JPS6151773A - 燃料電池発電装置の利用率検出装置 - Google Patents
燃料電池発電装置の利用率検出装置Info
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- JPS6151773A JPS6151773A JP59172039A JP17203984A JPS6151773A JP S6151773 A JPS6151773 A JP S6151773A JP 59172039 A JP59172039 A JP 59172039A JP 17203984 A JP17203984 A JP 17203984A JP S6151773 A JPS6151773 A JP S6151773A
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- hydrogen
- flow rate
- gas
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
-
- Y—GENERAL 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
- 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】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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野]
この発明は、発電状態にある燃料電池本体において、電
気化学反応によって消費される水素または酸素の利用率
を検出する装置に関するものである。
気化学反応によって消費される水素または酸素の利用率
を検出する装置に関するものである。
〔従来の技術J
第1図は例えば文献「リン酸型燃料電池に関する調査研
究報告」(発行元・中央電力協議会、技術開発推進会議
、燃料電池技術検討会、昭和57年3月発行、P、46
)に示された従来の水素及び酸素の利用率検出装置を示
す系統図であり、図において、(1)は燃料電池本体、
(2)は水素極、(3)はこの水素極(2)側のガス層
、(4)は酸素極、(5)はこの酸素極(4)側のガス
層、(6)は例えばリン酸水溶液が浸された電解質層、
(7)は水素極(2)と酸素極(4)に接続され、燃料
電池本体(1)から直流電力を取り出す導線、(8)は
この導線(7)に設けられたTI!流検出器、(9)は
負荷または直流電力と交流電力に変換するインバータ、
(10)は水素極(2)側へ燃料ガスを供給する¥J1
の流路、(11)はこの第1の流路(10)に設けられ
た第1の流量検出手段、(12)は水素極(2)側から
のガスを排出する第2の流路、(13)は酸素極(4)
側へ酸化剤ガスを供給する第3の流路、(14)はこの
第3の流路に設けられた第2の流量検出手段、(15)
は酸素極(4)側からのガスを排出する第4の流路であ
る。
究報告」(発行元・中央電力協議会、技術開発推進会議
、燃料電池技術検討会、昭和57年3月発行、P、46
)に示された従来の水素及び酸素の利用率検出装置を示
す系統図であり、図において、(1)は燃料電池本体、
(2)は水素極、(3)はこの水素極(2)側のガス層
、(4)は酸素極、(5)はこの酸素極(4)側のガス
層、(6)は例えばリン酸水溶液が浸された電解質層、
(7)は水素極(2)と酸素極(4)に接続され、燃料
電池本体(1)から直流電力を取り出す導線、(8)は
この導線(7)に設けられたTI!流検出器、(9)は
負荷または直流電力と交流電力に変換するインバータ、
(10)は水素極(2)側へ燃料ガスを供給する¥J1
の流路、(11)はこの第1の流路(10)に設けられ
た第1の流量検出手段、(12)は水素極(2)側から
のガスを排出する第2の流路、(13)は酸素極(4)
側へ酸化剤ガスを供給する第3の流路、(14)はこの
第3の流路に設けられた第2の流量検出手段、(15)
は酸素極(4)側からのガスを排出する第4の流路であ
る。
次に動作について説明する。電流検出器(8〕によって
導線(7)を流れる電流値を検出し、その電流値から次
の式を用いて燃料電池本体(1)内での電気化学反応に
よって消費される水素ガス量と酸素ガス量を算出する。
導線(7)を流れる電流値を検出し、その電流値から次
の式を用いて燃料電池本体(1)内での電気化学反応に
よって消費される水素ガス量と酸素ガス量を算出する。
Q)I2 CHrJh]=3600[sec/hEX工
