JPH09259912A - Gas circulation pump system for fuel cell - Google Patents

Gas circulation pump system for fuel cell

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JPH09259912A
JPH09259912A JP8065987A JP6598796A JPH09259912A JP H09259912 A JPH09259912 A JP H09259912A JP 8065987 A JP8065987 A JP 8065987A JP 6598796 A JP6598796 A JP 6598796A JP H09259912 A JPH09259912 A JP H09259912A
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gas
fuel cell
diaphragm
container
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Toshihiro Tani
俊宏 谷
Osao Kudome
長生 久留
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure a safe and long time operation by placing an operation casing having a recess part in an airtight vessel, and vibrating a diaphragm layed stretchwise at an opening of the recess. SOLUTION: Hydrogen and oxygen are supplide to a fuel cell main body through a supply pipe to generate an electrochemical reaction, implementing power generation. Unreacted gas discharged therefrom is returned to the pipe by means of a circulation pump. In such a circulation pump system for a fuel cell, a diaphragm pump is used for the circulation pump. This pomp 8A is installed in an operation casing 13 having a recess part 19 in a vessel 11 capable of being retained in an airtight condition, the diaphragm 22 layed stretchwise across the recessed part 19 is vibrated up and down through a rod 25 mounted on a rotary plate 24 and a vibrator 26. The recess 19 is communicated with intake and discharge pipes 14, 15 for unreacted gas inserted from an upper cover 23 through a seal device 18. The inside of the vessel 11 is controlled in its pressure by the pressure control gas supplied from a gas supply port 12.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子型燃料
電池（以下、単に燃料電池という）のガスリサイクル、
すなわち、燃料電池本体に余剰に供給された水素、およ
び酸素からなる反応ガスが、燃料電池の発電に使用され
ず、燃料電池本体から未反応ガスとして、それぞれ排出
される水素および酸素を、それぞれの供給ラインに戻
し、再使用するために適用される燃料電池用ガス循環ポ
ンプシステムに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to gas recycling of a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter simply referred to as a fuel cell),
That is, the reaction gas composed of hydrogen and oxygen that are excessively supplied to the fuel cell main body is not used for power generation of the fuel cell, and hydrogen and oxygen discharged as unreacted gas from the fuel cell main body The present invention relates to a gas circulation pump system for a fuel cell, which is adapted to be returned to a supply line and reused.

【０００２】[0002]

【従来の技術】一般に、純粋な水素や、純粋な酸素を反
応ガスとして用いて、燃料電池を運転する場合、燃料電
池本体内に、それぞれ個別に供給された反応ガスは、全
て燃料電池本体内の電気化学反応に用いられ、発電に使
用されて、１００％のガス利用率が期待できる。2. Description of the Related Art Generally, when a pure hydrogen or pure oxygen is used as a reaction gas to operate a fuel cell, all the reaction gases individually supplied into the fuel cell body are in the fuel cell body. It is used for the electrochemical reaction of, and is used for power generation, and a gas utilization rate of 100% can be expected.

【０００３】しかしながら、燃料電池の発電能力に見合
った量だけの反応ガスを燃料電池に供給するのではな
く、燃料電池の発電能力以上の十分な反応ガスをそれぞ
れ供給し、燃料電池本体内で電気化学反応が行われなか
った余剰分の水素、および酸素、いわゆる未反応ガスを
燃料電池本体からそれぞれ排出させ、供給ラインに戻
し、再使用するようにした、運転を行うようにした方が
燃料電池の性能としては、高効率のものとなる。However, instead of supplying an amount of reaction gas commensurate with the power generation capacity of the fuel cell to the fuel cell, a sufficient amount of reaction gas having a power generation capacity higher than that of the fuel cell is supplied to the fuel cell to generate electricity. Excess hydrogen and oxygen, which have not undergone chemical reaction, and oxygen, so-called unreacted gases, are discharged from the fuel cell main body, returned to the supply line, and reused. It is better to operate the fuel cell. The performance of is highly efficient.

【０００４】そのため、燃料電池本体内に供給される反
応ガスを無駄なく利用し、かつ燃料電池性能を引き出す
方法として、燃料電池本体内には供給されたものの、燃
料電池本体内の電気化学反応には使用されず、燃料電池
本体から排出される未反応ガスを、再び燃料電池本体内
へ反応ガスとして供給するようにした、反応ガスの再循
環法が採用されている。この反応ガス再循環法の採用の
ため、燃料電池出力規模が小さいもの、例えば５ｋＷ程
度までの燃料電池では、未反応ガスの再循環を行うガス
循環ポンプに、ダイヤフラム型ポンプを用いるようにし
たものがある。Therefore, as a method of utilizing the reaction gas supplied to the fuel cell main body without waste and drawing out the fuel cell performance, the electrochemical reaction in the fuel cell main body, although supplied to the fuel cell main body, is performed. The reaction gas recirculation method is adopted in which the unreacted gas discharged from the fuel cell main body is not used but is supplied again into the fuel cell main body as the reaction gas. Due to the adoption of this reaction gas recirculation method, a fuel cell output scale is small, for example, in a fuel cell up to about 5 kW, a diaphragm pump is used as a gas circulation pump for recirculating unreacted gas. There is.

【０００５】このダイヤフラム型ポンプは、凹部を形成
した作動筐の開口部を被包して、張設されたダイヤフラ
ムに、凹部へ向けて出入する動き（振動）を発生させ、
凹部内に圧力変動を生じさせて、この圧力変動の低圧時
に、燃料電池本体の排気口に連通した吸入側配管から、
未反応ガスを凹部内に吸引するとともに、圧力変動の高
圧時に、連通した吐出側配管から、凹部内に流入した未
反応ガスを供給管へ吐出させ、反応ガスとして燃料電池
本体内へ供給するようにしたものである。このような、
ダイヤフラム型ポンプは、その機構上、小容量でも効率
が極端に悪くならず、粘性の低い水素でも安定した作動
が期待でき、また、気密性も比較的簡単に高く出来ると
いう特性を持っている。This diaphragm type pump encloses the opening of the actuating casing having the concave portion, and causes the stretched diaphragm to move in and out toward the concave portion (vibration).
A pressure fluctuation is generated in the recess, and when the pressure fluctuation is low, from the suction side pipe communicating with the exhaust port of the fuel cell main body,
The unreacted gas is sucked into the recess, and at the time of high pressure fluctuation, the unreacted gas flowing into the recess is discharged from the communicating discharge side pipe to the supply pipe, and is supplied to the fuel cell main body as the reaction gas. It is the one. like this,
Due to its mechanism, the diaphragm type pump has characteristics that the efficiency is not extremely deteriorated even with a small capacity, stable operation can be expected even with hydrogen having low viscosity, and the airtightness can be relatively easily increased.

【０００６】しかしながら、このようなダイヤフラム型
ポンプを、前述した反応ガスの再循環を行うガス再循環
ポンプに採用した場合、燃料電池の出力規模を大きくす
るため、燃料電池本体内を加圧状態で運転しようとする
と、作動筐の凹部内に圧力変動を発生させるダイヤフラ
ムの圧力差が、許容値以上になり、寿命が著しく短くな
るという不具合がある。However, when such a diaphragm type pump is adopted as the gas recirculation pump for recirculating the above-mentioned reaction gas, in order to increase the output scale of the fuel cell, the inside of the fuel cell main body is pressurized. When trying to operate, there is a problem that the pressure difference of the diaphragm that causes the pressure fluctuation in the concave portion of the operating casing becomes more than the allowable value and the life is remarkably shortened.

【０００７】すなわち、ダイヤフラム型ポンプは、吐出
時は、ダイヤフラムの内側が加圧状態になり、吸引時に
は、真空状態になるとともに、ダイヤフラムの外側は大
気圧が負荷されるので、内外差圧が生じるものの、通常
運転においては、ダイヤフラムの内側と外側の差圧が、
許容差圧内で作動するように設計されてあり、このよう
な許容差圧内で作動する限り、３０００〜４０００時間
の寿命が保持できるが、未反応ガスの再循環を行うガス
再循環ポンプとして、加圧状態で運転される燃料電池に
使用する場合、ダイヤフラムの外側は大気圧が負荷され
ているのに対して、凹部に面する内側は、燃料電池の加
圧状態での運転に伴う、大気圧以上の圧力が負荷される
加圧状態となり、ダイヤフラムに作用する圧力差は大き
くなり、許容差圧を越え、短時間の作動でダイヤフラム
の破損に到り、寿命が著しく短くなるという欠点があ
る。That is, in the diaphragm type pump, the inside of the diaphragm is in a pressurized state at the time of discharge, the vacuum state is made at the time of suction, and the atmospheric pressure is applied to the outside of the diaphragm, so that an internal and external differential pressure is generated. However, in normal operation, the pressure difference between the inside and outside of the diaphragm is
It is designed to operate within the allowable differential pressure, and as long as it operates within such allowable differential pressure, it can maintain a life of 3000 to 4000 hours, but as a gas recirculation pump for recirculating unreacted gas. When used in a fuel cell operated under pressure, the outside of the diaphragm is loaded with atmospheric pressure, while the inside facing the recess is accompanied by operation of the fuel cell under pressure, There is a drawback that the pressure difference above the atmospheric pressure is applied, the pressure difference acting on the diaphragm increases, exceeds the allowable differential pressure, the diaphragm is damaged in a short time operation, and the life is shortened significantly. is there.

