JP2007193952A - Fuel cell - Google Patents

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Eiki Ito
栄基 伊藤
Shigeru Tsurumaki
茂 弦巻
Takuya Moriga
卓也 森賀
Akihiko Yamada
昭彦 山田
Tamotsu Yamada
保 山田
Akio Sato
昭男 佐藤
Keiji Tanizaki
桂二 谷崎
Shigeru Nojima
野島  繁
Setsuo Omoto
節男 大本
Keiichi Hori
恵一 堀
Ikuo Nakatani
郁夫 中谷
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell having constitution capable of easily surely removing organic impurities contained in air without newly producing an electrode catalyst poisoning material, increasing air temperature, decreasing a system efficiency, and complicating system constitution. <P>SOLUTION: For example, the fuel cell having constitution by sucking in air around the fuel cell and supplying it with a blower 6 in an air supply system 3 connected to a PEFC stack 1 is equipped with an organic impurity removing device 7 installed in the air supply system 3, making to flow air around the fuel cell sucked with the blower 6, and removing organic impurities contained in the air during flowing by adsorbing with an adsorbent (activated carbon, a plaster coated plate, or adsorbing gel). <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は燃料電池に関し、具体的には固体高分子形燃料電池などの燃料電池の本体へ供給する空気の処理に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to treatment of air supplied to a main body of a fuel cell such as a polymer electrolyte fuel cell.

固体高分子形燃料電池(PEFC)は、固体高分子電解質膜を一対の電極膜で挟んで構成されたセルを複数積層してPEFCスタック(燃料電池本体)を構成し、このPEFCスタックに燃料ガスと酸化剤ガスとを供給することにより、これらの供給ガスを前記スタックの各セルで電気化学的に反応させて発電するものである。   In a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), a PEFC stack (fuel cell body) is formed by stacking a plurality of cells each having a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between a pair of electrode membranes, and fuel gas is supplied to the PEFC stack. And oxidant gas are supplied to generate electricity by electrochemically reacting these supply gases in each cell of the stack.

かかる固体高分子形燃料電池において、特に定置用のものでは、酸化剤ガスとして燃料電池周辺の空気(大気)を用いるのが一般的である。即ち、PEFCスタックに接続された空気供給ラインのブロアにより、燃料電池周辺の空気(大気)を吸引して、スタックの空気極側に供給する構成となっている。この場合、空気供給ラインには、吸引する空気中に含まれる塵埃を取り除くために除塵フィルタが配設される。   In such a polymer electrolyte fuel cell, in particular, a stationary one, it is common to use air (atmosphere) around the fuel cell as an oxidant gas. That is, air (atmosphere) around the fuel cell is sucked and supplied to the air electrode side of the stack by a blower of an air supply line connected to the PEFC stack. In this case, a dust removal filter is disposed in the air supply line in order to remove dust contained in the sucked air.

しかし、空気(大気)中には塵埃だけでなく、キシレン、トルエン、ガソリン、軽油などの有機不純物が含まれていることがあり、除塵フィルタでは、これらの有機不純物までは除去することはできない。トルエンやキシレンは塗料の溶剤などとして用いられており、揮発して、大気中に含まれている場合がある。ガソリンや軽油なども揮発して、大気中に含まれている場合があり、特にガソリンスタンドの近くでは大気中に含まれるガソリンや軽油の濃度が高いと考えられる(図3参照:詳細後述)。そして、これらの有機不純物を含む空気がPEFCスタックの空気極側に供給されると、当該有機不純物によって空気極側の電極触媒が被毒することにより、PEFCスタックの発電性能(発電電圧)が低下してしまう。   However, air (atmosphere) may contain not only dust but also organic impurities such as xylene, toluene, gasoline, and light oil, and the dust filter cannot remove these organic impurities. Toluene and xylene are used as paint solvents and the like, and may volatilize and be contained in the atmosphere. Gasoline and light oil may also be volatilized and contained in the atmosphere, and it is considered that the concentration of gasoline or light oil contained in the atmosphere is particularly high near the gas station (see FIG. 3: details will be described later). When air containing these organic impurities is supplied to the air electrode side of the PEFC stack, the electrode catalyst on the air electrode side is poisoned by the organic impurities, thereby reducing the power generation performance (power generation voltage) of the PEFC stack. Resulting in.

このため、燃料電池周辺の空気を酸化剤ガスとして用いる場合には、当該空気中に含まれる有機不純物を除去する必要がある。下記の特許文献1には空気中に含まれる有機不純物を除去する手段が開示されている。   For this reason, when the air around the fuel cell is used as the oxidant gas, it is necessary to remove organic impurities contained in the air. Patent Document 1 below discloses a means for removing organic impurities contained in the air.

特許文献1に開示されている有機不純物除去手段は、燃焼触媒層を、改質装置のCO選択酸化反応器やCO変成器の発熱で昇温することができるように空気供給経路の途中に配備することにより、前記燃焼触媒層を空気が流通するときに当該空気中に含まれている有機不純物を燃焼分解して除去する構成となっている。   The organic impurity removing means disclosed in Patent Document 1 is disposed in the middle of the air supply path so that the temperature of the combustion catalyst layer can be raised by the heat generated by the CO selective oxidation reactor or CO converter of the reformer. Thus, when air flows through the combustion catalyst layer, organic impurities contained in the air are combusted and decomposed to be removed.

特許第3530413号公報Japanese Patent No. 3530413

しかしながら、上記従来の有機不純物除去手段は次のような問題点を有している。   However, the conventional organic impurity removing means has the following problems.

(1) 燃焼触媒層で有機不純物を燃焼分解する際に電極触媒の被毒物質であるCOが発生する可能性がある。
(2) 燃焼触媒層で有機不純物を燃焼分解する際に空気温度が非常に高くなってしまうため、この空気温度を空気極への供給に適した温度に低減する必要がある。
(3) 改質装置の熱を、有機不純物の燃焼分解に利用することにより、その他の用途への利用が制限されるため、システム効率が低下する。
(4) 空気供給経路が改質装置を経由して燃料電池(空気極)に至る構成となっているため、システム構成が複雑になる。
(1) When an organic impurity is burnt and decomposed in the combustion catalyst layer, CO that is a poisoning substance of the electrode catalyst may be generated.
(2) Since the air temperature becomes very high when organic impurities are burned and decomposed in the combustion catalyst layer, it is necessary to reduce the air temperature to a temperature suitable for supply to the air electrode.
(3) By using the heat of the reformer for the combustion decomposition of organic impurities, the use for other purposes is limited, so that the system efficiency is lowered.
(4) Since the air supply path is configured to reach the fuel cell (air electrode) via the reformer, the system configuration is complicated.

従って本発明は上記の事情に鑑み、新たな電極触媒被毒物質の生成、空気温度の上昇、システム効率の低下、及び、システム構成の複雑化を招くことなく、容易且つ確実に空気中に含まれる有機不純物を除去することが可能な構成の燃料電池を提供することを課題とする。   Therefore, in view of the above circumstances, the present invention is easily and reliably included in the air without causing the generation of a new electrocatalyst poisoning substance, an increase in air temperature, a decrease in system efficiency, and a complicated system configuration. It is an object of the present invention to provide a fuel cell having a configuration capable of removing organic impurities.

上記課題を解決する第1発明の燃料電池は、燃料電池本体に接続された空気供給ラインの吸気手段により、燃料電池周辺の空気を吸引して前記燃料電池本体に供給する構成の燃料電池において、
前記空気供給ラインに配設されて、前記吸気手段により吸引された前記燃料電池周辺の空気が流通し、この流通時に当該空気中に含まれる有機不純物を吸着剤で吸着して除去する有機不純物除去手段を有することを特徴とする。
A fuel cell according to a first aspect of the present invention for solving the above-described problems is a fuel cell having a configuration in which air around the fuel cell is sucked and supplied to the fuel cell main body by an intake means of an air supply line connected to the fuel cell main body.
Organic impurity removal that is disposed in the air supply line and in which the air around the fuel cell sucked by the intake means flows, and adsorbs and removes organic impurities contained in the air during the circulation It has the means.

また、第2発明の燃料電池は、燃料電池本体に接続された空気供給ラインの吸気手段により、燃料電池周辺の空気を吸引して前記燃料電池本体に供給する構成の燃料電池において、
前記空気供給ラインに配設されて、前記吸気手段により吸引された前記燃料電池周辺の空気が流通し、この流通時に当該空気中に含まれる有機不純物を吸収液で吸収して除去する有機不純物除去手段を有することを特徴とする。
Further, the fuel cell of the second invention is a fuel cell having a configuration in which air around the fuel cell is sucked and supplied to the fuel cell body by an intake means of an air supply line connected to the fuel cell body.
Organic impurity removal that is disposed in the air supply line and in which the air around the fuel cell sucked in by the intake means flows, and organic impurities contained in the air are absorbed and removed by the absorbing liquid during this flow It has the means.

また、第3発明の燃料電池は、第2発明の燃料電池において、
前記有機不純物除去手段の空気流通方向下流側にて前記空気供給ラインに配設されて、前記有機不純物除去手段を流通後の前記空気が流通し、この流通時に当該空気中に含まれる前記有機不純物の吸収液を水で吸収して除去する吸収液除去手段を有することを特徴とする。
The fuel cell of the third invention is the fuel cell of the second invention,
The organic impurity is disposed in the air supply line on the downstream side in the air flow direction of the organic impurity removal means, and the air after flowing through the organic impurity removal means flows, and the organic impurities contained in the air at the time of the flow It has the absorption liquid removal means which absorbs and removes this absorption liquid with water, It is characterized by the above-mentioned.

また、第4発明の燃料電池は、第1〜第3発明の何れかの燃料電池において、
前記燃料電池本体の発電電圧を計測する発電電圧計測手段と、
この発電電圧計測手段で計測した発電電圧の時間微分値を算出し、この算出した時間微分値と閾値とを比較して、前記時間微分値が前記閾値を超えたときに前記発電電圧が異常であると判定する発電電圧監視手段と、
を有することを特徴とする。
The fuel cell of a fourth invention is the fuel cell of any one of the first to third inventions,
Power generation voltage measuring means for measuring the power generation voltage of the fuel cell main body,
A time differential value of the generated voltage measured by the generated voltage measuring means is calculated, and the calculated time differential value is compared with a threshold value, and the generated voltage is abnormal when the time differential value exceeds the threshold value. Power generation voltage monitoring means for determining that there is,
It is characterized by having.

また、第5発明の燃料電池は、第1〜第3発明の何れかの燃料電池において、
前記燃料電池本体の発電電圧を計測する発電電圧計測手段と、
この発電電圧計測手段で計測した発電電圧の平均値を一定時間毎に算出し、且つ、この平均値の時間微分値を算出して、この算出した時間微分値と閾値とを比較することにより、前記時間微分値が前記閾値を超えたときに前記発電電圧が異常であると判定する発電電圧監視手段と、
を有することを特徴とする。
The fuel cell of the fifth invention is the fuel cell of any of the first to third inventions,
Power generation voltage measuring means for measuring the power generation voltage of the fuel cell main body,
By calculating the average value of the generated voltage measured by this generated voltage measuring means every fixed time, and calculating the time differential value of this average value, and comparing the calculated time differential value with a threshold value, Generated voltage monitoring means for determining that the generated voltage is abnormal when the time differential value exceeds the threshold;
It is characterized by having.

また、第6発明の燃料電池は、第1〜第3発明の何れかの燃料電池において、
前記燃料電池本体の発電電圧を計測する発電電圧計測手段と、
燃料電池の運転時間を計測する運転時間計測手段と、
この運転時間計測手段で計測した燃料電池の運転時間と、予め記憶しておいた燃料電池の発電電圧低下曲線とに基づいて発電電圧の閾値を算出し、この閾値と前記発電電圧計測手段で計測した発電電圧とを比較して、この発電電圧が前記閾値よりも低下したときに当該発電電圧が異常であると判定する発電電圧監視手段と、
を有することを特徴とする。
The fuel cell of the sixth invention is the fuel cell of any of the first to third inventions,
Power generation voltage measuring means for measuring the power generation voltage of the fuel cell main body,
An operating time measuring means for measuring the operating time of the fuel cell;
Based on the operation time of the fuel cell measured by the operation time measuring means and the power generation voltage drop curve of the fuel cell stored in advance, a threshold value of the generated voltage is calculated and measured by the threshold value and the generated voltage measuring means. A generated voltage monitoring means for comparing the generated voltage and determining that the generated voltage is abnormal when the generated voltage is lower than the threshold value;
It is characterized by having.

