JP2003017106A - 燃料電池制御システム - Google Patents
燃料電池制御システムInfo
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- JP2003017106A JP2003017106A JP2001201152A JP2001201152A JP2003017106A JP 2003017106 A JP2003017106 A JP 2003017106A JP 2001201152 A JP2001201152 A JP 2001201152A JP 2001201152 A JP2001201152 A JP 2001201152A JP 2003017106 A JP2003017106 A JP 2003017106A
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- control system
- turbidity
- fuel
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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】
【課題】本発明は、ドレイン水の濁度の度合いから燃料
電池が軽度の異常か重大な異常かを検知することを課題
とする。 【解決手段】水素、酸素又は空気、水又は水蒸気を夫々
用いて発電を行う燃料電池13を有した燃料電池制御シ
ステムにおいて、燃料電池13の燃料極出口側にドレイ
ン水の濁度を検出する濁度計16aを配置したことを特
徴とする燃料電池制御システム。
電池が軽度の異常か重大な異常かを検知することを課題
とする。 【解決手段】水素、酸素又は空気、水又は水蒸気を夫々
用いて発電を行う燃料電池13を有した燃料電池制御シ
ステムにおいて、燃料電池13の燃料極出口側にドレイ
ン水の濁度を検出する濁度計16aを配置したことを特
徴とする燃料電池制御システム。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池制御システ
ムに関し、特に固体高分子型燃料電池(PEFC:Po
lymer Elecrolyte Fuel Cel
l)の運転中の異常を検知する制御システムに関する。
ムに関し、特に固体高分子型燃料電池(PEFC:Po
lymer Elecrolyte Fuel Cel
l)の運転中の異常を検知する制御システムに関する。
【0002】
【従来の技術】最近、自動車等の車両のクリーンな電力
供給源として燃料電池を用いることが話題に上ってい
る。ここで、燃料電池としては、例えば固体高分子電解
質膜を燃料極と空気極との間に挟持してセルを構成し、
更にこのセルをセパレータで両側から挟持して構成して
いるものが知られている。一般に、こうしたセルは多数
積層してユニットとし、さらにこれらユニットを複数積
層して燃料電池スタックの状態で使用される。
供給源として燃料電池を用いることが話題に上ってい
る。ここで、燃料電池としては、例えば固体高分子電解
質膜を燃料極と空気極との間に挟持してセルを構成し、
更にこのセルをセパレータで両側から挟持して構成して
いるものが知られている。一般に、こうしたセルは多数
積層してユニットとし、さらにこれらユニットを複数積
層して燃料電池スタックの状態で使用される。
【0003】ところで、燃料電池においては、一般に水
素等の燃料や酸素(又は空気)に基づいて電池反応が起
こることにより電力が生じるが、効率的に運転するには
燃料電池の状態を監視することが重要である。また、燃
料電池が人間などに危険な状態となる前にその異常を検
知することが重要となる。
素等の燃料や酸素(又は空気)に基づいて電池反応が起
こることにより電力が生じるが、効率的に運転するには
燃料電池の状態を監視することが重要である。また、燃
料電池が人間などに危険な状態となる前にその異常を検
知することが重要となる。
【0004】従来、燃料電池の異常を検知する手段とし
ては、次に述べる方法が知られている。 1)単電池(セル)全ての電圧を測定し、しきい値以下
の電圧を示した単電池を検出し異常を検知する手法。 2)複数の単電池を直列にしたユニットで電圧を測定
し、しきい値以下の電圧を示したユニットを検出し異常
を検知する手法(例えば、特表平5−502973
号)。この2)の手法の場合、上記1)の手法と比べ、
測定端子数が減り簡易化が可能であるというメリットを
有する。
ては、次に述べる方法が知られている。 1)単電池(セル)全ての電圧を測定し、しきい値以下
の電圧を示した単電池を検出し異常を検知する手法。 2)複数の単電池を直列にしたユニットで電圧を測定
