JP2001325978A - 燃料電池及びその運転方法 - Google Patents
燃料電池及びその運転方法Info
- Publication number
- JP2001325978A JP2001325978A JP2000143504A JP2000143504A JP2001325978A JP 2001325978 A JP2001325978 A JP 2001325978A JP 2000143504 A JP2000143504 A JP 2000143504A JP 2000143504 A JP2000143504 A JP 2000143504A JP 2001325978 A JP2001325978 A JP 2001325978A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- water
- fuel
- temperature
- fuel gas
- 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
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 117
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 96
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims abstract description 73
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 9
- 238000011017 operating method Methods 0.000 claims 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 26
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 abstract description 20
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 10
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 abstract description 6
- 230000005494 condensation Effects 0.000 abstract 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 abstract 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 16
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 8
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 2
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池内での凝縮水によるガス流路の閉塞
を防止し、起動時及び起動後において安定した定常運転
ができるようにする。 【解決手段】 燃料電池の起動時に、水供給手段のポン
プを作動して燃料ガス流路に昇温用水を供給し、電池温
度が所定温度に達したＰ点でポンプを一時的に停止する
と同時に、燃料ガス及び酸化剤ガスを投入する。一定時
間ｔ１経過後にポンプを作動して冷却水を供給した後Ｑ
点で負荷投入する。燃料電池は発電を開始し、その発電
反応により燃料電池の温度は上昇（Ｒ点）する。そし
て、温度検出手段の信号によって水供給手段が冷却水供
給に切り替えられ、燃料電池の温度は定常運転温度とさ
れ、その後は冷却水の供給が続けられて定常運転に入
る。
を防止し、起動時及び起動後において安定した定常運転
ができるようにする。 【解決手段】 燃料電池の起動時に、水供給手段のポン
プを作動して燃料ガス流路に昇温用水を供給し、電池温
度が所定温度に達したＰ点でポンプを一時的に停止する
と同時に、燃料ガス及び酸化剤ガスを投入する。一定時
間ｔ１経過後にポンプを作動して冷却水を供給した後Ｑ
点で負荷投入する。燃料電池は発電を開始し、その発電
反応により燃料電池の温度は上昇（Ｒ点）する。そし
て、温度検出手段の信号によって水供給手段が冷却水供
給に切り替えられ、燃料電池の温度は定常運転温度とさ
れ、その後は冷却水の供給が続けられて定常運転に入
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、凝縮水によるガス
流路の閉塞を防止して安定した運転ができるようにし
た、燃料電池及びその運転方法に関するものである。
流路の閉塞を防止して安定した運転ができるようにし
た、燃料電池及びその運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、使用する電解質の種類や運
転温度等により分類されるが、これら燃料電池の中で例
えば固体高分子型燃料電池等の酸性電解質型燃料電池で
は、その電解質の性質から二酸化炭素を含んだ燃料ガス