また、第7発明の燃料電池は、第1発明の燃料電池において、
前記有機不純物除去手段は前記吸着剤として活性炭を用いたものであり、
前記空気供給ラインに配設されて、この有機不純物除去手段における空気の圧力損失を計測する圧力損失計測手段と、
この圧力損失計測手段で計測した圧力損失と閾値とを比較して、前記圧力損失が前記閾値よりも大きくなったときに当該圧力損失が異常であると判定する圧力損失監視手段と、
を有することを特徴とする。
The fuel cell of the seventh invention is the fuel cell of the first invention,
The organic impurity removing means uses activated carbon as the adsorbent,
A pressure loss measuring means disposed in the air supply line for measuring the pressure loss of air in the organic impurity removing means;
A pressure loss monitoring means that compares the pressure loss measured by the pressure loss measuring means with a threshold value, and determines that the pressure loss is abnormal when the pressure loss is greater than the threshold value;
It is characterized by having.

また、第8発明の燃料電池は、第1〜第3発明の何れかの燃料電池において、
前記有機不純物除去手段の空気流通方向下流側にて前記空気供給ラインに配設されて、空気中の有機不純物の濃度を計測する有機不純物濃度計測手段と、
この有機不純物濃度計測手段で計測した有機不純物濃度と閾値とを比較して、この前記有機不純物濃度が前記閾値よりも高くなったときに当該有機不純物濃度が異常であると判定する有機不純物濃度監視手段と、
を有することを特徴とする。
The fuel cell of an eighth invention is the fuel cell of any one of the first to third inventions,
An organic impurity concentration measuring means disposed in the air supply line on the downstream side in the air flow direction of the organic impurity removing means and measuring the concentration of organic impurities in the air;
An organic impurity concentration monitor that compares the organic impurity concentration measured by the organic impurity concentration measuring means with a threshold value and determines that the organic impurity concentration is abnormal when the organic impurity concentration becomes higher than the threshold value. Means,
It is characterized by having.

第1発明の燃料電池によれば、空気供給ラインに配設されて、吸気手段により吸引された燃料電池周辺の空気が流通し、この流通時に当該空気中に含まれる有機不純物を吸着剤で吸着して除去する有機不純物除去手段を有するため、有機不純物が空気とともに燃料電池本体の空気極側に供給されて空気極側の電極触媒を被毒するのを防止することができ、安定した発電電圧が得られる。しかも、従来のように有機不純物を改質装置の熱で燃焼分解する場合に比べて、COのような新たな電極触媒被毒物質の生成、空気温度の上昇、システム効率の低下、及び、システム構成の複雑化などを招くことなく、容易且つ確実に空気中の有機不純物を除去することが可能となる。   According to the fuel cell of the first invention, the air around the fuel cell, which is disposed in the air supply line and sucked by the intake means, flows, and the organic impurities contained in the air are adsorbed by the adsorbent during this flow. The organic impurity removing means for removing the organic catalyst can prevent the organic impurities from being supplied to the air electrode side of the fuel cell main body together with the air and poisoning the electrode catalyst on the air electrode side, and stable power generation voltage. Is obtained. Moreover, compared with the conventional case where organic impurities are combusted and decomposed by the heat of the reformer, generation of a new electrocatalyst poisoning substance such as CO, increase in air temperature, decrease in system efficiency, and system Organic impurities in the air can be easily and reliably removed without complicating the configuration.

第2発明の燃料電池によれば、空気供給ラインに配設されて、吸気手段により吸引された燃料電池周辺の空気が流通し、この流通時に当該空気中に含まれる有機不純物を吸収液で吸収して除去する有機不純物除去手段を有するため、有機不純物が空気とともに燃料電池本体の空気極側に供給されて空気極側の電極触媒を被毒するのを防止することができ、安定した発電電圧が得られる。しかも、従来のように有機不純物を改質装置の熱で燃焼分解する場合に比べて、COのような新たな電極触媒被毒物質の生成、空気温度の上昇、システム効率の低下、及び、システム構成の複雑化などを招くことなく、容易且つ確実に空気中の有機不純物を除去することが可能となる。   According to the fuel cell of the second invention, the air around the fuel cell, which is disposed in the air supply line and sucked by the intake means, flows, and the organic impurities contained in the air are absorbed by the absorbing liquid during this flow The organic impurity removing means for removing the organic catalyst can prevent the organic impurities from being supplied to the air electrode side of the fuel cell main body together with the air and poisoning the electrode catalyst on the air electrode side, and stable power generation voltage. Is obtained. Moreover, compared with the conventional case where organic impurities are combusted and decomposed by the heat of the reformer, generation of a new electrocatalyst poisoning substance such as CO, increase in air temperature, decrease in system efficiency, and system Organic impurities in the air can be easily and reliably removed without complicating the configuration.

第3発明の燃料電池によれば、有機不純物除去手段の空気流通方向下流側にて空気供給ラインに配設されて、有機不純物除去手段を流通後の空気が流通し、この流通時に当該空気中に含まれる有機不純物の吸収液を水で吸収して除去する吸収液除去手段を有するため、吸収液が空気とともに燃料電池本体に供給されて燃料電池本体の発電性能を劣化させるおそれもない。更には、燃料電池本体に供給する空気にはある程度の水分(水蒸気)が含まれていることが望ましいが、吸収液除去手段は、そのための加湿手段としても機能する。   According to the fuel cell of the third aspect of the invention, the air after flowing through the organic impurity removing means is circulated in the air supply line on the downstream side in the air circulation direction of the organic impurity removing means. Therefore, there is no possibility that the absorbing liquid is supplied to the fuel cell body together with air to deteriorate the power generation performance of the fuel cell body. Furthermore, it is desirable that the air supplied to the fuel cell body contains a certain amount of moisture (water vapor), but the absorbing liquid removing means also functions as a humidifying means for that purpose.

第4発明の燃料電池によれば、発電電圧監視手段において、発電電圧計測手段で計測した発電電圧の時間微分値を算出し、この算出した時間微分値と閾値とを比較して、前記時間微分値が前記閾値を超えたときに前記発電電圧が異常であると判定するため、有機不純物除去手段の寿命や故障などでこれらの有機不純物除去機能が低下して、有機不純物による異常な燃料電池本体の発電電圧の低下が生じても、この異常な発電電圧の低下を発電電圧計測手段と発電電圧監視手段とによって検出することができる。即ち、有機不純物除去手段の健全性を判断することができる。   According to the fuel cell of the fourth aspect of the invention, in the generated voltage monitoring means, the time differential value of the generated voltage measured by the generated voltage measuring means is calculated, the calculated time differential value is compared with a threshold value, and the time differential value is calculated. Since it is determined that the generated voltage is abnormal when the value exceeds the threshold value, the organic impurity removing function is deteriorated due to the life or failure of the organic impurity removing means, and the abnormal fuel cell main body due to organic impurities Even if the generated voltage drops, the abnormal generated voltage drop can be detected by the generated voltage measuring means and the generated voltage monitoring means. That is, the soundness of the organic impurity removing means can be determined.

第5発明の燃料電池によれば、発電電圧監視手段において、発電電圧計測手段で計測した発電電圧の平均値を一定時間毎に算出し、且つ、この平均値の時間微分値を算出して、この算出した時間微分値と閾値とを比較することにより、前記時間微分値が前記閾値を超えたときに前記発電電圧が異常であると判定するため、冷却水温度の変動などの何らかの影響によって燃料電池本体の発電電圧に振幅の小さな変動が生じていても、有機不純物除去手段の有機不純物除去機能の低下で有機不純物による異常な燃料電池本体の発電電圧の低下が生じた際、この異常な発電電圧の低下を、誤判定することなく確実に検出することができる。   According to the fuel cell of the fifth invention, in the generated voltage monitoring means, the average value of the generated voltage measured by the generated voltage measuring means is calculated every fixed time, and the time differential value of this average value is calculated, By comparing the calculated time differential value with a threshold value, it is determined that the generated voltage is abnormal when the time differential value exceeds the threshold value. Even if there is a small fluctuation in the power generation voltage of the battery body, this abnormal power generation occurs when the power generation voltage of the fuel cell body decreases abnormally due to organic impurities due to the deterioration of the organic impurity removal function of the organic impurity removal means. The voltage drop can be reliably detected without erroneous determination.

第6発明の燃料電池によれば、発電電圧監視手段において、運転時間計測手段で計測した燃料電池の運転時間と、予め記憶しておいた燃料電池の発電電圧低下曲線とに基づいて発電電圧の閾値を算出し、この閾値と発電電圧計測手段で計測した発電電圧とを比較して、この発電電圧が前記閾値よりも低下したときに当該発電電圧が異常であると判定するため、有機不純物除去手段の寿命や故障などでこれらの有機不純物除去機能が低下して、有機不純物による異常な燃料電池本体の発電電圧の低下が生じても、この異常な発電電圧の低下を発電電圧計測手段と運転時間計測手段と発電電圧監視手段とによって検出することができる。即ち、有機不純物除去手段の健全性を判断することができる。しかも、前述のように冷却水温度の変動などの何らかの影響によって燃料電池本体の発電電圧に振幅の小さな変動が生じていても、この変動を考慮した閾値の値とすることにより、有機不純物による異常な燃料電池本体の発電電圧の低下を、誤判定することなく確実に検出することができる。   According to the fuel cell of the sixth aspect of the invention, in the power generation voltage monitoring means, the power generation voltage is calculated based on the fuel cell operation time measured by the operation time measurement means and the fuel cell power generation voltage drop curve stored in advance. In order to calculate a threshold value, compare this threshold value with the generated voltage measured by the generated voltage measuring means, and determine that the generated voltage is abnormal when the generated voltage is lower than the threshold value. Even if the organic impurity removal function declines due to the life or failure of the means, and the abnormal generation voltage drop of the fuel cell due to organic impurities occurs, this abnormal decrease in the generated voltage is operated with the generation voltage measuring means. It can be detected by the time measuring means and the generated voltage monitoring means. That is, the soundness of the organic impurity removing means can be determined. Moreover, even if there is a small fluctuation in the generated voltage of the fuel cell main body due to some influence such as the fluctuation of the coolant temperature as described above, the threshold value considering this fluctuation can be used to detect abnormalities due to organic impurities. A decrease in the generated voltage of the fuel cell main body can be reliably detected without erroneous determination.

第7発明の燃料電池によれば、圧力損失監視手段において、圧力損失計測手段で計測した圧力損失と閾値とを比較して、前記圧力損失が前記閾値よりも大きくなったときに当該圧力損失が異常であると判定するため、有機不純物などの吸着量が増加して、有機不純物除去器7の有機不純物除去機能(有機不純物吸着能力)が低下しても、この有機不純物除去能力の低下を圧力損失計測手段と圧力損失監視手段とによって検出することができる。即ち、有機不純物除去手段の健全性を判断することができる。   According to the fuel cell of the seventh invention, in the pressure loss monitoring means, the pressure loss measured by the pressure loss measuring means is compared with a threshold value, and when the pressure loss becomes larger than the threshold value, the pressure loss is Even if the amount of adsorption of organic impurities or the like increases and the organic impurity removal function (organic impurity adsorption capacity) of the organic impurity remover 7 decreases, the decrease in the organic impurity removal capacity is pressured. It can be detected by the loss measuring means and the pressure loss monitoring means. That is, the soundness of the organic impurity removing means can be determined.

