JP2012174396A

JP2012174396A - 固体高分子形燃料電池発電システム

Info

Publication number: JP2012174396A
Application number: JP2011032978A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Nakagawa; 慶一中川; Eiki Ito; 栄基伊藤; Takuya Moriga; 卓也森賀; Setsuo Omoto; 節男大本; Mitsuyoshi Iwata; 光由岩田; Toshihiro Tani; 俊宏谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2012-09-10

Abstract

【課題】スタックから排出されるガス流量の異常な低下を不具合なく把握することができる固体高分子形燃料電池発電システムを提供する。
【解決手段】演算制御装置１６０が、タイマ及びレベルセンサ１４３，１５３からの情報に基づいて、単位時間当たりの実回収水量Ｗ１を算出する一方、タイマ及び電流計１６１からの情報に基づいて、単位時間当たりの生成水量Ｗ２を算出すると共に、平均電流値Ａｔに対応して予め設定されているガス１，２の排出量Ｇ１を呼び出して、タイマ及び温度センサ１６２〜１６５並びに圧力センサ１６６〜１６９からの情報及び前記排出量Ｇ１に基づいて、単位時間当たりの正常時凝縮水量Ｗ４を算出し、生成水量Ｗ２及び正常時凝縮水量Ｗ３に基づいて、単位時間当たりの正常時回収水量Ｗ４を算出した後、実回収水量Ｗ１と正常時回収水量Ｗ２とを比較し、その相違量が許容範囲内であるか否か判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体高分子形燃料電池発電システムに関する。

固体高分子形燃料電池は、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質を、導電性及びガス透過性を有する燃料極及び酸化極で挟んだセルと、導電性を有すると共に燃料ガス流通部及び酸化ガス流通部を形成されたセパレータとを複数積層したスタックを備え、当該スタックの上記セパレータの上記燃料ガス流通部に水素ガスを含有する燃料ガスが送給されると共に、上記セパレータの上記酸化ガス流通部に酸素ガスを含有する酸化ガスが送給され、上記セルの上記燃料極に当該燃料ガスが供給されると共に、上記酸化極に当該酸化ガスが供給されることにより、当該セルにおいて前記水素ガスと前記酸素ガスとを電気化学的に反応させて、水を発生させると共に電力を発生させることができるようになっている。

このような固体高分子形燃料電池に対して、例えば、燃料ガスとして水素ガスそのものを利用すると共に、酸化ガスとして酸素ガスそのものを利用するようにした発電システムにおいては、上記電気化学反応で消費される上記ガスの量よりも少し余剰（消費量の数％程度）に上記ガスを上記スタックに送給することにより、上記電気化学反応に伴って生成した水を当該スタックの上記ガス流通部に滞留させることなく当該スタックの外部へ排出させると共に、当該スタックから排出された当該ガスから上記水を気水分離器で分離した後、当該ガスの一部をリーク弁から系外へ排出する一方、当該ガスの残りを循環ブロアによって、当該スタックに新たに供給される上記ガスと共に再び供給することにより、当該ガス中の不純物ガスの蓄積を抑制しつつ当該ガスを循環再利用するようにしている。

特開２０１０−１１７１２３号公報

前述したような固体高分子形燃料電池発電システムにおいては、前記循環ブロアや前記リーク弁が何らかの原因で不具合等を起こして、前記スタックから排出される前記ガスの量が少なくなってしまうと、当該スタック内に水が次第に滞留したり、系内に不純物ガスが次第に蓄積したりしてしまい、発電性能（電圧）が著しく低下するようになってしまう。このため、例えば、前記特許文献１等に記載されているように、前記スタックから排出される前記ガスの流量をガス流量計で計測することにより、上記不具合の発生を把握するようにすることが考えられる。

しかしながら、前記スタックの前記ガスの排出ラインにガス流量計を設けると、当該ガス流量計が、当該スタックから排出される前記水や凝縮水等によって不具合を生じてしまったり、当該ガス流体に対する抵抗体となって循環ブロアの消費電力の増大化を招いたりしてしまうという問題がある。

