JPH11312531A - 燃料電池装置 - Google Patents
燃料電池装置Info
- Publication number
- JPH11312531A JPH11312531A JP10117615A JP11761598A JPH11312531A JP H11312531 A JPH11312531 A JP H11312531A JP 10117615 A JP10117615 A JP 10117615A JP 11761598 A JP11761598 A JP 11761598A JP H11312531 A JPH11312531 A JP H11312531A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- series
- reaction gas
- fuel cell
- battery
- stack
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】燃料ガスと酸化剤ガスとの反応をより一層促進
し、高電池出力化を図った燃料電池装置を提供する。 【解決手段】本発明に係る燃料電池装置は、電池スタッ
ク１１をシリーズに接続し、シリーズに接続した電池ス
タック１１の運転温度を反応ガスの流れ方向に順次相対
的に高温化するとともに、反応ガスを最初に流す電池ス
タック１１の運転温度に対応して予め加湿して供給する
ものである。
し、高電池出力化を図った燃料電池装置を提供する。 【解決手段】本発明に係る燃料電池装置は、電池スタッ
ク１１をシリーズに接続し、シリーズに接続した電池ス
タック１１の運転温度を反応ガスの流れ方向に順次相対
的に高温化するとともに、反応ガスを最初に流す電池ス
タック１１の運転温度に対応して予め加湿して供給する
ものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオン導電性を備
えた固体高分子膜を電解質として用いる燃料電池装置に
関する。
えた固体高分子膜を電解質として用いる燃料電池装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池装置には、電解質の種類に応じ
て幾つかの型式のものがある。これらの中でも電解質と
してイオン導体性を備えた固体高分子膜を用いた固体高
分子電解型燃料電池装置が出力密度が高く、比較的構造
をコンパクトにできる等の点で、最近注目されており、
その構成として図１０に示すものがある。
て幾つかの型式のものがある。これらの中でも電解質と
してイオン導体性を備えた固体高分子膜を用いた固体高
分子電解型燃料電池装置が出力密度が高く、比較的構造
をコンパクトにできる等の点で、最近注目されており、
その構成として図１０に示すものがある。
【０００３】この固体高分子電解質型燃料電池装置は、
その中央に配置する固体高分子電解質膜１を挟んで両側
にアノード電極（燃料極）２と、カソード電極（酸化剤
極）３とを備えた単位電池（単位セル）４を構成すると
ともに、各電極２，３に仕切り６ａ，７ａを介して燃料
ガス、例えば水素および酸化剤ガス、例えば空気中の酸
素のそれぞれを供給する燃料ガス供給溝５ａおよび酸化
剤ガス供給溝５ｂを備え、導電性に優れかつ不透過性の
セパレータ６，７を設けた構成になっている。
その中央に配置する固体高分子電解質膜１を挟んで両側
にアノード電極（燃料極）２と、カソード電極（酸化剤
極）３とを備えた単位電池（単位セル）４を構成すると
ともに、各電極２，３に仕切り６ａ，７ａを介して燃料
ガス、例えば水素および酸化剤ガス、例えば空気中の酸
素のそれぞれを供給する燃料ガス供給溝５ａおよび酸化
剤ガス供給溝５ｂを備え、導電性に優れかつ不透過性の
セパレータ６，７を設けた構成になっている。
【０００４】アノード電極２は、アノード触媒層２ａと
アノード多孔質カーボン平板２ｂとで形成する一方、カ
ソード電極３は、カソード触媒層３ａとカソード多孔質
カーボン平板３ｂとで形成される。
アノード多孔質カーボン平板２ｂとで形成する一方、カ
ソード電極３は、カソード触媒層３ａとカソード多孔質
カーボン平板３ｂとで形成される。
【０００５】このような構成を備えた固体高分子電解質
型燃料電池装置において、アノード電極２側に燃料ガス
が供給され、またカソード電極３側に酸化剤ガスが供給
されると、単位電池４は、化学反応し、電流を発生す
る。すなわち、アノード電極２側に燃料ガスが供給され
ると、アノード触媒層２ａは、燃料ガスを水素イオンと
電子とに分離させ、分離した水素イオンを固体高分子膜
１に流すとともに、電子を外部回路（図示せず）に流
し、電流を発生させる。
型燃料電池装置において、アノード電極２側に燃料ガス
が供給され、またカソード電極３側に酸化剤ガスが供給
されると、単位電池４は、化学反応し、電流を発生す
る。すなわち、アノード電極２側に燃料ガスが供給され
ると、アノード触媒層２ａは、燃料ガスを水素イオンと
電子とに分離させ、分離した水素イオンを固体高分子膜
１に流すとともに、電子を外部回路（図示せず）に流
し、電流を発生させる。
【０００６】また、カソード電極３側に酸化剤ガスが供
給されると、カソード触媒層３ａは、酸化剤ガス、特に
酸素に上述の固体高分子電解質膜１からの水素イオンお
よび外部回路からの電子を反応させ、凝縮水を生成す
る。その際、アノード電極２側およびカソード電極３側
の化学反応式は、それぞれ次式で表わされる。
給されると、カソード触媒層３ａは、酸化剤ガス、特に
酸素に上述の固体高分子電解質膜１からの水素イオンお
よび外部回路からの電子を反応させ、凝縮水を生成す
る。その際、アノード電極２側およびカソード電極３側
の化学反応式は、それぞれ次式で表わされる。
【０００７】
【化１】
【０００８】なお、カソード電極３側で生成された凝縮
水は、未反応ガスとともに単位電池４から器外に放出さ
れる。
水は、未反応ガスとともに単位電池４から器外に放出さ
れる。
【０００９】このように、単位電池４は、燃料ガスと酸
化剤ガスとを反応させ、起電力を発生させているが、発
生する起電力が１Ｖ以下であるため、固体高分子電解質
型燃料電池装置では、通常、単位電池４を数十〜数百枚
にして鉛直方向に積み重ねて電池スタック８を構成して
いる。
化剤ガスとを反応させ、起電力を発生させているが、発
生する起電力が１Ｖ以下であるため、固体高分子電解質
型燃料電池装置では、通常、単位電池４を数十〜数百枚
にして鉛直方向に積み重ねて電池スタック８を構成して
いる。
【００１０】一方、電解質として適用する固体高分子電
解質膜１は、例えばプロトン交換膜に作製するパークル
オロロカーボンスルホン酸（商品名：ナフィオン、米国
デュポン社製）が用いられている。この固体高分子電解
質膜１は、分子中に水素イオンの交換基を持ち、飽和水
を保持することによりイオン導電性として良好な機能を
持っている。
解質膜１は、例えばプロトン交換膜に作製するパークル
オロロカーボンスルホン酸（商品名：ナフィオン、米国
デュポン社製）が用いられている。この固体高分子電解
質膜１は、分子中に水素イオンの交換基を持ち、飽和水
を保持することによりイオン導電性として良好な機能を
持っている。
【００１１】ところで、電池スタック８からより一層高
い起電力を発生させるには、固体高分子膜１の開発と相
俟って、良好なイオン導電性を確保するために、固体高
分子電解質膜１に常に飽和水を保持させておくことが必
要とされる。また、カソード電極３側で生成された凝縮
水をそのまま放置しておくと、カソード電極３の反応が
悪くなるので凝縮水の除去が必要とされる。
い起電力を発生させるには、固体高分子膜１の開発と相
俟って、良好なイオン導電性を確保するために、固体高
分子電解質膜１に常に飽和水を保持させておくことが必
要とされる。また、カソード電極３側で生成された凝縮
水をそのまま放置しておくと、カソード電極３の反応が
悪くなるので凝縮水の除去が必要とされる。
【００１２】固体高分子電解質膜１に常に飽和水を保持
させるには、運転状態に近い水蒸気を予め反応ガス（燃
料ガスおよび酸化剤ガスの両方）に加えて加湿しておけ
ば容易に解決できても、カソード電極３側に生成される
凝縮水を除去する手段は、構造が複雑なことも手伝って
開発が困難になっており、現在、模索中である。
させるには、運転状態に近い水蒸気を予め反応ガス（燃
料ガスおよび酸化剤ガスの両方）に加えて加湿しておけ
ば容易に解決できても、カソード電極３側に生成される
凝縮水を除去する手段は、構造が複雑なことも手伝って
開発が困難になっており、現在、模索中である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】最近、カソード電極３
側に生成される凝縮水を除去する手段として、反応ガス
を供給するセパレータ６，７の燃料ガス供給溝５ａおよ
び酸化剤ガス供給溝５ｂをサーペンタイン状に形成した
り、燃料ガス供給溝５ａおよび酸化剤ガス供給溝５ｂの
開口面積を小さくしてガス流速を高め、その速度エネル
ギーを利用して凝縮水を器外に吹き飛ばす発明が公表さ
れている（アメリカ特許ＵＳＰ−４，９８８，５８３、
ＵＳＰ−５，１０８，８４９）。
側に生成される凝縮水を除去する手段として、反応ガス
を供給するセパレータ６，７の燃料ガス供給溝５ａおよ
び酸化剤ガス供給溝５ｂをサーペンタイン状に形成した
り、燃料ガス供給溝５ａおよび酸化剤ガス供給溝５ｂの
開口面積を小さくしてガス流速を高め、その速度エネル
ギーを利用して凝縮水を器外に吹き飛ばす発明が公表さ
れている（アメリカ特許ＵＳＰ−４，９８８，５８３、
ＵＳＰ−５，１０８，８４９）。
【００１４】しかし、ガス流速を高めるために、セパレ
ータ６，７の燃料ガス供給溝５ａおよび酸化剤ガス供給
溝５ｂの開口面積を小さくすると、各溝５ａ，５ｂの個
数がより一層増加し、その作製工数も増加し、電池スタ
ック８を作製するコストがより一層高価になる問題点が
あった。
ータ６，７の燃料ガス供給溝５ａおよび酸化剤ガス供給
溝５ｂの開口面積を小さくすると、各溝５ａ，５ｂの個
数がより一層増加し、その作製工数も増加し、電池スタ
ック８を作製するコストがより一層高価になる問題点が
あった。
【００１５】また、セパレータ６，７の燃料ガス供給溝
５ａおよび酸化剤ガス供給溝５ｂの開口面積を小さくし
た場合、その各溝５ａ，５ｂ内に集められた凝縮水は、
器外に吹き飛ばすことができても、カソード触媒層３ａ
で生成される凝縮水は、カソード多孔質カーボン平板３
ｂを介して再びその各溝５ａ，５ｂに押し戻す必要があ
り、ガス流速を高めただけでは確実に凝縮水を除去でき
ない問題点があった。
５ａおよび酸化剤ガス供給溝５ｂの開口面積を小さくし
た場合、その各溝５ａ，５ｂ内に集められた凝縮水は、
器外に吹き飛ばすことができても、カソード触媒層３ａ
で生成される凝縮水は、カソード多孔質カーボン平板３
ｂを介して再びその各溝５ａ，５ｂに押し戻す必要があ
り、ガス流速を高めただけでは確実に凝縮水を除去でき
ない問題点があった。
【００１６】また、燃料ガス供給溝５ａおよび酸化剤ガ
ス供給溝５ｂに集められた凝縮水を器外に吹き飛ばすに
は、反応ガスを高圧化する必要があり、反応ガスを高圧
化させた分だけエネルギを多く消費し、結果的に熱精算
上、プラント熱効率をむしろ低下させる要因になる等の
不具合、不都合があった。
ス供給溝５ｂに集められた凝縮水を器外に吹き飛ばすに
は、反応ガスを高圧化する必要があり、反応ガスを高圧
化させた分だけエネルギを多く消費し、結果的に熱精算
上、プラント熱効率をむしろ低下させる要因になる等の
不具合、不都合があった。