【０００８】このような、ダイヤフラムの破損時には、
ダイヤフラムを交換して復旧するようにしているが、そ
の交換時には、燃料電池の運転停止、又は運転効率の低
下を引き起す不具合があるとともに、反応ガスの外部漏
洩、特に水素の大気への漏洩が生じ、爆発の危険性が生
じるという不具合がある。また、圧力差が大きくなって
も、ダイヤフラムが破損しないように、許容差圧を大き
くすることも考えられるが、その場合、ダイヤフラムの
剛性が高くなり、ダイヤフラムを振動させるために必要
となる動力が大きくなり、通常、燃料電池で発電される
電力で、ダイヤフラムを振動させている駆動装置への供
給電力が多くなり、燃料電池の性能が劣化するという不
具合が生じる。When such a diaphragm is damaged,
Although the diaphragm is replaced and restored, there is a problem that the operation of the fuel cell may be stopped or the operating efficiency may be deteriorated when the diaphragm is replaced, and the external leakage of the reaction gas, especially the leakage of hydrogen into the atmosphere may occur. There is a problem that there is a risk of explosion. It is also possible to increase the allowable differential pressure so that the diaphragm will not be damaged even if the pressure difference increases, but in that case, the rigidity of the diaphragm will increase and the power required to vibrate the diaphragm will increase. As a result, the electric power generated by the fuel cell becomes large, and the electric power supplied to the drive device vibrating the diaphragm increases, and the performance of the fuel cell deteriorates.

【０００９】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ガス循環ポ
ンプにダイヤフラムを使用した、ダイヤフラム型ポンプ
を採用した燃料電池を、加圧状態で運転しようとすると
きに生じる、上述した不具合を解消するため、燃料電池
の加圧状態に応じて、ダイヤフラムの外側に負荷される
圧力を変えることができ、ダイヤフラムの内側と外側に
生じる圧力差を小さくして、ダイヤフラムが常に許容差
圧内での運転になるようにして、燃料電池の性能を劣化
させることなく、安全で、長時間運転できるようにし
た、燃料電池用ガス循環ポンプシステムの提供を課題と
する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems that occur when a fuel cell using a diaphragm for a gas circulation pump and a diaphragm type fuel cell is operated under pressure. Therefore, the pressure applied to the outside of the diaphragm can be changed according to the pressurization state of the fuel cell, the pressure difference between the inside and outside of the diaphragm can be reduced, and the diaphragm will always operate within the allowable differential pressure. Therefore, it is an object of the present invention to provide a gas circulation pump system for a fuel cell, which is safe and can be operated for a long time without degrading the performance of the fuel cell.

【００１０】[0010]

【課題を解決するための手段】このため、第１番目の本
発明の燃料電池用ガス循環ポンプシステムは、次の手段
とした。Therefore, the gas circulation pump system for a fuel cell according to the first aspect of the present invention has the following means.

【００１１】（１）燃料電池本体の排気口から個別に排
出される、未反応の水素および酸素である未反応ガスの
それぞれを、ガス供給装置から燃料電池本体内に、反応
ガスとしての水素および酸素を、それぞれ供給する供給
管に戻すために設けるリサイクル配管の途中に介装され
るガス循環ポンプを、次のものからなるダイヤフラム型
ポンプとした。(1) The unreacted hydrogen and the unreacted gas, which are oxygen, which are individually discharged from the exhaust port of the fuel cell main body, are introduced into the fuel cell main body from the gas supply device and hydrogen as the reaction gas and The gas circulation pump provided in the middle of the recycling pipes for returning oxygen to the supply pipes was a diaphragm pump composed of the following.

【００１２】（ａ）気密に形成された内部の圧力を変え
るため、調圧用の調圧ガスを容器内に導入、若しくは排
出するためのガス供給口が設けられた容器。なお、容器
内の圧力を調圧するため内部に導入する調圧ガスは、窒
素ガス等の調圧専用のガスを使用することも、燃料電池
本体に供給される反応ガス、又は燃料電池本体から排出
される未反応ガスを使用することもできる。また、容器
は、ガス供給口から供給された調圧ガスを密封して、内
部圧力を常時一定圧に保持して、ダイヤフラム内、外の
差圧を許容差圧内になるようにしても、排気口から排出
される未反応ガスの圧力に対応して、内部圧力を変化さ
せて、ダイヤフラム内、外の差圧を、許容差圧内になる
ようにしても良いものである。(A) A container provided with a gas supply port for introducing or discharging a pressure-regulating gas for pressure regulation into the container in order to change the pressure inside the airtight. The pressure-adjusting gas introduced to adjust the pressure inside the container may be a gas such as nitrogen gas, which is exclusively used for pressure-adjusting, or the reaction gas supplied to the fuel cell main body, or the gas discharged from the fuel cell main body. It is also possible to use the unreacted gases mentioned. In addition, the container seals the pressure regulating gas supplied from the gas supply port, keeps the internal pressure always constant, and makes the differential pressure inside and outside the diaphragm within the allowable differential pressure. It is also possible to change the internal pressure in accordance with the pressure of the unreacted gas discharged from the exhaust port so that the differential pressure inside and outside the diaphragm falls within the allowable differential pressure.

【００１３】（ｂ）燃料電池本体の排気口に一端側が連
通する吸入側配管、および供給管に一端側が連通する吐
出側配管、それぞれの他端側が内部に形成された凹部に
連通するとともに、ダイヤフラムを張設するため凹部の
１側に開口が設けられて、容器内に設置された作動筐。
なお、作動筐の外形形状は、容器の内部に設置されるこ
とから、作動筐が設置される場所の容器の内部形状と同
形にされ、収容効率の良好にする形状にすることが好ま
しい。また、吸入側配管に導入された未反応ガスを、内
部に一時的に保留できるとともに、ダイヤフラムの振動
により、未反応ガスに圧力変動を発生できる内部容積を
もつ、凹部にすることが好ましい。(B) A suction side pipe whose one end side communicates with the exhaust port of the fuel cell main body, and a discharge side pipe whose one end side communicates with the supply pipe, and the other end side of each of which communicates with the recess formed therein and the diaphragm. An operating casing installed in a container, which is provided with an opening on one side of the recess to stretch the container.
Since the outer shape of the operating case is installed inside the container, it is preferable that the outer shape of the operating case is the same as the inner shape of the container at the place where the operating case is installed, and the shape of the housing is good. Further, it is preferable that the unreacted gas introduced into the suction side pipe is temporarily retained inside, and it is preferably a recess having an internal volume capable of generating a pressure fluctuation in the unreacted gas due to the vibration of the diaphragm.

【００１４】（ｃ）容器内の圧力が外側に負荷されるよ
うにして、作動筐の凹部開口面に張設されて、開口を密
封するとともに、中央部を作動するコンロッド等の当接
により、作動筐の開口面に向けて、前後に振動し、作動
筐の凹部に出、入して、作動筐内の圧力を変動させて、
この圧力変動の低圧時に、吸入側配管から未反応ガスを
作動筐内に吸引し、高圧時に、作動筐内に流入した未反
応ガスを吐出側配管から供給管に吐出させるダイヤフラ
ム。(C) The pressure inside the container is applied to the outside so that it is stretched over the opening surface of the concave portion of the operating casing to seal the opening, and by contacting the connecting rod or the like that operates the central portion, It vibrates back and forth toward the opening surface of the operating case, goes out into the recess of the operating case, enters, and changes the pressure inside the operating case.
A diaphragm that sucks unreacted gas from the suction side pipe into the working casing when the pressure fluctuation is low, and discharges the unreacted gas that has flowed into the working casing from the discharge side pipe to the supply pipe when the pressure is high.

