JPH087911A - リン酸型燃料電池の不良セル検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ユーザーにおける運転中に特性が劣化するよ
うな潜在不良セルを確実に検出できるリン酸型燃料電池
の不良セル検出方法を提供する。 【構成】 リン酸電解質層の一方の面に燃料極を備え且
つ他方の面に酸素極を備え、且つ、水素ガスを含有した
燃料ガスが通流する燃料ガス流路を燃料極に臨む面に備
え且つ酸素ガスを含有した酸素含有ガスが通流する酸素
含有ガス流路を酸素極に臨む面に備えた板状のセルの複
数個が積層状態に並置されたリン酸型燃料電池におい
て、一個のセル又は複数個のセルにて構成されるブロッ
クに区分し、各燃料ガス流路に供給された燃料ガスのう
ち各燃料極において電池反応に使用された割合を示す燃
料利用率を通常運転時における値から運転限界値近くま
で大きくして、そのときのブロック夫々の通常運転時に
対する出力電圧変化を測定し、出力電圧変化が設定値以
上のブロックを不良とするリン酸型燃料電池の不良セル
検出方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リン酸電解質層の一方
の面に燃料極を備え且つ他方の面に酸素極を備え、且
つ、水素ガスを含有した燃料ガスが通流する燃料ガス流
路を前記燃料極に臨む面に備え且つ酸素ガスを含有した
酸素含有ガスが通流する酸素含有ガス流路を前記酸素極
に臨む面に備えた板状のセルの複数個が積層状態に並置
されたリン酸型燃料電池において、積層状態に並置され
た複数個のセルの中から不良のセルを検出するリン酸型
燃料電池の不良セル検出方法方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、リン酸型燃料電池では、一つの
セルの起電力は約０．６５ボルト程度と低く、実用上必
要な出力電圧を得るために、１５０〜３００個のセルを
電気的に直列接続する状態で積層状態に並置して構成し
ている。尚、以下の説明では、複数個のセルを積層状態
に並置したものをセルスタックと称する場合がある。そ
こで、リン酸型燃料電池を出荷する前にセルスタックの
中から不良セルを検出するための方法としては、従来、
下記のような方法が採用されていた。

【０００３】各燃料ガス流路に供給された燃料ガスのう
ち燃料極において電池反応に使用された割合（以下、燃
料利用率を称する）、又は、各酸素含有ガス流路に供給
された酸素含有ガス中の酸素ガスのうち各酸素極におい
て電池反応に使用された割合（以下、酸素利用率と称す
る）を、通常運転時における値（以下、通常運転値と称
する場合がある）よりも僅かに（例えば、５％以下程
度）大きくして、そのときのブロック夫々の通常運転時
に対する出力電圧変化を測定し、出力電圧変化から不良
セルを検出するようにしていた。又、通常運転時よりも
大きい負荷を燃料電池に接続し、そのときのブロック夫
々の通常運転時に対する出力電圧変化を測定し、出力電
圧変化から不良セルを検出するようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の検出方法で
は、初期不良のセルは確実に検出することができる。一
方、潜在的な欠陥があるため特性劣化速度が初期不良セ
ルに比べて遅いものの正常セルに比べて若干速いような
セル（以下、潜在不良セルと称する場合がある）は、ユ
ーザーにおいて燃料電池の運転開始後の比較的早い時期
に特性が劣化して不良となる。しかしながら、このよう
な潜在不良セルは、従来の検出方法では、出力電圧変化
は正常セルとほとんど差異がないため、検出することが
できなかった。そこで、ユーザーにおいて運転中に不良
セルが発生し、セルスタックを解体して不良セルを交換
しなければならないような事態が生じる場合があり、改
善が望まれていた。

【０００５】尚、潜在不良セルとしては、ガス等配性が
悪いセル、ガス拡散性が悪いセル等がある。セルにおい
ては、導入された燃料ガスや酸素含有ガスが各セルの全
面に対して偏りなく均一に分配される状態、即ち、ガス
等配性に優れている必要がある。しかしながら、燃料極
又は酸素極等に欠陥があると、リン酸電解質層からリン
酸が燃料流路又は酸素含有ガス流路に滲み出して、導入
された燃料ガスや酸素含有ガスのセルの面に対する分配
に偏りが生じ、ガス等配性が悪くなる。又、燃料極及び
酸素極は多孔体から形成してあり、導入された燃料ガス
や酸素含有ガスが多孔体を通じて拡散するようにしてあ
る。そして、セルにおいては、導入された燃料ガスや酸
素含有ガスが燃料極や酸素極の反応領域に拡散するこ
と、即ち、ガス拡散性に優れている必要がある。しかし
ながら、燃料極又は酸素極等に欠陥があると、リン酸電
解質層からリン酸が燃料極又は酸素極の孔に入り込ん
で、ガス拡散性が悪くなる。

【０００６】ガス等配性あるいはガス拡散性が悪い場合
は、運転するとセルの温度分布に偏りが生じるため欠陥
が更に進行して、ガス等配性あるいはガス拡散性が一層
劣化し、それに伴って特性が劣化して不良となる。

【０００７】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、ユーザーにおける運転中に特性
が劣化するような潜在不良セルを確実に検出できるリン
酸型燃料電池の不良セル検出方法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によるリン酸型燃
料電池の不良セル検出方法の第１の特徴構成は、リン酸
電解質層の一方の面に燃料極を備え且つ他方の面に酸素
極を備え、且つ、水素ガスを含有した燃料ガスが通流す
る燃料ガス流路を前記燃料極に臨む面に備え且つ酸素ガ
スを含有した酸素含有ガスが通流する酸素含有ガス流路
を前記酸素極に臨む面に備えた板状のセルの複数個が積
層状態に並置されたリン酸型燃料電池において、一個の
セル又は複数個のセルにて構成されるブロックに区分
し、各燃料ガス流路に供給された燃料ガスのうち各燃料
極において電池反応に使用された割合を示す燃料利用率
を通常運転時における値から運転限界値近くまで大きく
して、そのときの前記ブロック夫々の通常運転時に対す
る出力電圧変化を測定し、出力電圧変化が設定値以上の
ブロックを不良とする点にある。

