JPH04262371A - りん酸型燃料電池の運転方法 - Google Patents
りん酸型燃料電池の運転方法Info
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- JPH04262371A JPH04262371A JP3022453A JP2245391A JPH04262371A JP H04262371 A JPH04262371 A JP H04262371A JP 3022453 A JP3022453 A JP 3022453A JP 2245391 A JP2245391 A JP 2245391A JP H04262371 A JPH04262371 A JP H04262371A
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Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、りん酸型燃料電池の
運転方法、ことに待機温度に予備加熱された燃料電池を
その定挌運転温度に昇温する方法に関する。
運転方法、ことに待機温度に予備加熱された燃料電池を
その定挌運転温度に昇温する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図3はりん酸型燃料電池の一般的構成お
よび動作原理の説明図であり、単電池1は電解質として
のりん酸を保持したマトリックス2と、これを挟持する
燃料電極3および空気電極4とで構成され、電極との間
に燃料室6および空気室7を保持するセパレータ5を介
在させて単電池を複数層積層することにより、積層型燃
料電池(スタックと呼ぶ)が形成される。一対の電極3
,4はカーボンペーパ等の多孔質の電極基材と、そのマ
トリックス側の表面に形成された電極触媒層とで構成さ
れ、燃料電極3では電極基材を透過した燃料ガス中の反
応活物質である水素から水素イオンと電子を生成する電
極反応が行われ、空気電極4ではりん酸中を移動した水
素イオンと,外部負荷回路8を通って空気電極に達した
電子と,空気室から供給された反応空気中の反応活物質
である酸素とが反応して水を生成する電極反応が行われ
、負荷回路を電子が移動する際発電が行われる。
よび動作原理の説明図であり、単電池1は電解質として
のりん酸を保持したマトリックス2と、これを挟持する
燃料電極3および空気電極4とで構成され、電極との間
に燃料室6および空気室7を保持するセパレータ5を介
在させて単電池を複数層積層することにより、積層型燃
料電池(スタックと呼ぶ)が形成される。一対の電極3
,4はカーボンペーパ等の多孔質の電極基材と、そのマ
トリックス側の表面に形成された電極触媒層とで構成さ
れ、燃料電極3では電極基材を透過した燃料ガス中の反
応活物質である水素から水素イオンと電子を生成する電
極反応が行われ、空気電極4ではりん酸中を移動した水
素イオンと,外部負荷回路8を通って空気電極に達した
電子と,空気室から供給された反応空気中の反応活物質
である酸素とが反応して水を生成する電極反応が行われ
、負荷回路を電子が移動する際発電が行われる。
【0003】上述の電極反応は発熱反応であり、発電生
成熱を除去して燃料電池をその運転温度に保持するため
に、スタックには適所に冷却板が積層され、冷却板中を
流れる冷却媒体の温度を燃料電池の負荷状態に対応して
制御することにより電池温度が定挌運転温度に保持され
るとともに、燃料電池の運転開始時には運転温度より低
い所定の待機温度に予備加熱する熱源としても利用され
る。一方、空気電極で生成した水は多孔質の電極基材を
透過して反応を終えた廃空気とともに外部に排出される
が、時には一部が吸湿性が極めて高いりん酸に吸着され
てりん酸を希釈する不都合も発生する。そこで、このよ
うに構成されたりん酸型燃料電池における定挌運転温度
は、電極触媒層への反応活物質の拡散を容易化して電極
反応を活性化するとともに、発電生成水の蒸気圧を高め
て空気室への拡散を容易化し、りん酸の希釈を阻止する
ために例えば190°C に設定される。また、150
°C 以下の温度では電極触媒層への反応活物質の拡散
や発電生成水の電極外への放出速度が低く、発電生成水
がマトリックス中のりん酸に溶け込んでりん酸濃度が低
下し、体積が膨張したりん酸がマトリックスから溢れ出
て電極触媒層を損傷したり、あるいは多孔質電極基材の
ガス拡散性を阻害下するなどの悪影響を与えること、お
よび燃料電池を無負荷または軽負荷状態で150°C
以上の温度に置くと、電極触媒粒子が粗大化して電極表
面積が低下したり,あるいは電極が腐食するなどのいわ
ゆる高温劣化により電池特性および可使用寿命が低下す
るなどの悪影響が発生するので、待機温度はこれらの影
響を考慮して例えば130°C 程度に設定される。
