JP2006252791A - Fuel cell system - Google Patents
Fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006252791A JP2006252791A JP2005063587A JP2005063587A JP2006252791A JP 2006252791 A JP2006252791 A JP 2006252791A JP 2005063587 A JP2005063587 A JP 2005063587A JP 2005063587 A JP2005063587 A JP 2005063587A JP 2006252791 A JP2006252791 A JP 2006252791A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cathode
- gas
- fuel cell
- catalyst
- anode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関し、特に、燃料電池スタックにおけるカソードガスの欠乏を検知する技術に関する。 The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a technique for detecting a deficiency of cathode gas in a fuel cell stack.
燃料電池は、電解質膜の両側をそれぞれ電極とセパレータとによって挟んで構成され、通常、前記構造を一つの単セルとして複数枚の単セルが積層された燃料電池スタックとして使用される。複数の単セルからなる燃料電池スタックでは、一部の単セルにおいて異常が起きた場合でも、全体の発電電力の低下を招くことになる。特許文献1には、燃料電池スタックの異常を監視するための技術が開示されている。ここに開示された技術によれば、燃料電池スタックの電圧を測定し、測定した電圧のピーク形状によって燃料電池に起きている異常がフラッディング、ガス欠、或いはドライアップの何れであるか判定される。
ところで、燃料電池の異常の1つであるガス欠には、アノードガスの欠乏とカソードガスの欠乏とがある。何れの反応ガスが欠乏しても燃料電池スタックの発電性能は低下するが、特にアノードガスのガス欠の場合には、アノードガスが欠乏しているセルにおいて構成部材が劣化し、発電性能や寿命特性の低下を招くという問題も発生する。したがって、アノードガスの欠乏の場合には運転を中止して異常個所の点検等を行うことが望ましい。一方、カソードガスの欠乏の場合には、スタック全体のカソードガスの流量を増量する等して運転を続行することができる。 By the way, the lack of gas which is one of the abnormalities of the fuel cell includes a lack of anode gas and a lack of cathode gas. Even if any reaction gas is deficient, the power generation performance of the fuel cell stack is reduced. However, particularly in the case of a shortage of anode gas, the components deteriorate in the cell lacking the anode gas, and the power generation performance and lifespan are reduced. There is also a problem that the characteristics are deteriorated. Therefore, when the anode gas is deficient, it is desirable to stop the operation and check the abnormal part. On the other hand, when the cathode gas is deficient, the operation can be continued by increasing the flow rate of the cathode gas in the entire stack.
上記のように、アノードガスの欠乏とカソードガスの欠乏とではガス欠時の対処方法に差がある。したがって、一部の単セルにおけるガス欠によって発電電力の低下が起きている場合、適切な対処を行うためには、それがアノードガスの欠乏によるものなのか、カソードガスの欠乏によるものなのか正確に判定できることが必要となる。若しくは、少なくとも何れか一方の反応ガス、例えば、カソードガスの欠乏を正確に検知することが必要となる。 As described above, there is a difference in how to deal with gas shortage between anode gas deficiency and cathode gas deficiency. Therefore, if the generated power is reduced due to a shortage of gas in some single cells, it is accurate to determine whether it is due to a shortage of anode gas or a shortage of cathode gas in order to take appropriate measures. It is necessary to be able to make a judgment. Alternatively, it is necessary to accurately detect the deficiency of at least one of the reaction gases, for example, the cathode gas.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料電池スタックを構成する複数の単セルのうち一部の単セルで起きているカソードガスの欠乏を正確に検知できるようにした燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is capable of accurately detecting the deficiency of the cathode gas occurring in some of the single cells constituting the fuel cell stack. An object of the present invention is to provide a fuel cell system.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池システムであって、
プロトン導電性の電解質膜を有する単セルが複数積層されて構成された燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックから排出されるカソードオフガスが流れるカソードオフガス通路と、
前記カソードオフガス通路を流れるアノードガスを検出するアノードガス検出手段と、
前記アノードガス検出手段によりアノードガスが検出されたら、前記燃料電池スタックを構成する複数の単セルのうち一部の単セルでカソードガスが欠乏していると判定するカソードガス欠乏判定手段と、
を備えることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a first invention is a fuel cell system,
A fuel cell stack configured by laminating a plurality of single cells each having a proton conductive electrolyte membrane;
A cathode offgas passage through which the cathode offgas discharged from the fuel cell stack flows;
Anode gas detection means for detecting the anode gas flowing through the cathode off gas passage;
When the anode gas is detected by the anode gas detection means, cathode gas deficiency determination means for determining that some of the plurality of single cells constituting the fuel cell stack are deficient in cathode gas;
It is characterized by having.