【００１７】また、燃料ガス供給溝５ａおよび酸化剤ガ
ス供給溝５ｂをサーペンタイン状に形成すると、反応ガ
スの圧力損失が増し、結果的により多くの反応ガスを消
費させる問題点があった。
ス供給溝５ｂをサーペンタイン状に形成すると、反応ガ
スの圧力損失が増し、結果的により多くの反応ガスを消
費させる問題点があった。
【００１８】本発明は、このような問題点に対処してな
されたもので、カソード電極側で生成される凝縮水を確
実に除去させ、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応をより一
層促進させて高電池出力化を図った燃料電池装置を提供
することを目的とする。
されたもので、カソード電極側で生成される凝縮水を確
実に除去させ、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応をより一
層促進させて高電池出力化を図った燃料電池装置を提供
することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る燃料電池装
置は、上記目的を達成するために、請求項１に記載した
ように、固体高分子電解質膜を挟んで両側に、アノード
電極とカソード電極とを介装させたセパレータを備えた
単位電池を積み重ねて構成した電池スタックをシリーズ
に接続し、これらシリーズに接続した電池スタックにシ
リーズに反応ガスを供給してなる燃料電池装置におい
て、前記シリーズに接続した電池スタックの運転温度を
前記反応ガスの流れ方向に順次相対的に高温化するとと
もに、前記反応ガスを最初に流す電池スタックの運転温
度に対応して予め加湿して供給するものである。
置は、上記目的を達成するために、請求項１に記載した
ように、固体高分子電解質膜を挟んで両側に、アノード
電極とカソード電極とを介装させたセパレータを備えた
単位電池を積み重ねて構成した電池スタックをシリーズ
に接続し、これらシリーズに接続した電池スタックにシ
リーズに反応ガスを供給してなる燃料電池装置におい
て、前記シリーズに接続した電池スタックの運転温度を
前記反応ガスの流れ方向に順次相対的に高温化するとと
もに、前記反応ガスを最初に流す電池スタックの運転温
度に対応して予め加湿して供給するものである。
【００２０】また、本発明に係る燃料電池装置は、上記
目的を達成するために、請求項２に記載したように、固
体高分子電解質膜を挟んで両側に、アノード電極とカソ
ード電極とを介装させたセパレータを備えた単位電池を
積み重ねて構成した電池スタックをシリーズに接続し、
これらシリーズに接続した電池スタックにシリーズに反
応ガスを供給してなる燃料電池装置において、前記シリ
ーズに接続した電池スタックの運転温度を前記反応ガス
の流れ方向に順次相対的に高温化するとともに、前記反
応ガスを最初に流す電池スタックの運転温度に対応して
予め加湿して供給する一方、前記反応ガスの流れ方向と
同一方向に冷却媒体を流す冷却媒体供給手段を備えたも
のである。
目的を達成するために、請求項２に記載したように、固
体高分子電解質膜を挟んで両側に、アノード電極とカソ
ード電極とを介装させたセパレータを備えた単位電池を
積み重ねて構成した電池スタックをシリーズに接続し、
これらシリーズに接続した電池スタックにシリーズに反
応ガスを供給してなる燃料電池装置において、前記シリ
ーズに接続した電池スタックの運転温度を前記反応ガス
の流れ方向に順次相対的に高温化するとともに、前記反
応ガスを最初に流す電池スタックの運転温度に対応して
予め加湿して供給する一方、前記反応ガスの流れ方向と
同一方向に冷却媒体を流す冷却媒体供給手段を備えたも
のである。
【００２１】また、本発明に係る燃料電池装置は、上記
目的を達成するために、請求項３に記載したように、シ
リーズに接続した電池スタックを、反応ガスの流れ方向
に沿って順次低温運転用、中温運転用、高温運転用の各
電池スタックに区画したものである。
目的を達成するために、請求項３に記載したように、シ
リーズに接続した電池スタックを、反応ガスの流れ方向
に沿って順次低温運転用、中温運転用、高温運転用の各
電池スタックに区画したものである。
【００２２】また、本発明に係る燃料電池装置は、上記
目的を達成するために、請求項４に記載したように、固
体高分子電解質膜を挟んで両側に、アノード電極とカソ
ード電極とを介装させたセパレータを備えた単位電池を
積み重ねて構成した電池スタックをシリーズに接続し、
これらシリーズに接続した電池スタックにシリーズに反
応ガスを供給してなる燃料電池装置において、前記シリ
ーズに接続した電池スタックの運転温度を前記反応ガス
の流れ方向に順次相対的に高温化するとともに、前記順
次相対的に高温化した少なくとも一つ以上の電池スタッ
クを、さらに前記反応ガスの流れ方向に順次相対的に高
温化したサブ電池スタックに区画する一方、前記反応ガ
スを最初に流すサブ電池スタックの運転温度に対応して
予め加湿して供給するものである。
目的を達成するために、請求項４に記載したように、固
体高分子電解質膜を挟んで両側に、アノード電極とカソ
ード電極とを介装させたセパレータを備えた単位電池を
積み重ねて構成した電池スタックをシリーズに接続し、
これらシリーズに接続した電池スタックにシリーズに反
応ガスを供給してなる燃料電池装置において、前記シリ
ーズに接続した電池スタックの運転温度を前記反応ガス
の流れ方向に順次相対的に高温化するとともに、前記順
次相対的に高温化した少なくとも一つ以上の電池スタッ
クを、さらに前記反応ガスの流れ方向に順次相対的に高
温化したサブ電池スタックに区画する一方、前記反応ガ
スを最初に流すサブ電池スタックの運転温度に対応して
予め加湿して供給するものである。
【００２３】また、本発明に係る燃料電池装置は、上記
目的を達成するために、請求項５に記載したように、少
なくとも一つ以上の電池スタックを区画したサブ電池ス
タックを、反応ガスの流れ方向に沿って順次低温運転
用、中温運転用、高温運転用の各サブ電池スタックに区
画したものである。
目的を達成するために、請求項５に記載したように、少
なくとも一つ以上の電池スタックを区画したサブ電池ス
タックを、反応ガスの流れ方向に沿って順次低温運転
用、中温運転用、高温運転用の各サブ電池スタックに区
画したものである。
【００２４】また、本発明に係る燃料電池装置は、上記
目的を達成するために、請求項６に記載したように、セ
パレータに形成する反応ガス供給溝の下流側の開口面積
を、前記反応ガス供給溝の上流側の開口面積に較べて相
対的に小さく形成したものである。
目的を達成するために、請求項６に記載したように、セ
パレータに形成する反応ガス供給溝の下流側の開口面積
を、前記反応ガス供給溝の上流側の開口面積に較べて相
対的に小さく形成したものである。
【００２５】また、本発明に係る燃料電池装置は、上記
目的を達成するために、請求項７に記載したように、固
体高分子電解質膜を挟んで両側に、アノード電極とカソ
ード電極とを介装させたセパレータを備えた単位電池を
積み重ねて構成した電池スタックをシリーズに接続し、
これらシリーズに接続した電池スタックにシリーズに反
応ガスを供給してなる燃料電池装置において、前記シリ
ーズに接続した電池スタックの運転温度を前記反応ガス
の流れ方向に順次相対的に高温化するとともに、前記反
応ガスを最初に流す電池スタックの運転温度に対応して
予め加湿して供給する一方、前記順次相対的に高温化し
た電池スタックに流す前記反応ガスを正方向および逆方
向のいずれの方向にも流れる手段を備えたものである。
目的を達成するために、請求項７に記載したように、固
体高分子電解質膜を挟んで両側に、アノード電極とカソ
ード電極とを介装させたセパレータを備えた単位電池を
積み重ねて構成した電池スタックをシリーズに接続し、
これらシリーズに接続した電池スタックにシリーズに反
応ガスを供給してなる燃料電池装置において、前記シリ
ーズに接続した電池スタックの運転温度を前記反応ガス
の流れ方向に順次相対的に高温化するとともに、前記反
応ガスを最初に流す電池スタックの運転温度に対応して
予め加湿して供給する一方、前記順次相対的に高温化し
た電池スタックに流す前記反応ガスを正方向および逆方
向のいずれの方向にも流れる手段を備えたものである。
【００２６】また、本発明に係る燃料電池装置は、上記
目的を達成するために、請求項８に記載したように、固
体高分子電解質膜を挟んで両側に、アノード電極とカソ
ード電極とを介装させたセパレータを備えた単位電池を
積み重ねて構成した電池スタックをシリーズに接続し、
これらシリーズに接続した電池スタックにシリーズに反
応ガスを供給してなる燃料電池装置において、前記シリ
ーズに接続した電池スタックの運転温度を前記反応ガス
の流れ方向に順次相対的に高温化するとともに、前記順
次相対的に高温化した少なくとも一つ以上の電池スタッ
クを、さらに前記反応ガスの流れ方向に順次相対的に高
温化したサブ電池スタックに区画し、前記反応ガスを最
初に流すサブ電池スタックの運転温度に対応して予め加
湿して供給する一方、前記反応ガスの流れ方向と同一方
向にシリーズに冷却媒体を流す冷却媒体供給手段を備え
たものである。
目的を達成するために、請求項８に記載したように、固
体高分子電解質膜を挟んで両側に、アノード電極とカソ
ード電極とを介装させたセパレータを備えた単位電池を
積み重ねて構成した電池スタックをシリーズに接続し、
これらシリーズに接続した電池スタックにシリーズに反
応ガスを供給してなる燃料電池装置において、前記シリ
ーズに接続した電池スタックの運転温度を前記反応ガス
の流れ方向に順次相対的に高温化するとともに、前記順
次相対的に高温化した少なくとも一つ以上の電池スタッ
クを、さらに前記反応ガスの流れ方向に順次相対的に高
温化したサブ電池スタックに区画し、前記反応ガスを最
初に流すサブ電池スタックの運転温度に対応して予め加
湿して供給する一方、前記反応ガスの流れ方向と同一方
向にシリーズに冷却媒体を流す冷却媒体供給手段を備え
たものである。
【００２７】また、本発明に係る燃料電池装置は、上記
目的を達成するために、請求項９に記載したように、固
体高分子電解質膜を挟んで両側に、アノード電極とカソ
ード電極とを介装させたセパレータを備えた単位電池を
積み重ねて構成した電池スタックをシリーズに接続し、
これらシリーズに接続した電池スタックにシリーズに反
応ガスを供給してなる燃料電池装置において、前記セパ
レータに形成する反応ガス供給溝の両側にヘッダを備え
たものである。
目的を達成するために、請求項９に記載したように、固
体高分子電解質膜を挟んで両側に、アノード電極とカソ
ード電極とを介装させたセパレータを備えた単位電池を
積み重ねて構成した電池スタックをシリーズに接続し、
これらシリーズに接続した電池スタックにシリーズに反
応ガスを供給してなる燃料電池装置において、前記セパ
レータに形成する反応ガス供給溝の両側にヘッダを備え
たものである。
【００２８】また、本発明に係る燃料電池装置は、上記
目的を達成するために、請求項１０に記載したように、
ヘッダの底部に、マニホールドを備えたものである。
目的を達成するために、請求項１０に記載したように、
ヘッダの底部に、マニホールドを備えたものである。
【００２９】また、本発明に係る燃料電池装置は、上記
目的を達成するために、請求項１１に記載したように、
固体高分子電解質膜を挟んで両側に、アノード電極とカ
ソード電極とを介装させたセパレータを備えた単位電池
を積み重ねて構成した電池スタックをシリーズに接続
