JPH07263011A - リン酸形燃料電池 - Google Patents
リン酸形燃料電池Info
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- JPH07263011A JPH07263011A JP6048858A JP4885894A JPH07263011A JP H07263011 A JPH07263011 A JP H07263011A JP 6048858 A JP6048858 A JP 6048858A JP 4885894 A JP4885894 A JP 4885894A JP H07263011 A JPH07263011 A JP H07263011A
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- phosphoric acid
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- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料電池本体内部のリン酸量を把握し、また
は燃料電池本体からのリークするガス量を監視して、燃
料電池の寿命を把握することのできるリン酸形燃料電池
を提供することにある。 【構成】 燃料電池本体に反応ガス供給・排出するマニ
ホールド7を設け、これと燃料電池本体1との間をシー
ルする。マニホールド7には、反応ガスの供給ガス管1
1および排気ガス管12を設ける。排気ガス管12に、
排気ガス量測定手段として、排気ガス中から水蒸気を凝
縮除去してその水量を測定する水蒸気凝縮器13と、水
蒸気の除去されたガス量の積算流量を測定する排気ガス
積算流量計14を設ける。水量を換算してガス量とし、
排気ガス量と共に積算流量を求め、これから燃料電池に
残存するリン酸量を算出する。積層セル2には、その内
部温度を測定する温度センサ15を設け、リン酸飛散速
度を求める。
は燃料電池本体からのリークするガス量を監視して、燃
料電池の寿命を把握することのできるリン酸形燃料電池
を提供することにある。 【構成】 燃料電池本体に反応ガス供給・排出するマニ
ホールド7を設け、これと燃料電池本体1との間をシー
ルする。マニホールド7には、反応ガスの供給ガス管1
1および排気ガス管12を設ける。排気ガス管12に、
排気ガス量測定手段として、排気ガス中から水蒸気を凝
縮除去してその水量を測定する水蒸気凝縮器13と、水
蒸気の除去されたガス量の積算流量を測定する排気ガス
積算流量計14を設ける。水量を換算してガス量とし、
排気ガス量と共に積算流量を求め、これから燃料電池に
残存するリン酸量を算出する。積層セル2には、その内
部温度を測定する温度センサ15を設け、リン酸飛散速
度を求める。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、リン酸形燃料電池に関
するものである。
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、燃料の有する化学エネルギーを直
接電気的エネルギーに変換する装置として、燃料電池が
知られている。この燃料電池は、一般的に、多孔質性材
料を使用し、アノード電極とカソード電極の間に、電解
質を保持するマトリックス層を挟み、アノード電極の背
面に水素などの燃料ガスを接触させるとともに、カソー
ド電極の背面に空気などの酸化剤ガスを接触させること
により、この時に生じる電気化学反応を利用して前記電
極間から電気エネルギーを取り出すように構成した装置
である。電解質としては、酸性溶液、溶融炭酸塩、アル
カリ溶液などがあるが、現在は、リン酸を用いたリン酸
形燃料電池が最も実用化に近いと言われている。
接電気的エネルギーに変換する装置として、燃料電池が
知られている。この燃料電池は、一般的に、多孔質性材
料を使用し、アノード電極とカソード電極の間に、電解
質を保持するマトリックス層を挟み、アノード電極の背
面に水素などの燃料ガスを接触させるとともに、カソー
ド電極の背面に空気などの酸化剤ガスを接触させること
により、この時に生じる電気化学反応を利用して前記電
極間から電気エネルギーを取り出すように構成した装置
である。電解質としては、酸性溶液、溶融炭酸塩、アル
カリ溶液などがあるが、現在は、リン酸を用いたリン酸
形燃料電池が最も実用化に近いと言われている。
【0003】図4は、この種の燃料電池のうち、電解質
としてリン酸を使用したリン酸形燃料電池の構成の一例
を示す側面断面図である。この図4において、1は燃料
電池本体であり、この燃料電池本体1は、積層セル2と
その上下端部に配置された集電板3、およびこれらの積
層構造を上下方向から締め付ける締付板4から構成され
ている。このうち、積層セル2は、複数個の単位セル5
を積層して構成されている。単位セル5は、多孔質性材
料を使用したアノード電極とカソード電極の間に、リン
酸電解質を保持したマトリックス層を挟み、かつ、アノ
ード電極とカソード電極の背面に、燃料ガスと酸化剤ガ
スの流通路を設けて形成されている。なお、アノード電
極とカソード電極には、マトリックスと対向する面に、
白金などによる触媒が塗布されている。
としてリン酸を使用したリン酸形燃料電池の構成の一例
を示す側面断面図である。この図4において、1は燃料
電池本体であり、この燃料電池本体1は、積層セル2と
その上下端部に配置された集電板3、およびこれらの積
層構造を上下方向から締め付ける締付板4から構成され
ている。このうち、積層セル2は、複数個の単位セル5
を積層して構成されている。単位セル5は、多孔質性材
料を使用したアノード電極とカソード電極の間に、リン
酸電解質を保持したマトリックス層を挟み、かつ、アノ
ード電極とカソード電極の背面に、燃料ガスと酸化剤ガ
スの流通路を設けて形成されている。なお、アノード電
極とカソード電極には、マトリックスと対向する面に、
白金などによる触媒が塗布されている。
【0004】また、燃料電池本体1は、起動時には室温