【００１５】なお、ダイヤフラムは振動時に変形して、
作動筐内の圧力を変動させることから、弾性材で形成さ
れることは勿論であるが、作動筐内に吸引される高温の
未反応ガスが内側に接触することから耐熱性に富むとと
もに、長時間の振動に耐える屈折耐久性に富み、しか
も、その加振に大きな動力を必要としない剛性の低い素
材で形成することが望ましい。The diaphragm is deformed during vibration,
Since the pressure inside the operating casing fluctuates, it is of course made of an elastic material, but since the high temperature unreacted gas sucked into the operating casing comes into contact with the inside, it has excellent heat resistance and long life. It is desirable to use a material having a low rigidity, which has high refraction durability to withstand the vibration of time, and which does not require a large power for its vibration.

【００１６】（ｄ）容器の内部に設置され、容器の側壁
に設けられた気密性の電流端子等から、容器の内部に導
入された動力で、ダイヤフラムの中央部に作用するコン
ロッド等を駆動し、ダイヤフラムを作動筐の開口面に向
けて、前後に振動させる駆動装置。動力としては、燃料
電池で発電される電力が好ましいが、他の油圧等の動力
でも良い。また、高温の未反応ガスが出入する作動筐に
近接して設けられ、若しくは、容器内に調圧ガスとして
未反応ガスが使用される場合は、特に、冷却装置を設け
ることが好ましい。(D) The connecting rod or the like acting on the central portion of the diaphragm is driven by the power introduced into the container from an airtight current terminal or the like provided inside the container and provided on the side wall of the container. , A drive device that vibrates the diaphragm back and forth toward the opening surface of the operating casing. As the power, power generated by the fuel cell is preferable, but other power such as hydraulic pressure may be used. In addition, a cooling device is particularly preferably provided when the unreacted gas is provided in the vicinity of the operating case where the high temperature unreacted gas flows in or out, or when the unreacted gas is used as the pressure adjusting gas in the container.

【００１７】（イ）本発明の燃料電池用ガス循環ポンプ
システムでは、ガス循環ポンプを上述した（１）の構成
のダイヤフラム型ポンプにしたので、加圧出来るように
した容器内の圧力が、ダイヤフラムの外側にかかり、ダ
イヤフラムの内側に吸引される未反応ガスの圧力、すな
わち燃料電池本体内の加圧で昇圧する圧力と、ほぼ同じ
圧力になることにより、ダイヤフラムの内外にかかる差
圧が軽減され、燃料電池の発電容量増大に伴い、燃料電
池を加圧状態で運転しようとするときに、ダイヤフラム
型ポンプで課題とされていた、ダイヤフラムの耐久性が
解決され、ダイヤフラム型ポンプは、長時間運転できる
ようになる。(A) In the fuel cell gas circulation pump system of the present invention, since the gas circulation pump is the diaphragm type pump having the above-mentioned constitution (1), the pressure in the container which can be pressurized is the diaphragm. The pressure of the unreacted gas that is applied to the outside of the diaphragm and sucked inside the diaphragm, that is, the pressure that is boosted by the pressurization inside the fuel cell main body, becomes almost the same pressure, and the differential pressure applied to the inside and outside of the diaphragm is reduced. As the power generation capacity of the fuel cell increases, the durability of the diaphragm, which had been a problem with the diaphragm pump when trying to operate the fuel cell under pressure, was solved, and the diaphragm pump operates for a long time. become able to.

【００１８】これにより、その機構上、小容量でも効率
が極端に悪くならず、粘性の低い水素でも安定した作動
が期待でき、また気密性も比較的簡単に高く出来るとい
う、秀れた特性を持つ、ダイヤフラム型ポンプをガス循
環ポンプとして使用できるようになる。Due to this mechanism, the efficiency is not extremely deteriorated even with a small capacity, stable operation can be expected even with low-viscosity hydrogen, and the airtightness can be increased relatively easily. The diaphragm type pump that you have can now be used as a gas circulation pump.

【００１９】また、ダイヤフラムを振動させるモーター
等の駆動装置を含め、全てがタイヤフラム型ポンプを構
成する容器に収容されてしまい、容器の内部から外部へ
突き抜けるものは、ガス供給口、吸入側配管、吐出側配
管からなる配管類と、気密性を保持して設置された電流
端子等から外部の動力源に連結される動力ラインだけ
で、容器内部から外部に突き抜けて作動するものがない
ため、容器の気密性が簡単にとれるようになる。In addition, everything including the driving device such as a motor for vibrating the diaphragm is housed in the container constituting the tire-flame type pump, and the one that penetrates from the inside of the container to the outside is the gas supply port and the suction side pipe. Since there is nothing that works by penetrating from the inside of the container to the outside, only the power lines that are connected to the external power source from the current terminals, etc. installed while maintaining airtightness, and the piping consisting of the discharge side piping, Airtightness of the container can be easily obtained.

【００２０】これにより、一度容器の圧力を、燃料電池
本体の排気口から排出される未反応ガスの圧力に対応す
る圧力に設定してしまえば、その後容器内の圧力は、調
圧ガスの供給の必要もなく一定に保持できるとともに、
容器内の圧力を、燃料電池の加圧状態の運転に応じて変
動する未反応ガスの圧力に対応して変動させる場合で
も、漏洩による容器内の圧力変動を考慮することなく、
排気口から排出される未反応ガスの圧力計測のみで、容
器内の圧力を変えることができ、簡便な燃料電池用ガス
循環ポンプシステムが構築できる。Thus, once the pressure of the container is set to the pressure corresponding to the pressure of the unreacted gas discharged from the exhaust port of the fuel cell main body, the pressure in the container is then changed to the supply of the pressure-regulating gas. It can be held constant without the need for
Even if the pressure in the container is changed corresponding to the pressure of the unreacted gas that changes according to the operation of the pressurized state of the fuel cell, without considering the pressure change in the container due to leakage,
The pressure inside the container can be changed only by measuring the pressure of the unreacted gas discharged from the exhaust port, and a simple gas circulation pump system for a fuel cell can be constructed.

【００２１】また、容器内に導入する調圧ガスは、窒素
ガス等の専用の調圧ガスのほかに、供給管からの反応ガ
ス、又は排気口からの未反応ガスを使用できるようにな
るとともに、万一のダイヤフラム破裂時においても、ダ
イヤフラムの内側に出入する未反応ガスが、外部に漏洩
することがなくなり、安全が確保できる。As the pressure regulating gas to be introduced into the container, in addition to the dedicated pressure regulating gas such as nitrogen gas, the reaction gas from the supply pipe or the unreacted gas from the exhaust port can be used. Even in the unlikely event of diaphragm rupture, unreacted gas flowing in and out of the diaphragm will not leak to the outside, and safety can be ensured.

【００２２】さらに、ダイヤフラムの剛性を高めること
なく、長時間の運転ができるようになるので、燃料電池
の運転効率を高め、性能を向上させることができる。Further, since it becomes possible to operate for a long time without increasing the rigidity of the diaphragm, the operating efficiency of the fuel cell can be improved and the performance can be improved.

【００２３】また、本発明の第２番目の燃料電池用ガス
循環ポンプシステムは、上述（１）の手段に加え、次の
手段とした。Further, the second gas circulation pump system for a fuel cell of the present invention has the following means in addition to the above-mentioned means (1).

【００２４】（２）燃料電池本体内から未反応の水素、
および酸素である未反応ガスを、個別にそれぞれ排出す
る排出口と、ガス供給装置から燃料電池本体内に反応ガ
スとしての水素および酸素を、それぞれ供給する供給管
との間を連結する、リサイクル配管内の圧力を検出する
圧力計測装置を設けた。なお、圧力計測装置は、リサイ
クル配管に介装されるダイヤフラム型ポンプと排気口と
の間に配設されたリサイクル配管内の圧力を検出できる
ようにするほかに、容器にも圧力測定装置を設けて、容
器内の圧力を検出し、ダイヤフラムの内側に負荷される
未反応ガスの圧力と、外側に負荷される容器内の圧力を
略同一にして、ダイヤフラムの差圧ができるだけ、小さ
くなるようにすることもできる。(2) Unreacted hydrogen from inside the fuel cell body,
And recycle piping that connects between the outlets that individually discharge unreacted gases that are oxygen and oxygen, and the supply pipes that supply hydrogen and oxygen as reaction gases from the gas supply device into the fuel cell main body. A pressure measuring device for detecting the internal pressure was provided. The pressure measuring device is capable of detecting the pressure in the recycle pipe installed between the diaphragm pump installed in the recycle pipe and the exhaust port, and a pressure measuring device is also installed in the container. Then, the pressure inside the container is detected, and the pressure of the unreacted gas that is loaded inside the diaphragm and the pressure inside the container that is loaded outside are made approximately the same so that the differential pressure of the diaphragm is as small as possible. You can also do it.