し、これらシリーズに接続した電池スタックにシリーズ
に反応ガスを供給してなる燃料電池装置において、前記
シリーズに接続した電池スタックの運転温度を前記反応
ガスの流れ方向に順次相対的に高温化するとともに、前
記最初の電池スタックに供給する反応ガスを加湿させる
手段と、前記シリーズに接続し、順次相対的に高温化し
た電池スタックに冷却媒体を循環させる冷却媒体供給装
置と、前記シリーズに接続し、順次相対的に高温化した
電池スタックに冷却媒体を循環させる冷却媒体供給装置
を駆動する制御系とを備えたものである。
目的を達成するために、請求項１１に記載したように、
固体高分子電解質膜を挟んで両側に、アノード電極とカ
ソード電極とを介装させたセパレータを備えた単位電池
を積み重ねて構成した電池スタックをシリーズに接続
し、これらシリーズに接続した電池スタックにシリーズ
に反応ガスを供給してなる燃料電池装置において、前記
シリーズに接続した電池スタックの運転温度を前記反応
ガスの流れ方向に順次相対的に高温化するとともに、前
記最初の電池スタックに供給する反応ガスを加湿させる
手段と、前記シリーズに接続し、順次相対的に高温化し
た電池スタックに冷却媒体を循環させる冷却媒体供給装
置と、前記シリーズに接続し、順次相対的に高温化した
電池スタックに冷却媒体を循環させる冷却媒体供給装置
を駆動する制御系とを備えたものである。
【００３０】また、本発明に係る燃料電池装置は、上記
目的を達成するために、請求項１２に記載したように、
冷却媒体供給装置を、冷却器、タンクおよび循環ポンプ
を組み合せて構成したものである。
目的を達成するために、請求項１２に記載したように、
冷却媒体供給装置を、冷却器、タンクおよび循環ポンプ
を組み合せて構成したものである。
【００３１】また、本発明に係る燃料電池装置は、上記
目的を達成するために、請求項１３に記載したように、
制御系に、シリーズに接続し、運転温度を反応ガスの流
れ方向に順次相対的に高温化した電池スタックの露点温
度および湿度のいずれか一方の信号と、前記電気スタッ
クの器内温度信号とに基づいて演算し、前記電池スタッ
クに冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置を駆動または
停止させる制御演算部を備えたものである。
目的を達成するために、請求項１３に記載したように、
制御系に、シリーズに接続し、運転温度を反応ガスの流
れ方向に順次相対的に高温化した電池スタックの露点温
度および湿度のいずれか一方の信号と、前記電気スタッ
クの器内温度信号とに基づいて演算し、前記電池スタッ
クに冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置を駆動または
停止させる制御演算部を備えたものである。
【００３２】また、本発明に係る燃料電池装置は、上記
目的を達成するために、請求項１４に記載したように、
制御系に、シリーズに接続し、運転温度を反応ガスの流
れ方向に順次相対的に高温化した電池スタックを構成す
る単位電池の内部抵抗値の信号と、前記電池スタックの
器内温度信号とに基づいて演算し、前記電池スタックに
冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置を駆動または停止
させる制御演算部を備えたものである。
目的を達成するために、請求項１４に記載したように、
制御系に、シリーズに接続し、運転温度を反応ガスの流
れ方向に順次相対的に高温化した電池スタックを構成す
る単位電池の内部抵抗値の信号と、前記電池スタックの
器内温度信号とに基づいて演算し、前記電池スタックに
冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置を駆動または停止
させる制御演算部を備えたものである。
【００３３】また、本発明に係る燃料電池装置は、上記
目的を達成するために、請求項１５に記載したように、
制御系に、反応ガスの湿度信号、シリーズに接続し、運
転温度を反応ガスの流れ方向に順次相対的に高温化した
電池スタックに発生する電流信号および器内温度信号と
に基づいて演算し、前記電池スタックに冷却媒体を供給
する冷却媒体供給装置を駆動または停止させる制御演算
部を備えたものである。
目的を達成するために、請求項１５に記載したように、
制御系に、反応ガスの湿度信号、シリーズに接続し、運
転温度を反応ガスの流れ方向に順次相対的に高温化した
電池スタックに発生する電流信号および器内温度信号と
に基づいて演算し、前記電池スタックに冷却媒体を供給
する冷却媒体供給装置を駆動または停止させる制御演算
部を備えたものである。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る燃料電池装置
の実施形態を図面および図中に付した符号を用いて説明
する。
の実施形態を図面および図中に付した符号を用いて説明
する。
【００３５】図１は、本発明に係る燃料電池装置の第１
実施形態を示す模式図である。
実施形態を示す模式図である。
【００３６】本実施形態に係る燃料電池装置は、例えば
有効面積を１６９cm2 とする平板状の単位電池（単位セ
ル）１０を、鉛直方向に１０枚にして積み重ねて電池ス
タック１１を構成し、その電池スタック１１を、例えば
低温運転用電池スタック１１ａ、中温運転用電池スタッ
ク１１ｂ、高温運転用電池スタック１１ｃに区画して電
気的に接続するとともに、各低、中、高温運転用電池ス
タック１１ａ，１１ｂ，１１ｃのうち、低温運転用電池
スタック１１ａから高温運転用電池スタック１１ｃに向
って燃料ガスおよび酸化剤ガスを連続的に流す構成にし
たものである。なお、本実施形態では、低、中、高温運
転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１のそれぞれの運
転温度を５０℃，６０℃，６５℃に設定し、低、中、高
温運転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃに供給さ
れる燃料ガスおよび酸化剤ガスに予め水蒸気を加えて加
湿し、低、中、高温運転用電池スタック１１ａ，１１
ｂ，１１ｃの運転温度に見合うように上述の反応ガスの
湿度を高くしてある。
有効面積を１６９cm2 とする平板状の単位電池（単位セ
ル）１０を、鉛直方向に１０枚にして積み重ねて電池ス
タック１１を構成し、その電池スタック１１を、例えば
低温運転用電池スタック１１ａ、中温運転用電池スタッ
ク１１ｂ、高温運転用電池スタック１１ｃに区画して電
気的に接続するとともに、各低、中、高温運転用電池ス
タック１１ａ，１１ｂ，１１ｃのうち、低温運転用電池
スタック１１ａから高温運転用電池スタック１１ｃに向
って燃料ガスおよび酸化剤ガスを連続的に流す構成にし
たものである。なお、本実施形態では、低、中、高温運
転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１のそれぞれの運
転温度を５０℃，６０℃，６５℃に設定し、低、中、高
温運転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃに供給さ
れる燃料ガスおよび酸化剤ガスに予め水蒸気を加えて加
湿し、低、中、高温運転用電池スタック１１ａ，１１
ｂ，１１ｃの運転温度に見合うように上述の反応ガスの
湿度を高くしてある。
【００３７】また、反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガ
スの両方）が低温運転用電池スタック１１ａから順次高
温運転用電池スタック１１ｃに向って流れる際、その上
流側で反応消費率（利用率）が高く、その下流側で反応
消費率が低く、反応ガスのアノード電極側およびカソー
ド電極側に対する拡散割合が低くなるので、本実施形態
では、その下流側の燃料ガス供給溝および酸化剤供給溝
（ともに図示せず）の開口面積を、上流側のそれに較べ
て相対的に小さくさせ、反応ガスの流速を高めて反応効
率を均一化させる構成になっている。具体的には、燃料
ガス供給溝および酸化剤ガス供給溝は、ともにピッチを
同一にし、その深さ比を、低、中、高温運転用電池スタ
ック１１ａ，１１ｂ，１１ｃに対し、４：３：１に形成
してある。
スの両方）が低温運転用電池スタック１１ａから順次高
温運転用電池スタック１１ｃに向って流れる際、その上
流側で反応消費率（利用率）が高く、その下流側で反応
消費率が低く、反応ガスのアノード電極側およびカソー
ド電極側に対する拡散割合が低くなるので、本実施形態
では、その下流側の燃料ガス供給溝および酸化剤供給溝
（ともに図示せず）の開口面積を、上流側のそれに較べ
て相対的に小さくさせ、反応ガスの流速を高めて反応効
率を均一化させる構成になっている。具体的には、燃料
ガス供給溝および酸化剤ガス供給溝は、ともにピッチを
同一にし、その深さ比を、低、中、高温運転用電池スタ
ック１１ａ，１１ｂ，１１ｃに対し、４：３：１に形成
してある。
【００３８】このような構成を備えた本実施形態では、
テスト運転の結果、電池出力運転時間が３０００時間
で、負荷電流密度が４００ｍＡ／cm2 、燃料ガスの反応
消費率（利用率）が８０％、酸化剤ガスの反応消費率
（利用率）が５０％になり、従来に較べて向上した。
テスト運転の結果、電池出力運転時間が３０００時間
で、負荷電流密度が４００ｍＡ／cm2 、燃料ガスの反応
消費率（利用率）が８０％、酸化剤ガスの反応消費率
（利用率）が５０％になり、従来に較べて向上した。
【００３９】また、本実施形態では、電池スタック１１
を、低、中、高温運転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，
１１ｃに区画したので、従来のように、運転温度を一定
とする一つの電池スタックに較べて平均電圧が５％増加
し、しかも変動分布の少ない安定した電池出力を発生す
ることが認められた。
を、低、中、高温運転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，
１１ｃに区画したので、従来のように、運転温度を一定
とする一つの電池スタックに較べて平均電圧が５％増加
し、しかも変動分布の少ない安定した電池出力を発生す
ることが認められた。
【００４０】このように、本実施形態では、電池スタッ
ク１１を、低、中、高温運転用電池スタック１１ａ，１
１ｂ，１１ｃのそれぞれに区画し、区画した低、中、高
温運転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃを電気的
に直列接続させる一方、反応ガスを低温運転用電池スタ
ック１１ａから順次、高温運転用電池スタック１１ｃに
向って連続に流す構成にしたので、安定した電池出力を
発生させることができ、反応ガスの反応消費率（利用
率）をより一層向上させることができる。
ク１１を、低、中、高温運転用電池スタック１１ａ，１
１ｂ，１１ｃのそれぞれに区画し、区画した低、中、高
温運転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃを電気的
に直列接続させる一方、反応ガスを低温運転用電池スタ
ック１１ａから順次、高温運転用電池スタック１１ｃに
向って連続に流す構成にしたので、安定した電池出力を
発生させることができ、反応ガスの反応消費率（利用
率）をより一層向上させることができる。
【００４１】すなわち、反応ガスを低、中、高温運転用
電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃに順次、連続に流