このようなことから、本発明は、スタックから排出されるガス流量の異常な低下を不具合なく把握することができる固体高分子形燃料電池発電システムを提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、固体高分子電解質を燃料極及び酸化極で挟んだセルを複数積層したスタックと、前記スタックに燃料ガスを送給する燃料ガス送給手段と、前記スタックに酸化ガスを送給する酸化ガス送給手段と、前記スタックから排出された余剰の前記酸化ガスから水を分離する酸化ガス用気水分離手段と、前記酸化ガス用気水分離手段で前記水を分離された前記酸化ガスの一部を系外へ排出すると共に、当該酸化ガスの残りを前記スタックに再び送給する酸化ガス再利用手段とを備えている固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、前記スタックから外部負荷へ流れる電流量を計測する電流計測手段と、時間を計測するタイマと、前記スタックから排出される前記酸化ガスの温度を計測する排出酸化ガス温度計測手段と、前記スタックから排出される前記酸化ガスの圧力を計測する排出酸化ガス圧力計測手段と、前記酸化ガス用気水分離手段で前記水を分離される前記酸化ガスを冷却する酸化ガス冷却手段と、前記酸化ガス冷却手段で冷却された前記酸化ガスの温度を計測する冷却酸化ガス温度計測手段と、前記酸化ガス冷却手段で冷却された前記酸化ガスの圧力を計測する冷却酸化ガス圧力計測手段と、前記酸化ガス用気水分離手段で回収された水の量を計測する酸化ガス用回収水量計測手段とを備えると共に、前記タイマ及び前記酸化ガス用回収水量計測手段からの情報に基づいて、前記酸化ガス用気水分離手段で回収される単位時間当たりの酸化ガス側の実回収水量を算出する一方、前記タイマ及び前記電流計測手段からの情報に基づいて、前記スタック内で生成した単位時間当たりの酸化ガス側の生成水量を算出すると共に、単位時間当たりの平均電流値に対応して予め設定されている、前記スタックから排出される単位時間当たりの前記酸化ガスの排出量を呼び出して、前記タイマ、前記排出酸化ガス温度計測手段、前記排出酸化ガス圧力計測手段、前記冷却酸化ガス温度計測手段、前記冷却酸化ガス圧力計測手段からの情報及び前記酸化ガスの前記排出量に基づいて、前記酸化ガス冷却手段で冷却されて凝縮する単位時間当たりの酸化ガス側の正常時凝縮水量を算出し、酸化ガス側の前記生成水量及び前記正常時凝縮水量に基づいて、前記酸化ガス用気水分離手段に回収される単位時間当たりの酸化ガス側の正常時回収水量を算出した後、酸化ガス側の前記実回収水量と前記正常時回収水量とを比較し、その相違量が許容範囲内であるか否か判断する演算制御手段を備えていることを特徴とする。

また、前述した課題を解決するための、第二番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、固体高分子電解質を燃料極及び酸化極で挟んだセルを複数積層したスタックと、前記スタックに燃料ガスを送給する燃料ガス送給手段と、前記スタックに酸化ガスを送給する酸化ガス送給手段と、前記スタックから排出された余剰の前記燃料ガスから水を分離する燃料ガス用気水分離手段と、前記燃料ガス用気水分離手段で前記水を分離された前記燃料ガスの一部を系外へ排出すると共に、当該燃料ガスの残りを前記スタックに再び送給する燃料ガス再利用手段とを備えている固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、前記スタックから外部負荷へ流れる電流量を計測する電流計測手段と、時間を計測するタイマと、前記スタックから排出される前記燃料ガスの温度を計測する排出燃料ガス温度計測手段と、前記スタックから排出される前記燃料ガスの圧力を計測する排出燃料ガス圧力計測手段と、前記燃料ガス用気水分離手段で前記水を分離される前記燃料ガスを冷却する燃料ガス冷却手段と、前記燃料ガス冷却手段で冷却された前記燃料ガスの温度を計測する冷却燃料ガス温度計測手段と、前記燃料ガス冷却手段で冷却された前記燃料ガスの圧力を計測する冷却燃料ガス圧力計測手段と、前記燃料ガス用気水分離手段で回収された水の量を計測する燃料ガス用回収水量計測手段とを備えると共に、前記タイマ及び前記燃料ガス用回収水量計測手段からの情報に基づいて、前記燃料ガス用気水分離手段で回収される単位時間当たりの燃料ガス側の実回収水量を算出する一方、前記タイマ及び前記電流計測手段からの情報に基づいて、前記スタック内で生成した単位時間当たりの燃料ガス側の生成水量を算出すると共に、単位時間当たりの平均電流値に対応して予め設定されている、前記スタックから排出される単位時間当たりの前記燃料ガスの排出量を呼び出して、前記タイマ、前記排出燃料ガス温度計測手段、前記排出燃料ガス圧力計測手段、前記冷却燃料ガス温度計測手段、前記冷却燃料ガス圧力計測手段からの情報及び前記燃料ガスの前記排出量に基づいて、前記燃料ガス冷却手段で冷却されて凝縮する単位時間当たりの燃料ガス側の正常時凝縮水量を算出し、燃料ガス側の前記生成水量及び前記正常時凝縮水量に基づいて、前記燃料ガス用気水分離手段に回収される単位時間当たりの燃料ガス側の正常時回収水量を算出した後、燃料ガス側の前記実回収水量と前記正常時回収水量とを比較し、その相違量が許容範内であるか否か判断する演算制御手段を備えていることを特徴とする。

