JP2005302360A - Fuel cell aging device - Google Patents
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Abstract
【課題】多数の燃料電池のエージングを効率よく行うことができるエージング装置を提供する。
【解決手段】複数の燃料電池100を所定の配列で設置する電池設置手段4と、設置された複数の燃料電池100にアノードガス、カソードガス、冷媒をそれぞれ供給する供給手段10,20,30と、設置された複数の燃料電池100を直列に接続した状態で電気負荷40に接続す電気配線構造とを備える。アノードガス、カソードガスおよび冷媒を設置された複数の燃料電池100に供給することと、それらの燃料電池100の発電による出力電流を電気負荷40に供給することとを並行して一斉に行い、それらの燃料電池100のエージングを一括して行う。
【選択図】図1An aging apparatus capable of efficiently aging a large number of fuel cells is provided.
SOLUTION: Battery installation means 4 for installing a plurality of fuel cells 100 in a predetermined arrangement, and supply means 10, 20, 30 for supplying anode gas, cathode gas and refrigerant to the plurality of installed fuel cells 100, respectively. And an electric wiring structure for connecting to the electric load 40 in a state where the plurality of installed fuel cells 100 are connected in series. Supplying anode gas, cathode gas and refrigerant to the plurality of installed fuel cells 100 and supplying output current generated by power generation of these fuel cells 100 to the electric load 40 in parallel are performed simultaneously. Aging of the fuel cell 100 is performed at once.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、燃料電池のエージング装置に関し、特に、燃料電池の製造工場などで多数の燃料電池のエージングを行う場合に適したエージング装置に関する。 The present invention relates to an aging device for a fuel cell, and more particularly to an aging device suitable for aging a large number of fuel cells in a fuel cell manufacturing factory or the like.
固体高分子電解質膜の両面に電極を接合してなる膜電極構造体(いわゆるMEA)を1つ以上備える燃料電池は、その発電運転を行うために、各膜電極構造体の各電極(アノード電極およびカソード電極)の表面に、それぞれ反応ガスとしてのアノードガス、カソードガスが供給される。そして、それらの供給された反応ガスが各膜電極構造体で反応することにより各膜電極構造体の両電極間に起電力が発生するようになっている。より具体的には、通常、前記アノードガス、カソードガスとして、それぞれ水素ガスと空気(酸素を含む空気)とが使用される。この場合、アノード電極で水素ガスがイオン化し、その水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード電極に伝導する。そして、カソード電極に伝導した水素イオンが該カソード電極に供給された空気中の酸素と反応することで、H2O(水または水蒸気)が生成されつつ両電極間に起電力が発生する。 A fuel cell including one or more membrane electrode structures (so-called MEAs) formed by joining electrodes on both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane is provided with each electrode (anode electrode) of each membrane electrode structure in order to perform its power generation operation. Anode gas and cathode gas as reaction gases are supplied to the surfaces of the cathode electrode and the cathode electrode, respectively. And the electromotive force generate | occur | produces between both electrodes of each membrane electrode structure because those supplied reaction gas reacts with each membrane electrode structure. More specifically, hydrogen gas and air (air containing oxygen) are usually used as the anode gas and the cathode gas, respectively. In this case, hydrogen gas is ionized at the anode electrode, and the hydrogen ions pass through the solid polymer electrolyte membrane and are conducted to the cathode electrode. The hydrogen ions conducted to the cathode electrode react with oxygen in the air supplied to the cathode electrode, so that an electromotive force is generated between both electrodes while H 2 O (water or water vapor) is generated.
補足すると、この種の燃料電池は、一般に、前記膜電極構造体と、そのアノード電極およびカソード電極の表面に装着されて各電極との間の反応ガスの流路を形成する導電性のセパレータとから構成される単位セル(最小単位の燃料電池)を複数積層したものを電池本体部(発電機能部)として備える。このような電池本体部を備える燃料電池は、通常、燃料電池スタックといわれる。また、燃料電池はその発電運転時に発熱するので、その自己発熱によって該燃料電池が過剰に高温になるのを防止するために、該燃料電池には冷媒が供給される。 Supplementally, this type of fuel cell generally includes the membrane electrode structure and a conductive separator that is mounted on the surfaces of the anode electrode and the cathode electrode to form a reaction gas flow path between the electrodes. The unit body (minimum unit fuel cell) is provided as a battery body (power generation function unit). A fuel cell including such a battery main body is usually referred to as a fuel cell stack. Further, since the fuel cell generates heat during its power generation operation, a refrigerant is supplied to the fuel cell in order to prevent the fuel cell from becoming excessively hot due to self-heating.
この種の燃料電池では、固体高分子電解質膜における反応ガスイオン(水素イオン)の伝導率は、該電解質膜の含水率によって変化する。具体的には、該電解質膜が乾燥している状態では、反応ガスイオンの伝導率が低く、含水率が高くなるに従って水素イオンの伝導率が高くなる。そして、燃料電池の製造工場などで該燃料電池を組み立てたときには、固体高分子電解質膜は乾燥状態にあるので、該電解質膜に含水させて燃料電池が所要の発電能力を発揮し得る状態にする、いわゆるエージングを行う必要がある。 In this type of fuel cell, the conductivity of reactive gas ions (hydrogen ions) in the solid polymer electrolyte membrane varies depending on the water content of the electrolyte membrane. Specifically, when the electrolyte membrane is dry, the conductivity of the reactive gas ions is low, and the conductivity of hydrogen ions increases as the water content increases. When the fuel cell is assembled at a fuel cell manufacturing factory or the like, the solid polymer electrolyte membrane is in a dry state, so that the fuel cell can be hydrated so that the fuel cell can exhibit the required power generation capacity. It is necessary to perform so-called aging.
このエージングの手法としては、従来より、燃料電池に反応ガスを供給して該燃料電池の発電を行いながら、生成される水によって固体高分子電解質膜に含水させる手法が一般に知られている(例えば特開2003−217622号公報(特許文献1)など)。
ところで、従来のエージング手法では、個々の燃料電池(燃料電池スタック)のエージングを行う技術が提案されているに留まっている。一方、燃料電池を量産しようとする場合、多数の燃料電池のエージングを効率よく行うことが望まれる。しかし、従来提案されている、個々の燃料電池のエージング技術では、多数の燃料電池のエージングを効率よく行うことができず、これが燃料電池の量産化の妨げとなる恐れがあった。 By the way, in the conventional aging technique, a technique for aging individual fuel cells (fuel cell stacks) has only been proposed. On the other hand, when mass production of fuel cells is desired, it is desired to age a large number of fuel cells efficiently. However, the conventional aging technology for individual fuel cells cannot efficiently perform aging of a large number of fuel cells, which may hinder mass production of fuel cells.
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、多数の燃料電池のエージングを効率よく行うことができ、さらに、そのための構成を簡略なものとすることができる燃料電池のエージング装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a background, and provides a fuel cell aging device capable of efficiently aging a large number of fuel cells and further simplifying the configuration thereof. For the purpose.
本発明の燃料電池のエージング装置(第1発明)は、かかる目的を達成するために、保水により反応ガスイオンの伝導率が向上する固体高分子電解質膜を備えた燃料電池のエージングを行うエージング装置において、複数の燃料電池を所定の配列で設置するように設けられた電池設置手段と、該電池設置手段に設置された複数の燃料電池に接続され、各燃料電池に反応ガスであるアノードガスとカソードガスとをそれぞれ供給するアノードガス供給手段およびカソードガス供給手段と、前記電池設置手段に設置された複数の燃料電池に接続され、各燃料電池にその発電時の冷却用の冷媒を供給する冷媒供給手段と、前記電池設置手段に設置された複数の燃料電池に電気的に接続され、各燃料電池の発電時の出力電流を通電させる電気負荷とを備え、前記電池設置手段に設置された複数の燃料電池のそれぞれに、前記アノードガス供給手段、カソードガス供給手段、冷媒供給手段によりそれぞれアノードガス、カソードガスおよび冷媒を供給することと、各燃料電池の出力電流を前記電気負荷に通電させることとを当該複数の燃料電池の全てに対して並行して行うようにしたことを特徴とする。 In order to achieve this object, the fuel cell aging device of the present invention (first invention) is an aging device for aging a fuel cell comprising a solid polymer electrolyte membrane in which the conductivity of reactive gas ions is improved by water retention. A plurality of fuel cells installed in a predetermined arrangement, and a plurality of fuel cells installed in the battery installation means connected to each of the fuel cells and an anode gas as a reaction gas Anode gas supply means and cathode gas supply means for supplying cathode gas, respectively, and a refrigerant connected to a plurality of fuel cells installed in the battery installation means and supplying a cooling refrigerant for power generation to each fuel cell A supply means, and an electrical load electrically connected to the plurality of fuel cells installed in the battery installation means and energizing an output current at the time of power generation of each fuel cell. Each of the plurality of fuel cells installed in the battery installation means is supplied with anode gas, cathode gas and refrigerant by the anode gas supply means, cathode gas supply means and refrigerant supply means, respectively, and each fuel cell The output current is supplied to the electric load in parallel to all of the plurality of fuel cells.
かかる本発明(第1発明)によれば、複数の燃料電池を電池設置手段に設置した状態で、これらの燃料電池にアノードガス供給手段、カソードガス供給手段、冷媒供給手段によりそれぞれアノードガス、カソードガスおよび冷媒を供給することと、各燃料電池の出力電流を前記電気負荷に通電させることとを当該複数の燃料電池の全てに対して並行して行うことによって、当該複数の燃料電池のエージングを一括して行うことができる。つまり、電池設置手段に設置される複数の燃料電池をひとまとめにして、それらの燃料電池のエージングを一斉に行うことができる。 According to the present invention (the first invention), in a state where a plurality of fuel cells are installed in the battery installation means, the anode gas and the cathode are respectively supplied to the fuel cells by the anode gas supply means, the cathode gas supply means, and the refrigerant supply means. The aging of the plurality of fuel cells is performed by supplying the gas and the refrigerant and conducting the output current of each fuel cell to the electric load in parallel with respect to all of the plurality of fuel cells. Can be done in a lump. In other words, a plurality of fuel cells installed in the battery installation means can be grouped and aging of these fuel cells can be performed simultaneously.
従って、本発明によれば、燃料電池の製造工場などで、多数の燃料電池のエージングを効率よく行うことができる。ひいては、燃料電池の量産効率を高めることができる。 Therefore, according to the present invention, aging of a large number of fuel cells can be performed efficiently in a fuel cell manufacturing factory or the like. As a result, the mass production efficiency of the fuel cell can be increased.
なお、アノードガスとしては、水素ガス、カソードガスとしては空気もしくは酸素ガスが好適である。 The anode gas is preferably hydrogen gas and the cathode gas is preferably air or oxygen gas.
