JP2003346855A - Test apparatus of fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の性能を
試験するための燃料電池の試験装置に関する。The present invention relates to a fuel cell test apparatus for testing the performance of a fuel cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】燃料電池では、水素と酸素との化学反応
で生じた電子の流れによって発電が行われる。そして、
燃料電池には、水素を供給するための水素ガスを含む燃
料ガスと、酸素を供給するための酸化剤ガスとが供給さ
れる。2. Description of the Related Art In a fuel cell, power is generated by a flow of electrons generated by a chemical reaction between hydrogen and oxygen. And
A fuel gas containing hydrogen gas for supplying hydrogen and an oxidizing gas for supplying oxygen are supplied to the fuel cell.
【０００３】そして、燃料ガス及び酸化剤ガスを燃料電
池に供給するにあたっては、加湿して水分を与えた後に
供給するようにされている。このように、燃料ガス及び
酸化剤ガスに水分を与えて供給することにより、燃料電
池内でのイオン導電性を高めて発電効率を高めるように
されている。[0003] When supplying the fuel gas and the oxidizing gas to the fuel cell, the fuel gas and the oxidizing gas are supplied after being humidified and given water. As described above, by supplying moisture to the fuel gas and the oxidizing gas, the ionic conductivity in the fuel cell is increased, and the power generation efficiency is increased.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】前記加湿した燃料ガス
及び酸化剤ガスを燃料電池に供給して発電を行うにあた
り、前記加湿されたガスの露点温度は、燃料電池内での
イオン導電性に影響し発電の特性に影響を与える。In supplying electric power by supplying the humidified fuel gas and oxidizing gas to the fuel cell, the dew point temperature of the humidified gas affects ionic conductivity in the fuel cell. Affect the characteristics of power generation.
【０００５】従って、燃料電池の各種の性能を試験する
ための試験装置において供給するガスの露点温度が変動
すると、燃料電池の発電特性自体が変化するので、各種
試験に対する燃料電池の性能を客観的に評価することが
できない。[0005] Therefore, when the dew point temperature of the gas supplied in the test apparatus for testing various performances of the fuel cell changes, the power generation characteristics of the fuel cell itself change, and the performance of the fuel cell for various tests is objectively evaluated. Can not be evaluated.
【０００６】一方、従来、燃料電池に供給する加湿した
ガスの露点温度は加湿するための水分添加量と加熱温度
とから演算で求めていた。そして、燃料電池にガスを供
給するにあたり、この演算により求められた露点温度を
得るための条件でガスの加湿を行っていた。On the other hand, conventionally, the dew point temperature of a humidified gas supplied to a fuel cell has been obtained by calculation from the amount of water added for humidification and the heating temperature. When supplying the gas to the fuel cell, the gas is humidified under the conditions for obtaining the dew point temperature obtained by this calculation.
【０００７】従って、実際に燃料電池に供給されるガス
の露点温度は前記演算で求めた露点温度と一致しないの
で、燃料電池の発電の特性に変動を生じ、燃料電池の性
能の客観的な試験を行うことは困難であった。Accordingly, since the dew point temperature of the gas actually supplied to the fuel cell does not match the dew point temperature obtained by the above calculation, the power generation characteristics of the fuel cell fluctuate, and the performance of the fuel cell is objectively tested. Was difficult to do.
【０００８】そこで、本発明は、燃料ガスを加湿して燃
料電池に供給するにあたり、その露点温度の変動を防ぐ
ことができる燃料電池の試験装置を提供することを目的
とする。Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell test apparatus capable of preventing a change in the dew point temperature when humidifying a fuel gas and supplying the fuel gas to the fuel cell.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、燃料電池に供給される燃料ガスを水を一
定温度に加熱して発生させた蒸気を与えて加湿する加湿
手段と、前記加湿された燃料ガスの露点温度を計測する
露点温度計測手段と、前記露点温度計測手段で計測され
た燃料ガスの露点温度に応じて前記加湿手段が水を加熱
する温度を制御する制御手段とを備える燃料電池の試験
装置である（請求項１）。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a humidifying means for humidifying a fuel gas supplied to a fuel cell by heating water to a constant temperature to give steam generated therefrom; Dew point temperature measuring means for measuring the dew point temperature of the humidified fuel gas, and control means for controlling the temperature at which the humidifying means heats water according to the dew point temperature of the fuel gas measured by the dew point temperature measuring means. A fuel cell test device comprising:
【００１０】本発明の燃料電池の試験装置によると、燃
料電池に供給する加湿された燃料ガスの露点温度を計測
し、該計測された露点温度に応じて加湿手段が加湿を行
う際の加熱温度を制御する。これにより、燃料電池に供
給される燃料ガスの露点温度が目標の温度から変動する
ことを防ぐことができる。これにより、燃料電池が発電
する動作を安定させることができ、燃料電池に対する客
観的な性能試験を行うことができる。According to the fuel cell test apparatus of the present invention, the dew point temperature of the humidified fuel gas supplied to the fuel cell is measured, and the heating temperature when the humidifying means performs humidification according to the measured dew point temperature. Control. This can prevent the dew point temperature of the fuel gas supplied to the fuel cell from fluctuating from the target temperature. As a result, the operation of the fuel cell to generate power can be stabilized, and an objective performance test for the fuel cell can be performed.
【００１１】また、上記燃料電池の試験装置について、
前記制御手段が前記計測された燃料ガスの露点温度に応
じて前記加湿手段が加熱する温度の制御を６０秒に１回
以上のサイクルで行うように構成することができる（請
求項２）。[0011] Further, regarding the above-described fuel cell test apparatus,
The control means may control the temperature of the humidifying means to heat in accordance with the measured dew point temperature of the fuel gas in one or more cycles every 60 seconds (claim 2).
