JP3455392B2

JP3455392B2 - 燃料電池の特性診断方法および燃料電池の運転方法

Info

Publication number: JP3455392B2
Application number: JP10958897A
Authority: JP
Inventors: 弘志堀内; 和孝堀田; 芳一松本
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-04-25
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 2003-10-14
Anticipated expiration: 2017-04-25
Also published as: JPH10302823A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、燃料ガスと空気
とを供給し、電気化学反応によって外部に電力を取り出
す燃料電池の特性診断方法および燃料電池の運転方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、特にりん酸型燃料電池にお
いては２万時間を超える運転寿命が実証機でも実証され
ており、実用機での信頼性の確保の見通しが得られつつ
ある。現段階における燃料電池の実用化のための課題と
しては、低コスト化や信頼性向上といった設計段階での
技術開発とは別に、運転信頼性向上を目的とした実フィ
ールドでの運転方法の適正化のための技術開発も必要と
なってきている。特に、過剰な保護回路や冗長設計は低
コスト化の妨げの原因となり、実フィールドにおける実
質的な運転方法に応じた必要最小限の保護機能に集約す
べきである。

【０００３】ところで、燃料電池の運転信頼性を低下さ
せる要因としては、下記の２通りがある。（１）外乱による機能低下流量計等センサー類や制御装置の誤動作や故障、改質器
や変成器性能低下等の外部システムの機能低下によるも
の（２）燃料電池内部の機能低下電極活性低下や電極内ガス拡散性低下、電解質の散逸に
よる電解質不足等の電池内部の機能低下によるもの燃料
電池の運転信頼性を低下させる多くは上記（１）の外乱
による機能低下が原因で不可逆的な損傷を受けて機能低
下する場合であり、運転中の外乱発生を防止する一方
で、外乱発生の早期発見の方法も重要な課題の一つにな
っている。

【０００４】従来の外乱発生の早期発見の方法として
は、（１）電池のブロック電圧の計測による方法、
（２）電池ガス出口におけるガス組成分析による方
法、（３）電池ガス流路圧損変化による方法等が知られ
ている。これらは「急激な変化」に対応できる、即ち制
御系の誤動作のような「ある瞬間から正常な制御をしな
くなる」ような異常な状況の発生の検知方法として実際
に実機に採用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料電池では、
こうした「急激な変化」を検知する保護機能は必要では
あるが、「電池特性が経時的に変化をきたしてきている
場合」も検知する保護機能も必要である。例えば外乱の
影響によって電極に電解質が浸透してガス拡散性能が低
下する場合があるが、このようなとき、そのままの運転
条件で運転を続行させた場合、セルを損傷させてしまう
おそれがある。こうしたことから、外乱の影響で燃料電
池のセルが経時的に変化したことを診断する手法が必要
であった。

【０００６】その一つの手法として、燃料電池電極内へ
の電解質の浸透の増加については、燃料電池を解体して
電極が吸収した電解質の量を分析することで分かる。即
ち、破壊検査によって状況診断は可能である。しかしな
がら、この破壊検査ではプラントとしての運転を断念せ
ねばならない。非破壊検査の手法による診断が可能なら
ば、診断結果に応じた特性回復のための処置を講じるこ
とができる。

【０００７】こうした非破壊検査の一手法が特開平１−
１２２５７０号公報に示されている。この方法は、定常
運転時の出力電圧、および酸化剤ガスの酸素濃度を定常
運転時よりも高めた運転状態での出力電圧を随時測定
し、各出力電圧、並びに定常運転と高酸素濃度運転の出
力電圧差の経時変化パターンを基にセルの状態変化を診
断する方法である。

【０００８】しかしながら、この診断方法を実機プラン
トに適用する場合には現実的ではない。例えば、２００
ｋＷ容量規模の発電プラントでは、発電のために必要な
空気量（空気極への供給量）は６００Ｎｍ³／ｈ程度で
ある。これを空気の代わりに酸素を代替供給させるため
には１３０Ｎｍ³／ｈ程度の供給量を確保せねばなら
ず、これを７ｍ³の酸素ボンベを用いて供給する場合に
は１時間に２０本の酸素ボンベを消費させることになり
現実的ではなく、しかも複雑な制御変更を行わなければ
ならないといった問題点があった。

