JPH10294120A - 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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- JPH10294120A JPH10294120A JP9101433A JP10143397A JPH10294120A JP H10294120 A JPH10294120 A JP H10294120A JP 9101433 A JP9101433 A JP 9101433A JP 10143397 A JP10143397 A JP 10143397A JP H10294120 A JPH10294120 A JP H10294120A
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- electrolyte
- fuel
- fuel cell
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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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】燃料電池積層体を構成する単位セルに保持され
たりん酸の補給時期が的確に把握され、安定して運転で
きるものとする。 【解決手段】複数の単位セル１１をセパレータ１２を介
して積層して単位ブロック２０を構成し、さらに単位ブ
ロック２０を冷却板１３を介在させて積層して構成され
る燃料電池積層体１０において、電流計１６により出力
電流を、電圧計１５により出力電圧を、また温度計１７
により冷却板１３に供給する電池冷却水の温度を測定し
て、これらの値より、単位セル１１の最高温度を算出
し、さらにりん酸の飛散速度を求めて飛散量を把握し、
上限値に達したとき補給する。
たりん酸の補給時期が的確に把握され、安定して運転で
きるものとする。 【解決手段】複数の単位セル１１をセパレータ１２を介
して積層して単位ブロック２０を構成し、さらに単位ブ
ロック２０を冷却板１３を介在させて積層して構成され
る燃料電池積層体１０において、電流計１６により出力
電流を、電圧計１５により出力電圧を、また温度計１７
により冷却板１３に供給する電池冷却水の温度を測定し
て、これらの値より、単位セル１１の最高温度を算出
し、さらにりん酸の飛散速度を求めて飛散量を把握し、
上限値に達したとき補給する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、りん酸を電解質
として用いるりん酸型燃料電池に係わり、蒸発飛散して
減少する電解質の量を把握し補給する運転方法に関す
る。
として用いるりん酸型燃料電池に係わり、蒸発飛散して
減少する電解質の量を把握し補給する運転方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図３は、りん酸型燃料電池の燃料電池積
層体の基本構成単位である単位セルの構成を模式的に示
した断面図である。単位セルは、りん酸を保持したマト
リックス１の両面に燃料電極６と空気電極７を配し、さ
らにその外側にりん酸を保持したリザーバプレート９を
配して構成されている。このうち、燃料電極６は、燃料
電極触媒層２と、燃料ガスを通流させるガス流路８を備
えた燃料電極基材４よりなり、空気電極は、空気電極触
媒層３と、空気を通流させるガス流路８を備えた空気電
極基材５よりなる。
層体の基本構成単位である単位セルの構成を模式的に示
した断面図である。単位セルは、りん酸を保持したマト
リックス１の両面に燃料電極６と空気電極７を配し、さ
らにその外側にりん酸を保持したリザーバプレート９を
配して構成されている。このうち、燃料電極６は、燃料
電極触媒層２と、燃料ガスを通流させるガス流路８を備
えた燃料電極基材４よりなり、空気電極は、空気電極触
媒層３と、空気を通流させるガス流路８を備えた空気電
極基材５よりなる。
【０００３】図４は、上記のごとき構成の単位セルを用
いて構成された燃料電池積層体の要部の構成を示す断面
図である。単位セル１１をセパレータ１２を介して順次
積層してブロックを構成し、さらにこのブロックを冷却
板１３を介装して積層することにより燃料電池積層体が
