JPH07169473A - 燃料電池及びその外部診断方法 - Google Patents
燃料電池及びその外部診断方法Info
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- JPH07169473A JPH07169473A JP5313912A JP31391293A JPH07169473A JP H07169473 A JPH07169473 A JP H07169473A JP 5313912 A JP5313912 A JP 5313912A JP 31391293 A JP31391293 A JP 31391293A JP H07169473 A JPH07169473 A JP H07169473A
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- Japan
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- drain pot
- fuel cell
- gas
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- 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】
【目的】 セルスタックとガスマニホールドとの間の絶
縁を維持し安定して発電できる燃料電池及びその外部診
断方法を得ることである。 【構成】 単セルとセパレータを複数積層して成るセル
スタックの側面に燃料及び酸化ガスを供給・排出するガ
スマニホールドを有する燃料電池において、前記ガスマ
ニホールドの底板下部にマニホールド内部で発生するド
レンを蓄積するドレンポット取り付けると共に、このド
レンポットをマニホールドと同電位とすることを特徴と
する。
縁を維持し安定して発電できる燃料電池及びその外部診
断方法を得ることである。 【構成】 単セルとセパレータを複数積層して成るセル
スタックの側面に燃料及び酸化ガスを供給・排出するガ
スマニホールドを有する燃料電池において、前記ガスマ
ニホールドの底板下部にマニホールド内部で発生するド
レンを蓄積するドレンポット取り付けると共に、このド
レンポットをマニホールドと同電位とすることを特徴と
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池に係り、特に
ガスマニホールド内部で発生するリン酸を含む液体によ
るセルスタックとガスマニホールド間の電気的短絡を防
止するようにした燃料電池及びその外部診断方法に関す
る。
ガスマニホールド内部で発生するリン酸を含む液体によ
るセルスタックとガスマニホールド間の電気的短絡を防
止するようにした燃料電池及びその外部診断方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図５は、従来から用いられている燃料電
池の縦断側面図を示している。即ち、単位セルとガス分
離板を複数枚交互に積層しセルサブスタック１を構成し
該セルサブスタック１の間に発振反応により発生した熱
を外部に取り出すための冷却板２を配置し、これらをさ
らに複数個交互に積層して形成したセルスタック３の上
下にカーボン板４ならびに締付板５を配置し前記セルス
タック３を締付けるように構成している。
池の縦断側面図を示している。即ち、単位セルとガス分
離板を複数枚交互に積層しセルサブスタック１を構成し
該セルサブスタック１の間に発振反応により発生した熱
を外部に取り出すための冷却板２を配置し、これらをさ
らに複数個交互に積層して形成したセルスタック３の上
下にカーボン板４ならびに締付板５を配置し前記セルス
タック３を締付けるように構成している。
【０００３】そして前記セルスタック３の周囲４側面を
覆うようにセルスタック３に反応ガスを供給するための
ガスマニホールド６が反応ガスの漏れを防止するシール
材７を介して取付けられており、さらに前記ガスマニホ
ールド６の底部には、燃料電池の起動・停止時等にセル
で発生した水分やセルに含まれているリン酸等の液体が
溜った場合に容易に排出されるようにドレン配管８が設
けられている。
覆うようにセルスタック３に反応ガスを供給するための
ガスマニホールド６が反応ガスの漏れを防止するシール
材７を介して取付けられており、さらに前記ガスマニホ
ールド６の底部には、燃料電池の起動・停止時等にセル
で発生した水分やセルに含まれているリン酸等の液体が
溜った場合に容易に排出されるようにドレン配管８が設
けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで上記のように
構成された従来の燃料電池においては以下に述べるよう
な解決すべき課題があった。即ち、セルでの発電反応で