【０００９】この発明は、実機プラントにおいて外乱に
よる燃料電池の損傷を容易に回避することができる燃料
電池の特性診断方法を得ることを目的とし、また適正な
運転条件で運転を行う燃料電池の運転方法を得ることを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の燃料電池の特
性診断方法は、空気極に供給する空気流量を定格空気流
量を含む複数レベルの空気流量に変化させて、その際の
それぞれの電池電圧と直流電流を測定し、次に各空気流
量と各直流電流とから得られた空気極の入口および出口
の各酸素濃度から各平均酸素濃度を求め、その後各測定
点の平均酸素濃度と電池電圧との一次回帰により純酸素
濃度における電池電圧の外挿値を求め、この電池電圧と
定格空気流量に対応した定格電池電圧との差から酸素ゲ
インを求め、この酸素ゲインから空気極のガス拡散性能
を診断するものである。

【００１１】請求項２の燃料電池の特性診断方法は、酸
素ゲインから空気極のガス拡散性能を診断するまでの一
連の工程をシーケンス制御するものである。

【００１２】請求項３の燃料電池の特性診断方法は、燃
料極に供給する燃料ガスを定格燃料ガス流量を含む複数
レベルの燃料ガス流量に変化させて、その際のそれぞれ
の電池電圧と直流電流を測定し、次に各燃料ガス流量と
各直流電流とから得られた燃料極の入口および出口の各
水素濃度から各平均水素濃度を求め、その後各測定点の
平均水素濃度と電池電圧との一次回帰により純水素濃度
における電池電圧の外挿値を求め、この電池電圧と定格
水素流量に対応した定格電池電圧との差から水素ゲイン
を求め、この水素ゲインから燃料極のガス拡散性能を診
断するものである。

【００１３】請求項４の燃料電池の特性診断方法は、水
素ゲインから燃料極のガス拡散性能を診断するまでの一
連の工程をシーケンス制御するものである。

【００１４】請求項５の燃料電池の特性診断方法では、
燃料電池はリン酸型燃料電池である。

【００１５】請求項６の燃料電池の運転方法は、空気極
に供給する空気流量を複数レベルの空気流量に変化させ
て、その際のそれぞれの電池電圧と直流電流を測定し、
次に各空気流量と各直流電流とから得られた空気極の入
口および出口の各酸素濃度から各平均酸素濃度を求め、
その後各測定点の平均酸素濃度と電池電圧との一次回帰
による関係式を求め、その後この関係式から空気流量増
加に対する発電効率の利得を求めて適量な空気流量を導
出し、その導出した空気流量で定格運転を行うものであ
る。

【００１６】請求項７の燃料電池の運転方法は、適量な
空気流量を導出し、その導出した空気流量で定格運転を
行うまでの一連の工程をシーケンス制御するものであ
る。

【００１７】請求項８の燃料電池の運転方法は、燃料極
に供給する燃料ガス流量を複数レベルの流量に変化させ
て、その際のそれぞれの電池電圧と直流電流を測定し、
次に各燃料ガス流量と各直流電流とから得られた燃料極
の入口および出口の各水素濃度から各平均水素濃度を求
め、その後各測定点の平均水素濃度と電池電圧との一次
回帰による関係式を求め、その後この関係式から適量な
燃料ガス流量を求め、その燃料ガス流量で定格運転を行
うものである。

