JPH09245824A - 燃料電池の温度異常検出装置 - Google Patents

燃料電池の温度異常検出装置

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JPH09245824A
JPH09245824A JP8052180A JP5218096A JPH09245824A JP H09245824 A JPH09245824 A JP H09245824A JP 8052180 A JP8052180 A JP 8052180A JP 5218096 A JP5218096 A JP 5218096A JP H09245824 A JPH09245824 A JP H09245824A
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JP
Japan
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fuel cell
temperature
cell stack
thermocouple
temperature abnormality
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JP8052180A
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English (en)
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Takashi Harada
孝 原田
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • 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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Abstract

(57)【要約】 【課題】単純化された制御装置や制御ソフトで処理する
ことができ、かつ温度の異常の発生が的確に把握できる
検出装置を得る。 【解決手段】燃料電池スタック1の内部の温度検出点2
に接合点を設けた熱電対4を、室温部の温度変化の少な
い場所に設けた接合点5で接続して、複数の熱電対4の
直列接続体を構成し、その両端を計測装置6へ接続し
て、各熱電対4の出力電圧の加算値を入力し、この値の
変化により燃料電池スタック1の内部の温度の異常を検
出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、リン酸型燃料電
池の燃料電池スタックやガスマニホールドなどにおける
温度の異常を検知する温度異常検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】リン酸型燃料電池においては、リン酸を
担持したマトリックスと燃料極と空気極とを備えたセル
を多数層積層して燃料電池スタックを構成し、その側面
にガスマニホールドを組み込み、ガスマニホールドを用
いて燃料極へ燃料ガスを、また空気極へ空気を供給、排
出することにより、電気化学反応により発電を行ってい
る。発電に際しては発熱が伴うので、燃料電池スタック
に組み込まれた冷却板に冷却水を通流させて冷却し、燃
料電池スタックを適温に保持するよう構成されている。
【0003】しかしながら、冷却板に冷却水を供給する
冷却系統の故障が生じたり、あるいは燃料電池スタック
内部で局部的な損傷が生じると、温度の異常上昇や発火
が起こり、燃料電池の大幅な損傷や事故へとつながる危
険性があるので、燃料電池スタックの内部、ガスマニホ
ールドの内部、さらには、これらの周囲の温度を検出し
て異常の有無を監視する措置が講じられている。
【0004】図5は、従来より用いられているリン酸型
燃料電池の温度異常検出装置の基本構成を模式的に示す
フロー図である。この図は燃料電池スタック1の内部の
温度を監視する装置を例示したもので、燃料電池スタッ
ク1の内部の所定の温度検出点2に、熱電対4の接合点
3を配置し、接合点3の温度に対応して発生する熱電対
4の出力電圧を、各熱電対4に対応して配されたそれぞ
れの温度計測装置9a,9b,9cに入力して、標準値
と比較して異常を検知するよう構成したものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図5のごとく、各温度
検出点に熱電対の接合点3を配置し、それぞれ温度計測
装置により異常を検知する構成とすれば、各温度検出点
の温度が常時測定されているので、温度の異常の発生の
みならず異常発生個所も知ることができる。ところで、
図5では燃料電池スタックに3か所の温度検出点のみを
例示しているが、実際に用いる燃料電池では、セルを積
層して形成されている燃料電池スタックの温度の異常の
有無を監視するには、数多くの温度検出点での測定が必
要となる。また、燃料電池スタックに組み合わされるガ
スマニホールドについても、内部を流れる反応ガスの温
度を各所において測定する必要があり、さらに、燃料電
池スタックやガスマニホールドの周囲の温度も監視しな
ければならない。したがって、図5のごとき構成の温度
