JPH0982351A - リン酸型燃料電池発電装置 - Google Patents

リン酸型燃料電池発電装置

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JPH0982351A
JPH0982351A JP7230589A JP23058995A JPH0982351A JP H0982351 A JPH0982351 A JP H0982351A JP 7230589 A JP7230589 A JP 7230589A JP 23058995 A JP23058995 A JP 23058995A JP H0982351 A JPH0982351 A JP H0982351A
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JP
Japan
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refrigerant
phosphoric acid
fuel cell
temperature sensor
pipe
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JP7230589A
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English (en)
Inventor
Takashi Ujiie
孝 氏家
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

(57)【要約】 【課題】発電運転を停止することなく単セルで生じるリ
ン酸不足状態を早期に検知する手段を備え、安全に運転
できるものとする。 【解決手段】燃料電池積層体1が電解質層にリン酸を用
いた単セルをセパレータを介在させて積層し、冷却管2
1を埋設した冷却板20を組み込んで構成されるものに
あって、冷却管21の一端に冷媒供給用ヘッダー22を
介して連通し、冷媒を供給する冷媒供給管24に冷媒入
口側温度センサー2を設け、冷却管21の他端に冷媒排
出用ヘッダー23を介して連通し、冷媒を排出する冷媒
排出管25に冷媒出口側温度センサー3を設け、これら
の温度センサーの出力を異常検出回路4へと導き、温度
の差が基準値を越えると異常信号を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、リン酸を電解質
として用いるリン酸型燃料電池発電装置、特にリン酸の
不足を監視する機能を備えた発電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】リン酸型燃料電池発電装置は、マトリッ
クスにリン酸を保持した電解質層を燃料極と空気極とに
より挟持してなる単セルを積層して燃料電池積層体を構
成し、燃料極に燃料ガスとして水素を、また空気極に酸
化剤ガスとして酸素を供給し、電気化学反応により発電
する装置である。
【0003】図2は、リン酸型燃料電池発電装置の燃料
電池積層体の一例を示す分解斜視図である。リン酸を保
持したマトリックスからなる電解質層11を燃料極12
と空気極13とにより挟持して単セル10が形成されて
いる。燃料極12は、燃料ガスを通流する溝を備えたリ
ブ付き燃料極基材に燃料極触媒層を密着して構成され、
また空気極13は、燃料ガスと直交する方向に空気を通
流する溝を備えたリブ付き空気極基材に空気極触媒層を
密着して構成されている。このように形成された単セル
10をガス不拡散性のセパレータ14を介在させて積層
し、複数層積層するごとに冷却板20を組み込んで燃料
電池積層体を構成している。冷却板20には複数の冷却
管21が埋設されており、この冷却管21に冷媒として
冷却水を通流して燃料電池積層体を冷却することによ
り、電気化学反応に伴う発熱を除去して運転温度を所定
温度に保持する。
【0004】図3は、上記の冷却板20の構成を示す斜
視図である。方形の冷却板20には複数の同一管径の冷
却管21が並列に埋設されており、冷却管21の管末
は、それぞれ冷媒供給管24に取り付けられて冷媒供給
用ヘッダー22と、冷媒排出管25に取り付けられて冷
媒排出用ヘッダー23に連結されている。したがって、
冷媒として送られる冷却水は、冷媒供給管24より冷媒
供給用ヘッダー22へと導かれたのち複数の冷却管21
をほぼ均等に分流して冷却板20を冷却し、冷媒排出用
ヘッダー23に集められて冷媒排出管25より排出され
ることとなる。
【0005】上記のごとく構成された燃料電池積層体の
各側面に、それぞれ燃料ガスと空気の供給用マニホール
ドおよび排出用マニホールドを組み込み、運転温度を 1
90℃程度に保持しながら、燃料ガスと空気を通流すれ
ば、各単セル10で電気化学反応が生じて発電運転が持
続されることとなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように構成された
燃料電池積層体を用いるリン酸型燃料電池発電装置にお
いては、各単セル10の空気極13で主として生じる電
気化学反応の生成水の蒸気が空気極基材を透過して空気
通流用の溝へと放出される際に、これに伴ってリン酸が
飛散し、電解質層11のリン酸が徐々に減少するので、
発電運転の進行とともに、やがてはリン酸が不足する事
態に至ることとなる。電解質層11のリン酸が不足する
と、電極触媒の活性が低下するので高負荷時の発電電圧
の低下が大きくなり、またリン酸の不足が不均等に生じ
るとリン酸を保持している部分に電流が集中し電流密度
が高まるので、過負荷となって損傷する危険性がある。
また、さらにリン酸の不足が進行すると、燃料ガスと空
気との差圧によって電解質層11のマトリックスを透過
して反応ガスが漏洩し、反応ガス間で直接反応が起こっ
て、燃料電池積層体に多大な損傷を与える危険性があ
る。
【0007】このような重大な損傷の発生を回避するた
めには、リン酸の不足状態を早期に検知して対応策を講
じることが必要である。このため従来のリン酸型燃料電
池発電装置では、高負荷時の発電電圧の低下度の監
視、起動時における無負荷電圧の低下度の監視、ある
いは、外部から単セルに差圧を加えてのガス透過量の
測定等によりリン酸の不足を検知する手段が採られてい
る。
【0008】しかしながら、上記のやの手段におい
ては、単セルの積層数の多い燃料電池積層体の場合に
は、かなりの個数の単セルでリン酸が不足しなければ電
圧の低下による検知は困難であるので、局部的な不足の
発生を見逃してしまう危険性があり、検知された時点で
は既にかなりの規模の損傷が生じてしまっている危険性
