JP5168875B2 - 燃料電池発電装置 - Google Patents
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Description
止とが繰り返される運転(以下、DSS運転と称する)の場合、電極を校正するPt触媒やPtとRuの合金触媒が溶出や析出などを起こし、触媒面積が減少し電圧が低下する。そのため、起動停止の方法を工夫し触媒面積の低下速度を抑えたり、ある程度の面積低下を見込んで、初期のPt量を調整したりしている。
料電池セルを複数個積層したセルスタックと、燃料電池セルの電圧を測定する電圧測定部と、セルスタックから発生する電流を取り出す電力回路部と、燃料生成器やセルスタックや電力回路部を制御する制御部を有する燃料電池発電装置において、制御部は燃料電池発電装置の積算発電時間、起動停止回数および起動後発電時間のいずれかまたは全部を用い、計測されるセルスタックの電圧が適正な値であるかどうかを判断することによって、発電特性が大きく変化する前に劣化や異常を検出することができ、早期に対応を行うことができるので、耐久性に優れた燃料電池発電装置が実現できるのである。
第8の発明は、特に第1の発明で積算発電時間と起動停止回数と発電後経過時間による制御部によるセルスタックの電圧が適正な値であるかどうかの判断は、初期電圧をE0とし、複数の積算発電時間をTn(nは1以上の整数)とし、複数の起動停止回数をNk(kは1以上の整数)とし、複数の発電後経過時間をtl(lは1以上の整数)とし、Rをリカバリー上昇電圧とし、Jをリカバリー効果係数とした場合で計測される電圧E(TnNktl)は、(数4)を用いて初期電圧E0と係数A、BおよびCを計算し、係数A、BおよびCが所定の範囲を超えて変化すると、適正ではないと判断することにより、様々な運転条件でも各燃料電池発電装置の特性や使用実態にあった判断ができるので、より高耐久な燃料電池発電装置が実現できるのである。
なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
図1、図2および図3を用い、実施の形態1を説明する。
、選択酸化ガス配管93を介して選択酸化ガスが供給される。燃料生成器35から燃料ガスの供給経路を形成する燃料ガス配管37には、酸化ガスポンプ92から供給される第2の酸化剤ガス供給配管94はつながっており、燃料ガスと第2の酸化剤ガスの混合ガスがセルスタック38に導かれる。酸化ガスポンプ92は選択酸化ガス供給手段と第2の酸化剤ガス供給手段を兼ねている。選択酸化ガス配管93と第2の酸化剤ガス供給配管94には、それぞれ選択酸化ガス調整弁95と第2の酸化剤ガス調整弁96が配置されており、各弁を流れるガスの量を調整する。
出され、一対の絶縁板22aと22cによりセルと外部を電気的に絶縁され、一対の端板23aと23cにより、セルを積層したスタックは締結され、機械的に保持される。第1の酸化剤ガスは端板23cの上部に設けられた第1の酸化剤ガス入り口24in(以降、カソード入り口と称する)と、冷却水入り口26inが設けられており、下部には燃料ガス出口25out(以降、アノード出口と称する)が設けられている。カソード入り口24inが設けられた端板と対を形成する他方の端板の上部には燃料ガス入り口25in(以降、アノード入り口と称する)が設けられており、下部には第1の酸化剤ガス出口24out(以降、カソード出口と称する)と、冷却水出口26outが設けられている。第1の酸化剤ガスカソード入り口24inおよびアノード入り口25inよりセルスタック38に供給され、上部に配置されているマニホールドを介して、第1の酸化剤ガスはガスの入り口であるカソード入り口から近い燃料電池セルからガスの出口であるカソード出口に近い燃料電池セルに順次供給される。燃料ガスはガスの入り口であるアノード入り口から近い燃料電池セルからガスの出口であるアノード出口に近い燃料電池セルに順次供給される。
がっているが、図6(b)のように横軸を対数とすると変曲点をもつ2つの直線からなることが分かる。最初の直線部分はMEAなどの水分が安定するのに必要な時間であり、2つ目の直線部分が触媒の面積低下による電圧低下である。図6(b)の近似線の式は電圧をE、積算発電時間をTとした場合、(数6)となった。
