JPH06101347B2

JPH06101347B2 - 空冷式燃料電池

Info

Publication number: JPH06101347B2
Application number: JP60055331A
Authority: JP
Inventors: 収田島; 誠山田; 信好西沢; 秀雄萩野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1985-03-19
Filing date: 1985-03-19
Publication date: 1994-12-12
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: JPS61214368A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は複数基の電池スタックからなる空冷式燃料電池
の温度制御に関するものである。

（ロ）従来技術電池スタックに供給される空気を反応ガス及び冷却ガス
として用いる燃料電池において、電池スタックの温度制
御は、一般に電池スタックの温度を検出してダンパを調
節し、スタックから出る高温空気の外部排出量と再びス
タックにもどる循環量との配分比率を設定して前記排出
量に応じ外部の新鮮空気を取り入れることにより行なわ
れている。この新鮮空気の導入により循環空気温度を下
げて電池を冷却すると同時に反応ガスとして消費された
酸素分圧の低下を補償する。

しかし燃料電池が複数基の電池スタックで構成されてい
る場合、前記ダンパのみでは各電池スタックへ並列的に
供給される空気量のバラツキがあり、しかも各電池スタ
ックの特性により発熱量にも差が生ずるため、各電池ス
タック間に温度差が生じてスタック特性がアンバランス
となり、電池温度を最適作動温度に維持できないと共に
電池寿命を低下させるという問題があった。

このような問題を解決するために、特開昭58−133775号
公報に開示されているように各電池スタックに温度検出
器と各電池スタックに供給される冷却空気の量を調節す
る調節弁を設け、各電池スタックの温度と、電池作動に
適した設定温度との偏差に応じて、それぞれの調節弁の
開度を独立して変化させ冷却流体の量を調節し、電池ス
タックの温度を制御するという方法が行われていた。

（ハ）発明が解決しようとする問題点しかしながら、この方法では、以下のような問題が生じ
る。

例えば電池スタックＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの温度制御を行う場
合、ある１つの電池スタックＡの温度が異常高温になっ
た場合、この電池スタックＡに供給される冷却空気の流
量を増加させために調節弁を大きく開いたとする。この
電池スタックＡに供給される冷却空気の量は増加する
が、他の電池スタックＢ、Ｃ、Ｄへの冷却空気の供給量
は低下するため、これらの電池スタックＢ、Ｃ、Ｄの温
度が上昇してしまう。この温度上昇を止めるために電池
スタックＢ、Ｃ、Ｄのスタックダンパを開くと、逆に電
池スタックＡへの供給が減少し、この電池スタックＡの
温度を下げることができなくなる。これを解消するため
に再度電池スタックＡに対応する調節弁を開くと、元の
状態のように電池スタックＢ、Ｃ、Ｄの温度上昇を招い
てしまう。

これでは、結局、何れの電池スタックの温度も設定温度
に近づかず、全ての電池スタックが設定温度より高温に
なってしまい、温度制御が不能になる可能性がある。

本発明は以上のような問題点に鑑み行われたものであ
り、制御不能に陥ることなく電池スタックの温度を最適
温度にすることのできる空冷式燃料電池を提供すること
を目的とする。

（ニ）課題を解決するための手段本発明は、供給される燃料ガスと、空気とにより電池反
応を行なう複数の電池スタックと、前記各電池スタックと、電池反応に用いられる燃料ガス
供給源とを連結する燃料ガス供給路と、前記各電池スタックから排出される燃料ガス排ガスを通
過させ、電池外部に排出させるための燃料ガス排出路
と、前記各電池スタックと、電池反応及び冷却に用いられる
空気の供給源とを連結する空気供給路と、前記各電池スタックから排出される空気排ガスを通過さ
せ電池外部に排出させるための空気排出路と、上記空気供給路と空気排出路とを連結する循環路と、を備え、上記空気供給路の電池側端部は、各電池スタックに並列
的に空気を供給できるように分岐路を有しており、上記空気排出路の電池側端部は、各電池スタックからの
排ガスが通過するように分岐路を有しており、さらに上記空気供給路には、各電池スタックに反応及び
冷却に要する空気を並列的に供給する単一のブロワが設
けられ、上記空気排出路と循環路との連結部には、電池スタック
から出る高温排空気の外部排出と循環の配分比率を調節
し、前記電池スタックの平均温度が規定作動温度になる
ように調節する主ダンパが設けられ、空気供給路の分岐路または空気排出路の分岐路には、全
電池スタックの平均温度を基準とし、この平均温度と、
各電池スタックの温度との差に基づき開度が制御される
スタックダンパが設けられていることを特徴とする。