第三番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第一番目の発明において、前記スタックから排出される前記燃料ガスの温度を計測する排出燃料ガス温度計測手段と、前記スタックから排出される前記燃料ガスの圧力を計測する排出燃料ガス圧力計測手段と、前記燃料ガス用気水分離手段で前記水を分離される前記燃料ガスを冷却する燃料ガス冷却手段と、前記燃料ガス冷却手段で冷却された前記燃料ガスの温度を計測する冷却燃料ガス温度計測手段と、前記燃料ガス冷却手段で冷却された前記燃料ガスの圧力を計測する冷却燃料ガス圧力計測手段と、前記燃料ガス用気水分離手段で回収された水の量を計測する燃料ガス用回収水量計測手段とを備えると共に、前記演算制御手段が、さらに、前記タイマ及び前記燃料ガス用回収水量計測手段からの情報に基づいて、前記燃料ガス用気水分離手段で回収される単位時間当たりの燃料ガス側の実回収水量を算出する一方、前記タイマ及び前記電流計測手段からの情報に基づいて、前記スタック内で生成した単位時間当たりの燃料ガス側の生成水量を算出すると共に、単位時間当たりの平均電流値に対応して予め設定されている、前記スタックから排出される単位時間当たりの前記燃料ガスの排出量を呼び出して、前記タイマ、前記排出燃料ガス温度計測手段、前記排出燃料ガス圧力計測手段、前記冷却燃料ガス温度計測手段、前記冷却燃料ガス圧力計測手段からの情報及び前記燃料ガスの前記排出量に基づいて、前記燃料ガス冷却手段で冷却されて凝縮する単位時間当たりの燃料ガス側の正常時凝縮水量を算出し、燃料ガス側の前記生成水量及び前記正常時凝縮水量に基づいて、前記燃料ガス用気水分離手段に回収される単位時間当たりの燃料ガス側の正常時回収水量を算出した後、燃料ガス側の前記実回収水量と前記正常時回収水量とを比較し、その相違量が許容範内であるか否か判断するものであることを特徴とする。

第四番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第一番目又は第三番目の発明において、前記演算制御手段は、酸化ガス側の前記相違量が許容範囲外である場合、酸化ガス側の警告情報を出力するものであることを特徴とする。

第五番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第二番目又は第三番目の発明において、前記演算制御手段が、燃料ガス側の前記相違量が許容範囲外である場合、燃料ガス側の警告情報を出力するものであることを特徴とする。

第六番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第一番目、第三番目、第四番目の発明のいずれかにおいて、前記酸化ガスが、純度９９％以上の酸素ガスであることを特徴とする。

第七番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第二番目、第三番目、第五番目の発明のいずれかにおいて、前記燃料ガスが、純度９９％以上の水素ガスであることを特徴とする。

本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムによれば、スタックのガス排出ラインにガス流量計を設けなくても、気水分離手段で回収された回収水量から、前記ガス再利用手段の不具合の発生を把握することができるので、スタックから排出されるガス流量の異常な低下を不具合なく把握することが簡単にできる。

本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの主な実施形態の概略構成図である。図１の固体高分子形燃料電池発電システムの主要部の制御ブロック図である。図１の固体高分子形燃料電池発電システムの主要制御フロー図である。

本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。

［主な実施形態］
本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの主な実施形態を図１に基づいて説明する。

