JP2004214133A - Fuel cell maintenance operation processing system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子電解質型の燃料電池のメンテナンス運転処理システムに関し、特に、燃料電池の使用実態を把握することにより最適なメンテナンスを実現して、長時間に渡って高効率を可能とすることにある。
【0002】
【従来の技術】
近年、地球環境を守るという意識が製造者である企業、使用者である消費者ともに高まってきている。特に、エネルギーを有効に活用して省資源を実現しながら快適な生活を保つ事を実現するエネルギーの高効率利用技術開発が重要になってきている。そのため、発電と熱利用できる燃料電池は80%以上の高効率が見込まれ、商品として実現化が要望されている。
【0003】
従来、この種の燃料電池は、イオン導電性が付与された固体高分子電解質膜の両面に触媒を担持したガス拡散電極を両面に重ね合わせて発電セルを構成している。そして、この発電セルは複数個を接続して所定の電圧を得る。このため、発電セル間にセパレータを介在させ発電セルを積層してスタック化する。そして、セパレータの両側にそれぞれ燃料ガス及び酸化ガスを供給してそれぞれのガス拡散電極に燃料ガス及び酸化ガスを供給すると、固体高分子膜でのイオン導電と各ガス拡散電極の化学反応が進行して一対のガス拡散電極間に電圧が発生し、集電電極の機能を持つ両端側の一対のセパレータを介して外部回路に給電する。
【0004】
この様な発電においては、供給ガスを出来るだけ均等にガス拡散電極の電極面に供給することがガス利用率を高め、発電効率と出力性能を良くする。ガス拡散電極の全面に供給ガスが供給されるようにすると、セパレータとガス拡散電極との接触面積が無くなり、発生した電流の効率的な集電やガス拡散電極で発生する熱の除去が難しくなる。このため、セパレータとガス拡散電極の境界部分に、供給ガスの通流方向を規制する流路溝が設けられ、セパレータとガス拡散電極とをある割合に接触面積を保っている。セパレータ側に形成したこの流路溝部は、蛇行したサーペンタイン構成、あるいは複数本構成が記載されている(例えば、特許文献1および2参照)。
【0005】
そして、高めた発電効率と出力性能を使用期間中維持することが、エネルギーを有効に活用して省資源を実現するのに重要なことである。この種の燃料電池は、固体高分子電解質膜の両面に担持した触媒の活性化によって反応を促進している。そのため、長時間使用すると触媒性能が劣化し発電性能が低下する。触媒に白金を用いた場合、一酸化炭素、ハロゲンイオン等のガスで触媒効果が大幅に低下する。そのため、このガスを検知する方法を開示してある。これば触媒に温度測定素子を複数設けてモニタリングして触媒の劣化状況と余寿命を把握できることが記載されている(例えば、特許文献3参照)。
【0006】
また、一般の家庭に設置した機器を、合理的に回収リサイクルあるいは故障診断とメンテナンスをする方法を提案している。
【0007】
これは、エアコンや冷蔵庫等の家庭にある機器と、機器と通信回線を通じて接続して機器の使用情報を集計し廃棄時に使用状態に応じて中古品回収受付装置や廃品回収受付装置に機器の情報を配信する情報集計装置と、情報集計装置から機器の情報を受け取って中古品や廃品を回収する中古品回収受付装置や廃品回収受付装置とからなり、機器は、機器の機種番号や製造番号などの識別情報を機器情報として記憶しておく機器情報記憶手段と、機器の使用時間など使用実態情報を計測して記憶する使用実態計測記憶手段と、機器の廃棄時に通報指示信号を発信手段に出力する通報指示手段と、通報指示信号によって機器情報記憶手段と使用実態計測記憶手段からの情報とを発信する発信手段を有し、情報集計装置は、機器の発信手段から発信された情報を受信する受信手段と、機器使用者の住所や連絡先など使用者情報を記憶する使用者情報データベース部と、受信手段からの機器情報を使用者情報データベース部に入力して受信信号の発信源である機器の使用者情報を出力する使用者判別手段と、機器毎の故障情報や寿命情報を蓄えた故障情報データベース部と、受信手段から使用実態情報を故障情報データベース部に入力して受信信号の発信源である機器を中古品として再使用するかあるいは廃棄して再生利用するかを判断する廃品判断手段と、廃品判断手段からの信号に応じて中古品回収受付装置あるいは廃品回収受付装置に機器情報と使用者情報とを配信する配信判断手段とを備えるものである(例えば、特許文献4参照)。
【0008】
【特許文献1】
特公昭50−8777号公報
【特許文献2】
特開平7−263003号公報
【特許文献3】
特開2002−260700号公報
【特許文献4】
特開平11−70378号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例の特許文献1・2では、基本となる燃料電池の初期発電効率を向上させる方法が、セパレータ側に形成した流路溝部を蛇行したサーペンタイン構成あるいは複数本構成として初期性能を向上させても、使用時間が経つと触媒性能は劣化し発電効率が低下するため、解決策とはならない。
【0010】
また、従来例の特許文献3では、触媒に温度測定素子を複数設けてモニタリングして触媒の劣化状況と余寿命を把握できることが記載されているが、常に補修管理者がいる様なプラント等の大型設備においては、触媒劣化を検知して、最適にメンテナンスが可能であるが、数多くの一般家庭に使用した場合は点検がしきれなく、触媒性能がある程度劣化した時を判断して機器使用を停止することしか出来なく、根本的な解決とはならない。
【0011】