かかる本発明のより具体的な形態のひとつである第2発明では、前記アノードガス供給手段は、前記電池設置手段に設置された複数の燃料電池のそれぞれに供給されるアノードガス(好ましくは水素ガス)が各燃料電池を順番に経由して循環するように該複数の燃料電池を接続してアノードガスの循環流路を形成する手段と、その循環流路の少なくとも1つ以上の途中部(好ましくは該循環流路に沿って互いに隣合う各組の燃料電池の間の部分)にアノードガスを供給する手段とを備える。 In the second invention which is one of the more specific forms of the present invention, the anode gas supply means is an anode gas (preferably hydrogen gas) supplied to each of the plurality of fuel cells installed in the battery installation means. And a means for connecting the plurality of fuel cells so as to circulate through each fuel cell in order to form a circulation flow path for the anode gas, and at least one middle portion of the circulation flow path (preferably Comprises means for supplying anode gas to a portion between each pair of fuel cells adjacent to each other along the circulation flow path.
この第2発明によれば、前記電池設置手段に設置された複数の燃料電池のエージングを行っているときに、各燃料電池内でアノードガス(例えば水素ガス)およびカソードガス(例えば空気もしくは酸素ガス)の反応によって生成されて該アノードガスと共に該燃料電池から排出される水分が、前記循環流路で該燃料電池の下流側に隣接する燃料電池にアノードガスと共に供給されることとなる。このため、各燃料電池の固体高分子電解質膜の保水が促進され、各燃料電池のエージングに要する時間を短縮できる。また、前記循環流路の途中部に供給するアノードガスに水分を含ませる加湿手段を省略しても、上記の如く各燃料電池に水分を供給できることから、アノードガス供給手段の構成を小型で簡略なものとすることができる。 According to the second aspect of the invention, when aging a plurality of fuel cells installed in the battery installation means, the anode gas (for example, hydrogen gas) and the cathode gas (for example, air or oxygen gas) in each fuel cell. The water generated by the reaction and discharged from the fuel cell together with the anode gas is supplied together with the anode gas to the fuel cell adjacent to the downstream side of the fuel cell in the circulation channel. For this reason, water retention of the solid polymer electrolyte membrane of each fuel cell is promoted, and the time required for aging of each fuel cell can be shortened. In addition, even if the humidifying means for adding moisture to the anode gas supplied to the middle part of the circulation channel is omitted, moisture can be supplied to each fuel cell as described above, so the configuration of the anode gas supplying means is small and simple. Can be.
補足すると、前記循環流路に沿って互いに隣合う各組の燃料電池の間の部分にアノードガスを供給するようにしたときには、各燃料電池で消費されるアノードガスを該燃料電池とその下流側(循環流路における下流側)の燃料電池との間で補充できる。このため、各燃料電池に供給されるアノードガスの流量を、全ての燃料電池についてほぼ同程度の流量に揃えることが可能となり、ひいては、各燃料電池のエージングに要する時間のばらつきを抑えることが可能となる。 Supplementally, when anode gas is supplied to a portion between each pair of fuel cells adjacent to each other along the circulation flow path, the anode gas consumed in each fuel cell is supplied to the fuel cell and its downstream side. It can be replenished with the fuel cell (on the downstream side in the circulation channel). For this reason, the flow rate of the anode gas supplied to each fuel cell can be made to be almost the same for all fuel cells, and as a result, variation in time required for aging of each fuel cell can be suppressed. It becomes.
また、前記カソードガスとしては、酸素ガスを用いてもよいが、その場合には、酸素ガスを貯蔵するタンクなどを用意する必要がある。従って、該カソードガスとしては空気が好ましい。そして、この場合には、前記カソードガス供給手段は、例えば、単一の加湿器にカソードガスとしての空気を供給する手段と、該加湿器から、前記電池設置手段に設置された複数の燃料電池に加湿された空気を分配供給する手段とを備えることが好ましい(第3発明)。 As the cathode gas, oxygen gas may be used. In that case, it is necessary to prepare a tank or the like for storing oxygen gas. Therefore, air is preferable as the cathode gas. In this case, the cathode gas supply means includes, for example, means for supplying air as cathode gas to a single humidifier, and a plurality of fuel cells installed in the battery installation means from the humidifier. And a means for distributing and supplying the humidified air (3rd invention).
この第3発明によれば、カソードガスが加湿器で加湿された上で、各燃料電池に供給されるので、各燃料電池の固体高分子電解質膜の保水が促進され、各燃料電池のエージングに要する時間を短縮できる。また、各燃料電池に供給するカソードガス(空気)の加湿が単一の加湿器で行われるので、カソードガス供給手段の小型化を図ることができる。 According to the third aspect of the invention, the cathode gas is humidified by the humidifier and then supplied to each fuel cell. Therefore, water retention of the solid polymer electrolyte membrane of each fuel cell is promoted, and aging of each fuel cell is performed. The time required can be shortened. Further, since the cathode gas (air) supplied to each fuel cell is humidified by a single humidifier, the cathode gas supply means can be reduced in size.
なお、この第3発明における加湿器は、例えば水を貯蔵したタンクを備え、供給された空気を、該タンク内の水に通過させることにより該空気を加湿するものが挙げられる(第4発明)。これにより、加湿器の構成を簡略なものとすることができる。 The humidifier in the third invention includes, for example, a tank that stores water, and humidifies the supplied air by passing the supplied air through the water in the tank (fourth invention). . Thereby, the structure of a humidifier can be simplified.
また、カソードガスとして空気を用いる場合、前記カソードガス供給手段は、前記電池設置手段に設置された複数の燃料電池にカソードガスとしての空気を各燃料電池に対応して設けられた中空の水透過膜部材(例えば水透過膜を筒状に形成した部材)を介して供給する手段と、各燃料電池から排出される水分を含んだ空気を該燃料電池に対応する前記水透過膜部材に供給する手段とを備えるようにしてもよい(第5発明)。 In addition, when air is used as the cathode gas, the cathode gas supply means includes a plurality of fuel cells installed in the battery installation means, and air as cathode gas is provided in a hollow water permeation provided corresponding to each fuel cell. Means for supplying through a membrane member (for example, a member in which a water permeable membrane is formed in a cylindrical shape), and supplying air containing water discharged from each fuel cell to the water permeable membrane member corresponding to the fuel cell Means (5th invention).
この第5発明によれば、前記電池設置手段に設置された複数の燃料電池のエージングを行っているときに、各燃料電池内でアノードガス(例えば水素ガス)およびカソードガスとしての空気(詳しくは該空気中の酸素)の反応によって生成されて該空気と共に該燃料電池から排出される水分が、該燃料電池に対応する中空の水透過膜部材に供給されて、該水透過膜部材が湿らされることとなる。このため、該水透過膜部材を介して燃料電池に供給される空気に水分が含まれる(該空気が加湿される)ようになる。従って、各燃料電池の固体高分子電解質膜の保水が促進され、各燃料電池のエージングに要する時間を短縮できる。また、この場合の加湿手段は、水分を貯蔵するタンクが不要であるので、加湿手段の構成を小型なものとすることができ、ひいてはアノードガス供給手段の構成を小型なものとすることができる。なお、中空の水透過膜部材が、例えば水透過膜を筒状に形成したものである場合には、燃料電池に供給する空気の流路は、該空気を中空の水透過膜部材の内部を通過させるように構成し、燃料電池から排出された空気の流路は、該空気を水透過膜部材の外周面に当てるように構成すればよい。あるいは、これと逆に、燃料電池に供給する空気の流路は、該空気を中空の水透過膜部材の外周面に当てるように構成し、燃料電池から排出された空気の流路は、該空気を中空の水透過膜部材の内部を通過させるように構成すればよい。 According to the fifth aspect of the present invention, when aging a plurality of fuel cells installed in the battery installation means, the anode gas (for example, hydrogen gas) and the air as the cathode gas (specifically, in each fuel cell) Moisture generated by the reaction of oxygen in the air and discharged from the fuel cell together with the air is supplied to the hollow water permeable membrane member corresponding to the fuel cell, and the water permeable membrane member is moistened. The Rukoto. For this reason, moisture is contained in the air supplied to the fuel cell through the water permeable membrane member (the air is humidified). Accordingly, water retention of the solid polymer electrolyte membrane of each fuel cell is promoted, and the time required for aging of each fuel cell can be shortened. Further, since the humidifying means in this case does not require a tank for storing moisture, the structure of the humidifying means can be made small, and as a result, the structure of the anode gas supply means can be made small. . When the hollow water permeable membrane member is formed by, for example, forming a water permeable membrane into a cylindrical shape, the flow path of the air supplied to the fuel cell has the air inside the hollow water permeable membrane member. The air flow path configured to pass through and discharged from the fuel cell may be configured to apply the air to the outer peripheral surface of the water permeable membrane member. Alternatively, on the contrary, the flow path of the air supplied to the fuel cell is configured to apply the air to the outer peripheral surface of the hollow water permeable membrane member, and the flow path of the air discharged from the fuel cell is What is necessary is just to comprise so that air may pass the inside of a hollow water-permeable membrane member.
補足すると、カソードガスとして酸素ガス(純酸素)を使用するような場合には、カソードガス供給手段は、前記第2発明におけるアノードガス供給手段と同様の構成を採用してもよい。 Supplementally, when oxygen gas (pure oxygen) is used as the cathode gas, the cathode gas supply means may adopt the same configuration as the anode gas supply means in the second invention.
また、本発明では、前記電池設置手段に設置された複数の燃料電池が直列に接続され、その直列に接続された燃料電池群の直列合成電圧が前記電気負荷に付与されるように該電気負荷を該燃料電池群に電気的に接続するようにすることが好ましい(第6発明)。 In the present invention, a plurality of fuel cells installed in the battery installation means are connected in series, and the series load voltage of the series connected fuel cells is applied to the electrical load. Is preferably electrically connected to the fuel cell group (sixth invention).
この第6発明によれば、電池設置手段に設置された複数の燃料電池のエージングを行うとき、各燃料電池には同じ電流が流れる。このため、各燃料電池のエージングに要する時間のばらつきを抑えることが可能となる。 According to the sixth aspect of the present invention, when aging a plurality of fuel cells installed in the battery installation means, the same current flows through each fuel cell. For this reason, it is possible to suppress variations in time required for aging of each fuel cell.
