JPS63126172A

JPS63126172A - 燃料電池

Info

Publication number: JPS63126172A
Application number: JP61271759A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tomiki; 冨来　博; Toshihiko Takeu; 竹生　俊彦
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-11-17
Filing date: 1986-11-17
Publication date: 1988-05-30

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、燃料電池に関するもので、特に、複数台の燃
料電池本体に反応ガスを均一に配流することができるよ
うにした燃料電池に係る。

（従来の技術）従来、燃料の有している化学的エネルギーを直接電気的
エネルギーに変換する装置として燃料電池が知られてい
る。この燃料電池は通常、電解質を保持したマトリック
スを挟んで一対の多孔質電極を配置するとともに、一方
の電極の背面に水素等の燃料ガスを接触させ、また他方
の電極の背面に酸素等の酸化剤カスを接触させ、このと
き起こる電気化学的反応を利用して、上記電極間から電
気エネルギーを取り出すようにしたものであり、前記燃
料ガスと酸化剤ガスが供給されている限り高い変換効率
で電気エネルギーを取り出すことができるものである。

第２図にリン酸を電解質とする燃料電池装置の概略図を
示した。即ち、繊維質シートや鉱物￥１粉末にリン酸を
含浸させた電解質層１の両側に、アノード°電極２及び
カソード電極３が配設されている。このアノード電極２
及びカソード電極３は、いずれも炭素質の多孔性の電極
で、通常は電解質層１に接する面に、触媒としての白金
が塗イ５８−れている。さらに、図中４は水素を含む燃
料ガスＦを流入させる燃料ガス流入室、５は酸素を含む
酸化剤カス（通常は空気）Ａを流入させる酸化剤ガス流
入室である。

この様に構成された燃料電池においては、燃料カス流入
至４に流入した燃料ガスＦの水素は、多孔質電極である
７ノード電極２の空隙を通して触媒に接触する。ここで
水素は触媒の作用により水素イオンと電子に解離する。

この時の反応式は、ト（２→　２Ｈ”　　＋　２ｅ　　　　　　　　　　　
　　　　　−（１）でおる。そして水素イオンは電解質
層１に入り、超電圧による作用と濃度拡散により、カソ
ード電極３に向かって泳動する。また水素イオンの解離
によって分離した電子は、外部の電力負荷６を通って仕
事をし、カソード電極３に流れ込む。一方、前記酸化剤
ガス流入至５に流入した酸化剤ガスＡ中の酸素は、多孔
質電極であるカソード電極３の空隙を通して触媒に接触
し、アノード電極２側より泳動してきた水素イオンおよ
び外部の電力負荷６を通りカソード電極３に戻ってきた
電子と共に、触媒の作用で次の反応を起こす。

４Ｈ”　＋４ｅ＋０２−２ｔ（２０・・・（２＞この様
にして水素は酸化されて水になり、同時に化学的エネル
ギーは電気的エネルギーに変換されて外部の電力負荷６
に与えられる。

通常、燃料電池本体は、上記の様なアノード電極２及び
カソード電極３を有する一対の素電池を積層して構成さ
れている。

また、上記の様に構成された燃料電池を使用する際には
、複数台の燃料電池本体を同時に運転することが多いが
、その場合、反応ガスである燃お１ガスＦ及び酸化剤ガ
スＡはそれぞれ同一のガス供給源より分岐されて、各々
の燃料電池本体に供給されている。

即ら、第３図に示した様に、複数台の燃料電池本体７ａ
〜７Ｃには、同一の燃料ガス供給源にす、総量供給調節
弁１４を介して分岐された燃料ガス供給部８ａ〜８Ｃが
接続されている。この燃料ガス供給部８ａ〜８Ｃにはそ
れぞれ流■測定用オリフィス９ａ〜９Ｃが配設され、こ
のオリフィス９ａ〜９Ｃにより各燃料ガス供給部８ａ〜
８Ｃに流れる燃料ガス流量を測定し、この値を基に各燃
料ガス供給部８ａ〜８Ｃに設けられた流量調節弁１０ａ
〜１０ｃを制御し、各々の燃′）ｒミ１電池本体７ａ〜
７Ｃのアノード電極へ燃料ガスを供給している。

また、酸化剤ガスも同様に、同一の酸化剤ガス供給源よ
り、総量供給調節弁１５を介して分岐された酸化剤ガス
供給部１１８〜１１Ｃが接続されている。この酸化剤ガ
ス供給部１１ａ〜１１Ｃにはそれぞれ流量測定用オリフ
ィス１２ａ〜１２ｃが配設され、このオリフィス１２ａ
〜１２Ｇにより各酸化剤ガス供給部１１８〜１１Ｃに流
れる酸化剤ガス流量を測定し、この値を基に各酸化剤ガ
ス供給部１１８〜ＩＩＧに設けられた流量調節弁１３８
〜１３ｃを制御し、各々の燃料電池本体７ａ〜７Ｃのカ
ソード電極へ酸化剤ガスを供給している。

