JPS5822864B2 - ネンリヨウデンチセイギヨソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液体、例えばヒドラジンヒトラード、アルコー
ル、ホルマリン等を電解液に混合して用いる液体燃料電
池において、電解液を燃料検出電極によシ定電流電解し
て電解液中の燃料濃度を電解電圧によシ検出し、燃料が
不足する場合に電解液中へ燃料を補給するようにした燃
料電池制御装置の改良に関する。

従来のこの種燃料濃度検出装置を備えた燃料電池制御装
置は、電解液の循環経路等に浸漬した一対の検出電極に
より電解液を定電流電解したとき、燃料濃度が低下する
に従って電解電圧が上昇することを利用して電解液中の
燃料濃度を検出するようにしたものである。

そして、電解液中の燃料濃度が低下して電解電圧が設定
電圧を越えると、燃料濃度検出装置の働きによシ、ポン
プあるいは電磁弁を備えた燃料供給装置が作動し、タイ
マーの働きによって一定時間だけ電解液へ燃料が供給さ
れるようにしである。

上記装置において燃料を混合した電解液の電解電圧の変
化を検出するには、燃料検出用の電極を用いるが、長期
間燃料電池を連続発電していると、時には上記電極間で
電解液による電気的導通がなくなることがある。

例えば、燃料検出極とリード線の接続不良、検出極の空
気中露出による導通不良等が起こった場合には、正常な
燃料検出電圧（電解電圧）とは異なる異常電圧が燃料検
出極間にかかる。

特に検出部分の電解液は電池内でない場合でも電池の電
解液と連絡しているのが普通であるから、検出極の一方
が電解液との接触を断たれると、検出極間には電池の電
圧が直接加わることになる。

こうして、燃料検出極間に異常電圧（約４Ｖ以上）がか
かると、燃料濃度の制御がされず、電解液中の燃料濃度
に関係なく燃料は供給され続けることになシ、電解液中
の燃料濃度は著・しく高くなシ、燃料電池の発電作用を
阻害することになる。

また、次に発電させる時には、燃料濃度の高い電解液を
正常な濃度の燃料を含む電解液と交換しなければならな
い。

そのため余分な保守を必要とすることになシ、この保守
に際しては多額の費用、特に電解液、燃料に要する費用
及び人件費、運搬費を必要とするとともに保守のための
時間がかかる等の欠点を有する。

中でも時間的な面を考えれば、燃料電池を僻地に設ける
ことが多いことから作業性に欠ける。

本発明は、上記従来の欠点を解消するもので、燃料濃度
検出極間に異常電圧が発生しても、直ちにその事故によ
る被害を最小限にとどめろようにした燃料電池制御装置
を提供するものである。

すなわち、本発明の燃料電池制御装置は、燃料電池へ電
解液を供給する電解液供給装置と、電解液を定電流電解
してその電解電圧を検出する装置と、前記電解電圧があ
る設定値を越えた時電解液中・＼燃料を供給する装置と
、前記電解電圧が異常に高くなったことを検出する異常
電圧検出装置と、燃料電池を電源として出力端に前記各
装置及び負荷を接続した定電圧装置とを備え、前記異常
電圧検出装置の作動によ多燃料電池と定電圧装置の間に
設けたスイッチを開路するように構成したものである。

本発明によれば、前記のような種々の事故によシミ解液
の電解電圧が異常に高くなった場合には、制御装置をは
じめ燃料電池の発電を停止するので、。

事故による被害を最小限にとどめることができる。

以下本発明を実施例によシ説明する。

第１図において、１は燃料電池、２は定電圧装置、３は
負荷、４は燃料電池へ電解液を供給する電解液ポンプ、
５は電磁弁端子、６はタイマー、７は燃料検、出語、８
は燃料濃度検出極、９は異常電圧検出器、１０は定電流
装置である。