[A=クーロン/sec]X1.6X10−19 〔電
子数/クーロン〕×−c分+&/1−7−& ] (□
8 ・′ 6.02XO2X1 021(/分子数) X 22.4X103 [N*/
mol]Q O2CmtJks)=3600[sec/
h ]x工[A=クーロン/sec]X子飲/電子政〕
(酸素)×6.02X1023[moし分子数] X
22.4X103[Nys/mol]ここで、QH2は
電池内の反応によって消費される水素ガス量〔Htrf
/h ]、QO2は電池内の反応によって消費される酸
素ガス量(a1rI/hl、工は導線(7)を流れる電
流[A]、である。
[A=クーロン/sec]X1.6X10−19 〔電
子数/クーロン〕×−c分+&/1−7−& ] (□
8 ・′ 6.02XO2X1 021(/分子数) X 22.4X103 [N*/
mol]Q O2CmtJks)=3600[sec/
h ]x工[A=クーロン/sec]X子飲/電子政〕
(酸素)×6.02X1023[moし分子数] X
22.4X103[Nys/mol]ここで、QH2は
電池内の反応によって消費される水素ガス量〔Htrf
/h ]、QO2は電池内の反応によって消費される酸
素ガス量(a1rI/hl、工は導線(7)を流れる電
流[A]、である。
次いで、流量検出手段(11) 、(14)によってそ
れぞれ燃料ガス流量と酸化剤ガス流量を検出し、次の式
を用贋て、水素利用率と酸素利用qlと算出する。
れぞれ燃料ガス流量と酸化剤ガス流量を検出し、次の式
を用贋て、水素利用率と酸素利用qlと算出する。
ここで、XH2は水素利用率〔襲〕、XO2は酸素利用
率〔制、Q)12は電池内で消費される水素ガス量〔N
ゼhl、QO2は電池内で消費される酸素ガス量[uy
s/h〕、QFinは燃料ガス流量[Nrv/h]、Q
Ainは酸化剤ガス流量[uffI/h]、yH2は燃
料ガス中の水素分率[チ]、y02は酸化剤ガス中の酸
素分率〔チ〕、である。
率〔制、Q)12は電池内で消費される水素ガス量〔N
ゼhl、QO2は電池内で消費される酸素ガス量[uy
s/h〕、QFinは燃料ガス流量[Nrv/h]、Q
Ainは酸化剤ガス流量[uffI/h]、yH2は燃
料ガス中の水素分率[チ]、y02は酸化剤ガス中の酸
素分率〔チ〕、である。
燃料電池発電装置では、導線(7)を流れる電流以外に
も燃料電池本体(1)内部を微小ながら流れる内部電流
が存在しており、例えば導線(7)を開放した場合でも
、その内部電流の分だけは水素及び酸素を消費し、水素
及び酸素利用率がゼロとなることはないが、従来の水素
及び酸素利用率検出装置では、検出できる電流は導線(
7)を流れる電流だけであるため、導線(7)の電流値
が微小になればなる程、計算上の水素及び酸素利用率は
真の値がらズレるという欠点があった。
も燃料電池本体(1)内部を微小ながら流れる内部電流
が存在しており、例えば導線(7)を開放した場合でも
、その内部電流の分だけは水素及び酸素を消費し、水素
及び酸素利用率がゼロとなることはないが、従来の水素
及び酸素利用率検出装置では、検出できる電流は導線(
7)を流れる電流だけであるため、導線(7)の電流値
が微小になればなる程、計算上の水素及び酸素利用率は
真の値がらズレるという欠点があった。
この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、水素極側へ燃料ガスを供給する第
1の流路、水素極側がらガスを排出する第20流路、酸
素極側へ酸化剤ガスを供給するI43の流路及び、酸素
極側からガスを排出する第40流路のそれぞれに流量検
出手段を設けること【よ)、水素利用率または酸素利用
率を高精度に算出できる燃料電池発電装置の利用率検出
装置を提供することを目的としている。
めになされたもので、水素極側へ燃料ガスを供給する第
1の流路、水素極側がらガスを排出する第20流路、酸
素極側へ酸化剤ガスを供給するI43の流路及び、酸素
極側からガスを排出する第40流路のそれぞれに流量検
出手段を設けること【よ)、水素利用率または酸素利用
率を高精度に算出できる燃料電池発電装置の利用率検出
装置を提供することを目的としている。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第2
図にオイで、(1)〜(6)、(10) 〜(15)
h 上述した従来装置の構成と同様である。(16)は
水素極(2)側からのガスを排出する第2の流路(12
)に設けられた第3の流量検出手段、(17)は酸素t
fc(4)側からのガスを排出する第4のtr、路(1
5)に投けらf″した第4の流量検出手段である。
