JP4447272B2 - Fuel cell evaluation system - Google Patents
Fuel cell evaluation system Download PDFInfo
- Publication number
- JP4447272B2 JP4447272B2 JP2003312193A JP2003312193A JP4447272B2 JP 4447272 B2 JP4447272 B2 JP 4447272B2 JP 2003312193 A JP2003312193 A JP 2003312193A JP 2003312193 A JP2003312193 A JP 2003312193A JP 4447272 B2 JP4447272 B2 JP 4447272B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- stack
- evaluation
- oxidizing gas
- gas
- 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.)
- Expired - Fee Related
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)
Description
本発明は燃料電池の評価装置に関し、とくに燃料電池、とくに固体高分子電解質型燃料電池の水分の評価装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell evaluation apparatus, and more particularly to a fuel cell, and more particularly, to a moisture evaluation apparatus for a solid polymer electrolyte fuel cell.
固体高分子電解質型燃料電池は、膜−電極アッセンブリ(MEA:Membrane-Electrode Assembly )とセパレータとの積層体(ただし、積層方向は任意でよい)からなる。膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極(アノード、燃料極)および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極(カソード、空気極)とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータとの間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層が設けられる。セパレータには、アノードに燃料ガス(水素)を供給するための燃料ガス流路が形成され、カソードに酸化ガス(酸素、通常は空気)を供給するための酸化ガス流路が形成されている。また、セパレータには冷媒(通常、冷却水)を流すための冷媒流路も形成されている。膜−電極アッセンブリとセパレータを重ねてセル(単位燃料電池、単セルともいう)を構成し、少なくとも1つのセルからモジュールを構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル、インシュレータ、エンドプレートを配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層方向に延びる締結部材(たとえば、テンションプレート)、ボルト・ナットにて固定して、スタックを構成する。
各セルの、アノード側では、水素を水素イオン(プロトン)と電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子(隣りのMEAのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる)から水を生成するつぎの反応が行われる。
アノード側:H2 →2H+ +2e-
カソード側:2H+ +2e- +(1/2)O2 →H2 O
A solid polymer electrolyte fuel cell is composed of a laminate of a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator (however, the lamination direction may be arbitrary). The membrane-electrode assembly includes an electrolyte membrane composed of an ion exchange membrane, an electrode composed of a catalyst layer disposed on one surface of the electrolyte membrane (anode, fuel electrode), and an electrode composed of a catalyst layer disposed on the other surface of the electrolyte membrane ( Cathode, air electrode). Between the membrane-electrode assembly and the separator, diffusion layers are provided on the anode side and the cathode side, respectively. In the separator, a fuel gas passage for supplying fuel gas (hydrogen) to the anode is formed, and an oxidizing gas passage for supplying oxidizing gas (oxygen, usually air) to the cathode. The separator is also formed with a refrigerant flow path for flowing a refrigerant (usually cooling water). A cell (unit fuel cell, also referred to as a single cell) is configured by stacking a membrane-electrode assembly and a separator, a module is configured from at least one cell, the module is stacked to form a cell stack, and the cell stack of the cell stack Terminals, insulators, and end plates are arranged at both ends in the direction, the cell stack is clamped in the cell stacking direction, and is fastened with fastening members (for example, tension plates), bolts and nuts that extend in the cell stacking direction. To do.
In each cell, a reaction for converting hydrogen into hydrogen ions (protons) and electrons is performed on the anode side, and the hydrogen ions move through the electrolyte membrane to the cathode side. On the cathode side, oxygen, hydrogen ions, and electrons (neighboring MEA) Next, the following reaction is performed to generate water from electrons generated at the anode of the first electrode through the separator or electrons generated at the anode of the cell at one end in the cell stacking direction through the external circuit to the cathode of the other cell.
Anode side: H 2 → 2H + + 2e −
Cathode side: 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O
燃料電池は発電に伴いガス流路内に水が生成し、この生成水が発電性能に大きな影響を及ぼす。比較的乾燥しやすい酸化ガス流路の上流部では、膜が乾燥してプロトンの膜中の移動が円滑に行われなくなって電池性能が低下しやすく、生成水量の多い酸化ガス流路の下流部では、湿潤過多、いわゆるフラッディングが生じやすく、酸素のカソードへの供給が生成水で阻害されて電池性能が低下しやすい。そのため、水の生成状態を外部から観察することができたり、あるいはセル面内の水分布を定量的に把握することができることが望まれる。しかし、セパレータがカーボンやメタルから製作されているので、通常、流路内を外部から観察することはできない。その結果、ガス流路内のどこで水が多く生成し、実際にどのような水分布になっているのかを把握する手段、方法は未だ確立されていないのが現状である。 In the fuel cell, water is generated in the gas flow path with power generation, and this generated water greatly affects the power generation performance. At the upstream part of the oxidizing gas channel, which is relatively easy to dry, the membrane is dried and protons cannot move smoothly in the membrane, so that the battery performance is likely to deteriorate, and the downstream part of the oxidizing gas channel with a large amount of generated water. In this case, excessive wetness, so-called flooding is likely to occur, and supply of oxygen to the cathode is hindered by generated water, so that battery performance is likely to deteriorate. Therefore, it is desired that the water generation state can be observed from the outside, or the water distribution in the cell plane can be grasped quantitatively. However, since the separator is made of carbon or metal, the inside of the channel cannot usually be observed from the outside. As a result, the present situation is that the means and method for grasping where much water is generated in the gas flow path and what kind of water distribution is actually established have not yet been established.