発生した水及びセルに含まれているリン酸等がセルスタ
ック３の側面及びガスマニホールド６の側面を伝わって
ガスマニホールド６の底部に溜った場合、ほとんどの液
体は、ガスマニホールド６の底部に設けられているドレ
ン配管８を通して外部に排出される。
構成された従来の燃料電池においては以下に述べるよう
な解決すべき課題があった。即ち、セルでの発電反応で
発生した水及びセルに含まれているリン酸等がセルスタ
ック３の側面及びガスマニホールド６の側面を伝わって
ガスマニホールド６の底部に溜った場合、ほとんどの液
体は、ガスマニホールド６の底部に設けられているドレ
ン配管８を通して外部に排出される。
【０００５】ドレン配管８には絶縁継手10が取り付けら
れており、反応ガス配管９に取り付けられた絶縁継手11
と共に、ガスマニホールド６を接地された圧力容器から
電気的に絶縁している。
れており、反応ガス配管９に取り付けられた絶縁継手11
と共に、ガスマニホールド６を接地された圧力容器から
電気的に絶縁している。
【０００６】大出力の燃料電池プラント等では、燃料電
池本体を複数本直列に接続するため、セルスタックの対
地電位は2000〜3000Ｖと高くなっていく。その為、ガス
マニホールドの電位はシール材７で一旦電気的絶縁を取
った上で、セルスタックの例えば最下部と同電位として
セルスタックとマニホールド間に作用する電位差を常に
セルスタックの発生電圧に抑える方法が一般的に行われ
ている。
池本体を複数本直列に接続するため、セルスタックの対
地電位は2000〜3000Ｖと高くなっていく。その為、ガス
マニホールドの電位はシール材７で一旦電気的絶縁を取
った上で、セルスタックの例えば最下部と同電位として
セルスタックとマニホールド間に作用する電位差を常に
セルスタックの発生電圧に抑える方法が一般的に行われ
ている。
【０００７】一方、ドレン配管８内を流れるドレンはリ
ン酸を含んでいる為、電気伝導性を有している。絶縁継
手10は一般にフッ素樹脂等の撥水性の強い材料が選定さ
れるが、長時間の使用により、内面の撥水性が徐々に失
われていく。絶縁継手10の電気伝導性の消失と共に、絶
縁継手10に過大な漏れ電流が流れたり、セルスタック３
とガスマニホールド６間の電位が異常に上昇し、シール
材７が絶縁破壊を起こす等の機能障害が生じる恐れがあ
った。
ン酸を含んでいる為、電気伝導性を有している。絶縁継
手10は一般にフッ素樹脂等の撥水性の強い材料が選定さ
れるが、長時間の使用により、内面の撥水性が徐々に失
われていく。絶縁継手10の電気伝導性の消失と共に、絶
縁継手10に過大な漏れ電流が流れたり、セルスタック３
とガスマニホールド６間の電位が異常に上昇し、シール
材７が絶縁破壊を起こす等の機能障害が生じる恐れがあ
った。
【０００８】本発明は、上記課題を解決するために提案
されたもので、その目的はガスマニホールド底部に取り
付けられたドレン配管を省略し、セルスタックとガスマ
ニホールド間の絶縁を維持し安定して発電できる燃料電
池及びその外部診断方法を提供することにある。
されたもので、その目的はガスマニホールド底部に取り
付けられたドレン配管を省略し、セルスタックとガスマ
ニホールド間の絶縁を維持し安定して発電できる燃料電
池及びその外部診断方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、ガスマニホールドの底板にドレンポット
を設け、ドレンポットに溜ったドレンを定期的に排出で
きる構成とし、かつドレン量が所要量溜った事を外部よ
り容易に診断できることを特徴とする。
に本発明では、ガスマニホールドの底板にドレンポット
を設け、ドレンポットに溜ったドレンを定期的に排出で
きる構成とし、かつドレン量が所要量溜った事を外部よ
り容易に診断できることを特徴とする。
【００１０】
【作用】本発明の燃料電池によれば、ガスマニホールド
底板のドレンポットに溜ったリン酸を含んだ液体をベッ
セル外に定期的に排出することができるのでドレン配管
の省略が可能となりセルスタックとマニホールド間の絶
縁低下の問題を解決することができる。
底板のドレンポットに溜ったリン酸を含んだ液体をベッ
セル外に定期的に排出することができるのでドレン配管
の省略が可能となりセルスタックとマニホールド間の絶
縁低下の問題を解決することができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明の一実施例の縦断面図である。な
お、図２に示した従来例と同一部分には同一符号を付し
て説明を省略する。
する。図１は、本発明の一実施例の縦断面図である。な
お、図２に示した従来例と同一部分には同一符号を付し
て説明を省略する。
【００１２】図１に示すように、ガスマニホールド６の
底板にドレンポット12を設けドレンポット12の最下部に