し、しきい値以下の電圧を示したユニットを検出し異常
を検知する手法(例えば、特表平5−502973
号)。この2)の手法の場合、上記1)の手法と比べ、
測定端子数が減り簡易化が可能であるというメリットを
有する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術によれば、下記の問題点を有する。上記1)の場合、
電圧測定は異常の間接的測定であって、内部で具体的に
何が起こっているのか不明である。つまり、単なる軽度
の故障,不調で、注意しておけば修理着手まで使用可能
であるのか、あるいは瞬時に停止しなければ装置に重大
なダメージを与えたり、破壊異常発熱等の危険要因とな
るかの判断が困難である。
術によれば、下記の問題点を有する。上記1)の場合、
電圧測定は異常の間接的測定であって、内部で具体的に
何が起こっているのか不明である。つまり、単なる軽度
の故障,不調で、注意しておけば修理着手まで使用可能
であるのか、あるいは瞬時に停止しなければ装置に重大
なダメージを与えたり、破壊異常発熱等の危険要因とな
るかの判断が困難である。
【0006】上記2)の場合、出力100Vであっても
単電池の数は100数10個となり、電圧測定端子、伝
送ケーブル、信号処理数が多くなるため、複雑化、ノイ
ズの影響が大きく、誤動作の原因となる。
単電池の数は100数10個となり、電圧測定端子、伝
送ケーブル、信号処理数が多くなるため、複雑化、ノイ
ズの影響が大きく、誤動作の原因となる。
【0007】本発明はこうした事情を考慮してなされた
もので、燃料電池の燃料極出口側にドレイン水の濁度を
検出する濁度計を配置した構成とすることにより、ドレ
イン水の濁度の度合いから燃料電池が軽度の異常か重大
な異常かを検知しえる燃料電池制御システムを提供する
ことを目的とする。
もので、燃料電池の燃料極出口側にドレイン水の濁度を
検出する濁度計を配置した構成とすることにより、ドレ
イン水の濁度の度合いから燃料電池が軽度の異常か重大
な異常かを検知しえる燃料電池制御システムを提供する
ことを目的とする。
【0008】また、本発明は、燃料電池の燃料極出口側
に排ガス中の排ガス濃度を検出する濃度計を配置した構
成とすることにより、排ガス中の排ガス組成から燃料電
池が軽度の異常か重大な異常かを検知しえる燃料電池制
御システムを提供することを目的とする。
に排ガス中の排ガス濃度を検出する濃度計を配置した構
成とすることにより、排ガス中の排ガス組成から燃料電
池が軽度の異常か重大な異常かを検知しえる燃料電池制
御システムを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願第1の発明は、水
素、酸素又は空気、水又は水蒸気を夫々用いて発電を行
う燃料電池を有した燃料電池制御システムにおいて、燃
料電池の燃料極出口側にドレイン水の濁度を検出する濁
度計を配置したことを特徴とする燃料電池制御システム
である。
素、酸素又は空気、水又は水蒸気を夫々用いて発電を行
う燃料電池を有した燃料電池制御システムにおいて、燃
料電池の燃料極出口側にドレイン水の濁度を検出する濁
度計を配置したことを特徴とする燃料電池制御システム
である。
【0010】本願第2の発明は、水素、酸素又は空気、
水又は水蒸気を夫々用いて発電を行う燃料電池を有した
燃料電池制御システムにおいて、燃料電池の燃料極出口
側に排ガス中の排ガス濃度を検出する濃度計を配置した
ことを特徴とする燃料電池制御システムである。
水又は水蒸気を夫々用いて発電を行う燃料電池を有した
燃料電池制御システムにおいて、燃料電池の燃料極出口
側に排ガス中の排ガス濃度を検出する濃度計を配置した
ことを特徴とする燃料電池制御システムである。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明について更に詳しく
説明する。図6は、固体高分子電解質膜21を燃料極2
2、空気極23で挟んで単セル24を構成し、更にこの
単セル24を2つのセパレータ25a,25bで挟み込
んだ構成となっている。本発明者らは、図6に示すよう
な単セルの異常について様々な試験を試みた結果、異常
のメカニズムが図4に示すようになっていることを推定
した。また、図6の単セル24の燃料極22では下記表
1に示すような現象がおこり、空気極23では下記表2
に示すような現象が起こることを推定した。つまり、燃
料極では、何等異常が無い場合は正規反応を起こすが、
H2欠乏、O 2欠乏、水滞留の場合は、表1の右欄のよ
うな反応が夫々起こりうる。一方、空気極では、H2欠
乏、O2欠乏、水滞留の場合は、表2の右欄のような反
