JPS6351061A - 燃料電池発電システム - Google Patents

燃料電池発電システム

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JPS6351061A
JPS6351061A JP61192682A JP19268286A JPS6351061A JP S6351061 A JPS6351061 A JP S6351061A JP 61192682 A JP61192682 A JP 61192682A JP 19268286 A JP19268286 A JP 19268286A JP S6351061 A JPS6351061 A JP S6351061A
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outlet
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generation system
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Toshiaki Takemoto
嶽本　俊明
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料電池発電システムに係り、特にガスリーク
検出及びガス利用率監視が可能な燃料電池発電システム
に関する。
（従来の技術〕 燃料電池は、例えば供給される燃料の水素と酸化剤中の
酸化が電気化学的に反応する際のエネルギーを、直流電
力及び熱として取り出し、有効利用するものである。従
って、供給ガスの址、すなわちエネルギーによって、取
り出し得る最大直流電力が決まる。また、化学反応を伴
うエネルギー変換系であるため、理論上の電力すなわち
、有効成分を１００％利用した電力を取り出すことは不
可能であり、一般に、ある程度過剰な反応物質を供給す
ることが必要である。この過剰址を表わすものとして、
次式で示される利用率がある。
反応物質の利用率（％）＝（燃料電池出力電流に電気化
学的に当社の反応物質址÷燃料電池に供給された反応物
質濃度）ｘｌｏｏ また、一般に、利用率と電池出力の関係は、第２図に示
すように、ある利用率り以上になると、急激に出力が低
下する特性を示す。従って、上記り点以下に反応物質の
利用率を下げて運転する必要がある。従来の燃料電池と
しては、出口ガス濃度を検出して改質器入口のガス量を
制御する方式が特開昭６０−２０７２５５号に記載され
ているが、これは、出力電流をパラメータとして供給ガ
ス量を制御する一般的な方式に比べて、濃度検出器の応
答が遅く、主制御系統にガスａ度検出値を用いることに
は問題があった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記公報記載の従来例は、ガス検知器の応答性について
配慮されておらず、また、一般的な負荷電流による制御
では、入ロガス流云は常に制御されているが、電池内で
反応物質が消費される意が計算された利用率相当量であ
ることを確認する手段については配慮されておらず、ま
たその必要性も論じられていなかった。すなわち、電池
本体内部でのガスリーク量が増加する不具合を生じた場
合、あるいは経時的にガスリーク量が増加した場合、電
池本体に供給された反応物質のうち、リーク量分は反応
に無効となり、実際の利用率が計画値よりも高い状態で
電池本体が運転されることになり、ガス不足による電池
の損傷が発生する恐れがあった。また、電池からの排ガ
スを利用した燃焼機器を設置した場合、失火する恐れも
あり、燃料電池出口ガス成分を監視する必要がある。
本発明の目的は、電池内のガスリーク検出及びガス利用
率の監視により、ガス不足状態で電池本体が運転される
ことを防止しうる燃料電池発電システムを提供すること
にある。
Ｃ問題を解決するための手段〕 上記目的は、燃料電池発電システムにおいて、ガス供給
系統の電池本体燃料出口側及び酸化剤出口側の両方また
はいずれか一方にガス濃度センサーを設け、入口ガス量
及び直流電流から酸化剤出口及び燃料出口の両方又はい
ずれか一方のガス濃度を計算する演算器を設けることに
より達成される。
すなわち、直流電流値から電気化学内に当量の反応物量
が求まり、入口ガス成分と入ロガス流址から出口ガス中
の酸素及び水素濃度が理論的に求まる。このガス濃度と
実際４：［視している出口ガス濃度を比較して、後者の
濃度が低い状態が続けば、ガスリーク量が増大し、反応
物の一部が反応に無効となっていることを検知すること
ができる。
詳細に説明すると、演算器では実測された直流電流と入
ロガス流景及び予め与えられる入口ガス中の反応物濃度
とから出口ガス中の反応物質濃度を計算する。電気化学
的に出量な反応物質片は次式で求まる。
電気化学的な当量＝：ｋｕ−ｋｅ−Ｉ−Ｎｋｕ＝単位変
