JP2009123469A - Fuel cell power generation system - Google Patents
Fuel cell power generation system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009123469A JP2009123469A JP2007295260A JP2007295260A JP2009123469A JP 2009123469 A JP2009123469 A JP 2009123469A JP 2007295260 A JP2007295260 A JP 2007295260A JP 2007295260 A JP2007295260 A JP 2007295260A JP 2009123469 A JP2009123469 A JP 2009123469A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- hydrogen
- power generation
- positive electrode
- generation system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
【課題】 高い出力安定性を有する燃料電池発電システムを提供する。
【解決手段】 複数の電極・電解質一体化物からなる単位セルの少なくとも一部が電気的に直列または並列に接続されてなる燃料電池を有し、外部負荷に電力を供給するための燃料電池発電システムであって、燃料電池は、空気中の酸素を正極拡散層に導入するための、開閉可能な扉を備えた正極開口部と、燃料電池内の水素流路と燃料電池外部とを繋ぐ通気経路を有しており、かつ通気経路には、燃料電池内の水素流路から燃料電池外部へ排気する方向のみに流路を開放する逆流防止手段、および燃料電池外部から燃料電池内の水素流路に外気が流入する方向のみに流路を開放する逆流防止手段の少なくとも一方が設置されている燃料電池発電システムである。
【選択図】 図6PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell power generation system having high output stability.
A fuel cell power generation system for supplying power to an external load having a fuel cell in which at least a part of unit cells composed of a plurality of electrode / electrolyte integrated bodies is electrically connected in series or in parallel. The fuel cell has a positive electrode opening with an openable / closable door for introducing oxygen in the air into the positive electrode diffusion layer, and a ventilation path connecting the hydrogen flow path in the fuel cell and the outside of the fuel cell. And a backflow preventing means for opening the flow path only in the direction of exhausting from the hydrogen flow path in the fuel cell to the outside of the fuel cell, and the hydrogen flow path in the fuel cell from the outside of the fuel cell. This is a fuel cell power generation system in which at least one of the backflow prevention means that opens the flow path only in the direction in which the outside air flows is installed.
[Selection] Figure 6
Description
本発明は、水素を燃料とする燃料電池発電システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell power generation system using hydrogen as a fuel.
近年、特に携帯機器における高機能化に伴って、かかる携帯機器の電源に使用される電池にも、ますます小型化、高容量化が要請されている。このような要請から、電池のエネルギー密度を向上させる必要があり、また、エネルギーおよびCO2削減の問題も相俟って、従来から利用されているリチウムイオン二次電池の代替として燃料電池が着目されている。 In recent years, especially with the increase in functionality of portable devices, there is a demand for further reduction in size and capacity of batteries used for the power supply of such portable devices. In view of these demands, it is necessary to improve the energy density of the battery, and in addition to the problem of energy and CO 2 reduction, the fuel cell is focused on as an alternative to the conventionally used lithium ion secondary battery. Has been.
燃料電池は、燃料および酸素の供給を行えば連続的に使用することが可能である。例えば、高分子電解質膜型燃料電池(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuell Cell)は、空気中の酸素を還元する正極(カソード)と、水素を酸化する負極(アノード)と、これら正極と負極との間に配置される固体電解質膜とで構成された電極・電解質一体化物(MEA:Membrane electrode assembly)である単位セルを有している。 The fuel cell can be used continuously if fuel and oxygen are supplied. For example, a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) is a positive electrode (cathode) that reduces oxygen in the air, a negative electrode (anode) that oxidizes hydrogen, and between these positive and negative electrodes. A unit cell that is an electrode / electrolyte integrated body (MEA) composed of a solid electrolyte membrane disposed on the substrate.
ところで、燃料電池の実用化への課題として、燃料電池運転時における燃料電池内の異常な圧力変動の抑制が挙げられる。燃料電池は前記の通り、空気(酸素)や水素といったガスを内部に取り込んで発電するが、これらのガスが過剰に取り込まれた際には燃料電池内部の圧力が上昇し、他方、燃料電池運転時にガスの供給速度よりも発電によるガスの消費速度が速くなるなどした場合には、燃料電池内部の圧力が低下する。このような燃料電池運転時の異常な圧力変動によって燃料電池が破損する虞がある。 By the way, as a problem for the practical application of the fuel cell, there is suppression of abnormal pressure fluctuation in the fuel cell during the fuel cell operation. As described above, the fuel cell takes in gas such as air (oxygen) and hydrogen to generate power, but when these gases are taken in excessively, the pressure inside the fuel cell rises, while the fuel cell is operated. Sometimes, when the gas consumption rate by power generation becomes faster than the gas supply rate, the pressure inside the fuel cell decreases. There is a risk that the fuel cell may be damaged by such abnormal pressure fluctuations during operation of the fuel cell.
前記のような燃料電池内の異常な圧力変動を抑制する手段として、燃料電池の内部と外部とを繋ぐ通気経路を設けることも考えられるが、この場合には、例えば通気経路から燃料電池内部の負極側に空気が侵入すると電圧が低下するなど、出力の安定性が損なわれる虞もある。 As a means for suppressing the abnormal pressure fluctuation in the fuel cell as described above, it is conceivable to provide a ventilation path that connects the inside and the outside of the fuel cell. When air enters the negative electrode side, there is a risk that the output stability may be impaired, for example, the voltage drops.
例えば、特許文献1には、正極への酸素の供給圧力と負極への水素の供給圧力とを測定し、一方の供給圧力が高い場合に、供給圧力の高い方の気体を燃料電池内に導入せずにバイパスを通して排気することで、正極と負極との内圧差が大きくなることによる燃料電池の破損を防止する方法が提案されている。更に、特許文献1の燃料電池では、正極および負極の排気経路に逆流防止弁を設置し、正極への酸素の供給圧力よりも正極からの排気圧力が大きい場合、および負極への水素の供給圧力よりも負極からの排気圧力が大きい場合に、正極内や負極内へ外気が逆流するのを防止して、正常な発電を保ち得るようにしている。
For example, in
また、燃料電池(PEMFC)の実用化への他の課題として、MEAの乾燥に伴う出力の低下抑制が挙げられる。PEMFCにおいては、良好な出力を維持するにあたり、MEA(固体電解質膜)がある程度湿潤していることが好ましい。 Further, as another problem for the practical application of the fuel cell (PEMFC), there is a reduction in output reduction accompanying drying of the MEA. In PEMFC, it is preferable that the MEA (solid electrolyte membrane) is moistened to some extent in order to maintain a good output.
PEMFCの負極および正極では、以下の反応が生じる。
負極 : H2 → 2H+ + 2e−
正極 : 1/2O2 + 2H+ + 2e− → H2O
The following reactions occur in the negative and positive electrodes of PEMFC.
Negative electrode: H 2 → 2H + + 2e −
The positive electrode: 1 / 2O 2 + 2H + + 2e - → H 2 O
前記の反応式中の水素と酸素が水になる場合の生成熱(ΔH=−285.8kJ/mol)の温度Tで決まるエントロピーロス(TΔS=−48.7kJ/mol)は、反応に伴う発熱量Qであり、これはPEMFCの出力反応が発熱反応であることを意味している。つまり、PEMFCの出力反応が進むにつれて、水素イオンと幾つかの水分子が結びつき、その水分子と共に水素イオンが移動して正極側で水が生成する場合、MEAの固体電解質膜中の水分が蒸発しやすくなり、電池特性が低下することがある。そのため、PEMFCでは、供給する燃料に加湿水素を用いるのが一般的である。 The entropy loss (TΔS = −48.7 kJ / mol) determined by the temperature T of the heat of formation (ΔH = −285.8 kJ / mol) when hydrogen and oxygen in the above reaction formula become water is exothermic due to the reaction. The quantity Q means that the output reaction of PEMFC is an exothermic reaction. In other words, as the output reaction of PEMFC progresses, hydrogen ions and some water molecules are combined, and when hydrogen ions move with the water molecules and water is generated on the positive electrode side, the water in the MEA solid electrolyte membrane evaporates. Battery characteristics may be deteriorated. Therefore, in PEMFC, it is common to use humidified hydrogen as the fuel to be supplied.
しかしながら、PEMFCの動作環境によっては、反応で生成した水分や、供給された水素中の水分が蒸発し、MEAが乾燥して電池性能が低下することがあるため、出力の安定性が損なわれる虞がある。これは、燃料電池内に空気を送るためのポンプのような補機を持たない自然吸気型(パッシブ型)の燃料電池発電システムにおいて、特に問題となりやすい。 However, depending on the operating environment of the PEMFC, the water generated by the reaction or the water in the supplied hydrogen may evaporate, and the MEA may dry and the battery performance may deteriorate, which may impair the output stability. There is. This is particularly problematic in a naturally aspirated fuel cell power generation system that does not have an auxiliary device such as a pump for sending air into the fuel cell.
このようなことから、自然吸気型の燃料電池におけるMEAの湿潤状態を適切に保つ技術も提案されている。例えば、特許文献2には、自然吸気型の燃料電池において、正極の空気取り入れ口に開閉可能な扉を配置することで、外気が乾燥状態の場合においても固体電解質膜の湿潤状態を適切な状態に維持し得る技術が開示されている。
For this reason, a technique for appropriately maintaining the wet state of the MEA in a naturally aspirated fuel cell has also been proposed. For example, in
しかし、特許文献1に記載されている技術では、MEAの湿潤状態を適切な状態に維持し得ないため、MEAの乾燥による出力低下を回避し難い。
However, in the technique described in
一方、特許文献2に開示されているような開閉可能な扉を燃料電池の空気取り入れ口に配置し、外部環境や燃料電池内部の状況に応じて空気取り入れ口の開度を適切に調整して固体電解質膜の湿潤状態を適切な状態に維持することで、MEAでのプロトン伝導性を良好に保ち、燃料電池の次回起動時および運転中における内部抵抗の増大を抑制して、出力の安定性を高め得る可能性がある。
On the other hand, a door that can be opened and closed as disclosed in
しかしながら、前記の技術では、扉の開閉によって固体電解質膜の湿潤状態を維持したとしても、燃料供給の圧力変動などで燃料電池の負極側に不要な外気が流入して、水素の空気(酸素)が混合することによる出力安定性の低下は抑制することができない。 However, in the above technique, even if the solid electrolyte membrane is kept wet by opening and closing the door, unnecessary outside air flows into the negative electrode side of the fuel cell due to fluctuations in the pressure of the fuel supply, etc., and hydrogen air (oxygen) The deterioration of output stability due to mixing cannot be suppressed.
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い出力安定性を有する燃料電池発電システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a fuel cell power generation system having high output stability.
前記目的を達成し得た本発明の燃料電池発電システムは、正極拡散層および正極触媒層を有し酸素を還元する正極と、負極拡散層および負極触媒層を有し燃料を酸化する負極と、前記正極と前記負極との間に配置される固体電解質膜とを有する複数の単位セル、および前記複数の単位セルのそれぞれに水素を供給するための水素流路を備え、かつ前記複数の単位セルの少なくとも一部が電気的に直列または並列に接続されてなる燃料電池を有し、外部負荷に電力を供給するための燃料電池発電システムであって、前記燃料電池は、開閉可能な扉を備えた、空気中の酸素を前記正極拡散層に導入するための正極開口部、および前記燃料電池内の水素流路と燃料電池外部とを繋ぐ通気経路を有しており、前記通気経路には、前記燃料電池内の水素流路から前記燃料電池外部へ排気する方向のみに流路を開放する逆流防止手段、および前記燃料電池外部から前記燃料電池内の水素流路に外気が流入する方向のみに流路を開放する逆流防止手段の、少なくとも一方が設置されていることを特徴とするものである。 The fuel cell power generation system of the present invention that has achieved the above object includes a positive electrode having a positive electrode diffusion layer and a positive electrode catalyst layer for reducing oxygen, a negative electrode having a negative electrode diffusion layer and a negative electrode catalyst layer and oxidizing fuel, A plurality of unit cells each having a solid electrolyte membrane disposed between the positive electrode and the negative electrode, and a hydrogen flow path for supplying hydrogen to each of the plurality of unit cells, and the plurality of unit cells. A fuel cell power generation system for supplying power to an external load having a fuel cell in which at least a part of the fuel cell is electrically connected in series or in parallel, wherein the fuel cell includes an openable / closable door In addition, it has a positive electrode opening for introducing oxygen in the air into the positive electrode diffusion layer, and a ventilation path that connects the hydrogen flow path in the fuel cell and the outside of the fuel cell, Hydrogen in the fuel cell Backflow prevention means for opening the flow path only in the direction of exhausting the fuel cell from the road to the outside of the fuel cell, and backflow prevention for opening the flow path only in the direction of outside air flowing from the outside of the fuel cell to the hydrogen flow path in the fuel cell At least one of the means is installed.
