から燃料ガスを供給する燃料ガス供給
配管５１及び燃料ガスを排出する排出管５２が接続され
ており、一方空気極には空気の供給配管６１及び排出配
管６２が接続されている。さらに空気の供給配管６１は
流量制御弁３１を介して給気ブロア２１に接続されてい
る。排出配管６２は分岐して、一方は循環ブロア２２と
流量制御弁３２を介して供給配管６１に合流する循環配
管６３を形成し、他方は大気イこ導通ずる排気管６４と
なっている。また燃料電池本体１には温度検出器４２．
４３が設けられ、燃料電池本体の温度及び燃料電池本体
に供給される空気温度を検出する。さらに、燃料電池本
体の温度検出器４２の検出信号は温度制御装置４４に伝
送され、この検出信号に応じて流量制御弁３１の開度を
制御し、また燃料電池本体に供給される空気の温度検出
器４３の検出信号は温度制御装置４５に伝送され、この
検出信号に応じて流量制御弁３２の開度を制御すること
により、燃料電池本体の温度及び燃料電池本体に供給さ
れる空気の温度をあらかじめ設定された値に保つように
温度制御システムが構成されている。
このような構成において、燃料電池本体の発熱量が増加
すると流量制御弁３１の開度が増加し給気ブロア２１か
ら供給される空気量が増加する。
すると流量制御弁３１の開度が増加し給気ブロア２１か
ら供給される空気量が増加する。
一方燃料電池本体に供給される空気温度は、給気ブロア
２１から供給される空気が保有する熱量と循環配管６３
を通流する空気が保有する熱量との比率で決まるため、
給気ブロア２１から供給される空気量が増加すると燃料
電池本体に供給される空気の温度を一定に保つために、
流量制御弁３２の開度が増加して循環配管６３を通流す
る空気量も増加し、電池の温度は一定に制御される。ま
た給気ブロア２１から供給された空気は排気管６４に排
出され、燃料電池本体の発生熱はこの空気が保有する熱
量の増加分として系外に除去される。
２１から供給される空気が保有する熱量と循環配管６３
を通流する空気が保有する熱量との比率で決まるため、
給気ブロア２１から供給される空気量が増加すると燃料
電池本体に供給される空気の温度を一定に保つために、
流量制御弁３２の開度が増加して循環配管６３を通流す
る空気量も増加し、電池の温度は一定に制御される。ま
た給気ブロア２１から供給された空気は排気管６４に排
出され、燃料電池本体の発生熱はこの空気が保有する熱
量の増加分として系外に除去される。
ところがこのようなシステムでは温度制御系が２ループ
となり、またブロア及び流■制御弁も６各２（ｉ！必要
であるため、システムが複雑になるという欠点を有して
いた。
となり、またブロア及び流■制御弁も６各２（ｉ！必要
であるため、システムが複雑になるという欠点を有して
いた。
この発明は前述の欠点をなくして、空冷式燃料電池の温
度制御システムを簡略化することを目的とする。
度制御システムを簡略化することを目的とする。
この発明は、燃料電池本体の空気供給配管とこの空気供
給配管と合流する循環配管との合流点よりも燃料電池本
体側に空気ブロアを配設し、前記空気ブロアの吸込側に
、常に所定の開度を有する流量調整手段を接続して、燃
料電池本体の温度に応じて前記流量調整手段を開閉する
ことにより燃料電池本体の温度を制御するようにしたも
のである。
給配管と合流する循環配管との合流点よりも燃料電池本
体側に空気ブロアを配設し、前記空気ブロアの吸込側に
、常に所定の開度を有する流量調整手段を接続して、燃
料電池本体の温度に応じて前記流量調整手段を開閉する
ことにより燃料電池本体の温度を制御するようにしたも
のである。
第１図はこの発明の実施例を示す系統図で、１は燃料電
池本体、２は空気ブロア、３は電動ダンパ、４は温度制
御装置である。燃料電池本体１の燃料極には、図示され
ていない改質器から燃料ガスを供給する燃料ガス供給配
管５１及び燃料ガスを排出する排出管５２が接続され、
一方空気極には空気の供給配管６１及び排出配管６２が
接続されている。さらに空気の供給配管６１は空気ブロ
ア２を介して電動ダンパ３及び吸気配管６５力）らなる
流量調整手段に接続され、排出管６２は分岐して一方は
空気ブロア２と電動ダンパ３との間の供給配管６１に合
流して循環配管６３を形成し、他方は大気に導通する排
気管６４となっている。
池本体、２は空気ブロア、３は電動ダンパ、４は温度制
御装置である。燃料電池本体１の燃料極には、図示され
ていない改質器から燃料ガスを供給する燃料ガス供給配
管５１及び燃料ガスを排出する排出管５２が接続され、
一方空気極には空気の供給配管６１及び排出配管６２が
接続されている。さらに空気の供給配管６１は空気ブロ
ア２を介して電動ダンパ３及び吸気配管６５力）らなる
流量調整手段に接続され、排出管６２は分岐して一方は
空気ブロア２と電動ダンパ３との間の供給配管６１に合
流して循環配管６３を形成し、他方は大気に導通する排
気管６４となっている。
吸気配管６５は電動ダンパ３をバイパスしてｉｔ調調子
手段常に所定の開度を与えている。また燃料電池本体１
には温度検出器４１が設けられ、燃料電池本体の温度を
検出する。検出された温度信号は温度制御装置４に伝送
され、さらにこの温度信号に応じて温度制御装置４は電
動夕゛ンパ３を開閉するように構成されている。