異常検出装置を用いると、必要となる温度検出点が極め
て多数となるので、数多くの温度計測装置が必要とな
り、これらを制御する制御装置や制御ソフトが複雑とな
ってしまうという難点がある。
【0006】本発明の目的は、上記のごとき従来技術の
難点を排除して、単純化された制御装置や制御ソフトで
処理可能で、かつ、温度の異常の発生が的確に把握でき
る燃料電池の温度異常検出装置を提供することにある。
【0007】
【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、本発明においては、セルを複数層積層してなる燃
料電池スタックと、燃料電池スタックに反応ガスを供
給、排出するガスマニホールドを備えた燃料電池におい
て、温度異常検出装置を、 (1)燃料電池スタックの内部、あるいはガスマニホー
ルドの内部、あるいはこれらの周囲などの温度検出点に
設置された複数の熱電対の出力電圧の加算値を出力する
熱電対の直列接続体と、この熱電対の直列接続体の出力
電圧を入力して標準値と比較し、燃料電池の温度異常を
検知する計測装置とにより構成することとする。
【0008】(2)あるいは、燃料電池スタックの内
部、あるいはガスマニホールドの内部、あるいはこれら
の周囲などの複数の温度検出点を連通して配置された、
線間に絶縁部材を有する、接合点を持たない一対の熱電
対素線と、この一対の熱電対素線の出力電圧を入力し
て、その値より燃料電池の温度異常を検知する計測装置
とにより構成することとし、上記の絶縁部材を、例え
ば、ポリテトラフロロエチレン、あるいはポリイミドア
ミド樹脂によって形成することとする。
【0009】上記(1)のごとく、複数の熱電対を周囲
温度の変化の少ない室温部、例えば制御盤内等で直列に
接続して、複数の熱電対の出力電圧の加算値を出力する
熱電対の直列接続体を構成すれば、接続された熱電対の
いずれの熱電対で異常温度が検出されても、熱電対の直
列接続体の出力は異常電圧を呈することとなるので、1
個の計測装置で複数の熱電対で測定された温度検出点の
異常が検知されることとなる。
【0010】また、上記(2)のごとくとすれば、正常
状態では、一対の熱電対素線は接合点を持たないので電
圧出力は検出されないが、発火等により熱電対素線間に
配された絶縁部材の絶縁劣化が生じると、一対の熱電対
素線が互いに接触し、その部位の温度に相当する電圧出
力が検出される。したがって、複数の温度検出点を連通
する全長のいずれかの点で発火等による絶縁劣化が生じ
ても、1個の計測装置で異常が検知されることとなる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の燃料電池の温度
異常検出装置の第1の実施の形態を模式的に示すフロー
図である。本図においては、燃料電池スタック1の3個
所の温度検出点2にそれぞれ接合点3を設けた3個の熱
電対4を配し、図中上部に示した第1の熱電対4のマイ
ナス側と図中中央に示した第2の熱電対4のプラス側、
並びに第2の熱電対4のマイナス側と図中下部に示した
第3の熱電対4のプラス側を、制御盤内の温度変化の少
ない場所に設けた接合点5で接続して直列接続体を構成
し、第1の熱電対4のプラス側と第3の熱電対4のマイ
ナス側を計測装置6に導き、3個の熱電対4の出力電圧
の加算値が計測装置6に入力されるよう構成されてい
る。
【0012】本構成では、3個所の温度検出点2のいず
れかにおいて温度上昇が生じると、その位置に接合点3
をもつ熱電対4の出力電圧が上がり、温度計測装置6に
入力される電圧はこの上昇相当分に対応して増加する。
したがって、温度上昇個所の特定はできないが、3個所
の温度検出点2のいずれかで生じた温度異常が1個の計
測装置6で検出できることとなる。
【0013】なお、本図では3個の熱電対4の直列接続
体を用いた例を示したものであるが、直列接続される熱
電対の個数をさらに多数とすることは容易であり、多数
とすればするほど、所要の計測装置の個数を低減でき、
制御装置、あるいは制御ソフトが単純化できることとな
る。図2は、本発明の燃料電池の温度異常検出装置の第
2の実施の形態を模式的に示すフロー図である。
【0014】本図においては、熱電対素線4a,4bか
らなる一対の熱電対素線が、接合点を設けない状態で、
燃料電池スタック1の3個所の温度検出点2を順次通過
するように並置して配されており、室温側の端部は計測
装置6へと接続されている。図3は、並置して配された
熱電対素線4a,4bを示す断面図であり、熱電対素線
4a,4bは、いずれもポリテトラフロロエチレンより
なる素線間絶縁7により覆われ、互いに電気絶縁されて
いる。
【0015】本構成では、正常温度においては、素線間
絶縁7により熱電対素線4a,4bが互いに電気絶縁さ
れており、かつ接合点を持たないので、計測装置6には
電圧出力は検出されないが、発火等により異常温度上昇
が生じると、素線間絶縁7が劣化して熱電対素線4a,
4bが互いに接触して、その接触位置の温度に対応した
電圧出力が検出され、温度異常が検出されることとな
る。上記のごとき一対の熱電対素線をさらに多数の温度
検出点を順次通過するように並置して配すれば、1個の
計測装置で多数の温度検出点の温度異常が検知でき、第
