JP2003017106A - Fuel cell control system - Google Patents

Fuel cell control system

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JP2003017106A
JP2003017106A JP2001201152A JP2001201152A JP2003017106A JP 2003017106 A JP2003017106 A JP 2003017106A JP 2001201152 A JP2001201152 A JP 2001201152A JP 2001201152 A JP2001201152 A JP 2001201152A JP 2003017106 A JP2003017106 A JP 2003017106A
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Japan
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fuel cell
control system
turbidity
fuel
cell control
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Withdrawn
Application number
JP2001201152A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiro Kobayashi
敏郎 小林
Takuya Moriga
卓也 森賀
Eiki Ito
栄基 伊藤
Tamotsu Yamada
保 山田
Akio Sato
昭男 佐藤
Shigeru Tsurumaki
茂 弦巻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect the abnormality of a fuel cell whether it is serious or not, judging from the turbidity of drain water. SOLUTION: For the fuel cell control system having a fuel cell generating electricity by using hydrogen, oxygen or air, and water or vapor respectively, a turbidity meter 16a, detecting the turbidity of drain water at the outlet side of a fuel electrode of the fuel cell 1, is installed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池制御システ
ムに関し、特に固体高分子型燃料電池(PEFC:Po
lymer Elecrolyte Fuel Cel
l)の運転中の異常を検知する制御システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell control system, and more particularly to a polymer electrolyte fuel cell (PEFC: Po).
Lymer Electrolyte Fuel Cell
1) A control system for detecting an abnormality during operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、自動車等の車両のクリーンな電力
供給源として燃料電池を用いることが話題に上ってい
る。ここで、燃料電池としては、例えば固体高分子電解
質膜を燃料極と空気極との間に挟持してセルを構成し、
更にこのセルをセパレータで両側から挟持して構成して
いるものが知られている。一般に、こうしたセルは多数
積層してユニットとし、さらにこれらユニットを複数積
層して燃料電池スタックの状態で使用される。
2. Description of the Related Art Recently, the use of fuel cells as a clean power supply source for vehicles such as automobiles has become a hot topic. Here, as the fuel cell, for example, a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an air electrode to form a cell,
Further, it is known that this cell is sandwiched by separators from both sides. Generally, a large number of such cells are laminated to form a unit, and a plurality of these units are further laminated to be used in a fuel cell stack state.

【0003】ところで、燃料電池においては、一般に水
素等の燃料や酸素(又は空気)に基づいて電池反応が起
こることにより電力が生じるが、効率的に運転するには
燃料電池の状態を監視することが重要である。また、燃
料電池が人間などに危険な状態となる前にその異常を検
知することが重要となる。
By the way, in a fuel cell, electric power is generally generated by a cell reaction based on a fuel such as hydrogen or oxygen (or air), but in order to operate efficiently, the state of the fuel cell must be monitored. is important. Further, it is important to detect the abnormality of the fuel cell before it becomes dangerous to humans.

【0004】従来、燃料電池の異常を検知する手段とし
ては、次に述べる方法が知られている。 1)単電池(セル)全ての電圧を測定し、しきい値以下
の電圧を示した単電池を検出し異常を検知する手法。 2)複数の単電池を直列にしたユニットで電圧を測定
し、しきい値以下の電圧を示したユニットを検出し異常
を検知する手法(例えば、特表平5−502973
号)。この2)の手法の場合、上記1)の手法と比べ、
測定端子数が減り簡易化が可能であるというメリットを
有する。
Conventionally, the following method has been known as means for detecting an abnormality in a fuel cell. 1) A method of measuring the voltage of all single cells (cells) and detecting single cells that show a voltage equal to or lower than a threshold value to detect an abnormality. 2) A method of measuring a voltage with a unit in which a plurality of unit cells are connected in series and detecting a unit showing a voltage equal to or lower than a threshold value to detect an abnormality (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-502973).
issue). In the case of this method 2), compared with the method 1) above,
This has the advantage that the number of measurement terminals is reduced and simplification is possible.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術によれば、下記の問題点を有する。上記1)の場合、
電圧測定は異常の間接的測定であって、内部で具体的に
何が起こっているのか不明である。つまり、単なる軽度
の故障,不調で、注意しておけば修理着手まで使用可能
であるのか、あるいは瞬時に停止しなければ装置に重大
なダメージを与えたり、破壊異常発熱等の危険要因とな
るかの判断が困難である。
However, according to the prior art, there are the following problems. In the case of 1) above,
Voltage measurement is an indirect measurement of anomalies and it is unclear what is happening internally. In other words, is it just a slight failure or malfunction, and if it can be used until repairs can be started with caution, or if it does not stop instantly will cause serious damage to the device or become a risk factor such as abnormal heat generation due to destruction. Is difficult to judge.

