JP2647551B2 - リン酸型燃料電池の運転方法 - Google Patents
リン酸型燃料電池の運転方法Info
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- JP2647551B2 JP2647551B2 JP2320736A JP32073690A JP2647551B2 JP 2647551 B2 JP2647551 B2 JP 2647551B2 JP 2320736 A JP2320736 A JP 2320736A JP 32073690 A JP32073690 A JP 32073690A JP 2647551 B2 JP2647551 B2 JP 2647551B2
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はリン酸型燃料電池の運転方法、特に、燃料電
池セル内のリン酸不足を検出してリン酸を補給するタイ
ミングを決定するために有効なリン酸型燃料電池の運転
方法を提供するものである。
池セル内のリン酸不足を検出してリン酸を補給するタイ
ミングを決定するために有効なリン酸型燃料電池の運転
方法を提供するものである。
リン酸型燃料電池はリン酸消失によりその性能が低下
する。そのためにリン酸の消失量を常時監視し補充する
必要がある。従来、リン酸型燃料電池のリン酸消失を把
握し補充する方法としては、実開平１−77266号公報に
示されるように、排ガス中の飛散リン酸を検出し、これ
を積算することにより飛散の絶対量を把握し、これが所
定の値に達した場合にリン酸を補給するというものがあ
った。しかしこの方法は、リン酸の飛散量を正しく測定
することが困難であること、測定値に対し真値を校正す
る場合、各々のセルの構成により校正カーブが異なるこ
と、及び飛散量を継続的に測定する必要があり運転時の
負担が増大すること等の解決すべき幾つかの課題を有し
ている。
する。そのためにリン酸の消失量を常時監視し補充する
必要がある。従来、リン酸型燃料電池のリン酸消失を把
握し補充する方法としては、実開平１−77266号公報に
示されるように、排ガス中の飛散リン酸を検出し、これ
を積算することにより飛散の絶対量を把握し、これが所
定の値に達した場合にリン酸を補給するというものがあ
った。しかしこの方法は、リン酸の飛散量を正しく測定
することが困難であること、測定値に対し真値を校正す
る場合、各々のセルの構成により校正カーブが異なるこ
と、及び飛散量を継続的に測定する必要があり運転時の
負担が増大すること等の解決すべき幾つかの課題を有し
ている。
従来技術により不足分のリン酸を補充する場合にあっ
ては、前記のように測定精度の不確かな飛散量を基準に
して行っているために、それが適切なタイミングかどう
か必ずしも明らかではなかった。
ては、前記のように測定精度の不確かな飛散量を基準に
して行っているために、それが適切なタイミングかどう
か必ずしも明らかではなかった。
本発明は、リン酸型燃料電池の運転中に生じる種々の
現象の変化を測定することにより、リン酸不足を推定
し、これに基づいてリン酸補給に必要なタイミングを正
確に決定し得る有効なリン酸型燃料電池の運転方法を得
ることを目的としている。さらに本発明は、リン酸不足
の結果発生する現象を一定期間毎に測定することより補
給に必要なタイミングを決定し得る有効なリン酸型燃料
電池の運転方法を得ることを目的としている。
現象の変化を測定することにより、リン酸不足を推定
し、これに基づいてリン酸補給に必要なタイミングを正
確に決定し得る有効なリン酸型燃料電池の運転方法を得
ることを目的としている。さらに本発明は、リン酸不足
の結果発生する現象を一定期間毎に測定することより補
給に必要なタイミングを決定し得る有効なリン酸型燃料
電池の運転方法を得ることを目的としている。
上記の目的を達成するため、本発明者らは多くの実
験、研究を行うとにより、リン酸型燃料電池において
は、その運転中に、リン酸の消失に伴いいくつかの特性
値が特異な変化を示すことを知見し、本発明はその知見
に基づいてなされたものである。
験、研究を行うとにより、リン酸型燃料電池において
は、その運転中に、リン酸の消失に伴いいくつかの特性
値が特異な変化を示すことを知見し、本発明はその知見
に基づいてなされたものである。
即ち、本発明は、リン酸型燃料電池において、運転中
にセルの温度上昇値、セルの電圧値、セルの交流抵抗値
および／または燃料極出口の酸素濃度値などの変化を観
察し、その値を標準値（すなわち、正常運転時での値）
と比較し、その差のいずれか一つまたは複数個がしきい
値を越えた場合にリン酸不足と判断してリン酸を補給す
るようにしたリン酸型燃料電池の運転方法を開示し提供
する。
にセルの温度上昇値、セルの電圧値、セルの交流抵抗値