から動作温度まで加熱し、運転時には余剰熱を除去・冷
却して、動作温度として例えば200℃程度の一定温度
に維持する必要がある。このため、積層体2には、所定
の数の単位セル5毎に温度調節体である冷却板6が挿入
され、この冷却板6内に冷媒を流すことにより、燃料電
池本体1の温度調節を行うように構成されている。
から動作温度まで加熱し、運転時には余剰熱を除去・冷
却して、動作温度として例えば200℃程度の一定温度
に維持する必要がある。このため、積層体2には、所定
の数の単位セル5毎に温度調節体である冷却板6が挿入
され、この冷却板6内に冷媒を流すことにより、燃料電
池本体1の温度調節を行うように構成されている。
【0005】一方、燃料電池本体1の側面には、燃料電
池本体1に反応ガスである燃料ガスと酸化剤ガスを供給
・排出するマニホールド7が配置されている。マニホー
ルド7と燃料電池本体1との間には、フッ素ゴム系の成
形パッキング8が配置されている。さらに、成形パッキ
ング8と燃料電池本体1との間は、フッ素樹脂系のシー
ル材9によってシールされている。このようにして、燃
料電池本体1内部空間とマニホールド7内部空間からな
る電池内空間10が形成されている。また、マニホール
ド7は、電池内空間10を介して、積層セル2を構成す
る多数の単位セル5に対し、酸化剤ガス及び燃料ガスを
一括して供給・排出するように構成されている。なお、
図中7a,7bは、マニホールド7の反応ガス供給口と
排気口であり、この反応ガス供給口7aと排気口7bに
よって電池内空間10と外部の反応ガスの供給・排気ラ
インが接続されている。
池本体1に反応ガスである燃料ガスと酸化剤ガスを供給
・排出するマニホールド7が配置されている。マニホー
ルド7と燃料電池本体1との間には、フッ素ゴム系の成
形パッキング8が配置されている。さらに、成形パッキ
ング8と燃料電池本体1との間は、フッ素樹脂系のシー
ル材9によってシールされている。このようにして、燃
料電池本体1内部空間とマニホールド7内部空間からな
る電池内空間10が形成されている。また、マニホール
ド7は、電池内空間10を介して、積層セル2を構成す
る多数の単位セル5に対し、酸化剤ガス及び燃料ガスを
一括して供給・排出するように構成されている。なお、
図中7a,7bは、マニホールド7の反応ガス供給口と
排気口であり、この反応ガス供給口7aと排気口7bに
よって電池内空間10と外部の反応ガスの供給・排気ラ
インが接続されている。
【0006】ところで、このような燃料電池の電解質で
あるリン酸は、マトリックス層以外に、電極基材、電解
質貯蔵板、あるいは単位セル周辺部・端部のシール内に
保持される。これにより、リン酸は、電解質としての機
能のほか、湿潤シールとしても機能している。
あるリン酸は、マトリックス層以外に、電極基材、電解
質貯蔵板、あるいは単位セル周辺部・端部のシール内に
保持される。これにより、リン酸は、電解質としての機
能のほか、湿潤シールとしても機能している。
【0007】以上のような構成を有するリン酸形燃料電
池では、各単位セルにおいて、アノード電極に供給され
た水素が、アノード電極に塗布された触媒の作用によ
り、次のような反応が起こる。
池では、各単位セルにおいて、アノード電極に供給され
た水素が、アノード電極に塗布された触媒の作用によ
り、次のような反応が起こる。
【0008】
【化1】H2 → 2H+ +2e
【0009】この水素の解離反応により発生した水素イ
オン(H+ )は、マトリックスに蓄えられたリン酸中を
移動し、カソード電極に達する。一方、電子(e)は、
アノード電極から外部回路を流れ、電力負荷を通って仕
事をし、カソード電極に達する。そして、アノード電極
から移動してきた水素イオン(H+ )と、カソード電極
に供給された酸素(O2 )と、外部回路で仕事をしてき
た電子(e)とにより、カソード電極1bに塗布された
触媒の作用によって、次のような反応が起こる。
オン(H+ )は、マトリックスに蓄えられたリン酸中を
移動し、カソード電極に達する。一方、電子(e)は、
アノード電極から外部回路を流れ、電力負荷を通って仕
事をし、カソード電極に達する。そして、アノード電極
から移動してきた水素イオン(H+ )と、カソード電極
に供給された酸素(O2 )と、外部回路で仕事をしてき
た電子(e)とにより、カソード電極1bに塗布された
触媒の作用によって、次のような反応が起こる。
【0010】
【化2】4H+ +O2 +4e → 2H2 O
【0011】したがって、単位セルでは、水素が酸化さ
れて水になる反応と、このときの化学エネルギーが電気
エネルギーとなって、これが外部の電気負荷に電気エネ
ルギーを与えることになる。このようにして、単位セル
5の電池としての全反応が完結する。なお、上述の反応
により生じる発熱は、所定の数の単位セル5毎に挿入さ
れた冷却板6により冷却される。ここで、単位セル5で
発生する水は、高温下では水蒸気となり、アノード電極
およびカソード電極から排出されるガスと共に、排出さ
れる。
れて水になる反応と、このときの化学エネルギーが電気
エネルギーとなって、これが外部の電気負荷に電気エネ
ルギーを与えることになる。このようにして、単位セル
5の電池としての全反応が完結する。なお、上述の反応
により生じる発熱は、所定の数の単位セル5毎に挿入さ
れた冷却板6により冷却される。ここで、単位セル5で
発生する水は、高温下では水蒸気となり、アノード電極
およびカソード電極から排出されるガスと共に、排出さ
れる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成を有する従来のリン酸形燃料電池は、以下に
述べるような解決すべき課題があった。
ような構成を有する従来のリン酸形燃料電池は、以下に
述べるような解決すべき課題があった。
【0013】すなわち、単位セル内のリン酸は、反応ガ
スの排出に伴い、単位セルから徐々に飛散する。これに
より、単位セル内のリン酸がシール機能を維持できない