構成されている。燃料電池積層体の各側面にガスの供
給、排出用のマニホールドを組み込み、各単位セルの燃
料電極のガス流路８に水素濃度の高い燃料ガスを、また
空気電極のガス流路８に空気等の酸素を含む酸化剤ガス
を供給し、それぞれ燃料電極触媒層２、および空気電極
触媒層３へと送り、電気化学反応により電気エネルギー
を得ている。また、この電気化学反応は発熱反応である
ので、燃料電池積層体に介装された冷却板１３に電池冷
却水を供給することにより、生じた発熱を除去し、単位
セル１１を所定運転温度に保持している。
いて構成された燃料電池積層体の要部の構成を示す断面
図である。単位セル１１をセパレータ１２を介して順次
積層してブロックを構成し、さらにこのブロックを冷却
板１３を介装して積層することにより燃料電池積層体が
構成されている。燃料電池積層体の各側面にガスの供
給、排出用のマニホールドを組み込み、各単位セルの燃
料電極のガス流路８に水素濃度の高い燃料ガスを、また
空気電極のガス流路８に空気等の酸素を含む酸化剤ガス
を供給し、それぞれ燃料電極触媒層２、および空気電極
触媒層３へと送り、電気化学反応により電気エネルギー
を得ている。また、この電気化学反応は発熱反応である
ので、燃料電池積層体に介装された冷却板１３に電池冷
却水を供給することにより、生じた発熱を除去し、単位
セル１１を所定運転温度に保持している。
【０００４】本構成において、マトリックスに保持され
たりん酸は、温度上昇に伴って蒸発し、供給される燃料
ガスや酸化剤ガスの流れとともに徐々に飛散するので、
保持量は徐々に減少する。このようにりん酸の保持量が
減少すると、マトリックスによる燃料ガスと酸化剤ガス
のガスシール性が低下し、これらのガスが直接反応し
て、燃料電池積層体に損傷が生じることとなる。このた
め、従来のりん酸型燃料電池においては、図4に示した
ごとく、冷却板１３に電圧測定リード１４Ａ，１４Ｂを
設置して電圧計１５によってブロックの出力電圧を測定
し、その電圧の異常低下によってりん酸の不足状態の発
生を検知し、この異常信号によりマトリックスにりん酸
を補給して、常時所定量のりん酸を保持させている。
たりん酸は、温度上昇に伴って蒸発し、供給される燃料
ガスや酸化剤ガスの流れとともに徐々に飛散するので、
保持量は徐々に減少する。このようにりん酸の保持量が
減少すると、マトリックスによる燃料ガスと酸化剤ガス
のガスシール性が低下し、これらのガスが直接反応し
て、燃料電池積層体に損傷が生じることとなる。このた
め、従来のりん酸型燃料電池においては、図4に示した
ごとく、冷却板１３に電圧測定リード１４Ａ，１４Ｂを
設置して電圧計１５によってブロックの出力電圧を測定
し、その電圧の異常低下によってりん酸の不足状態の発
生を検知し、この異常信号によりマトリックスにりん酸
を補給して、常時所定量のりん酸を保持させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のりん酸型燃料電
池においては、上記のごとく、単位セルを積層した各ブ
ロックの発電電圧を測定し、その異常低下の検出により
りん酸の不足を検知して補給時期を知る手段としている
が、上記のりん酸の飛散速度は、燃料ガスや酸化剤ガス
の流量に依存するとともに、図５に示したごとく電池の
温度によっても変化し、温度が高くなると飛散速度も増
大する。一方、各ブロックは両端に位置する冷却板によ
って冷却され所定温度に維持されているので、各ブロッ
ク内では、冷却板に隣接する単位セルの温度が最も低
く、中央部分に位置する単位セルの温度が最も高くな
る。したがって、ブロックを構成する各単位セルのりん
酸の飛散速度はそれぞれ異なることとなり、測定したブ
ロックの発電電圧に異常低下が認められはじめた時に
は、すでに最も飛散量の多い単位セルにおいて燃料ガス
と酸化剤ガスとの直接反応が生じ、回復不可能な損傷が
進行している場合が数多く見られ、りん酸の補給時期の
検知方法として必ずしも適切でないという問題点があっ
た。
池においては、上記のごとく、単位セルを積層した各ブ
ロックの発電電圧を測定し、その異常低下の検出により
りん酸の不足を検知して補給時期を知る手段としている
が、上記のりん酸の飛散速度は、燃料ガスや酸化剤ガス
の流量に依存するとともに、図５に示したごとく電池の
温度によっても変化し、温度が高くなると飛散速度も増
大する。一方、各ブロックは両端に位置する冷却板によ
