JP2705242B2 - 燃料電池の反応ガス補給装置 - Google Patents
燃料電池の反応ガス補給装置Info
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Description
【産業上の利用分野】 この発明は、燃料ガスと空気とを連続供給して電気化
学反応により発電させる燃料電池に関し、更に詳しくは
電池スタック内の反応ガス濃度の偏りを改善するための
装置に関する。
学反応により発電させる燃料電池に関し、更に詳しくは
電池スタック内の反応ガス濃度の偏りを改善するための
装置に関する。
第２図及び第３図は従来の燃料電池における反応ガス
供給構成を示す概略図で、第２図は横断面図、第３図は
そのはIII−III線に沿う断面図である。 第２図において、１は積層された多数の単電池からな
る電池スタック、２は燃料ガスの主供給配管、３は燃料
ガスを電池スタック１の各部に配分する入口マニホル
ド、４は電池スタック１から排出された未反応の燃料ガ
スを集める出口マニホルド、５は集められた燃料ガスを
次のプラント系統に送る主排出配管である。また、６は
空気の主供給配管、７は空気を電池スタック１の各部に
配分する入口マニホルド、８は電池スタック１から排出
された未反応の空気を集める出口マニホルド、９は集め
られた空気を次のプラント系統に送る主排出配管で、こ
れらの空気経路は上記燃料ガス経路に対して直交してい
る。 電池スタック１は、第３図に示すように高さ方向にい
くつかの電池ブロック１−１〜１−Ｎに区画されてお
り、これに伴って燃料ガスの入口マニホルド３及び出口
マニホルド４もそれぞれ３−１〜３−Ｎ及び４−１〜４
−Ｎに区画されている。電池ブロック１−１〜１−Ｎに
は主供給配管２から分割配管２−１〜２−Ｎを通して燃
料ガスが並列に分割供給され、また未反応の燃料ガスは
分割配管５−１〜５−Ｎを通して主排出配管から排出さ
れるようになっている。 第３図は第２図の断面図であるため空気の供給経路は
示されていないが、空気の入口マニホルド７及び出口マ
ニホルド８も同様にそれぞれ７−１〜７−Ｎ及び８−１
〜８−Ｎに区間され、これらは分割配管６−１〜６−Ｎ
及び９−１〜９−Ｎによりそれぞれ空気の主供給配管６
及び主排気配管９に接続されている。なお、電池スタッ
ク１は絶縁板10を介して架台11に支持されている。
供給構成を示す概略図で、第２図は横断面図、第３図は
そのはIII−III線に沿う断面図である。 第２図において、１は積層された多数の単電池からな
る電池スタック、２は燃料ガスの主供給配管、３は燃料
ガスを電池スタック１の各部に配分する入口マニホル
ド、４は電池スタック１から排出された未反応の燃料ガ
スを集める出口マニホルド、５は集められた燃料ガスを
次のプラント系統に送る主排出配管である。また、６は
空気の主供給配管、７は空気を電池スタック１の各部に
配分する入口マニホルド、８は電池スタック１から排出
された未反応の空気を集める出口マニホルド、９は集め
られた空気を次のプラント系統に送る主排出配管で、こ
れらの空気経路は上記燃料ガス経路に対して直交してい
る。 電池スタック１は、第３図に示すように高さ方向にい
くつかの電池ブロック１−１〜１−Ｎに区画されてお
り、これに伴って燃料ガスの入口マニホルド３及び出口
マニホルド４もそれぞれ３−１〜３−Ｎ及び４−１〜４
−Ｎに区画されている。電池ブロック１−１〜１−Ｎに
は主供給配管２から分割配管２−１〜２−Ｎを通して燃
料ガスが並列に分割供給され、また未反応の燃料ガスは
分割配管５−１〜５−Ｎを通して主排出配管から排出さ
れるようになっている。 第３図は第２図の断面図であるため空気の供給経路は
示されていないが、空気の入口マニホルド７及び出口マ
ニホルド８も同様にそれぞれ７−１〜７−Ｎ及び８−１
〜８−Ｎに区間され、これらは分割配管６−１〜６−Ｎ
及び９−１〜９−Ｎによりそれぞれ空気の主供給配管６
及び主排気配管９に接続されている。なお、電池スタッ
ク１は絶縁板10を介して架台11に支持されている。