図にオイで、(1)〜(6)、(10) 〜(15)
h 上述した従来装置の構成と同様である。(16)は
水素極(2)側からのガスを排出する第2の流路(12
)に設けられた第3の流量検出手段、(17)は酸素t
fc(4)側からのガスを排出する第4のtr、路(1
5)に投けらf″した第4の流量検出手段である。
上記のように構成された燃料電池発電装置において、各
流量検出手段(11) 、 (14) 、 (16)
、 (17)はそれぞれ燃料ガス流量、酸化剤ガス流量
、水素極(2)側、から排出されるガス流量、酸素極(
4)側から排出されるガス流量を検出する。これらの6
値を演算処理することにより水素利用率、酸素利用率を
算出する。次にその演算方法及び演算過程を示す。
流量検出手段(11) 、 (14) 、 (16)
、 (17)はそれぞれ燃料ガス流量、酸化剤ガス流量
、水素極(2)側、から排出されるガス流量、酸素極(
4)側から排出されるガス流量を検出する。これらの6
値を演算処理することにより水素利用率、酸素利用率を
算出する。次にその演算方法及び演算過程を示す。
燃料電池本体(1)内での電気化学反応(H2−1−L
O2−H2O)によって発生する水蒸気量QH20[1
hn’/h]は、燃料ガス流量をQF’in[Nゴ/1
.1、酸化剤ガス流量をQ A i n (Nコ/h
]、燃料ガス中の水素分率をyFH2(0≦7FH2≦
1)、酸化剤ガス中の酸素分率をy^02(0*yAo
z≦1)、水素利用率をxH2(0≦)()12≦l)
、酸素利用率Qx02(0≦XO261)、とおけば、
次の式によって表わせる。
O2−H2O)によって発生する水蒸気量QH20[1
hn’/h]は、燃料ガス流量をQF’in[Nゴ/1
.1、酸化剤ガス流量をQ A i n (Nコ/h
]、燃料ガス中の水素分率をyFH2(0≦7FH2≦
1)、酸化剤ガス中の酸素分率をy^02(0*yAo
z≦1)、水素利用率をxH2(0≦)()12≦l)
、酸素利用率Qx02(0≦XO261)、とおけば、
次の式によって表わせる。
QI(2o=xH2・yFH2・QFin ・四−(第
1式〕または、 Qazo=2 ・xO2・yAO2−QAin ・++
+++ (第2式)燃料電池本体(1)内の反応で発生
する水蒸気のうち、水素極(2)側へ排出される割合を
t(0≦t≦1)とおけば、水素極(2)側から排出さ
れるガス流量QFout[uWf/h] と酸素極(4
)側から排出されるガス流量QA out (lhl/
h 〕は、次式で表わセル。
1式〕または、 Qazo=2 ・xO2・yAO2−QAin ・++
+++ (第2式)燃料電池本体(1)内の反応で発生
する水蒸気のうち、水素極(2)側へ排出される割合を
t(0≦t≦1)とおけば、水素極(2)側から排出さ
れるガス流量QFout[uWf/h] と酸素極(4
)側から排出されるガス流量QA out (lhl/
h 〕は、次式で表わセル。
QFout=QFin−QH2o+t・QH2o
−曲(第3式)QAout=QAin−=、 +(1
−t)・QH2o ・・曲(第4式)第3弐に第1式t
、!4式に第2式を代入して整理すると、それぞれ第5
式、%6式を得る。
−曲(第3式)QAout=QAin−=、 +(1
−t)・QH2o ・・曲(第4式)第3弐に第1式t
、!4式に第2式を代入して整理すると、それぞれ第5
式、%6式を得る。
XH2=σ各8子μす占廼□、 ・・・・・
・(第5式)X O2=(1ぜにダし÷δ賀必もr
・・・・・・(第6式)第1式に第5式を、第2
式に第6式を代入することにより、下記の式を得る。
・(第5式)X O2=(1ぜにダし÷δ賀必もr
・・・・・・(第6式)第1式に第5式を、第2
式に第6式を代入することにより、下記の式を得る。
QH2o = Q、F i、n X 、 F Ou t
=2. ”、=、 、Aou t、、、 (、H7式
)第7式を変形して次式を得る。
=2. ”、=、 、Aou t、、、 (、H7式
)第7式を変形して次式を得る。
以上から、第5式、第6式、第8式を用いることによっ
て、流量から利用率を算出することができる。
て、流量から利用率を算出することができる。
なお、上記実施例では、燃料ガス中の水素分率及び酸化
剤ガス中の酸素分率は既知であるということを前提とし
ているが、それらがわかっていないならば、水素極(2
)側へ燃料ガスを供給する第1の流路(10) 、酸素
極(4)側へ酸化剤ガスを供給する第3の流路(13)
にそれぞれ水素センサー、酸素センサーを設置して、水
素分率、酸素分率を検出しても良い。
剤ガス中の酸素分率は既知であるということを前提とし