【００２５】（３）圧力計測装置からのリサイクル配管
内の圧力に対応する信号に基づき、ガス供給口から調圧
ガスを容器内に導入、若しくは容器内から排出して、容
器内の圧力を、この圧力が外側に負荷されるダイヤフラ
ムが、常に許容差圧内の圧力になるようにする圧力調整
装置を設けた。なお、調圧ガスは、前述（１）（ａ）の
如く、調圧専用の窒素ガス等でも、反応ガス若しくは未
反応ガスでも良い。(3) Based on the signal corresponding to the pressure in the recycle pipe from the pressure measuring device, the pressure-regulating gas is introduced into the container from the gas supply port or discharged from the container to determine the pressure in the container. A pressure adjusting device is provided so that the diaphragm, to which this pressure is applied, is always within the allowable differential pressure. The pressure regulating gas may be nitrogen gas or the like exclusively for pressure regulating as described in (1) (a) above, or may be a reaction gas or an unreacted gas.

【００２６】本発明の燃料電池用ガス循環ポンプシステ
ムは、上述（２）、（３）の手段により、上述（イ）に
加えて、 （ロ）燃料電池をより良い運転条件にするため、燃料電
池本体内の圧力を任意に変化させても、その圧力変化に
追従して、容器内の調圧ガスの圧力が変化するため、ダ
イヤフラムにかかる差圧は小さく抑えられる。これによ
り、ダイヤフラムの耐久性がさらに向上し、ダイヤフラ
ム型ポンプの運転時間を、さらに向上させることができ
る。また、燃料電池の運転停止時に、容器内の圧力を常
圧に戻す操作や、起動時に容器の圧力を徐々に上げる操
作などが可能となる。In addition to the above-mentioned (a), the gas circulation pump system for a fuel cell of the present invention has the following means (2) and (3). Even if the pressure in the battery main body is arbitrarily changed, the pressure of the pressure-regulating gas in the container changes in accordance with the pressure change, so that the differential pressure applied to the diaphragm can be suppressed to be small. As a result, the durability of the diaphragm is further improved, and the operating time of the diaphragm pump can be further improved. Further, when the operation of the fuel cell is stopped, it is possible to perform an operation of returning the pressure in the container to the normal pressure, an operation of gradually increasing the pressure of the container at the time of startup, and the like.

【００２７】また、本発明の第３番目の燃料電池用ガス
循環ポンプシステムは、上述（１）の手段に加え、次の
手段とした。Further, the third gas circulation pump system for a fuel cell of the present invention has the following means in addition to the above-mentioned means (1).

【００２８】（４）容器に設けられ、容器内の圧力を変
動させるガス供給口を、ガス供給装置から燃料電池本体
内に、反応ガスとしての水素および酸素を、それぞれ供
給する供給管に連通させて、容器内の圧力を、供給管を
流れる反応ガスの圧力と略同一にするガス供給管を設け
た。(4) A gas supply port provided in the container for varying the pressure in the container is connected to a supply pipe for supplying hydrogen and oxygen as reaction gases from the gas supply device into the fuel cell body. Then, a gas supply pipe is provided so that the pressure inside the container is substantially equal to the pressure of the reaction gas flowing through the supply pipe.

【００２９】本発明の燃料電池用ガス循環ポンプシステ
ムは、上述（４）の手段により、上述（イ）に加えて、 （ハ）燃料電池本体内に反応ガスを供給する供給管か
ら、容器のそれぞれに、燃料電池本体内に供給される水
素および酸素が送られ、容器内の圧力は、供給管内の反
応ガスの圧力と略同一圧力になる。一方、供給管内の圧
力は、燃料電池本体内の圧力と略同一圧力になっている
ことから、特別な装置を必要とせず、容器内の圧力は、
燃料電池本体内の圧力と略同一圧力になる。また、排気
口から排出される未反応ガスの圧力は、燃料電池本体内
の圧力に、略対応して変動するため、容器内の圧力は、
未反応ガスの圧力に対応して変動することとなる。The gas circulation pump system for a fuel cell of the present invention is, in addition to the above-mentioned (a), by the means of the above-mentioned (4), (c) a supply pipe for supplying a reaction gas into the fuel cell main body, Hydrogen and oxygen supplied to the fuel cell main body are sent to each of them, and the pressure in the container becomes substantially the same as the pressure of the reaction gas in the supply pipe. On the other hand, since the pressure in the supply pipe is almost the same as the pressure in the fuel cell body, no special device is required, and the pressure in the container is
The pressure becomes almost the same as the pressure inside the fuel cell body. Further, since the pressure of the unreacted gas discharged from the exhaust port fluctuates substantially corresponding to the pressure inside the fuel cell body, the pressure inside the container is
It will fluctuate according to the pressure of the unreacted gas.

【００３０】これにより、ダイヤフラムの内側、および
外側は、許容差圧内に保持され、ダイヤフラムの耐久性
が向上し、ダイヤフラム型ポンプの運転時間を、さらに
向上させることができる。As a result, the inside and outside of the diaphragm are held within the allowable differential pressure, the durability of the diaphragm is improved, and the operating time of the diaphragm pump can be further improved.

【００３１】[0031]

【発明の実施の形態】以下、本発明の燃料電池用ガス循
環ポンプシステムの実施の一形態を、図面にもとづき説
明する。図１は本発明の燃料電池用ガス循環ポンプシス
テムの実施の第１形態を示すブロック図、図２は、図１
に示す水素ガス用ダイヤフラム型ポンプ、および酸素ガ
ス用ダイヤフラム型ポンプとして使用されるダイヤフラ
ム型ポンプの一例として示す水素ガス用ダイヤフラム型
ポンプの断面図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a gas circulation pump system for a fuel cell of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a gas circulation pump system for a fuel cell of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a diaphragm pump for hydrogen gas shown as an example of a diaphragm pump for hydrogen gas and a diaphragm pump used as a diaphragm pump for oxygen gas shown in FIG.

【００３２】図１に示すように、本実施の形態の燃料電
池用ガス循環ポンプシステムが適用される燃料電池は、
水素ガス供給装置１Ａより供給管２Ａを通って、反応ガ
スとしての純粋水素が加湿装置３Ａを経由して、燃料電
池本体４内に供給されるとともに、酸素ガス供給装置１
Ｂより供給管２Ｂを通って、反応ガスとしての純粋酸素
が加湿装置３Ｂを経由して、燃料電池本体４内に供給さ
れ、燃料電池本体４内に、それぞれ供給された反応ガス
の電気化学反応によって発電を行い、負荷５を作動させ
る。As shown in FIG. 1, the fuel cell to which the gas circulation pump system for a fuel cell of this embodiment is applied is
Pure hydrogen as a reaction gas is supplied from the hydrogen gas supply device 1A through the supply pipe 2A into the fuel cell main body 4 through the humidification device 3A, and the oxygen gas supply device 1 is also provided.
Pure oxygen as a reaction gas is supplied from B to the inside of the fuel cell main body 4 via the humidifier 3B through the supply pipe 2B, and the electrochemical reaction of the reaction gas supplied to the fuel cell main body 4 is performed. To generate power and activate the load 5.

【００３３】燃料電池本体４内に供給される、反応ガス
としての純粋水素、および純粋酸素は、燃料電池本体４
内の発電に使用される量より多く供給され、余剰に供給
された反応ガスのうちの一部は、燃料本体４内で電気化
学反応が行われず、未反応ガスとして燃料電池本体４の
排気口６Ａ、６Ｂからそれぞれ排出される。Pure hydrogen and pure oxygen as reaction gases supplied into the fuel cell body 4 are supplied to the fuel cell body 4.
A part of the reaction gas that is supplied in excess of the amount used for power generation and is supplied excessively does not undergo an electrochemical reaction in the fuel body 4 and remains as an unreacted gas in the exhaust port of the fuel cell body 4. 6A and 6B are discharged respectively.

【００３４】燃料電池本体４の排気口６Ａと供給管２Ａ
との間には、水素リサイクル配管７Ａ、７Ａ′が配設さ
れ、このうち、一端が燃料電池本体４の排気口６Ａと連
結した水素リサイクル配管７Ａの他端には、燃料電池本
体４から排出される未反応ガスとしての水素を、再循環
させる水素用ダイヤフラム型ポンプ８Ａの、後述する吸
入側配管１４が連結されている。また、一端が供給管２
Ａと連結した水素リサイクル配管７Ａ′の他端には、水
素用ダイヤフラム型ポンプ８Ａの、後述する吐出側配管
１５が連結されている。Exhaust port 6A of fuel cell body 4 and supply pipe 2A
And hydrogen recycle pipes 7A and 7A 'are disposed between the fuel cell main body 4 and the other end of the hydrogen recycle pipe 7A, one end of which is connected to the exhaust port 6A of the fuel cell main body 4. A suction-side pipe 14 to be described later of a hydrogen diaphragm type pump 8A for recirculating hydrogen as an unreacted gas is connected. In addition, one end is the supply pipe 2
To the other end of the hydrogen recycle pipe 7A 'connected to A, a discharge side pipe 15 of the diaphragm type pump 8A for hydrogen described later is connected.

