JPS60130060A - 燃料電池のガス圧制御方法 - Google Patents

燃料電池のガス圧制御方法

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JPS60130060A
JPS60130060A JP58237056A JP23705683A JPS60130060A JP S60130060 A JPS60130060 A JP S60130060A JP 58237056 A JP58237056 A JP 58237056A JP 23705683 A JP23705683 A JP 23705683A JP S60130060 A JPS60130060 A JP S60130060A
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JP
Japan
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pressure
gas
fuel cell
fuel
control fluid
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Pending
Application number
JP58237056A
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English (en)
Inventor
Yoshifumi Yamazaki
山崎 善文
Shinichi Maruyama
晋一 丸山
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
Fuji Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS60130060A publication Critical patent/JPS60130060A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04104Regulation of differential pressures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は燃料電池に係り、特に水素−酸素型燃料電池
のガス圧制御方法に関する。
〔従来技術とその問題点〕
この種の燃料電池のガス圧制御方法として、従来、機械
式圧力制御器を用い、この圧力制御器のダイアフラムに
当接するスクリューハンドルのねじ込み量の加減により
、ガス圧を調整するものがある。
第1図は機械式圧力レギュレータの断面図である。第1
図において、入口管1aと出口管1bが取付られた上部
ケーシング1と下部ケーシング2との間にダイヤフラム
3が介装され、上部ケーシングl内にはバネ4を有する
弁5がダイヤフラム3に接続され、下部ケーシング2内
にはバネ7の力を調整するスクリュー8が設けられ、ス
クリュー8のねじ込みによりばね7およびばね4の力を
調整してダイヤフラム3に予圧をかけ、入口管1aよシ
入るガスは弁5とシート6との間を流れて減圧され前記
予圧とバランスされた圧力となって制御され出口管1b
よシ排出される。
しかしながら、機械式圧力レギュレータを用いたガス圧
制御方法では、圧力制御を行なうためにスクリューをね
じ込んで調整するため、燃料ガス。
酸化剤ガス等の反応ガスおよび圧力容器内の不活性ガス
の三種のガスはそれぞれ別別にスクリューのねじ込みが
必要となシ、これら複数のガス系統の圧力を同時に圧力
バランスをとって行なうことは操作上非常に困難である
といり欠点がある。
特に近年、反応ガスの圧力は電池の特性を上げるため増
大する傾向にあるが、このような高い圧力に耐えるため
忙は、機械式圧力レギュレータには硬いスプリングや厚
いダイヤスラムを用いる必要があり、このスプリングお
よびダイアフラムの強度からくる圧力レギュレータの不
感帯とヒステシ リクスの合計は、一般的に0.3%以上存在し、このよ
うな圧力レギュレータを用いて2つの反応ガス圧力を制
御するとき、その差圧は0.5%にも達する。これは約
10klilf/cdで電池を運転したとき500mm
Aqの差圧を生じることを意味する。
このような差圧は、電解質を保持するマトリックスにお
いてガスの吹き抜けを生じ、電池の特性。
燃料利用率の低下のみならず、爆鳴気の形成を招くおそ
れがあるため安全性の上からも好ましくない。