本発明の燃料電池発電システムは、空気中の酸素を正極拡散層に正極開口部に開閉可能な扉を有しており、前記扉によって正極開口部の開口度を調節できる。そのため、例えば、乾燥している外気条件下で運転を行う場合には、乾燥した空気が燃料電池内部に侵入することで固体電解質膜が乾燥して出力が低下しやすいが、前記扉によって正極開口部の開口度を比較的小さくすることで固体電解質膜の乾燥を抑制でき、これによる出力の低下を抑えることができる。また、例えば、高出力で燃料電池を運転する場合では、長時間運転を行うことで単位セル本体の発熱により固体電解質膜が乾燥して出力が低下しやすいが、前記扉によって正極開口部の開口度を大きくすることで固体電解質膜の乾燥を抑制でき、これによる出力の低下を抑えることができる。このように、本発明の燃料電池発電システムでは、前記扉によって状況に応じて正極開口部の開口度を調節できるため、固体電解質膜の乾燥を抑制して、出力の安定化を図ることができる。 The fuel cell power generation system of the present invention has a door capable of opening and closing the air in the positive electrode diffusion layer with oxygen in the air at the positive electrode opening, and the degree of opening of the positive electrode opening can be adjusted by the door. Therefore, for example, when operating under dry outdoor air conditions, the solid electrolyte membrane tends to dry out due to the ingress of dry air into the fuel cell, and the output tends to decrease. By making the opening degree of the portion relatively small, drying of the solid electrolyte membrane can be suppressed, and a decrease in output due to this can be suppressed. Also, for example, when operating a fuel cell at high output, the solid electrolyte membrane is dried by the heat generated in the unit cell body due to long-term operation, and the output tends to decrease. By increasing the degree, drying of the solid electrolyte membrane can be suppressed, and a decrease in output due to this can be suppressed. Thus, in the fuel cell power generation system of the present invention, the degree of opening of the positive electrode opening can be adjusted according to the situation by the door, so that drying of the solid electrolyte membrane can be suppressed and output can be stabilized. .
また、本発明の燃料電池発電システムは、燃料電池に、逆流防止手段を備えた通気経路を有しており、燃料電池運転時における燃料電池内の異常な圧力変動を抑制することが可能である。すなわち、逆流防止手段が燃料電池内の水素流路から燃料電池外部へ排気する方向のみに流路を開放するものの場合には、燃料電池内の圧力が異常に上昇したときに燃料電池内のガスを排気できる。また、逆流防止手段が燃料電池外部から燃料電池内の水素流路に外気が流入する方向のみに流路を開放するものの場合には、燃料電池内の圧力が低下した場合に外気を燃料電池内に取り込むことができる。よって、本発明の燃料電池発電システムでは、燃料電池内の圧力変動によって生じ得る出力低下を抑えて、出力の安定化を図ることもできる。 In addition, the fuel cell power generation system of the present invention has a ventilation path provided with backflow prevention means in the fuel cell, and can suppress abnormal pressure fluctuations in the fuel cell during fuel cell operation. . That is, when the backflow prevention means opens the flow path only in the direction of exhausting from the hydrogen flow path in the fuel cell to the outside of the fuel cell, the gas in the fuel cell when the pressure in the fuel cell rises abnormally Can be exhausted. Also, in the case where the backflow prevention means opens the flow path only in the direction in which the outside air flows from the outside of the fuel cell into the hydrogen flow path in the fuel cell, the outside air is removed from the fuel cell when the pressure in the fuel cell decreases. Can be imported. Therefore, in the fuel cell power generation system of the present invention, it is possible to suppress the output decrease that may be caused by the pressure fluctuation in the fuel cell and to stabilize the output.
しかも、本発明の燃料電池発電システムでは、前記の逆流防止手段を備えた通気経路といった極めて簡単な装置構成でかかる圧力変動による燃料電池の破損を防止して、安全性を確保することも可能であり、また、特に逆流防止手段が燃料電池内の水素流路から燃料電池外部へ排気する方向のみに流路を開放するものの場合、燃料電池内に不要な外気が流入して、負極において水素と空気(酸素)とが混合することによる単位セルの劣化や出力低下も防止できる。 Moreover, in the fuel cell power generation system of the present invention, it is possible to prevent the fuel cell from being damaged due to such pressure fluctuations and to ensure safety with an extremely simple device configuration such as a ventilation path provided with the backflow prevention means. In particular, when the backflow prevention means opens the flow channel only in the direction of exhausting from the hydrogen flow channel in the fuel cell to the outside of the fuel cell, unnecessary outside air flows into the fuel cell and It is possible to prevent deterioration of the unit cell and a decrease in output due to mixing with air (oxygen).
本発明によれば、出力安定性が良好な燃料電池発電システムを提供できる。また、本発明の燃料電池発電システムは、燃料電池内の異常な圧力変動による破損を防止できる。 According to the present invention, a fuel cell power generation system with good output stability can be provided. The fuel cell power generation system of the present invention can prevent damage due to abnormal pressure fluctuations in the fuel cell.
図1に、本発明の燃料電池発電システムに係る燃料電池の一例を模式的に示す。燃料電池1は、電気的に直列に接続された複数(3つ)の単位セル100を内部に有している。そして、正極側には、空気(酸素)を取り入れて単位セル100の正極に導入するための正極開口部201と、該正極開口部201の開口度を調節するための開閉扉(開閉可能な扉)200が設けられている。なお、図1に示す開閉扉200はスライド式であり(正極開口部201の開口度を小さくする際には、図中矢印の方向にスライドさせる)、正極開口部201の開口端よりも燃料電池1の内部側に設置されている。
FIG. 1 schematically shows an example of a fuel cell according to the fuel cell power generation system of the present invention. The
本発明の燃料電池発電システムでは、正極開口部に設けられた開閉扉の開閉を制御することによって正極開口部の開口度を調節可能である。 In the fuel cell power generation system of the present invention, the opening degree of the positive electrode opening can be adjusted by controlling the opening and closing of the open / close door provided in the positive electrode opening.
開閉扉が図1に示すようなスライド式の場合に、これを動かすための駆動部の一例について、図2を参照しつつ説明する。図2のスライド式開閉扉は、開閉扉200、ピン202、ワイヤー203、モーター204およびレール205から構成されている。また、開閉扉200とピン202とは一体化してあり、ワイヤー203とピン202とは一方向側(図2では手前側)で接続されている。
An example of a drive unit for moving the opening / closing door as shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. 2 includes an opening / closing
例えば、モーター204を反時計回りに一定時間回転させてワイヤー203を巻き取ることで、ピン202を介してワイヤー203と接続している開閉扉200が、このワイヤー203の動きに連動して正極開口部が閉じる方向に作動する。また、反対にモーター204を時計回りに一定時間回転させることで、開閉扉200が正極開口部を開く方向に作動する。
For example, when the
図2に示す機構であれば、図中手前側および奥側の各ピン202がレール205にはめ込まれているために、開閉扉200を無理なくスライドさせることができる。よって、モーター204の駆動時間を調整して開閉扉200の開閉を制御することによって正極開口部201の開口度が調節可能となる。
With the mechanism shown in FIG. 2, since the front and
図3に、正極開口部を多数有する燃料電池の一例を模式的に示す。本発明の燃料電池発電システムに係る燃料電池では、図3に示すように、予め複数の開口部201aを形成したプレート状の開閉扉206を使用することもできる。すなわち、例えば、図3に示す燃料電池1では、プレート状の開閉扉206に、各々が正極開口部201と同じサイズの開口部201aを、正極開口部201の半数だけ形成している。そして、例えばプレート状の開閉扉206の開口部201aの全てが正極開口部201を開口するように開閉扉206を位置させることで、正極開口部201の開口度を50%とすることができ、また、例えば図3に示しているように、正極開口部201の全てが開口するように開閉扉206を位置させることで、正極開口部201の開口度を100%に調節できる。このように、図3に示す構成を採用する場合には、各正極開口部201に別個にスライド式の開閉扉を設置するよりも比較的簡単な機構とすることができる。
FIG. 3 schematically shows an example of a fuel cell having many positive electrode openings. In the fuel cell according to the fuel cell power generation system of the present invention, as shown in FIG. 3, a plate-shaped opening /
図4に、本発明の燃料電池発電システムに係る燃料電池の他の例を模式的に示す。図4に示す燃料電池1は、開き戸式の開閉扉200を有している。開閉扉200は、その面積が、正極開口部201を完全に塞ぐことができるように、各正極開口部201よりも僅かに大きく、また、燃料電池1の正極開口部201の片側長辺部に支点209を介して連結しており、更に、別の開閉扉200、200とは2つの連結器207、207で繋がっている。また、これらの開閉扉200のうちの1枚は、その短辺において、上下駆動する調節器208と支点209で連結している。
FIG. 4 schematically shows another example of the fuel cell according to the fuel cell power generation system of the present invention. A
開閉扉が図4に示すように開き戸式の場合に、これを動かすための駆動部の一例について、図5を参照しつつ説明する。図5では、開き戸式の開閉扉200の側面と、開閉扉200を駆動させるための駆動装置220の内部構造とを示している。図5の開き戸式開閉扉は、開閉扉200、連結器207、調節器208、支点209、駆動装置220から構成されている。また、駆動装置220は、ギア210、歯車211、ボールネジ212およびモーター204を有しており、調節器208の先端部が駆動装置220内に挿入されており、調節器208の前記先端部とギア210とが接続されている。なお、調節器208は燃料電池1の外装に設けられた貫通孔(図示しない)に挿入されて、駆動装置220のギア210と接続しているが、前記貫通孔の周囲には、燃料電池1内部の水素などが漏出しないようにシールが施されていることが好ましい。
An example of a drive unit for moving the opening / closing door in the case of a hinged door type as shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the side surface of the hinged
例えば、開閉扉200を開く方向に作動させる場合、モーター204を一定時間回転させ、ボールネジ212、歯車211およびギア210を介して調節器208を図中上方向に駆動させる。これにより、調節器208と支点209を介して連結している開閉扉200(図中最右の開閉扉)が正極開口部を開く方向に作動し、また、前記開閉扉200と連結器207を介して連結している他の開閉扉200、200も正極開口部を開く方向に作動する。反対に、調節器208が図中下方向に駆動するようにモーター204を一定時間回転させることで、各開閉扉200、200、200が正極開口部を閉じる方向に作動する。よって、モーター204の駆動時間を調整して開き戸式開閉扉200の開閉を制御でき、これにより正極開口部の開口度の調節が可能となる。
For example, when operating in the direction to open the opening /
開閉扉の構成材料としては、気密性と耐腐食性とを有するものであれば特に限定されないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)などの公知の耐熱性フッ素樹脂;ポリプロピレン(PP)、ポリアセタール樹脂などの公知の高分子;などが好適であり、また、ステンレス鋼(SUS)、Tiなどの耐腐食性の金属薄板も使用できる。開閉扉は、前記例示の構成材料の1種のみで構成されていてもよく、2種以上を併用して構成されていてもよい。 The material of the open / close door is not particularly limited as long as it has airtightness and corrosion resistance. For example, polytetrafluoroethylene (PTFE), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), tetrafluoro Known heat-resistant fluororesins such as ethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP) and tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA); Known polymers such as polypropylene (PP) and polyacetal resin; etc. In addition, a corrosion-resistant thin metal plate such as stainless steel (SUS) or Ti can also be used. The open / close door may be composed of only one of the constituent materials exemplified above, or may be composed of two or more in combination.