第2の発明は、第1の発明において、前記アノードガス検出手段は、アノードガスとカソードオフガスに含まれる未反応のカソードガスとを直接反応させ、その反応による発熱を検出する手段であることを特徴としている。 According to a second invention, in the first invention, the anode gas detection means is a means for directly reacting the anode gas and an unreacted cathode gas contained in the cathode off gas, and detecting heat generated by the reaction. It is a feature.
第3の発明は、第2の発明において、前記アノードガス検出手段は、前記カソードオフガス通路に配置された触媒を含み、前記触媒上でアノードガスとカソードオフガスに含まれる未反応のカソードガスとを直接反応させることを特徴としている。 According to a third invention, in the second invention, the anode gas detection means includes a catalyst disposed in the cathode offgas passage, and the anode gas and the unreacted cathode gas contained in the cathode offgas on the catalyst. It is characterized by direct reaction.
第4の発明は、第3の発明において、前記アノードガス検出手段は、前記触媒に直接接続された温度センサを含み、前記温度センサによって前記触媒上での発熱を直接検出することを特徴としている。 A fourth invention is characterized in that, in the third invention, the anode gas detection means includes a temperature sensor directly connected to the catalyst, and the temperature sensor directly detects heat generation on the catalyst. .
また、第5の発明は、第3の発明において、前記アノードガス検出手段は、前記触媒の上流に配置された上流側温度センサと、前記触媒の下流に配置された下流側温度センサとを含み、前記上流側温度センサと前記下流側温度センサとによりそれぞれ測定される温度の温度差によって前記触媒上での発熱を検出することを特徴としている。 According to a fifth aspect based on the third aspect, the anode gas detection means includes an upstream temperature sensor disposed upstream of the catalyst and a downstream temperature sensor disposed downstream of the catalyst. The heat generation on the catalyst is detected by the temperature difference between the temperatures respectively measured by the upstream temperature sensor and the downstream temperature sensor.
第1の発明において、燃料電池スタックを構成する複数の単セルのうち一部の単セルでカソードガスの欠乏が起きた場合、その単セルのカソードではアノード側から透過してきたプロトンと電子との再結合によってアノードガスが生成され、生成されたアノードガスはカソードオフガス通路へ排出される。第1の発明によれば、このカソードオフガス通路を流れるアノードガスを検出することにより、一部の単セルで起きているカソードガスの欠乏を正確に検知することができる。 In the first invention, when a shortage of cathode gas occurs in some of the plurality of single cells constituting the fuel cell stack, protons and electrons that have permeated from the anode side at the cathode of the single cell. Anode gas is generated by recombination, and the generated anode gas is discharged to the cathode off-gas passage. According to the first invention, by detecting the anode gas flowing through the cathode off-gas passage, it is possible to accurately detect the deficiency of the cathode gas occurring in some single cells.
カソードガスの欠乏が起きていない単セルでは、そこから排出されるカソードオフガスには未反応のカソードガスが残存している。したがって、一部の単セルにおけるカソードガスの欠乏によってカソードオフガス通路にアノードガスが排出されている場合には、アノードガスと未反応のカソードガスとをカソードオフガス通路内で直接反応させることができる。第2の発明によれば、その反応による発熱を検出することで、カソードオフガス通路内のアノードガスを正確に検出することができる。 In a single cell in which cathode gas deficiency does not occur, unreacted cathode gas remains in the cathode off-gas exhausted therefrom. Therefore, when the anode gas is discharged into the cathode offgas passage due to the lack of the cathode gas in some unit cells, the anode gas and the unreacted cathode gas can be directly reacted in the cathode offgas passage. According to the second invention, the anode gas in the cathode off-gas passage can be accurately detected by detecting the heat generated by the reaction.