ところで、燃料ガスの組成は分子量が２の水素が約80
％、分子量が44の炭酸ガスが約20％である。この燃料ガ
スは主供給配管２内をゆっくりと上昇し、単電池が３〜
5mの高さに積層された温度が140〜190℃の電池スタック
１内に供給マニホルド３を通して供給されるが、管内を
流れている間に軽い水素は供給マニホルド３の上部に多
く供給され、電池スタック１の上部は水素リッチな燃料
ガス供給になる傾向がある。一方、空気の組成は分子量
が32の酸素が約20％、分子量が24の窒素が約80％であ
る。そのため、空気供給では入口マニホルド７の下部に
重い酸素が多く供給され、電池スタック１の下部は酸素
リッチな空気供給となる傾向にある。 第４図はこのような傾向を示す線図で、第４図（Ａ）
は入口燃料ガス中の水素濃度（横軸）と電池スタック１
の高さ位置との関係を示し、第４図（Ｂ）は同じく酸素
濃度（横軸）と電池スタック１の高さ位置との関係を示
す。このように、電池スタック１の下部には水素成分の
少ない燃料ガスが供給され、逆に電池スタック１の上部
には酸素成分の少ない空気が供給されると、それぞれの
成分についてはガス不足と同様の現象となり、従来の燃
料電池では電池スタック１の最上部及び最下部で電池寿
命が低下する問題が生じている。 この発明は、水素及び酸素の特性に基づく上記問題を
軽減し、電池寿命の向上を図った燃料電池の反応ガス補
給装置を提供することを目的とするものである。
％、分子量が44の炭酸ガスが約20％である。この燃料ガ
スは主供給配管２内をゆっくりと上昇し、単電池が３〜
5mの高さに積層された温度が140〜190℃の電池スタック
１内に供給マニホルド３を通して供給されるが、管内を
流れている間に軽い水素は供給マニホルド３の上部に多
く供給され、電池スタック１の上部は水素リッチな燃料
ガス供給になる傾向がある。一方、空気の組成は分子量
が32の酸素が約20％、分子量が24の窒素が約80％であ
る。そのため、空気供給では入口マニホルド７の下部に
重い酸素が多く供給され、電池スタック１の下部は酸素
リッチな空気供給となる傾向にある。 第４図はこのような傾向を示す線図で、第４図（Ａ）
は入口燃料ガス中の水素濃度（横軸）と電池スタック１
の高さ位置との関係を示し、第４図（Ｂ）は同じく酸素
濃度（横軸）と電池スタック１の高さ位置との関係を示
す。このように、電池スタック１の下部には水素成分の
少ない燃料ガスが供給され、逆に電池スタック１の上部
には酸素成分の少ない空気が供給されると、それぞれの
成分についてはガス不足と同様の現象となり、従来の燃
料電池では電池スタック１の最上部及び最下部で電池寿
命が低下する問題が生じている。 この発明は、水素及び酸素の特性に基づく上記問題を
軽減し、電池寿命の向上を図った燃料電池の反応ガス補
給装置を提供することを目的とするものである。
上記目的を達成するために、この発明は、積層された
多数の単電池からなる電池スタックが高さ方向にいくつ
かの電池ブロックに区画され、これら電池ブロックには
主供給配管から並列に反応ガスが分割供給される燃料電
池において、上位部分の適宜数の電池ブロックの空気入
口マニホルド内に酸素濃度センサを設けるとともに、下
位部分の適宜数の電池ブロックの燃料ガス入口マニホル
ド内に水素濃度センサを設け、これらセンサで検出され
た酸素濃度あるいは水素濃度が基準値より一定値以上小
さいときは、主供給配管から分岐するバイパス配管を開
いて空気あるいは燃料ガスを前記電池ブロックに補給す
るものとする。
多数の単電池からなる電池スタックが高さ方向にいくつ
かの電池ブロックに区画され、これら電池ブロックには
主供給配管から並列に反応ガスが分割供給される燃料電
池において、上位部分の適宜数の電池ブロックの空気入
口マニホルド内に酸素濃度センサを設けるとともに、下
位部分の適宜数の電池ブロックの燃料ガス入口マニホル
ド内に水素濃度センサを設け、これらセンサで検出され
た酸素濃度あるいは水素濃度が基準値より一定値以上小
さいときは、主供給配管から分岐するバイパス配管を開
いて空気あるいは燃料ガスを前記電池ブロックに補給す
