JPH09199147A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】液絡現象の発生を早期にかつ確実に検知して、
燃料電池スタックの劣化や損傷を未然に防止すること。 【解決手段】燃料電池スタック２の少なくとも１個のサ
ブスタックにおける、少なくとも２個の単位電池１の燃
料極または酸化剤極の少なくとも一方の電位を測定する
電位測定手段７と、電位測定手段７により測定された電
位のうち、同一サブスタックに属する２個の単位電池１
の燃料極の電位の差、または同一サブスタックに属する
２個の単位電池１の酸化剤極の電位の差の少なくとも一
方の電位の差を算出する演算手段８と、演算手段８によ
り算出された電位の差があらかじめ設定された設定値よ
りも大きくなった場合に警報を出力する警報手段９と、
演算手段８により算出された電位の差があらかじめ設定
された設定値よりも大きくなった場合に、燃料電池スタ
ック２の運転を停止する制御手段１０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池発電装置
に係り、特に燃料電池スタックの異常を早期に見地でき
るようにした燃料電池発電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、燃料の有する化学エネルギー
を直接電気エネルギーに変換する装置として、燃料電池
が知られている。この燃料電池は、一般に、多孔質材料
を使用した一対の電極、すなわち燃料極と酸化剤極との
間に、電解質を保持する電解質層を挟み、燃料極の背面
に反応ガスとして燃料ガスを接触させると共に、酸化剤
極の背面に反応ガスとして酸化剤ガスを接触させること
により、この時に生じる電気化学的反応を利用して、上
記各電極間から電気エネルギーを取り出すようにしたも
のである。

【０００３】ここで、電解質としては、酸性溶液、溶融
炭酸塩、アルカリ溶液等があるが、最近では、リン酸を
用いたリン酸型の燃料電池が、最も実用化に近いと考え
られている。

【０００４】図３は、この種の燃料電池のうち、電解質
としてリン酸を使用した一般的なリン酸型燃料電池の構
成例を示す分解斜視図である。すなわち、図３に示すよ
うに、燃料電池本体には、発電のための単位電池１が、
ガス分離板３を介して複数個積層されてなる燃料電池ス
タック２が設けられている。

【０００５】単位電池１は、多孔質材料を使用した基板
に、白金等による触媒を塗布して形成された一対の燃料
極（以下、アノード電極と称する）１ａと、酸化剤極
（以下、カソード電極と称する）１ｂとが、リン酸を含
有した電解質層１ｃを挟んで形成されている。

【０００６】なお、単位電池１において、基板の辺縁部
（エッジ部）は、多孔質である基板を通じて反応ガスが
外部に漏洩するのを防止するために、アノード電極１
ａ、カソード電極１ｂとも、基板の密度を高くしたり、
あるいは表面に緻密な物質を貼り付ける等の方策を施し
ており、反応ガスが達しないため、触媒は塗布されてい
ない。

【０００７】さらに、アノード電極１ａの背面には、水
素等の燃料ガスが流通する燃料流通溝が、またカソード
電極１ｂの背面には、酸素等の酸化剤ガスが流通する酸
化剤流通溝が、それぞれ形成されている。

【０００８】一方、この単位電池１とガス分離板３とを
交互に複数個積層し、一定数積層する毎に冷却板４を挿
入している。また、ガス分離板３は、アノード電極１ａ
とカソード電極１ｂのそれぞれに供給されるガスを区分
すると共に、各単位電池１間の電気的接続を確保するよ
うに構成されている。

【０００９】さらに、冷却板４は、内部に水等の冷媒を
流すことにより、単位電池１で起こる電気化学的反応に
伴なって生じる熱を除去し、燃料電池スタック２の温度
を一定に保つように構成されている。

【００１０】また、このような燃料電池スタック２に
は、燃料電池スタック２で発生した電流を取り出すため
に、その上下の端部に集電板６が配置されている。さら
に、燃料電池スタック２の側面には、燃料電池スタック
２に燃料ガスと酸化剤ガスをそれぞれ供給・排出するガ
スマニホールド５が配置されている。

【００１１】なお、一般に、アノード電極１ａおよびカ
ソード電極１ｂ、ガス分離板３、冷却板４は、いずれも
炭素を材料として作られている。この炭素を用いる理由
は、耐リン酸性（耐蝕性）、耐熱性、電気伝導性、熱伝
導性に優れ、かつ低コストで製作できるためである。

【００１２】さて、以上のような構成を有するリン酸型
の燃料電池では、各単位電池１において、アノード電極
１ａに供給された水素（Ｈ₂ ）が、アノード電極１ａに
塗布された触媒の作用によって、次のような反応（解離
反応）を起こす。

【００１３】 Ｈ₂ →２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- （１） この水素の解離反応により発生した水素イオン（Ｈ⁺ ）
は、電解質層１ｃに蓄えられたリン酸中を移動して、カ
ソード電極１ｂに達する。一方、電子（ｅ^- ）は、アノ
ード電極１ａから外部回路を流れ、電力負荷を通って仕
事をして、カソード電極１ｂに達する。そして、アノー
ド電極１ａから移動してきた水素イオン（Ｈ⁺ ）と、カ
ソード電極１ｂに供給された酸素（Ｏ₂ ）と、外部回路
で仕事をしてきた電子（ｅ^- ）とにより、カソード電極
１ｂに塗布された触媒の作用によって、次のような反応
が起こる。

【００１４】 ４Ｈ⁺ ＋Ｏ₂ ＋４ｅ^- →２Ｈ₂ Ｏ （２） 従って、単位電池１では、水素が酸化されて水になると
共に、この時の化学エネルギーが外部の電力負荷に与え
る電気エネルギーとなる。このようにして、単位電池１
の電池としての全反応が完結する。

【００１５】なお、上記の単位電池１における反応は、
発熱反応であるが、これは燃料電池スタック２の内部に
挿入されている冷却板４によって冷却される。また、実
際のリン酸型燃料電池では、通常、燃料ガスとしては、
主として、メタン（ＣＨ₄ ）からなる天然ガスに水蒸気
（Ｈ₂ Ｏ）を加えて加熱し、次のような反応によって発
生させた水素を用いる。

【００１６】 ＣＨ₄ ＋Ｈ₂ Ｏ→３Ｈ₂ ＋ＣＯ （３） ＣＯ＋Ｈ₂ Ｏ→Ｈ₂ ＋ＣＯ₂ （４） この反応では、水素と共に二酸化炭素（ＣＯ₂ ）も同時
に発生する。

【００１７】従って、燃料電池スタック２に供給される
ガスは、水素と二酸化炭素との混合ガスである。また、
未反応のメタンや一酸化炭素（ＣＯ）も僅かながら含ま
れているが、これらの量は無視できるほどである。

【００１８】なお、以下の説明では、この混合ガスのこ
とを燃料ガスと称する。また、二酸化炭素は、電気化学
的に不活性であるので、燃料電池スタック２に供給され
ても、上記の反応を阻害することはない。

【００１９】また、酸化剤ガスとしては、一般に空気が
用いられる。この空気は、主に窒素と酸素とからなる
が、窒素も不活性ガスであるので、燃料電池スタック２
に供給されても特に問題はない。

