固体高分子形燃料電池用ポンプレスガス循環方式の電気－流体アナロジーに基づく導出とその動作解析

摘要

高効率を目指す固体高分子形燃料電池（PEMFC）システムでは，燃料電池出口から排出される未反応の水素ガスを入口へと循環させるために，主に機械式ポンプが用いられている．しかし，ポンプは動作時に振動·騒音を発生するのに加えて電力を消費するため，高効率·静寂性·無振動等の燃料電池の長所を定性的に相殺してしまう．本稿では電気－流体間のアナロジーに基づき電気回路で汎用的に用いられるスイッチトキャパシタ回路を起源としたポンプレス循環システムの導出を行う．アナロジーより得られたポンプレスガス循環システムに対して各種実験を行い，スイッチトキャパシタ回路のシミュレーション結果と動作特性を比較することによりアナロジーの妥当性検証を行った．また，ポンプレスガス循環システムを用いて単セルのPEMFCを10時間に渡り運転を行った結果，セル電圧は低下することなく安定な特性が得られた．