JPH07240220A - 燃料電池システム - Google Patents
燃料電池システムInfo
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- JPH07240220A JPH07240220A JP6029529A JP2952994A JPH07240220A JP H07240220 A JPH07240220 A JP H07240220A JP 6029529 A JP6029529 A JP 6029529A JP 2952994 A JP2952994 A JP 2952994A JP H07240220 A JPH07240220 A JP H07240220A
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- 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
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
-
- 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
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
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- 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
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、負荷静定状態において所定の出力
を確保できるとともに、負荷変動時においても出力が不
安定にならない固体高分子電解質燃料電池システムを提
供することを目的とする。 【構成】 本発明に係る固体高分子電解質燃料電池シス
テムは、燃料電池本体１０から排出された残存水素、ま
たは残存酸素を、それぞれ循環ポンプまたはコンプレッ
サ１５，１６を利用して燃料電池本体１０への水素供給
ライン、酸素供給ラインに戻し、閉ループを組み循環さ
せるようなシステム構成をとった固体高分子電解質燃料
電池システムにおいて、循環ポンプまたはコンプレッサ
１５，１６の入口に、圧力調整機構１９，２０を設けた
ことを特徴とする。
を確保できるとともに、負荷変動時においても出力が不
安定にならない固体高分子電解質燃料電池システムを提
供することを目的とする。 【構成】 本発明に係る固体高分子電解質燃料電池シス
テムは、燃料電池本体１０から排出された残存水素、ま
たは残存酸素を、それぞれ循環ポンプまたはコンプレッ
サ１５，１６を利用して燃料電池本体１０への水素供給
ライン、酸素供給ラインに戻し、閉ループを組み循環さ
せるようなシステム構成をとった固体高分子電解質燃料
電池システムにおいて、循環ポンプまたはコンプレッサ
１５，１６の入口に、圧力調整機構１９，２０を設けた
ことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子電解質燃料
電池のシステムに関する。
電池のシステムに関する。
【０００２】
（１）従来の固体高分子電解質燃料電池システムの特徴 図５に従来の固体高分子電解質燃料電池システムの一例
を示す。水素、又は酸素は、それぞれ燃料供給装置０
８、酸化剤供給装置０９から供給され、燃料電池本体１
０に導入される前に、加温、加湿するために水素加湿装
置１１、または酸素加湿装置１２に導入される。水素、
または酸素は、ここで所定の温度、加湿状態に調整さ
れ、燃料電池本体１０へと導入される。燃料電池本体１
０内で発電に利用されず残った水素、または酸素は、電
池反応に伴って生成された水分、及び加湿水分とともに
燃料電池本体１０外に排出される。
を示す。水素、又は酸素は、それぞれ燃料供給装置０
８、酸化剤供給装置０９から供給され、燃料電池本体１
０に導入される前に、加温、加湿するために水素加湿装
置１１、または酸素加湿装置１２に導入される。水素、
または酸素は、ここで所定の温度、加湿状態に調整さ
れ、燃料電池本体１０へと導入される。燃料電池本体１
０内で発電に利用されず残った水素、または酸素は、電
池反応に伴って生成された水分、及び加湿水分とともに
燃料電池本体１０外に排出される。
【０００３】燃料電池本体１０外に排出された水素、ま
たは酸素は、それぞれ水素気水分離器１３、酸素気水分
離器１４により気水分離され、水素循環ポンプまたはコ
ンプレッサ１５、水素逆止弁１７、酸素循環ポンプまた
はコンプレッサ１６、酸素逆止弁１８を介して燃料電池
本体１０へ通ずる水素供給ライン、酸素供給ラインに戻
され、循環利用されるようになっている。
たは酸素は、それぞれ水素気水分離器１３、酸素気水分
離器１４により気水分離され、水素循環ポンプまたはコ
ンプレッサ１５、水素逆止弁１７、酸素循環ポンプまた
はコンプレッサ１６、酸素逆止弁１８を介して燃料電池
本体１０へ通ずる水素供給ライン、酸素供給ラインに戻
され、循環利用されるようになっている。
【０００４】なお、固体高分子電解質燃料電池には次の
ような特徴がある。 （２）固体高分子電解質燃料電池の特徴 固体高分子電解質燃料電池は、図４に示すように、その
電解質０１に高分子イオン交換膜（例えば、スルホン酸
基を持つフッ素樹脂系イオン交換膜）を用い、その両側
