JPH043069B2 - - Google Patents
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- JPH043069B2 JPH043069B2 JP57186165A JP18616582A JPH043069B2 JP H043069 B2 JPH043069 B2 JP H043069B2 JP 57186165 A JP57186165 A JP 57186165A JP 18616582 A JP18616582 A JP 18616582A JP H043069 B2 JPH043069 B2 JP H043069B2
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Classifications
-
- 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
- H01M8/04082—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
- H01M8/04104—Regulation of differential pressures
-
- 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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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、濃厚リン酸電解質型燃料電池、溶
融炭酸塩型燃料電池の極間差圧制御装置に係り、
とくに、酸化剤極と燃料極との間の極間差圧を、
燃料側に供給するH2または、酸化剤に供給する
O2がクロスオーバー（両極間の極間差圧が適切
な値に設定されていない場合、燃料あるいは酸化
剤が他の電極表面へもれ出し、その電極表面で燃
焼して燃料や酸化剤を消費してしまう現象）によ
つて消費される量が最小となるように自動制御す
る極間差圧制御装置に関する。
融炭酸塩型燃料電池の極間差圧制御装置に係り、
とくに、酸化剤極と燃料極との間の極間差圧を、
燃料側に供給するH2または、酸化剤に供給する
O2がクロスオーバー（両極間の極間差圧が適切
な値に設定されていない場合、燃料あるいは酸化
剤が他の電極表面へもれ出し、その電極表面で燃
焼して燃料や酸化剤を消費してしまう現象）によ
つて消費される量が最小となるように自動制御す
る極間差圧制御装置に関する。
従来の極間差圧制御方法の一例を第１図を用い
て説明する。燃料電池本体１は圧力容器２の中に
入れられ、イナートガスで加圧される。そして、
この燃料電池に燃料及び酸化剤が供給される。こ
のとき、燃料極及び酸化剤極の極間差圧が電解液
の泡圧以上かかると燃料及び酸化剤が電気化学的
な反応をしないで、直接燃焼反応を起こすクロス
オーバーと呼ばれる現象が起こる。これは電池性
能の低下のみならず、極度なクロスオーバーは爆
発の危険性もある。そこで第１図では圧力容器２
内の圧力を基準とし、燃料極側及び酸化剤極側の
出口又は入口の圧力を差圧計３，４で検出し、こ
の信号を演算器５，６を介して予め与えられた差
圧設定値と比較し、その操作信号によりガス排出
弁７，８を調節して極間差圧のコントロールをし
ている。極間差圧の設定については燃料極側、酸
化剤極側とも基準圧（イナートガスの圧力）に対
して僅かに低くした状態となるように行われ、燃
料、または酸化剤のイナートガスへの漏出を防い
でいる。
て説明する。燃料電池本体１は圧力容器２の中に
入れられ、イナートガスで加圧される。そして、
この燃料電池に燃料及び酸化剤が供給される。こ
のとき、燃料極及び酸化剤極の極間差圧が電解液
の泡圧以上かかると燃料及び酸化剤が電気化学的
な反応をしないで、直接燃焼反応を起こすクロス
オーバーと呼ばれる現象が起こる。これは電池性
能の低下のみならず、極度なクロスオーバーは爆
発の危険性もある。そこで第１図では圧力容器２
内の圧力を基準とし、燃料極側及び酸化剤極側の
出口又は入口の圧力を差圧計３，４で検出し、こ
の信号を演算器５，６を介して予め与えられた差
圧設定値と比較し、その操作信号によりガス排出
弁７，８を調節して極間差圧のコントロールをし
ている。極間差圧の設定については燃料極側、酸
化剤極側とも基準圧（イナートガスの圧力）に対
して僅かに低くした状態となるように行われ、燃
料、または酸化剤のイナートガスへの漏出を防い
でいる。
差圧の制御方式は、この例で示した方法以外に
基準圧を燃料極側におき、それに対してイナート
ガスの圧力と酸化剤極側の圧力を制御する方法も
採用されている。他にも多くの制御方式が考えら
れるがいずれの制御方式においても、次のような
問題はさけられない。
基準圧を燃料極側におき、それに対してイナート
ガスの圧力と酸化剤極側の圧力を制御する方法も
採用されている。他にも多くの制御方式が考えら
れるがいずれの制御方式においても、次のような
問題はさけられない。
すなわち、燃料極及び酸化剤極の極間差圧の最