1の実施の形態と同様に、制御装置、あるいは制御ソフ
トを単純化することができる。
【0016】なお、図4は、並置して配される熱電対素
線4a,4bの他の構成を示す断面図で、ポリテトラフ
ロロエチレンよりなる素線間絶縁7により覆われた熱電
対素線4aに裸線の熱電対素線4bを並置し、これらを
一体としてその外周に、同じくポリテトラフロロエチレ
ンよりなる外部絶縁8を配して構成されている。本構成
においても、図3の構成と同様に、発火等により異常温
度上昇が生じると、素線間絶縁7が劣化して熱電対素線
4a,4bが互いに接触して、その接触位置の温度に対
応した電圧出力が検出され、温度異常が検出されること
となる。
【0017】また、上記の構成においては、素線間絶縁
7および外部絶縁8をポリテトラフロロエチレンより形
成するものとしているが、ポリイミドアミド樹脂によっ
て形成することとしても、リン酸型燃料電池の正常運転
温度においては電気絶縁性を保持し、発火等により異常
温度上昇が生じると絶縁劣化を生じるので、ポリテトラ
フロロエチレンより形成したものと同等の効果が得られ
る。
【0018】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、セルを
複数層積層してなる燃料電池スタックと、燃料電池スタ
ックに反応ガスを供給、排出するガスマニホールドを備
えた燃料電池において、 (1)温度異常検出装置を、燃料電池スタックの内部、
あるいはガスマニホールドの内部、あるいはこれらの周
囲などの温度検出点に設置された複数の熱電対の出力電
圧の加算値を出力する熱電対の直列接続体と、この熱電
対の直列接続体の出力電圧を入力して標準値と比較し、
燃料電池の温度異常を検知する計測装置とにより構成す
ることとしたので、1個の計測装置で多数の温度検出点
の温度異常が検知できることとなり、シンプルな制御装
置や制御ソフトで処理可能で、かつ、温度の異常の発生
が的確に把握できる燃料電池の温度異常検出装置が得ら
れることとなった。
【0019】(2)また、温度異常検出装置を、燃料電
池スタックの内部、あるいはガスマニホールドの内部、
あるいはこれらの周囲などの複数の温度検出点を連通し
て配置された、線間に絶縁部材を有する、接合点を持た
ない一対の熱電対素線と、この一対の熱電対素線の出力
電圧を入力して、その値より燃料電池の温度異常を検知
する計測装置とにより構成することとし、上記の絶縁部
材を、例えば、ポリテトラフロロエチレン、あるいはポ
リイミドアミド樹脂によって形成することとすれば、所
要の計測装置の個数が大幅に低減されるので、制御装置
や制御ソフトが単純で、かつ、温度の異常の発生が的確
に把握できる燃料電池の温度異常検出装置が得られるこ
ととなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料電池の温度異常検出装置の第1の
実施の形態を模式的に示すフロー図
【図2】本発明の燃料電池の温度異常検出装置の第2の
実施の形態を模式的に示すフロー図
【図3】図2に用いられる熱電対素線の配設例を示す断
面図
【図4】図2に用いられる熱電対素線の他の配設例を示
す断面図
【図5】従来の燃料電池の温度異常検出装置の基本構成
を模式的に示すフロー図
【符号の説明】
1 燃料電池スタック 2 温度検出点 3 接合点 4 熱電対 4a 熱電対素線 4b 熱電対素線 5 接合点 6 計測装置 7 素線間絶縁 8 外部絶縁 9a 温度計測装置 9b 温度計測装置 9c 温度計測装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セルを複数積層してなる燃料電池スタック
    と、燃料電池スタックに反応ガスを供給排出するガスマ
    ニホールドを備えた燃料電池において、 燃料電池スタックの内部、あるいはガスマニホールドの
    内部、あるいはこれらの周囲などの温度検出点に設置さ
    れた複数の熱電対の出力電圧の加算値を出力する熱電対
    の直列接続体と、 この熱電対の直列接続体の出力電圧を入力して標準値と
    比較し、燃料電池の温度異常を検知する計測装置を備え
    たことを特徴とする燃料電池の温度異常検出装置。
  2. 【請求項2】セルを複数積層してなる燃料電池スタック
    と、燃料電池スタックに反応ガスを供給排出するガスマ
    ニホールドを備えた燃料電池において、 燃料電池スタックの内部、あるいはガスマニホールドの
    内部、あるいはこれらの周囲などの複数の温度検出点を
    連通して配置された、線間に絶縁部材を有する、接合点
    を持たない一対の熱電対素線と、 この一対の熱電対素線の出力電圧を入力して、その値よ
    り燃料電池の温度異常を検知する計測装置を備えたこと
    を特徴とする燃料電池の温度異常検出装置。
  3. 【請求項3】請求項2に記載の燃料電池の温度異常検出
    装置において、一対の熱電対素線の線間に配された前記
    絶縁部材が、ポリテトラフロロエチレン、あるいはポリ
    イミドアミド樹脂のいずれかよりなることを特徴とする
    燃料電池の温度異常検出装置。
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