応が夫々起こりうる。
説明する。図6は、固体高分子電解質膜21を燃料極2
2、空気極23で挟んで単セル24を構成し、更にこの
単セル24を2つのセパレータ25a,25bで挟み込
んだ構成となっている。本発明者らは、図6に示すよう
な単セルの異常について様々な試験を試みた結果、異常
のメカニズムが図4に示すようになっていることを推定
した。また、図6の単セル24の燃料極22では下記表
1に示すような現象がおこり、空気極23では下記表2
に示すような現象が起こることを推定した。つまり、燃
料極では、何等異常が無い場合は正規反応を起こすが、
H2欠乏、O 2欠乏、水滞留の場合は、表1の右欄のよ
うな反応が夫々起こりうる。一方、空気極では、H2欠
乏、O2欠乏、水滞留の場合は、表2の右欄のような反
応が夫々起こりうる。
【0012】
【表1】
【0013】
【表2】
【0014】上記したような単セルの異常の原因として
は、例えば燃料極でのH2欠乏、空気極でのO2欠乏、
燃料極での水滞留に起因するH2欠乏、空気極での水滞
留に起因するO2欠乏、それらに起因して発生する
H2、O2の燃焼による部材のダメージ、それらに起因
して生ずる部材のダメージ、及びそれらの燃焼,ダメー
ジに起因する高分子膜の穴あき,ガスリーク,混合燃焼
の加速が挙げられる。
は、例えば燃料極でのH2欠乏、空気極でのO2欠乏、
燃料極での水滞留に起因するH2欠乏、空気極での水滞
留に起因するO2欠乏、それらに起因して発生する
H2、O2の燃焼による部材のダメージ、それらに起因
して生ずる部材のダメージ、及びそれらの燃焼,ダメー
ジに起因する高分子膜の穴あき,ガスリーク,混合燃焼
の加速が挙げられる。
【0015】なお、図5は単セルの損傷のメカニズムを
推定した図であり、燃料極及び空気極において損傷が生
じた場合(H2欠乏、O2欠乏、水滞留の場合)、燃料
極では上記表1の右欄のような反応が夫々起こり、空気
極では上記表2の右欄のような反応が夫々起こりうる。
推定した図であり、燃料極及び空気極において損傷が生
じた場合(H2欠乏、O2欠乏、水滞留の場合)、燃料
極では上記表1の右欄のような反応が夫々起こり、空気
極では上記表2の右欄のような反応が夫々起こりうる。
【0016】事実、ガス組成、冷却水の流量、空気極の
加湿温度、酸素極の加湿温度、酸素利用率を所定の値に
定めた条件下で、燃料欠乏による電圧及びガス組成の径
時変化を試験したところ、図7に示す結果を得た。つま
り、試験時間(h)に対するH2利用率、セル電圧
(V)、空気極(カソード)出口H2濃度(ppm)、
燃料極(アノード)出口O2濃度(%)との関係は、図
7に示すとうりである。図7より、H2欠乏時(H2利
用率200%)には、セル電圧の変化に対応し、空気出
口ガス中H2濃度が80ppmから1000ppmに増
加し、燃料極出口ガス中O2濃度が0%(検出限界10
ppm)から5%に増加するのを確認した。
加湿温度、酸素極の加湿温度、酸素利用率を所定の値に
定めた条件下で、燃料欠乏による電圧及びガス組成の径
時変化を試験したところ、図7に示す結果を得た。つま
り、試験時間(h)に対するH2利用率、セル電圧
(V)、空気極(カソード)出口H2濃度(ppm)、
燃料極(アノード)出口O2濃度(%)との関係は、図
7に示すとうりである。図7より、H2欠乏時(H2利
用率200%)には、セル電圧の変化に対応し、空気出
口ガス中H2濃度が80ppmから1000ppmに増
加し、燃料極出口ガス中O2濃度が0%(検出限界10
ppm)から5%に増加するのを確認した。
【0017】また、単セルに穴明きがある場合について
試験したところ、図8、図9及び図11に示す結果を得
た。ここで、図8は、差圧(空気−燃料)と燃料極側の
各ガス(N2,O2,CO2,H2)組成の濃度変化と
の関係を示す特性図である。一方、図9は、穴面積と燃
料極側の濃度変化との関係を示す特性図である。図11
は、穴位置(入口からの距離/流路全長)と燃料極側の
ガス組成(%)との関係を示す特性図である。
試験したところ、図8、図9及び図11に示す結果を得
た。ここで、図8は、差圧(空気−燃料)と燃料極側の
各ガス(N2,O2,CO2,H2)組成の濃度変化と
の関係を示す特性図である。一方、図9は、穴面積と燃
料極側の濃度変化との関係を示す特性図である。図11
は、穴位置(入口からの距離/流路全長)と燃料極側の
ガス組成(%)との関係を示す特性図である。
【0018】図8より、空気極側から燃料極側へ空気が
漏れることにより、燃料極側のガス組成が変化し、検出
可能であることが明らかになった。なお、図8におい
て、CO2、H2は差圧が大きくなるにつれてN2,O
2が増えた分減少する。また、図9より、燃料極出口の