動後発電開始から12時間後とした。(数6)は起動後発電時間24時間の電圧を表す式であるので、起動後発電時間が12時間であれば、図5(b)に従えば約4mV電圧が高くなるはずである。よって(数7)と(数10)を比べると約8mV電圧が低いことになる。これは計測や運転条件の僅かなズレによる許容幅であり、許容幅を超えた電圧差が有るときに適正でないと判断するようにした。本制御方式は起動停止が比較的少なく、一度起動すると比較的長時間発電をおこなうため、電圧の低下が積算発電時間により有意に発生するときである。これにより、積算発電時間が少ないときはある程度大きな電圧変化でも適正であるとし、積算発電時間が多いときはある程度小さな電圧変化でも適正でないと判断できる。従来の閾値方式、たとえば0.74Vを下回ると劣化と判断する方法であると、積算発電後100時間以内に0.75V以下となっても異常は検出できず、さらに大きく劣化が発生し0.74Vを下回るまではわからず、異常を検出した場合にはすでに回復不可能なまで、劣化が進んでいることもある。また、異常がなくとも3000〜5000時間では0.74Vを下回るのであるが、従来の閾値方式では異常となってします。本法よれば3000〜5000時間では0.74Vを下回っても異常とは判断せず、100時間以内に0.75Vを下回ると確実に適正でないと判断できるので、早期に異常が検出でき、耐久性の高い燃料電池発電装置が実現できるのである。
燃料電池発電装置の構成、動作および制御は実施の形態1とほとんど同じである。異なる点は、制御部74が適正でないと判断する内容である。
燃料電池発電装置の構成、動作および制御は実施の形態1とほとんど同じである。異なる点は、制御部74が適正でないと判断する内容である。
燃料電池発電装置の構成、動作および制御は実施の形態1とほとんど同じである。異なる点は、制御部74が適正でないと判断する内容である。
などと継続して、電圧変化を計測し、適正でない状態(異常)の解消が図れたのかどうかを観測し続ける。これは運転条件を一度変化した後、更に適切でない状態が解消されていないと判断した場合、さらに運転条件を変化させても良い。最終的には燃料電池発電装置の運転を停止する。この時、停止するだけでなく、装置上で表示手段により異常を示してもよいし、有線、無線による遠隔報知手段により、管理会社またはサービス会社などの別の場所へ異常を連絡しても良い。
燃料電池発電装置の構成、動作および制御は実施の形態1とほとんど同じである。異なる点は、制御部74が適正でないと判断する内容である。
燃料電池発電装置の構成、動作および制御は実施の形態1とほとんど同じである。異なる点は、制御部74が適正でないと判断する内容である。
燃料電池発電装置の構成、動作および制御は実施の形態1とほとんど同じである。異なる点は、制御部74が適正でないと判断する内容である。
ステム、燃料電池を電源とする自動車、電気機器に有用である。
2a 触媒反応層(アノード側)
2c 触媒反応層(カソード側)
3a 拡散層(アノード側)
3c 拡散層(カソード側)
4a 電極(アノード側)
4c 電極(カソード側)
7a セパレータ(アノード側)
7c セパレータ(カソード側)
28 電圧計測端子
39 ブロワ
51 冷却水タンク
72 電圧測定部
73 電力回路部
74 制御部
89 アノード入り口2方弁
92 酸化ガスポンプ
94 第2の酸化剤ガス供給配管
96 第2の酸化剤ガス調整弁
Claims (3)
- 燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池セルと、前記燃料電池セルを複数個積層したセルスタックと、前記燃料電池セルの電圧を測定する電圧測定部と、前記セルスタックから発生する電流を取り出す電力回路部と、制御部とを有し、前記制御部は、起動停止回数に対して対数関係となることより計算された電圧値をあらかじめ保持しており、起動停止回数に対してあらかじめ保持された電圧値と前記電圧測定部により測定された電圧値と比較し、前記電圧測定部により測定された電圧値があらかじめ保持された電圧値よりも低い場合は異常と判断する燃料電池発電装置。
- 燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池セルと、前記燃料電池セルを複数個積層したセルスタックと、前記燃料電池セルの電圧を測定する電圧測定部と、前記セルスタックから発生する電流を取り出す電力回路部と、制御部とを有し、前記燃料電池セルの初期電圧をE0とし、起動停止回数をNとした場合、複数の起動停止回数N k (kは1以上の整数)及びそれぞれの起動停止回数で計測される電圧E Nk (kは1以上の整数)から、
- 異常と判断すると、運転の条件を1回または複数回変化させることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池発電装置。
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