【００１２】これにより、少なくとも６０秒に１回以上
のサイクルで、燃料ガスの露点温度を計測し、該計測に
基づいて加湿手段が加熱する温度の制御を行うので、露
点温度の変動を確実に防ぐことができる。Thus, the dew point temperature of the fuel gas is measured at least once every 60 seconds, and the temperature at which the humidifying means heats is controlled based on the measurement, so that the fluctuation of the dew point temperature can be reliably prevented. Can be prevented.
【００１３】また、上記燃料電池の試験装置について、
前記燃料ガスを加湿手段により加湿する前に予備加熱す
る予備加熱手段を備えることができる（請求項３）。こ
れにより、燃料ガスを加湿する前に予備加熱するので、
加湿する際の燃料ガスの露点温度を短時間で目標の温度
に到達させることができる。[0013] Further, regarding the fuel cell test apparatus,
A preheating means for preheating the fuel gas before the fuel gas is humidified by the humidification means can be provided (claim 3). As a result, the fuel gas is preheated before it is humidified,
The dew point temperature of the fuel gas during humidification can reach the target temperature in a short time.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。図１は、本発明の一例で
ある燃料電池の試験装置２０（以下、「試験装置２０」
という）の構成の概略を示す図である。また、図２は、
図１に示される試験装置２０の燃料電池に対する制御系
を示すブロック図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a fuel cell test apparatus 20 (hereinafter, “test apparatus 20”) as an example of the present invention.
FIG. Also, FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing a control system for a fuel cell of the test apparatus 20 shown in FIG.
【００１５】試験装置２０は、図１に示されるように、
燃料電池１と、燃料電池１によって動作させる負荷装置
２と、コントローラ３を備えている。燃料電池１は、後
に説明するように、内部で発電を行い外部へ電力を出力
する。そして、燃料電池１の電力は、特に図示しないイ
ンバータによって所定の周波数の交流電力に変換して外
部へ供給されるようにされている。[0015] As shown in FIG.
The fuel cell system includes a fuel cell 1, a load device 2 operated by the fuel cell 1, and a controller 3. The fuel cell 1 generates power internally and outputs power to the outside, as described later. The power of the fuel cell 1 is converted to AC power of a predetermined frequency by an inverter (not shown) and supplied to the outside.
【００１６】燃料電池１より出力された電力は負荷装置
２に供給される。燃料電池１より出力された電力は、電
流が電流線６によって供給され、電圧が電圧線７を介し
て印加されることにより負荷装置２で燃料電池１の電
流、電圧が測定される。また、負荷装置２と連携して、
周波数アナライザ９に燃料電池１のインピーダンス測定
が計測される。負荷装置２、周波数アナライザ９で測定
された電圧、電流、インピーダンスはコントローラ３に
収集される。また、コントローラ３により、負荷装置２
及び周波数アナライザ９により測定する条件の設定もで
きる。The electric power output from the fuel cell 1 is supplied to a load device 2. The power output from the fuel cell 1 is supplied with current through the current line 6, and the voltage is applied through the voltage line 7, so that the load device 2 measures the current and voltage of the fuel cell 1. Also, in cooperation with the load device 2,
The frequency analyzer 9 measures the impedance of the fuel cell 1. The voltage, current, and impedance measured by the load device 2 and the frequency analyzer 9 are collected by the controller 3. Further, the load device 2 is controlled by the controller 3.
In addition, conditions for measurement by the frequency analyzer 9 can be set.
【００１７】コントローラ３は、この試験装置２０の制
御を行う。そして、コントローラ３は、試験装置２０の
制御を行うために必要な、特に図示されない記憶部や演
算部を備えている。The controller 3 controls the test apparatus 20. The controller 3 includes a storage unit and a calculation unit (not shown) necessary for controlling the test apparatus 20.
【００１８】コントローラ３は、これを操作することに
より燃料電池１の性能試験を行うことができる。また、
コントローラ３には、露点温度制御プログラムが格納さ
れており、該露点温度制御プログラムを実行することに
よって燃料電池１に供給する燃料ガスの露点温度を制御
することができる。コントローラ３は、加湿された燃料
ガスの露点温度を制御するための制御手段にあたる。The controller 3 can perform a performance test of the fuel cell 1 by operating the controller. Also,
The controller 3 stores a dew point temperature control program, and the dew point temperature of the fuel gas supplied to the fuel cell 1 can be controlled by executing the dew point temperature control program. The controller 3 corresponds to control means for controlling the dew point temperature of the humidified fuel gas.
【００１９】コントローラ３は、図１に示されるよう
に、入力用のキーボードとテレビモニタを備えるデスク
トップ型のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）により構成
することができる。また、コントローラ３を、デスクト
ップ型パーソナルコンピュータ（ＰＣ）に代えて、図１
に示されるノート型パソコン（ＰＣ）により構成するこ
ともできる。As shown in FIG. 1, the controller 3 can be constituted by a desktop personal computer (PC) having a keyboard for input and a television monitor. Also, the controller 3 is replaced with a desktop personal computer (PC),
And a notebook personal computer (PC) shown in FIG.
【００２０】コントローラ３にはシーケンサ１１が接続
されている。そして、コントローラ３による燃料電池１
の動作の制御は、シーケンサ１１を介する燃料電池１の
制御系との所要のデータの入出力によって行う。A sequencer 11 is connected to the controller 3. And the fuel cell 1 by the controller 3
Is controlled by inputting and outputting required data to and from the control system of the fuel cell 1 via the sequencer 11.