〔発明の目的〕
この発明は上記に鑑み、圧力バランスのとれた反応ガス
を供給することのできる燃料電池のガス圧制御方法を提
供することを目的とする。
〔発明の要旨〕 この目的は本発明によれば、燃料電池に供給される異な
る反応ガスを、高圧ガスを制御流体とする圧力制御器に
より一括制御することにより達成される。
〔発明の実施例〕
以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。
@2図は高圧ガスを制御流体とする圧力レギーレータ1
0a+ 1ob、 1Qcを用いた燃料電池のガス圧制
御系統を示すもので、この実施例ではμカレギーレータ
により燃料ガス、酸化剤ガスおよび不活性ガスの各ガス
圧を一括制御するものを示している。
図において符号11は燃料電池であり、圧力容器12の
内に格納されている。本図では模式的に示されているが
、燃料電池11はマトリックスllaとその′両側に配
設された燃料電極11bと酸化剤電極11cおよび燃料
電極11bに給排する燃料ガス用の燃料マニホールドl
idと酸化剤電極11cに給排する酸化ガス用の酸化剤
マニホールドlieとから構成されている。
燃料電極11bに通ずる燃料ガスの管路は、供給バルブ
13bに接続される入口管13aと供給ノくルプ13b
の下流に設けられた圧力レギュレータ10a。
および圧力レギーレータ10aの後方に位置する管路1
3cが燃料ガスを給排する燃料マニホールド11dと接
続され、燃料電極に供給された後の排出される燃料ガス
の管路は、管路13dと流量調整用絞りパルプ13eと
出口管13fとで構成される。酸化剤電極11c K酸
化剤ガスを供給する管路も燃料ガスと同じように入口管
14a、供給バルブ14b、圧力レギュレータ1obお
よび管路14cで構成されて酸化剤ガスを給排する酸化
剤マニホールドlieに接続され、酸化剤電極に供給さ
れた後の排出する管路は管路14d、流量調整用絞りバ
ルブ14eおよび出口管14fとで構成される。圧力容
器内に不活性ガスを供給するガス供給用管路も、反応ガ
スの供給管路と同じように入口管路15&、供給バルブ
15b、圧力レギュレーへおよび管路15cがら構成さ
れて、圧力容器12に接続され、圧力容器から排出され
るガスの管路は、管路15d 、流量調整用絞りバルブ
15eおよび出口管15fよシ構成される。
一方圧力レギュレータ10a、 10b、 10cの制
御室に付与する不活性ガスの管路は、入口管16a、供
給バルブ16b、主圧力調整器20.管路9aおよび管
路9aの末端にて三方に分かれて圧力レギーレータ10
a+ 10b+ 10cのそれぞれの制御室に通ずる管
路9と逃し弁9bから構成される。なお主圧力調整器2
Oは、従来の機械式圧力レギーレータを用いることがで
きる。
つぎに、燃料電池に供給する反応ガスとしての燃料ガス
および酸化剤ガスと、圧力容器内に供給するガスの圧力
制御について説明する。燃料ガスは供給用バルブ13b
を開にして矢印の方向よシ入ロ管13aより入り、圧力
レギュレータエ0aに流入し、管路13cを経由して燃
料ガスの給排する燃料マニホールドlidに入り、燃料
電極に燃料ガスを供給した後管路13dを経由し、絞り
パルプ13eにて流体抵抗が与えられて流量が調整され
、出口管13fより矢印の方向に排気される。この際、
制御流体としての不活性ガスの管路の供給バルブ16b
を開にして矢印の方向よシネ活性ガスが入口管16aに
入り、主圧力調整器20によυ逃し弁9bよυ微小ガス
量を逃しながら制御流体の圧力は所定の圧力に調整され
、管路9a、9を経由して圧力レギュレータ10aの制
御室に付与され、この圧力の調整値にしたがって圧力レ
ギュレータを通る燃料ガスの圧力は制御され、燃料マニ
ホールドに燃料電池の運転のための所定の圧力で燃料ガ
スが供給される。
同じ様にして酸化剤ガスは、供給パルプ14bを開にし
て矢印の方向より入口管14a、圧力レギュレータ10
b、管路14c、を経由して酸化剤ガスのマニホールド
に入シ、酸化剤電極に酸化剤ガスを供給した後管路14
dを経由し、絞りパルプ14eにより流体抵抗が与えら
れて流量が調整され、出口管14fよシ矢印の方向に排
出されるが、酸化剤ガスの酸化剤マニホールドに供給す
るガスは燃料ガスと同様に主圧力調整器20から燃料ガ
スの圧力レギュ付与されて燃料電池の運転のためのガス
圧力が制御される。
圧力容器内のガスも上述の反応ガスと同じようにして、
供給パルプ15bを開にして矢印の方向より不活性ガス