【００３５】また、燃料電池本体４の排気口６Ｂと供給
管２Ｂとの間には、酸素リサイクル配管７Ｂ、７Ｂ′が
配設され、このうち、一端が燃料電池本体４の排気口６
Ｂと連結した酸素リサイクル配管７Ｂの他端には、燃料
電池本体４から排出される未反応ガスとしての酸素を、
再循環させる酸素用ダイヤフラム型ポンプ８Ｂの吸入側
配管が連結され、一端が供給管２Ｂと連結した酸素リサ
イクル配管７Ｂ′の他端には、酸素用ダイヤフラム型ポ
ンプ８Ｂの吐出側配管が連結されている。Oxygen recycling pipes 7B and 7B 'are arranged between the exhaust port 6B of the fuel cell body 4 and the supply pipe 2B, one end of which is an exhaust port 6 of the fuel cell body 4.
At the other end of the oxygen recycling pipe 7B connected to B, oxygen as an unreacted gas discharged from the fuel cell body 4 is supplied.
The suction side pipe of the oxygen diaphragm type pump 8B for recirculation is connected, and the discharge side pipe of the oxygen diaphragm type pump 8B is connected to the other end of the oxygen recycling pipe 7B 'whose one end is connected to the supply pipe 2B. There is.

【００３６】また、水素用ダイヤフラム型ポンプ８Ａお
よび酸素用ダイヤフラム型ポンプ８Ｂに、それぞれ設け
た、後述する容器１１のガス供給口１２には、窒素ガス
供給装置９の調圧バルブ９Ａ、９Ｂのそれぞれ介装した
調圧ガス管１０Ａ、１０Ｂで連結されている。Further, a gas supply port 12 of a container 11, which will be described later, provided in each of the hydrogen diaphragm type pump 8A and the oxygen diaphragm type pump 8B is provided with a pressure regulating valve 9A, 9B of a nitrogen gas supplying device 9, respectively. The pressure regulating gas pipes 10 </ b> A and 10 </ b> B that are interposed are connected.

【００３７】以上、燃料電池本体４内に純粋水素および
純粋酸素が供給されて発電を行い、燃料電池本体４から
排出される余剰の純粋水素、および純粋酸素を再循環さ
せ、再使用するようにした燃料電池用ガス循環ポンプシ
ステムについて示したが、燃料電池には、純粋酸素の代
りに空気を燃料電池本体４に送り込み、空気中の酸素と
供給された純粋水素とで発電を行うようにしたものもあ
る。このような、空気を送り込むようにした燃料電池で
は、燃料電池本体４から排出される余剰空気を回収する
ようなことはせず、単に余剰空気の熱エネルギーを回収
するのみで、大気へ放出するようにしているので、上述
した酸素リサイクル配管７Ｂ、７Ｂ′酸素用ダイヤフラ
ム型ポンプ８Ｂを設けないのが通常である。As described above, pure hydrogen and pure oxygen are supplied into the fuel cell body 4 to generate power, and the excess pure hydrogen and pure oxygen discharged from the fuel cell body 4 are recycled and reused. The gas circulation pump system for a fuel cell described above was shown, but instead of pure oxygen, air was sent to the fuel cell main body 4 in the fuel cell, and power was generated by oxygen in the air and pure hydrogen supplied. There are also things. In such a fuel cell in which the air is sent, the surplus air discharged from the fuel cell body 4 is not recovered, but only the thermal energy of the surplus air is recovered and released to the atmosphere. Therefore, the oxygen recycle pipes 7B and 7B 'described above are not normally provided with the oxygen diaphragm pump 8B.

【００３８】次に、水素ガス用ダイヤフラム型ポンプ、
および酸素ガス用ダイヤフラム型ポンプとして使用され
るダイヤフラム型ポンプを、説明の都合上、前述したよ
うに、水素ガス用ダイヤフラム型ポンプを例にして、説
明することとする。Next, a diaphragm type pump for hydrogen gas,
For convenience of explanation, the diaphragm pump used as the oxygen gas diaphragm pump will be described by taking the hydrogen gas diaphragm pump as an example as described above.

【００３９】図２において、１１は容器で、前述した調
圧ガス管１０Ａに調圧バルブ９Ａを介して連通する、ガ
ス供給口１２が上蓋２３を貫通して設けられている。ま
た、上蓋２３には、水素リサイクル配管７Ａと連通さ
れ、後述する作動筐１３内に、燃料電池本体４からの未
反応の水素を導入する吸入側配管１４、および一端が配
管７Ａ′に連通され、作動筐１３内に導入された未反応
の水素を、供給管２Ａに排出する吐出側配管１５が、そ
れぞれシール装置１８を介装して、挿通されている。さ
らに、容器１１の、側壁には、後述する駆動装置として
のモータ１６に、電力を供給する電流端子１７が気密状
態で設けられている。In FIG. 2, reference numeral 11 denotes a container, which is provided with a gas supply port 12 penetrating an upper lid 23, which communicates with the pressure regulating gas pipe 10A described above through a pressure regulating valve 9A. Further, the upper lid 23 is connected to the hydrogen recycle pipe 7A, and the suction side pipe 14 for introducing unreacted hydrogen from the fuel cell main body 4 into the operation casing 13 described later, and one end thereof is connected to the pipe 7A '. The discharge side pipe 15 for discharging the unreacted hydrogen introduced into the operation casing 13 to the supply pipe 2A is inserted through the seal device 18 respectively. Further, on the side wall of the container 11, a current terminal 17 for supplying electric power to a motor 16 as a drive device described later is provided in an airtight state.

【００４０】このように、容器１１には外部に突出する
ガス供給口１２、吸入側配管１４、吐出側配管１５、お
よび電流端子１７が設けられているが、ガス供給口１２
を除き、何れも気密状態で取付けられており、また、ガ
ス供給口１２も、ガス供給口１２に連通する調圧ガス管
１０Ａに介装した調圧バルブを閉鎖されることにより、
容器１１内は完全に密閉状態に保持される。As described above, the container 11 is provided with the gas supply port 12, the suction side pipe 14, the discharge side pipe 15 and the current terminal 17 which project to the outside.
Except that the gas supply port 12 is attached in an airtight state, and the gas supply port 12 is closed by a pressure control valve provided in a pressure control gas pipe 10A communicating with the gas supply port 12.
The inside of the container 11 is kept completely sealed.

【００４１】１３は、外形形状が容器１１内部の形状と
略同じ形状にされ、容器１１内に固定された作動筐で、
内部に凹部１９が形成されるとともに、この凹部１９に
は、シール装置１８を介装し、気密状態にして容器１１
の上蓋２３に挿通された吸入側配管１４、および吐出側
配管１５の他端が、それぞれ開口している。吸入側配管
１４には、凹部１９内の圧力が水素リサイクル配管７Ａ
の内部圧力より低くなったときに開き、高くなったとき
に閉鎖する逆止バルブ２０が、また吐出側配管１５に
は、凹部１９内の圧力が水素リサイクル配管７Ａ′の内
部圧力より高くなったときに開き、低くなったときに閉
鎖する逆止バルブ２１が、それぞれ設けられている。さ
らに、作動筐１３の凹部１９の開口面には、ダイヤフラ
ム２２が張設され、凹部１９を密閉している。Reference numeral 13 denotes an operation casing having an outer shape substantially the same as the inside of the container 11 and fixed inside the container 11.
A concave portion 19 is formed inside, and a sealing device 18 is interposed in the concave portion 19 to make it airtight and thus the container 11
The other ends of the suction-side pipe 14 and the discharge-side pipe 15 that are inserted into the upper lid 23 are open. In the suction side pipe 14, the pressure in the recess 19 is the hydrogen recycle pipe 7A.
The check valve 20 opens when the pressure becomes lower than the internal pressure of 1, and closes when the pressure becomes higher. Also, in the discharge side pipe 15, the pressure in the recess 19 becomes higher than the internal pressure of the hydrogen recycle pipe 7A '. A check valve 21 is provided, which sometimes opens and closes when lowered. Further, a diaphragm 22 is stretched on the opening surface of the recess 19 of the operation casing 13 to seal the recess 19.