適値は、クロスオーバーが最も少なくなるように
した差圧の設定値であるがこの最適値は、燃料電
池内部の構造、特にガスのシール状態、又、燃料
電池の運転条件（温度、圧力、負荷、供給ガス流
量等）、さらに、燃料電池内部状況の継時変化等
によつて、変化するものである。また、クロスオ
ーバー耐性に優れた燃料電池では、極間差圧の許
容幅が大であり若干の極間差圧がついてもクロス
オーバーによる燃料や酸化剤の浪費が起こりにく
いといつた傾向がある。したがつて、それぞれの
燃料電池について、又、ある一定の経過時間後
に、差圧の最適値を何等かの方法で求め、そし
て、極間差圧の設定値を修正、変更しなければな
らない。そこでそれぞれの燃料電池において、電
池の内部状況が変化した場合に自動的に修正が加
わり、常に最適設定値が維持されるようにした燃
料電池の極間差圧制御装置が望まれている。
適値は、クロスオーバーが最も少なくなるように
した差圧の設定値であるがこの最適値は、燃料電
池内部の構造、特にガスのシール状態、又、燃料
電池の運転条件（温度、圧力、負荷、供給ガス流
量等）、さらに、燃料電池内部状況の継時変化等
によつて、変化するものである。また、クロスオ
ーバー耐性に優れた燃料電池では、極間差圧の許
容幅が大であり若干の極間差圧がついてもクロス
オーバーによる燃料や酸化剤の浪費が起こりにく
いといつた傾向がある。したがつて、それぞれの
燃料電池について、又、ある一定の経過時間後
に、差圧の最適値を何等かの方法で求め、そし
て、極間差圧の設定値を修正、変更しなければな
らない。そこでそれぞれの燃料電池において、電
池の内部状況が変化した場合に自動的に修正が加
わり、常に最適設定値が維持されるようにした燃
料電池の極間差圧制御装置が望まれている。
この発明は、上述した従来装置の欠点を改良し
たもので製作された燃料電池の内部構造（シール
状態）によらず、常に最適な（クロスオーバーが
最も少ない）極間差圧に制御され、さらに電池の
内部構造が時間とともに変化した場合に、それに
追随して、極間差圧の最適値も自動的に変化させ
ることのできる燃料電池の極間差圧制御装置を提
供することを目的とする。
たもので製作された燃料電池の内部構造（シール
状態）によらず、常に最適な（クロスオーバーが
最も少ない）極間差圧に制御され、さらに電池の
内部構造が時間とともに変化した場合に、それに
追随して、極間差圧の最適値も自動的に変化させ
ることのできる燃料電池の極間差圧制御装置を提
供することを目的とする。
本発明によれば、クロスオーバーを定量化する
手段として、燃料極（又は酸化剤極）に供給する
H2（又はO2）流量と燃料極（又は酸化剤極）から
排出されるH2（又はO2）流量、そして、その時の
負荷を測定し、H2（又はO2）のマスバランスを計
算し、クロスオーバーによつて消費されたH2（又
はO2）を求める。クロスオーバーによつて消費
されたH2流量は次式で求められる。
手段として、燃料極（又は酸化剤極）に供給する
H2（又はO2）流量と燃料極（又は酸化剤極）から
排出されるH2（又はO2）流量、そして、その時の
負荷を測定し、H2（又はO2）のマスバランスを計
算し、クロスオーバーによつて消費されたH2（又
はO2）を求める。クロスオーバーによつて消費
されたH2流量は次式で求められる。
（供給H2流量）−（排出H2流量）−（負荷によつ
て消費されたH2流量）＝（クロスオーバーによつ
て消費されたH2流量） ……(1) ここで負荷によつて消費されたH2流量はフア
ラデーの法則から理論的に計算することができ
る。このようにクロスオーバーによつて消費され
るH2流量を常に測定しながら、極間差圧の設定
をクロスオーバーによつて消費されるH2量が最
小となるように少しづつ変化させ、常に最適値に
収束するような自動制御装置を組み込むことによ
り、上記目的を達成した。
て消費されたH2流量）＝（クロスオーバーによつ
て消費されたH2流量） ……(1) ここで負荷によつて消費されたH2流量はフア
ラデーの法則から理論的に計算することができ
る。このようにクロスオーバーによつて消費され
るH2流量を常に測定しながら、極間差圧の設定
をクロスオーバーによつて消費されるH2量が最
小となるように少しづつ変化させ、常に最適値に
収束するような自動制御装置を組み込むことによ
り、上記目的を達成した。
以下、図面を参照して、この発明を詳細に説明
する。第２図はこの発明に係る燃料電池の極間差
圧制御装置の一実施例を示す構成図である。第２
図では燃料極側、酸化剤極側の両方に本発明によ
る極間差圧制御装置を適用した場合を示したが、
燃料極側、酸化剤極側のどちらか一方を適用して
も有効である。第２図において、燃料極側の演算
器９には、従来からあつた燃料極と基準圧（イナ
ートガス圧）との差圧を測定する差圧計１０から
の信号の他に供給されるH2流量を測定する供給
H2流量計１１からの信号と、排出されるH2流量
を測定する排出H2流量計１２からの信号、さら
に、負荷装置１３からの電流、または、電圧信号
および従来からあつた酸化剤極基準圧（イナート
