(57)【要約】【課題】りん酸形燃料電池に加湿ガスを流通して、りん酸濃度を目標値まで正確かつ速やかに希釈して、環境温度の影響によるりん酸の凍結を防止する方法及びりん酸凍結防止装置を提供する。【解決手段】りん酸形燃料電池１０に加湿ガスを流通させ、りん酸形燃料電池１０に導入する加湿ガスの流量、りん酸形燃料電池に導入する加湿ガスの露点、りん酸形燃料電池から排出された加湿ガスの露点に基づき、りん酸濃度を算出し、該算出値が設定値に達したら前記加湿ガスの供給を停止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
りん酸電解質層を、燃料極電極層及び酸化剤電極層で挟持したりん酸形燃料電池の停止時におけるりん酸凍結防止方法であって、
前記りん酸形燃料電池に加湿ガスを流通させ、りん酸形燃料電池に導入する加湿ガスの流量と、りん酸形燃料電池に導入する加湿ガスの露点と、りん酸形燃料電池から排出される加湿ガスの露点とを連続的に測定し、この測定値に基づいてりん酸形燃料電池内に残存する水分量を求め、該水分量に基づいてりん酸濃度を算出し、算出されたりん酸濃度が所定値に達したら前記加湿ガスの供給を停止することを特徴とするりん酸形燃料電池のりん酸凍結防止方法。
【請求項２】
前記りん酸形燃料電池に加湿ガスを流通させながら、前記りん酸形燃料電池の温度を、その時点でのりん酸濃度におけるりん酸凍結温度以上に維持しつつ、前記りん酸形燃料電池の温度を降下させる請求項１に記載のりん酸形燃料電池のりん酸凍結防止方法。
【請求項３】
りん酸電解質層を燃料極電極層及び酸化剤電極層で挟持したりん酸形燃料電池のりん酸凍結防止装置において、
加湿ガス生成装置と、
前記加湿ガス生成装置から生成される加湿ガスを、前記りん酸形燃料電池に導入する加湿ガス導入路と、
前記加湿ガス生成装置から生成される加湿ガスを、前記りん酸形燃料電池から排出する加湿ガス排出路と、
前記加湿ガス導入路に配置された流量計及び第１露点計と、
前記加湿ガス排出路に配置された第２露点計と、
りん酸形燃料電池発電装置の停止時において、前記りん酸形燃料電池に前記加湿ガス生成装置で生成された加湿ガスを流通させ、前記流量計で計測される加湿ガスの流量と、前記第１露点計で計測されるりん酸形燃料電池に導入前の加湿ガスの露点と、前記第２露点計で計測されるりん酸形燃料電池から排出される加湿ガスの露点とに基づいて、りん酸形燃料電池内に残存する水分量を求め、該水分量に基づいてりん酸濃度を算出し、算出されたりん酸濃度が所定値に達したら前記加湿ガスの供給を停止する制御装置と、
を備えることを特徴とするりん酸形燃料電池のりん酸凍結防止装置。
【請求項４】
前記りん酸形燃料電池の温度調整装置を更に備え、
前記制御装置は、りん酸形燃料電池の温度を、その時点でのりん酸濃度におけるりん酸凍結温度以上に維持しつつ低下させるように、前記温度調整装置を制御する請求項３記載のりん酸形燃料電池のりん酸凍結防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、りん酸形燃料電池の停止時におけるりん酸凍結防止方法及びりん酸凍結防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
りん酸形燃料電池では、９５〜１００質量％の濃度のりん酸をマトリックスに含浸させた電解質層が用いられている。かかるりん酸濃度では、およそ４０℃程度でりん酸が凍結するので、りん酸形燃料電池発電装置の運転を停止して、電解質の温度が室温レベルまで低下すると、りん酸が凍結する恐れがあった。りん酸が凍結すると、凍結したりん酸により電解質に亀裂が生じたり、りん酸の偏在化が生じて、その後の燃料特性に重大な悪影響を及ぼす危険性がある。
【０００３】
そのため、工場において作製され、出荷前の発電試験後からユーザのもとに搬送される間や、長期間運転を停止した場合などにおいては、りん酸が凍結しないように、電気ヒーター等で保温して保管することが従来より行われている。
【０００４】