量まで減少すると、ガスリークが発生して、電池内空間
10に徐々に外部雰囲気が混入する等となり、電池性能
が低下し、最後には運転が不可能となる。このようなリ
ン酸の飛散量は、燃料電池の運転温度、運転圧力、およ
びガス流量等の運転条件に依存することが判明してい
る。これについて、図5〜図7を用いて説明する。すな
わち、図5に示すように、運転温度が高いほどリン酸の
飛散速度は早くなり、リン酸の飛散量が増加する。一
方、図6に示すように、運転圧力が高くなるほどリン酸
の飛散速度は遅くなり、リン酸の飛散量が減少する。さ
らに、図7に示すように、ガス流量の増加に比例して、
リン酸の飛散速度も早くなり、リン酸の飛散量が増加す
る。
スの排出に伴い、単位セルから徐々に飛散する。これに
より、単位セル内のリン酸がシール機能を維持できない
量まで減少すると、ガスリークが発生して、電池内空間
10に徐々に外部雰囲気が混入する等となり、電池性能
が低下し、最後には運転が不可能となる。このようなリ
ン酸の飛散量は、燃料電池の運転温度、運転圧力、およ
びガス流量等の運転条件に依存することが判明してい
る。これについて、図5〜図7を用いて説明する。すな
わち、図5に示すように、運転温度が高いほどリン酸の
飛散速度は早くなり、リン酸の飛散量が増加する。一
方、図6に示すように、運転圧力が高くなるほどリン酸
の飛散速度は遅くなり、リン酸の飛散量が減少する。さ
らに、図7に示すように、ガス流量の増加に比例して、
リン酸の飛散速度も早くなり、リン酸の飛散量が増加す
る。
【0014】ここで、ガス流量は、排気ガス流量を示
し、これは、供給ガス流量と電極の触媒反応により生成
・消費したガス量を加減し、さらに燃料電池本体1の外
気雰囲気との接触部からのリークしたガス量を差し引い
たものである。しかし、燃料電池の運転中には、リーク
したガス量を測定するのは困難である。このため、排気
ガス流量を正確に算定することはできなかった。したが
って、従来は、燃料電池の運転温度、運転圧力の運転条
件がわかっていても、排気ガス流量が算定できないた
め、燃料電池の寿命、すなわち燃料電池の安定使用期間
を充分に把握することが困難となり、燃料電池の信頼性
に問題があった。
し、これは、供給ガス流量と電極の触媒反応により生成
・消費したガス量を加減し、さらに燃料電池本体1の外
気雰囲気との接触部からのリークしたガス量を差し引い
たものである。しかし、燃料電池の運転中には、リーク
したガス量を測定するのは困難である。このため、排気
ガス流量を正確に算定することはできなかった。したが
って、従来は、燃料電池の運転温度、運転圧力の運転条
件がわかっていても、排気ガス流量が算定できないた
め、燃料電池の寿命、すなわち燃料電池の安定使用期間
を充分に把握することが困難となり、燃料電池の信頼性
に問題があった。
【0015】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであり、その第1の目
的は、燃料電池の積層セル中のリン酸量を把握し、そし
て、このリン酸量から、燃料電池の寿命を算出すること
のできるリン酸形燃料電池を提供することである。ま
た、第2の目的は、燃料電池の寿命の算出を、排気ガス
によりその時点での残存リン酸量を算出して行うことの
できるリン酸形燃料電池を提供することである。第3の
目的は、燃料電池の寿命の算出を、燃料電池本体から排
出される全リン酸量から、その時点での残存リン酸量を
算出して行うことのできるリン酸形燃料電池を提供する
ことである。第4の目的は、燃料電池の寿命の算出を、
運転条件を把握することにより、単位時間当たりのリン
酸の飛散量を算出して行うことのできるリン酸形燃料電
池を提供することである。第5の目的は、電池の寿命を
表示することのできるリン酸形燃料電池を提供すること
である。第6の目的は、燃料電池の寿命の算出を、燃料
電池本体からリークするガス量を監視することにより行
うことのできるリン酸形燃料電池を提供することであ
る。
を解決するために提案されたものであり、その第1の目
的は、燃料電池の積層セル中のリン酸量を把握し、そし
て、このリン酸量から、燃料電池の寿命を算出すること
のできるリン酸形燃料電池を提供することである。ま
た、第2の目的は、燃料電池の寿命の算出を、排気ガス
によりその時点での残存リン酸量を算出して行うことの
できるリン酸形燃料電池を提供することである。第3の
目的は、燃料電池の寿命の算出を、燃料電池本体から排
出される全リン酸量から、その時点での残存リン酸量を
算出して行うことのできるリン酸形燃料電池を提供する
ことである。第4の目的は、燃料電池の寿命の算出を、
運転条件を把握することにより、単位時間当たりのリン
酸の飛散量を算出して行うことのできるリン酸形燃料電
池を提供することである。第5の目的は、電池の寿命を
表示することのできるリン酸形燃料電池を提供すること
である。第6の目的は、燃料電池の寿命の算出を、燃料
電池本体からリークするガス量を監視することにより行
うことのできるリン酸形燃料電池を提供することであ
る。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明では、アノード電極およびカソ
ード電極の間にリン酸電解質を保持したマトリックス層
を挟み、かつ、前記アノード電極およびカソード電極の
背面に、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流通路を設けて単
位セルを形成し、この単位セルを複数個積層し、その積
層方向における複数箇所に冷却板を挿入して燃料電池本
体を形成し、この燃料電池本体の側面に、前記アノード
電極およびカソード電極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを
供給・排出するマニホールドを配置し、このマニホール
ドに燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給・排出する供給ガ
ス管および排気ガス管を有し、前記マニホールドと燃料