図6に、本発明の燃料電池発電システムの構成の一例を示す。図6に示す燃料電池発電システムは、電気的に直列に接続された複数の単位セル100を有し、かつ、各単位セル100の正極に空気を導入するための正極開口部の開口度を制御可能な開閉扉200を有する燃料電池1、燃料電池1に水素を供給する水素供給装置2、および水素供給装置2と燃料電池1との間の水素流路7に設けられた水素除去手段である水素除去装置3を備えている。また、図6に示す燃料電池発電システムに係る燃料電池1は、スイッチ11を介して外部負荷4(燃料電池発電システムが適用される電子機器など)に接続されている。
FIG. 6 shows an example of the configuration of the fuel cell power generation system of the present invention. The fuel cell power generation system shown in FIG. 6 has a plurality of
水素供給装置2で生成された水素は、水素流路7を通って燃料電池1を構成する単位セル100の負極に供給される。8は通気経路で、燃料電池1内の水素流路と燃料電池1外部とを繋いでいる。9aおよび9bは逆流防止手段であり、9aは、燃料電池1内の水素流路から燃料電池1外部へ排気する方向のみに流路を開放でき、9bは、燃料電池1外部から燃料電池1内の水素流路に外気が流入する方向のみに流路を開放できる。
Hydrogen generated by the
また、図6に示す燃料電池発電システムでは、水素供給装置2と水素除去装置3との間にストップバルブ5が設けられており、燃料電池発電システムを停止するときには、このストップバルブ5が閉じられて、以後水素が燃料電池1に供給されないようになる。ただし、ストップバルブ5は本発明の燃料電池発電システムにおいて必須のものではなく、適宜採用を省略することができる。
Further, in the fuel cell power generation system shown in FIG. 6, a
燃料電池1には、図6に示すように開閉扉200を制御するための検出手段6が設けることができる。そして、マイクロコンピューターなどの情報処理装置である制御手段10を設けておき、図6に矢印で示しているように検出手段6からの検出信号を制御手段10に送ることで、前記検出信号に基づいて制御手段10によって開閉扉200の動作を制御することができる。なお、同じく図6に矢印で示しているように、制御手段10によって、ストップバルブ5の制御や燃料電池1に接続された外部負荷4への電気出力の制御も併せて行うようにすることもできる。
As shown in FIG. 6, the
図6に示す燃料電池発電システムでは、燃料電池1の正極開口部に設けられた開閉扉200は、制御手段10からの制御信号(図6中の矢印)によってその動作を制御できるが、例えば制御手段10の制御信号によらず手動などの手法で開閉扉200を作動させることも可能であり、また、制御手段10を設けずに、検知手段6の検出結果などに基づくなどして、手動などの手法で開閉扉200を作動させるようにしてもよい。なお、制御手段10を省略した場合には、燃料電池発電システムを小型軽量化が容易になるという利点がある。
In the fuel cell power generation system shown in FIG. 6, the operation of the open /
前記のように、燃料電池1の発電時の温度などのパラメーターに基づいて開閉扉200を制御して正極開口部の開口度を調節することで、適切な固体電解質膜の湿潤状態を良好に保持することができ、出力の安定化を図ることができる。
As described above, the wet state of the appropriate solid electrolyte membrane is favorably maintained by controlling the opening /
また、運転時の燃料電池1において、水素流路7や通気経路8内が異常に高圧になった場合には、逆流防止手段9aが作動して燃料電池1外へ水素を排出し、水素流路7や通気経路8内が異常に減圧した場合には、逆流防止手段9bにより燃料電池1内に外気を逸早く取入れることができ、これらの作用によって燃料電池1内の異常な圧力変動や通気経路8内への不要な外気の流入による燃料電池1の負極側への空気流入を抑えて、出力の安定化を図ることができ、更には、燃料電池1の破損や燃料電池1からの水素の漏出を抑制することもできる。
Further, in the
本発明の燃料電池発電システムでは、回避すべき圧力変動(異常な圧力上昇または異常な減圧)に応じて、燃料電池内の水素流路から燃料電池外部へ排気する方向のみに流路を開放する逆流防止手段と、燃料電池外部から燃料電池内の水素流路に外気が流入する方向のみに流路を開放する逆流防止手段との、いずれか一方を設置していればよいが、両者を設置していることが好ましく、その場合には、燃料電池内の異常な圧力変動による問題を、より確実に回避できる。 In the fuel cell power generation system of the present invention, the flow path is opened only in the direction of exhausting from the hydrogen flow path in the fuel cell to the outside of the fuel cell in accordance with the pressure fluctuation to be avoided (abnormal pressure increase or abnormal pressure reduction). Either one of the backflow prevention means and the backflow prevention means that opens the flow path only in the direction in which the outside air flows into the hydrogen flow path in the fuel cell from the outside of the fuel cell may be installed. In such a case, problems due to abnormal pressure fluctuations in the fuel cell can be avoided more reliably.
本発明の燃料電池発電システムに用い得る逆流防止手段としては、気密性を有するものであって一方向の通気孔機能を有するものであれば特に限定されないが、平行移動する弁体を有するリフト型逆止弁、蝶番運動をする弁体を有するスイング型逆止弁、球状の弁体を有するボール弁などの方向逆止弁;減圧弁、安全弁、逃がし弁(チェックバルブ)などの、一定の圧力変動以上で自然に弁によるガスが排出される構造を有する圧力制御弁;などが好適に用いられる。また、前記例示の弁を電気的に駆動可能な電磁弁とすることで、燃料電池からのガスの排気や燃料電池内への外気の取り込みを電気的に制御することもできる。 The backflow prevention means that can be used in the fuel cell power generation system of the present invention is not particularly limited as long as it has airtightness and has a one-way vent hole function, but it is a lift type having a valve body that moves in parallel. Directional check valves such as check valves, swing-type check valves with hinged valve bodies, ball valves with spherical valve bodies; constant pressures such as pressure reducing valves, safety valves, and relief valves (check valves) A pressure control valve having a structure in which gas from the valve is naturally discharged at a fluctuation or more is preferably used. Further, by making the above illustrated valve an electromagnetic valve that can be electrically driven, the exhaust of gas from the fuel cell and the intake of outside air into the fuel cell can be electrically controlled.
逆流防止手段における開放開始作動圧力の好適値は、燃料電池発電システムの大きさなどによって変動し得るが、例えば、ゲージ圧で0.5MPa以下であることが好ましい。また、燃料電池発電システムが、燃料電池内の水素流路から燃料電池外部へ排気する方向のみに流路を開放する逆流防止手段(図6中9a)と、燃料電池外部から燃料電池内の水素流路に外気が流入する方向のみに流路を開放する逆流防止手段(図6中9b)の両者を備えている場合における両逆流防止手段の差圧値(逆流防止手段9aの開放開始作動圧力と逆流防止手段9bの開放開始作動圧力との差)の好適値も、燃料電池発電システムの大きさによって変動し得るが、0〜0.1MPaであることが好ましい。なお、逆流防止手段9aと開放開始作動圧力と逆流防止手段9bの開放開始作動圧力とに差を付ける場合には、燃料電池の運転中に燃料電池内に外気が取り込まれることによる出力低下を防止するため、逆流防止手段9bの開放開始作動圧力を、逆流防止手段9aの開放開始作動圧力よりも高くすることが好ましい。
A suitable value of the opening start operating pressure in the backflow preventing means may vary depending on the size of the fuel cell power generation system, but is preferably, for example, 0.5 MPa or less in gauge pressure. The fuel cell power generation system also has a backflow prevention means (9a in FIG. 6) that opens the flow path only in the direction of exhausting from the hydrogen flow path in the fuel cell to the outside of the fuel cell, and hydrogen in the fuel cell from the outside of the fuel cell. Differential pressure value of the backflow prevention means (opening start operating pressure of the backflow prevention means 9a) when both of the backflow prevention means (9b in FIG. 6) that open the flow path only in the direction in which the outside air flows into the flow path are provided. And a suitable value of the opening start operating pressure of the backflow prevention means 9b) may vary depending on the size of the fuel cell power generation system, but is preferably 0 to 0.1 MPa. In addition, when making a difference between the
逆流防止手段の構成材料としては、気密性と耐腐食性とを有するものであれば特に限定されないが、例えば、PTFE、ETFE、FEP、PFAなどの公知の耐熱性フッ素樹脂;PP、ポリアセタール樹脂などの公知の高分子;などが好適である。 The constituent material of the backflow preventing means is not particularly limited as long as it has airtightness and corrosion resistance. For example, known heat resistant fluororesins such as PTFE, ETFE, FEP, PFA; PP, polyacetal resin, etc. And known polymers are suitable.
また、本発明の燃料電池発電システムでは、図6に示すように、水素除去装置3を、燃料電池1と水素供給装置2との間に設置することが好ましい。水素除去装置3は、外部負荷4がオフになった際、すなわち、燃料電池1の運転が停止した際に作動させる。これによって、水素供給装置2から燃料電池1への水素供給が継続してしまう場合や、ストップバルブ5によって水素供給を停止しても燃料電池1内へ水素が漏れ込んでしまう場合に、水素除去装置3で燃料電池1へ向かう水素を消費することが可能となる。その結果、燃料電池1内への水素供給がされなくなるか、または、その供給量が大幅に低減されることから、かかる水素による燃料電池1内の単位セルの劣化を抑制することができ、燃料電池1の寿命を長期化することができる。
Further, in the fuel cell power generation system of the present invention, it is preferable to install the
図7に、本発明の燃料電池発電システムの他の構成例を示す。図7の燃料電池発電システムでは、燃料電池1の有する個々の単位セル100において、その正極と負極とが、導通可能となるように、抵抗12およびスイッチを介してリード体などにより接続されており、燃料電池内に残留する水素を消費する手段、すなわち水素除去装置として利用可能なように構成されている。
FIG. 7 shows another configuration example of the fuel cell power generation system of the present invention. In the fuel cell power generation system of FIG. 7, in each
燃料電池発電システムに係る燃料電池においては、その運転が停止した後においても、燃料電池内に水素が残留し、これによって単位セルの正極および負極が劣化し、燃料電池の寿命が損なわれることがある。しかし、図7に示す燃料電池発電システムでは、外部負荷4がオフとなり、燃料電池1の運転が停止した際に、個々の単位セル100を利用して、例えば、図7に示しているように、正極−負極間を繋ぐリード体に設けたスイッチをオンにするなどして正極と負極とを導通させることにより、燃料電池1内に残留している水素を消費することができる。このように、図7に示す燃料電池発電システムでは、水素除去装置3とは別に、燃料電池1内に残留している水素を消費する手段を更に備えているため、燃料電池1内に残留する水素による燃料電池1の劣化を抑制して、燃料電池1を更に長寿命化することができる。
In the fuel cell according to the fuel cell power generation system, even after the operation is stopped, hydrogen remains in the fuel cell, which may deteriorate the positive electrode and the negative electrode of the unit cell and impair the life of the fuel cell. is there. However, in the fuel cell power generation system shown in FIG. 7, when the
図7の燃料電池発電システムでは、燃料電池1の有する各単位セル100における正極と負極とを、抵抗12を介して接続しているが、かかる抵抗12としては、例えば、燃料電池発電システムに係る燃料電池1の停止後、単位セル100の正極−負極間の電圧が0.1V以下となるのに要する時間が1分以内となるような抵抗値を有するものを用いればよく、抵抗を用いずにスイッチのみを介してリード体などで接続して、導通可能としてもよい。また、二次電池などの蓄電装置を設けて、単位セル100の出力を前記蓄電装置に導くこともできる。
In the fuel cell power generation system of FIG. 7, the positive electrode and the negative electrode of each
図7では、全ての単位セル100が水素除去装置として利用可能なように構成されている例を示したが、燃料電池1内の一部の単位セル100のみを水素除去装置として利用可能なように構成してもよい。燃料電池1内の少なくとも1つの単位セル100を水素除去装置として利用可能なように構成することで、燃料電池1内の各単位セル100の水素による劣化を防止できる。
Although FIG. 7 shows an example in which all
なお、燃料電池1内の一部の単位セル100のみを水素除去装置として利用可能なように構成する場合には、より水素供給装置2に近い位置の単位セル100を水素除去装置として利用可能なように構成することが好ましい。燃料電池1の停止後における水素による単位セル100の劣化は、前記の通り、燃料電池1内に残存する水素の他に、水素供給装置2から継続して供給されてしまう水素により引き起こされる虞があるため、水素供給装置2により近い位置(燃料電池1の水素導入口により近い位置、好ましくは水素導入口に最も近い位置)に配置された単位セル100を水素除去装置とすることで、燃料電池1内に侵入した水素を逸早く消費して、各単位セル100の劣化をより防止し易くなるからである。
When only a part of the