るものとする。
酸素濃度及び水素濃度が低下するそれぞれ上位及び下
位部分の電池ブロックに酸素濃度及び水素濃度センサを
設けておき、酸素あるいは水素の濃度が基準値に満たな
いときはバイパス配管から空気あるいは水素を補給す
る。
位部分の電池ブロックに酸素濃度及び水素濃度センサを
設けておき、酸素あるいは水素の濃度が基準値に満たな
いときはバイパス配管から空気あるいは水素を補給す
る。
第１図はこの発明の実施例を示す要部縦断面図であ
る。なお、従来例と同一部分には同一の符号を付け説明
を省略する。 第１図において、燃料ガスの主供給配管２の下部から
バイパス配管12が分岐し、分割配管12−１及び12−２を
介して電池スタック１の下位部分の２つの電池ブロック
１−（Ｎ−１）及び１−Ｎの入口マニホルド３−（Ｎ−
１）及び３−Ｎにそれぞれ接続されている。主供給配管
２におけるバイパス配管12が分岐する部分の後段には燃
料ガス供給弁13が挿入され、またバイパス配管12の途中
には燃料ガス補給弁14及び燃料ガスオリフィス15が挿入
されている。16は入口マニホルド１−（Ｎ−１）及び１
−Ｎ内にそれぞれ設けられた水素濃度センサで、燃料ガ
ス流量制御器17を介して燃料ガス補給弁14を制御する。 また、空気の主供給配管６からはバイパス配管18が分
岐し、分割配管18−１及び18−２を介して電池スタック
１の上位部分の２つの電池ブロック１−１及び１−２の
入口マニホルド７−１及び７−２にそれぞれ接続されて
いる。19は主供給配管６に挿入された空気供給弁、20及
び21はバイパス配管18に挿入されたそれぞれ空気補給弁
及び空気オリフィスである。入口マニホルド７−１及び
７−２内には酸素濃度センサ22が設けられ、空気流量制
御器23を介して空気補給弁20を制御するようになってい
る。 このような構成において、燃料ガス流量制御器17及び
空気流量制御器23には発電負荷に応じて燃料ガス供給制
御信号24及び空気供給制御信号25が与えられ、これによ
り燃料ガス供給弁13及び空気供給弁19が開閉して電池ス
タック１に対する全体の反応ガス流量が調整される。 ここで、第４図（Ａ）に示すように、燃料ガスが、例
えば基準値77％よりも４％以上低い73％以下の水素濃度
で供給された場合（図の斜線の範囲）には、これを水素
濃度センサ16で検出して燃料ガス流量制御器17に信号を
送り、燃料ガス補給弁14を開いてオリフィス15で調整し
ながら一定量の燃料ガスを電池ブロック１−（Ｎ−１）
及び１−Ｎに供給する。水素濃度が回復して図の２点鎖
線のレベルに達したら補給を停止する。 同様に、第４図（Ｂ）に示すように、空気が、例えば
基準値20.9％よりも0.8％以上低い20.1％以下の濃度で
供給された場合（図の斜線の範囲）には、これを酸素濃
度センサ22で検出して空気流量制御器23に信号を送り、
空気補給弁20を開いてオリフィス21で調整しながら一定
量の空気を電池ブロック１−１及び１−２に補給する。
酸素濃度が回復して図の１点鎖線のレベルに達したら補
給を停止する。 このような構成によれば、電池スタック１の上位部分
についても基準値に対して４％の酸素濃度の差の範囲内
で空気を供給することができ、また電池スタック１の下
位部分についても基準値に対して0.8％の水素濃度の差
の範囲内で燃料ガスを供給することができる。
る。なお、従来例と同一部分には同一の符号を付け説明
を省略する。 第１図において、燃料ガスの主供給配管２の下部から
バイパス配管12が分岐し、分割配管12−１及び12−２を
介して電池スタック１の下位部分の２つの電池ブロック
１−（Ｎ−１）及び１−Ｎの入口マニホルド３−（Ｎ−
１）及び３−Ｎにそれぞれ接続されている。主供給配管
２におけるバイパス配管12が分岐する部分の後段には燃
料ガス供給弁13が挿入され、またバイパス配管12の途中
には燃料ガス補給弁14及び燃料ガスオリフィス15が挿入
されている。16は入口マニホルド１−（Ｎ−１）及び１
−Ｎ内にそれぞれ設けられた水素濃度センサで、燃料ガ