また、従来例の特許文献4では、使用済みの機器をリサイクルして資源を有効に活用することを狙いとした廃品回収のシステムであり、そのため機器の回収に関わる情報は合理的に管理運用できるが、機器の部品の機能を維持する為に、使用情報やメンテナンスを行えるものではない。
【0012】
そこで、本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ある程度使用すると性能劣化する触媒等の使用実態を把握することにより最適なメンテナンスを実現して、商品のライフエンドまで長時間に渡って高効率を可能とする燃料電池メンテナンス運転処理システムを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、触媒を担持した固体高分子電解質膜を挟持する一対のガス拡散電極と、前記ガス拡散電極のおのおのの面に燃料ガスと酸化ガスをそれぞれの入口マニホールドから出口マニホールドに導く流路溝を形成したセパレータより構成した燃料電池と、機種番号や製造番号などの識別情報を機器情報として記憶しておく機器情報記憶手段と、使用時間など使用実態情報を計測して記憶する使用実態計測記憶手段と、前記機器情報記憶手段と前記使用実態計測記憶手段からの情報を発信する発信手段を有した構成とした燃料電池メンテナンス運転処理システムである。
【0014】
上記発明によれば、触媒を担持した固体高分子電解質を用いた燃料電池は、運転して発電に使用した時、使用期間が経つと触媒が劣化して発電効率が低下する特性を本質的に有するが、機種番号や製造番号などの識別情報を機器情報として記憶しておく機器情報記憶手段により触媒や機器の構成による発電効率の劣化特性と、使用時間など使用実態情報を計測して記憶する使用実態計測記憶手段により運転状態と運転時間を知ることができる。
【0015】
このことにより、運転使用による触媒劣化による発電効率の変化把握が可能となり、この結果から機器の効率性能の低下の結果と予測ができ、把握結果である情報を発信手段により発信できるため、メンテナンスの情報を的確に知る事が出来る。よって、燃料電池の使用実態を把握することにより最適なメンテナンスを実現して、長時間に渡って高効率を可能とすることが実現できる燃料電池メンテナンス運転処理システムとなる。
【0016】
【発明の実施の形態】
請求項1記載の発明は、触媒を担持した固体高分子電解質膜を挟持する一対のガス拡散電極と、前記ガス拡散電極の各々の面に燃料ガスと酸化ガスをそれぞれの入口マニホールドから出口マニホールドに導く流路溝を形成したセパレータより構成した燃料電池と、機種番号や製造番号などの識別情報を機器情報として記憶しておく機器情報記憶手段と、使用時間など使用実態情報を計測して記憶する使用実態計測記憶手段と、前記機器情報記憶手段と前記使用実態計測記憶手段からの情報を発信する発信手段を有した構成としてある。
【0017】
これによって、触媒を担持した固体高分子電解質を用いた燃料電池は、運転して発電に使用した時、使用期間が経つと触媒が劣化して発電効率が低下する特性を本質的に有するが、機種番号や製造番号などの識別情報を機器情報として記憶しておく機器情報記憶手段により触媒や機器の構成による発電効率の劣化特性と使用時間など使用実態情報を計測して記憶する使用実態計測記憶手段により運転状態と運転時間を知ることができる。
【0018】
この2つの事から、運転使用による触媒劣化による発電効率の変化把握が可能となり、この結果から機器の効率性能の低下の結果と予測ができ、把握結果である情報を発信手段により発信できるため、触媒を担持した固体高分子電解質を用いた燃料電池を交換メンテナンスの情報を的確に知る事が出来る。よって、燃料電池の使用実態を把握することにより最適なメンテナンスを実現して、長時間に渡って高効率を可能とすることが実現できる燃料電池メンテナンス運転処理システムとなる。また、的確なメンテナンスは製品を長く有用に使用することになり、高効率な運転の維持以外にも、途中でゴミとして放棄や運転停止したままの放置を防止でき、資源のより有効活用も可能となる。
【0019】
請求項2記載の発明は、特に請求項1に記載の燃料電池メンテナンス運転処理システムを発信手段から発信された情報を受信する受信手段と、機種や製造番号毎の寿命情報を蓄えた使用情報データベース部と、受信手段から使用実態情報を使用情報データベース部に入力して機器をメンテナンスするかあるいは継続して運転するかを判断するメンテナンス判断手段とを有した構成としたことにより、燃料電池から発信された使用実態情報を受信手段で受け取り、この情報を使用情報データベース部のデータと比較してメンテナンス判断手段にて機器をメンテナンスするかあるいは継続して運転するかの最適な判断ができる。
【0020】
すなわち、様々な運転で使用されている燃料電池を運転モード毎の運転時間等の使用実態の情報を受信手段で受け取り、機器により異なる寿命情報を蓄えた使用情報データベース部の情報をメンテナンス判断手段にて、燃料電池の発電効率が一定以下で交換した方がよいかどうかの判断を可能とでき、適時必要なメンテナンスを行なえる。
【0021】
請求項3記載の発明は、特に請求項1又は2記載の燃料電池メンテナンス運転処理システムを使用者の住所や連絡先など使用者情報を記憶する使用者情報データベース部と、メンテナンス判断手段からの判断情報を前記使用者情報データベース部に入力して機器の使用者情報を出力する使用者判別手段と、機器情報と前記使用者情報とを出力するメンテナンス出力手段とを備えてある。
【0022】
機器の機種番号や製造番号などの機器情報と機器の使用時間など使用実態情報とを受信し、結果判断したメンテナンス判断手段からの判断情報と、使用者情報データベース部によって機器情報から使用者の住所や連絡先を判別する使用者判別情報を抽出する。そして、機器情報とこの使用者情報とをメンテナンス出力手段により出力する。このことにより、メンテナンスをすると全体としてメリットのある機器が、使用者等に対応する為に必要な情報と併せて入手できる。そのため、機種番号や製造番号、使用者の住所や連絡先がわかるので迅速にかつ確実に対応できる。また、メンテナンスの迅速化が図られ作業効率を高めることができる。