ガス圧）との差圧を測定する差圧計１６からの信
号がそれぞれ入力される。これ等の信号をもと
に、演算器９内部でクロスオーバーによつて消費
されたH2量を算出し、その時の極間差圧の値と
比較し、クロスオーバーが減少するように極間差
圧の設定値を変更する。極間差圧の設定値変更の
信号は排出弁１４に送られ、その差圧になるよう
に、排出弁１４が開閉する。ここで、H2流量は、
実際には燃料流量、及びH2濃度を測定して得ら
れる。酸化剤極側の演算器１５も同様に差圧計１
６、供給O2流量計１７、排出O2流量計１８、負
荷１３および差圧計１０からの信号が入力され、
この信号をもとに演算器１５内部で適切な差圧値
が新たに設定され、その差圧になるように、排出
弁１９が開閉する。演算器９，１５の内部で演算
される内容を第３図に示す。まず、H2（又はO2）
の供給流量、排出流量及び負荷の信号が入力さ
れ、これ等の値から(1)式に従つてクロスオーバー
によつて消費されるH2（又はO2）の量を求める。
次に、最初はクロスオーバーの増減を比較するた
めの値がないため、差圧の設定値を微かに大き
く、（又は小さく）変更してみる。バルブは設定
値に従つて開閉する。差圧が設定値に安定した時
点で、再びクロスオーバーを計算し、前回のクロ
スオーバー量と比較する。このとき、増加すれば
逆方向に減少すれば同一方向にバルブを開閉す
る。このサイクルをクロスオーバーが最小になる
まで繰り返す。この最適な差圧の設定値は、H2
又はO2のどちらに着目しても同じはずであるが、
実際には両者の拡散係数の違いによつて微かに異
なる値を示すものと考えられる。この場合には、
高価なH2を重要視しH2側の最適な差圧の設定値
を用いるか、又は、両方の差圧の設定値を考慮
し、新たに最適値を見い出すかする方法がとられ
るべきである。
する。第２図はこの発明に係る燃料電池の極間差
圧制御装置の一実施例を示す構成図である。第２
図では燃料極側、酸化剤極側の両方に本発明によ
る極間差圧制御装置を適用した場合を示したが、
燃料極側、酸化剤極側のどちらか一方を適用して
も有効である。第２図において、燃料極側の演算
器９には、従来からあつた燃料極と基準圧（イナ
ートガス圧）との差圧を測定する差圧計１０から
の信号の他に供給されるH2流量を測定する供給
H2流量計１１からの信号と、排出されるH2流量
を測定する排出H2流量計１２からの信号、さら
に、負荷装置１３からの電流、または、電圧信号
および従来からあつた酸化剤極基準圧（イナート
ガス圧）との差圧を測定する差圧計１６からの信
号がそれぞれ入力される。これ等の信号をもと
に、演算器９内部でクロスオーバーによつて消費
されたH2量を算出し、その時の極間差圧の値と
比較し、クロスオーバーが減少するように極間差
圧の設定値を変更する。極間差圧の設定値変更の
信号は排出弁１４に送られ、その差圧になるよう
に、排出弁１４が開閉する。ここで、H2流量は、
実際には燃料流量、及びH2濃度を測定して得ら
れる。酸化剤極側の演算器１５も同様に差圧計１
６、供給O2流量計１７、排出O2流量計１８、負
荷１３および差圧計１０からの信号が入力され、
この信号をもとに演算器１５内部で適切な差圧値
が新たに設定され、その差圧になるように、排出
弁１９が開閉する。演算器９，１５の内部で演算
される内容を第３図に示す。まず、H2（又はO2）
の供給流量、排出流量及び負荷の信号が入力さ
れ、これ等の値から(1)式に従つてクロスオーバー
によつて消費されるH2（又はO2）の量を求める。
次に、最初はクロスオーバーの増減を比較するた
めの値がないため、差圧の設定値を微かに大き
く、（又は小さく）変更してみる。バルブは設定
値に従つて開閉する。差圧が設定値に安定した時
点で、再びクロスオーバーを計算し、前回のクロ
スオーバー量と比較する。このとき、増加すれば
逆方向に減少すれば同一方向にバルブを開閉す
る。このサイクルをクロスオーバーが最小になる
まで繰り返す。この最適な差圧の設定値は、H2
又はO2のどちらに着目しても同じはずであるが、
実際には両者の拡散係数の違いによつて微かに異
なる値を示すものと考えられる。この場合には、
高価なH2を重要視しH2側の最適な差圧の設定値
を用いるか、又は、両方の差圧の設定値を考慮
し、新たに最適値を見い出すかする方法がとられ
るべきである。
以上のように、本発明によれば電池の内部構造
（シール状態）のバラツキ又は継時変化等によつ
て、最適な差圧の設定値が異なる場合に、常時、
クロスオーバー量を定量化しながら、このクロス
オーバー量が最小化するように、差圧の設定値を
自動的に最適値に修正させることができる。
（シール状態）のバラツキ又は継時変化等によつ
て、最適な差圧の設定値が異なる場合に、常時、
クロスオーバー量を定量化しながら、このクロス
オーバー量が最小化するように、差圧の設定値を
自動的に最適値に修正させることができる。
第１図は、従来法における燃料電池の極間差圧
制御装置のフロー図、第２図は、本発明に係る燃
料電池極間差圧制御装置の一実施例のフロー図、
第３図は、本発明に係る燃料電池極間差圧制御装