図１に示すように、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質を、導電性及びガス透過性を有する燃料極及び酸化極で挟んだセルと、導電性を有すると共に燃料ガス流通部及び酸化ガス流通部を形成されたセパレータとを複数積層したスタック１１０の燃料ガス受入口には、燃料ガスである純度９９％以上の水素ガス１を送給する水素ガスボンベ１２１がバルブ１２２を介して連結されている。前記スタック１１０の酸化ガス受入口には、酸化ガスである純度９９％以上の酸素ガス２を送給する酸素ガスボンベ１３１がバルブ１３２を介して連結されている。前記スタック１１０には、当該スタック１１０の内部に温調水４を循環させる温調手段である温調器１１１が接続されている。

前記スタック１１０の燃料ガス排出口は、燃料ガス用気水分離手段である気水分離器１４１の受入口に接続している。前記気水分離器１４１のガス送出口は、循環ブロア１２４の受入口に接続している。前記循環ブロア１２４の送出口は、前記バルブ１２２と前記スタック１１０の燃料ガス受入口との間に接続している。前記気水分離器１４１と前記循環ブロア１２４との間には、当該間を流通するガスを系外へ排出するリーク弁１２５が設けられている。

前記スタック１１０の酸化ガス排出口は、酸化ガス用気水分離手段である気水分離器１５１の受入口に接続している。前記気水分離器１５１のガス送出口は、循環ブロア１３４の受入口に接続している。前記循環ブロア１３４の送出口は、前記バルブ１３２と前記スタック１１０の酸化ガス受入口との間に接続している。前記気水分離器１５１と前記循環ブロア１３４との間には、当該間を流通するガスを系外へ排出するリーク弁１３５が設けられている。

前記気水分離器１４１の下部には、排水弁１４２が接続されている。前記気水分離器１４１には、内部の水３の下限位置と上限位置とを検出するレベルセンサ１４３が設けられており、上記排水弁１４２は、当該気水分離器１４１内の水３の液面が、上限位置に達すると、当該レベルセンサ１４３からの信号により、当該気水分離器１４１内から水３を排出するように開放すると共に、下限位置に達すると、当該レベルセンサ１４３からの信号により、当該気水分離１４１内からの水３の排出を停止するように閉鎖するようになっている。前記気水分離器１４１には、当該気水分離器１４１の内部を規定の温度にまで冷却するように冷却水５を循環流通させる燃料ガス冷却手段である冷却器１４４が設けられている。

前記気水分離器１５１の下部には、排水弁１５２が接続されている。前記気水分離器１５１には、内部の水３の下限位置と上限位置とを検出するレベルセンサ１５３が設けられており、上記排水弁１５２は、当該気水分離器１５１内の水３の液面が、上限位置に達すると、当該レベルセンサ１５３からの信号により、当該気水分離器１５１内から水３を排出するように開放すると共に、下限位置に達すると、当該レベルセンサ１５３からの信号により、当該気水分離１５１内からの水３の排出を停止するように閉鎖するようになっている。前記気水分離器１５１には、当該気水分離器１５１の内部を規定の温度にまで冷却するように冷却水５を循環流通させる酸化ガス冷却手段である冷却器１５４が設けられている。

前記スタック１１０と当該スタック１１０に接続する外部負荷Ｌとの間には、電流計測手段である電流計１６１が設けられている。前記スタック１１０の燃料ガス排出口の近傍には、当該スタック１１０の当該燃料ガス排出口の内部の温度を計測する排出燃料ガス温度計測手段である温度センサ１６２と、圧力を計測する排出燃料ガス圧力計測手段である圧力センサ１６６とが配設されている。前記気水分離器１４１には、当該気水分離器１４１の内部の温度を計測する冷却燃料ガス温度計測手段である温度センサ１６３と、圧力を計測する冷却燃料ガス温度計測手段である圧力センサ１６７とが配設されている。

前記スタック１１０の酸化ガス排出口の近傍には、当該スタック１１０の当該酸化ガス排出口の内部の温度を計測する排出酸化ガス温度計測手段である温度センサ１６４と、圧力を計測する排出酸化ガス圧力計測手段である圧力センサ１６８とが配設されている。前記気水分離器１５１には、当該気水分離器１５１の内部の温度を計測する冷却酸化ガス温度計測手段である温度センサ１６５と、圧力を計測する冷却酸化ガス圧力計測手段である圧力センサ１６９とが配設されている。