差圧が小さい場合と比べ差圧が大きい場合の方が燃料極
側のO2の濃度変化が大きいことが明らかである。更
に、図11より、穴の位置によりガス濃度が異なること
がわかる。これは、水素と酸素が混合され、電極触媒の
存在により燃焼するが、穴の位置によって燃焼率が異な
ることを示している。
漏れることにより、燃料極側のガス組成が変化し、検出
可能であることが明らかになった。なお、図8におい
て、CO2、H2は差圧が大きくなるにつれてN2,O
2が増えた分減少する。また、図9より、燃料極出口の
差圧が小さい場合と比べ差圧が大きい場合の方が燃料極
側のO2の濃度変化が大きいことが明らかである。更
に、図11より、穴の位置によりガス濃度が異なること
がわかる。これは、水素と酸素が混合され、電極触媒の
存在により燃焼するが、穴の位置によって燃焼率が異な
ることを示している。
【0019】本発明(第1の発明)においては、燃料電
池の燃料極出口側にドレイン水中の濁度を検出する濁度
計を配置するが、これは燃料極で水滞留が起こると、こ
れに起因して燃料極出口側でのドレインが黒色化するた
めに有効である。つまり、ドレインの濁度を測定するこ
とにより、燃料極側の電極構成材料である炭素粉又は金
属粉(触媒)が損傷により流出する現象を検出可能であ
ることが確認できる。例えば、時間と濁度、電圧との関
係は図10に示すとおりである。但し、電流は図10に
示すように一定である。
池の燃料極出口側にドレイン水中の濁度を検出する濁度
計を配置するが、これは燃料極で水滞留が起こると、こ
れに起因して燃料極出口側でのドレインが黒色化するた
めに有効である。つまり、ドレインの濁度を測定するこ
とにより、燃料極側の電極構成材料である炭素粉又は金
属粉(触媒)が損傷により流出する現象を検出可能であ
ることが確認できる。例えば、時間と濁度、電圧との関
係は図10に示すとおりである。但し、電流は図10に
示すように一定である。
【0020】ここで、さらに注目すべき点が2点ある。
第1点は、電圧変化よりも早期に濁度変化が検知される
点である。つまり、電圧変化を感知した時点では既に重
度の損傷が生じていることを意味し、濁度測定が重大な
異常の検出に対し高感度であるといえる。第2点は、電
極損傷という重大な異常を判別検知できる点である。即
ち、燃料電池の電圧変化は、高分子膜の乾燥による抵抗
増加、燃料ガス組成の変化などの運転条件の変化に起因
する電圧変化もあるが、それらは運転条件の微調整によ
り容易に回復可能であり、永久劣化でないため、安全
性、装置寿命とは関係なく、濁度測定は電圧測定では認
識不可能な電池内部で生じる重大な異常を判別認識でき
るといえる。
第1点は、電圧変化よりも早期に濁度変化が検知される
点である。つまり、電圧変化を感知した時点では既に重
度の損傷が生じていることを意味し、濁度測定が重大な
異常の検出に対し高感度であるといえる。第2点は、電
極損傷という重大な異常を判別検知できる点である。即
ち、燃料電池の電圧変化は、高分子膜の乾燥による抵抗
増加、燃料ガス組成の変化などの運転条件の変化に起因
する電圧変化もあるが、それらは運転条件の微調整によ
り容易に回復可能であり、永久劣化でないため、安全
性、装置寿命とは関係なく、濁度測定は電圧測定では認
識不可能な電池内部で生じる重大な異常を判別認識でき
るといえる。
【0021】本発明(第2の発明)において、燃料電池
の燃料極出口側に排ガス中の濃度を検出する濃度計を配
置するが、この濃度計としては例えば排ガス中の酸素濃
度を検出する酸素濃度計が挙げられる。濃度計は燃料電
池の燃料極出口側に設けるのは一般的であるが、燃料電
池の燃料極出口側のみならず空気極出口側にも設けても
よい。
の燃料極出口側に排ガス中の濃度を検出する濃度計を配
置するが、この濃度計としては例えば排ガス中の酸素濃
度を検出する酸素濃度計が挙げられる。濃度計は燃料電
池の燃料極出口側に設けるのは一般的であるが、燃料電
池の燃料極出口側のみならず空気極出口側にも設けても
よい。
【0022】本発明において、濁度計による濁度が異常
の場合には警告信号を、重大な異常の場合には運転停止
信号を出す制御回路を有することが好ましい。これによ
り、燃料電池を破壊することがないとともに、人間を危
険な状態にさらすことを回避することができる。
の場合には警告信号を、重大な異常の場合には運転停止
信号を出す制御回路を有することが好ましい。これによ
り、燃料電池を破壊することがないとともに、人間を危
険な状態にさらすことを回避することができる。
【0023】本発明において、警告信号、運転停止信号
に加え、温度,圧力,ガス流量等の詳細データが電送さ
れる集中管理センターを有し、これらの情報を解析する