第3の発明によれば、触媒を用いることでアノードガスと未反応のカソードガスとを確実に反応させることができる。 According to the third invention, the anode gas and the unreacted cathode gas can be reliably reacted by using the catalyst.
特に、第4の発明によれば、温度センサによって触媒上での発熱を直接検出することで、クロスリークによる電極上での発熱の影響を排除して、アノードガスと未反応のカソードガスとの反応による発熱を正確に検出することができる。 In particular, according to the fourth aspect of the invention, by directly detecting the heat generation on the catalyst by the temperature sensor, the influence of the heat generation on the electrode due to the cross leak is eliminated, and the anode gas and the unreacted cathode gas are The exotherm due to the reaction can be accurately detected.
また、第5の発明によれば、触媒の上流温度と下流温度との温度差によって触媒上での発熱を検出することで、クロスリークによる電極上での発熱の影響を排除して、アノードガスと未反応のカソードガスとの反応による発熱を正確に検出することができる。 Further, according to the fifth aspect of the invention, by detecting the heat generation on the catalyst based on the temperature difference between the upstream temperature and the downstream temperature of the catalyst, the influence of the heat generation on the electrode due to the cross leak is eliminated, and the anode gas The exotherm due to the reaction between the unreacted cathode gas and the unreacted cathode gas can be accurately detected.
実施の形態1.
以下、図1乃至図3を参照して、本発明の実施の形態1について説明する。
図1は、本発明が適用される燃料電池システムの概略構成を示す図である。この図に示すように、燃料電池システムは、燃料電池スタック2を備えている。燃料電池スタック2は、一方向に積層された複数枚の単セル4をその積層方向の両側からエンドプレート6A,6Bで挟むことによって構成されている。各単セル4は、固体高分子電解質膜等のプロトン導電性の電解質膜を一対の触媒電極(アノードとカソード)で挟んだ構造を有しており、アノードへの水素を含むアノードガスの供給とカソードへの空気などの酸素を含むカソードガスの供給を受けて発電する。
Embodiment 1 FIG.
The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system to which the present invention is applied. As shown in this figure, the fuel cell system includes a
燃料電池スタック2の一方のエンドプレート6Aには、燃料電池スタック2を構成する各単セル4にアノードガスを供給するためのアノードガス供給管10と、カソードガスを供給するためのカソードガス供給管12とが接続されている。また、このエンドプレート6Aには、各単セル4のアノードからのオフガス(アノードオフガス)を排出するためのアノードオフガス排出管14と、カソードからのオフガス(カソードオフガス)を排出するためのカソードオフガス排出管16とが接続されている。
On one
本燃料電池システムは、カソードオフガス排出管16の途中に検出部20を備えている。この検出部20では、カソードオフガス排出管16を流れるアノードガス、つまり、水素の検出が行われている。検出部20には、燃料電池スタック2の状態を監視する監視装置30が接続されている。監視装置30は、検出部20においてカソードオフガスに含まれる水素を検出することで、燃料電池スタック2を構成する複数の単セル4のうち一部の単セルで起きているカソードガスの欠乏を検知している。以下、図2を参照して、カソードオフガスに含まれる水素によってカソードガスの欠乏を検知する仕組みについて詳しく説明する。
The fuel cell system includes a
図2は、燃料電池スタック2の内部構造とそこで起きている現象を模式的に示す図である。図2では、燃料電池スタック2を構成する複数の単セルのうち2つの単セル4A,4Bのみを図示している。各単セル4A,4Bは、電解質膜40をカソード42とアノード44で挟んだ構造体(膜−電極接合体)を有し、この構造体の両側を金属等の導電材で形成された一対のセパレータ46,48で挟んで構成されている。また、セパレータ46とカソード42との間には、カソードガスが流れるガス流路(カソードガス流路)50が形成され、セパレータ48とアノード44との間には、アノードガスが流れるガス流路(アノードガス流路)52が形成されている。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the internal structure of the
燃料電池スタック2には、各単セル4A,4Bのカソードガス流路50の入口に接続されるカソードガス供給マニホールド54と、その出口に接続されるカソードオフガス排出マニホールド56とが形成されている。供給マニホールド54はカソードガス供給管12(図1に示す)に接続されており、カソードガス供給管12から供給されるカソードガスは、供給マニホールド54を介して各単セル4A,4Bのカソードガス流路50に分配される。一方、排出マニホールド56はカソードオフガス排出管16に接続されており、各単セル4A,4Bのカソードガス流路50から排出されるカソードオフガスは、排出マニホールド56に集められてカソードオフガス排出管16に排出される。なお、図示は省略するが、各単セル4A,4Bのアノードガス流路52の入口には、アノードガス供給管10(図1に示す)につながるアノードガス供給マニホールドが接続され、アノードガス流路52の出口には、アノードオフガス排出管14(図1に示す)につながるアノードオフガス排出マニホールドが接続されている。