【００２０】ところで、電解質層１ｃに蓄えられている
リン酸は、微量ながら蒸発して、電極１ａ，１ｂの背面
を流通する反応ガスの中にリン酸の蒸気が混入する。単
位電池１においては、温度は必ずしも一定ではなく、一
般に反応ガスが供給される付近（反応ガス入口付近）で
は、反応が多く起こるために発熱量も多く、従って温度
が高くなり、逆に反応ガスが排出される付近（反応ガス
出口付近）では、反応が余り起こらないために温度が低
くなる。

【００２１】また、リン酸は、液体で一般に見られるよ
うに、温度が高いほど蒸気圧が高くなり、温度が低けれ
ば蒸気圧は低くなる。従って、温度の高い反応ガス入口
付近では、反応ガス中のリン酸の蒸気の濃度が高まる
が、反応ガスが出口付近まで流れていき、温度が低下す
ると、リン酸の蒸気の一部は凝縮して、液体の状態に戻
る。このようにして、反応ガス入口付近では、単位電池
１に含まれているリン酸の量が少なく、反応ガス出口付
近では、単位電池１に含まれているリン酸の量が多くな
る。

【００２２】単位電池１に含まれているリン酸は、液体
の状態であり、多孔質であるアノード電極１ａ、カソー
ド電極１ｂ、および電解質層１ｃの気孔中を移動し得る
ので、上記のようなリン酸量の不均衡は、リン酸の移動
によって和らげられる。しかしながら、単位電池１の位
置による温度の差が大きい場合には、反応ガス出口付近
のリン酸量が過剰となり、燃料電池スタック２の外部に
液体のリン酸が溢れ出て、燃料電池スタック２の側面を
リン酸の液滴が流れ落ちる結果となる。そして、このよ
うに、燃料電池スタック２の側面を流れるリン酸によっ
て、複数の単位電池１の電解質層１ｃ同士が接続された
ような状態を、「液絡」と称している。

【００２３】また、反応ガスが燃料電池スタック２の外
部に排出されても、なおリン酸の蒸気の凝縮は生じてお
り、燃料電池スタック２の側面に、凝縮したリン酸の液
滴が付着する状態を引き起こす。

【００２４】このようにして、燃料電池スタック２の側
面を流れるリン酸の量が多くなると、燃料電池スタック
２の上部に位置する単位電池１に含まれるリン酸の量は
減少し、燃料電池スタック２の下部に位置する単位電池
１に含まれるリン酸の量は増加する。

【００２５】但し、実際には、流下してきたリン酸の液
滴を冷却板４が受け止める形となるため、燃料電池スタ
ック２のサブスタックの上部に位置する単位電池１か
ら、同一サブスタックの下部に位置する単位電池１にリ
ン酸が移動するのみで、別のサブスタックに属する単位
電池１に移動するリン酸の量は少ない。

【００２６】ところで、単位電池１の電解質層１ｃに蓄
えられるリン酸の量が減少した場合には、電解質中の水
素イオンの移動の抵抗が増大し、カソード電極１ｂに供
給される水素イオンの量が、発電するために十分ではな
くなり、単位電池１で発生する電気エネルギーの量が減
少する。すなわち、単位電池１で発生する電圧が低下す
る。

【００２７】また、電解質層１ｃは、多孔質体の気孔を
液体であるリン酸が満たすことによって、アノード電極
１ａに供給される燃料ガスと、カソード電極１ｂに供給
される酸化剤ガスとを区分する機能も果たしているが、
電解質層１ｃに蓄えられているリン酸が減少すると、こ
のガスを区分する機能が低下する。

【００２８】甚だしい場合には、燃料ガスがカソード電
極１ｂに漏洩し、あるいは酸化剤ガスがアノード電極１
ａに漏洩して、燃料ガスと酸化剤ガスとが直接接触し、
反応してしまう。この場合、燃料ガスと酸化剤ガスとの
反応は、単位電池１における発電には寄与せず、単位電
池１に供給される反応ガスの量が減少することになるた
め、単位電池１で発生する電気エネルギーの量が減少す
る。

【００２９】一方、単位電池１に含まれるリン酸の量が
過剰になると、アノード電極１ａおよびカソード電極１
ｂに塗布された触媒の気孔がリン酸で塞がれ、反応ガス
が触媒の表面に達しなくなる、あるいは反応ガスが触媒
の表面に達するまでの抵抗が大きくなるため、発生する
電気エネルギー量が減少して、やはり単位電池１で発生
する電圧が低下する。

【００３０】さらに、液絡が生じた場合には、燃料電池
スタック２のサブスタックのうち、地面に対する電位
（電気工学的な電位）の高い側（正極側）に位置する単
位電池１のカソード電極１ｂ、および当該カソード電極
１ｂに接するガス分離板３、冷却板４の材料である炭素
が、次のような式で表わされる電食反応を起こし、欠損
を生じることが経験的に知られている。

【００３１】 Ｃ＋２Ｈ₂ Ｏ→ＣＯ₂ ＋４Ｈ⁺ ＋４ｅ^- （５） Ｃ＋Ｈ₂ Ｏ→ＣＯ＋２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- （６） このような反応によって、カソード電極１ｂ、ガス分離
板３、冷却板４に欠損が生じると、燃料ガスのカソード
電極１ｂへの漏洩や酸化剤ガスのアノード電極１ａへの
漏洩、冷却板４内部へのリン酸の浸透による冷却管（ス
テンレス等の金属で製作されている）の腐食と、それに
伴なう冷却水の漏洩等が生じ、燃料電池スタック２の発
電能力の低下を引き起こすことになる。

【００３２】この電食反応が生じる機構については、現
在のところ推測ではあるが、次のように考えられてい
る。すなわち、前述したように、単位電池１のアノード
電極１ａにおいて、上記（１）式で表わされる水素解離
反応で生じた水素イオン（Ｈ⁺ ）は、電解質層１ｃに蓄
えられたリン酸中を拡散して、カソード電極１ｂに達
し、上記（２）式で表わされる水生成反応によって消費
される。

【００３３】ここで、燃料電池スタック２の側面におい
て液絡が生じると、アノード電極１ａで生じた水素イオ
ンの一部は、液絡を形成しているリン酸を介して、隣接
する単位電池１に移動し得る。

【００３４】この時、水素イオンは、正の電荷を有して
いるので、電気工学的な電位の低い側（負極側）に多く
移動する。従って、負極側に位置する単位電池１の電解
質層１ｃでは、水素イオンが過剰となり、正極側に位置
する単位電池の電解質層１ｃでは、水素イオンが不足し
ている状態となる。そして、水素イオンが正の電荷を持
つため、水素イオンが過剰に存在する部分の電位は、液
絡が生じていない場合に比べて高くなり、従って電解質
層１ｃとカソード電極１ｂとの間の電位差は小さくな
る。また、水素イオンが不足する部分の電位は、液絡が
生じていない場合に比べて低くなり、電解質層１ｃとカ
ソード電極１ｂとの間の電位差は大きくなる。