ことが好ましい。これにより、燃料電池を搭載した自動
車等をより正確なデータに基づいて遠隔操作することが
できる。
に加え、温度,圧力,ガス流量等の詳細データが電送さ
れる集中管理センターを有し、これらの情報を解析する
ことが好ましい。これにより、燃料電池を搭載した自動
車等をより正確なデータに基づいて遠隔操作することが
できる。
【0024】本発明において、燃料電池の燃料極出口側
にドレイン水の濁度を検出する濁度計を設けるととも
に、排ガス中の濃度(例えば酸素濃度)を検出する濃度
計(D例えば酸素濃度計)を設け、濁度と濃度との関係
を示す異常信号検出マップを作成することが好ましい。
このマップは、例えば図12に示すように、横軸にO2
濃度変化を示し、縦軸に濁度を示すもので、それらの値
に応じて注意信号を出す場合(微***の場合)、警報信
号を発する場合(H2欠乏、水滞留)、瞬時にインター
ロック信号を出す場合(焼損、穴明き)とに区分したも
のである。これにより、燃料電池に具体的にどの程度の
異常が生じたことを確認することができる。
にドレイン水の濁度を検出する濁度計を設けるととも
に、排ガス中の濃度(例えば酸素濃度)を検出する濃度
計(D例えば酸素濃度計)を設け、濁度と濃度との関係
を示す異常信号検出マップを作成することが好ましい。
このマップは、例えば図12に示すように、横軸にO2
濃度変化を示し、縦軸に濁度を示すもので、それらの値
に応じて注意信号を出す場合(微***の場合)、警報信
号を発する場合(H2欠乏、水滞留)、瞬時にインター
ロック信号を出す場合(焼損、穴明き)とに区分したも
のである。これにより、燃料電池に具体的にどの程度の
異常が生じたことを確認することができる。
【0025】
【実施例】以下、本発明の各実施例に係る燃料電極制御
システムについて図面を参照して説明する。
システムについて図面を参照して説明する。
【0026】(実施例1)図1を参照する。図中の付番
1は、蒸発部2と改質部3とCO除去部4からなる改質
器を示す。前記改質器1には、液体燃料としてのメタノ
ール5を収容した槽6a、水7を収容した槽6bが併設
されている。両槽6a,6bと改質器1とは、ポンプ8
a,流量調節器9aを介装した配管10と、ポンプ8
b,流量調節器9bを介装した配管11と、これらの両
配管10,11に接続する配管12により接続されてい
る。前記改質器1の蒸発部2では、ガス化が行われる。
また、改質部3では、メタノール4と水7による水蒸気
改質反応が行われ、水素リッチガスが得られる。更に、
CO除去部4にはCOだけを選択的に酸化させる触媒が
配置されており、CO除去部4を通過したCOが例えば
10ppm以下まで低減される。
1は、蒸発部2と改質部3とCO除去部4からなる改質
器を示す。前記改質器1には、液体燃料としてのメタノ
ール5を収容した槽6a、水7を収容した槽6bが併設
されている。両槽6a,6bと改質器1とは、ポンプ8
a,流量調節器9aを介装した配管10と、ポンプ8
b,流量調節器9bを介装した配管11と、これらの両
配管10,11に接続する配管12により接続されてい
る。前記改質器1の蒸発部2では、ガス化が行われる。
また、改質部3では、メタノール4と水7による水蒸気
改質反応が行われ、水素リッチガスが得られる。更に、
CO除去部4にはCOだけを選択的に酸化させる触媒が
配置されており、CO除去部4を通過したCOが例えば
10ppm以下まで低減される。
【0027】前記改質器1には、燃料極と酸素極を有す
る固体高分子型燃料電池13が配管14を介して接続さ
れている。ここで、燃料電池13は、モーター15の駆
動源として機能する。前記燃料電池13の燃料極出口に
は濁度計16a,酸素濃度計17が配置され、燃料電極
13の酸素極出口には濁度計16bが配置されている。
前記改質器1の改質部3、CO除去部4及び燃料電池1
3には、ブロア18より空気が供給されるようになって
いる。ここで、この空気を送る途中の配管には、夫々流
量調節器9c,9d、9eが夫々設けられている。
る固体高分子型燃料電池13が配管14を介して接続さ
れている。ここで、燃料電池13は、モーター15の駆
動源として機能する。前記燃料電池13の燃料極出口に
は濁度計16a,酸素濃度計17が配置され、燃料電極
13の酸素極出口には濁度計16bが配置されている。
前記改質器1の改質部3、CO除去部4及び燃料電池1
3には、ブロア18より空気が供給されるようになって
いる。ここで、この空気を送る途中の配管には、夫々流
量調節器9c,9d、9eが夫々設けられている。
【0028】前記配管14からの主に水素を含むガスは
燃料電池13の燃料極に供給され、ブロワ18から流量