成熱を除去して燃料電池をその運転温度に保持するため
に、スタックには適所に冷却板が積層され、冷却板中を
流れる冷却媒体の温度を燃料電池の負荷状態に対応して
制御することにより電池温度が定挌運転温度に保持され
るとともに、燃料電池の運転開始時には運転温度より低
い所定の待機温度に予備加熱する熱源としても利用され
る。一方、空気電極で生成した水は多孔質の電極基材を
透過して反応を終えた廃空気とともに外部に排出される
が、時には一部が吸湿性が極めて高いりん酸に吸着され
てりん酸を希釈する不都合も発生する。そこで、このよ
うに構成されたりん酸型燃料電池における定挌運転温度
は、電極触媒層への反応活物質の拡散を容易化して電極
反応を活性化するとともに、発電生成水の蒸気圧を高め
て空気室への拡散を容易化し、りん酸の希釈を阻止する
ために例えば190°C に設定される。また、150
°C 以下の温度では電極触媒層への反応活物質の拡散
や発電生成水の電極外への放出速度が低く、発電生成水
がマトリックス中のりん酸に溶け込んでりん酸濃度が低
下し、体積が膨張したりん酸がマトリックスから溢れ出
て電極触媒層を損傷したり、あるいは多孔質電極基材の
ガス拡散性を阻害下するなどの悪影響を与えること、お
よび燃料電池を無負荷または軽負荷状態で150°C
以上の温度に置くと、電極触媒粒子が粗大化して電極表
面積が低下したり,あるいは電極が腐食するなどのいわ
ゆる高温劣化により電池特性および可使用寿命が低下す
るなどの悪影響が発生するので、待機温度はこれらの影
響を考慮して例えば130°C 程度に設定される。
【0004】図4はりん酸型燃料電池の従来の運転方法
を簡略化して示すタイムチャートであり、待機温度以下
の温度では冷却媒体を熱源として昇温し、待機温度に到
達した時点で電極にそれぞれ定挌流量(100%)の酸
化剤(空気)および燃料ガスを供給して部分負荷による
自己加熱を開始し、150°C に到達した時点で定挌
負荷(負荷率100%)での自己加熱に移行して定挌運
転温度190°C に昇温する方法が従来一般に行われ
ている。
を簡略化して示すタイムチャートであり、待機温度以下
の温度では冷却媒体を熱源として昇温し、待機温度に到
達した時点で電極にそれぞれ定挌流量(100%)の酸
化剤(空気)および燃料ガスを供給して部分負荷による
自己加熱を開始し、150°C に到達した時点で定挌
負荷(負荷率100%)での自己加熱に移行して定挌運
転温度190°C に昇温する方法が従来一般に行われ
ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の運転方法では、
待機温度を越える130〜150°C の温度領域にお
ける電池の昇温を、部分負荷による自己加熱とし、水の
生成速度を抑制するという手段を導入することにより、
りん酸の希釈,およびこれに起因する電池の性能低下を
回避しているが、逆に、この手段が電池を定挌運転温度
に昇温するに要する時間を遅らせる原因となっており、
その改善が求められている。
待機温度を越える130〜150°C の温度領域にお
ける電池の昇温を、部分負荷による自己加熱とし、水の
生成速度を抑制するという手段を導入することにより、
りん酸の希釈,およびこれに起因する電池の性能低下を
回避しているが、逆に、この手段が電池を定挌運転温度
に昇温するに要する時間を遅らせる原因となっており、
その改善が求められている。
【0006】この発明の目的は、燃料電池の性能に悪影
響を及ぼすことなく、燃料電池温度をその定挌運転温度
に短時間で昇温できるりん酸型燃料電池の運転方法を得
ることにある。
響を及ぼすことなく、燃料電池温度をその定挌運転温度
に短時間で昇温できるりん酸型燃料電池の運転方法を得
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、りん酸を保持したマトリックス
と、これを挟持する燃料電極および空気電極とを有する
単電池の積層体からなるりん酸型燃料電池が、その発電
運転を開始するに先立って130°前後の待機温度に予
備加熱されるものにおいて、前記待機温度に到達した時
点で前記燃料電極に燃料ガスを,前記空気電極に反応空
気をそれぞれ所定流量に設定して供給した後、前記りん
酸型燃料電池の負荷を定挌負荷に急上昇させ、前記りん
酸型燃料電池の温度をその定挌運転温度に昇温させる工
程を含むこととする。
に、この発明によれば、りん酸を保持したマトリックス
と、これを挟持する燃料電極および空気電極とを有する
単電池の積層体からなるりん酸型燃料電池が、その発電
運転を開始するに先立って130°前後の待機温度に予
備加熱されるものにおいて、前記待機温度に到達した時
点で前記燃料電極に燃料ガスを,前記空気電極に反応空
気をそれぞれ所定流量に設定して供給した後、前記りん