第8発明の燃料電池によれば、有機不純物濃度監視手段において、有機不純物濃度計測手段で計測した有機不純物濃度と閾値とを比較して、この前記有機不純物濃度が前記閾値よりも高くなったときに当該有機不純物濃度が異常であると判定するため、有機不純物の吸着量や吸収量が増加することや故障などによって、有機不純物除去手段の有機不純物除去機能(有機不純物吸着能力、有機不純物吸収能力)が低下しても、この有機不純物除去能力の低下を有機不純物濃度計測手段と有機不純物濃度監視手段とによって検出することができる。即ち、有機不純物除去手段の健全性を判断することができる。   According to the fuel cell of the eighth invention, when the organic impurity concentration monitoring means compares the organic impurity concentration measured by the organic impurity concentration measuring means with a threshold value, and the organic impurity concentration becomes higher than the threshold value. In order to determine that the concentration of organic impurities is abnormal, the organic impurity removal function (organic impurity adsorption capacity, organic impurity absorption capacity, etc.) ) Can be detected by the organic impurity concentration measuring means and the organic impurity concentration monitoring means. That is, the soundness of the organic impurity removing means can be determined.

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

<実施の形態例1>
図1は本発明の実施の形態例1に係る固体高分子形燃料電池(PEFC)の構成図、図2は前記燃料電池に備えた有機不純物除去器の構成例を示す図、図3は前記有機不純物除去器を設置しない場合の燃料電池発電電圧の計測結果を示す図、図4は前記有機不純物除去器を設置した場合の燃料電池発電電圧の計測結果を示す図である。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a configuration diagram of a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of an organic impurity remover provided in the fuel cell, and FIG. The figure which shows the measurement result of the fuel cell power generation voltage when not installing an organic impurity remover, FIG. 4 is the figure which shows the measurement result of the fuel cell power generation voltage when the said organic impurity remover is installed.

図1に示すように、固体高分子形燃料電池(PEFC)は、燃料ガス供給ライン(配管)2と空気供給ライン(配管)3とを介して、燃料電池本体としてのPEFCスタック1の各セルの燃料極側と空気極側とにそれぞれ燃料ガスと空気とを供給することにより、これらの供給ガスをPEFCスタック1の各セルで電気化学的に反応させて発電するものである。なお、PEFCスタック1において発電のために消費されずに残った燃料ガスと空気は、燃料ガス排出ライン(配管)4と空気排出ライン(配管)5とを介して、PEFCスタック1から、それぞれ排出される。PEFCスタック1は、固体高分子電解質膜を一対の電極膜で挟んで構成されたセルを複数積層した構成のものである。   As shown in FIG. 1, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is provided with each cell of a PEFC stack 1 as a fuel cell main body via a fuel gas supply line (pipe) 2 and an air supply line (pipe) 3. By supplying fuel gas and air to the fuel electrode side and the air electrode side, respectively, these supply gases are reacted electrochemically in each cell of the PEFC stack 1 to generate electricity. The fuel gas and air remaining in the PEFC stack 1 without being consumed for power generation are discharged from the PEFC stack 1 through the fuel gas discharge line (pipe) 4 and the air discharge line (pipe) 5, respectively. Is done. The PEFC stack 1 has a configuration in which a plurality of cells each having a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between a pair of electrode membranes are stacked.

燃料ガスとしてはボンベなどから供給される純水素を用いる場合もあるが、図示例のような定置用の燃料電池では、図示しない改質装置でメタンガスなどの気体燃料又は灯油など液体燃料を改質して生成した改質ガス(水素含有ガス)を用いるのが一般的である。   In some cases, pure hydrogen supplied from a cylinder or the like is used as the fuel gas. However, in a stationary fuel cell such as the illustrated example, gas fuel such as methane gas or liquid fuel such as kerosene is reformed by a reformer (not shown). In general, a reformed gas (hydrogen-containing gas) generated in this manner is used.

一方、酸化剤ガスとしては燃料電池周辺の空気(大気)を用いている。詳述すると、PEFCスタック1に接続された空気供給ライン3には吸気手段としてのブロア6が設けられており、このブロア6で燃料電池周辺の空気を吸引してPEFCスタック1に供給する構成となっている。なお、図示は省略するが、空気供給ライン3の入口には空気中に含まれる塵埃を除去するための除塵フィルタが設けられている。   On the other hand, air (atmosphere) around the fuel cell is used as the oxidant gas. More specifically, the air supply line 3 connected to the PEFC stack 1 is provided with a blower 6 as an intake means. The blower 6 sucks air around the fuel cell and supplies the air to the PEFC stack 1. It has become. Although not shown, a dust filter for removing dust contained in the air is provided at the inlet of the air supply line 3.

そして、本実施の形態例1では、空気供給ライン3に有機不純物除去手段としての有機不純物除去器7が配設されている。この有機不純物除去器7は、有機不純物の吸着剤として活性炭を用いたものである。従って、この場合にはブロア6により吸引された燃料電池周辺の空気が、有機不純物除去器7の活性炭層を流通し、この流通時に当該空気中に含まれるキシレン、トルエン、ガソリン、軽油などの有機不純物が活性炭で吸着されて除去される。この活性炭を用いた有機不純物除去器7の構成例としては、例えば図2に示すように両側面に空気供給ライン3が接続された容器7aの内部に多孔板7bと多孔板7cとを配設し、これらの多孔板7b,7cの間に活性炭層7dを収容した構成のものを採用することができる。この場合、特に空気流通方向上流側の多孔板7bは、容器7a内に導入した空気を活性炭層7dに一様に分散するための分散板として機能する。   In the first embodiment, an organic impurity remover 7 as an organic impurity removing unit is disposed in the air supply line 3. This organic impurity remover 7 uses activated carbon as an adsorbent for organic impurities. Therefore, in this case, the air around the fuel cell sucked by the blower 6 circulates through the activated carbon layer of the organic impurity remover 7, and organics such as xylene, toluene, gasoline, and light oil contained in the air at the time of distribution. Impurities are adsorbed and removed by activated carbon. As a configuration example of the organic impurity remover 7 using activated carbon, for example, as shown in FIG. 2, a porous plate 7b and a porous plate 7c are arranged inside a container 7a having air supply lines 3 connected to both sides. And the thing of the structure which accommodated the activated carbon layer 7d between these perforated plates 7b and 7c is employable. In this case, in particular, the porous plate 7b on the upstream side in the air flow direction functions as a dispersion plate for uniformly dispersing the air introduced into the container 7a into the activated carbon layer 7d.

なお、図示例では有機不純物除去器7をブロア6の空気流通方向上流側に配設しているが、これに限定するものではなく、ブロア6の空気流通方向下流側に配設してもよい。また、空気供給ライン3に設ける有機不純物除去器7としては、必ずしも活性炭を用いたものに限定するものではなく、その他の吸着剤を用いたものでもよい。例えば、キシレンやトルエンなどを吸着する漆喰塗布板を用いたものや、キシレンやトルエンなどを吸着する吸着ゲルを用いたものなど採用することもできる。この場合にも、ブロア6により吸引された燃料電池周辺の空気が有機不純物除去器7を流通する時に当該空気中に含まれる有機不純物を漆喰塗布板又は吸着ゲルで吸着して除去することができる。   In the illustrated example, the organic impurity remover 7 is disposed on the upstream side in the air flow direction of the blower 6, but is not limited thereto, and may be disposed on the downstream side in the air flow direction of the blower 6. . Further, the organic impurity remover 7 provided in the air supply line 3 is not necessarily limited to the one using activated carbon, and may be one using other adsorbent. For example, the thing using the plaster application board which adsorb | sucks xylene, toluene, etc., the thing using the adsorption gel which adsorb | sucks xylene, toluene, etc. are also employable. Also in this case, when the air around the fuel cell sucked by the blower 6 flows through the organic impurity remover 7, the organic impurities contained in the air can be adsorbed and removed by the stucco coating plate or the adsorption gel. .

以上のように、本実施の形態例1の燃料電池によれば、PEFCスタック1に接続された空気供給ライン3のブロア6により、燃料電池周辺の空気を吸引してPEFCスタック1に供給する構成の燃料電池において、空気供給ライン3に配設され、ブロア6により吸引された前記燃料電池周辺の空気が流通し、この流通時に当該空気中に含まれる有機不純物を吸着剤(活性炭、漆喰塗布板、吸着ゲル等)で吸着して除去する有機不純物除去器7を有するため、有機不純物が空気とともにPEFCスタック1の空気極側に供給されて空気極側の電極触媒を被毒するのを防止することができ、安定した発電電圧が得られる。しかも、従来のように有機不純物を改質装置の熱で燃焼分解する場合に比べて、COのような新たな電極触媒被毒物質の生成、空気温度の上昇、システム効率の低下、及び、システム構成の複雑化などを招くことなく、容易且つ確実に空気中の有機不純物を除去することが可能となる。   As described above, according to the fuel cell of the first embodiment, the air around the fuel cell is sucked and supplied to the PEFC stack 1 by the blower 6 of the air supply line 3 connected to the PEFC stack 1. In the fuel cell, air around the fuel cell, which is disposed in the air supply line 3 and sucked by the blower 6 circulates, and organic impurities contained in the air are adsorbed (activated carbon, plaster coating plate) during this circulation. The organic impurity remover 7 that is adsorbed and removed by an adsorption gel or the like) prevents the organic impurities from being supplied to the air electrode side of the PEFC stack 1 together with air and poisoning the electrode catalyst on the air electrode side. And a stable generated voltage can be obtained. Moreover, compared with the conventional case where organic impurities are combusted and decomposed by the heat of the reformer, generation of a new electrocatalyst poisoning substance such as CO, increase in air temperature, decrease in system efficiency, and system Organic impurities in the air can be easily and reliably removed without complicating the configuration.

なお、ここで図3及び図4に基づき、活性炭を用いた有機不純物除去器7を空気供給ライン3に設置した場合と設置しない場合の試験結果について説明する。図3及び図4は何れも、横軸が燃料電池の運転時間、縦軸が燃料電池の発電電圧である。有機不純物除去器7を空気供給ライン3に設置しない場合には、図3に示すように、時々、発電電圧が大きく低下した。この発電電圧の大きな低下は、本試験設備の近くにあったガソリンスタンドのタンクにタンクローリー車からガソリンを補給する際に当該ガソリンの一部が揮発して空気(大気)中のガソリン濃度が高くなり、このガソリン濃度の高い空気がブロア6で吸引されたときに空気極側の電極触媒がガソリン蒸気の影響を受けたために生じたものである。これに対し、有機不純物除去器7を空気供給ライン3に設置した場合には、有機不純物除去器7の活性炭層によって空気中に含まれるガソリン蒸気を吸着して除去するため、図4に示すように発電電圧の大きな低下は生じなかった。   In addition, based on FIG.3 and FIG.4 here, the test result when not installing the organic impurity removal device 7 using activated carbon in the air supply line 3 is demonstrated. 3 and 4, the horizontal axis represents the operating time of the fuel cell, and the vertical axis represents the power generation voltage of the fuel cell. When the organic impurity remover 7 was not installed in the air supply line 3, as shown in FIG. This large drop in power generation voltage is due to the volatilization of a part of the gasoline when the tank of a gas station near the test facility is replenished with gasoline from a tank truck, resulting in a high gasoline concentration in the air (atmosphere). This is because the electrode catalyst on the air electrode side is affected by gasoline vapor when the high gasoline concentration air is sucked by the blower 6. On the other hand, when the organic impurity remover 7 is installed in the air supply line 3, the activated carbon layer of the organic impurity remover 7 adsorbs and removes the gasoline vapor contained in the air, as shown in FIG. There was no significant drop in the generated voltage.

しかも、全体的な発電電圧値も、図3の場合にはV1近くの値であったのに対し、図4の場合にはV2近くの値となり、後者のほうが高くなった。これは図3の場合には発電電圧が回復する前に次のガソリン蒸気による影響によって再び発電電圧が低下してしまうためであると考えられる。なお、図3及び図4の何れの場合にも、振幅の小さな発電電圧の変動がみられるが、これは冷却水温度の変動に連動して発生していると考えられる。即ち、図示は省略しているが、PEFCスタック1は冷却水によって冷却される構成となっており、この冷却水の温度が外気温の変化などによって変動し、この冷却水温度の変動の影響で発電電圧も多少変動したものと考えられる。   Moreover, the overall generated voltage value was close to V1 in the case of FIG. 3, whereas it was close to V2 in the case of FIG. 4, and the latter was higher. In the case of FIG. 3, this is considered to be because the generated voltage decreases again due to the influence of the next gasoline vapor before the generated voltage recovers. In both cases of FIG. 3 and FIG. 4, the fluctuation of the generated voltage with a small amplitude is observed, which is considered to occur in conjunction with the fluctuation of the cooling water temperature. That is, although not shown, the PEFC stack 1 is configured to be cooled by the cooling water, and the temperature of the cooling water fluctuates due to a change in the outside air temperature. It is thought that the generated voltage also fluctuated somewhat.