【００３５】この場合、電解質層１ｃ中における水素イ
オンの移動速度はそれほど大きくないため、水素イオン
の過不足は、単位電池１の辺縁部でのみ起こる。従っ
て、電位の変化は、単位電池１の辺縁部に近いほど大き
く、単位電池１の中心部では変化は殆ど生じない。

【００３６】ところで、上記（５）式および（６）式で
表わされる炭素の電食反応は、電解質と炭素との間の電
位差（すなわち、電解質の電位を基準とした炭素の電
位。さらに、水素標準電極を基準とした炭素の電気化学
的な電位と言い換えられる）が大きいほど、反応速度が
大きくなる。正極側に位置する単位電池１では、電解質
層１ｃとカソード電極１ｂとの間の電位差が大きいか
ら、カソード電極１ｂにおいて、上記（５）式および
（６）式で表わされる炭素の電食反応が速く進行する。
また、このカソード電極１ｂに接するガス分離板３、冷
却板４も同一電位になっているので、同様に炭素の電食
反応が速く進行する。

【００３７】このことは、次のようにしても説明でき
る。すなわち、上記（２）式で表わされる水生成反応が
生じるためには、水素イオンが存在しなければならな
い。しかしながら、正極側に位置する単位電池の電解質
層１ｃでは、水素イオンが不足しているため、不足する
水素イオンを補なうために、上記（５）式および（６）
式で表わされる炭素の電食反応が起こる。

【００３８】以上に述べたような、リン酸の量の過少あ
るいは過大による発電機能の低下や、燃料電池スタック
２の構成材料である炭素の電食による欠損等の発生を検
知するためには、従来では、燃料電池スタック２全体の
電圧、あるいはサブスタック毎の電圧の変化を測定して
いるのが一般的である。すなわち、上記のように発電機
能に障害が生じた場合、その障害が生じているサブスタ
ックの電圧は低下し、従って燃料電池スタック２の全体
の電圧も低下するからである。

【００３９】しかしながら、サブスタックあるいは燃料
電池スタック２の電圧は、反応ガスの供給量の減少、燃
料電池スタック２の温度の低下、製造上の欠陥等による
反応ガスの漏洩等、液絡の発生以外の原因によっても起
こり得る。

【００４０】また、単位電池１のアノード電極１ａおよ
びカソード電極１ｂに用いられている触媒は、発電を続
けるにしたがって、徐々に電解質であるリン酸に溶解
し、あるいは触媒の微粒子の凝集によって表面積が減少
する等の原因により、触媒の作用が低下していくため、
このことによっても燃料電池スタック２の電圧は低下し
ていく。

【００４１】従って、電圧の変化を測定するだけでは、
液絡の発生によって電圧が変化したのか、あるいは他の
原因によって電圧が変化したのかを判断することができ
ず、適切な対応を取ることが困難である。

【００４２】一方、炭素の電食の発生を検知するために
は、反応ガス出口における二酸化炭素（ＣＯ₂ ）、ある
いは一酸化炭素（ＣＯ）の濃度を測定する方法が考えら
れる。これは、上記（５）式および（６）式から分かる
ように、炭素の電食反応に伴なって二酸化炭素や一酸化
炭素が発生するため、この反応が起こっている場合に
は、燃料電池スタック２から排出される反応ガス中の、
二酸化炭素や一酸化炭素の濃度が高まるからである。

【００４３】しかしながら、前述したように、燃料電池
スタック２に供給される燃料ガス中には、一定濃度の二
酸化炭素が含まれており、一酸化炭素も僅かながら含ま
れている。また、燃料電池スタック２に酸化剤ガスとし
て供給される空気の中にも、微量ではあるが二酸化炭素
が含まれている。

【００４４】従って、反応ガス中の二酸化炭素や一酸化
炭素の濃度を測定する方法では、炭素の電食が生じてい
ても、電食の量が少ない場合には、その発生を知ること
は困難である。さらに、この方法では、炭素の電食が発
生する前に、その発生の可能性を検知して防止すること
は困難である。

【００４５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
燃料電池においては、燃料電池スタックで液絡が生じた
時に、その発生を早期にまた確実に検知することが困難
であり、燃料電池スタックの損傷や劣化を招く恐れがあ
るという問題があった。

【００４６】本発明の目的は、燃料電池スタックにおい
て液絡が生じた時に、その発生を早期にかつ確実に検知
して、燃料電池スタックの損傷や劣化を未然に防止する
ことが可能な燃料電池発電装置を提供することにある。

【００４７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、まず、請求項１に対応する発明では、基板に触媒
を塗布して形成された燃料極および酸化剤極の間に電解
質層を挟んで形成される単位電池とガス分離板とを交互
に複数個ずつ積層してサブスタックを形成し、かつ当該
サブスタックと冷媒を内部に流通する冷却板とを交互に
複数個ずつ積層してなる燃料電池スタックと、燃料電池
スタックの各単位電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃
料ガス供給手段と、燃料電池スタックの各単位電池の酸
化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とか
ら構成される燃料電池発電装置において、燃料電池スタ
ックの少なくとも１個のサブスタックにおける、少なく
とも２個の単位電池の燃料極または酸化剤極の少なくと
も一方の電位を測定する電位測定手段と、電位測定手段
により測定された電位のうち、同一サブスタックに属す
る２個の単位電池の燃料極の電位の差、または同一サブ
スタックに属する２個の単位電池の酸化剤極の電位の差
の少なくとも一方の電位の差を算出する演算手段と、演
算手段により算出された電位の差があらかじめ設定され
た設定値よりも大きくなった場合に警報を出力する警報
手段とを備えて成る。

【００４８】また、請求項２に対応する発明では、基板
に触媒を塗布して形成された燃料極および酸化剤極の間
に電解質層を挟んで形成される単位電池とガス分離板と
を交互に複数個ずつ積層してサブスタックを形成し、か
つ当該サブスタックと冷媒を内部に流通する冷却板とを
交互に複数個ずつ積層してなる燃料電池スタックと、燃
料電池スタックの各単位電池の燃料極に燃料ガスを供給
する燃料ガス供給手段と、燃料電池スタックの各単位電
池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手
段とから構成される燃料電池発電装置において、燃料電
池スタックの少なくとも１個のサブスタックにおける、
少なくとも２個の単位電池の燃料極または酸化剤極の少
なくとも一方の電位を測定する電位測定手段と、電位測
定手段により測定された電位のうち、同一サブスタック
に属する２個の単位電池の燃料極の電位の差、または同
一サブスタックに属する２個の単位電池の酸化剤極の電
位の差の少なくとも一方の電位の差を算出する演算手段
と、演算手段により算出された電位の差があらかじめ設
定された設定値よりも大きくなった場合に、燃料電池ス
タックの運転を停止する制御手段とを備えて成る。