および／または燃料極出口の酸素濃度値などの変化を観
察し、その値を標準値（すなわち、正常運転時での値）
と比較し、その差のいずれか一つまたは複数個がしきい
値を越えた場合にリン酸不足と判断してリン酸を補給す
るようにしたリン酸型燃料電池の運転方法を開示し提供
する。
変化する特性値の代表的なものとして、 （１） 無負荷又はそれに近い状態で燃料極に燃料ガ
ス、空気極に空気が流れている場合の燃料電池セルの温
度と、燃料極及び空気極に窒素又は炭酸ガス等の電池反
応に寄与しないガスが流れた場合の前記燃料電池セルの
温度との差、なお、この場合に、運転中の種々の負荷状
態における温度を測定し、これを外挿することにより求
めた無負荷状態における温度と、前記燃料極及び空気極
に窒素又は炭酸ガス等の電池反応に寄与しないガスが流
れた場合のセルの温度との差を特性値として用いること
もできる。
ス、空気極に空気が流れている場合の燃料電池セルの温
度と、燃料極及び空気極に窒素又は炭酸ガス等の電池反
応に寄与しないガスが流れた場合の前記燃料電池セルの
温度との差、なお、この場合に、運転中の種々の負荷状
態における温度を測定し、これを外挿することにより求
めた無負荷状態における温度と、前記燃料極及び空気極
に窒素又は炭酸ガス等の電池反応に寄与しないガスが流
れた場合のセルの温度との差を特性値として用いること
もできる。
（２） 運転中に燃料極に通流する燃料ガスと、前記空
気極に通流する空気との圧力差を変化させて当該燃料電
池セルの温度を測定し、その時の温度と前記燃料電池セ
ルの正常運転時での温度との温度差、 （３） 運転中に前記燃料極に通流する燃料ガスと、前
記空気極に通流する空気との圧力差を変化させて当該燃
料電池セルに発生する電圧を測定し、その時の電圧と前
記燃料電池セルの正常運転時での電圧との電圧差、この
場合に、特に、空気極と比較して燃料極の圧力を高くし
た場合におけるセル電圧差を用いることは特に有効とな
る。
気極に通流する空気との圧力差を変化させて当該燃料電
池セルの温度を測定し、その時の温度と前記燃料電池セ
ルの正常運転時での温度との温度差、 （３） 運転中に前記燃料極に通流する燃料ガスと、前
記空気極に通流する空気との圧力差を変化させて当該燃
料電池セルに発生する電圧を測定し、その時の電圧と前
記燃料電池セルの正常運転時での電圧との電圧差、この
場合に、特に、空気極と比較して燃料極の圧力を高くし
た場合におけるセル電圧差を用いることは特に有効とな
る。
（４） 運転中に前記燃料極に通流する燃料ガスと、前
記空気極に通流する空気との圧力差を変化させて当該燃
料電池セルにおける燃料極出口の酸素濃度を測定し、そ
の時の酸素濃度と前記燃料電池セルの正常運転時での酸
素濃度との濃度差、 などが有効に利用し得るものである。
記空気極に通流する空気との圧力差を変化させて当該燃
料電池セルにおける燃料極出口の酸素濃度を測定し、そ
の時の酸素濃度と前記燃料電池セルの正常運転時での酸
素濃度との濃度差、 などが有効に利用し得るものである。
本発明において、特性値の測定は、単一のセルにおけ
る測定値に基づくものでもよく、またセル集合体あるい
はセル集合体の特性値を反映している燃料電池の他の部
分の測定値に基づくものであってもよい。従って、本発
明においてセルに言及している場合は、それが単一セル
の特性値の変化と類似のパターンを示す限りにおいて、
セル集合体あるいはセル集合体の特性値を反映している
燃料電池の他の部分にも言及しているものと解される。
る測定値に基づくものでもよく、またセル集合体あるい
はセル集合体の特性値を反映している燃料電池の他の部
分の測定値に基づくものであってもよい。従って、本発
明においてセルに言及している場合は、それが単一セル
の特性値の変化と類似のパターンを示す限りにおいて、
セル集合体あるいはセル集合体の特性値を反映している
燃料電池の他の部分にも言及しているものと解される。
本発明によるリン酸補給のタイミングの判定とその判
断の基準となるそれぞれの特性値の差との相互作用は、
それぞれ以下の通りである。
断の基準となるそれぞれの特性値の差との相互作用は、
それぞれ以下の通りである。
上記（１）の特性値を用いる方法は、セル温度が、リ
ン酸不足により、正常な状態でのセル温度よりも大きく
上昇する現象を知見したことに基づく。そして、リン酸
不足に基づくガスクロスが発生しても、負荷電流の大き
い状態では発電による温度上昇とガスクロスによる温度
上昇とを明確に区別することは困難であったが、無負荷
又はそれに近い状態では負荷電流による温度上昇は小さ
くほぼ無視することができた。このため窒素などの電池
反応に寄与しないガスを流した状態に対する温度上昇の
大小はガスクロスの程度の判定に用いることができる。
ン酸不足により、正常な状態でのセル温度よりも大きく