に触媒電極０２，０３（例えば、白金）及び多孔質カー
ボン電極０４，０５を備えた電極接合体０６の構造をし
ている。アノード極側に供給された加湿燃料中の水素
は、触媒電極（アノード極）０２上で水素イオン化さ
れ、水素イオンは電解質０１中を水の介在のもとＨ+ ・
x Ｈ2 Ｏとして、カソード極側へ水と共に移動する。移
動した水素イオンは、触媒電極（カソード極）０３上で
酸化剤中の酸素及び外部回路０７を流通してきた電子と
反応して水を生成し、その生成水はカソード極０３，０
５から燃料電池外へ排出されることになる。この時、外
部回路０７を流通した電子流れを直流の電気エネルギー
として利用できる。尚、電解質０１となる高分子イオン
交換膜において、前述のような水素イオン透過性を実現
させるためには、この膜を常に充分なる保水状態に保持
しておく必要があり、通常、燃料、又は酸化剤に電池の
運転温度（常温〜１００℃程度）近辺相当の飽和水蒸気
を含ませて、すなわち加湿して、燃料及び酸化剤を電極
接合体０６に供給し、膜の保水状態を保つようにしてい
る。
ような特徴がある。 （２）固体高分子電解質燃料電池の特徴 固体高分子電解質燃料電池は、図４に示すように、その
電解質０１に高分子イオン交換膜（例えば、スルホン酸
基を持つフッ素樹脂系イオン交換膜）を用い、その両側
に触媒電極０２，０３（例えば、白金）及び多孔質カー
ボン電極０４，０５を備えた電極接合体０６の構造をし
ている。アノード極側に供給された加湿燃料中の水素
は、触媒電極（アノード極）０２上で水素イオン化さ
れ、水素イオンは電解質０１中を水の介在のもとＨ+ ・
x Ｈ2 Ｏとして、カソード極側へ水と共に移動する。移
動した水素イオンは、触媒電極（カソード極）０３上で
酸化剤中の酸素及び外部回路０７を流通してきた電子と
反応して水を生成し、その生成水はカソード極０３，０
５から燃料電池外へ排出されることになる。この時、外
部回路０７を流通した電子流れを直流の電気エネルギー
として利用できる。尚、電解質０１となる高分子イオン
交換膜において、前述のような水素イオン透過性を実現
させるためには、この膜を常に充分なる保水状態に保持
しておく必要があり、通常、燃料、又は酸化剤に電池の
運転温度（常温〜１００℃程度）近辺相当の飽和水蒸気
を含ませて、すなわち加湿して、燃料及び酸化剤を電極
接合体０６に供給し、膜の保水状態を保つようにしてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図５に従来の固体高分
子電解質燃料電池システムの一例を示したが、次のよう
な課題があった。 （１）水素循環ポンプまたはコンプレッサ、酸素循環ポ
ンプまたはコンプレッサ入口の水素、または酸素圧力
が、燃料電池の負荷変動による燃料電池排出水素量、ま
たは酸素量の変化に伴って大きく変動しやすい。これに
より水素循環ポンプまたはコンプレッサ、酸素循環ポン
プまたはコンプレッサの流量が激しく変動するため、負
荷変動時において、燃料電池の出力が不安定となりやす
かった。
子電解質燃料電池システムの一例を示したが、次のよう
な課題があった。 （１）水素循環ポンプまたはコンプレッサ、酸素循環ポ
ンプまたはコンプレッサ入口の水素、または酸素圧力
が、燃料電池の負荷変動による燃料電池排出水素量、ま
たは酸素量の変化に伴って大きく変動しやすい。これに
より水素循環ポンプまたはコンプレッサ、酸素循環ポン
プまたはコンプレッサの流量が激しく変動するため、負
荷変動時において、燃料電池の出力が不安定となりやす
かった。
【０００６】（２）負荷静定状態においても、水素循環
ポンプまたはコンプレッサ、酸素循環ポンプまたはコン
プレッサ入口の水素、または酸素圧力が所定の値となり
にくく、必要な水素、または酸素循環量を確保できず、
所定の燃料電池出力を確保することが困難であった。本
発明はこれらの問題を解決することができる燃料電池シ
ステムを提供することを目的とする。
ポンプまたはコンプレッサ、酸素循環ポンプまたはコン
プレッサ入口の水素、または酸素圧力が所定の値となり
にくく、必要な水素、または酸素循環量を確保できず、
所定の燃料電池出力を確保することが困難であった。本
発明はこれらの問題を解決することができる燃料電池シ
ステムを提供することを目的とする。
【０００７】
（第１の手段）本発明に係る固体高分子電解質燃料電池
システムは、燃料供給装置０８と、酸化剤供給装置０９
と、燃料電池本体１０と、水素加湿装置１１と、酸素加
湿装置１２と、水素気水分離器１３と、酸素気水分離器
１４と、水素循環ポンプまたはコンプレッサ１５と、酸
素循環ポンプまたはコンプレッサ１６と、水素逆止弁１
７と、酸素逆止弁１８とを具備し、燃料電池本体１０か
ら排出された残存水素、または残存酸素を、それぞれ循
環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６を利用して燃料
電池本体１０への水素供給ラインと酸素供給ラインに戻
し、閉ループを組み循環させるようなシステム構成をと
った固体高分子電解質燃料電池システムにおいて、循環
ポンプまたはコンプレッサ１５，１６の入口に、圧力調
整機構１９，２０を設けたことを特徴とする。
システムは、燃料供給装置０８と、酸化剤供給装置０９
と、燃料電池本体１０と、水素加湿装置１１と、酸素加
湿装置１２と、水素気水分離器１３と、酸素気水分離器
１４と、水素循環ポンプまたはコンプレッサ１５と、酸