また、水素除去装置として利用可能なように構成した単位セル100は、その他の単位セル100(水素除去装置として利用可能な構成にしていない単位セル100)とは接続せず、水素除去装置としてだけ機能させることもできる。
In addition, the
更に、図7では、燃料電池1内の単位セル100を、水素除去装置として利用可能なように構成しつつ、燃料電池1と水素供給装置2との間に水素除去装置3を配置した例を示しているが、燃料電池1内の単位セル100の少なくとも1つを水素除去装置として利用可能なように構成した場合には、燃料電池1と水素供給装置2との間の水素除去装置3は省略することもでき、これにより燃料電池発電システムをより小型にすることができる。他方、図7に示すように、燃料電池1内の単位セル100の少なくとも1つを、水素除去装置として利用可能なように構成しつつ、燃料電池1と水素供給装置2との間に水素除去装置3を配置した場合には、前記の通り、燃料電池1をより長寿命化できる。
Furthermore, in FIG. 7, the
なお、図7の燃料電池発電システムでは、停止時に外部負荷4をオフにし、個々の単位セル100において、正極−負極間を繋ぐリード体に設けたスイッチをオンにして燃料電池1内の残留水素を消費すると、燃料電池1内の圧力が低下する。この場合、逆流防止手段9bが自動的に開放され、燃料電池1内に外気を取り込んで内圧の低下を防止するため、燃料電池1内部の破壊を抑制することができる。
In the fuel cell power generation system of FIG. 7, the
更に、図8に、本発明の燃料電池発電システムの他の構成例を示している。図8に示す燃料電池発電システムでは、燃料電池1が2つの通気経路8a、8bを有しており、通気経路8aに逆流防止手段9aが、通気経路8bに逆流防止手段9bが、それぞれ設置されている。図6や図7に示す燃料電池発電システムのように、通気経路8をT字分岐とし、分岐した経路のそれぞれに逆流防止手段9a、9bを設置した場合には、逆流防止手段9aによって燃料電池1内の水素流路から燃料電池1外部へ排気する際に、燃料電池1内で発生した水などが通気経路8内に侵入し、かかる水によって逆流防止手段9bが詰まるなどして、その機能が低下することもある。しかし、図8に示す燃料電池発電システムのように、逆流防止手段9aを設置する通気経路と、逆流防止手段9bを設置する通気経路とを別にすることで、燃料電池1内の水素流路から燃料電池1外部へ排気する際に通気経路内に侵入した水による逆流防止手段9bの詰まりを防止することができる。その一方で、図6および図7に示す燃料電池発電システムのように、通気経路8をT字分岐とし、分岐した経路のそれぞれに逆流防止手段9a、9bを設置する場合には、システムをより小型化しやすくなるという利点がある。
Further, FIG. 8 shows another configuration example of the fuel cell power generation system of the present invention. In the fuel cell power generation system shown in FIG. 8, the
また、図9に、本発明の燃料電池発電システムの他の構成例を示している。図9に示す燃料電池発電システムは、燃料電池1が、通気経路8aと、そこに設置された逆流防止手段9a、および通気経路9bと、そこに設置された逆流防止手段8bとを、それぞれ複数個有している。図9の燃料電池発電システムによれば、図6〜8に示した燃料電池発電システムよりも、燃料電池1内の突発的な圧力変動に、より迅速に対応することが可能となる。
FIG. 9 shows another configuration example of the fuel cell power generation system of the present invention. In the fuel cell power generation system shown in FIG. 9, the
前記の通り、燃料電池発電システムには、燃料電池内の通気経路から燃料電池外部へ排気する方向のみに流路を開放する逆流防止手段と、燃料電池外部から燃料電池内の通気経路に外気が流入する方向のみに流路を開放する逆流防止手段のいずれか一方を設置していればよいが、両者を設置していることが好ましく、また、図9に示すように、燃料電池内の通気流路から燃料電池外部へ排気する方向のみに流路を開放する逆流防止手段および燃料電池外部から燃料電池内の通気流路に外気が流入する方向のみに流路を開放する逆流防止手段を、それぞれ複数個(2個、3個、4個など)設置していてもよい。特に大型の燃料電池発電システムの場合には、図9に示すように、両逆流防止手段を複数個備えていることが好ましい。 As described above, in the fuel cell power generation system, the backflow prevention means that opens the flow path only in the direction of exhausting from the ventilation path in the fuel cell to the outside of the fuel cell, and outside air from the outside of the fuel cell to the ventilation path in the fuel cell. Either one of the backflow prevention means that opens the flow path only in the inflow direction may be installed. However, it is preferable that both are installed, and as shown in FIG. Backflow prevention means for opening the flow path only in the direction of exhausting from the air flow path to the outside of the fuel cell and backflow prevention means for opening the flow path only in the direction of outside air flowing from the outside of the fuel cell to the ventilation flow path in the fuel cell, A plurality of them (two, three, four, etc.) may be installed. Particularly in the case of a large fuel cell power generation system, as shown in FIG.
図10は、本実施形態にかかる燃料電池発電システムにおける燃料電池1の一例の要部断面を示す模式図である。ただし、図10においては、各構成要素の理解を容易にするため、一部の構成要素については断面であることを示す斜線を省略している。なお、図10においては、3つの単位セル100が組み合わさって一つの燃料電池1を構成している状態を示すが、これはあくまで例示であって、一単位としての燃料電池における単位セルの数は3つに限定されず、また、複数の単位セルから構成される一単位の燃料電池を、複数接続して全体を一つの燃料電池とすることもできる。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a cross-section of the main part of an example of the
図10に示す燃料電池1では、正極拡散層101および正極触媒層102からなる正極と、固体電解質膜103と、負極拡散層105および負極触媒層104からなる負極とが、順次積層されて単位セル100を構成し、これらの単位セル100が3つ平面状に配置されている。
In the
それぞれの単位セル100の正極側には、正極集電プレート114、116a、116b、正極絶縁プレート112、開閉扉200、および正極パネルプレート110が順次配置されている。また、それぞれの単位セル100の負極側には、負極集電プレート115、117a、117b、負極絶縁プレート113、および負極パネルプレート111が順次配置されている。そして、前記3つの単位セル100が、正極パネルプレート110と負極パネルプレート111とに挟持されて一体化している。また、図10では図示していないが、隣り合う単位セル100同士は、正極集電プレート114、116a、116bと負極集電プレート115、117a、117bとの電気的接続によって、直列に接続されている。
On the positive electrode side of each
正極集電プレート114、116a、116b、正極絶縁プレート112および正極パネルプレート110には、燃料電池1外の空気中の酸素を正極に導入するための酸素導入孔が複数設けられている。そして、正極集電プレート114、116a、116bの酸素導入孔、正極絶縁プレート112の酸素導入孔、および正極パネルプレート110の酸素導入孔により、正極パネルプレート110の外表面から単位セル100の正極拡散層101にまで到達する正極開口部201が複数形成されている。開閉扉200はスライド式であり、図中の左右にスライドさせることで、正極開口部201の開口度を調節できる。図10では、正極開口部201のうち一部(図10では50%)を開閉扉200で塞いでいる状態を示しており、開閉扉200で塞がれずに正極拡散層101にまで開いている正極開口部201でのみ、空気中の酸素が拡散により正極拡散層101に供給される。
The positive electrode
また、図10に示す燃料電池1では、負極集電プレート115、117a、117b、負極絶縁プレート113および負極パネルプレート111に、燃料タンク部119内の水素を負極に導入するための水素導入孔が複数設けられている。そして、負極集電プレート115、117a、117bの水素導入孔、負極絶縁プレート113の水素導入孔、および負極パネルプレート111の水素導入孔により、負極パネルプレート111の燃料タンク部119側表面から単位セル100の負極拡散層105にまで到達する負極開口部121が複数形成されており、これら負極開口部121から、燃料タンク部119内の水素が負極拡散層105に供給される構造となっている。
Further, in the
そして、燃料電池1は、正極パネルプレート110と負極パネルプレート111、更には燃料タンク部119が、ボルト122とナット123によって一体化されて固定されている。なお、図10中の118aおよび118bはシールである。
In the
正極拡散層101および負極拡散層105は、多孔性の電子伝導性材料などから構成され、例えば、撥水処理を施した多孔質炭素シートなどが用いられる。なお、正極拡散層101や負極拡散層105の触媒層側には、更なる撥水性の向上と触媒層との接触性の向上を目的として、フッ素樹脂粒子(PTFE樹脂粒子など)を含む炭素粉末のペーストが塗布されている場合もある。
The positive
正極触媒層102は、正極拡散層101を介して拡散してきた酸素を還元する機能を有していて、例えば、触媒を担持した炭素粉末(触媒担持炭素粉末)と、プロトン伝導性材料とを含有している。また、必要に応じて、樹脂バインダを更に含有していてもよい。
The positive
正極触媒層102に含有される触媒としては、酸素を還元できるものであれば特に制限はないが、例えば、白金微粒子を用いることができる。また、触媒は、鉄、ニッケル、コバルト、錫、ルテニウムおよび金よりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素と白金との合金で構成される微粒子などであってもよい。
The catalyst contained in the positive
触媒の担体である炭素粉末としては、例えば、BET比表面積が10〜2000m2/gであり、平均粒子径が20〜100nmのカーボンブラックなどが用いられる。炭素粉末への触媒の担持は、例えば、コロイド法などで行うことができる。 As the carbon powder as the catalyst carrier, for example, carbon black having a BET specific surface area of 10 to 2000 m 2 / g and an average particle diameter of 20 to 100 nm is used. The catalyst can be supported on the carbon powder by, for example, a colloid method.
炭素粉末と触媒との含有比率としては、例えば、炭素粉末100質量部に対して、触媒が5〜400質量部であることが好ましい。このような含有比率であれば、十分な触媒活性を有する正極触媒層102が構成できる。また、例えば、炭素粉末上に触媒を析出させる方法(例えば、コロイド法)で触媒担持炭素粉末が作製される場合には、炭素粉末と触媒とが前記の含有比率であれば、触媒の径が大きくなりすぎず、十分な触媒活性を得ることができる。
As a content ratio of carbon powder and a catalyst, it is preferable that a catalyst is 5-400 mass parts with respect to 100 mass parts of carbon powder, for example. With such a content ratio, the positive
正極触媒層102に含まれるプロトン伝導性材料としては、特に制限はないが、例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂、スルホン化ポリエーテルスルホン酸樹脂、スルホン化ポリイミド樹脂などのスルホン酸基を有する樹脂を用いることができる。ポリパーフルオロスルホン酸樹脂としては、具体的には、デュポン社製の「ナフィオン(登録商標)」、旭硝子社製の「フレミオン(登録商標)」、旭化成工業社製の「アシプレックス(商品名)」などが挙げられる。
The proton conductive material contained in the positive
そして、正極触媒層102におけるプロトン伝導性材料の含有量は、触媒担持炭素粉末100質量部に対して、2〜200質量部であることが好ましい。プロトン伝導性材料が前記の量で含有されていれば、正極触媒層において十分なプロトン伝導性が得られ、電気抵抗値が大きくなりすぎず、電池性能の良好な燃料電池を得ることができる。
And it is preferable that content of the proton conductive material in the positive
また、正極触媒層102に用いられるバインダとしては、特に制限はないが、例えば、PTFE、PFA、FEP、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体(E/TFE)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)およびポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)などのフッ素樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリスチレン、ポリエステル、アイオノマー、ブチルゴム、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体およびエチレン・アクリル酸共重合体などの非フッ素樹脂などを用いることができる。
The binder used for the positive
正極触媒層102におけるバインダの含有量は、触媒担持炭素粉末100質量部に対して、0.01〜100質量部であることが好ましい。バインダが前記の量で含有されていれば、正極触媒層について十分な結着性が得られ、電気抵抗値が大きくなりすぎず、電池性能の良好な燃料電池を得ることができる。
The binder content in the positive
負極触媒層104は、負極拡散層105を介して拡散してきた水素を酸化する機能を有している。負極触媒層104は、例えば、触媒を担持した炭素粉末(触媒担持炭素粉末)と、プロトン伝導性材料とを含有している。必要に応じて、樹脂などのバインダをさらに含有していてもよい。
The negative
負極触媒層104に用いられる触媒は、水素を酸化できれば特に制限はなく、例えば、正極触媒層102に用いられる触媒として例示した前記の各触媒を用いることができる。負極触媒層104に用いられる炭素粉末、プロトン伝導性材料、およびバインダについても、正極触媒層102に用いられる炭素粉末、プロトン伝導性材料、およびバインダとして例示した前記の各材料を用いることができる。
The catalyst used for the negative
固体電解質膜103は、プロトンを輸送可能であり、かつ、電子伝導性を示さない材料で構成された膜であれば、特に制限はない。固体電解質膜103を構成し得る材料としては、例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂、具体的には、デュポン社製の「ナフィオン(登録商標)」、旭硝子社製の「フレミオン(登録商標)」、旭化成工業社製の「アシプレックス(商品名)」などが挙げられる。その他、スルホン化ポリエーテルスルホン酸樹脂、スルホン化ポリイミド樹脂、硫酸ドープポリベンズイミダゾールなども、固体電解質膜103の材料として用いることができる。
The
図11に、本発明の燃料電池発電システムに適用可能な水素供給装置の具体的な構成例を示す。図11は、水素供給装置のブロック構成図であり、水素発生物質に対して、連続的または断続的に水を供給し、水素発生物質と水とを反応させて水素を発生させる構造の水素供給装置を示している。 FIG. 11 shows a specific configuration example of a hydrogen supply apparatus applicable to the fuel cell power generation system of the present invention. FIG. 11 is a block diagram of a hydrogen supply device, in which water is supplied to a hydrogen generating material continuously or intermittently, and hydrogen is generated by reacting the hydrogen generating material with water to generate hydrogen. The device is shown.
