JPH0121593B2 - - Google Patents

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JPH0121593B2
JPH0121593B2 JP56069041A JP6904181A JPH0121593B2 JP H0121593 B2 JPH0121593 B2 JP H0121593B2 JP 56069041 A JP56069041 A JP 56069041A JP 6904181 A JP6904181 A JP 6904181A JP H0121593 B2 JPH0121593 B2 JP H0121593B2
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JP
Japan
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electrode
anolyte
anolite
liquid level
fuel
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JP56069041A
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Toshio Shimizu
Saburo Yasukawa
Ryota Doi
Shohei Uozumi
Takeo Yamagata
Yasuyuki Tsutsumi
Tsutomu Tsukui
Takao Myashita
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04186Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃料電池の液面検出方法に係り、特に
電解液と液体燃料とからなるアノライトの液面を
容易にしかも確実に検出するのに好適な液面検出
方法に関するものである。
従来、液体燃料の電気化学反応によつて電気エ
ネルギーを発生する燃料電池に液体燃料を補給す
る場合、次のようにしていた。
(1) 積層した電池セルの任意の電位を検出し、所
定の電位以下になると液体燃料を供給する。
(2) 積層した電池セルの一部に液体燃料の濃度を
側定するセンサーを設け、濃度が所定値以下に
低下すると液体燃料を供給する。
(3) 積層した電池セルのほかにダミーセルを積層
した電池セルと並列に配設し、上記ダミーセル
の中に小片の電極を対向配置し、その一方の電
極に一定電位を与えておき、他方の電極との間
はアノライトで閉回路を構成するようにし、ア
ノライト液面が下がり、小片の対向電極間が開
路したときに液体燃料を供給する。
ところで、(1)の方法には、積層した電池セルの
それぞれの電池セルの電位が必ずしも一致してお
らず、かつ、負荷電流による電位の変化もあり、
電位が低下する割合は、燃料不足だけによるもの
とはならないので、燃料の過供給となる可能性が
大きいという欠点がある。
また、(2)の方法には、濃度を検出するセンサー
および濃度を算出する回路が複雑となり、高価な
ものとなるという欠点がある。
また、(3)の方法には、ダミーセルを設けなけれ
ばならないので、寸法が大きくなり、かつ、一方
の電極に電位を与えるための電源が必要になると
いう欠点がある。
本発明は上記従来技術の欠点を排除するために
なされたもので、その目的とするところは、的確
に燃料供給時期を判定するため、簡単で、しか
も、確実に行い得るアノライトの液面を検出する
ことができる燃流電池の液面検出方法を提出する
ことにある。
本発明の特徴と、電解液と液体燃料とからなる
アノライトをたくわえておくアノライトリザーバ
ーから送入主管を介して送入主管よりも流路断面
積を大幅に小さくした送入支管より各電池セルの
アノライト室にアノライトを送り込むときに、ア
ノライトリザーバー内のアノライトに電池電圧の
数十%の電位を付加するとともに、上記アノライ
トリザーバーの壁面に針状電極を設け、アノライ
ト液面が上記針状電極より高い場合には上記針状
電極に電位が加わり、低い場合には電位が加わら
ないことから上記針状電極に電位が加わるか否か
からアノライト液面を検出するようにした点であ
る。
以下本発明の方法の一実施例を第1図、第2図
を用いて詳細に説明する。
第1図は本発明の方法の一実施例を説明するた
めの液面検出手段を備えた燃料電池の概略説明図
である。第1図において、1はそれぞれ電解液室
で、この電解液室を介して燃料極2と空気極(酸
化剤として酸素を使用する場合は酸素極となる)
3とが対向させてあり、燃料極2側はアノライト
室4となつており、空気極3側は空気室5となつ
ている。アノライト室4には、電解液と液体燃料
の混合液体であるアノライト6がアノライトポン
プ7によりアノライト送入主管8,アノライト送
入主管8よりも流路断面積が大幅に小さい送入支