上昇する現象を知見したことに基づく。そして、リン酸
不足に基づくガスクロスが発生しても、負荷電流の大き
い状態では発電による温度上昇とガスクロスによる温度
上昇とを明確に区別することは困難であったが、無負荷
又はそれに近い状態では負荷電流による温度上昇は小さ
くほぼ無視することができた。このため窒素などの電池
反応に寄与しないガスを流した状態に対する温度上昇の
大小はガスクロスの程度の判定に用いることができる。
また上記手段の（２）の特製値を用いる方法は、無負
荷又はそれに近い上体に近い場合の温度上昇はほぼガス
クロスの状態に依存することに加え、さらに、極間の圧
力、すなわち、運転中に前記燃料極に通流する燃料ガス
と、前記空気極に通流する空気との圧力差を変化させた
場合のセル温度上昇もガスクロスの状態に依存している
という知見に基づいている。従って、その値を正常時の
値と比較することによりセル内のリン酸不足状態を把握
することができる。
荷又はそれに近い上体に近い場合の温度上昇はほぼガス
クロスの状態に依存することに加え、さらに、極間の圧
力、すなわち、運転中に前記燃料極に通流する燃料ガス
と、前記空気極に通流する空気との圧力差を変化させた
場合のセル温度上昇もガスクロスの状態に依存している
という知見に基づいている。従って、その値を正常時の
値と比較することによりセル内のリン酸不足状態を把握
することができる。
また上記手段の（３）の特性値を用いる方法は、セル
の電極間の差圧を変化させた場合であっても、正常な状
態ではほとんど変化しないセル電圧が、無負荷又はそれ
に近い状態においてリン酸不足によるガスクロスがあっ
た場合には、低下すること、そしてその現象は燃料極側
が空気極側に対して圧力が高くなる状態で顕著になるこ
とを知見したことに基づいており、正常時のセル電圧一
極間差圧特性に対しセル電圧が低下した状態をもってガ
スクロスと判定している。
の電極間の差圧を変化させた場合であっても、正常な状
態ではほとんど変化しないセル電圧が、無負荷又はそれ
に近い状態においてリン酸不足によるガスクロスがあっ
た場合には、低下すること、そしてその現象は燃料極側
が空気極側に対して圧力が高くなる状態で顕著になるこ
とを知見したことに基づいており、正常時のセル電圧一
極間差圧特性に対しセル電圧が低下した状態をもってガ
スクロスと判定している。
また、上記（４）の特性値を用いる方法は、セルの電
極間の差圧を変化させた場合であっても、正常な状態で
はほとんど変化しない燃料極出口から排出される酸素濃
度が、無負荷又はそれに近い状態においてリン酸不足に
よるガスクロスがあった場合には、特に空気極側の圧力
が増大した場合に、その値が増加する、即ち、燃料極出
口から排出される酸素濃度はガスクロスの状態に依存し
ているという知見に基づいている。従って、この場合に
あってもその値を正常時の値と比較することによりセル
内のリン酸不足状態を把握することができる。
極間の差圧を変化させた場合であっても、正常な状態で
はほとんど変化しない燃料極出口から排出される酸素濃
度が、無負荷又はそれに近い状態においてリン酸不足に
よるガスクロスがあった場合には、特に空気極側の圧力
が増大した場合に、その値が増加する、即ち、燃料極出
口から排出される酸素濃度はガスクロスの状態に依存し
ているという知見に基づいている。従って、この場合に
あってもその値を正常時の値と比較することによりセル
内のリン酸不足状態を把握することができる。
以下、いくつかの実施例に基づき本発明をより詳細に
説明する。
説明する。
第１図は、リン酸型燃料電池におけるリン酸不足とセ
ルの温度上昇値との関係を知るために行った実験に用い
た装置の概略図とその結果を示すグラフである。第１図
（ａ）は、リン酸型燃料電池のセルの模式的断面を示し
ており、１は燃料極と空気極のガスを分離するセパレー
タ、２は空気を通過させる空気極、３は燃料ガスを通過
させる燃料極、４はマトリックス層及び触媒層からなる
中間層である。燃料極及び空気極には、適宜の手段によ
り温度センサー５、６を取り付ける。通常運転時、燃料
極には燃料、空気極には空気が供給されてセルは運転さ
れる。
ルの温度上昇値との関係を知るために行った実験に用い
た装置の概略図とその結果を示すグラフである。第１図
（ａ）は、リン酸型燃料電池のセルの模式的断面を示し
ており、１は燃料極と空気極のガスを分離するセパレー
タ、２は空気を通過させる空気極、３は燃料ガスを通過
させる燃料極、４はマトリックス層及び触媒層からなる
中間層である。燃料極及び空気極には、適宜の手段によ
り温度センサー５、６を取り付ける。通常運転時、燃料
極には燃料、空気極には空気が供給されてセルは運転さ
れる。
第１図（ｂ）は、運転時の電流密度に対するセルの温
度上昇値（すなわち温度の上昇の状態）を二つの試験例