調節器9eを通過した空気は燃料電池13の酸素極に供
給される。また、燃料電池13で残存した水素、酸素等
は、改質器1の蒸発部2に送られる。前記各流量調節器
9a,9b,9c,9d,9e、濁度計16a,16b
及び酸素濃度計17の夫々には、制御器19が電気的に
接続されている。ここで、制御器19は、濁度計16
a,16b及び酸素濃度計17により異常を検出し、警
報、インターロック作動信号を発し、この信号に対応し
て各流量調節器9a〜9eへのメタノール、水、空気の
量又は各バルブの開閉を調節するようになっている。
燃料電池13の燃料極に供給され、ブロワ18から流量
調節器9eを通過した空気は燃料電池13の酸素極に供
給される。また、燃料電池13で残存した水素、酸素等
は、改質器1の蒸発部2に送られる。前記各流量調節器
9a,9b,9c,9d,9e、濁度計16a,16b
及び酸素濃度計17の夫々には、制御器19が電気的に
接続されている。ここで、制御器19は、濁度計16
a,16b及び酸素濃度計17により異常を検出し、警
報、インターロック作動信号を発し、この信号に対応し
て各流量調節器9a〜9eへのメタノール、水、空気の
量又は各バルブの開閉を調節するようになっている。
【0029】つまり、濁度計16a,16b及び酸素濃
度計17と電気的に接続した制御器19は、流量調節器
9a〜9eと共に制御回路を構成するもので、濁度計1
6a,16bによる濁度や酸素濃度計17による濃度が
異常の場合には警告信号を、重大な異常の場合には運転
停止信号を出すように構成されている。
度計17と電気的に接続した制御器19は、流量調節器
9a〜9eと共に制御回路を構成するもので、濁度計1
6a,16bによる濁度や酸素濃度計17による濃度が
異常の場合には警告信号を、重大な異常の場合には運転
停止信号を出すように構成されている。
【0030】このように、上記実施例1においては、燃
料電池13の燃料極出口に取り付けた濁度計16a及び
酸素濃度計17、空気極出口に取り付けた濁度計16b
により、セルの異常を検知、診断し、改質器1の運転条
件変更又は停止させている。
料電池13の燃料極出口に取り付けた濁度計16a及び
酸素濃度計17、空気極出口に取り付けた濁度計16b
により、セルの異常を検知、診断し、改質器1の運転条
件変更又は停止させている。
【0031】また、前記濁度計16aに基づく濁度及び
酸素濃度計17に基づく酸素濃度により、図10に示す
ように、濁度と濃度との関係を示す異常信号検出マップ
を作成し、それらの値に応じて注意信号を出す場合(微
***の場合)、警報信号を発する場合(H2欠乏、水滞
留)、瞬時にインターロック信号を出す場合(焼損、穴
明き)とに区分すれば、燃料電池に具体的にどの程度の
異常が生じたことを確認することができる。
酸素濃度計17に基づく酸素濃度により、図10に示す
ように、濁度と濃度との関係を示す異常信号検出マップ
を作成し、それらの値に応じて注意信号を出す場合(微
***の場合)、警報信号を発する場合(H2欠乏、水滞
留)、瞬時にインターロック信号を出す場合(焼損、穴
明き)とに区分すれば、燃料電池に具体的にどの程度の
異常が生じたことを確認することができる。
【0032】(実施例2)図2を参照する。但し、図1
と同部材は同符番を付して説明を省略する。本実施例2
は、実施例1と比べ、燃料電池13の燃料極出口に濁度
計16aを設けると共に、空気極出口に濁度計16bを
設けたことを特徴とする。実施例2によれば、濁度計1
6a,16bの存在により、ドレイン水の濁度の度合い
から燃料電池が軽度の異常か重大な異常かを検知するこ
とができる。
と同部材は同符番を付して説明を省略する。本実施例2
は、実施例1と比べ、燃料電池13の燃料極出口に濁度
計16aを設けると共に、空気極出口に濁度計16bを
設けたことを特徴とする。実施例2によれば、濁度計1
6a,16bの存在により、ドレイン水の濁度の度合い
から燃料電池が軽度の異常か重大な異常かを検知するこ
とができる。
【0033】(実施例3)図3を参照する。但し、図1
と同部材は同符番を付して説明を省略する。本実施例3
は、実施例1と比べ、燃料電池13の燃料極出口に酸素
濃度計17を設けると共に、空気極出口に濁度計16b
を設けたことを特徴とする。実施例3によれば、酸素濃
度計17の存在により、排ガス中の酸素濃度から、なら
びに濁度計16bの存在によりドレイン水の濁度の度合
いから、燃料電池が軽度の異常か重大な異常かを検知す
ることができる。
と同部材は同符番を付して説明を省略する。本実施例3
は、実施例1と比べ、燃料電池13の燃料極出口に酸素
濃度計17を設けると共に、空気極出口に濁度計16b