【0023】
請求項4記載の発明は、特に請求項1〜3に記載の燃料電池メンテナンス運転処理システムをメンテナンスを行った時は、使用実態計測記憶手段に記憶した使用実態情報の一部を消去して初期化することを特徴とする。
【0024】
燃料電池をメンテナンスする場合は、触媒を含む固体高分子膜を交換する場合や、スタック全体を交換する場合や、多数積層しているその一部分又は全部を交換する等様々な形態が考えられる。そのため、このメンテナンス条件に合わせて、使用実態計測記憶手段に記憶した使用実態情報の一部を消去して初期化することにより、次回の触媒劣化による発電効率の低下によりメンテナンスする時期が高精度に判別できるため、より長時間に渡って高効率を可能とすることが実現できる燃料電池メンテナンス運転処理システムとなる。
【0025】
請求項5記載の発明は、特に請求項1〜4に記載の燃料電池メンテナンス運転処理システムを機器の故障箇所など故障状態情報を調べる故障状態調査手段と、故障状態調査手段によって故障を発見したときに機器情報記憶手段と使用実態計測記憶手段と故障状態調査手段からの情報とを発信する発信手段を有している。
【0026】
使用者が使用している機器が故障したときには、その故障箇所など故障状態情報を故障状態調査手段により調べる。そして、このとき機器情報記憶手段から機器の機種番号や製造番号などの機器情報と、使用実態計測記憶手段から機器の使用時間など使用実態情報と、この故障状態調査手段からの情報を併せて発信手段により発信する。
【0027】
そして、これを受信して、機器情報と故障状態情報と使用者情報とで修理受け付けするので迅速にかつ確実に対応でき機器の修理ができる。以上によって使用者が手配しなくても故障状態によって修理を自動的に通報されるのでメンテナンスが迅速にかつ効率的に処理できる。
【0028】
請求項6記載の発明は、特に請求項1〜5に記載の燃料電池メンテナンス運転処理システムを、燃料を触媒を用いて改質する改質器を燃料電池に接続するとともに、この改質器の使用時間など使用実態情報を記憶する使用実態計測記憶手段を設けてある。
【0029】
燃料を水素に改質する触媒も固体高分子膜の触媒と同様に、長時間運転すると劣化し、その劣化度合いは、燃料の量、時間と相関がある。また、この触媒が劣化し改資器の改資効率が低下すると、水素の量が少なくなり発電効率が低下するため、システム全体を高効率に維持できなくなる。そこで、改資器の使用実態情報から適時メンテナンスをすることにより、常に燃料電池と改資器の両方共高効率を保ち、長時間に渡って高効率を可能とすることが実現できる燃料電池メンテナンス運転処理システムを実現できるものである。
【0030】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【0031】
(実施例1)
図1は、本発明の第1の実施例における燃料電池メンテナンス運転処理システムの概念図である。図2は燃料電池全体の断面図を示す。図2において、固体高分子電解質型の燃料電池は、イオン伝導性が付与された固体高分子電解質膜1の両面に触媒を担持したガス拡散電極2を両面に重ね合わせて発電セルを構成している。そして、この発電セルは複数個を接続して所定の電圧を得る。このため、発電セル間にセパレータ3を介在させ発電セルを積層してスタック化する。そして、セパレータの両側にそれぞれ燃料ガス及び酸化ガスを供給してそれぞれのガス拡散電極2に燃料ガス及び酸化ガスを供給すると、固体高分子電解質膜1でのイオン導電と各ガス拡散電極の電気化学反応が進行して一対のガス拡散電極2間に電圧が発生し、集電電極の機能を持つ両端側の一対のセパレータ3を介して外部回路(図示せず)に給電する。この様な発電においては、供給ガスを出来るだけ均等にガス拡散電極2の電極面に供給することがガス利用率を高め、発電効率と出力性能を良くする。
【0032】
次に、図1において、一般の家庭に燃料電池を設置した状態を示す。供給した燃料を改質器4で水素に変えて燃料電池5に送る。燃料電池5は水素と空気中の酸素により発電し家庭内の冷蔵庫6、照明器具7、空調機8等に電力を供給して運転する。燃料電池5の発電しなかったエネルギーは熱となって貯湯タンク9にお湯として貯め、適時、風呂10、洗面11等に使用する。燃料電池5には、機種番号や製造番号などの識別情報を機器情報として記憶しておく機器情報記憶手段12と、使用時間など使用実態情報を計測して記憶する使用実態計測記憶手段13と、情報を発信する発信手段14を設けてある。燃料電池5と、機器情報記憶手段12と、使用実態計測記憶手段13と、発信手段14は電気的に接続し、発信手段は外部のサービス窓口15等と電話、無線等により通信できる様に結合してある。
【0033】
以上のように構成された燃料電池メンテナンス運転処理システムについて、その動作、作用を説明する。まず、機器情報記憶手段12によりこの燃料電池特有の性能や仕様により触媒や機器の構成による発電効率の劣化特性を知る。触媒を担持した固体高分子電解質膜を用いた燃料電池は、運転して発電に使用した時、使用期間が経つと触媒が劣化して発電効率が低下する特性を本質的に有する。そこで、機種番号や製造番号などの識別情報を機器情報として記憶しておく機器情報記憶手段により触媒や機器の構成による発電効率の劣化特性を知る。
【0034】