The
上記のような構成によって各単セル4A,4Bのアノード44にはアノードガスが供給され、カソード42にはカソードガスが供給される。ただし、図2に示す2つの単セル4A,4Bはカソードガスの供給状態が異なっており、一方の単セル4Bでは、アノード44へ供給されるアノードガスの流量に対して十分な流量のカソードガスがカソード42へ供給されているのに対し、他方の単セル4Aでは、カソード42へ供給されるカソードガスの流量が不足している。この場合、各単セル4A,4B内では次のような化学反応が起きる。
With the configuration described above, anode gas is supplied to the
各単セル4A,4Bのアノード44では、アノードガス中に含まれる水素が下式(1)の化学反応を起こすことによって、水素イオンが生成される。
H2 → 2H++2e- ・・・(1)
アノード44で生成された水素イオンは、電解質膜40を通ってカソード42に供給される。カソード42では、カソードガス中に含まれる酸素と、電解質膜40を通って供給される水素イオンとが下式(2)の化学反応を起こすことによって、水(水蒸気)が生成される。
4H++4e-+O2 → 2H2O ・・・(2)
上記の各反応がアノード44とカソード42でそれぞれ連続して起きることにより、アノード44とカソード42との間に電位差が生じ、単セルは電池として機能する。
In the
H 2 → 2H + + 2e − (1)
Hydrogen ions generated at the
4H + + 4e − + O 2 → 2H 2 O (2)
When each of the above reactions occurs continuously at the
カソードガスの流量が足りている単セル4Bでは、カソードガス流路50の上流側から下流側にかけて上記式(2)の化学反応が起こる。その結果、単セル4Bから排出マニホールド56に排出されるカソードオフガスには、不活性ガスである窒素の他、上記反応により生成された水蒸気と、未反応の酸素が含まれることになる。なお、電解質膜40のクロスリークによってアノード44側からカソード側に水素が漏れることがあるが、クロスリークによる水素はカソード42上で酸素と反応して水となる。このため、単セル4Bから排出されるカソードオフガスには水素は含まれない。
In the
一方、カソードガスの流量が不足している単セル4Aでは、カソードガス流路50の上流側では上記式(2)の化学反応が起こるものの、下流側では反応に必要な酸素が無くなってしまう。このため、カソードガス流路50の下流側では、下式(3)に示すようにアノード44から電解質膜40を通って供給される水素イオンが電子と再結合し、水素が生成されることになる。
2H++2e- → H2 ・・・(3)
カソードガス中に酸素が残存しているならば、生成された水素はカソード42上で燃焼して水となる。ところが、カソードガス流路50の下流側には水素と反応する酸素は残っていないため、上記反応によって生成された水素は、窒素や水蒸気等とともにカソードオフガスに含まれて単セル4A内から排出される。単セル4Aから排出された水素は、他の単セル4Bからのカソードオフガスに混ざって排出マニホールド56内を流れ、燃料電池スタック2の出口からカソードオフガス排出管16へ排出される。
On the other hand, in the
2H + + 2e − → H 2 (3)
If oxygen remains in the cathode gas, the produced hydrogen burns on the
以上のように、燃料電池スタック2を構成する複数の単セル4A,4Bのうち、一部の単セル4Aにおいてカソードガスが欠乏している場合には、カソードオフガス排出管16を流れるカソードオフガス中に水素が含まれることになる。また、電解質膜40のクロスリークによってはカソードオフガス中には水素は含まれないので、カソードオフガス中に水素が含まれているならば、一部の単セルにおいてカソードガスが欠乏していると判断することができる。したがって、前述のように、カソードオフガス排出管16を流れる水素を検出部20で検出することによって、一部の単セルで起きているカソードガスの欠乏を検知することができる。
As described above, when the cathode gas is deficient in some of the plurality of
水素の検出方法としては、種々の検出方法が考えられる。本燃料電池システムでは、検出対象である水素がカソードオフガス中に含まれている条件を活かし、水素と酸素の反応に伴い発生する熱を検出することで水素の検出を行う。つまり、カソードオフガス中には他の単セルから排出された未反応の酸素が含まれているので、この未反応の酸素を水素と反応させ、反応に伴う発熱を検出することでカソードオフガス中の水素の存在を検出することができる。 Various detection methods are conceivable as the hydrogen detection method. In this fuel cell system, hydrogen is detected by detecting the heat generated by the reaction between hydrogen and oxygen by utilizing the condition that hydrogen to be detected is contained in the cathode offgas. In other words, the cathode off gas contains unreacted oxygen discharged from other single cells. Therefore, this unreacted oxygen reacts with hydrogen, and the heat generated by the reaction is detected to detect the exothermic oxygen in the cathode off gas. The presence of hydrogen can be detected.