（ホ）作用上記構成によれば、全電池スタックの平均温度を基準と
し、平均温度と各電池スタックの温度との温度差に応じ
てスタックダンパの開度を調節し、電池スタックの温度
が均一になるように制御する。従って、上記したように
１つの電池スタックの温度が異常上昇したような場合で
もスタックダンパの開度調節によって各電池スタックの
温度が平均温度になるようにする。

一方、主ダンパの開度を調節することにより、上記平均
温度が電池作動に適した温度になるようにして、各電池
スタックの温度は最適温度になるように制御される。

（ヘ）実施例第１図は４基の電池スタック（S₁）〜（S₂）からなる本
発明燃料電池の流路系統図、第２図は、同上電池スタッ
クの制御方式を示すブロック図である。

以下に、図を参照しつつ、本実施例の説明を行なう。

図に示すように、本発明の空冷式燃料電池は、供給され
る燃料ガスと空気とにより電池反応を行なう電池スタッ
ク（S₁）〜（S₂）と、電池スタック（S₁）〜（S₂）の電
池反応及び冷却に用いられる空気の供給源とを連結する
空気供給路Ａと、電池スタック（S₁）〜（S₂）から排出
される空気排ガスを通過させ外部に排出させるための空
気排出路Ｂと、電池スタック（S₁）〜（S₂）の電池反応
に用いられる燃料ガス供給源とを連結する燃料ガス供給
路Ｃと、電池スタック（S₁）〜（S₂）から排出される燃
料排ガスを通過させ、外部に排出させるための燃料排ガ
ス排出路（Ｄ）と、空気供給路（Ａ）と空気排出路
（Ｂ）とを連結する循環路（Ｅ）とを備えている。

上記空気供給路（Ａ）の電池側端部は、各電池スタック
（S₁）〜（S₂）に並列的に空気を供給できるように分岐
路（ａ）を有しており、また、上記空気排出路（Ｂ）の
電池側端部は、各電池スタックからの排ガスが通過する
ように各電池と直接連結された分岐路（ｂ）を有してい
る。

上記空気排出路Ｂのそれぞれの分岐路（ｂ）には、スタ
ックダンパ（V₁）〜（V₄）が設けられ、空気排出路Ｂと
循環路Ｅとの連結部には、電池スタック（S₁）〜（S₂）
から出る高温排空気の外部排出と循環の配分比率を調節
する主ダンパ（１）が設けられ、空気供給路（Ａ）には
ブロワ（２）が設けられている。

さらに、本実施例の空冷式燃料電池は、各電池スタック
（S₁）〜（S₄）に設けられた温度センサ（３）と、制御
器（４）とを有している。

各電池スタック（S₁）〜（S₄）は、多数のセル積重体か
らなるが第１図では簡単化のため負極ガス室（Sa）、正
極ガス室（Sb）及び冷却ガス室（Sc）を有する単セルの
形で示されている。

燃料ガス例えば改質ガスは、燃料ガス供給路（Ｃ）を通
って、各電池スタック（S₁）〜（S₄）の負極ガス室（S
a）を通り、未反応の燃料排ガスは例えば燃料改質器の
バーナー熱源として使用される。

電池の反応と冷却とに必要な空気は、空気供給路（Ａ）
を通過し、ブロワ（２）により各電池スタック（S₁）〜
（S₄）の正極ガス室（Sb）及び冷却ガス室（Sc）に送ら
れ、正極ガス室（Sb）を流れる空気中のO₂は、前記燃料
ガスとの間で電池反応にあづかり、一方冷却ガス室（S
c）を流れる空気は電池反応で昇温する各電池スタック
（S₁）〜（S₄）を冷却する。

各電池スタック（S₁）〜（S₄）からでる高温排空気は、
空気排出路（Ｂ）を通過し主ダンパ（１）を通り、この
主ダンパ（１）の調節により一部が外部に排出されると
ともに、残部が循環路（Ｅ）に入り、前記外部排出空気
に見合って導入された新鮮空気と共に再び各電池スタッ
ク（S₁）〜（S₄）に供給される。