電池本体との間をシールしてなるリン酸形燃料電池にお
いて、前記マニホールドまたは排気ガス管に、前記燃料
電池本体から排出される排気ガス量を測定する排気ガス
量測定手段が設けられていることを特徴としている。
に、請求項1記載の発明では、アノード電極およびカソ
ード電極の間にリン酸電解質を保持したマトリックス層
を挟み、かつ、前記アノード電極およびカソード電極の
背面に、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流通路を設けて単
位セルを形成し、この単位セルを複数個積層し、その積
層方向における複数箇所に冷却板を挿入して燃料電池本
体を形成し、この燃料電池本体の側面に、前記アノード
電極およびカソード電極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを
供給・排出するマニホールドを配置し、このマニホール
ドに燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給・排出する供給ガ
ス管および排気ガス管を有し、前記マニホールドと燃料
電池本体との間をシールしてなるリン酸形燃料電池にお
いて、前記マニホールドまたは排気ガス管に、前記燃料
電池本体から排出される排気ガス量を測定する排気ガス
量測定手段が設けられていることを特徴としている。
【0017】請求項2記載の発明では、請求項1記載の
排気ガス量測定手段として、積算ガス流量計が設けられ
ていることを特徴としている。請求項3記載の発明で
は、請求項1記載の排気ガス量測定手段として、水蒸気
凝縮器と積算ガス流量計を設けられていることを特徴と
している。請求項4記載の発明では、請求項1〜3記載
の燃料電池本体には、燃料電池本体の運転温度または運
転圧力を測定する運転条件測定手段が設けられているこ
とを特徴としている。請求項5記載の発明では、請求項
4記載の排気ガス量測定手段および運転条件測定手段に
は、それぞれの測定値から燃料電池本体内部に残存する
リン酸量や電池の余寿命を算出してこれを表示する処理
手段が接続されていることを特徴としている。請求項6
記載の発明では、請求項1記載のマニホールドまたは供
給ガス管に、前記燃料電池本体に供給される供給ガス量
を測定する供給ガス量測定手段が設けられ、これで測定
された供給ガス量と前記排気ガス量測定手段で測定され
た排気ガス流量から、電池本体からのリークするガス量
を算出するリークガス量算出手段が設けられていること
を特徴としている。
排気ガス量測定手段として、積算ガス流量計が設けられ
ていることを特徴としている。請求項3記載の発明で
は、請求項1記載の排気ガス量測定手段として、水蒸気
凝縮器と積算ガス流量計を設けられていることを特徴と
している。請求項4記載の発明では、請求項1〜3記載
の燃料電池本体には、燃料電池本体の運転温度または運
転圧力を測定する運転条件測定手段が設けられているこ
とを特徴としている。請求項5記載の発明では、請求項
4記載の排気ガス量測定手段および運転条件測定手段に
は、それぞれの測定値から燃料電池本体内部に残存する
リン酸量や電池の余寿命を算出してこれを表示する処理
手段が接続されていることを特徴としている。請求項6
記載の発明では、請求項1記載のマニホールドまたは供
給ガス管に、前記燃料電池本体に供給される供給ガス量
を測定する供給ガス量測定手段が設けられ、これで測定
された供給ガス量と前記排気ガス量測定手段で測定され
た排気ガス流量から、電池本体からのリークするガス量
を算出するリークガス量算出手段が設けられていること
を特徴としている。
【0018】
【作用】以上のような構成を有する本発明の作用は、次
の通りである。すなわち、請求項1記載の発明では、単
位電池内のリン酸は、反応ガスの排出に伴い、単位セル
から徐々に飛散する。この飛散量は、燃料電池の運転温
度、運転圧力、およびガス流量等の運転条件に依存する
ことが判明している。このため、排気ガス量を測定する
ことにより、排出されたリン酸量が求められ、これか
ら、燃料電池に残存するリン酸量を算出することができ
る。
の通りである。すなわち、請求項1記載の発明では、単
位電池内のリン酸は、反応ガスの排出に伴い、単位セル
から徐々に飛散する。この飛散量は、燃料電池の運転温
度、運転圧力、およびガス流量等の運転条件に依存する
ことが判明している。このため、排気ガス量を測定する
ことにより、排出されたリン酸量が求められ、これか
ら、燃料電池に残存するリン酸量を算出することができ
る。
【0019】特に、請求項2記載の発明では、排気ガス
量の測定に積算型の流量計を使用することにより、その
時点でのリン酸の総飛散量がわかり、残存リン酸量が容
易に算出される。さらに、請求項3記載の発明では、単
位セルでの反応時には、水が生成され、これが水蒸気と
なって排気されるガスと共に排出される。この単位セル
で生成された水の量は、反応に使用したガス量として換
算することができる。したがって、積算ガス流量計で測
定された値に、水からの換算ガス量を加えることによ
り、排気ガスの積算量とする。この積算量から、リン酸
の飛散量が求められ、正確な残存リン酸量が算出され
る。
量の測定に積算型の流量計を使用することにより、その
時点でのリン酸の総飛散量がわかり、残存リン酸量が容
易に算出される。さらに、請求項3記載の発明では、単
位セルでの反応時には、水が生成され、これが水蒸気と
なって排気されるガスと共に排出される。この単位セル
で生成された水の量は、反応に使用したガス量として換
算することができる。したがって、積算ガス流量計で測
定された値に、水からの換算ガス量を加えることによ
り、排気ガスの積算量とする。この積算量から、リン酸
の飛散量が求められ、正確な残存リン酸量が算出され
る。
【0020】請求項4記載の発明では、燃料電池本体
に、この運転温度または運転圧力を測定する運転条件測
定手段として、例えば温度センサや圧力センサが設けら
れることにより、単位時間当たりのリン酸の飛散量を求
