JPH10106602A - リン酸型燃料電池 - Google Patents

リン酸型燃料電池

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JPH10106602A
JPH10106602A JP8262649A JP26264996A JPH10106602A JP H10106602 A JPH10106602 A JP H10106602A JP 8262649 A JP8262649 A JP 8262649A JP 26264996 A JP26264996 A JP 26264996A JP H10106602 A JPH10106602 A JP H10106602A
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JP
Japan
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flow rate
fuel gas
decrease
cell
fuel
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Pending
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JP8262649A
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English (en)
Inventor
Shuichi Kizawa
秀一 木澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH10106602A publication Critical patent/JPH10106602A/ja
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    • 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

Abstract

(57)【要約】 【課題】燃料電池積層体に供給する燃料ガスや空気の流
量、あるいは燃料ガス中の水素濃度の減少が確実に検知
され、適切に制御される運転方法を得る。 【解決手段】多数の単セル2を積層してなる燃料電池積
層体1の上端部近傍に他のセルに比べて空気流量の減少
に伴う発生電圧の低下が大きい空気流量感応セル2A
を、また下端部近傍に他のセルに比べて燃料ガス流量の
減少に伴う発生電圧の低下が大きい燃料ガス流量感応セ
ル2Cと他のセルに比べて燃料ガス中の水素濃度の減少
に伴う発生電圧の低下が大きい水素濃度感応セル2Bを
配し、これらの電圧を直流電圧計21,23,22で測
定し、演算器24で標準値と比較することにより減少を
検知し、コントローラに指令信号を送って空気流量、燃
料ガス流量、あるいは水素濃度を制御する。