<実施の形態例2>
図5は本発明の実施の形態例2に係る固体高分子形燃料電池(PEFC)の構成図、図6は前記燃料電池に備えた有機不純物除去器及び吸収液除去器の構成例を示す図である。なお、図5において上記実施の形態例1(図1)と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
<Embodiment 2>
FIG. 5 is a configuration diagram of a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of an organic impurity remover and an absorbent remover provided in the fuel cell. It is. In FIG. 5, the same parts as those in the first embodiment (FIG. 1) are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施の形態例2では、空気供給ライン3に有機不純物除去手段としての有機不純物除去器11と、吸収液除去手段としての吸収液除去器12とが配設されている。吸収液除去器12は、有機不純物除去器11よりも空気流通方向下流側に配置されている。なお、図示例では有機不純物除去器11及び吸収液除去器12をブロア6の空気流通方向下流側に配設しているが、これに限定するものではなく、ブロア6の空気流通方向上流側に配設してもよい。   In the second embodiment, an organic impurity remover 11 as an organic impurity remover and an absorbent remover 12 as an absorbent remover are disposed on the air supply line 3. The absorbent remover 12 is disposed downstream of the organic impurity remover 11 in the air flow direction. In the illustrated example, the organic impurity remover 11 and the absorbing liquid remover 12 are disposed on the downstream side in the air flow direction of the blower 6. However, the present invention is not limited to this, and the upstream side of the blower 6 in the air flow direction. It may be arranged.

有機不純物除去器11は、有機不純物の吸着液としてアルコールを用いたものである。従って、この場合にはブロア6により吸引された燃料電池周辺の空気が、有機不純物除去器11のアルコール中を流通し、この流通時に当該空気中に含まれるキシレン、トルエン、ガソリン、軽油などの有機不純物をアルコールで吸収(溶解)して除去する。この有機不純物除去器11に用いるアルコール種としては、エタノールなどがある。   The organic impurity remover 11 uses alcohol as an adsorbent for organic impurities. Therefore, in this case, the air around the fuel cell sucked by the blower 6 circulates in the alcohol of the organic impurity remover 11 and organics such as xylene, toluene, gasoline, light oil, etc. contained in the air during this circulation. Impurities are absorbed (dissolved) with alcohol and removed. Examples of the alcohol species used in the organic impurity remover 11 include ethanol.

吸収液除去器12はアルコールの吸収液として水を用いたものである。従って、この場合には有機不純物除去器11を流通後の空気が水中を流通し、この流通時に当該空気中に含まれるアルコール(即ち有機不純物除去器11において空気がアルコール中を流通する際に当該アルコールの一部が気化して空気中に混入したアルコール蒸気)を水で吸収して除去する。   The absorbent remover 12 uses water as an alcohol absorbent. Therefore, in this case, the air after flowing through the organic impurity remover 11 circulates in the water, and the alcohol contained in the air during this flow (that is, when the air flows through the alcohol in the organic impurity remover 11) Alcohol vapor partially vaporized and mixed in the air) is absorbed and removed by water.

有機不純物除去器11及び吸収液除去器12としては、例えば図6に示すような構成のものを用いることができる。図6に示す有機不純物除去器11は、タンク11aにエタノールなどのアルコール11bが貯留された構成となっており、図6に示す吸収液除去器12はタンク12aに水12bが貯留された構成となっている。タンク11bのアルコール11b中にはブロア6に接続された第1の空気供給ライン3の先端部が挿入されている。タンク11a,12aの間にも第2の空気供給ライン3が介設されている。この第2の空気供給ライン3は基端部がタンク11bの上部に接続されて、タンク11a内におけるアルコール11bの上部空間11cに通じており、且つ、先端部がタンク12aの水12b中に挿入されている。また、タンク12aの上部にも、PEFCスタック1に接続された第3の空気供給ライン3の基端部が接続されており、この第3の空気供給ライン3はタンク12a内における水12bの上部空間12cに通じている。   As the organic impurity remover 11 and the absorption liquid remover 12, for example, those having a structure as shown in FIG. 6 can be used. The organic impurity remover 11 shown in FIG. 6 has a configuration in which an alcohol 11b such as ethanol is stored in a tank 11a, and the absorbent remover 12 shown in FIG. 6 has a configuration in which water 12b is stored in a tank 12a. It has become. The tip of the first air supply line 3 connected to the blower 6 is inserted into the alcohol 11b of the tank 11b. A second air supply line 3 is also interposed between the tanks 11a and 12a. The second air supply line 3 is connected at the base end to the upper portion of the tank 11b and communicates with the upper space 11c of the alcohol 11b in the tank 11a, and the distal end is inserted into the water 12b of the tank 12a. Has been. Further, the base end portion of the third air supply line 3 connected to the PEFC stack 1 is also connected to the upper portion of the tank 12a, and this third air supply line 3 is connected to the upper portion of the water 12b in the tank 12a. It leads to the space 12c.

従って、この場合には、ブロア6によって吸引された空気が第1の空気供給ライン3を介して有機不純物除去器11のタンク11a内のアルコール11b中に噴き出され、気泡となってアルコール11b中を流通する間に当該空気中に含まれる有機不純物がアルコール11bにより吸収されて除去される。その後、空気は多少のアルコール蒸気を含んだ状態で第2の空気供給ライン3を介して吸収液除去器12のタンク12a内の水12b中に噴き出され、気泡となって水12b中を流通する間に当該空気中に含まれるアルコールが水12bにより吸収されて除去される。そして、有機不純物及びアルコールが除去された空気が、第3の空気供給ライン3を介してPEFCスタック1に供給される。   Therefore, in this case, the air sucked by the blower 6 is jetted into the alcohol 11b in the tank 11a of the organic impurity remover 11 through the first air supply line 3, and becomes air bubbles in the alcohol 11b. During the circulation, the organic impurities contained in the air are absorbed and removed by the alcohol 11b. Thereafter, the air is blown into the water 12b in the tank 12a of the absorbent remover 12 via the second air supply line 3 in a state containing some alcohol vapor, and circulates in the water 12b as bubbles. In the meantime, the alcohol contained in the air is absorbed and removed by the water 12b. Then, the air from which the organic impurities and alcohol are removed is supplied to the PEFC stack 1 through the third air supply line 3.

以上のように、本実施の形態例2によれば、PEFCスタック1に接続された空気供給ライン3のブロア6により、燃料電池周辺の空気を吸引してPEFCスタック1に供給する構成の燃料電池において、空気供給ライン3に配設され、ブロア6により吸引された前記燃料電池周辺の空気が流通し、この流通時に当該空気中に含まれる有機不純物をアルコールで吸収して除去する有機不純物除去器11を有するため、有機不純物が空気とともにPEFCスタック1の空気極側に供給されて空気極側の電極触媒を被毒するのを防止することができ、安定した発電電圧が得られる。しかも、従来のように有機不純物を改質装置の熱で燃焼分解する場合に比べて、COのような新たな電極触媒被毒物質の生成、空気温度の上昇、システム効率の低下、及び、システム構成の複雑化などを招くことなく、容易且つ確実に空気中の有機不純物を除去することが可能となる。   As described above, according to the second embodiment, the air around the fuel cell is sucked and supplied to the PEFC stack 1 by the blower 6 of the air supply line 3 connected to the PEFC stack 1. In the air supply line 3, the air around the fuel cell sucked by the blower 6 circulates, and the organic impurities contained in the air are absorbed and removed by the alcohol during the circulation. Therefore, it is possible to prevent organic impurities from being supplied to the air electrode side of the PEFC stack 1 together with air and poisoning the electrode catalyst on the air electrode side, and a stable power generation voltage can be obtained. Moreover, compared with the conventional case where organic impurities are combusted and decomposed by the heat of the reformer, generation of a new electrocatalyst poisoning substance such as CO, increase in air temperature, decrease in system efficiency, and system Organic impurities in the air can be easily and reliably removed without complicating the configuration.

また、本実施の形態例2によれば、有機不純物除去器11の空気流通方向下流側にて空気供給ライン3に配設され、有機不純物除去器11を流通後の空気が流通し、この流通時に当該空気中に含まれるアルコールを水で吸収して除去する吸収液除去器12を有するため、アルコールが空気とともにPEFCスタック1に供給されてPEFCスタック1の発電性能を劣化させるおそれもない。更には、PEFCスタック1に供給する空気にはある程度の水分(水蒸気)が含まれていることが望ましいが、吸収液除去器12は、そのための加湿器としても機能する。なお、この場合には吸収液除去器11の加湿能力を高めるためにタンク内の水を、改質装置の熱やその他の熱源によってある程度の温度(例えば70〜80℃程度)になるまで加熱することが好ましい。   Further, according to the second embodiment, the air is disposed in the air supply line 3 on the downstream side of the organic impurity remover 11 in the air flow direction, and the air after flowing through the organic impurity remover 11 flows. Since the absorbent remover 12 sometimes removes the alcohol contained in the air by absorbing it with water, there is no possibility that the alcohol is supplied to the PEFC stack 1 together with the air and the power generation performance of the PEFC stack 1 is deteriorated. Furthermore, it is desirable that the air supplied to the PEFC stack 1 contains a certain amount of moisture (water vapor), but the absorbent remover 12 also functions as a humidifier for that purpose. In this case, in order to increase the humidifying capacity of the absorbent remover 11, the water in the tank is heated to a certain temperature (for example, about 70 to 80 ° C.) by the heat of the reformer and other heat sources. It is preferable.

<実施の形態例3>
図7は本発明の実施の形態例3に係る固体高分子形燃料電池(PEFC)の構成図、図8は前記燃料電池の発電電圧特性を示す図、図9は前記燃料電池に備えた発電電圧監視装置の処理内容を示すフローチャート、図10は前記発電電圧監視装置の他の処理内容を示すフローチャート、図11は前記発電電圧監視装置の更に他の処理内容を示すフローチャート、図12は前記燃料電池の発電電圧特性及び閾値を示す図である。
<Embodiment 3>
FIG. 7 is a configuration diagram of a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) according to Embodiment 3 of the present invention, FIG. 8 is a diagram showing a power generation voltage characteristic of the fuel cell, and FIG. 9 is a power generation provided in the fuel cell. FIG. 10 is a flowchart showing other processing contents of the generated voltage monitoring apparatus, FIG. 11 is a flowchart showing further processing contents of the generated voltage monitoring apparatus, and FIG. 12 is the fuel. It is a figure which shows the electric power generation voltage characteristic and threshold value of a battery.

図7(a)及び図7(b)に示す本実施の形態例3の燃料電池では何れも、発電電圧計測手段としての電圧計21と、発電電圧監視手段としての発電電圧監視装置22と、表示手段としての表示装置23とを有している。以下、これらの構成について詳述し、その他の構成については上記実施の形態1,2(図1,図2、図5、図6参照)と同様であるため、同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。   In each of the fuel cells of Embodiment 3 shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), a voltmeter 21 as a generated voltage measuring means, a generated voltage monitoring device 22 as a generated voltage monitoring means, And a display device 23 as display means. Hereinafter, these configurations will be described in detail, and the other configurations are the same as those in the first and second embodiments (see FIGS. 1, 2, 5, and 6). The detailed description to be omitted is omitted.

電圧計21はPEFCスタック1の発電電圧を計測し、この発電電圧の計測信号を発電電圧監視装置22へ出力する。発電電圧監視装置22はコンピュータなどからなるものであり、電圧計21から入力するPEFCスタック1の発電電圧の計測値に基づいて、当該発電電圧の異常低下を監視し、監視結果を表示装置23へ出力する(詳細後述)。表示装置23はCRTやLCDなどのディスプレイであり、発電電圧監視装置22から入力するPEFCスタック1の発電電圧の監視結果を表示する(詳細後述)。   The voltmeter 21 measures the power generation voltage of the PEFC stack 1 and outputs a measurement signal of this power generation voltage to the power generation voltage monitoring device 22. The generated voltage monitoring device 22 is composed of a computer or the like. Based on the measured value of the generated voltage of the PEFC stack 1 inputted from the voltmeter 21, the generated voltage monitoring device 22 monitors an abnormal decrease in the generated voltage and sends the monitoring result to the display device 23. Output (details will be described later). The display device 23 is a display such as a CRT or LCD, and displays the monitoring result of the power generation voltage of the PEFC stack 1 input from the power generation voltage monitoring device 22 (details will be described later).