【００４９】さらに、請求項３に対応する発明では、基
板に触媒を塗布して形成された燃料極および酸化剤極の
間に電解質層を挟んで形成される単位電池とガス分離板
とを交互に複数個ずつ積層してサブスタックを形成し、
かつ当該サブスタックと冷媒を内部に流通する冷却板と
を交互に複数個ずつ積層してなる燃料電池スタックと、
燃料電池スタックの各単位電池の燃料極に燃料ガスを供
給する燃料ガス供給手段と、燃料電池スタックの各単位
電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給
手段とから構成される燃料電池発電装置において、燃料
電池スタックの少なくとも１個のサブスタックにおけ
る、少なくとも２個の単位電池の燃料極または酸化剤極
の少なくとも一方の電位を測定する電位測定手段と、電
位測定手段により測定された電位のうち、同一サブスタ
ックに属する２個の単位電池の燃料極の電位の差、また
は同一サブスタックに属する２個の単位電池の酸化剤極
の電位の差の少なくとも一方の電位の差を算出する演算
手段と、演算手段により算出された電位の差があらかじ
め設定された設定値よりも大きくなった場合に警報を出
力する警報手段と、演算手段により算出された電位の差
があらかじめ設定された設定値よりも大きくなった場合
に、燃料電池スタックの運転を停止する制御手段とを備
えて成る。

【００５０】ここで、特に上記電位測定手段のうちの少
なくとも一つは、例えば請求項４に記載したように、燃
料電池スタックのサブスタックの下端に位置する単位電
池に設けることが望ましい。

【００５１】また、例えば請求項５に記載したように、
上記電位測定手段が設けられている単位電池のうち最も
上部に位置する単位電池と、上記電位測定手段が設けら
れている単位電池のうち最も下部に位置する単位電池と
の間に、少なくとも一つの単位電池を存在させることが
望ましい。

【００５２】さらに、上記電位測定手段は、例えば請求
項６に記載したように、単位電池の辺縁部であって、燃
料極の触媒が塗布されていない部分に設けることが望ま
しい。

【００５３】一方、上記電位測定手段は、例えば請求項
７に記載したように、単位電池のなす平面内における、
燃料ガスが排出される付近に設けることが望ましい。ま
た、上記電位測定手段は、例えば請求項８に記載したよ
うに、単位電池のなす平面内における、酸化剤ガスが排
出される付近に設けることが望ましい。

【００５４】さらに、上記電位測定手段は、例えば請求
項９に記載したように、燃料電池スタックの下部に位置
するサブスタックに属する単位電池に設けることが望ま
しい。

【００５５】従って、まず、請求項１に対応する発明の
燃料電池発電装置においては、電位測定手段が取り付け
られた単位電池のうち、正極側に位置する単位電池（以
下、「電池Ａ」と称する）の、アノード電極あるいはカ
ソード電極の電気化学的な電位の値と、負極側に位置す
る単位電池（以下、「電池Ｂ」と称する）の、電池Ａで
電位を測定する電極と同一電極の電気化学的な電位の値
とを測定し、その差を演算手段で求めることができる。
そして、液絡が生じていない場合には、測定された二つ
の電位の値はほぼ等しい。また、液絡が生じている場合
には、電池Ａで測定される電位の値は上昇し、電池Ｂで
測定される電位の値は下降するから、両者の電位の差は
大きくなる。

【００５６】よって、電池Ａと電池Ｂで測定される電位
の値の差を、あらかじめ設定された設定値と比較するこ
とにより、液絡が発生しているか否かを判別することが
できる。そして、警報手段では、液絡が生じていると判
別した時に警報を出力して、燃料電池スタックの清掃等
の対応を取る必要があることを知らせることができる。

【００５７】これにより、燃料電池スタックの損傷や劣
化を未然に防止して、燃料電池スタックの性能を長期間
に亘って維持することが可能となる。また、請求項２の
発明に対応する発明の燃料電池発電装置においては、電
池Ａと電池Ｂで測定される電位の値の差を、あらかじめ
設定された設定値と比較することにより、液絡が発生し
ているか否かを判別することができる。そして、制御手
段では、液絡が生じていると判別した時に、燃料電池ス
タックの運転を停止する。

【００５８】これにより、燃料電池スタックの損傷や劣
化を未然に防止して、燃料電池スタックの性能を長期間
に亘って維持することが可能となる。さらに、請求項３
の発明に対応する発明の燃料電池発電装置においては、
電池Ａと電池Ｂで測定される電位の値の差を、あらかじ
め設定された設定値と比較することにより、液絡が発生
しているか否かを判別することができる。そして、警報
手段では、液絡が生じていると判別した時に警報を出力
して、燃料電池スタックの清掃等の対応を取る必要があ
ることを知らせることができる。また、制御手段では、
液絡が生じていると判別した時に、燃料電池スタックの
運転を停止する。

【００５９】これにより、燃料電池スタックの損傷や劣
化を未然に防止して、燃料電池スタックの性能を長期間
に亘って維持することが可能となる。一方、請求項４の
発明に対応する発明の燃料電池発電装置においては、電
位測定手段のうちの少なくとも一つを、燃料電池スタッ
クのサブスタックのうち最も液絡の発生し易い場所、す
なわちサブスタックの下端に位置する単位電池に設ける
ことにより、液絡の発生をより一層早期にかつ確実に検
知することができる。

【００６０】また、請求項５の発明に対応する発明の燃
料電池発電装置においては、電位測定手段を設けた電池
Ａと電池Ｂを、少なくとも一つの単位電池を挟んだ位置
にすることにより、液絡が発生した時の、電池Ａと電池
Ｂの電位の値の差が大きくなり、液絡の発生をより一層
確実に検知することができる。

【００６１】さらに、請求項６の発明に対応する発明の
燃料電池発電装置においては、電位測定手段を、単位電
池の辺縁部であって、燃料極に触媒が塗布されていない
部分に設けることにより、液絡が発生した時の、電池Ａ
と電池Ｂの電位の値の差が大きくなり、液絡の発生をよ
り一層確実に検知することができる。

【００６２】一方、請求項７の発明に対応する発明の燃
料電池発電装置においては、電位測定手段を、単位電池
のうち、液絡が発生し易い、燃料ガスが排出される付近
に設けることにより、液絡の発生をより一層早期にかつ
確実に検知することができる。

【００６３】また、請求項８の発明に対応する発明の燃
料電池発電装置においては、電位測定手段を、単位電池
のうち、液絡が発生し易い、酸化剤ガスが排出される付
近に設けることにより、液絡の発生をより一層早期にか
つ確実に検知することができる。

【００６４】さらに、請求項９の発明に対応する発明の
燃料電池発電装置においては、電位測定手段を、燃料電
池スタックのうち、液絡が最も発生し易い下部に位置す
るサブスタックに属する単位電池に設けることにより、
液絡の発生をより一層早期にかつ確実に検知することが
できる。

【００６５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態
による燃料電池発電装置の全体構成例を示すブロック図
であり、図３と同一または対応する要素には同一符号を
付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について
のみ述べる。

【００６６】なお、燃料電池スタック２は、図３に示し
たように、複数個ずつの単位電池１およびガス分離板３
からなるサブスタックと、冷却板４を複数個ずつ積層し
て形成されるが、ここでは簡略化して、３個の単位電池
１と２枚のガス分離板３とからなる１個のサブスタック
のみを示して、燃料電池スタック２を代表させている。

