JPS59154775A - 燃料電池発電装置の操作方法 - Google Patents

燃料電池発電装置の操作方法

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JPS59154775A
JPS59154775A JP58028511A JP2851183A JPS59154775A JP S59154775 A JPS59154775 A JP S59154775A JP 58028511 A JP58028511 A JP 58028511A JP 2851183 A JP2851183 A JP 2851183A JP S59154775 A JPS59154775 A JP S59154775A
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JP
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fuel
fuel cell
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oxidizer
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Hitoshi Kuramoto
倉本 仁
Keijiro Yamashita
山下 慶次郎
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、燃料電池発磁装置の操作方法に係り、特に、
低負荷時において各燃料電池単セルの端子電圧が、あら
かじめ定められた許容端子′(5)圧以下で操作する方
法に関する。
〔従来技術とその問題点〕
慾料眠池発電装置は、燃料としてl−12s酸化剤とし
て02を電気化学的に反応させて、電気出力を取り出す
装置であるが、その一般的構成要素は第1図に示される
。図において、1は炭化ケイ素の微粒子と濃度リン酸電
解液を混練したマトリックス層、2,3は多孔質炭素材
を担持体とし、その電解液に接する面に白金等の触媒を
付与しだ電極、4.5は成極表面に反応ガス(水素、酸
素等)を送り込む溝を有したインタコネクタである。燃
料成池単セルは、これ等の基本構成要素より成っており
、これが複数枚積層されて燃料電池スタックが構成され
ている。
正常な作動状態に於いては、燃料流中のH2が燃料極3
の表面でHとなり、これが電解液マトリクス1の’it
解液内を酸化剤極2側へと移動し、酸化剤極2の表面で
酸化剤流中の02から生じた02−と反応してH2Oが
生成する。この際、外部回路全通してe−イオンが燃料
極3側から酸化剤惨2側へと流れ、結果とl〜て直流電
力を得ることが出来るものである。
このような燃料ぼ池発蹴装置において、その寿命を短か
くする原因として、電極の支持体として使用している多
孔質炭素材の酸化及びpt触媒の溶凧、結晶化による有
効表面積の減少があげられる。多孔質炭素材の酸化は、
炭素材中の一部の炭素が酸素によって酸化され二酸化炭
素として排出される。そのだめ多孔質炭素材の1゛L・
−化による劣化は、酸化剤側に供給される酸素濃度に依
存している。また、この反応は電極上にかかっている′
電位によって促進される。pt触媒の溶解、結晶化は酸
素型度には無関係であるが電位によって促進される。こ
のように、燃料電池発進装置の寿命を規定する因子とし
て、酸化剤極に供給する酸素濃度と、電極にかかる電位
があげられる。従って燃料電池発進装置の長寿命化をは
かるためには、酸化剤極に供給する酸素濃度の減少と、
電極にかかる′d王位を下げることが必要である。
第2図は、燃料1池の一般的出力特性を示したものであ
る。燃料電池発進装置の特徴のひとつとしで、負荷変化
幅が広いことがあげられるが、第2図の出力特性におい
ては許容端子電圧の点から定格負荷のb点の間は限られ
ている。そこで、低負荷時で(は出力特性を随時低下さ
せる必要が生じてくる。(第2図の出力特性の曲線を■
→11→ittとする。)その方法として、酸化剤極供
給ガスに窒素ガスを添加し、酸素濃度を低減させる方法
(特開昭55−148370)と、酸化剤極排出ガスの
一部を再び供給側へ戻し、リザイクルする方法(特開昭
55−53876)とがある。両者とも酸素濃度の減少
及び電極電位の低下ケ同時に果たすことができる。1〜
かし、これ等の方法は新たに付属設備を必要とする。た
とえば、窒素を添加する方法では窒素源と、添加ライン
、添加量に必要な流部゛調整装置が必要である。−また
リザイクルする方法では、リサイクルブロワ−、リサイ
クルライン、リザイクル流量調整装置が必要となる。燃
料電池発成装置はコンパクトであることを特徴とする。
また、コスト面からいっても、これ等の付属設備を必要
としない方法をとることが望外しい。
Oj1′;明の目的〕 この発明は、上記欠点を解決するために7(されたもの
で、窒素を添加したり、゛またリサイクルする必渋がな
く、すなわち、特に犬′j:J≦〃為りなイ寸属設置)
10を用いることなく、低負荷時における燃料電?也の
出力特性を低下させ、あらかじめ定められた許容端子電
圧をこえないようにした燃料電池発進装置を提供するも
のである。
〔発明の611千をj 本発明によれば、低負荷時において、燃料〔(L池の出
力特性を操作圧力と操作温度、燃料及び酸化剤の供給流
量のいくつかと併用してコントロールし、上記目的を達
成することができる。
〔発明の大施例〕
仄に本発明の詳細な説明する。第3図は、とのかt明に
係る燃料電池発進装置の一実加i例を示す構成図である
。燃料4池本体6は高圧状態で運転されるため、圧力容
