JP2015156299A - 燃料電池スタックの診断方法、燃料電池スタックの運転方法、燃料電池システム、及び燃料電池スタック - Google Patents
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Abstract
Description
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態における燃料電池システムSYS1の構成を示す概略ブロック図である。図1に示すように、燃料電池システムSYS1は、ブロワBと、改質器FPSと、空気供給配管AP1を介してブロワBに接続された空気マニホールドAMと、ガス供給配管GP1を介して改質器FPSに接続された燃料ガスマニホールドGMとを備える。
改質器FPSは、改質器FPSの外部から供給された燃料ガス(例えば、天然ガスまたはプロパンガスなど)から水素リッチな改質ガスを生成する。そして、改質器FPSは、生成した改質ガスをガス供給配管GP1及び燃料ガスマニホールドGMを介して、燃料電池スタックCSAに供給する。
図3は、付け替え後の空気供給配管及び空気排気配管の接続態様を示す図である。図3に示すように、図2とは異なり、空気供給配管AP1が第2の空気口AOに接続され、空気排気配管AP2は第1の空気口AIに接続されている。これにより、ブロワBからの空気が第2の空気口AOを介して空気マニホールドAMに供給され、空気マニホールドAMからの空気が第1の空気口AIを介して熱交換器HEXに排出される。
続いて、第2の実施形態について説明する。第1の実施形態では人為的に空気供給配管と空気排気配管とを互いに付け替えることで、燃料電池セル内で空気の流れる方向を反対にした。それに対し、第2の実施形態では、燃料電池システムが、ブロワからの空気の出力先を切り替えることで、燃料電池セル内で空気の流れる方向を反対にする。
続いて、第3の実施形態について説明する。第1の実施形態では、燃料電池スタックに接続された空気供給配管と空気排気配管とを付け替えて、クロスリークの有無を判断した。それに対して、第3の実施形態では、燃料電池スタックに接続されたガス供給配管とガス排気配管とを付け替えて、クロスリークの有無を判断する。
続いて、第4の実施形態について説明する。第3の実施形態では人為的にガス供給配管とガス排気配管とを互いに付け替えることで、燃料電池セル内でガスの流れる方向を反対にした。それに対し、第4の実施形態では、燃料電池システムが、改質器FPSからの改質ガスの出力先を切り替えることで、燃料電池セル内で空気の流れる方向を反対にする。
B ブロワ
FPS 改質器
AM 空気マニホールド
AP1 空気供給配管
AP2 空気排気配管
GP1 ガス供給配管
GP2 排気配管
GM 燃料ガスマニホールド
CSA 燃料電池スタック
HEX 熱交換器
INV AC/DCインバータ
CON 制御部
EF1 第1のエンドプレート
EF2 第2のエンドプレート
C−1、…、C−N 燃料電池セル
1、11 セパレータ
2−1、2−2、2−3、12−1、12−2、12−3 ガス溝
3、13 反応領域
4、14 膜劣化領域
AI 第1の空気口
AO 第2の空気口
FI 第1のガス口
FO 第2のガス口
SW1、SW2 切替部
Claims (12)
- 複数の燃料電池セルが積層された燃料電池スタックに燃料ガス及び空気を供給し且つ前記燃料電池スタックの外部への電力供給を停止した状態で、前記燃料電池スタックの第1の開回路電圧を測定する工程と、
前記燃料電池スタックに接続された空気供給配管と空気排気配管とを互いに付け替える工程と、
前記空気供給配管と前記空気排気配管とを互いに付け替えた状態、且つ燃料ガス及び空気を前記燃料電池スタックに供給し且つ前記燃料電池スタックの外部への電力供給を停止した状態で、前記燃料電池スタックの第2の開回路電圧を測定する工程と、
前記第1の開回路電圧と前記第2の開回路電圧との間の電圧差に基づいて、前記燃料電池スタックに関する診断を実行する工程と、
を有する燃料電池スタックの診断方法。 - 前記燃料電池スタックに関する診断を実行する工程において、前記電圧差を、前記燃料電池スタックを構成する燃料電池セルの数で割った値が、予め設定された設定値より大きい場合、前記電解質膜でクロスリークが発生していると判断する
請求項1に記載の燃料電池スタックの診断方法。 - 燃料ガス及び空気を燃料電池スタックに供給し且つ前記燃料電池スタックの外部への電力供給を停止した状態で、前記燃料電池スタックの第1の開回路電圧を測定する工程と、
前記燃料電池スタックに接続された空気供給配管と空気排気配管とを互いに付け替える工程と
前記付け替えた状態、且つ燃料ガス及び空気を前記燃料電池スタックに供給し且つ前記燃料電池スタックの外部への電力供給を停止した状態で、前記燃料電池スタックの第2の開回路電圧を測定する工程と、
前記第1の開回路電圧と前記第2の開回路電圧との間の電圧差を、前記燃料電池スタックを構成する燃料電池セルの数で割った値が、予め決められた設定値より大きい場合、前記燃料電池スタック燃料電池スタックの運転を停止する工程と、
を有する燃料電池スタックの運転方法。 - 前記電圧差を前記燃料電池セルの数で割った値が前記設定値より低い第2の設定値より大きく且つ前記設定値未満である場合、前記空気供給配管と前記空気排気配管とを付け替えた状態で、前記燃料電池スタックの運転を継続する工程を更に有する請求項3に記載の燃料電池スタックの運転方法。
