JPS63248074A - 積層型燃料電池のクロスオ−バ−検知方法 - Google Patents
積層型燃料電池のクロスオ−バ−検知方法Info
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- JPS63248074A JPS63248074A JP62079754A JP7975487A JPS63248074A JP S63248074 A JPS63248074 A JP S63248074A JP 62079754 A JP62079754 A JP 62079754A JP 7975487 A JP7975487 A JP 7975487A JP S63248074 A JPS63248074 A JP S63248074A
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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】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、積層型燃料電池のクロスオーバーを検知す
る新規な方法に関するものである。
る新規な方法に関するものである。
従来、燃料電池のクロスオーバーの検知方法として第６
図て示すものがあった。図において、（２１）は酸化剤
電極、 （２２）は電解質マ） ＩＪソックス（２Ｓ）
は燃料電極である。（２４）、（２５）、（２６）。
図て示すものがあった。図において、（２１）は酸化剤
電極、 （２２）は電解質マ） ＩＪソックス（２Ｓ）
は燃料電極である。（２４）、（２５）、（２６）。
（２７）はそれぞれ酸化剤すなわち空気および燃料ガス
の入口および出口を示す。（２８）はガス組成の分析装
置でガスクロマトグラフなどが用いられる。
の入口および出口を示す。（２８）はガス組成の分析装
置でガスクロマトグラフなどが用いられる。
次に動作について説明する。空気入口（２４）、燃料入
口（２５）から導入された空気および燃料ガスは、それ
ぞれ酸化剤電極（２１）および燃料電極（２５）の触媒
表面（図示せず）に達し、電気化学反応を起こすことに
より、図中矢印Ａで示すよう罠燃料電極（２３）から酸
化剤（２１）へと流れる電流を取り出すことができる。
口（２５）から導入された空気および燃料ガスは、それ
ぞれ酸化剤電極（２１）および燃料電極（２５）の触媒
表面（図示せず）に達し、電気化学反応を起こすことに
より、図中矢印Ａで示すよう罠燃料電極（２３）から酸
化剤（２１）へと流れる電流を取り出すことができる。
ここで、電解質マトリックス（２２）に保持されている
電解質のカドが少ない場合、空気あるいは燃料ガスは電
解質マトリツクス（２２）中を透過して相手側の電極の
触媒表面に達し反応する。このような現象は一般にクロ
スオーバーと呼ばれているが、クロスオーバーを生じた
′電池のセル電圧は低下するとともに温度が上昇するた
め、電解質の補給などによってこれを防止する必要があ
る。
電解質のカドが少ない場合、空気あるいは燃料ガスは電
解質マトリツクス（２２）中を透過して相手側の電極の
触媒表面に達し反応する。このような現象は一般にクロ
スオーバーと呼ばれているが、クロスオーバーを生じた
′電池のセル電圧は低下するとともに温度が上昇するた
め、電解質の補給などによってこれを防止する必要があ
る。
クロスオーバーが生じているかどうかを判定するために
は、空気出口（２６） 、燃料出口（２７）の部分から
ガスを採取し、分析装置 （２８）でガス組成を分析し
、入口側（２４）、（２５）のガス組成との差から電解
質マトリックス（２２）中を透過してくるガス量を測定
し、クロスオーバーの有無あるいはその程度を判定する
。
は、空気出口（２６） 、燃料出口（２７）の部分から
ガスを採取し、分析装置 （２８）でガス組成を分析し
、入口側（２４）、（２５）のガス組成との差から電解
質マトリックス（２２）中を透過してくるガス量を測定
し、クロスオーバーの有無あるいはその程度を判定する
。
従来のクロスオーバーの検知方法は以上のように構成さ
れているので、クロスオーバーの原因カシール部にある
のか、電解質マトリックス（２２）によるものかの分離
が困難であり、また、分析装置（２８）の検出限界の問