換定数 ｋｅ＝電気化学的定数 ■　＝電流 Ｎ＝直列電池数 この演算結果と出口ガス濃度の実測値とを比較すること
により、ガスリーク量を監視することが出来るものであ
る。
さらに、出口ガス濃度に下限値を設定し、発電システム
の待機状態、プラント停止への移行、負荷電流の低減、
入口ガス量の増大のうちのいずれかの保護動作へ導く保
護装置を設ければ、電池本体がガス不足状態で運転され
ることを防ぐことが出来る。
ガス濃度センサーは、酸化剤出口側及び燃料出口側の両
方に設けてもよいが、必要に応じどちらか一方に設ける
こともできる。、酸化剤として空気、燃料として水素を
用いる場合、出口ガス濃度センサーは、酸化剤出口側が
酸化濃度センサー、燃料出口側が水素濃度センサーとな
る。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。燃料
電池発電システムは電池本体１．前記電池本体１にガス
を給排するガス供給系である燃料入口配管２．酸化剤入
口配管３．燃料入口流量計６、Ｗｉ化剤入口流量計７．
燃料出口配管４．酸化剤出口配管５などから構成されて
いる。また、電池本体１には直流電流検出器１ｏが設け
られ、プラント全体の状態を制御する制御装置１２が設
けられている。尚１図中の破線は電気信号を表わす。
燃料出口配管４には水素濃度計８が設けられており、酸
化剤出口配管５には酸素濃度計９が設けられ、各々、出
口ガス中の反応成分濃度を検出し、一方電池本体１の直
流電流検出器１０で測定された電流値及び入口流量計６
，７で実測されたガス入口流量と予め与えられている入
口ガス成分により演算器１１で計算された出口ガス中の
反応成分濃度を、前記検出された濃度と比較することに
より、ガスリークレベルを監視することが出来る。
また、出口ガス濃度検出値が、予め設定した下限界濃度
以下となった場合は、制御装置により、発電システムの
待機状態または停止状態への移行、負荷電流の低減、入
口ガス量の増大のいずれかの動作を行うようにすること
で、電池本体が高ガス利用率で運転されることを防止出
来る。
尚、本実施例では酸化剤及び燃料の両系統にガス濃度セ
ンサーを設け、監視及び保護を行っているが、必要性に
応じてどちらか一方に設けた場合も、本発明に含まれる
。
〔発明の効果〕
本発明システムによれば、燃料電池において、電池出口
ガス中の反応成分ガス濃度を監視し、計算上のガス出口
濃度と比較することで電池本体内のガスリークレベルを
知ることが出来る。したがって、ガス不足運転による電
池損傷の防止に効果があるだけでなく、後流側に燃焼器
をつけた場合の失火防止にも有効である。さらに、出口
ガス濃度に下限界を設けて保護動作を行えば、電池が高
利用事運転、すなわちガス不足状態で運転されることを
防止することが出来、電池損傷を予防出来る効果がある
。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例を示す発電システムフロー図、
第２図は一般的なガス利用率と電池出力との関係を示す
特性図である。 １・・・電池本体、４・・・燃料出口配管、５・・・酸
化剤出口配管、８・・・水素濃度センサー、９・・・酸
ｍ′ａ度センサー、１１・・・演算器、１２・・・制御
装置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、単位電池から構成される電池本体、この電池本体に
    酸化剤、燃料の反応ガスを夫々給排するガス供給系統、
    前記電池本体の直流電流を検知する手段、前記ガス供給
    系統に設けられた流量計及びプラント状態を制御する制
    御装置とを有する燃料電池発電システムにおいて、前記
    ガス供給系統の燃料出口側および酸化剤出口側の両方、
    またはいずれか一方にガス濃度センサーを設け、前記ガ
    ス供給系統で測定した入口ガス量と、前記直流電流検知
    手段により検出した直流電流値とから酸化剤出口および
    燃料出口の両方又はいずれか一方のガス濃度を計算する
    演算器を設けたことを特徴とし、該演算器によるガス濃
    度計算値と前記ガス濃度センサーによるガス濃度検出値
    とを比較して、その偏差により電池内のガスリーク量を
    監視しうる燃料電池発電システム。 ２、ガス濃度センサーにより検出されたガス濃度が、予
    め設定したガス濃度より低下した場合に、制御装置によ
    り、発電システムの待機状態または停止状態への移行、
    負荷電流の低減、入口ガス量の増大のいずれかの動作を
    行うようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
    記載の燃料電池発電システム。
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