しているので、例えば低温運転用電池スタック１１ａで
反応ガスの未反応部分が比較的多くなっても、隣りの中
温運転用または高温運転用電池スタック１１ｂ，１１ｃ
で反応させ、反応ガスをあますところなく消費させるこ
とができる。
電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃに順次、連続に流
しているので、例えば低温運転用電池スタック１１ａで
反応ガスの未反応部分が比較的多くなっても、隣りの中
温運転用または高温運転用電池スタック１１ｂ，１１ｃ
で反応させ、反応ガスをあますところなく消費させるこ
とができる。
【００４２】また、本実施形態では、下流側の燃料ガス
供給溝および酸化剤ガス供給溝の開口面積を、上流側の
それに較べて相対的に小さくさせて反応ガスの流速を高
めたので、反応効率の均一化を図ることができ、安定し
た電池出力を発生させることができる。
供給溝および酸化剤ガス供給溝の開口面積を、上流側の
それに較べて相対的に小さくさせて反応ガスの流速を高
めたので、反応効率の均一化を図ることができ、安定し
た電池出力を発生させることができる。
【００４３】したがって、本実施形態によれば、反応ガ
スを、低、中、高温運転用電池スタック１１ａ，１１
ｂ，１１ｃのそれぞれに過剰に供給しなくとも安定した
電池出力を促進することができるので、従来に較べて反
応ガスの供給量を少なくさせることができる。
スを、低、中、高温運転用電池スタック１１ａ，１１
ｂ，１１ｃのそれぞれに過剰に供給しなくとも安定した
電池出力を促進することができるので、従来に較べて反
応ガスの供給量を少なくさせることができる。
【００４４】また、本実施形態では、低、中、高温運転
用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃのそれぞれの運
転温度を、反応ガスの流れに沿って順次高くしたので、
仮に低温運転用電池スタック１１ａのカーボン電極側で
の酸化剤ガスの反応の際、生成される凝縮水が多くなっ
ても、運転温度の高い順の中温運転用または高温運転用
電池スタック１１ｂ，１１ｃで蒸発させるので、酸化剤
ガスの反応を良好に行わせることができる。なお、低、
中、高温運転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃの
それぞれは、別個独立に設置しても良いが、別個独立に
設置すると、特定の電池スタックに過電池出力の可能性
があるので、電気的に直列接続することが好ましい。
用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃのそれぞれの運
転温度を、反応ガスの流れに沿って順次高くしたので、
仮に低温運転用電池スタック１１ａのカーボン電極側で
の酸化剤ガスの反応の際、生成される凝縮水が多くなっ
ても、運転温度の高い順の中温運転用または高温運転用
電池スタック１１ｂ，１１ｃで蒸発させるので、酸化剤
ガスの反応を良好に行わせることができる。なお、低、
中、高温運転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃの
それぞれは、別個独立に設置しても良いが、別個独立に
設置すると、特定の電池スタックに過電池出力の可能性
があるので、電気的に直列接続することが好ましい。
【００４５】図２は、本発明に係る燃料電池装置の第２
実施形態を示す模式図である。なお、第１実施形態の構
成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
実施形態を示す模式図である。なお、第１実施形態の構
成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００４６】本実施形態に係る燃料電池装置は、第１実
施形態と同様に、電池スタック１１を、例えば低、中、
高温運転用電池スタック１１ａ，１ｂ，１１ｃに区画
し、低、中、高温運転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，
１１ｃを電気的に直列接続させるとともに、低、中、高
温運転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃに連続し
て冷却媒体、例えば冷却水を供給する冷却媒体供給手段
１２、例えば冷却水配管を設けたものである。なお、低
温運転用電池スタック１１ａの運転温度は、冷却媒体供
給手段１２から供給される冷却媒体の温度により決定さ
れる。また、高温運転用電池スタック１１ｃの運転温度
は、高温運転用電池スタック１１ｃから排出される冷却
媒体の温度を計測し、冷却媒体量を調整することにより
決定される。さらに、中温運転用電池スタック１１ｂの
運転温度は、低温運転用電池スタック１１ａの運転温度
と、高温運転用電池スタック１１ｃの運転温度との平均
温度を採用する。
施形態と同様に、電池スタック１１を、例えば低、中、
高温運転用電池スタック１１ａ，１ｂ，１１ｃに区画
し、低、中、高温運転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，
１１ｃを電気的に直列接続させるとともに、低、中、高
温運転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃに連続し
て冷却媒体、例えば冷却水を供給する冷却媒体供給手段
１２、例えば冷却水配管を設けたものである。なお、低
温運転用電池スタック１１ａの運転温度は、冷却媒体供
給手段１２から供給される冷却媒体の温度により決定さ
れる。また、高温運転用電池スタック１１ｃの運転温度
は、高温運転用電池スタック１１ｃから排出される冷却
媒体の温度を計測し、冷却媒体量を調整することにより
決定される。さらに、中温運転用電池スタック１１ｂの
運転温度は、低温運転用電池スタック１１ａの運転温度
と、高温運転用電池スタック１１ｃの運転温度との平均
温度を採用する。
【００４７】このように、本実施形態では、低、中、高
温運転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃに冷却媒
体を連続して供給する冷却媒体供給手段１２を設け、
低、中、高温運転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１
ｃのより一層の温度傾斜化を図ったので、仮に低温運転
用電池スタック１１ａのカソード電極側で酸化剤ガスを
反応させる際、生成される凝縮水が多くなっても隣りの
中温運転用または高温運転用電池スタック１１ｂ，１１
ｃで蒸発の促進を確実に行わせることができ、酸化剤ガ
スのより一層の反応を高めて安定した電池出力を発生さ
せることができる。
温運転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃに冷却媒
体を連続して供給する冷却媒体供給手段１２を設け、
低、中、高温運転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１
ｃのより一層の温度傾斜化を図ったので、仮に低温運転
用電池スタック１１ａのカソード電極側で酸化剤ガスを
反応させる際、生成される凝縮水が多くなっても隣りの
中温運転用または高温運転用電池スタック１１ｂ，１１
ｃで蒸発の促進を確実に行わせることができ、酸化剤ガ
スのより一層の反応を高めて安定した電池出力を発生さ
せることができる。
【００４８】図３は、本発明に係る燃料電池装置の第３
実施形態を示す模式図である。なお、第１実施形態の構
成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
実施形態を示す模式図である。なお、第１実施形態の構
成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００４９】本実施形態に係る燃料電池装置は、第１実
施形態で示した低、中、高温運転用電池スタック１１
ａ，１１ｂ，１１ｃのうち、低温運転用電池スタック１
１ａを、さらに低、中、高温運転用サブ電池スタック１
１ａ1 ，１１ａ2 ，１１ａ3 のそれぞれに区画するとと
もに、低、中、高温運転用サブ電池スタック１１ａ1 ，
１１ａ2 ，１１ａ3 を反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤
ガスの両方）の流れの方向と同一方向に直列接続させた
ものである。なお、中、高温運転用電池スタック１１
ｂ，１１ｃも、上述と同様に、低温運転用サブ電池スタ
ック１１ｂ1 ，１１ｃ1 、中温運転用サブ電池スタック
１１ｂ2 ，１１ｃ2 、高温運転用サブ電池スタック１１
ｂ3 ，１１ｃ3 に区画される。
施形態で示した低、中、高温運転用電池スタック１１
ａ，１１ｂ，１１ｃのうち、低温運転用電池スタック１
１ａを、さらに低、中、高温運転用サブ電池スタック１
１ａ1 ，１１ａ2 ，１１ａ3 のそれぞれに区画するとと
もに、低、中、高温運転用サブ電池スタック１１ａ1 ，
１１ａ2 ，１１ａ3 を反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤
ガスの両方）の流れの方向と同一方向に直列接続させた
ものである。なお、中、高温運転用電池スタック１１
ｂ，１１ｃも、上述と同様に、低温運転用サブ電池スタ
ック１１ｂ1 ，１１ｃ1 、中温運転用サブ電池スタック
１１ｂ2 ，１１ｃ2 、高温運転用サブ電池スタック１１
ｂ3 ，１１ｃ3 に区画される。
【００５０】一般に、電池スタック１１は、単独電池１
０を例に採ると、その入口側の方がその出口側に較べて
反応ガスの反応消費率（利用率）が低いのに対し、電池
出力密度が高くなる傾向にある。
０を例に採ると、その入口側の方がその出口側に較べて
反応ガスの反応消費率（利用率）が低いのに対し、電池
出力密度が高くなる傾向にある。
【００５１】本実施形態では、このような点に着目した
もので、低、中、高温運転用電池スタック１１ａ，１１
ｂ，１１ｃ毎に、低、中、高温運転用サブ電池スタック
１１ａ1 ，１１ｂ1 ，１１ｃ1 ，１１ａ2 ，１１ｂ2 ，
１１ｃ2 ，…に細かく区画したものである。
もので、低、中、高温運転用電池スタック１１ａ，１１
ｂ，１１ｃ毎に、低、中、高温運転用サブ電池スタック
１１ａ1 ，１１ｂ1 ，１１ｃ1 ，１１ａ2 ，１１ｂ2 ，
１１ｃ2 ，…に細かく区画したものである。
【００５２】また、本実施形態では、低、中、高温運転
用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃ毎に区画した
低、中、高温運転用サブ電池スタック１１ａ1 ，１１ｂ
1 ，１１ｃ1 ，１１ａ2 ，１１ｂ2 ，１１ｃ2 ，…に反
応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガスの両方）を供給する
燃料ガス供給溝および酸化剤ガス供給溝（ともに図示せ
ず）の開口面積を、上流側に較べて下流側を相対的に小
さくさせ、反応ガスの流体を高めて反応効率を均一化さ
せる構成になっている。具体的には、第１実施形態と同
様に、ともにピッチを同一にし、その深さ比を、低、
中、高温運転用サブ電池スタック１１ａ1 ，１１ｂ1 ，
１１ｃ1 ，１１ａ2 ，１１ｂ2 ，１１ｃ2 ，…に対し、
４：３：１に形成してある。
用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃ毎に区画した