図２に示すように、前記レベルセンサ１４３，１５３、前記電流計１６１、前記温度センサ１６２〜１６５、前記圧力センサ１６６〜１６９は、時間を計測するタイマを内蔵する演算制御手段である演算制御装置１６０の入力部に電気的に接続している。前記演算制御装置１６０の出力部は、前記温調器１１１、前記バルブ１２２，１３２、前記循環ブロア１２４，１３４、前記リーク弁１２５，１３５、前記冷却器１４４，１５４に電気的に接続すると共に、表示手段である表示装置１７０に電気的に接続しており、当該演算制御装置１６０は、当該レベルセンサ１４３，１５３、当該電流計１６１、当該温度センサ１６２〜１６５、当該圧力センサ１６６〜１６９等からの情報に基づいて、当該温調器１１１、当該バルブ１２２，１３２、当該循環ブロア１２４，１３４、当該パージ弁１２５，１３５、当該冷却器１４４，１５４等の作動を制御することができるようになっている（詳細は後述する）。

なお、本実施形態においては、前記水素ガスボンベ１２１、前記バルブ１２２等により燃料ガス送給手段を構成し、前記酸素ガスボンベ１３１、前記バルブ１３２等により酸化ガス送給手段を構成し、前記循環ブロア１２４、前記リーク弁１２５等により燃料ガス再利用手段を構成し、前記循環ブロア１３４、前記リーク弁１３５等により酸化ガス再利用手段を構成し、前記排水弁１４２、前記レベルセンサ１４３等により燃料ガス用回収水量計測手段を構成し、前記排水弁１５２、前記レベルセンサ１５３等により酸化ガス用回収水量計測手段を構成している。

このような本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム１００の作動を次に説明する。

前記演算制御装置１６０に運転開始の指令信号が入力されると、当該演算制御装置１６０は、前記スタック１１０内に温調水４を循環流通させるように前記温度センサ１６２，１６４等からの情報に基づいて前記温調器１１１を作動させて当該スタック１１０の内部を規定の運転温度Ｔ１に調整すると共に、前記冷却器１４４，１５４の冷却水５を循環流通させるように前記温度センサ１６３，１６５等からの情報に基づいて当該冷却器１４４，１５４を作動させて前記気水分離器１４１，１５１内を規定の冷却温度Ｔ２（＜Ｔ１）に調整する。

くわえて、前記演算制御装置１６０は、前記リーク弁１２５，１３５を規定の開度となるように制御すると共に、前記循環ブロア１２４，１３４を規定の吐出力で作動させるように制御し、さらに、前記ボンベ１２１，１３１内の前記ガス１，２を前記スタック１１０の内部に所定量で送給するように前記電流計１６１及び前記圧力センサ１６６，１６８等からの情報に基づいて前記バルブ１２２，１３２の開度を制御する。

前記ボンベ１２１，１３１からの前記ガス１，２は、前記スタック１１０の前記セパレータの前記流通部を流通して前記セルに供給されることにより、電気化学的に反応して水３を生成すると共に、電力を発生させる。発生した電力は、外部負荷Ｌに供給される。

前記セルで上記電気化学反応に寄与せずに残った余剰の前記ガス１，２は、当該電気化学反応で生じた水３と共に前記スタック１１０から飽和水蒸気状態で排出され、前記気水分離器１４１，１５１内に送給されて、上記電気化学反応で生じた水３を分離されると共に、前記冷却器１４４，１４５で冷却されることによって、温度低下分（Ｔ１−Ｔ２）に相当する水蒸気の凝縮した水３も分離された後、その一部が前記リーク弁１２５，１３５を介して系外へ排出され、その残りが、前記循環ブロア１２４，１３４によって、前記ボンベ１２１，１３１からの新たな前記ガス１，２と共に前記スタック１１０の内部に供給されることにより、不純物ガスの蓄積が抑制されつつ再利用される。

そして、前記気水分離器１４１，１５１内に回収された水３が上限位置にまで到達すると、前記排水弁１４２，１５２は、前記レベルセンサ１４３，１５３からの信号に基づいて、当該気水分離器１４１，１５１内の水３を外部へ排出するように開放し、下限位置にまで到達すると、当該未遂分離機１４１，１５１内の水３の外部への排出を停止するように閉鎖することにより、当該気水分離器１４１，１５１内の水３を定量的に排出する。

