JP2006073351A - Gas cross leakage detection method - Google Patents
Gas cross leakage detection method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006073351A JP2006073351A JP2004255338A JP2004255338A JP2006073351A JP 2006073351 A JP2006073351 A JP 2006073351A JP 2004255338 A JP2004255338 A JP 2004255338A JP 2004255338 A JP2004255338 A JP 2004255338A JP 2006073351 A JP2006073351 A JP 2006073351A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- gas cross
- open circuit
- circuit voltage
- cross leak
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- 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
Abstract
Description
本発明は、燃料極と空気極とにより固体高分子電解質膜を挟持した固体高分子形燃料電池における当該固体高分子電解質膜間のガスクロスリーク検知方法に関する。 The present invention relates to a gas cross leak detection method between solid polymer electrolyte membranes in a solid polymer electrolyte fuel cell in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an air electrode.
近年、固体高分子形燃料電池(固体電解質形燃料電池。Polymer Electrolyte Fuel Cell : PEFC)の開発が進められている。固体高分子形燃料電池の発電の仕組みは基本的に他の燃料電池と同様であり、反応ガス中の水素と酸素とから水を生成する反応を利用して発電が行なわれている。 In recent years, solid polymer fuel cells (polymer electrolyte fuel cells: PEFC) have been developed. The power generation mechanism of the polymer electrolyte fuel cell is basically the same as that of other fuel cells, and power generation is performed using a reaction that generates water from hydrogen and oxygen in the reaction gas.
図4は、固体高分子形燃料電池の最小単位である単電池(単セル)20の電極構造(断面図)を示す。図4に示されるように単セル20は、中央部の固体高分子電解質膜4を、燃料極触媒層3aおよびその上部に形成された燃料極(ガス)拡散層2aからなる燃料極21と、空気極触媒層3bおよびその下部に形成された空気極(ガス)拡散層2bからなる空気極22とにより挟持されて構成されている。燃料極21の外側には燃料である水素のガス流通部8aを有するセパレータ5aが燃料極拡散層2aに面接され、空気極22の外側には空気のガス流通部8bを有するセパレータ5bが空気極拡散層2bに面接されている。固体高分子電解質膜4とセパレータ5aおよび5bとの間には、各々燃料極拡散層2aおよび空気極拡散層2bを囲むガスシール部6が配置されている。図4において、符号9は単セル20のセル電圧を測定する電圧計、1(点線で囲まれた部分)は固体高分子電解質膜4中に生じた電解質膜亀裂部または薄膜部、7は電解質膜亀裂部または薄膜部1を透過する水素(ガスクロスリーク)である。電解質膜亀裂部または薄膜部1としたのは、ガスクロスリーク7は、固体高分子電解質膜4中に亀裂部がなくても水素の透過性の高さにより極微量ながら薄膜部を通して生じるためである。実際に発電装置として燃料電池を適用する場合には、単セル20を何セルか積層して燃料電池スタック12(後述)を構成して発電するのが一般的である。
FIG. 4 shows an electrode structure (cross-sectional view) of a unit cell (unit cell) 20 which is the minimum unit of the polymer electrolyte fuel cell. As shown in FIG. 4, the
図5は、従来の固体高分子形燃料電池の単セル20を積層した燃料電池スタック12へのガス供給方法を説明するための図である。図5に示されるように、燃料電池スタック12の内部にある燃料極21(図5中では不図示)へは、水素、または原燃料の都市ガスを改質器10にて水蒸気改質して生成した水素を含むガスを、燃料ガス25として供給する。燃料電池スタック12の内部にある空気極22(図5中では不図示)へは、酸素または大気中の空気26を供給する。燃料ガス25の水素は燃料極21で水素イオンと電子とに分かれ、この水素イオンが固体高分子電解質膜4内を移動(透過)する際に、電気浸透により燃料極21から空気極22へ水を持ち去る。このため、固体高分子電解質膜4および燃料極触媒層3aが乾燥しやすくなり、電気抵抗の増大によって電圧計9’等で測定される燃料電池の出力の低下を招くことになる。そこで、燃料電池の運転では、固体高分子電解質膜4および燃料極触媒層3a中の電解質皮膜を湿潤状態に保つことにより、高いセル電圧を得ている。一方、空気極22から燃料極21へは水の逆拡散も生じている。このため、供給ガス(燃料ガス25および空気26)中には適度な水蒸気を混合させて、燃料極21および空気極22に各々ガスを供給することが望ましい。上述のように、燃料極21へ供給される燃料ガス25は、原燃料である都市ガスに水蒸気が加えられ、改質器10により水素を含むように改質されており、その時の未反応水蒸気によって燃料極21側は加湿されている。図5に示されるように、燃料極21側について更に加湿が必要な場合は、燃料電池スタック12の燃料極21の手前に燃料極加湿器10(図5では燃料極加湿器または改質器として示す。)を設け、水素または燃料ガス25を加湿して燃料極21へ供給している。一方、空気極22側については、燃料電池スタック12の空気極22の手前に空気極加湿器11を設け、供給ガスである酸素または空気26を加湿して空気極22へ供給している。