低、中、高温運転用サブ電池スタック１１ａ1 ，１１ｂ
1 ，１１ｃ1 ，１１ａ2 ，１１ｂ2 ，１１ｃ2 ，…に反
応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガスの両方）を供給する
燃料ガス供給溝および酸化剤ガス供給溝（ともに図示せ
ず）の開口面積を、上流側に較べて下流側を相対的に小
さくさせ、反応ガスの流体を高めて反応効率を均一化さ
せる構成になっている。具体的には、第１実施形態と同
様に、ともにピッチを同一にし、その深さ比を、低、
中、高温運転用サブ電池スタック１１ａ1 ，１１ｂ1 ，
１１ｃ1 ，１１ａ2 ，１１ｂ2 ，１１ｃ2 ，…に対し、
４：３：１に形成してある。
【００５３】このように、本実施形態では、低、中、高
温運転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃ毎に、
低、中、高温運転用サブ電池スタック１１ａ1 ，１１ｂ
1 ，１１ｃ1 ，１１ａ2 ，１１ｂ2 ，１１ｃ2 ，…と細
かく区画したので、低、中、高温運転用電池スタック１
１ａ，１１ｂ，１１ｃからのむらのない安定した電池出
力を発生させることができる。
温運転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃ毎に、
低、中、高温運転用サブ電池スタック１１ａ1 ，１１ｂ
1 ，１１ｃ1 ，１１ａ2 ，１１ｂ2 ，１１ｃ2 ，…と細
かく区画したので、低、中、高温運転用電池スタック１
１ａ，１１ｂ，１１ｃからのむらのない安定した電池出
力を発生させることができる。
【００５４】また、本実施形態では、低、中、高温運転
用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃ毎に、低、中、
高温運転用サブ電池スタック１１ａ1 ，１１ｂ1 ，１１
ｃ1，１１ａ2 ，１１ｂ2 ，１１ｃ2 ，…と細かく区画
したので、酸化剤ガスの反応の際、生成される凝縮水を
より一層蒸発させることができ、酸化剤ガスの反応を良
好に促進させることができる。
用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃ毎に、低、中、
高温運転用サブ電池スタック１１ａ1 ，１１ｂ1 ，１１
ｃ1，１１ａ2 ，１１ｂ2 ，１１ｃ2 ，…と細かく区画
したので、酸化剤ガスの反応の際、生成される凝縮水を
より一層蒸発させることができ、酸化剤ガスの反応を良
好に促進させることができる。
【００５５】また、本実施形態では、下流側の燃料ガス
供給溝および酸化剤ガス供給溝の開口面積を、上流側の
それに較べて相対的に小さくさせて反応ガスの流速を高
めたので、反応高率のより一層の均一化を図ることがで
き、安定した電池出力を発生させることができる。
供給溝および酸化剤ガス供給溝の開口面積を、上流側の
それに較べて相対的に小さくさせて反応ガスの流速を高
めたので、反応高率のより一層の均一化を図ることがで
き、安定した電池出力を発生させることができる。
【００５６】図４は、本発明に係る燃料電池装置の第４
実施形態を示す模式図である。なお、第１実施形態の構
成部分と同一部分または対応する部分には同一符号を付
す。
実施形態を示す模式図である。なお、第１実施形態の構
成部分と同一部分または対応する部分には同一符号を付
す。
【００５７】本実施形態に係る燃料電池装置は、第１実
施形態と同様に、電池スタック１１を、例えば低、中、
高温運転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃに区画
するとともに、低温運転用電池スタック１１ａから順
次、中、高温運転用電池スタック１１ｂ，１１ｃに供給
していた反応ガスを、予め定められた運転時間経過後、
逆方向に供給する構成にしたものである。具体的には、
配管に設置したバルブ（図示せず）を切り替え、反応ガ
スを図示の流れ方向と逆方向に流すことにより行われ
る。なお、反応ガスを、予め定められた運転時間経過
後、逆方向に流す運転方法は、図３で示した第３実施形
態にも適用される。
施形態と同様に、電池スタック１１を、例えば低、中、
高温運転用電池スタック１１ａ，１１ｂ，１１ｃに区画
するとともに、低温運転用電池スタック１１ａから順
次、中、高温運転用電池スタック１１ｂ，１１ｃに供給
していた反応ガスを、予め定められた運転時間経過後、
逆方向に供給する構成にしたものである。具体的には、
配管に設置したバルブ（図示せず）を切り替え、反応ガ
スを図示の流れ方向と逆方向に流すことにより行われ
る。なお、反応ガスを、予め定められた運転時間経過
後、逆方向に流す運転方法は、図３で示した第３実施形
態にも適用される。
【００５８】このように、本実施形態では、反応ガス
を、予め定められた運転時間経過後、逆方向に流す構成
にしたので、低、中、高温運転用電池スタック１１ａ，
１１ｂ，１１ｃの電池特性の低下を低く抑えることがで
き、安定した電池出力の発生を長く維持させることがで
きる。
を、予め定められた運転時間経過後、逆方向に流す構成
にしたので、低、中、高温運転用電池スタック１１ａ，
１１ｂ，１１ｃの電池特性の低下を低く抑えることがで
き、安定した電池出力の発生を長く維持させることがで
きる。
【００５９】図５は、本発明に係る燃料電池装置の第５
実施形態を示す模式図である。なお、第１実施形態、第
２実施形態および第３実施形態の構成部分と同一または
対応する部分には同一符号を付す。
実施形態を示す模式図である。なお、第１実施形態、第
２実施形態および第３実施形態の構成部分と同一または
対応する部分には同一符号を付す。
【００６０】本実施形態に係る燃料電池装置は、第１実
施形態に、第２実施形態および第３実施形態を組み合せ
たもので、低、中、高温運転用電池スタック１１ａ，１
１ｂ，１１ｃ毎に低、中、高温運転用サブ電池スタック
１１ａ1 ，１１ｂ1 ，１１ｃ1 ，１１ａ2 ，１１ｂ2 ，
１１ｃ2 ，…を区画するとともに、反応ガスの流れ方向
と同一方向に冷却媒体を流す冷却供給手段１２を設けた
ものである。
施形態に、第２実施形態および第３実施形態を組み合せ
たもので、低、中、高温運転用電池スタック１１ａ，１
１ｂ，１１ｃ毎に低、中、高温運転用サブ電池スタック
１１ａ1 ，１１ｂ1 ，１１ｃ1 ，１１ａ2 ，１１ｂ2 ，
１１ｃ2 ，…を区画するとともに、反応ガスの流れ方向
と同一方向に冷却媒体を流す冷却供給手段１２を設けた
ものである。
【００６１】このように、本実施形態では、低、中、高
温運転用サブ電池スタック１１ａ1，１１ｂ1 ，１１ｃ
1 ，１１ａ2 ，１１ｂ2 ，１１ｃ2 ，…の反応ガスの流
れ方向と同一方向に冷却媒体を連続して供給する冷却媒
体供給手段１２を設け、低、中、高温運転用サブ電池ス
タック１１ａ1 ，１１ｂ1 ，１１ｃ1 ，１１ａ2 ，１１
ｂ2 ，１１ｃ2 ，…のより一層の温度傾斜化を図ったの
で、各サブ電池スタック１１ａ1 ，１１ｂ1 ，１１
ｃ1 ，１１ａ2 ，１１ｂ2 ，１１ｃ2 ，…のカーボン電
極側で生成される凝縮水の蒸発をより一層促進させるこ
とができ、安定した電池出力を発生させることができ
る。
温運転用サブ電池スタック１１ａ1，１１ｂ1 ，１１ｃ
1 ，１１ａ2 ，１１ｂ2 ，１１ｃ2 ，…の反応ガスの流
れ方向と同一方向に冷却媒体を連続して供給する冷却媒
体供給手段１２を設け、低、中、高温運転用サブ電池ス
タック１１ａ1 ，１１ｂ1 ，１１ｃ1 ，１１ａ2 ，１１
ｂ2 ，１１ｃ2 ，…のより一層の温度傾斜化を図ったの
で、各サブ電池スタック１１ａ1 ，１１ｂ1 ，１１
ｃ1 ，１１ａ2 ，１１ｂ2 ，１１ｃ2 ，…のカーボン電
極側で生成される凝縮水の蒸発をより一層促進させるこ
とができ、安定した電池出力を発生させることができ
る。
【００６２】図６は、本発明に係る燃料電池装置に適用
するセパレータの実施形態を示す概略図である。
するセパレータの実施形態を示す概略図である。
【００６３】本実施形態に係るセパレータ１３は、反応
ガスを供給する反応ガス供給溝１４を、鉛直方向に沿っ
て複数個形成するとともに、反応ガス供給溝１４の両端
に、入口マニホールド１５ａを備えた入口ヘッド１５
と、出口マニホールド１６ａを備えた出口ヘッダ１６と
を設けたものである。
ガスを供給する反応ガス供給溝１４を、鉛直方向に沿っ
て複数個形成するとともに、反応ガス供給溝１４の両端
に、入口マニホールド１５ａを備えた入口ヘッド１５
と、出口マニホールド１６ａを備えた出口ヘッダ１６と
を設けたものである。
【００６４】このように、本実施形態では、セパレータ
１３の反応ガス供給溝１４の両端に、入口ヘッダ１５と
出口ヘッダ１６とを設け、より多くの反応ガスを供給す
るので、従来に較べてより一層高い電池出力を発生させ
ることができる。
１３の反応ガス供給溝１４の両端に、入口ヘッダ１５と
出口ヘッダ１６とを設け、より多くの反応ガスを供給す
るので、従来に較べてより一層高い電池出力を発生させ
ることができる。
【００６５】また、本実施形態では、反応ガス供給溝１
４の両端に、入口ヘッダ１５と出口ヘッダ１６とを備え
たので、反応ガスから生成される凝縮水をより多く処理
することができ、従来のように反応ガス供給溝１４の構
造、形状を複雑化させることもなく、その作製工数時間
を少なくさせてコスト低減に寄与することができる。な
お、本実施形態は、入口ヘッダ１５と出口ヘッダ１６と
の底部側に入口、出口のマニホールド１５ａ，１６ａを
備えているので、反応ガスの給排出口の切替を自由に行
うことができる。
４の両端に、入口ヘッダ１５と出口ヘッダ１６とを備え
たので、反応ガスから生成される凝縮水をより多く処理
することができ、従来のように反応ガス供給溝１４の構
造、形状を複雑化させることもなく、その作製工数時間
を少なくさせてコスト低減に寄与することができる。な
お、本実施形態は、入口ヘッダ１５と出口ヘッダ１６と
の底部側に入口、出口のマニホールド１５ａ，１６ａを
備えているので、反応ガスの給排出口の切替を自由に行
うことができる。
【００６６】図７は、本発明に係る燃料電池装置に適用
する電池スタックの運転温度を制御する実施形態を示す
概略制御系統図である。なお、第１実施形態の構成部分
と同一部分には同一符号を付す。
する電池スタックの運転温度を制御する実施形態を示す
概略制御系統図である。なお、第１実施形態の構成部分
と同一部分には同一符号を付す。
【００６７】本実施形態に係る電池スタック１１は、例
えば有効面積を１６９cm2 とする平板状の単位電池（単
位セル）１０を、鉛直方向に３０枚にして積み重ねた構
成になっている。
えば有効面積を１６９cm2 とする平板状の単位電池（単
位セル）１０を、鉛直方向に３０枚にして積み重ねた構
成になっている。
【００６８】この電池スタック１１は、その入口側に燃
料ガスおよび酸化剤ガスを加湿させる加湿器１７ａ，１
７ｂと、その出口側に酸化剤ガスの湿度を測定する露点
計１８を備えている。なお、露点計１８は湿度計で良
い。
料ガスおよび酸化剤ガスを加湿させる加湿器１７ａ，１
７ｂと、その出口側に酸化剤ガスの湿度を測定する露点
計１８を備えている。なお、露点計１８は湿度計で良
い。
【００６９】また、電池スタック１１は、その器内の運
転温度を調整するために、冷却媒体、例えば冷却水を供
給する冷却器１９、タンク２０、循環ポンプ２１を組み
合せた冷却媒体供給装置２２と、冷却器１９および循環
ポンプ２１に制御信号を与える制御演算部２３とを備え
た構成になっている。
転温度を調整するために、冷却媒体、例えば冷却水を供