このような発電運転と併せて、前記演算制御装置１６０は、前記タイマ及び前記レベルセンサ１４３，１５３からの情報に基づいて、前記気水分離器１４１，１５１内からの水３の単位時間当たりの実排出回数Ｎｔ、すなわち、前記気水分離器１４１，１５１に実際に回収した単位時間当たりの水３の量（実回収水量）Ｗ１を算出する（図３中、Ｓ１）。

さらに、前記演算制御装置１６０は、前記タイマ及び前記電流計１６１からの情報に基づいて、単位時間当たりの平均電流値Ａｔ、すなわち、前記スタック１１０内で生成した単位時間当たりの水３の量（生成水量）Ｗ２を算出すると共に、上記平均電流値Ａｔに対応して予め設定されている、前記スタック１１０から排出される単位時間当たりの前記ガス１，２の流量（ガス排出量）Ｇ１を呼び出す（図３中、Ｓ２）。

次に、前記演算制御装置１６０は、前記タイマ及び前記温度センサ１６２〜１６５並びに前記圧力センサ１６６〜１６９からの情報及び前記ガス排出量Ｇ１に基づいて、前記気水分離器１４１，１５１内で凝縮して生成する単位時間当たりの正常時凝縮水量Ｗ３を算出する（図３中、Ｓ３）。

続いて、前記演算制御装置１６０は、前記生成水量Ｗ２及び前記正常時凝縮水量Ｗ３に基づいて、前記気水分離器１４１，１５１内に回収される単位時間当たりの正常時回収水量Ｗ４、すなわち、前記気水分離器１４１，１５１内からの水３の単位時間当たりの正常時排出回数Ｎｎを算出する（図３中、Ｓ４）。

そして、前記演算制御装置１６０は、前記実回収水量Ｗ１と前記正常時回収水量Ｗ４とを比較、すなわち、前記実排出回数Ｎｔと前記正常時排出回数Ｎｎとを比較し（図３中、Ｓ５）、その相違量が許容範囲内であるか否か判断する（図３中、Ｓ６）。

前記演算制御装置１６０は、上記相違量が許容範囲内である場合には、前記循環ブロア１２４，１３４や前記リーク弁１２５，１３５が正常に作動していると判断し、前記ステップＳ１，Ｓ２に戻って、上述した演算処理を再び行う。他方、前記演算制御装置１６０は、上記相違量が許容範囲外である場合には、前記循環ブロア１２４，１３４や前記リーク弁１２５，１３５の作動に異常を生じていると判断し、警告情報を前記表示装置１７０に出力し（図３中、Ｓ７）、当該表示装置１７０によって警告する。

つまり、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム１００では、前記スタック１１０から排出される前記ガス１，２が常に飽和水蒸気状態であることから、当該ガス１，２を冷却して凝縮する水３の量を単位時間ごとに求め、外部負荷Ｌからの要求電力量によって定量的に変動を生じる当該スタック１１０内での水３の単位時間当たりの生成量及び当該スタック１１０からの前記ガス１，２の単位時間当たりの排出量を考慮することにより、前記スタック１１０から正常に排出されるときの水３の単位時間当たりの量と比較できるようにして、当該スタック１１０から排出される前記ガス１，２の単位時間当たりの量を把握するようにしたのである。

このため、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム１００においては、前記スタック１１０の前記ガス１，２の排出ラインにガス流量計を設けなくても、前記気水分離器１４１，１５１からの前記水３の単位時間当たりの排出回数、すなわち、排出頻度から、前記循環ブロア１２４，１３４や前記リーク弁１２５，１３５の不具合の発生を把握することができる。

したがって、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム１００によれば、前記スタック１１０から排出される前記ガス１，２の流量の異常な低下を不具合なく把握することが簡単にできる。

［他の実施形態］
なお、前述した実施形態においては、前記スタック１１０から排出される水素ガス１及び酸素ガス２の両方の流量の異常な低下を把握できるようにしたが、本発明はこれに限らず、水素ガス１又は酸素ガス２の一方のみの流量の異常な低下を把握できるようにすることだけも可能である。

本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、スタックから排出されるガス流量の異常な低下を不具合なく把握することができるので、各種産業において極めて有益に利用することができる。

