JPS62150663A - 燃料電池発電システムの運転方法 - Google Patents
燃料電池発電システムの運転方法Info
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- JPS62150663A JPS62150663A JP60290601A JP29060185A JPS62150663A JP S62150663 A JPS62150663 A JP S62150663A JP 60290601 A JP60290601 A JP 60290601A JP 29060185 A JP29060185 A JP 29060185A JP S62150663 A JPS62150663 A JP S62150663A
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- cell
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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
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- H—ELECTRICITY
- 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
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
-
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of 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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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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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】
〔発明の利用分野〕
本発明は燃料電池発電システムの運転方法に係り、特に
低負荷時の高電圧化による貴金属触媒の凝集劣化防止に
好適な運転方法に関する。
低負荷時の高電圧化による貴金属触媒の凝集劣化防止に
好適な運転方法に関する。
ｒ Ｘｌｌ ＤＢ Ｍ ４’Ｆ Ｇ １第３図に一般的
な燃料電池システムの従来例を示す。同図に示されてい
るように、燃料電池発電システムは電池本体１、この電
池本体１に反応ガスを給排する反応ガス供給系統２すな
わち燃料を給排する燃料改質供給系統２ａおよび空気を
給排する空気供給系統２ｂを備えている。そして電池本
体１は貴金属触媒（白金または白金系合金）を有する一
対のガス拡散電極間に電解質を保持した単電池（いずれ
も図示せず）から構成されている。
な燃料電池システムの従来例を示す。同図に示されてい
るように、燃料電池発電システムは電池本体１、この電
池本体１に反応ガスを給排する反応ガス供給系統２すな
わち燃料を給排する燃料改質供給系統２ａおよび空気を
給排する空気供給系統２ｂを備えている。そして電池本
体１は貴金属触媒（白金または白金系合金）を有する一
対のガス拡散電極間に電解質を保持した単電池（いずれ
も図示せず）から構成されている。
なお、同図において、３は電池冷却系統、４，５は気水
分離器、６は水処理装置、７は空気供給ライン、８は燃
料供給ライン、９は燃料改質器、１０は一酸化炭素変成
器である。
分離器、６は水処理装置、７は空気供給ライン、８は燃
料供給ライン、９は燃料改質器、１０は一酸化炭素変成
器である。
このように構成された燃料電池発電システムにおける燃
料電池の一般的な電流密度−電圧特性およびこれに対応
した電流密度−出力特性の一例を第４図（イ）、（ロ）
に示す。第４図（イ）は縦軸に単電池の電圧である単セ
ル電圧をとり、横軸に電流密度をとって電流密度による
単セル電圧の変化特性を示したものであり、第４図（ロ
）は縦軸に単セルの出力をとり、横軸に電流密度をとっ
て電流密度による単セルの出力の変化特性を示したもの
である。これらの両図に示されているように燃料電池に
おいては低負荷時には単セル電圧が高く、高負荷時には
その電圧が低くなる。なお、第４図（イ）においてＳは
定格点である。
料電池の一般的な電流密度−電圧特性およびこれに対応
した電流密度−出力特性の一例を第４図（イ）、（ロ）
に示す。第４図（イ）は縦軸に単電池の電圧である単セ
ル電圧をとり、横軸に電流密度をとって電流密度による
単セル電圧の変化特性を示したものであり、第４図（ロ