FIG. 5 is a diagram for explaining a gas supply method to a fuel cell stack 12 in which
上述の燃料電池(単セル20)において、固体高分子電解質膜4には、電解質として水素イオンを透過させる機能と、燃料極21および空気極22のガスを遮断する機能とが要求される。しかし、固体高分子電解質膜4に大きな貫通孔が開いている場合、燃料極21の水素が空気極22へ移動してしまうことになる。あるいは、固体高分子電解質膜4に大きな貫通孔が空いていない場合であっても、固体高分子電解質膜4に薄膜部1ができた場合には、上述の水素の透過性の高さにより極微量ながら水素が燃料極21側から空気極22側へ移動する可能性がある。 In the above-described fuel cell (single cell 20), the solid polymer electrolyte membrane 4 is required to have a function of permeating hydrogen ions as an electrolyte and a function of blocking the gas in the fuel electrode 21 and the air electrode 22. However, when a large through hole is opened in the solid polymer electrolyte membrane 4, hydrogen in the fuel electrode 21 moves to the air electrode 22. Alternatively, even when the solid polymer electrolyte membrane 4 does not have a large through hole, when the thin film portion 1 is formed in the solid polymer electrolyte membrane 4, the above-described hydrogen permeability is extremely high. There is a possibility that hydrogen may move from the fuel electrode 21 side to the air electrode 22 side even though the amount is small.
特に、固体高分子電解質膜4に貫通孔が生じた場合には、燃料極21から空気極22へ大量の水素がガスクロスリークする可能性が高い。固体高分子電解質膜4に穴が開いたり、あるいは薄膜部1ができたりする原因は、連続運転状態(温度、湿度、負荷、ガス極間差圧)によるものである。燃料極21の水素が空気極22へ移動した場合には、空気極22で当該水素と空気26中の酸素が直接燃焼するため、燃料電池の出力は下がることになる。この燃焼時の熱により、更に固体高分子電解質膜4の貫通孔径が増加したり、あるいは薄膜化が進む可能性がある。従って、上述のような燃料極21と空気極22との間の極間ガスクロスリーク部位(ガスクロスリーク1)が生じているか否かを早期に検知する必要がある。 In particular, when a through hole is formed in the solid polymer electrolyte membrane 4, there is a high possibility that a large amount of hydrogen gas leaks from the fuel electrode 21 to the air electrode 22. The reason why the solid polymer electrolyte membrane 4 is perforated or the thin film portion 1 is formed is due to the continuous operation state (temperature, humidity, load, differential pressure between gas electrodes). When the hydrogen in the fuel electrode 21 moves to the air electrode 22, the hydrogen and oxygen in the air 26 are directly combusted in the air electrode 22, so the output of the fuel cell decreases. Due to the heat at the time of combustion, there is a possibility that the diameter of the through-hole of the solid polymer electrolyte membrane 4 is further increased or the film thickness is reduced. Therefore, it is necessary to detect at an early stage whether or not there is an inter-electrode gas cross leak portion (gas cross leak 1) between the fuel electrode 21 and the air electrode 22 as described above.