題からクロスオーバーの程度が軽い場合や複数個積層さ
れた場合には判定が困難であるなどの問題点があった。
れているので、クロスオーバーの原因カシール部にある
のか、電解質マトリックス（２２）によるものかの分離
が困難であり、また、分析装置（２８）の検出限界の問
題からクロスオーバーの程度が軽い場合や複数個積層さ
れた場合には判定が困難であるなどの問題点があった。
また積層された多数の燃料電池に対しどれがクロスオー
バーを起こしているかを同定することができなかった。
バーを起こしているかを同定することができなかった。
またこの地道負荷をとることでクロスオーバーを判定す
る方法が特開昭６０−１００５７４号公報に開示されて
いるが、逆負荷をとるために電池を停止しなければなら
ない欠点があった。
る方法が特開昭６０−１００５７４号公報に開示されて
いるが、逆負荷をとるために電池を停止しなければなら
ない欠点があった。
この発明は上記のような問題点を解消する為になされた
もので、燃料電池の運転中に簡単にクロスオーバーを検
知することのできる方法を提供することを目的とする。
もので、燃料電池の運転中に簡単にクロスオーバーを検
知することのできる方法を提供することを目的とする。
この発明に係る積層型燃料電池のクロスオーバー検知方
法は少な（とも一つの燃料電池の少な（とも二ケ所の出
力電圧を測足しその差によって隣接する燃料電池のクロ
スオーバーを検知するようにしたものである。
法は少な（とも一つの燃料電池の少な（とも二ケ所の出
力電圧を測足しその差によって隣接する燃料電池のクロ
スオーバーを検知するようにしたものである。
この発明におけるクロスオーバーの検知方法は、少な（
とも一つの燃料電池の少な（とも二ケ所の出力電圧の差
は隣接する燃料電池のクロスオーバーによる電流密度分
布の変化により変化し積層型燃料電池の動作状態におい
てもクロスオーバーを検知する。
とも一つの燃料電池の少な（とも二ケ所の出力電圧の差
は隣接する燃料電池のクロスオーバーによる電流密度分
布の変化により変化し積層型燃料電池の動作状態におい
てもクロスオーバーを検知する。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は積層型燃料電池の平面図であり（４）は燃料ガスの
流れを、（５）は酸化剤ガスの流れを示している。（２
） 、 ［３）は燃料電池（１］に取りつけられたこの
発明の方法に用いる電圧端子を示している。第２図は積
層型燃料電池の正面図であり、（”Ｌ（’ｚ）−（１６
）は積層された状態における個々の燃料電池である。Ｋ
１図、第２図のように電圧端子（２） 、 （３）が設
けられたリン酸型燃料電池の出力電圧の経時変化を第３
図に示した。運転条件は１９０℃、４ ｋｇ／ｃｍ２Ｇ
、２００ ｍＡ／ｃｍ’ で燃料として水素８０体積
パーセント、二酸化炭素２０体積パーセントのガスを用
い、酸化剤として空気を用いそれぞれ７５％、５０％の
利用率で運転が行なわれた。電極面精は約３６００ｃｍ
２ であり積層数は１００セルであった。この積層型燃
料電池は約１０００時間にわたって運転ば行なわれたが
、この間に同じセルでも電圧端子の位置によって出力電
圧が異なるという現象が複数見られた。具体的には運転
時間約４ ｏ ｏ ｈｒ にて第３図中矢印（１５）
に示す時点より（２）のセルと（＋３）のセルにおいて
ａ−ｂ及びｃ −ｄ間の出力電圧は一定であるのに、ｅ
−ｆ及びｇ−ｈ間の出力電圧が低下する現象である。
図は積層型燃料電池の平面図であり（４）は燃料ガスの
流れを、（５）は酸化剤ガスの流れを示している。（２
） 、 ［３）は燃料電池（１］に取りつけられたこの
発明の方法に用いる電圧端子を示している。第２図は積
層型燃料電池の正面図であり、（”Ｌ（’ｚ）−（１６
）は積層された状態における個々の燃料電池である。Ｋ
１図、第２図のように電圧端子（２） 、 （３）が設
けられたリン酸型燃料電池の出力電圧の経時変化を第３
図に示した。運転条件は１９０℃、４ ｋｇ／ｃｍ２Ｇ
、２００ ｍＡ／ｃｍ’ で燃料として水素８０体積
パーセント、二酸化炭素２０体積パーセントのガスを用
い、酸化剤として空気を用いそれぞれ７５％、５０％の
利用率で運転が行なわれた。電極面精は約３６００ｃｍ
２ であり積層数は１００セルであった。この積層型燃