また、本発明では、前記電池設置手段は、例えば前記複数の燃料電池を環状に配列させて設置するように構成される(第7発明)。これによれば、前記アノードガス供給手段のガス送出源(水素ガスタンクなど)や、カソードガス供給手段のガス送出源(大気(空気)を吸引して送出するコンプレッサや、酸素ガスタンクなど)を環状に配列させた複数の燃料電池の中央部に配置することができるので、それらのガス送出源から各燃料電池へのガス供給を行うガス供給路の長さを、いずれの燃料電池についても、必要最低限に留めつつ、ほぼ同等にすることが可能となる。このため、各ガス供給路の圧力損失をいずれの燃料電池についてもほぼ同等にすることが可能となり、ひいては、各燃料電池に供給されるアノードガスまたはカソードガスの流量を揃えて、各燃料電池のエージングに要する時間のばらつきを抑えることが可能となる。 Further, in the present invention, the battery installation means is configured to install, for example, the plurality of fuel cells arranged annularly (seventh invention). According to this, the gas delivery source (hydrogen gas tank, etc.) of the anode gas supply means, and the gas delivery source of the cathode gas supply means (compressor that sucks and sends the atmosphere (air), oxygen gas tank, etc.) are annular. Since it can be arranged at the center of a plurality of arranged fuel cells, the length of the gas supply path for supplying gas from these gas delivery sources to each fuel cell is the minimum necessary for any fuel cell. It is possible to make almost the same while keeping the limit. For this reason, it is possible to make the pressure loss of each gas supply path substantially the same for any fuel cell. As a result, the flow rate of the anode gas or cathode gas supplied to each fuel cell is made uniform, Variations in time required for aging can be suppressed.
また、本発明では、前記電池設置手段は、前記複数の燃料電池を直線状に配列させて設置するように構成されていてもよい(第8発明)。 In the present invention, the battery installation means may be configured to install the plurality of fuel cells arranged in a straight line (eighth invention).
この第8発明によれば、燃料電池を直線状に配列させるので、燃料電池の製造ラインの搬送路からエージングを行う燃料電池を前記電池設置手段に移載したり、あるいは、エージングが終了した燃料電池を電池設置手段に移載することが容易になる。 According to the eighth aspect of the invention, since the fuel cells are arranged in a straight line, the fuel cell for aging is transferred from the conveyance path of the fuel cell production line to the battery installation means, or the fuel for which aging has been completed. It becomes easy to transfer the battery to the battery installation means.
なお、前記冷媒供給手段は、例えば、前記電池設置手段に設置された複数の燃料電池のそれぞれに供給される冷媒が各燃料電池を順番に経由して循環するように該複数の燃料電池を接続してアノードガスの循環流路を形成する手段と、その循環流路の途中部にそれぞれ介装された冷媒貯蔵手段およびポンプとを備えるように構成される。この場合、その冷媒の循環流路に沿って互いに隣合う各組の燃料電池の間の箇所に、該循環流路の上流側の燃料電池から排出された冷媒を冷却する冷却器と、該冷媒を加熱する加熱器とを介装すると共に、その各加熱器の作動・停止を制御する制御手段を備え、循環流路で各燃料電池に供給される冷媒が所定の温度範囲に収まるように該制御手段により各加熱器の作動・停止を制御することが望ましい。 The refrigerant supply means connects the plurality of fuel cells so that the refrigerant supplied to each of the plurality of fuel cells installed in the battery installation means circulates through each fuel cell in turn, for example. And a means for forming a circulation flow path for the anode gas, and a refrigerant storage means and a pump respectively interposed in the middle of the circulation flow path. In this case, a cooler that cools the refrigerant discharged from the fuel cell on the upstream side of the circulation flow path at a position between each pair of fuel cells adjacent to each other along the circulation flow path of the refrigerant, and the refrigerant And a control means for controlling the operation / stop of each of the heaters so that the refrigerant supplied to each fuel cell in the circulation channel is within a predetermined temperature range. It is desirable to control the operation / stop of each heater by the control means.
あるいは冷媒供給手段は、例えば、前記電池設置手段に設置された複数の燃料電池のそれぞれに、単一の冷媒貯蔵タンクから分配供給する手段と、各燃料電池から排出される冷媒を冷媒貯蔵タンクに戻す手段とを備えるように構成してもよい。この場合、冷媒供給手段は、各燃料電池から排出される冷媒が導入されて該冷媒を冷却する単一の冷却器と、冷媒貯蔵タンク内の冷媒、または該冷媒貯蔵タンクから導出された冷媒を、各燃料電池に分配する前に加熱する単一の加熱器とを備えると共に、その加熱器の作動・停止を制御する制御手段を備え、循環流路で各燃料電池に供給される冷媒が所定の温度範囲に収まるように該制御手段により加熱器の作動・停止を制御することが望ましい。 Alternatively, the refrigerant supply means includes, for example, a means for distributing and supplying each of the plurality of fuel cells installed in the battery installation means from a single refrigerant storage tank, and a refrigerant discharged from each fuel cell to the refrigerant storage tank. And a return means. In this case, the refrigerant supply means includes a single cooler for introducing the refrigerant discharged from each fuel cell to cool the refrigerant, a refrigerant in the refrigerant storage tank, or a refrigerant derived from the refrigerant storage tank. And a single heater for heating before distributing to each fuel cell, and a control means for controlling the operation / stop of the heater, and a refrigerant supplied to each fuel cell in a circulation channel is predetermined. It is desirable to control the operation / stop of the heater by the control means so that it falls within the temperature range.
本発明のエージング装置の第1実施形態を図1〜図7を参照して説明する。図1は第1実施形態のエージング装置の全体構成を概略的に示す図である。 A first embodiment of the aging device of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of the aging device of the first embodiment.
同図において、1は本発明における燃料電池としての燃料電池スタック100(以下、単にスタック100という)を、そのエージングを行うためのステーションであるエージングステーションESに搬送する搬送路、2はエージングステーションESに配置されたエージング装置である。搬送路1はベルトコンベアなどにより構成されている。エージング装置2は、環状の運搬路3と、この運搬路3の内部で円周C上に等間隔で配置された複数(本実施形態では5個)のスタック設置台4とを備えている。スタック設置台4は、本発明における電池設置手段に相当するものであり、各スタック設置台4上に、スタック100(図1に二点差線で示す)を所定の位置・姿勢で設置可能としている。
In the figure,
運搬路3は、ベルトコンベアなどにより構成されており、搬送路1で図示のA地点で図示しない移載装置によって搬送路1との間でスタック100の授受が行われる。そして、運搬路3は、これに載せられたスタック100を例えば図中の白抜き矢印Y1で示す如く、反時計回り方向に運搬可能としている。
The transport path 3 is constituted by a belt conveyor or the like, and the
なお、運搬路3と各スタック設置台4との間のスタック100の授受は、運搬路3の中心と各スタック設置台4とを結ぶ線分(運搬路3の径方向)で図示しない移載装置により行われる。
In addition, transfer of the
また、エージング装置2は、運搬路3の内部の中心部(上記円周Cの中心部)でスタック設置台4に囲まれるようにして配置された、エージング装置2の主要部(主に配管類や配線類を除く機器類)であるセンターモジュール5と、センターモジュール5の機器類と各スタック設置台4に設置されるスタック100とを接続したり、隣り合うスタック設置台4,4に設置されるスタック100,100を互いに接続する配管・配線類6とを備えている。
In addition, the aging
ここで、スタック100の概略構成を図2を参照して説明しておく。図2はスタック100の要部の断面を概略的に示す図である。
Here, a schematic configuration of the
スタック100は、図2に示す如く、固体高分子電解質膜101の両面にそれぞれアノード電極102およびカソード電極103を接合してなる膜電極構造体(いわゆるMEA)104と、この膜電極構造体104の各電極102,103の表面に装着された導電性のセパレータ105とから構成された単位セル(最小単位の燃料電池)を膜電極構造体101の法線方向に複数、積層することで電池本体部(発電機能部)が構成されたものである。各膜電極構造体104の両側のセパレータ105,105うち、アノード電極102に臨むセパレータ105は該アノード電極102の表面との間にアノードガスとしての水素ガスの流路106を形成し、カソード電極103に臨むセパレータ105は、該カソード電極103の表面との間にカソードガスとしての空気の流路107を形成している。また、本実施形態では、隣合う膜電極構造体104,104の間に介在されているセパレータ105,105は、それらの間に冷媒の流路108を形成している。上記のような流路106,107,108は、通常、カーボン材からなるセパレータに溝を形成し、あるいは、金属板からなるセパレータをプレス加工により波板状に成形することにより形成される。そして、図2のセパレータ105は、例えば金属板をプレス加工して、上記流路106,107,108を形成するようにしたものを例示している。
As shown in FIG. 2, the
なお、図示は省略するが、スタック100の電池本体部は筐体に収容されており、その筐体には水素ガスの各流路106が連通する水素ガス主通路と、空気の各流路107が連通する空気主通路と、冷媒の各流路108が連通する冷媒主通路とが設けられている。そして、各流路106,107,108への水素ガス、空気、冷媒の流入・流出は、それぞれこれらの主通路を介して行われるようになっている。