ガスクロスリーク1の検知方法としては、特許文献1に、固体高分子電解質膜をアノードとカソードで挟持してなるセルにおいて、アノードに供給する水素ガスの圧力をカソードに供給する空気の圧力よりも高く維持した状態で、開回路電圧を測定し、測定された開回路電圧が所定の電圧値以下であった場合にガスが漏れていると判定するガス漏れ検知方法が記載されている。特許文献1によれば、セルの出力電圧は、電流が流れない状態における電圧、すなわち開回路電圧で最大となる。一方、固体高分子電解質膜を水素分子が透過し、カソード側の電極付近に燃料ガスの分子が存在することにより、活性化過電圧領域における出力電圧が低下する。このことは、見かけ上、電流が流れて出力電圧が低下したのと同じ状態になる。このことから、セル電圧を測定することにより正常セルか不調セルかを判定することができ、すなわち、セルのガス漏れを検知することが可能であると記載されている。さらに、ガス漏れ検知の準備として、カソード入口圧力をアノード入口圧力よりも極わずか高くしておくことにより、このあとアノード側の圧力を高めた時の不調セルの水素透過量増大によるセル電圧の低下を顕著なものとすることができると記載されている。 As a method for detecting gas cross leak 1, in Patent Document 1, in a cell in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between an anode and a cathode, the pressure of hydrogen gas supplied to the anode is higher than the pressure of air supplied to the cathode. A gas leak detection method is described in which an open circuit voltage is measured in a maintained state, and gas is leaked when the measured open circuit voltage is equal to or lower than a predetermined voltage value. According to Patent Document 1, the output voltage of the cell becomes maximum at a voltage in a state where no current flows, that is, an open circuit voltage. On the other hand, hydrogen molecules permeate through the solid polymer electrolyte membrane, and the presence of fuel gas molecules in the vicinity of the cathode-side electrode reduces the output voltage in the activated overvoltage region. This appears to be the same state as when the output voltage drops due to current flowing. From this, it is described that it is possible to determine whether the cell is a normal cell or a malfunctioning cell by measuring the cell voltage, that is, it is possible to detect a gas leak in the cell. Furthermore, by preparing the cathode inlet pressure slightly higher than the anode inlet pressure in preparation for gas leak detection, the cell voltage decreases due to an increase in the hydrogen permeation amount of the malfunctioning cell when the anode pressure is increased thereafter. It is described that can be made remarkable.
特許文献1記載のガス漏れ検知方法のように、アノード(燃料極21)側の圧力を上げてカソード(空気極22)側へ燃料ガス25(水素)を透過させた場合、固体高分子電解質膜4の貫通孔径が増加したり、両極間の差圧により薄膜化部1に大きな貫通孔が生じてしまう可能性がある。この場合、固体高分子電解質膜4内の水素のガスクロスリーク7が加速し、燃料電池の連続運転可能な時間を短縮してしまう可能性があるという問題があった。 When the pressure on the anode (fuel electrode 21) side is increased and the fuel gas 25 (hydrogen) is permeated to the cathode (air electrode 22) side as in the gas leak detection method described in Patent Document 1, the solid polymer electrolyte membrane 4 may increase, or a large through-hole may be formed in the thinned portion 1 due to the differential pressure between the two electrodes. In this case, there is a problem that the gas cross leak 7 of hydrogen in the solid polymer electrolyte membrane 4 is accelerated and the time during which the fuel cell can be continuously operated may be shortened.
そこで、本発明の目的は、上記問題を解決するためになされたものであり、固体高分子電解質膜4の貫通孔径を増加させたり、薄膜化部1に大きな貫通孔を生じさせる等のように固体高分子電解質膜4を損傷することなくガスクロスリーク7を精度高く検知することができ、燃料電池の連続運転可能な時間を長くすることができるガスクロスリーク検知方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, such as increasing the through-hole diameter of the solid polymer electrolyte membrane 4 or generating a large through-hole in the thinned portion 1. An object of the present invention is to provide a gas cross leak detection method capable of detecting the gas cross leak 7 with high accuracy without damaging the solid polymer electrolyte membrane 4 and extending the time during which the fuel cell can be continuously operated.
この発明のガスクロスリーク検知方法は、燃料極と空気極とにより固体高分子電解質膜を挟持した固体高分子形燃料電池の該固体高分子電解質膜間のガスクロスリーク検知方法であって、燃料極又は/及び空気極に供給する反応ガス中の加湿量を変えた時に測定された開回路電圧差に基づき、前記固体高分子電解質膜間のガスクロスリークを検知することを特徴とする。 A gas cross leak detection method of the present invention is a gas cross leak detection method between solid polymer electrolyte membranes of a polymer electrolyte fuel cell in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an air electrode, the fuel electrode or And / or detecting a gas cross leak between the solid polymer electrolyte membranes based on an open circuit voltage difference measured when the amount of humidification in the reaction gas supplied to the air electrode is changed.
ここで、この発明のガスクロスリーク検知方法において、前記開回路電圧差の測定は、燃料極又は/及び空気極の加湿露点温度をTdc(℃)、Tdc(℃)の時の開回路電圧をVTdc(V)とし、燃料極又は/及び空気極の加湿露点をTdc(℃)からX℃下げた時の加湿露点をTdc_X(℃)、Tdc_X(℃)の時の開回路電圧をVTdc_X(V)とした場合、前記開回路電圧差としてΔV(V)=VTdc−VTdc_Xを測定することができる。 Here, in the gas cross leak detection method of the present invention, the measurement of the open circuit voltage difference is performed by measuring the open circuit voltage when the humidification dew point temperature of the fuel electrode and / or the air electrode is Tdc (° C.) and Tdc (° C.) as VTdc. (V), and the humidification dew point when the humidification dew point of the fuel electrode or / and the air electrode is lowered by X ° C. from Tdc (° C.) is Tdc_X (° C.), and the open circuit voltage when Tdc_X (° C.) is VTdc_X (V) In this case, ΔV (V) = VTdc−VTdc_X can be measured as the open circuit voltage difference.