【0006】上記2)の場合、出力100Vであっても
単電池の数は100数10個となり、電圧測定端子、伝
送ケーブル、信号処理数が多くなるため、複雑化、ノイ
ズの影響が大きく、誤動作の原因となる。
In the case of the above 2), even if the output is 100V, the number of unit cells is 100 and 10 and the number of voltage measuring terminals, transmission cables, and signal processing is large, so that the complexity and the influence of noise are large, It may cause malfunction.

【0007】本発明はこうした事情を考慮してなされた
もので、燃料電池の燃料極出口側にドレイン水の濁度を
検出する濁度計を配置した構成とすることにより、ドレ
イン水の濁度の度合いから燃料電池が軽度の異常か重大
な異常かを検知しえる燃料電池制御システムを提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in consideration of such circumstances, and the turbidity meter for detecting the turbidity of the drain water is arranged at the fuel electrode outlet side of the fuel cell to obtain the turbidity of the drain water. It is an object of the present invention to provide a fuel cell control system capable of detecting whether the fuel cell has a slight abnormality or a serious abnormality from the degree of the above.

【0008】また、本発明は、燃料電池の燃料極出口側
に排ガス中の排ガス濃度を検出する濃度計を配置した構
成とすることにより、排ガス中の排ガス組成から燃料電
池が軽度の異常か重大な異常かを検知しえる燃料電池制
御システムを提供することを目的とする。
Further, according to the present invention, a concentration meter for detecting the concentration of exhaust gas in the exhaust gas is arranged on the fuel electrode outlet side of the fuel cell, so that the fuel cell is judged to have a slight abnormality or a serious abnormality from the exhaust gas composition in the exhaust gas. An object of the present invention is to provide a fuel cell control system capable of detecting whether there is any abnormality.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本願第1の発明は、水
素、酸素又は空気、水又は水蒸気を夫々用いて発電を行
う燃料電池を有した燃料電池制御システムにおいて、燃
料電池の燃料極出口側にドレイン水の濁度を検出する濁
度計を配置したことを特徴とする燃料電池制御システム
である。
The first invention of the present application is a fuel cell control system having a fuel cell for generating electric power by using hydrogen, oxygen or air, water or steam, respectively, and a fuel electrode outlet side of the fuel cell. The fuel cell control system is characterized in that a turbidimeter for detecting the turbidity of drain water is arranged in the fuel cell.

【0010】本願第2の発明は、水素、酸素又は空気、
水又は水蒸気を夫々用いて発電を行う燃料電池を有した
燃料電池制御システムにおいて、燃料電池の燃料極出口
側に排ガス中の排ガス濃度を検出する濃度計を配置した
ことを特徴とする燃料電池制御システムである。
The second invention of the present application is to provide hydrogen, oxygen or air,
In a fuel cell control system having a fuel cell for generating power using water or water vapor, respectively, a fuel cell control characterized in that a concentration meter for detecting the concentration of exhaust gas in exhaust gas is arranged at the fuel electrode outlet side of the fuel cell. System.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明について更に詳しく
説明する。図6は、固体高分子電解質膜21を燃料極2
2、空気極23で挟んで単セル24を構成し、更にこの
単セル24を2つのセパレータ25a,25bで挟み込
んだ構成となっている。本発明者らは、図6に示すよう
な単セルの異常について様々な試験を試みた結果、異常
のメカニズムが図4に示すようになっていることを推定
した。また、図6の単セル24の燃料極22では下記表
1に示すような現象がおこり、空気極23では下記表2
に示すような現象が起こることを推定した。つまり、燃
料極では、何等異常が無い場合は正規反応を起こすが、
欠乏、O 欠乏、水滞留の場合は、表1の右欄のよ
うな反応が夫々起こりうる。一方、空気極では、H
乏、O欠乏、水滞留の場合は、表2の右欄のような反
応が夫々起こりうる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention is described in more detail below.
explain. FIG. 6 shows the solid polymer electrolyte membrane 21 with the fuel electrode 2
2, sandwich the air electrode 23 to form a single cell 24.
The single cell 24 is sandwiched between two separators 25a and 25b
It has a different structure. As shown in FIG.
As a result of trying various tests for abnormalities of various single cells,
It is estimated that the mechanism of is as shown in Fig. 4.
did. In addition, in the fuel electrode 22 of the unit cell 24 of FIG.
The phenomenon as shown in FIG.
It was estimated that the phenomenon shown in Fig. That is, burn
At the charge pole, if there is no abnormality, a normal reaction will occur,
HTwoDeficiency, O TwoIn case of deficiency or water retention, refer to the right column of Table 1.
Each reaction can occur. On the other hand, at the air electrode, HTwoLack
Poor, OTwoIn the case of deficiency or water retention, the
Each response can occur.