【００２１】また、燃料電池１の性能試験を行う場合に
は、コントローラ３により燃料電池１を発電させて電力
を出力させ、この電力により負荷装置２を動作させる。
そして、負荷装置２で測定された電圧データ、電流デー
タ、及び周波数アナライザ９で測定されたインピーダン
スデータがコントローラ３に収集される。When the performance test of the fuel cell 1 is performed, the controller 3 causes the fuel cell 1 to generate electric power to output electric power, and the electric power to operate the load device 2.
Then, the voltage data and the current data measured by the load device 2 and the impedance data measured by the frequency analyzer 9 are collected by the controller 3.
【００２２】このように、この試験装置２０は、燃料電
池１により負荷装置２を動作させた場合の負荷装置２側
の電圧データ、電流データ及び周波数データをコントロ
ーラ３に収集し、これら収集された測定データに基づい
て燃料電池１の性能を評価することができる。As described above, the test apparatus 20 collects the voltage data, the current data and the frequency data of the load device 2 when the load device 2 is operated by the fuel cell 1 in the controller 3, and the collected data are collected. The performance of the fuel cell 1 can be evaluated based on the measurement data.
【００２３】次に、燃料電池１の制御系について、図２
に基づき説明する。Next, a control system of the fuel cell 1 will be described with reference to FIG.
It will be described based on.
【００２４】燃料電池１は、本体内に電解質と燃料極と
酸素極とが設けられており、水素ガスを含む燃料ガスと
酸素ガス（酸化剤ガス）を含む空気とを供給することに
より、その本体内での水素及び酸素の電気化学反応によ
って発電させることができ、外部に電力を出力する。The fuel cell 1 has an electrolyte, a fuel electrode, and an oxygen electrode in a main body, and supplies a fuel gas containing hydrogen gas and air containing oxygen gas (oxidant gas) to supply the fuel gas. Electric power can be generated by the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen in the body, and electric power is output to the outside.
【００２５】燃料電池１の電解質におけるイオン伝導性
を向上させて発電能力を高めるためには、燃料電池１に
供給するガスに水分を与える必要があり、前記ガスを加
湿してから燃料電池１に供給する。また、燃料電池１と
して、前記電解質が高分子型電解質である高分子電解質
型燃料電池（ＰＥＦＣ）を用いると、特に発電効率が高
い。これにより、高い発電効率を利用して、より多くの
試験項目を選択することができる。In order to improve the ionic conductivity of the electrolyte of the fuel cell 1 and thereby increase the power generation capacity, it is necessary to provide moisture to the gas supplied to the fuel cell 1. Supply. Further, when a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) in which the electrolyte is a polymer electrolyte is used as the fuel cell 1, power generation efficiency is particularly high. As a result, more test items can be selected using high power generation efficiency.
【００２６】水素ガスを含む燃料ガスは、燃料ガス供給
系３０より燃料電池１に供給される。燃料ガス供給系３
０は、水素バランス供給系３２と水素ガス供給系３５と
を備える。水素バランス供給系３２により供給される水
素バランス（Ｈ2バランス）は水素ガスに加え幾分かの
不純物ガスを含んでいる。一方、水素ガス供給系３５か
らは、純粋の水素（Ｈ2）ガスが供給される。The fuel gas containing hydrogen gas is supplied from the fuel gas supply system 30 to the fuel cell 1. Fuel gas supply system 3
0 includes a hydrogen balance supply system 32 and a hydrogen gas supply system 35. The hydrogen balance (H 2 balance) supplied by the hydrogen balance supply system 32 contains some impurity gas in addition to hydrogen gas. On the other hand, pure hydrogen (H 2 ) gas is supplied from the hydrogen gas supply system 35.
【００２７】水素バランス供給系３２には、水素バラン
スを送るための第一の供給管３１が設けられている。ま
た、水素ガス供給系３５には、水素ガスを送るための第
二の供給管３６が設けられている。The hydrogen supply system 32 is provided with a first supply pipe 31 for feeding hydrogen balance. Further, the hydrogen gas supply system 35 is provided with a second supply pipe 36 for sending hydrogen gas.
【００２８】第一の供給管３１は、図２に示されるよう
に、その途中で分岐した三つの経路が並列に設けられて
いる。この第一の供給管３１の三つの経路は、通過させ
るガス流量が異なっている。そして、選択した経路の電
磁弁を開くとともに他の経路の電磁弁を閉じることによ
って、選択した経路によりガスを導くことができ、ガス
の通過流量を制御することができる。この各経路の通過
させるガス流量は、コントローラ３により設定すること
ができる。また、各経路に設けられる電磁弁の開閉は、
コントローラ３により制御できる。As shown in FIG. 2, the first supply pipe 31 is provided with three paths branched in the middle thereof in parallel. The three paths of the first supply pipe 31 have different gas flow rates. Then, by opening the solenoid valve of the selected path and closing the solenoid valves of the other paths, the gas can be guided through the selected path and the flow rate of the gas can be controlled. The gas flow rate to be passed through each path can be set by the controller 3. In addition, the opening and closing of the solenoid valve provided in each path,
It can be controlled by the controller 3.
【００２９】また、第二の供給管３６についても、図２
に示されるように、その途中で分岐した三つの経路が並
列に設けられている。この第二の供給管３６の三つの経
路についても、第一の供給管３１の三つの経路と同様
に、各経路が通過させるガス流量が異なっており、各経
路の電磁弁を開閉することにより、ガスを導く経路を選
択することができる。また、各経路の通過させるガス流
量をコントローラ３により設定できるとともに、各経路
の電磁弁の開閉をコントローラ３により制御できる。The second supply pipe 36 is also shown in FIG.
As shown in FIG. 3, three paths branched in the middle are provided in parallel. As for the three paths of the second supply pipe 36, similarly to the three paths of the first supply pipe 31, the gas flow rates passed through the respective paths are different, and by opening and closing the solenoid valves of the respective paths, , A route for guiding the gas can be selected. In addition, the controller 3 can set the gas flow rate to be passed through each path, and can control the opening and closing of the solenoid valve of each path by the controller 3.