って冷却され所定温度に維持されているので、各ブロッ
ク内では、冷却板に隣接する単位セルの温度が最も低
く、中央部分に位置する単位セルの温度が最も高くな
る。したがって、ブロックを構成する各単位セルのりん
酸の飛散速度はそれぞれ異なることとなり、測定したブ
ロックの発電電圧に異常低下が認められはじめた時に
は、すでに最も飛散量の多い単位セルにおいて燃料ガス
と酸化剤ガスとの直接反応が生じ、回復不可能な損傷が
進行している場合が数多く見られ、りん酸の補給時期の
検知方法として必ずしも適切でないという問題点があっ
た。
【０００６】この発明の目的は、燃料電池積層体を構成
する単位セルに保持されたりん酸の補給時期が的確に検
知され、安定して運転できるりん酸型燃料電池の運転方
法を提供することにある。
する単位セルに保持されたりん酸の補給時期が的確に検
知され、安定して運転できるりん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
めに、本発明においては、電解質としてのりん酸を保持
したマトリックスの両面に燃料電極と空気電極を配して
形成された単位セルを、冷却配管を備えた冷却板を適宜
挿入して積層し、冷却配管に電池冷却水を通流し、燃料
電極に燃料ガスを、また空気電極に酸化剤ガスを供給し
て、電気化学反応により電気エネルギーを得るりん酸型
燃料電池において、 （１）出力電流と発電時間、あるいは、出力電圧と電池
冷却水のうちの少なくともいずれか一方と出力電流と発
電時間を測定し、これらの測定値より電解質の補給時期
を算定し、電解質を補給して運転することとする。
めに、本発明においては、電解質としてのりん酸を保持
したマトリックスの両面に燃料電極と空気電極を配して
形成された単位セルを、冷却配管を備えた冷却板を適宜
挿入して積層し、冷却配管に電池冷却水を通流し、燃料
電極に燃料ガスを、また空気電極に酸化剤ガスを供給し
て、電気化学反応により電気エネルギーを得るりん酸型
燃料電池において、 （１）出力電流と発電時間、あるいは、出力電圧と電池
冷却水のうちの少なくともいずれか一方と出力電流と発
電時間を測定し、これらの測定値より電解質の補給時期
を算定し、電解質を補給して運転することとする。
【０００８】（２）あるいは、発電電力量と発電時間、
あるいは、発電電力量と発電時間と電池冷却水温度を測
定し、これらの測定値より電解質の補給時期を算定し、
電解質を補給して運転することとする 図４のごとく複数の単位セル１１をセパレータ１２を介
在させて積層し、両端に冷却配管を備えた冷却板１３を
配したブロックを単位として構成される燃料電池積層体
においては、各ブロックの内部の単位セル１１の最高温
度は、ブロック内での発熱量と熱拡散条件、並びに冷却
板１３の冷却条件により決まる。このうち、ブロック内
での発熱量は出力電流と出力電圧により定まり、ブロッ
ク内での熱拡散条件は、単位セル１１とセパレータ１２
の熱伝達性能、すなわち熱抵抗で定まる。また、冷却板
１３の冷却条件は、備えられた冷却配管に通流される電
池冷却水の温度条件並びに冷却板１３の熱伝達性能、す
なわち熱抵抗で定まる。また、これらの因子のうち、単
位セル１１とセパレータ１２の熱抵抗、および冷却板１
３の熱抵抗は、構成に固有のもので一定である。したが
って、出力電流と出力電圧、並びに電池冷却水の温度条
件を知れば、単位セル１１の曝される最高温度が知られ
ることとなる。
あるいは、発電電力量と発電時間と電池冷却水温度を測
定し、これらの測定値より電解質の補給時期を算定し、
電解質を補給して運転することとする 図４のごとく複数の単位セル１１をセパレータ１２を介
在させて積層し、両端に冷却配管を備えた冷却板１３を
配したブロックを単位として構成される燃料電池積層体
においては、各ブロックの内部の単位セル１１の最高温
度は、ブロック内での発熱量と熱拡散条件、並びに冷却
板１３の冷却条件により決まる。このうち、ブロック内
での発熱量は出力電流と出力電圧により定まり、ブロッ
ク内での熱拡散条件は、単位セル１１とセパレータ１２
の熱伝達性能、すなわち熱抵抗で定まる。また、冷却板
１３の冷却条件は、備えられた冷却配管に通流される電
池冷却水の温度条件並びに冷却板１３の熱伝達性能、す
なわち熱抵抗で定まる。また、これらの因子のうち、単
位セル１１とセパレータ１２の熱抵抗、および冷却板１
３の熱抵抗は、構成に固有のもので一定である。したが