ここで、この発明のガスクロスリーク検知方法において、ガスクロスリークの検知は、前記固体高分子形燃料電池の連続運転中に所定の期間毎に前記開回路電圧差ΔV(V)を測定し、ΔV≧0(V)になった時にガスクロスリークを検知したものとすることができる。 Here, in the gas cross leak detection method of the present invention, the gas cross leak is detected by measuring the open circuit voltage difference ΔV (V) at predetermined intervals during continuous operation of the polymer electrolyte fuel cell, and ΔV ≧ A gas cross leak can be detected when the voltage reaches 0 (V).
ここで、この発明のガスクロスリーク検知方法において、X℃≧10℃(好適には20℃または30℃)とすることができる。 Here, in the gas cross leak detection method of this invention, it can be set as X degreeC> = 10 degreeC (preferably 20 degreeC or 30 degreeC).
本発明のガスクロスリーク検知方法によれば、燃料電池の連続運転中に、定期的に開回路電圧差ΔVを測定し、ΔV≧0(V)になった時に、ガスクロスリークの検知を示す信号を所望のモニタ装置等(不図示)へ送ることにより、ガスクロスリークによる単セルの出力の急低下を未然に検知し防ぐことができる。従って、固体高分子電解質膜の貫通孔径を増加させたり、薄膜化部に大きな貫通孔を生じさせる等のように固体高分子電解質膜を損傷することなくガスクロスリークを精度高く検知することができ、燃料電池の連続運転可能な時間を長くすることができるガスクロスリーク検知方法を提供することができる。この結果、燃料電池を安全に一般の用途(定置用、車載等)に適用することが容易になるという効果がある。 According to the gas cross leak detection method of the present invention, the open circuit voltage difference ΔV is periodically measured during continuous operation of the fuel cell, and when ΔV ≧ 0 (V), a signal indicating the detection of the gas cross leak is generated. By sending it to a desired monitor device (not shown) or the like, it is possible to detect and prevent a sudden drop in the output of a single cell due to a gas cross leak. Therefore, the gas cross leak can be detected with high accuracy without damaging the solid polymer electrolyte membrane, such as increasing the through-hole diameter of the solid polymer electrolyte membrane or generating a large through-hole in the thinned portion. It is possible to provide a gas cross leak detection method capable of extending the time during which the fuel cell can be continuously operated. As a result, there is an effect that it becomes easy to safely apply the fuel cell to general purposes (for stationary use, on-vehicle use, etc.).
以下、まず本発明のガスクロスリーク検知方法について説明し、次に各実施例について図面を参照して詳細に説明する。従来技術の説明で用いた図4に示される固体高分子形燃料電池の単セル20の電極構造(断面図)および図5に示される燃料電池スタック12へのガス供給方法は、本発明のガスクロスリーク検知方法の説明においても適宜参照する。
Hereinafter, the gas cross leak detection method of the present invention will be described first, and then each embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The electrode structure (cross-sectional view) of the
図1(A)および(B)は、単セル20の湿潤状態と貫通孔13によるガスクロスリーク7の量との関係を示す。図1(A)および(B)に示されるように、固体高分子電解質膜4には貫通孔13(径d)が生じており、その貫通孔13を水14が塞いでいる。図1(A)は低湿潤状態であって水14の量は少なく、水14により塞がれた部分を除く貫通孔13の径daは大きくて、ガスクロスリーク7の量が多い状態を示す。一方、図1(B)は高湿潤状態であって水14の量は図1(A)に示される低湿潤状態の場合よりも多く、水14により塞がれた部分を除く貫通孔13の径dbは低湿潤状態の場合の径daより小さくて、ガスクロスリーク7の量は低湿潤状態の場合よりも少ない状態を示す。図1(A)および(B)に示されるように、固体高分子電解質膜4に貫通孔13が生じた場合、高湿潤状態(図1(B))では低湿潤状態(図1(A))よりも、貫通孔13を水14が塞ぐ割合は高くなる。すなわち、(d−db)/d>(d−da)/dとなる。従って、高湿潤状態の方が低湿潤状態の方より燃料極21から空気極22へ移動する水素の量が少なくなる。この結果、空気極22で空気26中の酸素と直接燃焼する水素の量が減るため、開回路電圧の低下も小さくなる。一方、低湿潤状態(図1(A))では、貫通孔13を塞ぐための水14が十分に固体高分子電解質膜4中に存在しないため、ガスクロスリーク7の量は高湿潤状態の場合より多くなる。この結果、空気極22で空気26中の酸素と直接燃焼する水素の量が増えるため、開回路電圧の低下が大きくなる。従って、開回路電圧状態において、所定の加湿露点の状態(高湿潤状態)から加湿露点を下げた状態(低湿潤状態)の時の開回路電圧の変化量を測定することにより、ガスクロスリーク7の量を検知することができる。すなわち本発明のガスクロスリーク検知方法によれば、単セル20を構成した固体高分子形燃料電池において、空気極22または燃料極21に供給する反応ガス(燃料ガス25または空気26)中の加湿量を変えた時に変化する開回路電圧差を測定することにより、固体高分子電解質膜4間のガスクロスリーク7を検知することができる。