を使用することができる。そこで、通常これらの燃料電
池では、空気を酸化剤ガスとして用い、メタノールや天
然ガス等の炭化水素系の原燃料を改質して生成した水素
含有ガスを燃料ガスとして用いている。
転温度等により分類されるが、これら燃料電池の中で例
えば固体高分子型燃料電池等の酸性電解質型燃料電池で
は、その電解質の性質から二酸化炭素を含んだ燃料ガス
を使用することができる。そこで、通常これらの燃料電
池では、空気を酸化剤ガスとして用い、メタノールや天
然ガス等の炭化水素系の原燃料を改質して生成した水素
含有ガスを燃料ガスとして用いている。
【０００３】又、固体高分子型燃料電池で用いられる電
解質膜は湿潤状態でイオン導電性を有するために、燃料
ガスと共に水を燃料ガス流路に流通させることで電解質
膜を湿潤させる構造の燃料電池が知られている。この水
は、運転時には燃料電池の冷却用としての役割も有して
いる。
解質膜は湿潤状態でイオン導電性を有するために、燃料
ガスと共に水を燃料ガス流路に流通させることで電解質
膜を湿潤させる構造の燃料電池が知られている。この水
は、運転時には燃料電池の冷却用としての役割も有して
いる。
【０００４】ところで、このような燃料電池の起動時に
は、改質された燃料ガス中に微量に含まれる一酸化炭素
の影響（白金触媒の被毒）を避けるため、燃料電池を所
定の温度まで昇温してから燃料ガスを供給し、運転を開
始する必要がある。そこで、従来運転中は冷却用に用い
られている水を加熱し、温水として燃料ガス流路に流通
させることで燃料電池を所定温度まで昇温した後に、燃
料ガスを供給することが行われている。そして、通常運
転時には水の加熱を止め、冷却用及び電解質膜の加湿用
の水として用いる。
は、改質された燃料ガス中に微量に含まれる一酸化炭素
の影響（白金触媒の被毒）を避けるため、燃料電池を所
定の温度まで昇温してから燃料ガスを供給し、運転を開
始する必要がある。そこで、従来運転中は冷却用に用い
られている水を加熱し、温水として燃料ガス流路に流通
させることで燃料電池を所定温度まで昇温した後に、燃
料ガスを供給することが行われている。そして、通常運
転時には水の加熱を止め、冷却用及び電解質膜の加湿用
の水として用いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、起動時
における燃料電池の昇温過程においては、燃料電池温度
が低いために燃料ガス流路で温水が冷却され、粘度が高
まるために流路内で水が滞留し易くなる。このため燃料
ガスを供給し発電を開始しても、燃料ガス流路内に均等
に燃料ガスが流れないために、出力特性の低下や電極の
腐食を発生させるという課題が生じていた。
における燃料電池の昇温過程においては、燃料電池温度
が低いために燃料ガス流路で温水が冷却され、粘度が高
まるために流路内で水が滞留し易くなる。このため燃料
ガスを供給し発電を開始しても、燃料ガス流路内に均等
に燃料ガスが流れないために、出力特性の低下や電極の
腐食を発生させるという課題が生じていた。
【０００６】そこで、本発明は、発電を開始する際に燃
料ガス流路内に生じた水詰まりを解消し、燃料ガス流路
内に均等に燃料ガスを供給することのできる燃料電池及
びその運転方法を提供することを目的とする。
料ガス流路内に生じた水詰まりを解消し、燃料ガス流路
内に均等に燃料ガスを供給することのできる燃料電池及
びその運転方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の具体的手段として、本発明は、アノード側の燃料ガス
流路に水を流通させて電解質を加湿すると共に、起動時
には昇温した水を前記燃料ガス流路に流通させて昇温を
行う燃料電池において、この燃料電池温度或は燃料電池
電圧の少なくとも一方を検出し、その検出信号に基づい
て前記燃料ガス流路に水を流通させる水供給手段を制御
するようにした燃料電池を要旨とする。又、この燃料電
池において、前記燃料電池温度が所定の温度に到達して
発電を開始する際に、一定時間燃料ガス流路への水供給
を停止し、燃料ガス流路に燃料ガスを供給した後に水を
再供給し、負荷接続する燃料電池の運転方法、前記燃料
電池温度が所定の温度に到達して発電を開始する際に、
一旦燃料ガス流路への水供給を停止し、燃料ガス流路に
燃料ガスを供給した後、一定時間保持してから負荷接続
を行った後に水の再供給を行う燃料電池の運転方法、上
記燃料電池の運転方法により負荷接続した後、出力電圧
が規定値以下となった場合、再度一定時間水の供給を停
止する燃料電池の運転方法、を要旨とするものである。
の具体的手段として、本発明は、アノード側の燃料ガス
流路に水を流通させて電解質を加湿すると共に、起動時
には昇温した水を前記燃料ガス流路に流通させて昇温を
行う燃料電池において、この燃料電池温度或は燃料電池
電圧の少なくとも一方を検出し、その検出信号に基づい
て前記燃料ガス流路に水を流通させる水供給手段を制御
するようにした燃料電池を要旨とする。又、この燃料電
池において、前記燃料電池温度が所定の温度に到達して
発電を開始する際に、一定時間燃料ガス流路への水供給
を停止し、燃料ガス流路に燃料ガスを供給した後に水を
再供給し、負荷接続する燃料電池の運転方法、前記燃料