手段常に所定の開度を与えている。また燃料電池本体１
には温度検出器４１が設けられ、燃料電池本体の温度を
検出する。検出された温度信号は温度制御装置４に伝送
され、さらにこの温度信号に応じて温度制御装置４は電
動夕゛ンパ３を開閉するように構成されている。
このような構成において、第２図に示すように燃料電池
本体１の温度があらかじめ設定された上限値ａ以上にな
ると温度制御装置４からの指令で電動ダンパ３が開とな
り、空気ブロア２の吸込圧で空気が電動ダンパ３を介し
て大気から流入し循環配管６３の循環空気と混合されて
燃料電池本体１に送られる。この状態では燃料電池本体
１が発生する熱量以上の熱が空気で排気管６４に排出さ
れるので、燃料電池本体ｌの温度Ｃは低下する。
本体１の温度があらかじめ設定された上限値ａ以上にな
ると温度制御装置４からの指令で電動ダンパ３が開とな
り、空気ブロア２の吸込圧で空気が電動ダンパ３を介し
て大気から流入し循環配管６３の循環空気と混合されて
燃料電池本体１に送られる。この状態では燃料電池本体
１が発生する熱量以上の熱が空気で排気管６４に排出さ
れるので、燃料電池本体ｌの温度Ｃは低下する。
次に燃料電池本体１のは度があらかじめ設定された下限
値す以下になると、温度制御装置４からの指令で電動グ
ンパ３は閉となる。この状態では、大気から取入れられ
る空気量は吸気配管６５ｆ））ら吸気される燃料′４池
本体が発電に必要とする反応空気のみであり、反応空気
が系外に持出す熱量は燃料電池本体が発生する熱量より
も少ないため燃料電池本体の温度Ｃは上昇する。このよ
うにして燃料電池本体の温度を第２図に示したように所
定の範囲内に保つことが出来る。
値す以下になると、温度制御装置４からの指令で電動グ
ンパ３は閉となる。この状態では、大気から取入れられ
る空気量は吸気配管６５ｆ））ら吸気される燃料′４池
本体が発電に必要とする反応空気のみであり、反応空気
が系外に持出す熱量は燃料電池本体が発生する熱量より
も少ないため燃料電池本体の温度Ｃは上昇する。このよ
うにして燃料電池本体の温度を第２図に示したように所
定の範囲内に保つことが出来る。
第３図は第１図に示したこの発明の別の実施例を示すも
ので、第１図と異なる点は吸気配管６５の機能を電動ダ
ンパ８に持たせて電動グンパだけで流量調整手段を構成
している点にある。第３図の実権例の電動ダンパ８は第
４図に示したように仕切板３１の一部を切欠いた開口部
３２が設けられており、′ｒｆＬ動ダンパ３１ が閉と
なっても燃料電池本体には発電に必要な反応空気機が確
保されるようになっている。この場合には吸気配管６５
が不要となり、第１図に示した構成よりもさらに単純な
システム構成とすることができ、またこの分配管スペー
スが小さくすむのでよりコンパクトなシステムが構成出
来る。
ので、第１図と異なる点は吸気配管６５の機能を電動ダ
ンパ８に持たせて電動グンパだけで流量調整手段を構成
している点にある。第３図の実権例の電動ダンパ８は第
４図に示したように仕切板３１の一部を切欠いた開口部
３２が設けられており、′ｒｆＬ動ダンパ３１ が閉と
なっても燃料電池本体には発電に必要な反応空気機が確
保されるようになっている。この場合には吸気配管６５
が不要となり、第１図に示した構成よりもさらに単純な
システム構成とすることができ、またこの分配管スペー
スが小さくすむのでよりコンパクトなシステムが構成出
来る。
以−上の説明から明らかなようにこの発明によれば、空
気ブロアを燃料電池本体の空気供給配管とこの空気供給
配管と合流する循環配管との合流点よりも燃料電池本体
側に配設して、空気ブロアの吸込圧を利用して外気から
発電に必要な反応空気を常に取入れる一方、常に所定の
開度を有する流ｉｔｇ整手段を燃料電池本体の温度に応
じて開閉するこさにより、１つの温度制御ループおよび
プロア。流量調整手段のみで燃料電池本体の温度が制御
出来るため、システムが単純となり部品点数も減少する
ので製作費用が安くなるという利点がある。また通常空
冷システムでは循環配管のサイズは圧損を低減するため
に大口径のものが用いられ、これに伴って流−微制御弁
も大口径のものが必要であるため収納スペースが大きく
なるが、この発明によれば循環系には電動の流量制御弁
が不要となるため収納スペースを小さく出来る利点もあ
る。
気ブロアを燃料電池本体の空気供給配管とこの空気供給
配管と合流する循環配管との合流点よりも燃料電池本体
側に配設して、空気ブロアの吸込圧を利用して外気から
発電に必要な反応空気を常に取入れる一方、常に所定の
開度を有する流ｉｔｇ整手段を燃料電池本体の温度に応
じて開閉するこさにより、１つの温度制御ループおよび
プロア。流量調整手段のみで燃料電池本体の温度が制御
出来るため、システムが単純となり部品点数も減少する
ので製作費用が安くなるという利点がある。また通常空
冷システムでは循環配管のサイズは圧損を低減するため
に大口径のものが用いられ、これに伴って流−微制御弁
も大口径のものが必要であるため収納スペースが大きく
なるが、この発明によれば循環系には電動の流量制御弁
が不要となるため収納スペースを小さく出来る利点もあ
る。
第１図は本発明の実施例を示す制御装置の系統図、８ｇ