従来技術として、燃料電池の排水特性を評価する装置が特開2002−313380号公報に提案されている。その装置を用いることで、燃料電池の外へ排出される水分量を定量化することはできるが、セル内の実際の水分布を外部から視認したり、あるいは定量的に把握することはできない。
また、教材用レドックス電池の、膜によって隔てられた正極室と負極室に酸化還元反応で変色する正極液と負極液を通水し、透明壁を通して、正極液と負極液における通水(生成水ではない)の色の変化を視認することが特開平2−79374号公報に提案されている。しかし、固体高分子電解質型燃料電池では、セパレータの流路に流されるのは液ではなく、ガスであり、しかも、生成される水は純水であって酸化還元反応で変色する液ではいので、従来技術を適用して水の生成を把握することはできない。また、従来技術では、正極室と負極室の各室の全体が変色するので、セル面内での水の生成量の分布までを把握することはできない。さらに、教材用のため、環境条件が固定されているため、電池が使用される種々の使用条件(たとえば、温度、ガス圧力、ガス流量など)を変化させて電池の水分生成を評価することができず、従来技術を実際の燃料電池の水分生成評価に適用することは、不可能かまたは極めて困難である。
In addition, the positive electrode solution and the negative electrode solution, which change color due to the oxidation-reduction reaction, are passed through the positive electrode chamber and the negative electrode chamber separated by the membrane of the redox battery for teaching materials, and the positive electrode solution and the negative electrode solution are passed through the transparent wall. However, it is proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-79374 to visually recognize the color change. However, in a solid polymer electrolyte fuel cell, it is not a liquid that flows through the flow path of the separator, but a gas, and the generated water is pure water and is not a liquid that changes color due to a redox reaction. However, it is not possible to grasp the generation of water by applying the prior art. Moreover, in the prior art, since the entire chambers of the positive electrode chamber and the negative electrode chamber are discolored, it is impossible to grasp the distribution of the amount of water generated in the cell plane. Furthermore, since the environmental conditions are fixed for teaching materials, it is possible to evaluate the battery moisture generation by changing various usage conditions (for example, temperature, gas pressure, gas flow rate, etc.) in which the battery is used. However, it is impossible or extremely difficult to apply the prior art to actual fuel cell moisture production evaluation.
本発明が解決しようとする問題点は、従来の燃料電池の水分評価では、燃料電池の発電反応に伴う生成水の水分布を外部から視認できなかったという問題である。 The problem to be solved by the present invention is that the water distribution of the fuel cell accompanying the power generation reaction of the fuel cell cannot be visually recognized from the outside in the conventional moisture evaluation of the fuel cell .
本発明の目的は、燃料電池の発電反応に伴う生成水の水分布を外部から視認できる燃料電池の評価装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fuel cell evaluation apparatus that can visually recognize the distribution of generated water accompanying the power generation reaction of the fuel cell from the outside .
上記課題を解決する、そして上記目的を達成する、本発明はつぎの通りである。
(1) 電解質を挟持した一対の電極とガス流路が形成された燃料ガス側セパレータおよび酸化ガス側セパレータとを有する評価用単位燃料電池を備えた燃料電池の評価装置であって、前記燃料ガス側セパレータおよび酸化ガス側セパレータの少なくとも一方のセパレータの、少なくとも一部を絶縁性の透明部材から形成し、前記絶縁性の透明部材と前記電極との間に集電手段を設け、
前記酸化ガス側セパレータを2以上の部材に分割し、そのうちの一部の第1の部材を透明樹脂で製作するとともに、残りの第2の部材を導電性材で製作し、さらに、前記第1の部材と前記電極との間に設けた集電手段を前記第1の部材よりも一回り大きくして前記第2の部材と接触させた燃料電池の評価装置。
(2) 前記評価用単位燃料電池を、燃料電池スタックの両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込んだ(1)記載の燃料電池の評価装置。
(3) 前記評価用単位燃料電池を、燃料電池スタックの両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込み、前記第1の部材の外部に水滴量を計測可能なセンサを設けた(1)記載の燃料電池の評価装置。
(4) 前記評価用単位燃料電池を組み込んだ燃料電池スタックをそのまま車両用燃料電池スタックとして用いる(2)または(3)記載の燃料電池の評価装置。
The present invention for solving the above problems and achieving the above object is as follows.