【００３０】第一の供給管３１と第二の供給管３６と
は、その燃料電池１側にあたる下流側で燃料ガス伝達管
３７に接続される。この燃料ガス伝達管３７には、その
上流側に内部を通る燃料ガスを加熱するための第一の加
熱器３８が設けられている。The first supply pipe 31 and the second supply pipe 36 are connected to a fuel gas transmission pipe 37 on the downstream side corresponding to the fuel cell 1 side. The fuel gas transmission pipe 37 is provided with a first heater 38 for heating the fuel gas passing therethrough at an upstream side thereof.
【００３１】第一の加熱器３８は、燃料ガス伝達管３７
に配設された巻線式ヒータによって加熱できるようにさ
れるとともに、加熱温度調節機構（ＴＩＣ−１５２）に
よって加熱対象の温度を検出しつつ目標の温度に加熱で
きるようにされている。この第一の加熱器３８は、コン
トローラ３により加熱温度調節機構（ＴＩＣ−１５２）
を介して制御されるようにされている。この第一の加熱
器３８は、燃料ガスを気化器３３で加湿する前に予備加
熱し、予備加熱手段にあたる。The first heater 38 includes a fuel gas transmission pipe 37
The heating temperature control mechanism (TIC-152) detects the temperature of the object to be heated while heating it to the target temperature. The first heater 38 is controlled by the controller 3 by a heating temperature adjusting mechanism (TIC-152).
To be controlled via The first heater 38 preheats the fuel gas before it is humidified by the vaporizer 33, and corresponds to a preheating means.
【００３２】また、燃料ガス伝達管３７のさらに下流側
には、気化器３３が設けられている。図２に示されるよ
うに、気化器３３には、純水タンク４０より送り出され
た水が水供給系４１を介して供給される。この水供給系
４１は、途中で分岐した三つの経路が並列に設けられて
おり、各経路の通過させる水の流量が異なり、各経路の
電磁弁を開閉することにより、水を導く経路を選択する
ことができる。また、各経路の通過させる水の流量はコ
ントローラ３により設定できるとともに、各経路の電磁
弁の開閉をコントローラ３により制御できる。Further, a carburetor 33 is provided further downstream of the fuel gas transmission pipe 37. As shown in FIG. 2, water sent from a pure water tank 40 is supplied to the vaporizer 33 via a water supply system 41. In this water supply system 41, three paths branched in the middle are provided in parallel, the flow rate of water to be passed through each path is different, and the path for guiding water is selected by opening and closing the solenoid valve of each path. can do. Further, the flow rate of the water to be passed through each path can be set by the controller 3, and the opening and closing of the solenoid valve of each path can be controlled by the controller 3.
【００３３】気化器３３には、第二の加熱器３９が設け
られている。第二の加熱器３９は、巻線式ヒータによっ
て気化器３３内に供給された水を加熱できるようにされ
るとともに、加熱温度調節機構（ＴＩＣ−１５３）によ
って加熱対象の温度を検出しつつ目標の温度に加熱でき
るようにされている。そして、第二の加熱器３９は、コ
ントローラ３により、加熱温度調節機構（ＴＩＣ−１５
３）を介して制御されるようにされている。The vaporizer 33 is provided with a second heater 39. The second heater 39 is configured to be able to heat the water supplied into the vaporizer 33 by the wire-wound heater, and to detect the target temperature while detecting the temperature of the heating target by the heating temperature control mechanism (TIC-153). The temperature can be heated to. The second heater 39 is controlled by the controller 3 by a heating temperature adjusting mechanism (TIC-15).
3).
【００３４】気化器３３について、図３に基づいて説明
する。図３は、気化器３３の内部を図示する拡大図であ
る。気化器３３内のガスが導かれる通路３３ａには、直
径約１ｍｍ程度のガラスビーズが充填される。そして、
気化器３３の通路３３ａには水が導入されるが、この水
は第二の加熱器３９により加熱されて蒸気化する。The vaporizer 33 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an enlarged view illustrating the inside of the vaporizer 33. The passage 33a through which the gas in the vaporizer 33 is led is filled with glass beads having a diameter of about 1 mm. And
Water is introduced into the passage 33 a of the vaporizer 33, and the water is heated by the second heater 39 and is vaporized.
【００３５】気化器３３には、水が１時間あたり約１〜
１０ｃｃ程度の量で供給される。また、第二の加熱器３
９により気化器３３内の通路３３ａが加熱される温度は
約１１０℃以上２００℃以下の範囲とされる。そして、
気化器３３に供給された燃料ガスが通路３３ａ内を通過
する際に水蒸気と混合され、加湿された燃料ガスとされ
て気化器３３より送り出される。The vaporizer 33 contains water at a rate of about 1 to about 1 hour.
It is supplied in an amount of about 10 cc. Also, the second heater 3
The temperature at which the passage 33a in the vaporizer 33 is heated by 9 is in the range of about 110 ° C. or more and 200 ° C. or less. And
When the fuel gas supplied to the vaporizer 33 passes through the passage 33a, the fuel gas is mixed with water vapor to be humidified and sent out from the vaporizer 33.
【００３６】以上に説明したように、気化器３３は、燃
料ガスを水蒸気を付与して加湿することができる。ま
た、気化器３３は、第二の加熱器３９により水蒸気を発
生させる際の加熱の温度によって、加湿された燃料ガス
の露点の温度を制御することもできる。この気化器３３
は、燃料ガス伝達管３７より導かれた燃料ガスを加湿す
る加湿手段にあたる。As described above, the vaporizer 33 can humidify the fuel gas by adding water vapor. The vaporizer 33 can also control the temperature of the dew point of the humidified fuel gas by the heating temperature when the second heater 39 generates steam. This vaporizer 33
Corresponds to humidifying means for humidifying the fuel gas guided from the fuel gas transmission pipe 37.