図11示す水素供給装置2は、水素発生物質302を収容する水素発生物質収容容器301と、水304を収容する水収容容器303とを有しており、水素発生物質収容容器301に、水収容容器303から水304を供給し、水素発生物質302と水304とを反応させて水素を発生させる。このため、水素発生物質収容容器301は、水素発生物質302と水304との反応容器である水素発生容器としての役割も担っていることになる。水素発生物質収容容器301で発生した水素は、水素導出パイプ305、306を経て水素除去装置3に供給され、更に水素流路7を経て燃料電池1に供給される。なお、水素導出パイプ306には、ストップバルブ5が設けられている。
The
水収容容器303から水素発生物質収容容器301に水304を供給する水供給パイプ307には、水供給ポンプ308が設けられている。なお、水収容容器303に収容する水304は、中性の水、酸性水溶液、アルカリ性水溶液などのいずれであってもよく、使用する水素発生物質302との反応性などに応じて好適なものを選択すればよい。
A
水素発生物質収容容器301および水収容容器303は脱着式とすることもできる。これにより、水素発生物質収容容器301内の水素発生物質302が消費されつくしたり、水収容容器303内の水304がなくなったりした場合に、これらを取り外し、水素発生物質302が充填された水素発生物質収容容器301や水304が充填された水収容容器303を新たに取り付けることで、再び水素製造を行うことが可能となる。
The hydrogen generating
水素発生物質収容容器301に収容される水素発生物質302としては、水304と120℃以下の低温で反応して水素を発生し得るものであれば特に制限はない。例えば、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウムといった金属や、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、およびマグネシウムの中の1種以上の元素を主体とする合金、更には、金属水素化物などが好適に使用できる。
The
ここで、アルミニウム、ケイ素、亜鉛およびマグネシウムの中の1種以上の元素を主体とする合金を用いる場合には、主体となる合金の各元素以外の元素については特に限定されない。ここで、「主体」とは、合金全体に対して80質量%以上、より好ましくは90質量%以上含有されていることを意味する。なお、これらアルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウムといった金属や、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、およびマグネシウムの中の1種以上の元素を主体とする合金は、常温では水と反応しにくいが、加熱することにより水との発熱反応が容易となる物質である。なお、常温とは、20〜30℃の範囲の温度を示すものとする。 Here, in the case of using an alloy mainly composed of one or more elements of aluminum, silicon, zinc and magnesium, elements other than each element of the main alloy are not particularly limited. Here, the “main body” means that 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more is contained with respect to the entire alloy. These metals such as aluminum, silicon, zinc, and magnesium, and alloys mainly composed of one or more elements of aluminum, silicon, zinc, and magnesium are difficult to react with water at room temperature. It is a substance that facilitates exothermic reaction with water. In addition, normal temperature shall show the temperature of the range of 20-30 degreeC.
ここで、水素発生物質と水との反応を詳細に説明する。例えば、アルミニウムと水の場合、水素および酸化生成物を生成する反応は次式のようになる。
2Al+6H2O → Al2O3・3H2O+3H2 (1)
2Al+4H2O → Al2O3・H2O+3H2 (2)
2Al+3H2O → Al2O3+3H2 (3)
Here, the reaction between the hydrogen generating substance and water will be described in detail. For example, in the case of aluminum and water, the reaction for producing hydrogen and oxidation products is as follows:
2Al + 6H 2 O → Al 2 O 3 .3H 2 O + 3H 2 (1)
2Al + 4H 2 O → Al 2 O 3 .H 2 O + 3H 2 (2)
2Al + 3H 2 O → Al 2 O 3 + 3H 2 (3)
なお、前記の金属や合金からなる水素発生物質は、表面に酸化皮膜を形成して安定化する。このため、水素発生物質の粒径をできるだけ小さくし、反応面積を大きくすることが好ましい。例えば、水素発生物質の形態としては、0.1〜100μmの粒径の粒状またはフレーク状であることが好ましく、粒径は、0.1〜50μmであることがより好ましい。水素発生物質の粒径が100μm以下であることにより、スムーズに水素発生が起こるからである。更に水素発生物質の粒径を小さくすると水素発生速度が増加するが、0.1μmより粒径が小さくなると、引火性が高まり取り扱いが困難になる。また、嵩密度が小さくなるため、水素発生物質の充填密度が低下し、エネルギー密度が低下しやすくなる。このため、水素発生物質の粒径は、0.1μm以上とすることが好ましい。 The hydrogen generating material made of the metal or alloy is stabilized by forming an oxide film on the surface. For this reason, it is preferable to make the particle size of the hydrogen generating material as small as possible and increase the reaction area. For example, the form of the hydrogen generating substance is preferably in the form of particles or flakes having a particle diameter of 0.1 to 100 μm, and the particle diameter is more preferably 0.1 to 50 μm. This is because hydrogen generation occurs smoothly when the particle size of the hydrogen generating substance is 100 μm or less. Further, when the particle size of the hydrogen generating material is reduced, the hydrogen generation rate is increased. However, when the particle size is smaller than 0.1 μm, the flammability is increased and handling becomes difficult. Moreover, since the bulk density is reduced, the filling density of the hydrogen generating material is lowered, and the energy density is likely to be lowered. For this reason, it is preferable that the particle size of the hydrogen generating substance is 0.1 μm or more.
なお、ここで水素発生物質の粒径は、平均粒径であり、体積基準の積算分率50%における粒子直径の値を意味している。平均粒径の測定方法としては、例えば、レーザー回折・散乱法などを用いることができる。具体的には、水などの液相に分散させた測定対象物質にレーザー光を照射することによって検出される散乱強度分布を利用した粒子径分布の測定方法である。レーザー回折・散乱法による粒子径分布測定装置としては、例えば、日機装株式会社製の「マイクロトラックHRA(製品名)」などを用いることができる。 Here, the particle diameter of the hydrogen generating material is an average particle diameter, and means a value of the particle diameter at a volume-based integrated fraction of 50%. As a method for measuring the average particle diameter, for example, a laser diffraction / scattering method or the like can be used. Specifically, this is a particle diameter distribution measurement method using a scattering intensity distribution detected by irradiating a measurement target substance dispersed in a liquid phase such as water with laser light. As a particle size distribution measuring apparatus using a laser diffraction / scattering method, for example, “Microtrac HRA (product name)” manufactured by Nikkiso Co., Ltd. can be used.
また、水素発生物質として用い得る金属水素化物としては、例えば、水素化ホウ素ナトリウムまたは水素化ホウ素カリウムなどが挙げられる。これらの金属水素化物は、アルカリ水溶液中では比較的安定であるが、触媒が存在する場合、速やかに水と反応して水素を発生することができる。触媒としては例えばPt、Niなどの金属や酸などを用いることができる。 Examples of the metal hydride that can be used as the hydrogen generating substance include sodium borohydride and potassium borohydride. These metal hydrides are relatively stable in an aqueous alkali solution, but when a catalyst is present, they can rapidly react with water to generate hydrogen. As the catalyst, for example, metals such as Pt and Ni, acids, and the like can be used.
例えば水素化ホウ素ナトリウムの場合、次式のように反応し、水素を発生することができる。
NaBH4+2H2O → NaBO2+4H2 (4)
For example, in the case of sodium borohydride, it can react as the following formula to generate hydrogen.
NaBH 4 + 2H 2 O → NaBO 2 + 4H 2 (4)
水素発生物質は、前記例示のものを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 As the hydrogen generating substance, those exemplified above may be used alone or in combination of two or more.
また、前記の水素発生物質を、水と反応して発熱する発熱物質(水素発生物質以外の物質)と共に用いることにより、低温(例えば5℃程度)の水を供給しても、前記発熱物質の発熱によって反応系内の温度を高めて、迅速な水素発生を可能とし得る。 Further, by using the hydrogen generating material together with a heat generating material (a material other than the hydrogen generating material) that generates heat by reacting with water, even if low temperature (for example, about 5 ° C.) water is supplied, The temperature in the reaction system can be increased by exotherm, and rapid hydrogen generation can be enabled.
水と反応して発熱する発熱物質は、例えば、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸カルシウムなどのように、水との反応により水酸化物となるものや、水和することにより発熱するアルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物、塩化物、硫酸化合物などを例示することができる。また、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化リチウムなどの金属水素化物などのように水との反応により水素を生成するものは、前記の通り、水素発生物質として使用することが可能であるが、前記の金属や合金を水素発生物質として使用する場合の発熱物質としても用いることができる。 The exothermic substance that generates heat by reacting with water is, for example, calcium oxide, magnesium oxide, calcium chloride, magnesium chloride, calcium sulfate, etc. Examples include exothermic alkali metal or alkaline earth metal oxides, chlorides, and sulfuric acid compounds. In addition, those that generate hydrogen by reaction with water, such as metal hydrides such as sodium borohydride, potassium borohydride, and lithium hydride, can be used as a hydrogen generating substance as described above. However, it can also be used as a heat generating material when the metal or alloy is used as a hydrogen generating material.
なお、例えば発熱物質に関して、鉄粉のように酸素と反応して発熱するものも知られている。しかし、鉄粉を発熱物質として使用する場合には、反応時に酸素を導入しなければならず、前記のように水素発生物質と発熱物質が同一の反応容器内に配される場合は、発生する水素の純度が低下したり、水素発生物質が酸素によって酸化されて水素発生量が低下したりするなどの問題が生じやすくなる。そのため、発熱物質としては、水と反応して発熱する材料が好適に用いられる。 For example, a heat-generating substance that reacts with oxygen and generates heat, such as iron powder, is also known. However, when iron powder is used as the exothermic substance, oxygen must be introduced during the reaction, and it occurs when the hydrogen generating substance and the exothermic substance are arranged in the same reaction vessel as described above. Problems such as reduction in the purity of hydrogen and reduction in the amount of hydrogen generated due to oxidation of the hydrogen generating substance by oxygen are likely to occur. Therefore, as the exothermic substance, a material that generates heat by reacting with water is preferably used.
また、特に、水素発生物質としてアルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウムといった金属や、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、およびマグネシウムの中の1種以上の元素を主体とする合金を使用する場合には、前記発熱物質を併用することが好ましい。他方、水素発生物質として前記の金属水素化物を用いる場合には、前記発熱物質を併用しなくても、比較的良好な速度で水素を製造できるが、発熱物質を併用して、更に水素発生速度を高めてもよい。 In particular, when a metal such as aluminum, silicon, zinc, and magnesium or an alloy mainly composed of one or more elements selected from aluminum, silicon, zinc, and magnesium is used as the hydrogen generating material, the heat generating material is used. It is preferable to use together. On the other hand, when the metal hydride is used as a hydrogen generating substance, hydrogen can be produced at a relatively good rate without using the exothermic substance. May be increased.