ス流量制御器17を介して燃料ガス補給弁14を制御する。 また、空気の主供給配管６からはバイパス配管18が分
岐し、分割配管18−１及び18−２を介して電池スタック
１の上位部分の２つの電池ブロック１−１及び１−２の
入口マニホルド７−１及び７−２にそれぞれ接続されて
いる。19は主供給配管６に挿入された空気供給弁、20及
び21はバイパス配管18に挿入されたそれぞれ空気補給弁
及び空気オリフィスである。入口マニホルド７−１及び
７−２内には酸素濃度センサ22が設けられ、空気流量制
御器23を介して空気補給弁20を制御するようになってい
る。 このような構成において、燃料ガス流量制御器17及び
空気流量制御器23には発電負荷に応じて燃料ガス供給制
御信号24及び空気供給制御信号25が与えられ、これによ
り燃料ガス供給弁13及び空気供給弁19が開閉して電池ス
タック１に対する全体の反応ガス流量が調整される。 ここで、第４図（Ａ）に示すように、燃料ガスが、例
えば基準値77％よりも４％以上低い73％以下の水素濃度
で供給された場合（図の斜線の範囲）には、これを水素
濃度センサ16で検出して燃料ガス流量制御器17に信号を
送り、燃料ガス補給弁14を開いてオリフィス15で調整し
ながら一定量の燃料ガスを電池ブロック１−（Ｎ−１）
及び１−Ｎに供給する。水素濃度が回復して図の２点鎖
線のレベルに達したら補給を停止する。 同様に、第４図（Ｂ）に示すように、空気が、例えば
基準値20.9％よりも0.8％以上低い20.1％以下の濃度で
供給された場合（図の斜線の範囲）には、これを酸素濃
度センサ22で検出して空気流量制御器23に信号を送り、
空気補給弁20を開いてオリフィス21で調整しながら一定
量の空気を電池ブロック１−１及び１−２に補給する。
酸素濃度が回復して図の１点鎖線のレベルに達したら補
給を停止する。 このような構成によれば、電池スタック１の上位部分
についても基準値に対して４％の酸素濃度の差の範囲内
で空気を供給することができ、また電池スタック１の下
位部分についても基準値に対して0.8％の水素濃度の差
の範囲内で燃料ガスを供給することができる。
この発明によれば、電池スタックにおける反応ガスの
水素濃度及び酸素濃度の偏りを軽減し、電池寿命を大幅
に延ばすことができる。
水素濃度及び酸素濃度の偏りを軽減し、電池寿命を大幅
に延ばすことができる。
第１図はこの発明の実施例の要部縦断面図、第２図は従
来の燃料電池における反応ガス供給の概略構成を示す横
断面図、第３図は第２図のIII−III線に沿う断面図、第
４図（Ａ）は燃料ガス中の水素濃度と電池スタックの高
さ位置との関係を示す線図、第４図（Ｂ）は同じく空気
中の酸素濃度と電池スタックの高さ位置との関係を示す
線図である。 １……電池スタック、１−１〜１−Ｎ……電池ブロッ
ク、２……燃料ガス主供給配管、３……入口マニホル
ド、６……空気供給主配管、７……空気入口マニホル
ド、12……燃料ガスバイパス配管、16……水素濃度セン
サ、18……空気バイパス配管、22……酸素濃度センサ。
来の燃料電池における反応ガス供給の概略構成を示す横
断面図、第３図は第２図のIII−III線に沿う断面図、第
４図（Ａ）は燃料ガス中の水素濃度と電池スタックの高
さ位置との関係を示す線図、第４図（Ｂ）は同じく空気
中の酸素濃度と電池スタックの高さ位置との関係を示す
線図である。 １……電池スタック、１−１〜１−Ｎ……電池ブロッ
ク、２……燃料ガス主供給配管、３……入口マニホル
ド、６……空気供給主配管、７……空気入口マニホル
ド、12……燃料ガスバイパス配管、16……水素濃度セン
サ、18……空気バイパス配管、22……酸素濃度センサ。
Claims (1)
- 【請求項１】積層された多数の単電池からなる電池スタ
ックが高さ方向にいくつかの電池ブロックに区画され、
これら電池ブロックには主供給配管から並列に反応ガス
が分割供給される燃料電池において、上位部分の適宜数
の電池ブロックの空気入口マニホルド内に酸素濃度セン
サを設けるとともに、下位部分の適宜数の電池ブロック
の燃料ガス入口マニホルド内に水素濃度センサを設け、