排出止栓13を設ける。上記のように構成した本実施例の
燃料電池では、ガスマニホールド６の内部で発生した水
やセルに含まれているリン酸などの液体がガスマニホー
ルド６底部に取り付けられたドレンポット12に流入す
る。ドレンポット12は接地された圧力容器から隔離され
ているため、ドレンがいくら出ようと絶縁上問題となる
ことはない。ドレンポット12の内容積は、燃料電池の保
守点検間隔にガスマニホールド６内部で発生するドレン
量を貯めることができるように設定すれば、保守点検毎
にドレンポット下部に設けたドレン排出用止栓13を開け
ることでドレンを排出することが可能である。
底板にドレンポット12を設けドレンポット12の最下部に
排出止栓13を設ける。上記のように構成した本実施例の
燃料電池では、ガスマニホールド６の内部で発生した水
やセルに含まれているリン酸などの液体がガスマニホー
ルド６底部に取り付けられたドレンポット12に流入す
る。ドレンポット12は接地された圧力容器から隔離され
ているため、ドレンがいくら出ようと絶縁上問題となる
ことはない。ドレンポット12の内容積は、燃料電池の保
守点検間隔にガスマニホールド６内部で発生するドレン
量を貯めることができるように設定すれば、保守点検毎
にドレンポット下部に設けたドレン排出用止栓13を開け
ることでドレンを排出することが可能である。
【００１３】高温・高圧の条件下で運転される燃料電池
においては圧力容器にドレン排出用止栓13の取り外しの
為のマンホール14を設けておけば、プラントの停止時あ
るいは保守点検時に容易にドレンを排出することができ
る。
においては圧力容器にドレン排出用止栓13の取り外しの
為のマンホール14を設けておけば、プラントの停止時あ
るいは保守点検時に容易にドレンを排出することができ
る。
【００１４】しかしながら、何らかの理由で、ガスマニ
ホールド６の内部で発生するドレン量が異常に多い場
合、保守点検毎にドレンを排出する方式では問題が生じ
ることになり、ドレン量を外部から知ることができる何
らかの外部診断方法が必要である。
ホールド６の内部で発生するドレン量が異常に多い場
合、保守点検毎にドレンを排出する方式では問題が生じ
ることになり、ドレン量を外部から知ることができる何
らかの外部診断方法が必要である。
【００１５】図１にはそのための小径の連通管15が設け
られており、この連通管は絶縁継手16でドレンポット13
と圧力容器を貫通する部分とが電気的に絶縁されてい
る。連通管の出口はバルブ17ａを介してドレンポット12
のモニター装置18に連結されている。また17ｂは微量な
ガスを排出するためのバルブである。通常の運転中はバ
ルブ17ｂは閉じておく。ドレン量を外部から知る外部診
断を、上記保守・点検より頻繁に行う。具体的な方法を
図２および図３を用いて以下に示す。
られており、この連通管は絶縁継手16でドレンポット13
と圧力容器を貫通する部分とが電気的に絶縁されてい
る。連通管の出口はバルブ17ａを介してドレンポット12
のモニター装置18に連結されている。また17ｂは微量な
ガスを排出するためのバルブである。通常の運転中はバ
ルブ17ｂは閉じておく。ドレン量を外部から知る外部診
断を、上記保守・点検より頻繁に行う。具体的な方法を
図２および図３を用いて以下に示す。
【００１６】ドレン量を測定するときに、バルブ17−ｂ
を開き極間差圧がつかないようにして、連通管の中のガ
スを微量外部へ排出させる。その後、バルブ17−ｂを閉
じ連通管15内の圧力をモニター装置18により測定する。
もし、ドレンポット12内のドレン量がドレンポットの底
板より高さｈ以下であれば連通管15内にマニホールドよ
りガスが流れ込み連通管15内の圧力は図２に示すように
マニホールド内の圧力（Ｐ１）にもどる。しかしなが
ら、もしドレンポット12内のドレン量がドレンポットの
底板より高さｈ以上であれば連通管15とマニホールドは
ドレンにより遮断されているのでマニホールドよりガス
が連通管15内に流れ込まず図３に示すように連通管15内
をドレンがｌだけせり上がり平衡に保たれる。この時ｌ
は
を開き極間差圧がつかないようにして、連通管の中のガ
スを微量外部へ排出させる。その後、バルブ17−ｂを閉
じ連通管15内の圧力をモニター装置18により測定する。
もし、ドレンポット12内のドレン量がドレンポットの底
板より高さｈ以下であれば連通管15内にマニホールドよ
りガスが流れ込み連通管15内の圧力は図２に示すように
マニホールド内の圧力（Ｐ１）にもどる。しかしなが
ら、もしドレンポット12内のドレン量がドレンポットの
底板より高さｈ以上であれば連通管15とマニホールドは
ドレンにより遮断されているのでマニホールドよりガス
が連通管15内に流れ込まず図３に示すように連通管15内