- 複数の燃料電池セルが積層された燃料電池スタックと、
前記燃料電池セルに供給される空気の流れる方向を切り替える切替部と、
前記切替部を制御する制御部と、
を備え、前記制御部は、燃料ガス及び空気を燃料電池スタックに供給し且つ前記燃料電池スタックの外部への電力供給を停止した状態で、前記燃料電池スタックの第1の開回路電圧を測定し、
前記制御部は、前記燃料電池セルそれぞれに流れる空気の方向が反対になるよう前記切替部を制御し
前記制御部は、前記空気の流れる方向を反対にした状態、且つ燃料ガス及び空気を前記燃料電池スタックに供給し且つ前記燃料電池スタックの外部への電力供給を停止した状態で、前記燃料電池スタックの第2の開回路電圧を測定し、
前記制御部は、前記第1の開回路電圧と前記第2の開回路電圧との間の電圧差を、前記燃料電池スタックを構成する燃料電池セルの数で割った値が、予め決められた設定値より大きい場合、前記燃料電池スタックの運転を停止する
燃料電池システム。 - 複数の燃料電池セルが積層された燃料電池スタックであって、
燃料ガス及び空気を当該燃料電池スタックに供給し且つ前記燃料電池スタックの外部への電力供給を停止した状態で測定される当該燃料電池スタックの第1の開回路電圧と、当該燃料電池スタックに接続された空気供給配管と空気排気配管とを互いに付け替えた状態で測定された前記燃料電池スタックの第2の開回路電圧との間の電圧差を前記燃料電池セルの数で割った値が、予め設定された設定値未満である燃料電池スタック。 - 複数の燃料電池セルが積層された燃料電池スタックに燃料ガス及び空気を供給し且つ前記燃料電池スタックの外部への電力供給を停止した状態で、前記燃料電池スタックの第1の開回路電圧を測定する工程と、
前記燃料電池スタックに接続されたガス供給配管とガス排気配管とを互いに付け替える工程と
前記ガス供給配管と前記ガス排気配管とを互いに付け替えた状態、且つ燃料ガス及び空気を前記燃料電池スタックに供給し且つ前記燃料電池スタックの外部への電力供給を停止した状態で、前記燃料電池スタックの第2の開回路電圧を測定する工程と、
前記第1の開回路電圧と前記第2の開回路電圧との間の電圧差に基づいて、前記燃料電池スタックに関する診断を実行する工程と、
を有する燃料電池スタックの診断方法。 - 前記診断する工程において、前記電圧差を、前記燃料電池スタックを構成する燃料電池セルの数で割った値が、予め設定された設定値より大きい場合、前記電解質膜でクロスリークが発生していると判断する
請求項7に記載の燃料電池スタックの診断方法。 - 燃料ガス及び空気を燃料電池スタックに供給し且つ前記燃料電池スタックの外部への電力供給を停止した状態で、前記燃料電池スタックの第1の開回路電圧を測定する工程と、
前記燃料電池スタックに接続されたガス供給配管とガス排気配管とを互いに付け替える工程と
前記ガス供給配管と前記ガス排気配管とを互いに付け替えた状態、且つ燃料ガス及び空気を前記燃料電池スタックに供給し且つ前記燃料電池スタックの外部への電力供給を停止した状態で、前記燃料電池スタックの第2の開回路電圧を測定する工程と、
前記第1の開回路電圧と前記第2の開回路電圧との間の電圧差を、前記燃料電池スタックを構成する燃料電池セルの数で割った値が、予め決められた設定値より大きい場合、前記燃料電池スタックの運転を停止する工程と、
を有する燃料電池スタックの運転方法。 - 前記電圧差を前記セル数で割った値が前記設定値より低い第2の設定値より大きく且つ前記設定値未満である場合、前記ガス供給配管と前記ガス排気配管とを互いに付け替えた状態で、前記燃料電池スタックの運転を継続する工程を更に有する請求項9に記載の燃料電池スタックの運転方法。
- 複数の燃料電池セルが積層された燃料電池スタックと、
前記燃料電池セルに供給される燃料ガスの流れる方向を切り替える切替部と、
前記切替部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、燃料ガス及び空気を燃料電池スタックに供給し且つ前記燃料電池スタックの外部への電力供給を停止した状態で、前記燃料電池スタックの第1の開回路電圧を測定し、
前記制御部は、前記燃料電池セルそれぞれに流れる燃料ガスの流れる方向が反対になるよう前記切替部を制御し、
前記制御部は、前記燃料ガスの流れる方向を反対にした状態、且つ燃料ガス及び空気を前記燃料電池スタックに供給し且つ前記燃料電池スタックの外部への電力供給を停止した状態で前記燃料電池スタックの第2の開回路電圧を測定し、
前記制御部は、前記第1の開回路電圧と前記第2の開回路電圧との間の電圧差を、前記燃料電池スタックを構成するセル数で割った値が、予め決められた設定値より大きい場合、前記燃料電池スタックの運転を停止する
燃料電池システム。 - 複数の燃料電池セルが積層された燃料電池スタックであって、
燃料ガス及び空気を当該燃料電池スタックに供給し且つ前記燃料電池スタックの外部への電力供給を停止した状態で、測定される当該燃料電池スタックの第1の開回路電圧と、前記燃料電池スタックに接続されたガス供給配管とガス排気配管とを互いに付け替えた状態で測定された前記燃料電池スタックの第2の開回路電圧との間の電圧差を前記燃料電池セルの数で割った値が、予め設定された設定値未満である燃料電池スタック。
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