【０００９】第２の特徴構成は、リン酸電解質層の一方
の面に燃料極を備え且つ他方の面に酸素極を備え、且
つ、水素ガスを含有した燃料ガスが通流する燃料ガス流
路を前記燃料極に臨む面に備え且つ酸素ガスを含有した
酸素含有ガスが通流する酸素含有ガス流路を前記酸素極
に臨む面に備えた板状のセルの複数個が積層状態に並置
されたリン酸型燃料電池において、一個のセル又は複数
個のセルにて構成されるブロックに区分し、前記燃料ガ
ス流路に供給される燃料ガス中の水素ガス濃度を通常運
転時における値よりも大きくして、そのときの前記ブロ
ック夫々の通常運転時に対する出力電圧変化を測定し、
出力電圧変化が設定値以上のブロックを不良とする点に
ある。

【００１０】第３の特徴構成は、リン酸電解質層の一方
の面に燃料極を備え且つ他方の面に酸素極を備え、且
つ、水素ガスを含有した燃料ガスが通流する燃料ガス流
路を前記燃料極に臨む面に備え且つ酸素ガスを含有した
酸素含有ガスが通流する酸素含有ガス流路を前記酸素極
に臨む面に備えた板状のセルの複数個が積層状態に並置
されたリン酸型燃料電池において、一個のセル又は複数
個のセルにて構成されるブロックに区分し、各燃料ガス
流路に供給された燃料ガスのうち各燃料極において電池
反応に使用された割合を示す燃料利用率を通常運転時に
おける値よりも大きくし、且つ、燃料ガス中の水素ガス
濃度を通常運転時における値よりも小さくして、そのと
きの前記ブロック夫々の通常運転時に対する出力電圧変
化を測定し、出力電圧変化が設定値以上のブロックを不
良とする点にある。

【００１１】第４の特徴構成は、リン酸電解質層の一方
の面に燃料極を備え且つ他方の面に酸素極を備え、且
つ、水素ガスを含有した燃料ガスが通流する燃料ガス流
路を前記燃料極に臨む面に備え且つ酸素ガスを含有した
酸素含有ガスが通流する酸素含有ガス流路を前記酸素極
に臨む面に備えた板状のセルの複数個が積層状態に並置
されたリン酸型燃料電池において、一個のセル又は複数
個のセルにて構成されるブロックに区分し、各酸素含有
ガス流路に供給された酸素含有ガス中の酸素ガスのうち
各酸素極において電池反応に使用された割合を示す酸素
利用率を通常運転時における値から運転限界値近くまで
大きくして、そのときの前記ブロック夫々の通常運転時
に対する出力電圧変化を測定し、出力電圧変化が設定値
以上のブロックを不良とする点にある。

【００１２】第５の特徴構成は、リン酸電解質層の一方
の面に燃料極を備え且つ他方の面に酸素極を備え、且
つ、水素ガスを含有した燃料ガスが通流する燃料ガス流
路を前記燃料極に臨む面に備え且つ酸素ガスを含有した
酸素含有ガスが通流する酸素含有ガス流路を前記酸素極
に臨む面に備えた板状のセルの複数個が積層状態に並置
されたリン酸型燃料電池において、一個のセル又は複数
個のセルにて構成されるブロックに区分し、前記酸素含
有ガス流路に供給される酸素含有ガス中の酸素ガス濃度
を通常運転時における値よりも大きくして、そのときの
前記ブロック夫々の通常運転時に対する出力電圧変化を
測定し、出力電圧変化が設定値以上のブロックを不良と
する点にある。

【００１３】第６の特徴構成は、リン酸電解質層の一方
の面に燃料極を備え且つ他方の面に酸素極を備え、且
つ、水素ガスを含有した燃料ガスが通流する燃料ガス流
路を前記燃料極に臨む面に備え且つ酸素ガスを含有した
酸素含有ガスが通流する酸素含有ガス流路を前記酸素極
に臨む面に備えた板状のセルの複数個が積層状態に並置
されたリン酸型燃料電池において、一個のセル又は複数
個のセルにて構成されるブロックに区分し、各酸素含有
ガス流路に供給された酸素含有ガス中の酸素ガスのうち
各酸素極において電池反応に使用された割合を示す酸素
利用率を通常運転時における値よりも大きくし、且つ、
前記酸素含有ガス流路に供給される酸素含有ガス中の酸
素ガス濃度を通常運転時における値よりも小さくして、
そのときの前記ブロック夫々の通常運転時に対する出力
電圧変化を測定し、出力電圧変化が設定値以上のブロッ
クを不良とする点にある。

【００１４】

【作用】第１の特徴構成による作用は、以下の通りであ
る。燃料利用率を大きくすると、燃料ガス流路の出口付
近での水素分圧が低下し、セルの出力電圧が低下する傾
向があるが、本発明の発明者らは、各種実験を行った結
果、燃料利用率を大きくする場合、通常運転値から僅か
に（例えば、５％程度）大きくするまでは、正常セルも
ガス等配性が悪いセルも出力電圧の低下の度合いは同等
であるが、運転限界値近くまで上げていくと、ガス等配
性が悪いセルの出力電圧の低下の度合いが正常セルに比
べて大きくなるという現象を利用して、ガス等配性が悪
いセルを検出することができるということを発見した。
この現象は、燃料ガスのガス等配性が悪いセルは、正常
セルに比べて燃料利用率を大きくして、燃料ガス流路の
出口付近での水素分圧が低下したことによる影響が大き
いことに起因すると考えられる。尚、燃料利用率におけ
る運転限界値とは、その値で運転すると、ガス等配性が
悪くなり過ぎるためセルの電流密度が大きくなって、長
時間継続運転するには好ましくない状態の値である。