めることができる。そして、前述のように求められた残
存リン酸量が燃料電池に必要なリン酸量の下限値まで減
少する時間、すなわち燃料電池の余寿命を予測すること
が可能となる。
に、この運転温度または運転圧力を測定する運転条件測
定手段として、例えば温度センサや圧力センサが設けら
れることにより、単位時間当たりのリン酸の飛散量を求
めることができる。そして、前述のように求められた残
存リン酸量が燃料電池に必要なリン酸量の下限値まで減
少する時間、すなわち燃料電池の余寿命を予測すること
が可能となる。
【0021】請求項5記載の発明では、前記リン酸の飛
散量の算定や燃料電池の余寿命の予測については、排気
ガス量測定手段や運転条件測定手段に、燃料電池の運転
温度、運転圧力、およびガス流量等の運転条件が予め記
憶させてある処理手段を接続することにより、容易に算
出して表示される。
散量の算定や燃料電池の余寿命の予測については、排気
ガス量測定手段や運転条件測定手段に、燃料電池の運転
温度、運転圧力、およびガス流量等の運転条件が予め記
憶させてある処理手段を接続することにより、容易に算
出して表示される。
【0022】請求項6記載の発明では、排気ガス量測定
手段と共に、供給ガス量測定手段を設けることにより、
供給ガス流量と排気ガス流量を比較して、電池本体から
のリークするガス量を算出し、運転が監視される。した
がって、単位時間のリークガス量が正常運転時よりも増
加した場合に、燃料電池の余寿命または燃料電池の異常
が検出される。
手段と共に、供給ガス量測定手段を設けることにより、
供給ガス流量と排気ガス流量を比較して、電池本体から
のリークするガス量を算出し、運転が監視される。した
がって、単位時間のリークガス量が正常運転時よりも増
加した場合に、燃料電池の余寿命または燃料電池の異常
が検出される。
【0023】
【実施例】以下、本発明によるリン酸形燃料電池の一実
施例について、図面を参照して具体的に説明する。
施例について、図面を参照して具体的に説明する。
【0024】(1)第1実施例 図1は、本実施例のリン酸形燃料電池の構成を示す模式
図である。なお、前述した図4の従来技術と同一部分に
は同一符号を付し、説明を省略する。
図である。なお、前述した図4の従来技術と同一部分に
は同一符号を付し、説明を省略する。
【0025】すなわち、本実施例では、図1に示すよう
に、マニホールド7の供給口7aに供給ガス管11が、
排気口7bに排気ガス管12が接続されている。排気ガ
ス管12には、燃料電池本体から排出される排気ガス量
を測定する排気ガス量測定手段として、水蒸気凝縮器1
3と排気ガス積算流量計14が設けられている。水蒸気
凝縮器13は、マニホールド7から排出された排気ガス
中から水蒸気を凝縮除去し、水蒸気の除去されたガスを
排気ガス積算流量計14に送るように構成されている。
一方、積層セル2には、燃料電池の運転条件測定手段と
して、積層セル2内の温度を測定する温度センサ15が
設けられ、その測定値の表示部は、マニホールド7外部
に設けられている。
に、マニホールド7の供給口7aに供給ガス管11が、
排気口7bに排気ガス管12が接続されている。排気ガ
ス管12には、燃料電池本体から排出される排気ガス量
を測定する排気ガス量測定手段として、水蒸気凝縮器1
3と排気ガス積算流量計14が設けられている。水蒸気
凝縮器13は、マニホールド7から排出された排気ガス
中から水蒸気を凝縮除去し、水蒸気の除去されたガスを
排気ガス積算流量計14に送るように構成されている。
一方、積層セル2には、燃料電池の運転条件測定手段と
して、積層セル2内の温度を測定する温度センサ15が
設けられ、その測定値の表示部は、マニホールド7外部
に設けられている。
【0026】以上のように構成される本実施例の作用・
効果は次のようになる。すなわち、マニホールド7から
の排気ガスは、水蒸気凝縮器13を通過した後、排気ガ
ス積算流量計14に送られる。ここで、単位セルでの反
応により生じた水は、水蒸気として、各セルから排出さ
れるガスと共に排出される。この水蒸気が排気ガス積算
流量計14に流入すると、ここで凝縮が起こり、正確な
ガス量を測定することが困難となる。このため、まず、
排気ガス中に含まれる水蒸気を水蒸気凝縮器13により
除去する。この時、水蒸気凝縮器13では、凝縮して得
られた水蒸気量(水量)が測定される。次に、水蒸気の
除去された排気ガスは、排気ガス積算流量計14により
ガス量が測定される。そして、排気ガス積算流量計14
により得られたガス量に、水蒸気凝縮器13で得られた
水量を反応に使用されたガス量として換算して加えるこ
とにより、排気ガスの積算流量が算出され、表示され
る。これは、図7のガス流量とリン酸飛散量の関係を示
すグラフにより、その時点までのリン酸の飛散量を求め
ることができる。したがって、燃料電池の運転開始時の
リン酸の初期量と飛散量の差から、燃料電池に残存する
リン酸量を把握することができる。
効果は次のようになる。すなわち、マニホールド7から
の排気ガスは、水蒸気凝縮器13を通過した後、排気ガ
ス積算流量計14に送られる。ここで、単位セルでの反
応により生じた水は、水蒸気として、各セルから排出さ
れるガスと共に排出される。この水蒸気が排気ガス積算
流量計14に流入すると、ここで凝縮が起こり、正確な
ガス量を測定することが困難となる。このため、まず、
排気ガス中に含まれる水蒸気を水蒸気凝縮器13により
除去する。この時、水蒸気凝縮器13では、凝縮して得
られた水蒸気量(水量)が測定される。次に、水蒸気の
除去された排気ガスは、排気ガス積算流量計14により
ガス量が測定される。そして、排気ガス積算流量計14
により得られたガス量に、水蒸気凝縮器13で得られた
水量を反応に使用されたガス量として換算して加えるこ
とにより、排気ガスの積算流量が算出され、表示され
る。これは、図7のガス流量とリン酸飛散量の関係を示
すグラフにより、その時点までのリン酸の飛散量を求め
ることができる。したがって、燃料電池の運転開始時の
リン酸の初期量と飛散量の差から、燃料電池に残存する