1A and 1B show the relationship between the wet state of the
本発明のガスクロスリーク検知方法に関し、以下のような測定を行なった。空気極22の加湿露点温度をTdc(℃)、その時の開回路電圧をVTdc(V)とし、空気極22の加湿露点をTdc(℃)から30℃下げた時の加湿露点をTdc_30(℃)、その時の開回路電圧をVTdc_30(V)とした場合における、開回路電圧差ΔV(V)=VTdc−VTdc_30を測定した。以上の測定後、単セル20毎に、燃料極21側に加圧Heガスにより差圧(0.05MPa)をかけてガス透過量を測定した。ガス拡散性が高いHeガスを測定ガスに使うことにより、ガスクロスリーク7を感度良く測定することができるためである。なお、電極面積は100cm2であった。
Regarding the gas cross leak detection method of the present invention, the following measurements were performed. The humidifying dew point of the air electrode 22 is Tdc (° C), the open circuit voltage at that time is VTdc (V), and the humidifying dew point when the humidifying dew point of the air electrode 22 is lowered by 30 ° C from Tdc (° C) is Tdc_30 (° C). The open circuit voltage difference ΔV (V) = VTdc−VTdc_30 was measured when the open circuit voltage at that time was VTdc_30 (V). After the above measurement, the gas permeation amount was measured for each
図2は、Heガス透過量と開回路電圧差ΔV(=VTdc−VTdc_30)との関係をグラフで示す。図2において、横軸は測定ガスであるHeガスのガスクロスリーク量(cc/min @He0.05MPa)、縦軸は開回路電圧差ΔV(V)であり、測定点は黒丸印●で示す。図2に示されるように、Heガスのガスクロスリーク量が多い程、開回路電圧差ΔVが増加する傾向にある。ここで、開回路電圧差ΔVが増加するということは、加湿露点をTdc(℃)から30℃下げてTdc_30(℃)とした時に、開回路電圧が下がったことを意味する。更に、Heガスのガスクロスリーク量も増加したことから、開回路電圧差ΔVが変化(増加)した場合には、単セル20の燃料極21と空気極22との間のガスクロスリーク量も変化(増加)したと言うことができる。図2からわかるように、安定した出力を得るためには、つまり開回路電圧差ΔVを増加させないためには、Heガスのガスクロスリーク量は10cc/min以下に抑えることが望ましい。言い換えれば、図2の測定結果から、開回路電圧差ΔV<0(V)であれば、Heガスのガスクロスリーク量は10cc/min以下に抑えられるため、安定した出力を得ることができる。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the He gas permeation amount and the open circuit voltage difference ΔV (= VTdc−VTdc_30). In FIG. 2, the horizontal axis represents the gas cross leak amount (cc / min @He 0.05 MPa) of He gas as the measurement gas, the vertical axis represents the open circuit voltage difference ΔV (V), and the measurement points are indicated by black circles ●. As shown in FIG. 2, the open circuit voltage difference ΔV tends to increase as the amount of He gas cross leak increases. Here, the increase in the open circuit voltage difference ΔV means that the open circuit voltage has decreased when the humidifying dew point is lowered by 30 ° C. from Tdc (° C.) to Tdc_30 (° C.). Further, since the gas cross leak amount of He gas has increased, when the open circuit voltage difference ΔV changes (increases), the gas cross leak amount between the fuel electrode 21 and the air electrode 22 of the