ているが、それらがわかっていないならば、水素極(2
)側へ燃料ガスを供給する第1の流路(10) 、酸素
極(4)側へ酸化剤ガスを供給する第3の流路(13)
にそれぞれ水素センサー、酸素センサーを設置して、水
素分率、酸素分率を検出しても良い。
ま之、上記実施例における流量検出手段の一部またけ全
部を流量検出器、圧力検出器、温度検出器から構成し、
温圧補正した流量を検出するようにしてもよい。また、
流量検出器として、流路中のガスの組成による影響の少
ない流体振動流量計を使用することによ)、よシ正確に
水素または酸素の利用率を算出することができる。
部を流量検出器、圧力検出器、温度検出器から構成し、
温圧補正した流量を検出するようにしてもよい。また、
流量検出器として、流路中のガスの組成による影響の少
ない流体振動流量計を使用することによ)、よシ正確に
水素または酸素の利用率を算出することができる。
以上のように、この発明によれば、電流値を使わずに、
各流路に設けた流量検出手段の検出値から利用率を算出
するように構成したので、水素利用率または酸素利用率
を高精度に算出できる七い5効果がある。
各流路に設けた流量検出手段の検出値から利用率を算出
するように構成したので、水素利用率または酸素利用率
を高精度に算出できる七い5効果がある。
第1図は従来の燃料電池発電装置の利用率検出装置を示
す系統図、第2図はこの発明の一実施例による燃料電池
発電装置の利用率検出装置を示す系統図である。 図において、(1)は燃料電池本体、(2)は水素極、
(4) Ii酸素極、(10) I−i第1の流路、(
11)は第1の流量検出手段、(12)は第2の流路、
(13)は第30流路、(14)は第2の流量検出手段
、(15)は第4の流路、(16)は第3の流量検出手
段、(17) rIi第4の流量検出手段である。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。
す系統図、第2図はこの発明の一実施例による燃料電池
発電装置の利用率検出装置を示す系統図である。 図において、(1)は燃料電池本体、(2)は水素極、
(4) Ii酸素極、(10) I−i第1の流路、(
11)は第1の流量検出手段、(12)は第2の流路、
(13)は第30流路、(14)は第2の流量検出手段
、(15)は第4の流路、(16)は第3の流量検出手
段、(17) rIi第4の流量検出手段である。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。
Claims (5)
- (1)水素極側の水素と酸素極側の酸素との電気化学反
応によって発電する燃料電池本体と、水素を主成分とす
る燃料ガスを上記水素極へ供給する第1の流路と、水素
極側からのガスを排出する第2の流路と、酸素を一成分
または全成分とする酸化剤ガスを上記酸素極へ供給する
第3の流路と、酸素極側からのガスを排出する第4の流
路とを備えた燃料電池発電装置において、上記第1、第
2、第3、第4の流路にそれぞれ流量検出手段を設け、
それら各流量検出手段の指示値と、燃料ガス中の水素分
率または酸化剤ガス中の酸素分率とから水素利用率また
は酸素利用率またはその両方を算出したことを特徴とす
る燃料電池発電装置の利用率検出装置。 - (2)第1、第2、第3、第4の流路に設けた流量検出
手段の一部または全部が流量検出器、圧力検出器、温度
検出器から構成され、温圧補正した流量を検出すること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の燃料電池発電
装置の利用率検出装置。 - (3)第1、第2、第3、第4の流路に設けた流量検出
器の一部または全部を、流路中のガスの組成による影響
の少ない流体振動流量計としたことを特徴とする特許請
求の範囲第2項記載の燃料電池発電装置の利用率検出装
置。 - (4)第1の流路に水素センサーを設けて、燃料ガス中
の水素分率を検出することを特徴とする特許請求の範囲
第1項ないし第3項の何れかに記載の燃料電池発電装置
の利用率検出装置。 - (5)第3の流路に酸素センサーを設けて、酸化剤ガス
中の酸素分率を検出することを特徴とする特許請求の範
囲第1項ないし第4項の何れかに記載の燃料電池発電装