図8は横軸が燃料電池の運転時間、縦軸が燃料電池(PEFCスタック)の発電電圧を表している。PEFCスタック1の発電電圧は、通常、図8に実線で示すような想定される燃料電池の劣化(発電電圧低下)曲線Aの如く、運転時間の経過とともに徐々に低下する。これに対し、有機不純物によってPEFCスタック1の空気極側の電極触媒が被毒したときのPEFCスタック1の発電電圧は、図8に一点鎖線で示すような有機不純物による劣化(発電電圧低下)曲線Bの如く、前記曲線Aよりも大きな低下率で低下する。   In FIG. 8, the horizontal axis represents the operating time of the fuel cell, and the vertical axis represents the generated voltage of the fuel cell (PEFC stack). Normally, the power generation voltage of the PEFC stack 1 gradually decreases as the operation time elapses as shown in the assumed fuel cell deterioration (power generation voltage decrease) curve A as shown by the solid line in FIG. On the other hand, the power generation voltage of the PEFC stack 1 when the electrode catalyst on the air electrode side of the PEFC stack 1 is poisoned by organic impurities is a deterioration (power generation voltage drop) curve due to the organic impurities as shown by a one-dot chain line in FIG. As shown in B, the rate of decrease is larger than that of the curve A.

そこで、発電電圧監視装置22では、この通常時と異常時の発電電圧の低下率の相違を利用して発電電圧の異常監視を行う。即ち、発電電圧監視装置22では図9のフローチャートに示すような処理を行う。図9に示すように、発電電圧監視装置22では、その電源が投入されると(燃料電池の運転が開始されると)、まず、ステップS1においてPEFCスタック1の発電電圧Vの計測を開始する。即ち、電圧計21から出力されるPEFCスタック1の発電電圧の計測信号の入力を開始する。   In view of this, the generated voltage monitoring device 22 monitors the generated voltage abnormally by utilizing the difference in the decrease rate of the generated voltage between the normal time and the abnormal time. That is, the generated voltage monitoring device 22 performs processing as shown in the flowchart of FIG. As shown in FIG. 9, in the generated voltage monitoring device 22, when the power is turned on (when the operation of the fuel cell is started), measurement of the generated voltage V of the PEFC stack 1 is first started in step S1. . That is, input of the measurement signal of the generated voltage of the PEFC stack 1 output from the voltmeter 21 is started.

続いて、ステップS2では、電圧計21で計測した発電電圧の時間微分値(|dV/dt|)を算出する。ステップS3では、ステップS2で算出した前記発電電圧の時間微分値(|dV/dt|)と、予め設定した発電電圧の時間微分値の閾値a(aは正の値)とを比較して、時間微分値(|dV/dt|)が閾値aを超えたか否か(|dV/dt|>aとなったか否か)を判定する。なお、この場合、時間微分値(dV/dt)の絶対値と閾値aとの比較に限定するものではなく、時間微分値(dV/dt)をそのまま閾値−aと比較してもよい。即ち、時間微分値(dV/dt)が−aを超えたか否か(dV/dt<−aとなったか否か)を判定するようにしてもよい。なお、閾値a(−a)の具体的な値は、試験などによって適宜の値に設定すればよい。   Subsequently, in step S2, a time differential value (| dV / dt |) of the generated voltage measured by the voltmeter 21 is calculated. In step S3, the time differential value (| dV / dt |) of the generated voltage calculated in step S2 is compared with a preset threshold value a (a is a positive value) of the time differential value of the generated voltage. It is determined whether or not the time differential value (| dV / dt |) exceeds the threshold value a (whether or not | dV / dt |> a). In this case, it is not limited to the comparison between the absolute value of the time differential value (dV / dt) and the threshold value a, and the time differential value (dV / dt) may be directly compared with the threshold value -a. That is, it may be determined whether or not the time differential value (dV / dt) exceeds −a (whether or not dV / dt <−a). In addition, what is necessary is just to set the specific value of threshold value a (-a) to an appropriate value by a test etc.

ステップS3で時間微分値(|dV/dt|)が閾値aを超えていない、或いは、時間微分値(dV/dt)が−aを超えていないと判定したときには、ステップS2に戻り、ステップS2及びステップS3の処理を繰り返す。   When it is determined in step S3 that the time differential value (| dV / dt |) does not exceed the threshold value a, or the time differential value (dV / dt) does not exceed -a, the process returns to step S2, and step S2 And the process of step S3 is repeated.

一方、ステップS3で時間微分値(|dV/dt|)が閾値aを超えた、或いは、時間微分値(dV/dt)が−aを超えたと判定したとき、即ち、PEFCスタック1の発電電圧が異常であると判定したときには、ステップS4において、この発電電圧異常の判定結果を表示装置23へ出力する。その結果、表示装置23ではPEFCスタック1の発電電圧が異常であることを警告するための表示を行う。なお、この場合、ブザーやランプなどによってアラームを発するようにしてもよい。   On the other hand, when it is determined in step S3 that the time differential value (| dV / dt |) exceeds the threshold value a or the time differential value (dV / dt) exceeds −a, that is, the generated voltage of the PEFC stack 1 Is determined to be abnormal, in step S4, the determination result of the power generation voltage abnormality is output to the display device 23. As a result, the display device 23 performs display for warning that the generated voltage of the PEFC stack 1 is abnormal. In this case, an alarm may be issued by a buzzer or a lamp.

ところで、PEFCスタック1の発電電圧は、図3に示すように有機不純物の影響で大きく低下するとき以外にも、冷却水温度の変動などの何らかの影響によって振幅の小さな変動が生じる場合があり、この場合には単に発電電圧の時間微分値を算出して閾値と比較するだけでは、誤った判定をするおそれがある。従って、PEFCスタック1の発電電圧に振幅の小さな変動が生じる場合には、図9のフローチャートに代えて図10のフローチャートに示すような処理を行うようにしてもよい。   By the way, the generated voltage of the PEFC stack 1 may have a small fluctuation due to some influence such as a fluctuation of the cooling water temperature, in addition to the case where it greatly decreases due to the influence of organic impurities as shown in FIG. In some cases, simply calculating the time differential value of the generated voltage and comparing it with a threshold value may result in an erroneous determination. Therefore, when a small fluctuation of the amplitude occurs in the generated voltage of the PEFC stack 1, a process as shown in the flowchart of FIG. 10 may be performed instead of the flowchart of FIG.

即ち、この場合には発電電圧監視装置22では、その電源が投入されると(燃料電池の運転が開始されると)、まず、ステップS11においてPEFCスタック1の発電電圧Vの計測を開始する。即ち、電圧計21から出力されるPEFCスタック1の発電電圧の計測信号の入力を開始する。   That is, in this case, when the power generation voltage monitoring device 22 is turned on (when the operation of the fuel cell is started), first, in step S11, measurement of the power generation voltage V of the PEFC stack 1 is started. That is, input of the measurement signal of the generated voltage of the PEFC stack 1 output from the voltmeter 21 is started.

続いて、ステップS12では平均化処理を開始する。即ち。電圧計21で計測したPEFCスタック1の発電電圧の平均値を、一定時間毎に算出する。なお、具体的にどの程度の時間毎に平均値を算出するかは、有機不純物による大きな発電電圧低下が生じているときの時間微分値と、それ以外の振幅の小さな発電電圧の変動が生じているときの時間微分値との差ができるだけ顕著になるよう、試験などを行って適宜設定すればよい。   Subsequently, in step S12, an averaging process is started. That is. The average value of the generated voltage of the PEFC stack 1 measured by the voltmeter 21 is calculated at regular intervals. It should be noted that the average value is calculated every time depending on the time differential value when a large power generation voltage drop is caused by organic impurities and the other fluctuations in the power generation voltage with a small amplitude. What is necessary is just to set suitably by performing a test etc. so that the difference with a time differential value at the time of being may become remarkable as much as possible.

ステップS13では、ステップS12で算出した発電電圧の平均値の時間微分値(|dV/dt|)を算出する。ステップS14では、ステップS13で算出した前記発電電圧平均値の時間微分値(|dV/dt|)と、予め設定した発電電圧の時間微分値の閾値a(aは正の値)とを比較して、時間微分値(|dV/dt|)が閾値aを超えたか否か(|dV/dt|>aとなったか否か)を判定する。なお、この場合にも、時間微分値(dV/dt)の絶対値と閾値aの比較に限定するものではなく、時間微分値(dV/dt)をそのまま閾値−aと比較してもよい。即ち、時間微分値(dV/dt)が−aを超えたか否か(dV/dt<−aとなったか否か)を判定するようにしてもよい。   In step S13, a time differential value (| dV / dt |) of the average value of the generated voltage calculated in step S12 is calculated. In step S14, the time differential value (| dV / dt |) of the generated voltage average value calculated in step S13 is compared with a preset threshold value a (a is a positive value) of the time differential value of the generated voltage. Thus, it is determined whether or not the time differential value (| dV / dt |) exceeds the threshold value a (whether or not | dV / dt |> a). In this case, the comparison is not limited to the absolute value of the time differential value (dV / dt) and the threshold value a, but the time differential value (dV / dt) may be directly compared with the threshold value -a. That is, it may be determined whether or not the time differential value (dV / dt) exceeds −a (whether or not dV / dt <−a).

ステップS14で時間微分値(|dV/dt|)が閾値aを超えていない、或いは、時間微分値(dV/dt)が−aを超えていないと判定したときには、ステップS13に戻り、ステップS13及びステップS14の処理を繰り返す。   If it is determined in step S14 that the time differential value (| dV / dt |) does not exceed the threshold value a, or the time differential value (dV / dt) does not exceed -a, the process returns to step S13, and step S13. And the process of step S14 is repeated.

一方、ステップS14で時間微分値(|dV/dt|)が閾値aを超えた、或いは、時間微分値(dV/dt)が−aを超えたと判定したとき、即ち、PEFCスタック1の発電電圧が異常であると判定したときには、ステップS15において、この発電電圧異常の判定結果を表示装置23へ出力する。その結果、表示装置23ではPEFCスタック1の発電電圧が異常であることを警告するための表示を行う。なお、この場合、ブザーやランプなどによってアラームを発するようにしてもよい。   On the other hand, when it is determined in step S14 that the time differential value (| dV / dt |) exceeds the threshold value a or the time differential value (dV / dt) exceeds −a, that is, the generated voltage of the PEFC stack 1 Is determined to be abnormal, in step S15, the generated voltage abnormality determination result is output to the display device 23. As a result, the display device 23 performs display for warning that the generated voltage of the PEFC stack 1 is abnormal. In this case, an alarm may be issued by a buzzer or a lamp.

また、更には図9,図10のフローチャートに代えて図11のフローチャートに示すような処理を、発電電圧監視装置22で行うようにしてもよい。   Furthermore, instead of the flowcharts of FIGS. 9 and 10, processing as shown in the flowchart of FIG. 11 may be performed by the generated voltage monitoring device 22.

即ち、この場合には発電電圧監視装置22では、その電源が投入されると(燃料電池の運転が開始されると)、まず、ステップS21においてPEFCスタック1の発電電圧Vの計測を開始する。即ち、電圧計21から出力されるPEFCスタック1の発電電圧の計測信号の入力を開始する。   That is, in this case, when the power generation voltage monitoring device 22 is turned on (when the operation of the fuel cell is started), first, in step S21, measurement of the power generation voltage V of the PEFC stack 1 is started. That is, input of the measurement signal of the generated voltage of the PEFC stack 1 output from the voltmeter 21 is started.