について示しており、図において、点線は正常な状態で
の電流密度と温度との関係を、実線は、リン酸不足によ
るガスクロスが発生した状態での関係を示している。ま
た、燃料極及び空気極共に窒素を流した場合の温度値Ｂ
を示している。
度上昇値（すなわち温度の上昇の状態）を二つの試験例
について示しており、図において、点線は正常な状態で
の電流密度と温度との関係を、実線は、リン酸不足によ
るガスクロスが発生した状態での関係を示している。ま
た、燃料極及び空気極共に窒素を流した場合の温度値Ｂ
を示している。
図のように、いずれの場合も電流密度の低下によりセ
ルの温度は低下し、無負荷運転時、即ち電流密度０にお
いてはある一定の温度（Ａ）に近づく。このようにして
測定された、運転ガス状態での無負荷時の温度Ａと窒素
ブロー時の温度Ｂとの温度差（Ａ−Ｂ）とは、実験によ
り、セルのマトリックス部４のガスクロスの程度により
影響され、マトリックス部４のリン酸不足の増大に伴い
温度差（Ａ−Ｂ）が増大することが示された。
ルの温度は低下し、無負荷運転時、即ち電流密度０にお
いてはある一定の温度（Ａ）に近づく。このようにして
測定された、運転ガス状態での無負荷時の温度Ａと窒素
ブロー時の温度Ｂとの温度差（Ａ−Ｂ）とは、実験によ
り、セルのマトリックス部４のガスクロスの程度により
影響され、マトリックス部４のリン酸不足の増大に伴い
温度差（Ａ−Ｂ）が増大することが示された。
この実施例の場合にあっては、１セル毎に（Ａ−Ｂ）
の温度をチェックし、この値が２〜３℃程度になった場
合に、リン酸補給を必要とする程度のガスクロス状態で
あるとが分かった。
の温度をチェックし、この値が２〜３℃程度になった場
合に、リン酸補給を必要とする程度のガスクロス状態で
あるとが分かった。
この例では、セル温度の測定はセルに温度センサーを
取り付け測定したが、温度測定はこのような直接測定に
限るものではなく、セル温度を反映する周囲の機器、例
えばセルのクーラ部からの温度上昇値を用いてもよいこ
とは明らかであろう。
取り付け測定したが、温度測定はこのような直接測定に
限るものではなく、セル温度を反映する周囲の機器、例
えばセルのクーラ部からの温度上昇値を用いてもよいこ
とは明らかであろう。
また、電流密度０における運転状態の温度の決定にあ
たっては、負荷を変動させた場合の温度上昇を数点ブロ
ットしておき、これらの点から電流密度０における温度
を外挿することにより、セルの運転を停止することな
く、セル内のリン酸不足状態を把握することが可能であ
る。
たっては、負荷を変動させた場合の温度上昇を数点ブロ
ットしておき、これらの点から電流密度０における温度
を外挿することにより、セルの運転を停止することな
く、セル内のリン酸不足状態を把握することが可能であ
る。
さらに、この実施例の場合において、各セル毎の温度
を測定して判断しているが、その場合温度センサの数が
多くなりすぎるため、介在されるクーラ間の１ブロック
に対して代表的な１セルだけを監視すること、またセル
全体に対して代表点として数点の温度を測定する点とす
るとによっても同様な結果を得ることができる。
を測定して判断しているが、その場合温度センサの数が
多くなりすぎるため、介在されるクーラ間の１ブロック
に対して代表的な１セルだけを監視すること、またセル
全体に対して代表点として数点の温度を測定する点とす
るとによっても同様な結果を得ることができる。
第２図は、両極間の差圧（すなわち、運転中に前記燃
料極に通流する燃料ガスと、前記空気極に通流する空気
との圧力差）とセル電圧、セル温度との関係を正常な燃
料電池とリン酸不足のものとの両者について試験した結
果を示している。第２図（ａ）は実験に用いた燃料電池
へのガスの流れを模式的に示した断面図であり、７は空
気極入口の流量調節弁、８は燃料極入口流量調節弁、９
は空気極出口圧力調節弁、10は燃料極出口圧力調節弁、
11,12は各々電池の空気極及び燃料極、13は空気極、燃
料極間の差圧を測定する差圧計である。
料極に通流する燃料ガスと、前記空気極に通流する空気
との圧力差）とセル電圧、セル温度との関係を正常な燃
料電池とリン酸不足のものとの両者について試験した結
果を示している。第２図（ａ）は実験に用いた燃料電池
へのガスの流れを模式的に示した断面図であり、７は空
気極入口の流量調節弁、８は燃料極入口流量調節弁、９
は空気極出口圧力調節弁、10は燃料極出口圧力調節弁、
11,12は各々電池の空気極及び燃料極、13は空気極、燃
料極間の差圧を測定する差圧計である。
図のようなシステムを用い、入口側の空気及び燃料流
量を一定とし、無負荷又はこれに近い低負荷状態におい
て、空気極又は燃料極出口側弁9,13の開度を調節するこ
とにより空気極と燃料極との差圧ΔＰを変化させ、この
値の変化に伴うセル電圧およびセル温度の変化を測定し