【００３７】また、図２に示されるように、気化器３３
のさらに下流側には、一端が気化器３３に接続され、他
端が燃料電池１に接続される燃料ガス導入管４５が設け
られている。この燃料ガス導入管４５は、気化器３３よ
り送り出された燃料ガスを燃料電池１へ導く。そして、
燃料ガスは、燃料ガス導入管４５より燃料電池１の本体
内へと導かれる。Further, as shown in FIG.
Further downstream, is provided a fuel gas introduction pipe 45 having one end connected to the vaporizer 33 and the other end connected to the fuel cell 1. The fuel gas introduction pipe 45 guides the fuel gas sent from the vaporizer 33 to the fuel cell 1. And
The fuel gas is guided into the main body of the fuel cell 1 from the fuel gas introduction pipe 45.
【００３８】この燃料ガス導入管４５の燃料電池１に対
する手前側には、露点センサ４６が設けられる。この露
点センサ４６は、燃料ガス導入管４５内の燃料ガスの露
点温度を計測するものであり、露点温度計測手段にあた
る。この露点センサ４６により計測された露点温度デー
タは、コントローラ３に入力されるようにされている。A dew point sensor 46 is provided in front of the fuel gas introduction pipe 45 with respect to the fuel cell 1. The dew point sensor 46 measures the dew point temperature of the fuel gas in the fuel gas introduction pipe 45, and corresponds to a dew point temperature measuring means. The dew point temperature data measured by the dew point sensor 46 is input to the controller 3.
【００３９】なお、以上の燃料ガスを燃料電池１に供給
するにあたり、水素バランス供給系により水素バランス
のみ供給することができ、水素供給系より水素ガスのみ
供給することもでき、水素バランス及び水素ガスを混合
して供給することもできる。この燃料ガスの供給は、コ
ントローラ３による水素バランス供給系３２及び水素ガ
ス供給系３５の制御によって決まる。In supplying the fuel gas to the fuel cell 1, only the hydrogen balance can be supplied by the hydrogen balance supply system, and only the hydrogen gas can be supplied from the hydrogen supply system. Can also be supplied as a mixture. The supply of the fuel gas is determined by the control of the hydrogen balance supply system 32 and the hydrogen gas supply system 35 by the controller 3.
【００４０】また、図２において、空気供給系５０は、
燃料電池１に酸化剤ガスを供給するための空気を供給す
る。空気供給系には、空気を導くための空気供給管５
１、水が蓄えられるリザーバタンク５６を備える恒温器
５５及び空気導入管５７が設けられる。リザーバタンク
５６には純水タンク４０より送り出された水が蓄えられ
る。In FIG. 2, the air supply system 50 includes:
Air for supplying an oxidizing gas is supplied to the fuel cell 1. The air supply system has an air supply pipe 5 for guiding air.
1. A thermostat 55 having a reservoir tank 56 for storing water and an air introduction pipe 57 are provided. The water sent from the pure water tank 40 is stored in the reservoir tank 56.
【００４１】空気供給系５０では、空気供給管５１に送
り出された空気は、恒温器５５のリザーバタンク５６へ
導かれて水分を付与される。そして、リザーバタンク５
６で水分を付与された空気は、リザーバタンク５６から
空気導入管５７に導かれ、空気導入管５７から燃料電池
１の本体内へと導かれる。In the air supply system 50, the air sent to the air supply pipe 51 is guided to a reservoir tank 56 of a thermostat 55 to be provided with moisture. And the reservoir tank 5
The air provided with the water in 6 is guided from the reservoir tank 56 to the air introducing pipe 57, and is guided from the air introducing pipe 57 into the main body of the fuel cell 1.
【００４２】また、図２に示される窒素供給系６０より
窒素ガスが供給され、水素バランス供給系３２や水素供
給系３５に設けられる燃料電池１に燃料ガスを送る配管
や、空気供給系５０に設けられる燃料電池１に空気を送
る配管に窒素ガスを送ることができる。Further, a nitrogen gas is supplied from a nitrogen supply system 60 shown in FIG. 2, and a pipe for sending the fuel gas to the fuel cell 1 provided in the hydrogen balance supply system 32 and the hydrogen supply system 35 and an air supply system 50 are provided. Nitrogen gas can be sent to a pipe for sending air to the fuel cell 1 provided.
【００４３】これにより、燃料電池１が発電する動作を
終了した後に配管中に残存している燃料ガスや空気や水
分を、窒素ガスとともに回収し除去することができる。
これにより、例えば、燃料ガスとして水素バランスを供
給して燃料電池１に発電させ、この運転の終了後に燃料
ガスとして純粋水素ガスを供給して燃料電池１に発電さ
せる場合に、燃料電池１の試験に対する客観性を損なう
ことがない。As a result, the fuel gas, air, and moisture remaining in the pipe after the operation of generating power by the fuel cell 1 is completed can be collected and removed together with the nitrogen gas.
Thus, for example, when a hydrogen balance is supplied as a fuel gas to cause the fuel cell 1 to generate power, and after the operation is completed, pure hydrogen gas is supplied as the fuel gas to cause the fuel cell 1 to generate power, a test of the fuel cell 1 is performed. Without losing objectivity.