続いて、ステップS22では運転時間計測手段による運転時間の計測を開始する。運転時間計測手段としてはPEFCスタック1の運転時間を計測することができるものあればどのようなものでもよいが、例えば電圧計21によってPEFCスタック1の発電電圧が計測されるときの時間(即ちPEFCスタック1が発電しているときの時間)を発電電圧監視装置22の時計機能によって計測することや、燃料電池の起動停止スイッチをON(起動)にしてからOFF(停止)にするまでの時間を発電電圧監視装置22の時計機能によって計測することなどでもよい。   Subsequently, in step S22, operation time measurement by the operation time measurement means is started. Any operation time measuring means may be used as long as it can measure the operation time of the PEFC stack 1, but for example, the time when the generated voltage of the PEFC stack 1 is measured by the voltmeter 21 (that is, the PEFC). The time when the stack 1 is generating power) is measured by the clock function of the power generation voltage monitoring device 22, and the time from when the start / stop switch of the fuel cell is turned on (started) to when it is turned off (stopped) It may be measured by the clock function of the generated voltage monitoring device 22.

そして、ステップS23ではPEFCスタック1の発電電圧に対する閾値bを算出する。即ち、図12に実線で示すような想定される燃料電池の劣化(発電電圧低下)曲線Aを、予め試験などで求めておいて発電電圧監視装置22に記憶しておき、この予め記憶しておいた燃料電池の発電電圧低下曲線Aと、前記運転時間計測手段で計測した燃料電池の運転時間とに基づいて、図12に二点鎖線で示すような発電電圧低下曲線Aの値よりも低い閾値bを算出する。この閾値bの算出方法としては、例えば各運転時間における発電電圧低下曲線Aの値から一定値を差し引いた値を算出してもよく、或いは、各運転時間における発電電圧低下曲線Aの値に一定の比率を掛けた値を算出してもよい。なお、前述のように冷却水温度の変動などの何らかの影響によってPEFCスタック1の発電電圧に振幅の小さな変動が生じる場合には、この変動の振幅も考慮して、後述するステップS24で誤判定するおそれのない値を閾値bとして設定すればよい。   In step S23, a threshold value b for the generated voltage of the PEFC stack 1 is calculated. That is, an assumed fuel cell deterioration (power generation voltage drop) curve A as shown by a solid line in FIG. 12 is obtained in advance by a test or the like, stored in the power generation voltage monitoring device 22, and stored in advance. Based on the generated voltage drop curve A of the fuel cell and the operating time of the fuel cell measured by the operating time measuring means, the value is lower than the value of the generated voltage drop curve A as shown by a two-dot chain line in FIG. The threshold value b is calculated. As a method for calculating the threshold value b, for example, a value obtained by subtracting a constant value from the value of the power generation voltage decrease curve A at each operation time may be calculated, or the value of the power generation voltage decrease curve A at each operation time may be constant. A value obtained by multiplying the ratio may be calculated. In addition, when the fluctuation | variation with a small amplitude arises in the power generation voltage of PEFC stack 1 by some influences, such as the fluctuation | variation of a cooling water temperature as mentioned above, the amplitude of this fluctuation | variation is also considered and it determines erroneously by step S24 mentioned later. A value without fear may be set as the threshold value b.

ステップS24では、電圧計21で計測したPEFCスタック1の発電電圧Vと、ステップS23で算出した閾値bとを比較して、発電電圧Vが閾値bよりも低下した否か(V<bとなったか否か)を判定する。   In step S24, the generated voltage V of the PEFC stack 1 measured by the voltmeter 21 is compared with the threshold value b calculated in step S23, and whether or not the generated voltage V is lower than the threshold value b (V <b). Whether or not).

その結果、ステップS24で発電電圧Vが閾値bよりも低下していないと判定したときには、ステップS23に戻り、ステップS23及びステップS24の処理を繰り返す。   As a result, when it is determined in step S24 that the generated voltage V is not lower than the threshold value b, the process returns to step S23, and the processes in steps S23 and S24 are repeated.

一方、例えば図12の運転時間t1又はt2において、ステップS24で発電電圧Vが閾値bよりも低下したと判定したとき、即ち、PEFCスタック1の発電電圧が異常であると判定したときには、ステップS25において、この発電電圧異常の判定結果を表示装置23へ出力する。その結果、表示装置23ではPEFCスタック1の発電電圧が異常であることを警告するための表示を行う。なお、この場合、ブザーやランプなどによってアラームを発するようにしてもよい。   On the other hand, for example, in the operation time t1 or t2 of FIG. 12, when it is determined in step S24 that the generated voltage V has decreased below the threshold value b, that is, when it is determined that the generated voltage of the PEFC stack 1 is abnormal, step S25 is performed. Then, the determination result of the generated voltage abnormality is output to the display device 23. As a result, the display device 23 performs display for warning that the generated voltage of the PEFC stack 1 is abnormal. In this case, an alarm may be issued by a buzzer or a lamp.

以上のように、本実施の形態例3によれば、発電電圧監視装置22において、図9のように、電圧計21で計測したPEFCスタック1の発電電圧Vの時間微分値|dV/dt|(又はdV/dt)を算出し、この算出した時間微分値と閾値a(又は−a)とを比較して、前記時間微分値が前記閾値を超えたときに前記発電電圧が異常であると判定するため、図7(a)の有機不純物除去器7或いは図7(b)の有機不純物除去器11の寿命や故障などでこれらの有機不純物除去機能が低下して、有機不純物による異常なPEFCスタック1の発電電圧の低下が生じても、この異常な発電電圧の低下を電圧計21と発電電圧監視装置22とによって検出することができる。即ち、有機不純物除去器7,11の健全性を判断することができる。   As described above, according to the third embodiment, in the generated voltage monitoring device 22, the time differential value | dV / dt | of the generated voltage V of the PEFC stack 1 measured by the voltmeter 21 as shown in FIG. (Or dV / dt) is calculated, the calculated time differential value is compared with the threshold value a (or -a), and the generated voltage is abnormal when the time differential value exceeds the threshold value. In order to determine, the organic impurity removing device 7 in FIG. 7A or the organic impurity removing device 11 in FIG. Even if the power generation voltage of the stack 1 decreases, this abnormal power generation voltage decrease can be detected by the voltmeter 21 and the power generation voltage monitoring device 22. That is, the soundness of the organic impurity removers 7 and 11 can be determined.

更に、本実施の形態例3によれば、発電電圧監視装置22において、図10のように、電圧計21で計測した発電電圧Vの平均値を一定時間毎に算出し、且つ、この平均値の時間微分値|dV/dt|(又はdV/dt)を算出し、この算出した時間微分値と閾値a(又は−a)とを比較して、前記時間微分値が前記閾値を超えたときに前記発電電圧が異常であると判定する場合には、前述のように冷却水温度の変動などの何らかの影響によってPEFCスタック1の発電電圧に振幅の小さな変動が生じていても、有機不純物除去器7,11の有機不純物除去機能の低下で有機不純物による異常なPEFCスタック1の発電電圧の低下が生じた際、この異常な発電電圧の低下を、誤判定することなく確実に検出することができる。   Furthermore, according to the third embodiment, the generated voltage monitoring device 22 calculates the average value of the generated voltage V measured by the voltmeter 21 at regular intervals as shown in FIG. When the time differential value | dV / dt | (or dV / dt) is calculated, the calculated time differential value is compared with the threshold value a (or -a), and the time differential value exceeds the threshold value In the case where it is determined that the generated voltage is abnormal, the organic impurity remover is used even when a small fluctuation in the generated voltage of the PEFC stack 1 occurs due to some influence such as the fluctuation of the cooling water temperature as described above. When the abnormal power generation voltage drop of the PEFC stack 1 due to the organic impurities is reduced due to the organic impurity removal function 7 or 11, the abnormal power generation voltage drop can be reliably detected without erroneous determination. .

更に、本実施の形態例3によれば、発電電圧監視装置22において、図11のように、運転時間計測手段で計測した燃料電池の運転時間と、予め記憶しておいた燃料電池の発電電圧低下曲線Aのデータとに基づいて発電電圧の閾値bを算出し、この閾値bと電圧計21で計測した発電電圧Vとを比較して、この発電電圧Vが閾値bよりも低下したときに当該発電電圧Vが異常であると判定する場合には、図7(a)の有機不純物除去器7或いは図7(b)の有機不純物除去器11の寿命や故障などでこれらの有機不純物除去機能が低下して、有機不純物による異常なPEFCスタック1の発電電圧の低下が生じても、この異常な発電電圧の低下を電圧計21と発電電圧監視装置22とによって検出することができる。即ち、有機不純物除去器7,11の健全性を判断することができる。しかも、前述のように冷却水温度の変動などの何らかの影響によってPEFCスタック1の発電電圧に振幅の小さな変動が生じていても、この変動を考慮した閾値bの値とすることにより、有機不純物による異常なPEFCスタック1の発電電圧の低下を、誤判定することなく確実に検出することができる。   Furthermore, according to the third embodiment, in the generated voltage monitoring device 22, as shown in FIG. 11, the operating time of the fuel cell measured by the operating time measuring means and the generated voltage of the fuel cell stored in advance are stored. When the threshold value b of the generated voltage is calculated based on the data of the decrease curve A, the threshold value b is compared with the generated voltage V measured by the voltmeter 21, and the generated voltage V falls below the threshold value b. When it is determined that the generated voltage V is abnormal, these organic impurity removal functions are caused by the life or failure of the organic impurity remover 7 in FIG. 7A or the organic impurity remover 11 in FIG. Even if an abnormal decrease in the generated voltage of the PEFC stack 1 due to organic impurities occurs, this abnormal decrease in the generated voltage can be detected by the voltmeter 21 and the generated voltage monitoring device 22. That is, the soundness of the organic impurity removers 7 and 11 can be determined. Moreover, even if a small fluctuation in the generated voltage of the PEFC stack 1 occurs due to some influence such as the fluctuation of the cooling water temperature as described above, the threshold value b in consideration of this fluctuation can be changed by the organic impurities. An abnormal decrease in the generated voltage of the PEFC stack 1 can be reliably detected without erroneous determination.

<実施の形態例4>
図13は本発明の実施の形態例4に係る固体高分子形燃料電池(PEFC)の構成図、図14は前記燃料電池に備えた有機不純物除去器の圧力損失曲線及び閾値を示す図、図15は前記燃料電池に備えた圧力損失監視装置の処理内容を示すフローチャートである。なお、図13において上記実施の形態例1(図1、図2参照)と同様の部分については、同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
<Embodiment 4>
FIG. 13 is a configuration diagram of a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. 14 is a diagram showing a pressure loss curve and a threshold value of an organic impurity remover provided in the fuel cell. 15 is a flowchart showing the processing contents of the pressure loss monitoring device provided in the fuel cell. In FIG. 13, the same parts as those in the first embodiment (see FIGS. 1 and 2) are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図13に示す本実施の形態例4の燃料電池では、空気供給ライン3に設けた圧力損失監視手段としての差圧計31と、圧力損失監視手段としての圧力損失監視装置32と、表示手段としての表示装置33とを有している。   In the fuel cell of the fourth embodiment shown in FIG. 13, a differential pressure gauge 31 as pressure loss monitoring means provided in the air supply line 3, a pressure loss monitoring device 32 as pressure loss monitoring means, and display means Display device 33.

差圧計31は、活性炭を用いた有機不純物除去器7(図2参照)における空気流通方向上流側と下流側との間の空気の差圧、即ち、有機不純物除去器7における空気の圧力損失を計測し、この圧力損失の計測信号を圧力損失監視装置32へ出力する。圧力損失監視装置32はコンピュータなどからなるものであり、差圧計31から入力する有機不純物除去器7の圧力損失の計測値に基づいて、当該圧力損失の上昇を監視し、監視結果を表示装置33へ出力する(詳細後述)。表示装置33はCRTやLCDなどのディスプレイであり、圧力損失監視装置32から入力する有機不純物除去器7の圧力損失の監視結果を表示する(詳細後述)。   The differential pressure gauge 31 measures the differential pressure of air between the upstream and downstream sides in the air flow direction in the organic impurity remover 7 (see FIG. 2) using activated carbon, that is, the pressure loss of air in the organic impurity remover 7. The pressure loss measurement signal is output to the pressure loss monitoring device 32. The pressure loss monitoring device 32 is composed of a computer or the like. The pressure loss monitoring device 32 monitors the rise of the pressure loss based on the measured value of the pressure loss of the organic impurity remover 7 input from the differential pressure gauge 31 and displays the monitoring result on the display device 33. (Details will be described later). The display device 33 is a display such as a CRT or LCD, and displays the pressure loss monitoring result of the organic impurity remover 7 input from the pressure loss monitoring device 32 (details will be described later).