以上より、本発明の実施例1によれば、燃料電池の連続運転中に、定期的に開回路電圧差ΔV(=VTdc−VTdc_30)を測定し、開回路電圧差ΔV≧0(V)になった時に、ガスクロスリーク7の検知を示す信号を所望のモニタ装置等(不図示)へ送ることにより、ガスクロスリーク7による単セル20の出力の急低下を未然に検知し防ぐことができる。従って、固体高分子電解質膜4の貫通孔径を増加させたり、薄膜化部1に大きな貫通孔を生じさせる等のように固体高分子電解質膜4を損傷することなくガスクロスリーク7を精度高く検知することができ、燃料電池の連続運転可能な時間を長くすることができるガスクロスリーク検知方法を提供することができる。この結果、燃料電池を安全に一般の用途(定置用、車載等)に適用することが容易になる。
As described above, according to Example 1 of the present invention, the open circuit voltage difference ΔV (= VTdc−VTdc_30) is periodically measured during continuous operation of the fuel cell, and the open circuit voltage difference ΔV ≧ 0 (V) is satisfied. At this time, by sending a signal indicating detection of the gas cross leak 7 to a desired monitor device (not shown) or the like, it is possible to detect and prevent a sudden drop in the output of the
実施例1では、開回路電圧差ΔV(=VTdc−VTdc_30)の場合について測定した。実施例2では、空気極22の加湿露点をTdc(℃)から20℃下げた時の加湿露点をTdc_20(℃)、その時の開回路電圧をVTdc_20(V)とした場合における、開回路電圧差ΔV=VTdc−VTdc_20を測定した。実施例2においても実施例1と同様に、以上の測定後、単セル20毎に、燃料極21側に加圧Heガスにより差圧(0.05MPa)をかけてガス透過量を測定した。実施例1と同様に、電極面積は100cm2であった。
In Example 1, it measured about the case of open circuit voltage difference (DELTA) V (= VTdc-VTdc_30). In Example 2, when the humidifying dew point of the air electrode 22 is lowered by 20 ° C. from Tdc (° C.), the humidifying dew point is Tdc — 20 (° C.), and the open circuit voltage at that time is VTdc — 20 (V). ΔV = VTdc−VTdc — 20 was measured. In Example 2, as in Example 1, after the above measurement, the gas permeation amount was measured for each
図3は、Heガス透過量と開回路電圧差ΔV(=VTdc−VTdc_20)との関係をグラフで示す。図3において、図2と同様に横軸は測定ガスであるHeガスのガスクロスリーク量(cc/min @He0.05MPa)、縦軸は開回路電圧差ΔV(V)であり、測定点は黒三角印▲で示す。図3からわかるように、空気極22の加湿露点をTdc(℃) から20℃下げた時(Tdc_20(℃))も同様に、開回路電圧差ΔV<0(V)であれば、Heガスのガスクロスリーク量は10cc/min以下に抑えられるため、安定した出力を得ることができる。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the He gas permeation amount and the open circuit voltage difference ΔV (= VTdc−VTdc — 20). In FIG. 3, the horizontal axis is the gas cross leak amount (cc / min @He 0.05 MPa) of He gas as the measurement gas, the vertical axis is the open circuit voltage difference ΔV (V), and the measurement point is black as in FIG. Indicated by triangle mark ▲. As can be seen from FIG. 3, when the humidification dew point of the air electrode 22 is lowered by 20 ° C. from Tdc (° C.) (Tdc — 20 (° C.)), if the open circuit voltage difference ΔV <0 (V), then the He gas Since the gas cross leak amount is suppressed to 10 cc / min or less, a stable output can be obtained.
実施例1では空気極22の加湿露点をTdc(℃)から30℃下げた場合について開回路電圧差ΔVを測定し、実施例2ではTdc(℃)から20℃下げた場合について開回路電圧差ΔV測定した。実際の運転では、Tdc(℃)を10℃以上下げることにより、開回路電圧の検知によってガスクロスリーク7を検知することが可能である。 In Example 1, the open circuit voltage difference ΔV is measured when the humidification dew point of the air electrode 22 is lowered by 30 ° C. from Tdc (° C.), and in Example 2, the open circuit voltage difference is lowered by 20 ° C. from Tdc (° C.). ΔV was measured. In actual operation, the gas cross leak 7 can be detected by detecting the open circuit voltage by lowering Tdc (° C.) by 10 ° C. or more.