器7の中に収納されている。
そして燃料成泡本体6の酸化剤極8には、酸イヒ斉1]
主に空気9が供給され、また、燃料010には、燃料1
1が供給される。燃料電池内fils−rτ肖費され。
た酸化剤及び燃料は、それぞれ14文化カ1リド出ライ
ン12、燃料排出ライン13より排d4される。惣ミ料
11池は一般に高圧状態で運転される。燃木1″I托7
也1〕部の構造は前述したように、酸化剤極2と燃ネ1
極3の同には、リン酸電解質溶液を含〜了マド1ノック
ス層1のみで隔てられている。そのンζめ両極1川の差
は可能な限り、微小差圧にコントロールする必要がおる
。第3図に示した差圧制御方法Qよ、その中の一例であ
る。(本発明を実施するだめの差圧制4i+1方法は、
この1汲りでない。)1ず、1土ブ]容=内の圧力とは
化剤側ラインの圧力又は燃料@Uラインの圧力を差圧計
14.15で検出する。検IBLプヒ差圧信号は演算器
16.17で受け、演算器円部であらかじめ設定されて
いる値と比較し、設定イ1μと実測値との差に対応し/
こ操作信号がlJA力される。
この信号を受けて、1j化剤排出弁18、燃料リドLb
弁19が開閉し所定の差圧にコントロールする。
燃料電池からの出力は、負荷装置20に送られ仕事をす
る。ここで燃料電池の出力特性を示す信号が敗り出きれ
、演算器21に送られる。この演算器21内では第2図
で示すごとく、負荷を下げていった場合めらかしめ設定
された許容端子電圧以上になった時点で制御信号が出力
される。この信号は演算器22に送られる。演算器22
は演算4:1r16からの差圧の信号も支ける。演算器
22では、あるあらかじめ設定された燃料゛4池の運転
圧力の範囲が設定されCいる。燃料1に池の出力特性(
第21ン1)は圧力を下げることによって低下させるこ
とかできる。(第2図の出力易性の曲綜を■→11→川
)それは圧力容器7の圧力制御弁23を開放することに
よって達成される。但し、この時急激な圧力変化は、差
圧制御に支障をきだす。従って演算器16からの信号が
許容値の範囲内に治する程度の速さで圧力を下げていく
必要がある。ここでは負荷を下けていった場合について
述べたが、再ひ負荷を高くする場合には、第2図のa点
に達するまで除々に圧力を上げていく。まだ、ここでは
圧力を変化させることによって第2図に示した出力特性
の0点まで変化させることが可能であるとして説明して
きた。しかし、現実の燃料d池の出力慣性は圧力のみに
よって0点まで1Jk下きせるととは難しい。そこで演
算器21から出力される信号は、圧力に関する信号のみ
ではなく、燃料′成池の操作温度、燃料及び酸化剤の供
給光景を変化させる信号をも併用させて出力し、これ等
を組み合わせて、燃料電池本体に無理がかからない操作
方法をとるべきである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、従来法のように、〜ミ累を供給したり
、リサイクルすることなく低負荷時における電極の端子
電圧を許容値以下に下げることができる。
本発明で用いた圧力を下げる方法によれば酸化剤極茨面
の酸素分圧を下げることもできる。これによって1悦極
の炭素材の酸化も防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、燃料・電池本体の構成要部を示す斜視図、第
2図は、燃料電池の出力特性図、第3図は、本発明に係
る接続図である。 ]・・・マトリックス層、2・・・酸化剤極、3・・・
燃料極、4,5・・・インクコネクタ、6・・・燃刺戚
池本体、7・・・圧力容器、8・・・酸化剤極、9・・
・空気、10・・・燃料極、11・・・燃料、12・・
・酸化剤排出ライン、13・・・燃料排出ライン、14
.15・・・差圧計、16.17,21.22・・・演
算器、18・・・酸化剤わ1出弁、19・・・燃料排出
弁、20・・・負荷装置、23・・・圧力制御弁。 24  、 25  ・・・ イ百号。 第  1  図 第  2  図 籠几I (f4J

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)燃料電池発電装置の低負荷時において、各燃料逼
    池単セルの端子電圧があらかじめ定められた許容端子電
    圧をこえないように、燃料[に池の操作圧力をコントロ
    ールすることを特徴とする燃料電池発磁装置の操作方法
  2. (2)操作圧力を変化させると同時に、又は変化させる
    前後に該燃料電池の操作温度、供給燃料流量、供給酸化
    剤流量を変化させ、各燃料或池単セルの端子電圧があら
    かじめ定められた許容端子電圧をこえないようにコント
    ロールすることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
    載の燃料電池発磁装置の操作方法。
JP58028511A 1983-02-24 1983-02-24 燃料電池発電装置の操作方法 Pending JPS59154775A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2000045455A1 (de) * 1999-01-28 2000-08-03 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und verfahren zur leistungsregelung eines brennstoffzellenstacks
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