【００１５】上述の現象の一例を図示したのが図５であ
る。図５においては、実線にて正常セルにおける燃料利
用率とセル出力電圧との相関関係を示し、破線にてガス
等配性が悪いセルにおける燃料利用率とセル出力電圧と
の相関関係を示す。尚、燃料利用率の通常運転値及び運
転限界値は、セルの仕様により若干異なるが、図５にお
いては、通常運転値を８０％程度、及び、運転限界値を
９５％程度を夫々例として説明する。図５に示すよう
に、燃料利用率を通常運転値の８０％から８５％まで大
きくする間は、正常セルもガス等配性が悪いセルも出力
電圧の低下の度合いは同等である。従って、従来のよう
に、燃料利用率を通常運転値よりも僅かに（例えば、５
％以下程度）大きくして検査する方法では、ガス等配性
が悪いセルを検出することができなかった。しかしなが
ら、燃料利用率を８５％から更に運転限界値の９５％ま
で大きくする間では、ガス等配性が悪いセルの出力電圧
の低下の度合いが正常セルに比べて大きくなる。

【００１６】本第１特徴構成は、上述の如き見地に基づ
いて成されたものである。即ち、燃料利用率を通常運転
値から運転限界値近くまで大きくしたときの通常運転時
に対する出力電圧変化は、燃料ガスのガス等配性が悪い
潜在不良セルの方が正常セルよりも大きくなる現象を呈
する。従って、設定値を、燃料ガスのガス等配性が悪い
セルが少なくとも１個存在するブロックと全く存在しな
いブロックとを明確に区別できるような値に設定する。
そして、燃料利用率を通常運転値から運転限界値近くま
で大きくして、そのときのブロック夫々の通常運転時に
対する出力電圧変化を測定し、出力電圧変化が設定値以
上のブロックを不良とするのである。

【００１７】尚、燃料利用率を通常運転値から大きくす
ることにより、加速試験を行う結果となるが、本第１特
徴構成による方法にて行う検査は短時間で実施できるの
で、燃料利用率を運転限界値で運転して検査を実施して
も、セルの寿命に与える影響はほとんどなく問題はない
が、燃料利用率を運転限界値よりも１〜２％程度小さい
値で検査を実施する方が好ましい。従って、図５に示す
例では、燃料利用率を通常運転値よりも１０〜１４％程
度大きくして検査を実施するのが好ましい。

【００１８】第２の特徴構成による作用は、以下の通り
である。本発明の発明者らは、各種実験を行った結果、
燃料ガス流路に供給する燃料ガス中の水素ガス濃度を通
常運転値よりも大きくすると、燃料ガスのガス拡散性が
悪いセルの出力電圧の上昇の度合いが正常セルに比べて
大きくなるという現象をを利用して、ガス拡散性が悪い
セルを検出することができるということを発見した。こ
の現象は、水素ガス濃度を大きくすると実際に電池反応
に使用される水素の分圧が高くなるのですべてのセルで
出力電圧が上昇するが、ガス拡散性が悪いセルは正常セ
ルに比べて水素ガス濃度を大きくしたことによる影響が
大きいことに起因すると考えられる。上述の現象を図示
したのが図６である。図６においては、実線にて正常セ
ルにおける水素ガス濃度とセル出力電圧との相関関係を
示し、破線にてガス拡散性が悪いセルにおける水素ガス
濃度とセル出力電圧との相関関係を示す。尚、水素ガス
濃度の通常運転値は、セルの仕様により若干異なるが、
図６においては、６５％程度を例として説明する。図６
に示すように、水素ガス濃度を通常運転値の６５％から
１００％に大きくすると、ガス拡散性が悪いセルの出力
電圧の上昇の度合いが正常セルに比べて大きくなる。

【００１９】本第２特徴構成は、上述の如き見地に基づ
いて成されたものである。即ち、燃料ガス中の水素ガス
濃度を通常運転値の６５％から１００％に大きくしたと
きの通常運転時に対する出力電圧変化は、燃料ガスのガ
ス拡散性が悪い潜在不良セルの方が正常セルよりも大き
くなる現象を呈する。従って、設定値を、燃料ガスのガ
ス拡散性が悪いセルが少なくとも１個存在するブロック
と全く存在しないブロックとを明確に区別できるような
値に設定する。そして、燃料ガス中の水素ガス濃度を通
常運転値から３５％程度大きくして、そのときのブロッ
ク夫々の通常運転時に対する出力電圧変化を測定し、出
力電圧変化が設定値以上のブロックを不良とするのであ
る。

【００２０】第３の特徴構成による作用は、以下の通り
である。燃料ガス流路に供給する燃料ガス中の水素ガス
濃度を通常運転値よりも小さくすると、セルの出力電圧
が低下する。そこで、燃料利用率を通常運転時における
値よりも大きくし、且つ、燃料ガス中の水素ガス濃度を
通常運転時における値よりも小さくすると、燃料利用率
を大きくしたことにより燃料ガスのガス等配性が悪いセ
ルに与えられる影響が、水素ガス濃度を小さくすること
により助長される。従って、燃料利用率を運転限界値近
くまで大きくしなくても、通常運転値より僅かに大きく
するだけで、正常セルと燃料ガスのガス等配性が悪いセ
ルとの間における出力電圧変化の差が明確になる。又、
燃料ガスのガス拡散性が悪いセルについても、水素ガス
濃度を小さくしたことによる影響が燃料利用率を大きく
したことにより助長され、正常セルとの間における出力
電圧変化の差が明確になる。即ち、ガス等配性又はガス
拡散性が悪いセルの出力電圧の低下の度合いが正常セル
に比べて大きくなる。

【００２１】本第３特徴構成は、上述の如き見地に基づ
いて成されたものである。即ち、設定値は、ガス等配性
又はガス拡散性が悪いセルが少なくとも１個存在するブ
ロックと全く存在しないブロックとを明確に区別できる
ような値に設定する。そして、燃料利用率を通常運転時
における値よりも大きくし、且つ、燃料ガス中の水素ガ
ス濃度を通常運転時における値よりも小さくして、その
ときのブロック夫々の通常運転時に対する出力電圧変化
を測定し、出力電圧変化が設定値以上のブロックを不良
とするのである。