( 1 ) A fuel cell evaluation apparatus comprising a unit fuel cell for evaluation having a pair of electrodes sandwiching an electrolyte, a fuel gas side separator in which a gas flow path is formed, and an oxidizing gas side separator. At least a part of at least one of the side separator and the oxidizing gas side separator is formed of an insulating transparent member, and a current collecting means is provided between the insulating transparent member and the electrode,
The separator on the oxidizing gas side is divided into two or more members, and a part of the first members are made of a transparent resin, and the remaining second member is made of a conductive material. fuel cell evaluation device a collecting means provided contacted with said second member and slightly larger than the first member between the members and the electrode of.
( 2 ) The fuel cell evaluation device according to ( 1 ), wherein the unit fuel cell for evaluation is incorporated in at least one of unit fuel cells at both ends of the fuel cell stack.
(3) the evaluation unit fuel cells, embedded in at least one unit fuel cell at both ends of the fuel cell stack, wherein the water droplet amount provided measurable sensor to the outside of the first member (1) Fuel according Battery evaluation device.
( 4 ) The fuel cell evaluation device according to ( 2 ) or ( 3 ), wherein the fuel cell stack incorporating the unit fuel cell for evaluation is used as it is as a fuel cell stack for a vehicle.
上記(1)の燃料電池の評価装置によれば、ガス流路が形成されたセパレータの一部を透明部材から形成したので、燃料電池の発電反応に伴う生成水のガス流路内での水分布を外部から視認することができる。 According to the fuel cell evaluation apparatus of (1) above, since a part of the separator in which the gas flow path is formed is formed from the transparent member, the water in the gas flow path of the generated water accompanying the power generation reaction of the fuel cell Distribution can be visually recognized from the outside .
上記(1)の燃料電池の評価装置によれば、第1の部材と電極との間に設けた集電手段を第1の部材よりも一回り大きくして第2の部材と接触させたので、電流取り出し手段を設けることなくセパレータの第1の部材の部分の水分を観察することができる。
上記(2)の燃料電池の評価装置によれば、上記(1)の評価用単位燃料電池を、燃料電池スタックの両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込んだので、スタック内部の水分状態を直接把握することができる。
上記(3)の燃料電池の評価装置によれば、上記(1)の評価用単位燃料電池を、燃料電池スタックの両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込み、第1の部材の外部に水滴量を計測可能なセンサを設けたので、スタック内部の水分状態を直接把握することができ、さらに、センサ出力に応じて内部の水滴量を外部からコントロールすることが可能となる。
上記(4)の燃料電池の評価装置によれば、車両用燃料電池スタックを分解することなくメンテナンスが可能となる。
According to the evaluation device of the fuel cell (1) above, was contacted with the second member a collecting means provided between the first member and the electrode is slightly larger than the first member Therefore, it is possible to observe the moisture in the first member portion of the separator without providing a current extraction means.
According to the fuel cell evaluation apparatus of ( 2 ), since the unit fuel cell for evaluation of ( 1 ) is incorporated into at least one of the unit fuel cells at both ends of the fuel cell stack, the moisture state inside the stack is directly measured. I can grasp it.
According to the fuel cell evaluation apparatus of ( 3 ) above, the evaluation unit fuel cell of ( 1 ) above is incorporated in at least one of the unit fuel cells at both ends of the fuel cell stack, and the amount of water droplets outside the first member Since the sensor capable of measuring the water content is provided, the moisture state inside the stack can be directly grasped, and the water droplet amount inside can be controlled from the outside according to the sensor output.
According to the fuel cell evaluation apparatus of ( 4 ) above, maintenance can be performed without disassembling the vehicle fuel cell stack.
以下に、参考例および本発明の燃料電池の評価装置を図1〜図12を参照して説明する。図1〜図3は参考例1を示し、図4、図5は参考例2を示し、図6は参考例3を示し、図7は参考例4を示し、図8は参考例5を示し、図9は参考例6を示し、図10は本発明の実施例1を示し、図11は本発明の実施例2を示し、図12は本発明の実施例3を示す。
参考例1〜6と本発明の何れの実施例にわたって共通する構成部分には、参考例1〜6と本発明の全実施例にわたって同じ符号が付してある。
A reference example and a fuel cell evaluation apparatus of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3 show Reference Example 1 , FIGS. 4 and 5 show Reference Example 2 , FIG. 6 shows Reference Example 3 , FIG. 7 shows Reference Example 4 , and FIG. 8 shows Reference Example 5 . 9 shows Reference Example 6 , FIG. 10 shows Example 1 of the present invention, FIG. 11 shows Example 2 of the present invention, and FIG. 12 shows Example 3 of the present invention.
Constituent parts common to Reference Examples 1 to 6 and any embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals throughout Reference Examples 1 to 6 and all embodiments of the present invention.