電池温度が所定の温度に到達して発電を開始する際に、
一旦燃料ガス流路への水供給を停止し、燃料ガス流路に
燃料ガスを供給した後、一定時間保持してから負荷接続
を行った後に水の再供給を行う燃料電池の運転方法、上
記燃料電池の運転方法により負荷接続した後、出力電圧
が規定値以下となった場合、再度一定時間水の供給を停
止する燃料電池の運転方法、を要旨とするものである。
【０００８】本発明に係る燃料電池は、燃料電池温度或
は燃料電池電圧の少なくとも一方を検出し、その検出信
号によって燃料ガス流路に水を流通させる水供給手段を
制御することで、燃料ガス流路中に生じていた水詰まり
を解消し、負荷接続後に安定して高い出力を供給するこ
とが可能となる。
は燃料電池電圧の少なくとも一方を検出し、その検出信
号によって燃料ガス流路に水を流通させる水供給手段を
制御することで、燃料ガス流路中に生じていた水詰まり
を解消し、負荷接続後に安定して高い出力を供給するこ
とが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に、本発明の燃料電池及びその
運転方法について、実施形態を示す添付図面に基づいて
説明する。図１は、第１実施例であって燃料電池発電シ
ステムの全体構成を示すもので、この場合は燃料電池１
として固体高分子型燃料電池が用いられる。固体高分子
型燃料電池は、図２のように白金電極からなるアノード
ＡとカソードＢとの間に電解質である固体高分子膜Ｃが
挟まれ、アノードＡにはアノード側流路基板Ｄが添設さ
れて燃料ガス流路Ｄ１が形成される一方、カソードＢに
はカソード側流路基板Ｅが添設されて酸化剤ガス流路Ｅ
１が形成され、これらを単位セルＦとしてセパレータＧ
を介して横に複数個積層し合体することで構成される。
運転方法について、実施形態を示す添付図面に基づいて
説明する。図１は、第１実施例であって燃料電池発電シ
ステムの全体構成を示すもので、この場合は燃料電池１
として固体高分子型燃料電池が用いられる。固体高分子
型燃料電池は、図２のように白金電極からなるアノード
ＡとカソードＢとの間に電解質である固体高分子膜Ｃが
挟まれ、アノードＡにはアノード側流路基板Ｄが添設さ
れて燃料ガス流路Ｄ１が形成される一方、カソードＢに
はカソード側流路基板Ｅが添設されて酸化剤ガス流路Ｅ
１が形成され、これらを単位セルＦとしてセパレータＧ
を介して横に複数個積層し合体することで構成される。
【００１０】前記アノード側の燃料ガス流路Ｄ１には、
改質装置２により改質された水素ガスを含む燃料ガス及
び水が供給され、カソード側の酸化剤ガス流路Ｅ１には
空気等の酸素ガスを含む酸化剤ガスが、酸化剤加湿器３
により加湿されて供給される。そして、アノード側で
は、燃料ガス中の水素ガスがＨ２→２Ｈ＋＋２ｅ−の反
応によってプロトンと電子が生成され、プロトンは固体
高分子膜Ｃを通ってカソードに向かい、電子は外部回路
（負荷）に流れる。カソード側では、酸化剤ガス中の酸
素と、固体高分子膜Ｃを通って移動したプロトン及び外
部回路を通って流入した電子が、１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋
２ｅ−→Ｈ２Ｏの反応により、水を生じると共に起電力
を発生する。
改質装置２により改質された水素ガスを含む燃料ガス及
び水が供給され、カソード側の酸化剤ガス流路Ｅ１には
空気等の酸素ガスを含む酸化剤ガスが、酸化剤加湿器３
により加湿されて供給される。そして、アノード側で
は、燃料ガス中の水素ガスがＨ２→２Ｈ＋＋２ｅ−の反
応によってプロトンと電子が生成され、プロトンは固体
高分子膜Ｃを通ってカソードに向かい、電子は外部回路
（負荷）に流れる。カソード側では、酸化剤ガス中の酸
素と、固体高分子膜Ｃを通って移動したプロトン及び外
部回路を通って流入した電子が、１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋
２ｅ−→Ｈ２Ｏの反応により、水を生じると共に起電力
を発生する。
【００１１】燃料電池の最適な作動温度は、種類によっ
て異なるが固体高分子型燃料電池の場合は約６０℃〜８
０℃であり、上記反応は発熱を伴う反応であるため、燃
料電池１には冷却水が導入される。この冷却水としては
燃料ガス流路Ｄ１に供給される水が用いられる。又、固
体高分子膜Ｃは乾燥している状態では抵抗が大きく、燃
料電池１を作動させるには適切でないため、前記冷却水
の一部を燃料ガスの加湿に利用し、加湿された燃料ガス
により固体高分子膜Ｃを湿潤させて導電性を向上させ
る。
て異なるが固体高分子型燃料電池の場合は約６０℃〜８
０℃であり、上記反応は発熱を伴う反応であるため、燃
料電池１には冷却水が導入される。この冷却水としては
燃料ガス流路Ｄ１に供給される水が用いられる。又、固
体高分子膜Ｃは乾燥している状態では抵抗が大きく、燃
料電池１を作動させるには適切でないため、前記冷却水
の一部を燃料ガスの加湿に利用し、加湿された燃料ガス
により固体高分子膜Ｃを湿潤させて導電性を向上させ
る。
【００１２】このため、図１に示す第１実施例では水タ
ンク４に接続された水供給手段５から前記燃料ガス流路
Ｄ１に冷却水が供給され、この冷却水は燃料ガス流路Ｄ
１を通過した後に第１熱交換器６に導かれ、前記改質装