）は縦軸に単セルの出力をとり、横軸に電流密度をとっ
て電流密度による単セルの出力の変化特性を示したもの
である。これらの両図に示されているように燃料電池に
おいては低負荷時には単セル電圧が高く、高負荷時には
その電圧が低くなる。なお、第４図（イ）においてＳは
定格点である。
ところでガス拡散電極の触媒である電極触媒に用いられ
る貴金属系触媒は、酸性電解液中の高温・高電位雰囲気
において貴金属粒子が凝集し、触媒活性の劣化を生じる
ことが知られている。従って、同図から明らかなように
出力が０１以下の低負荷時にはこの許容電圧Ｖｚ を越
える場合が生じるが、許容電圧ｖ１を越えると貴金属触
媒が凝集劣化するようになる。
る貴金属系触媒は、酸性電解液中の高温・高電位雰囲気
において貴金属粒子が凝集し、触媒活性の劣化を生じる
ことが知られている。従って、同図から明らかなように
出力が０１以下の低負荷時にはこの許容電圧Ｖｚ を越
える場合が生じるが、許容電圧ｖ１を越えると貴金属触
媒が凝集劣化するようになる。
この問題を解決するため、従来の燃料電池発電システム
においては、特公昭６０−１０４２５号公報に記載され
ているように、反応ガス出口にリサイクルブロワ−を設
け、電池入口反応成分の濃度を下げて単セル電圧を抑制
し、さらにガス流量を低下させてガス利用率を上げ、単
セル電圧を抑制する方法がとられている。しかし、利用
率を上げることは電池製作上のセル性能のばらつきやガ
スの偏流による極部的なガス欠の可能性等種々の問題点
があり、電池を劣化させる恐れがあった。
においては、特公昭６０−１０４２５号公報に記載され
ているように、反応ガス出口にリサイクルブロワ−を設
け、電池入口反応成分の濃度を下げて単セル電圧を抑制
し、さらにガス流量を低下させてガス利用率を上げ、単
セル電圧を抑制する方法がとられている。しかし、利用
率を上げることは電池製作上のセル性能のばらつきやガ
スの偏流による極部的なガス欠の可能性等種々の問題点
があり、電池を劣化させる恐れがあった。
本発明の目的は、低負荷時での貴金属触媒の凝集劣化防
止を可能とした燃料電池発電システムの運転方法を提供
することにある。
止を可能とした燃料電池発電システムの運転方法を提供
することにある。
本発明は、貴金属触媒を有する一対のガス拡散電極間に
電解質を保持した単電池から構成される電池本体および
この電池本体に酸化剤、燃料の反応ガスを夫々給排する
反応ガス供給系統とを備えた燃料電池発電システムにお
いて、前記電池本体入口の反応ガス温度を制御するガス
温度制御系統を設け、低負荷時にはそのガス温度制御系
統にて電池本体に供給される反応ガスの少くとも一方ガ
スの温度を高負荷時よりも下げることを特徴とするもの
で、これによって燃料電池発電システムは低負荷運転時
でも貴金属触媒が凝集劣化を生じない電池電圧で運転さ
れるようにするものである。
電解質を保持した単電池から構成される電池本体および
この電池本体に酸化剤、燃料の反応ガスを夫々給排する
反応ガス供給系統とを備えた燃料電池発電システムにお
いて、前記電池本体入口の反応ガス温度を制御するガス
温度制御系統を設け、低負荷時にはそのガス温度制御系
統にて電池本体に供給される反応ガスの少くとも一方ガ
スの温度を高負荷時よりも下げることを特徴とするもの
で、これによって燃料電池発電システムは低負荷運転時
でも貴金属触媒が凝集劣化を生じない電池電圧で運転さ
れるようにするものである。
発明者らの実験によると、電池本体入口反応ガス温度と
電池電圧の関係は、第５図に酸化剤（空気）の例を示す
ごとく、はぼ直線関係を示すことが明らかとなった。同
図に示されているように、電流密度が一定の場合の単セ
ルは入口反応ガス温度に比例して上昇している。従って
これを上述の第４図（イ）、（ロ）のように単電池の電
流密度−電圧特性および電流密度−出力特性を入口反応
ガス温度をパラメータとして示すと第６図（イ）。
電池電圧の関係は、第５図に酸化剤（空気）の例を示す
ごとく、はぼ直線関係を示すことが明らかとなった。同
図に示されているように、電流密度が一定の場合の単セ
ルは入口反応ガス温度に比例して上昇している。従って
これを上述の第４図（イ）、（ロ）のように単電池の電
流密度−電圧特性および電流密度−出力特性を入口反応
ガス温度をパラメータとして示すと第６図（イ）。
（ロ）のように示される。第６図（イ）は入口反応ガス
温度をパラメータとして縦軸に単セル電圧をとり、第６
図（ロ）は縦軸に出力をとり、それぞれ横軸には電流密
度をとったもので、入口反応ガス温度依存性が夫々示さ
れている。これら両図から明らかなように定格入口反応
ガス温度曲線ｔ１で２５％（第６図（ロ）のＢ点）低負
荷運転をすると単セル電圧は第６図（イ）の定格入口反
応ガス温度曲線ｔ１のＡ点の電圧となって、セル許容電
圧ｖ１を越えてしまう。そこで２５％の低負荷で単電池