酸型燃料電池の負荷を定挌負荷に急上昇させ、前記りん
酸型燃料電池の温度をその定挌運転温度に昇温させる工
程を含むこととする。
【0008】また、待機温度に到達した時点で空気電極
に供給する反応空気の量を定挌流量を超える所定量に増
量するよう設定する工程を含むこととする。
に供給する反応空気の量を定挌流量を超える所定量に増
量するよう設定する工程を含むこととする。
【0009】さらに、りん酸型燃料電池の温度が定挌運
転温度に到達した時点で、反応空気の流量を定挌流量に
設定変更する工程を含むこととする。
転温度に到達した時点で、反応空気の流量を定挌流量に
設定変更する工程を含むこととする。
【0010】
【作用】この発明の構成において、130°C 前後の
待機温度にあらかじめ保持されたりん酸型燃料電池が、
待機温度に到達した時点で燃料電極に燃料ガスを,空気
電極に反応空気をそれぞれ所定流量に設定して供給した
後、前記りん酸型燃料電池の負荷を定挌負荷に急上昇さ
せ、りん酸型燃料電池の温度をその定挌運転温度に昇温
させる工程を含むよう構成したことにより、発電生成熱
を従来より大きくして昇温時間を短縮できる機能が得ら
れる。
待機温度にあらかじめ保持されたりん酸型燃料電池が、
待機温度に到達した時点で燃料電極に燃料ガスを,空気
電極に反応空気をそれぞれ所定流量に設定して供給した
後、前記りん酸型燃料電池の負荷を定挌負荷に急上昇さ
せ、りん酸型燃料電池の温度をその定挌運転温度に昇温
させる工程を含むよう構成したことにより、発電生成熱
を従来より大きくして昇温時間を短縮できる機能が得ら
れる。
【0011】また、待機温度に到達した時点で空気電極
に供給する反応空気の量を、定挌流量を超える所定量に
増量するよう設定することにより、空気電極側電極基材
の表面を流れる反応空気の流速が増し、反応空気中の水
蒸気分圧が低下するので、電極基材を透過した生成水の
蒸発を促進する機能が得られ、したがって、生成水によ
るりん酸の希釈を阻止し、電池性能の低下を防止すでき
るとともに、反応ガスの供給障害とこれに起因する燃料
電池の高温劣化を排除し、長期安定性を改善する機能が
得られる。
に供給する反応空気の量を、定挌流量を超える所定量に
増量するよう設定することにより、空気電極側電極基材
の表面を流れる反応空気の流速が増し、反応空気中の水
蒸気分圧が低下するので、電極基材を透過した生成水の
蒸発を促進する機能が得られ、したがって、生成水によ
るりん酸の希釈を阻止し、電池性能の低下を防止すでき
るとともに、反応ガスの供給障害とこれに起因する燃料
電池の高温劣化を排除し、長期安定性を改善する機能が
得られる。
【0012】さらに、りん酸型燃料電池の温度が定挌運
転温度に到達した時点で、反応空気の流量を定挌流量以
下に設定変更するよう構成すれば、反応空気の過剰な消
費を排除して直ちに定常運転に移行することができる。
転温度に到達した時点で、反応空気の流量を定挌流量以
下に設定変更するよう構成すれば、反応空気の過剰な消
費を排除して直ちに定常運転に移行することができる。
【0013】
【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明する
。図1はこの発明の実施例になるりん酸型燃料電池の運
転方法を簡略化して示すタイムチャートであり、予備加
熱工程により燃料電池の温度がその待機温度に到達した
時点(1時間)で、定挌流量(100%)の燃料ガスを
燃料極に,定挌流量を越える酸化剤としての反応空気を
空気極に供給する設定がなされ、反応ガスが設定値に到
達した時点で燃料電池に定挌負荷(負荷率100%)が
接続される。このような運転方法とすることにより、従
来約50分間を要した昇温時間が約30分間に短縮され
る。また、反応空気の増量により、空気極の多孔質基材
表面を流れる反応空気の流速が増し,逆に反応空気中の
水蒸気分圧が低下するので、電極基材を透過した生成水
の基材表面での蒸発が促進されることになり、マトリッ
クス中のりん酸が生成水により希釈されることを回避で
き、りん酸の膨張による電極の損傷や,りん酸が電極基
材側に溢れ出すことによる多孔質電極基材中のガス拡散
障害などの悪影響を生ずることなく昇温時間を短縮する
ことができる。また、電池温度が定挌運転温度に到達し
た時点で反応空気量をその定挌流量以下に減量すること
により、反応空気の過剰消費を排除し、負荷の変動に対
応して反応ガス量を制御する定常運転に移行することが
できる。
。図1はこの発明の実施例になるりん酸型燃料電池の運
転方法を簡略化して示すタイムチャートであり、予備加
熱工程により燃料電池の温度がその待機温度に到達した
時点(1時間)で、定挌流量(100%)の燃料ガスを
燃料極に,定挌流量を越える酸化剤としての反応空気を
空気極に供給する設定がなされ、反応ガスが設定値に到