た。
量を一定とし、無負荷又はこれに近い低負荷状態におい
て、空気極又は燃料極出口側弁9,13の開度を調節するこ
とにより空気極と燃料極との差圧ΔＰを変化させ、この
値の変化に伴うセル電圧およびセル温度の変化を測定し
た。
第２図（ｂ）は両極間の差圧とセル電圧との関係を示
したものであり、点線は正常な状態の燃料電池での関係
を示し、実線はリン酸不足の状態の燃料電池の二例につ
いての関係を示している。図から分かるように、正常な
電池では空気極、燃料極間の差圧が変化しても、セル電
圧はほとんど変化しないが、リン酸飛散によりガスクロ
スの発生したセルでは、セル電圧は大きく変化した。空
気極、燃料極間の差圧のうち特に燃料極の圧力が空気極
に対して高くした場合には、その変化はさらに大きかっ
た。
したものであり、点線は正常な状態の燃料電池での関係
を示し、実線はリン酸不足の状態の燃料電池の二例につ
いての関係を示している。図から分かるように、正常な
電池では空気極、燃料極間の差圧が変化しても、セル電
圧はほとんど変化しないが、リン酸飛散によりガスクロ
スの発生したセルでは、セル電圧は大きく変化した。空
気極、燃料極間の差圧のうち特に燃料極の圧力が空気極
に対して高くした場合には、その変化はさらに大きかっ
た。
この実験により、所定の差圧一セル電圧特性よりセル
電圧がある値以上に低下した時をリン酸補給の時期と判
定しうることが示された。
電圧がある値以上に低下した時をリン酸補給の時期と判
定しうることが示された。
第２図（ｃ）は両極間の差圧とセル温度との関係を示
したものであり、点線は正常な状態の燃料電池での関係
を示し、実線はリン酸不足の状態の燃料電池についての
関係を示している。この例においても、第２図（ａ）に
示すシステムを用い、空気極側11および燃料極側12に設
置された温度センサ14及び15を用いて、電極間の差圧を
変化させた場合の各セルの温度上昇値を測定した。第２
図（ｃ）に示されるように、正常なセルでは電池の極間
差圧の変化に体し温度上昇はほとんど変化しない。しか
しリン酸飛散によりガスクロスの発生したセルでは不の
差圧増大に伴い、温度上昇が生じた。
したものであり、点線は正常な状態の燃料電池での関係
を示し、実線はリン酸不足の状態の燃料電池についての
関係を示している。この例においても、第２図（ａ）に
示すシステムを用い、空気極側11および燃料極側12に設
置された温度センサ14及び15を用いて、電極間の差圧を
変化させた場合の各セルの温度上昇値を測定した。第２
図（ｃ）に示されるように、正常なセルでは電池の極間
差圧の変化に体し温度上昇はほとんど変化しない。しか
しリン酸飛散によりガスクロスの発生したセルでは不の
差圧増大に伴い、温度上昇が生じた。
この実験により、所定の差圧に対し所定値以上の温度
上昇になった場合、ガスクロス量大としてリン酸補給を
行う時期と判定しうることが示された。
上昇になった場合、ガスクロス量大としてリン酸補給を
行う時期と判定しうることが示された。
この場合にあっても、温度の測定は単一セルの温度上
昇値のみならず、クーラ等の基準温度に対する温度上昇
を測定してもよいことは、第１の実施例の場合と同様で
ある。
昇値のみならず、クーラ等の基準温度に対する温度上昇
を測定してもよいことは、第１の実施例の場合と同様で
ある。
また、電池電極座の差圧を変化させるための方法とし
て第２図（ａ）の弁9,10を用いる手段は一方法であり、
一方の弁９又は10だけを用いる方法など任意の手段を用
いることができる。
て第２図（ａ）の弁9,10を用いる手段は一方法であり、
一方の弁９又は10だけを用いる方法など任意の手段を用
いることができる。
なお、セル内、特にマトリックス内にリン酸不足が生
じた場合にセル抵抗が増大する。その特性値もリン酸の
補給時期のデータとして用いることができる。そして、
セルの抵抗値を電池の運転中に測定するために、セルの
直流出力端に負荷と並列に絶縁変圧器及び直接素子用エ
ンデンサを含む回路を設置し、変圧器を通して交流電圧
を回路に挿入し、この回路と電池との間に交流用のシャ
ントを配置し、これにより測定された交流電流と交流電
圧とによりセルの交流インピーダンスを求めるようにす
ることは有効である。
じた場合にセル抵抗が増大する。その特性値もリン酸の
補給時期のデータとして用いることができる。そして、
セルの抵抗値を電池の運転中に測定するために、セルの
直流出力端に負荷と並列に絶縁変圧器及び直接素子用エ
ンデンサを含む回路を設置し、変圧器を通して交流電圧
を回路に挿入し、この回路と電池との間に交流用のシャ
ントを配置し、これにより測定された交流電流と交流電
圧とによりセルの交流インピーダンスを求めるようにす
ることは有効である。
第３図は運転中のセル16の抵抗を測定するための手段
