JP2008198496A - 固体高分子形燃料電池及びその特性回復方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の固体高分子形燃料電池は、燃料電池スタック1と、燃料ガス配管Gと空気配管Aと、冷却水ポンプ11を含む冷却水配管Pとを備える。冷却水配管Pは、冷却水ポンプ11と、冷却水タンク12と、燃料電池スタック1の入口側に圧力制御弁13とを備える。圧力制御弁13は、冷却水圧力制御手段14によって制御される。この冷却水圧力制御手段14による制御は、累積発電時間監視手段15により、累積発電時間があらかじめ設定された時間を上回ったか否かを判断し、これに基づいて冷却水配管Pの冷却水圧力を低下させる制御を行う。
【選択図】図1
Description
図1は本発明の第1の実施形態における固体高分子形燃料電池の構成を示す図であり、図中の破線はガス配管、実線は冷却水、そして一点鎖線は電圧測定回路をそれぞれ示している(図6,図10においても同様である。)。
図1に示すように、本実施形態の固体高分子形燃料電池は、燃料電池スタック1と、燃料ガス配管Gと空気配管Aと、冷却水ポンプ11を含む冷却水配管Pとを備える。なお、図1において燃料電池スタック1は、説明の便宜上、単セルで表現しているが、実際にはこれが直列に複数積層されて形成される。
次に以上のような構成からなる本実施形態のフラッディングの改善に関する通常の動作を説明する。
(2−1)構成
本発明の第2の実施形態に係る固体高分子形燃料電池について説明する。本実施形態の固体高分子形燃料電池は、フラッディングあるいは保湿性不足の確認操作を行い、フラッディングあるいは保湿性の不足のうち少なくとも一方が発生しているかを検知することを特徴としている。具体的には、図6に示すように、燃料電池スタック用の電圧計20を設け、この電圧計20によりフラッディングによる燃料電池スタック劣化状態が発生しているかを確認するものである。なお、本実施形態の固体高分子形燃料電池におけるその他の構成及び操作方法については第1の実施形態と同様である。
次に本実施形態の作用について図7のフローチャートを用いて説明する。操作を行うにあたり、発電中に所定期間を設けて定期的に燃料電池の劣化状態を検査する状態に変更する(START)。累積発電時間監視手段15により、燃料電池スタック1の累積発電時間が設定した値を上回るか否かを監視し(S601)、上回った場合には(YES)、検査状態とするために電流制御手段16により電流を一定にする制御を開始し(S602)、燃料電池スタック1の安定状態を維持する(S603)。そして、冷却水圧力制御手段14が、圧力制御弁13を制御して冷却水の圧力を低下させる(S604)。これにより、燃料極2と酸化剤極3とからなる電極とセパレータ10との圧力差が上昇するように変化させる。
本発明の第3の実施形態に係る固体高分子形燃料電池について説明する。本実施形態の固体高分子形燃料電池は、セパレータ機能劣化によるフラッディングあるいは保湿不足を第2の実施形態にて示した機能劣化情報により検知し、これに第1の実施形態で示した操作を行うこととしたものである。
本発明は、上記のような実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような態様によっても実施可能である。例えば、第1の実施形態では、冷却水の圧力を圧力制御弁13で制御することで実現しているが、圧力差をつける制御を行うことを特徴としているが、このような圧力の制御を行うには、必ずしも調節弁が必要なのではなく、例えば、冷却水ポンプ11の出力を上昇させることにより、冷却水流量を増加させることによっても、実現可能である。また、図10に示すように、冷却水系の圧力はそのままとして、電極側の酸化剤あるいは燃料の少なくとも一方に圧力制御弁21a,21bを設けることで電極と冷却水との圧力差をつけることも可能である。
2…燃料極
3…酸化剤極
4…固体高分子電解質膜
4…電解質膜
4…電解質
10…多孔質セパレータ
11…冷却水ポンプ
12…冷却水タンク
13,21a,21b…圧力制御弁
14…冷却水圧力制御手段
15…累積発電時間監視手段
16…電流制御手段
17…電圧判定手段
20…電圧計
A…空気配管
G…燃料ガス配管
P…冷却水配管
Claims (10)