【００４４】また、図２において、６１は第一の排出管
であり、６２は第二の排出管である。第一の排出管６１
及び第二の排出管６２は、燃料電池１内の電気化学反応
に伴って生じた水を外部へ排出させるためのものであ
る。In FIG. 2, reference numeral 61 denotes a first discharge pipe, and reference numeral 62 denotes a second discharge pipe. First discharge pipe 61
The second discharge pipe 62 is for discharging water generated due to the electrochemical reaction in the fuel cell 1 to the outside.
【００４５】第一の排出管６１より排出された水はドレ
ンポット６３に蓄えられ、第二の排出管６２より排出さ
れた水はドレンポット６４に蓄えられる。そして、ドレ
ンポット６３、６４に蓄えられた水分のみが排水系６５
により排出される。一方、ドレンポット６３に蓄えられ
た水分に混在する燃料ガスは、燃料排ガス系６６により
排出される。また、ドレンポット６４に蓄えられた水分
に混在する空気は空気排ガス系６７により排出される。The water discharged from the first discharge pipe 61 is stored in a drain pot 63, and the water discharged from the second discharge pipe 62 is stored in a drain pot 64. Then, only the water stored in the drain pots 63 and 64 is discharged to the drainage system 65.
Is discharged by On the other hand, the fuel gas mixed in the water stored in the drain pot 63 is discharged by the fuel exhaust gas system 66. Air mixed with the water stored in the drain pot 64 is discharged by the air exhaust system 67.
【００４６】この試験装置２０によると、以上に説明し
たように、水素バランス及び純粋の水素ガスの各々を燃
料ガスとして供給することができる。これにより、燃料
ガスの種類の違いを燃料電池１の試験の項目にできる。According to the test apparatus 20, as described above, each of the hydrogen balance and the pure hydrogen gas can be supplied as the fuel gas. Thereby, the difference in the type of the fuel gas can be used as a test item of the fuel cell 1.
【００４７】次に、この試験装置２０により加湿した燃
料ガスの露点温度を制御する動作の例を、図４に基づい
て説明する。図4は、燃料ガスの露点温度を制御する動
作の手順を示すフローチャートである。Next, an example of an operation for controlling the dew point temperature of the fuel gas humidified by the test apparatus 20 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart illustrating a procedure of an operation for controlling the dew point temperature of the fuel gas.
【００４８】まず、試験装置２０の電源をオン（ＯＮ）
すると、図２に示される燃料電池１の制御系を動作させ
ることができる。また、制御電源がＯＮ（オン）され
（Ｓ１）、コントローラ３により燃料電池１の制御系を
制御することができる。また、コントローラ３において
露点温度制御プログラムの実行が開始される。First, the power of the test apparatus 20 is turned on (ON).
Then, the control system of the fuel cell 1 shown in FIG. 2 can be operated. In addition, the control power is turned on (S1), and the control system of the fuel cell 1 can be controlled by the controller 3. Further, the controller 3 starts executing the dew point temperature control program.
【００４９】次に、コントローラ３により、加熱温度調
節機構（ＴＩＣ−１５２）を介して第一の加熱器３８に
よる加熱を完了し所定の温度に達して昇温完了したか否
か判断される（Ｓ２）。そして、昇温完了したと判断さ
れるまで待機する（Ｓ２、ＮＯ）。また、第一の加熱器
３８による昇温完了したと判断されると（Ｓ２、ＹＥ
Ｓ）、コントローラ３が露点監視タイマーをスタートさ
せる（Ｓ３）。この露点監視タイマーは、第一の加熱器
３８による燃料ガスの予備加熱と気化器３３による燃料
ガスの加湿及び加熱の開始から一定時間が経過したこと
を検知する。Next, the controller 3 determines whether or not the heating by the first heater 38 has been completed through the heating temperature adjusting mechanism (TIC-152) and the temperature has reached a predetermined temperature, and the temperature has been raised (step 510). S2). Then, the process waits until it is determined that the temperature has been raised (S2, NO). When it is determined that the temperature increase by the first heater 38 is completed (S2, YE
S), the controller 3 starts a dew point monitoring timer (S3). The dew point monitoring timer detects that a predetermined time has elapsed from the start of the preliminary heating of the fuel gas by the first heater 38 and the start of the humidification and heating of the fuel gas by the vaporizer 33.
【００５０】露点監視タイマーは、コントローラ３によ
り露点温度制御プログラムの指令によってスタートさせ
ることができる。また、露点監視タイマーにより検知さ
れた時間を露点温度制御プログラムに読み込み、露点温
度制御プログラムにおいて時間の経過を判断できるよう
になっている。The dew point monitoring timer can be started by the controller 3 according to a command of a dew point temperature control program. Further, the time detected by the dew point monitoring timer is read into a dew point temperature control program, and the elapse of the time can be determined in the dew point temperature control program.
【００５１】そして、露点監視タイマーにより一定の時
間が経過したことが検知されタイムアップと判断される
まで待機する（Ｓ４、ＮＯ）。この燃料ガスに対する予
備加熱及び加湿を開始してから一定時間が経過すること
を待つことにより、加湿された燃料ガスが安定してから
露点温度を計測することができる。Then, the dew point monitoring timer detects that a certain period of time has elapsed, and waits until it is determined that the time is up (S4, NO). By waiting for a predetermined time to elapse after starting the preheating and humidification of the fuel gas, the dew point temperature can be measured after the humidified fuel gas has stabilized.
【００５２】次に、タイムアップと判断されると（Ｓ
４、ＹＥＳ）、露点監視処理が開始される（Ｓ５）。露
点監視処理は、気化器３３により加湿された燃料ガスの
露点温度が目標とする温度であるか否か監視する処理で
ある。Next, when it is determined that the time is up (S
4, YES), the dew point monitoring process is started (S5). The dew point monitoring process is a process of monitoring whether the dew point temperature of the fuel gas humidified by the vaporizer 33 is a target temperature.