【００１８】請求項９の燃料電池の運転方法は、適量な
燃料ガス流量を求め、その燃料ガス流量で定格運転を行
うまでの一連の工程をシーケンス制御するものである。

【００１９】請求項１０の燃料電池の運転方法では、燃
料電池はリン酸型燃料電池である。

【００２０】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．まず、この発明の燃料電池の特性診断方
法の原理について説明する。図１は実機プラントの運転
初期、運転中期および運転終期において、実測したりん
酸型燃料電池への供給空気流量と実測したセル電圧との
関係を示す図である。この図１から、空気流量が増加
する程セル電圧が上昇することが分かる。これは一定の
負荷によって燃料電池内で空気中の酸素が一定量消費さ
れており、供給空気流量が増加するほど燃料電池内の酸
素分圧が上昇するため（酸素分圧は燃料電池入口の酸素
分圧と燃料電池出口の酸素分圧との平均値であり、空気
流量が増加する程、出口の酸素分圧が大きくなるため）
である。燃料ガスに対しても燃料供給ガス流量増加によ
ってセル電圧が上昇するという同様の傾向が見られる。
また、セル電圧の上昇割合（空気流量増に対するセル電
圧増）は運転終期、つまり運転時間が長くなるにしたが
って増大する傾向であることが分かる。これは、運転終
期程、電極内への電解質の浸透の増加等の理由によっ
て、電極内のガス拡散性能が低下しており、空気流量の
影響を受け易いと推定される。

【００２１】燃料電池のセル特性（セル電圧）は、酸素
分圧と水素分圧に依存している。この関係は（式１）、
（式２）で示すことができる。Ｖｃｅｌｌ∝LogＰＯ₂ （式１）Ｖｃｅｌｌ∝LogＰＨ₂ （式２）この関係を用いて、一定の負荷において空気流量と燃料
流量とを各々独立に変化させた試験を行い、各々の電極
の平均分圧の対数を横軸に、縦軸にセル電圧をそれぞれ
プロットすることで、直線関係が得られる。その様子を
図２に示す。

【００２２】図２は空気利用率(空気流量)を変化させた
際のセル電圧変化を示すものである。横軸の平均酸素分
圧（ＰＯ₂）は、燃料電池入口の酸素分圧と出口の酸素
分圧との対数平均を求めたものである。図２の「定格」
の点は定格空気利用率（定格空気流量）のときの、また
「純酸素」の点は純酸素を供給したときの、各々の利用
率と水蒸気分圧とを考慮した入口の酸素分圧と出口の酸
素分圧との対数平均値を示す。各プロット点（◆）は実
測値だが、直線関係が得られていることから、この直線
を外挿し、酸素ゲイン（空気の代わりに純酸素を供給し
た時のセル電圧の上昇値）を求めるための純酸素におけ
るセル特性を推定することができる。即ち、「純酸素」
におけるセル電圧と「定格」におけるセル電圧の差とし
て酸素ゲインを求めることができる。

【００２３】次に、上記の燃料電池の特性診断の妥当性
評価例について説明する。実機サイズのセルを使ったり
ん酸型燃料電池のショートスタックでの検証試験を行っ
た。この検証試験では、通常のセルにおいて外乱を受け
た場合を想定し、電極の経時低下を加速模擬するため
に、電極の撥水性を種々変化させた電極により構成し
た。各々の撥水性毎のセル特性の経時変化の評価と、定
期的な空気利用率評価試験(空気流量変更試験)による酸
素ゲインの経時変化の評価、および解体調査による電極
内へのりん酸吸収量の評価を行った。

【００２４】図３に各電極毎の酸素ゲインの経時変化を
示す。図３中のＡ，Ｂ，Ｃは電極仕様を示し、その内容
は図４に示す通りである。各電極仕様毎に酸素ゲインの
増加速度が異なっている。標準仕様である電極Ａでは殆
ど酸素ゲインは経時変化していないが、撥水性を弱めた
電極Ｂ，Ｃでは徐々に経時増加している。これらの結果
を図４に示す。図４はショートスタックで長期間運転し
た結果であり、各々の電極仕様毎にどれだけ定格特性
（セル電圧）が低下したか、酸素ゲインがどれだけ低下
したか、電極へのりん酸吸収量がどれだけ増加（初期が
100％）したかについて調査した結果を示すものであ
る。

