JPH0121593B2

JPH0121593B2 -

Info

Publication number: JPH0121593B2
Application number: JP56069041A
Authority: JP
Inventors: Toshio Shimizu; Saburo Yasukawa; Ryota Doi; Shohei Uozumi; Takeo Yamagata; Yasuyuki Tsutsumi; Tsutomu Tsukui; Takao Myashita
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-05-08
Filing date: 1981-05-08
Publication date: 1989-04-21
Also published as: JPS57182975A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は燃料電池の液面検出方法に係り、特に
電解液と液体燃料とからなるアノライトの液面を
容易にしかも確実に検出するのに好適な液面検出
方法に関するものである。

従来、液体燃料の電気化学反応によつて電気エ
ネルギーを発生する燃料電池に液体燃料を補給す
る場合、次のようにしていた。

(1) 積層した電池セルの任意の電位を検出し、所
定の電位以下になると液体燃料を供給する。

(2) 積層した電池セルの一部に液体燃料の濃度を
側定するセンサーを設け、濃度が所定値以下に
低下すると液体燃料を供給する。

(3) 積層した電池セルのほかにダミーセルを積層
した電池セルと並列に配設し、上記ダミーセル
の中に小片の電極を対向配置し、その一方の電
極に一定電位を与えておき、他方の電極との間
はアノライトで閉回路を構成するようにし、ア
ノライト液面が下がり、小片の対向電極間が開
路したときに液体燃料を供給する。

ところで、(1)の方法には、積層した電池セルの
それぞれの電池セルの電位が必ずしも一致してお
らず、かつ、負荷電流による電位の変化もあり、
電位が低下する割合は、燃料不足だけによるもの
とはならないので、燃料の過供給となる可能性が
大きいという欠点がある。

また、(2)の方法には、濃度を検出するセンサー
および濃度を算出する回路が複雑となり、高価な
ものとなるという欠点がある。

また、(3)の方法には、ダミーセルを設けなけれ
ばならないので、寸法が大きくなり、かつ、一方
の電極に電位を与えるための電源が必要になると
いう欠点がある。

本発明は上記従来技術の欠点を排除するために
なされたもので、その目的とするところは、的確
に燃料供給時期を判定するため、簡単で、しか
も、確実に行い得るアノライトの液面を検出する
ことができる燃流電池の液面検出方法を提出する
ことにある。

本発明の特徴と、電解液と液体燃料とからなる
アノライトをたくわえておくアノライトリザーバ
ーから送入主管を介して送入主管よりも流路断面
積を大幅に小さくした送入支管より各電池セルの
アノライト室にアノライトを送り込むときに、ア
ノライトリザーバー内のアノライトに電池電圧の
数十％の電位を付加するとともに、上記アノライ
トリザーバーの壁面に針状電極を設け、アノライ
ト液面が上記針状電極より高い場合には上記針状
電極に電位が加わり、低い場合には電位が加わら
ないことから上記針状電極に電位が加わるか否か
からアノライト液面を検出するようにした点であ
る。

以下本発明の方法の一実施例を第１図、第２図
を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の方法の一実施例を説明するた
めの液面検出手段を備えた燃料電池の概略説明図
である。第１図において、１はそれぞれ電解液室
で、この電解液室を介して燃料極２と空気極（酸
化剤として酸素を使用する場合は酸素極となる）
３とが対向させてあり、燃料極２側はアノライト
室４となつており、空気極３側は空気室５となつ
ている。アノライト室４には、電解液と液体燃料
の混合液体であるアノライト６がアノライトポン
プ７によりアノライト送入主管８，アノライト送
入主管８よりも流路断面積が大幅に小さい送入支
管９を経て送り込まれている。アノライト室４で
は、アノライト６のうち、燃料の一部が電気化学
反応で消費され、アノライト排出支管１０，排出
主管１１を経て、アノライトリザーバー１２に排
出される。消費された液体燃料に相当する液体燃
料は、燃料タンク１３からアノライトリザーバー
１２に供給される。

一方、空気室５には、空気送風用フアン１４に
より空気送入主管１５、空気送入支管１６を経て
空気が送り込まれ、空気中の酸素が酸化反応し、
空気排出支管１７、空気排出主管１８を経て電池
外部に排出される。