そして、使用時間など使用実態情報を計測して記憶する使用実態計測記憶手段13により運転状態と運転時間を知る。燃料電池5の触媒は、使用条件と時間の長さで概ね決まり、発電量が多いほどまた、使用時間が一定値を過ぎると性能劣化を生じる。図3にその特性を示す。縦軸に燃料電池5の発電効率、横軸には使用時間を取ると、定格に対して発電量が小さくなるほど、発電効率が高く、かつ長時間維持できる。これは、触媒の活性を利用した機器特有の現象であり、触媒材料の選定によるシンタリング等の材料劣化や燃料ガスのよりクリーン化による被毒を必ず生じて触媒性能は一定値を過ぎると性能劣化を生じる。そこで、使用実態計測記憶手段13により運転状態と運転時間を知る事により触媒の劣化状態が判る。使用実態計測手段13は、図示していないが機器を制御する制御部から運転信号を得て計測する。計測するのは、燃料電池5の使用時間や定格に対する出力割合、運転動作停止回数などである。また機器に与えるストレスの大きい要素があれば、それを計測するセンサを備えて、そのセンサから計測値を得る使用実態情報でもよい。例えば、周囲環境の温度や振動などである。
【0035】
この2つの事から、運転使用による触媒劣化による発電効率の変化把握が可能となり、機器の効率性能の低下の結果と予測ができる。この把握結果である情報を発信手段14により発信できるため、触媒を担持した固体高分子電解質膜1を用いた燃料電池5の交換メンテナンスの情報を的確に知る事が出来る。
【0036】
よって、燃料電池5の使用状態を把握することにより最適なメンテナンスを実現して、長時間に渡って高効率を可能とすることが実現できる燃料電池メンテナンス運転処理システムとなる。また、的確なメンテナンスは製品を長く有用に使用することになり、高効率な運転の維持以外にも、途中でゴミとして放棄や運転停止したままの放置を防止でき、資源のより有効活用も可能となる。
【0037】
(実施例2)
図4は、本発明の第2の実施例における実施例における燃料電池メンテナンス運転処理システムの概念図である。実施例1と異なるところは、発信手段14から発信された情報を受信する受信手段16と、機種や製造番号毎の寿命情報を蓄えた使用情報データベース部17と、受信手段16から使用実態情報を使用情報データベース部17に入力して機器をメンテナンスするかあるいは継続して運転するかを判断するメンテナンス判断手段18と有した構成とした点である。
【0038】
このことにより、燃料電池5から発信された使用実態情報をサービス窓口15の受信手段16で受け取り、この情報を使用情報データベース部17のデータと比較してメンテナンス判断手段18にて機器をメンテナンスするかあるいは継続して運転するかを最適な判断ができる。
【0039】
すなわち、様々な運転で使用されている燃料電池5を運転モード毎の運転時間等の使用実態の情報を受信手段16で受け取り、機器により異なる寿命情報を蓄えた使用情報データベース部17の情報をメンテナンス判断手段18にて、燃料電池5の発電効率が一定以下で交換した方がよいかどうかの判断を可能とでき、適時必要なメンテナンスを行なえる。
【0040】
また、使用者の住所や連絡先など使用者情報を記憶する使用者情報データベース部19と、メンテナンス判断手段18からの判断情報を使用者情報データベース部19に入力して機器の使用者情報を出力する使用者判別手段20と、機器情報と使用者情報とを出力するメンテナンス出力手段21とを備えてある。
【0041】
機器の機種番号や製造番号などの機器情報と機器の使用時間など使用実態情報とを受信し、結果判断したメンテナンス判断手段18からの判断情報と、使用者情報データベース部19によって機器情報から使用者の住所や連絡先を判別する使用者判別情報を抽出する。機器情報とこの使用者情報とをメンテナンス出力手段21により出力する。このことにより、メンテナンスをすると全体としてメリットのある機器が、使用者等に対応する為に必要な情報と併せて入手できる。そのため、機種番号や製造番号、使用者の住所や連絡先がわかるので迅速にかつ確実に対応できる。また、メンテナンスの迅速化が図られ作業効率を高めることができる。
【0042】
(実施例3)
図5は、本発明の第3の実施例における燃料電池メンテナンス運転処理システムの概念図である。実施例1と異なるところはメンテナンスを行った時は、使用実態計測記憶手段12に記憶した使用実態情報の一部を消去して初期化することを特徴とする点である。
【0043】
すなわち、使用実態計測記憶手段12は、動作している時間を計測する運転時間計測部22と、運転の状態(例えば出力の定格比率)を計測する運転状態計測部23と、運転時間計測部22の値を積算した全運転時間記憶部24と、運転時間計測部22の値に運転状態計測部23の値を加味して積算した使用実態時間記憶部25と、運転停止の回数を積算した運転停止回数記憶部26より構成してある。この全運転時間記憶部24と、使用実態時間記憶部25と、運転停止回数記憶部26を使用実態情報として使用実態計測記憶手段12から発信手段により伝達してメンテナンスを行う。
【0044】
燃料電池をメンテナンスする場合は、触媒を含む固体高分子電解質膜を交換する場合や、スタック全体を交換する場合や、多数積層しているその一部分又は全部を交換する等様々な形態が考えられる。例えば、触媒を含む固体高分子電解質膜を交換した時は使用実態時間記憶部25、運転停止回数記憶部26を初期化する。そして、スタック全体を交換した場合は燃料電池5の性能は初期と同等であるから、全運転時間記憶部24、使用実態時間記憶部25、運転停止回数記憶部26を初期化する。このように、メンテナンス条件に合わせて、使用実態計測記憶手段12に記憶した使用実態情報の一部を消去して初期化することにより、次回の触媒劣化による発電効率の低下によりメンテナンスする時期が高精度に判別できるため、より長時間に渡って高効率を可能とすることが実現できる燃料電池メンテナンス運転処理システムとなる。
【0045】
(実施例4)