をドレンがｌだけせり上がり平衡に保たれる。この時ｌ
は
【００１７】
【数１】 ｌ＝（Ｐ１−Ｐ２）／ρｇ ρ：ドレンの密度 このため、連通管15内の圧力はマニホールド内の圧力
（Ｐ１）には戻らない。このように連通管15内の圧力が
マニホールド内の圧力に戻らなければ、ドレンポット内
のドレン水量がドレンポット底板よりｈの高さ以上であ
ることがわかり、マニホールド内にドレンが溜る前にド
レン排出時期を知ることができる。さらに、図４に示す
ようにマニホールド上部に連通管20を取り付け、連通管
15内の圧力との差圧を測定することにより上記方法の測
定精度を向上させることができる。
（Ｐ１）には戻らない。このように連通管15内の圧力が
マニホールド内の圧力に戻らなければ、ドレンポット内
のドレン水量がドレンポット底板よりｈの高さ以上であ
ることがわかり、マニホールド内にドレンが溜る前にド
レン排出時期を知ることができる。さらに、図４に示す
ようにマニホールド上部に連通管20を取り付け、連通管
15内の圧力との差圧を測定することにより上記方法の測
定精度を向上させることができる。
【００１８】図１および図４においては連通管15内から
微量のガスを排出する方法によりドレン量を検知する方
法について説明したが、精度の良いガスセンサーであれ
ばガス排出をせず、常時連通管内の圧力を監視すること
でドレン量が許容量を越えた事を検知可能である。この
場合は連通管内がガス体から液体に置換される際の圧力
振動を検知すると感度よくドレン排出時期を知ることが
できる。
微量のガスを排出する方法によりドレン量を検知する方
法について説明したが、精度の良いガスセンサーであれ
ばガス排出をせず、常時連通管内の圧力を監視すること
でドレン量が許容量を越えた事を検知可能である。この
場合は連通管内がガス体から液体に置換される際の圧力
振動を検知すると感度よくドレン排出時期を知ることが
できる。
【００１９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、連
通管15よりガスサンプリングを行いガス成分を分析する
ことによってもドレンポット内のドレン水量を知ること
ができる。もしドレンポット12内のドレン量がドレンポ
ットの底板より高さｈ以上であれば連通管15とマニホー
ルドはドレンにより遮断されるので連通管15内のガス成
分はほぼ一定となる。これは、特に運転停止中に電池内
を窒素によりパージする時などに行うと有効である。
通管15よりガスサンプリングを行いガス成分を分析する
ことによってもドレンポット内のドレン水量を知ること
ができる。もしドレンポット12内のドレン量がドレンポ
ットの底板より高さｈ以上であれば連通管15とマニホー
ルドはドレンにより遮断されるので連通管15内のガス成
分はほぼ一定となる。これは、特に運転停止中に電池内
を窒素によりパージする時などに行うと有効である。
【図１】本発明の一実施例の構成図
【図２】本発明のドレン水量の外部診断方法の一例を示
す説明図
す説明図
【図３】本発明のドレン水量の外部診断方法の他の例を
示す説明図
示す説明図
【図４】本発明の他の実施例の構成図
【図５】従来例の構成図
１…セルサブスタック ２…冷却板 ３…セルスタック ４…カーボン板 ５…締付板 ６…ガスマニホールド ７…シール材 ８…ドレン配管 ９…反応ガス配管 10…絶縁継手 11…絶縁継手 12…ドレンポット 13…排出用止栓 14…マンホール 15…連通管 16…絶縁継手 17…バルブ 18…モニター装置 12ａ…バルブ
Claims (6)
- 【請求項１】 単セルとセパレータを複数積層して成る
セルスタックの側面に燃料及び酸化ガスを供給・排出す
るガスマニホールドを有する燃料電池において、前記ガ
スマニホールドの底板下部にマニホールド内部で発生す
るドレンを蓄積するドレンポット取り付けると共に、こ
のドレンポットをマニホールドと同電位とすることを特
徴とする燃料電池。 - 【請求項２】 ドレンポットの最下部にドレン排出用の
排出バルブを取り付けた事を特徴とする請求項１に記載
の燃料電池。 - 【請求項３】 単位セルとセパレータを複数個積層して
成るセルスタックの側面に燃料及び酸化剤ガスを供給・
排出するガスマニホールドを有する燃料電池積層体を圧
力容器に収納してなる燃料電池において、当該圧力容器
の側面のドレンポットの位置に対応する部分に作業用マ
ンホールを取り付けた事を特徴とする請求項１又は請求
項２に記載の燃料電池。 - 【請求項４】 ドレンポットの所要の位置から外部へ連
通する小径の配管を設け、当該配管からドレンポット内
の圧力を測定し、ドレンポットの所要の位置までドレン
量が増加したことを検出する燃料電池の外部診断方法。 - 【請求項５】 ドレンポットの所要の位置から外部へ連
通する小径の配管とドレンポットが取り付けられたガス