が入口管15a、圧力レギュレータエ0C2管路15c
を経由して圧力容器12内に入り、管路15d 、絞り
パルプ15eによυ流体抵抗が与えられて流量が調整さ
れ出口管15fを経由して排出され、圧力容器内の圧力
も反応ガスと同じように主圧力調整器20からの制御流
体の同一圧力が圧力レギ、レータ10cの制御室に付与
され、圧力容器内に供給するガスは燃料電池運転のため
の圧力に制御される。なお、燃料電池および圧力容器の
内部流体抵抗は小さいため、各ガス系統の絞シパルプは
それぞれ十分に絞られて流体抵抗が与えられ、燃料電池
の運転のための所定の圧力が得られる。
このように上記実施例によれば、燃料電池の各系統の圧
力を所定の圧力に保つように、単一の主圧力調整器によ
る圧力調整された高圧のガスを制御流体として前記各圧
力レギュレータのダイヤフラムに付与することにより、
燃料電池の反応ガスを含む複数のガス系統の圧力が同時
に、かつ相互にバランスを保って制御されるといり効果
がある。
また、圧力レギュレータの制御流体として高圧の不活性
ガスを用いることにより、従来の機械式圧力調整器のス
プリングが不要となり、また薄いダイアフラムを用いる
ことができるため、圧力制御器の不感帯およびヒステリ
シスが低下し、ガスの差圧を低下することができる。
更に、この実施例では制御流体として不活性ガスを用い
ているため、万一、ダイアフラムが破損して反応ガスと
制御流体とが混合しても爆発するおそれはない。
次K、本発明に用いられるガスを制御流体とする圧力制
御器の構造を図面に基づいて説明する。
第3図1’を第1図で説明した従来の圧力レギュレータ
を改良したものであシ、第1図と同一構造のものについ
ては同一符号を付しているが、第1図と相違する点は下
部ケーシング2とダイヤフラム3とで囲まれる区画に、
制御流体として例えば不活性ガスの圧力が付与される気
密な制御室2aが設けられていることである。そして下
部ケーシング2には貫通する管路9を設け、またスクリ
ュー8が貫通して下部ケーシング2と滑動する部分に0
リングパツキン10を挿入して気密を保持している。こ
のスクリュー8は圧力の微調整として用いることができ
る。
また、本発明では制御室2aに供給される制御流体に高
圧のガスを用いるため、上部ケーシング1と下部ケーシ
ング2の各室がほぼ同圧となり、このためダイアフラム
3は従来より薄いものを用いることができる。
@4図、第5図はそれぞれ圧力制御器の他の実施例を示
すものであシ、第4図は双胴型圧力調整器とでもいうべ
きもので、第3図で示した圧力レギュレータを2台合わ
せ、制御室21および制御用ガスの配管22を1つとし
、制御用ガスの圧力差をなくしたものである。
第5図は、ダイア72ム3が破損したときの対策として
考えられたもので、制御用ガスを直接ダイア72ムに接
触させず、不活性な流体23を介して作用させるもので
、不活性な流体23と制御用ガスとの分離兼圧力伝達手
段として、ベローズ構造の流体分離器24を備えている
〔発明の効果〕
以上の説Qjlから明らかなように、本発明によれば燃
料電池に、供給される異なる反応ガスを、高圧ガスを制
御流体とする圧力制御器により一括制御することにより
、複数のガス系統の圧力を同時にかつ相互にバランスを
保って制御することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来技術による圧力制御器の断面図、第2図は
本発明の一実施例を示す系統図、第3図ないし第5図は
本発明に用いられる圧力制御器の異なる実施例を示す断
面図である。 10、10a、 10b、 10c ・=圧力制御器、
11−・・燃料電池、20・・・主圧力調整器。 第1図 第3図 第2図 第4図 第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 燃料電池に供給される異なる反応ガスを、高圧
JP58237056A 1983-12-15 1983-12-15 燃料電池のガス圧制御方法 Pending JPS60130060A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001065619A2 (de) * 2000-02-28 2001-09-07 Atecs Mannesmann Ag Membran-brennstoffzelle
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