料電池は約１０００時間にわたって運転ば行なわれたが
、この間に同じセルでも電圧端子の位置によって出力電
圧が異なるという現象が複数見られた。具体的には運転
時間約４ ｏ ｏ ｈｒ にて第３図中矢印（１５）
に示す時点より（２）のセルと（＋３）のセルにおいて
ａ−ｂ及びｃ −ｄ間の出力電圧は一定であるのに、ｅ
−ｆ及びｇ−ｈ間の出力電圧が低下する現象である。
電池においては１セルあたりの出力電圧は常に平均化さ
れていて一定の値になるというのが一般の常識である。
れていて一定の値になるというのが一般の常識である。
発明者らは、前記従来の常識と異なる現象が何によるも
のかを調べるため、引き続いて連続で運転した。すると
Ｊ）７５０ｂｒ 経過した図の矢印（１６）の時点で
今度は（１２）のセルかｂ−ｃ。
のかを調べるため、引き続いて連続で運転した。すると
Ｊ）７５０ｂｒ 経過した図の矢印（１６）の時点で
今度は（１２）のセルかｂ−ｃ。
ｆ−ｇ間の出力電圧共低下をはじめた。そこで一旦運転
を停止して無負荷にした状態での開放電圧を調べたとこ
ろ、（１２）のセルの開放電圧が９ｏｏｍＶｔで低下し
ており、（１２）のセルでクロスオーバーが起こってい
ることが推定された。
を停止して無負荷にした状態での開放電圧を調べたとこ
ろ、（１２）のセルの開放電圧が９ｏｏｍＶｔで低下し
ており、（１２）のセルでクロスオーバーが起こってい
ることが推定された。
この（＋２）のセルはその後ｔｏｏｏｈｒ まで運転
を続けた後、分解しリン酸量が調べられ、その結果他に
比べて（１２）のセルのリン酸含有量が著しく少なく、
明らかにクロスオーバーが起こっていたことがわかった
。なお、（１２）のセルのリン酸を有量が著しく少なか
った原因については、リン酸含浸時に単純にリン酸量を
ミスしていたことが後で判明した。また、セル（Ｚ）、
（１Ｘ）のリン酸含有量は正常な範囲であった。
を続けた後、分解しリン酸量が調べられ、その結果他に
比べて（１２）のセルのリン酸含有量が著しく少なく、
明らかにクロスオーバーが起こっていたことがわかった
。なお、（１２）のセルのリン酸を有量が著しく少なか
った原因については、リン酸含浸時に単純にリン酸量を
ミスしていたことが後で判明した。また、セル（Ｚ）、
（１Ｘ）のリン酸含有量は正常な範囲であった。
上記現象を詳しく検討した結果次の様な結論に達した。
即ち燃料、空気の入口側はど電池反応が多（起こり大き
な電流が流れ、燃料空気の出口側はど電流は少ないので
正常な状態では第４図のように１！流が流れる。第４図
中、矢印（６）は入口側に流れる大きな１！流、矢印（
７）は出口側に流れる小さな電流を示す。しかしながら
第５図のようにクロスオーバーによるローカルな電流（
８）が流れた場合電流の流れる方向は無理に曲げられる
。すなわちクロスオーバーの起こっているセル（１２）
に隣接する上下のセル（Ｎ、＋３）では正常な状態とは
異なる場所で大量の［流が流れる。しかし１セルあたり
わずか５ ｍｍ という薄さと３６００ｃｍ”という
大面積の故に１セルの面内の電圧が一定という平衡状態
に達することができずに入口側（２） ＶＣおける電圧
と出口側（３）における電圧に差異を生ずる。
な電流が流れ、燃料空気の出口側はど電流は少ないので
正常な状態では第４図のように１！流が流れる。第４図
中、矢印（６）は入口側に流れる大きな１！流、矢印（
７）は出口側に流れる小さな電流を示す。しかしながら
第５図のようにクロスオーバーによるローカルな電流（
８）が流れた場合電流の流れる方向は無理に曲げられる
。すなわちクロスオーバーの起こっているセル（１２）
に隣接する上下のセル（Ｎ、＋３）では正常な状態とは
異なる場所で大量の［流が流れる。しかし１セルあたり
わずか５ ｍｍ という薄さと３６００ｃｍ”という
大面積の故に１セルの面内の電圧が一定という平衡状態
に達することができずに入口側（２） ＶＣおける電圧
と出口側（３）における電圧に差異を生ずる。
このような現象は、ｉトリックスに欠陥があったりして
クロスオーバーの起こったセルにおいて必ずといってよ
い程発生する。
クロスオーバーの起こったセルにおいて必ずといってよ
い程発生する。
本発明者らは上記新たな知見に基づいて鋭意検討を重ね
た結果、本発明を完成するに至ったものである。
た結果、本発明を完成するに至ったものである。
本発明によればクロスオーバーが発生シタセルにおいて