【００２５】図４に示すように、定格特性の低下に対応
して酸素ゲインの増大が見られる。酸素ゲインの増大
は、もっぱらガス拡散性能の低下によるものと推定され
る。ガス拡散性能の低下は、電極内へのりん酸の吸収が
過剰になったことから起きたものと考えられる。分解調
査の結果、確かに電極内のりん酸吸収量が初期より増加
していることが確認できた。しかも、酸素ゲインの増大
幅の大きい電極ほど、りん酸吸収量が多い傾向が見られ
ている。こうした測定結果より、下記の内容が分かる。（１）セル特性低下原因の診断方法としての酸素ゲイ
ンの評価を実機セルでも実施できる。（２）実機セルでの酸素ゲインの増大は、セルの電解
質（りん酸）の吸収増と相関がある。これより、非破壊検査として本発明による特性診断方法
が有効であることが分かる。

【００２６】水素ゲイン（燃料ガスの代わりに純水素を
供給した時のセル電圧上昇値）についても、同様に燃料
流量を変化させる手法で導出することができる。その原
理を図５に示す。図の「定格」点と「純水素」点とのセル電
圧の差が水素ゲインとして計算される値である。この水
素ゲインの値から、今度は燃料極でのガス拡散性能の低
下を定量評価することができる。

【００２７】以上のようにこの発明によれば、実機セル
において、外乱などによって受けたガス拡散性能の低下
の状況を定量的に正しく診断することができる。

【００２８】図６は燃料電池の自動特性診断のシーケン
スフローである。定格条件から順次空気流量を変化させ
ていき、各々の点でのセル電圧値と直流電流値とを測定
することを基本としている。各空気流量の変化幅は、こ
の例では−３％〜＋９％としているが、他のプラントの
制御条件において許容されるならば、変化させる空気流
量を−１０％から＋２０％程度にまで振らせる方が望ま
しい。測定した各点の空気流量での直流電流値を次式に
代入し、また平均酸素濃度は下記のようにして算出でき
る。

【００２９】

【数１】なお、水蒸気排出量は、改質ガスのスチーム／カーボン
比や流量に依存するため、定格条件での水蒸気排出量は
別途計算する必要がある。

【００３０】計算で求めた平均酸素濃度の対数値毎にセ
ル電圧をプロットして一次回帰直線を求めて、純酸素で
の平均酸素濃度でのセル電圧の外挿値を求めて、酸素ゲ
インを算出する。酸素ゲインからのセルの拡散性能の評
価には、ショートスタックや実験室レベルの小型セルで
構築したデータベースからガス拡散性能などのセル状態
を求める。もちろん、こうしたデータベースを用いずと
も、単に求めた酸素ゲインだけから電解質の拡散性能の
概略評価することができる。燃料極側についても同様の
方法で設定することができる。

【００３１】一連の診断は、制御装置内のシーケンスプ
ログラムとして登録しておくことで、容易に実施するこ
とができ、しかも例えば500ｈ毎などに自動的にタイマ
ー設定で実施することで、経時変化を把握して燃料電池
の的確な特性診断結果を得ることができる。

【００３２】なお、空気流量増のほかにも、酸素ゲイン
の増大があまりに顕著な場合には、運転モードの変更な
どによって、電極内に過剰吸収された電解質を電極外に
吐き出させるような処置をとることも考慮できる。ま
た、スタック全体の電圧の場合はもちろん、数枚のセル
を基本単位としたブロック電圧を計測して、各ブロック
電圧毎に酸素ゲインを求めることができれば、診断の精
度が高くなり、対策処置の効果も高くなることが期待で
きる。

【００３３】実施の形態２．次に燃料電池特性回復のた
めの処置について説明する。低下した燃料電池特性を回
復させる手段として、空気流量を増加させる処置をとる
ことは有効であるが、むやみに空気流量を増大させるこ
とは、空気ブロワー消費電力の増大による発電効率低下
を招く。そのため、状況に合った空気流量増量の適正量
の導出が必要である。