リン酸量を把握することができる。
【0027】一方、積層セル2内は、温度センサ15に
より温度が測定される。このセル内温度の測定値は、図
5の運転温度とリン酸飛散量の関係を示すグラフによ
り、リン酸飛散速度(単位時間当りのリン酸の飛散量)
を算出することができる。これにより、排気ガスの積算
流量により求めた燃料電池に残存するリン酸について、
これが飛散して燃料電池として必要な下限値を下回るま
でにかかる時間を予測することが可能となる。したがっ
て、燃料電池の余寿命を把握することができるリン酸形
燃料電池を提供することができる。
より温度が測定される。このセル内温度の測定値は、図
5の運転温度とリン酸飛散量の関係を示すグラフによ
り、リン酸飛散速度(単位時間当りのリン酸の飛散量)
を算出することができる。これにより、排気ガスの積算
流量により求めた燃料電池に残存するリン酸について、
これが飛散して燃料電池として必要な下限値を下回るま
でにかかる時間を予測することが可能となる。したがっ
て、燃料電池の余寿命を把握することができるリン酸形
燃料電池を提供することができる。
【0028】(2)第2実施例 本発明では、上述の第1実施例を次のように構成するこ
とも可能である。なお、図2は、本実施例のリン酸形燃
料電池の構成を示す模式図であり、上述した実施例と同
一部分には同一符号を付し、説明を省略する。
とも可能である。なお、図2は、本実施例のリン酸形燃
料電池の構成を示す模式図であり、上述した実施例と同
一部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【0029】すなわち、本実施例では、図2に示すよう
に、前記温度センサ15に温度測定器16が接続されて
いる。そして、前記排気ガス積算流量計14および温度
測定器16に、それぞれで得られた測定値を処理して、
結果を表示する処理手段として計算機17が接続されて
いる。
に、前記温度センサ15に温度測定器16が接続されて
いる。そして、前記排気ガス積算流量計14および温度
測定器16に、それぞれで得られた測定値を処理して、
結果を表示する処理手段として計算機17が接続されて
いる。
【0030】このように構成することにより、計算機1
7で、排気ガス積算流量計14および温度測定器16で
得られた測定値から、リン酸飛散量が算定され、さらに
セル内のリン酸残存量や燃料電池の余寿命を算定され、
これが表示される。したがって、計算機17が設けられ
たことにより、燃料電池の余寿命を適確に把握すること
ができ、信頼性に優れたリン酸形燃料電池とすることが
できる。
7で、排気ガス積算流量計14および温度測定器16で
得られた測定値から、リン酸飛散量が算定され、さらに
セル内のリン酸残存量や燃料電池の余寿命を算定され、
これが表示される。したがって、計算機17が設けられ
たことにより、燃料電池の余寿命を適確に把握すること
ができ、信頼性に優れたリン酸形燃料電池とすることが
できる。
【0031】(3)第3実施例 本発明では、図2に示すような構成とすることもでき
る。なお、上述の実施例と同様の部材には、同一符号を
付し、説明は省略する。
る。なお、上述の実施例と同様の部材には、同一符号を
付し、説明は省略する。
【0032】すなわち、本実施例では、図3に示すよう
に、供給ガス管11には、燃料電池に供給される反応ガ
スの供給量を測定する供給ガス量測定手段として供給ガ
ス積算流量計18が設けられている。一方、排気ガス管
12には、水蒸気凝縮器13と排気ガス積算流量計14
が設けられている。さらに、供給ガス積算流量計18お
よび排気ガス積算流量計14には、それぞれで得られた
測定値を処理して、結果を表示するために、リークガス
量算出手段として計算機19が接続されている。
に、供給ガス管11には、燃料電池に供給される反応ガ
スの供給量を測定する供給ガス量測定手段として供給ガ
ス積算流量計18が設けられている。一方、排気ガス管
12には、水蒸気凝縮器13と排気ガス積算流量計14
が設けられている。さらに、供給ガス積算流量計18お
よび排気ガス積算流量計14には、それぞれで得られた
測定値を処理して、結果を表示するために、リークガス
量算出手段として計算機19が接続されている。
【0033】このような構成の本実施例では、計算機1
9において、供給ガス積算流量計18で得られた供給ガ
スの積算流量と、排気ガス積算流量計14で得られた排
気ガスの積算流量とを比較する。そして、排気ガス積算
流量計14によりリン酸の飛散量が算出される。また、
供給ガスの積算流量から、反応に使用されたガス量を含
めた排気ガスの積算流量を差し引くことにより、燃料電
池の運転中に、本体からリークするガス量が算出され
る。
9において、供給ガス積算流量計18で得られた供給ガ
スの積算流量と、排気ガス積算流量計14で得られた排
気ガスの積算流量とを比較する。そして、排気ガス積算
流量計14によりリン酸の飛散量が算出される。また、
供給ガスの積算流量から、反応に使用されたガス量を含
めた排気ガスの積算流量を差し引くことにより、燃料電
池の運転中に、本体からリークするガス量が算出され
る。
【0034】したがって、計算機19では、燃料電池に
残存するリン酸量が表示されると共に、燃料電池本体か
らのリークするガス量が監視され、これが表示される。
特に、単位時間当たりのリークガス量が正常運転時より
も増加した場合に、増加が検出される。これにより、本
実施例では、残存するリン酸量と、リークするガス量に
より燃料電池の余寿命を正確に把握することができる。
さらに、残存するリン酸量が、燃料電池を運転するため
の下限値よりも多いにもかかわらず、燃料電池本体から
のリークするガス量が正常運転時よりも増加した場合に
は、シール部分に異常が発生したとして検知することが
できる。したがって、本実施例では、燃料電池の余寿命
の把握と共に、シール部分の異常を検知することがで
き、信頼性に優れたリン酸形燃料電池を提供することが
できる。
残存するリン酸量が表示されると共に、燃料電池本体か