置２から第１熱交換器６に送り込まれた燃料ガスと熱交
換し、生じた凝縮水と共に前記水タンク４に戻される。
ンク４に接続された水供給手段５から前記燃料ガス流路
Ｄ１に冷却水が供給され、この冷却水は燃料ガス流路Ｄ
１を通過した後に第１熱交換器６に導かれ、前記改質装
置２から第１熱交換器６に送り込まれた燃料ガスと熱交
換し、生じた凝縮水と共に前記水タンク４に戻される。
【００１３】燃料電池１の起動時においては、改質され
た燃料ガス中に微量に含まれる一酸化炭素の影響（白金
電極の被毒）を避けるため、燃料電池１を所定の温度
（約６０℃〜８０℃）まで昇温してから燃料ガスを供給
し、運転を開始する必要がある。このため、前記水供給
手段５から燃料ガス流路Ｄ１に供給する冷却水を、加熱
手段（図示せず）により加熱し、この温水を燃料ガス流
路Ｄ１に供給することで燃料電池１の昇温を行なう。
た燃料ガス中に微量に含まれる一酸化炭素の影響（白金
電極の被毒）を避けるため、燃料電池１を所定の温度
（約６０℃〜８０℃）まで昇温してから燃料ガスを供給
し、運転を開始する必要がある。このため、前記水供給
手段５から燃料ガス流路Ｄ１に供給する冷却水を、加熱
手段（図示せず）により加熱し、この温水を燃料ガス流
路Ｄ１に供給することで燃料電池１の昇温を行なう。
【００１４】この場合、燃料ガス流路Ｄ１に温水を長時
間流し続けると、その温水中の水蒸気が凝縮水となって
燃料ガス流路Ｄ１を部分的に閉塞する現象が発生する。
特に、燃料電池１の温度が低い場合には、温水の温度が
下がって粘性が高まり閉塞現象が起こり易い。このよう
な閉塞状態のままで燃料ガスを燃料ガス流路Ｄ１に供給
すると、部分的に燃料ガスの流れが悪化し、その結果負
荷接続時には燃料電池１が燃料不足の状態で運転される
ことになり、電池の起電力が低下してしまう。
間流し続けると、その温水中の水蒸気が凝縮水となって
燃料ガス流路Ｄ１を部分的に閉塞する現象が発生する。
特に、燃料電池１の温度が低い場合には、温水の温度が
下がって粘性が高まり閉塞現象が起こり易い。このよう
な閉塞状態のままで燃料ガスを燃料ガス流路Ｄ１に供給
すると、部分的に燃料ガスの流れが悪化し、その結果負
荷接続時には燃料電池１が燃料不足の状態で運転される
ことになり、電池の起電力が低下してしまう。
【００１５】燃料ガス流路Ｄ１の開口径（通常開口形状
は矩形）は１ｍｍ程度であり、前記のように低温の水を
長時間流し続けると燃料ガス流路Ｄ１の一部が凝縮水に
より閉塞してしまう可能性が非常に高い。一方、水の粘
度は水温の上昇により低下するため、燃料ガス流路Ｄ１
に同じ流量の水を流しても電池温度が高まると水による
閉塞の確率は大幅に低減する。一旦燃料ガス流路Ｄ１に
閉塞が生じても、燃料ガス流路Ｄ１への水供給を一定時
間停止することにより、閉塞を解消することが可能にな
る。このようなことから、本発明では燃料電池１に温度
センサ等の温度検出手段７を取り付け、この温度検出手
段７により燃料電池１の温度を検出すると共に、その検
出信号に基づいて前記水供給手段５を制御する。
は矩形）は１ｍｍ程度であり、前記のように低温の水を
長時間流し続けると燃料ガス流路Ｄ１の一部が凝縮水に
より閉塞してしまう可能性が非常に高い。一方、水の粘
度は水温の上昇により低下するため、燃料ガス流路Ｄ１
に同じ流量の水を流しても電池温度が高まると水による
閉塞の確率は大幅に低減する。一旦燃料ガス流路Ｄ１に
閉塞が生じても、燃料ガス流路Ｄ１への水供給を一定時
間停止することにより、閉塞を解消することが可能にな
る。このようなことから、本発明では燃料電池１に温度
センサ等の温度検出手段７を取り付け、この温度検出手
段７により燃料電池１の温度を検出すると共に、その検
出信号に基づいて前記水供給手段５を制御する。
【００１６】図３は、水供給手段５の制御フローを示す
もので、先ず燃料電池１の起動に先立ち水供給手段５の
ポンプを動作させて燃料電池１に昇温用水を送り込み、
燃料電池１の温度を徐々に上昇させる。次いで、温度検
出手段７が燃料電池温度を検出して所定温度（約６０
℃）になった時点（Ｐ点）で、温度検出手段７の信号に
よりポンプが停止し、昇温用水の供給が一時的に停止さ
れると同時に、燃料電池１には燃料ガス及び酸化剤ガス
が投入される。この後、一定時間ｔ１経過後にポンプを
作動して昇温用温水を再供給し、燃料電池１を適温に保
持した時点（Ｑ点）で負荷接続することで発電を開始さ
せる。
もので、先ず燃料電池１の起動に先立ち水供給手段５の
ポンプを動作させて燃料電池１に昇温用水を送り込み、
燃料電池１の温度を徐々に上昇させる。次いで、温度検
出手段７が燃料電池温度を検出して所定温度（約６０
℃）になった時点（Ｐ点）で、温度検出手段７の信号に
よりポンプが停止し、昇温用水の供給が一時的に停止さ
れると同時に、燃料電池１には燃料ガス及び酸化剤ガス
が投入される。この後、一定時間ｔ１経過後にポンプを
作動して昇温用温水を再供給し、燃料電池１を適温に保
持した時点（Ｑ点）で負荷接続することで発電を開始さ
せる。
【００１７】燃料電池１の発電に伴い、発熱反応によっ
て燃料電池１の温度は７０〜８０℃まで昇温（Ｒ点）す
る。その後、温度検出手段７の信号によって水供給手段
５が、図示しない加熱手段を停止させることにより冷却