を設けたことを特徴とする。実施例3によれば、酸素濃
度計17の存在により、排ガス中の酸素濃度から、なら
びに濁度計16bの存在によりドレイン水の濁度の度合
いから、燃料電池が軽度の異常か重大な異常かを検知す
ることができる。
【0034】なお、上記実施例では、液体燃料(メタノ
ール)、水を改質器を経て燃料電池に送る場合について
述べたが、これに限らない。例えば、改質器を用いずに
水素(気体燃料)酸素(又は空気)、水(又は水蒸気)
とともに直接燃料電池へ送って発電を行ってもよい。
ール)、水を改質器を経て燃料電池に送る場合について
述べたが、これに限らない。例えば、改質器を用いずに
水素(気体燃料)酸素(又は空気)、水(又は水蒸気)
とともに直接燃料電池へ送って発電を行ってもよい。
【0035】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、燃
料電池の燃料極出口側にドレイン水の濁度を検出する濁
度計を配置した構成とすることにより、ドレイン水の濁
度の度合いから燃料電池が軽度の異常か重大な異常かを
検知しえる燃料電池制御システムを提供できる。
料電池の燃料極出口側にドレイン水の濁度を検出する濁
度計を配置した構成とすることにより、ドレイン水の濁
度の度合いから燃料電池が軽度の異常か重大な異常かを
検知しえる燃料電池制御システムを提供できる。
【0036】また、本発明によれば、燃料電池の燃料極
出口側に排ガス中の排ガス濃度を検出する濃度計を配置
した構成とすることにより、排ガス中の排ガス組成から
燃料電池が軽度の異常か重大な異常かを検知しえる燃料
電池制御システムを提供できる。
出口側に排ガス中の排ガス濃度を検出する濃度計を配置
した構成とすることにより、排ガス中の排ガス組成から
燃料電池が軽度の異常か重大な異常かを検知しえる燃料
電池制御システムを提供できる。
【図1】本発明の実施例1に係る燃料電池制御システム
の説明図。
の説明図。
【図2】本発明の実施例2に係る燃料電池制御システム
の説明図。
の説明図。
【図3】本発明の実施例3に係る燃料電池制御システム
の説明図。
の説明図。
【図4】固体高分子型燃料電池(PEFC)における異
常メカニズムの説明図。
常メカニズムの説明図。
【図5】PEFCにおける損傷メカニズムの説明図。
【図6】PEFCにおける各ガス、水の反応状況を示す
説明図。
説明図。
【図7】PEFCにおける試験時間とH2利用率、セル
電圧、カソード出口H2濃度及びアノード出口O2濃度
との関係を示す特性図。
電圧、カソード出口H2濃度及びアノード出口O2濃度
との関係を示す特性図。
【図8】PEFCにおける差圧(空気−燃料)と燃料極
側の各ガスの濃度変化との関係を示す特性図。
側の各ガスの濃度変化との関係を示す特性図。
【図9】PEFCにおける穴面積と燃料極側のO2ガス
の濃度変化との関係を示す特性図。
の濃度変化との関係を示す特性図。
【図10】PEFCにおける時間と濁度、電圧との関係
を示す特性図。
を示す特性図。
【図11】PEFCにおける穴位置と燃料極側のガス組
成との関係を示す特性図。
成との関係を示す特性図。
【図12】PEFCにおけるO2濃度変化と濁度による
異常信号検出マップの説明図。
異常信号検出マップの説明図。
1…改質器、
2…蒸発部、
3…改質部、
4…CO除去部、
5…メタノール、
6a,6b…槽、
7…水
9a〜9e…流量調節器、
13…燃料電池、
16a,16b…濁度計、
17…酸素濃度計、
18…ブロワ、
19…制御器。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 伊藤 栄基
広島県広島市西区観音新町四丁目6番22号
三菱重工業株式会社広島研究所内
(72)発明者 山田 保
広島県広島市西区観音新町四丁目6番22号
三菱重工業株式会社広島研究所内
(72)発明者 佐藤 昭男
広島県広島市西区観音新町四丁目6番22号
三菱重工業株式会社広島研究所内
(72)発明者 弦巻 茂
神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目8番地1
三菱重工業株式会社基盤技術研究所内
Fターム(参考) 5H026 AA06
5H027 AA06 KK31
Claims (7)
- 【請求項1】 水素、酸素又は空気、水又は水蒸気を夫
々用いて発電を行う燃料電池を有した燃料電池制御シス
テムにおいて、 燃料電池の燃料極出口側にドレイン水の濁度を検出する
濁度計を配置したことを特徴とする燃料電池制御システ
ム。 - 【請求項2】 濁度計による濁度が異常の場合には警告
信号を、重大な異常の場合には運転停止信号を出す制御
回路を有していることを特徴とする請求項1記載の燃料