素循環ポンプまたはコンプレッサ１６と、水素逆止弁１
７と、酸素逆止弁１８とを具備し、燃料電池本体１０か
ら排出された残存水素、または残存酸素を、それぞれ循
環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６を利用して燃料
電池本体１０への水素供給ラインと酸素供給ラインに戻
し、閉ループを組み循環させるようなシステム構成をと
った固体高分子電解質燃料電池システムにおいて、循環
ポンプまたはコンプレッサ１５，１６の入口に、圧力調
整機構１９，２０を設けたことを特徴とする。
【０００８】（第２の手段）本発明に係る固体高分子電
解質燃料電池システムは、燃料供給装置０８と、酸化剤
供給装置０９と、燃料電池本体１０と、水素加湿装置１
１と、酸素加湿装置１２と、水素気水分離器１３と、酸
素気水分離器１４と、水素循環ポンプまたはコンプレッ
サ１５と、酸素循環ポンプまたはコンプレッサ１６と、
水素逆止弁１７と、酸素逆止弁１８とを具備し、燃料電
池本体１０から排出された残存水素、または残存酸素
を、それぞれ循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６
を利用して燃料電池本体１０への水素供給ラインと酸素
供給ラインに戻し、閉ループを組み循環させるようなシ
ステム構成をとった固体高分子電解質燃料電池システム
において、循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６の
入口に、圧力調整機構１９，２０を設けるとともに、さ
らに循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６の出入口
をつなぐバイパスライン３１，３２を設けたことを特徴
とする。
解質燃料電池システムは、燃料供給装置０８と、酸化剤
供給装置０９と、燃料電池本体１０と、水素加湿装置１
１と、酸素加湿装置１２と、水素気水分離器１３と、酸
素気水分離器１４と、水素循環ポンプまたはコンプレッ
サ１５と、酸素循環ポンプまたはコンプレッサ１６と、
水素逆止弁１７と、酸素逆止弁１８とを具備し、燃料電
池本体１０から排出された残存水素、または残存酸素
を、それぞれ循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６
を利用して燃料電池本体１０への水素供給ラインと酸素
供給ラインに戻し、閉ループを組み循環させるようなシ
ステム構成をとった固体高分子電解質燃料電池システム
において、循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６の
入口に、圧力調整機構１９，２０を設けるとともに、さ
らに循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６の出入口
をつなぐバイパスライン３１，３２を設けたことを特徴
とする。
【０００９】（第３の手段）本発明に係る固体高分子電
解質燃料電池制御システムは、燃料供給装置０８と、酸
化剤供給装置０９と、燃料電池本体１０と、水素加湿装
置１１と、酸素加湿装置１２と、水素気水分離器１３
と、酸素気水分離器１４と、水素循環ポンプまたはコン
プレッサ１５と、酸素循環ポンプまたはコンプレッサ１
６と、水素逆止弁１７と、酸素逆止弁１８とを具備し、
燃料電池本体１０から排出された残存水素、または残存
酸素を、それぞれ循環ポンプまたはコンプレッサ１５，
１６を利用して燃料電池本体１０への水素供給ラインと
酸素供給ラインに戻し、閉ループを組み循環させるよう
なシステム構成をとった固体高分子電解質燃料電池シス
テムにおいて、循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１
６の入口に、圧力調整機構１９，２０を設けるととも
に、圧力調整機構１９，２０により循環ポンプまたはコ
ンプレッサ１５，１６の入口圧力を制御、または調節
し、閉ループを流れる水素、又は酸素の循環量を調整す
ることを特徴とする。
解質燃料電池制御システムは、燃料供給装置０８と、酸
化剤供給装置０９と、燃料電池本体１０と、水素加湿装
置１１と、酸素加湿装置１２と、水素気水分離器１３
と、酸素気水分離器１４と、水素循環ポンプまたはコン
プレッサ１５と、酸素循環ポンプまたはコンプレッサ１
６と、水素逆止弁１７と、酸素逆止弁１８とを具備し、
燃料電池本体１０から排出された残存水素、または残存
酸素を、それぞれ循環ポンプまたはコンプレッサ１５，
１６を利用して燃料電池本体１０への水素供給ラインと
酸素供給ラインに戻し、閉ループを組み循環させるよう
なシステム構成をとった固体高分子電解質燃料電池シス
テムにおいて、循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１
６の入口に、圧力調整機構１９，２０を設けるととも
に、圧力調整機構１９，２０により循環ポンプまたはコ
ンプレッサ１５，１６の入口圧力を制御、または調節
し、閉ループを流れる水素、又は酸素の循環量を調整す
ることを特徴とする。
【００１０】（第４の手段）本発明に係る固体高分子電
解質燃料電池制御システムは、燃料供給装置０８と、酸
化剤供給装置０９と、燃料電池本体１０と、水素加湿装
置１１と、酸素加湿装置１２と、水素気水分離器１３
と、酸素気水分離器１４と、水素循環ポンプまたはコン