これらセンサで検出された酸素濃度あるいは水素濃度が
基準値より一定値以上小さいときは、主供給配管から分
岐するバイパス配管を開いて空気あるいは燃料ガスを前
記電池ブロックに補給するようにしたことを特徴とする
燃料電池の反応ガス補給装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1246109A JP2705242B2 (ja) | 1989-09-21 | 1989-09-21 | 燃料電池の反応ガス補給装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1246109A JP2705242B2 (ja) | 1989-09-21 | 1989-09-21 | 燃料電池の反応ガス補給装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03108269A JPH03108269A (ja) | 1991-05-08 |
| JP2705242B2 true JP2705242B2 (ja) | 1998-01-28 |
Family
ID=17143618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1246109A Expired - Lifetime JP2705242B2 (ja) | 1989-09-21 | 1989-09-21 | 燃料電池の反応ガス補給装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2705242B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5763113A (en) * | 1996-08-26 | 1998-06-09 | General Motors Corporation | PEM fuel cell monitoring system |
| DE10106536A1 (de) | 2000-02-17 | 2001-08-23 | Denso Corp | Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle zum Erzeugen elektrischer Energie durch eine chemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff |
| JP2001229946A (ja) * | 2000-02-17 | 2001-08-24 | Denso Corp | 燃料電池システム。 |
| JP2002362164A (ja) * | 2001-06-07 | 2002-12-18 | Toyota Motor Corp | 燃料電池の配管構造 |
| JP5200312B2 (ja) | 2001-09-03 | 2013-06-05 | 富士通株式会社 | 電子機器 |
| JP2007280933A (ja) * | 2006-03-16 | 2007-10-25 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP5803686B2 (ja) * | 2012-01-16 | 2015-11-04 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムとこれを搭載した車両 |
| JP5988367B2 (ja) * | 2012-09-28 | 2016-09-07 | 京セラ株式会社 | 燃料電池モジュール |
-
1989
- 1989-09-21 JP JP1246109A patent/JP2705242B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03108269A (ja) | 1991-05-08 |
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