まず、参考例1〜6と本発明の全実施例にわたって共通する部分の構成、作用を、図1〜図3を参照して説明する。
参考例1〜6と本発明の燃料電池の評価装置は、評価用単位燃料電池1を備えている。
評価用単位燃料電池1は、固体高分子電解質型の評価用単位燃料電池であり、電解質20を挟持した一対の電極21、22(アノード21、カソード22)とを有するMEA12と、燃料ガス流路23が形成された燃料ガス側セパレータ11および酸化ガス流路24が形成された酸化ガス側セパレータ10とを有する。
評価用単位燃料電池1の燃料ガス側セパレータ11および酸化ガス側セパレータ10の少なくとも一方のセパレータの、少なくとも一部は、電気絶縁性の透明部材、たとえば透明樹脂(透明プラスチック)から形成されている。また、透明樹脂部分と電極21、23との間には導電性の集電手段13が設けられている。すなわち、通常のセパレータがもつ役割を、ガス流路を形成する部分と、発電した電流を導電する部分とに分け、前者は透明樹脂で製作可能であることから透明樹脂とし、後者を集電手段から構成した。
図1〜図3では、評価用単位燃料電池1の燃料ガス側セパレータ11および酸化ガス側セパレータ10は、その全部が透明樹脂から形成されているが、図10では、酸化ガス側セパレータ10の一部10aのみが透明樹脂から形成されている。
First, the configuration and operation of parts common to Reference Examples 1 to 6 and all the embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
The reference examples 1 to 6 and the fuel cell evaluation apparatus of the present invention include an evaluation
The evaluation
At least a part of at least one of the fuel
1 to 3, the fuel
セパレータ11、10の透明部材と電極21、22との間に設けられた集電手段13(たとえば、金属網)に、電流取り出し手段14が設けられている。電流取り出し手段14はセパレータ11、10を貫通して集電手段13に延び、集電手段13に接続している。電流取り出し手段14を設けなくても、集電手段13からの電流の取り出しが可能な場合は電流取り出し手段14を省略できる(図10は省略した例である)。
集電手段13は、触媒毒の無い(電極21、22の触媒層の触媒を被毒させない)ように、少なくとも表面がAu、Ptなどから構成されており、電流取り出し手段14も、金属メッシュ13同様、触媒毒の無い導電性の材料(たとえば、黄銅にAuメッキ)から製作されている。電流取り出し手段14は、図示しない負荷に接続されている。MEA12を挟んだセパレータ11、10は、中央部にくりぬきのあるフロントプレート16およびバックプレート17で挟み込み、これを図示しないボルトによって締結してある。MEA12の面積が小さいなどの理由で締結荷重が低い場合には、フロントプレート16およびバックプレート17は省略できる。
The current extraction means 14 is provided in the current collection means 13 (for example, a metal net) provided between the transparent members of the
The current collecting means 13 has at least a surface made of Au, Pt or the like so as not to poison the catalyst (does not poison the catalyst in the catalyst layers of the
参考例1〜6と本発明の燃料電池の評価装置は、さらに、評価用単位燃料電池1の運転条件を変更する変更手段2を備えていてもよい。変更手段2が変更する条件は、評価用単位燃料電池1の温度、ガス圧力、ガス流量、加湿などの条件の少なくとも1つである。これらの条件の少なくとも1つを制御することにより、評価用単位燃料電池1の運転条件を、実際の燃料電池の運転条件に近づける。
変更手段2が温度である場合、変更手段2は、燃料ガス側セパレータ11および酸化ガス側セパレータ10の少なくとも一方のセパレータのガス流路の背面側に形成された冷却水流路を含む。
変更手段2がガス流量である場合、変更手段2は、燃料ガス流路23に接続される燃料ガス供給配管に設けられた流量制御弁や、酸化ガス流路24接続される酸化ガス供給配管に設けられた流量制御弁などを含む。
The reference examples 1 to 6 and the fuel cell evaluation apparatus of the present invention may further include changing
When the changing
When the changing
上記の、参考例1〜6と本発明の全実施例にわたって共通する部分の作用、効果について説明する。
上記の燃料電池の評価装置では、評価用単位燃料電池1のガス流路23、24が形成されたセパレータ10、11の、少なくとも一方のセパレータの少なくとも一部を、透明部材から形成したので、評価用単位燃料電池1の、発電反応に伴う生成水のガス流路23、24内での水分布を、透明部材を通して、外部から視認することができる。そして、セル面内のどの部分のガス流路23、24部分に、どの程度の量の水分が生成されるかるかまで、すなわち分布とその量までも、把握することができる。
また、透明部材と電極21、22との間に集電手段13を設けたので、セパレータの透明部材が電気絶縁部材であるにもかかわらず、評価用単セルに発電を行わせることができるとともに、電極21、22の電流を取り出すことができる。その結果、発電性能に大きな影響を及ぼすガス流路23、24内の水分布とその水生成量を、発電状態で、定量的に外部から把握することができ、評価することができる。
また、評価用燃料電池1の運転条件を変更する変更手段2を設けたので、変更手段2によって評価燃料電池の運転条件を、実際に車両に搭載される電池が実際に使用される環境条件に制御することができ、実際に車両に搭載される電池の実際の運転状態に近い状態での水分評価を行うことができる。
The operations and effects of the parts common to the above Reference Examples 1 to 6 and all the embodiments of the present invention will be described.