図3は、検出部20の構成を詳細に示す図である。図3に示すように、検出部20には、周囲を触媒24で覆った熱電対22が配置されている。監視装置30は、この熱電対22に接続されている。カソードオフガス中に水素が含まれる場合、水素は触媒24上で酸素と反応する。監視装置30は、水素と酸素の反応による発熱を熱電対22によって検出する。具体的には、カソードガス流量、アノードガス流量、及び冷却水温度に応じた判定温度が予め定められており、熱電対22によって検出される温度が判定温度を超えたら、水素と酸素の反応による発熱があったものと判定する。その場合、監視装置30は、アラーム信号を出力して一部の単セルにおいてカソードガスの欠乏が生じていることを警告するようになっている。本燃料電池システムでは、監視装置30が第1の発明の「カソードガス欠乏判定手段」として機能している。
FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the
以上説明した構成により、本燃料電池システムによれば、カソードオフガス排出管16を流れる水素をカソードオフガス中の酸素と反応させ、その反応に伴う発熱を検出することで、一部の単セルで起きているカソードガスの欠乏を正確に検知することができる。
With the configuration described above, according to the present fuel cell system, hydrogen that flows through the cathode
実施の形態2.
次に、図4を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
図4は、本実施形態の燃料電池システムにおける検出部20の構成を詳細に示す図である。本燃料電池システムでは、検出部20に結露対策が施されている。具体的には、熱電対22に接するようにヒータ26が設けられ、これら熱電対22とヒータ26を覆うように触媒22が設けられている。監視装置30の入力部には熱電対22が接続され、出力部にはヒータ26が接続されている。監視装置30は、熱電対22により検出される温度が一定温度(100℃以上)になるようにヒータ26への供給電力を制御している。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a diagram showing in detail the configuration of the
カソードオフガス排出管16内を流れるカソードオフガス中には、カソードでの水の生成反応によって多くの水蒸気が含まれている。このため、触媒24の温度がカソードオフガスの温度よりも低い場合には、水蒸気が触媒24の表面で結露してしまう。触媒24上での水素と酸素の反応は気相反応であるため、触媒24が結露した場合には反応の進行が阻害される。しかし、本燃料電池システムによれば、触媒24はヒータ26によって加熱されているので、触媒24が結露することはなくカソードオフガス中の水素と酸素を確実に反応させることができる。
A large amount of water vapor is contained in the cathode offgas flowing in the cathode
なお、触媒24上で水素と酸素が反応したときには、その反応熱による熱電対22の検出温度の上昇を抑制するようにヒータ26への供給電力が低下する。したがって、本燃料電池システムでは、ヒータ26への供給電力の低下から水素の存在を検出することができ、一部の単セルで起きているカソードガスの欠乏を検知することができる。
When hydrogen and oxygen react on the
実施の形態3.