【００５３】露点監視処理が開始されると、露点センサ
４６によって検知された燃料ガスの露点温度のデータが
コントローラ３に入力され、この露点温度のデータは露
点温度制御プログラムに読み込まれる。When the dew point monitoring process is started, data on the dew point temperature of the fuel gas detected by the dew point sensor 46 is input to the controller 3, and the dew point temperature data is read into the dew point temperature control program.
【００５４】そして、検知された燃料ガスの露点温度が
上昇したか否か判断し、露点温度が上昇したと判断され
ると（Ｓ６、ＹＥＳ）、露点温度制御プログラムの指令
により、コントローラ３が気化器３３に備わる第二の加
熱器３９の加熱温度調節機構（ＴＩＣ−１５３）の温度
設定を下げる（ダウン）制御を行う（Ｓ８）。Then, it is determined whether or not the detected dew point temperature of the fuel gas has risen. If it is determined that the dew point temperature has risen (S6, YES), the controller 3 vaporizes according to a command of the dew point temperature control program. The temperature of the heating temperature adjusting mechanism (TIC-153) of the second heater 39 provided in the heater 33 is controlled to be lowered (down) (S8).
【００５５】一方、Ｓ６において、露点温度が上昇した
と判断されない場合には（Ｓ６、ＮＯ）、露点温度が下
降したか否か判断する（Ｓ７）。そして、露点温度が下
降したと判断されると（Ｓ７、ＹＥＳ）、露点温度制御
プログラムの指令により、コントローラ３が気化器３３
に備わる第二の加熱器３９の加熱温度調節機構（ＴＩＣ
−１５３）の温度設定を上げる（アップ）制御を行う
（Ｓ９）。On the other hand, if it is not determined in S6 that the dew point temperature has risen (S6, NO), it is determined whether the dew point temperature has dropped (S7). Then, when it is determined that the dew point temperature has decreased (S7, YES), the controller 3 causes the vaporizer 33 to operate according to a command of the dew point temperature control program.
Temperature adjustment mechanism (TIC) of the second heater 39 provided in the
-153), the temperature setting is increased (up) (S9).
【００５６】また、Ｓ７において、露点温度が下降した
と判断されない場合には（Ｓ７、ＮＯ）、待機し、Ｓ５
の手順に戻る。If it is not determined in S7 that the dew point temperature has fallen (S7, NO), the process waits and returns to S5.
Return to step.
【００５７】以上のＳ５乃至Ｓ９の手順を実行するにあ
たり、燃料ガスの露点温度の目標値を１１５℃に設定す
るのが好ましい。そして、Ｓ６の手順において、露点セ
ンサ４６により検知された燃料ガスの露点温度が露点温
度の目標値に対して０．３℃以上上昇した場合に露点温
度が上昇したと判断するのが好ましい。そして、Ｓ８の
手順において第二の加熱器３９の加熱温度調節機構（Ｔ
ＩＣ−１５３）の設定温度を下げるにあたり、０．３℃
下げるのが好ましい。これにより、燃料ガスの露点温度
が上昇した場合に、速やかに対応して露点温度を制御で
きる。In executing the above steps S5 to S9, it is preferable to set the target value of the dew point temperature of the fuel gas to 115 ° C. Then, in the procedure of S6, it is preferable to determine that the dew point temperature has increased when the dew point temperature of the fuel gas detected by the dew point sensor 46 has increased by 0.3 ° C. or more with respect to the target value of the dew point temperature. Then, in the procedure of S8, the heating temperature adjusting mechanism (T
0.3 ℃ for lowering the set temperature of IC-153)
It is preferred to lower it. Thus, when the dew point temperature of the fuel gas increases, the dew point temperature can be promptly controlled.
【００５８】また、Ｓ７の手順において、露点センサ４
６により検知された燃料ガスの露点温度が露点温度の目
標値に対して０．５℃以上下降した場合に露点温度が下
降したと判断するのが好ましい。そして、Ｓ９の手順に
おいて第二の加熱器３９の加熱温度調節機構（ＴＩＣ−
１５３）の設定温度を上げるにあたり、０．５℃上げる
のが好ましい。これにより、燃料ガスの露点温度が下降
した場合に、速やかに対応して露点温度を制御できる。In step S7, the dew point sensor 4
It is preferable to determine that the dew point temperature has dropped when the dew point temperature of the fuel gas detected by step 6 drops by 0.5 ° C. or more with respect to the target value of the dew point temperature. Then, in the procedure of S9, the heating temperature adjusting mechanism of the second heater 39 (TIC-
In raising the set temperature of 153), it is preferable to increase the temperature by 0.5 ° C. Accordingly, when the dew point temperature of the fuel gas decreases, the dew point temperature can be promptly controlled.
【００５９】また、Ｓ６の手順により燃料ガスの露点温
度が上昇したか否か判断し、Ｓ７の手順により燃料ガス
の露点温度が下降したか否か判断するにあたり、そのサ
イクルを６０秒に１回以上とするのが好ましい。これに
より、燃料ガスの露点温度が目標とする温度より外れた
場合に、速やかに対応して露点温度を制御できるからで
ある。In addition, it is determined whether or not the dew point temperature of the fuel gas has increased according to the procedure of S6 and whether or not the dew point temperature of the fuel gas has decreased according to the procedure of S7. It is preferable to make the above. Thereby, when the dew point temperature of the fuel gas deviates from the target temperature, the dew point temperature can be promptly controlled.
【００６０】なお、第二の加熱器３９の加熱温度調節機
構（ＴＩＣ−１５３）に設定する温度の下限を１１０℃
とするのが好ましい。この設定温度を１１０℃未満とす
ると、気化器３３内の温度を下げすぎることとなり、燃
料ガスの露点温度を再度上昇させるのが容易でなくなる
からである。The lower limit of the temperature set in the heating temperature control mechanism (TIC-153) of the second heater 39 is 110 ° C.