【0012】[0012]

【表1】 [Table 1]

【0013】[0013]

【表2】 [Table 2]

【0014】上記したような単セルの異常の原因として
は、例えば燃料極でのH欠乏、空気極でのO欠乏、
燃料極での水滞留に起因するH欠乏、空気極での水滞
留に起因するO欠乏、それらに起因して発生する
、Oの燃焼による部材のダメージ、それらに起因
して生ずる部材のダメージ、及びそれらの燃焼,ダメー
ジに起因する高分子膜の穴あき,ガスリーク,混合燃焼
の加速が挙げられる。
The causes of the above-mentioned abnormality of the single cell are, for example, H 2 deficiency at the fuel electrode, O 2 deficiency at the air electrode,
H 2 deficiency due to water retention at the fuel electrode, O 2 deficiency due to water retention at the air electrode, H 2 generated due to them, damage to members due to combustion of O 2 , and due to them The damages of the members that occur, the combustion of these members, the perforation of the polymer film caused by the damages, the gas leak, and the acceleration of mixed combustion are included.

【0015】なお、図5は単セルの損傷のメカニズムを
推定した図であり、燃料極及び空気極において損傷が生
じた場合(H欠乏、O欠乏、水滞留の場合)、燃料
極では上記表1の右欄のような反応が夫々起こり、空気
極では上記表2の右欄のような反応が夫々起こりうる。
FIG. 5 is a diagram in which the mechanism of damage of the single cell is estimated. When damage occurs in the fuel electrode and the air electrode (H 2 deficiency, O 2 deficiency, water retention), the fuel electrode The reactions shown in the right column of Table 1 may occur, and the reactions illustrated in the right column of Table 2 may occur at the air electrode.

【0016】事実、ガス組成、冷却水の流量、空気極の
加湿温度、酸素極の加湿温度、酸素利用率を所定の値に
定めた条件下で、燃料欠乏による電圧及びガス組成の径
時変化を試験したところ、図7に示す結果を得た。つま
り、試験時間(h)に対するH利用率、セル電圧
(V)、空気極(カソード)出口H濃度(ppm)、
燃料極(アノード)出口O濃度(%)との関係は、図
7に示すとうりである。図7より、H欠乏時(H
用率200%)には、セル電圧の変化に対応し、空気出
口ガス中H濃度が80ppmから1000ppmに増
加し、燃料極出口ガス中O濃度が0%(検出限界10
ppm)から5%に増加するのを確認した。
In fact, under the condition that the gas composition, the flow rate of cooling water, the humidifying temperature of the air electrode, the humidifying temperature of the oxygen electrode, and the oxygen utilization rate are set to predetermined values, the voltage and the gas composition change with time due to fuel deficiency. When tested, the results shown in FIG. 7 were obtained. That is, the H 2 utilization rate with respect to the test time (h), cell voltage (V), air electrode (cathode) outlet H 2 concentration (ppm),
The relationship with the fuel electrode (anode) outlet O 2 concentration (%) is as shown in FIG. 7. From FIG. 7, at the time of H 2 deficiency (H 2 utilization rate 200%), the H 2 concentration in the air outlet gas increased from 80 ppm to 1000 ppm in response to the change in the cell voltage, and the O 2 concentration in the fuel electrode outlet gas increased. Is 0% (detection limit 10
(ppm) to 5% was confirmed.

【0017】また、単セルに穴明きがある場合について
試験したところ、図8、図9及び図11に示す結果を得
た。ここで、図8は、差圧(空気−燃料)と燃料極側の
各ガス(N,O,CO,H)組成の濃度変化と
の関係を示す特性図である。一方、図9は、穴面積と燃
料極側の濃度変化との関係を示す特性図である。図11
は、穴位置(入口からの距離/流路全長)と燃料極側の
ガス組成(%)との関係を示す特性図である。
When the single cell was tested with holes, the results shown in FIGS. 8, 9 and 11 were obtained. Here, FIG. 8, the differential pressure - is a characteristic diagram showing the (air fuel) and the gas on the fuel electrode side (N 2, O 2, CO 2, H 2) the relationship between the change in concentration of the composition. On the other hand, FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the hole area and the concentration change on the fuel electrode side. Figure 11
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a hole position (distance from inlet / total length of flow path) and gas composition (%) on the fuel electrode side.