In the fuel cell evaluation apparatus, at least a part of at least one of the
In addition, since the current collecting means 13 is provided between the transparent member and the
Further, since the changing
つぎに、参考例1〜6と本発明の各実施例に特有な部分の構成、作用、効果を説明する。
参考例1では、図1〜図3に示すように、燃料ガス側セパレータ11および酸化ガス側セパレータ10の両方のセパレータの全部の部分が絶縁性の透明部材から構成されている。また、集電手段13(たとえば、金属網)に、電流取り出し手段14が設けられている。
参考例1の作用、効果については、両セパレータ11、10とも透明なため、燃料ガス流路23も酸化ガス流路24の両方ともに、外部からの、直接の観察が可能である。
Next, the configurations, operations, and effects of the parts unique to Reference Examples 1 to 6 and each embodiment of the present invention will be described.
In Reference Example 1 , as shown in FIGS. 1 to 3, all of the separators of both the fuel
Regarding the operation and effect of Reference Example 1 , since both
参考例2では、図4、図5に示すように、評価用単位燃料電池1の運転条件を変更する変更手段2が設けられており、変更手段2が燃料ガス側セパレータ11および酸化ガス側セパレータ10の少なくとも一方のセパレータのガス流路の背面に形成された冷却水流路15を含む。
図4、図5の例では、片側のセパレータ(酸化ガス側セパレータ10)を透明樹脂で製作し、もう片方のセパレータ(燃料ガス側セパレータ11)を熱伝導率の高い金属で製作し、金属製セパレータのガス流路の背面に冷却水流路15を形成する。この冷却水流路15に冷水あるいは温水を流すことにより、セル面内の温度制御を可能にしている。
参考例2の作用、効果については、その冷却水流路15を流れる冷却水の温度、または量、または温度と量を、制御することによって、評価用単位燃料電池1の運転温度を、実際の燃料電池の運転温度に近づけることができる。
In Reference Example 2 , as shown in FIGS. 4 and 5, changing
In the example of FIGS. 4 and 5, the separator on one side (oxidation gas side separator 10) is made of a transparent resin, and the other separator (fuel gas side separator 11) is made of a metal having high thermal conductivity. A cooling
Regarding the operation and effect of the reference example 2 , the temperature or amount of cooling water flowing through the cooling
参考例3では、図6に示すように、集電手段13(たとえば、金属網)が1つにつき、複数の電流取り出し手段14が設けられている。
参考例3の作用、効果については、集電手段13に複数の電流取り出し手段14を設けたので、電流取り出し手段14間の、集電手段13のセル面内方向の抵抗値を小さくでき、発電面積の大きなセルでも集電手段13による電圧降下を低く抑えることができ、精度の高い評価を行うことができる。
In Reference Example 3 , as shown in FIG. 6, a plurality of current extracting means 14 are provided for each current collecting means 13 (for example, a metal net).
Regarding the operation and effect of the reference example 3 , since the current collecting means 14 is provided with a plurality of current extracting
参考例4では、図7に示すように、集電手段13(たとえば、金属網)が互いに導通しない複数の領域に分割されており、それぞれの分割域に電流取り出し手段14が設けられている。
参考例4の作用、効果については、集電手段13を分割し、それぞれに電流取り出し手段14を設けたので、セル面内の電流密度分布も同時に計測することが可能となる。したがって、それぞれの分割域における水分量も定量的に測定することができ、その測定データを基にして流路の最適化をはかることができる。
In the reference example 4 , as shown in FIG. 7, the current collecting means 13 (for example, a metal net) is divided into a plurality of areas that are not electrically connected to each other, and the current extracting
Regarding the operation and effect of Reference Example 4 , since the current collecting means 13 is divided and the current extracting
参考例5では、図8に示すように、上記の評価用単位燃料電池1が、燃料電池スタック100と並列に接続されている。
酸化ガスが、スタック100の酸化ガス入口41からスタックに流入し、スタックの酸化ガス出口42から流出する場合に、酸化ガスは、スタック100への流路から分流して、評価用単位燃料電池1の酸化ガス入口から酸化ガス流路24に流入し、評価用単位燃料電池1の酸化ガス出口を通って流出して、スタックの酸化ガス出口42から流出するガスに合流して、循環する。
燃料ガスが、スタック100の燃料ガス入口43からスタックに流入し、スタックの燃料ガス出口44から流出する場合に、燃料ガスは、スタック100への流路から分流して、評価用単位燃料電池1の燃料ガス入口から燃料ガス流路23に流入し、評価用単位燃料電池1の燃料ガス出口を通って流出して、スタックの燃料ガス出口44から流出するガスに合流して、循環する。
同様に、冷却水が、スタック100の冷却水入口45からスタックに流入し、スタックの冷却水出口46から流出する場合に、冷却水は、スタック100への流路から分流して、評価用単位燃料電池1の冷却水入口から冷却水流路15に流入し、評価用単位燃料電池1の冷却水出口を通って流出して、スタックの冷却水出口46から流出する冷却水に合流して、循環する。
In Reference Example 5 , as shown in FIG. 8, the evaluation
When the oxidizing gas flows into the stack from the oxidizing gas inlet 41 of the
When the fuel gas flows into the stack from the
Similarly, when the cooling water flows into the stack from the cooling