しかしながら、上記の様な構成を有する従来の燃料電池
においては、燃料ガスＦ及び酸化剤ガスＡの流量を測定
する流量測定用オリフィスは、一般的に、測定レンジの
上下限１０％近辺においては測定誤差が非常に大きくな
る。また、流母測定用オリフィスの取付は方法及び取付
は箇所によっては、各燃料電池本体に配設されたオリフ
ィスによって特性上の差が生じることがある。そのため
、各反応ガス供給部８ａ〜８ｃ、１１ａ〜１１Ｃにおけ
る反応ガスの流量測定が不正確なものとなり、各燃料電
池本体７ａ〜７Ｃに均一に反応ガスを供給することがで
きないという欠点があった。

また、上述した様に、同時運転されている複数台の燃料
電池本体において、燃料ガスＦ及び酸化剤刀スＡの一方
または両方に配流の不均一が生じると、必要量以上に反
応ガスが供給されている燃料電池本体については問題は
ないが、逆に、必要量の燃料ガス流φが１ｑられない場
合には、通常、積層下部に位置する燃料電池セルの電圧
が低下し、一方、酸化剤ガス流量が不足している場合に
は、積層上部に位置する燃、１′１１電池セルの電圧が
低下する。

この様に、反応ガスの一方または両方か必要量１ｑられ
ていない燃料電池本体の場合には、そのまま負荷を取り
続けると、燃料電池の電圧は急激に低下し、さらには転
極現象（原料ガスが不足しているにもかかわらず、強制
的に出力を引き出されるので、ガス流■の比較的悪い電
池では、もはや電池としての機能を維持できず、電解し
てリン酸が濃縮される現象）を引き起こし、燃料電池本
体は致命的な損傷を受け、その可使用が不可能となって
いた。

（発明が解決しようとする問題点）上記の様に、従来の燃料電池においては、複数台の燃料
電池本体を同時に運転する場合、各燃料電池本体に反応
ガスを均一に配流することが回動でめった。また、その
結果、燃料電池の電圧が急激に低下し、転極現象が起こ
り、燃料電池の特性の低下、電池の焼損等を引き起こし
ていた。

そこで、本発明は以上の欠点を除去するもので、その目
的は、複数台の燃料電池本体に供給される反応ガスを、
各々の燃料電池本体において均一となるように構成して
、優れた電池特性を維持できる、長寿命化及び高性能化
を可能とした、信頼性の高い燃料電池を提供することに
ある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明の燃料電池は、単位セルを多数積層した燃料電池
本体の上部セルに上部セル電圧測定線を、また、下部セ
ルに下部セル電圧測定線を接続し、同時に運転される複
数台の燃料電池本体に接続されたこれらの電圧測定線を
電圧測定器及び反応ガス酸流制御器に接続し、さらに、
この反応ガス酸流制御器を各燃料電池本体に配設された
燃料ガス流量調面弁または酸化剤ガス流量調節弁に接続
したものである。

（作用）本発明の燃料電池は、複数台を同時に運転する場合に、
各々の燃料電池本体の上部セル及び下部セルの電圧を上
部セル電圧測定線及び下部セル電圧測定線により取出し
、電圧測定器によって、上下部セル電圧の差を痺出し、
その値に基づいて反応ガス酸流制御器によって、燃料ガ
ス流量調節弁または酸化剤ガス流罪調節弁の開開を調節
して、少数台の燃料電池本体に供給される反応ガスを均
一化したものである。

（実施例）以下、本発明の一実施例を第１図に基づいて具体的に説
明する。なお、第２図及び第３図に示した従来型と同一
の部材は同一の符号を付して説明は省略する。

本実施例の構成＊本実施例において、第１図に示した様に、積層された各
燃料電池本体７ａ〜７Ｃの積層上部の１セルまたは数セ
ル２０ａ〜２０Ｇには、上部セル電圧測定線２１ａ〜２
１Ｇが接続され、一方、積層下部の１セルまたは数セル
２２ａ〜２２Ｃには下部セル電圧測定線２３ａ〜２３Ｇ
が接続されている。

また、これらの電圧測定線２１ａ−・２１Ｇ及び２３ａ
〜２３Ｇは、電圧測定器２６に接続され、この電圧測定
器２６によって、各燃料電池の積層上部セルの出力電圧
２４ａ〜２４Ｇ及び積層下部セルの出力電圧２５ａ〜２
５Ｇか測定される。

さらに、この電圧測定器２６は反応ガス酸流制御器２７
に接続され、各燃料ガス供給部８ａ〜８Ｃに配設された
燃料ガス流量調節弁１０ａ〜１０Ｃ及び各酸化剤ガス供
給部１１ａ〜１１ｃに配設された酸化剤ガス流量調節弁
１３ａ〜１３ｃに接続されている。

本実施例の作用＊この様な構成を有する本実施例の燃料電池にＪ３いては
、積層された各燃料電池本体７ａ〜７Ｃの積層上部セル
の出力電圧２４ａ〜２４Ｇ及び下部セルの出力電圧２５
ａ〜２５Ｇが、電圧測定器２６によって測定されると共
に比較され、その値に基づいて反応ガス酸流制御器２７
によって、燃料ガス流母調節弁１０ａ〜１０Ｇまたは酸
化剤ガス流量調節弁１３ａ〜１３Ｇの開閉がルリ御され
る。