を示している。図において16は抵抗測定の対象となった
セルであり、17は交流電源18の信号を電池の回路に供給
するための絶縁トランス、19は電池からの直流電流を遮
断するためのコンテンサ、20は電池の負荷、21は交流電
流の負荷側への流出を抑制するために必要に応じて取付
けられるリアクトルである。同図において電源18より供
給された交流電流は絶縁トランス17を介して電池側の回
路に供給される。この時の交流電圧に対するセル両端の
電圧を電圧計22で測定すると共に交流電流そのものをシ
ャント抵抗23で測定することにより、セルの交流抵抗を
測定することができる。
を示している。図において16は抵抗測定の対象となった
セルであり、17は交流電源18の信号を電池の回路に供給
するための絶縁トランス、19は電池からの直流電流を遮
断するためのコンテンサ、20は電池の負荷、21は交流電
流の負荷側への流出を抑制するために必要に応じて取付
けられるリアクトルである。同図において電源18より供
給された交流電流は絶縁トランス17を介して電池側の回
路に供給される。この時の交流電圧に対するセル両端の
電圧を電圧計22で測定すると共に交流電流そのものをシ
ャント抵抗23で測定することにより、セルの交流抵抗を
測定することができる。
第４図は、他の実施例として、燃料極出口ガス中の酸
素濃度と両極間の差圧との関係について実験した結果で
あり、点線は正常な状態の燃料電池での関係を示し、実
線はリン酸不足の状態の燃料電池についての関係を示し
ている。図から分かるように、正常な電池では空気極、
燃料極間の差圧が変化しても、燃料極出口ガス中の酸素
濃度はほとんど変化しないが、リン酸飛散によりガスク
ロスの発生したセルでは、酸素濃度は大きく変化した。
素濃度と両極間の差圧との関係について実験した結果で
あり、点線は正常な状態の燃料電池での関係を示し、実
線はリン酸不足の状態の燃料電池についての関係を示し
ている。図から分かるように、正常な電池では空気極、
燃料極間の差圧が変化しても、燃料極出口ガス中の酸素
濃度はほとんど変化しないが、リン酸飛散によりガスク
ロスの発生したセルでは、酸素濃度は大きく変化した。
この実験により、所定の差圧に対し燃料極出口のガス
中の酸素濃度が所定値以上になった場合、ガスクロス量
大としてリン酸補給を行う時期と判定しうることが示さ
れた。
中の酸素濃度が所定値以上になった場合、ガスクロス量
大としてリン酸補給を行う時期と判定しうることが示さ
れた。
本発明において、上記したセル電圧あるいは温度など
の特性値の測定を２種類以上行ない、そのうちの少なく
とも２つの方法による測定結果が、リン酸補給の必要性
を示した場合にリン酸補給を行うことも可能である。
の特性値の測定を２種類以上行ない、そのうちの少なく
とも２つの方法による測定結果が、リン酸補給の必要性
を示した場合にリン酸補給を行うことも可能である。
第５図はこのような入力信号による判定のシステムの
一例を示している。即ち、第５図において、24は燃料電
池を含むシステムであり、25はシステム24から温度、
電圧、差圧、等の信号を取込み、その内部で所定の
プログラムに従い上記第１図〜第３図及びそれらの組合
せによる処理及び経時変化の予測等を行い、その結果を
により出力する処理装置である。
一例を示している。即ち、第５図において、24は燃料電
池を含むシステムであり、25はシステム24から温度、
電圧、差圧、等の信号を取込み、その内部で所定の
プログラムに従い上記第１図〜第３図及びそれらの組合
せによる処理及び経時変化の予測等を行い、その結果を
により出力する処理装置である。
第６図は本発明の方法のうちセル電圧の変化量に基づ
きリン酸の補給を行った実施例を示しており、図から適
切な時期にリン酸の補給を行うことができそれにより電
池の性能回復も迅速となり、電池自体の長寿命化が期待
できることがわかる。
きリン酸の補給を行った実施例を示しており、図から適
切な時期にリン酸の補給を行うことができそれにより電
池の性能回復も迅速となり、電池自体の長寿命化が期待
できることがわかる。
本発明は前記の各種手段により電池内のリン酸不足を
判定することができ、よって適切な時期にリン酸を補強
することが可能となるため、リン酸不足状態でのセルの
連続運転を避けることができ、その結果セルの長寿命化
に寄与することができる。
判定することができ、よって適切な時期にリン酸を補強
することが可能となるため、リン酸不足状態でのセルの
連続運転を避けることができ、その結果セルの長寿命化
に寄与することができる。
第１図（ａ）は正常時の燃料電池とリン酸不足時の燃料
電池とにおけるセル温度を測定するために用いたセル構
造を模式的に示す概略断面図、 第１図（ｂ）は正常時の燃料電池とリン酸不足時の燃料
電池とにおける窒素ブロー時と通電時との温度比較を示