【0018】図8より、空気極側から燃料極側へ空気が
漏れることにより、燃料極側のガス組成が変化し、検出
可能であることが明らかになった。なお、図8におい
て、CO、Hは差圧が大きくなるにつれてN,O
が増えた分減少する。また、図9より、燃料極出口の
差圧が小さい場合と比べ差圧が大きい場合の方が燃料極
側のOの濃度変化が大きいことが明らかである。更
に、図11より、穴の位置によりガス濃度が異なること
がわかる。これは、水素と酸素が混合され、電極触媒の
存在により燃焼するが、穴の位置によって燃焼率が異な
ることを示している。
From FIG. 8, it was revealed that air leaks from the air electrode side to the fuel electrode side, whereby the gas composition on the fuel electrode side changes and can be detected. Note that, in FIG. 8, CO 2 and H 2 are N 2 and O as the pressure difference increases.
It decreases by the amount that 2 increases. Further, it is apparent from FIG. 9 that the change in O 2 concentration on the fuel electrode side is larger when the pressure difference is larger than when the pressure difference at the fuel electrode outlet is small. Further, it can be seen from FIG. 11 that the gas concentration varies depending on the position of the hole. This indicates that hydrogen and oxygen are mixed and burned due to the presence of the electrode catalyst, but the burning rate differs depending on the position of the hole.

【0019】本発明(第1の発明)においては、燃料電
池の燃料極出口側にドレイン水中の濁度を検出する濁度
計を配置するが、これは燃料極で水滞留が起こると、こ
れに起因して燃料極出口側でのドレインが黒色化するた
めに有効である。つまり、ドレインの濁度を測定するこ
とにより、燃料極側の電極構成材料である炭素粉又は金
属粉(触媒)が損傷により流出する現象を検出可能であ
ることが確認できる。例えば、時間と濁度、電圧との関
係は図10に示すとおりである。但し、電流は図10に
示すように一定である。
In the present invention (first invention), a turbidimeter for detecting the turbidity in the drain water is arranged at the fuel electrode outlet side of the fuel cell. This is effective in that the drain becomes black at the outlet side of the fuel electrode due to. That is, by measuring the turbidity of the drain, it can be confirmed that the phenomenon in which the carbon powder or the metal powder (catalyst) that is the electrode constituent material on the fuel electrode side flows out due to damage can be detected. For example, the relationship between time, turbidity, and voltage is as shown in FIG. However, the current is constant as shown in FIG.

【0020】ここで、さらに注目すべき点が2点ある。
第1点は、電圧変化よりも早期に濁度変化が検知される
点である。つまり、電圧変化を感知した時点では既に重
度の損傷が生じていることを意味し、濁度測定が重大な
異常の検出に対し高感度であるといえる。第2点は、電
極損傷という重大な異常を判別検知できる点である。即
ち、燃料電池の電圧変化は、高分子膜の乾燥による抵抗
増加、燃料ガス組成の変化などの運転条件の変化に起因
する電圧変化もあるが、それらは運転条件の微調整によ
り容易に回復可能であり、永久劣化でないため、安全
性、装置寿命とは関係なく、濁度測定は電圧測定では認
識不可能な電池内部で生じる重大な異常を判別認識でき
るといえる。
There are two points to be noted here.
The first point is that the turbidity change is detected earlier than the voltage change. In other words, it means that severe damage has already occurred when the voltage change is sensed, and it can be said that the turbidity measurement is highly sensitive to the detection of a serious abnormality. The second point is that a serious abnormality called electrode damage can be discriminated and detected. That is, there are voltage changes in the fuel cell due to changes in operating conditions such as an increase in resistance due to drying of the polymer membrane and changes in fuel gas composition, but these can be easily recovered by fine adjustment of operating conditions. Since it is not a permanent deterioration, it can be said that the turbidity measurement can discriminate and recognize a serious abnormality that occurs inside the battery that cannot be recognized by the voltage measurement, regardless of safety and device life.

【0021】本発明(第2の発明)において、燃料電池
の燃料極出口側に排ガス中の濃度を検出する濃度計を配
置するが、この濃度計としては例えば排ガス中の酸素濃
度を検出する酸素濃度計が挙げられる。濃度計は燃料電
池の燃料極出口側に設けるのは一般的であるが、燃料電
池の燃料極出口側のみならず空気極出口側にも設けても
よい。
In the present invention (second invention), a concentration meter for detecting the concentration in the exhaust gas is arranged at the fuel electrode outlet side of the fuel cell. As the concentration meter, for example, oxygen for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas is used. A densitometer is mentioned. The densitometer is generally provided on the fuel electrode outlet side of the fuel cell, but it may be provided not only on the fuel electrode outlet side of the fuel cell but also on the air electrode outlet side.

【0022】本発明において、濁度計による濁度が異常
の場合には警告信号を、重大な異常の場合には運転停止
信号を出す制御回路を有することが好ましい。これによ
り、燃料電池を破壊することがないとともに、人間を危
険な状態にさらすことを回避することができる。
In the present invention, it is preferable to have a control circuit that outputs a warning signal when the turbidity measured by the turbidimeter is abnormal and an operation stop signal when the turbidity is seriously abnormal. As a result, the fuel cell is not destroyed, and it is possible to avoid exposing humans to a dangerous state.