【００３４】先に説明した図１に示すように、同一の空
気供給量増加に対するセル電圧の増分は、運転中期のΔ
Ｖ_１より、運転終期のΔＶ_２の方が大きくなっている。
同一の空気供給量増加に伴う補機動力増分は、中期も終
期も同じだが、それに伴う電圧増加による発電効率向上
は、終期の方が大きくなっている。この様子を図につい
て説明する。

【００３５】図７は仕様Ｂの電極における、空気供給量
増加に伴う補機動力増加による発電効率のロス分と、空
気供給量増加に伴うセル特性向上による発電効率向上の
関係を示す。補機動力ロス増に対して特性向上による発
電効率増加が見られる。図７中のブレークイーブン線
は、その線上ではロス分と向上分とが相殺しあった点を
示し、ブレークイーブン線より上ならば全体の効率が向
上し利得になるが、ブレークイーブン線より下ならば全
体の効率が低下し損失になることを意味する。なお、運
転終期にも発電効率増分の極大値があるが、この極大値
は、図７における運転終期の曲線のさらに補機動力ロス
増加側にあり、図７では示されていない。

【００３６】運転初期にはほぼブレークイーブン線上に
あり、定格点よりも空気供給量を増加させても効率増大
は小さい。しかし、運転中期や終期になるにしたがって
発電効率の利得が増大している。そこで、発電効率の利
得分を計算し、適量な空気流量増加分を導出し、適切な
特性回復処置をとることができる。

【００３７】水素については、水素供給量増は補機動力
増ではなく原料投入量増になるため、直接発電効率の低
下に影響する。そのため、発電効率の損失が多くなる。
しかし、外乱などの影響により燃料極側のガス拡散性能
が低下している場合には、燃料電池の信頼性を低下させ
るため、導出された水素ゲインの値に応じて、発電効率
低下を犠牲にして供給燃料ガス量を増大することもやむ
をえないと判断される。

【００３８】図８は燃料電池の運転方法のシーケンスフ
ロー図を示す。この例では、図６の自動特性診断の実施
結果を踏まえて、セル特性が低下していることが判明し
た場合の特性回復処置のシーケンス図を示すものであ
る。基本的には、酸素ゲインが増大している場合には空
気流量増に対する特性回復度合いが増加しているため、
発電効率の最大値が得られるような空気流量増量を導出
する手順を自動化したものである。即ち、空気流量増に
伴う補機動力ロスと、特性向上による発電効率向上との
兼ね合いから最大発電効率を示す空気供給量を導出する
手順を自動化したものである。

【００３９】なお、最大発電効率を示す空気供給量を導
出する手順は燃料電池の特性診断と関連させないで、別
途単独で行ってもよいことはもちろんである。こうした
手順を自動化することで、常に発電効率最大での運転を
行うことができるようになる。もちろん、プラント機器
の能力(ブロワーの最大風量など)による制限があり、一
律には実施できない場合もある。その際にはその情報を
運転監視員に出力することで、別途対応を考慮すること
になる。いずれにしろ、常時こうした情報を監視し出力
制御することで、発電プラントとしての信頼性が向上す
る。

【００４０】燃料極側については、前述したように水素
ゲイン増大に対応した量の燃料供給量増大は、効率低下
を招くことになる。その場合には空気量を増大させても
水素ゲインの低減効果があるため、まず空気量を増大さ
せた上で、少しでも燃料供給量増を抑制させるシーケン
スを組む必要がある。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の燃料電
池の特性診断方法によれば、空気極に供給する空気流量
を定格空気流量を含む複数レベルの空気流量に変化させ
て、その際のそれぞれの電池電圧と直流電流を測定し、
次に各空気流量と各直流電流とから得られた空気極の入
口および出口の各酸素濃度から各平均酸素濃度を求め、
その後各測定点の平均酸素濃度と電池電圧との一次回帰
により純酸素濃度における電池電圧の外挿値を求め、こ
の電池電圧と定格空気流量に対応した定格電池電圧との
差から酸素ゲインを求め、この酸素ゲインから空気極の
ガス拡散性能を診断するようにしたので、外乱による受
けたガス拡散性能の低下を容易に知ることができ、外乱
による燃料電池の損傷を回避することができる。