の許容電圧ｖ１を越えないような入口反応ガス温度（第
６図（ロ）の入口反応ガス温度曲線ｔ２のＤ点）を求め
、この温度以下で運転すれば、単セル電圧は第６図（イ
）の入ロ反応ガス温度曲ｇｔ２の６点以下の電圧となっ
て低負荷でも許容電圧ｖ１を越えないので、貴金属触媒
の凝集劣化が防止できることになる。
温度をパラメータとして縦軸に単セル電圧をとり、第６
図（ロ）は縦軸に出力をとり、それぞれ横軸には電流密
度をとったもので、入口反応ガス温度依存性が夫々示さ
れている。これら両図から明らかなように定格入口反応
ガス温度曲線ｔ１で２５％（第６図（ロ）のＢ点）低負
荷運転をすると単セル電圧は第６図（イ）の定格入口反
応ガス温度曲線ｔ１のＡ点の電圧となって、セル許容電
圧ｖ１を越えてしまう。そこで２５％の低負荷で単電池
の許容電圧ｖ１を越えないような入口反応ガス温度（第
６図（ロ）の入口反応ガス温度曲線ｔ２のＤ点）を求め
、この温度以下で運転すれば、単セル電圧は第６図（イ
）の入ロ反応ガス温度曲ｇｔ２の６点以下の電圧となっ
て低負荷でも許容電圧ｖ１を越えないので、貴金属触媒
の凝集劣化が防止できることになる。
以下１本発明の一実施例を第１図により説明する。本実
施例は、反応ガスのうち、酸化剤である電池入口空気の
温度を制御するようにしたものである。
施例は、反応ガスのうち、酸化剤である電池入口空気の
温度を制御するようにしたものである。
すなわち、電池本体１に出力検出器１１を、電池入口空
気ライン７ａにはガス温度制御装置１２を設け、これら
ガス温度制御表ｆ１１２と出力検出器１１との間には演
算器１３を設けた。このような構成により、図中点線表
示の電気信号回路により電池本体１に取り付けた出力検
出器１１からの電気信号を演算器１３に取り込み、演算
器１３により予め設定された負荷に応じた反応ガス入口
温度パターンに従った設定温度信号を作り、これを電池
入口空気ライン７ａに設けられたガス温度制御装置１２
へ与えて、温度制御を行う、この演算器１３の入出力特
性の例を第２図に示す、これは縦軸に電池入口空気ガス
温度および単セル電圧をとり、横軸に電池出力をとって
電池出力（演算器入力）による電池入口空気ガス温度（
演算器出力）および単セル電圧の変化特性を示したもの
であるが同図に示されているように低負荷運転時におい
ては入口空気温度を下げて単セル電圧が小さくなるよう
に（上昇しないように）設定されている。
気ライン７ａにはガス温度制御装置１２を設け、これら
ガス温度制御表ｆ１１２と出力検出器１１との間には演
算器１３を設けた。このような構成により、図中点線表
示の電気信号回路により電池本体１に取り付けた出力検
出器１１からの電気信号を演算器１３に取り込み、演算
器１３により予め設定された負荷に応じた反応ガス入口
温度パターンに従った設定温度信号を作り、これを電池
入口空気ライン７ａに設けられたガス温度制御装置１２
へ与えて、温度制御を行う、この演算器１３の入出力特
性の例を第２図に示す、これは縦軸に電池入口空気ガス
温度および単セル電圧をとり、横軸に電池出力をとって
電池出力（演算器入力）による電池入口空気ガス温度（
演算器出力）および単セル電圧の変化特性を示したもの
であるが同図に示されているように低負荷運転時におい
ては入口空気温度を下げて単セル電圧が小さくなるよう
に（上昇しないように）設定されている。
このようにして、電池入口反応ガス温度を制御すること
により、低負荷時の電池電圧を低くすることができるよ
うになり、低負荷での貴金属触媒の凝集劣化防止を可能
とした燃料電池発電システムの運転方法を得ることがで
きる。
により、低負荷時の電池電圧を低くすることができるよ
うになり、低負荷での貴金属触媒の凝集劣化防止を可能
とした燃料電池発電システムの運転方法を得ることがで
きる。
なお、このような制御は、燃料の反応ガス温度を制御す
る方法にも同様に適用できる。
る方法にも同様に適用できる。
本発明によれば、低負荷時においても貴金属触媒の凝集
劣化を生じない電池電圧で運転することができ、低負荷
時における貴金属触媒の凝集劣化が防止される。しかも
、ガス流量制御の場合のように局部的なガス欠を起こす
こともなくなる。
劣化を生じない電池電圧で運転することができ、低負荷
時における貴金属触媒の凝集劣化が防止される。しかも
、ガス流量制御の場合のように局部的なガス欠を起こす
こともなくなる。
第１図は本発明の実施例を示す電池入口ガス温度制御系
統図、第２図は第１図に対応した演算器の入出力特性図
、第３図は従来の燃料電池発電システムの系統図、第４
図（イ）は従来の運転方法の燃料電池の電流密度−電圧
特性図、第４図（ロ）はこれに対応した電流密度−出力
特性図、第５図は電池入口ガス温度と電池電圧の関係を
示す特性図、第６図（イ）は電流密度−電圧特性の電池
入口ガス温度依存性を示す説明図、第６（ロ）はこれに