プレッサ１５と、酸素循環ポンプまたはコンプレッサ１
６と、水素逆止弁１７と、酸素逆止弁１８とを具備し、
燃料電池本体１０から排出された残存水素、または残存
酸素を、それぞれ循環ポンプまたはコンプレッサ１５，
１６を利用して燃料電池本体１０への水素供給ラインと
酸素供給ラインに戻し、閉ループを組み循環させるよう
なシステム構成をとった固体高分子電解質燃料電池シス
テムにおいて、循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１
６の入口に、圧力調整機構１９，２０を設けるととも
に、さらに循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６の
出入口をつなぐバイパスラインを設け、循環ポンプまた
はコンプレッサ１５，１６の出入口をつなぐバイパスラ
イン３１，３２を流れる水素、または酸素の流量を制御
または調節して、閉ループを流れる水素、または酸素の
循環量を調整することを特徴とする。
解質燃料電池制御システムは、燃料供給装置０８と、酸
化剤供給装置０９と、燃料電池本体１０と、水素加湿装
置１１と、酸素加湿装置１２と、水素気水分離器１３
と、酸素気水分離器１４と、水素循環ポンプまたはコン
プレッサ１５と、酸素循環ポンプまたはコンプレッサ１
６と、水素逆止弁１７と、酸素逆止弁１８とを具備し、
燃料電池本体１０から排出された残存水素、または残存
酸素を、それぞれ循環ポンプまたはコンプレッサ１５，
１６を利用して燃料電池本体１０への水素供給ラインと
酸素供給ラインに戻し、閉ループを組み循環させるよう
なシステム構成をとった固体高分子電解質燃料電池シス
テムにおいて、循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１
６の入口に、圧力調整機構１９，２０を設けるととも
に、さらに循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６の
出入口をつなぐバイパスラインを設け、循環ポンプまた
はコンプレッサ１５，１６の出入口をつなぐバイパスラ
イン３１，３２を流れる水素、または酸素の流量を制御
または調節して、閉ループを流れる水素、または酸素の
循環量を調整することを特徴とする。
【００１１】
【作用】燃料電池本体より排出された残存水素、または
残存酸素を、それぞれ循環ポンプまたはコンプレッサを
利用して燃料電池本体への水素供給ラインと酸素供給ラ
インに戻し、閉ループを組み循環させるようなシステム
構成において、循環ポンプまたはコンプレッサの入口に
圧力調整機構（例えば、減圧弁、オリフィス等）を設け
ることで、燃料電池の負荷変動によって燃料電池排出水
素量、または酸素量が逐次変化しても、循環ポンプまた
はコンプレッサ入口圧力をほぼ一定に保持することが可
能になる。そのため循環ポンプまたはコンプレッサの流
量が大きく変動することを防止することができる。
残存酸素を、それぞれ循環ポンプまたはコンプレッサを
利用して燃料電池本体への水素供給ラインと酸素供給ラ
インに戻し、閉ループを組み循環させるようなシステム
構成において、循環ポンプまたはコンプレッサの入口に
圧力調整機構（例えば、減圧弁、オリフィス等）を設け
ることで、燃料電池の負荷変動によって燃料電池排出水
素量、または酸素量が逐次変化しても、循環ポンプまた
はコンプレッサ入口圧力をほぼ一定に保持することが可
能になる。そのため循環ポンプまたはコンプレッサの流
量が大きく変動することを防止することができる。
【００１２】また、循環ポンプまたはコンプレッサ入口
の圧力値を圧力調整機構（例えば、減圧弁、オリフィス
等）を利用して変えることで、閉ループ内を流れる水
素、または酸素の循環量を調整することも可能となる。
の圧力値を圧力調整機構（例えば、減圧弁、オリフィス
等）を利用して変えることで、閉ループ内を流れる水
素、または酸素の循環量を調整することも可能となる。
【００１３】さらに循環ポンプまたはコンプレッサの出
入口をつなぐバイパスラインを利用することで、必要外
の水素、または酸素を循環ポンプまたはコンプレッサの
出口から入口に一部戻すことができ、閉ループを流れる
必要な水素、又は酸素の循環流量を容易に確保、調整す
ることが可能になる。
入口をつなぐバイパスラインを利用することで、必要外
の水素、または酸素を循環ポンプまたはコンプレッサの
出口から入口に一部戻すことができ、閉ループを流れる
必要な水素、又は酸素の循環流量を容易に確保、調整す
ることが可能になる。
【００１４】
【実施例】本発明の実施例を図１、図２、図３に示す。 （第１実施例）図１に示す第１実施例は、燃料電池本体
１０から排出された残存水素、残存酸素を、それぞれ水
素循環ポンプまたはコンプレッサ１５、酸素循環ポンプ
またはコンプレッサ１６を利用して燃料電池本体１０へ
の水素供給ラインと酸素供給ラインに戻し、閉ループを
組み循環させるようなシステム構成において、各々の循
環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６の入口に自立式
減圧弁１９，２０を設け、また各々の循環ポンプまたは
コンプレッサ１５，１６の出入口を流量調整弁２１，２
２を備え付けたバイパスラインで結んだシステム系統を
示している。第１実施例のシステムとすることで、循環
ポンプまたはコンプレッサ１５，１６の入口圧力がほぼ
