JP2679298B2 - りん酸形燃料電池のりん酸残量監視装置 - Google Patents
りん酸形燃料電池のりん酸残量監視装置Info
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- JP2679298B2 JP2679298B2 JP1238694A JP23869489A JP2679298B2 JP 2679298 B2 JP2679298 B2 JP 2679298B2 JP 1238694 A JP1238694 A JP 1238694A JP 23869489 A JP23869489 A JP 23869489A JP 2679298 B2 JP2679298 B2 JP 2679298B2
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上得の利用分野〕 この発明はりん酸形燃料電池において、各単電池のマ
トリックスが保持するりん酸量が発電中に飛散して減少
することによって生ずるりん酸不足の監視装置に関す
る。
トリックスが保持するりん酸量が発電中に飛散して減少
することによって生ずるりん酸不足の監視装置に関す
る。
第４図は単電池の一例としてリブ付電極形のりん酸形
単電池の構成を示す斜視図であり、単電池51は電解質と
してのりん酸を保持した多孔質絶縁材からなるマトリッ
クス52と、これを挟持する空気電極（酸化剤電極）53,
水素電極（燃料電極）54とで構成され、電極53および54
は電極触媒を担持するカーボン繊維からなる電極基材の
反電極触媒層側に互いに直交する方向に酸化剤58の通路
53A,燃料ガス59の通路54Fとなる複数の凹溝を備える。
このように構成された単電池51はガス不透過せいの導電
材からなるセパレータ55を介在させて複数層積層されて
単電池の積層体（スタック）を形成する。
単電池の構成を示す斜視図であり、単電池51は電解質と
してのりん酸を保持した多孔質絶縁材からなるマトリッ
クス52と、これを挟持する空気電極（酸化剤電極）53,
水素電極（燃料電極）54とで構成され、電極53および54
は電極触媒を担持するカーボン繊維からなる電極基材の
反電極触媒層側に互いに直交する方向に酸化剤58の通路
53A,燃料ガス59の通路54Fとなる複数の凹溝を備える。
このように構成された単電池51はガス不透過せいの導電
材からなるセパレータ55を介在させて複数層積層されて
単電池の積層体（スタック）を形成する。
第５図は燃料電池スタックの一例を示す側断面図であ
り、単電池51の積層体11はその積層両端面を締付板17に
よって挟持され、一対の締付板を図示しない締付スタッ
ドで連結して積層面に所定の面圧を加えることによって
一体化され、脚18を介して上部筐体を省略して示す下部
筐体19にその下端部が固定される。
り、単電池51の積層体11はその積層両端面を締付板17に
よって挟持され、一対の締付板を図示しない締付スタッ
ドで連結して積層面に所定の面圧を加えることによって
一体化され、脚18を介して上部筐体を省略して示す下部
筐体19にその下端部が固定される。
12は例えば燃料ガス59の入口側マニホールドであり、
スタックの単電池積層数が多い大容量の燃料電池の場
合、複数単電池ブロック11A,11B,11C等に対応して複数
の分割マニホールド12A,12B,12C等に分割され、各単電
池の燃料ガス通路54Fに連通する一方の側面側に気密に
固定される。また、13は発電反応によって水素のかなり
の部分が消費されたオフガス69の出口側マニホールドで
あり、入口側マニホールド12と同様に分割マニホールド
13A,13B,13C等に分割される。入口側の分割マニホール
ド12A,12B,12C等はヘッダー14に連結されて下部筐体19
の外部に引き出され、出口側の分割マニホールド13A,13
B,13C等はヘッダー15に連結されて下部筐体19の外部に
引き出され、ヘッダー14が燃料ガス59の供給系に連結さ
れて燃料ガス59を各分割マニホールドに均等配分すると
ともに、オフガス69は例えば燃料ガス供給系の改質器に
送られて残存水素を燃焼させることにより改質エネルギ
ー源として利用される。なお、スタック11の酸化剤通路
53Aに連通する側面に取り付けられる反応空気の入口，
出口マニホールドについても上述と同様なので説明を省
略する。
スタックの単電池積層数が多い大容量の燃料電池の場
合、複数単電池ブロック11A,11B,11C等に対応して複数
の分割マニホールド12A,12B,12C等に分割され、各単電
池の燃料ガス通路54Fに連通する一方の側面側に気密に