参考例5の作用、効果については、評価用単位燃料電池1を、燃料電池スタック100と並列に、ガス流路、冷却水流路を接続することにより、評価用単位燃料電池を用いてスタック内部の水分状態を、容易に推測することができる。その理由は、並列に接続した場合には、スタック内水分状態と類似の水分状態が評価用単位燃料電池1内に生じていると考えられるので、評価用単位燃料電池1内の水分を評価することにより、スタック内水分状態を推定することができるからである。
Regarding the operation and effect of Reference Example 5 , the evaluation
参考例6では、図9に示すように、上記の評価用単位燃料電池1が、燃料電池スタック100の両端の単位燃料電池の少なくとも一方に、構成単位燃料電池として、組み込まれている。
酸化ガスが、スタック100の酸化ガス入口41からスタックに流入し、スタックの酸化ガス出口42から流出する場合に、スタック100の酸化ガス入口41からスタックに流入する酸化ガスの一部が、評価用単位燃料電池1の酸化ガス流路24に流入し、酸化ガス流路24を流れた後、スタックの酸化ガス出口42から流出するガスに合流して、循環する。
燃料ガスが、スタック100の燃料ガス入口43からスタックに流入し、スタックの燃料ガス出口44から流出する場合に、スタック100の燃料ガス入口43からスタックに流入する燃料ガスの一部が、評価用単位燃料電池1の燃料ガス流路23に流入し、燃料ガス流路23を流れた後、スタックの燃料ガス出口44から流出するガスに合流して、循環する。
同様に、冷却水が、スタック100の冷却水入口45からスタックに流入し、スタックの冷却水出口46から流出する場合に、スタック100の冷却水入口45からスタックに流入する冷却水の一部が、評価用単位燃料電池1の冷却水流路15に流入し、冷却水流路15を流れた後、スタックの冷却水出口46から流出する冷却水に合流して、循環する。
In Reference Example 6 , as shown in FIG. 9, the evaluation
When the oxidizing gas flows into the stack from the oxidizing gas inlet 41 of the
When the fuel gas flows into the stack from the
Similarly, when cooling water flows into the stack from the cooling
参考例6の作用、効果については、評価用単位燃料電池1を、燃料電池スタック100の両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込んだので、スタック内部の水分状態を直接把握することができる。その理由は、評価用単位燃料電池1を、燃料電池スタック100に直列に接続した場合には、スタック内水分状態と同じ水分状態が評価用単位燃料電池1内に生じていると考えられるので、評価用単位燃料電池1内の水分を評価することにより、スタック内水分状態を、直接、把握することができるからである。
Regarding the operation and effect of Reference Example 6 , since the evaluation
本発明の実施例1では、図10に示すように、酸化ガス側セパレータ10が2以上の部材10a、10bに分割されており、そのうちの一部の第1の部材10aは透明樹脂で製作されているとともに、残りの第2の部材10bは導電性材で製作されている。さらに、第1の部材10aと電極22との間に設けられた集電手段13は、第1の部材10aよりも一回り大きくし製作されていて、第2の部材10bと接触している。
本発明の実施例1の作用、効果については、第1の部材10aと電極22との間に設けられた集電手段13が第1の部材10aよりも一回り大きく製作されていてまわりの第2の部材10bと接触しているので、第1の部材10aで発電した電流は金属網を通じ第2の部材10bで集電され、電流取り出し手段14を設けることなくセパレータの第1の部材10aの部分の水分を観察することができる。
In Example 1 of the present invention, as shown in FIG. 10, the oxidizing
With respect to the operation and effect of the first embodiment of the present invention, the current collecting means 13 provided between the
本発明の実施例2では、図11に示すように、本発明の実施例1の評価用単位燃料電池1(酸化ガス側セパレータ10が2以上の部材10a、10bに分割されており、そのうちの一部の第1の部材10aは透明樹脂で製作されているとともに、残りの第2の部材10bは導電性材で製作されている評価用単位燃料電池)が、燃料電池スタック100の両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込まれている。
酸化ガスがスタック100の酸化ガス入口41からスタック100に流入し、スタック100の酸化ガス出口42から流出する場合に、スタック100の酸化ガス入口41からスタック100に流入する酸化ガスの一部が評価用単位燃料電池1の酸化ガス流路24に流入し、酸化ガス流路24を通った後、スタックの酸化ガス出口42から流出するガスに合流し、循環する。
燃料ガスがスタック100の燃料ガス入口43からスタック100に流入し、スタック100の燃料ガス出口44から流出する場合に、スタック100の燃料ガス入口43からスタック100に流入する燃料ガスの一部が評価用単位燃料電池1の燃料ガス流路23に流入し、燃料ガス流路23を通った後、スタックの燃料ガス出口44から流出するガスに合流し、循環する。
同様に、冷却水がスタック100の冷却水入口45からスタック100に流入し、スタック100の冷却水出口46から流出する場合に、スタック100の冷却水入口45からスタック100に流入する冷却水の一部が評価用単位燃料電池1の冷却水流路15に流入し、冷却水流路15を通った後、スタックの冷却水出口46から流出する冷却水に合流し、循環する。
In Example 2 of the present invention, as shown in FIG. 11, the unit fuel cell for
When the oxidizing gas flows into the
When the fuel gas flows into the
Similarly, when the cooling water flows into the
本発明の実施例2の作用、効果については、本発明の実施例1の評価用単位燃料電池1を、燃料電池スタック100の両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込んだので、スタック100内部の水分状態を、直接、把握することができる。その理由は、評価用単位燃料電池1を、燃料電池スタック100の両端の単位燃料電池の少なくとも一方に直列に組み込んだため、スタック内水分状態と同じ水分状態が評価用単位燃料電池1に生じていると考えられ、評価用単位燃料電池1内の水分状態を計測することにより、スタック100内部の水分状態を、直接、把握することができると考えられるからである。
Operation of
本発明の実施例3では、図12に示すように、本発明の実施例1の評価用単位燃料電池1(酸化ガス側セパレータ10が2以上の部材10a、10bに分割されており、そのうちの一部の第1の部材10aは透明樹脂で製作されているとともに、残りの第2の部材10bは導電性材で製作されている評価用単位燃料電池)が、燃料電池スタック100の両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込まれている。さらに、第1の部材10aの外部には、水滴量を計測可能な水滴量センサ30が取り付けられている。水滴量センサ30には、ワイパーなどに設けられる市販の水滴量センサを用いることができる。