【００４２】１６は、作動筐１３の下方に設置された駆
動装置としてのモータ１６で、前述した電流端子１７か
ら供給する動力で作動する。モータ１６に設けた回転板
２４の偏心した位置には、ロッド２５の一端が枢着され
るとともに、回転板２４の回転によってロッド２５の他
端を上下動させるようにしている。また、上下動するロ
ッド２５の他端には、ダイヤフラム２２の中央部に固着
された振動体２６が枢着されており、モータ１６の回転
により、ダイヤフラム２２は、作動筐１３の開口面で凹
部１９内に向けて振動し、凹部１９内の圧力を変動させ
る。Reference numeral 16 denotes a motor 16 as a drive device installed below the operation casing 13, which is operated by the power supplied from the current terminal 17 described above. One end of the rod 25 is pivotally attached to an eccentric position of the rotary plate 24 provided on the motor 16, and the other end of the rod 25 is vertically moved by the rotation of the rotary plate 24. A vibrating body 26 fixed to the central portion of the diaphragm 22 is pivotally attached to the other end of the rod 25 that moves up and down, and the rotation of the motor 16 causes the diaphragm 22 to be recessed at the opening surface of the operating casing 13. It vibrates toward the inside of 19 and changes the pressure inside the recess 19.

【００４３】本実施の形態のダイヤフラム型ポンプは、
上述のように構成されているので、調圧ガス管１０Ａに
設けた調圧バルブ９Ａを調整することにより、窒素ガス
供給装置９から、調圧ガスとして窒素ガスを容器１１内
に導入して、容器１１内の圧力を水素リサイクル配管７
Ａ内の圧力と略同一にすることにより、モータ１６の回
動によって、作動筐１３凹部１９に向って上下に振動す
る、ダイヤフラム２２の凹部１９に対面する内側と、容
器１１の圧力が付勢される外側との圧力差を小さくで
き、ダイヤフラム２２を設計値である差圧許容値内の差
圧にして振動させることができる。The diaphragm type pump of this embodiment is
Since it is configured as described above, by adjusting the pressure regulating valve 9A provided in the pressure regulating gas pipe 10A, the nitrogen gas is introduced from the nitrogen gas supply device 9 into the container 11 as the pressure regulating gas, The pressure in the container 11 is adjusted to the hydrogen recycling pipe 7
By setting the pressure to be substantially the same as the pressure in A, the pressure of the container 11 and the inner side of the diaphragm 22 facing the recess 19 that vibrates up and down toward the recess 19 of the operating casing 13 by the rotation of the motor 16 are urged. The pressure difference between the outside and the outside can be reduced, and the diaphragm 22 can be oscillated with a differential pressure within a differential pressure allowable value that is a designed value.

【００４４】これにより、凹部１９内の圧力変動を発生
させるダイヤフラム２２には、無理な変位が発生せず、
長時間の振動に耐えるものにすることができる。また、
差圧が小さくなることから、ダイヤフラム２２は剛性の
小さい素材で形成することができ、その振動発生に必要
とするモータ１６の動力も小さいものとすることができ
る。As a result, the diaphragm 22 which causes the pressure fluctuation in the concave portion 19 is not displaced unreasonably,
Can withstand long periods of vibration. Also,
Since the differential pressure is small, the diaphragm 22 can be formed of a material having low rigidity, and the power of the motor 16 required to generate the vibration can be small.

【００４５】また、容器１１内は、容器１１内の圧力を
水素リサイクル配管７Ａ内の圧力と略同一にした、調圧
ガスバルブ９Ａの閉鎖により、密閉状態にすることがで
きるため、１度のセットにより、ダイヤフラム２２の差
圧を許容値内にして、長時間運転できるとともに、作動
筐１３に導入される未反応ガスが、ダイヤフラム２２の
万一の破損により外部へ漏洩するのを防止できる。Further, the inside of the container 11 can be closed by closing the pressure regulating gas valve 9A in which the pressure inside the container 11 is made substantially the same as the pressure inside the hydrogen recycle pipe 7A, so that it is set once. As a result, the differential pressure of the diaphragm 22 can be kept within an allowable value for long-term operation, and the unreacted gas introduced into the actuating housing 13 can be prevented from leaking to the outside due to an accidental damage to the diaphragm 22.

【００４６】次に、図３は本発明の燃料電池用ガス循環
ポンプの実施の第２形態を示すブロック図、図４は図３
に示す水素ガス用ダイヤフラム型ポンプ８Ａ′を示す断
面図である。なお、実施の第１形態と同様に、図３に示
す酸素用ダイヤフラム型ポンプ８Ｂ′は、水素ガス用ダ
イヤフラム型ポンプ８Ａ′と同一の構造をしている。Next, FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the gas circulation pump for a fuel cell of the present invention, and FIG. 4 is FIG.
FIG. 8 is a sectional view showing a diaphragm pump 8A ′ for hydrogen gas shown in FIG. Similar to the first embodiment, the oxygen diaphragm pump 8B 'shown in FIG. 3 has the same structure as the hydrogen gas diaphragm pump 8A'.

【００４７】図３に示すように、燃料電池本体４の排気
口６Ａから、水素用ダイヤフラム型８Ａ′へ未反応の水
素を排出する水素リサイクル配管７Ａ、および排出口６
Ｂから酸素用ダイヤフラム型ポンプ８Ｂ′へ未反応の酸
素を排出する水素リサイクル配管７Ｂの、それぞれに
は、内部の圧力を計測する圧力計測装置２７Ａ、２７Ｂ
が設置されている。また、水素用ダイヤフラム型ポンプ
８Ａ′、および酸素用ダイヤフラム型ポンプ８Ｂ′をそ
れぞれ構成する容器１１にも、圧力計測装置２８Ａ、２
８Ｂが設けられ、容器１１内部の圧力を計測するように
している。As shown in FIG. 3, the hydrogen recycle pipe 7A for discharging unreacted hydrogen from the exhaust port 6A of the fuel cell main body 4 to the hydrogen diaphragm type 8A ', and the exhaust port 6 are provided.
Each of the hydrogen recycle pipes 7B for discharging unreacted oxygen from B to the oxygen diaphragm type pump 8B 'is provided with a pressure measuring device 27A, 27B for measuring the internal pressure.
Is installed. Further, the pressure measuring devices 28A and 2A are also attached to the containers 11 that respectively configure the diaphragm type pump 8A 'for hydrogen and the diaphragm type pump 8B' for oxygen.
8B is provided to measure the pressure inside the container 11.

【００４８】さらに、窒素ガス供給装置９から、水素用
ダイヤフラム型ポンプ８Ａ′および酸素用ダイヤフラム
型ポンプ８Ｂ′の容器１１内に、調圧ガスとしての窒素
ガスを供給する調圧ガス管１０Ａ、１０Ｂには、実施の
第１形態において設置された調圧バルブ９Ａ、９Ｂに代
えて、自動調圧バルブ２９Ａ、２９Ｂが設けられてい
る。また、容器１１のそれぞれには、内部に導入された
窒素ガスを排出するための自動調圧バルブ３１Ａ、３１
Ｂを介装した、排出管３０Ａ、３０Ｂが設けられてい
る。Further, pressure regulating gas pipes 10A and 10B for supplying nitrogen gas as a pressure regulating gas from the nitrogen gas supply device 9 into the containers 11 of the diaphragm type pump 8A 'for hydrogen and the diaphragm type pump 8B' for oxygen. In place of the pressure regulating valves 9A and 9B installed in the first embodiment, automatic pressure regulating valves 29A and 29B are provided. Further, in each of the containers 11, automatic pressure regulating valves 31A, 31A for discharging the nitrogen gas introduced therein are provided.
Discharge pipes 30A and 30B with B interposed are provided.

【００４９】本実施の形態の燃料電池用循環ポンプシス
テムは、上述のように構成されているので、リサイクル
配管７Ａ、７Ｂ内の圧力を計測した、圧力計測装置２７
Ａ、２７Ｂからのそれぞれの制御信号と、容器１１内の
圧力計測した圧力計測装置２８Ａ、２８Ｂからのそれぞ
れ制御信号により、自動調圧バルブ２９Ａ、２９Ｂ、お
よび自動圧力バルブ３１Ａ、３１Ｂが開閉され、容器１
１内の圧力は、それぞれ水素リサイクル配管７Ａおよび
酸素リサイクル配管７Ｂ内の圧力と略同一にされる。Since the fuel cell circulation pump system of the present embodiment is configured as described above, the pressure measuring device 27 for measuring the pressure in the recycle pipes 7A, 7B is used.
The automatic control valves 29A and 29B and the automatic pressure valves 31A and 31B are opened and closed by the control signals from A and 27B and the control signals from the pressure measuring devices 28A and 28B that measure the pressure in the container 11, respectively. Container 1
The pressure in 1 is made substantially the same as the pressure in the hydrogen recycle pipe 7A and the oxygen recycle pipe 7B, respectively.