す図、 第２図（ａ）は両極間の差圧を測定するために用いたセ
ル構造を模式的に示す概略断面図、 第２図（ｂ）は正常時の燃料電池とリン酸不足時の燃料
電池とにおける両極間の差圧とセル電圧との関係を示す
図、 第２図（ｃ）は正常時の燃料電池とリン酸不足時の燃料
電池とにおける両極間の差圧とセル温度との関係を示す
図、 第３図はセル電圧を測定するための一手段としての交流
抵抗を測定する回路を示す図、 第４図は正常時の燃料電池とリン酸不足時の燃料電池と
における燃料極出口ガス中の酸素濃度と両極間の差圧と
の関係を示す図、 第５図は複数の特性変化値を用いてリン酸補給時を決定
するシステムを示す図、 および 第６図は本発明を用いてリン酸の補給を行った場合の実
験例を示す図である。
電池とにおけるセル温度を測定するために用いたセル構
造を模式的に示す概略断面図、 第１図（ｂ）は正常時の燃料電池とリン酸不足時の燃料
電池とにおける窒素ブロー時と通電時との温度比較を示
す図、 第２図（ａ）は両極間の差圧を測定するために用いたセ
ル構造を模式的に示す概略断面図、 第２図（ｂ）は正常時の燃料電池とリン酸不足時の燃料
電池とにおける両極間の差圧とセル電圧との関係を示す
図、 第２図（ｃ）は正常時の燃料電池とリン酸不足時の燃料
電池とにおける両極間の差圧とセル温度との関係を示す
図、 第３図はセル電圧を測定するための一手段としての交流
抵抗を測定する回路を示す図、 第４図は正常時の燃料電池とリン酸不足時の燃料電池と
における燃料極出口ガス中の酸素濃度と両極間の差圧と
の関係を示す図、 第５図は複数の特性変化値を用いてリン酸補給時を決定
するシステムを示す図、 および 第６図は本発明を用いてリン酸の補給を行った場合の実
験例を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−236464（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−19072（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−279071（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】空気を流通させる空気極、燃料ガスを流通
させる燃料極、該空気極と該燃料極にはさまれ、リン酸
を保持する中間層、及び該燃料極と該空気極のガスを分
離するセパレータからなる燃料電池セルを備えたリン酸
型燃料電池の運転方法において、 無負荷または無負荷に近い低負荷状態で前記燃料極に燃
料ガス、前記空気極に空気を通流した場合の前記燃料電
池セルの温度と、 前記燃料極及び前記空気極に前記リン酸型燃料電池の反
応に寄与しないガスを流した場合の前記燃料電池セルの
温度、 との温度差に基づいてリン酸を補給する時期を決定しリ
ン酸を補給することを特徴とするリン酸型燃料電池の運
転方法。 - 【請求項２】空気を通流させる空気極、燃料ガスを通流
させる燃料極、該空気極と該燃料極にはさまれ、リン酸
を保持する中間層、及び該燃料極と該空気極のガスを分
離するセパレータからなる燃料電池セルを備えたリン酸
型燃料電池の運転方法において、 運転中に前記燃料極に通流する燃料ガスと、前記空気極
に通流する空気との圧力差を変化させて当該燃料電池セ
ルの温度を測定し、その時の温度と前記燃料電池セルの
正常運転時での温度との温度差に基づいてリン酸を補給
する時期を決定しリン酸を補給することを特徴とするリ
ン酸型燃料電池の運転方法。 - 【請求項３】空気を通流させる空気極、燃料ガスを通流
させる燃料極、該空気極と該燃料極にはさまれ、リン酸
を保持する中間層、及び該燃料極と該空気極のガスを分
離するセパレータからなる燃料電池セルを備えたリン酸
型燃料電池の運転方法において、 運転中に前記燃料極に通流する燃料ガスと、前記空気極
に通流する空気との圧力差を変化させて当該燃料電池セ
ルに発生する電圧を測定し、その時の電圧と前記燃料電
池セルの正常運転時での電圧との電圧差に基づいてリン
酸を補給する時期を決定しリン酸を補給することを特徴
とするリン酸型燃料電池の運転方法。 - 【請求項４】空気を通流させる空気極、燃料ガスを通流
させる燃料極、該空気極と該燃料極にはさまれ、リン酸
を保持する中間層、及び該燃料極と該空気極のガスを分
離するセパレータからなる燃料電池セルを備えたリン酸
型燃料電池の運転方法において、 運転中に前記燃料極に通流する燃料ガスと、前記空気極
に通流する空気との圧力差を変化させて当該燃料電池セ
ルにおける燃料極出口の酸素濃度を測定し、その時の酸
素濃度と前記燃料電池セルの正常運転時での酸素濃度と
の濃度差に基づいてリン酸を補給する時期を決定しリン
酸を補給することを特徴とするリン酸型燃料電池の運転