らのリークするガス量が監視され、これが表示される。
特に、単位時間当たりのリークガス量が正常運転時より
も増加した場合に、増加が検出される。これにより、本
実施例では、残存するリン酸量と、リークするガス量に
より燃料電池の余寿命を正確に把握することができる。
さらに、残存するリン酸量が、燃料電池を運転するため
の下限値よりも多いにもかかわらず、燃料電池本体から
のリークするガス量が正常運転時よりも増加した場合に
は、シール部分に異常が発生したとして検知することが
できる。したがって、本実施例では、燃料電池の余寿命
の把握と共に、シール部分の異常を検知することがで
き、信頼性に優れたリン酸形燃料電池を提供することが
できる。
【0035】(4)他の実施例 本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、具
体的な部材の配置位置や構成は適宜変更可能である。例
えば、水蒸気凝縮器13と排気ガス積算流量計14につ
いては、それぞれ測定データは別個に表示するように構
成することもできる。そして、第2および第3実施例で
は、それぞれを計算機17に接続して、燃料電池の余寿
命を算出させることもできる。さらに、水蒸気凝縮器1
3と排気ガス積算流量計14を一体化した排気ガス量測
定手段を設けることも可能である。なお、上記の水蒸気
凝縮器13および排気ガス積算流量計14等のガス量測
定手段、および供給ガス量測定手段は、耐リン酸性およ
び耐熱性を有したものにより構成されるものである。
体的な部材の配置位置や構成は適宜変更可能である。例
えば、水蒸気凝縮器13と排気ガス積算流量計14につ
いては、それぞれ測定データは別個に表示するように構
成することもできる。そして、第2および第3実施例で
は、それぞれを計算機17に接続して、燃料電池の余寿
命を算出させることもできる。さらに、水蒸気凝縮器1
3と排気ガス積算流量計14を一体化した排気ガス量測
定手段を設けることも可能である。なお、上記の水蒸気
凝縮器13および排気ガス積算流量計14等のガス量測
定手段、および供給ガス量測定手段は、耐リン酸性およ
び耐熱性を有したものにより構成されるものである。
【0036】また、本発明では、第1および第2実施例
において、燃料電池の運転条件を検出する手段として、
温度センサを圧力センサに変更することも可能である。
この場合も、図6の運転圧力とリン酸飛散量の関係を示
すグラフにより、リン酸飛散速度(単位時間当りのリン
酸の飛散量)を算出することができる。これにより、第
1および第2実施例と同様に、燃料電池の余寿命を把握
することが可能となる。
において、燃料電池の運転条件を検出する手段として、
温度センサを圧力センサに変更することも可能である。
この場合も、図6の運転圧力とリン酸飛散量の関係を示
すグラフにより、リン酸飛散速度(単位時間当りのリン
酸の飛散量)を算出することができる。これにより、第
1および第2実施例と同様に、燃料電池の余寿命を把握
することが可能となる。
【0037】さらに、本発明では、第3実施例におい
て、計算機17を接続せずに、それぞれに測定値を処理
・表示するように構成することも可能である。これは、
正常運転時よりもリークするガス量が増加してきた場合
には、単位セル内のリン酸がシール機能を十分に維持で
きない量まで減少してきたと判断できる。そして、その
リークするガスの増加量から、燃料電池の余寿命を判断
することができ、信頼性に優れたリン酸形燃料電池とす
ることができる。
て、計算機17を接続せずに、それぞれに測定値を処理
・表示するように構成することも可能である。これは、
正常運転時よりもリークするガス量が増加してきた場合
には、単位セル内のリン酸がシール機能を十分に維持で
きない量まで減少してきたと判断できる。そして、その
リークするガスの増加量から、燃料電池の余寿命を判断
することができ、信頼性に優れたリン酸形燃料電池とす
ることができる。
【0038】また、本発明では、第3実施例に、運転条
件の検出手段として、温度センサまたは圧力センサを配
設することもできる。この場合、第1および第2実施例
と同様に、リン酸飛散速度(単位時間当りのリン酸の飛
散量)が算出され、これにより、より正確な燃料電池の
余寿命の算定が可能となる。
件の検出手段として、温度センサまたは圧力センサを配
設することもできる。この場合、第1および第2実施例
と同様に、リン酸飛散速度(単位時間当りのリン酸の飛
散量)が算出され、これにより、より正確な燃料電池の
余寿命の算定が可能となる。
【0039】さらに、本発明では、排気ガス量測定手段
や供給ガス量測定手段は、それぞれ排気ガス管や供給ガ
ス管に設けることに限定されず、マニホールドの反応ガ
スの供給口7aや排気口7bに設けることも可能であ
る。
や供給ガス量測定手段は、それぞれ排気ガス管や供給ガ
ス管に設けることに限定されず、マニホールドの反応ガ
スの供給口7aや排気口7bに設けることも可能であ
る。
【0040】
【発明の効果】以上、本発明によれば、燃料電池本体の
排気ガス量を測定する排気ガス量測定手段が設けられて
いるため、燃料電池からのリン酸の飛散量の算出が可能
となり、これから燃料電池に残存するリン酸量を把握す
ることができる。また、電池運転温度、電池運転圧力等
の運転条件から、リン酸の飛散速度が推定され、燃料電
池の余寿命を算出することができ、信頼性の高いリン酸
型燃料電池を提供することができる。
排気ガス量を測定する排気ガス量測定手段が設けられて
いるため、燃料電池からのリン酸の飛散量の算出が可能
となり、これから燃料電池に残存するリン酸量を把握す
ることができる。また、電池運転温度、電池運転圧力等
の運転条件から、リン酸の飛散速度が推定され、燃料電
池の余寿命を算出することができ、信頼性の高いリン酸
型燃料電池を提供することができる。
【0041】また、燃料電池本体の排気ガス量を測定す
る排気ガス量測定手段と共に、供給ガス量を測定する供
給ガス量測定手段が設けられることにより、その差から
燃料電池本体からのリークするガス量を監視して、燃料