次に、図5を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
図5は、本実施形態の燃料電池システムにおける検出部20の構成を詳細に示す図である。本燃料電池システムでは、カソードオフガス排出管16内を通るパイプ66が設けられている。パイプ66の外面には触媒60が塗布されている。パイプ66内には水や空気等の流体が一定の流量で流され、パイプ66内を流れる流体はヒータ70によって加温されている。ヒータ70の加温温度は、カソードオフガス排出管16内の温度よりも高い温度に設定されている。パイプ66がカソードオフガス排出管16内に入る入口付近と、パイプ66がカソードオフガス排出管16外に出た出口付近には、それぞれパイプ66内の流体の温度を計測する温度計62,64が設けられている。これら温度計62,64は監視装置30に接続されている。
Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a diagram showing in detail the configuration of the
このような検出部20の構成によれば、カソードオフガス中の水素と酸素が触媒60上で反応したときには、その反応熱によってパイプ66内を流れる流体が加熱される。その結果、入口側の温度計62により検出される入口温度と、出口側の温度計64により検出される出口温度とに温度差が生じる。したがって、本燃料電池システムによれば、入口温度と出口温度との温度差から水素と酸素の反応による発熱を検出することができ、一部の単セルで起きているカソードガスの欠乏を検知することができる。
According to such a configuration of the
また、本燃料電池システムによれば、パイプ66内を流れる流体によって触媒60を加温することができるので、触媒60の結露を防止してカソードオフガス中の水素と酸素を確実に反応させることができる。
Further, according to the present fuel cell system, the
実施の形態4.
次に、図6を参照して、本発明の実施の形態4について説明する。
図6は、本実施形態の燃料電池システムにおける検出部20の構成を詳細に示す図である。本燃料電池システムでは、カソードオフガス排出管16内を通るパイプ66に触媒60が塗布され、触媒60に接して熱電対68が配置されている。熱電対68は監視装置30に接続されている。パイプ66内には、ヒータ70で加温された流体が流されている。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a diagram showing in detail the configuration of the
このような検出部20の構成によれば、パイプ66内を流れる流体によって触媒60は加温されているので、触媒60が結露することはなく、カソードオフガス中の水素と酸素を確実に反応させることができる。また、触媒60上での水素と酸素の反応による発熱を熱電対68によって直接検出することができるので、実施の形態3のように間接的に検出する場合に比較して発熱に対する検出感度を高くすることができ、より正確に水素と酸素の反応による発熱を検出することができる。
According to such a configuration of the
実施の形態5.
次に、図7を参照して、本発明の実施の形態5について説明する。
図7は、本実施形態の燃料電池システムにおける検出部の結露対策を説明するための説明図である。本燃料電池システムでは、カソードオフガスが検出部20に入る前の前処理によって検出部20での結露を防止している。具体的には、カソードオフガス排出管16における検出部20の上流に気液分離器74が配置され、さらにその上流に熱交換器72が配置されている。熱交換器72を通るカソードオフガスは、検出部20の温度(触媒の温度)以下まで冷却されるようになっている。
Embodiment 5. FIG.
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining countermeasures against dew condensation in the detection unit in the fuel cell system according to the present embodiment. In this fuel cell system, dew condensation in the
このような構成によれば、カソードオフガス中に含まれる水蒸気の一部は熱交換器72において液化し、水蒸気が液化した水は気液分離器74で回収される。これにより、検出部20に流入する際のカソードオフガスの露点は検出部20の温度よりも低くなり、検出部20での結露が防止される。なお、検出部20の構成は実施の形態1乃至4の何れの構成を用いてもよい。
According to such a configuration, a part of the water vapor contained in the cathode off gas is liquefied in the
実施の形態6.
次に、図8を参照して、本発明の実施の形態6について説明する。
図8は、本実施形態の燃料電池システムにおける検出部20の配置を説明するための説明図である。検出部20の構成は、実施の形態1乃至4の何れの構成を用いてもよい。本燃料電池システムでは、カソードオフガス排出管16と並行してバイパス管78を設け、このバイパス管78に検出部20を配置している。バイパス管78は、カソードオフガス排出管16よりも内径が小さいパイプで形成されている。また、カソードオフガス排出管16とバイパス管78との入口側の接続部には、バタフライ弁76が設けられている。バタフライ弁76を作動させることで、カソードオフガスの流れ方向をカソードオフガス排出管16とバイパス管78とで切替えることができる。バタフライ弁76は監視装置30の出力側に接続され、監視装置30は一定の時間間隔でバタフライ弁76を作動させてバイパス管78側へカソードオフガスを流している。
Embodiment 6 FIG.