って、出力電流と出力電圧、並びに電池冷却水の温度条
件を知れば、単位セル１１の曝される最高温度が知られ
ることとなる。
【０００９】一方、図５に示したように、マトリックス
に保持された電解質のりん酸の飛散速度は保持される温
度に依存し、温度が高くなるほど大きくなるので、上記
のブロックにおいても、最高温度に曝される単位セル１
１において最も急速にりん酸が飛散することとなる。し
たがって、上記の（１）のごとく、出力電流、出力電圧
並びに電池冷却水温度を知れば、上記のブロックにおけ
るりん酸の最高飛散速度が知られ、発電時間を測定して
最高飛散速度に乗ずれば、最高飛散量が知られることと
なり、この値より補給時期を設定すれば、りん酸の不足
状態を生じることなく補給することができる。なお、上
記において、出力電圧は、燃料電池積層体に固有のＩ−
Ｖ特性をもとに出力電流より求めることも可能であり、
また、電池冷却水温度は通常一定に保持して使用される
ので定数として扱うことができる。したがって、出力電
流のみ、あるいは出力電流と電池冷却水温度、あるいは
出力電流と出力電圧によっても、最高温度、したがって
りん酸の最高飛散速度が知られ、発電時間の測定値を用
いて最高飛散量が知られ、りん酸の補給時期を適切に設
定できることとなる。
に保持された電解質のりん酸の飛散速度は保持される温
度に依存し、温度が高くなるほど大きくなるので、上記
のブロックにおいても、最高温度に曝される単位セル１
１において最も急速にりん酸が飛散することとなる。し
たがって、上記の（１）のごとく、出力電流、出力電圧
並びに電池冷却水温度を知れば、上記のブロックにおけ
るりん酸の最高飛散速度が知られ、発電時間を測定して
最高飛散速度に乗ずれば、最高飛散量が知られることと
なり、この値より補給時期を設定すれば、りん酸の不足
状態を生じることなく補給することができる。なお、上
記において、出力電圧は、燃料電池積層体に固有のＩ−
Ｖ特性をもとに出力電流より求めることも可能であり、
また、電池冷却水温度は通常一定に保持して使用される
ので定数として扱うことができる。したがって、出力電
流のみ、あるいは出力電流と電池冷却水温度、あるいは
出力電流と出力電圧によっても、最高温度、したがって
りん酸の最高飛散速度が知られ、発電時間の測定値を用
いて最高飛散量が知られ、りん酸の補給時期を適切に設
定できることとなる。
【００１０】また、発電電力量と発電時間を測定すれ
ば、発電電力量を発電時間で除することによって平均の
発電電力が知られる。さらに、燃料電池積層体に固有の
Ｉ−Ｖ特性を用いれば、この平均の発電電力より平均の
発電電流が求められる。したがって、上記の発電電流の
測定値に代わって発電電力量を用いることとし、上記の
（２）のごとく、発電電力量と発電時間、あるいは、発
電電力量と発電時間と電池冷却水温度を測定することと
しても、電解質として保持したりん酸の最高飛散量が知
られ、りん酸の補給時期を適切に設定できることとな
る。
ば、発電電力量を発電時間で除することによって平均の
発電電力が知られる。さらに、燃料電池積層体に固有の
Ｉ−Ｖ特性を用いれば、この平均の発電電力より平均の
発電電流が求められる。したがって、上記の発電電流の
測定値に代わって発電電力量を用いることとし、上記の
（２）のごとく、発電電力量と発電時間、あるいは、発
電電力量と発電時間と電池冷却水温度を測定することと
しても、電解質として保持したりん酸の最高飛散量が知
られ、りん酸の補給時期を適切に設定できることとな
る。
【００１１】
＜実施例１＞図１は、本発明の燃料電池の運転方法の実
施例１により運転される燃料電池積層体の断面図であ
る。図に示した燃料電池積層体１０は、複数の単位セル
１１をセパレータ１２を介して積層して単位ブロック２
０を構成し、さらに単位ブロック２０を冷却板１３を介
在させて積層することにより構成されている。電流計１
６は、燃料電池積層体１０の出力電流を測定する電流計
であり、電圧計１５は、単位ブロック２０の発生電圧を
測定する電圧計であり、また、温度計１７は、冷却板１
３に組み込まれた冷却配管へ供給される電池冷却水の温
度を測定する温度計である。
施例１により運転される燃料電池積層体の断面図であ
る。図に示した燃料電池積層体１０は、複数の単位セル
１１をセパレータ１２を介して積層して単位ブロック２
０を構成し、さらに単位ブロック２０を冷却板１３を介