It is preferred that If the set temperature is less than 110 ° C., the temperature in the vaporizer 33 will be too low, and it will not be easy to increase the dew point temperature of the fuel gas again.
【００６１】また、第二の加熱器３９の加熱温度調節機
構（ＴＩＣ−１５３）に設定する温度の上限を１１７℃
とするのが好ましい。該設定温度が１１７℃を越える
と、気化器３３内の温度を上げすぎることとなり、燃料
ガスの露点温度を再度下降させるのが容易でなくなるか
らである。The upper limit of the temperature set in the heating temperature control mechanism (TIC-153) of the second heater 39 is 117 ° C.
It is preferred that If the set temperature exceeds 117 ° C., the temperature inside the vaporizer 33 will be too high, and it will not be easy to lower the dew point temperature of the fuel gas again.
【００６２】[0062]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料電池
の試験装置によると、燃料電池に供給する加湿した燃料
ガスの露点温度を計測し、その計測結果に応じて燃料ガ
スを加湿する温度を制御する。As described above, according to the fuel cell test apparatus of the present invention, the dew point temperature of the humidified fuel gas supplied to the fuel cell is measured, and the temperature at which the fuel gas is humidified according to the measurement result. Control.
【００６３】これにより、燃料ガスの露点温度を高精度
で目標の温度に制御することができ、かつ短時間で目標
の温度に制御することができる。これにより、燃料電池
が発電する動作を安定させることができるので、燃料電
池に対する客観的な性能試験を行えるという効果を奏す
る。また、燃料ガスの露点温度を短時間で安定させるこ
とにより、該安定させた後の実験を連続して行うことが
でき、従来長時間を要した実験を短時間で終了させるこ
とができるという効果も奏する。Thus, the dew point temperature of the fuel gas can be controlled to the target temperature with high accuracy, and the target temperature can be controlled in a short time. This makes it possible to stabilize the power generation operation of the fuel cell, and thus has the effect of performing an objective performance test on the fuel cell. Further, by stabilizing the dew point temperature of the fuel gas in a short time, the experiment after the stabilization can be continuously performed, and the experiment that conventionally required a long time can be completed in a short time. Also play.
【図１】本発明の燃料電池の試験装置の構成の概略を示
すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a fuel cell test apparatus according to the present invention.
【図２】燃料電池の制御系の構成の概略を示すブロック
図である。FIG. 2 is a block diagram schematically showing a configuration of a control system of the fuel cell.
【図３】気化器の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a vaporizer.
【図４】露点温度を制御する動作を表すフローチャート
である。FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation of controlling a dew point temperature.
１ 燃料電池 ２ 負荷装置 ３ コントローラ ６ 電流線 ７ 電圧線 ９ 周波数アナライザ １１ シーケンサ ２０ 試験装置 ３０ 燃料ガス供給系 ３１ 第一の供給管 ３２ 水素バランス供給系 ３３ 気化器 ３５ 水素ガス供給系 ３６ 第二の供給系 ３７ 燃料ガス伝達管 ３８ 第一の加熱器 ３９ 第二の加熱器 ４０ 純水タンク ４１ 水供給系 ４５ 燃料ガス導入管 ４６ 露点センサ ５０ 空気供給系 ５１ 空気供給管 ５５ 恒温器 ５６ リザーバタンク ５７ 空気導入管 ６１ 第一の排出管 ６２ 第二の排出管 ６３、６４ ドレンポット 1 fuel cell 2 Load device 3 Controller 6 Current line 7 Voltage line 9 Frequency analyzer 11 PLC 20 Test equipment 30 Fuel gas supply system 31 First supply pipe 32 Hydrogen balance supply system 33 vaporizer 35 Hydrogen gas supply system 36 Second supply system 37 Fuel gas transmission pipe 38 First heater 39 Second heater 40 pure water tank 41 Water supply system 45 Fuel gas inlet pipe 46 Dew point sensor 50 Air supply system 51 Air supply pipe 55 incubator 56 reservoir tank 57 Air inlet pipe 61 First discharge pipe 62 Second discharge pipe 63, 64 drain pot
Claims (3)
定温度に加熱して発生させた蒸気を与えて加湿する加湿
手段と、 前記加湿された燃料ガスの露点温度を計測する露点温度
計測手段と、 前記露点温度計測手段で計測された燃料ガスの露点温度
に応じて前記加湿手段が加熱する温度を制御する制御手
段とを備える燃料電池の試験装置。1. A humidifying means for humidifying a fuel gas supplied to a fuel cell by heating water to a constant temperature and applying steam generated therefrom, and a dew point temperature measurement for measuring a dew point temperature of the humidified fuel gas. A fuel cell test apparatus comprising: means for controlling the temperature at which the humidifying means heats according to the dew point temperature of the fuel gas measured by the dew point temperature measuring means.
の露点温度に応じて前記加湿手段が加熱する温度の制御
を６０秒に１回以上のサイクルで行うように構成された
請求項１に記載の燃料電池の試験装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein the control means controls the temperature at which the humidifying means heats in accordance with the measured dew point temperature of the fuel gas at least once every 60 seconds. The test apparatus for a fuel cell according to claim 1.
前に予備加熱する予備加熱手段を備えることを特徴とす
る、請求項１又は２に記載の燃料電池の試験装置。3. The fuel cell test apparatus according to claim 1, further comprising a preheating unit that preheats the fuel gas before humidifying the fuel gas by the humidifying unit.
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- 2002-05-28 JP JP2002154396A patent/JP3686882B2/en not_active Expired - Fee Related
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