定電圧装置２は燃料電池１の電圧が、負荷、温度、燃料
の濃度、放電時間等によシ変化するので、一定出力を得
るためのもので、燃料濃度検出極間。

の動作リレーの機能を保障するためのものでもある。

また、定電流装置１０は燃料濃度検出極８に定電流を供
給して電解液を定電流電解するために設けられている。

第２図は経過時間に対する電解液中の燃料濃度。

と電解電圧との関係を示しておシ、濃度が徐々に減少す
ると電解電圧が上昇することは図中Ａの部分に現われて
おシ、次にＢの如くこの電圧が急に上昇した場合燃料検
出器７のリレーＬ１ が働く（打の部分）。

このリレーＬ１ が働くと接点ｅ１２が閉じ、この閉成
によってリレーＬ２が動作して、その接点ｅ２ｏが閉じ
る。

接点ｅ２０が閉じると電磁弁（又は燃料供給用のポンプ
）がタイマー６によって設定された時間のみ動作する。

この間燃料が電解液中に供給される（Ｃの部分）。

タイマー６による設定時間が経過すると、接点ｅｔが１
秒間閉じて、リレーＬ３を動作させる。

リレＬ３が働くとその接点ｅ３□が開き、接点ｅ３□ば
１秒間閉じて、燃料濃度検出極８間が短絡逼れ、電解電
圧は一時的に零となる（ＤからＥの部分）。

また接点ｅ３□は上述のように開くため、リレーＬ２が
働いて接点ｅ２ｏを開き、電磁弁端子５間に接続された
電磁弁は動作しなくなり電解電圧は最初の状態になる（
Ａの部分）。

この動作を繰シ返して燃料を間欠的に電解液中に供給す
ることによ多燃料濃度が制御される。

この状態を表わしたのが第２図の１である。

また長期間の運転中、電解電圧検出回路において接触不
良、導通不良（断線）、又は電解液を通して導通が々く
なった時に、この燃料濃度検出極８間に電解電圧（最大
電圧３．ＯＶ）以上の電圧が印加され、燃料濃度に無関
係に燃料濃度検出器７が働く。

なおこの検出器７の動作は設定電圧２．８Ｖ以上の電圧
が印加されると作動する。

従って燃料濃度の制御が行なえなくなる。

ここで上記制御が行なえなくなる状態を説明する。

上記接触不良の場合には、第２図■のように電解電圧と
接触抵抗による電圧の和が検出極８間に印加される。

この場合の電圧は電解電圧よシも数Ｖ高くなシ、燃料濃
度が高い場合でも検出器７の作動時の設定電圧２．８Ｖ
を越えてしまう。

設定電圧以上の電圧が印加されると、リレーＬ１ の接
点ｅ１□が作動し、烙らにリレーＬ２の作動によ多接点
ｅ２０が閉じるため、燃料供給用の電磁弁が作動してし
まい、燃料濃度に無関係に何度も繰り返して燃料の供給
を行なう。

また第２図■は、燃料検出回路中に断線が生じ、検出極
８間に電解電圧ではなく、定電圧装置２の出力電圧２４
Ｖが印加される。

この場合も燃料濃度に関係なく、燃料濃度検出器７の設
定電圧以上の電圧が検出器７に加わる。

従って電磁弁が設定時間動作して燃料の供給が行なわれ
、また電磁弁が停止状態になっても検出極８間の電圧が
設定電圧を越えているため、燃料濃度が十分であるにも
かかわらず、再度繰シ返して検出器７が作動し、燃料が
供給される。

燃料濃度が高くなると、電池１の電圧は低下する。

又、燃料の自己分解熱によシミ解液温度が急激に上昇し
て燃料電池１に悪影響を与える。

上述のような不都合を防止するために燃料濃度検出極８
間に並列に異常電圧検出器９が設けられている。

今、検出極８間に上記現象により異常電圧が印加される
と、異常電圧検出器９のリレーＬ４が作動し、接点ｅ４
１を開き、燃料電池１の出力電流の定電圧装置２への供
給を絶つ。