図6は、本発明の第4の実施例における燃料電池メンテナンス運転処理システムの概念図である。実施例1と異なるところは機器の故障箇所など故障状態情報を調べる故障状態調査手段27と、故障状態調査手段27によって故障を発見したときに機器情報記憶手段12と使用実態計測記憶手段13と故障状態調査手段27からの情報とを発信する発信手段14を有する構成としてある。
【0046】
使用者が使用している燃料電池5、改質器4等機器が故障したときには、その故障箇所など故障状態情報を故障状態調査手段27により調べる。そして、機器情報記憶手段12から機器の機種番号や製造番号などの機器情報と、使用実態計測記憶手段13から機器の使用時間など使用実態情報と、この故障状態調査手段27からの情報を併せて発信手段14により発信する。そして、これを受信して、機器情報と故障状態情報と使用者情報とを修理受け付けするので迅速にかつ確実に対応でき機器の修理ができる。以上によって使用者が手配しなくても故障状態によって修理を自動的に通報されるのでメンテナンスが迅速にかつ効率的に処理できる。発信手段14により発信する方法は、電話回線に限らずケーブルテレビなど同軸ケーブル網や光ファイバー網のように家と外部通信者とを結ぶものであればよい。
【0047】
また、都市ガス、LPG、灯油などの燃料を触媒を用いて改質する改質器4を燃料電池5に接続するとともに、この改質器4の使用時間など使用実態情報を記憶する使用実態計測記憶手段13を設けてある(本実施例では燃料電池5と改資器4の使用実態計測記憶手段13を一体に構成したが別々としても良い)。燃料を水素に改質する触媒も固体高分子電解質膜の触媒と同様に、長時間運転すると劣化し、その劣化度合いは、燃料の量、時間と相関がある。また、この触媒が劣化し改資器4の改資効率が低下すると、水素の量が少なくなり発電効率が低下するため、システム全体を高効率に維持できなくなる。そこで、改資器4の使用実態情報から適時メンテナンスをすることにより、常に燃料電池5と改資器4の両方共高効率を保ち、長時間に渡って高効率を可能とすることが実現できる燃料電池メンテナンス運転処理システムを実現できるものである。
【0048】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、機器情報記憶手段により触媒や機器の構成による発電効率の劣化特性を知り、使用実態計測記憶手段により運転状態と運転時間を知り、この事から機器の効率性能の低下の結果と予測ができ、燃料電池を交換するメンテナンスの情報を的確に知る事が出来る。よって最適なメンテナンスを実現して、長時間に渡って高効率を可能とすることが実現できる燃料電池メンテナンス運転処理システムとなる。また、的確なメンテナンスは製品を長く有用に使用することになり、高効率な運転の維持以外にも、途中でゴミとして放棄や運転停止したままの放置を防止でき、資源のより有効活用も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における燃料電池メンテナンス運転処理システムの概念図
【図2】本発明の実施例1における燃料電池の断面図
【図3】本発明の実施例1における燃料電池の特性図
【図4】本発明の実施例2における燃料電池メンテナンス運転処理システムの概念図
【図5】本発明の実施例3における燃料電池メンテナンス運転処理システムの概念図
【図6】本発明の実施例4における燃料電池メンテナンス運転処理システムの概念図
【符号の説明】
1 固体高分子電解質膜
2 ガス拡散電極
3 セパレータ
4 改質器
5 燃料電池
12 機器情報記憶手段
13 使用実態計測記憶手段
14 発信手段
16 受信手段
17 使用情報データベース部
18 メンテナンス判断手段
19 使用者情報データベース部
20 使用者判別手段
21 メンテナンス出力手段
27 故障状態調査手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid polymer electrolyte type fuel cell maintenance operation processing system, and in particular, realizes optimal maintenance by grasping the actual usage of the fuel cell, and enables high efficiency for a long time. It is in.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the awareness of protecting the global environment has been increasing for both companies, which are manufacturers, and consumers, who are users. In particular, it has become important to develop technology for highly efficient use of energy, which enables effective use of energy and resource saving while realizing a comfortable life. For this reason, a fuel cell capable of generating electricity and utilizing heat is expected to have a high efficiency of 80% or more, and its realization as a commercial product is desired.