マニホールドのドレンポットより高い位置から外部へ連
通する小径の配管を設け、これらの配管の差圧を測定す
ることにより、ドレンポットの所要の位置までドレン量
が増加したことを検出する燃料電池の外部診断方法。 - 【請求項６】 ドレンポットの所要の位置から外部へ連
通する小径の配管を設け、当該配管からドレンポット内
のガスサンプリングにより、ドレンポットの所要の位置
までドレン量が増加したことを検出する燃料電池の外部
診断方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5313912A JPH07169473A (ja) | 1993-12-15 | 1993-12-15 | 燃料電池及びその外部診断方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5313912A JPH07169473A (ja) | 1993-12-15 | 1993-12-15 | 燃料電池及びその外部診断方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07169473A true JPH07169473A (ja) | 1995-07-04 |
Family
ID=18047022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5313912A Pending JPH07169473A (ja) | 1993-12-15 | 1993-12-15 | 燃料電池及びその外部診断方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07169473A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006501601A (ja) * | 2002-04-30 | 2006-01-12 | ゼネラル・モーターズ・コーポレーション | コンパクトな燃料電池構成 |
| JP2009158157A (ja) * | 2007-12-25 | 2009-07-16 | Toyota Boshoku Corp | 燃料電池システムの気液分離器 |
| WO2020106811A1 (en) * | 2018-11-21 | 2020-05-28 | Doosan Fuel Cell America, Inc. | Fuel cell electrolyte reservoir |
| JP2020177801A (ja) * | 2019-04-18 | 2020-10-29 | 株式会社東芝 | 計測装置、燃料電池発電ユニット、及び計測装置の計測方法 |
| US10892498B2 (en) | 2018-11-21 | 2021-01-12 | Doosan Fuel Cell America, Inc. | Fuel cell spacer and electrolyte reservoir |
-
1993
- 1993-12-15 JP JP5313912A patent/JPH07169473A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006501601A (ja) * | 2002-04-30 | 2006-01-12 | ゼネラル・モーターズ・コーポレーション | コンパクトな燃料電池構成 |
| JP2009158157A (ja) * | 2007-12-25 | 2009-07-16 | Toyota Boshoku Corp | 燃料電池システムの気液分離器 |
| WO2020106811A1 (en) * | 2018-11-21 | 2020-05-28 | Doosan Fuel Cell America, Inc. | Fuel cell electrolyte reservoir |
| US10892498B2 (en) | 2018-11-21 | 2021-01-12 | Doosan Fuel Cell America, Inc. | Fuel cell spacer and electrolyte reservoir |
| US11139487B2 (en) | 2018-11-21 | 2021-10-05 | Doosan Fuel Cell America, Inc. | Fuel cell electrolyte reservoir |
| JP2020177801A (ja) * | 2019-04-18 | 2020-10-29 | 株式会社東芝 | 計測装置、燃料電池発電ユニット、及び計測装置の計測方法 |
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