在させて積層することにより構成されている。電流計１
６は、燃料電池積層体１０の出力電流を測定する電流計
であり、電圧計１５は、単位ブロック２０の発生電圧を
測定する電圧計であり、また、温度計１７は、冷却板１
３に組み込まれた冷却配管へ供給される電池冷却水の温
度を測定する温度計である。
【００１２】本実施例の運転方法においては、上記の電
流計１６により測定された出力電流、電圧計１５により
測定された出力電圧、および温度計１７により測定され
た電池冷却水の温度から、単位セル１１のマトリックス
に保持されたりん酸の飛散量を算出してりん酸の補給時
期を知り、これをもとにりん酸を補給する方法を用いて
燃料電池を運転する。
流計１６により測定された出力電流、電圧計１５により
測定された出力電圧、および温度計１７により測定され
た電池冷却水の温度から、単位セル１１のマトリックス
に保持されたりん酸の飛散量を算出してりん酸の補給時
期を知り、これをもとにりん酸を補給する方法を用いて
燃料電池を運転する。
【００１３】すなわち、出力電流をＩ〔Ａ〕，単位セル
当たりの発生電圧をＶ〔Ｖ〕，電池冷却水の温度をＴW
〔℃〕とすれば、単位セルの最高温度ＴMAX 〔℃〕は次
式で表わされる。
当たりの発生電圧をＶ〔Ｖ〕，電池冷却水の温度をＴW
〔℃〕とすれば、単位セルの最高温度ＴMAX 〔℃〕は次
式で表わされる。
【００１４】
【数１】 ＴMAX ＝ｇ（ＲC ，ＲCOOL，ｎ）（1.26−Ｖ）Ｉ＋ＴW （１） ただし、（１）式のＲC は単位セルの熱抵抗、ＲCOOLは
冷却板の熱抵抗、ｎは各単位ブロックに積層された単位
セルの個数であり、ｇはこれらの数値より定まる常数で
ある。したがって、出力電流Ｉ、発生電圧Ｖ、電池冷却
水の温度ＴW を測定することにより、式（１）より単位
セルの最高温度ＴMAX が知られる。
冷却板の熱抵抗、ｎは各単位ブロックに積層された単位
セルの個数であり、ｇはこれらの数値より定まる常数で
ある。したがって、出力電流Ｉ、発生電圧Ｖ、電池冷却
水の温度ＴW を測定することにより、式（１）より単位
セルの最高温度ＴMAX が知られる。
【００１５】一方、各単位セルの空気電極、燃料電極に
供給される空気および燃料ガスの流量を、それぞれ
ＦA ，ＦF 〔mol ／ｈ〕とし、温度Ｔ〔℃〕における電
解質の蒸気圧をｖ（Ｔ）〔atm 〕、電解質の分子量をＭ
とすれば、温度Ｔ〔℃〕における電解質の飛散速度ｗ
（Ｔ）〔ｇ／ｈ〕は、
供給される空気および燃料ガスの流量を、それぞれ
ＦA ，ＦF 〔mol ／ｈ〕とし、温度Ｔ〔℃〕における電
解質の蒸気圧をｖ（Ｔ）〔atm 〕、電解質の分子量をＭ
とすれば、温度Ｔ〔℃〕における電解質の飛散速度ｗ
（Ｔ）〔ｇ／ｈ〕は、
【００１６】
【数２】 ｗ（Ｔ）＝（ＦA ＋ＦF ）・Ｍ・ｖ（Ｔ） （２） で与えられる。このうちＦA ，ＦF は、酸素利用率をＵ
Ｏ2 、水素利用率をＵＨ2 、入口水素分圧をＰＨ2 とす
ると、次式（３）、（４）のごとく、出力電流Ｉの関数
として表わされる。
Ｏ2 、水素利用率をＵＨ2 、入口水素分圧をＰＨ2 とす
ると、次式（３）、（４）のごとく、出力電流Ｉの関数
として表わされる。
【００１７】
【数３】 ＦA ＝Ｉ×3600／（ 4×96490 ×0.208 ×ＵＯ2 ） （３） ＦF ＝Ｉ×3600／（ 2×96490 ×ＵＨ2 ×ＰＨ2 ） （４） したがって、Δｔ分毎に出力電流Ｉ、発生電圧Ｖ、電池
冷却水温度ＴW を測定して、式（１）を用いて単位セル
の最高温度ＴMAX を算出し、ついで、算出したＴMAX に
おける電解質の蒸気圧ｖ（ＴMAX ）と式（３）、（４）
より得られるガス流量を用いて、式（２）により温度Ｔ
MAX における電解質の飛散速度ｗ（ＴMA X ）を算出す
る。さらに得られた飛散速度ｗ（ＴMAX ）にΔｔを乗ず
れば、この時間間隔に飛散した電解質量が算定される。
Δｔ分毎に測定を繰り返して飛散した電解質量を算出
し、加算して飛散量の累積値を求め、この値が図２に示
したごとき飛散量の上限値を超えたとき電解質のりん酸
を補給する。
冷却水温度ＴW を測定して、式（１）を用いて単位セル
の最高温度ＴMAX を算出し、ついで、算出したＴMAX に
おける電解質の蒸気圧ｖ（ＴMAX ）と式（３）、（４）
より得られるガス流量を用いて、式（２）により温度Ｔ
MAX における電解質の飛散速度ｗ（ＴMA X ）を算出す
る。さらに得られた飛散速度ｗ（ＴMAX ）にΔｔを乗ず