水供給に切り替えられ、燃料電池１の温度は定常運転温
度（約８０℃）とされる。その後は、冷却水の供給が続
けられて燃料電池１は定常運転に入る。
て燃料電池１の温度は７０〜８０℃まで昇温（Ｒ点）す
る。その後、温度検出手段７の信号によって水供給手段
５が、図示しない加熱手段を停止させることにより冷却
水供給に切り替えられ、燃料電池１の温度は定常運転温
度（約８０℃）とされる。その後は、冷却水の供給が続
けられて燃料電池１は定常運転に入る。
【００１８】図４は、水供給手段５の他の制御フローを
示すもので、図３に示す制御フローと基本的には同じで
あるが、昇温用水の供給により燃料電池１が所定温度
（約６０℃）に到達したＰ点で、ポンプを止めて昇温用
水の供給を一時的に停止し、このＰ点で燃料ガス及び酸
化剤ガスを投入し、一定時間ｔ２経過した後Ｑ点で負荷
接続を行う。燃料電池１が発電を開始して発熱によりそ
の温度が７０〜８０℃に昇温したＲ点で、ポンプを再作
動して冷却水を供給する点で、図３の場合とは多少相違
している。この場合も、冷却水の供給によって燃料電池
１の温度は定常運転温度とされ、その後は燃料電池１の
定常運転が行われる。
示すもので、図３に示す制御フローと基本的には同じで
あるが、昇温用水の供給により燃料電池１が所定温度
（約６０℃）に到達したＰ点で、ポンプを止めて昇温用
水の供給を一時的に停止し、このＰ点で燃料ガス及び酸
化剤ガスを投入し、一定時間ｔ２経過した後Ｑ点で負荷
接続を行う。燃料電池１が発電を開始して発熱によりそ
の温度が７０〜８０℃に昇温したＲ点で、ポンプを再作
動して冷却水を供給する点で、図３の場合とは多少相違
している。この場合も、冷却水の供給によって燃料電池
１の温度は定常運転温度とされ、その後は燃料電池１の
定常運転が行われる。
【００１９】尚、酸化剤ガスは、図１のように前記酸化
剤加湿器３により加湿された後第２熱交換器８により外
部から取り込んだ空気との間で熱交換され、流量調整弁
９を介して適量の酸化剤ガスが前記酸化剤ガス流路Ｅ１
に供給される。１０は流量調整弁９を制御するための制
御装置である。又、第２熱交換器８で生じた凝縮水は前
記水タンク４内に収容される。
剤加湿器３により加湿された後第２熱交換器８により外
部から取り込んだ空気との間で熱交換され、流量調整弁
９を介して適量の酸化剤ガスが前記酸化剤ガス流路Ｅ１
に供給される。１０は流量調整弁９を制御するための制
御装置である。又、第２熱交換器８で生じた凝縮水は前
記水タンク４内に収容される。
【００２０】図５は、本発明に係る第２実施例を示すも
ので、この場合は第１実施例の構成を発展させたもの
で、アノード側に関連させて熱交換器を増設（第４熱交
換器６’）すると共に流量調整弁９’を設け、カソード
側に関連させて熱交換器を増設（第３熱交換器８’）
し、更に制御装置１１はアノード側の流量調整弁９’及
びカソード側の流量調整弁９の両方を制御するように構
成したものである。
ので、この場合は第１実施例の構成を発展させたもの
で、アノード側に関連させて熱交換器を増設（第４熱交
換器６’）すると共に流量調整弁９’を設け、カソード
側に関連させて熱交換器を増設（第３熱交換器８’）
し、更に制御装置１１はアノード側の流量調整弁９’及
びカソード側の流量調整弁９の両方を制御するように構
成したものである。
【００２１】これにより、燃料ガスは改質装置２により
改質された後、第１、第２熱交換器６、６’を経て流量
調整弁９’により適量がアノードに供給され、酸化剤ガ
スは酸化剤加湿器３で加湿された後、第１、第２熱交換
器８，８’を経て流量調整弁９によりカソードに供給さ
れる。この第２実施例での燃料電池１の運転方法は、前
記第１実施例の場合と同じであるからその説明を省略す
る。
改質された後、第１、第２熱交換器６、６’を経て流量
調整弁９’により適量がアノードに供給され、酸化剤ガ
スは酸化剤加湿器３で加湿された後、第１、第２熱交換
器８，８’を経て流量調整弁９によりカソードに供給さ
れる。この第２実施例での燃料電池１の運転方法は、前
記第１実施例の場合と同じであるからその説明を省略す
る。
【００２２】ところで、前記実施例では、いずれも燃料
電池１の起動時に燃料電池温度を検出して水供給手段５
を制御するものであったが、燃料電池１の負荷接続後は
燃料電池１の出力電圧を検出して水供給手段５を制御す
ることができる。即ち、燃料電池１に電圧計（図略）を
接続し、負荷接続後の定常運転中に燃料電池１の電池電
圧を検出し、電圧低下が生じた場合には冷却水による燃
料ガス流路Ｄ１又は酸化剤ガス流路Ｅ１の閉塞が原因で
あるため、その時の検出信号により水供給手段５のポン
プを停止して冷却水の供給を一定時間停止する。
電池１の起動時に燃料電池温度を検出して水供給手段５
を制御するものであったが、燃料電池１の負荷接続後は
燃料電池１の出力電圧を検出して水供給手段５を制御す
ることができる。即ち、燃料電池１に電圧計（図略）を
接続し、負荷接続後の定常運転中に燃料電池１の電池電
圧を検出し、電圧低下が生じた場合には冷却水による燃
料ガス流路Ｄ１又は酸化剤ガス流路Ｅ１の閉塞が原因で
あるため、その時の検出信号により水供給手段５のポン
プを停止して冷却水の供給を一定時間停止する。