【００４２】また、酸素ゲインから空気極のガス拡散性
能を診断するまでの一連の工程をシーケンス制御するよ
うにしたときには、容易に的確な診断が可能となり、燃
料電池の特性診断の信頼性が向上する。

【００４３】また、この発明の燃料電池の特性診断方法
によれば、燃料極に供給する燃料ガスを定格燃料ガス流
量を含む複数レベルの燃料ガス流量に変化させて、その
際のそれぞれの電池電圧と直流電流を測定し、次に各燃
料ガス流量と各直流電流とから得られた燃料極の入口お
よび出口の各水素濃度から各平均水素濃度を求め、その
後各測定点の平均水素濃度と電池電圧との一次回帰によ
り純水素濃度における電池電圧の外挿値を求め、この電
池電圧と定格水素流量に対応した定格電池電圧との差か
ら水素ゲインを求め、外乱による受けたガス拡散性能の
低下を容易に知ることができ、外乱による燃料電池の損
傷を回避することができる。

【００４４】また、水素ゲインから燃料極のガス拡散性
能を診断するまでの一連の工程をシーケンス制御するよ
うにしたときには、容易に的確な診断が可能となり、燃
料電池の特性診断の信頼性が向上する。

【００４５】また、この発明の燃料電池の運転方法によ
れば、空気極に供給する空気流量を複数レベルの空気流
量に変化させて、その際のそれぞれの電池電圧と直流電
流を測定し、次に各空気流量と各直流電流とから得られ
た空気極の入口および出口の各酸素濃度から各平均酸素
濃度を求め、その後各測定点の平均酸素濃度と電池電圧
との一次回帰による関係式を求め、その後この関係式か
ら空気流量増加に対する発電効率の利得を求めて適量な
空気流量を導出し、その導出した空気流量で定格運転を
行うようにしたので、発電効率の高い運転を行うことが
できる。

【００４６】また、適量な空気流量を導出し、その導出
した空気流量で定格運転を行うまでの一連の工程をシー
ケンス制御するようにしたときには、容易に的確な燃料
電池の運転を行うことができる。

【００４７】また、この発明の燃料電池の運転方法によ
れば、燃料極に供給する燃料ガス流量を複数レベルの流
量に変化させて、その際のそれぞれの電池電圧と直流電
流を測定し、次に各燃料ガス流量と各直流電流とから得
られた燃料極の入口および出口の各水素濃度から各平均
水素濃度を求め、その後各測定点の平均水素濃度と電池
電圧との一次回帰による関係式を求め、その後この関係
式から適量な燃料ガス流量を求め、その燃料ガス流量で
定格運転を行うようにしたので、適正な燃料電池の運転
を行うことができる。

【００４８】また、適量な燃料ガス流量を求め、その燃
料ガス流量で定格運転を行うまでの一連の工程をシーケ
ンス制御するようにしたときには、容易に的確な燃料電
池の運転を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料電池供給空気流量とセル電圧との関係を
示す図である。