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the arrangement of the
このような構成によれば、燃料電池スタックから排出されるカソードオフガスの一部のみを検出部20に供給することができる。検出部20を通過するカソードオフガスの流量が多いと、それだけカソードオフガスにより持ち去られる熱量も大きくなる。このため、水素と酸素の反応による発熱を検出する際の検出感度が低下するだけでなく、実施の形態2乃至4のように結露対策として触媒を加温する場合には、触媒を高温に保つための大きなエネルギーが必要になってしまう。本燃料電池システムによれば、検出部20を通過するカソードオフガスの流量が抑えられるので、高い検出感度を確保できるとともに、触媒を高温に保つためのエネルギー量を抑えることができる。
According to such a configuration, only a part of the cathode off-gas discharged from the fuel cell stack can be supplied to the
その他.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施することができる。
Others.
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the following modifications can be made.
上記実施の形態では、触媒により水素と酸素を反応させ、その反応による発熱を検出することでカソードオフガスに含まれる水素を検出しているが、水素センサを用いて水素の検出を行っても良い。 In the above embodiment, hydrogen and oxygen are reacted with a catalyst, and the heat contained in the cathode is detected by detecting heat generated by the reaction. However, hydrogen may be detected using a hydrogen sensor. .
また、触媒上での水素と酸素の反応による発熱を検出する方法としては、カソードオフガス排出管における触媒の上流と下流のそれぞれに温度センサ(熱電対等)を配置し、2つの温度センサの温度差によって触媒上での発熱を検出するようにしてもよい。電解質膜のクロスリークによってアノード側からカソード側に水素が漏れた場合、カソード上で水素と酸素が反応して発熱し、カソードオフガスの温度は上昇する。しかし、前記の検出方法によれば、触媒に流入するカソードオフガスの温度の影響は排除されるので、触媒上での水素と酸素との反応による発熱を正確に検出することができる。 As a method for detecting heat generation due to the reaction of hydrogen and oxygen on the catalyst, temperature sensors (thermocouples, etc.) are arranged upstream and downstream of the catalyst in the cathode offgas discharge pipe, and the temperature difference between the two temperature sensors is detected. Thus, the heat generation on the catalyst may be detected. When hydrogen leaks from the anode side to the cathode side due to cross leakage of the electrolyte membrane, hydrogen and oxygen react on the cathode to generate heat, and the temperature of the cathode offgas rises. However, according to the detection method described above, the influence of the temperature of the cathode offgas flowing into the catalyst is eliminated, so that the heat generated by the reaction between hydrogen and oxygen on the catalyst can be accurately detected.
また、本発明によるカソードガスの欠乏を検知する方法は、電圧の低下を検出することによるガス欠の検知方法と組み合わせることができる。これによれば、電圧の低下を招いているガス欠がアノードガスの欠乏なのか、或いはカソードガスの欠乏なのか判定することができ、適切な対策を講じることができる。また、セルモニタによる単セル毎の電圧の検出と組み合わせれば、カソードガスが欠乏している単セルを特定することもできる。 In addition, the method for detecting the depletion of cathode gas according to the present invention can be combined with the method for detecting the depletion of gas by detecting a decrease in voltage. According to this, it can be determined whether the lack of gas causing the voltage drop is the lack of anode gas or the lack of cathode gas, and appropriate measures can be taken. Further, when combined with the detection of the voltage for each single cell by the cell monitor, it is possible to specify a single cell in which the cathode gas is deficient.