【００２２】第４の特徴構成による作用は、以下の通り
である。酸素利用率を大きくすると、酸素含有ガス流路
の出口付近での酸素分圧が低下し、セルの出力電圧が低
下する傾向があるが、本発明の発明者らは、各種実験を
行った結果、酸素利用率を大きくする場合、通常運転値
から僅かに（例えば、５％程度）大きくするまでは、正
常セルもガス等配性が悪いセルも出力電圧の低下の度合
いは同等であるが、運転限界値近くまで上げていくと、
ガス等配性が悪いセルの出力電圧の低下の度合いが正常
セルに比べて大きくなるという現象を利用して、ガス等
配性が悪いセルを検出することができるということを発
見した。この現象は、酸素含有ガスのガス等配性が悪い
セルは、正常セルに比べて、酸素利用率を大きくして、
酸素含有ガス流路の出口付近での酸素分圧が低下したこ
とによる影響が大きいことに起因すると考えられる。
尚、酸素利用率における運転限界値とは、その値で運転
すると、ガス等配性が悪くなり過ぎるためセルの電流密
度が大きくなって、長時間継続運転するには好ましくな
い状態の値である。

【００２３】上述の現象を図示したのが図７である。図
７においては、実線にて正常セルにおける酸素利用率と
セル出力電圧との相関関係を示し、破線にて酸素含有ガ
スのガス等配性が悪いセルにおける酸素利用率とセル出
力電圧との相関関係を示す。尚、酸素利用率の通常運転
値及び運転限界値は、セルの仕様により若干異なるが、
図６においては、通常運転値を６０％程度、及び、運転
限界値を８０％程度を夫々例として説明する。図７に示
すように、酸素利用率を通常運転値の６０％から６５％
まで大きくする間は、正常セルもガス等配性が悪いセル
も出力電圧の低下の度合いは同等である。従って、従来
のように、酸素利用率を通常運転値よりも僅かに（例え
ば、５％以下程度）大きくして検査する方法では、ガス
等配性が悪いセルを検出することができなかった。しか
しながら、酸素利用率を６５％から更に運転限界値の８
０％まで大きくする間では、ガス等配性が悪いセルの出
力電圧の低下の度合いが正常セルに比べて大きくなる。

【００２４】本第４特徴構成は、上述の如き見地に基づ
いて成されたものである。即ち、酸素利用率を通常運転
値から運転限界値近くまで大きくしたときの通常運転時
に対する出力電圧変化は、酸素含有ガスのガス等配性が
悪い潜在不良セルの方が正常セルよりも大きくなる現象
を呈する。従って、設定値を、酸素含有ガスのガス等配
性が悪いセルが少なくとも１個存在するブロックと全く
存在しないブロックとを明確に区別できるような値に設
定する。そして、酸素利用率を通常運転値から運転限界
値近くまで大きくして、そのときのブロック夫々の通常
運転時に対する出力電圧変化を測定し、出力電圧変化が
設定値以上のブロックを不良とするのである。

【００２５】尚、酸素利用率を通常運転値から大きくす
ることにより、加速試験を行う結果となるが、本第３特
徴構成による方法にて行う検査は短時間で実施できるの
で、酸素利用率を運転限界値で運転して検査を実施して
も、セルの寿命に与える影響はほとんどなく問題はない
が、酸素利用率を運転限界値よりも１〜２％小さい値で
検査を実施する方が好ましい。従って、図７に示す例で
は、酸素利用率を通常運転値よりも１０〜１９％程度大
きくして検査を実施するのが好ましい。

【００２６】第５の特徴構成による作用は、以下の通り
である。本発明の発明者らは、各種実験を行った結果、
酸素含有ガス流路に供給する酸素含有ガス中の酸素ガス
濃度を通常運転値よりも大きくすると、酸素ガスのガス
拡散性が悪いセルの出力電圧の上昇の度合いが正常セル
に比べて大きくなるという現象を利用して、ガス拡散性
が悪いセルを検出することができるということを発見し
た。この現象は、酸素ガス濃度を大きくすると実際に電
池反応に使用される酸素の分圧が高くなるのですべての
セルで出力電圧が上昇するが、ガス拡散性が悪いセルは
正常セルに比べて酸素ガス濃度を大きくしたことによる
影響が大きいことに起因すると考えられる。上述の現象
を図示したのが図８である。図８においては、実線にて
正常セルにおける酸素ガス濃度とセル出力電圧との相関
関係を示し、破線にて酸素ガスのガス拡散性が悪いセル
における酸素ガス濃度とセル出力電圧との相関関係を示
す。尚、酸素ガス濃度の通常運転値はセルの仕様により
若干異なるが、酸素含有ガスとして一般には空気が使用
されるため、図８においては、酸素ガス濃度の通常運転
値を２１％程度として説明する。図８に示すように、酸
素ガス濃度を通常運転値の２１％から１００％に大きく
すると、酸素ガスのガス拡散性が悪いセルの出力電圧の
上昇の度合いが正常セルに比べて大きくなる。

【００２７】本第５特徴構成は、上述の如き見地に基づ
いて成されたものである。即ち、酸素含有ガス中の酸素
ガス濃度を通常運転値から８０％程度大きくしたときの
通常運転時に対する出力電圧変化は、酸素ガスのガス拡
散性が悪い潜在不良セルの方が正常セルよりも大きくな
る現象を呈する。従って、設定値を、酸素ガスのガス拡
散性が悪いセルが少なくとも１個存在するブロックと全
く存在しないブロックとを明確に区別できるような値に
設定する。そして、酸素含有ガス中の酸素ガス濃度を通
常運転値から８０％程度大きくして、そのときのブロッ
ク夫々の通常運転時に対する出力電圧変化を測定し、出
力電圧変化が設定値以上のブロックを不良とするのであ
る。

【００２８】第６の特徴構成による作用は、以下の通り
である。酸素含有ガス流路に供給する酸素含有ガス中の
酸素ガス濃度を通常運転値よりも小さくすると、セルの
出力電圧が低下する。そこで、酸素利用率を通常運転時
における値よりも大きくし、且つ、酸素含有ガス中の酸
素ガス濃度を通常運転時における値よりも小さくする
と、酸素利用率を大きくしたことにより酸素含有ガスの
ガス等配性が悪いセルに与えられる影響が、酸素ガス濃
度を小さくすることにより助長される。従って、酸素利
用率を運転限界値近くまで大きくしなくても、通常運転
値より僅かに大きくするだけで、正常セルと酸素含有ガ
スのガス等配性が悪いセルとの間における出力電圧変化
の差が明確になる。又、酸素ガスのガス拡散性が悪いセ
ルについても、酸素ガス濃度を小さくしたことによる影
響が酸素利用率を大きくしたことにより助長され、正常
セルとの間における出力電圧変化の差が明確になる。即
ち、ガス等配性又はガス拡散性が悪いセルの出力電圧の
低下の度合いが正常セルに比べて大きくなる。