達した時点で燃料電池に定挌負荷(負荷率100%)が
接続される。このような運転方法とすることにより、従
来約50分間を要した昇温時間が約30分間に短縮され
る。また、反応空気の増量により、空気極の多孔質基材
表面を流れる反応空気の流速が増し,逆に反応空気中の
水蒸気分圧が低下するので、電極基材を透過した生成水
の基材表面での蒸発が促進されることになり、マトリッ
クス中のりん酸が生成水により希釈されることを回避で
き、りん酸の膨張による電極の損傷や,りん酸が電極基
材側に溢れ出すことによる多孔質電極基材中のガス拡散
障害などの悪影響を生ずることなく昇温時間を短縮する
ことができる。また、電池温度が定挌運転温度に到達し
た時点で反応空気量をその定挌流量以下に減量すること
により、反応空気の過剰消費を排除し、負荷の変動に対
応して反応ガス量を制御する定常運転に移行することが
できる。
【0014】図2は実施例になる運転方法で長期運転す
ることにより得られた出力電圧特性を従来方法によるそ
れと比較して示す特性線図であり、実施例方法に依れば
、出力電圧の低下を従来方法に比べて大幅に軽減できる
ことを示している。この結果は、実施例によるりん酸型
燃料電池の昇温方法が、100%負荷運転の実施を早め
て昇温時間を短縮しているにも拘わらず、反応空気の供
給を増量して生成水の蒸発を促進し、りん酸の溢れ出し
による反応ガスの供給障害を防止したことにより、燃料
電池の高温劣化を回避できたことを示している。
ることにより得られた出力電圧特性を従来方法によるそ
れと比較して示す特性線図であり、実施例方法に依れば
、出力電圧の低下を従来方法に比べて大幅に軽減できる
ことを示している。この結果は、実施例によるりん酸型
燃料電池の昇温方法が、100%負荷運転の実施を早め
て昇温時間を短縮しているにも拘わらず、反応空気の供
給を増量して生成水の蒸発を促進し、りん酸の溢れ出し
による反応ガスの供給障害を防止したことにより、燃料
電池の高温劣化を回避できたことを示している。
【0015】
【発明の効果】この発明は前述のように、130°C
前後の待機温度にあらかじめ保持されたりん酸型燃料電
池が、待機温度に到達した時点で燃料電極に燃料ガスを
,空気電極に反応空気をそれぞれ所定流量に設定して供
給した後、りん酸型燃料電池の負荷を定挌負荷に急上昇
させ、りん酸型燃料電池の温度をその定挌運転温度に昇
温させる工程を含むよう構成した。その結果、発電生成
熱を従来より大きくして昇温時間を短縮できるので、従
来方法に比べて昇温時間が短く、したがって負荷側の要
求に対する応答性の優れたりん酸型燃料電池を提供する
ことができる。
前後の待機温度にあらかじめ保持されたりん酸型燃料電
池が、待機温度に到達した時点で燃料電極に燃料ガスを
,空気電極に反応空気をそれぞれ所定流量に設定して供
給した後、りん酸型燃料電池の負荷を定挌負荷に急上昇
させ、りん酸型燃料電池の温度をその定挌運転温度に昇
温させる工程を含むよう構成した。その結果、発電生成
熱を従来より大きくして昇温時間を短縮できるので、従
来方法に比べて昇温時間が短く、したがって負荷側の要
求に対する応答性の優れたりん酸型燃料電池を提供する
ことができる。
【0016】また、待機温度に到達した時点で空気電極
に供給する反応空気の量を、定挌流量を超える所定量に
増量するよう構成すれば、空気電極側電極基材の表面を
流れる反応空気の流速が増し、反応空気中の水蒸気分圧
が低下して電極基材を透過した生成水の蒸発を促進する
ので、生成水によるりん酸の希釈を阻止して電極の劣化
を防止できるとともに、りん酸の溢れ出しによる反応ガ
スの供給障害も阻止でき、したがって電圧低下が少なく
長寿命化したりん酸型燃料電池を提供できる利点が得ら
れる。
に供給する反応空気の量を、定挌流量を超える所定量に
増量するよう構成すれば、空気電極側電極基材の表面を
流れる反応空気の流速が増し、反応空気中の水蒸気分圧
が低下して電極基材を透過した生成水の蒸発を促進する
ので、生成水によるりん酸の希釈を阻止して電極の劣化
を防止できるとともに、りん酸の溢れ出しによる反応ガ
スの供給障害も阻止でき、したがって電圧低下が少なく
長寿命化したりん酸型燃料電池を提供できる利点が得ら
れる。
【0017】さらに、りん酸型燃料電池の温度が定挌運
転温度に到達した時点で、反応空気の流量を定挌流量以
下に設定変更するよう構成すれば、反応空気の過剰な消
費を排除して直ちに定常運転に移行できる利点が得られ
る。
転温度に到達した時点で、反応空気の流量を定挌流量以
下に設定変更するよう構成すれば、反応空気の過剰な消
費を排除して直ちに定常運転に移行できる利点が得られ
る。
【図1】この発明の実施例になるりん酸型燃料電池の運
転方法を簡略化して示すタイムチャート
転方法を簡略化して示すタイムチャート
【図2】実施例
になる運転方法で長期運転することにより得られた出力