２図は本発明を説明するためのグラフ、第３図は本発明
の他の実施例を示す制御装置の系統図、第４図は第３図
の実施例によるグンパーの構成を示す断面図、第５図は
従来例を示す制御装置の系統図、＠６図は燃料電池の従
来構成を示す分解斜視図である。 ■・・燃料電池、２・・空気ブロア、３．８・・電動ダ
ンパ、４・・温度制御装置、６１・・・空気供給配管、
６２・・空気排出配管、６３・・循環配管、６４・・徘
潴１聞 一時間 第 ２ （２） 冨乙口 Ｉ ｖ５ 図
２図は本発明を説明するためのグラフ、第３図は本発明
の他の実施例を示す制御装置の系統図、第４図は第３図
の実施例によるグンパーの構成を示す断面図、第５図は
従来例を示す制御装置の系統図、＠６図は燃料電池の従
来構成を示す分解斜視図である。 ■・・燃料電池、２・・空気ブロア、３．８・・電動ダ
ンパ、４・・温度制御装置、６１・・・空気供給配管、
６２・・空気排出配管、６３・・循環配管、６４・・徘
潴１聞 一時間 第 ２ （２） 冨乙口 Ｉ ｖ５ 図
Claims (1)
- 燃料電池の反応ガス室の入口と出口とを連結する戻し管
と、この戻し管と前記反応ガス室とで形成される反応ガ
ス循環路内の戻し管以外の管路に設けられたファンと、
前記反応ガス室の入口側であつて前記循環路以外の供給
管路に設けられ、常に所定の開度を有する流量調整手段
と、燃料電池の温度に基づいて前記流量調整手段の開度
を調整する温度制御装置とを有することを特徴とする空
冷式燃料電池の温度制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61096282A JPS62252075A (ja) | 1986-04-25 | 1986-04-25 | 空冷式燃料電池の温度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61096282A JPS62252075A (ja) | 1986-04-25 | 1986-04-25 | 空冷式燃料電池の温度制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62252075A true JPS62252075A (ja) | 1987-11-02 |
Family
ID=14160757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61096282A Pending JPS62252075A (ja) | 1986-04-25 | 1986-04-25 | 空冷式燃料電池の温度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62252075A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07288135A (ja) * | 1994-04-18 | 1995-10-31 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電装置 |
| JP2005116185A (ja) * | 2003-10-02 | 2005-04-28 | Nec Corp | 燃料電池および燃料電池の運転方法 |
| JP2005203179A (ja) * | 2004-01-14 | 2005-07-28 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| JP2007194005A (ja) * | 2006-01-18 | 2007-08-02 | Hitachi Ltd | 固体酸化物形燃料電池発電システムとその運転制御方法 |
| JP2007287633A (ja) * | 2006-04-20 | 2007-11-01 | Mitsubishi Materials Corp | 燃料電池発電装置及び制御プログラム並びに制御方法 |
| WO2008038032A2 (en) * | 2006-09-27 | 2008-04-03 | Intelligent Energy Limited | Low temperature operation of open cathode fuel cell stacks using air recirculation |
| JP2009129879A (ja) * | 2007-11-28 | 2009-06-11 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 |
| EP4141998A1 (en) * | 2021-08-26 | 2023-03-01 | Technische Universität Braunschweig | Method for operating a fuel cell, computer program and fuel cell system |
-
1986
- 1986-04-25 JP JP61096282A patent/JPS62252075A/ja active Pending
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