対応した電流密度−出力特性の電池入口ガス温度依存性
を示す説明図である。 １・・・電池本体、７ａ・・・電池入口空気ライン、１
１・・・出力検出器、１２・・・ガス温度制御装置、１
３・・・演算器。
統図、第２図は第１図に対応した演算器の入出力特性図
、第３図は従来の燃料電池発電システムの系統図、第４
図（イ）は従来の運転方法の燃料電池の電流密度−電圧
特性図、第４図（ロ）はこれに対応した電流密度−出力
特性図、第５図は電池入口ガス温度と電池電圧の関係を
示す特性図、第６図（イ）は電流密度−電圧特性の電池
入口ガス温度依存性を示す説明図、第６（ロ）はこれに
対応した電流密度−出力特性の電池入口ガス温度依存性
を示す説明図である。 １・・・電池本体、７ａ・・・電池入口空気ライン、１
１・・・出力検出器、１２・・・ガス温度制御装置、１
３・・・演算器。
Claims (1)
- １、一対のガス拡散電極間に電解質を保持した単電池か
ら構成される電池本体と、この電池本体に酸化剤および
燃料の反応ガスをそれぞれ給排する反応ガス供給系統と
を備えた燃料電池発電システムにおいて、前記電池本体
に供給される反応ガスの温度を制御するガス温度制御系
統を設け、低負荷運転時には前記ガス温度制御系統によ
り、前記電池本体に供給される酸化剤および燃料の反応
ガスの少なくともいずれか一方の温度を高負荷時よりも
下げることを特徴とする燃料電池発電システムの運転方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60290601A JPS62150663A (ja) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | 燃料電池発電システムの運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60290601A JPS62150663A (ja) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | 燃料電池発電システムの運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62150663A true JPS62150663A (ja) | 1987-07-04 |
Family
ID=17758114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60290601A Pending JPS62150663A (ja) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | 燃料電池発電システムの運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62150663A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005332768A (ja) * | 2004-05-21 | 2005-12-02 | Toyota Motor Corp | 固体高分子電解質型燃料電池システム |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58112262A (ja) * | 1981-12-25 | 1983-07-04 | Toshiba Corp | 燃料電池の温度制御装置 |
| JPS60177565A (ja) * | 1984-02-24 | 1985-09-11 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システムの運転方法 |
-
1985
- 1985-12-25 JP JP60290601A patent/JPS62150663A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58112262A (ja) * | 1981-12-25 | 1983-07-04 | Toshiba Corp | 燃料電池の温度制御装置 |
| JPS60177565A (ja) * | 1984-02-24 | 1985-09-11 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システムの運転方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005332768A (ja) * | 2004-05-21 | 2005-12-02 | Toyota Motor Corp | 固体高分子電解質型燃料電池システム |
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