2 燃料電池スタック
4 単セル
4A カソードガスが欠乏している単セル
4B 正常な単セル
10 アノードガス供給管
12 カソードガス供給管
14 アノードオフガス排出管
16 カソードオフガス排出管
20 検出部
22 熱電対
24 触媒
26 ヒータ
30 監視装置
40 電解質膜
42 カソード
44 アノード
46,48 セパレータ
50 カソードガス流路
52 アノードガス流路
54 カソードガス供給マニホールド
56 カソードオフガス排出マニホールド
60 触媒
62,64 温度計
66 パイプ
68 熱電対
70 ヒータ
72 熱交換器
74 気液分離器
76 バタフライ弁
78 バイパス管
2
Claims (5)
前記燃料電池スタックから排出されるカソードオフガスが流れるカソードオフガス通路と、
前記カソードオフガス通路を流れるアノードガスを検出するアノードガス検出手段と、
前記アノードガス検出手段によりアノードガスが検出されたら、前記燃料電池スタックを構成する複数の単セルのうち一部の単セルでカソードガスが欠乏していると判定するカソードガス欠乏判定手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell stack configured by laminating a plurality of single cells each having a proton conductive electrolyte membrane;
A cathode offgas passage through which the cathode offgas discharged from the fuel cell stack flows;
Anode gas detection means for detecting the anode gas flowing through the cathode off gas passage;
When the anode gas is detected by the anode gas detection means, cathode gas deficiency determination means for determining that some of the plurality of single cells constituting the fuel cell stack are deficient in cathode gas;
A fuel cell system comprising:
The anode gas detection means includes an upstream temperature sensor disposed upstream of the catalyst and a downstream temperature sensor disposed downstream of the catalyst, and the upstream temperature sensor and the downstream temperature sensor 4. The fuel cell system according to claim 3, wherein heat generation on the catalyst is detected based on a temperature difference between the measured temperatures.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005063587A JP2006252791A (en) | 2005-03-08 | 2005-03-08 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005063587A JP2006252791A (en) | 2005-03-08 | 2005-03-08 | Fuel cell system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006252791A true JP2006252791A (en) | 2006-09-21 |
Family
ID=37093067
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005063587A Withdrawn JP2006252791A (en) | 2005-03-08 | 2005-03-08 | Fuel cell system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006252791A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116516416A (en) * | 2023-06-26 | 2023-08-01 | 上海治臻新能源股份有限公司 | Electrolytic tank detection method, single cell and electric pile device |
-
2005
- 2005-03-08 JP JP2005063587A patent/JP2006252791A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116516416A (en) * | 2023-06-26 | 2023-08-01 | 上海治臻新能源股份有限公司 | Electrolytic tank detection method, single cell and electric pile device |
CN116516416B (en) * | 2023-06-26 | 2023-10-27 | 上海治臻新能源股份有限公司 | Electrolytic tank detection method, single cell and electric pile device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6949920B2 (en) | Apparatus for measuring current density of fuel cell | |
JP4222019B2 (en) | Fuel cell diagnostic method | |
US20110113857A1 (en) | Online estimation of cathode inlet and outlet rh from stack average hfr | |
JP5326423B2 (en) | FUEL CELL SYSTEM AND FUEL CELL STATE DETECTION METHOD | |
JP4765349B2 (en) | Fuel cell abnormality detection device | |
US8051546B2 (en) | Method for determining if a fuel cell stack is overheating using stack end plate temperature sensors | |
JP5337908B2 (en) | Fuel cell system, fuel cell control method, and fuel cell determination method | |
US7858248B2 (en) | Fuel cell and fuel cell system | |
EP2224528B1 (en) | Fuel cell system and method of operating the same | |
KR101283022B1 (en) | Fuel cell stack | |
JP2006252791A (en) | Fuel cell system | |
JP2008071637A (en) | Fuel cell system, fuel cell stack abnormality inspection device, and fuel cell stack abnormality judging method | |
US8383278B2 (en) | Fuel cell system and operating method thereof | |
JP2022170069A (en) | fuel cell system | |
KR101158090B1 (en) | Apparatus for testing water trap | |
JP2007220527A (en) | Fuel cell system | |
US20090208781A1 (en) | Method for operating a fuel cell system | |
JP2011146247A (en) | Fuel cell stack | |
JP5502547B2 (en) | Liquid junction detection device for fuel cells | |
JPH0456074A (en) | Sensor fitting device for measuring fuel cell | |
WO2010120309A1 (en) | Fuel cell stack gas leak detection | |
JP5041662B2 (en) | FUEL CELL SYSTEM, FUEL CELL SYSTEM CONTROL METHOD, AND FUEL CELL SYSTEM ABNORMALITY DETECTING METHOD | |
JP7174680B2 (en) | Separator, power generation cell, fuel cell stack and liquid detection device | |
US11539058B1 (en) | Fuel cell hydrogen detection | |
Liu et al. | Investigation of channel-to-manifold water transport in proton exchange membrane fuel cells |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080212 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20110322 |