れば、この時間間隔に飛散した電解質量が算定される。
Δｔ分毎に測定を繰り返して飛散した電解質量を算出
し、加算して飛散量の累積値を求め、この値が図２に示
したごとき飛散量の上限値を超えたとき電解質のりん酸
を補給する。
【００１８】なお、上記では、Δｔ分毎に出力電流Ｉと
発生電圧Ｖと電池冷却水温度ＴW を測定することとして
いるが、単位セルのＩ−Ｖ特性、Ｖ＝ｆ（Ｉ）を用いれ
ば、単位セルの最高温度ＴMAX は次式で表される。
発生電圧Ｖと電池冷却水温度ＴW を測定することとして
いるが、単位セルのＩ−Ｖ特性、Ｖ＝ｆ（Ｉ）を用いれ
ば、単位セルの最高温度ＴMAX は次式で表される。
【００１９】
【数４】 ＴMAX ＝ｇ（ＲC ，ＲCOOL，ｎ）（1.26−ｆ（Ｉ））Ｉ＋ＴW （５） したがって、発生電圧Ｖの測定値を用いずとも式（５）
により単位セルの最高温度ＴMAX が算出できる。また、
電池冷却水を一定温度に保持して用いれば、電池冷却水
の温度の測定値を用いなくとも単位セルの最高温度Ｔ
MAX が算出でき、飛散した電解質量を算出して補給時期
を知り、適正に補給することができる。 ＜実施例２＞本実施例の運転方法においては、Δｔ時間
毎に発電電力量と電池冷却水温度を測定し、これらの測
定値から単位セルの最高温度ＴMAX を算出し、さらに単
位セルのマトリックスに保持されたりん酸の飛散量を算
出してりん酸の補給時期を知り、これをもとにりん酸を
補給して運転する。
により単位セルの最高温度ＴMAX が算出できる。また、
電池冷却水を一定温度に保持して用いれば、電池冷却水
の温度の測定値を用いなくとも単位セルの最高温度Ｔ
MAX が算出でき、飛散した電解質量を算出して補給時期
を知り、適正に補給することができる。 ＜実施例２＞本実施例の運転方法においては、Δｔ時間
毎に発電電力量と電池冷却水温度を測定し、これらの測
定値から単位セルの最高温度ＴMAX を算出し、さらに単
位セルのマトリックスに保持されたりん酸の飛散量を算
出してりん酸の補給時期を知り、これをもとにりん酸を
補給して運転する。
【００２０】上記のごとく直流発電電力量を測定し、運
転時間ｔ〔ｈ〕における単位セル１個当たりの直流発電
電力量の測定値をＡ（ｔ）〔kWh 〕とすれば、単位セル
１個当たりの運転時間０〜ｔにおける平均直流発電電力
Ｐ（ｔ）〔kW〕は次式（６）で表わされる。一方、単位
セルのＩ−Ｖ特性、Ｖ＝ｆ（Ｉ）を用いれば、Ｐ（ｔ）
〔kW〕は次式（７）で表わされる。
転時間ｔ〔ｈ〕における単位セル１個当たりの直流発電
電力量の測定値をＡ（ｔ）〔kWh 〕とすれば、単位セル
１個当たりの運転時間０〜ｔにおける平均直流発電電力
Ｐ（ｔ）〔kW〕は次式（６）で表わされる。一方、単位
セルのＩ−Ｖ特性、Ｖ＝ｆ（Ｉ）を用いれば、Ｐ（ｔ）
〔kW〕は次式（７）で表わされる。
【００２１】
【数５】 Ｐ（ｔ）＝Ａ（ｔ）／ｔ （６） Ｐ（ｔ）＝Ｉ・ｆ（Ｉ） （７） すなわち、直流発電電力量Ａ（ｔ）を測定すれば、二つ
の式より出力電流Ｉが算出される。この出力電流Ｉの算
定値と、電池冷却水温度の測定値を用いれば、実施例１
で述べたごとく、式（５）によって単位セルの最高温度
ＴMAX が知られ、さらに、式（２）により温度ＴMAX に
おける電解質の飛散速度ｗ（ＴMAX ）が算出される。さ
らに得られた飛散速度ｗ（ＴMAX ）に測定の時間間隔を
乗ずれば、飛散した電解質量が算定される。したがっ
て、所定時間毎に測定を行って、飛散した電解質量を算
出し、順次加算して飛散量の累積値を求め、この値が図
２に示したごとき飛散量の上限値を超えたとき電解質の
りん酸を補給する。
の式より出力電流Ｉが算出される。この出力電流Ｉの算
定値と、電池冷却水温度の測定値を用いれば、実施例１
で述べたごとく、式（５）によって単位セルの最高温度
ＴMAX が知られ、さらに、式（２）により温度ＴMAX に
おける電解質の飛散速度ｗ（ＴMAX ）が算出される。さ
らに得られた飛散速度ｗ（ＴMAX ）に測定の時間間隔を
乗ずれば、飛散した電解質量が算定される。したがっ
て、所定時間毎に測定を行って、飛散した電解質量を算
出し、順次加算して飛散量の累積値を求め、この値が図
２に示したごとき飛散量の上限値を超えたとき電解質の
りん酸を補給する。
【００２２】なお、上記では、直流発電電力量Ａ（ｔ）
を測定することとしているが、交流発電電力量を測定す
ることとしても、一定常数を乗ずることにより直流発電