置の利用率検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59172039A JPS6151773A (ja) | 1984-08-18 | 1984-08-18 | 燃料電池発電装置の利用率検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59172039A JPS6151773A (ja) | 1984-08-18 | 1984-08-18 | 燃料電池発電装置の利用率検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6151773A true JPS6151773A (ja) | 1986-03-14 |
Family
ID=15934391
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59172039A Pending JPS6151773A (ja) | 1984-08-18 | 1984-08-18 | 燃料電池発電装置の利用率検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6151773A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL1003042C2 (nl) * | 1996-05-06 | 1997-11-07 | Stichting Energie | Werkwijze voor het bepalen van het debiet van reactanten in elke cel van een electrochemische celstapeling. |
WO2003031354A1 (de) * | 2001-10-02 | 2003-04-17 | Ballard Power Systems Ag | Brennstoffzellensystem mit einem massenstromsensor |
DE10233822A1 (de) * | 2002-07-25 | 2004-02-26 | Daimlerchrysler Ag | Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der von einem Verdichter in einem Brennstoffzellensystem angesaugten Gasmasse |
JP2004342617A (ja) * | 2004-06-16 | 2004-12-02 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池車輌の表示装置 |
JP2005209577A (ja) * | 2004-01-26 | 2005-08-04 | Denso Corp | 燃料電池システム |
US7985507B2 (en) * | 2002-11-27 | 2011-07-26 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and related method |
-
1984
- 1984-08-18 JP JP59172039A patent/JPS6151773A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL1003042C2 (nl) * | 1996-05-06 | 1997-11-07 | Stichting Energie | Werkwijze voor het bepalen van het debiet van reactanten in elke cel van een electrochemische celstapeling. |
WO1997042674A1 (en) * | 1996-05-06 | 1997-11-13 | Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland | Method for determining the flow rate of reactants in each cell of an electrochemical cell stack |
US6162557A (en) * | 1996-05-06 | 2000-12-19 | Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland | Method for determining the flow rate of reactants in each cell of an electrochemical cell stack |
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