圧力損失監視装置32では、図14のフローチャートに示すような処理を行う。即ち、圧力損失監視装置32では、その電源が投入されると(燃料電池の運転が開始されると)、まず、ステップS31において有機不純物除去器7の圧力損失ΔPの計測を開始する。即ち、差圧計31から出力される有機不純物除去器7の圧力損失の計測信号の入力を開始する。   The pressure loss monitoring device 32 performs processing as shown in the flowchart of FIG. That is, when the pressure loss monitoring device 32 is turned on (when the operation of the fuel cell is started), first, in step S31, measurement of the pressure loss ΔP of the organic impurity remover 7 is started. That is, the input of the measurement signal of the pressure loss of the organic impurity remover 7 output from the differential pressure gauge 31 is started.

そして、ステップS32では、差圧計31で計測した有機不純物除去器7の圧力損失ΔPと、圧力損失の閾値cとを比較して、圧力損失ΔPが閾値cよりも大きくなったか否か(ΔP>cとなったか否か)を判定する。その結果、ステップS32で圧力損失ΔPが閾値cよりも大きくなっていないと判定したときには、ステップS32の処理を繰り返す。   In step S32, the pressure loss ΔP of the organic impurity remover 7 measured by the differential pressure gauge 31 and the pressure loss threshold c are compared, and whether or not the pressure loss ΔP is larger than the threshold c (ΔP> c). As a result, when it is determined in step S32 that the pressure loss ΔP is not greater than the threshold value c, the process of step S32 is repeated.

一方、ステップS32で圧力損失ΔPが閾値cよりも大きくなったと判定したとき、即ち、有機不純物除去器7の圧力損失が異常であると判定したときには、ステップS33において、この圧力損失異常の判定結果を表示装置33へ出力する。その結果、表示装置33では有機不純物除去器7の発電電圧が異常であることを警告するための表示を行う。なお、この場合、ブザーやランプなどによってアラームを発するようにしてもよい。   On the other hand, when it is determined in step S32 that the pressure loss ΔP has become larger than the threshold value c, that is, when it is determined that the pressure loss of the organic impurity remover 7 is abnormal, in step S33, the determination result of this pressure loss abnormality Is output to the display device 33. As a result, the display device 33 performs a display for warning that the generated voltage of the organic impurity remover 7 is abnormal. In this case, an alarm may be issued by a buzzer or a lamp.

図15は横軸が燃料電池の運転時間、縦軸が有機不純物除去器の圧力損失を表している。活性炭を用いた有機不純物除去器7では、運転時間の経過とともに活性炭層における有機不純物の吸着量が増加し、活性炭層の細孔部分だけでなく、活性炭層中の空気流路の表面にも有機不純物が付着するようになるため、例えば図15に実線で例示する圧力損失曲線Cのように有機不純物除去器7の圧力損失ΔPが徐々に増加する。また、有機不純物除去器7の圧力損失ΔPは、有機不純物だけでなく、除塵フィルタで除去しきれないような細かな塵埃などの有機不純物以外の不純物が活性炭層に吸着されて堆積することや、振動などによって粉化した活性炭層の一部が目詰まりすることなどによっても、増加する場合がある。そして、例えば図15の運転時間t3において、圧力損失ΔPが、図15に一点鎖線で例示する閾値cよりも大きくなると、圧力損失監視装置32では圧力損失ΔPが異常であると判定する。なお、閾値cの具体的な値は、試験なによって適宜の値に設定すればよい。   In FIG. 15, the horizontal axis represents the operating time of the fuel cell, and the vertical axis represents the pressure loss of the organic impurity remover. In the organic impurity remover 7 using activated carbon, the amount of organic impurities adsorbed on the activated carbon layer increases with the passage of operating time, and the organic impurities are not only on the pores of the activated carbon layer but also on the surface of the air flow path in the activated carbon layer. Since impurities become attached, for example, the pressure loss ΔP of the organic impurity remover 7 gradually increases as shown in the pressure loss curve C illustrated by the solid line in FIG. In addition, the pressure loss ΔP of the organic impurity remover 7 is not only organic impurities but also impurities other than organic impurities such as fine dust that cannot be removed by the dust filter are adsorbed and deposited on the activated carbon layer, It may also increase due to clogging of a part of the activated carbon layer pulverized by vibration or the like. For example, when the pressure loss ΔP becomes larger than the threshold value c illustrated by the one-dot chain line in FIG. 15 at the operation time t3 in FIG. 15, the pressure loss monitoring device 32 determines that the pressure loss ΔP is abnormal. In addition, what is necessary is just to set the specific value of the threshold value c to an appropriate value by a test.

以上のように、本実施の形態4によれば、圧力損失監視装置32において、図14のように、差圧計31で計測した圧力損失ΔPと閾値cとを比較して、圧力損失ΔPが閾値cよりも大きくなったときに当該圧力損失ΔPが異常であると判定するため、有機不純物などの吸着量が増加して、有機不純物除去器7の有機不純物除去機能(有機不純物吸着能力)が低下しても、この有機不純物除去能力の低下を差圧計31と圧力損失監視装置32とによって検出することができる。即ち、有機不純物除去器7の健全性を判断することができる。   As described above, according to the fourth embodiment, in the pressure loss monitoring device 32, the pressure loss ΔP measured by the differential pressure gauge 31 is compared with the threshold c as shown in FIG. Since it is determined that the pressure loss ΔP is abnormal when it exceeds c, the amount of adsorption of organic impurities and the like increases, and the organic impurity removal function (organic impurity adsorption capability) of the organic impurity remover 7 decreases. Even so, the decrease in the organic impurity removal capability can be detected by the differential pressure gauge 31 and the pressure loss monitoring device 32. That is, the soundness of the organic impurity remover 7 can be determined.

<実施の形態例5>
図16は本発明の実施の形態例5に係る固体高分子形燃料電池(PEFC)の構成図、図17は前記燃料電池に備えた有機不純物濃度監視装置の処理内容を示すフローチャートである。
<Embodiment 5>
FIG. 16 is a block diagram of a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) according to Embodiment 5 of the present invention, and FIG. 17 is a flowchart showing processing contents of an organic impurity concentration monitoring device provided in the fuel cell.

図16(a)及び図16(b)に示す本実施の形態例5の燃料電池では何れも、有機不純物濃度計測手段としての有機不純物濃度計41と、有機不純物濃度監視手段としての有機不純物濃度監視装置42と、表示手段としての表示装置43とを有している。以下、これらの構成について詳述し、その他の構成については上記実施の形態1,2(図1,図2、図5、図6参照)と同様であるため、同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。   In each of the fuel cells of the fifth embodiment shown in FIGS. 16A and 16B, the organic impurity concentration meter 41 as the organic impurity concentration measuring means and the organic impurity concentration concentration as the organic impurity concentration monitoring means. It has a monitoring device 42 and a display device 43 as a display means. Hereinafter, these configurations will be described in detail, and the other configurations are the same as those in the first and second embodiments (see FIGS. 1, 2, 5, and 6). The detailed description to be omitted is omitted.

図16(a)では有機不純物濃度計41が、空気供給ライン3における有機不純物除去器7の空気流通方向下流側に配設され、図16(b)では有機不純物濃度計41が、空気供給ライン3における有機不純物除去器11の空気流通方向下流側に配設されている。従って、図16(a)の有機不純物濃度計41では、有機不純物除去器7を流通後の空気中に含まれる有機不純物の濃度を計測して、この有機不純物濃度の計測信号を有機不純物濃度監視装置42へ出力する。図16(b)の有機不純物濃度計41では、有機不純物除去器11を流通後の空気中に含まれる有機不純物の濃度を計測して、この有機不純物濃度の計測信号を有機不純物濃度監視装置42へ出力する。   In FIG. 16 (a), the organic impurity concentration meter 41 is disposed downstream of the organic impurity remover 7 in the air supply direction in the air supply line 3, and in FIG. 16 (b), the organic impurity concentration meter 41 is connected to the air supply line. 3 is disposed downstream of the organic impurity remover 11 in the air flow direction. Therefore, in the organic impurity concentration meter 41 of FIG. 16A, the concentration of organic impurities contained in the air after passing through the organic impurity remover 7 is measured, and the measurement signal of the organic impurity concentration is monitored as the organic impurity concentration monitor. Output to the device 42. In the organic impurity concentration meter 41 of FIG. 16B, the concentration of organic impurities contained in the air after passing through the organic impurity remover 11 is measured, and the measurement signal of the organic impurity concentration is used as the organic impurity concentration monitoring device 42. Output to.

有機不純物濃度監視装置42はコンピュータなどからなるものであり、有機不純物濃度計41から入力する有機不純物濃度の計測値に基づいて、当該有機不純物濃度の上昇を監視し、監視結果を表示装置43へ出力する(詳細後述)。表示装置43はCRTやLCDなどのディスプレイであり、圧力損失監視装置42から入力する有機不純物濃度の監視結果を表示する(詳細後述)。   The organic impurity concentration monitoring device 42 is composed of a computer or the like. The organic impurity concentration monitoring device 42 monitors the increase of the organic impurity concentration based on the measured value of the organic impurity concentration input from the organic impurity concentration meter 41 and sends the monitoring result to the display device 43. Output (details will be described later). The display device 43 is a display such as a CRT or LCD and displays the monitoring result of the organic impurity concentration input from the pressure loss monitoring device 42 (details will be described later).

有機不純物濃度監視装置42では、図17のフローチャートに示すような処理を行う。即ち、有機不純物濃度監視装置42では、その電源が投入されると(燃料電池の運転が開始されると)、まず、ステップS41において有機不純物濃度ρHCの計測を開始する。即ち、有機不純物濃度41から出力される有機不純物濃度の計測信号の入力を開始する。 The organic impurity concentration monitoring device 42 performs processing as shown in the flowchart of FIG. That is, in the organic impurity concentration monitoring device 42, when the power is turned on (when the operation of the fuel cell is started), first, measurement of the organic impurity concentration ρ HC is started in step S41. That is, the input of the measurement signal of the organic impurity concentration output from the organic impurity concentration 41 is started.

そして、ステップS42では、有機不純物濃度41で計測した有機不純物濃度ρHCと、有機不純物濃度の閾値dとを比較して、有機不純物濃度ρHCが閾値dよりも高くなったか否か(ΔρHC>dとなったか否か)を判定する。なお、閾値cの具体的な値は、試験なによって適宜の値に設定すればよい。ステップS42で有機不純物濃度ρHCが閾値dよりも高くなっていないと判定したときには、ステップS42の処理を繰り返す。 In step S42, the organic impurity concentration ρ HC measured at the organic impurity concentration 41 is compared with the threshold value d of the organic impurity concentration to determine whether the organic impurity concentration ρ HC is higher than the threshold value d (Δρ HC It is determined whether or not> d. In addition, what is necessary is just to set the specific value of the threshold value c to an appropriate value by a test. If it is determined in step S42 that the organic impurity concentration ρ HC is not higher than the threshold value d, the process of step S42 is repeated.

一方、有機不純物除去器7,11の寿命や故障などによって空気中に含まれる有機不純物の濃度が増加することにより、ステップS42で有機不純物濃度ρHCが閾値dよりも高くなったと判定したとき、即ち、有機不純物濃度ρHCが異常であると判定したときには、ステップS43において、この有機不純物濃度異常の判定結果を表示装置43へ出力する。その結果、表示装置43では有機不純物濃度ρHCが異常であることを警告するための表示を行う。なお、この場合、ブザーやランプなどによってアラームを発するようにしてもよい。 On the other hand, when it is determined in step S42 that the organic impurity concentration ρ HC has become higher than the threshold value d due to the increase in the concentration of organic impurities contained in the air due to the lifetime or failure of the organic impurity removers 7 and 11, That is, when it is determined that the organic impurity concentration ρ HC is abnormal, the determination result of the abnormal organic impurity concentration is output to the display device 43 in step S43. As a result, the display device 43 performs a display for warning that the organic impurity concentration ρ HC is abnormal. In this case, an alarm may be issued by a buzzer or a lamp.