電力量が得られるので、同様に飛散した電解質量が算出
でき、適正に電解質のりん酸を補給することができる。
また、本実施例では、Δｔ時間毎に発電電力量と電池冷
却水温度を測定し、単位セルの最高温度ＴMAX 、さらに
単位セルのりん酸の飛散量を算出してりん酸の補給時期
を知り、これをもとにりん酸を補給して運転することと
しているが、通常よく用いられるように、電池冷却水を
一定温度に保持して運転すれば、電池冷却水の温度の測
定値を用いなくとも単位セルの最高温度ＴMAK が算出で
きるので、Δｔ時間毎に発電電力量を測定することによ
り、電解質の飛散量が知られ、効果的に電解質のりん酸
を補給することができる。
を測定することとしているが、交流発電電力量を測定す
ることとしても、一定常数を乗ずることにより直流発電
電力量が得られるので、同様に飛散した電解質量が算出
でき、適正に電解質のりん酸を補給することができる。
また、本実施例では、Δｔ時間毎に発電電力量と電池冷
却水温度を測定し、単位セルの最高温度ＴMAX 、さらに
単位セルのりん酸の飛散量を算出してりん酸の補給時期
を知り、これをもとにりん酸を補給して運転することと
しているが、通常よく用いられるように、電池冷却水を
一定温度に保持して運転すれば、電池冷却水の温度の測
定値を用いなくとも単位セルの最高温度ＴMAK が算出で
きるので、Δｔ時間毎に発電電力量を測定することによ
り、電解質の飛散量が知られ、効果的に電解質のりん酸
を補給することができる。
【００２３】
【発明の効果】上述のごとく、本発明によれば、電解質
としてのりん酸を保持したマトリックスの両面に燃料電
極と空気電極を配して形成された単位セルを、冷却配管
を備えた冷却板を適宜挿入して積層し、冷却配管に電池
冷却水を通流し、燃料電極に燃料ガスを、また空気電極
に酸化剤ガスを供給して、電気化学反応により電気エネ
ルギーを得るりん酸型燃料電池において、 （１）出力電流と発電時間、あるいは、出力電圧と電池
冷却水のうちの少なくともいずれか一方と出力電流と発
電時間を測定し、これらの測定値より電解質の補給時期
を算定し、電解質を補給して運転することとしたので、
単位セルに保持されたりん酸の補給時期が的確に検知さ
れることとなり、りん酸型燃料電池を安定して運転でき
る運転方法が得られることとなった。
としてのりん酸を保持したマトリックスの両面に燃料電
極と空気電極を配して形成された単位セルを、冷却配管
を備えた冷却板を適宜挿入して積層し、冷却配管に電池
冷却水を通流し、燃料電極に燃料ガスを、また空気電極
に酸化剤ガスを供給して、電気化学反応により電気エネ
ルギーを得るりん酸型燃料電池において、 （１）出力電流と発電時間、あるいは、出力電圧と電池
冷却水のうちの少なくともいずれか一方と出力電流と発
電時間を測定し、これらの測定値より電解質の補給時期
を算定し、電解質を補給して運転することとしたので、
単位セルに保持されたりん酸の補給時期が的確に検知さ
れることとなり、りん酸型燃料電池を安定して運転でき
る運転方法が得られることとなった。
【００２４】（２）また、発電電力量と発電時間、ある
いは、発電電力量と発電時間と電池冷却水温度を測定
し、これらの測定値より電解質の補給時期を算定し、電
解質を補給して運転することとしても、同様に、単位セ
ルに保持されたりん酸の補給時期が的確に検知されるの
で、りん酸型燃料電池を安定して運転できる運転方法と
して好適である。
いは、発電電力量と発電時間と電池冷却水温度を測定
し、これらの測定値より電解質の補給時期を算定し、電
解質を補給して運転することとしても、同様に、単位セ
ルに保持されたりん酸の補給時期が的確に検知されるの
で、りん酸型燃料電池を安定して運転できる運転方法と
して好適である。
【図１】本発明の燃料電池の運転方法の実施例１の方法
を適用して運転される燃料電池積層体の断面図
を適用して運転される燃料電池積層体の断面図
【図２】マトリックスに保持された電解質の飛散量と発
電時間の関係を示す特性図
電時間の関係を示す特性図
【図３】りん酸型燃料電池の燃料電池積層体の基本構成
単位である単位セルの構成を模式的に示した断面図
単位である単位セルの構成を模式的に示した断面図
【図４】図3の構成の単位セルを用いて構成された燃料
電池積層体の要部断面図
電池積層体の要部断面図
【図５】マトリックスに保持された電解質の飛散速度の
温度依存性を示す特性図