[0003]
Conventionally, this type of fuel cell has a power generation cell in which a gas diffusion electrode carrying a catalyst on both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane provided with ionic conductivity is superposed on both surfaces. Then, a plurality of the power generation cells are connected to obtain a predetermined voltage. For this reason, a separator is interposed between the power generation cells, and the power generation cells are stacked and stacked. When the fuel gas and the oxidizing gas are supplied to both sides of the separator, and the fuel gas and the oxidizing gas are supplied to the respective gas diffusion electrodes, the ionic conduction in the solid polymer membrane and the chemical reaction of each gas diffusion electrode proceed. As a result, a voltage is generated between the pair of gas diffusion electrodes, and power is supplied to an external circuit through a pair of separators on both ends having a function of a current collecting electrode.
[0004]
In such power generation, supplying the supplied gas to the electrode surface of the gas diffusion electrode as evenly as possible increases the gas utilization rate and improves power generation efficiency and output performance. When the supply gas is supplied to the entire surface of the gas diffusion electrode, the contact area between the separator and the gas diffusion electrode is lost, so that it is difficult to efficiently collect generated current and remove heat generated in the gas diffusion electrode. . For this reason, a flow channel for regulating the flow direction of the supply gas is provided at the boundary between the separator and the gas diffusion electrode, and the contact area between the separator and the gas diffusion electrode is maintained at a certain ratio. The channel groove formed on the separator side has a meandering serpentine configuration or a plurality of configurations (for example, see Patent Documents 1 and 2).
[0005]
It is important to maintain the increased power generation efficiency and output performance during the use period in order to effectively utilize energy and realize resource saving. In this type of fuel cell, a reaction is promoted by activating a catalyst supported on both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane. Therefore, when used for a long time, the catalyst performance deteriorates, and the power generation performance deteriorates. When platinum is used as the catalyst, the catalytic effect is significantly reduced by gases such as carbon monoxide and halogen ions. Therefore, a method for detecting this gas is disclosed. In this case, it is described that a plurality of temperature measuring elements are provided on the catalyst and monitored, so that the deterioration state and remaining life of the catalyst can be grasped (for example, see Patent Document 3).
[0006]
It also proposes a method to rationally collect and recycle devices installed in ordinary homes, or to perform fault diagnosis and maintenance.
[0007]
This means that equipment used in homes, such as air conditioners and refrigerators, is connected to the equipment via a communication line, and the usage information of the equipment is totaled. A device that collects used equipment and a waste item collection device that receives device information from the information collection device and collects used and waste products. Device information storage means for storing the identification information of the device as device information, usage status measurement storage device for measuring and storing usage status information such as the usage time of the device, and outputting a notification instruction signal to the transmission unit when the device is discarded And a transmitting unit for transmitting information from the device information storage unit and the usage actual measurement storage unit in response to the notification instruction signal. Receiving means for receiving the received information, a user information database section for storing user information such as the address and contact information of the device user, and receiving the device information from the receiving means into the user information database section for receiving a signal. User discriminating means for outputting user information of a device which is a transmission source of the device, a failure information database unit storing failure information and life information of each device, and inputting actual usage information from the receiving unit to the failure information database unit. Means for judging whether the equipment that is the source of the received signal is reused as used goods or discarded and reused, and a used goods collection acceptance device or waste collection according to the signal from the waste goods judgment means The reception device is provided with a distribution determination unit that distributes the device information and the user information to the reception device (for example, see Patent Document 4).
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 50-8777
[Patent Document 2]
JP-A-7-263003
[Patent Document 3]
JP-A-2002-260700
[Patent Document 4]
JP-A-11-70378
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in
[0010]
Further, in
[0011]
Further, in Patent Document 4 of the conventional example, there is a waste collection system aiming to effectively use resources by recycling used equipment. Therefore, information related to collection of equipment can be rationally managed and operated. However, in order to maintain the functions of the components of the device, usage information and maintenance cannot be performed.
[0012]
Therefore, the present invention solves the above-mentioned conventional problems, and realizes optimal maintenance by grasping the actual use of a catalyst or the like that deteriorates in performance when used to some extent, and realizes long-term maintenance over the life end of a product. It is an object of the present invention to provide a fuel cell maintenance operation processing system that enables high efficiency.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the conventional problem, the present invention provides a pair of gas diffusion electrodes sandwiching a solid polymer electrolyte membrane supporting a catalyst, and a fuel gas and an oxidizing gas on each surface of the gas diffusion electrodes. A fuel cell composed of a separator formed with a flow channel leading from the inlet manifold to the outlet manifold, device information storage means for storing identification information such as model number and serial number as device information, and usage status information such as usage time Is a fuel cell maintenance operation processing system having a use actual condition measurement storage means for measuring and storing information, and a transmitting means for transmitting information from the device information storage means and the use actual condition measurement storage means.