電池の寿命の把握およびシール部の異常の検出が可能と
なるリン酸型燃料電池を提供することができる。
る排気ガス量測定手段と共に、供給ガス量を測定する供
給ガス量測定手段が設けられることにより、その差から
燃料電池本体からのリークするガス量を監視して、燃料
電池の寿命の把握およびシール部の異常の検出が可能と
なるリン酸型燃料電池を提供することができる。
【図1】本発明のリン酸形燃料電池の第1実施例の構成
を示す模式図。
を示す模式図。
【図2】本発明の第2実施例の構成を示す模式図。
【図3】本発明の第3実施例の構成を示す模式図。
【図4】従来のリン酸型燃料電池の構成の一例を示す部
分断面図。
分断面図。
【図5】燃料電池の運転温度とリン酸飛散量の関係を示
すグラフ。
すグラフ。
【図6】燃料電池の運転圧力とリン酸飛散量の関係を示
すグラフ。
すグラフ。
【図7】燃料電池のガス流量とリン酸飛散量の関係を示
すグラフ。
すグラフ。
1 … 燃料電池本体 2 … 積層セル 3 … 集電板 4 … 締付板 6 … 冷却板 7 … マニホールド 8 … 成形パッキング 9 … フッ素樹脂系シール 10 … 電池内空間 11 … 供給ガス管 12 … 排気ガス管 13 … 水蒸気凝縮器 14 … 排気ガス積算流量計 15 … 温度センサ 16 … 温度測定器 17,19 … 計算機 18 … 供給ガス積算流量計
Claims (6)
- 【請求項1】 アノード電極およびカソード電極の間に
リン酸電解質を保持したマトリックス層を挟み、かつ、
前記アノード電極およびカソード電極の背面に、燃料ガ
スおよび酸化剤ガスの流通路を設けて単位セルを形成
し、この単位セルを複数個積層し、その積層方向におけ
る複数箇所に冷却板を挿入して燃料電池本体を形成し、
この燃料電池本体の側面に、前記アノード電極およびカ
ソード電極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給・排出す
るマニホールドを配置し、このマニホールドに燃料ガス
および酸化剤ガスを供給・排出する供給ガス管および排
気ガス管を有し、前記マニホールドと燃料電池本体との
間をシールしてなるリン酸形燃料電池において、 前記マニホールドまたは排気ガス管に、前記燃料電池本
体から排出される排気ガス量を測定する排気ガス量測定
手段が設けられていることを特徴とするリン酸形燃料電
池。 - 【請求項2】 前記排気ガス量測定手段として、積算ガ
ス流量計が設けられていることを特徴とする請求項1記
載のリン酸形燃料電池。 - 【請求項3】 前記排気ガス量測定手段として、水蒸気
凝縮器と積算ガス流量計が設けられていることを特徴と
する請求項1記載のリン酸形燃料電池。 - 【請求項4】 前記燃料電池本体には、燃料電池本体の
運転温度または運転圧力を測定する運転条件測定手段が
設けられていることを特徴とする請求項1または請求項
2または請求項3記載のリン酸形燃料電池。 - 【請求項5】 前記排気ガス量測定手段および運転条件
測定手段には、それぞれの測定値から燃料電池本体内部
に残存するリン酸量や電池の余寿命を算出してこれを表
示する処理手段が接続されていることを特徴とする請求
項4記載のリン酸形燃料電池。 - 【請求項6】 前記マニホールドまたは供給ガス管に、
前記燃料電池本体に供給される供給ガス量を測定する供
給ガス量測定手段が設けられ、これで測定された供給ガ
ス量と前記排気ガス量測定手段で測定された排気ガス流
量から、電池本体からのリークするガス量を算出するリ
ークガス量算出手段が設けられていることを特徴とする
請求項1記載のリン酸形燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6048858A JPH07263011A (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | リン酸形燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6048858A JPH07263011A (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | リン酸形燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07263011A true JPH07263011A (ja) | 1995-10-13 |
Family
ID=12814978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6048858A Pending JPH07263011A (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | リン酸形燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07263011A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114649550A (zh) * | 2020-12-21 | 2022-06-21 | 北京亿华通科技股份有限公司 | 燃料电池寿命预测方法、燃料电池系统、车辆和存储介质 |
-
1994
- 1994-03-18 JP JP6048858A patent/JPH07263011A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114649550A (zh) * | 2020-12-21 | 2022-06-21 | 北京亿华通科技股份有限公司 | 燃料电池寿命预测方法、燃料电池系统、车辆和存储介质 |
| CN114649550B (zh) * | 2020-12-21 | 2023-11-28 | 北京亿华通科技股份有限公司 | 燃料电池寿命预测方法、燃料电池系统、车辆和存储介质 |
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