【００２３】冷却水の供給停止により、燃料電池１の温
度は上昇してガス流路の水閉塞が解消されると、電池電
圧は上昇して定常運転時に復帰するから、その時の検出
信号によりポンプを再作動させて水供給手段５からの冷
却水の供給を再開する。このようにして、燃料電池１の
電池電圧を検出することで水供給手段５を制御し、定常
運転中の水閉塞を速やかに解消して安定した運転を保持
することができる。
度は上昇してガス流路の水閉塞が解消されると、電池電
圧は上昇して定常運転時に復帰するから、その時の検出
信号によりポンプを再作動させて水供給手段５からの冷
却水の供給を再開する。このようにして、燃料電池１の
電池電圧を検出することで水供給手段５を制御し、定常
運転中の水閉塞を速やかに解消して安定した運転を保持
することができる。
【００２４】この電池電圧による水供給手段５の制御
は、定常運転中のみならず燃料電池１の起動時にも適用
することが可能である。図６はその一例を示すもので、
水供給手段５のポンプを作動して燃料電池１に昇温用水
を一定時間供給し、その供給を一時的に停止（Ｓ点）す
ると同時に、燃料電池１に燃料ガス及び酸化剤ガスを供
給して燃料電池１の運転を開始する。
は、定常運転中のみならず燃料電池１の起動時にも適用
することが可能である。図６はその一例を示すもので、
水供給手段５のポンプを作動して燃料電池１に昇温用水
を一定時間供給し、その供給を一時的に停止（Ｓ点）す
ると同時に、燃料電池１に燃料ガス及び酸化剤ガスを供
給して燃料電池１の運転を開始する。
【００２５】燃料電池１の運転に伴って電池電圧が上昇
し、所定の電圧に達した時点（Ｔ点）でポンプを再作動
させて冷却水を供給した後に負荷接続する。これによ
り、電池電圧が下がってきた時（Ｕ点）には再びポンプ
を停止して冷却水の供給を停止する。この後、電池電圧
は再び上昇を始め、所定の電圧値になった時点（Ｖ点）
でポンプを作動させて水供給手段５から冷却水の供給を
開始する。その後は、電池電圧は規定値を保持して安定
し、燃料電池１は定常運転に入る。定常運転中も、前記
のように燃料電池１の電池電圧を検出することで水供給
手段５を制御する。
し、所定の電圧に達した時点（Ｔ点）でポンプを再作動
させて冷却水を供給した後に負荷接続する。これによ
り、電池電圧が下がってきた時（Ｕ点）には再びポンプ
を停止して冷却水の供給を停止する。この後、電池電圧
は再び上昇を始め、所定の電圧値になった時点（Ｖ点）
でポンプを作動させて水供給手段５から冷却水の供給を
開始する。その後は、電池電圧は規定値を保持して安定
し、燃料電池１は定常運転に入る。定常運転中も、前記
のように燃料電池１の電池電圧を検出することで水供給
手段５を制御する。
【００２６】図７は、本発明の実施例（第１実施例〜第
２実施例）と比較例との実験結果を示すもので、本実施
例によると燃料電池は起動後にそのセル電圧がほぼ一定
値を保持するのに対し、比較例の場合は起動後のセル電
圧が不安定であり、これは凝縮水に起因するガス流路の
閉塞により引き起こされたものと考えられる。従って、
本実施例によれば、燃料電池のガス流路を閉塞すること
なく、安定した運転が得られることが判明した。
２実施例）と比較例との実験結果を示すもので、本実施
例によると燃料電池は起動後にそのセル電圧がほぼ一定
値を保持するのに対し、比較例の場合は起動後のセル電
圧が不安定であり、これは凝縮水に起因するガス流路の
閉塞により引き起こされたものと考えられる。従って、
本実施例によれば、燃料電池のガス流路を閉塞すること
なく、安定した運転が得られることが判明した。
【００２７】尚、本発明においては、燃料電池温度或は
燃料電池電圧の少なくとも一方を検出して水供給手段を
制御するものであるが、これら両方を検出して併用実施
することも勿論可能である。
燃料電池電圧の少なくとも一方を検出して水供給手段を
制御するものであるが、これら両方を検出して併用実施
することも勿論可能である。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、燃料電
池温度或は燃料電池電圧の少なくとも一方を検出し、そ
の検出信号により燃料ガス流路或は酸化剤ガス流路に水
を流通させる水供給手段を制御することで、これらのガ
ス流路が凝縮水により閉塞し易い状態にあるか否かの判
断が可能になる。閉塞し難い電池温度（固体高分子型燃
料電池では６０℃程度）まで到達したことを検出した場
合は、その検出信号に基づき一定時間温水の供給を停止
する。この操作により、昇温期間中に生じたガス流路中
の水閉塞を解消することが可能となる。この後、水供給
を再開しても燃料電池温度が水閉塞の起こり難い状態と
なるため、ガス流路の水閉塞は起こらない。更に、水供
給を停止している間に燃料ガスの供給を開始すること
で、水閉塞は一層起こり難くなる。又、負荷を接続する
瞬間には、燃料電池の発電反応により燃料ガスが消費さ
れるため、燃料ガス圧が低下する。この際、燃料ガス流
路に水が流通していると、再度水閉塞が発生する可能性
が招来するため、水供給停止時に負荷接続を行うと更に
水閉塞の確率が低下し、安定な燃料電池出力を確保する
ことが可能になる。そして、負荷接続後、燃料電池の出
力電圧が規定値以下となった場合には、ガス流路の水閉