定電圧装置２はこれによって作動を停止させられるため
、燃料濃度の制御装置全体は機能を失ない、燃料濃度を
高くする事なく、燃料電池１０発電を速やかに自動的に
停止させられる構成となっている。

次に具体例を述べる。

燃料電池１としては素電池を２５セル積層した集合電池
を２ブロック用い、電極寸法は７４Ｘ８４ｍｙ７、定格
出力１２０Ｗ、■セル尚り陽極２枚に対して陰極１枚と
した。

電極への触媒の添加は公知の方法に基いて行なった。

また電解液としては３０％か性カリ水溶液を１００ｅ用
いた。

燃料としては市販のＮ２Ｈ２・Ｈ２Ｏ（純度８０％）を
使用し、その電解液中の燃料濃度は２．０±０．２％に
調節した。

また燃料濃度検出器７の設定動作時間は、１０秒、設定
電圧は２，８Ｖ、電解電流密度は１．７×１０３ｍＡ／
ｉとした。

また電磁弁の作動による１回の燃量の流量は５０〜６０
ｒｒｔｌとして、電解液の流量は１．０ （１／ｍｉｎ
とした。

また電池１のガス拡散電極の酸化剤としては空気中の酸
素を用いてお９、酸素は自然拡散にて供給した。

第３図は異常電圧検出器９を備えた場合と備えなかった
上記燃料電池装置を作動させた時の電池電圧Ｖと運転経
過日数（日）との関係を示しておシ、Ａは本実施例であ
る前者、Ｂは従来例である後者の特性をそれぞれ示す。

なおその試験条件は、事故、例えば接触不良、導通不良
等が約３０〜４０日に１回起ったものとし、事故が発生
した３日後（保守可能な日数）に再運転した場合の燃料
電池の電圧の経時変化を求めた。

第３図において、１００日経過後特性Ｂにおいては、電
池電圧が３７Ｖから３３Ｖへと４■低下したのに対し、
特性Ａにおいては３７５■から３７ＶへとＱ、５ＶＬか
低下しなかった。

また特性Ｂを有する従来の電池装置においては、検出器
７が動作し続け、燃料が入り過ぎ、電解液中の燃料濃度
が２５％にも達していた。

このため燃料の自己分解熱による電解液の温度上昇も最
高８０°Ｃを記録した。

燃料の分解ガスが多量に発生すると触媒の脱落・高温度
による触媒能の低下等で電池特性の低下も考えられる。

また特性Ａは放電再開始初期の電圧が堂や低いが、５日
間以内で完全に元の状態に戻る。

特性Ｂでは回復していない。

以上の如く、本発明の燃料電池制御装置は、仮に事故が
発生しても電池電圧の回復が早く、電圧変動の少ない安
定した特性を示すものであり、かつ損害を最小限にくい
止めることができるため異常電圧検出器による効果は顕
著であると考えられる。

また長期連続放電を行なう場合、例えば従来のように高
濃度となった使用不可能な電解液の交換に際しては燃料
費、運搬費、人件費等の費用を多く必要とするが、本発
明ておいては事故発生箇所のみ修理すルば良く、保守費
を安くできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における燃料電池制御装置の
概略的な制御回路を示す図、第２図は燃料濃度と電解電
圧との関係を示す図、第３図はその電池の放電特性を示
す図である。 １・・・燃料電池、５・・・電磁弁端子、７・・・燃料
濃度検出器、８・・・燃料濃度検出極、９・・・異常電
圧検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃料電池へ電解液を供給する装置と、電解液を定電
   流電解してその電解電圧を検出する装置と、前記電解電
   圧がある設定値を越えた時電解液中へ燃料を供給する装
   置と、前記電解電圧が異常に高くなったことを検出する
   異常電圧検出装置と、燃料電池を電源として出力端に前
   記各装置及び負荷を接続した定電圧装置とを備え、前記
   異常電圧検出装置の作動によシ燃料電池と前記定電圧装
   置の間に設けたスイッチを開路するように構成した燃料
   電池制御装置。