水素発生物質302と前記発熱物質を併用する場合には、水素発生物質収容容器301に導入する水素発生物質302と発熱物質の合計100質量%中、水素発生物質302の量を85質量%以上とすることが好ましい。水素発生物質302と発熱物質の合計中の水素発生物質302量が少なすぎると、水素発生量が低下したり、発熱物質量が多すぎることによって発熱が激しくなり水素発生反応を制御し難くなったりする虞がある。
When the
なお、前記の発熱物質は、水素発生物質302と均一または不均一に混合した混合物として水素発生物質収容容器301に入れてもよく、水素発生物質302と別に水素発生物質収容容器301に入れてもよい。後者の場合には、例えば、発熱物質を、水素発生物質収容容器301に水304を供給する水供給パイプ307の管口部近傍に偏在させて配置することが好ましい。このように発熱物質を配置することにより、より効率的に反応系内を加熱することができる。
The exothermic material may be mixed into the hydrogen generating
水素発生物質収容容器301は、水素を発生させる水素発生物質302を収納可能であれば、その材質や形状は特に限定されないが、水304の供給口や水素の導出口以外から水304や水素が漏れない材質や形状が好ましい。具体的な容器の材質としては、水304および水素を透過しにくく、かつ120℃程度に加熱しても容器が破損しない材質が好ましく、例えば、アルミニウム、鉄などの金属、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの樹脂を用いることができる。また、容器の形状としては、角柱状、円柱状などが採用できる。
The material and shape of the hydrogen generating
水収容容器303については特に制限はなく、例えば、従来から水素供給装置に用いられている水304を収容するタンクなどが採用できる。
There is no restriction | limiting in particular about the
水収容容器303中の水304が、水供給パイプ307を通じて水素発生物質収容容器301に供給されることで、水素発生物質収容容器301内の水素発生物質302と反応して水素を発生するが、水素発生物質収容容器301内に存在する未反応の水が、発生した水素中に混入し、これらの混合物が水素導出パイプ305を通じて水素供給装置2外に排出される場合がある。
The
よって、図11に示すように、水素供給装置2には、燃料電池1や水素除去装置3へと水素を供給する水素導出パイプ306の手前に、凝縮水分離器309を設けることが好ましい。凝縮水分離器309は、水素導出パイプ305を介して水素発生物質収容容器301と連結されており、また、水素導出パイプ306が取り付けられている。水素発生物質収容容器301から排出された水素との混合物中の水は、水素導出パイプ305内で冷却されることで凝縮水となる。この凝縮水を伴う水素が凝縮水分離器309に導入されると、凝縮水が重力によって凝縮水分離器309の下部に落下して分離される。
Therefore, as shown in FIG. 11, the
そして、図11に示すように、凝縮水分離器309と水収容容器303とを水回収パイプ310で連結しておくことで、凝縮水分離器309で分離した水を水収容容器303に回収することができる。このように、凝縮水分離器309で分離した水を回収することにより、水素発生のために使用する水の実質的な供給量を少なくすることが可能となり、水収容容器303をよりコンパクトにすることができる。
Then, as shown in FIG. 11, the water separated by the
なお、図11では凝集水分離器を水素供給装置の一部として説明したが、凝集水分離器を水素供給装置外のものとして用いてもよく、また、凝集水分離器自体は必須のものではないため、状況に応じて適宜その採用を判断すればよい。 Although the flocculated water separator has been described as a part of the hydrogen supply device in FIG. 11, the flocculated water separator may be used outside the hydrogen supply device, and the flocculated water separator itself is not essential. Therefore, it may be determined as appropriate depending on the situation.
図12に、本発明の燃料電池発電システムに好適な水素除去手段である水素除去装置3の具体的な構成例を示す。図12は、水素除去装置3の要部断面模式図である。ただし、図12では、各構成要素の理解を容易にするために、一部の構成要素については断面であることを示す斜線は付していない。
FIG. 12 shows a specific configuration example of the
図12に示す水素除去装置は、正極と負極とを導通可能にした燃料電池1の単位セル100と同じ構造のセル400により構成されている。すなわちセル400は、酸素を還元する正極触媒層402と水素を酸化する負極触媒層404とを有しており、更に、正極触媒層402と負極触媒層404との間に固体電解質膜403を備えている。また、正極触媒層402の固体電解質膜403側とは反対側の面には、正極拡散層401が積層されており、負極触媒層404の固体電解質膜403側とは反対側の面には、負極拡散層405が積層されている。これらは図11で説明した燃料電池1に係る単位セル100と同様の材料で構成することができる。
The hydrogen removal apparatus shown in FIG. 12 is configured by a
セル400は、正極拡散層401の上部に配置された正極集電板406と、負極拡散層405の下部に配置された負極集電板407とで挟持されており、正極集電板406と負極集電板407、更には水素が供給される燃料タンク部411とは、例えばボルト408とナット409により固定されている。なお、410はシリコンゴムなどからなるシール材である。
The
そして、図12に示す水素除去装置3は、水素導出パイプ306を介して水素供給装置2と連結され、水素流路7を介して燃料電池1と連結されている。なお、水素導出パイプ306には、ストップバルブ5が設けられている。
The
正極集電板406および負極集電板407は、例えば、白金、金などの貴金属や、ステンレス鋼などの耐食性金属、またはカーボンなどから構成されている。また、それらの材料に耐食性向上のために、表面にメッキや塗装が施されている場合もある。
The positive electrode
正極集電板406には複数の空気孔412が形成されており、これら空気孔412を通じて大気中の酸素がセル400の正極に供給されるようになっている。一方、負極集電板407には複数の水素導入孔413が形成されており、これら水素導入孔413を通じて水素導出パイプ306から燃料タンク部411へ導入された水素がセル400の負極に供給される。
A plurality of
正極集電板406の端部には正極リード線414が、負極集電板407の端部には負極リード線415が、それぞれ接続されている。また、これらのリード線414、415は、抵抗416およびスイッチ417を介して接続されている。そして、水素除去装置3を動作させる場合には、手動、または制御手段(例えば、図6中、10)からの制御信号によって、スイッチ417をオンにしてセル400の正極−負極間を導通させることで、水素供給装置2から水素除去装置3内に供給された水素を消費できる。これにより、水素除去装置3から水素流路7を経て燃料電池1へ向かう余剰の水素を除去することができる。
A positive
なお、図12に示す水素除去装置3では、セル400の正極と負極とを抵抗416を介して接続する例を示したが、この抵抗416としては、水素除去装置3の動作開始後、セル400の正極−負極間の電圧が0.1V以下となるのに要する時間が1分以内となるような抵抗値を有するものを用いればよい。また、抵抗416は必須という訳ではなく、抵抗を用いなくても同様の時間でセル400の正極−負極間の電圧を0.1V以下に下げることができるのであれば、セル400の正極と負極とは、抵抗を用いずにスイッチのみを介してリード体などで接続して、導通可能としてもよい。
In the
次に、図13を用いて、本発明の燃料電池発電システムにおける正極開口部に設けられた開閉可能な扉の制御形態の一例を説明する。図13は、燃料電池発電システムにおける開閉扉の制御手順を示すフローチャートであり、この図13に基づいて、燃料電池発電システム起動後の発電時および停止時の状況を説明する。 Next, an example of a control mode of the openable / closable door provided at the positive electrode opening in the fuel cell power generation system of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a flowchart showing the control procedure of the door in the fuel cell power generation system. Based on FIG. 13, the situation at the time of power generation and stop after the fuel cell power generation system is started will be described.
なお、ここでは、水素供給装置として図11に示すような水素発生物質を収容した水素発生物質収容容器内に、水収容容器から水供給ポンプを用いて水を供給する構造のものを使用し、検出手段(図6中、6)として各セルの表面温度を検知できる温度センサを用いた燃料電池発電システムのケースについて説明する。 In this case, a hydrogen supply device having a structure for supplying water from a water storage container using a water supply pump is used in a hydrogen generation material storage container containing a hydrogen generation material as shown in FIG. A case of a fuel cell power generation system using a temperature sensor capable of detecting the surface temperature of each cell as detection means (6 in FIG. 6) will be described.
図13に示すフローチャートのように、燃料電池発電システムが起動すると、ステップS1で水素供給装置の水供給ポンプがオンとなり、水素発生物質収容容器に水が供給されて水素の生成が始まる。それと同時に、燃料電池の各セルの表面温度を把握するための検出手段である温度センサもオンされる。 As shown in the flowchart of FIG. 13, when the fuel cell power generation system is activated, the water supply pump of the hydrogen supply device is turned on in step S1, and water is supplied to the hydrogen generating substance storage container to start generation of hydrogen. At the same time, a temperature sensor, which is a detection means for grasping the surface temperature of each cell of the fuel cell, is also turned on.
次のステップS2では、水素供給装置2から燃料電池1に水素供給されると、外部負荷4に出力供給するため、スイッチ(SW、図6中、11)がオンされる。
In the next step S2, when hydrogen is supplied from the
その後のステップS3は、燃料電池発電システムの大きさによっても異なるが、例えば検出手段の温度水準をα℃、β℃およびγ℃の3水準とした場合について説明する。セルの表面温度(t)がα℃よりも高い場合(例えば、>55℃)、固体電解質膜の乾燥を防ぐために開閉扉によって正極開口部の開口度を低下させる。一方、β℃<t<α℃である場合(例えば、30℃<t<55℃)、正極開口部から空気(酸素)を多く取入れることができるように、開閉扉によって正極開口部の開口度を大きくする。また、γ℃<t<β℃である場合(例えば、15℃<t<30℃)、外気温が低いなどの乾燥環境では、固体電解質膜の乾燥を防ぐために開閉扉によって正極開口部の開口度を低下させる。 Subsequent step S3 differs depending on the size of the fuel cell power generation system. For example, a case where the temperature level of the detection means is set to three levels of α ° C., β ° C. and γ ° C. will be described. When the surface temperature (t) of the cell is higher than α ° C. (eg,> 55 ° C.), the opening degree of the positive electrode opening is lowered by the open / close door to prevent the solid electrolyte membrane from drying. On the other hand, when β ° C. <t <α ° C. (for example, 30 ° C. <t <55 ° C.), the opening / closing door opens the positive electrode opening so that a large amount of air (oxygen) can be taken in from the positive electrode opening. Increase the degree. When γ ° C. <t <β ° C. (for example, 15 ° C. <t <30 ° C.), in a dry environment where the outside air temperature is low, the opening of the positive electrode opening is opened by an open / close door to prevent the solid electrolyte membrane from drying. Reduce the degree.
次のステップS4では、外部負荷をオフとし、スイッチを切る。このとき、燃料電池発電システムが水素除去装置(例えば、図12に示す水素除去装置)を有していたり、燃料電池発電システムに係る燃料電池の各セルの正負極が同通可能なように構成されていたりする場合(図7)には、ステップS4と同時にステップS5において、水素除去装置のセルや燃料電池の各単位セルの正負極を導通させ、燃料電池内および燃料電池と水素供給装置との間の水素流路内の余剰の水素を消費する。 In the next step S4, the external load is turned off and the switch is turned off. At this time, the fuel cell power generation system has a hydrogen removal device (for example, the hydrogen removal device shown in FIG. 12), or is configured so that the positive and negative electrodes of each cell of the fuel cell according to the fuel cell power generation system can communicate with each other. If it has been performed (FIG. 7), in step S5 at the same time as step S4, the positive and negative electrodes of the cell of the hydrogen removal device and each unit cell of the fuel cell are made conductive, and the fuel cell and the fuel cell and the hydrogen supply device Excess hydrogen in the hydrogen flow path is consumed.
その後は、ステップS6において、燃料電池に係る各セルの固体電解質膜の休止時における乾燥防止のために、正極開口部の開口度が0%程度になるように開閉扉を閉じる。 Thereafter, in step S6, the open / close door is closed so that the degree of opening of the positive electrode opening is about 0% in order to prevent the solid electrolyte membrane of each cell in the fuel cell from being dried during the rest.
なお、システムの大きさによっても異なるが、正極開口部の開口度を制御するための検知手段としては、前記の温度センサの他、例えば湿度センサなどが挙げられ、これら温度センサと湿度センサとを併用したり、更に温度センサと湿度センサとを、それぞれ複数使用したりすることも可能である。センサを複数設置した場合、固体電解質膜の乾燥状態をより正確に知ることが可能となる。 Note that, depending on the size of the system, the detection means for controlling the degree of opening of the positive electrode opening includes, for example, a humidity sensor in addition to the temperature sensor described above. It is also possible to use a plurality of temperature sensors and humidity sensors. When a plurality of sensors are installed, it becomes possible to know the dry state of the solid electrolyte membrane more accurately.
また、検知手段にセルの表面温度をモニタする温度センサを使用する場合、その取付け位置は、温度変化を正確に検知できる場所であれば特に限定されないが、例えば、各単位セルの正極開口部付近に設置したり、シール部に直接設置したりなどすることが望ましい。特に、温度センサとしては、例えば、小型で感度が良好なものとして、サーミスタや熱電対が好適に用いられる。 In addition, when a temperature sensor that monitors the surface temperature of the cell is used as the detection means, its mounting position is not particularly limited as long as it can accurately detect a temperature change. For example, in the vicinity of the positive electrode opening of each unit cell It is desirable to install it on the seal or directly on the seal part. In particular, as the temperature sensor, for example, a thermistor or a thermocouple is preferably used as a small sensor having good sensitivity.
以上、本発明の燃料電池発電システムについて、具体的な実施形態を説明してきたが、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。例えば、図10を用いて示した燃料電池の単位セルの構造などはあくまで一つの例であって、高分子電解質膜型燃料電池として知られている様々な具体的形態を採用することができる。 Although specific embodiments of the fuel cell power generation system of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these specific examples. For example, the structure of the unit cell of the fuel cell shown in FIG. 10 is merely an example, and various specific forms known as a polymer electrolyte membrane fuel cell can be adopted.