が高い。また、の手段においては差圧を加えることと
なるので、局部的にリン酸が不足した単セルに対しては
きびしい条件となり、加えた差圧によってリン酸が不足
した部分に残存するリン酸が吹き抜けてしまうという危
険性がある。
【0009】本発明は、上記のごとき従来技術の難点を
考慮してなされたもので、本発明の目的は、単セルで生
じるリン酸不足状態を早期に検知する手段を備え、安全
に運転できるリン酸型燃料電池発電装置を提供すること
にある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、マトリックスにリン酸を保持
した電解質層を燃料極と空気極とで挟持してなる単セル
を複数層ごとに冷却板を介在させつつ積層して構成され
る燃料電池積層体を備え、燃料極に燃料ガスを、また空
気極に酸化剤ガスを供給して、電気化学反応により発電
し、発電に伴う発熱を冷却板に埋設した冷却管に冷媒を
通流して除熱するリン酸型燃料電池発電装置において、
冷却管に冷媒を供給する冷媒供給管に、通流する冷媒の
温度を検知する冷媒入口側温度センサーを備え、また冷
却管より冷媒を排出する冷媒排出管に、通流する冷媒の
温度を検知する冷媒出口側温度センサーを備え、さら
に、冷媒入口側温度センサーと冷媒出口側温度センサー
の出力を入力として冷却管での冷媒の温度上昇を算出
し、その値が無負荷運転状態において基準値を越えたと
き異常信号を発する異常検出回路を備えることとする。
【0011】リン酸型燃料電池発電装置を上記のごとく
とすれば、無負荷時には電気化学反応が起こらないの
で、これに伴う発熱もない。したがって、燃料電池積層
体が正常であれば、冷却板に埋設した冷却管を流れる冷
媒は加熱されることなく排出されるので、冷媒入口側温
度センサーで検知される冷媒の温度と冷媒出口側温度セ
ンサーで検知される冷媒の温度は、ほぼ同一となる。こ
れに対して、電解質層のリン酸の不足が進行しマトリッ
クスを透過して反応ガスが漏洩すると、反応ガスが単セ
ル内で直接反応を起こし発熱することとなるので、無負
荷時においても冷却管を流れる冷媒は加熱され、冷媒出
口側温度センサーで検知される冷媒の温度は冷媒入口側
温度センサーで検知される冷媒の温度より高くなる。し
たがって、無負荷運転状態において、冷媒入口側温度セ
ンサーと冷媒出口側温度センサーの出力より冷媒の温度
上昇を算出し、その値を基準値と比較することにより電
解質層のリン酸の不足が知られることとなる。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は、本発明のリン酸型燃料電
池発電装置の実施の形態を示す異常検出手段の基本構成
図である。本図において、模式的に表示された燃料電池
積層体1は、電解質層にリン酸を用いた単セルをセパレ
ータを介在させて積層し、冷却板20を組み込んで構成
されている。燃料電池積層体1に組み込まれた冷却板2
0には、それぞれ複数の冷却管21が埋設されており、
これらの冷却管21の一端は冷媒供給用ヘッダー22を
介して冷媒供給管24へ連結され、他端は冷媒排出用ヘ
ッダー23を介して冷媒排出管25へ連結されている。
さらに、本構成においては、電解質層のリン酸の不足状
態を検出する異常検出手段として、冷媒供給管24の入
口側に通流する冷媒の温度を検知する冷媒入口側温度セ
ンサー2が、また冷媒排出管25の出口側に通流する冷
媒の温度を検知する冷媒出口側温度センサー3が組み込
まれ、さらに、これら二つの温度センサーの出力を入力
として冷却管での冷媒の温度上昇を算出し、その値が無
負荷運転状態において基準値を越えるとき異常信号を発
する異常検出回路4が備えられている。
【0013】本構成によれば、電解質層のリン酸量が正
常であれば、無負荷運転状態においては燃料電池積層体
1の内部での発熱が無く冷媒が加熱されることがないた
め、二つの温度センサーの出力から得られる冷媒の温度
上昇は基準値以下に保たれるので異常検出回路4が異常
信号を発することはない。電解質層のリン酸量が不足
し、マトリックスを透過して反応ガスが漏洩すると、反
応ガスが単セル内で直接反応を起こし発熱することとな
るので、無負荷時においても冷却管を流れる冷媒は加熱
される。したがって、二つの温度センサーの出力から得
られる冷媒の温度上昇は基準値を越え、異常検出回路4
が異常信号を発するので、容易にリン酸の不足の事態が
生じたことがわかることとなる。
【0014】なお、上記の構成例においては、冷媒排出
管25の出口側に冷媒出口側温度センサー3を組み込み
排出される冷媒の温度を検知することにより、燃料電池
積層体1の各単セルにおけるリン酸の不足の事態を一括
して検知する方法をもちいているが、冷媒出口側温度セ
ンサー3を各冷却板20の冷却管21に連結された冷媒
排出用ヘッダー23の出口部分に組み込めば、リン酸の
不足の発生個所が分割して検知されるので、より効果的
である。
【0015】
【発明の効果】上述のように、本発明においては、マト
リックスにリン酸を保持した電解質層を燃料極と空気極
とで挟持してなる単セルを複数層ごとに冷却板を介在さ
せつつ積層して構成される燃料電池積層体を備え、燃料
極に燃料ガスを、また空気極に酸化剤ガスを供給して、
電気化学反応により発電し、発電に伴う発熱を冷却板に
埋設した冷却管に冷媒を通流して除熱するリン酸型燃料
電池発電装置において、冷却管に冷媒を供給する冷媒供
給管に、通流する冷媒の温度を検知する冷媒入口側温度
センサーを備え、また冷却管より冷媒を排出する冷媒排
出管に、通流する冷媒の温度を検知する冷媒出口側温度
センサーを備え、さらに、冷媒入口側温度センサーと冷
媒出口側温度センサーの出力を入力として冷却管での冷
媒の温度上昇を算出し、その値が無負荷運転状態におい
て基準値を越えたとき異常信号を発する異常検出回路を
備えることとしたので、発電運転を停止することなく単
セルで生じるリン酸不足状態を早期に検知することがで
き、安全に運転できるリン酸型燃料電池発電装置が得ら
れることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のリン酸型燃料電池発電装置の実施の形
態を示す異常検出手段の基本構成図
【図2】リン酸型燃料電池発電装置の燃料電池積層体の
一例を示す分解斜視図
【図3】図2の燃料電池積層体に組み込まれた冷却板の
構成を示す斜視図
【符号の説明】
1 燃料電池積層体 2 冷媒入口側温度センサー 3 冷媒出口側温度センサー 4 異常検出回路 10 単セル 11 電解質層 12 燃料極 13 空気極 14 セパレータ 20 冷却板 21 冷却管 22 冷媒供給用ヘッダー 23 冷媒排出用ヘッダー 24 冷媒供給管 25 冷媒排出管