酸化ガスがスタック100の酸化ガス入口41からスタック100に流入し、スタック100の酸化ガス出口42から流出する場合に、スタック100の酸化ガス入口41からスタック100に流入する酸化ガスの一部が評価用単位燃料電池1の酸化ガス流路24に流入し、酸化ガス流路24を通った後、スタックの酸化ガス出口42から流出するガスに合流し、循環する。
燃料ガスがスタック100の燃料ガス入口43からスタック100に流入し、スタック100の燃料ガス出口44から流出する場合に、スタック100の燃料ガス入口43からスタック100に流入する燃料ガスの一部が評価用単位燃料電池1の燃料ガス流路23に流入し、燃料ガス流路23を通った後、スタックの燃料ガス出口44から流出するガスに合流し、循環する。
同様に、冷却水がスタック100の冷却水入口45からスタック100に流入し、スタック100の冷却水出口46から流出する場合に、スタック100の冷却水入口45からスタック100に流入する冷却水の一部が評価用単位燃料電池1の冷却水流路15に流入し、冷却水流路15を通った後、スタックの冷却水出口46から流出する冷却水に合流し、循環する。
In Example 3 of the present invention, as shown in FIG. 12, the unit fuel cell for
When the oxidizing gas flows into the
When the fuel gas flows into the
Similarly, when the cooling water flows into the
本発明の実施例3の作用、効果については、本発明の実施例1の評価用単位燃料電池1を、燃料電池スタック100の両端の単位燃料電池の少なくとも一方に組み込んだので、スタック100内部の水分状態を、直接、把握することができる。さらに、水滴量センサ30を設けたので、センサ30の出力に応じてスタック内部の水滴量を外部からコントロールすることが可能となる。
Operation of Embodiment 3 of the present invention, and effect, the evaluation
参考例6と本発明の実施例2、3の評価用単位燃料電池1を組み込んだ燃料電池スタック100をそのまま車両用燃料電池スタックとして用いることができる。
その場合は、車両用燃料電池スタック100を分解することなく燃料電池スタック100のメンテナンスが可能となる。
The
In that case, the
1 評価用単位燃料電池
2 変更手段
10 酸化ガス側セパレータ
10a 酸化ガス側セパレータ(可視化部)
10b 酸化ガス側セパレータ(非可視化部)
11 燃料ガス側セパレータ
12 MEA
13 集電手段
14 電流取り出し手段
15 冷却水流路
16 フロントプレート
17 バックプレート
20 電解質
21 電極(アノード)
22 電極(カソード)
23 燃料ガス流路
24 酸化ガス流路
30 水滴量センサ
41 酸化ガス入口
42 酸化ガス出口
43 燃料ガス入口
44 燃料ガス出口
45 冷却水入口
46 冷却水出口
100 燃料電池スタック
DESCRIPTION OF
10b Oxidizing gas side separator (invisible part)
11 Fuel
13 Current collecting means 14 Current extracting means 15 Cooling
22 electrode (cathode)
23
Claims (4)
前記酸化ガス側セパレータを2以上の部材に分割し、そのうちの一部の第1の部材を透明樹脂で製作するとともに、残りの第2の部材を導電性材で製作し、さらに、前記第1の部材と前記電極との間に設けた集電手段を前記第1の部材よりも一回り大きくして前記第2の部材と接触させた燃料電池の評価装置。 A fuel cell evaluation apparatus comprising a unit fuel cell for evaluation having a pair of electrodes sandwiching an electrolyte, a fuel gas side separator formed with a gas flow path, and an oxidizing gas side separator, the fuel gas side separator and At least a part of at least one separator of the oxidizing gas side separator is formed from an insulating transparent member, and a current collecting means is provided between the insulating transparent member and the electrode,
The separator on the oxidizing gas side is divided into two or more members, and a part of the first members are made of a transparent resin, and the remaining second member is made of a conductive material. fuel cell evaluation device a collecting means provided contacted with said second member and slightly larger than the first member between the members and the electrode of.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003312193A JP4447272B2 (en) | 2003-09-04 | 2003-09-04 | Fuel cell evaluation system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003312193A JP4447272B2 (en) | 2003-09-04 | 2003-09-04 | Fuel cell evaluation system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005079076A JP2005079076A (en) | 2005-03-24 |
| JP4447272B2 true JP4447272B2 (en) | 2010-04-07 |
Family
ID=34413515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003312193A Expired - Fee Related JP4447272B2 (en) | 2003-09-04 | 2003-09-04 | Fuel cell evaluation system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4447272B2 (en) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006310152A (en) * | 2005-04-28 | 2006-11-09 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Evaluation cell for polymer electrolyte fuel cell and method for producing separator of the cell |