【００２９】本第６特徴構成は、上述の如き見地に基づ
いて成されたものである。即ち、設定値を、酸素含有ガ
スのガス等配性又はガス拡散性が悪いセルが少なくとも
１個存在するブロックと全く存在しないブロックとを明
確に区別できるような値に設定する。そして、酸素利用
率を通常運転時における値よりも大きくし、且つ、酸素
含有ガス中の酸素ガス濃度を通常運転時における値より
も小さくして、そのときのブロック夫々の通常運転時に
対する出力電圧変化を測定し、出力電圧変化が設定値以
上のブロックを不良とするのである。

【００３０】

【発明の効果】第１及び第４の特徴構成によれば、ガス
等配性が悪くて、ユーザーにおける運転中に特性が劣化
するような潜在不良セルを確実に検出できるようになっ
た。又、第２及び第５の特徴構成によれば、ガス拡散性
が悪くて、ユーザーにおける運転中に特性が劣化するよ
うな潜在不良セルを確実に検出できるようになった。
又、第３及び第６の特徴構成によれば、セルの寿命に与
える影響を可及的に小さくしながら、ガス等配性又はガ
ス拡散性が悪くて、ユーザーにおける運転中に特性が劣
化するような潜在不良セルを確実に検出できるようにな
った。

【００３１】

【実施例】以下、図面に基づいて、本発明の実施例を説
明する。先ず、図１及び図２に基づいて、リン酸型燃料
電池の構成について説明する。セルＣは、リン酸を含浸
させた矩形板状のリン酸電解質層１の一方の面に矩形板
状の燃料極２を付設し且つ他方の面に矩形板状の酸素極
３を付設し、且つ、燃料極２に臨む面に燃料ガス流路ｆ
を設けるべく燃料ガス流路構成部材４を付設し且つ酸素
極３に臨む面に酸素含有ガス流路ｓを設けるべく酸素含
有ガス流路構成部材５を付設して、矩形板状に構成して
ある。燃料ガス流路構成部材４は、一方の面に燃料ガス
流路ｆとして機能する凹溝を多数平行状態で備える状態
に、導電性材料にて形成してある。そして、燃料ガス流
路構成部材４は、凹溝を燃料極２に臨ませる状態で燃料
極２に付設してある。又、酸素含有ガス流路構成部材５
は、一方の面に酸素含有ガス流路ｓとして機能する凹溝
を多数平行状態で備える状態に、導電性材料にて形成し
てある。そして、酸素含有ガス流路構成部材５は、その
凹溝を燃料ガス流路構成部材４の凹溝と直交させ且つ酸
素極３に臨ませた状態で、酸素極３に付設してある。

【００３２】上述の如く構成したセルＣの複数個（本実
施例では６個）を、隣接するセルＣの間に板状で導電性
を有するセパレータ６を配置した状態で、且つ、電気的
に直列接続する状態で上下方向に積層状態に並置するこ
とにより、サブスタックＴｓを構成してある。そして、
そのサブスタックＴｓの複数個を、隣接するサブスタッ
クＴｓの間に導電性を有する冷却部７を配置した状態
で、且つ、電気的に直列接続する状態で上下方向に並置
することにより、セルスタックＴを構成してある。又、
セルスタックＴの上端面及び下端面夫々には、集電板８
を電気的に接続する状態で付設してある。冷却部７は、
冷却水を通流するように構成してある。

【００３３】セルスタックＴにおける４側面夫々には、
一つの面が開口する箱状部材９をその開口部をセルスタ
ックＴの側面に臨ませた状態で気密状態に取り付けてあ
る。そして、燃料ガス流路ｆ夫々の一端が開口する側面
に取り付けた箱状部材９の内部を、燃料ガス流路ｆ夫々
に連通する燃料ガス供給路１０とし、燃料ガス流路ｆ夫
々の他端が開口する側面に取り付けた箱状部材９の内部
を、燃料ガス流路ｆ夫々に連通する燃料ガス排出路１１
とするように構成してある。又、酸素含有ガス流路ｓ夫
々の一端が開口する側面に取り付けた箱状部材９の内部
を、酸素含有ガス流路ｓ夫々に連通する酸素含有ガス供
給路１２とし、酸素含有ガス流路ｓ夫々の他端が開口す
る側面に取り付けた箱状部材９の内部を、酸素含有ガス
流路ｓ夫々に連通する酸素含有ガス排出路１３とするよ
うに構成してある。

【００３４】燃料ガス供給管１６により水素ガスを含有
した燃料ガスを燃料ガス供給路１０に供給して、燃料ガ
スを各セルＣの燃料ガス流路ｆを通流させた後、燃料ガ
ス排出路１１に排出させ、且つ、酸素含有ガス供給管２
１により酸素含有ガスとしての空気を酸素含有ガス供給
路１２に供給して、空気を各セルＣの酸素含有ガス流路
ｓを通流させた後、酸素含有ガス排出路１３に排出させ
るようにしてある。そして、各セルＣにおいて、燃料ガ
ス中の水素と空気中の酸素とを電気化学反応させて直流
電力が得られるように構成してある。尚、各セルＣの起
電力は約０．６５ボルト程度であり、そのセルＣを１５
０〜３００個直列接続してセルスタックＴを構成するこ
とにより、実用上必要な出力電圧を得るようにしてあ
る。

【００３５】尚、燃料ガス排出路１１に排出された排燃
料ガスは、天然ガス等の原燃料ガスを水素ガスを含有す
る燃料ガスに改質するための改質装置（図示せず）の熱
源、即ち、前記改質装置を加熱するためのバーナ（図示
せず）の燃焼用ガスとして使用する。又、酸素含有ガス
排出路１３に排出された排空気は、排熱回収することに
より、空調用、給湯用等の熱源として使用する。