塞は一定時間水供給を停止することで解消することがで
き、このような水供給停止を電池電圧の検出信号により
行うことで、燃料電池の良好な定常運転を続行すること
ができる。
池温度或は燃料電池電圧の少なくとも一方を検出し、そ
の検出信号により燃料ガス流路或は酸化剤ガス流路に水
を流通させる水供給手段を制御することで、これらのガ
ス流路が凝縮水により閉塞し易い状態にあるか否かの判
断が可能になる。閉塞し難い電池温度（固体高分子型燃
料電池では６０℃程度）まで到達したことを検出した場
合は、その検出信号に基づき一定時間温水の供給を停止
する。この操作により、昇温期間中に生じたガス流路中
の水閉塞を解消することが可能となる。この後、水供給
を再開しても燃料電池温度が水閉塞の起こり難い状態と
なるため、ガス流路の水閉塞は起こらない。更に、水供
給を停止している間に燃料ガスの供給を開始すること
で、水閉塞は一層起こり難くなる。又、負荷を接続する
瞬間には、燃料電池の発電反応により燃料ガスが消費さ
れるため、燃料ガス圧が低下する。この際、燃料ガス流
路に水が流通していると、再度水閉塞が発生する可能性
が招来するため、水供給停止時に負荷接続を行うと更に
水閉塞の確率が低下し、安定な燃料電池出力を確保する
ことが可能になる。そして、負荷接続後、燃料電池の出
力電圧が規定値以下となった場合には、ガス流路の水閉
塞は一定時間水供給を停止することで解消することがで
き、このような水供給停止を電池電圧の検出信号により
行うことで、燃料電池の良好な定常運転を続行すること
ができる。
【図１】本発明に係る第１実施例の燃料電池発電システ
ムを示す全体構成図
ムを示す全体構成図
【図２】本実施例に用いる固体高分子型燃料電池の単位
セルを示す概略斜視図
セルを示す概略斜視図
【図３】燃料電池の起動時の運転方法を示すフロー図
【図４】燃料電池の起動時の他の運転方法を示すフロー
図
図
【図５】本発明に係る第２実施例の燃料電池発電システ
ムを示す全体構成図
ムを示す全体構成図
【図６】燃料電池の起動時の更に他の運転方法を示すフ
ロー図
ロー図
【図７】本実施例と比較例での燃料電池のセル電圧実験
結果を示すグラフ図
結果を示すグラフ図
１…燃料電池 ２…改質装置 ３…酸化剤加湿器 ４…水タンク ５…水供給手段 ６…第１熱交換器 ７…温度検出手段 ８…第２熱交換器 ９…流量調整弁 １０、１１…制御装置 Ｄ１…燃料ガス流路 Ｅ１…酸化剤ガス流路
フロントページの続き (72)発明者 濱田 陽 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 5H027 AA06 BA01 CC06 KK46 KK54 MM16
Claims (4)
- 【請求項１】アノード側の燃料ガス流路に水を流通させ
て電解質を加湿すると共に、起動時には昇温した水を前
記燃料ガス流路に流通させて昇温を行う燃料電池におい
て、この燃料電池温度或は燃料電池電圧の少なくとも一
方を検出し、その検出信号に基づいて前記燃料ガス流路
に水を流通させる水供給手段を制御するようにした燃料
電池。 - 【請求項２】請求項１記載の燃料電池において、前記燃
料電池温度が所定の温度に到達して発電を開始する際
に、一定時間燃料ガス流路への水供給を停止し、燃料ガ
ス流路に燃料ガスを供給した後に水を再供給し、負荷接
続する燃料電池の運転方法。 - 【請求項３】請求項１記載の燃料電池において、前記燃
料電池温度が所定の温度に到達して発電を開始する際
に、一旦燃料ガス流路への水供給を停止し、燃料ガス流
路に燃料ガスを供給した後、一定時間保持してから負荷
接続を行った後に水の再供給を行う燃料電池の運転方
法。 - 【請求項４】請求項２又は３記載の燃料電池の運転方法
により負荷接続した後、出力電圧が規定値以下となった
場合、再度一定時間水の供給を停止する燃料電池の運転
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000143504A JP2001325978A (ja) | 2000-05-16 | 2000-05-16 | 燃料電池及びその運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000143504A JP2001325978A (ja) | 2000-05-16 | 2000-05-16 | 燃料電池及びその運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001325978A true JP2001325978A (ja) | 2001-11-22 |
Family
ID=18650315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000143504A Pending JP2001325978A (ja) | 2000-05-16 | 2000-05-16 | 燃料電池及びその運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001325978A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006098467A1 (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-21 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システムにおける反応ガスの保温および加熱 |