【図２】燃料電池空気極側酸素分圧の対数平均値とセ
ル電圧との関係を示す図である。

【図３】各種電極ごとの酸素ゲインの経時変化を示す
図である。

【図４】特性診断による評価結果を示す図である。

【図５】燃料電池燃料極側水素分圧の対数平均値とセ
ル電圧との関係を示す図である。

【図６】燃料電池の自動特性診断のシーケンスフロー
図である。

【図７】空気供給量増加による、補機動力ロスと特性
向上での発電効率増加との関係を示す図である。

【図８】燃料電池の自動特性診断に基づき定格条件自
動設定のシーケンスフロー図である。

フロントページの続き (72)発明者松本芳一大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号関西電力株式会社内 (56)参考文献特開昭58−68881（ＪＰ，Ａ) 特開平１−122570（ＪＰ，Ａ) 特開平１−246771（ＪＰ，Ａ) 特開平４−192263（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 8/04 H01M 8/06 H01M 8/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料ガスと空気とを供給し、電気化学反
応によって外部に電力を取り出す燃料電池の特性診断方
法であって、空気極に供給する空気流量を定格空気流量
を含む複数レベルの空気流量に変化させて、その際のそ
れぞれの電池電圧と直流電流を測定し、次に各空気流量
と各直流電流とから得られた空気極の入口および出口の
各酸素濃度から各平均酸素濃度を求め、その後各測定点
の平均酸素濃度と電池電圧との一次回帰により純酸素濃
度における電池電圧の外挿値を求め、この電池電圧と定
格空気流量に対応した定格電池電圧との差から酸素ゲイ
ンを求め、この酸素ゲインから空気極のガス拡散性能を
診断する燃料電池の特性診断方法。
【請求項２】酸素ゲインから空気極のガス拡散性能を
診断するまでの一連の工程をシーケンス制御する請求項
１記載の燃料電池の特性診断方法。
【請求項３】燃料ガスと空気とを供給し、電気化学反
応によって外部に電力を取り出す燃料電池の特性診断方
法であって、燃料極に供給する燃料ガスを定格燃料ガス
流量を含む複数レベルの燃料ガス流量に変化させて、そ
の際のそれぞれの電池電圧と直流電流を測定し、次に各
燃料ガス流量と各直流電流とから得られた燃料極の入口
および出口の各水素濃度から各平均水素濃度を求め、そ
の後各測定点の平均水素濃度と電池電圧との一次回帰に
より純水素濃度における電池電圧の外挿値を求め、この
電池電圧と定格水素流量に対応した定格電池電圧との差
から水素ゲインを求め、この水素ゲインから燃料極のガ
ス拡散性能を診断する燃料電池の特性診断方法。
【請求項４】水素ゲインから燃料極のガス拡散性能を
診断するまでの一連の工程をシーケンス制御する請求項
３記載の燃料電池の特性診断方法。
【請求項５】燃料電池はリン酸型燃料電池である請求
項１ないし請求項４の何れかに記載の燃料電池の特性診
断方法。
【請求項６】燃料ガスと空気とを供給し、電気化学反
応によって外部に電力を取り出す燃料電池の運転方法で
あって、空気極に供給する空気流量を複数レベルの空気
流量に変化させて、その際のそれぞれの電池電圧と直流
電流を測定し、次に各空気流量と各直流電流とから得ら
れた空気極の入口および出口の各酸素濃度から各平均酸
素濃度を求め、その後各測定点の平均酸素濃度と電池電
圧との一次回帰による関係式を求め、その後この関係式
から空気流量増加に対する発電効率の利得を求めて適量
な空気流量を導出し、その導出した空気流量で定格運転
を行う燃料電池の運転方法。
【請求項７】適量な空気流量を導出し、その導出した
空気流量で定格運転を行うまでの一連の工程をシーケン
ス制御する請求項６記載の燃料電池の運転方法。
【請求項８】燃料ガスと空気とを供給し、電気化学反
応によって外部に電力を取り出す燃料電池の運転方法で
あって、燃料極に供給する燃料ガス流量を複数レベルの
流量に変化させて、その際のそれぞれの電池電圧と直流
電流を測定し、次に各燃料ガス流量と各直流電流とから
得られた燃料極の入口および出口の各水素濃度から各平
均水素濃度を求め、その後各測定点の平均水素濃度と電
池電圧との一次回帰による関係式を求め、その後この関
係式から適量な燃料ガス流量を求め、その燃料ガス流量
で定格運転を行う燃料電池の運転方法。
【請求項９】適量な燃料ガス流量を求め、その燃料ガ
ス流量で定格運転を行うまでの一連の工程をシーケンス
制御する請求項８記載の燃料電池の運転方法。
【請求項１０】燃料電池はリン酸型燃料電池である請
求項６ないし請求項９の何れかに記載の燃料電池の運転
方法。