JP2006127807A - 可逆セルの運転制御方法及び燃料電池の運転方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 固体高分子形の水電解装置と燃料電池とを一体化させた可逆セル1において,水電解装置運転から燃料電池運転への運転モードの切り替えにあたって,可逆セル1内部の流路に不活性ガス供給源31から不活性ガスを供給して,可逆セル1の内部を乾燥させる。乾燥状況は,交流抵抗測定器35によって給・集電板2,3間の抵抗上昇に基づいて判断し,抵抗上昇値が適切な範囲内になったら,制御装置34がガスの供給を停止させ,以後燃料電池運転が開始される。
【選択図】 図1
Description
また流路F3には必ずしも電解水を供給する必要はなく,流路F4にのみこれを供給しておけば運転は可能である。すなわち原料ガスの供給側配管は1本とし,あるいは流路F3,流路F4に各々配管して,1本のみをONしてもよい。
セル内部のガス圧力 :P0[Pa]
セル出口でのガス温度 :TOUT[℃]
TOUTでの飽和水蒸気圧 :PH2O、TOUT[Pa]
不活性ガスの流量 :MPG[mol/s]
蒸発水分量 :MH2O[mol/s]
とすると,蒸発水分量:MH2Oは、次式で表される。
MH2O={PH2O、TOUT/(P0−PH2O、TOUT)}×MPG
加熱開始点からの距離:x,円管の直径:d,円管入口の流体温度:Tinとするとき,混合平均温度Tm(x+)は次式で求められる。
すなわち既述した蒸発水分量を求めた際の運転切替条件において,
膜抵抗を所定の値とするための蒸発水分量:M[mol]
運転切替所要時間:t[s]
とすると、運転所要時間:tは、次式で表される。
t=M/MH2O
これからもわかるように,可逆セル1の本体温度と,不活性ガスの流量を変化させることにより,切り替え可能時間を制御することが可能であり,また不活性ガスの温度を変えても同様な結果が得られることが推認できる。
なおフラッディングに対して採ったかかる手法は,上記した可逆セルの場合だけではなく,固体分子型の燃料電池についてもそのまま適用することが可能である。
2,3 給・集電板
4 MEA
4a 電極触媒層
4b イオン交換膜
5,6 給・集電体
11,13 冷却水流路
12,14 流路
12a,12b,14a,14b 流通口
31 不活性ガス供給源
33 マスフローコントローラ
34 制御装置
35 交流抵抗測定器
F1〜F8 流路
V1〜V8 バルブ
Claims (20)
- 水電解装置運転と燃料電池運転との運転モードの切り替えが可能な固体高分子形の可逆セルにおいて,
水電解装置運転から燃料電池運転への運転モードの切り替えにあたって,
可逆セル内部を乾燥させ,
当該乾燥状況に基づいて前記運転モードの切り替えを行うことを特徴とする,可逆セルの運転制御方法。 - 水電解装置運転と燃料電池運転との運転モードの切り替えが可能な固体高分子形の可逆セルにおいて,
固体高分子形の燃料電池において,
燃料電池運転中に,可逆セル内部にフラッディングが生じた場合に,
燃料電池運転を停止して,可逆セル内部を乾燥させ,
当該乾燥状況に基づいて燃料電池運転を再開することを特徴とする,可逆セルの運転制御方法。 - 前記乾燥は,可逆セル内部に不活性ガスを供給することによって行われることを特徴とする,請求項1又は2に記載の可逆セルの運転制御方法。
- 前記可逆セル内部への不活性ガスの供給方向は,次回からの乾燥の際には,適宜供給方向を変えることを特徴とする,請求項3に記載の可逆セルの運転制御方法。
- 前記乾燥は,可逆セル本体を加熱又は冷却することで行われることを特徴とする,請求項1に記載の可逆セルの運転制御方法。
- 前記乾燥は,水電解装置運転における電解水の供給を停止した状態で,可逆セルを水電解装置運転を実施して行われることを特徴とする,請求項1に記載の可逆セルの運転制御方法。
- 前記乾燥状況の判断は,可逆セルの内部のイオン交換膜の抵抗上昇値又はイオン交換膜表面の活量に基づいて行われること特徴とする,請求項1〜6のいずれかに記載の可逆セルの運転制御方法。
- 前記抵抗上昇値が50〜1500[mΩ・cm2]のときに,水電解装置運転から燃料電池運転への運転モードの切り替えが行われることを特徴とする,請求項7に記載の可逆セルの運転制御方法。
- 前記乾燥状況の判断は,可逆セルの出口ガス温度を求め,そのときの供給ガス流量と流路内のガス圧力とから出口ガス温度での飽和水蒸気量を求めることにより,セル内部からの蒸発水分量を求めることで行われること特徴とする,請求項3又は4に記載の可逆セルの運転制御方法。
- 前記乾燥状況の判断は,可逆セルの内部から排出される物質量に基づいて行われること特徴とする,請求項5に記載の可逆セルの運転制御方法。
- 前記乾燥状況の判断は,乾燥目的で行われる水電解装置運転の運転モードにおいて精製されるガスの積算量に基づいて行われること特徴とする,請求項6に記載の可逆セルの運転制御方法。
- 水電解装置運転から燃料電池運転への運転モードの切り替えまでの所要時間を算出する工程をさらに有することを特徴とする,請求項1〜11のいずれかに記載の可逆セルの運転制御方法。
- 請求項3又は4に記載の可逆セルの運転制御方法において,少なくとも不活性ガスの流量,温度または可逆セルの温度及び流路内の圧力を調節して,水電解装置運転から燃料電池運転への運転モードの切り替えまでの所要時間を制御することを特徴とする,可逆セルの運転制御方法。
- 固体高分子形の燃料電池において,
燃料電池運転中に,燃料電池内部にフラッディングが生じた場合に,
燃料電池運転を停止して,燃料電池内部を乾燥させ,
当該乾燥状況に基づいて燃料電池運転を再開することを特徴とする,燃料電池の運転制御方法。 - 前記乾燥は,燃料電池内部に不活性ガスを供給することによって行われることを特徴とする,請求項14に記載の燃料電池の運転制御方法。
- 前記燃料電池内部への不活性ガスの供給方向は,次回からの乾燥の際には,適宜供給方向を変えることを特徴とする,請求項15に記載の燃料電池の運転制御方法。
- 前記乾燥は,燃料電池本体を加熱又は冷却することで行われることを特徴とする,請求項14に記載の燃料電池の運転制御方法。
- 前記乾燥状況の判断は,燃料電池内部のイオン交換膜の抵抗上昇値又はイオン交換膜表面の活量に基づいて行われること特徴とする,請求項14〜17のいずれかに記載の燃料電池の運転制御方法。
- 前記乾燥状況の判断は,燃料電池の出口ガス温度を求め,そのときの供給ガス流量と流路内のガス圧力とから出口ガス温度での飽和水蒸気量を求めることにより,燃料電池内部からの蒸発水分量を求めることで行われること特徴とする,請求項14に記載の燃料電池の運転制御方法。
- 前記乾燥状況の判断は,燃料電池の内部から排出される物質量に基づいて行われること特徴とする,請求項17に記載の燃料電池の運転制御方法。
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