、その出力電圧が低下するＩＯＱ時間以上手前で検知す
ることができ、リン酸の補給が自動化されている場合に
は、運転を行ないながらリン酸補給を行ないリン酸の補
給が自動化されていない場合にも急に運転を停止する必
要がなく充分な準備期間を得て運転を停止し手動で補給
することができる。
、その出力電圧が低下するＩＯＱ時間以上手前で検知す
ることができ、リン酸の補給が自動化されている場合に
は、運転を行ないながらリン酸補給を行ないリン酸の補
給が自動化されていない場合にも急に運転を停止する必
要がなく充分な準備期間を得て運転を停止し手動で補給
することができる。
電圧を検知する場所としてはｗｃ１図のように電流密度
分布の大きく異なる位置（即ち、燃料、酸化ガスの入口
側と出口側戸方が電圧差が大きくなるので望ましいが他
の場所でも検知は可能である。
分布の大きく異なる位置（即ち、燃料、酸化ガスの入口
側と出口側戸方が電圧差が大きくなるので望ましいが他
の場所でも検知は可能である。
また積層燃料電池全体が初期同程度の電解液を含んでい
ればマトリックスの電解液の枯渇によるクロスオーバー
の発生はほぼ同時期と予想されるから、本発明の判定方
法ない（つかのセルに適用しておけば全体について判定
することができる。
ればマトリックスの電解液の枯渇によるクロスオーバー
の発生はほぼ同時期と予想されるから、本発明の判定方
法ない（つかのセルに適用しておけば全体について判定
することができる。
なお、上記笑施例では、リン酸型燃料電池について示し
たが、説明したが必ずしもこれに限定されず例えば溶融
炭酸塩型、アルカリ型などにも適用できる。
たが、説明したが必ずしもこれに限定されず例えば溶融
炭酸塩型、アルカリ型などにも適用できる。
以上のように、この発明によれば少なくとも一つの燃料
電池の少な（とも二ケ所の出力電圧を測定しその差によ
って隣接する燃料電池のクロスオーバーの程度を検知す
るようにしたので電池の運転中においても簡単に検知す
ることができるという効果がある。
電池の少な（とも二ケ所の出力電圧を測定しその差によ
って隣接する燃料電池のクロスオーバーの程度を検知す
るようにしたので電池の運転中においても簡単に検知す
ることができるという効果がある。
第１図はこの発明の一実施例に用いる積層型燃料電池の
要部を示す平面図、第２図は第１図のものの正面図、第
３図は本発明の一実施例によるクロスオーバーの検知を
説明するための出力電圧の経時変化を示す特性図、第４
図は正常な状態におけろ電流の流れを説明する図、第５
図は積層型電池の一部にクロスオーバーが発生した場合
における’に流の流れを説明する図、ｗＩＪ６図は従来
方法を示す構成図である。 図において、（１）、（１１）Ｉ（１２）、（１Ｍ）は
燃料電池、（２）。 （３）は出力電圧測定端子を示す。 なお、各図中同一符号は同一もしくは相当部分を示すも
のとする。 巴力電／Ｅ （Ｖ） 冷４図 熱５図
要部を示す平面図、第２図は第１図のものの正面図、第
３図は本発明の一実施例によるクロスオーバーの検知を
説明するための出力電圧の経時変化を示す特性図、第４
図は正常な状態におけろ電流の流れを説明する図、第５
図は積層型電池の一部にクロスオーバーが発生した場合
における’に流の流れを説明する図、ｗＩＪ６図は従来
方法を示す構成図である。 図において、（１）、（１１）Ｉ（１２）、（１Ｍ）は
燃料電池、（２）。 （３）は出力電圧測定端子を示す。 なお、各図中同一符号は同一もしくは相当部分を示すも
のとする。 巴力電／Ｅ （Ｖ） 冷４図 熱５図
Claims (2)
- （１）燃料電極と酸化剤電極を電解質マトリックスを介
して対向させ上記燃料および酸化剤電極にそれぞれ燃料
および酸化剤ガスを供給して発電を行なう燃料電池を複
数個積層した積層型燃料電池において、少なくとも一つ
の燃料電池の少なくとも二ヶ所の出力電圧を測定し、上
記二ヶ所の出力電圧の差によって隣接する燃料電池のク
ロスオーバーを検知するようにしたことを特徴とする積
層型燃料電池のクロスオーバー検知方法。 - （２）出力電圧を測定する二ヶ所の内一ヶ所は燃料およ
び酸化剤ガスの供給部に近い位置とし、他の一ヶ所は前