図示を省略してあるが、それぞれの電池セルの
酸素極３は順次次段の電池セルの燃料極２に接続
してあり、初段の電池セルの燃料極２、すなわち
極が接続された端子と最終段の電池セルの空気
極３、すなわち極が接続された端子間に負荷を
接続すると、負荷電荷に対応する燃料がアノライ
ト室４のアノライト６から消費され、その分量に
相当するだけアノライトリザーバー１２内のアノ
ライト６の液面が低下するから、液面低下分の量
の液体燃料を燃料タンク１３から補給するように
すれば、一定の燃料濃度のアノライト６を循還す
ることができる。

ところで、アノライト６は、硫酸を0.5〜
4.5mol／とメタノールを0.5〜1.5mol／を含
む水溶液からなる電解液であり、したがつて、電
気伝導体（イオン伝導体）であるので、アノライ
ト送入主管８側の燃料極２の電位が、電解液を介
してアノライトリザーバー１２内のアノライト６
にも生じる。ところで、アノライト６はよい電気
伝導体であるとはいえ電気抵抗をもつているの
で、アノライト送入主管８側の燃料極２の端子
の電位と異なる電位がアノライトリザーバー１２
内のアノライト６の端子に生じる。そしてこの
電位は負極側よりみて高く、実側によれば、上記
したように各電池セルを直列に接続した燃料電池
においては、負極側からみて、アノライトリザー
バー１２内のアノライト６の電位は、積層電池端
子間電圧の40〜50％である。

そこで、本発明においては、アノライトリザー
バー１２の側壁に液面センサーとして針状電極１
９を設け、針状電極１９にアノライト６の液面が
接触したときに、針状電極１９にアノライト６の
電位が加わり、アノライト６の液面が針状電極１
９より低くなると針状電極１９には電位が加わら
ないことを利用してアノライトリザーバー１２内
のアノライト６の液面変化を検出するようにす
る。

次に、アノライトリザーバー１２のアノライト
６にどうして電位が生じるかを以下に説明する。
第１図のアノライト供給路係は第２図の等価回路
で示すことができる。第２図でr₁₁はアノライト
送入支管９とアノライト室４の電気抵抗値を、
r₁₂はアノライト排出支管１０のアノライト６の
電気低抗値を示し、また、r₂₁はアノライト送入
主管８における各アノライト送入支管９間のアノ
ライト６の電気抵抗値を、r₂₂はアノライト排出
主管１１における各アノライト排出支管１０間の
アノライト６の電気抵抗値を示す。さらに、r₃は
第１図右側の第１電池セルのアノライト送入主管
８からアノライトリザーバー１２内のアノライト
６の電気抵抗値を示す。E₀は燃料電池の端子間
電圧で、第１図にしたがつて４セル積層分のもの
を示したが、実用電池ではさらに多数のセルを積
層している。

ここで、アノライト６による液短絡を抑えるた
め、アノライト送入主管８やアノライト排出主管
１１に比べアノライト送入支管９やアノライト排
出支管１０の流路断面積を小さくして、r₁₁≫r₂₁、
r₁₂≫r₂₂になるようにしてある。また、r₁₁のうち
アノライト室４のアノライト６の電気抵抗値は小
さく、アノライト送入支管９のアノライト６の電
気抵抗のみとみなし得るものである。

第２図で、，両極間に電池電圧E₀が生じ
るので、図中に矢印で示した方向に電流ｉが流
れ、したがつて、検出端子Ａ○との間にr₁₁・ｉ
なる電圧が検出されることになる。すなわち、こ
の電圧がアノライトリザーバー１２のアノライト
６にみられる電位となる。

この電圧は、前述のようにr₁₁≫r₂₁としてあり、
本実施例ではr₁₁／r₂₁＝200としてあるので、電池
セルの積層数にもよるがE₀の半分に近い値とな
る。

次に本発明に係る液面検出方法を用いたアノラ
イト液面制御の他の実施例を第３図により説明す
る。第３図に示すように、アノライトリザーバー
１２の側壁に液面センサーとして針状電極３１，
３２，３３を図示するように設け、それぞれを抵
抗分圧器４１，４２，４３を介してコンパレータ
５１，５２，５３，の一方の入力端子に接続す
る。一方、コンパレータ５１〜５３の他方の入力
端子は、抵抗分圧器４４を介して積層電池の正極
側端子に接続し、正極側電圧E₀を抵抗分圧器４
４で分圧して得られた基準電圧E₁を与えておく。
したがつて、電極３１〜３３がそれぞれアノライ
ト６中に浸つている場合は、コンパレータ５１〜
５３の一方の入力端子にはそれぞれE₂の電圧が
入力され、このとき、E₁＜E₂となるようにして
おけば、コンパレータ５１〜５３の出力端子６１
〜６３にはそれぞれ“１”レベルの出力が出力さ
れる。また、アノライト６の液面が下がり、電極
３３のみが露出したときは、端子６３からの出力
のみが“０”レベルの信号となり、他の端子６
２，６１からの出力は“１”レベルの信号とな
る。同様にして、さらに液面が下り、電極３３と
３２が露出したときは、端子６３，６２からの出
力が“０”レベルとなり、端子６１からの出力の
みが“１”レベルとなる。そして電極６１も露出
したときは、すべての端子６１〜６３からの出力
が“０”レベルとなる。