【００５０】すなわち、圧力計測装置２７Ａ、２７Ｂの
それぞれで計測されたリサイクル配管７Ａ、７Ｂ内の圧
力が、圧力計測装置２８Ａ、２８Ｂでそれぞれ計測され
た容器１１内の圧力より高い場合は、自動調圧バルブ３
１Ａ、３１Ｂを閉鎖するとともに、自動調圧バルブ２９
Ａ、２９Ｂを開放して、窒素ガスを容器１１内に導入し
て、圧力１１内の圧力を高めるとともに、逆の圧力状態
のときは、自動調圧バルブ２９Ａ、２９Ｂを閉鎖して、
自動調圧バルブ３１Ａ、３１Ｂを開放して、容器１１内
の窒素ガスを外部へ放出して、容器１１内の圧力を低く
する。That is, when the pressures in the recycle pipes 7A, 7B measured by the pressure measuring devices 27A, 27B are higher than the pressures in the container 11 measured by the pressure measuring devices 28A, 28B, respectively, automatic adjustment is performed. Pressure valve 3
1A and 31B are closed and an automatic pressure regulating valve 29
A and 29B are opened, nitrogen gas is introduced into the container 11 to increase the pressure in the pressure 11, and in the opposite pressure state, the automatic pressure regulating valves 29A and 29B are closed,
The automatic pressure regulating valves 31A and 31B are opened to release the nitrogen gas in the container 11 to the outside to lower the pressure in the container 11.

【００５１】これにより、図４に示すように、水素リサ
イクル配管７Ａから、吸入側配管１４を介して凹部１９
内に導入され、ダイヤフラム２２内側に負荷される未反
応ガス（水素）の圧力と、ダイヤフラム２２の外側に負
荷される調圧ガス管１０Ａから自動調圧バルブ２９Ａ、
ガス供給口１２を介して容器１１内に導入された窒素ガ
スの圧力は、ほぼバランスして、ダイヤフラム２３の
内、外の差圧は、許容値内になる。すなわち、本実施の
形態の場合、燃料電池の運転状態によって、ダイヤフラ
ム２２の内側に導入される未反応ガスの圧力が、大幅に
変動するようなことがあっても、ダイヤフラム２２の外
側の圧力、すなわち、容器１１内の圧力を、未反応ガス
の圧力に対応して変動させることにより、ダイヤフラム
２２の差圧は、許容値内にすることができる。As a result, as shown in FIG. 4, the recess 19 is formed from the hydrogen recycle pipe 7A through the suction side pipe 14.
The pressure of the unreacted gas (hydrogen) introduced inside the diaphragm 22 and loaded inside the diaphragm 22, and the automatic pressure regulating valve 29A from the pressure regulating gas pipe 10A loaded outside the diaphragm 22,
The pressure of the nitrogen gas introduced into the container 11 through the gas supply port 12 is almost balanced, and the differential pressure inside and outside the diaphragm 23 is within the allowable value. That is, in the case of the present embodiment, even if the pressure of the unreacted gas introduced into the inside of the diaphragm 22 may fluctuate significantly depending on the operating state of the fuel cell, the pressure outside the diaphragm 22, That is, by changing the pressure in the container 11 in accordance with the pressure of the unreacted gas, the differential pressure of the diaphragm 22 can be kept within the allowable value.

【００５２】次に、図５は本発明の燃料電池用ガス循環
ポンプの実施の第３形態を示すブロック図である。本実
施の形態では、水素用ダイヤフラム型ポンプ８Ａ″、お
よび酸素用ダイヤフラム型ポンプ８Ｂ″のそれぞれを構
成する、容器１１に設けられたガス供給口１２と、供給
管２Ａ、２Ｂのそれぞれとの間は、ガス配管３２Ａ、３
２Ｂで連通させている。Next, FIG. 5 is a block diagram showing a third embodiment of the gas circulation pump for a fuel cell of the present invention. In the present embodiment, between the gas supply port 12 provided in the container 11 and each of the supply pipes 2A and 2B, which configure the diaphragm type pump 8A ″ for hydrogen and the diaphragm type pump 8B ″ for oxygen. Is the gas pipe 32A, 3
2B is connected.

【００５３】本実施の形態の燃料電池用ガス循環ポンプ
は、このように構成されているので、容器１１の内部に
は水素ガス供給装置１Ａ、および酸素ガス供給装置１Ｂ
から燃料電池本体４内に供給される、水素又は酸素の未
反応ガスが矢視Ａで示すように、それぞれガス配管３２
Ａ、３２Ｂで供給され、又は、矢視Ｂで示すように排出
される。Since the fuel cell gas circulation pump of this embodiment is constructed in this manner, the hydrogen gas supply device 1A and the oxygen gas supply device 1B are provided inside the container 11.
The unreacted gas of hydrogen or oxygen supplied from the inside of the fuel cell main body 4 from the
A, 32B is supplied, or is discharged as shown by arrow B.

【００５４】このように、ガス配管３２Ａ、３２Ｂによ
り、容器１１内の圧力は、燃料電池の運転状態で変動す
る、供給管２Ａ、２Ｂの反応ガスの圧力と略等しく保た
れ、例えば、燃料電池の起動時、反応ガスを供給し始め
ると、燃料電池本体４内への反応ガスの供給と同時に、
容器１１内へと矢視Ａで示すように反応ガスが供給さ
れ、２つの圧力は、同時に上昇を始め、略同じ圧力にな
る。また、停止時には、反応ガスの供給が停止される一
方で、燃料電池本体４内でのガス消費が続き圧力の低下
が起こる。このとき、容器内に残された反応ガスは矢視
Ｂで示すように、ガス配管３２Ａ、３２Ｂを通って燃料
電池本体４内に供給される。これにより、容器１１内の
圧力も燃料電池本体４内圧と同じく低下することとな
る。As described above, the gas pipes 32A and 32B keep the pressure inside the container 11 substantially equal to the pressure of the reaction gas in the supply pipes 2A and 2B, which fluctuates depending on the operating state of the fuel cell. When the reaction gas is started to be supplied at the time of starting, the reaction gas is supplied to the inside of the fuel cell main body 4 at the same time.
The reaction gas is supplied into the container 11 as shown by the arrow A, and the two pressures start to rise at the same time and become approximately the same pressure. Further, at the time of stop, while the supply of the reaction gas is stopped, gas consumption continues in the fuel cell main body 4 and the pressure drops. At this time, the reaction gas left in the container is supplied into the fuel cell main body 4 through the gas pipes 32A and 32B as shown by the arrow B. As a result, the pressure inside the container 11 also drops like the internal pressure of the fuel cell body 4.

【００５５】このように、容器１１内の圧力は、燃料電
池の運転状態で変る、燃料電池本体４の内圧の変動によ
って変る、燃料電池本体４から排出される未反応ガスの
圧力と同様に、変えることができ、ダイヤフラム２２の
内外圧を、ダイヤフラムに許容される許容差圧内にする
ことができる。As described above, the pressure in the container 11 changes in accordance with the operating state of the fuel cell, changes in the internal pressure of the fuel cell body 4, and the pressure of the unreacted gas discharged from the fuel cell body 4, It can be varied so that the inner and outer pressures of the diaphragm 22 are within the allowable differential pressure allowed for the diaphragm.

【００５６】以上、燃料電池用ガス循環ポンプの実施の
形態について説明したが、燃料電池の運転温度が高い場
合には、燃料電池本体から排出される未反応ガスも温度
が高く、したがってダイヤフラム型ポンプも温度が高く
なる。従って、このような場合には、ポンプ冷却用の冷
却水を容器１１内に導入して、ダイヤフラム型ポンプの
冷却を行う冷却装置を設けるようにすることもできる。
また、前述したように純粋酸素の代りに、空気を使用す
るようにした燃料電池では、酸素リサイクル配管７Ｂ，
７Ｂ′、酸素用ダイヤフラムポンプ８Ｂを設けないのが
通常であり、このような場合は勿論のこと、電気化学反
応を行わせる一方のガスの未反応ガスのみを、再循環さ
せるようにすることもできるものである。Although the embodiment of the fuel cell gas circulation pump has been described above, when the operating temperature of the fuel cell is high, the temperature of the unreacted gas discharged from the fuel cell main body is also high, and therefore the diaphragm type pump. Also gets hotter. Therefore, in such a case, a cooling device for cooling the diaphragm pump can be provided by introducing cooling water for cooling the pump into the container 11.
Further, as described above, in the fuel cell in which air is used instead of pure oxygen, the oxygen recycling pipe 7B,
7B 'and the oxygen diaphragm pump 8B are not normally provided. In such a case, of course, it is also possible to recirculate only the unreacted gas of one of the gases that causes the electrochemical reaction. It is possible.