【0023】本発明において、警告信号、運転停止信号
に加え、温度,圧力,ガス流量等の詳細データが電送さ
れる集中管理センターを有し、これらの情報を解析する
ことが好ましい。これにより、燃料電池を搭載した自動
車等をより正確なデータに基づいて遠隔操作することが
できる。
In the present invention, it is preferable to have a central control center to which detailed data such as temperature, pressure, gas flow rate, etc. are transmitted in addition to the warning signal and the operation stop signal, and the information is preferably analyzed. As a result, a vehicle equipped with the fuel cell or the like can be remotely controlled based on more accurate data.

【0024】本発明において、燃料電池の燃料極出口側
にドレイン水の濁度を検出する濁度計を設けるととも
に、排ガス中の濃度(例えば酸素濃度)を検出する濃度
計(D例えば酸素濃度計)を設け、濁度と濃度との関係
を示す異常信号検出マップを作成することが好ましい。
このマップは、例えば図12に示すように、横軸にO
濃度変化を示し、縦軸に濁度を示すもので、それらの値
に応じて注意信号を出す場合(微小穴の場合)、警報信
号を発する場合(H欠乏、水滞留)、瞬時にインター
ロック信号を出す場合(焼損、穴明き)とに区分したも
のである。これにより、燃料電池に具体的にどの程度の
異常が生じたことを確認することができる。
In the present invention, a turbidimeter for detecting the turbidity of drain water is provided on the fuel electrode outlet side of the fuel cell, and a densitometer (D, for example, oxygen concentration meter) for detecting the concentration in exhaust gas (for example, oxygen concentration). ) Is provided to create an abnormal signal detection map showing the relationship between turbidity and concentration.
For example, as shown in FIG. 12, this map has O 2 on the horizontal axis.
The change in concentration is shown, and the vertical axis shows the turbidity. When an attention signal is issued according to these values (in the case of a micro hole), an alarm signal is issued (H 2 deficiency, water retention), an instantaneous interface is displayed. This is divided into the case where a lock signal is issued (burnout, hole drilling). With this, it is possible to confirm specifically how much abnormality has occurred in the fuel cell.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明の各実施例に係る燃料電極制御
システムについて図面を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A fuel electrode control system according to each embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0026】(実施例1)図1を参照する。図中の付番
1は、蒸発部2と改質部3とCO除去部4からなる改質
器を示す。前記改質器1には、液体燃料としてのメタノ
ール5を収容した槽6a、水7を収容した槽6bが併設
されている。両槽6a,6bと改質器1とは、ポンプ8
a,流量調節器9aを介装した配管10と、ポンプ8
b,流量調節器9bを介装した配管11と、これらの両
配管10,11に接続する配管12により接続されてい
る。前記改質器1の蒸発部2では、ガス化が行われる。
また、改質部3では、メタノール4と水7による水蒸気
改質反応が行われ、水素リッチガスが得られる。更に、
CO除去部4にはCOだけを選択的に酸化させる触媒が
配置されており、CO除去部4を通過したCOが例えば
10ppm以下まで低減される。
Example 1 Reference is made to FIG. Reference number 1 in the figure indicates a reformer including an evaporation unit 2, a reforming unit 3, and a CO removing unit 4. The reformer 1 is provided with a tank 6a containing methanol 5 as a liquid fuel and a tank 6b containing water 7. Both tanks 6a, 6b and the reformer 1 are provided with a pump 8
a, a pipe 10 provided with a flow rate controller 9a, and a pump 8
b, a pipe 11 having a flow rate adjuster 9b interposed therebetween, and a pipe 12 connected to these two pipes 10, 11. Gasification is performed in the evaporator 2 of the reformer 1.
Further, in the reforming section 3, a steam reforming reaction is carried out with methanol 4 and water 7 to obtain a hydrogen rich gas. Furthermore,
A catalyst that selectively oxidizes only CO is arranged in the CO removal unit 4, and the CO that has passed through the CO removal unit 4 is reduced to, for example, 10 ppm or less.

【0027】前記改質器1には、燃料極と酸素極を有す
る固体高分子型燃料電池13が配管14を介して接続さ
れている。ここで、燃料電池13は、モーター15の駆
動源として機能する。前記燃料電池13の燃料極出口に
は濁度計16a,酸素濃度計17が配置され、燃料電極
13の酸素極出口には濁度計16bが配置されている。
前記改質器1の改質部3、CO除去部4及び燃料電池1
3には、ブロア18より空気が供給されるようになって
いる。ここで、この空気を送る途中の配管には、夫々流
量調節器9c,9d、9eが夫々設けられている。
A solid polymer fuel cell 13 having a fuel electrode and an oxygen electrode is connected to the reformer 1 through a pipe 14. Here, the fuel cell 13 functions as a drive source of the motor 15. A turbidity meter 16a and an oxygen concentration meter 17 are arranged at the fuel electrode outlet of the fuel cell 13, and a turbidity meter 16b is arranged at the oxygen electrode outlet of the fuel electrode 13.
Reforming unit 3, CO removing unit 4 and fuel cell 1 of the reformer 1.
Air is supplied to blower 3 from blower 18. Here, flow rate controllers 9c, 9d, and 9e are provided in the pipes in the middle of sending the air, respectively.