一定となることから、循環ポンプまたはコンプレッサ１
５，１６の排出流量がほぼ一定に保たれ、閉ループ内の
水素、または酸素の循環量もほぼ一定となる。また、図
１において、自立式圧力制御弁１９，２０の代わりに圧
力制御弁を設け、その圧力制御弁と循環ポンプまたはコ
ンプレッサ１５，１６間の圧力を検知し、その圧力信号
により圧力制御弁を介して、循環ポンプまたはコンプレ
ッサ１５，１６の入口圧力を調整し、閉ループ内の循環
量を調整することも可能である。
１０から排出された残存水素、残存酸素を、それぞれ水
素循環ポンプまたはコンプレッサ１５、酸素循環ポンプ
またはコンプレッサ１６を利用して燃料電池本体１０へ
の水素供給ラインと酸素供給ラインに戻し、閉ループを
組み循環させるようなシステム構成において、各々の循
環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６の入口に自立式
減圧弁１９，２０を設け、また各々の循環ポンプまたは
コンプレッサ１５，１６の出入口を流量調整弁２１，２
２を備え付けたバイパスラインで結んだシステム系統を
示している。第１実施例のシステムとすることで、循環
ポンプまたはコンプレッサ１５，１６の入口圧力がほぼ
一定となることから、循環ポンプまたはコンプレッサ１
５，１６の排出流量がほぼ一定に保たれ、閉ループ内の
水素、または酸素の循環量もほぼ一定となる。また、図
１において、自立式圧力制御弁１９，２０の代わりに圧
力制御弁を設け、その圧力制御弁と循環ポンプまたはコ
ンプレッサ１５，１６間の圧力を検知し、その圧力信号
により圧力制御弁を介して、循環ポンプまたはコンプレ
ッサ１５，１６の入口圧力を調整し、閉ループ内の循環
量を調整することも可能である。
【００１５】（第２実施例）図２に示す第２実施例は、
燃料電池本体１０から排出された残存水素、残存酸素
を、それぞれ水素循環ポンプまたはコンプレッサ１５、
酸素循環ポンプまたはコンプレッサ１６を利用して燃料
電池本体１０への水素供給ラインと酸素供給ラインに戻
し、閉ループを組み循環させるようなシステム構成にお
いて、各々の循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６
の出入口を流量調整弁２１，２２を備え付けたバイパス
ラインで結び、各々の閉ループ内に設けた流量計２３，
２４からの流量信号により、制御装置ユニット２７を介
して各々の循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６の
入口に設けられた圧力制御弁２５，２６を制御し、各々
の循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６入口圧力を
調整して、各々の閉ループ内の水素、酸素の循環流量を
調整できるようにしたシステム系統を示している。第２
実施例のシステムでは、閉ループ内の水素、または酸素
の循環量を検知しながら循環ポンプまたはコンプレッサ
１５，１６入口圧力を調整することで、その循環量を制
御装置ユニット２７を通じて任意の所定値に制御、調整
することが可能である。
燃料電池本体１０から排出された残存水素、残存酸素
を、それぞれ水素循環ポンプまたはコンプレッサ１５、
酸素循環ポンプまたはコンプレッサ１６を利用して燃料
電池本体１０への水素供給ラインと酸素供給ラインに戻
し、閉ループを組み循環させるようなシステム構成にお
いて、各々の循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６
の出入口を流量調整弁２１，２２を備え付けたバイパス
ラインで結び、各々の閉ループ内に設けた流量計２３，
２４からの流量信号により、制御装置ユニット２７を介
して各々の循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６の
入口に設けられた圧力制御弁２５，２６を制御し、各々
の循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６入口圧力を
調整して、各々の閉ループ内の水素、酸素の循環流量を
調整できるようにしたシステム系統を示している。第２
実施例のシステムでは、閉ループ内の水素、または酸素
の循環量を検知しながら循環ポンプまたはコンプレッサ
１５，１６入口圧力を調整することで、その循環量を制
御装置ユニット２７を通じて任意の所定値に制御、調整
することが可能である。
【００１６】（第３実施例）図３に示す第３実施例は、
燃料電池本体１０から排出された残存水素、残存酸素
を、それぞれ水素循環ポンプまたはコンプレッサ１５、
酸素循環ポンプまたはコンプレッサ１６を利用して燃料
電池本体１０への水素供給ライン、酸素供給ラインに戻
し、閉ループを組み循環させるようなシステム構成にお
いて、各々の循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６
の入口に自立式圧力制御弁１９，２０を設け、各々の閉
ループ内に設けた流量計２３，２４からの流量信号によ
り、制御装置ユニット２７を介して各々の循環ポンプま
たはコンプレッサ１５，１６の出入口を結ぶバイパスラ
イン上に設けられた流量制御弁２８，２９を調整して、
各々の閉ループ内の水素、酸素の循環量を調整できるよ
うにしたシステム系統を示している。第３実施例のシス
テムでは、閉ループ内の水素、または酸素の循環量を検