以上より、本発明の実施例2によれば、燃料電池の連続運転中に、定期的に(所定の期間毎に)開回路電圧差ΔV(=VTdc−VTdc_20)を測定し、開回路電圧差ΔV≧0(V)になった時に、ガスクロスリーク7の検知を示す信号を所望のモニタ装置等(不図示)へ送ることにより、ガスクロスリーク7による単セル20の出力の急低下を未然に検知し防ぐことができる。実施例1のように空気極22の加湿露点Tdc(℃)を30℃下げなくても10℃以上下げることにより、実施例1と同様に、開回路電圧の検知によってガスクロスリーク7を検知することが可能であるという効果を得ることができる。
As described above, according to the second embodiment of the present invention, the open circuit voltage difference ΔV (= VTdc−VTdc — 20) is measured periodically (every predetermined period) during the continuous operation of the fuel cell, and the open circuit voltage difference is measured. When ΔV ≧ 0 (V), a signal indicating the detection of the gas cross leak 7 is sent to a desired monitor device or the like (not shown) to detect a sudden drop in the output of the
実施例1および2では、空気極22の加湿露点Tdc(℃)を変えた場合について説明した。しかし、燃料極21の加湿露点を下げた場合についても同様にしてガスクロスリーク7を検知することが可能であり、空気極22と燃料極21との両方の加湿露点を下げた場合についても同様にしてガスクロスリーク7を検知することが可能である。 In Examples 1 and 2, the case where the humidifying dew point Tdc (° C.) of the air electrode 22 is changed has been described. However, the gas cross leak 7 can be detected in the same manner even when the humidification dew point of the fuel electrode 21 is lowered, and similarly when the humidification dew point of both the air electrode 22 and the fuel electrode 21 is lowered. Thus, the gas cross leak 7 can be detected.
本発明の活用例として、一般の用途(定置用または車載用等)における固体高分子型燃料電池(PEFC)による燃料電池発電装置への適用が挙げられる。 As an application example of the present invention, application to a fuel cell power generator using a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) in general applications (stationary or in-vehicle use) can be mentioned.
1 電解質膜亀裂部または薄膜部、 2a 燃料極拡散層、 2b 空気極拡散層、 3a 燃料極触媒層、 3b 空気極触媒層、 4 固体高分子電解質膜、 5a、5b セパレータ、 6 ガスシール部、 7 ガスクロスリーク、 8a、8b ガス流通部、 9、9’ 電圧計、 10 燃料極加湿器または改質器、 11 空気極加湿器、 12 燃料電池スタック、 13 貫通孔、 14 水、 25 燃料ガス、 26 空気。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrolytic membrane crack part or thin film part, 2a Fuel electrode diffusion layer, 2b Air electrode diffusion layer, 3a Fuel electrode catalyst layer, 3b Air electrode catalyst layer, 4 Solid polymer electrolyte membrane, 5a, 5b Separator, 6 Gas seal part, 7 Gas cross leak, 8a, 8b Gas distribution section, 9, 9 'Voltmeter, 10 Fuel electrode humidifier or reformer, 11 Air electrode humidifier, 12 Fuel cell stack, 13 Through-hole, 14 Water, 25 Fuel gas, 26 Air.
Claims (4)
燃料極又は/及び空気極に供給する反応ガス中の加湿量を変えた時に測定された開回路電圧差に基づき、前記固体高分子電解質膜間のガスクロスリークを検知することを特徴とするガスクロスリーク検知方法。 A method for detecting a gas cross leak between solid polymer electrolyte membranes of a polymer electrolyte fuel cell in which a polymer electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an air electrode,
A gas cross leak that detects a gas cross leak between the solid polymer electrolyte membranes based on an open circuit voltage difference measured when a humidification amount in a reaction gas supplied to a fuel electrode and / or an air electrode is changed. Detection method.