【００３６】次に、図３及び図４に基づいて、セルスタ
ックＴの中から不良セルＣを検出するための方法につい
て説明する。先ず、セルスタックＴの中から不良セルＣ
を検出するための装置（以下、検出装置と略称する）の
構成について説明する。各サブスタックＴｓにおける両
端のセルＣ夫々に、電圧測定用の端子１４を電気的に接
続してある。尚、サブスタックＴｓの端部のセルＣと冷
却部７とにより端子１４を挟持し、サブスタックＴｓの
端部のセルＣと集電板８とにより端子１４を挟持するこ
とにより、セルＣと端子１４とを電気的に接続してあ
る。端子１４夫々を多入力の電圧計１５に接続してあ
り、サブスタックＴｓ夫々の出力電圧が測定できるよう
にしてある。従って、サブスタックＴｓは、一つ又は複
数のセルＣにて構成されるブロックＢに相当する。

【００３７】燃料ガス供給路１０に燃料ガスを供給する
燃料ガス供給管１６に対して、水素ガス供給管１７及び
二酸化炭素ガス供給管１８を連通接続してあり、燃料ガ
ス供給路１０に対して、水素ガスと二酸化炭素ガスとを
混合したガスを燃料ガスとして供給するように構成して
ある。水素ガス供給管１７には比例弁１９を、及び、二
酸化炭素ガス供給管１８には比例弁２０を夫々介装して
ある。そして、比例弁１９及び比例弁２０夫々の開度を
調整することにより、燃料利用率、及び、燃料ガス中の
水素ガス濃度を調整できるように構成してある。尚、燃
料ガスの供給量が少なくなるほど燃料利用率は大きくな
る。

【００３８】又、酸素含有ガス供給路１２に酸素含有ガ
スを供給する酸素含有ガス供給管２１に、酸素ガス供給
管２２及び窒素ガス供給管２３を連通接続してあり、酸
素含有ガス供給路１２に対して、酸素ガスと窒素ガスを
混合したガスを酸素含有ガスとして供給するように構成
してある。酸素ガス供給管２２には比例弁２４を、及
び、窒素ガス供給管２３には比例弁２５を夫々介装して
ある。そして、比例弁２４及び比例弁２５夫々の開度を
調整することにより、酸素利用率、及び、酸素含有ガス
中の酸素ガス濃度を調整できるように構成してある。
尚、酸素含有ガスの供給量が少なくなるほど酸素利用率
は大きくなる。

【００３９】図中の２６は、燃料ガス供給管１６を通流
する燃料ガスの流量を検出する流量計であり、２７は、
酸素含有ガス供給管２１を通流する酸素含有ガスの流量
を検出する流量計である。又、２８は、燃料ガス供給管
１６を通流する燃料ガス中の水素ガス濃度、及び、酸素
含有ガス供給管２１を通流する酸素含有ガス中の酸素濃
度を測定するガス分析装置である。又、２９は、リン酸
型燃料電池の出力電力を消費する負荷装置であり、負荷
装置２９は、リン酸型燃料電池の定格状態と同等の負荷
である。

【００４０】次に、上述の如く構成した検出装置を用い
て行う不良セルＣの検出方法について説明する。 〔第１検出方法〕ガス分析装置２８の測定情報に基づい
て、水素濃度を通常運転値に維持しながら、流量計２６
の検出情報に基づいて、燃料利用率が運転限界値に近い
値になるように、比例弁１９及び比例弁２０夫々の開度
を調整する。例えば、水素濃度は６５％に調整する。
又、図５に示す例のように、燃料利用率の通常運転値が
８０％、運転限界値が９５％の場合、燃料利用率を９０
〜９４％程度に調整する。そして、燃料利用率を９０〜
９４％程度にしたときのブロックＢ夫々における通常運
転時に対する出力電圧変化率を測定し、出力電圧変化率
が設定値以上のブロックＢを不良とする。不良ブロック
Ｂには、燃料ガスのガス等配性が悪いセルＣが含まれて
いる。

【００４１】〔第２検出方法〕流量計２６の検出情報に
基づいて燃料利用率を通常運転値に維持しながら、ガス
分析装置２８の測定情報に基づいて水素濃度を通常運転
値よりも大きくするように、比例弁１９及び比例弁２０
夫々の開度を調整する。例えば、燃料利用率は８０％に
調整する。又、図６に示す例のように、水素濃度の通常
運転値が６５％の場合、水素濃度を１００％に大きくす
る。そして、水素濃度を通常運転値よりも大きくしたと
きのブロックＢ夫々における通常運転時に対する出力電
圧変化率を測定し、出力電圧変化率が設定値以上のブロ
ックＢを不良とする。不良ブロックＢには、燃料ガスの
ガス拡散性が悪いセルＣが含まれている。

【００４２】〔第３検出方法〕流量計２６の検出情報に
基づいて燃料利用率を通常運転値よりも大きくし、且
つ、ガス分析装置２８の測定情報に基づいて水素濃度を
通常運転値よりも小さくするように、比例弁１９及び比
例弁２０夫々の開度を調整する。例えば、図５に示す例
のように、燃料利用率の通常運転値が８０％、運転限界
値が９５％の場合、燃料利用率を９０％に調整する。
又、例えば、図６に示す例のように、水素濃度の通常運
転値が６５％の場合、水素濃度を５０％に小さくする。
そして、燃料利用率を通常運転値よりも大きくし且つ水
素濃度を通常運転値よりも小さくしたときのブロックＢ
夫々における通常運転時に対する出力電圧変化率を測定
し、出力電圧変化率が設定値以上のブロックＢを不良と
する。不良ブロックＢには、燃料ガスのガス等配性又は
ガス拡散性が悪いセルＣが含まれている。

【００４３】〔第４検出方法〕ガス分析装置２８の測定
情報に基づいて、酸素濃度を通常運転値に維持しなが
ら、流量計２７の検出情報に基づいて、酸素利用率が運
転限界値に近い値になるように、比例弁２４及び比例弁
２５夫々の開度を調整する。例えば、酸素濃度は２１％
に調整する。又、図７に示す例のように、酸素利用率の
通常運転値が６０％、運転限界値が８０％の場合、酸素
利用率を７０〜７９％程度に調整する。そして、酸素利
用率を７０〜７９％程度にしたときのブロックＢ夫々に
おける通常運転時に対する出力電圧変化率を測定し、出
力電圧変化率が設定値以上のブロックＢを不良とする。
不良ブロックＢには、酸素含有ガスのガス等配性が悪い
セルＣが含まれている。