【００６７】ここで、１個のサブスタックを構成する単
位電池１の数は、３個より多くても少なくともよい。ま
た、図１では、燃料ガスと酸化剤ガスとが、燃料電池ス
タック２内で同一方向に流れるように描かれているが、
実際には、燃料ガスと酸化剤ガスとは、図３に示したよ
うに、互いに直交する方向に流れる。さらに、ガスマニ
ホールド５、および集電板６については、図１ではその
図示を省略している。

【００６８】すなわち、本実施形態の燃料電池発電装置
は、図１に示すように、燃料電池スタック２には、アノ
ード電極１ａに燃料ガスの供給管２１および排出管３１
を、カソード電極１ｂに酸化剤ガスの供給管２２および
排出管３２を、それぞれ接続している。

【００６９】また、燃料ガス供給管２１，酸化剤ガス供
給管２２には、切り替え弁１１，１２が設けられたパー
ジガス供給管２３，２４を接続している。なお、パージ
ガスとしては、窒素ガスを用いるのが一般的であるが、
二酸化炭素や、その他の電気化学的に不活性な気体を用
いることもできる。

【００７０】一方、燃料電池スタック２から取り出され
た直流電流は、電流線２５を介し、開閉器２６を経てイ
ンバーター２７により交流電流に変換され、図示しない
外部の電力負荷に供給するようにしている。

【００７１】また、燃料電池スタック２の下部に位置す
るサブスタックの中で、そのサブスタックの最上部に位
置する単位電池１に電位測定手段７ａを、サブスタック
の最下部に位置する単位電池１に電位測定手段７ｂを、
それぞれ取り付けている。

【００７２】すなわち、この電位測定手段７ａ，７ｂ
は、燃料電池スタック２の少なくとも１個のサブスタッ
クにおける、少なくとも２個の単位電池１のアノード電
極１ａまたはカソード電極１ｂの少なくとも一方の電位
を測定するものである。

【００７３】なお、単位電池１を積層するに際して、ア
ノード電極１ａを上にして積層するならば、電位測定手
段７ａが取り付けられた最上部の単位電池１は負極側
に、電位測定手段７ｂが取り付けられた最下部の単位電
池１は正極側に、それぞれ位置することになる。

【００７４】また、電位測定手段７ａ，７ｂは、どのよ
うな構成のものであってもよいが、特に燃料電池スタッ
ク２中への取り付けの容易さ等の点から、例えば“特願
平５−２６５１９４号”に開示されている構成によるの
が最も望ましい。

【００７５】この場合、当該発明の構成によるセンサ
を、当該発明の実施形態とは異なり、アノード電極１ａ
の、燃料ガス出口付近でかつ酸化剤ガス出口付近に位置
するエッジ部に溝または穴を彫り、その溝または穴に挿
入する。このセンサを取り付ける位置を具体的に示す
と、図３に示した矢印のように燃料ガスおよび酸化剤ガ
スが流れる場合には、図３に示した四角形の単位電池１
の、図中で最も奥に位置するコーナー（頂点）部に相当
する。また、センサを取り付ける位置は、電位測定手段
７ａ７ａ，７ｂとも、できるだけ単位電池１の縁に近い
方がよく、上記発明の構成によるセンサの場合には、単
位電池１の縁からの距離が１ｃｍ以内の位置に取り付け
ることも可能である。

【００７６】上記“特願平５−２６５１９４号”に開示
されている構成によれば、単位電池１のアノード電極１
ａの電位も、カソード電極１ｂの電位も、どちらでも測
定でき、両方を同時に測定することも可能である。本実
施形態においては、測定する電位はどちらの電極の電位
であってもよいが、以下ではカソード電極１ｂの電位を
測定する場合を例として説明する。

【００７７】この場合、センサを挿入した付近で、アノ
ード電極１ａとそれに隣接するガス分離板３との間に、
白金等の電解質に侵されない電気伝導性の薄板を挟む
か、あるいはアノード電極１ａの側面から穴を開けて、
白金線等を差し込み、アノード電極１ａの電位を、燃料
電池スタック２の外部で測定するためのリード線とす
る。そして、このように配置された一つのセンサと１本
のリード線とを用いて、センサの中の水素が発生するワ
イヤと、アノード電極１ａに設けられたリード線との間
の電圧を測定することによって、アノード電極１ａの電
位が測定可能となる。

【００７８】一方、上記電位測定手段７ａ，７ｂは、演
算器８にそれぞれ接続している。この演算器８は、電位
測定手段７ａ，７ｂにより測定された電位のうち、同一
サブスタックに属する２個の単位電池１のアノード電極
１ａの電位の差、または同一サブスタックに属する２個
の単位電池１のカソード電極１ｂの電位の差の少なくと
も一方の電位の差を算出するものである。

【００７９】また、上記演算器８には、警報器９、およ
び制御器１０を、それぞれ接続しており、さらに制御器
１０には、上記切り替え弁１１，１２、および開閉器２
６を、それぞれ接続している。

【００８０】ここで、警報器９は、演算器８により算出
された電位の差があらかじめ設定された設定値よりも大
きくなった場合に、警報を出力するものである。また、
制御器１０は、演算器８により算出された電位の差があ
らかじめ設定された設定値よりも大きくなった場合に、
燃料電池スタック２に不活性ガスが供給されるように切
り替え弁１１，１２を切り替え操作することにより、燃
料電池スタック２の運転を停止するものである。

【００８１】なお、本実施形態では、警報器９と制御器
１０の両方を、演算器８にそれぞれ接続しているが、警
報器９または制御器１０のどちらか一方のみを、演算器
８に接続するようにしてもよい。

【００８２】次に、以上のように構成した本実施形態の
燃料電池発電装置の作用について説明する。図１におい
て、演算器８では、二つの電位測定手段７ａ，７ｂによ
り測定された電位の値の差ΔＶが算出される。本実施形
態においては、液絡が生じた時、電位測定手段７ａで測
定される電位の値が下降し、電位測定手段７ｂで測定さ
れる電位の値が上昇することが予想されることから、演
算器８では、電位測定手段７ｂにより測定された電位の
値から、電位測定手段７ａにより測定された電位の値を
差し引くようにする。

【００８３】一方、警報器９、および制御器１０には、
正常な運転が行なわれている場合に（液絡が生じていな
い場合に）、演算器８で算出されるべきΔＶの値と、そ
の許容範囲が、あらかじめ設定され、入力されている。

【００８４】すなわち、演算器８で算出されるΔＶの値
は、液絡が生じた場合には、液絡の量（燃料電池スタッ
ク２の側面を流れるリン酸の量）に対応して、例えば図
２の特性図に示すように変化することが、あらかじめ実
測または計算によって確認されており、この図２の特性
図に基づいて、正常な運転が行なわれている場合のΔＶ
の値と、その許容範囲が決定され、警報器９および制御
器１０にそれぞれ入力される。

【００８５】まず、警報器９には、演算器８により算出
されたΔＶの値が入力され、このΔＶの値が、あらかじ
め設定された許容範囲を超えた場合に、例えば音、光、
その他の手段によって、本燃料電池発電装置の運転を行
なう図示しない操作員に対して、液絡が生じたことを報
知する信号を出力する。