【0028】前記配管14からの主に水素を含むガスは
燃料電池13の燃料極に供給され、ブロワ18から流量
調節器9eを通過した空気は燃料電池13の酸素極に供
給される。また、燃料電池13で残存した水素、酸素等
は、改質器1の蒸発部2に送られる。前記各流量調節器
9a,9b,9c,9d,9e、濁度計16a,16b
及び酸素濃度計17の夫々には、制御器19が電気的に
接続されている。ここで、制御器19は、濁度計16
a,16b及び酸素濃度計17により異常を検出し、警
報、インターロック作動信号を発し、この信号に対応し
て各流量調節器9a〜9eへのメタノール、水、空気の
量又は各バルブの開閉を調節するようになっている。
The gas mainly containing hydrogen from the pipe 14 is supplied to the fuel electrode of the fuel cell 13, and the air passing from the blower 18 through the flow rate controller 9e is supplied to the oxygen electrode of the fuel cell 13. Further, hydrogen, oxygen, etc. remaining in the fuel cell 13 are sent to the evaporation unit 2 of the reformer 1. The flow rate controllers 9a, 9b, 9c, 9d, 9e and the turbidimeters 16a, 16b.
A controller 19 is electrically connected to each of the oxygen concentration meters 17 and. Here, the controller 19 controls the turbidimeter 16
a, 16b and the oxygen concentration meter 17 detect an abnormality, issue an alarm and an interlock operation signal, and in response to this signal, the amount of methanol, water, air to each flow rate controller 9a-9e or the opening / closing of each valve. Is adjusted.

【0029】つまり、濁度計16a,16b及び酸素濃
度計17と電気的に接続した制御器19は、流量調節器
9a〜9eと共に制御回路を構成するもので、濁度計1
6a,16bによる濁度や酸素濃度計17による濃度が
異常の場合には警告信号を、重大な異常の場合には運転
停止信号を出すように構成されている。
That is, the controller 19 electrically connected to the turbidimeters 16a and 16b and the oxygen concentration meter 17 constitutes a control circuit together with the flow rate controllers 9a to 9e.
When the turbidity due to 6a and 16b and the concentration due to the oxygen concentration meter 17 are abnormal, a warning signal is issued, and when there is a serious abnormality, an operation stop signal is issued.

【0030】このように、上記実施例1においては、燃
料電池13の燃料極出口に取り付けた濁度計16a及び
酸素濃度計17、空気極出口に取り付けた濁度計16b
により、セルの異常を検知、診断し、改質器1の運転条
件変更又は停止させている。
As described above, in the first embodiment, the turbidity meter 16a and the oxygen concentration meter 17 attached to the fuel electrode outlet of the fuel cell 13 and the turbidity meter 16b attached to the air electrode outlet.
Thus, the abnormality of the cell is detected and diagnosed, and the operating condition of the reformer 1 is changed or stopped.

【0031】また、前記濁度計16aに基づく濁度及び
酸素濃度計17に基づく酸素濃度により、図10に示す
ように、濁度と濃度との関係を示す異常信号検出マップ
を作成し、それらの値に応じて注意信号を出す場合(微
小穴の場合)、警報信号を発する場合(H欠乏、水滞
留)、瞬時にインターロック信号を出す場合(焼損、穴
明き)とに区分すれば、燃料電池に具体的にどの程度の
異常が生じたことを確認することができる。
Further, by using the turbidity based on the turbidimeter 16a and the oxygen concentration based on the oximeter 17, an abnormal signal detection map showing the relationship between the turbidity and the concentration is prepared as shown in FIG. Depending on the value of, the warning signal is output (for minute holes), the alarm signal is output (H 2 deficiency, water retention), or the interlock signal is output instantaneously (burnout, perforation). For example, it is possible to confirm specifically how much abnormality has occurred in the fuel cell.

【0032】(実施例2)図2を参照する。但し、図1
と同部材は同符番を付して説明を省略する。本実施例2
は、実施例1と比べ、燃料電池13の燃料極出口に濁度
計16aを設けると共に、空気極出口に濁度計16bを
設けたことを特徴とする。実施例2によれば、濁度計1
6a,16bの存在により、ドレイン水の濁度の度合い
から燃料電池が軽度の異常か重大な異常かを検知するこ
とができる。
(Embodiment 2) Referring to FIG. However, in FIG.
The same members as and are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Example 2
Is characterized in that a turbidimeter 16a is provided at the fuel electrode outlet of the fuel cell 13 and a turbidimeter 16b is provided at the air electrode outlet as compared with the first embodiment. According to Example 2, Turbidimeter 1
The presence of 6a and 16b makes it possible to detect whether the fuel cell has a slight abnormality or a serious abnormality based on the degree of turbidity of the drain water.