１水素ガス
２酸素ガス
３水
４温調水
５冷却水
１００固体高分子形燃料電池発電システム
１１０スタック
１１１温調器
１２１水素ガスボンベ
１２２バルブ
１２４循環ブロア
１２５リーク弁
１３１酸素ガスボンベ
１３２バルブ
１３４循環ブロア
１３５リーク弁
１４１気水分離器
１４２排水弁
１４３レベルセンサ
１４４冷却器
１５１気水分離器
１５２排水弁
１５３レベルセンサ
１５４冷却器
１６０制御装置
１６１電流計
１６２〜１６５温度センサ
１６６〜１６９圧力センサ
１７０表示装置
Ｌ外部負荷

Claims

固体高分子電解質を燃料極及び酸化極で挟んだセルを複数積層したスタックと、
前記スタックに燃料ガスを送給する燃料ガス送給手段と、
前記スタックに酸化ガスを送給する酸化ガス送給手段と、
前記スタックから排出された余剰の前記酸化ガスから水を分離する酸化ガス用気水分離手段と、
前記酸化ガス用気水分離手段で前記水を分離された前記酸化ガスの一部を系外へ排出すると共に、当該酸化ガスの残りを前記スタックに再び送給する酸化ガス再利用手段と
を備えている固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記スタックから外部負荷へ流れる電流量を計測する電流計測手段と、
時間を計測するタイマと、
前記スタックから排出される前記酸化ガスの温度を計測する排出酸化ガス温度計測手段と、
前記スタックから排出される前記酸化ガスの圧力を計測する排出酸化ガス圧力計測手段と、
前記酸化ガス用気水分離手段で前記水を分離される前記酸化ガスを冷却する酸化ガス冷却手段と、
前記酸化ガス冷却手段で冷却された前記酸化ガスの温度を計測する冷却酸化ガス温度計測手段と、
前記酸化ガス冷却手段で冷却された前記酸化ガスの圧力を計測する冷却酸化ガス圧力計測手段と、
前記酸化ガス用気水分離手段で回収された水の量を計測する酸化ガス用回収水量計測手段と
を備えると共に、
前記タイマ及び前記酸化ガス用回収水量計測手段からの情報に基づいて、前記酸化ガス用気水分離手段で回収される単位時間当たりの酸化ガス側の実回収水量を算出する一方、
前記タイマ及び前記電流計測手段からの情報に基づいて、前記スタック内で生成した単位時間当たりの酸化ガス側の生成水量を算出すると共に、単位時間当たりの平均電流値に対応して予め設定されている、前記スタックから排出される単位時間当たりの前記酸化ガスの排出量を呼び出して、
前記タイマ、前記排出酸化ガス温度計測手段、前記排出酸化ガス圧力計測手段、前記冷却酸化ガス温度計測手段、前記冷却酸化ガス圧力計測手段からの情報及び前記酸化ガスの前記排出量に基づいて、前記酸化ガス冷却手段で冷却されて凝縮する単位時間当たりの酸化ガス側の正常時凝縮水量を算出し、
酸化ガス側の前記生成水量及び前記正常時凝縮水量に基づいて、前記酸化ガス用気水分離手段に回収される単位時間当たりの酸化ガス側の正常時回収水量を算出した後、
酸化ガス側の前記実回収水量と前記正常時回収水量とを比較し、その相違量が許容範囲内であるか否か判断する
演算制御手段を備えている
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
固体高分子電解質を燃料極及び酸化極で挟んだセルを複数積層したスタックと、
前記スタックに燃料ガスを送給する燃料ガス送給手段と、
前記スタックに酸化ガスを送給する酸化ガス送給手段と、
前記スタックから排出された余剰の前記燃料ガスから水を分離する燃料ガス用気水分離手段と、
前記燃料ガス用気水分離手段で前記水を分離された前記燃料ガスの一部を系外へ排出すると共に、当該燃料ガスの残りを前記スタックに再び送給する燃料ガス再利用手段と
を備えている固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記スタックから外部負荷へ流れる電流量を計測する電流計測手段と、
時間を計測するタイマと、
前記スタックから排出される前記燃料ガスの温度を計測する排出燃料ガス温度計測手段と、
前記スタックから排出される前記燃料ガスの圧力を計測する排出燃料ガス圧力計測手段と、
前記燃料ガス用気水分離手段で前記水を分離される前記燃料ガスを冷却する燃料ガス冷却手段と、
前記燃料ガス冷却手段で冷却された前記燃料ガスの温度を計測する冷却燃料ガス温度計測手段と、
前記燃料ガス冷却手段で冷却された前記燃料ガスの圧力を計測する冷却燃料ガス圧力計測手段と、
前記燃料ガス用気水分離手段で回収された水の量を計測する燃料ガス用回収水量計測手段と
を備えると共に、