【００４４】〔第５検出方法〕流量計２７の検出情報に
基づいて酸素利用率を通常運転値に維持しながら、ガス
分析装置２８の測定情報に基づいて酸素濃度を通常運転
値よりも大きくするように、比例弁２４及び比例弁２５
夫々の開度を調整する。例えば、酸素利用率は６０％に
調整する。又、図８に示す例のように、酸素濃度の通常
運転値が２１％の場合、酸素濃度を１００％に大きくす
る。そして、酸素濃度を通常運転値よりも大きくしたと
きのブロックＢ夫々における通常運転時に対する出力電
圧変化率を測定し、出力電圧変化率が設定値以上のブロ
ックＢを不良とする。不良ブロックＢには、酸素ガスの
ガス拡散性が悪いセルＣが含まれている。

【００４５】〔第６検出方法〕流量計２７の検出情報に
基づいて酸素利用率を通常運転値よりも大きくし、且
つ、ガス分析装置２８の測定情報に基づいて酸素濃度を
通常運転値よりも小さくするように、比例弁２４及び比
例弁２５夫々の開度を調整する。例えば、図７に示す例
のように、酸素利用率の通常運転値が６０％、運転限界
値が８０％の場合、酸素利用率を７５％に調整する。
又、例えば、図８に示す例のように、酸素濃度の通常運
転値が２１％の場合、酸素濃度を１０％に小さくする。
そして、酸素利用率を通常運転値よりも大きくし且つ酸
素濃度を通常運転値よりも小さくしたときのブロックＢ
夫々における通常運転時に対する出力電圧変化率を測定
し、出力電圧変化率が設定値以上のブロックＢを不良と
する。 不良ブロックＢには、酸素含有ガスのガス等配
性又はガス拡散性が悪いセルＣが含まれている。

【００４６】上記各検査方法においては、不良としたブ
ロックＢを新しいブロックＢと交換する。あるいは、不
良としたブロックＢにおいて、セルＣ夫々の出力電圧変
化率を測定して不良セルを特定し、その不良セルを新し
いセルＣと交換しても良い。

【００４７】セルスタックＴの中から不良セルＣを検出
するための検査を実施する際は、第１、第２、第４及び
第５検出方法を実施することにより、不良ブロックを検
出する。あるいは、第２、第３、第５及び第６検出方法
を実施することにより、不良ブロック検出する。

【００４８】〔別実施例〕次に別実施例を列記する。 上記実施例では、一つのサブスタックＴｓにて一つ
のブロックＢを構成する場合について例示したが、これ
に代えて、一つのサブスタックＴｓの中に複数のブロッ
クＢが存在するように構成しても良い。

【００４９】 上記実施例では、ブロックＢを複数個
のセルＣにて構成する場合について例示したが、これに
代えて、ブロックＢを１個のセルＣにて構成しても良
い。

【００５０】 セルスタックＴの中から不良セルＣを
検出するための検査を実施する際に、上記の第１〜第６
の検査方法のうちで、どの検査方法を選んで実施するか
は、上記実施例の他にも種々変更可能である。例えば、
第３及び第６検査方法は、ガス等配性が悪いセルＣ、ガ
ス拡散性が悪いセルＣのいずれも検出することができる
ので、第３及び第６検査方法の組み合わせで検査を実施
することができる。この場合は、実施する検査方法が少
なくなるので、検査時間が短縮されるとともに、検査コ
ストが低減される。

【００５１】又、燃料ガスのガス等配性あるいはガス拡
散性を検査する検査方法（第１、第２及び第３検査方
法）、酸素含有ガスのガス等配性あるいはガス拡散性を
検査する検査方法（第４、第５及び第６検査方法）のう
ちのいずれか一方のみを実施しても良い。燃料ガスのガ
ス等配性あるいはガス拡散性を検査する検査方法のみを
実施する場合、第１、第２及び第３検査方法のうちのい
ずれか一つ、あるいは、複数を実施することができる。
又、酸素含有ガスのガス等配性あるいはガス拡散性を検
査する検査方法のみを実施する場合、第４、第５及び第
６検査方法のうちのいずれか一つ、あるいは、複数を実
施することができる。

【００５２】又、第１、第２、第３、第４、第５及び第
６検査方法のすべてを実施することにより、精度の高い
検査を行うことができる。

【００５３】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】リン酸型燃料電池のサブスタックの分解斜視図