[0014]
According to the above invention, a fuel cell using a solid polymer electrolyte carrying a catalyst, when operated and used for power generation, essentially has the property that after a period of use, the catalyst deteriorates and the power generation efficiency decreases. A device information storage unit that stores identification information such as a model number and a serial number as device information, and measures and stores power generation efficiency deterioration characteristics due to catalysts and device configurations, and usage status information such as usage time. The operating state and the operating time can be known by the use actual state measurement storage means.
[0015]
As a result, it is possible to grasp the change in power generation efficiency due to catalyst deterioration due to operation and use, and from this result it is possible to predict and predict the decrease in the efficiency performance of the equipment. You can know information accurately. Therefore, the fuel cell maintenance operation processing system can realize the optimum maintenance by grasping the actual use state of the fuel cell and can realize the high efficiency for a long time.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The invention according to claim 1 provides a pair of gas diffusion electrodes sandwiching a solid polymer electrolyte membrane supporting a catalyst, and a fuel gas and an oxidizing gas on each surface of the gas diffusion electrodes from respective inlet manifolds to outlet manifolds. A fuel cell composed of a separator formed with a channel groove for guiding, a device information storage means for storing identification information such as a model number and a serial number as device information, and measuring and storing actual use information such as use time. It is configured to include a usage actual measurement storage unit, and a transmission unit that transmits information from the device information storage unit and the usage actual measurement storage unit.
[0017]
Thereby, a fuel cell using a solid polymer electrolyte carrying a catalyst, when operated and used for power generation, has a characteristic that the power generation efficiency is reduced due to deterioration of the catalyst after a period of use, Device status information storage device that stores identification information such as model number and serial number as device information.Device status storage device that measures and stores usage status information such as power generation efficiency degradation characteristics and usage time due to catalyst and device configuration. The operating state and operating time can be known by means.
[0018]
From these two things, it is possible to grasp the change in power generation efficiency due to catalyst deterioration due to operation and use, and from this result it is possible to predict the result of the decrease in the efficiency performance of the equipment, and to transmit the information as the grasp result by the transmission means. It is possible to accurately know information on replacement and maintenance of a fuel cell using a solid polymer electrolyte carrying a catalyst. Therefore, the fuel cell maintenance operation processing system can realize the optimum maintenance by grasping the actual use state of the fuel cell and can realize the high efficiency for a long time. In addition, accurate maintenance means that products can be used longer and more usefully, and in addition to maintaining high-efficiency operation, it is also possible to prevent abandonment as garbage on the way or leaving operation stopped, and more efficient use of resources It becomes.
[0019]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a fuel cell maintenance operation processing system according to the first aspect of the present invention, a receiving unit for receiving information transmitted from a transmitting unit, and a usage information database storing life information for each model and serial number. Unit and a maintenance judging unit for inputting usage status information from the receiving unit to the usage information database unit and judging whether to maintain the device or to continuously operate the device. The received usage status information is received by the receiving means, and this information is compared with the data in the usage information database unit, so that the maintenance determining means can determine optimally whether the equipment should be maintained or operated continuously.
[0020]
In other words, information on the actual use of the fuel cells used in various operations, such as the operation time for each operation mode, is received by the receiving means, and the information in the usage information database section storing different life information depending on the device is used as the maintenance determining means. Thus, it is possible to determine whether it is better to replace the fuel cell when the power generation efficiency of the fuel cell is equal to or less than a certain value, and to perform necessary maintenance in a timely manner.
[0021]
According to a third aspect of the present invention, in particular, the fuel cell maintenance operation processing system according to the first or second aspect is characterized in that a user information database unit for storing user information such as a user's address and contact information and a judgment from a maintenance judgment unit. The system includes a user discriminating unit that inputs information to the user information database unit and outputs user information of the device, and a maintenance output unit that outputs device information and the user information.
[0022]
Device information such as the model number and serial number of the device and usage status information such as the usage time of the device are received, and the judgment information from the maintenance judgment means that judges the result, and the user address from the device information by the user information database unit And user identification information for identifying contacts. Then, the device information and the user information are output by the maintenance output unit. This makes it possible to obtain a device that is advantageous as a whole when maintenance is performed, together with information necessary for responding to a user or the like. Therefore, since the model number, serial number, user address and contact information are known, it is possible to respond quickly and reliably. In addition, maintenance can be speeded up and work efficiency can be increased.
[0023]
According to a fourth aspect of the present invention, in particular, when the fuel cell maintenance operation processing system according to the first to third aspects is subjected to maintenance, a part of the actual use information stored in the actual use measurement storage means is erased to initialize the fuel use. Is characterized in that
[0024]
For maintenance of the fuel cell, various modes are conceivable, such as replacing the solid polymer membrane containing the catalyst, replacing the entire stack, or replacing a part or all of a large number of stacked fuel cells. Therefore, by erasing and initializing a part of the usage status information stored in the usage status measurement storage means in accordance with the maintenance conditions, the maintenance timing due to the decrease in power generation efficiency due to the next catalyst deterioration can be performed with high accuracy. Since the determination can be performed, the fuel cell maintenance operation processing system can realize high efficiency for a longer time.
[0025]
The invention according to
[0026]
When a device used by a user fails, failure state information such as the location of the failure is examined by failure state investigation means. At this time, device information such as the model number and serial number of the device is transmitted from the device information storage unit, usage status information such as the usage time of the device from the usage status measurement storage unit, and information from the failure status investigation unit are also transmitted. Send by means.