固定される。また、13は発電反応によって水素のかなり
の部分が消費されたオフガス69の出口側マニホールドで
あり、入口側マニホールド12と同様に分割マニホールド
13A,13B,13C等に分割される。入口側の分割マニホール
ド12A,12B,12C等はヘッダー14に連結されて下部筐体19
の外部に引き出され、出口側の分割マニホールド13A,13
B,13C等はヘッダー15に連結されて下部筐体19の外部に
引き出され、ヘッダー14が燃料ガス59の供給系に連結さ
れて燃料ガス59を各分割マニホールドに均等配分すると
ともに、オフガス69は例えば燃料ガス供給系の改質器に
送られて残存水素を燃焼させることにより改質エネルギ
ー源として利用される。なお、スタック11の酸化剤通路
53Aに連通する側面に取り付けられる反応空気の入口，
出口マニホールドについても上述と同様なので説明を省
略する。
このように構成された燃料電池スタックに燃料ガスお
よび反応空気を供給し、かつその作動温度を190℃前後
に保持して発電運転を持続して行なった場合、各単電池
51の酸化剤電極53側に主に発生する生成水の蒸気が電極
基板層を透過して酸化剤通路53A側に放出される際、こ
の水蒸気とともにりん酸が酸化剤通路側に一緒に飛散
し、マトリックス52が保持するりん酸残量が徐々にでは
あるが減少し、やがてはりん酸不足が発生する。りん酸
の不足は電極触媒の活せいを低下させるので、高負荷時
の発電電圧の低下を大きくするとともに、りん酸不足が
電極内で不均等に発生した場合には各単電池を直列に流
れる負荷電流によって健全部分の電流密度が高まるの
で、この部分が過負荷になって単電池を損傷する危険せ
いがある。さらにりん酸不足が進行すると、燃料ガスと
酸化剤との差圧によってガスクロスが発生して燃料電池
内部に爆鳴気が発生する。
よび反応空気を供給し、かつその作動温度を190℃前後
に保持して発電運転を持続して行なった場合、各単電池
51の酸化剤電極53側に主に発生する生成水の蒸気が電極
基板層を透過して酸化剤通路53A側に放出される際、こ
の水蒸気とともにりん酸が酸化剤通路側に一緒に飛散
し、マトリックス52が保持するりん酸残量が徐々にでは
あるが減少し、やがてはりん酸不足が発生する。りん酸
の不足は電極触媒の活せいを低下させるので、高負荷時
の発電電圧の低下を大きくするとともに、りん酸不足が
電極内で不均等に発生した場合には各単電池を直列に流
れる負荷電流によって健全部分の電流密度が高まるの
で、この部分が過負荷になって単電池を損傷する危険せ
いがある。さらにりん酸不足が進行すると、燃料ガスと
酸化剤との差圧によってガスクロスが発生して燃料電池
内部に爆鳴気が発生する。
このような不都合を回避するためにはマトリックスが
保持するりん酸残量を監視することが重要であり、従来
高負荷時の発電電圧の低下度を監視する方法、起動時に
おける無負荷電圧の低下度を監視する方法、筐体外部か
ら単電池に差圧を加えてガス透過量を測定する方法等が
知られている。
保持するりん酸残量を監視することが重要であり、従来
高負荷時の発電電圧の低下度を監視する方法、起動時に
おける無負荷電圧の低下度を監視する方法、筐体外部か
ら単電池に差圧を加えてガス透過量を測定する方法等が
知られている。
燃料電池スタックの単電池積層数が多い場合、高負荷
状態または無負荷状態の発電電圧の高低度を検出する従
来方法では、かなりの数の単電池でりん酸不足が生じな
いと電圧の高低度を検出できず、単電池の局部的りん酸
不足を見逃してしまうという問題が生じやすく、電圧低
下が検知された時点では単電池にかなりの損傷が生じて
しまっているという事態を回避できない欠点がある。ま
た、運転停止中に外部からガス圧を加えてそのガス透過
量を測定する従来方法では、局部的なりん酸不足を生じ
た単電池に対してきびしい条件となり、単電池に加えた
差圧によってりん酸不足を生じた部分が吹き抜けてしま
うという危険せいが存在する。
状態または無負荷状態の発電電圧の高低度を検出する従
来方法では、かなりの数の単電池でりん酸不足が生じな
いと電圧の高低度を検出できず、単電池の局部的りん酸
不足を見逃してしまうという問題が生じやすく、電圧低
下が検知された時点では単電池にかなりの損傷が生じて
しまっているという事態を回避できない欠点がある。ま
た、運転停止中に外部からガス圧を加えてそのガス透過
量を測定する従来方法では、局部的なりん酸不足を生じ
た単電池に対してきびしい条件となり、単電池に加えた
差圧によってりん酸不足を生じた部分が吹き抜けてしま
うという危険せいが存在する。
この発明の目的は、燃料電池スタックの発電運転を停
止することなく、りん酸残量の不足を早期にかつ精度よ
く検出することにある。
止することなく、りん酸残量の不足を早期にかつ精度よ
く検出することにある。
上記課題を解決するために、この発明によれば、電解
質としてのりん酸を保持したマトリックス，このマトリ
ックスを挟持する燃料極および酸化剤極を有する単電池
複数個の積層体からなり複数の単電池ブロックごとに分
割された給排一対の燃料ガスマニホールドおよび酸化剤
マニホールドを有する燃料電池スタックと、この燃料電
池スタックを収納する筐体とを有するりん酸型燃料電池
において、前記燃料ガスの出口側マニホールドそれぞれ
に一方端が連結されて燃料ガスのオフガスを前記筐体外
部に導くオフガス採取管と、前記酸化剤の出口側マニホ
ールドそれぞれに一方端が連結されてオフ空気を前記筐
体外部に導くオフ空気採取管と、前記複数のオフガス採
取管に切換可能に連結されてオフガス中の酸素濃度を検
知して電気信号を発する酸素濃度センサと、前記複数の
オフ空気採取管に切換可能に連結されてオフ空気中の水
素濃度，二酸化炭素濃度の少なくとも一方を検知して電
気信号を発する燃料ガス濃度センサと、前記酸素濃度セ
ンサ，燃料ガス濃度センサの出力信号がそれぞれ所定の
レベルを超えたとき前記単電池ブロックに包含される単
電池にりん酸残量の不足が生じたものと判断して信号を
発する判断部とを備えてなるものとする。
質としてのりん酸を保持したマトリックス，このマトリ
ックスを挟持する燃料極および酸化剤極を有する単電池
複数個の積層体からなり複数の単電池ブロックごとに分
割された給排一対の燃料ガスマニホールドおよび酸化剤
マニホールドを有する燃料電池スタックと、この燃料電
池スタックを収納する筐体とを有するりん酸型燃料電池
において、前記燃料ガスの出口側マニホールドそれぞれ
に一方端が連結されて燃料ガスのオフガスを前記筐体外
部に導くオフガス採取管と、前記酸化剤の出口側マニホ
ールドそれぞれに一方端が連結されてオフ空気を前記筐
体外部に導くオフ空気採取管と、前記複数のオフガス採
取管に切換可能に連結されてオフガス中の酸素濃度を検
知して電気信号を発する酸素濃度センサと、前記複数の
オフ空気採取管に切換可能に連結されてオフ空気中の水
素濃度，二酸化炭素濃度の少なくとも一方を検知して電
気信号を発する燃料ガス濃度センサと、前記酸素濃度セ
ンサ，燃料ガス濃度センサの出力信号がそれぞれ所定の
レベルを超えたとき前記単電池ブロックに包含される単
電池にりん酸残量の不足が生じたものと判断して信号を
発する判断部とを備えてなるものとする。
上記手段において、出口側マニホールド内のオフガス
およびオフ空気をそれぞれ採取管によって採取し、オフ
空気中の水素濃度，二酸化炭素（CO2）濃度，またはオ
フガス中の酸素濃度をそれぞれガスセンサにより検出し
て電気信号に変換するよう構成したことにより、マトリ
ックスのりん酸残量が局部的にでも減少してガス透過せ
いが増すと、まず分子量の小さい水素（H2）がマトリッ
クスを透過してオフ空気中の水素濃度が増すので、オフ
空気中の水素濃度を燃料ガス漏れセンサとしての水素ガ
スセンサで検知し、例えばその濃度または濃度の上昇速
度が所定レベルを超えたとき、判断部が報知信号を発す
ることにより、りん酸残量の減少を早期かつ精度よく検
知できる。
およびオフ空気をそれぞれ採取管によって採取し、オフ
空気中の水素濃度，二酸化炭素（CO2）濃度，またはオ
フガス中の酸素濃度をそれぞれガスセンサにより検出し
て電気信号に変換するよう構成したことにより、マトリ
ックスのりん酸残量が局部的にでも減少してガス透過せ
いが増すと、まず分子量の小さい水素（H2）がマトリッ
クスを透過してオフ空気中の水素濃度が増すので、オフ
空気中の水素濃度を燃料ガス漏れセンサとしての水素ガ
スセンサで検知し、例えばその濃度または濃度の上昇速
度が所定レベルを超えたとき、判断部が報知信号を発す
ることにより、りん酸残量の減少を早期かつ精度よく検
知できる。
また、りん酸残量がさらに減ってマトリックスのガス
透過せいが増加すと、水素に比べて分子量の大きい酸素
O2,さらには二酸化炭素（CO2）がマトリックスを透過
し、オフガス中の例えば酸素濃度が増すので、これを酸
化剤漏れセンサとしての例えば酸素濃度センサで電気信
号に変換し、所定濃度を超えたとき判断部が警報を発す
ることにより、りん酸残量の低下が著しく進んだことを
知ることができ、この警報によって燃料電池スタックの
運転を停止すれば、損傷の拡大を阻止することができ
る。また、分割マニホールドそれぞれのオフガス，オフ
空気を順次検知することにより、りん酸残量の減少がど
の単電池ブロックで発生したかを標定できる。
透過せいが増加すと、水素に比べて分子量の大きい酸素
O2,さらには二酸化炭素（CO2）がマトリックスを透過
し、オフガス中の例えば酸素濃度が増すので、これを酸
化剤漏れセンサとしての例えば酸素濃度センサで電気信
号に変換し、所定濃度を超えたとき判断部が警報を発す
ることにより、りん酸残量の低下が著しく進んだことを
知ることができ、この警報によって燃料電池スタックの
運転を停止すれば、損傷の拡大を阻止することができ
る。また、分割マニホールドそれぞれのオフガス，オフ
空気を順次検知することにより、りん酸残量の減少がど
の単電池ブロックで発生したかを標定できる。
以下この発明を実施例に基づいて説明する。
第１図はこの発明の実施例であるりん酸残量監視装置
の採取管部分を含むりん酸形燃料電池の概略側断面図、
第２図は実施例におけるりん酸残量監視装置の構成図、
第３図は実施例における漏れガス濃度の経時変化特せい
線図であり、従来技術と同じ部分には同一参照符号を用
いることにより詳細な説明を省略する。第１図におい
て、単電池ブロック11A,11B,11C等に対応して分割され
た燃料ガス59の出口側マニホールド13A,13B,13C等に
は、例えばふっ素樹脂パイプ等からなるオフガス採取管
21,22,23等の一方端がそれぞれ連結され、それぞれの採
取管の他方端は下部筐体19を例えば気密に貫通して外部
に引き出され、発電反応によって水素のかなりの部分が
消費されたオフガス69の一部分が採取される。また、酸
化剤マニホールド側についても同様であり、単電池ブロ
ックの分割数が６である場合、第２図に示すように参照
番号21から26まで６本のオフガス採取管０が引き出され
るとともに、参照番号31から36まで６本のオフ空気採取
管30が引き出される。
の採取管部分を含むりん酸形燃料電池の概略側断面図、
第２図は実施例におけるりん酸残量監視装置の構成図、
第３図は実施例における漏れガス濃度の経時変化特せい
線図であり、従来技術と同じ部分には同一参照符号を用
いることにより詳細な説明を省略する。第１図におい
て、単電池ブロック11A,11B,11C等に対応して分割され
た燃料ガス59の出口側マニホールド13A,13B,13C等に
は、例えばふっ素樹脂パイプ等からなるオフガス採取管
21,22,23等の一方端がそれぞれ連結され、それぞれの採
取管の他方端は下部筐体19を例えば気密に貫通して外部
に引き出され、発電反応によって水素のかなりの部分が
消費されたオフガス69の一部分が採取される。また、酸
化剤マニホールド側についても同様であり、単電池ブロ
ックの分割数が６である場合、第２図に示すように参照
番号21から26まで６本のオフガス採取管０が引き出され
るとともに、参照番号31から36まで６本のオフ空気採取
管30が引き出される。
筐体19の外部に引き出された６本のオフガス採取管20
はそれぞれ開閉弁28を介して共通の調整弁29の入口に連
結され、弁29の出口側に連結された酸化剤漏れセンサと
しての酸素濃度センサ２に採取したオフガス69が供給さ
れる。また６本のオフ空気採取管30はそれぞれ開閉弁38
を介して共通の調整弁39の入口側に連結され、弁39の出
口側に連結した燃料ガス漏れセンサとしての水素濃度セ
ンサ３に採取したオフ空気68が供給される。なお水素濃
度センサ３に並列に二酸化炭素濃度センサを設けてもよ
く、酸素濃度センサ２の出力側には判断部４が，水素濃
度センサ３の出力側には判断部５が設けられる。
はそれぞれ開閉弁28を介して共通の調整弁29の入口に連
結され、弁29の出口側に連結された酸化剤漏れセンサと
しての酸素濃度センサ２に採取したオフガス69が供給さ
れる。また６本のオフ空気採取管30はそれぞれ開閉弁38
を介して共通の調整弁39の入口側に連結され、弁39の出
口側に連結した燃料ガス漏れセンサとしての水素濃度セ
ンサ３に採取したオフ空気68が供給される。なお水素濃
度センサ３に並列に二酸化炭素濃度センサを設けてもよ
く、酸素濃度センサ２の出力側には判断部４が，水素濃
度センサ３の出力側には判断部５が設けられる。
上述のように構成されたりん酸残量監視装置におい
て、酸素濃度センサ２および水素濃度センサ３としては
接触燃焼式や電気化学反応式，あるいは半導体吸着式な
どの化学センサが用いられ、例えば弁28をオフス採取管
21,22,23の順で一つ宛順次開き弁29で流量調整されたオ
フガス69を酸素濃度センサ２に所定時間づつ流すことに
よりオフガス69中に漏れた酸素濃度を監視することがで
きる。また、水素濃度センサ３側についても同様であ
り、オフ空気採取管31,32,33の順でオフ空気68中の水素
濃度を所定の周期で繰り返し監視することができる。
て、酸素濃度センサ２および水素濃度センサ３としては
接触燃焼式や電気化学反応式，あるいは半導体吸着式な
どの化学センサが用いられ、例えば弁28をオフス採取管
21,22,23の順で一つ宛順次開き弁29で流量調整されたオ
フガス69を酸素濃度センサ２に所定時間づつ流すことに
よりオフガス69中に漏れた酸素濃度を監視することがで
きる。また、水素濃度センサ３側についても同様であ
り、オフ空気採取管31,32,33の順でオフ空気68中の水素
濃度を所定の周期で繰り返し監視することができる。
第３図は実施例における漏れガス濃度の経時変化特せ
い線図であり、曲線101はオフ空気68中の水素濃度を一
つのオフ空気採取管について示す特せい曲線、曲線102
はオフガス69の酸素濃度を一つのオフガス採取管につい
て示す特せい曲線である。図において、オフ空気中の水
素濃度Chは運転初期において200ppmオーダの最期濃度か
ら運転時間の経過とともに徐々に増加する傾向を示す
が、t1時間後約1000ppmに到達した時点で水素濃度の増
加率が急増する曲線の屈折点を示し、その後は時間の経
過とともに水素濃度Chが104ppm,105ppmと急増する。こ
れに対してオフガス中の酸素濃度Coはt1時間経過時点で
は最期濃度100ppmより僅かに増加した程度であり、t2時
間経過時点で800ppmオーダに到達した時点で酸素濃度の
増加率が僅かに増大する傾向を示し、この時点における
オフ空気中の水素濃度はすでに105ppmオーダに達して爆
鳴気が生成する。
い線図であり、曲線101はオフ空気68中の水素濃度を一
つのオフ空気採取管について示す特せい曲線、曲線102
はオフガス69の酸素濃度を一つのオフガス採取管につい
て示す特せい曲線である。図において、オフ空気中の水
素濃度Chは運転初期において200ppmオーダの最期濃度か
ら運転時間の経過とともに徐々に増加する傾向を示す
が、t1時間後約1000ppmに到達した時点で水素濃度の増
加率が急増する曲線の屈折点を示し、その後は時間の経
過とともに水素濃度Chが104ppm,105ppmと急増する。こ
れに対してオフガス中の酸素濃度Coはt1時間経過時点で
は最期濃度100ppmより僅かに増加した程度であり、t2時
間経過時点で800ppmオーダに到達した時点で酸素濃度の
増加率が僅かに増大する傾向を示し、この時点における
オフ空気中の水素濃度はすでに105ppmオーダに達して爆
鳴気が生成する。
上述のように、オフ空気中の水素濃度起Chとオフガス
中の酸素濃度Coとの間に差が生ずる理由は水素分子
（H2）と酸素分子（O2）との大きさの差によるものであ
る。したがって、水素濃度センサ３側の判断部５の設定
信号を5Sとした場合、設定信号5Sを曲線101の屈折点の
濃度Ch1≒1000ppm程度に設定し、水素濃度センサ３の出
力信号3Sが設定信号5Sのレベルを超えたとき報知信号5F
を出力するか、あるいは設定信号5Sを屈折点直後の濃度
の増加率ΔCh/Δｔに設定し、信号3Sの変化率が設定レ
ベルを超えて急増したとき報知信号5Fを出力することに
より、りん酸残量の低下を早期に検知することができ
る。また、りん酸残量の低下がどの単電池ブロックで生
じたかを複数のオフ空気採取管のいずれを水素濃度セン
サに接続するかによって標定できるので、この標定結果
に基づいてりん酸の補給を行うことにより、りん酸の補
給作業を容易化できる利点が得られる。
中の酸素濃度Coとの間に差が生ずる理由は水素分子
（H2）と酸素分子（O2）との大きさの差によるものであ
る。したがって、水素濃度センサ３側の判断部５の設定
信号を5Sとした場合、設定信号5Sを曲線101の屈折点の
濃度Ch1≒1000ppm程度に設定し、水素濃度センサ３の出
力信号3Sが設定信号5Sのレベルを超えたとき報知信号5F
を出力するか、あるいは設定信号5Sを屈折点直後の濃度
の増加率ΔCh/Δｔに設定し、信号3Sの変化率が設定レ
ベルを超えて急増したとき報知信号5Fを出力することに
より、りん酸残量の低下を早期に検知することができ
る。また、りん酸残量の低下がどの単電池ブロックで生
じたかを複数のオフ空気採取管のいずれを水素濃度セン
サに接続するかによって標定できるので、この標定結果
に基づいてりん酸の補給を行うことにより、りん酸の補
給作業を容易化できる利点が得られる。
一方水素に比べて分子の大きい酸素濃度Coの増加はり
ん酸残量の低下度合いが進んだことを意味するので、例
えば水素濃度Ch2≒４×104ppmに対応する酸素濃度Co1を
判断部４の設定信号4Sの設定レベルの上限値とし、酸素
濃度センサ２の出力信号2Sが設定信号4Sのレベルに達し
たとき警報4Aを出力し、この警報信号4Aによって燃料電
池の運転を停止することにより、りん酸残量の低下に基
因する爆鳴気の生成を回避して燃料電池の安全せいを確
保することができる。なお、二酸化炭素（CO2）は酸素
に比べて分子の大きさがさらに大きいので、CO2濃度セ
ンサを設ければ、大きなガスクロスを検出することに利
用できる。
ん酸残量の低下度合いが進んだことを意味するので、例
えば水素濃度Ch2≒４×104ppmに対応する酸素濃度Co1を
判断部４の設定信号4Sの設定レベルの上限値とし、酸素
濃度センサ２の出力信号2Sが設定信号4Sのレベルに達し
たとき警報4Aを出力し、この警報信号4Aによって燃料電
池の運転を停止することにより、りん酸残量の低下に基
因する爆鳴気の生成を回避して燃料電池の安全せいを確
保することができる。なお、二酸化炭素（CO2）は酸素
に比べて分子の大きさがさらに大きいので、CO2濃度セ
ンサを設ければ、大きなガスクロスを検出することに利
用できる。
この発明は前述のように、単電池ブロックごとに複数
分割されたマニホールドそれぞれから採取管によってオ
フ空気およびオフガスを採取し、オフ空気中の水素濃度
およびオフガス中の酸素濃度等をそれぞれガスセンサに
よって検出し、判断部によりその検出濃度または濃度の
増加率が所定レベルを超えたときりん酸残量の低下を報
知する信号を発するよう構成した。その結果、りん酸残
量の低下によってガスクロスするオフ空気側の水素濃度
およびその変化量がオフガス側の酸素濃度およびその変
化量に比べて大きいことを利用して水素濃度センサによ
ってりん酸残量の低下を早期かつ単電池ブロック別に検
知でき、また酸素または二酸化炭素の検出によって爆鳴
気の生成を回避する警報を出力できるので、燃料電池の
運転を停止することなくりん酸残量の低下とその程度を
およその位置標定を含めて検知できるりん酸残量監視装
置を備えた燃料電池を提供することができる。
分割されたマニホールドそれぞれから採取管によってオ
フ空気およびオフガスを採取し、オフ空気中の水素濃度
およびオフガス中の酸素濃度等をそれぞれガスセンサに
よって検出し、判断部によりその検出濃度または濃度の
増加率が所定レベルを超えたときりん酸残量の低下を報
知する信号を発するよう構成した。その結果、りん酸残
量の低下によってガスクロスするオフ空気側の水素濃度
およびその変化量がオフガス側の酸素濃度およびその変
化量に比べて大きいことを利用して水素濃度センサによ
ってりん酸残量の低下を早期かつ単電池ブロック別に検
知でき、また酸素または二酸化炭素の検出によって爆鳴
気の生成を回避する警報を出力できるので、燃料電池の
運転を停止することなくりん酸残量の低下とその程度を
およその位置標定を含めて検知できるりん酸残量監視装
置を備えた燃料電池を提供することができる。
また、無負荷状態または負荷状態の電圧の低下により
りん酸残量を検知する従来方法に比べて燃料電池の局部
的りん酸不足の検出感度が高く、かつ単電池ブロックご
とに採取管を設けたことにより局部的なりん酸残量の低
下の検出精度がより一層高まるので、りん酸の補給タイ
ミングが適正化されてりん酸不足に基づく単電池の劣化
を阻止できるとともに、りん酸の補給を必要とする単電
池の特定が容易化されることにより、補給作業を省力化
できる利点が得られる。
りん酸残量を検知する従来方法に比べて燃料電池の局部
的りん酸不足の検出感度が高く、かつ単電池ブロックご
とに採取管を設けたことにより局部的なりん酸残量の低
下の検出精度がより一層高まるので、りん酸の補給タイ
ミングが適正化されてりん酸不足に基づく単電池の劣化
を阻止できるとともに、りん酸の補給を必要とする単電
池の特定が容易化されることにより、補給作業を省力化
できる利点が得られる。
第１図はこの発明の実施例であるりん酸残量監視装置の
採取管部分を含むりん酸形燃料電池の概略側断面図、第
２図は実施例におけるりん酸残量監視装置を示す構成
図、第３図は実施例における漏れガス濃度の経時変化特
せい線図、第４図は単電池の構成の一例を示す斜視図、
第５図は燃料電池スタックの一例を示す側断面図であ
る。 ２……酸素濃度センサ、３……水素濃度センサ、4,5…
…判断部、20,21,22,23,…26……オフガス採取管、30,3
1,32,…36……オフ空気採取管、28,38……弁、29,30…
…調整弁、11……単電池の積層体、11A,11B,11C……単
電池ブロック、12A,12B,12C……分割された入口側マニ
ホールド、13A,13B,13C……分割された出口側マニホー
ルド、14,15……ヘッダー、19……下部筐体、51……単
電池、52……マトリックス、53,54……電極、58……酸
化剤（反応空気）、59……燃料ガス、68……オフ空気、
69……オフガス。
採取管部分を含むりん酸形燃料電池の概略側断面図、第
２図は実施例におけるりん酸残量監視装置を示す構成
図、第３図は実施例における漏れガス濃度の経時変化特
せい線図、第４図は単電池の構成の一例を示す斜視図、
第５図は燃料電池スタックの一例を示す側断面図であ
る。 ２……酸素濃度センサ、３……水素濃度センサ、4,5…
…判断部、20,21,22,23,…26……オフガス採取管、30,3
1,32,…36……オフ空気採取管、28,38……弁、29,30…
…調整弁、11……単電池の積層体、11A,11B,11C……単
電池ブロック、12A,12B,12C……分割された入口側マニ
ホールド、13A,13B,13C……分割された出口側マニホー
ルド、14,15……ヘッダー、19……下部筐体、51……単
電池、52……マトリックス、53,54……電極、58……酸
化剤（反応空気）、59……燃料ガス、68……オフ空気、
69……オフガス。
Claims (2)
- 【請求項１】電解質としてのりん酸を保持したマトリッ
クス、前記マトリッスを挟持する燃料極および酸化剤極
を有する単電池複数個の積層体からなり複数の単電池ブ
ロックごとに分割された給排一対の燃料ガスマニホール
ドおよび酸化剤マニホールドを有する燃料電池スタック
からなるりん酸型燃料電池において、 各単電池の燃料ガス出口側マニホールドの各々に設けら
れ、前記各燃料ガス出口側マニホールドのオフガスを採
取するオフガス採取管と、 前記各オフガス採取管のそれぞれと切替可能に連結され
てオフガス中の酸素濃度を検知して電気信号を発する酸
素濃度センサと、 前記酸素濃度センサの出力信号が所定のレベルを超えた
とき報知信号を発する判断部を備えてなるりん酸型燃料
電池のりん酸残量監視装置。 - 【請求項２】電解質としてのりん酸を保持したマトリッ
クス、前記マトリッスを挟持する燃料極および酸化剤極
を有する単電池複数個の積層体からなり複数の単電池ブ
ロックごとに分割された給排一対の燃料ガスマニホール
ドおよび酸化剤マニホールドを有する燃料電池スタック
からなるりん酸型燃料電池において、 各単電池の燃料ガス出口側マニホールドの各々に設けら
れ、前記各燃料ガス出口側マニホールドのオフガスを採
取するオフガス採取管と、各単電池の酸化剤出口側マニ
ホールドの各々に設けられ、前記各酸化剤出口側マニホ
ールドのオフ空気を採取するオフ空気採取管と、 前記各オフガス採取管のそれぞれと切替可能に連結され
てオフガス中の酸素濃度を検知して電気信号を発する酸
素濃度センサと、前記各オフ空気採取管のそれぞれと切
替可能に連結されてオフ空気中の水素濃度、二酸化炭素
濃度の少なくとも一方を検知して電気信号を発する燃料
ガス濃度センサと、 前記酸素濃度センサ、燃焼ガス濃度センサの出力信号が
それぞれの所定のレベルを超えたときに報知信号を発す
る判断部を備えてなるりん酸型燃料電池のりん酸残量監
視装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1238694A JP2679298B2 (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | りん酸形燃料電池のりん酸残量監視装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1238694A JP2679298B2 (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | りん酸形燃料電池のりん酸残量監視装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03101061A JPH03101061A (ja) | 1991-04-25 |
| JP2679298B2 true JP2679298B2 (ja) | 1997-11-19 |
Family