Although not shown, the battery main body of the
前記エージング装置2の説明に戻って、センターモジュール5および配管・配線類6は、以下に説明する水素ガス供給手段(アノードガス供給手段)、空気供給手段(カソードガス供給手段)および冷媒供給手段の構成要素を含んでいると共に、スタック100の電気負荷およびこれに付随する電気配線を含んでいる。
Returning to the description of the aging
図3は、水素ガス供給手段10の構成を模式的に示す図である。なお、この図3と後述する図4、図6、図7ではスタック設置台4と同数のスタック100が、各スタック設置台4上に設置された状態で示されている。図示の如く、水素ガス供給手段10は、加圧された水素ガスを貯蔵してセンターモジュール5に設けられた水素ガスタンク11と、この水素ガスタンク11から電動弁12を介して分配導出された複数(本実施形態ではスタック設置台4と同数)の分配供給管13と、互いに隣り合うスタック設置台4,4上に設置されたスタック100,100同士を接続する接続管14とを備えている。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the hydrogen gas supply means 10. 3 and FIGS. 4, 6, and 7 to be described later, the same number of
ここで、各接続管14は、より詳しくは、隣り合うスタック100,100の一方のスタック100の水素ガス導入口100aと他方のスタック100の水素ガス導出口100bとを接続する。従って、これらの接続管14でスタック設置台4上のスタック100を相互に接続することによって、水素ガスを各スタック100を順番に経由させて循環させる循環流路15が構成されるようになっている。つまり、該循環流路15は、接続管14とスタック100の内部の水素ガス流路(前記流路106を含む)とから構成される。そして、接続管14のうちの1つの接続管14xには、前記分配供給管13のうちの該接続管14xに向かって延びる分配供給管13xがエゼクタ16を介して接続されている。また、他の各分配供給管13は、他の各接続管14に向かって延びて該接続管14に接続治具17を介して接続され、この接続治具17を介して接続管14に水素ガスを導入するようにしている。この場合、エゼクタ16は、接続管14xにおける水素ガスの流れの向き、ひいては、循環流路15における水素ガスの流れの向きを所定の向き(本実施形態では時計回り方向)に規定するためのものである。図中の矢印は、水素ガスの流れの向きを示している。
Here, more specifically, each connecting
なお、循環流路15を流れる水素ガスに含まれる水分が過剰になった場合などに、その水分を排出するための排水管18が接続管14の1つ、例えば前記接続管14xに開閉弁19を介して接続されている。
In addition, when the moisture contained in the hydrogen gas flowing through the
図4は、空気供給手段20の構成を模式的に示す図である。図示の如く、空気供給手段20は、大気(空気)を吸入して加圧・送出するコンプレッサ21と、このコンプレッサ21から送出される空気に加湿する(水分を含ませる)加湿器22と、この加湿器22から各スタック設置台4に向かって分配導出された複数(スタック設置台4と同数)の分配供給管23とを備え、その各分配供給管23が各スタック設置台4上のスタック100の空気導入口100cに接続されるようになっている。なお、コンプレッサ21および加湿器22はセンターモジュール5に配置されている。また、加湿器22から各分配供給管23を介して各スタック設置台4上のスタック100に供給される空気(加湿された空気)は、該スタック100の内部の空気流路(前記流路107など)を経て該スタック100の空気導出口100dから外部に排出される。図中の矢印は、空気供給手段20における空気の流れを示している。
FIG. 4 is a diagram schematically showing the configuration of the air supply means 20. As shown in the drawing, the air supply means 20 includes a
ここで、本実施形態における加湿器22の概略構成を図5を参照して説明する。本実施形態では、加湿器22は、水を貯蔵したタンク24を備え、このタンク24の下部から該タンク14内の水に前記コンプレッサ21から加圧された空気が供給されるようになっている。そして、タンク24内に供給された空気は、泡状になってタンク24内の水を通過した後、該タンク24の上部に接続された前記分配供給管23に流入するようになっている。この場合、タンク内24に供給された空気がタンク24内の水を通過する過程で該空気に水分が含まれる。
Here, a schematic configuration of the
図6は、冷媒供給手段30の構成を模式的に示す図である。図示の如く、冷媒供給手段30は、冷媒を貯蔵した冷媒タンク31と、この冷媒タンク31から冷媒を吸引して送出するポンプ32(循環ポンプ)とをセンターモジュール5に備えると共に、互いに隣り合うスタック設置台4,4上に載置されたスタック100,100同士を接続する接続管33を備えている。この場合、接続管33のうちの1つ、例えば図中の左上側の接続管33xは、その中間部がセンターモジュール5に引き込まれており、その中間部に前記冷媒タンク31およびポンプ32が介装されている。なお、各接続管33は、より詳しくは、隣り合うスタック100,100の一方のスタック100の冷媒導入口100eと他方のスタック100の冷媒導出口100fとを接続する。
FIG. 6 is a diagram schematically showing the configuration of the refrigerant supply means 30. As shown in the figure, the refrigerant supply means 30 includes a
従って、これらの接続管33でスタック設置台4上のスタック100を相互に接続することによって、冷媒を、冷媒タンク31からポンプ32、並びに各スタック100を順番に経由させて循環させる循環流路34が構成されるようになっている。つまり、該循環流路34は、接続管33とスタック100の内部の冷媒流路(前記流路108など)とから構成される。図中の矢印はこの循環流路34における冷媒の流れの向きを示している。なお、ポンプ32は、接続管33x以外の他の接続管33に介装されていてもよい。
Therefore, by connecting the
また、各接続管33には、ラジエータなどの放熱器から構成された冷却器35と、図示しないヒータを内臓する加熱器36とが介装されている。なお、前記接続管33xにあっては、それらの冷却器35および加熱器36は、ポンプ32の下流側に設けられている。
Each connecting
冷却器35は、後述のエージングの際に各スタック100内で加熱される冷媒を放熱させて冷やすものである。また、加熱器36は、冷媒の温度が下がり過ぎないようにするために、適宜、該冷媒を加熱するものである。
The cooler 35 radiates and cools the refrigerant heated in each
図7は、エージング装置2の電気配線構造を模式的に示している。この電気配線構造では、センターモジュール5に、電気負荷40と、エージング装置2の制御手段であるコントローラ41とが備えられている。電気負荷40は、例えば可変抵抗から構成され、その抵抗値がコントローラ41により制御可能とされている。また、互いに隣り合うスタック設置台4,4の間には、一組のスタック設置台4x,4yの間の箇所を除いて、それらのスタック設置台4,4に設置される互いに隣り合うスタック100,100を接続する接続線42が備えられている。この場合、各接続線42は、その両端のスタック100,100のうちの一方のスタック100の正極端子100pと他方のスタック100の負極端子100mとを接続するようにしている。従って、各スタック設置台4上に設置されるスタック100はそれらの接続線42によって直列に接続されるようになっている。
FIG. 7 schematically shows the electrical wiring structure of the aging
また、前記一組のスタック設置台4x,4yのうちのスタック設置台4xに設置されるスタック100の正極端子100pとスタック設置台4yに設置されるスタック100の負極端子100mとをそれぞれ電気負荷40に接続する接続線43p,43mが備えられている。この場合、接続線43pに接続する正極端子100pと接続線43mに接続する負極端子100mとは、スタック設置台4上のスタック100を接続線42により直列に接続した状態では、その直列接続したスタック100(スタック群)の出力電圧の総和の電圧(直列合成電圧)が発生する端子となる。従って、電気負荷40にはその直列合成電圧が付与される。
Further, the
なお、コントローラ41は、電気負荷40(可変抵抗)の抵抗値を制御するほか、前記水素ガス供給手段10の電動弁12、空気供給手段20のコンプレッサ21、冷媒供給手段30のポンプ32の作動を図示しないアクチュエータを介して制御するようにしている。
The controller 41 controls the resistance value of the electric load 40 (variable resistance), and operates the motor operated
次に、本実施形態のエージング装置2の作動を説明する。
Next, the operation of the aging
搬送路1でその上流側から搬送されてくるスタック100は、地点Aにおいて、図示しない移載装置によってエージング装置2の運搬路3に移載され、該運搬路3上を、スタック設置台4に対向する位置に運搬される。そして、運搬路3上にスタック設置台4と同数のスタック100が移載され、それらのスタック100が各スタック設置台4に対向する位置に運搬路3上で停止される。この状態、すなわち、図1の運搬路3上の実線示のスタック100の状態において、図示しない移載装置によって、運搬路3上の各スタック100がこれに対向するスタック設置台4に移載される。
The
次いで、これらのスタック設置台4上のスタック100に対して、作業者によって、前記水素ガス供給手段10、空気供給手段30、および冷媒供給手段40の前記した配管接続(図3、図4および図6を参照)が行われると共に、前記図7に示した如く電気配線の接続が行われる。
Next, the pipe connection of the hydrogen gas supply means 10, the air supply means 30, and the refrigerant supply means 40 to the
次いで、コントローラ41の図示しないスタートスイッチを操作することで、各スタック設置台4上に設置された全てのスタック100(本実施形態では5個のスタック100)に対して、一斉にエージングが行われる。具体的には、コントローラ41は、まず、水素ガス供給手段10の電動弁12を開弁させると共に、空気供給手段20のコンプレッサ21を作動させ、さらに、冷媒供給手段30のポンプ32を作動させる。すなわち、水素ガス供給手段10、空気供給手段20、および冷媒供給手段30の運転が行われる。
Next, by operating a start switch (not shown) of the controller 41, aging is performed on all the stacks 100 (five
このとき、図3の水素ガス供給手段10にあっては、水素ガスタンク11から分配供給管13を介して各接続管14に水素ガスが供給される。この場合、接続管14のうちの接続管14はエゼクタ16を介して分配供給管13xに接続されているので、該接続管14xにおける水素ガスの流れの向き、ひいては、循環流路15における水素ガスの流れの向きは図中の矢印で示すように時計回り方向に規制される。従って、各分配供給管13から各接続管14に導入された水素ガスは、その接続管14の下流端に接続されているスタック100の水素ガス導入口100aから該スタック100内の水素ガス流路(前記流路106を含む)を流れた後、該スタック100の水素ガス導出口100bから該水素ガス導出口100bに接続された接続管14に流れる。このようにして、水素ガスが接続管14およびスタック100で構成される循環流路15を時計回り方向に流れつつ循環する。これにより、スタック設置台4上の全てのスタック100(より詳しくは各スタック100の各アノード電極102の表面)に水素ガスが一斉に(一括して)供給される。
At this time, in the hydrogen gas supply means 10 of FIG. 3, hydrogen gas is supplied from the
ここで、各スタック100に流入する水素ガスは、その一部が該スタック100の後述の発電運転によって消費されるが、その消費された水素ガスが、該スタック100の水素ガス導出口100bに接続された接続管14に供給される水素ガスによって補充される。すなわち、各スタック100に流入する水素ガスの流量がいずれのスタック100についてもほぼ同等になるように各分配供給管13から各接続管14に水素ガスが供給される。また、各スタック100の後述の発電運転が行われることで、各スタック100の内部で水分が発生し、その水分が水素ガスと共に各スタック100の水素ガス導出口100bから排出される。そして、その水分を含んだ水素ガスは、該スタック100の水素ガス導出口100bに接続管14を介して接続された隣のスタック100にその水素ガス導入口100aから流入する。従って、水素ガスが上記のように循環流路15を循環する過程で、各スタック100の内部において、該水素ガスが加湿されることとなる。このため、本実施形態の水素ガス供給手段10では、加湿器を省略している。また、本実施形態では、循環流路15中を流れる水素ガス中の含有水分量を例えば湿度センサ等を用いて監視しており、その含有水分量が所定量を超えて過剰になった場合には、前記開閉弁19を開弁させることで、過剰な水分を循環流路15から排出するようにしている。
Here, a part of the hydrogen gas flowing into each
なお、水素ガス供給手段10の運転を開始した直後は、循環流路15で各スタック100を経由して流れる水素ガス中の水分が少ないので、水素ガス供給手段10の運転初期(運転開始後、所定時間が経過するまでの期間など)は、適宜の加湿器を使用して、水素ガスを加湿してもよい。