また、水素供給装置についても、水素発生物質の具体例や、水と水素発生物質とを反応させる機構についても、図11に示したものは例示に過ぎない。更に、水素供給の手段自体も、水素発生物質と水とを反応させる方法に限定されるものではなく、他の水素供給方法を本発明に適用することができる。特に、例えば水素貯蔵合金から水素を取り出す手法などのように、水素の供給量が時間的に変化しやすい場合には、本発明の燃料電池発電システムに前記の水素除去装置や燃料電池の各セルが余剰水素を除去できる構成を持たせることで、システム内での余剰水素の除去を効果的に行うことができる。 As for the hydrogen supply device, the specific example of the hydrogen generating material and the mechanism for reacting water and the hydrogen generating material are merely examples. Furthermore, the hydrogen supply means itself is not limited to the method of reacting the hydrogen generating substance with water, and other hydrogen supply methods can be applied to the present invention. In particular, when the supply amount of hydrogen is likely to change with time, such as a method for extracting hydrogen from a hydrogen storage alloy, the above-described hydrogen removal apparatus and each cell of the fuel cell are included in the fuel cell power generation system of the present invention. By providing a configuration capable of removing surplus hydrogen, it is possible to effectively remove surplus hydrogen in the system.
更に、水素除去装置についても図12に示した構造に限られず、水素流路から所定量の水素を除去できる他の方法を用いることもできる。 Further, the hydrogen removal apparatus is not limited to the structure shown in FIG. 12, and other methods capable of removing a predetermined amount of hydrogen from the hydrogen flow path can also be used.
また、燃料電池の正極開口部の開口度を制御するための基礎となる情報を得るための検知手段として、各単位セルの表面温度を検出する温度センサを用いた場合を説明したが、本発明ではこれに限られる訳ではなく、前記のような湿度センサや水分量を検出するような方法も考えられる。すなわち、水素供給装置の動作開始からの時間経過に応じて変化する各単位セル内の固体電解質膜の水分量を随時検出または予想することができる手段であればよい。 Further, the case where a temperature sensor that detects the surface temperature of each unit cell is used as a detection means for obtaining information that is the basis for controlling the opening degree of the positive electrode opening of the fuel cell has been described. However, the present invention is not limited to this, and a humidity sensor as described above and a method for detecting the amount of water are also conceivable. That is, any means can be used as long as it can detect or predict the water content of the solid electrolyte membrane in each unit cell that changes with the passage of time from the start of the operation of the hydrogen supply device.
更に、図6から図9の本発明の燃料電池発電システムの構成例では、燃料電池1と外部負荷4とをスイッチ11で接続/切り離しを行う形態を示したが、このスイッチ11はあくまで概念的なものであって、必ずしも回路素子としてのスイッチが存在するわけではない。外部負荷自体の接続と切り離しを行うことで、外部負荷への電力供給のオン/オフを切り替える場合もあれば、外部負荷が回路構成上は常に燃料電池と接続されている場合も想定できる。
Further, in the configuration example of the fuel cell power generation system of the present invention of FIGS. 6 to 9, the form in which the
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.
参考例
[燃料電池の作製]
図14に示す構成の燃料電池を作製した。単位セル100の正極および負極には、カーボンクロス上にPt担持カーボンを塗布した電極(E−TEK社製「LT140E−W 」、Pt量:0.5mg/cm2)を用いた。また、固体電解質膜にはデュポン社製「ナフィオン112」を用いた。各電極は25mm×92mm、固体電解質膜は29mm×96mmとした。そして、3つの単位セル100、100、100を直列に接続して一体化し、燃料電池1を構成した。
Reference example [Fabrication of fuel cell]
A fuel cell having the configuration shown in FIG. 14 was produced. As the positive electrode and the negative electrode of the
以下、燃料電池1の詳細を、図10を参照しつつ説明する。正極パネルプレート110には、SUS304製で厚みが2mmのものを用いた。正極開口部201を形成するための酸素導入孔は、1×13mmの長方形の穴を各単位セル100の正極拡散層101上部に当たる部分全域にわたり、合計72個配置した。負極パネルプレート111も、正極パネルプレート110と同様の材質、形状とした。すなわち、負極パネルプレートにおいては、正極パネルプレートに係る酸素導入孔が、負極開口部(図10中、121)を形成するための水素導入孔となる。
Hereinafter, the details of the
正極集電プレート114、116a、116bには、ニッケルに金メッキを施した厚み0.3mmのものを用いた。酸素導入孔の形状、配置は正極パネルプレート110と同様である。負極集電プレート115、117a、117bも、正極集電プレート114、116a、116bと同様の材質、形状とした。
As the positive electrode
正極絶縁プレート112には、ガラスエポキシ樹脂製で厚みが0.5mmのものを用いた。酸素導入孔の形状、配置は正極パネルプレート110と同様である。負極絶縁プレート113も、正極絶縁プレート112と同様の材質、形状とした。
A positive
燃料タンク部119には、ガラスエポキシ樹脂製で厚み3mmのものを用いた。中央のタンク内部の深さは2mmである。シール118a、118bには、シリコン製で厚み0.2mmのものを用いた。電極の納まる部分に空いた穴のサイズは26m×93mmとした。
The
以上の部材を図10に示すように積層し、ボルトとナットを用いて締め込んで燃料電池を組み立てた。なお、図10に示すように、正極パネルプレート110と正極絶縁プレート112との間には、図中の左右にスライド可能な開閉扉200を挟持させた。この開閉扉200をスライドさせることにより、単位セルの平面視での面積を基準(開口度100%)とした場合の開口度を、20%、30%、および40%に調整可能とした。
The above members were stacked as shown in FIG. 10 and tightened with bolts and nuts to assemble a fuel cell. As shown in FIG. 10, an opening /
前記の各燃料電池を用いて図14に示す構成の燃料電池発電システムを構成し、水素供給源2aとなる水素ボンベから供給される純度99.9%の水素ガスを、約25℃の水中に通してバブリングして加湿した状態とし、これを前記燃料電池発電システムに供給して、燃料電池の発電試験を行った。
A fuel cell power generation system having the configuration shown in FIG. 14 is configured using each of the fuel cells described above, and hydrogen gas having a purity of 99.9% supplied from a hydrogen cylinder serving as the
上記の発電試験では、外部負荷4を1時間ごとに変動させ、それと同時に、供給される水素の利用率が90%以上になるように水素の流量を変化させることによって、燃料電池1の発電電圧が1.8Vから2.4Vまで、1時間ごとに0.15Vずつ上昇するようにし、それぞれの電圧時において、電流値が安定化したときの値を記録した。
In the above power generation test, the
更に、燃料電池の単位セルの表面温度を測定するために、熱電対(K型)を正極開口部付近に取付け、前記電流値の測定時の単位セルの表面温度を記録した。なお、計測時の周囲環境は、温度20℃から24℃で、相対湿度22%RHから31%RHであった。 Further, in order to measure the surface temperature of the unit cell of the fuel cell, a thermocouple (K type) was attached in the vicinity of the positive electrode opening, and the surface temperature of the unit cell at the time of measuring the current value was recorded. The ambient environment at the time of measurement was a temperature of 20 ° C. to 24 ° C. and a relative humidity of 22% RH to 31% RH.
図15に、正極開口部の開口度を20%、30%および40%に固定して前記発電試験を行ったときの、燃料電池の出力の変化を示している。なお、図15のグラフでは、燃料電池の各出力は、正極開口部の開口度を30%に調整した場合における1.8Vでの発電試験結果の出力を1とした相対値で示している。 FIG. 15 shows the change in the output of the fuel cell when the power generation test is performed with the opening degree of the positive electrode opening fixed at 20%, 30% and 40%. In the graph of FIG. 15, each output of the fuel cell is shown as a relative value with the output of the power generation test result at 1.8 V when the opening degree of the positive electrode opening is adjusted to 30%.
図15に示す結果から、電圧が2.4Vで出力が低い場合、すなわち、水素流量が少ない場合には、開口度が高くなるにつれて出力が低下する傾向が確認される。これは、低出力時には、生成水が少なく周囲環境が乾燥状態となるため、開口度が高いと固体電解質膜が乾燥して出力が低下するためと考えられる。 From the results shown in FIG. 15, when the voltage is 2.4 V and the output is low, that is, when the hydrogen flow rate is small, it is confirmed that the output tends to decrease as the opening degree increases. This is presumably because, when the output is low, the amount of generated water is small and the surrounding environment is in a dry state, and if the opening degree is high, the solid electrolyte membrane is dried and the output is reduced.
一方、1.95Vの高出力時、すなわち、水素流量が多い場合には、多くの酸素を取入れることができる開口度40%に調整したときの出力が最も高い。しかしながら、更に水素流量が多い1.80Vのときでは、寧ろ開口度が低い方が出力が低下する傾向が見られる。このときの単位セルの表面温度は56℃を超えており、そのため燃料電池自らの発熱により固体電解質膜が乾燥しやすくなるため、開口度を高くして多くの酸素を取り入れ、発電反応を起こりやすくするよりも、開口度を低くして固体電解質膜の乾燥を防ぐ方が出力の向上に繋がると考えられる。したがって、燃料電池の出力に応じて正極開口部の開口度を調節することで、固体電解質膜の乾燥による出力の低下を防ぐことができる。 On the other hand, at a high output of 1.95 V, that is, when the hydrogen flow rate is large, the output is the highest when the opening degree is adjusted to 40% at which a large amount of oxygen can be taken. However, when the hydrogen flow rate is 1.80 V, which has a higher hydrogen flow rate, the output tends to decrease when the opening degree is rather low. At this time, the surface temperature of the unit cell is over 56 ° C., and the solid electrolyte membrane is likely to dry due to the heat generated by the fuel cell itself. It is considered that lowering the degree of opening to prevent the solid electrolyte membrane from drying will lead to improved output. Therefore, by adjusting the degree of opening of the positive electrode opening according to the output of the fuel cell, it is possible to prevent a decrease in output due to drying of the solid electrolyte membrane.
前記の結果に基づいて、正極開口部の開口度を、燃料電池の出力に応じて20〜40%の間で変化させて発電試験を行ったときの燃料電池の電力量を、開口度を20%、30%および40%で固定して発電したときの電力量と共に表1に示す。 Based on the above results, the power amount of the fuel cell when the power generation test was performed by changing the opening degree of the positive electrode opening portion between 20 to 40% according to the output of the fuel cell, the opening degree was set to 20 It is shown in Table 1 together with the amount of electric power when power is generated at a fixed rate of 30% and 40%.
表1から明らかなように、燃料電池の出力に応じて正極開口部の開口度を調節することにより、燃料電池の出力の低下を抑制することができる。したがって、後述する実施例の燃料電池発電システムに、本参考例の装置を組み込むことにより、前記の効果を得ることができる。 As is clear from Table 1, the output of the fuel cell can be prevented from decreasing by adjusting the opening degree of the positive electrode opening according to the output of the fuel cell. Therefore, the above-described effect can be obtained by incorporating the apparatus of this reference example into a fuel cell power generation system of an embodiment described later.
実施例1
図16に示す構成の燃料電池発電システムを作製した。
Example 1
A fuel cell power generation system having the configuration shown in FIG. 16 was produced.