知しながら循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６の
出入口を結ぶバイパスライン上に設けられた流量制御弁
２８，２９を調整し、バイパスラインを流れる水素、ま
たは酸素流量を調整することで、閉ループ内の循環量を
制御装置ユニット２７を通じて任意の所定値に制御、調
整することが可能である。
燃料電池本体１０から排出された残存水素、残存酸素
を、それぞれ水素循環ポンプまたはコンプレッサ１５、
酸素循環ポンプまたはコンプレッサ１６を利用して燃料
電池本体１０への水素供給ライン、酸素供給ラインに戻
し、閉ループを組み循環させるようなシステム構成にお
いて、各々の循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６
の入口に自立式圧力制御弁１９，２０を設け、各々の閉
ループ内に設けた流量計２３，２４からの流量信号によ
り、制御装置ユニット２７を介して各々の循環ポンプま
たはコンプレッサ１５，１６の出入口を結ぶバイパスラ
イン上に設けられた流量制御弁２８，２９を調整して、
各々の閉ループ内の水素、酸素の循環量を調整できるよ
うにしたシステム系統を示している。第３実施例のシス
テムでは、閉ループ内の水素、または酸素の循環量を検
知しながら循環ポンプまたはコンプレッサ１５，１６の
出入口を結ぶバイパスライン上に設けられた流量制御弁
２８，２９を調整し、バイパスラインを流れる水素、ま
たは酸素流量を調整することで、閉ループ内の循環量を
制御装置ユニット２７を通じて任意の所定値に制御、調
整することが可能である。
【００１７】
【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。 （１）燃料電池の負荷変動により燃料電池排出水素量、
または酸素量が大きく変動しても、各々の循環ポンプま
たはコンプレッサ入口の水素、または酸素圧力がほぼ一
定に保たれ、循環ポンプまたはコンプレッサ排出流量が
ほぼ一定となる。そのため、閉ループ内の水素、酸素の
循環量もほぼ一定に保たれ、負荷変動時でも安定した燃
料電池出力を得ることが可能になる。
で、以下に記載するような効果を奏する。 （１）燃料電池の負荷変動により燃料電池排出水素量、
または酸素量が大きく変動しても、各々の循環ポンプま
たはコンプレッサ入口の水素、または酸素圧力がほぼ一
定に保たれ、循環ポンプまたはコンプレッサ排出流量が
ほぼ一定となる。そのため、閉ループ内の水素、酸素の
循環量もほぼ一定に保たれ、負荷変動時でも安定した燃
料電池出力を得ることが可能になる。
【００１８】（２）負荷静定状態においても、水素循環
ポンプまたはコンプレッサ、酸素循環ポンプまたはコン
プレッサ入口の水素、または酸素圧力を任意の所定値に
設定することが可能であり、閉ループ内に必要な水素、
または酸素循環量を簡単に変更、確保することが可能で
ある。そのため、安定した燃料電池出力を確保すること
が可能になる。
ポンプまたはコンプレッサ、酸素循環ポンプまたはコン
プレッサ入口の水素、または酸素圧力を任意の所定値に
設定することが可能であり、閉ループ内に必要な水素、
または酸素循環量を簡単に変更、確保することが可能で
ある。そのため、安定した燃料電池出力を確保すること
が可能になる。
【図１】本発明に係る、改良された固体高分子電解質燃
料電池システムの第１実施例を示す図。
料電池システムの第１実施例を示す図。
【図２】本発明に係る、改良された固体高分子電解質燃
料電池制御システムの第２実施例を示す図。
料電池制御システムの第２実施例を示す図。
【図３】本発明に係る、改良された固体高分子電解質燃
料電池制御システムの第３実施例を示す図。
料電池制御システムの第３実施例を示す図。
【図４】固体高分子電解質燃料電池の発電原理及び構造
を示す図。
を示す図。
【図５】従来の固体高分子電解質燃料電池システムの一
例を示す図。
例を示す図。
【符号の説明】 １…電解質 ２…触媒電極（アノード極） ３…触媒電極（カソード極） ４…多孔質カーボン電極 ５…多孔質カーボン電極（カソード極） ６…電極接合体 ７…外部回路 ８…燃料供給装置 ９…酸化剤供給装置 １０…燃料電池本体 １１…水素加湿装置 １２…酸素加湿装置 １３…水素気水分離器 １４…酸素気水分離器 １５…水素循環ポンプ、またはコンプレッサ １６…酸素循環ポンプ、またはコンプレッサ １７…水素逆止弁 １８…酸素逆止弁 １９…自立式圧力制御弁（水素側） ２０…自立式圧力制御弁（酸素側） ２１…流量調整弁（水素側） ２２…流量調整弁（酸素側） ２３…流量計（水素側） ２４…流量計（酸素側） ２５…圧力制御弁（水素側） ２６…圧力制御弁（酸素側） ２７…制御装置ユニット ２８…流量制御弁（水素側） ２９…流量制御弁（酸素側） ３１…バイパスライン（水素側） ３２…バイパスライン（酸素側）
Claims (4)
- 【請求項１】 燃料供給装置（０８）と、酸化剤供給装
置（０９）と、燃料電池本体（１０）と、水素加湿装置
（１１）と、酸素加湿装置（１２）と、水素気水分離器
（１３）と、酸素気水分離器（１４）と、水素循環ポン
プまたはコンプレッサ（１５）と、酸素循環ポンプまた
はコンプレッサ（１６）と、水素逆止弁（１７）と、酸
素逆止弁（１８）とを具備し、燃料電池本体（１０）か
ら排出された残存水素、または残存酸素を、それぞれ循
環ポンプまたはコンプレッサ（１５，１６）を利用して