したがつて、液面が電極３２以下に下がつたと
きは、コンパレータ５３，５２の出力で燃料タン
ク１３に接続してある電磁バルブ２０（第１図参
照）をt₁秒だけ開にして燃料タンク１３から液体
燃料をアノライトリザーバー１２に補給するよう
にする。ただし、電磁バルブ２０の開時間t₁は、
電極３２と３３の間に燃料を供給できる時間とす
る。そして、もし、電極３３が液中に浸つた場合
は、出力端子６３と６２からの出力がともに
“１”レベルとなるから、このときは液面が電極
３２以下となるまで電磁バルブ２０を閉とし、ま
た、万一、液面が電極３１以下となつたときは、
液面が電極３２が液中に浸るまで電磁バルブ２０
を開とするように制御回路を構成する。

このようにすることにより、アノライト６の液
面を常に電極３２，３３間に保つことができる。
それで、もし、液面が電極３３以上の位置まで上
昇したときは、電極３２の位置に下がるまで電磁
バルブ２０を閉じる。また、電極３１以下に下が
つたときは、電磁バルブ２０を開いてアノライト
リザーバー１２に燃料タンク電極３２の位置まで
上げることができる。

なお、アノライトリザーバー１２の容積は、積
層電池中のアノライト６の総容量の８〜30％であ
ることが望ましく、また、電極３１〜３３の位置
は、アノライト６中の液体燃料が最適濃度となる
液面の位置に電極３２を位置させ、電極３３は許
容液面上限、電極３１は許容液面下限の位置とす
る。

また、電極を３３と３２の２本とし、液面が電
極３２以下に下がつたときに電磁バルブ２０を開
とし、液面が電極３３の位置まで回復したときに
閉とする２位置制御とするようにしてもよいこと
はいうまでもない。

いずれにしても、電極３３〜３１などによつて
アノライト６のもつ電位を検出して液面を検出す
るようにしてあるから、液面検出電極を簡単な構
造のものとすることができ、また、アノライト６
の液面を制御するための制御回路の簡略化をはか
ることができる。しかも、アノライト６の液面の
検出を確実に行うことができ、信頼性が高い。

以上説明したように、本発明によれば、アノラ
イトの液面を簡単、かつ、確実に検出することが
でき、しかも、液面制御回路の簡略化をはかるこ
とができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の一実施例を説明するた
めの液面検出手段を備えた燃料電池の概略説明
図、第２図はアノライト供給路係の等価回路図、
第３図は本発明の液面検出方法を採用した液面制
御の他の実施例を説明するための要部回路構成図
である。１……電解液室、２……燃料極、３……空気、
４……アノライト室、５……空気室、６……アノ
ライト、１２……アノライトリザーバー、１３…
…燃料タンク、１９……針状電極。

Claims

【特許請求の範囲】

１液体燃料の電気化学反応によつて電気エネル
ギーを発生する積層してなる電池セルと、電解液
と液体燃料とからなるアノライトをたくわえてお
くアノライトリザーバーと、該アノライトリザー
バーから前記アノライトを送り込む送入主管なら
びに該送入主管から前記各電池セルのアノライト
室に前記アノライトを送り込む送入支管とから構
成された燃料電池の前記アノライトリザーバーの
液面検出方法であつて、前記送入支管を前記送入
主管よりも流路断面積を大幅に小さくして前記送
入主管を前記アノライトリザーバーに接続して該
アノライトリザーバー内の前記アノライトに電池
電圧の数十％の電位を付加するとともに、前記ア
ノライトリザーバーの壁面に針状電極を設け、前
記アノライト液面が前記針状電極より高い場合に
は前記針状電極に電位が加わり、低い場合には電
位が加わらないことから前記針状電極に電位が加
わるか否かからアノライト液面を検出することを
特徴とする燃料電池の液面検出方法。