[燃料電池の作製]
正極と負極とを抵抗12を介して導通可能にした単位セル100を6個直列に接続し、開閉扉200による正極開口部の開口度を、前記予備試験の結果を受けて30%にした以外は、前記予備試験と同様にして燃料電池を作製した。
[Fabrication of fuel cell]
6
[水素除去装置の作製]
図12に示す構成の水素除去装置を作製した。セル400の構成部材は、前記燃料電池の単位セル100と同様のものを用いた。電極は6mm四方とし、固体電解質膜は8mm四方とした。正極集電板406には、SUS304に金メッキを施した厚み2mmのものを用いた。空気孔412は1×60mmの長方形型の穴を図12に示すようにセル400の正極拡散層401上部に当たる部分全域にわたり配置した。負極集電板407も正極集電板406と同様の形状、材質とした。
[Production of hydrogen removal equipment]
A hydrogen removal apparatus having the configuration shown in FIG. 12 was produced. The constituent members of the
燃料タンク部411には、ガラスエポキシ樹脂製で厚み3mmのものを用いた。中央のタンク内部の深さは2mmである。シール材410には、シリコンゴム製で厚み0.2mmのものを用いた。電極の納まる部分に空いた穴のサイズは61mm四方とした。
The
以上の部材を図12に示すように積層し、ボルトとナットを用いて締め込んだ。また、正極集電板406の端部に正極リード線414を、負極集電板407の端部に負極リード線415を配し、これらの間に、スイッチ417および20mΩの抵抗416を接続して、水素除去装置を得た。
The above members were laminated as shown in FIG. 12, and tightened with bolts and nuts. Further, a positive
[水素供給装置の作製]
図11に示す構成の水素供給装置を作製した。水素発生物質収容容器301には、内容積50cm3のポリプロピレン製角柱状の容器を用いた。水供給パイプ307、水素導出パイプ305、306および水回収パイプ310には、内径2mm、外径3mmのポリプロピレン製のパイプを用いた。水素発生物質収容容器301に、水素発生物質として平均粒径3μmのアルミニウム粉末12.3gと、発熱物質として酸化カルシウム1.6gを入れた。水収容容器303として内容積50cm3のポリプロピレン製角柱状の容器を用い、その中に水を30g入れた。凝縮水分離器309には、内容積30cm3のポリプロピレン製角柱状の容器を用いた。
[Production of hydrogen supply device]
A hydrogen supply apparatus having the configuration shown in FIG. 11 was produced. As the hydrogen generating
[燃料電池発電システムの組み立て]
前記の燃料電池1、水素供給源2および水素除去装置3を用いて、図16に示す構成の燃料電池発電システムを組み立てた。なお、逆流防止手段9a、9bにはチェックバルブを用いた。また、逆流防止手段9a、9bの燃料電池1側とは反対側を合流させて通気経路13を構成し、この通気経路13にマスフローメーター14を接続し、燃料電池発電システムの燃料電池1において、通気経路8、13および逆流防止手段9a、9bを経由して出入りするガスの流速をモニタリングできるようにした。マスフローメーター14には、KOFLOC社製の「マスフロー8100」を使用した。
[Assembly of fuel cell power generation system]
A fuel cell power generation system having the configuration shown in FIG. 16 was assembled using the
<発電試験>
水供給ポンプ308によって、水収容容器303内の水を水素発生物質収容容器301へ供給して水素を発生させ、外部負荷4によって燃料電池1の発電試験を4.0Vの定電圧で1時間行った。また発電試験の開始から40分後に、燃料電池1の水素供給装置2側の単位セル100の電圧値(A)と、通気経路8側の単位セル100の電圧値(B)とのモニタリングを開始し、前記電圧値(A)および(B)のモニタリングを200秒間継続した。また、通気経路8から排出される余剰のガスをモニタリング装置であるマスフローメーター14で計測した。
<Power generation test>
The
外部負荷4への電力供給を1時間行った後、外部負荷4をオフにすると共に水供給ポンプ308による水供給を停止し、同時に水素除去装置3のスイッチ417と燃料電池1の各単位セル100の正極−負極間を繋ぐリード体に設けたスイッチをオンにした。
After supplying power to the
比較例1
実施例1と同じ構成の燃料電池発電システムを用い、水素供給装置2の水供給ポンプ308によって、水収容容器303内の水を水素発生物質収容容器301へ供給して水素発生させ、外部負荷4によって燃料電池の発電試験を4.0Vの定電圧で開始した。試験は室温25℃で行った。
Comparative Example 1
Using the fuel cell power generation system having the same configuration as that of the first embodiment, the
発電試験の開始から40分後に、燃料電池発電システムから逆流防止手段9a、9bを取り外し、燃料電池1の電圧が安定してから、前記電圧値(A)および(B)のモニタリングを200秒間行った。
After 40 minutes from the start of the power generation test, the backflow prevention means 9a and 9b are removed from the fuel cell power generation system, and after the voltage of the
比較例2
水素除去装置3を用いず、また、燃料電池1において、各単位セル100の正極−負極間を繋ぐリード体および抵抗11、並びに逆流防止装置9a、9bを設置しなかった以外は、実施例1と同様にして燃料電池発電システムを作製し、実施例1と同様にして発電試験を行った。
Comparative Example 2
Example 1 except that the
図17に、実施例1および比較例1の発電試験による燃料電池1の水素供給装置2側の単位セル100の電圧値(A)、および通気経路8側の単位セル100の電圧値(B)の変化を示す。なお、図17では、縦軸に、電圧値(A)および(B)を相対値[電圧相対値(A)および電圧相対値(B)]で示しているが、実施例1および比較例1における電圧相対値(A)は、実施例1でのモニタリング開始時の電圧値(A)を基準としており、実施例1および比較例1における電圧相対値(B)は、実施例1でのモニタリング開始時の電圧値(B)を基準としている。また、図17の横軸は、電圧値(A)および(B)のモニタリング開始からの時間を示している。
FIG. 17 shows the voltage value (A) of the
図17に示す結果から、実施例1および比較例1の電圧相対値(B)を比較すると、比較例1の電圧相対値(B)が低下している。これは、比較例1の燃料電池発電システムでは、逆流防止装置9a、9bを設置していない[電圧値(A)および(B)のモニタリング前に、逆流防止装置9a、9bを取り外した]ことから、燃料電池1内に供給される水素の圧力変動などによって外気が混入し、これにより、外気の影響を受け易い通気経路8側の単位セルの電圧が低下しているものと考えられる。これに対し、逆流防止装置9a、9bを設置している実施例1の燃料電池発電システムでは、燃料電池1の運転時における圧力変動を抑制でき且つ外気の混入を抑えることが可能であり、これにより、燃料電池内の単位セルの電圧が、その配置に関わらず安定している。
From the results shown in FIG. 17, when the voltage relative value (B) of Example 1 and Comparative Example 1 are compared, the voltage relative value (B) of Comparative Example 1 is decreased. This is because the
以上より、正極開口部を周囲環境に適応した開口度に設定し、かつ逆流防止手段を備えることにより、より出力安定性の高い燃料電池発電システムとし得ることが分かる。 From the above, it can be seen that a fuel cell power generation system with higher output stability can be obtained by setting the positive electrode opening to an opening degree adapted to the surrounding environment and including the backflow prevention means.
また、実施例1および比較例2の燃料電池発電システムによる発電試験において、燃料電池1の運転停止後(外部負荷4をオフにすると共に水供給ポンプ308による水供給を停止した後)の電圧変化を測定し、燃料電池1の電圧が0.2Vに降下するまでにかかった時間を求めた。結果を表2に示す。
In the power generation test by the fuel cell power generation system of Example 1 and Comparative Example 2, the voltage change after the operation of the
水供給ポンプ308の停止後も、水素供給装置2から燃料電池1側への水素供給が暫く続いたため、表2に示すように、水素除去装置3を持たず、また、燃料電池1内の残留水素を消費する手段を持たない比較例2の燃料電池発電システムでは、電圧降下にかなりの時間を要したが、水素除去装置3を有する実施例1の燃料電池発電システムでは、水素除去装置3により燃料電池1内に流入する水素を大幅に低減でき、更に、燃料電池1内の各単位セル100の抵抗11により残留水素を消費できたため、迅速に電圧を低下させることができた。これらの結果から、水素除去装置3を有する実施例1の燃料電池発電システムでは、燃料電池1内の単位セルの長寿命化が期待できる。
Even after the
本発明の燃料電池発電システムでは、比較的簡易な構成で出力の安定化を図ることができ、また、好ましくは燃料電池の長寿命化も可能であることから、システムの小型化も容易である。よって、本発明の燃料電池発電システムは、高機能のポータブル型電子機器の電源用途を始めとして、従来の燃料電池が適用されている各種用途に好適に用いることができる。 In the fuel cell power generation system of the present invention, the output can be stabilized with a relatively simple configuration, and preferably the life of the fuel cell can be extended, so that the system can be easily downsized. . Therefore, the fuel cell power generation system of the present invention can be suitably used for various applications to which conventional fuel cells are applied, including power supply applications for high-performance portable electronic devices.
1 燃料電池
2 水素供給装置
3 水素除去装置
9a、9b 逆流防止手段
100 単位セル
200 正極開口部
201 開閉可能な扉
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記燃料電池は、開閉可能な扉を備えた、空気中の酸素を前記正極拡散層に導入するための正極開口部、および前記燃料電池内の水素流路と燃料電池外部とを繋ぐ通気経路を有しており、
前記通気経路には、前記燃料電池内の水素流路から前記燃料電池外部へ排気する方向のみに流路を開放する逆流防止手段、および前記燃料電池外部から前記燃料電池内の水素流路に外気が流入する方向のみに流路を開放する逆流防止手段の、少なくとも一方が設置されていることを特徴とする燃料電池発電システム。 A positive electrode having a positive electrode diffusion layer and a positive electrode catalyst layer for reducing oxygen; a negative electrode having a negative electrode diffusion layer and a negative electrode catalyst layer for oxidizing fuel; and a solid electrolyte membrane disposed between the positive electrode and the negative electrode; A plurality of unit cells, and hydrogen flow paths for supplying hydrogen to each of the plurality of unit cells, and at least some of the plurality of unit cells are electrically connected in series or in parallel. A fuel cell power generation system having a fuel cell and supplying power to an external load,
The fuel cell has a door that can be opened and closed, a positive electrode opening for introducing oxygen in the air into the positive electrode diffusion layer, and a ventilation path that connects the hydrogen flow path in the fuel cell and the outside of the fuel cell. Have
The ventilation path includes a backflow preventing means that opens the flow path only in the direction of exhausting from the hydrogen flow path in the fuel cell to the outside of the fuel cell, and external air from the outside of the fuel cell to the hydrogen flow path in the fuel cell. A fuel cell power generation system, wherein at least one of backflow prevention means for opening the flow path only in the direction in which the gas flows is installed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007295260A JP2009123469A (en) | 2007-11-14 | 2007-11-14 | Fuel cell power generation system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007295260A JP2009123469A (en) | 2007-11-14 | 2007-11-14 | Fuel cell power generation system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009123469A true JP2009123469A (en) | 2009-06-04 |
Family
ID=40815415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007295260A Withdrawn JP2009123469A (en) | 2007-11-14 | 2007-11-14 | Fuel cell power generation system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2009123469A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013030894A1 (en) * | 2011-08-31 | 2013-03-07 | 三洋電機株式会社 | Fuel cell module |
| JP2013171727A (en) * | 2012-02-21 | 2013-09-02 | Toyota Motor Corp | Fuel battery system and operation method thereof |
| CN115312801A (en) * | 2022-09-05 | 2022-11-08 | 山东大学 | Variable fuel cell air intake flow adjustment device, control system and method |
-
2007
- 2007-11-14 JP JP2007295260A patent/JP2009123469A/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013030894A1 (en) * | 2011-08-31 | 2013-03-07 | 三洋電機株式会社 | Fuel cell module |
| JP2013171727A (en) * | 2012-02-21 | 2013-09-02 | Toyota Motor Corp | Fuel battery system and operation method thereof |
| CN115312801A (en) * | 2022-09-05 | 2022-11-08 | 山东大学 | Variable fuel cell air intake flow adjustment device, control system and method |
| CN115312801B (en) * | 2022-09-05 | 2024-08-23 | 山东大学 | Variable fuel cell air inlet flow regulating device, control system and method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH08327590A (en) | Carbon monoxide detector, organic compound detector and lower alcohol detector | |
| JP5519858B2 (en) | Direct oxidation fuel cell system | |
| JP5098154B2 (en) | Electrochemical energy generating apparatus and operation method thereof | |
| JP2011000566A (en) | Gas-liquid separator, apparatus for producing hydrogen, and fuel cell system | |
| JP2009221072A (en) | Cartridge for hydrogen supply and fuel cell power generation system | |
| JP2006294594A (en) | ELECTRODE CATALYST LAYER FOR FUEL CELL AND FUEL CELL USING THE SAME | |
| JP2009123469A (en) | Fuel cell power generation system | |
| US20090029203A1 (en) | Fuel Cell System With an Electrochemical Hydrogen Generation Cell | |
| JP5073737B2 (en) | Fuel cell power generation system | |
| US20130022882A1 (en) | Fuel cell system | |
| CN100481599C (en) | Direct methanol fuel cell system and operating method thereof | |
| EP2546912A1 (en) | Fuel cell system | |
| JP5040138B2 (en) | Fuel cell system and fuel cell operating method | |
| WO2009119434A1 (en) | Fuel cell unit, fuel cell stack and electronic device | |
| JP2022044327A (en) | Fuel cell system | |
| JP2017068907A (en) | Fuel battery system | |
| JP2010033979A (en) | Fuel-cell electric power generation system | |
| CN101617430A (en) | Fuel cell generation | |
| JP2010218929A (en) | Fuel cell power generation system | |
| JP2013020722A (en) | Fuel cell power generation system | |
| JP2009070659A (en) | Fuel cell system | |
| WO2014045510A1 (en) | Direct oxidation fuel cell system and collection tank used therein | |
| JP2007066688A (en) | Fuel cell | |
| JP2009129608A (en) | Fuel cell, fuel cell power generation system and power generation method | |
| JP2012113876A (en) | Fuel cell system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100720 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20110519 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20110526 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20110721 |