【００８６】操作員は、この警報器９からの出力によっ
て、燃料電池スタック２に液絡が生じたことを知ること
ができるため、手動により燃料電池スタック２の運転を
停止する、あるいは燃料電池スタック２の側面の清掃を
行なう等の方法により、液絡による燃料電池スタック２
の損傷や劣化を最小限にくいとどめることができる。

【００８７】一方、制御器１０には、同様に演算器８に
より算出されたΔＶの値が入力され、このΔＶの値が、
あらかじめ設定された許容範囲を超えた場合に、切り替
え弁１１，１２および開閉器２６の状態を変化させる信
号を出力する。

【００８８】すなわち、開閉器２６を開いて、負荷電流
を遮断すると同時に、切り替え弁１１，１２を、燃料電
池スタック２に不活性ガスが供給されるように切り替え
る。この操作により、燃料電池スタック２における発電
運転は停止し、液絡による燃料電池スタック２の損傷や
劣化を最小限にくいとどめることができる。

【００８９】なお、本実施形態のように、警報器９およ
び制御器１０が、共に演算器８に接続されている場合に
は、警報器９および制御器１０にあらかじめ入力される
許容範囲の値は、かならずしも同一でなくてもよい。

【００９０】例えば、警報器９に入力される許容範囲の
値を、制御器１０に入力される許容範囲の値よりも小さ
くしておき、液絡の量が少ないうちは、操作員の手動の
操作によって対応し、操作員の操作によって液絡の量が
減少しない場合や、操作員が不在で対応がとれない場合
等に、制御器１０によって強制的に燃料電池スタック２
の運転を停止するという方法と取ることができる。

【００９１】ここで、燃料電池スタック２の一つのサブ
スタックにおいて液絡が生じた場合、電位測定手段７
ａ，７ｂを設ける二つの単位電池１は、その相互の位置
が離れている程、演算器８により算出されるΔＶの値は
大きくなり、液絡の発生をより一層確実に検知すること
ができるようになる。

【００９２】従って、本実施形態のように、電位測定手
段７ａ，７ｂは、燃料電池スタック２のサブスタックの
最上部に位置する単位電池１と、サブスタックの最下部
に位置する単位電池１とに設けることが望ましい。

【００９３】また、燃料電池スタック２においては、一
般にガスマニホールド５の内部で、リン酸の蒸気を含む
反応ガスの密度が大きいため、下部に滞留し易く、下部
に位置するサブスタックほど液絡が生じ易い。

【００９４】このため、本実施形態のように、電位測定
手段７ａ，７ｂを、燃料電池スタック２の下部に位置す
るサブスタックに属する単位電池１に設けることによ
り、液絡の発生をより一層確実にかつ早期に検知するこ
とができるようになる。

【００９５】さらに、前述したように、液絡は反応ガス
出口側で発生し易いので、本実施形態のように、燃料ガ
ス出口付近でかつ酸化剤ガス出口付近のコーナー部にセ
ンサを設けることにより、液絡の発生を確実にかつ早期
に検知することができるようになる。

【００９６】上述したように、本実施形態では、基板に
触媒を塗布して形成されたアノード電極１ａおよびカソ
ード電極１ｂの間に電解質層１ｃを挟んで形成される単
位電池１とガス分離板３とを交互に複数個ずつ積層して
サブスタックを形成し、かつこのサブスタックと冷媒を
内部に流通する冷却板４とを交互に複数個ずつ積層して
なる燃料電池スタック２と、この燃料電池スタック２の
各単位電池１のアノード電極１ａに燃料ガスを供給する
燃料ガス供給手段と、燃料電池スタック２の各単位電池
１のカソード電極１ｂに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガ
ス供給手段とから構成される燃料電池発電装置におい
て、燃料電池スタック２の少なくとも１個のサブスタッ
クにおける、少なくとも２個の単位電池１のアノード電
極１ａまたはカソード電極１ｂの少なくとも一方の電位
を測定する電位測定手段７ａ，７ｂと、電位測定手段７
ａ，７ｂにより測定された電位のうち、同一サブスタッ
クに属する２個の単位電池１のアノード電極１ａの電位
の差、または同一サブスタックに属する２個の単位電池
１のカソード電極１ｂの電位の差の少なくとも一方の電
位の差を算出する演算器８と、演算器８により算出され
た電位の差があらかじめ設定された設定値よりも大きく
なった場合に警報を出力する警報器９と、演算器８によ
り算出された電位の差があらかじめ設定された設定値よ
りも大きくなった場合に、燃料電池スタック２の運転を
停止する制御器１０とを備えるようにしたものである。

【００９７】従って、燃料電池スタック２の側面にリン
酸の液滴が付着し、隣接する単位電池１の電解質層１ｃ
がリン酸の液滴を介して接続される、いわゆる液絡現象
の発生を早期にかつ確実に検知することができ、もって
燃料電池スタック２の損傷や劣化を未然に防止すること
が可能となる。

【００９８】さらに、電位測定手段７ａ，７ｂを、燃料
電池スタック２のサブスタックの下端に位置する単位電
池１に設けるか、または電位測定手段７ａ，７ｂが設け
られている単位電池１のうち最も上部に位置する単位電
池１と最も下部に位置する単位電池１との間に少なくと
も一つの単位電池１を存在させるか、または電位測定手
段７ａ，７ｂを、単位電池１の辺縁部の、アノード電極
１ａに触媒が塗布されていない部分に設けるか、または
単位電池１のうち燃料ガスが排出される付近に設ける
か、または酸化剤ガスが排出される付近に設けるか、あ
るいは、燃料電池スタック２の下部に位置するサブスタ
ックに属する単位電池１に設けるようにしたものであ
る。

【００９９】従って、液絡現象の発生をより一層早期に
かつ確実に検知することができ、もって燃料電池スタッ
ク２の損傷や劣化を未然に防止することが可能となる。 （他の実施形態） （ａ）図３では、燃料ガスと酸化剤ガスとが共に一方向
にのみ流れる型の燃料電池スタック２の場合を示した
が、この型の燃料電池スタック２以外に、例えば同一単
電池１の一部の溝では、反応ガスが図３の矢印の方向に
流れ、一旦燃料電池スタック２を出た反応ガスがガスマ
ニホールド５で折り返して、単位電池１の面の別の溝を
逆方向に流れてくるという、いわゆるリターンフロー型
の燃料電池スタックに対しても、本発明を同様に適用す
ることが可能である。

【０１００】この場合、電位測定手段７ａ，７ｂは、単
位電池１の中で燃料ガスおよび酸化剤ガスが最後に排出
される部分に設けることが望ましい。また、反応ガスの
流れ方によっては、燃料ガスが最後に排出される部分
と、酸化剤ガスが最後に排出される部分とが一致しない
場合もあり得る。この場合には、リン酸の蒸気は主に酸
化剤ガスによって運ばれることから、電位測定手段７
ａ，７ｂは、酸化剤ガスの出口付近に設けることが望ま
しい。