- 電解質を挟んで燃料極と酸化剤極とをそれぞれ配置した単セルに、反応ガスを供給する反応ガス流通部と冷却水を流通させる冷却水流通部とを互いに裏面になるように配置した導電性多孔質セパレータを介して積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの前記冷却水流通部に冷却水を循環して供給する冷却水系と、を備えた固体高分子形燃料電池において、
前記反応ガス流通部の反応ガス圧力と前記冷却水流通部の冷却水圧力との圧力差を調整する圧力差調整手段を備えたことを特徴とする固体高分子形燃料電池。 - 前記圧力差調整手段は、前記冷却水系に設けられた圧力調整弁あるいはポンプのうち少なくとも一方を制御して冷却水圧力を調整するものであることを特徴とする請求項1記載の固体高分子形燃料電池。
- 前記圧力差調整手段は、前記燃料極と前記酸化剤極に燃料ガスと空気とをそれぞれ供給する燃料ガス流通部又は酸化剤流通部に設けられた圧力調整弁を制御して燃料ガスと空気の圧力を調整するものであることを特徴とする請求項1記載の固体高分子形燃料電池。
- 前記燃料電池スタックの累積発電時間を監視する累積発電時間監視手段を備え、
前記圧力差調整手段は、前記累積発電時間監視手段により検出される累積発電時間が所定時間を上回った場合に、前記反応ガス流通部の反応ガス圧力と前記冷却水流通部の冷却水圧力との圧力差を調整することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体高分子形燃料電池。 - 前記燃料電池スタックの電圧を測定する電圧計を設け、
前記電圧計によって検出される電圧の変動を判定する電圧判定手段を備え、
前記圧力差調整手段は、前記燃料電池スタックの電圧が低下した場合には前記反応ガス流路の反応ガス圧力と前記冷却水流通部の冷却水圧力との圧力差を調整する処理と、前記燃料電池スタックの電圧が元の値に戻る、あるいは上昇した場合には前記圧力差の調整を解除する処理とを所定の時間間隔によって繰り返すものであることを特徴とする請求項4記載の固体高分子形燃料電池。 - 前記燃料電池スタックの電圧を測定する電圧計を設け、
前記電圧計によって検出される電圧の変動を判定する電圧判定手段を備え、
前記圧力差調整手段は、前記累積発電時間が所定時間を上回った後、前記燃料電池スタックの電圧が低下した場合に、前記反応ガス流通部の反応ガス圧力と前記冷却水流通部の冷却水圧力との圧力差を調整することを特徴とする請求項4又は5記載の固体高分子形燃料電池。 - 前記燃料電池スタックを所定時間、一定の電流で運転制御する電流制御手段を備え、
前記圧力差調整手段は、前記電流制御手段により、前記燃料電池スタックが所定時間、一定の電流で運転制御されている間に、前記燃料電池スタックの電圧が低下した場合に、前記反応ガス流通部の反応ガス圧力と前記冷却水流通部の冷却水圧力との圧力差を調整することを特徴とする請求項6記載の固体高分子形燃料電池。 - 前記圧力差調整手段は、前記電圧判定手段によって前記燃料電池スタックの電圧の変動上昇幅が所定値を上回ると判定された場合に、前記反応ガス流通部の反応ガス圧力と前記冷却水流通部の冷却水圧力との圧力差を調整することを特徴とする請求項7記載の固体高分子形燃料電池。
- 装置の1回の起動における前記燃料電池スタックの発電開始からの時間を監視する発電時間監視手段を備え、
前記圧力差調整手段は、前記発電時間監視手段により検出される発電開始からの時間が所定時間を上回った場合に、前記反応ガス流通部の反応ガス圧力と前記冷却水流通部の冷却水圧力との圧力差を調整することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体高分子形燃料電池。 - 電解質を挟んで燃料極と酸化剤極とをそれぞれ配置した単セルに、反応ガスを供給する反応ガス流通部および冷却水を流通させる冷却水流通部を互いに裏面になるように配置した導電性多孔質セパレータを介して積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの前記冷却水流通部に冷却水を循環して供給する冷却水系と、を備えた固体高分子形燃料電池の特性回復方法において、
前記反応ガス流路の反応ガス圧力と前記冷却水流路の冷却水圧力との圧力差を調整する圧力差調整処理を行うことを特徴とする固体高分子形燃料電池の特性回復方法。
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