電池制御システム。 - 【請求項3】 警告信号、運転停止信号に加え、温度,
圧力,ガス流量の詳細データが電送される集中管理セン
ターを有し、これらの情報を解析することを特徴とする
請求項2記載の燃料電池制御システム。 - 【請求項4】 水素、酸素又は空気、水又は水蒸気を夫
々用いて発電を行う燃料電池を有した燃料電池制御シス
テムにおいて、 燃料電池の燃料極出口側に排ガス中の排ガス濃度を検出
する濃度計を配置したことを特徴とする燃料電池制御シ
ステム。 - 【請求項5】 濃度計が酸素濃度計であることを特徴と
する請求項4記載の燃料電池制御システム。 - 【請求項6】 濃度計による濃度が異常の場合には警告
信号を、重大な異常の場合には運転停止信号を出す制御
回路を有していることを特徴とする請求項4もしくは請
求項5記載の燃料電池制御システム。 - 【請求項7】 警告信号、運転停止信号に加え、温度,
圧力,ガス流量の詳細データが電送される集中管理セン
ターを有し、これらの情報を解析することを特徴とする
請求項6記載の燃料電池制御システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001201152A JP2003017106A (ja) | 2001-07-02 | 2001-07-02 | 燃料電池制御システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001201152A JP2003017106A (ja) | 2001-07-02 | 2001-07-02 | 燃料電池制御システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003017106A true JP2003017106A (ja) | 2003-01-17 |
Family
ID=19038162
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001201152A Withdrawn JP2003017106A (ja) | 2001-07-02 | 2001-07-02 | 燃料電池制御システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003017106A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005104283A1 (ja) * | 2004-04-23 | 2005-11-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システム |
JP2006524179A (ja) * | 2003-04-04 | 2006-10-26 | テキサコ ディベラップメント コーポレイション | 燃料プロセッサの制御構造階層 |
JP2012142120A (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-26 | Jx Nippon Oil & Energy Corp | 燃料電池システム |
-
2001
- 2001-07-02 JP JP2001201152A patent/JP2003017106A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006524179A (ja) * | 2003-04-04 | 2006-10-26 | テキサコ ディベラップメント コーポレイション | 燃料プロセッサの制御構造階層 |
JP4847859B2 (ja) * | 2003-04-04 | 2011-12-28 | テキサコ ディベラップメント コーポレイション | 燃料プロセッサの制御構造階層 |
KR101119973B1 (ko) * | 2003-04-04 | 2012-03-13 | 텍사코 디벨롭먼트 코포레이션 | 연료 처리장치용 제어의 아키텍처 계층 |
WO2005104283A1 (ja) * | 2004-04-23 | 2005-11-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システム |
JP2012142120A (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-26 | Jx Nippon Oil & Energy Corp | 燃料電池システム |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080902 |