【０１０１】（ｂ）上記実施形態では、液絡が生じた場
合の対応として、警報器９、および制御器１０による燃
料電池スタック２の保護停止の場合を示したが、これ以
外の対応を取ることも可能である。

【０１０２】例えば、ガスマニホールド５の内部に、燃
料電池スタック２の側面に水を散布する散水器を設けて
おき、この散水器を制御器１０に接続し、液絡の量が一
定限度を超えたと判断された時に、散水器によって燃料
電池スタック２の側面を清掃するという方法が考えられ
る。

【０１０３】あるいは、吸水性の紙、布、その他の物質
で、燃料電池スタック２の側面に付着したリン酸を拭き
取る機構や、真空吸引によってリン酸を吸い取る機構
を、制御器１０に接続する方法も考えられる。

【０１０４】（ｃ）上記実施形態では、燃料電池スタッ
ク２のうちの一つのサブスタックのみに電位測定手段７
ａ，７ｂを設けた場合を示したが、これに限らず、複数
のサブスタックに、２個の電位測定手段と１個の演算器
をそれぞれ設けることにより、液絡の発生をより一層確
実に検知することが可能となる。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に対応す
る発明によれば、基板に触媒を塗布して形成された燃料
極および酸化剤極の間に電解質層を挟んで形成される単
位電池とガス分離板とを交互に複数個ずつ積層してサブ
スタックを形成し、かつ当該サブスタックと冷媒を内部
に流通する冷却板とを交互に複数個ずつ積層してなる燃
料電池スタックと、燃料電池スタックの各単位電池の燃
料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、燃料電
池スタックの各単位電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給
する酸化剤ガス供給手段とから構成される燃料電池発電
装置において、燃料電池スタックの少なくとも１個のサ
ブスタックにおける、少なくとも２個の単位電池の燃料
極または酸化剤極の少なくとも一方の電位を測定する電
位測定手段と、電位測定手段により測定された電位のう
ち、同一サブスタックに属する２個の単位電池の燃料極
の電位の差、または同一サブスタックに属する２個の単
位電池の酸化剤極の電位の差の少なくとも一方の電位の
差を算出する演算手段と、演算手段により算出された電
位の差があらかじめ設定された設定値よりも大きくなっ
た場合に警報を出力する警報手段とを備えるようにした
ので、燃料電池スタックの側面に電解質の液滴が付着
し、隣接する単位電池の電解質層が電解質の液滴を介し
て接続される液絡現象の発生を早期にかつ確実に検知し
て、燃料電池スタックの劣化や損傷を未然に防止するこ
とが可能な燃料電池発電装置が提供できる。

【０１０６】また、請求項２に対応する発明によれば、
基板に触媒を塗布して形成された燃料極および酸化剤極
の間に電解質層を挟んで形成される単位電池とガス分離
板とを交互に複数個ずつ積層してサブスタックを形成
し、かつ当該サブスタックと冷媒を内部に流通する冷却
板とを交互に複数個ずつ積層してなる燃料電池スタック
と、燃料電池スタックの各単位電池の燃料極に燃料ガス
を供給する燃料ガス供給手段と、燃料電池スタックの各
単位電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス
供給手段とから構成される燃料電池発電装置において、
燃料電池スタックの少なくとも１個のサブスタックにお
ける、少なくとも２個の単位電池の燃料極または酸化剤
極の少なくとも一方の電位を測定する電位測定手段と、
電位測定手段により測定された電位のうち、同一サブス
タックに属する２個の単位電池の燃料極の電位の差、ま
たは同一サブスタックに属する２個の単位電池の酸化剤
極の電位の差の少なくとも一方の電位の差を算出する演
算手段と、演算手段により算出された電位の差があらか
じめ設定された設定値よりも大きくなった場合に、燃料
電池スタックの運転を停止する制御手段とを備えるよう
にしたので、燃料電池スタックの側面に電解質の液滴が
付着し、隣接する単位電池の電解質層が電解質の液滴を
介して接続される液絡現象の発生を早期にかつ確実に検
知して、燃料電池スタックの劣化や損傷を未然に防止す
ることが可能な燃料電池発電装置が提供できる。

【０１０７】さらに、請求項３に対応する発明によれ
ば、基板に触媒を塗布して形成された燃料極および酸化
剤極の間に電解質層を挟んで形成される単位電池とガス
分離板とを交互に複数個ずつ積層してサブスタックを形
成し、かつ当該サブスタックと冷媒を内部に流通する冷
却板とを交互に複数個ずつ積層してなる燃料電池スタッ
クと、燃料電池スタックの各単位電池の燃料極に燃料ガ
スを供給する燃料ガス供給手段と、燃料電池スタックの
各単位電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガ
ス供給手段とから構成される燃料電池発電装置におい
て、燃料電池スタックの少なくとも１個のサブスタック
における、少なくとも２個の単位電池の燃料極または酸
化剤極の少なくとも一方の電位を測定する電位測定手段
と、電位測定手段により測定された電位のうち、同一サ
ブスタックに属する２個の単位電池の燃料極の電位の
差、または同一サブスタックに属する２個の単位電池の
酸化剤極の電位の差の少なくとも一方の電位の差を算出
する演算手段と、演算手段により算出された電位の差が
あらかじめ設定された設定値よりも大きくなった場合に
警報を出力する警報手段と、演算手段により算出された
電位の差があらかじめ設定された設定値よりも大きくな
った場合に、燃料電池スタックの運転を停止する制御手
段とを備えるようにしたので、燃料電池スタックの側面
に電解質の液滴が付着し、隣接する単位電池の電解質層
が電解質の液滴を介して接続される液絡現象の発生を早
期にかつ確実に検知して、燃料電池スタックの劣化や損
傷を未然に防止することが可能な燃料電池発電装置が提
供できる。

【０１０８】一方、請求項４に対応する発明によれば、
電位測定手段のうちの少なくとも一つを、燃料電池スタ
ックのサブスタックの下端に位置する単位電池に設ける
ようにしたので、液絡現象の発生をより一層早期にかつ
確実に検知して、燃料電池スタックの劣化や損傷を未然
に防止することが可能な燃料電池発電装置が提供でき
る。

【０１０９】また、請求項５に対応する発明によれば、
電位測定手段が設けられている単位電池のうち最も上部
に位置する単位電池と、電位測定手段が設けられている
単位電池のうち最も下部に位置する単位電池との間に、
少なくとも一つの単位電池を存在させるようにしたの
で、液絡現象の発生をより一層確実に検知して、燃料電
池スタックの劣化や損傷を未然に防止することが可能な
燃料電池発電装置が提供できる。

【０１１０】さらに、請求項６に対応する発明によれ
ば、電位測定手段を、単位電池の辺縁部であって、燃料
極の触媒が塗布されていない部分に設けるようにしたの
で、液絡現象の発生をより一層確実に検知して、燃料電
池スタックの劣化や損傷を未然に防止することが可能な
燃料電池発電装置が提供できる。

【０１１１】一方、請求項７に対応する発明によれば、
電位測定手段を、単位電池のなす平面内における、燃料
ガスが排出される付近に設けるようにしたので、液絡現
象の発生をより一層早期にかつ確実に検知して、燃料電
池スタックの劣化や損傷を未然に防止することが可能な
燃料電池発電装置が提供できる。