温度依存性を示す特性図
１ マトリックス ６ 燃料電極 ７ 空気電極 １０ 燃料電池積層体 １１ 単位セル １２ セパレータ １３ 冷却板 １５ 電圧計 １６ 電流計 １７ 温度計 ２０ 単位ブロック
Claims (2)
- 【請求項１】電解質としてのりん酸を保持したマトリッ
クス層の両面に燃料電極と空気電極を配して形成された
単位セルを、冷却配管を備えた冷却板を適宜挿入して積
層し、冷却配管に電池冷却水を通流し、燃料電極に燃料
ガスを、また空気電極に酸化剤ガスを供給して、電気化
学反応により電気エネルギーを得るりん酸型燃料電池に
おいて、出力電流と発電時間、あるいは、出力電圧と電
池冷却水温度のうちの少なくともいずれか一方と出力電
流と発電時間を測定し、これらの測定値より電解質の補
給時期を算定し、電解質を補給して運転することを特徴
とするりん酸型燃料電池の運転方法。 - 【請求項２】電解質としてのりん酸を保持したマトリッ
クス層の両面に燃料電極と空気電極を配して形成された
単位セルを、冷却配管を備えた冷却板を適宜挿入して積
層し、冷却配管に電池冷却水を通流し、燃料電極に燃料
ガスを、また空気電極に酸化剤ガスを供給して、電気化
学反応により電気エネルギーを得るりん酸型燃料電池に
おいて、発電電力量と発電時間、あるいは発電電力量と
発電時間と電池冷却水温度を測定し、これらの測定値よ
り電解質の補給時期を算定し、電解質を補給して運転す
ることを特徴とするりん酸型燃料電池の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9101433A JPH10294120A (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | りん酸型燃料電池の運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9101433A JPH10294120A (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | りん酸型燃料電池の運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10294120A true JPH10294120A (ja) | 1998-11-04 |
Family
ID=14300571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9101433A Pending JPH10294120A (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | りん酸型燃料電池の運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10294120A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007105112A2 (en) * | 2006-01-11 | 2007-09-20 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system with coolant circulation |
-
1997
- 1997-04-18 JP JP9101433A patent/JPH10294120A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007105112A2 (en) * | 2006-01-11 | 2007-09-20 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system with coolant circulation |
| WO2007105112A3 (en) * | 2006-01-11 | 2008-01-17 | Nissan Motor | Fuel cell system with coolant circulation |
| US8110313B2 (en) | 2006-01-11 | 2012-02-07 | Nissan Motor Co., Ltd | Fuel cell system |
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