本発明では、各スタックダンパ（V₁）〜（V₄）の開度を
各電池スタックの平均温度に応じて制御するものであ
る。

これを設定温度が180℃の燃料電池について詳しく説明
する。第２図にしめすように各電池スタック（S₁）〜
（S₄）の温度は温度センサ（３）で検出して制御器
（４）に入力される。

例えば、今電池スタック（S₁）〜（S₄）の温度が、夫々
177℃、180℃、183℃、177℃とすると、制御器（４）で
演算された電池スタック間の平均温度は179.25℃とな
り、この平均温度より低い電池スタック（S₁）、（S₄）
の開度は平均温度からの偏差値に応じて制御器（４）か
ら出力される信号により閉まる方向に制御される。かく
してこれら電池スタック（S₁）、（S₄）にながれる空気
量が減少して電池スタック温度を平均温度に近づくよう
に上昇させる。

逆に平均温度より高い電池スタック（S₃）は、スタック
ダンパ（V₃）の開度を開く方向に制御して前記と同様平
均温度に近づくよう低下させる。

このようにして４基のスタック温度は、スタックダンパ
の作用により応答性よく平均温度近くに保たれる。主ダ
ンパ（１）は各電池スタック間の前記平均温度が設定作
動温度になるよう制御器４の出力により制御され、今の
状態では平均温度（179.25℃）が設定温度より低いの
で、外部排出空気量を少なくする方向に調節される（新
鮮空気取入量が少なくなる）。この結果、各電池スタッ
クに供給される供給空気温度が上昇し、電池スタック間
の平均温度は上昇する。

このように主ダンパ（１）と各スタックダンパ（V₁）〜
（V₄）の自動制御により各電池スタックの温度を設定温
度の±１℃以内に保つことができる。

以上実施例は各スタックダンパを空気排出路（Ｂ）の分
岐路（ｂ）に設置した場合であるが、空気供給路（Ａ）
の分岐路（ａ）に設置しても同様の効果が得られる。

（ト）考案の効果以上説明したように、本発明によれば、スタックダンパ
の開度調節により各電池スタックの温度を全電池スタッ
クの平均温度になるようにし、主ダンパの開度の調節に
より上記平均温度が設定温度になるようにした。これに
より、制御不能に陥ることなく電池スタックの温度を設
定温度に制御することができるという効果を奏した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明燃料電池の流路系統図、第２図は同上電
池の制御方式を示すブロック図である。 1:主ダンパ、2:ブロワ、3:温度センサ、4:制御器、
（S₁）〜（S₄）：電池スタック、Sa:負極ガス室、Sb:正
極ガス室、Sc:冷却ガス室、（V₁）〜（V₄）：スタック
ダンパ、A:空気供給路、B:空気排出路、C:燃料ガス供給
路、D:燃料排ガス排出路、E:循環路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者萩野秀雄大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (56)参考文献特開昭59−214165（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−133775（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】供給される燃料ガスと、空気とにより電池
反応を行なう複数の電池スタックと、前記各電池スタックと、電池反応に用いられる燃料ガス
供給源とを連結する燃料ガス供給路と、前記各電池スタックから排出される燃料ガス排ガスを通
過させ、電池外部に排出させるための燃料ガス排出路
と、前記各電池スタックと、電池反応及び冷却に用いられる
空気の供給源とを連結する空気供給路と、前記各電池スタックから排出される空気排ガスを通過さ
せ電池外部に排出させるための空気排出路と、上記空気排出路と空気排出路とを連結する循環路と、を備え、上記空気供給路の電池側端部は、各電池スタックに並列
的に空気を供給できるように分岐路を有しており、上記空気排出路の電池側端部は、各電池スタックからの
排ガスが通過するように分岐路を有しており、さらに上記空気供給路には、各電池スタックの反応及び
冷却に要する空気を並列的に供給する単一のブロワが設
けられ、上記空気排出路と循環路との連結部には、電池スタック
から出る高温排空気の外部排出と循環の配分比率を調節
し、前記電池スタックの平均温度が規定作動温度になる
ように調節する主ダンパが設けられ、空気供給路の分岐路または空気排出路の分岐路には、全
電池スタックの平均温度を基準とし、この平均温度と、
各電池スタックの温度との差に基づき開度が制御される
スタックダンパが設けられていることを特徴とする空冷
式燃料電池。