4. The gas cross leak detection method according to claim 2, wherein X ° C. ≧ 10 ° C.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004255338A JP2006073351A (en) | 2004-09-02 | 2004-09-02 | Gas cross leakage detection method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004255338A JP2006073351A (en) | 2004-09-02 | 2004-09-02 | Gas cross leakage detection method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006073351A true JP2006073351A (en) | 2006-03-16 |
Family
ID=36153750
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004255338A Pending JP2006073351A (en) | 2004-09-02 | 2004-09-02 | Gas cross leakage detection method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006073351A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101316243B1 (en) | 2011-03-31 | 2013-10-08 | 현대자동차주식회사 | Diagnosis Method for Membrane of Fuel Cell Stack |
WO2014115431A1 (en) | 2013-01-24 | 2014-07-31 | 日産自動車株式会社 | Fuel cell system and fuel cell vehicle |
JP2015069948A (en) * | 2013-09-30 | 2015-04-13 | 東芝燃料電池システム株式会社 | Fuel cell |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3271801B2 (en) * | 1992-09-22 | 2002-04-08 | 田中貴金属工業株式会社 | Polymer solid electrolyte fuel cell, humidifying method of the fuel cell, and manufacturing method |
JP2003045466A (en) * | 2001-07-26 | 2003-02-14 | Honda Motor Co Ltd | Gas leakage detection method in fuel cell |
JP2003272675A (en) * | 2002-03-14 | 2003-09-26 | Toyota Motor Corp | Fuel cell and its control method |
JP3519841B2 (en) * | 1995-11-17 | 2004-04-19 | 本田技研工業株式会社 | Method and apparatus for detecting combustion in solid polymer electrolyte fuel cell |
JP2004220844A (en) * | 2003-01-10 | 2004-08-05 | Sanyo Electric Co Ltd | Fuel cell system |
-
2004
- 2004-09-02 JP JP2004255338A patent/JP2006073351A/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3271801B2 (en) * | 1992-09-22 | 2002-04-08 | 田中貴金属工業株式会社 | Polymer solid electrolyte fuel cell, humidifying method of the fuel cell, and manufacturing method |
JP3519841B2 (en) * | 1995-11-17 | 2004-04-19 | 本田技研工業株式会社 | Method and apparatus for detecting combustion in solid polymer electrolyte fuel cell |
JP2003045466A (en) * | 2001-07-26 | 2003-02-14 | Honda Motor Co Ltd | Gas leakage detection method in fuel cell |
JP2003272675A (en) * | 2002-03-14 | 2003-09-26 | Toyota Motor Corp | Fuel cell and its control method |
JP2004220844A (en) * | 2003-01-10 | 2004-08-05 | Sanyo Electric Co Ltd | Fuel cell system |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101316243B1 (en) | 2011-03-31 | 2013-10-08 | 현대자동차주식회사 | Diagnosis Method for Membrane of Fuel Cell Stack |
WO2014115431A1 (en) | 2013-01-24 | 2014-07-31 | 日産自動車株式会社 | Fuel cell system and fuel cell vehicle |
CN104956534A (en) * | 2013-01-24 | 2015-09-30 | 日产自动车株式会社 | Fuel cell system and fuel cell vehicle |
JP6011643B2 (en) * | 2013-01-24 | 2016-10-19 | 日産自動車株式会社 | Fuel cell system and fuel cell vehicle |
CN104956534B (en) * | 2013-01-24 | 2017-08-25 | 日产自动车株式会社 | Fuel cell system and fuel cell car |
US9853311B2 (en) | 2013-01-24 | 2017-12-26 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and fuel cell powered vehicle |
JP2015069948A (en) * | 2013-09-30 | 2015-04-13 | 東芝燃料電池システム株式会社 | Fuel cell |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2395015C (en) | Gas leak detection method for fuel cell | |
US8202664B2 (en) | Membrane electrode assembly, fuel cell stack and fuel cell system | |
US20050003245A1 (en) | Method for recognition of a leak in a fuel cell | |
US7560183B2 (en) | Control of RH conditions in electrochemical conversion assembly | |
JP4607827B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2006073351A (en) | Gas cross leakage detection method | |
JP5193435B2 (en) | Solid polymer electrolyte fuel cell | |
JP6170796B2 (en) | Fuel cell diagnostic method and operation method | |
JP5403874B2 (en) | Polymer electrolyte fuel cell and method for recovering its characteristics | |
JP4606038B2 (en) | POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL AND METHOD OF OPERATING THE SAME | |
CN103000921B (en) | The method of preparation aqueous vapor transmission film | |
JPH10294117A (en) | Solid high-molecular electrolyte fuel cell | |
JP2009043688A (en) | Fuel cell | |
JP4348154B2 (en) | Catalyst membrane for polymer electrolyte fuel cell, production method thereof and fuel cell using the same | |
JP6237424B2 (en) | Inspection method of fuel cell | |
US20130260277A1 (en) | Diffusion layer structure of fuel cell | |
JP4729866B2 (en) | Fuel cell | |
JP2004335448A (en) | Operating method for polymer electrolyte fuel cell | |
JP2006079913A (en) | Fuel cell | |
JP2007317672A (en) | Electrolyte membrane evaluation device and evaluation method | |
JP6127946B2 (en) | Inspection method of fuel cell | |
JP5354956B2 (en) | Polymer electrolyte membrane fuel cell | |
JP2005228580A (en) | Electrolytic material for fuel cell and fuel cell | |
JP2013114931A (en) | Electrolyte membrane/electrode structure for solid polymer fuel cell | |
JP2023139576A (en) | Fuel battery cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070717 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110117 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110301 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110927 |