JPH09266003A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

燃料電池発電装置

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JPH09266003A
JPH09266003A JP8103884A JP10388496A JPH09266003A JP H09266003 A JPH09266003 A JP H09266003A JP 8103884 A JP8103884 A JP 8103884A JP 10388496 A JP10388496 A JP 10388496A JP H09266003 A JPH09266003 A JP H09266003A
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Masataka Ueno
正隆 上野
Yutaka Nakajima
裕 中島
Koichi Shiraishi
剛一 白石
Norihiro Tomioka
憲浩 冨岡
Saki Izumisawa
さ紀 泉澤
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Aisin AW Co Ltd
Equos Research Co Ltd
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高分子固体電解質膜を湿潤させるための加湿
器およびその周辺機器を不要化し、小型且つ軽量で車載
に適した燃料電池発電装置を提供する。 【構成】 高分子固体電解質膜の両側に空気極と燃料極
とが配されてなる燃料電池１０を用いた発電装置におい
て、空気極から排出される反応生成水を含む排出ガスを
系外に排出可能な排気バルブ１６と、排出ガスの温度を
測定する温度測定手段１８と、燃料電池からの出力電流
値を測定する電流測定手段１９と、これら測定手段によ
り測定される排出ガス温度および出力電流値に基づいて
排気バルブの開度を調整する制御手段１７とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池発電装置、
特に高分子固体電解質型燃料電池を用いた発電装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】高分子固体電解質型燃料電池においては
電解質としてイオン導電膜が用いられ、該燃料電池の燃
料極にて得られる水素イオンをプロトンの形態で電解質
膜中を空気極側に伝達することにより起電力が得られる
ものであるが、安定した高出力を得るためには、この電
解質膜を常に最適な水分を均一に含んだ状態に保持して
おくことが重要である。
【０００３】このために、従来は、燃料ガス（水素）ま
たは酸化剤ガス（空気または酸素）をバブリング装置等
の加湿器を用いて加湿し、この加湿されたガスを電解質
膜に通すことによって電解質膜を加湿する方法が一般に
採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような従来技術によるときは、加湿器および水貯蔵タ
ンク等の周辺機器を備えるために燃料電池の大型化、重
量化が避けられない。このことは特に車載を意図する場
合には致命的な不利欠点となる。
【０００５】さらに、加湿器による加湿量を制御して電
解質膜を最適な湿潤状態に保持する必要があるが、電解
質膜乾燥の原因となる酸化剤ガスの流量およびセル温度
との兼ね合いが難しく、かかる制御は困難であった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで本発明は、高分子
固体電解質膜を湿潤させるための加湿器およびその周辺
機器を不要化し、小型且つ軽量で車載に適した燃料電池
発電装置を提供することを目的とする。
【０００７】すなわち本発明は、高分子固体電解質膜の
両側に空気極と燃料極とが配されてなる燃料電池を用い
た発電装置において、空気極から排出される反応生成水
を含む排出ガスを系外に排出可能な排気バルブと、該排
出ガスの温度を測定する温度測定手段と、燃料電池から
の出力電流値を測定する電流測定手段と、これら測定手
段により測定される排出ガス温度および出力電流値に基
づいて前記排気バルブの開度を調整する制御手段と、を
有してなることを特徴とする。
【０００８】制御手段には、Ａ＝燃料電池の出力電流値
と燃料電池内部での生成水量との相関データ、Ｂ＝燃料
電池空気極からの排出ガス温度と飽和水蒸気量との相関
データおよびＣ＝排気バルブ開度と排気バルブを通る排
出ガス量との相関データが記憶されており、Ａ＝α・Ｂ
×Ｃ（αは定数）となるように、排出ガス温度と出力電
流値とをモニタしながら排気バルブの開度を調整する。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は本発明による高分子固体電
解質型燃料電池発電装置の構成を示す概略図であり、燃
料電池１０は空気極（カソード）の側から見た側面図と
して示されている。公知のように、この燃料電池におい
ては高分子固体電解質膜を挟んで空気極と反対側に、水
素等の燃料ガスが導入される燃料極（アノード）が配さ
れている。
【００１０】空気極には酸化剤ガスとしての空気が空気
導入部１１から空気導入路１２およびファン１３を介し
て導入される。
【００１１】公知のように、燃料電池の燃料極に水素ガ
ス、空気極に空気が供給されることにより、高分子固体
電解質膜の中を水素イオンがプロトンの形で移動し、電
池反応が行われる。このとき、空気極では、供給された
酸素が移動してきた水素イオンおよび電子と反応して水
を生成する。
【００１２】したがって、空気極から排出される排出ガ
スには、未反応の酸素に加えて空気極における反応生成
水が水蒸気として含まれている。
【００１３】この排出ガスを排出する空気排出路１４に
は排気バルブ１６が設けられ、空気極からの排気ガス
は、そのうちの排気バルブ１６の開度に応じた一定量が
系外に排出される。
【００１４】すなわち、排気バルブ１６の開度が絞られ
ることにより、反応生成水（水蒸気）が濃度差により電
解質膜に浸透して燃料極側に移動し、さらに燃料極側に
移動した水分は電気浸透水として空気極側へと移動する
こととなり、これら水分の往復移動によって電解質膜の