電圧特性を従来方法によるそれと比較して示す特性線図
になる運転方法で長期運転することにより得られた出力
電圧特性を従来方法によるそれと比較して示す特性線図
【図3】りん酸型燃料電池の一般的構成および動作の説
明図
明図
【図4】従来の運転方法を簡略化して示すタンムチャー
ト
ト
1 単電池
2 マトリックス
3 燃料電極
4 空気電極
5 セパレータ
6 燃料室
7 空気室(酸化剤室)
Claims (3)
- 【請求項1】りん酸を保持したマトリックスと、これを
挟持する燃料電極および空気電極とを有する単電池の積
層体からなるりん酸型燃料電池が、その発電運転を開始
するに先立って130°前後の待機温度に予備加熱され
るものにおいて、前記待機温度に到達した時点で前記燃
料電極に燃料ガスを,前記空気電極に反応空気をそれぞ
れ所定流量に設定して供給した後、前記りん酸型燃料電
池の負荷を定挌負荷に急上昇させ、前記りん酸型燃料電
池の温度を定挌運転温度に昇温させる工程を含むことを
特徴とするりん酸型燃料電池の運転方法。 - 【請求項2】待機温度に到達した時点で空気電極に供給
する反応空気の量を定挌流量を超える所定量に増量する
よう設定する工程を含むことを特徴とする請求項1記載
のりん酸型燃料電池の運転方法。 - 【請求項3】りん酸型燃料電池の温度が定挌運転温度に
到達した時点で、反応空気の流量を定挌流量に設定変更
する工程を含むことを特徴とする請求項2記載のりん酸
型燃料電池の運転方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3022453A JPH04262371A (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | りん酸型燃料電池の運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3022453A JPH04262371A (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | りん酸型燃料電池の運転方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04262371A true JPH04262371A (ja) | 1992-09-17 |
Family
ID=12083135
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3022453A Pending JPH04262371A (ja) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | りん酸型燃料電池の運転方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04262371A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999059217A1 (fr) * | 1998-05-14 | 1999-11-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Dispositif de pile a combustible, voiture electrique dans laquelle cette derniere est utilisee et procede de commande de demarrage de cette derniere |
JP2007207580A (ja) * | 2006-02-01 | 2007-08-16 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 燃料電池システム及びその起動方法 |
JP2009032555A (ja) * | 2007-07-27 | 2009-02-12 | Kyocera Corp | 燃料電池装置 |
US8485794B2 (en) | 2008-06-13 | 2013-07-16 | Doowon Technical College | Reciprocating compressor with rotary valve |
JP5597628B2 (ja) * | 2009-04-24 | 2014-10-01 | 京セラ株式会社 | 燃料電池装置 |
-
1991
- 1991-02-18 JP JP3022453A patent/JPH04262371A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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