[0027]
Then, when this is received and the repair is accepted using the device information, the failure state information, and the user information, it is possible to quickly and surely respond and repair the device. As described above, even if the user does not arrange, the repair is automatically notified according to the failure state, so that the maintenance can be promptly and efficiently performed.
[0028]
According to a sixth aspect of the present invention, the fuel cell maintenance operation processing system according to the first to fifth aspects is connected to a fuel cell using a reformer for reforming a fuel using a catalyst. There is provided a use condition measurement storage unit for storing use condition information such as use time.
[0029]
Similarly to the solid polymer membrane catalyst, the catalyst for reforming the fuel into hydrogen deteriorates after a long operation, and the degree of the deterioration is correlated with the amount and time of the fuel. Further, if the catalyst deteriorates and the refining efficiency of the refining device decreases, the amount of hydrogen decreases and the power generation efficiency decreases, so that the entire system cannot be maintained at high efficiency. Therefore, by performing timely maintenance based on the information on the actual usage of the refining equipment, fuel cell maintenance that can maintain high efficiency for both the fuel cell and the refining equipment at all times and enable high efficiency over a long period of time An operation processing system can be realized.
[0030]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0031]
(Example 1)
FIG. 1 is a conceptual diagram of a fuel cell maintenance operation processing system according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a sectional view of the entire fuel cell. In FIG. 2, a solid polymer electrolyte fuel cell comprises a power generation cell in which a
[0032]
Next, FIG. 1 shows a state where a fuel cell is installed in a general household. The supplied fuel is changed to hydrogen in the reformer 4 and sent to the
[0033]
The operation and operation of the fuel cell maintenance operation processing system configured as described above will be described. First, the deterioration characteristics of the power generation efficiency due to the configuration of the catalyst and the device are known from the device information storage means 12 based on the performance and specifications unique to the fuel cell. A fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane carrying a catalyst essentially has the property that when used for power generation by operation, the catalyst deteriorates after a period of use and the power generation efficiency is reduced. Therefore, the deterioration characteristics of the power generation efficiency due to the configuration of the catalyst and the device are known by the device information storage unit that stores the identification information such as the model number and the serial number as the device information.
[0034]
Then, the operating state and the operating time are known by the actual use
[0035]
From these two things, it becomes possible to grasp the change in the power generation efficiency due to the catalyst deterioration due to the operation and use, and it is possible to predict the result of the decrease in the efficiency performance of the equipment. Since the information as the result of the grasp can be transmitted by the transmitting means 14, it is possible to accurately know the information of the maintenance for replacement of the
[0036]
Therefore, a fuel cell maintenance operation processing system that realizes optimum maintenance by grasping the usage state of the
[0037]
(Example 2)
FIG. 4 is a conceptual diagram of a fuel cell maintenance operation processing system according to the second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that a receiving
[0038]
As a result, the usage status information transmitted from the
[0039]
That is, the receiving means 16 receives information on the actual use of the
[0040]
Further, a user
[0041]
The device information such as the model number and the serial number of the device and the usage status information such as the usage time of the device are received. User identification information for identifying the address and contact information of the user is extracted. The device information and the user information are output by the
[0042]
(Example 3)
FIG. 5 is a conceptual diagram of a fuel cell maintenance operation processing system according to the third embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that when maintenance is performed, a part of the usage status information stored in the usage status
[0043]
That is, the actual use
[0044]
When the fuel cell is maintained, various modes can be considered, such as replacing the solid polymer electrolyte membrane containing the catalyst, replacing the entire stack, and replacing a part or all of a large number of stacked fuel cells. For example, when the solid polymer electrolyte membrane containing the catalyst is replaced, the actual usage
[0045]
(Example 4)
FIG. 6 is a conceptual diagram of a fuel cell maintenance operation processing system according to a fourth embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that a failure
[0046]
When a device such as the
[0047]
In addition, a reformer 4 for reforming a fuel such as city gas, LPG, kerosene or the like using a catalyst is connected to a
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the deterioration characteristics of the power generation efficiency due to the catalyst and the configuration of the device are known by the device information storage unit, and the operating state and the operation time are known by the actual usage measurement storage unit. The result can be predicted as a result of the decrease in the fuel cell, and the maintenance information for replacing the fuel cell can be accurately known. Therefore, the fuel cell maintenance operation processing system can realize optimal maintenance and can achieve high efficiency for a long time. In addition, accurate maintenance means that products can be used longer and more usefully, and in addition to maintaining high-efficiency operation, it is also possible to prevent abandonment as garbage on the way or leaving operation stopped, and more efficient use of resources It becomes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of a fuel cell maintenance operation processing system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a characteristic diagram of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a conceptual diagram of a fuel cell maintenance operation processing system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a conceptual diagram of a fuel cell maintenance operation processing system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a conceptual diagram of a fuel cell maintenance operation processing system according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 solid polymer electrolyte membrane
2 Gas diffusion electrode
3 separator
4 Reformer
5 Fuel cell
12 Device information storage means
13 Actual usage measurement storage means
14 Transmission means
16 receiving means
17 Usage Information Database Division
18 Maintenance judgment means
19 User information database section
20 User identification means
21 Maintenance output means
27 Failure state investigation means
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