給する冷却器１９、タンク２０、循環ポンプ２１を組み
合せた冷却媒体供給装置２２と、冷却器１９および循環
ポンプ２１に制御信号を与える制御演算部２３とを備え
た構成になっている。
【００７０】このような構成を備えた電池スタック１１
において、今、器内の運転温度を、例えば８０℃に設定
したとき、器内の運転温度が８０℃よりも下廻り、露点
計１８で測定した温度が例えば７８℃以下になった場
合、制御演算部２３は、器内運転温度と露点計１８の測
定温度に基づいて演算し、その演算信号を冷却器１９お
よび循環ポンプ２１に与えて冷却器１９および循環ポン
プ２１を駆動させるようになっている。また、器内の運
転運転温度よりも高くなったとき、制御演算部２３は、
その演算信号を冷却器１９および循環ポンプ２１に与え
て冷却器１９および循環ポンプ２１の駆動を停止させる
ようになっている。
において、今、器内の運転温度を、例えば８０℃に設定
したとき、器内の運転温度が８０℃よりも下廻り、露点
計１８で測定した温度が例えば７８℃以下になった場
合、制御演算部２３は、器内運転温度と露点計１８の測
定温度に基づいて演算し、その演算信号を冷却器１９お
よび循環ポンプ２１に与えて冷却器１９および循環ポン
プ２１を駆動させるようになっている。また、器内の運
転運転温度よりも高くなったとき、制御演算部２３は、
その演算信号を冷却器１９および循環ポンプ２１に与え
て冷却器１９および循環ポンプ２１の駆動を停止させる
ようになっている。
【００７１】このように、本実施形態では、電池スタッ
ク１１に、冷却媒体供給装置２２と制御演算部２３とを
設け、器内設定運転温度に対し、下廻ったとき、器内で
生成される凝縮水を促進させ、逆に器内設定運転温度に
対し、上廻ったとき、器内で生成される凝縮水の蒸発を
促進させたので、電池スタック１１から発生する電池出
力を従来に較べてより一層高めることができる。ちなみ
に、実験によれば、電圧低下速度は、従来の運転温度一
定に較べて１／３以下に低くすることができた。
ク１１に、冷却媒体供給装置２２と制御演算部２３とを
設け、器内設定運転温度に対し、下廻ったとき、器内で
生成される凝縮水を促進させ、逆に器内設定運転温度に
対し、上廻ったとき、器内で生成される凝縮水の蒸発を
促進させたので、電池スタック１１から発生する電池出
力を従来に較べてより一層高めることができる。ちなみ
に、実験によれば、電圧低下速度は、従来の運転温度一
定に較べて１／３以下に低くすることができた。
【００７２】図８は、本発明に係る燃料電池装置に適用
する電池スタックの運転温度を制御する、図７に示した
実施形態の第１変形例を示す制御系統図である。
する電池スタックの運転温度を制御する、図７に示した
実施形態の第１変形例を示す制御系統図である。
【００７３】本実施例では、図７で示した実施形態の構
成と同一にするとともに、電池スタック１１に、単位電
池１０の内部抵抗を測定する抵抗測定装置２４を付設
し、抵抗測定装置２４からの抵抗信号と器内温度信号と
に基づいて制御演算部２３で演算させ、冷却媒体供給装
置２２を駆動させたものである。
成と同一にするとともに、電池スタック１１に、単位電
池１０の内部抵抗を測定する抵抗測定装置２４を付設
し、抵抗測定装置２４からの抵抗信号と器内温度信号と
に基づいて制御演算部２３で演算させ、冷却媒体供給装
置２２を駆動させたものである。
【００７４】抵抗測定装置２４は、器内の運転温度を、
例えば８０℃に設定したとき、単位電池１０の内部抵抗
値が例えば９０Ωcm2 以上になると、冷却媒体供給装置
２２を駆動させて電池スタック１１の運転温度を低下さ
せ、逆に９０Ωcm2 以下になると、冷却媒体供給装置２
２の駆動を停止させ、電池スタック１１の運転温度を高
める構成になっている。
例えば８０℃に設定したとき、単位電池１０の内部抵抗
値が例えば９０Ωcm2 以上になると、冷却媒体供給装置
２２を駆動させて電池スタック１１の運転温度を低下さ
せ、逆に９０Ωcm2 以下になると、冷却媒体供給装置２
２の駆動を停止させ、電池スタック１１の運転温度を高
める構成になっている。
【００７５】したがって、本実施例によれば、器内に生
成される凝縮水の多少量に応じて電池スタック１１の運
転温度を制御できるので、電池スタック１１から発生す
る電池出力を従来に比べてより一層高めることができ
る。
成される凝縮水の多少量に応じて電池スタック１１の運
転温度を制御できるので、電池スタック１１から発生す
る電池出力を従来に比べてより一層高めることができ
る。
【００７６】なお、本実施例では、電池スタック１１に
抵抗測定装置２４を付設したが、図９に示すように、電
池スタック１１に負荷電流計２５を付設し、負荷電流計
２５からの電流信号、加湿器１７ａ，１７ｂからの信号
および温度計２６からの器内温度信号に基づいて制御演
算部２３で演算させ、冷却媒体供給装置２２を駆動させ
ても良い。
抵抗測定装置２４を付設したが、図９に示すように、電
池スタック１１に負荷電流計２５を付設し、負荷電流計
２５からの電流信号、加湿器１７ａ，１７ｂからの信号
および温度計２６からの器内温度信号に基づいて制御演
算部２３で演算させ、冷却媒体供給装置２２を駆動させ
ても良い。
【００７７】
【発明の効果】以上の説明のとおり、本発明に係る燃料
電池装置は、電池スタックをシリーズに接続し、シリー
ズに接続した電池スタックの運転温度を反応ガスの流れ
方向に順次相対的に高温化するとともに、反応ガスを最
初に流す電池スタックの運転温度に対応して予め加湿す
るので、反応ガスの反応消費率を高めて、安定した電池
出力を発生させることができる。
電池装置は、電池スタックをシリーズに接続し、シリー
ズに接続した電池スタックの運転温度を反応ガスの流れ
方向に順次相対的に高温化するとともに、反応ガスを最
初に流す電池スタックの運転温度に対応して予め加湿す
るので、反応ガスの反応消費率を高めて、安定した電池
出力を発生させることができる。
【００７８】また、本発明に係る燃料電池装置は、電池
スタックをシリーズに接続し、シリーズに接続した電池
スタックの運転温度を反応ガスの流れ方向に順次相対的
に高温化するとともに、反応ガスを最初に流す電池スタ
ックの運転温度に対応して予め加湿させる一方、反応ガ
スの流れ方向と同一方向に冷却媒体を流す冷却媒体供給
手段を備え、各電池スタックの温度傾斜化を図ったの
で、酸化剤ガスの反応の際、生成される凝縮水の蒸発を
促進させて安定した電池出力を発生させることができ
る。
スタックをシリーズに接続し、シリーズに接続した電池
スタックの運転温度を反応ガスの流れ方向に順次相対的
に高温化するとともに、反応ガスを最初に流す電池スタ
ックの運転温度に対応して予め加湿させる一方、反応ガ
スの流れ方向と同一方向に冷却媒体を流す冷却媒体供給
手段を備え、各電池スタックの温度傾斜化を図ったの
で、酸化剤ガスの反応の際、生成される凝縮水の蒸発を
促進させて安定した電池出力を発生させることができ
る。
【００７９】また、本発明に係る燃料電池装置は、電池
スタックをシリーズに接続し、シリーズに接続した電池
スタックの運転温度を反応ガスの流れ方向に順次相対的
に高温化するとともに、順次相対的に高温化した少なく
とも一つ以上の電池スタックを、さらに反応ガスの流れ
方向に順次相対的に高温化したサブ電池スタックに区画
する一方、反応ガスを最初に流すサブ電池スタックの運
転温度に対応して予め加湿するので、反応ガスの反応消
費率をより一層高めて、安定した電池出力を発生させる
ことができる。
スタックをシリーズに接続し、シリーズに接続した電池
スタックの運転温度を反応ガスの流れ方向に順次相対的
に高温化するとともに、順次相対的に高温化した少なく
とも一つ以上の電池スタックを、さらに反応ガスの流れ
方向に順次相対的に高温化したサブ電池スタックに区画
する一方、反応ガスを最初に流すサブ電池スタックの運
転温度に対応して予め加湿するので、反応ガスの反応消
費率をより一層高めて、安定した電池出力を発生させる
ことができる。
【００８０】また、本発明に係る燃料電池装置は、電池
スタックをシリーズに接続し、シリーズに接続した電池
スタックの運転温度を反応ガスの流れ方向に順次相対的
に高温化するとともに、高温化した電池スタックに流す
反応ガスを正逆のいずれの方向にも流すことのできる構
成にしたので、安定した電池出力の発生を長く維持させ
ることができる。
スタックをシリーズに接続し、シリーズに接続した電池
スタックの運転温度を反応ガスの流れ方向に順次相対的
に高温化するとともに、高温化した電池スタックに流す
反応ガスを正逆のいずれの方向にも流すことのできる構
成にしたので、安定した電池出力の発生を長く維持させ
ることができる。
【００８１】また、本発明に係る燃料電池装置は、セパ
レートの反応ガス供給溝の両端にヘッダを設けてより多
く反応ガスを供給できる構成にしたので、簡素化させた
構造の下、より一層高い電池出力を発生させることがで
きる。
レートの反応ガス供給溝の両端にヘッダを設けてより多
く反応ガスを供給できる構成にしたので、簡素化させた
構造の下、より一層高い電池出力を発生させることがで
きる。
【００８２】また、本発明に係る燃料電池装置は、電池
スタックの運転温度を調整する冷却媒体供給装置と、冷
却媒体供給装置を制御する制御系を設けたので、電池ス
タックに生成される凝縮水を運転状態に対応させた好ま
しい水量に調整することができる。
スタックの運転温度を調整する冷却媒体供給装置と、冷
却媒体供給装置を制御する制御系を設けたので、電池ス
タックに生成される凝縮水を運転状態に対応させた好ま
しい水量に調整することができる。
【図１】本発明に係る燃料電池装置の第１実施形態を示
す構成図。
す構成図。
【図２】本発明に係る燃料電池装置の第２実施形態を示
す模式図。
す模式図。
【図３】本発明に係る燃料電池装置の第３実施形態を示
す模式図。
す模式図。
【図４】本発明に係る燃料電池装置の第４実施形態を示
す模式図。
す模式図。
【図５】本発明に係る燃料電池装置の第５実施形態を示
す模式図。
す模式図。
【図６】本発明に係る燃料電池装置に適用するセパレー
タの実施形態を示す概略図。
タの実施形態を示す概略図。
【図７】本発明に係る燃料電池装置に適用する電池スタ
ックの運転温度を制御する実施形態を示す概略制御系統
図。
ックの運転温度を制御する実施形態を示す概略制御系統
図。
【図８】本発明に係る燃料電池装置に適用する電池スタ
ックの運転温度を制御する実施形態における第１変形例
を示す概略制御系統図。
ックの運転温度を制御する実施形態における第１変形例
を示す概略制御系統図。
【図９】本発明に係る燃料電池装置に適用する電池スタ
ックの運転温度を制御する実施形態における第２変形例
を示す概略制御系統図。
ックの運転温度を制御する実施形態における第２変形例
を示す概略制御系統図。
【図１０】従来の燃料電池装置における単位電池を示す
模式図。
模式図。
１ 固体高分子電解質膜 ２ アノード電極 ２ａ アノード触媒層 ２ｂ アノード多孔質カーボン平板 ３ カソード電極 ３ａ カソード触媒層 ３ｂ カソード多孔質カーボン平板 ４，１０ 単位電池 ５ａ 燃料ガス供給溝 ５ｂ 酸化剤ガス供給溝 ６，７ セパレータ ６ａ，７ａ 仕切り ８ 電池スタック １０ 単位電池 １１ 電池スタック １１ａ 低温運転用電池スタック １１ａ1 ，１１ｂ1 ，１１ｃ1 低温運転用サブ電池ス
タック １１ｂ 中温運転用電池スタック １１ａ2 ，１１ｂ2 ，１１ｃ2 中温運転用サブ電池ス
タック １１ｃ 高温運転用電池スタック １１ａ3 ，１１ｂ3 ，１１ｃ3 高温運転用サブ電池ス