| JP4677604B2 (en) * | 2005-09-21 | 2011-04-27 | 国立大学法人山梨大学 | Fuel cell and fuel cell reaction measuring device |
| JP5082251B2 (en) * | 2006-02-08 | 2012-11-28 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell gas flow path evaluation system |
| KR101124237B1 (en) | 2009-11-04 | 2012-03-27 | 한국과학기술원 | Visualization apparatus for transparent PEMFC |
| KR101052353B1 (en) | 2009-11-04 | 2011-07-27 | 한국과학기술원 | Thermal management fuel cell visualization device |
| JP5410352B2 (en) * | 2010-03-31 | 2014-02-05 | ダイハツ工業株式会社 | Visualization cell of fuel cell |
| JP5694069B2 (en) * | 2011-06-22 | 2015-04-01 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell |
| JP5912901B2 (en) * | 2011-06-22 | 2016-04-27 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell |
| JP5675511B2 (en) * | 2011-06-22 | 2015-02-25 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell |
| JP5675512B2 (en) * | 2011-06-22 | 2015-02-25 | 本田技研工業株式会社 | Manufacturing method of fuel cell separator |
| CN113130932A (en) * | 2021-04-08 | 2021-07-16 | 上海氢晨新能源科技有限公司 | Fuel cell flow state observation tool |
-
2003
- 2003-09-04 JP JP2003312193A patent/JP4447272B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2005079076A (en) | 2005-03-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7195831B2 (en) | Fuel cell and method of controlling the same | |
| JP4273781B2 (en) | Fuel cell operating state determination apparatus and method | |
| US7517600B2 (en) | Multiple pressure regime control to minimize RH excursions during transients | |
| CN100530794C (en) | Integrated current collector and electrical component plate for a fuel cell stack | |
| JP3331117B2 (en) | Fuel cell, method of manufacturing fuel cell, composite gas separator, and method of manufacturing the same | |
| JP4447272B2 (en) | Fuel cell evaluation system | |
| CN114335620A (en) | Fuel cell system | |
| US6682835B2 (en) | Method and apparatus for increasing the operational efficiency of a fuel cell power plant | |
| JP2015065063A (en) | Current measuring device | |
| JP2009170229A (en) | FUEL CELL MANUFACTURING METHOD, FUEL CELL SYSTEM, FUEL CELL | |
| KR101283022B1 (en) | Fuel cell stack | |
| JP2007087859A (en) | Fuel cell system | |
| JP4173744B2 (en) | Fuel cell unit and operation method thereof | |
| JP5040042B2 (en) | Fuel cell | |
| JP2006004702A (en) | Separator for solid polymer fuel cell | |
| JP2009129847A (en) | Fuel cell system | |
| JP2004139817A (en) | Fuel cell | |
| JP2005183040A (en) | Method for measuring current distribution of stacked fuel cell, stacked fuel cell, and operation method of stacked fuel cell | |
| JP5302758B2 (en) | Fuel cell stack | |
| JP5245232B2 (en) | Polymer electrolyte fuel cell | |
| JP2001185173A (en) | Composite gas separator for fuel cells | |
| JP5463800B2 (en) | FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM | |
| EP1646099B1 (en) | Electrochemical device | |
| JP2019029067A (en) | Fuel cell system | |
| JP2006172967A (en) | Fuel cell stack |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051215 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090519 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090526 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090707 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100112 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100120 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130129 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |