JP3375981B2 - 固体電解質型燃料電池モジュールの点検方法 - Google Patents

固体電解質型燃料電池モジュールの点検方法

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】この発明は、固体電解質を使用し
た燃料電池に関し、特に筒状をなす複数の単セルを組合
わせたモジュールについての動作状態を点検する方法に
関するものである。 【0002】 【従来の技術】固体電解質型燃料電池は、イットリア安
定化ジルコニア(YSZ)やカルシア安定化ジルコニア
(CSZ)などの固体電解質を挟んで、例えばペロブス
カイト型ランタン系複合酸化物からなる空気電極(陽
極)とニッケルなどを主体とする燃料電極(陰極)とを
設け、固体電解質を介した燃料ガスと空気との酸化還元
反応により起電力を得るものである。この種の燃料電池
では燃料ガス流路と空気流路とを気密状態に分離する必
要があるので、従来では、例えば固体電解質を筒状に形
成し、その内周面および外周面に前記各電極を設けるこ
とが行われている。また単セルで得られる電力が少ない
ので、従来では複数の単セルを直並列に接続してモジュ
ールを構成し、これを更に複数使用して所要の電力を得
ている。 【0003】図2は6本の円筒型単セル1によって構成
したモジュールの断面図であって、ここに示す各単セル
1は、円筒型の固体電解質2の内周面に空気電極3を形
成するとともに、固体電解質2の外周面に一部切欠いた
状態に燃料電極4を形成し、さらに空気電極3に導通し
たインターコネクター5を、燃料電極4を切欠いてある
部分に突設した構造である。これらの単セル1は、陽極
側集電子6の外周に互いに密着して配置され、各々のイ
ンターコネクター5を陽極側集電子6の外周面に設けた
導電性フェルト7に電気的な導通状態に接触させてい
る。さらにこれらの全体は、円筒状の陰極側集電子8に
収容されており、各単セル1の燃料電極4が陰極側集電
子8の内周面に設けた導電性フェルト9に電気的な導通
状態に接触している。そして各単セル1の中心部が空気
流路10となり、また各単セル1の外周部が水素ガス等
の燃料ガス流路11となっている。 【0004】また図3に示すモジュールは、1対の集電
板12,13の間に9本の単セル1を3列3行のマトリ
ックス状に配列して構成したものであり、図3の縦方向
に並ぶ各列の単セル1は、そのインターコネクター5を
隣接する単セル1の燃料電極4の外周面に導電性フェル
ト14を介して電気的に接続しており、さらに図3の
方向に並ぶ各行の単セル1は燃料電極4同士を導電性フ
ェルト14を介して電気的に接続している。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】したがって図2に示す
モジュールでは、各流路10,11に空気や燃料ガスを
流すことにより各集電子6,8から電力を取出すことが
でき、また図3に示すモジュールにおいても、各単セル
1の内外周側に空気や燃料ガスを流すことにより、図3
上側の集電板12を陽極、下側の集電板13を陰極と
して電力を得ることができる。このようにして得られる
出力は、各単セル1の出力の総和であるが、各単セル1
は温度や固体電解質2の表面への空気や燃料ガスの供給
状態、固体電解質2の劣化度合いなどによって発電効率
が異なるので、各モジュールの出力を高めるには単セル
1ごとに管理する必要がある。しかしながら上述した従
来のモジュールでは、全体としての出力しか知ることが
できないので、いずれかの単セルの発電効率が悪い場合
であっても、各単セルに均等に空気や燃料ガスを流すこ
とになるため、エネルギー効率が悪くなることがあり、
またいずれかの単セルの発電効率が悪いことによってモ
ジュールの全体としての出力が低下した場合、モジュー
ルとして組み立ててある状態では、発電効率の悪い単セ
ルを知ることができないので、モジュール全体を交換せ
ざるを得ず、メンテナンスコストが高くなるなどの不都
合がある。 【0006】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、モジュールを構成している各単セルの出力状況を
知ることのできる燃料電池モジュールの点検方法を提供
することを目的とするものである。 【0007】 【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、固体電解質を挟んで、空気電極と燃
料電極とが形成されるとともに、空気電極が臨む第1流
路と燃料電極が臨む第2流路とが気密状態に区分された
複数の単セルからなる固体電解質型燃料電池モジュール
の点検方法であって、前記単セルごとにそれぞれの単セ
ルにおける第1流路の流入部での酸素濃度を測定すると
ともに、第1流路の流出部における酸素濃度を測定し、
それらの測定結果を比較することにより各単セルの動作
状態を検出することを特徴とするものである。 【0008】 【作用】この発明で対象とするモジュールは複数の単セ
ルによって構成されるとともに各単セルは、固体電解質
を挟んで酸素電極と燃料電極とを形成し、かつそれぞれ
の電極の臨む箇所に、第1および第2の流路を形成した
構成であり、したがって酸素電極の臨む第1流路に酸素
ガスを含むガスを流し、第2流路に水素ガスなどの燃料
ガスを流すことにより、固体電解質を介した酸化還元反
応が生じる。このような反応に伴って第1流路を通過し
たガスから酸素ガスが消費されるので、第1流路の流入
側での酸素濃度と流出側での酸素濃度を測定することに
より、流入側と流出側での酸素濃度差すなわち酸素消費
量が知られ、これにより単セルでの動作状態を知ること
ができる。 【0009】 【実施例】この発明の方法は、広く一般の固体電解質型
燃料電池のモジュールを対象として実施できるが、以下
の説明では、図2もしくは図3に示すような円筒型単セ
ル1をからなるモジュールを対象とした場合について説
明する。すなわち図2に示すモジュールを対象とする場
合には各単セル1の両端部が外筒部分である陰極側集電
子8の端部から大きく突出しており、陰極側集電子8の
下端部が燃料ガス供給チャンバー20に開口するととも
にその上端部が燃料ガス排出チャンバー21に開口して
いる。また各単セル1の下端部は、燃料ガス供給チャン
バー20を気密状態に貫通して、その下側に設けてある
空気供給チャンバー22に開口し、さらに上端部は、燃
料ガス排出チャンバー21を気密状態に貫通して、その
上側に設けてある空気排出チャンバー23に開口してい
る。したがって空気供給チャンバー22に空気を送り込
めば、その空気は各単セル1の空気流路10に分散して
供給され、また燃料ガス供給チャンバー20に例えば水
素ガスを送り込めば、各燃料ガス流路11に水素ガスが
分散されて供給される。その結果、各単セル1では固体
電解質2を介して酸化還元反応が生じ、発電が行われ
る。すなわち酸素イオンが固体電解質2を透過して燃料
電極4側で水素と化合する。そのため供給された空気中
の酸素は、空気流路10を流れている間に次第に消費さ
れ、その濃度が低下する。 【0010】そこでこの発明では、各単セル1につい
て、図1に示すように空気流路10の流入側での酸素濃
度と流出側での酸素濃度とを、それぞれ酸素センサー2
4,25によって測定し、その測定値を比較することに
より単セル1ごとの動作状況を判定する。すなわち酸素
の消費量が多いほど起電力が多くなるので、発電効率の
良い単セル1では、空気流路10の流入側と流出側とで
の酸素濃度の差が大きくなり、反対に固体電解質2の劣
化などにより発電効率が低下している単セル1では酸素
の消費量が少ないから酸素濃度の差が小さくなる。な
お、酸素センサー24,25としては、空気と水素ガス
とが混合した場合を考慮して、ガルバノ式などの非加熱
型のものを使用することが好ましい。 【0011】 【0012】このようにこの発明の方法では、モジュー
ルとして組立ててある状態で各単セル1について、流入
側と流出側での酸素濃度差を求めて単セル1ごとの動作
状態あるいは出力状態を知ることができる。 【0013】なお、上記の実施例は円筒型単セルからな
るモジュールを例としたものであるが、この発明は上記
の実施例に限られず、円筒型以外の単セルからなるモジ
ュールについても同様に実施することができる。 【0014】 【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
燃料電池モジュールを構成している複数の単セルの一つ
づつについての出力状況を、モジュール全体として発電
を行っている状態で知ることができ、したがってこの発
明では、モジュールに組み立てた状態で単セルごとの管
理を行うことが可能になるので、空気や燃料ガスの供給
を適正化して発電効率を高め、また発電効率の低下した
単セルを発見して交換することによりモジュール全体と
しての発電効率を良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】単セルごとの酸素濃度差を測定する方法を説明
するための説明図である。 【図2】従来の円筒型モジュールの断面図である。 【図3】単セルをマトリックス状に配列した従来のモジ
ュールの断面図である。 【符号の説明】 1…単セル、 2…固体電解質、 3…空気電極、 4
…燃料電極、 10…空気流路、 11…燃料ガス流
路、 24…酸素センサー、 25…酸素センサー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 武憲 東京都江東区木場一丁目5番1号 藤倉 電線株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/04 H01M 8/12

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 固体電解質を挟んで、空気電極と燃料電
    極とが形成されるとともに、空気電極が臨む第1流路と
    燃料電極が臨む第2流路とが気密状態に区分された複数
    の単セルからなる固体電解質型燃料電池モジュールの点
    検方法であって、 前記単セルごとにそれぞれの単セルにおける第1流路の
    流入部での酸素濃度を測定するとともに、第1流路の流
    部における酸素濃度を測定し、それらの測定結果を比
    較することにより各単セルの動作状態を検出することを
    特徴とする固体電解質型燃料電池モジュールの点検方
    法。
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