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、リン酸を電解質
として用いるリン酸型燃料電池の運転方法に係わり、と
くに、燃料ガスあるいは空気の流量の異常、燃料ガス中
の水素濃度の異常を検知して適正に制御する運転方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】リン酸型燃料電池の燃料電池積層体は、
リン酸を保持する電解質層をアノードとカソードで挟持
して形成された単セルを、ガス不透過性のセパレータを
介在させて多数層積層し、さらに発電に伴う発熱を除去
するための冷却板を適宜介装することにより構成されて
おり、アノードに燃料ガスを、またカソードに空気を供
給することにより、電気化学反応を生じて電気エネルギ
ーが得られる。燃料ガスの流量不足や空気の流量不足、
あるいは燃料ガス中の水素濃度の減少等の異常が生じる
と、発電性能が低下するのみならず高温度に曝された
り、あるいは極間のガスクロスが生じる等の危険性があ
るため、異常の発生を早期に検知して、流量あるいは水
素濃度を適正に制御する必要がある。
【0003】図2は、従来のリン酸型燃料電池において
用いられているこれらの異常の検知方法を例示する模式
図である。図において、1は燃料電池積層体、2は単セ
ル、3はセパレータ、4A,4B,4C,4Dは冷却
板、5A、5B、5Cは複数の単セル2が積層されてな
るセミブロック、6は積層された電池を締め付けて保持
する締め付け板である。また、7、8、9は出力信号付
きの直流電圧計、10は制御装置である。図に見られる
ように、冷却板4A,4B,4Cにはそれぞれ電圧セン
サーが備えられており、セミブロック5A、5B、5C
の電圧をそれぞれ直流電圧計7、8、9により測定する
よう構成されている。測定された電圧値は制御装置10
へと送られ、負荷電流値に対応させて規定の電圧値と比
較し、規定の電圧値を下回ると異常信号を発する構成で
ある。すなわち、燃料ガスの流量や空気の流量が低下し
たり、あるいは燃料ガス中の水素濃度が低下すると各単
セルの発生電圧が低下するので、この電圧の低下を検知
して異常を監視し制御する方法が採られている。なお、
図においては3つのセミブロック単位に電圧を測定する
こととしているが、全セルの全電圧を一括して測定する
場合もあり、またセミブロックも、数セルを単位とする
ものから、数十セルを単位とするもの等種々用いられて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】通常の単セルにおいて
は、燃料ガスや空気の流量の減少、あるいは燃料ガス中
の水素濃度の減少の度合いが3〜5%程度であれば、発
生電圧に影響を及ぼすことはない。しかしながら、燃料
電池積層体を構成する多数の単セルの中には、製造上の
ばらつきにより生じた特性の劣る単セルが含まれる可能
性があり、このような単セルでは、燃料ガスや空気の流
量の減少、あるいは燃料ガス中の水素濃度の減少の度合
いが3〜5%程度であっても、発生電圧が低下して温度
が上昇したり、極間ガスクロスの増加、あるいは電流密
度の偏りを生じる。このような事態が持続すると、近接
する単セルにも特性の低下が広がることとなるので、早
期に検知して適切に制御したり、あるいは取り替える必
要が生じることとなる。
【0005】しかしながら、従来の異常検知方法では、
図2に示したように多数の単セルからなるセミブロック
単位に電圧を測定し、その変化から異常を検出する方式
を用いているので、セミブロック内の1、2個が上記の
ごとく異常をきたしても、その単セルで生じる電圧低下
はセミブロック全体の電圧に比べて微少であり、燃料ガ
スや空気の流量の減少、あるいは燃料ガス中の水素濃度
の減少による電圧の低下が生じても、これが検知されな
いまま、運転が継続されてしまうという問題点がある。
【0006】本発明の目的は、上記のごとき従来技術の
難点を解消して、燃料ガスや空気の流量の減少、あるい
は燃料ガス中の水素濃度の減少が早期に、かつ確実に検
知され、適正に制御されるリン酸型燃料電池の運転方法
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、本発明においては、リン酸を保持した電解質層をア
ノードとカソードで挟持してなる単セルを多数層積層し
て燃料電池積層体を構成し、アノードに燃料ガスを、ま
たカソードに空気を供給して電気化学反応により発電す
るリン酸型燃料電池において、 (1)燃料電池積層体に、他の単セルに比べて燃料ガス
流量の減少に伴う発生電圧の低下が大きい燃料ガス流量
感応セルと、他の単セルに比べて空気流量の減少に伴う
発生電圧の低下が大きい空気流量感応セルと、他の単セ
ルに比べて燃料ガス中の水素濃度の減少に伴う発生電圧
の低下が大きい水素濃度感応セルを組み込み、燃料ガス
流量感応セルの電圧低下より燃料ガス流量の減少を検知
して、供給する燃料ガスの流量を制御し、空気流量感応
セルの電圧低下より空気流量の減少を検知して、供給す
る空気の流量を制御し、水素濃度感応セルの電圧低下よ
り燃料ガスの水素濃度の低下を検知して、供給する燃料
ガスの水素濃度を制御することとする。
【0008】(2)さらに、上記の空気流量感応セルを
燃料電池積層体の上端近傍に、また、燃料ガス流量感応
セルと水素濃度感応セルを燃料電池積層体の下端近傍に
配設することとする。 上記の(1)のごとくとすれば、燃料電池積層体に供給
される燃料ガス流量の異常減少、空気流量の異常減少、
あるいは燃料ガス中の水素濃度の異常減少が生じれば、
これらの異常事態に対して最も敏感に発生電圧が低下す
る燃料ガス流量感応セル、空気流量感応セル、あるいは
水素濃度感応セルの発生電圧の低下より、異常事態の発
生が検知されることとなるので、一般の単セルの発生電
圧が低下する以前から早期に検知でき、流量の増加、あ
るいは水素濃度の上昇等の適切な制御が早期に行えるの
で、燃料電池を長期にわたり安定して運転できることと
なる。
【0009】また、上記の(2)のごとくとすれば、燃
料電池積層体において空気流量の不足が最も生じ易い上
端部近傍に空気流量感応セルが、また、燃料ガス流量の
不足が最も生じ易く、かつ燃料ガス中の水素濃度が最も
低下し易い下端部近傍に燃料ガス流量感応セルと水素濃
度感応セルが配されることとなるので、より確実に異常
状態の発生が検知されることとなる。
【0010】
【発明の実施の形態】図1は、本発明のリン酸型燃料電
池の運転方法の実施例を示す異常検知方法の模式図であ
る。図に見られるように、多数の単セル2を積層して構
成された燃料電池積層体1の上端部には、他の単セル2
に比べて空気流量の減少に伴う発生電圧の低下が大きい
空気流量感応セル2Aが組み込まれている。また、下端