【０１１２】また、請求項８に対応する発明によれば、
電位測定手段を、単位電池のなす平面内における、酸化
剤ガスが排出される付近に設けるようにしたので、液絡
現象の発生をより一層早期にかつ確実に検知して、燃料
電池スタックの劣化や損傷を未然に防止することが可能
な燃料電池発電装置が提供できる。

【０１１３】さらに、請求項９に対応する発明によれ
ば、電位測定手段を、燃料電池スタックの下部に位置す
るサブスタックに属する単位電池に設けるようにしたの
で、液絡現象の発生をより一層早期にかつ確実に検知し
て、燃料電池スタックの劣化や損傷を未然に防止するこ
とが可能な燃料電池発電装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による燃料電池発電装置の一実施形態を
示すブロック図。

【図２】同実施形態の燃料電池発電装置における、燃料
電池スタックの側面に発生する液絡の量と二つの単位電
池のアノード電極の電位の差との関係の一例を示す特性
図。

【図３】一般的なリン酸型燃料電池の構成例を示す分解
斜視図。

【符号の説明】

１…単位電池、 ２…燃料電池スタック、 ３…ガス分離板、 ４…冷却板、 ５…ガスマニホールド、 ６…集電板、 ７ａ，７ｂ…電位測定手段、 ８…演算器、 ９…警報器、 １０…制御器、 １１，１２…切り替え弁、 ２１…燃料ガス供給管、 ２２…酸化剤ガス供給管、 ２３，２４…パージガス供給管、 ２５…電流線、 ２６…開閉器、 ２７…インバーター、 ３１…燃料ガス排出管、 ３２…酸化剤ガス排出管。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に触媒を塗布して形成された燃料極
   および酸化剤極の間に電解質層を挟んで形成される単位
   電池とガス分離板とを交互に複数個ずつ積層してサブス
   タックを形成し、かつ当該サブスタックと冷媒を内部に
   流通する冷却板とを交互に複数個ずつ積層してなる燃料
   電池スタックと、 前記燃料電池スタックの各単位電池の燃料極に燃料ガス
   を供給する燃料ガス供給手段と、 前記燃料電池スタックの各単位電池の酸化剤極に酸化剤
   ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とから構成される燃
   料電池発電装置において、 前記燃料電池スタックの少なくとも１個のサブスタック
   における、少なくとも２個の単位電池の燃料極または酸
   化剤極の少なくとも一方の電位を測定する電位測定手段
   と、 前記電位測定手段により測定された電位のうち、同一サ
   ブスタックに属する２個の単位電池の燃料極の電位の
   差、または同一サブスタックに属する２個の単位電池の
   酸化剤極の電位の差の少なくとも一方の電位の差を算出
   する演算手段と、 前記演算手段により算出された電位の差があらかじめ設
   定された設定値よりも大きくなった場合に警報を出力す
   る警報手段と、 を備えて成ることを特徴とする燃料電池発電装置。
2. 【請求項２】 基板に触媒を塗布して形成された燃料極
   および酸化剤極の間に電解質層を挟んで形成される単位
   電池とガス分離板とを交互に複数個ずつ積層してサブス
   タックを形成し、かつ当該サブスタックと冷媒を内部に
   流通する冷却板とを交互に複数個ずつ積層してなる燃料
   電池スタックと、 前記燃料電池スタックの各単位電池の燃料極に燃料ガス
   を供給する燃料ガス供給手段と、 前記燃料電池スタックの各単位電池の酸化剤極に酸化剤
   ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とから構成される燃
   料電池発電装置において、 前記燃料電池スタックの少なくとも１個のサブスタック
   における、少なくとも２個の単位電池の燃料極または酸
   化剤極の少なくとも一方の電位を測定する電位測定手段
   と、 前記電位測定手段により測定された電位のうち、同一サ
   ブスタックに属する２個の単位電池の燃料極の電位の
   差、または同一サブスタックに属する２個の単位電池の
   酸化剤極の電位の差の少なくとも一方の電位の差を算出
   する演算手段と、 前記演算手段により算出された電位の差があらかじめ設
   定された設定値よりも大きくなった場合に、前記燃料電
   池スタックの運転を停止する制御手段と、 を備えて成ることを特徴とする燃料電池発電装置。
3. 【請求項３】 基板に触媒を塗布して形成された燃料極
   および酸化剤極の間に電解質層を挟んで形成される単位
   電池とガス分離板とを交互に複数個ずつ積層してサブス
   タックを形成し、かつ当該サブスタックと冷媒を内部に
   流通する冷却板とを交互に複数個ずつ積層してなる燃料
   電池スタックと、 前記燃料電池スタックの各単位電池の燃料極に燃料ガス
   を供給する燃料ガス供給手段と、 前記燃料電池スタックの各単位電池の酸化剤極に酸化剤
   ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とから構成される燃
   料電池発電装置において、 前記燃料電池スタックの少なくとも１個のサブスタック
   における、少なくとも２個の単位電池の燃料極または酸
   化剤極の少なくとも一方の電位を測定する電位測定手段
   と、 前記電位測定手段により測定された電位のうち、同一サ
   ブスタックに属する２個の単位電池の燃料極の電位の
   差、または同一サブスタックに属する２個の単位電池の
   酸化剤極の電位の差の少なくとも一方の電位の差を算出
   する演算手段と、 前記演算手段により算出された電位の差があらかじめ設
   定された設定値よりも大きくなった場合に警報を出力す
   る警報手段と、 前記演算手段により算出された電位の差があらかじめ設
   定された設定値よりも大きくなった場合に、前記燃料電
   池スタックの運転を停止する制御手段と、 を備えて成ることを特徴とする燃料電池発電装置。
4. 【請求項４】 前記電位測定手段のうちの少なくとも一
   つは、前記燃料電池スタックのサブスタックの下端に位
   置する単位電池に設けていることを特徴とする請求項１
   乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池発電装
   置。
5. 【請求項５】 前記電位測定手段が設けられている単位
   電池のうち最も上部に位置する単位電池と、前記電位測
   定手段が設けられている単位電池のうち最も下部に位置
   する単位電池との間に、少なくとも一つの単位電池を存
   在させていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の
   いずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
6. 【請求項６】 前記電位測定手段は、前記単位電池の辺
   縁部であって、前記燃料極の前記触媒が塗布されていな
   い部分に設けていることを特徴とする請求項１乃至請求
   項５のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
7. 【請求項７】 前記電位測定手段は、前記単位電池のな
   す平面内における、燃料ガスが排出される付近に設けて
   いることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか
   １項に記載の燃料電池発電装置。
8. 【請求項８】 前記電位測定手段は、前記単位電池のな
   す平面内における、酸化剤ガスが排出される付近に設け
   ていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれ
   か１項に記載の燃料電池発電装置。
9. 【請求項９】 前記電位測定手段は、前記燃料電池スタ
   ックの下部に位置するサブスタックに属する単位電池に
   設けていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のい
   ずれか１項に記載の燃料電池発電装置。