Immediately after the operation of the hydrogen gas supply means 10 is started, there is little moisture in the hydrogen gas flowing through each
また、図4の空気供給手段20にあっては、コンプレッサ21で加圧された空気が加湿器22で加湿された後、分配供給管23を介して各スタック100に分配・供給され、それが各スタック100の空気導入口100cから該スタック100内の空気ガス流路(前記流路107を含む)を流れた後、該スタック100の空気導出口100dから外部に排出される。これにより、スタック設置台4上の全てのスタック100(詳しくは各スタック100の各カソード電極103の表面)に加湿された空気が一斉に(一括して)供給される。なお、各分配供給管23から各スタック100に流入する空気の流量は、いずれのスタック100についてもほぼ同等である。
In the air supply means 20 of FIG. 4, after the air pressurized by the
補足すると、各スタック100に空気を供給する手段は、前記水素ガス供給手段10と同様に、スタック設置台4上の各スタック100を経由して空気を循環させるような構成を採用することも可能である。但し、各スタック100では、その発電運転を行うことで、供給される空気中の酸素だけが消費されるので、その消費される酸素を補充するために酸素供給器が別に必要になる。そのため、本実施形態では、図4に示した空気供給手段20の構成を採用している。なお、各スタック100に純酸素を供給するような場合には、その供給手段は、水素ガス供給手段10と同様の構成を採用してもよい。そのようにした場合には、水素ガス供給手段10と同様に加湿器を省略してもよい。
Supplementally, the means for supplying air to each
また、図6の冷媒供給手段30にあっては、冷媒が各スタック100を順番に経由しつつ前記循環流路34を図中の矢印の向きに循環する。より詳しくは、循環流路34の各接続管33を流れる冷媒は、その接続管33の下流端に接続されているスタック100の冷媒導入口100eから該スタック100内の冷媒流路(前記流路108を含む)を流れた後、該スタック100の冷媒導出口100fから該冷媒導出口100fに接続された接続管33に流れる。これにより、スタック設置台4上の全てのスタック100に対して、一斉に(一括して)冷媒が供給されることとなる。さらに、冷媒供給手段30にあっては、コントローラ41の制御によって、各接続管33の加熱器36がON/OFFされる。この場合、各スタック100の温度が図示しない温度センサにより検出されてコントローラ41に入力されるようになっている。そして、コントローラ41は、各スタック100の検出温度が所定の温度範囲(例えば50℃〜90℃)に保たれるように、そのスタック100の冷媒導入口100eに接続されている接続管33の加熱器36をON/OFFさせる。なお、各スタック100に流入する冷媒は、該スタック100の後述の発電運転時の発熱エネルギーを吸収して昇温するが、その昇温した冷媒は、該スタック100の冷媒導出口100fに接続された接続管33の冷却器35によって冷やされる。これにより、各スタック100の温度が過剰に高温になったり、低温になり過ぎることなく、適切な温度(各スタック100のエージングに適した温度)に保たれる。
Further, in the refrigerant supply means 30 of FIG. 6, the refrigerant circulates through the
上述のように、水素ガス供給手段10、空気供給手段20および冷媒供給手段30の運転を行ったとき、各スタック100では、その各膜電極構造体104のアノード電極102に供給される水素ガスとカソード電極103に供給される空気中の酸素とが反応して、H2Oが生成されつつ両電極102,103間に起電力が発生し、ひいては、各スタック100の正極端子100pおよび負極端子100mの間に起電力が発生する。より詳しくは、アノード電極10に供給される水素ガスが該アノード電極10でイオン化し、その水素イオンが膜電極構造体104の固体高分子電解質膜101を通ってカソード電極103に伝導する。そして、該水素イオンがカソード電極103に供給された空気中の酸素と反応し、それにより、H2Oが生成されつつ両電極102,103間に起電力が発生する。なお、各スタック100の正極端子100pおよび負極端子100mの間に発生する起電力は、そのスタック100に含まれる各膜電極構造体104で発生する起電力の合成起電力である。補足すると、固体高分子電解質膜101における水素イオンの伝導は、該電解質101が乾燥しているときよりも、水分を含んでいる(保水している)方が円滑に行われ(水素イオンの伝導度が高まる)、ひいては各膜電極構造体104の発電能力が高まる。
As described above, when the hydrogen gas supply means 10, the air supply means 20, and the refrigerant supply means 30 are operated, in each
この場合、図7に示したように、スタック設置台4上の各スタック100は直列に接続され、その直列に接続されたスタック群(各スタック設置台4上のスタック100の組)が電気負荷40に電気的に接続されている。これにより、スタック設置台4上の各スタック100の出力電流が電気負荷40に通電され、それらの全てのスタック100の発電運転が一斉に(一括して)行われる。そして、このとき、各スタック100は直列に接続されているので、各スタック100を流れる電流はいずれのスタック100についても同じになる。
In this case, as shown in FIG. 7, the
このようにして、各スタック100の発電運転が行われることで、各スタック100の膜電極構造体104でH2O(水分)が生成される。また、各スタック100に供給される水素ガスおよび空気は、前述したように加湿されて水分を含んでいる。これにより、各スタック100の各膜電極構造体104の固体高分子電解質101が含水して、該スタック100のエージングが行われることとなる。
Thus, H 2 O (moisture) is generated in the
このエージングは、各スタック100の出力電圧がほぼ一定の電圧に飽和するまで行われる。すなわち、コントローラ41は、図示しない電圧センサによって各スタック100の出力電圧を監視しており、この出力電圧がいずれのスタック100についても、ほぼ一定になったとき(単位時間当たりの出力電圧の変化量がほぼ0になったとき)に前記水素ガス供給手段10、空気供給手段20および冷媒供給手段30の運転を停止させる。
This aging is performed until the output voltage of each
補足すると、各スタック100のエージングを円滑に行うために、本実施形態では、例えば特願2004−47219号や特願2004−55726号にて本願出願人が先に提案した如く、コントローラ41は電気負荷40を構成する可変抵抗を制御することで、各スタック100の出力電流を短い時間周期で増減させながら、その出力電流の平均電流を徐々に増加させる。このようにすることで、各スタック100の固体高分子電解質膜101の過剰に急速な含水を避けつつ、各スタック100のエージングを比較的短時間で完了することができる。この場合、各スタック100に流れる電流は同じであるので、各スタック100のエージングは、いずれのスタック100についても互いに同じように実行される。なお、本発明では、各スタック100のエージングの際の電流制御は、必ずしも上記のように行う必要はなく、公知の手法を採用してもよい。
Supplementally, in order to smoothly perform the aging of each
上記のようにして、各スタック100のエージングが完了した後、作業者によって、各スタック100から接続管14などの配管と接続線42などの配線が取り外される。そして、図示しない移載装置によって、各スタック設置台4から各スタック100が前記運搬路3に移載される。さらに、その移載された各スタック100が運搬路3の作動によって、図1のA地点に運搬され、このA地点で図示しない移載装置によって、搬送路1に移載される。そして、搬送路1に移載された各スタック100は、この搬送路1上を下流側に搬送される。
After the aging of each
以上が、本実施形態のエージング装置2の作動である。かかるエージング装置2では、各スタック設置台4に設置された全てのスタック100のエージングが同時に一括して行われる。つまり、組み立てられたスタック100のエージングがスタック設置台4の個数ずつ、一括して行われる。従って、スタック100の製造工場におけるスタック100のエージングを、個々のスタック100毎に個別に行うことなく、効率よく行うことができる。
The above is the operation of the aging
また、エージング装置2の水素供給手段10にあっては、水素ガスをスタック設置台4上の各スタック100を経由させて循環させるため、各スタック10で消費されずに該スタック100から排出される水素ガスは、該スタック100の隣のスタック100に供給される。このため、水素ガスの利用効率が高まり、スタック設置台4の個数分のスタック100のエージングの際に使用する水素ガスの量を節減できる。また、水素ガスを、スタック設置台4上の全てのスタック100を順番に経由させて循環させる循環流路15を備えることによって、各スタック100に供給される水素ガスが、その上流側のスタック100の内部で生成された水分によって加湿されるので、該水素ガスに水分を含ませる加湿器を省略できる。その結果、水素ガス供給手段10の構成を小型で簡略なものとすることができる。
In the hydrogen supply means 10 of the aging
また、空気供給手段20にあっては、各スタック100に分配供給される空気は、全てのスタック100について共通の単一の加湿器22で加湿するので、空気供給手段20の構成を簡略なものとすることができる。
Further, in the air supply means 20, the air distributed and supplied to each
さらに、冷媒供給手段30にあっては、冷媒を、スタック設置台4上の全てのスタック100を順番に経由させて循環させるので、その冷媒を各スタック100に供給するための配管構成を簡略なものとすることができる。
Furthermore, in the refrigerant supply means 30, since the refrigerant is circulated through all the
また、電気配線構造にあっては、スタック設置台4上の全てのスタック100を直列に接続し、その直列接続されたスタック群を電気負荷40に接続するので、その配線構造を簡略なものとすることができる。同時に、各スタック100に流れる電流を全てのスタック100について同じにできるので、各スタック100毎に、エージングに要する時間が大きくばらつくような事態を防止することができる。
Further, in the electrical wiring structure, all the
また、スタック設置台4はこれに設置されるスタック100を環状に等間隔で配列させるように設けられていると共に、水素ガスの送出源たる水素ガスタンク11がそれらの環状に並ぶスタック100の中心部のセンターモジュール5に設けられているので、水素ガス供給手段10の水素ガスタンク11から各スタック100に至る流路の長さをいずれの流路についてもほぼ同じ長さにして、それらの流路の圧力損失をほぼ同じにすることができる。また、本実施形態では、隣り合うスタック100,100同士を接続する接続管14の長さも、いずれの接続管14についてもほぼ同じにして、それらの接続管14の圧力損失をほぼ同じにできる。その結果、各スタック100に供給される水素ガスの流量のばらつきを抑えて、それらの流量をほぼ同じにすることができる。
In addition, the
同様に、空気供給手段20にあっても、空気の送出源たるコンプレッサ21がセンターモジュール5に設けられているので、このコンプレッサ21から各スタック100に至る分配供給管23の長さをいずれの分配供給管23についてもほぼ同じ長さにして、それらの分配供給管23の圧力損失をほぼ同じにすることができる。その結果、各スタック100に供給される空気の流量のばらつきを抑えて、それらの流量をほぼ同じにすることができる。そして、各スタック100に供給される水素ガスおよび空気の流量をいずれのスタック100についてもほぼ同じにできることから、各スタック100の発電出力をいずれのスタック100についてもほぼ同じにすることができ、ひいては、各スタック100のエージングに必要な時間のばらつきを抑制できる。
Similarly, even in the air supply means 20, since the
次に、本発明の第2実施形態を図8および図9を参照して説明する。この第2実施形態は、空気供給手段(カソードガス供給手段)の構成のみが第1実施形態と相違するものである。従って、本実施形態の説明では、空気供給手段以外の構成については説明を省略する。また、本実施形態における空気供給手段のうち、第1実施形態の空気供給手段20と同一の構成部分もしくは同一の機能部分については第1実施形態と同一の参照符号を用い、詳細な説明を省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This second embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the air supply means (cathode gas supply means). Therefore, in the description of the present embodiment, the description of the configuration other than the air supply unit is omitted. Further, among the air supply means in the present embodiment, the same reference numerals as those in the first embodiment are used for the same components or the same functional parts as those in the air supply means 20 in the first embodiment, and detailed description thereof is omitted. To do.