置の制御の流れを示した模式図である。 ９，１５……演算器（演算手段）、１０，１６
……差圧計（差圧測定手段）、１１……供給H2流
量計（供給ガス流量測定手段）、１２……排出H2
流量計（排出ガス流量測定手段）、１３……負荷
装置（負荷測定手段）、１４，１９……排出弁
（排出量制御手段）、１７……供給O2流量計（供
給ガス流量測定手段）、１８……排出O2流量計
（排出ガス流量測定手段）。
制御装置のフロー図、第２図は、本発明に係る燃
料電池極間差圧制御装置の一実施例のフロー図、
第３図は、本発明に係る燃料電池極間差圧制御装
置の制御の流れを示した模式図である。 ９，１５……演算器（演算手段）、１０，１６
……差圧計（差圧測定手段）、１１……供給H2流
量計（供給ガス流量測定手段）、１２……排出H2
流量計（排出ガス流量測定手段）、１３……負荷
装置（負荷測定手段）、１４，１９……排出弁
（排出量制御手段）、１７……供給O2流量計（供
給ガス流量測定手段）、１８……排出O2流量計
（排出ガス流量測定手段）。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 燃料電池の燃料極あるいは酸化剤極の少なく
とも一方のガス極側のガス流路に連設されこのガ
ス極に供給されるガス流量を測定する供給ガス流
量測定手段および前記ガス極から排出されるガス
流量を測定する排出ガス流量測定手段と、 前記ガス極から排出されるガス流量を制御する
排出量制御手段と、 前記燃料電池の電力負荷を測定するための負荷
測定手段と、 前記燃料極と酸化剤極との圧力差を測定する差
圧測定手段と、 前記供給ガス流量測定手段、排出ガス流量測定
手段、および負荷測定手段からの各々の出力信号
を受けて、前記ガス流路に流れている前記ガスの
前記燃料電池内の電池反応以外の反応で消費され
る消費量を演算するとともに、前記差圧測定手段
からの出力信号を受けて、その圧力差の値が設定
された許容差圧値の範囲内にあり、かつ前記演算
された消費量が最小となるように前記排出量制御
手段への排出量制御信号を出力する演算手段と、 から構成されることを特徴とする燃料電池極間差
圧制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57186165A JPS5975572A (ja) | 1982-10-25 | 1982-10-25 | 燃料電池極間差圧制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57186165A JPS5975572A (ja) | 1982-10-25 | 1982-10-25 | 燃料電池極間差圧制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5975572A JPS5975572A (ja) | 1984-04-28 |
| JPH043069B2 true JPH043069B2 (ja) | 1992-01-21 |
Family
ID=16183521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57186165A Granted JPS5975572A (ja) | 1982-10-25 | 1982-10-25 | 燃料電池極間差圧制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5975572A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60146467A (ja) * | 1984-01-09 | 1985-08-02 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 燃料電池発電装置の運転制御方式 |
| JP2611428B2 (ja) * | 1989-05-26 | 1997-05-21 | 富士電機株式会社 | 燃料電池のガス漏れ防止装置 |
| US6103409A (en) * | 1998-02-10 | 2000-08-15 | General Motors Corporation | Fuel cell flooding detection and correction |
| AU2001275997A1 (en) * | 2000-07-20 | 2002-02-05 | Proton Energy Systems, Inc. | Electrochemical cell system output control method and apparatus |
-
1982
- 1982-10-25 JP JP57186165A patent/JPS5975572A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5975572A (ja) | 1984-04-28 |
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