前記タイマ及び前記燃料ガス用回収水量計測手段からの情報に基づいて、前記燃料ガス用気水分離手段で回収される単位時間当たりの燃料ガス側の実回収水量を算出する一方、
前記タイマ及び前記電流計測手段からの情報に基づいて、前記スタック内で生成した単位時間当たりの燃料ガス側の生成水量を算出すると共に、単位時間当たりの平均電流値に対応して予め設定されている、前記スタックから排出される単位時間当たりの前記燃料ガスの排出量を呼び出して、
前記タイマ、前記排出燃料ガス温度計測手段、前記排出燃料ガス圧力計測手段、前記冷却燃料ガス温度計測手段、前記冷却燃料ガス圧力計測手段からの情報及び前記燃料ガスの前記排出量に基づいて、前記燃料ガス冷却手段で冷却されて凝縮する単位時間当たりの燃料ガス側の正常時凝縮水量を算出し、
燃料ガス側の前記生成水量及び前記正常時凝縮水量に基づいて、前記燃料ガス用気水分離手段に回収される単位時間当たりの燃料ガス側の正常時回収水量を算出した後、
燃料ガス側の前記実回収水量と前記正常時回収水量とを比較し、その相違量が許容範内であるか否か判断する
演算制御手段を備えている
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
請求項１に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記スタックから排出される前記燃料ガスの温度を計測する排出燃料ガス温度計測手段と、
前記スタックから排出される前記燃料ガスの圧力を計測する排出燃料ガス圧力計測手段と、
前記燃料ガス用気水分離手段で前記水を分離される前記燃料ガスを冷却する燃料ガス冷却手段と、
前記燃料ガス冷却手段で冷却された前記燃料ガスの温度を計測する冷却燃料ガス温度計測手段と、
前記燃料ガス冷却手段で冷却された前記燃料ガスの圧力を計測する冷却燃料ガス圧力計測手段と、
前記燃料ガス用気水分離手段で回収された水の量を計測する燃料ガス用回収水量計測手段と
を備えると共に、
前記演算制御手段が、さらに、
前記タイマ及び前記燃料ガス用回収水量計測手段からの情報に基づいて、前記燃料ガス用気水分離手段で回収される単位時間当たりの燃料ガス側の実回収水量を算出する一方、
前記タイマ及び前記電流計測手段からの情報に基づいて、前記スタック内で生成した単位時間当たりの燃料ガス側の生成水量を算出すると共に、単位時間当たりの平均電流値に対応して予め設定されている、前記スタックから排出される単位時間当たりの前記燃料ガスの排出量を呼び出して、
前記タイマ、前記排出燃料ガス温度計測手段、前記排出燃料ガス圧力計測手段、前記冷却燃料ガス温度計測手段、前記冷却燃料ガス圧力計測手段からの情報及び前記燃料ガスの前記排出量に基づいて、前記燃料ガス冷却手段で冷却されて凝縮する単位時間当たりの燃料ガス側の正常時凝縮水量を算出し、
燃料ガス側の前記生成水量及び前記正常時凝縮水量に基づいて、前記燃料ガス用気水分離手段に回収される単位時間当たりの燃料ガス側の正常時回収水量を算出した後、
燃料ガス側の前記実回収水量と前記正常時回収水量とを比較し、その相違量が許容範内であるか否か判断する
ものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
請求項１又は請求項３に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記演算制御手段が、酸化ガス側の前記相違量が許容範囲外である場合、酸化ガス側の警告情報を出力するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
請求項２又は請求項３に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記演算制御手段が、燃料ガス側の前記相違量が許容範囲外である場合、燃料ガス側の警告情報を出力するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
請求項１、請求項３、請求項４のいずれか一項に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記酸化ガスが、純度９９％以上の酸素ガスである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
請求項２、請求項３、請求項５のいずれか一項に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料ガスが、純度９９％以上の水素ガスである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。