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マトリックスにリン酸を保持した電解質層
    を燃料極と空気極とで挟持してなる単セルを複数層ごと
    に冷却板を介在させつつ積層して構成される燃料電池積
    層体を備え、燃料極に燃料ガスを、また空気極に酸化剤
    ガスを供給して、電気化学反応により発電し、発電に伴
    う発熱を冷却板に埋設した冷却管に冷媒を通流して除熱
    するリン酸型燃料電池発電装置において、前記冷却管に
    冷媒を供給する冷媒供給管に、通流する冷媒の温度を検
    知する冷媒入口側温度センサーを備え、また前記冷却管
    より冷媒を排出する冷媒排出管に、通流する冷媒の温度
    を検知する冷媒出口側温度センサーを備え、さらに、冷
    媒入口側温度センサーと冷媒出口側温度センサーの出力
    を入力として冷却管での冷媒の温度上昇を算出し、その
    値が無負荷運転状態において基準値を越えたとき異常信
    号を発する異常検出回路を備えたことを特徴とするリン
    酸型燃料電池発電装置。
JP7230589A 1995-09-08 1995-09-08 リン酸型燃料電池発電装置 Pending JPH0982351A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107528020A (zh) * 2016-06-17 2017-12-29 Sk新技术株式会社 二次电池组

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107528020A (zh) * 2016-06-17 2017-12-29 Sk新技术株式会社 二次电池组
CN107528020B (zh) * 2016-06-17 2024-03-29 Sk新能源株式会社 二次电池组

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