| JP2008536288A (ja) * | 2005-04-14 | 2008-09-04 | ジーエム・グローバル・テクノロジー・オペレーションズ・インコーポレーテッド | 低温起動時のｍｅａの過熱を防止するために冷却液循環を開始する方法 |
-
2000
- 2000-05-16 JP JP2000143504A patent/JP2001325978A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006098467A1 (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-21 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システムにおける反応ガスの保温および加熱 |
| JP2008536288A (ja) * | 2005-04-14 | 2008-09-04 | ジーエム・グローバル・テクノロジー・オペレーションズ・インコーポレーテッド | 低温起動時のｍｅａの過熱を防止するために冷却液循環を開始する方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4867094B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| US9105891B2 (en) | Fuel cell system and control method for fuel cell system | |
| US20030003336A1 (en) | Method and apparatus for adjusting the temperature of a fuel cell by facilitating methanol crossover and combustion | |
| JP2001332281A (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池発電装置とその運転方法 | |
| CN101682065B (zh) | 燃料电池系统及其运行方法 | |
| JP5367003B2 (ja) | 燃料電池システムの駆動方法およびシステム | |
| CN101292385B (zh) | 燃料电池系统及其运行方法 | |
| JP3879480B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2008041646A (ja) | 燃料電池システム、燃料電池の活性化処理方法 | |
| JPH11162489A (ja) | 燃料電池装置および燃料電池装置の運転方法 | |
| JP2005116256A (ja) | 燃料電池コージェネレーションシステム | |
| JP2001236977A (ja) | 固体高分子型燃料電池発電装置及び固体高分子型燃料電池の運転方法 | |
| JP5197581B2 (ja) | 燃料電池システム及びその運転方法 | |
| JP2017037819A (ja) | 燃料電池コージェネレーションシステム、その起動方法及びその運転方法 | |
| JP2001325978A (ja) | 燃料電池及びその運転方法 | |
| KR100786481B1 (ko) | 연료전지 시스템 운전제어 방법 및 장치와 이를 채용한직접 메탄올형 연료전지 시스템 | |
| JP4879428B2 (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JP4746511B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池システム | |
| KR100671682B1 (ko) | 액체연료형 연료전지 시스템의 열교환 장치 및 방법 | |
| JP2001006709A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2010129454A (ja) | 燃料電池ユニット | |
| KR101084078B1 (ko) | 연료 전지 시스템 및 그 구동 방법 | |
| JP2000082481A (ja) | 燃料電池用加湿循環装置 | |
| JP2004213979A (ja) | 燃料電池システムの起動方法及び燃料電池システム | |
| JP2004335269A (ja) | 燃料電池システム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041028 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060509 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061219 |