タック １２ 冷却水供給手段 １３ セパレータ １４ 反応ガス供給溝 １５ 入口ヘッダ １５ａ 入口マニホールド １６ 出口ヘッダ １６ａ 出口マニホールド １７ａ，１７ｂ 加湿器 １８ 露点計 １９ 冷却器 ２０ タンク ２１ 循環ポンプ ２２ 冷却媒体供給装置 ２３ 制御演算部 ２４ 抵抗測定装置 ２５ 負荷電流計 ２６ 温度計
タック １１ｂ 中温運転用電池スタック １１ａ2 ，１１ｂ2 ，１１ｃ2 中温運転用サブ電池ス
タック １１ｃ 高温運転用電池スタック １１ａ3 ，１１ｂ3 ，１１ｃ3 高温運転用サブ電池ス
タック １２ 冷却水供給手段 １３ セパレータ １４ 反応ガス供給溝 １５ 入口ヘッダ １５ａ 入口マニホールド １６ 出口ヘッダ １６ａ 出口マニホールド １７ａ，１７ｂ 加湿器 １８ 露点計 １９ 冷却器 ２０ タンク ２１ 循環ポンプ ２２ 冷却媒体供給装置 ２３ 制御演算部 ２４ 抵抗測定装置 ２５ 負荷電流計 ２６ 温度計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10 (72)発明者 上野 三司 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内
Claims (15)
- 【請求項１】 固体高分子電解質膜を挟んで両側に、ア
ノード電極とカソード電極とを介装させたセパレータを
備えた単位電池を積み重ねて構成した電池スタックをシ
リーズに接続し、これらシリーズに接続した電池スタッ
クにシリーズに反応ガスを供給してなる燃料電池装置に
おいて、前記シリーズに接続した電池スタックの運転温
度を前記反応ガスの流れ方向に順次相対的に高温化する
とともに、前記反応ガスを最初に流す電池スタックの運
転温度に対応して予め加湿して供給することを特徴とす
る燃料電池装置。 - 【請求項２】 固体高分子電解質膜を挟んで両側に、ア
ノード電極とカソード電極とを介装させたセパレータを
備えた単位電池を積み重ねて構成した電池スタックをシ
リーズに接続し、これらシリーズに接続した電池スタッ
クにシリーズに反応ガスを供給してなる燃料電池装置に
おいて、前記シリーズに接続した電池スタックの運転温
度を前記反応ガスの流れ方向に順次相対的に高温化する
とともに、前記反応ガスを最初に流す電池スタックの運
転温度に対応して予め加湿して供給する一方、前記反応
ガスの流れ方向と同一方向に冷却媒体を流す冷却媒体供
給手段を備えたことを特徴とする燃料電池装置。 - 【請求項３】 シリーズに接続した電池スタックを、反
応ガスの流れ方向に沿って順次低温運転用、中温運転
用、高温運転用の各電池スタックに区画したことを特徴
とする請求項１または２に記載の燃料電池装置。 - 【請求項４】 固体高分子電解質膜を挟んで両側に、ア
ノード電極とカソード電極とを介装させたセパレータを
備えた単位電池を積み重ねて構成した電池スタックをシ
リーズに接続し、これらシリーズに接続した電池スタッ
クにシリーズに反応ガスを供給してなる燃料電池装置に
おいて、前記シリーズに接続した電池スタックの運転温
度を前記反応ガスの流れ方向に順次相対的に高温化する
とともに、前記順次相対的に高温化した少なくとも一つ
以上の電池スタックを、さらに前記反応ガスの流れ方向
に順次相対的に高温化したサブ電池スタックに区画する
一方、前記反応ガスを最初に流すサブ電池スタックの運
転温度に対応して予め加湿して供給することを特徴とす
る燃料電池装置。 - 【請求項５】 少なくとも一つ以上の電池スタックを区
画したサブ電池スタックを、反応ガスの流れ方向に沿っ
て順次低温運転用、中温運転用、高温運転用の各サブ電
池スタックに区画したことを特徴とする請求項４に記載
の燃料電池装置。 - 【請求項６】 セパレータに形成する反応ガス供給溝の
下流側の開口面積を、前記反応ガス供給溝の上流側の開
口面積に較べて相対的に小さく形成したことを特徴とす
る請求項１、２または４に記載の燃料電池装置。 - 【請求項７】 固体高分子電解質膜を挟んで両側に、ア
ノード電極とカソード電極とを介装させたセパレータを
備えた単位電池を積み重ねて構成した電池スタックをシ
リーズに接続し、これらシリーズに接続した電池スタッ
クにシリーズに反応ガスを供給してなる燃料電池装置に
おいて、前記シリーズに接続した電池スタックの運転温
度を前記反応ガスの流れ方向に順次相対的に高温化する
とともに、前記反応ガスを最初に流す電池スタックの運
転温度に対応して予め加湿して供給する一方、前記順次
相対的に高温化した電池スタックに流す前記反応ガスを
正方向および逆方向のいずれの方向にも流れる手段を備
えたことを特徴とする燃料電池装置。 - 【請求項８】 固体高分子電解質膜を挟んで両側に、ア
ノード電極とカソード電極とを介装させたセパレータを
備えた単位電池を積み重ねて構成した電池スタックをシ
リーズに接続し、これらシリーズに接続した電池スタッ
クにシリーズに反応ガスを供給してなる燃料電池装置に
おいて、前記シリーズに接続した電池スタックの運転温
度を前記反応ガスの流れ方向に順次相対的に高温化する
とともに、前記順次相対的に高温化した少なくとも一つ
以上の電池スタックを、さらに前記反応ガスの流れ方向
に順次相対的に高温化したサブ電池スタックに区画し、
前記反応ガスを最初に流すサブ電池スタックの運転温度
に対応して予め加湿して供給する一方、前記反応ガスの
流れ方向と同一方向にシリーズに冷却媒体を流す冷却媒
体供給手段を備えたことを特徴とする燃料電池装置。 - 【請求項９】 固体高分子電解質膜を挟んで両側に、ア
ノード電極とカソード電極とを介装させたセパレータを
備えた単位電池を積み重ねて構成した電池スタックをシ
リーズに接続し、これらシリーズに接続した電池スタッ
クにシリーズに反応ガスを供給してなる燃料電池装置に
おいて、前記セパレータに形成する反応ガス供給溝の両
側にヘッダを備えたことを特徴とする燃料電池装置。 - 【請求項１０】 ヘッダの底部に、マニホールドを備え
たことを特徴とする請求項９に記載の燃料電池装置。 - 【請求項１１】 固体高分子電解質膜を挟んで両側に、
アノード電極とカソード電極とを介装させたセパレータ
を備えた単位電池を積み重ねて構成した電池スタックを
シリーズに接続し、これらシリーズに接続した電池スタ
ックにシリーズに反応ガスを供給してなる燃料電池装置
において、前記シリーズに接続した電池スタックの運転
温度を前記反応ガスの流れ方向に順次相対的に高温化す
るとともに、前記最初の電池スタックに供給する反応ガ
スを加湿させる手段と、前記シリーズに接続し、順次相
対的に高温化した電池スタックに冷却媒体を循環させる
冷却媒体供給装置と、前記シリーズに接続し、順次相対
的に高温化した電池スタックに冷却媒体を循環させる冷
却媒体供給装置を駆動する制御系とを備えたことを特徴
とする燃料電池装置。 - 【請求項１２】 冷却媒体供給装置を、冷却器、タンク
および循環ポンプを組み合せて構成したことを特徴とす
る請求項１１に記載の燃料電池装置。 - 【請求項１３】 制御系に、シリーズに接続し、運転温
度を反応ガスの流れ方向に順次相対的に高温化した電池
スタックの露点温度および湿度のいずれか一方の信号
と、前記電気スタックの器内温度信号とに基づいて演算
し、前記電池スタックに冷却媒体を供給する冷却媒体供
給装置を駆動または停止させる制御演算部を備えたこと
を特徴とする請求項１１に記載の燃料電池装置。 - 【請求項１４】 制御系に、シリーズに接続し、運転温
度を反応ガスの流れ方向に順次相対的に高温化した電池
スタックを構成する単位電池の内部抵抗値の信号と、前
記電池スタックの器内温度信号とに基づいて演算し、前
記電池スタックに冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置
を駆動または停止させる制御演算部を備えたことを特徴
とする請求項１１に記載の燃料電池装置。 - 【請求項１５】 制御系に、反応ガスの湿度信号、シリ
ーズに接続し、運転温度を反応ガスの流れ方向に順次相
対的に高温化した電池スタックに発生する電流信号およ
び器内温度信号とに基づいて演算し、前記電池スタック
に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置を駆動または停
止させる制御演算部を備えたことを特徴とする請求項１
１に記載の燃料電池装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10117615A JPH11312531A (ja) | 1998-04-27 | 1998-04-27 | 燃料電池装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10117615A JPH11312531A (ja) | 1998-04-27 | 1998-04-27 | 燃料電池装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11312531A true JPH11312531A (ja) | 1999-11-09 |
Family
ID=14716150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10117615A Pending JPH11312531A (ja) | 1998-04-27 | 1998-04-27 | 燃料電池装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11312531A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001216992A (ja) * | 2000-02-01 | 2001-08-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 複合発電プラント |
| JP2002158023A (ja) * | 2000-11-21 | 2002-05-31 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 燃料電池システム |
| JP2002260709A (ja) * | 2001-03-06 | 2002-09-13 | Honda Motor Co Ltd | 固体高分子型セルアセンブリ、燃料電池スタックおよび燃料電池の運転方法 |
| EP1294037A2 (en) | 2001-09-14 | 2003-03-19 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | A fuel cell stack and a method of supplying reactant gases to the fuel cell stack |
| JP2004335444A (ja) * | 2003-04-16 | 2004-11-25 | Toyota Motor Corp | 燃料電池の制御方法 |
| US6926985B2 (en) | 2002-03-26 | 2005-08-09 | Honda Giken Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack |
| JP2005537611A (ja) * | 2002-07-19 | 2005-12-08 | ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト | 内部ガス制御燃料電池 |