図8は本実施形態における空気供給手段50の構成を模式的に示している。同図に示すように、本実施形態の空気供給手段50は、センターモジュール5に備えられたコンプレッサ21から、各スタック設置台4に設置される各スタック100に加圧された空気を分配供給する分配供給管51が各スタック設置台4に向かって導出され、この各分配供給管51が、それぞれに対応するスタック100の空気導入口100cに接続されるようになっている。この場合、各分配供給管51には、加湿器52が介装されている。また、各スタック100の空気導出口100dを、このスタック100に接続された分配供給管51の加湿器52に接続する接続管53が備えられている。図中の矢印は、各分配供給管51および各接続管53をそれぞれに対応するスタック設置台4上のスタック100に接続した状態での空気の流れを示している。
FIG. 8 schematically shows the configuration of the air supply means 50 in the present embodiment. As shown in the figure, the air supply means 50 of this embodiment distributes and supplies pressurized air to each
ここで、加湿器52について図9を参照して説明する。図9は、加湿器52の内部構造の概略を示す斜視図である。同図示のように加湿器52の内部には、ガスを通さず水を通す膜材から筒形状に各々形成された複数の中空水透過膜部材52aが、それらの軸心方向を同一方向に向けて格子状に配列されている。そして、これらの中空水透過膜部材52aには、前記コンプレッサ21から、例えば図中の矢印Y9で示すように、各中空水透過膜部材52aの軸心方向で加圧された空気が供給されるようになっている。そして、その供給された空気が、各中空水透過膜部材52aの内部をその軸心方向に通過した後、加湿器52から、矢印Y10で示すように、スタック100に供給されるようになっている。換言すれば、加湿器52は、その各中空水透過膜部材52aの軸心方向を分配供給管51の流路方向に向けて該分配供給管51に介装されている。また、中空水透過膜部材52aには、スタック100から排出される空気が、矢印Y11で示すように、該中空水透過膜部材52aの軸心と直交する方向で前記接続管53から供給され、それが該中空膜部材52aの外周囲を流れた後、加湿器52の排気口52bから矢印Y12の如く、外部に排出されるようになっている。つまり、接続管53から加湿器52の排気口52bに至る流路は、中空水透過膜部材52aの軸心と直交する方向に設けられている。
Here, the
このような加湿器52にあっては、スタック100から排出される空気が該スタック100の発電運転によって生成される水分を含有しているため、該空気が接続管53から供給されることで、その空気中の水分が各中空水透過膜部材52aにしみ込む。そして、コンプレッサ21から分配供給管51を介して加湿器52に供給される空気が、該加湿器52の中空水透過膜部材52aの内部を通る過程で、該中空水透過膜部材52aにしみ込んだ水分によって加湿されることとなる。
In such a
以上説明した以外の構成は、前記第1実施形態のエージング装置2と同じである。
The configuration other than that described above is the same as that of the aging
次に、本実施形態におけるスタック100のエージングの際の作動を説明すると、本実施形態は、空気供給手段50の作動のみが前記第1実施形態と相違する。すなわち、本実施形態における空気供給手段50にあっては、前記コントローラ41によりコンプレッサ21を作動させると、該コンプレッサ21により加圧された空気が各分配供給管51および加湿器52(詳しくは該加湿器52の中空水透過膜部材52aの内部)を介して該分配供給管51に接続されたスタック100に供給される。そして、この供給された空気は、該スタック100の空気導入口100cから該スタック100内の空気流路(前記流路107を含む)を流れた後、該スタック100の空気導出口100dから、これに接続された接続管53を介して該スタック100に対応する加湿器52に供給され、さらに、該加湿器52の内部の中空水透過膜部材52aの外周囲を経て排気口52bから外部に排出される。
Next, the operation at the time of aging of the
この場合、前記第1実施形態と同様に、各スタック100の発電運転が行われることで、各スタック100から排出される空気は、該スタック100の内部で生成される水分を含んでいる。このため、前記したように、各スタック100に供給される空気が該スタック100に対応する加湿器52内の中空水透過膜部材52a内を通過する過程で加湿される。これにより各スタック100に加湿された空気が流入する。
In this case, as in the first embodiment, the air discharged from each
本実施形態では、空気供給手段50が上記のように構成されているので、第1実施形態で用いたような、加湿器用のタンク24が不要となり、空気供給手段50を小型に構成できる。なお、この空気供給手段50以外は、第1実施形態と同じ作用効果を奏する。
In the present embodiment, since the air supply means 50 is configured as described above, the
補足すると、本実施形態では、コンプレッサ21から送出される空気を、中空水透過膜部材52aの内部に通し、スタック100から排出される空気を中空水透過膜部材52aの外周面に当てるようにしたが、これと逆に、コンプレッサ21から送出される空気を、中空水透過膜部材52aの外周面に当てつつ、スタック100に供給し、スタック100から排出される空気を中空水透過膜部材52aの内部を通すようにしてもよい。このことは、本実施形態における加湿器52を採用する後述の第5実施形態においても同様である。
Supplementally, in this embodiment, the air sent from the
次に、本発明の第3実施形態を図10を参照して説明する。この第3実施形態は、冷媒供給手段の構成のみが第1実施形態と相違するものである。従って、本実施形態の説明では、冷媒供給手段以外の構成については説明を省略する。また、本実施形態における冷媒供給手段のうち、第1実施形態の冷媒供給手段30と同一の構成部分もしくは同一の機能部分については第1実施形態と同一の参照符号を用い、詳細な説明を省略する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This third embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the refrigerant supply means. Therefore, in the description of this embodiment, the description of the configuration other than the refrigerant supply unit is omitted. Further, among the refrigerant supply means in the present embodiment, the same reference numerals as those in the first embodiment are used for the same components or the same functional parts as the refrigerant supply means 30 in the first embodiment, and detailed description thereof is omitted. To do.
図10は本実施形態における冷媒供給手段60の構成を模式的に示している。同図に示すように、本実施形態の冷媒供給手段60は、センターモジュール5に冷媒を貯蔵した冷媒タンク31と、この冷媒タンク31から冷媒を吸引して送出するポンプ32とが設けられると共に、各スタック設置台4上のスタック100から冷媒タンク31に戻す冷媒を冷却するラジエータなどの放熱器から構成された冷却器61が設けられている。この場合、本実施形態では、冷媒タンク31内の冷媒を適宜加熱する加熱器62を内臓している。この加熱器62は、前記コントローラ41によってON/OFF制御されるヒータ(図示省略)を備えるものである。
FIG. 10 schematically shows the configuration of the refrigerant supply means 60 in the present embodiment. As shown in the figure, the refrigerant supply means 60 of the present embodiment is provided with a
また、ポンプ32から、各スタック設置台4に向かって分配導出された複数(スタック設置台4と同数)の分配供給管63と、各スタック設置台4上のスタック100から排出される冷媒を冷却器61に導入すべく該冷却器61に接続された複数(スタック設置台4と同数)の冷媒戻し管64とが備えられている。そして、各分配供給管63は、各スタック設置台4上のスタック100の冷媒導入口100eに接続され、各冷媒戻し管64は、その上流端が各スタック100の冷媒導出口100fに接続されるようになっている。図中の矢印は、各分配供給管63および冷媒戻し管64を各スタック100に接続して、冷媒供給手段60を作動させたときの冷媒の流れを示している。
Further, a plurality of (the same number as the stack installation bases 4)
以上説明した以外の構成は、前記第1実施形態と同一である。 Configurations other than those described above are the same as those in the first embodiment.
次に、本実施形態におけるスタック100のエージングの際の作動を説明すると、本実施形態は、冷媒供給手段60の作動のみが前記第1実施形態と相違する。すなわち、本実施形態における冷媒供給手段60にあっては、前記コントローラ41によりポンプ32を作動させると、冷媒タンク31内の冷媒は、ポンプ32から各分配供給管63を介して、該分配供給管63に接続されたスタック100に供給される。そして、この供給された冷媒は、該スタック100の冷媒導入口100eから該スタック100内の冷媒流路(前記流路108を含む)を流れた後、該スタック100の冷媒導出口100fから、これに接続された冷媒戻し管64を介して冷却器61に供給され、さらに該冷却器61から冷媒タンク31に戻される。このとき、各スタック100の発電運転時の発熱エネルギーを各スタック100内で吸収する冷媒は、吸収した熱エネルギーを冷却器61で放熱する。また、本実施形態では、コントローラ41は、冷媒タンク31内の冷媒の温度を図示しない温度センサにより検出して監視しており、その冷媒の検出温度、ひいては各スタック100の温度が所定の温度範囲(例えば50℃〜90℃)に保たれるように、加熱器62をON/OFFさせる。これにより、各スタック100の温度が過剰に高温になったり、低温になり過ぎることなく、適切な温度(各スタック100のエージングに適した温度)に保たれる。
Next, the operation at the time of aging of the
本実施形態では、冷媒冷却手段60は、各スタック100に供給される冷媒の温度を、全てのスタック100について共通の冷却器61および加熱器62で集中的に制御できるため、該冷媒の温度制御が容易になる。なお、この冷媒供給手段60以外は、第1実施形態と同じ作用効果を奏する。
In the present embodiment, the refrigerant cooling means 60 can centrally control the temperature of the refrigerant supplied to each
次に本発明の第4実施形態を図11〜図15を参照して説明する。前記第1〜第3実施形態では、エージングを行うスタック100を環状に配列させてスタック設置台4に設置するものを示したが、第4実施形態のエージング装置は、エージングを行う複数のスタック100を直線状に配列するものである。なお、本実施形態は、エージングを行うスタック100の配列以外の基本構成は、前記第1実施形態と同様であるので、第1実施形態と同一構成もしくは同一機能部分については、第1実施形態と同一の参照符号を用いて詳細な説明を省略する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the first to third embodiments, the
図11は本実施形態のエージング装置の全体構成を概略的に示している。同図を参照して、搬送路1に隣接するエージングステーションESに本実施形態のエージング装置2’が配置されている。このエージング装置2’は、搬送路1と平行な直線L上に等間隔で配置された複数(本実施形態では5個)のスタック設置台4(電池設置手段)が設けられている。各スタック設置台4の構造は、第1実施形態と同じである。この場合、搬送路1を搬送されてきた、スタック設置台4と同数のスタック100が、スタック設置台4に対向する位置に達したとき、図示しない移載装置によってそれらの各スタック100がこれに対向する各スタック設置台4に移載され、それらのスタック100のエージングが終了した後、各スタック設置台4上のスタック100が再び、搬送路1に戻されるようになっている(図中の実線矢印を参照)。
FIG. 11 schematically shows the overall configuration of the aging apparatus of the present embodiment. With reference to the figure, an aging
また、エージング装置2’は、第1実施形態と同様、該エージング装置2’の主要部(主に配管類や配線類を除く機器類)であるセンターモジュール5’と、センターモジュール5の機器類と各スタック設置台4に設置されるスタック100とを接続したり、隣り合うスタック設置台4,4に設置されるスタック100,100を互いに接続する配管・配線類6’とを備えている。これらのセンターモジュール5’および配管・配線類6’は、本実施形態のエージング装置2’における水素ガス供給手段(アノードガス供給手段)、空気供給手段(カソードガス供給手段)、冷媒供給手段、並びに電気負荷およびこれに付随する電気配線を含んでいる。
Similarly to the first embodiment, the aging