燃料電池本体（１０）への水素供給ラインと、酸素供給
ラインに戻し、閉ループを組み循環させるようなシステ
ム構成をとった固体高分子電解質燃料電池システムにお
いて、 循環ポンプまたはコンプレッサ（１５，１６）の入口
に、圧力調整機構（１９，２０）を設けたことを特徴と
する固体高分子電解質燃料電池システム。 - 【請求項２】 燃料供給装置（０８）と、酸化剤供給装
置（０９）と、燃料電池本体（１０）と、水素加湿装置
（１１）と、酸素加湿装置（１２）と、水素気水分離器
（１３）と、酸素気水分離器（１４）と、水素循環ポン
プまたはコンプレッサ（１５）と、酸素循環ポンプまた
はコンプレッサ（１６）と、水素逆止弁（１７）と、酸
素逆止弁（１８）とを具備し、燃料電池本体（１０）か
ら排出された残存水素、または残存酸素を、それぞれ循
環ポンプまたはコンプレッサ（１５，１６）を利用して
燃料電池本体（１０）への水素供給ラインと酸素供給ラ
インに戻し、閉ループを組み循環させるようなシステム
構成をとった固体高分子電解質燃料電池システムにおい
て、 循環ポンプまたはコンプレッサ（１５，１６）の入口
に、圧力調整機構（１９，２０）を設けるとともに、さ
らに循環ポンプまたはコンプレッサ（１５，１６）の出
入口をつなぐバイパスライン（３１，３２）を設けたこ
とを特徴とする固体高分子電解質燃料電池システム。 - 【請求項３】 燃料供給装置（０８）と、酸化剤供給装
置（０９）と、燃料電池本体（１０）と、水素加湿装置
（１１）と、酸素加湿装置（１２）と、水素気水分離器
（１３）と、酸素気水分離器（１４）と、水素循環ポン
プまたはコンプレッサ（１５）と、酸素循環ポンプまた
はコンプレッサ（１６）と、水素逆止弁（１７）と、酸
素逆止弁（１８）とを具備し、燃料電池本体（１０）か
ら排出された残存水素、または残存酸素を、それぞれ循
環ポンプまたはコンプレッサ（１５，１６）を利用して
燃料電池本体（１０）への水素供給ラインと酸素供給ラ
インに戻し、閉ループを組み循環させるようなシステム
構成をとった固体高分子電解質燃料電池システムにおい
て、 循環ポンプまたはコンプレッサ（１５，１６）の入口
に、圧力調整機構（１９，２０）を設けるとともに、圧
力調整機構（１９，２０）により循環ポンプまたはコン
プレッサ（１５，１６）の入口圧力を制御、または調節
し、閉ループを流れる水素、又は酸素の循環量を調整す
ることを特徴とする固体高分子電解質燃料電池制御シス
テム。 - 【請求項４】 燃料供給装置（０８）と、酸化剤供給装
置（０９）と、燃料電池本体（１０）と、水素加湿装置
（１１）と、酸素加湿装置（１２）と、水素気水分離器
（１３）と、酸素気水分離器（１４）と、水素循環ポン
プまたはコンプレッサ（１５）と、酸素循環ポンプまた
はコンプレッサ（１６）と、水素逆止弁（１７）と、酸
素逆止弁（１８）とを具備し、燃料電池本体（１０）か
ら排出された残存水素、または残存酸素を、それぞれ循
環ポンプまたはコンプレッサ（１５，１６）を利用して
燃料電池本体（１０）への水素供給ラインと酸素供給ラ
インに戻し、閉ループを組み循環させるようなシステム
構成をとった固体高分子電解質燃料電池システムにおい
て、 循環ポンプまたはコンプレッサ（１５，１６）の入口
に、圧力調整機構（１９，２０）を設けるとともに、さ
らに循環ポンプまたはコンプレッサ（１５，１６）の出
入口をつなぐバイパスラインを設け、循環ポンプまたは
コンプレッサ（１５，１６）の出入口をつなぐバイパス
ライン（３１，３２）を流れる水素、または酸素の流量
を制御または調節して、閉ループを流れる水素、または
酸素の循環量を調整することを特徴とする固体高分子電
解質燃料電池制御システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6029529A JPH07240220A (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6029529A JPH07240220A (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | 燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07240220A true JPH07240220A (ja) | 1995-09-12 |
Family
ID=12278641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6029529A Withdrawn JPH07240220A (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07240220A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1025602A1 (en) * | 1997-07-25 | 2000-08-09 | Emprise Corporation | Fuel cell gas management system |
| JP2004234895A (ja) * | 2003-01-28 | 2004-08-19 | Toyota Industries Corp | 燃料電池システム |
| JP2005332768A (ja) * | 2004-05-21 | 2005-12-02 | Toyota Motor Corp | 固体高分子電解質型燃料電池システム |