部には、他の単セルに比べて燃料ガス流量の減少に伴う
発生電圧の低下が大きい燃料ガス流量感応セル2Cと、
他の単セルに比べて燃料ガス中の水素濃度の減少に伴う
発生電圧の低下が大きい水素濃度感応セル2Bが組み込
まれている。
【0011】空気流量感応セル2Aの燃料ガス通流溝と
空気通流溝には、それぞれ電圧センサー13、14が備
えられており、両端の電位差を出力信号付きの直流電圧
計21で測定し、測定した電圧を演算器24に送って負
荷電流値に対応した基準値と比較し、必要に応じて空気
流量コントローラ25に指令信号を発して、空気流量を
適正に制御するよう構成されている。
【0012】また、燃料電池積層体1の下端部に配され
た燃料ガス流量感応セル2Cには、電圧センサー17、
18が備えられており、両端の電位差を出力信号付きの
直流電圧計23で測定し、演算器24で負荷電流値に対
応した基準値と比較し、必要に応じて燃料ガス流量コン
トローラ26に指令信号を発して、燃料ガス流量を適正
に制御するよう構成されている。
【0013】同様に、水素濃度感応セル2Bには、電圧
センサー15、16が備えられており、両端の電位差を
出力信号付きの直流電圧計22で測定し、演算器24で
負荷電流値に対応した基準値と比較し、必要に応じて、
改質器の温度と水蒸気量を制御する改質器コントローラ
27に指令信号を発して燃料ガス中の水素濃度を制御す
るよう構成されている。
【0014】したがって、本構成のリン酸型燃料電池で
は、燃料ガス流量の異常減少、空気流量の異常減少、あ
るいは燃料ガス中の水素濃度の異常減少が生じれば、異
常の発生が早期に、かつ確実に検知され、各流量、ある
いは濃度が適正に制御されるので、長期にわたり安定し
て運転を持続することができる。
【0015】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、リン酸
を保持した電解質層をアノードとカソードで挟持してな
る単セルを多数層積層して燃料電池積層体を構成し、ア
ノードに燃料ガスを、またカソードに空気を供給して電
気化学反応により発電するリン酸型燃料電池において、 (1)燃料電池積層体に、他の単セルに比べて燃料ガス
流量の減少に伴う発生電圧の低下が大きい燃料ガス流量
感応セルと、他の単セルに比べて空気流量の減少に伴う
発生電圧の低下が大きい空気流量感応セルと、他の単セ
ルに比べて燃料ガス中の水素濃度の減少に伴う発生電圧
の低下が大きい水素濃度感応セルを組み込み、燃料ガス
流量感応セルの電圧低下より燃料ガス流量の減少を検知
して、供給する燃料ガスの流量を制御し、空気流量感応
セルの電圧低下より空気流量の減少を検知して、供給す
る空気の流量を制御し、水素濃度感応セルの電圧低下よ
り燃料ガス中の水素濃度の低下を検知して、供給する燃
料ガスの水素濃度を制御することとしたので、燃料ガス
や空気の流量の減少、あるいは燃料ガス中の水素濃度の
減少が確実に検知され、適正に制御されるリン酸型燃料
電池が得られることとなった。
【0016】(2)さらに、空気流量感応セルを燃料電
池積層体の上端近傍に、また、燃料ガス流量感応セルと
水素濃度感応セルを燃料電池積層体の下端近傍に配設す
ることとすれば、燃料ガスや空気の流量の減少、あるい
は燃料ガス中の水素濃度の減少がより確実に検知される
こととなるので、より好適なリン酸型燃料電池とするこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のリン酸型燃料電池の運転方法の実施例
を示す異常検知方法の模式図
【図2】従来のリン酸型燃料電池の異常の検知方法を例
示する模式図
【符号の説明】
1 燃料電池積層体 2 単セル 2A 空気流量感応セル 2B 水素濃度感応セル 2C 燃料ガス濃度感応セル 3 セパレータ 6 締め付け板 11 燃料ガス通流溝 12 空気通流溝 13〜18 電圧センサー 21〜23 直流電圧計 24 演算器 25 空気流量コントローラ 26 燃料ガス流量コントローラ 27 改質器コントローラ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リン酸を保持した電解質層をアノードとカ
    ソードで挟持してなる単セルを多数層積層して燃料電池
    積層体を構成し、アノードに燃料ガスを、またカソード
    に空気を供給して電気化学反応により発電するリン酸型
    燃料電池において、前記燃料電池積層体が、他の単セル
    に比べて燃料ガス流量の減少に伴う発生電圧の低下が大
    きい燃料ガス流量感応セルと、他の単セルに比べて空気
    流量の減少に伴う発生電圧の低下が大きい空気流量感応
    セルと、他の単セルに比べて燃料ガス中の水素濃度の減
    少に伴う発生電圧の低下が大きい水素濃度感応セルを有
    し、前記燃料ガス流量感応セルの電圧低下より燃料ガス
    流量の減少を検知して供給する燃料ガスの流量を制御
    し、前記空気流量感応セルの電圧低下より空気流量の減
    少を検知して、供給する空気の流量を制御し、水素濃度
    感応セルの電圧低下より燃料ガス中の水素濃度の低下を
    検知して供給する燃料ガスの水素濃度を制御するもので
    あることを特徴とするリン酸型燃料電池。
  2. 【請求項2】請求項1に記載のリン酸型燃料電池におい
    て、空気流量感応セルが燃料電池積層体の上端近傍に、
    また、燃料ガス流量感応セルと水素濃度感応セルが燃料
    電池積層体の下端近傍に配設されていることを特徴とす
    るリン酸型燃料電池。
JP8262649A 1996-10-03 1996-10-03 リン酸型燃料電池 Pending JPH10106602A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003109634A (ja) * 2001-09-27 2003-04-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料電池システム及び燃料電池の運転方法
WO2003096461A1 (fr) * 2002-05-10 2003-11-20 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Procede de detection de penurie de gaz combustible, et procede de controle de pile a combustible
KR100967436B1 (ko) 2008-07-09 2010-07-01 지에스퓨얼셀 주식회사 연료전지시스템 운전방법

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