【0033】(実施例3)図3を参照する。但し、図1
と同部材は同符番を付して説明を省略する。本実施例3
は、実施例1と比べ、燃料電池13の燃料極出口に酸素
濃度計17を設けると共に、空気極出口に濁度計16b
を設けたことを特徴とする。実施例3によれば、酸素濃
度計17の存在により、排ガス中の酸素濃度から、なら
びに濁度計16bの存在によりドレイン水の濁度の度合
いから、燃料電池が軽度の異常か重大な異常かを検知す
ることができる。
(Embodiment 3) Referring to FIG. However, in FIG.
The same members as and are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Example 3
In comparison with Example 1, an oxygen concentration meter 17 is provided at the fuel electrode outlet of the fuel cell 13, and a turbidity meter 16b is provided at the air electrode outlet.
Is provided. According to the third embodiment, the presence of the oxygen concentration meter 17 indicates the oxygen concentration in the exhaust gas, and the presence of the turbidity meter 16b indicates the degree of turbidity of the drain water. Can be detected.

【0034】なお、上記実施例では、液体燃料(メタノ
ール)、水を改質器を経て燃料電池に送る場合について
述べたが、これに限らない。例えば、改質器を用いずに
水素(気体燃料)酸素(又は空気)、水(又は水蒸気)
とともに直接燃料電池へ送って発電を行ってもよい。
In the above embodiment, the case where liquid fuel (methanol) and water are sent to the fuel cell through the reformer has been described, but the present invention is not limited to this. For example, without using a reformer, hydrogen (gas fuel) oxygen (or air), water (or steam)
Together with this, it may be sent directly to the fuel cell to generate power.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、燃
料電池の燃料極出口側にドレイン水の濁度を検出する濁
度計を配置した構成とすることにより、ドレイン水の濁
度の度合いから燃料電池が軽度の異常か重大な異常かを
検知しえる燃料電池制御システムを提供できる。
As described above in detail, according to the present invention, the turbidity meter for detecting the turbidity of the drain water is arranged at the fuel electrode outlet side of the fuel cell, whereby the turbidity of the drain water is It is possible to provide a fuel cell control system capable of detecting whether the fuel cell has a slight abnormality or a serious abnormality based on the degree of the above.

【0036】また、本発明によれば、燃料電池の燃料極
出口側に排ガス中の排ガス濃度を検出する濃度計を配置
した構成とすることにより、排ガス中の排ガス組成から
燃料電池が軽度の異常か重大な異常かを検知しえる燃料
電池制御システムを提供できる。
Further, according to the present invention, a concentration meter for detecting the concentration of the exhaust gas in the exhaust gas is arranged on the fuel electrode outlet side of the fuel cell, so that the fuel cell shows a slight abnormality from the exhaust gas composition in the exhaust gas. It is possible to provide a fuel cell control system capable of detecting whether the abnormality is a serious abnormality.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1に係る燃料電池制御システム
の説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a fuel cell control system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例2に係る燃料電池制御システム
の説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a fuel cell control system according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例3に係る燃料電池制御システム
の説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a fuel cell control system according to a third embodiment of the present invention.

【図4】固体高分子型燃料電池(PEFC)における異
常メカニズムの説明図。
FIG. 4 is an explanatory view of an abnormal mechanism in a polymer electrolyte fuel cell (PEFC).

【図5】PEFCにおける損傷メカニズムの説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram of a damage mechanism in PEFC.

【図6】PEFCにおける各ガス、水の反応状況を示す
説明図。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a reaction state of each gas and water in PEFC.

【図7】PEFCにおける試験時間とH利用率、セル
電圧、カソード出口H濃度及びアノード出口O濃度
との関係を示す特性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between test time in PEFC and H 2 utilization rate, cell voltage, cathode outlet H 2 concentration, and anode outlet O 2 concentration.

【図8】PEFCにおける差圧(空気−燃料)と燃料極
側の各ガスの濃度変化との関係を示す特性図。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the differential pressure (air-fuel) and the concentration change of each gas on the fuel electrode side in PEFC.

【図9】PEFCにおける穴面積と燃料極側のOガス
の濃度変化との関係を示す特性図。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the hole area and the change in the concentration of O 2 gas on the fuel electrode side in PEFC.

【図10】PEFCにおける時間と濁度、電圧との関係
を示す特性図。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between time, turbidity, and voltage in PEFC.

【図11】PEFCにおける穴位置と燃料極側のガス組
成との関係を示す特性図。
FIG. 11 is a characteristic diagram showing the relationship between the hole position and the gas composition on the fuel electrode side in PEFC.