図12は本実施形態のエージング装置2’の水素ガス供給手段10’の構成を模式的に示している。この水素ガス供給手段10’の構成は、各スタック設置台4上に、スタック100が直線状に配列される点を除いて、第1実施形態のものと同じである。すなわち、水素ガス供給手段10’は、加圧された水素ガスを貯蔵してセンターモジュール5’に設けられた水素ガスタンク11と、この水素ガスタンク11に電動弁12を介して分配導出された複数(スタック設置台4と同数)の分配供給管13と、互いに隣合うスタック設置台4,4上に設置されたスタック100,100のうちの一方のスタック100の水素ガス導入口100aと他方のスタック100の水素ガス導出口100bとを接続する接続管14とを備えている。なお、本実施形態では、スタック設置台4の配列のうちの、両端(図12の上下端)に在るスタック設置台4,4も互いに隣り合っているものとみなす。隣り合うスタック100,100同士を接続管14によって接続することで、水素ガスを各スタック100を順番に経由させて循環させる循環流路15が構成される。
FIG. 12 schematically shows the configuration of the hydrogen gas supply means 10 ′ of the aging
そして、接続管14のうちの1つの接続管、例えばスタック設置台4上のスタック100の配列のうちの両端のスタック100,100を接続する接続管14xに、分配供給管13のうちの1つの分配供給管13xがエゼクタ16を介して接続され、他の接続管14に、これに向かって延びる分配供給管13が接続治具17を介して接続されている。この接続構成によって、図中の矢印で示すように、各接続管14に水素ガスタンク11から分配供給管13を介して水素ガスが導入されると共に、それらの接続管14およびスタック100によって構成される循環流路15に水素ガスが流れるようになっている。このときの循環流路15における水素ガスの流れの向きが、エゼクタ16によって規制される(図では時計回り方向の向きに規制される)ようになっている。また、接続管14のうちの1つ、例えば前記接続管14xから、循環流路15内の過剰な水分を必要に応じて排出するための排水管18が開閉弁19を介して導出されている。
Then, one of the
なお、図11では、各スタック100の水素ガス導入口100aおよび水素ガス導出口100bは、図示の便宜上、前記図3に示したものと異なる位置に記載しているが、図3に示したものと同じであってもよいことはもちろんである。
In FIG. 11, the hydrogen gas inlet port 100a and the hydrogen
図13は本実施形態のエージング装置2’の空気供給手段20’の構成を模式的に示している。この空気供給手段20’の構成は、各スタック設置台4上に、スタック100が直線状に配列される点を除いて、第1実施形態のものと同じである。すなわち、空気供給手段20’は、大気(空気)を吸入して加圧・送出するコンプレッサ21と、このコンプレッサ21から送出される空気に加湿する(水分を含ませる)加湿器22(図4に示した構造のもの)とをセンターモジュール5’に備えている。そして、加湿器22から分配導出された複数(スタック設置台4と同数)の分配供給管23がそれぞれ各スタック設置台4に設置されるスタック100の空気導入口100cにそれぞれ接続されるようになっている。図中の矢印はこの空気供給手段20’における空気の流れを示している。
FIG. 13 schematically shows the configuration of the air supply means 20 ′ of the aging
図14は本実施形態のエージング装置2’の冷媒供給手段30’の構成を模式的に示している。この冷媒供給手段30’の構成は、各スタック設置台4上に、スタック100が直線状に配列される点を除いて、第1実施形態のものと同じである。すなわち、冷媒供給手段30’は、冷媒を貯蔵した冷媒タンク31と、この冷媒タンク31から冷媒を吸引して送出するポンプ32(循環ポンプ)とをセンターモジュール5’に備えると共に、互いに隣り合うスタック設置台4,4上に載置されたスタック100,100のうちに一方のスタック100の冷媒導入口100eと他方のスタック100の冷媒導出口100fとを接続する接続管33を備えている。そして、それらの接続管33のうちの1つ、例えばスタック設置台4上のスタック100の配列のうちの両端のスタック100,100を接続する接続管33xの中間部がセンターモジュール5’に引き込まれて、該中間部に冷媒タンク31およびポンプ32が介装されている。これにより、冷媒を、冷媒タンク31からポンプ32、並びに各スタック100を順番に経由させて循環させる循環流路34が構成される。図中の矢印はこの循環流路34における冷媒の流れの向きを示している。さらに、各接続管33(接続管33xにあっては、ポンプ32に下流側の箇所)には、冷媒を冷却する(放熱する)冷却器35と、冷媒の過剰な温度低下を防止するために該冷媒を適宜加熱する加熱器36とが介装されている。
FIG. 14 schematically shows the configuration of the refrigerant supply means 30 ′ of the aging
図15は本実施形態のエージング装置2’の電気配線構造を模式的に示している。この電気配線構造は、各スタック設置台4上に、スタック100が直線状に配列される点を除いて、第1実施形態のものと同じである。すなわち、可変抵抗から構成された電気負荷40と、電気負荷40の抵抗値の制御など、エージング装置2の運転制御を行うコントローラ41とがセンターモジュール5’に備えられている。また、互いに隣り合うスタック設置台4,4の間には(但し、一組のスタック設置台4x,4y(本実施形態ではスタック設置台4の配列の上限端のスタック設置台)の間の箇所を除く)、それらのスタック設置台4,4に設置される互いに隣り合うスタック100,100のうちの一方のスタック100の正極端子100pと他方のスタック100の負極端子100mとを接続する接続線42が備えられている。この接続線42によって各スタック設置台4上のスタック100を相互に接続することで、それらのスタック100が直列に接続される。
FIG. 15 schematically shows the electrical wiring structure of the aging
また、前記一組のスタック設置台4x,4yのうちのスタック設置台4x(図では上端のスタック設置台)に設置されるスタック100の正極端子100pと、スタック設置台4y(図では下端のスタック設置台)に設置されるスタック100の負極端子100mとがそれぞれ接続線43p,43mを介して電気負荷40に接続されるようになっている。
Also, the positive terminal 100p of the
次に、本実施形態のエージング措置2’の作動を説明する。搬送路1でその上流側から搬送されてくるスタック100は、スタック設置台4と同数のスタック100(エージングを未だ行っていないスタック100)がそれぞれ各スタック設置台4に対向する位置に到達すると、図示しない移載装置によって各スタック設置台4に移載される。
Next, the operation of the aging measure 2 'of this embodiment will be described. When the
次いで、これらのスタック設置台4上のスタック100に対して、作業者によって、前記水素ガス供給手段10’、空気供給手段30’、および冷媒供給手段40’の前記した配管接続(図12、図13および図14を参照)が行われると共に、前記図15に示した如く電気配線の接続が行われる。
Next, the pipe connection of the hydrogen gas supply means 10 ′, the air supply means 30 ′, and the refrigerant supply means 40 ′ to the
以降は、スタック設置台4上のスタック100に対して、前記第1実施形態と全く同様に一括してエージングが行われる。
Thereafter, aging is performed on the
そして、各スタック100のエージングが完了した後、作業者によって、各スタック100から接続管14などの配管と接続線42などの配線が取り外される。そして、図示しない移載装置によって、各スタック設置台4から搬送路1に各スタック100が図示しない移載装置によって移載され、該搬送路1上を下流側に搬送される。
Then, after the aging of each
本実施形態のエージング装置2’では、第1実施形態と同様に、各スタック設置台4に設置された全てのスタック100のエージングが同時に一括して行われるので、スタック100の製造工場におけるスタック100のエージングを、個々のスタック100毎に個別に行うことなく、効率よく行うことができる。
In the aging
また、水素供給手段10’にあっては、水素ガスをスタック設置台4上の各スタック100を経由させて循環させるため、第1実施形態と同様に、水素ガスの利用効率が高まり、スタック設置台4の個数分のスタック100のエージングの際に使用する水素ガスの量を節減できる共に、水素ガスに水分を含ませる加湿器を省略できる。その結果、水素ガス供給手段10’の構成を小型で簡略なものとすることができる。
Further, in the hydrogen supply means 10 ', since the hydrogen gas is circulated through each
また、空気供給手段20’にあっては、各スタック100に分配供給される空気は、全てのスタック100について共通の単一の加湿器22で加湿するので、第1実施形態と同様に、空気供給手段20’の構成を簡略なものとすることができる。
Further, in the air supply means 20 ′, the air distributed and supplied to each
さらに、冷媒供給手段30’にあっては、冷媒を、スタック設置台4上の全てのスタック100を順番に経由させて循環させるので、第1実施形態と同様に、その冷媒を各スタック100に供給するための配管構成を簡略なものとすることができる。
Further, in the refrigerant supply means 30 ′, since the refrigerant is circulated through all the
また、電気配線構造にあっては、スタック設置台4上の全てのスタック100を直列に接続して、その直列接続されたスタック群を電気負荷40に接続するので、第1実施形態と同様に、その配線構造を簡略なものとすることができると共に、各スタック100毎に、エージングに要する時間が大きくばらつくような事態を防止することができる。
Moreover, in the electrical wiring structure, all the
また、スタック設置台4を直線上に一列に配置することにより、前記第1実施形態の
ように搬送路1とスタック設置台4との間に運搬路3を介在させたりする必要がない。そのため、搬送手段や移載装置を含めたエージング装置2’の構成を小型なものとして、エージングのための構成のスペースを節減できる。
Further, by arranging the
次に、本発明の第5実施形態を図16を参照して説明する。この第5実施形態は、空気供給手段(カソードガス供給手段)の構成のみが前記第4実施形態と相違し、空気供給手段の一部の構成を、前記第2実施形態と同様の構成としたものである。従って、本実施形態の説明では、空気供給手段以外の構成については説明を省略する。また、本実施形態における空気供給手段のうち、第4実施形態もしくは第2実施形態の空気供給手段20’または50と同一の構成部分もしくは同一の機能部分については第4実施形態もしくは第2実施形態と同一の参照符号を用い、詳細な説明を省略する。 Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This fifth embodiment is different from the fourth embodiment only in the configuration of the air supply means (cathode gas supply means), and the configuration of a part of the air supply means is the same as that of the second embodiment. Is. Therefore, in the description of the present embodiment, the description of the configuration other than the air supply unit is omitted. Of the air supply means in the present embodiment, the same components or the same functional parts as the air supply means 20 ′ or 50 of the fourth embodiment or the second embodiment are the same as those in the fourth embodiment or the second embodiment. The same reference numerals are used and detailed description is omitted.
図16は本実施形態における空気供給手段50’の構成を模式的に示している。同図に示すように、本実施形態の空気供給手段50’は、センターモジュール5’に備えられたコンプレッサ21から、各スタック設置台4(これらは直線状に配置されている)に設置される各スタック100に加圧された空気を分配供給する分配供給管51が各スタック設置台4に向かって導出され、この各分配供給管51が、それぞれに対応するスタック100の空気導入口100cに接続されるようになっている。この場合、各分配供給管51には、前記第2実施形態で説明した加湿器52(図9の加湿器52)が介装されている。また、各スタック100の空気導出口100dを、このスタック100に接続された分配供給管51の加湿器52に接続する接続管53が備えられている。図中の矢印は、各分配供給管51および各接続管53をそれぞれに対応するスタック設置台4上のスタック100に接続した状態での空気の流れを示している。
FIG. 16 schematically shows the configuration of the air supply means 50 ′ in this embodiment. As shown in the figure, the air supply means 50 'of the present embodiment is installed on each stack installation base 4 (these are arranged in a straight line) from the
以上説明した以外の構成は、第4実施形態と同一である。 The configuration other than that described above is the same as that of the fourth embodiment.