【図２】リン酸型燃料電池の斜視図

【図３】リン酸型燃料電池のスタックの側面図

【図４】リン酸型燃料電池の不良セル検出装置のブロッ
ク図

【図５】燃料利用率とセル出力電圧との相関関係を示す
図

【図６】水素ガス濃度とセル出力電圧との相関関係を示
す図

【図７】酸素利用率とセル出力電圧との相関関係を示す
図

【図８】酸素ガス濃度とセル出力電圧との相関関係を示
す図

【符号の説明】

１ リン酸電解質層 ２ 燃料極 ３ 酸素極 ｆ 燃料ガス流路 ｓ 酸素含有ガス流路 Ｃ セル Ｂ ブロック

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リン酸電解質層（１）の一方の面に燃料
   極（２）を備え且つ他方の面に酸素極（３）を備え、且
   つ、水素ガスを含有した燃料ガスが通流する燃料ガス流
   路（ｆ）を前記燃料極（２）に臨む面に備え且つ酸素ガ
   スを含有した酸素含有ガスが通流する酸素含有ガス流路
   （ｓ）を前記酸素極（３）に臨む面に備えた板状のセル
   （Ｃ）の複数個が積層状態に並置されたリン酸型燃料電
   池において、 一個のセル（Ｃ）又は複数個のセル（Ｃ）にて構成され
   るブロック（Ｂ）に区分し、 各燃料ガス流路（ｆ）に供給された燃料ガスのうち各燃
   料極（２）において電池反応に使用された割合を示す燃
   料利用率を通常運転時における値から運転限界値近くま
   で大きくして、そのときの前記ブロック（Ｂ）夫々の通
   常運転時に対する出力電圧変化を測定し、出力電圧変化
   が設定値以上のブロック（Ｂ）を不良とするリン酸型燃
   料電池の不良セル検出方法。
2. 【請求項２】 リン酸電解質層（１）の一方の面に燃料
   極（２）を備え且つ他方の面に酸素極（３）を備え、且
   つ、水素ガスを含有した燃料ガスが通流する燃料ガス流
   路（ｆ）を前記燃料極（２）に臨む面に備え且つ酸素ガ
   スを含有した酸素含有ガスが通流する酸素含有ガス流路
   （ｓ）を前記酸素極（３）に臨む面に備えた板状のセル
   （Ｃ）の複数個が積層状態に並置されたリン酸型燃料電
   池において、 一個のセル（Ｃ）又は複数個のセル（Ｃ）にて構成され
   るブロック（Ｂ）に区分し、 前記燃料ガス流路（ｆ）に供給される燃料ガス中の水素
   ガス濃度を通常運転時における値よりも大きくして、そ
   のときの前記ブロック（Ｂ）夫々の通常運転時に対する
   出力電圧変化を測定し、出力電圧変化が設定値以上のブ
   ロック（Ｂ）を不良とするリン酸型燃料電池の不良セル
   検出方法。
3. 【請求項３】 リン酸電解質層（１）の一方の面に燃料
   極（２）を備え且つ他方の面に酸素極（３）を備え、且
   つ、水素ガスを含有した燃料ガスが通流する燃料ガス流
   路（ｆ）を前記燃料極（２）に臨む面に備え且つ酸素ガ
   スを含有した酸素含有ガスが通流する酸素含有ガス流路
   （ｓ）を前記酸素極（３）に臨む面に備えた板状のセル
   （Ｃ）の複数個が積層状態に並置されたリン酸型燃料電
   池において、 一個のセル（Ｃ）又は複数個のセル（Ｃ）にて構成され
   るブロック（Ｂ）に区分し、 各燃料ガス流路（ｆ）に供給された燃料ガスのうち各燃
   料極（２）において電池反応に使用された割合を示す燃
   料利用率を通常運転時における値よりも大きくし、且
   つ、燃料ガス中の水素ガス濃度を通常運転時における値
   よりも小さくして、そのときの前記ブロック（Ｂ）夫々
   の通常運転時に対する出力電圧変化を測定し、出力電圧
   変化が設定値以上のブロック（Ｂ）を不良とするリン酸
   型燃料電池の不良セル検出方法。
4. 【請求項４】 リン酸電解質層（１）の一方の面に燃料
   極（２）を備え且つ他方の面に酸素極（３）を備え、且
   つ、水素ガスを含有した燃料ガスが通流する燃料ガス流
   路（ｆ）を前記燃料極（２）に臨む面に備え且つ酸素ガ
   スを含有した酸素含有ガスが通流する酸素含有ガス流路
   （ｓ）を前記酸素極（３）に臨む面に備えた板状のセル
   （Ｃ）の複数個が積層状態に並置されたリン酸型燃料電
   池において、 一個のセル（Ｃ）又は複数個のセル（Ｃ）にて構成され
   るブロック（Ｂ）に区分し、 各酸素含有ガス流路（ｓ）に供給された酸素含有ガス中
   の酸素ガスのうち各酸素極（３）において電池反応に使
   用された割合を示す酸素利用率を通常運転時における値
   から運転限界値近くまで大きくして、そのときの前記ブ
   ロック（Ｂ）夫々の通常運転時に対する出力電圧変化を
   測定し、出力電圧変化が設定値以上のブロック（Ｂ）を
   不良とするリン酸型燃料電池の不良セル検出方法。
5. 【請求項５】 リン酸電解質層（１）の一方の面に燃料
   極（２）を備え且つ他方の面に酸素極（３）を備え、且
   つ、水素ガスを含有した燃料ガスが通流する燃料ガス流
   路（ｆ）を前記燃料極（２）に臨む面に備え且つ酸素ガ
   スを含有した酸素含有ガスが通流する酸素含有ガス流路
   （ｓ）を前記酸素極（３）に臨む面に備えた板状のセル
   （Ｃ）の複数個が積層状態に並置されたリン酸型燃料電
   池において、 一個のセル（Ｃ）又は複数個のセル（Ｃ）にて構成され
   るブロック（Ｂ）に区分し、 前記酸素含有ガス流路（ｓ）に供給される酸素含有ガス
   中の酸素ガス濃度を通常運転時における値よりも大きく
   して、そのときの前記ブロック（Ｂ）夫々の通常運転時
   に対する出力電圧変化を測定し、出力電圧変化が設定値
   以上のブロック（Ｂ）を不良とするリン酸型燃料電池の
   不良セル検出方法。
6. 【請求項６】 リン酸電解質層（１）の一方の面に燃料
   極（２）を備え且つ他方の面に酸素極（３）を備え、且
   つ、水素ガスを含有した燃料ガスが通流する燃料ガス流
   路（ｆ）を前記燃料極（２）に臨む面に備え且つ酸素ガ
   スを含有した酸素含有ガスが通流する酸素含有ガス流路
   （ｓ）を前記酸素極（３）に臨む面に備えた板状のセル
   （Ｃ）の複数個が積層状態に並置されたリン酸型燃料電
   池において、 一個のセル（Ｃ）又は複数個のセル（Ｃ）にて構成され
   るブロック（Ｂ）に区分し、 各酸素含有ガス流路（ｓ）に供給された酸素含有ガス中
   の酸素ガスのうち各酸素極（３）において電池反応に使
   用された割合を示す酸素利用率を通常運転時における値
   よりも大きくし、且つ、前記酸素含有ガス流路（ｓ）に
   供給される酸素含有ガス中の酸素ガス濃度を通常運転時
   における値よりも小さくして、そのときの前記ブロック
   （Ｂ）夫々の通常運転時に対する出力電圧変化を測定
   し、出力電圧変化が設定値以上のブロック（Ｂ）を不良
   とするリン酸型燃料電池の不良セル検出方法。