加湿が効率的且つ平均的に行われる。
【００１５】排気バルブ１６の開度は、燃料電池１０の
出力電流値および空気極からの排出ガス温度との相関に
よって決定され、燃料電池１０に最適な水バランス条件
を与えるよう制御手段（ＣＰＵ）１７により制御され
る。
【００１６】すなわち、ＣＰＵ１７には次の３つの相関
データが記憶されており、Ａ＝α・Ｂ×Ｃとなるよう
に、排出ガス温度と電流値とをモニタしながら、排気バ
ルブ１６の開度を調整する（図２参照）。
【００１７】Ａ＝燃料電池の出力電流値と燃料電池内部
での生成水量との相関データ Ｂ＝燃料電池空気極からの排出ガス温度と飽和水蒸気量
との相関データ Ｃ＝排気バルブ開度と排気バルブを通る排出ガス量との
相関データ 排出ガス温度と電流値をモニターするために温度センサ
１８および電流計１９が設けられる。なお、図示実施例
において排出ガス温度は排気バルブ１６の手前に設けら
れる温度センサ１８によりモニタされるが、場合によっ
てはセル温度を測定してこれを排出ガス温度として代表
させることも可能である。
【００１８】このようにして排気バルブ１６の開度を制
御することにより、外部からの水供給の必要なしに、セ
ル温度とガス流量との相関によって定められる最適な水
バランス条件（図３において斜線で示される範囲）で燃
料電池１０を運転することができる。
【００１９】なお、本発明では、燃料電池１０の空気極
における反応生成水で電解質膜を湿潤する電気浸透水を
供給するため、燃料電池１０の作動温度は１００℃未満
の低温とすることが好ましい。このために、燃料電池１
０に冷却用ファン１５を付設して、温度センサ１８によ
りモニタされる温度が所定値を超えた場合に該冷却ファ
ン１５を作動させて冷却するよう構成することが好まし
い。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、発電により燃料電池の
空気極において生成する水を利用して電解質膜を加湿さ
せるため、外部からの水供給が不要となり、従来必要と
されていた加湿器やその周辺機器を設ける必要がない。
このため、燃料電池発電装置を大幅に小型軽量化するこ
とができ、特に車載に適したものを提供することができ
る。
【００２１】また、燃料電池を低温で作動させることが
可能となるため、起動時間が短縮され、作動温度にまで
昇温させるための外部ヒータも不要となる。
【００２２】通常運転時には、排気ガス温度と電流値と
をモニタしながら排気バルブの開度を調整して最適な水
バランス条件を保持するものであるが、負荷変動に応じ
て変化する電流値をモニタするため、負荷変動に対して
迅速に応答することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高分子固体電解質型燃料電池発電
装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】排気バルブ開度を制御する制御手段（ＣＰＵ）
における相関式を示す説明図である。
【図３】燃料電池の稼動における最適な水バランス範囲
をガス流量とセル温度との相関で示す図である。
【符号の説明】
１０ 燃料電池 １１ 空気導入部 １２ 空気導入路 １３ ファン １４ 空気排出路 １５ 冷却ファン １６ 排気バルブ １７ 制御手段（ＣＰＵ） １８ 温度センサ １９ 電流計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白石 剛一 東京都千代田区外神田２丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ内 (72)発明者 冨岡 憲浩 愛知県安城市藤井町高根10番地 アイシ ン・エィ・ダブリュ株式会社内 (72)発明者 泉澤 さ紀 東京都千代田区外神田２丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高分子固体電解質膜の両側に空気極と燃
    料極とが配されてなる燃料電池を用いた発電装置におい
    て、空気極から排出される反応生成水を含む排出ガスを
    系外に排出可能な排気バルブと、該排出ガスの温度を測
    定する温度測定手段と、燃料電池からの出力電流値を測
    定する電流測定手段と、これら測定手段により測定され
    る排出ガス温度および出力電流値に基づいて前記排気バ
    ルブの開度を調整する制御手段と、を有してなることを
    特徴とする燃料電池発電装置。
  2. 【請求項２】 前記制御手段には、Ａ＝燃料電池の出力
    電流値と燃料電池内部での生成水量との相関データ、Ｂ
    ＝燃料電池空気極からの排出ガス温度と飽和水蒸気量と
    の相関データおよびＣ＝排気バルブ開度と排気バルブを
    通る排出ガス量との相関データが記憶されており、Ａ＝
    α・Ｂ×Ｃ（αは定数）となるように、排出ガス温度と
    出力電流値とをモニタしながら前記排気バルブの開度を
    調整することを特徴とする請求項１の燃料電池発電装
    置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001266925A (ja) * 2000-03-16 2001-09-28 Honda Motor Co Ltd 燃料電池スタック
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
JP2006032262A (ja) * 2004-07-21 2006-02-02 Tokyo Gas Co Ltd 燃料電池システム及び制御方法
JPWO2012091121A1 (ja) * 2010-12-28 2014-06-05 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 燃料電池システム

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JPWO2012091121A1 (ja) * 2010-12-28 2014-06-05 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 燃料電池システム

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