かかる本実施形態では、空気供給手段50’の作動のみが前記第4実施形態と相違する。そして、空気供給手段50’は、第2実施形態と同様の構成を採用しているので、第2実施形態と同様の作用効果を奏する。すなわち、各スタック100から排出される空気(これは該スタック100の発電運転によって生成される水分を含んでいる)によって、該スタック100に対応する加湿器52の内部の中空水透過膜部材52aが湿らされるので、各スタック100に分配供給管51を介して供給される空気が該スタック100に対応する加湿器52内(より詳しくは該加湿器52の中空水透過膜部材52a内)を通過する過程で加湿される。従って、加湿器用の水を貯蔵したタンクが不要となり、空気供給手段50’を小型に構成できる。なお、この空気供給手段50’以外は、第4実施形態と同じ作用効果を奏する。
In the present embodiment, only the operation of the air supply means 50 'is different from the fourth embodiment. And since air supply means 50 'employ | adopts the structure similar to 2nd Embodiment, there exists an effect similar to 2nd Embodiment. That is, the air discharged from each stack 100 (which contains moisture generated by the power generation operation of the stack 100) causes the hollow water permeable membrane member 52a inside the
次に、本発明の第6実施形態を図17を参照して説明する。この第6実施形態は、冷媒供給手段の構成のみが第4実施形態と相違し、冷媒供給手段の一部の構成を、前記第3実施形態と同様の構成としたものである。従って、本実施形態の説明では、空気供給手段以外の構成については説明を省略する。また、本実施形態における空気供給手段のうち、第4実施形態もしくは第3実施形態の冷媒供給手段30’または60と同一の構成部分もしくは同一の機能部分については第4実施形態もしくは第3実施形態と同一の参照符号を用い、詳細な説明を省略する。 Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This sixth embodiment is different from the fourth embodiment only in the configuration of the refrigerant supply means, and the configuration of a part of the refrigerant supply means is the same as that of the third embodiment. Therefore, in the description of the present embodiment, the description of the configuration other than the air supply unit is omitted. Further, among the air supply means in the present embodiment, the same components or the same functional parts as those of the refrigerant supply means 30 ′ or 60 of the fourth embodiment or the third embodiment are described in the fourth embodiment or the third embodiment. The same reference numerals are used and detailed description is omitted.
図17は本実施形態における冷媒供給手段60’の構成を模式的に示している。同図に示すように、本実施形態の冷媒供給手段60’は、第3実施形態と同様に、センターモジュール5’に冷媒を貯蔵した冷媒タンク31と、この冷媒タンク31から冷媒を吸引して送出するポンプ32とが設けられると共に、各スタック設置台4上のスタック100から冷媒タンク31に戻す冷媒を冷却する冷却器61が設けられている。そして、冷媒タンク31内には、冷媒を適宜加熱すべく、コントローラ41によってON/OFF制御される加熱器62を内臓している。
FIG. 17 schematically shows the configuration of the refrigerant supply means 60 'in the present embodiment. As shown in the figure, similarly to the third embodiment, the refrigerant supply means 60 ′ of the present embodiment sucks the refrigerant from the
また、ポンプ32から各スタック設置台4に向かって分配導出されて該スタック設置台4上のスタック100の冷媒導入口100eに接続される複数(スタック設置台4と同数)の分配供給管63と、各スタック設置台4上のスタック100から排出される冷媒を冷却器61に導入すべく該スタック100の冷媒導出口100fと冷却器61を接続する複数(スタック設置台4と同数)の冷媒戻し管64とが備えられている。なお、図中の矢印は、各分配供給管63および冷媒戻し管64を各スタック100に接続して、冷媒供給手段60を作動させたときの冷媒の流れを示している。
Also, a plurality (the same number as the stack installation base 4) of
以上説明した以外の構成は、前記第4実施形態と同一である。 Configurations other than those described above are the same as those in the fourth embodiment.
かかる本実施形態では、冷媒供給手段60’の作動のみが前記第4実施形態と相違する。そして、冷媒供給手段60’は、第3実施形態と同様の構成を採用しているので、その作動は第3実施形態の冷媒供給手段60と同じである。従って、冷媒冷却手段60’は、各スタック100に供給される冷媒の温度を、全てのスタック100について共通の冷却器61および加熱器62で集中的に制御できるため、該冷媒の温度制御が容易になる。なお、この冷媒供給手段60’以外は、第1実施形態と同じ作用効果を奏する。
In this embodiment, only the operation of the refrigerant supply means 60 'is different from the fourth embodiment. And since the refrigerant | coolant supply means 60 'employ | adopts the structure similar to 3rd Embodiment, the operation | movement is the same as the refrigerant | coolant supply means 60 of 3rd Embodiment. Therefore, the refrigerant cooling means 60 ′ can control the temperature of the refrigerant supplied to each
補足すると、第1実施形態の空気供給手段20(図4参照)、第2実施形態の空気供給手段50(図8参照)、第3実施形態の冷媒供給手段60(図10参照)、第4実施形態の空気供給手段20’(図13参照)、第5実施形態の空気供給手段50’(図16参照)、第6実施形態の冷媒供給手段60’(図17参照)のように、流体(空気または冷媒)を流体供給源(コンプレッサ21または冷媒タンク31)から各スタック100に分配供給するようにした場合(流体が各スタック100を順番に経由して循環するようになっていない場合)には、各スタック100に供給する流体の流量と流速とを全てのスタック100に対して揃えるために(各スタック100への流体の分配を均一化するために)、各スタック100に接続する配管の長さおよび/または径を調整して、それらの配管の圧力損失がいずれのスタック100に対してもほぼ同じになるように揃えておくことが望ましい。
Supplementally, the air supply means 20 of the first embodiment (see FIG. 4), the air supply means 50 of the second embodiment (see FIG. 8), the refrigerant supply means 60 of the third embodiment (see FIG. 10), the fourth. The air supply means 20 ′ (see FIG. 13) of the embodiment, the air supply means 50 ′ (see FIG. 16) of the fifth embodiment, and the refrigerant supply means 60 ′ (see FIG. 17) of the sixth embodiment When (air or refrigerant) is distributed and supplied from the fluid supply source (
この場合、図4、図8、図10のもののように、センターモジュール5に備えた流体(空気または冷媒)供給源から各スタック100への配管の長さをほぼ同じ長さにできる場合には、それらの配管の径を互いに同じにすることで、それらの配管の圧力損失をいずれのスタック100に対してもほぼ均等に揃えることができる。
In this case, as shown in FIG. 4, FIG. 8, and FIG. 10, when the length of the pipe from the fluid (air or refrigerant) supply source provided in the
また、図13、図16、図17のもののように、センターモジュール5’に備えた流体(空気または冷媒)供給源から各スタック100への配管の長さが異なるものとならざるを得ない場合には、流体供給源からスタック100までの距離が遠くなるほど(流体供給源からスタック100への配管の長さが長くなるほど)、その配管の径を大きくするようにすればよい。逆に言えば、流体供給源からスタック100までの距離が近くなるほど(流体供給源からスタック100への配管の長さが短くなるほど)、その配管の径を小さくするようにすればよい。このようにすることで、各スタック100に対する配管の圧力損失をいずれのスタック100に対してもほぼ均等に揃えることができる。
Further, as in the case of FIGS. 13, 16, and 17, the lengths of the pipes from the fluid (air or refrigerant) supply source provided in the
なお、配管の径を小さくする場合は、その配管の一部分を細くするようにし、少なくとも各スタック100の導入口部分の配管の径は、いずれのスタック100についても同等になるように揃えておくことが望ましい。
When reducing the diameter of the pipe, a part of the pipe should be narrowed, and at least the diameter of the pipe at the inlet of each
このように、各スタック100に空気を分配供給する空気供給手段(カソードガス供給手段)や、冷媒を分配供給する冷媒供給手段の配管構成は、その配管の長さや径の調整によって、各スタック100に供給される(導入される)流体の流量および流速が、いずれのスタック100についてもほぼ同じになるようにしておくことが望ましい。このことは、水素ガス供給手段(アノードガス供給手段)を、各スタック100に水素ガスを分配供給するように構成した場合には、その水素ガス供給手段についても同様である。
As described above, the pipe configuration of the air supply means (cathode gas supply means) for distributing and supplying air to each
2,2’…エージング装置、4…スタック設置台(電池設置手段)、10,10’…水素ガス供給手段(アノードガス供給手段)、15…水素ガスの循環流路、20,20’,50,50’…空気供給手段、22,52…加湿器、24…加湿器のタンク,30,30’,60,60’…冷媒供給手段、40…電気負荷、52a…中空水透過膜部材、100…燃料電池スタック(燃料電池)、101…固体高分子電解質膜。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
複数の燃料電池を所定の配列で設置するように設けられた電池設置手段と、該電池設置手段に設置された複数の燃料電池に接続され、各燃料電池に反応ガスであるアノードガスとカソードガスとをそれぞれ供給するアノードガス供給手段およびカソードガス供給手段と、前記電池設置手段に設置された複数の燃料電池に接続され、各燃料電池にその発電時の冷却用の冷媒を供給する冷媒供給手段と、前記電池設置手段に設置された複数の燃料電池に電気的に接続され、各燃料電池の発電時の出力電流を通電させる電気負荷とを備え、前記電池設置手段に設置された複数の燃料電池のそれぞれに、前記アノードガス供給手段、カソードガス供給手段、冷媒供給手段によりそれぞれアノードガス、カソードガスおよび冷媒を供給することと、各燃料電池の出力電流を前記電気負荷に通電させることとを当該複数の燃料電池の全てに対して並行して行うようにしたことを特徴とする燃料電池のエージング装置。 In an aging device for aging a fuel cell provided with a solid polymer electrolyte membrane in which the conductivity of reactive gas ions is improved by water retention,
A battery installation means provided to install a plurality of fuel cells in a predetermined arrangement, and an anode gas and a cathode gas, which are reaction gases, are connected to the plurality of fuel cells installed in the battery installation means. The anode gas supply means and the cathode gas supply means, respectively, and the refrigerant supply means connected to the plurality of fuel cells installed in the battery installation means, and supplies each fuel cell with a cooling refrigerant during power generation A plurality of fuels installed in the battery installation means, and electrically connected to a plurality of fuel cells installed in the battery installation means and energizing an output current during power generation of each fuel cell. Supplying anode gas, cathode gas, and refrigerant to each battery by the anode gas supply means, cathode gas supply means, and refrigerant supply means, respectively; Cells in a fuel cell of the aging device is characterized in that to perform in parallel for all of the fuel cell and the plurality causing the output current is energizing the electric load.
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