| US7037609B2 (en) | 2001-11-09 | 2006-05-02 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel circuit of the fuel cell system |
| JP2007042452A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Seiko Instruments Inc | 燃料電池システム |
| JP2007250218A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池システム |
| US7279242B2 (en) | 2002-10-29 | 2007-10-09 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| JP2009064662A (ja) * | 2007-09-06 | 2009-03-26 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム及びその運転方法 |
| US7531257B2 (en) | 2002-11-15 | 2009-05-12 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system programmed to control reactant gas flow in a gas circulation path |
| US7547481B2 (en) | 2001-11-20 | 2009-06-16 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel-circulating fuel cell system |
| DE10393952B3 (de) * | 2002-11-01 | 2009-09-17 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki, Kariya | Wasserstoffbetriebenes Antriebssystem |
| JP2010016006A (ja) * | 2009-10-21 | 2010-01-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体高分子型燃料電池システム |
| US7993786B2 (en) * | 2004-11-26 | 2011-08-09 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| KR101134702B1 (ko) * | 2005-05-04 | 2012-04-13 | 현대자동차주식회사 | 연료전지의 배출가스 재순환 장치 및 그 제어방법 |
| JP2013004171A (ja) * | 2011-06-10 | 2013-01-07 | Omega:Kk | 燃料電池 |
-
1994
- 1994-02-28 JP JP6029529A patent/JPH07240220A/ja not_active Withdrawn
Cited By (17)
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|---|---|---|---|---|
| EP1025602A1 (en) * | 1997-07-25 | 2000-08-09 | Emprise Corporation | Fuel cell gas management system |
| EP1025602A4 (en) * | 1997-07-25 | 2009-11-25 | Emprise Corp | FUEL GAS MANAGEMENT SYSTEM OF A FUEL ELEMENT |
| US7037609B2 (en) | 2001-11-09 | 2006-05-02 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel circuit of the fuel cell system |
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| JP2007250218A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2009064662A (ja) * | 2007-09-06 | 2009-03-26 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム及びその運転方法 |
| JP2010016006A (ja) * | 2009-10-21 | 2010-01-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体高分子型燃料電池システム |
| JP2013004171A (ja) * | 2011-06-10 | 2013-01-07 | Omega:Kk | 燃料電池 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010508 |