| JP2006179381A (ja) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| US7354670B2 (en) * | 2002-06-26 | 2008-04-08 | Honda Giken Kosyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell with fuel gas adjustment mechanism |
| JP2009054601A (ja) * | 2008-11-06 | 2009-03-12 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池スタックおよび燃料電池スタックの運転方法 |
| US7566511B2 (en) * | 2002-06-26 | 2009-07-28 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Solid polymer cell assembly |
| WO2010050199A1 (ja) * | 2008-10-29 | 2010-05-06 | パナソニック株式会社 | 燃料電池、燃料電池システム及び燃料電池の運転方法 |
| JP2010287394A (ja) * | 2009-06-10 | 2010-12-24 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
-
1998
- 1998-04-27 JP JP10117615A patent/JPH11312531A/ja active Pending
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001216992A (ja) * | 2000-02-01 | 2001-08-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 複合発電プラント |
| JP2002158023A (ja) * | 2000-11-21 | 2002-05-31 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 燃料電池システム |
| JP2002260709A (ja) * | 2001-03-06 | 2002-09-13 | Honda Motor Co Ltd | 固体高分子型セルアセンブリ、燃料電池スタックおよび燃料電池の運転方法 |
| US7687165B2 (en) | 2001-03-06 | 2010-03-30 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Solid polymer electrolyte fuel cell assembly, fuel cell stack, and method of operating cell assembly |
| US7465515B2 (en) | 2001-03-06 | 2008-12-16 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Solid polymer electrolyte fuel cell assembly, fuel cell stack, and method of operating cell assembly |
| US7090941B2 (en) | 2001-09-14 | 2006-08-15 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack and a method of supplying reactant gases to the fuel cell stack |
| EP1294037A2 (en) | 2001-09-14 | 2003-03-19 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | A fuel cell stack and a method of supplying reactant gases to the fuel cell stack |
| US6926985B2 (en) | 2002-03-26 | 2005-08-09 | Honda Giken Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack |
| US7354670B2 (en) * | 2002-06-26 | 2008-04-08 | Honda Giken Kosyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell with fuel gas adjustment mechanism |
| US7566511B2 (en) * | 2002-06-26 | 2009-07-28 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Solid polymer cell assembly |
| JP2005537611A (ja) * | 2002-07-19 | 2005-12-08 | ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト | 内部ガス制御燃料電池 |
| US7972748B2 (en) | 2002-07-19 | 2011-07-05 | Daimler Ag | Internally gas regulated fuel cell |
| US8039170B2 (en) | 2002-07-19 | 2011-10-18 | Daimler Ag | Internally gas regulated fuel cell |
| JP2004335444A (ja) * | 2003-04-16 | 2004-11-25 | Toyota Motor Corp | 燃料電池の制御方法 |
| JP2006179381A (ja) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| WO2010050199A1 (ja) * | 2008-10-29 | 2010-05-06 | パナソニック株式会社 | 燃料電池、燃料電池システム及び燃料電池の運転方法 |
| US8492043B2 (en) | 2008-10-29 | 2013-07-23 | Panasonic Corporation | Fuel cell, fuel cell system, and method for operating fuel cell |
| JP5425092B2 (ja) * | 2008-10-29 | 2014-02-26 | パナソニック株式会社 | 燃料電池、燃料電池システム及び燃料電池の運転方法 |
| JP2009054601A (ja) * | 2008-11-06 | 2009-03-12 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池スタックおよび燃料電池スタックの運転方法 |
| JP2010287394A (ja) * | 2009-06-10 | 2010-12-24 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3596332B2 (ja) | 積層型燃料電池の運転方法、積層型燃料電池及び積層型燃料電池システム | |
| US5879826A (en) | Proton exchange membrane fuel cell | |
| JP4456188B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
| JP4074061B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池システム | |
| KR101246524B1 (ko) | 고분자 전해질형 연료 전지 발전 시스템 | |
| JP4295847B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池システム | |
| CA2389197C (en) | Fuel cell and method of operating same | |
| CN101227007B (zh) | 用于改进水去除、改善抗冻能力、改进清除能量效率和由关闭/开启循环引起的电压降的慢清除系统 | |
| JPH06338338A (ja) | 燃料電池の高分子イオン交換膜の加湿方法 | |
| JP7374061B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JPH11312531A (ja) | 燃料電池装置 | |
| CN108400351A (zh) | 运行燃料电池系统和设定阴极运行气体的相对湿度的方法 | |
| JP3111682B2 (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池システム | |
| US7090941B2 (en) | Fuel cell stack and a method of supplying reactant gases to the fuel cell stack | |
| JP3276175B2 (ja) | 固体高分子電解質燃料電池 | |
| US20080217795A1 (en) | Humidifier device for fuel cell | |
| JP2000277128A (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
| JP2003223909A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP4672120B2 (ja) | 燃料電池装置及び燃料電池装置の運転方法。 | |
| CN116581336A (zh) | 燃料电池系统 | |
| KR20210004152A (ko) | 연료전지용 가습기 | |
| JPH10312821A (ja) | 燃料電池システム | |
| US6632555B2 (en) | Proton electrolyte membrane fuel cell with anti-freeze coolant and humidifiers | |
| JPH0935737A (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池 | |
| US20220328854A1 (en) | Fuel cell system and control method for the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040604 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060413 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060822 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070417 |