例えば、燃料電池本体７ａの積層上部のセル電圧２４ａ
が、下部のセル電圧２５ａに比べて低い場合には、その
値を基に、反応ガス酸流制御器２７が作動し、酸化剤ガ
ス流量調節弁１３ａを聞き、酸化剤ガスＡの供給団を増
やし、積層上部セルの電圧を上昇さけ、上下セル電圧の
差がなくなるように調節する。

また、積層下部のセル電圧２５ａが、」下部のセル電圧
２４ａに比べて低い場合には、その値を阜に、反応ガス
酸流制御器２７が作動し、燃料ガス流量調節弁１０ａを
聞き、燃料ガスＦの供給碩を増やし、積層下部セルの電
圧を上昇ざＵ、上下セル電圧の斧がなくなるように調節
する。

この様に、複数台の燃料電池本体について、それぞれ同
様の制御が行われるので、各燃料電池本体に流入する燃
料ガスＦ及び酸化剤ガスＡの流量は必要母が確保され、
各燃料電池本体７ａ〜７Ｃに均一に反応ガスが供給され
るので、反応ガスの欠乏による転極現象を防止すること
かできる。

＊他の実施例＊なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、一台の燃料電池本体を運転する場合においても、上
部セル及び下部ヒルの電圧を測定して、燃料電池に供給
される燃料ガス及び酸化剤ガスの流罪を調節することに
より、燃料電池本体の上下部の電圧を均一化することが
できる。

［発明の効果］以上述べた様に、本発明によれば、複数台の燃料電池本
体において、それぞれの積層上部セルに上部セル電圧測
定線を、また、積層下部セルに下部セル電圧測定器を接
続し、これらの電圧測定線を電圧測定器及び反応ガス酸
流制御器に接続し、ざらに、反応ガス酸流制御器を燃料
ガス流り調節弁または酸化剤ガス流量調節弁に接続する
という簡単な手段によって、複数台の燃料電池本体に供
給される反応ガスを、各々の燃料電池本体において均一
となるように構成して、優れた電池特性を維持できる、
長寿命化及び高性能化を可能とした、信頼性の高い燃料
電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料電池の一実施例を示ず系統図、第
２図は燃料電池の原理を示す概略図、第３図は従来の燃
おｌ電池の系統図である。１・・・電解質層、２・・・アノード電極、３・・・カ
ソード電極、４・・・燃料ガス流入室、５・・・酸化剤
ガス流入至、６・・・電力負荷、７ａ〜７Ｃ・・・燃お
ｌ電池本体、８ａ〜８Ｃ・・・燃料ガス供給部、９ａ〜
９Ｃ・・・流量測定用オリフィス、１０ａ〜１０ｃ・・
・燃お１ガス流儀調節弁、１１ａ〜ＩＩＧ・・・酸化剤
ガス供給部、１２８〜１２Ｇ・・・酸化剤ガス流量測定
用オリフィス、１３ａ〜１３ｃ・・・酸化剤ガス流罪調
節弁、１４・・・燃料ガス総量供給調節弁、１５・・・
酸化剤ガス総組供給調節弁、２０ａ〜２０ｃ・・・積層
上部セル、２１ａ〜２１Ｇ・・・上部セル電圧測定線、
２２ａ〜２２ｃ・・・＠層上部セル、２３ａ〜２３ｃ・
・・下部セル電圧測定線、２４ａ〜２４Ｇ・・・上部セ
ル出力電圧、２５ａ〜２５ｃ・・・下部セル出力電圧、
２６・・・電圧測定器、２７・・・反応ガス酸流制御器
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マトリックスに電解質を含浸した電解質層を挟ん
でアノード電極及びカソード電極の一対の多孔質電極を
配置してなり、前記アノード電極に燃料ガスが流通し、
またカソード電極に酸化剤ガスが流通している条件下で
、電気エネルギーを出力する単位セルを複数個積層して
構成された燃料電池本体に、前記アノード電極に燃料ガ
スを供給する燃料ガス供給部と、カソード電極に酸化剤
ガスを供給する酸化剤ガス供給部が設けられ、前記燃料
ガス供給部に燃料ガス流量調節弁が、また、酸化剤ガス
供給部に酸化剤ガス流量調節弁が設けられている燃料電
池において、前記単位セルを多数積層した燃料電池本体の上部セルに
上部セル電圧測定線が、また、下部セルに下部セル電圧
測定線が接続され、これらの電圧測定線が電圧測定器及
び反応ガス酸流制御器に接続され、さらに、この反応ガ
ス酸流制御器が前記燃料ガス流量調節弁または酸化剤ガ
ス流量調節弁に接続されていることを特徴とする燃料電
池。
（２）前記電圧測定器が、同時に運転される複数台の燃
料電池本体の各々に接続された電圧測定線により、各燃
料電池本体の上部セルまたは下部セルの電圧を測定する
ものである特許請求の範囲第１項記載の燃料電池。