【図12】PEFCにおけるO濃度変化と濁度による
異常信号検出マップの説明図。
FIG. 12 is an explanatory diagram of an abnormal signal detection map by O 2 concentration change and turbidity in PEFC.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…改質器、 2…蒸発部、 3…改質部、 4…CO除去部、 5…メタノール、 6a,6b…槽、 7…水 9a〜9e…流量調節器、 13…燃料電池、 16a,16b…濁度計、 17…酸素濃度計、 18…ブロワ、 19…制御器。 1 ... reformer, 2 ... Evaporator, 3 ... reforming section, 4 ... CO removal unit, 5 ... methanol, 6a, 6b ... tank, 7 ... water 9a-9e ... Flow rate controller, 13 ... Fuel cell, 16a, 16b ... Turbidimeter, 17 ... Oxygen meter, 18 ... Blower 19 ... Controller.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 栄基 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 山田 保 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 佐藤 昭男 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 弦巻 茂 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目8番地1 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 Fターム(参考) 5H026 AA06 5H027 AA06 KK31    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Eiki Ito             4-6-22 Kannon Shinmachi, Nishi-ku, Hiroshima City, Hiroshima Prefecture               Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Hiroshima Research Center (72) Inventor Tamotsu Yamada             4-6-22 Kannon Shinmachi, Nishi-ku, Hiroshima City, Hiroshima Prefecture               Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Hiroshima Research Center (72) Inventor Akio Sato             4-6-22 Kannon Shinmachi, Nishi-ku, Hiroshima City, Hiroshima Prefecture               Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Hiroshima Research Center (72) Inventor Shigeru Tsurumaki             1-8 Koura, Kanazawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa               Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Basic Technology Research Center F-term (reference) 5H026 AA06                 5H027 AA06 KK31

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水素、酸素又は空気、水又は水蒸気を夫
々用いて発電を行う燃料電池を有した燃料電池制御シス
テムにおいて、 燃料電池の燃料極出口側にドレイン水の濁度を検出する
濁度計を配置したことを特徴とする燃料電池制御システ
ム。
1. A fuel cell control system having a fuel cell for generating electric power using hydrogen, oxygen or air, water or water vapor, respectively, and a turbidity for detecting turbidity of drain water at a fuel electrode outlet side of the fuel cell. A fuel cell control system in which a meter is arranged.
【請求項2】 濁度計による濁度が異常の場合には警告
信号を、重大な異常の場合には運転停止信号を出す制御
回路を有していることを特徴とする請求項1記載の燃料
電池制御システム。
2. A control circuit for outputting a warning signal when the turbidity measured by the turbidimeter is abnormal, and an operation stop signal when the turbidity is seriously abnormal. Fuel cell control system.
【請求項3】 警告信号、運転停止信号に加え、温度,
圧力,ガス流量の詳細データが電送される集中管理セン
ターを有し、これらの情報を解析することを特徴とする
請求項2記載の燃料電池制御システム。
3. In addition to the warning signal and the operation stop signal, the temperature,
3. The fuel cell control system according to claim 2, further comprising a central control center for transmitting detailed data of pressure and gas flow rate, and analyzing such information.
【請求項4】 水素、酸素又は空気、水又は水蒸気を夫
々用いて発電を行う燃料電池を有した燃料電池制御シス
テムにおいて、 燃料電池の燃料極出口側に排ガス中の排ガス濃度を検出
する濃度計を配置したことを特徴とする燃料電池制御シ
ステム。
4. A fuel cell control system having a fuel cell for generating electric power using hydrogen, oxygen or air, water or water vapor, respectively, and a densitometer for detecting exhaust gas concentration in exhaust gas at a fuel electrode outlet side of the fuel cell. A fuel cell control system characterized in that a fuel cell control system is provided.
【請求項5】 濃度計が酸素濃度計であることを特徴と
する請求項4記載の燃料電池制御システム。
5. The fuel cell control system according to claim 4, wherein the concentration meter is an oxygen concentration meter.
【請求項6】 濃度計による濃度が異常の場合には警告
信号を、重大な異常の場合には運転停止信号を出す制御
回路を有していることを特徴とする請求項4もしくは請
求項5記載の燃料電池制御システム。
6. A control circuit for outputting a warning signal when the concentration measured by the densitometer is abnormal, and an operation stop signal when the concentration is seriously abnormal. The fuel cell control system described.
【請求項7】 警告信号、運転停止信号に加え、温度,
圧力,ガス流量の詳細データが電送される集中管理セン
ターを有し、これらの情報を解析することを特徴とする
請求項6記載の燃料電池制御システム。
7. A warning signal, an operation stop signal, a temperature,
7. The fuel cell control system according to claim 6, further comprising a central control center for transmitting detailed data of pressure and gas flow rate, and analyzing such information.
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