記供給部から遠い位置としたことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のクロスオーバー検知方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62079754A JP2598014B2 (ja) | 1987-04-02 | 1987-04-02 | 積層型燃料電池のクロスオーバー検知方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62079754A JP2598014B2 (ja) | 1987-04-02 | 1987-04-02 | 積層型燃料電池のクロスオーバー検知方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63248074A true JPS63248074A (ja) | 1988-10-14 |
| JP2598014B2 JP2598014B2 (ja) | 1997-04-09 |
Family
ID=13699010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62079754A Expired - Lifetime JP2598014B2 (ja) | 1987-04-02 | 1987-04-02 | 積層型燃料電池のクロスオーバー検知方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2598014B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0498087A2 (en) * | 1991-02-05 | 1992-08-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Fuel cell generation system |
| WO2002027832A3 (en) * | 2000-09-29 | 2002-12-27 | Ballard Power Systems | Method and apparatus for detecting transfer leaks in fuel cells and fuel cell stacks |
| JP2007018745A (ja) * | 2005-07-05 | 2007-01-25 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| WO2007110969A1 (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-04 | Hitachi, Ltd. | 燃料電池のクロスオーバー損失の測定方法および測定装置 |
| WO2010005415A1 (en) * | 2008-07-09 | 2010-01-14 | Utc Power Corporation | Fuel cell stack conditioned to operate safely with failed cells |
| WO2010073962A1 (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-01 | 株式会社 東芝 | 燃料電池システム及び燃料電池 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61264683A (ja) * | 1985-05-17 | 1986-11-22 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池電極部の電流分布測定装置 |
-
1987
- 1987-04-02 JP JP62079754A patent/JP2598014B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| Publication number | Publication date |
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| JP2598014B2 (ja) | 1997-04-09 |
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