管9を経て送り込まれている。アノライト室4で
は、アノライト6のうち、燃料の一部が電気化学
反応で消費され、アノライト排出支管10,排出
主管11を経て、アノライトリザーバー12に排
出される。消費された液体燃料に相当する液体燃
料は、燃料タンク13からアノライトリザーバー
12に供給される。
一方、空気室5には、空気送風用フアン14に
より空気送入主管15、空気送入支管16を経て
空気が送り込まれ、空気中の酸素が酸化反応し、
空気排出支管17、空気排出主管18を経て電池
外部に排出される。
図示を省略してあるが、それぞれの電池セルの
酸素極3は順次次段の電池セルの燃料極2に接続
してあり、初段の電池セルの燃料極2、すなわち
極が接続された端子と最終段の電池セルの空気
極3、すなわち極が接続された端子間に負荷を
接続すると、負荷電荷に対応する燃料がアノライ
ト室4のアノライト6から消費され、その分量に
相当するだけアノライトリザーバー12内のアノ
ライト6の液面が低下するから、液面低下分の量
の液体燃料を燃料タンク13から補給するように
すれば、一定の燃料濃度のアノライト6を循還す
ることができる。
ところで、アノライト6は、硫酸を0.5〜
4.5mol/とメタノールを0.5〜1.5mol/を含
む水溶液からなる電解液であり、したがつて、電
気伝導体(イオン伝導体)であるので、アノライ
ト送入主管8側の燃料極2の電位が、電解液を介
してアノライトリザーバー12内のアノライト6
にも生じる。ところで、アノライト6はよい電気
伝導体であるとはいえ電気抵抗をもつているの
で、アノライト送入主管8側の燃料極2の端子
の電位と異なる電位がアノライトリザーバー12
内のアノライト6の端子に生じる。そしてこの
電位は負極側よりみて高く、実側によれば、上記
したように各電池セルを直列に接続した燃料電池
においては、負極側からみて、アノライトリザー
バー12内のアノライト6の電位は、積層電池端
子間電圧の40〜50%である。
そこで、本発明においては、アノライトリザー
バー12の側壁に液面センサーとして針状電極1
9を設け、針状電極19にアノライト6の液面が
接触したときに、針状電極19にアノライト6の
電位が加わり、アノライト6の液面が針状電極1
9より低くなると針状電極19には電位が加わら
ないことを利用してアノライトリザーバー12内
のアノライト6の液面変化を検出するようにす
る。
次に、アノライトリザーバー12のアノライト
6にどうして電位が生じるかを以下に説明する。
第1図のアノライト供給路係は第2図の等価回路
で示すことができる。第2図でr11はアノライト
送入支管9とアノライト室4の電気抵抗値を、
r12はアノライト排出支管10のアノライト6の
電気低抗値を示し、また、r21はアノライト送入
主管8における各アノライト送入支管9間のアノ
ライト6の電気抵抗値を、r22はアノライト排出
主管11における各アノライト排出支管10間の
アノライト6の電気抵抗値を示す。さらに、r3
第1図右側の第1電池セルのアノライト送入主管
8からアノライトリザーバー12内のアノライト
6の電気抵抗値を示す。E0は燃料電池の端子間
電圧で、第1図にしたがつて4セル積層分のもの
を示したが、実用電池ではさらに多数のセルを積
層している。
ここで、アノライト6による液短絡を抑えるた
め、アノライト送入主管8やアノライト排出主管
11に比べアノライト送入支管9やアノライト排
出支管10の流路断面積を小さくして、r11≫r21
r12≫r22になるようにしてある。また、r11のうち
アノライト室4のアノライト6の電気抵抗値は小
さく、アノライト送入支管9のアノライト6の電
気抵抗のみとみなし得るものである。
第2図で、,両極間に電池電圧E0が生じ
るので、図中に矢印で示した方向に電流iが流
れ、したがつて、検出端子A○との間にr11・i
なる電圧が検出されることになる。すなわち、こ
の電圧がアノライトリザーバー12のアノライト
6にみられる電位となる。
この電圧は、前述のようにr11≫r21としてあり、
本実施例ではr11/r21=200としてあるので、電池
セルの積層数にもよるがE0の半分に近い値とな
る。
次に本発明に係る液面検出方法を用いたアノラ
イト液面制御の他の実施例を第3図により説明す
る。第3図に示すように、アノライトリザーバー
12の側壁に液面センサーとして針状電極31,
32,33を図示するように設け、それぞれを抵
抗分圧器41,42,43を介してコンパレータ
51,52,53,の一方の入力端子に接続す
る。一方、コンパレータ51〜53の他方の入力
端子は、抵抗分圧器44を介して積層電池の正極
側端子に接続し、正極側電圧E0を抵抗分圧器4
4で分圧して得られた基準電圧E1を与えておく。
したがつて、電極31〜33がそれぞれアノライ
ト6中に浸つている場合は、コンパレータ51〜
53の一方の入力端子にはそれぞれE2の電圧が
入力され、このとき、E1<E2となるようにして