以上のように、本実施の形態5によれば、有機不純物濃度監視装置42において、図17のように、有機不純物濃度計41で計測した有機不純物濃度ρHCと閾値dとを比較して、有機不純物濃度ρHCが閾値dよりも高くなったときに当該有機不純物濃度ρHCが異常であると判定するため、有機不純物の吸着量や吸収量が増加することや故障などによって、有機不純物除去器7,11の有機不純物除去機能(有機不純物吸着能力、有機不純物吸収能力)が低下しても、この有機不純物除去能力の低下を有機不純物濃度41と有機不純物濃度監視装置42とによって検出することができる。即ち、有機不純物除去器7,11の健全性を判断することができる。 As described above, according to the fifth embodiment, the organic impurity concentration monitoring device 42 compares the organic impurity concentration ρ HC measured by the organic impurity concentration meter 41 with the threshold value d as shown in FIG. Since the organic impurity concentration ρ HC is determined to be abnormal when the organic impurity concentration ρ HC is higher than the threshold value d, the organic impurity removal is caused by an increase in the amount of organic impurities adsorbed or absorbed or a failure. Even if the organic impurity removal function (organic impurity adsorption capacity, organic impurity absorption capacity) of the vessels 7 and 11 is reduced, the decrease in the organic impurity removal capacity is detected by the organic impurity concentration 41 and the organic impurity concentration monitoring device 42. Can do. That is, the soundness of the organic impurity removers 7 and 11 can be determined.

本発明は燃料電池に関するものであり、燃料電池本体へ供給する酸化剤ガスとして燃料電池周辺の空気を用いる場合に適用して有用なものである。   The present invention relates to a fuel cell, and is useful when applied to air around the fuel cell as an oxidant gas supplied to the fuel cell body.

本発明の実施の形態例1に係る固体高分子形燃料電池(PEFC)の構成図である。1 is a configuration diagram of a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 前記燃料電池に備えた有機不純物除去器の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the organic impurity removal device with which the said fuel cell was equipped. 前記有機不純物除去器を設置しない場合の燃料電池発電電圧の計測結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the fuel cell power generation voltage in case the said organic impurity remover is not installed. 前記有機不純物除去器を設置した場合の燃料電池発電電圧の計測結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the fuel cell power generation voltage at the time of installing the said organic impurity remover. 本発明の実施の形態例2に係る固体高分子形燃料電池(PEFC)の構成図である。It is a block diagram of the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) based on Embodiment 2 of this invention. で前記燃料電池に備えた有機不純物除去器及び吸収液除去器の構成例を示す図ある。It is a figure which shows the structural example of the organic impurity removal device and absorption liquid removal device with which the said fuel cell was equipped. 本発明の実施の形態例3に係る固体高分子形燃料電池(PEFC)の構成図である。It is a block diagram of the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) based on Embodiment 3 of this invention. 前記燃料電池の発電電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the power generation voltage characteristic of the said fuel cell. 前記燃料電池に備えた発電電圧監視装置の処理内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing content of the generated voltage monitoring apparatus with which the said fuel cell was equipped. 前記発電電圧監視装置の他の処理内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the other processing content of the said generated voltage monitoring apparatus. 前記発電電圧監視装置の更に他の処理内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the other processing content of the said power generation voltage monitoring apparatus. 前記燃料電池の発電電圧特性及び閾値を示す図である。It is a figure which shows the electric power generation voltage characteristic and threshold value of the said fuel cell. 本発明の実施の形態例4に係る固体高分子形燃料電池(PEFC)の構成図である。It is a block diagram of the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) based on Embodiment 4 of this invention. 前記燃料電池に備えた有機不純物除去器の圧力損失曲線及び閾値を示す図である。It is a figure which shows the pressure loss curve and threshold value of the organic impurity removal device with which the said fuel cell was equipped. 前記燃料電池に備えた圧力損失監視装置の処理内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing content of the pressure loss monitoring apparatus with which the said fuel cell was equipped. 本発明の実施の形態例5に係る固体高分子形燃料電池(PEFC)の構成図である。It is a block diagram of the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) based on Embodiment 5 of this invention. 前記燃料電池に備えた有機不純物濃度監視装置の処理内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing content of the organic impurity concentration monitoring apparatus with which the said fuel cell was equipped.

符号の説明Explanation of symbols

1 PEFCスタック(燃料電池本体)
2 燃料ガス供給ライン
3 空気供給ライン
4 燃料ガス排出ライン
5 空気排出ライン
6 ブロア
7 有機不純物除去器
7a 容器
7b,7c 多孔板
7d 活性炭層
11 有機不純物除去器
11a タンク
11b アルコール
11c 空間
12 吸収液除去器
12a タンク
12b 水
12c 空間
21 電圧計
22 発電電圧監視装置
23 表示装置
31 差圧計
32 圧力損失監視装置
33 表示装置
41 有機不純物濃度計
42 有機不純物濃度監視装置
43 表示装置
1 PEFC stack (fuel cell body)
2 Fuel gas supply line 3 Air supply line 4 Fuel gas discharge line 5 Air discharge line 6 Blower 7 Organic impurity remover 7a Container 7b, 7c Perforated plate 7d Activated carbon layer 11 Organic impurity remover 11a Tank 11b Alcohol 11c Space 12 Absorbed liquid removal Vessel 12a tank 12b water 12c space 21 voltmeter 22 generated voltage monitoring device 23 display device 31 differential pressure gauge 32 pressure loss monitoring device 33 display device 41 organic impurity concentration meter 42 organic impurity concentration monitoring device 43 display device

Claims (8)

燃料電池本体に接続された空気供給ラインの吸気手段により、燃料電池周辺の空気を吸引して前記燃料電池本体に供給する構成の燃料電池において、
前記空気供給ラインに配設されて、前記吸気手段により吸引された前記燃料電池周辺の空気が流通し、この流通時に当該空気中に含まれる有機不純物を吸着剤で吸着して除去する有機不純物除去手段を有することを特徴とする燃料電池。
In a fuel cell having a configuration in which air around the fuel cell is sucked and supplied to the fuel cell main body by an intake means of an air supply line connected to the fuel cell main body.
Organic impurity removal that is disposed in the air supply line and in which the air around the fuel cell sucked by the intake means flows, and adsorbs and removes organic impurities contained in the air during the circulation A fuel cell comprising means.
燃料電池本体に接続された空気供給ラインの吸気手段により、燃料電池周辺の空気を吸引して前記燃料電池本体に供給する構成の燃料電池において、
前記空気供給ラインに配設されて、前記吸気手段により吸引された前記燃料電池周辺の空気が流通し、この流通時に当該空気中に含まれる有機不純物を吸収液で吸収して除去する有機不純物除去手段を有することを特徴とする燃料電池。
In a fuel cell having a configuration in which air around the fuel cell is sucked and supplied to the fuel cell main body by an intake means of an air supply line connected to the fuel cell main body.
Organic impurity removal that is disposed in the air supply line and in which the air around the fuel cell sucked in by the intake means flows, and organic impurities contained in the air are absorbed and removed by the absorbing liquid during this flow A fuel cell comprising means.
請求項2に記載の燃料電池において、
前記有機不純物除去手段の空気流通方向下流側にて前記空気供給ラインに配設されて、前記有機不純物除去手段を流通後の前記空気が流通し、この流通時に当該空気中に含まれる前記有機不純物の吸収液を水で吸収して除去する吸収液除去手段を有することを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 2, wherein
The organic impurity is disposed in the air supply line on the downstream side in the air flow direction of the organic impurity removal means, and the air after flowing through the organic impurity removal means flows, and the organic impurities contained in the air at the time of the flow A fuel cell comprising an absorbing liquid removing means for absorbing and removing the absorbing liquid with water.
請求項1〜3の何れか1項に記載の燃料電池において、
前記燃料電池本体の発電電圧を計測する発電電圧計測手段と、
この発電電圧計測手段で計測した発電電圧の時間微分値を算出し、この算出した時間微分値と閾値とを比較して、前記時間微分値が前記閾値を超えたときに前記発電電圧が異常であると判定する発電電圧監視手段と、
を有することを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
Power generation voltage measuring means for measuring the power generation voltage of the fuel cell main body,
A time differential value of the generated voltage measured by the generated voltage measuring means is calculated, and the calculated time differential value is compared with a threshold value, and the generated voltage is abnormal when the time differential value exceeds the threshold value. Power generation voltage monitoring means for determining that there is,
A fuel cell comprising:
請求項1〜3の何れか1項に記載の燃料電池において、
前記燃料電池本体の発電電圧を計測する発電電圧計測手段と、
この発電電圧計測手段で計測した発電電圧の平均値を一定時間毎に算出し、且つ、この平均値の時間微分値を算出して、この算出した時間微分値と閾値とを比較することにより、前記時間微分値が前記閾値を超えたときに前記発電電圧が異常であると判定する発電電圧監視手段と、
を有することを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
Power generation voltage measuring means for measuring the power generation voltage of the fuel cell main body,
By calculating the average value of the generated voltage measured by this generated voltage measuring means every fixed time, and calculating the time differential value of this average value, and comparing the calculated time differential value with a threshold value, Generated voltage monitoring means for determining that the generated voltage is abnormal when the time differential value exceeds the threshold;
A fuel cell comprising:
請求項1〜3の何れか1項に記載の燃料電池において、
前記燃料電池本体の発電電圧を計測する発電電圧計測手段と、
燃料電池の運転時間を計測する運転時間計測手段と、
この運転時間計測手段で計測した燃料電池の運転時間と、予め記憶しておいた燃料電池の発電電圧低下曲線とに基づいて発電電圧の閾値を算出し、この閾値と前記発電電圧計測手段で計測した発電電圧とを比較して、この発電電圧が前記閾値よりも低下したときに当該発電電圧が異常であると判定する発電電圧監視手段と、
を有することを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
Power generation voltage measuring means for measuring the power generation voltage of the fuel cell main body,
An operating time measuring means for measuring the operating time of the fuel cell;
Based on the operation time of the fuel cell measured by the operation time measuring means and the power generation voltage drop curve of the fuel cell stored in advance, a threshold value of the generated voltage is calculated and measured by the threshold value and the generated voltage measuring means. A generated voltage monitoring means for comparing the generated voltage and determining that the generated voltage is abnormal when the generated voltage is lower than the threshold value;
A fuel cell comprising:
請求項1に記載の燃料電池において、
前記有機不純物除去手段は前記吸着剤として活性炭を用いたものであり、
前記空気供給ラインに配設されて、この有機不純物除去手段における空気の圧力損失を計測する圧力損失計測手段と、
この圧力損失計測手段で計測した圧力損失と閾値とを比較して、前記圧力損失が前記閾値よりも大きくなったときに当該圧力損失が異常であると判定する圧力損失監視手段と、
を有することを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 1, wherein
The organic impurity removing means uses activated carbon as the adsorbent,
A pressure loss measuring means disposed in the air supply line for measuring the pressure loss of air in the organic impurity removing means;
A pressure loss monitoring means that compares the pressure loss measured by the pressure loss measuring means with a threshold value, and determines that the pressure loss is abnormal when the pressure loss is greater than the threshold value;
A fuel cell comprising:
請求項1〜3の何れか1項に記載の燃料電池において、
前記有機不純物除去手段の空気流通方向下流側にて前記空気供給ラインに配設されて、空気中の有機不純物の濃度を計測する有機不純物濃度計測手段と、
この有機不純物濃度計測手段で計測した有機不純物濃度と閾値とを比較して、この前記有機不純物濃度が前記閾値よりも高くなったときに当該有機不純物濃度が異常であると判定する有機不純物濃度監視手段と、
を有することを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
An organic impurity concentration measuring means disposed in the air supply line on the downstream side in the air flow direction of the organic impurity removing means and measuring the concentration of organic impurities in the air;
An organic impurity concentration monitor that compares the organic impurity concentration measured by the organic impurity concentration measuring means with a threshold value and determines that the organic impurity concentration is abnormal when the organic impurity concentration becomes higher than the threshold value. Means,
A fuel cell comprising:
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