方法。 - 【請求項５】空気を通流させる空気極、燃料ガスを通流
させる燃料極、該空気極と該燃料極にはさまれ、リン酸
を保持する中間層、及び該燃料極と該空気極のガスを分
離するセパレータからなる燃料電池セルを備えたリン酸
型燃料電池の運転方法において、 a.無負荷または無負荷に近い低負荷状態で前記燃料極に
燃料ガス、前記空気極に空気を通流した場合の前記燃料
電池セルの温度と、前記燃料極及び前記空気極に前記リ
ン酸型燃料電池の反応に寄与しないガスを流した場合の
前記燃料電池セルの温度との温度差、 b.運転中に前記燃料極に通流する燃料ガスと、前記空気
極に通流する空気との圧力差を変化させて当該燃料電池
セルの温度を測定し、その時の温度と前記燃料電池セル
の正常運転時での温度との温度差、 c.運転中に前記燃料極に通流する燃料ガスと、前記空気
極に通流する空気との圧力差を変化させて当該燃料電池
セルに発生する電圧を測定し、その時の電圧と前記燃料
電池セルの正常運転時での電圧との電圧差、 d.運転中に前記燃料極に通流する燃料ガスと、前記空気
極に通流する空気との圧力差を変化させて当該燃料電池
セルにおける燃料極出口の酸素濃度を測定し、その時の
酸素濃度と前記燃料電池セルの正常運転時での酸素濃度
との濃度差、 の少なくとも二つ以上の情報に基づいてリン酸の補給時
期を決定しリン酸を補給することを特徴とするリン酸型
燃料電池の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2320736A JP2647551B2 (ja) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | リン酸型燃料電池の運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2320736A JP2647551B2 (ja) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | リン酸型燃料電池の運転方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04192263A JPH04192263A (ja) | 1992-07-10 |
| JP2647551B2 true JP2647551B2 (ja) | 1997-08-27 |
Family
ID=18124732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2320736A Expired - Lifetime JP2647551B2 (ja) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | リン酸型燃料電池の運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2647551B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017037803A (ja) * | 2015-08-11 | 2017-02-16 | 日産自動車株式会社 | 交流電圧シャント装置及び電力調整システムの制御方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60236464A (ja) * | 1984-05-10 | 1985-11-25 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 燃料電池の電解質保持量監視方法 |
| JPS6119072A (ja) * | 1984-07-06 | 1986-01-27 | Nippon Nenryo Gijutsu Kaihatsu Kk | 燃料電池発電プラント |
| JPS61279071A (ja) * | 1985-06-05 | 1986-12-09 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
-
1990
- 1990-11-27 JP JP2320736A patent/JP2647551B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017037803A (ja) * | 2015-08-11 | 2017-02-16 | 日産自動車株式会社 | 交流電圧シャント装置及び電力調整システムの制御方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04192263A (ja) | 1992-07-10 |
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