ID=17033911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1238694A Expired - Lifetime JP2679298B2 (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | りん酸形燃料電池のりん酸残量監視装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2679298B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19620501C1 (de) * | 1996-05-22 | 1997-06-19 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung |
| DE10039959A1 (de) * | 2000-08-16 | 2002-03-07 | Siemens Ag | Verfahren zur Regelung der Brennstoffkonzentration in der Anodenflüssigkeit einer Brennstoffzelle und zugehörige Vorrichtung |
| KR100625968B1 (ko) * | 2002-10-14 | 2006-09-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료전지 시스템 |
| JP4604479B2 (ja) * | 2003-11-19 | 2011-01-05 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムにおける電解質膜の劣化判定方法 |
| JP4547603B2 (ja) * | 2003-12-12 | 2010-09-22 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池の劣化判定装置 |
| JP2012174397A (ja) * | 2011-02-18 | 2012-09-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体高分子形燃料電池の寿命予測方法及びそれを使用する固体高分子形燃料電池発電システム |
| FR3001580B1 (fr) | 2013-01-30 | 2018-03-16 | Areva Stockage D'energie | Procede de detection d'une fuite de fluide reducteur au travers d'une membrane electrolytique d'une cellule electrochimique |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60158557A (ja) * | 1984-01-27 | 1985-08-19 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池発電システム |
| JPS6188463A (ja) * | 1984-10-08 | 1986-05-06 | Fuji Electric Co Ltd | マトリツクス形燃料電池の内部漏気量測定方法 |
| JPS63226887A (ja) * | 1987-03-16 | 1988-09-21 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃料電池の性能測定装置 |
| JPS6430174A (en) * | 1987-07-24 | 1989-02-01 | Hitachi Ltd | Fuel cell power generating system |
-
1989
- 1989-09-14 JP JP1238694A patent/JP2679298B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03101061A (ja) | 1991-04-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040224 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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| A02 | Decision of refusal |
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