【００５７】[0057]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料電池
用ガス循環ポンプシステムは、特許請求の範囲に示す構
成により、発電容量の増大により燃料電池系内の圧力が
大きくなっても、ダイヤフラムの内、外にかかる差圧を
小さくすることができ、ダイヤルフラム型ポンプの特性
を生かしたシステムを、ガス循環ポンプシステムとして
採用することが出来る。As described above, the gas circulation pump system for a fuel cell according to the present invention has the structure as set forth in the claims, even if the pressure in the fuel cell system increases due to the increase in the power generation capacity. In addition, it is possible to reduce the differential pressure applied to the inside and the outside, and it is possible to employ a system that takes advantage of the characteristics of the dial-flame pump as a gas circulation pump system.

【００５８】すなわち、燃料電池には、余剰の反応ガス
を供給しつつ、未反応ガスの循環を行うために、反応ガ
スの利用率は１００％であるシステムを、５ｋＷ程度以
上の発電容量システムの加圧下においても、一度容器の
圧力を設定することによって、ガスの供給も必要なく簡
便なシステムが構築できる。That is, in order to circulate the unreacted gas while supplying the surplus reaction gas to the fuel cell, a system in which the reaction gas utilization rate is 100% is used as a power generation capacity system of about 5 kW or more. Even under pressure, once the pressure of the container is set, a simple system can be constructed without supplying gas.

【００５９】また、燃料電池の系内圧を変化させても、
その圧力変化に追従して、容器内の圧力が変化させら
れ、ダイヤフラムにかかる差圧は小さく抑えることがで
き、運転停止時に、圧力を常圧に戻す操作や、起動時に
圧力を徐々に上げることなどが可能となった。また、特
別な装置を必要とせず、ガス配管で結ぶことにより、容
器内の圧力を燃料電池系内圧に保つことができ、ダイヤ
フラムにかかる差圧は小さく抑えることができた。Even if the internal pressure of the fuel cell is changed,
Following the pressure change, the pressure inside the container is changed, the differential pressure applied to the diaphragm can be suppressed to a low level, and when the operation is stopped, the pressure is returned to normal pressure, or the pressure is gradually increased at startup. It became possible. In addition, the pressure inside the container can be maintained at the internal pressure of the fuel cell system by connecting with a gas pipe without requiring a special device, and the differential pressure applied to the diaphragm can be suppressed to a low level.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の燃料電池用ガス循環ポンプシステムの
実施の第１形態を示すブロック図、FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a gas circulation pump system for a fuel cell of the present invention,

【図２】図１に示す水素ガス用ダイヤフラム型ポンプを
示す断面図、FIG. 2 is a sectional view showing the diaphragm pump for hydrogen gas shown in FIG.

【図３】本発明の実施の第２形態を示すブロック図、FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention,

【図４】図３に示す水素ガス用ダイヤフラム型ポンプを
示す断面図、FIG. 4 is a sectional view showing the diaphragm pump for hydrogen gas shown in FIG.

【図５】本発明の実施の第３形態を示すブロック図であ
る。FIG. 5 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１Ａ 水素ガス供給装置 １Ｂ 酸素ガス供給装置 ２Ａ、２Ｂ 供給管 ３Ａ、３Ｂ 加湿装置 ４ 燃料電池本体 ５ 負荷 ６Ａ、６Ｂ 排気口 ７Ａ、７Ａ′ 水素リサイクル配管 ７Ｂ、７Ｂ′ 酸素リサイクル配管 ８Ａ、８Ａ′、８Ａ″ 水素用ダイヤフラム型ポンプ ８Ｂ、８Ｂ′、８Ｂ″ 酸素用ダイヤフラム型ポンプ ９ 窒素ガス供給装置 ９Ａ、９Ｂ 調圧バルブ １０Ａ、１０Ｂ 調圧ガス管 １１ 容器 １２ ガス供給口 １３ 作動筐 １４ 吸入側配管 １５ 吐出側配管 １６ モータ １７ 電流端子 １８ シール装置 １９ 凹部 ２０、２１ 逆止バルブ ２２ ダイヤフラム ２３ 上蓋 ２４ 回転板 ２５ ロッド ２６ 振動体 ２７Ａ、２７Ｂ （リサイクル配管）圧力計測装
置 ２８Ａ、２８Ｂ （容器）圧力計測装置 ２９Ａ、２９Ｂ 自動調圧バルブ ３０Ａ、３０Ｂ 排出管 ３１Ａ、３１Ｂ 自動調圧バルブ1A Hydrogen gas supply device 1B Oxygen gas supply device 2A, 2B Supply pipe 3A, 3B Humidification device 4 Fuel cell body 5 Load 6A, 6B Exhaust port 7A, 7A 'Hydrogen recycle pipe 7B, 7B' Oxygen recycle pipe 8A, 8A ', 8A ″ diaphragm type pump for hydrogen 8B, 8B ′, 8B ″ diaphragm type pump for oxygen 9 nitrogen gas supply device 9A, 9B pressure regulating valve 10A, 10B pressure regulating gas pipe 11 container 12 gas supply port 13 working casing 14 suction side piping 15 Discharge side pipe 16 Motor 17 Current terminal 18 Sealing device 19 Recess 20, 20 Check valve 22 Diaphragm 23 Upper lid 24 Rotating plate 25 Rod 26 Vibrating body 27A, 27B (Recycle pipe) Pressure measuring device 28A, 28B (Container) pressure measurement Device 29A, 29B Automatic pressure regulating valve 30A, 30B Extraction pipe 31A, 31B automatic pressure regulating valve

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 それぞれのガス供給装置から供給管を介
して内部に供給された、水素および酸素からなる反応ガ
スの電気化学反応により発電を行う燃料電池本体、前記
供給管と前記燃料電池本体から未反応ガスを排出する排
気口とを連結するリサイクル配管、前記リサイクル配管
に介装され、前記排気口からの未反応ガスを前記供給管
に戻すガス循環ポンプ、とからなる燃料電池用循環ポン
プシステムにおいて、前記ガス循環ポンプが、調圧用の
ガス供給口を設け、内部を気密状態に保持できる容器
と、吸入側配管、および吐出側配管を内部に連通させた
凹部を設け、前記容器内に設置された作動筐と、前記作
動筐の凹部開口に張設され、外側に前記容器内の圧力が
負荷されるとともに、振動して前記作動筐内の圧力を変
動させ、前記吸入側配管および吐出側配管を介して、前
記作動筐内に前記未反応ガスを吸入、若しくは排出させ
るダイヤフラムと、気密性を保持して前記容器内に導入
された動力で、前記ダイヤフラム振動させる駆動装置と
で構成されたダイヤフラム型ポンプであることを特徴と
する燃料電池用ガス循環ポンプシステム。1. A fuel cell main body for generating power by an electrochemical reaction of a reaction gas composed of hydrogen and oxygen, which is internally supplied from each gas supply device through a supply pipe, from the supply pipe and the fuel cell main body. A circulation pump system for a fuel cell, comprising: a recycle pipe connected to an exhaust port for discharging unreacted gas; a gas circulation pump interposed in the recycle pipe and returning an unreacted gas from the exhaust port to the supply pipe. In the above, the gas circulation pump is provided with a gas supply port for pressure adjustment, a container capable of keeping the inside airtight, and a recess communicating the suction side pipe and the discharge side pipe inside, and installed in the container. And the pressure inside the container is applied to the outside and is vibrated to fluctuate the pressure inside the operation casing. A diaphragm that sucks in or discharges the unreacted gas into the operating casing through a pipe and a discharge side pipe, and a drive device that vibrates the diaphragm with power introduced into the container while maintaining airtightness. A gas circulation pump system for a fuel cell, which is a diaphragm type pump configured as follows. 【請求項２】 前記リサイクル配管内の圧力を検出する
圧力計測装置と、前記圧力計測装置からの信号により、
前記ガス供給口から調圧ガスを注入、若しくは排出し
て、前記容器内を調圧する圧力調整装置とを設けたこと
を特徴とする請求項１の燃料電池用ガス循環ポンプシス
テム。2. A pressure measuring device for detecting the pressure in the recycle pipe, and a signal from the pressure measuring device,
2. The gas circulation pump system for a fuel cell according to claim 1, further comprising a pressure adjusting device for adjusting the pressure inside the container by injecting or discharging a pressure adjusting gas from the gas supply port. 【請求項３】 前記容器に設けられた前記ガス供給口と
前記供給管とを連通し、前記容器内の圧力を、前記供給
管を流れる前記反応ガスで調圧するガス配管を設けたこ
とを特徴とする請求項１の燃料電池用ガス循環ポンプシ
ステム。3. The gas supply port provided in the container and the supply pipe are communicated with each other, and a gas pipe for adjusting the pressure in the container by the reaction gas flowing through the supply pipe is provided. The gas circulation pump system for a fuel cell according to claim 1.
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