おけば、コンパレータ51〜53の出力端子61
〜63にはそれぞれ“1”レベルの出力が出力さ
れる。また、アノライト6の液面が下がり、電極
33のみが露出したときは、端子63からの出力
のみが“0”レベルの信号となり、他の端子6
2,61からの出力は“1”レベルの信号とな
る。同様にして、さらに液面が下り、電極33と
32が露出したときは、端子63,62からの出
力が“0”レベルとなり、端子61からの出力の
みが“1”レベルとなる。そして電極61も露出
したときは、すべての端子61〜63からの出力
が“0”レベルとなる。
したがつて、液面が電極32以下に下がつたと
きは、コンパレータ53,52の出力で燃料タン
ク13に接続してある電磁バルブ20(第1図参
照)をt1秒だけ開にして燃料タンク13から液体
燃料をアノライトリザーバー12に補給するよう
にする。ただし、電磁バルブ20の開時間t1は、
電極32と33の間に燃料を供給できる時間とす
る。そして、もし、電極33が液中に浸つた場合
は、出力端子63と62からの出力がともに
“1”レベルとなるから、このときは液面が電極
32以下となるまで電磁バルブ20を閉とし、ま
た、万一、液面が電極31以下となつたときは、
液面が電極32が液中に浸るまで電磁バルブ20
を開とするように制御回路を構成する。
このようにすることにより、アノライト6の液
面を常に電極32,33間に保つことができる。
それで、もし、液面が電極33以上の位置まで上
昇したときは、電極32の位置に下がるまで電磁
バルブ20を閉じる。また、電極31以下に下が
つたときは、電磁バルブ20を開いてアノライト
リザーバー12に燃料タンク電極32の位置まで
上げることができる。
なお、アノライトリザーバー12の容積は、積
層電池中のアノライト6の総容量の8〜30%であ
ることが望ましく、また、電極31〜33の位置
は、アノライト6中の液体燃料が最適濃度となる
液面の位置に電極32を位置させ、電極33は許
容液面上限、電極31は許容液面下限の位置とす
る。
また、電極を33と32の2本とし、液面が電
極32以下に下がつたときに電磁バルブ20を開
とし、液面が電極33の位置まで回復したときに
閉とする2位置制御とするようにしてもよいこと
はいうまでもない。
いずれにしても、電極33〜31などによつて
アノライト6のもつ電位を検出して液面を検出す
るようにしてあるから、液面検出電極を簡単な構
造のものとすることができ、また、アノライト6
の液面を制御するための制御回路の簡略化をはか
ることができる。しかも、アノライト6の液面の
検出を確実に行うことができ、信頼性が高い。
以上説明したように、本発明によれば、アノラ
イトの液面を簡単、かつ、確実に検出することが
でき、しかも、液面制御回路の簡略化をはかるこ
とができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法の一実施例を説明するた
めの液面検出手段を備えた燃料電池の概略説明
図、第2図はアノライト供給路係の等価回路図、
第3図は本発明の液面検出方法を採用した液面制
御の他の実施例を説明するための要部回路構成図
である。 1……電解液室、2……燃料極、3……空気、
4……アノライト室、5……空気室、6……アノ
ライト、12……アノライトリザーバー、13…
…燃料タンク、19……針状電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 液体燃料の電気化学反応によつて電気エネル
    ギーを発生する積層してなる電池セルと、電解液
    と液体燃料とからなるアノライトをたくわえてお
    くアノライトリザーバーと、該アノライトリザー
    バーから前記アノライトを送り込む送入主管なら
    びに該送入主管から前記各電池セルのアノライト
    室に前記アノライトを送り込む送入支管とから構
    成された燃料電池の前記アノライトリザーバーの
    液面検出方法であつて、前記送入支管を前記送入
    主管よりも流路断面積を大幅に小さくして前記送
    入主管を前記アノライトリザーバーに接続して該
    アノライトリザーバー内の前記アノライトに電池
    電圧の数十%の電位を付加するとともに、前記ア
    ノライトリザーバーの壁面に針状電極を設け、前
    記アノライト液面が前記針状電極より高い場合に
    は前記針状電極に電位が加わり、低い場合には電
    位が加わらないことから前記針状電極に電位が加
    わるか否かからアノライト液面を検出することを
    特徴とする燃料電池の液面検出方法。
JP56069041A 1981-05-08 1981-05-08 Detection of liquid level of fuel cell Granted JPS57182975A (en)

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