また、りん酸濃度を希釈することで融点が低下することが知られている。例えばリン酸濃度を７８質量％にするとりん酸の凍結温度は０℃まで下がる。このため、りん酸形燃料電池発電装置の運転停止中は、りん酸濃度を低下させて、りん酸の凍結温度を低下させる試みが行われている。
【０００５】
例えば、下記特許文献１には、空気極、または燃料極に加湿したガスを流すことによりりん酸濃度を低下させて、凍結温度を低下させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平３−１５３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、電気ヒーター等で保温してりん酸が凍結しないようにする方法では、りん酸形燃料電池発電装置を船舶で輸送したり、長期間保管する場合には、保温のための設備やエネルギーを確保するのが難しく、維持コストがかかるという問題があった。
【０００８】
また、りん酸形燃料電池に加湿ガスを流通させてりん酸濃度を低下させる方法では、りん酸濃度がどの程度まで希釈されているかを把握する方法が、今までは知られていなかった。このため、りん酸が十分希釈されないまま希釈工程を終了してしまったり、過剰に希釈してしまう恐れがあった。過剰に希釈すると、りん酸体積が増大し、セル内にりん酸を保持できなくなって、りん酸がセル外に漏洩し、電池特性を悪化させる恐れがある。
【０００９】
また、りん酸の吸湿速度は、初期段階は比較的早いが、飽和点に近づくにつれて遅くなるので、目標とするりん酸濃度に達するまで長時間要するという問題があった。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、りん酸形燃料電池に加湿ガスを流通して、りん酸濃度を目標値まで正確かつ速やかに希釈し、環境温度の影響によるりん酸の凍結を防止するりん酸凍結防止方法及びりん酸凍結防止装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明のりん酸形燃料電池のりん酸凍結防止方法は、りん酸電解質層を、燃料極電極層及び酸化剤電極層で挟持したりん酸形燃料電池の停止時におけるりん酸凍結防止方法であって、
前記りん酸形燃料電池に加湿ガスを流通させ、りん酸形燃料電池に導入する加湿ガスの流量と、りん酸形燃料電池に導入する加湿ガスの露点と、りん酸形燃料電池から排出される加湿ガスの露点とを連続的に測定し、この測定値に基づいてりん酸形燃料電池内に残存する水分量を求め、該水分量に基づいてりん酸濃度を算出し、算出されたりん酸濃度が所定値に達したら前記加湿ガスの供給を停止することを特徴とする。
【００１２】
本発明のりん酸凍結防止方法によれば、りん酸形燃料電池発電装置を停止して長期間保管などする際において、りん酸形燃料電池に加湿ガスを流通させるので、りん酸濃度が希釈されて、りん酸の凍結温度を下げることができる。そして、加湿ガスの流量と、りん酸形燃料電池に導入する加湿ガスの露点から求めた水蒸気分圧より、りん酸形燃料電池に導入された水分量を算出し、また、加湿ガスの流量と、りん酸形燃料電池から排出された加湿ガスの露点から求めた水蒸気分圧より、りん酸形燃料電池から排出された水分量を算出することにより、これらの差分からりん酸形燃料電池に残存する水分量を求めることができる。一方、りん酸形燃料電池に保持されているりん酸量は既知であることから、加湿ガスの流量、りん酸形燃料電池に導入前及び導入後の加湿ガスの露点から、りん酸形燃料電池内のりん酸濃度をほぼ正確に算出できる。このため、りん酸濃度を常時モニタリングすることが可能であり、該算出値が設定値に達したら加湿ガスの供給を停止することで、りん酸が過剰に希釈されることを防止できる。これによって、より短時間でりん酸濃度の希釈作業を完了でき、更には、過剰希釈によって電池単セル内のりん酸体積が増大してりん酸がセル外に漏出するなどのトラブルの発生を防止できる。
【００１３】
本発明のりん酸凍結防止方法においては、前記りん酸形燃料電池に加湿ガスを流通させながら、前記りん酸形燃料電池の温度を、その時点でのりん酸濃度におけるりん酸凍結温度以上に維持しつつ、前記りん酸形燃料電池の温度を降下させることが好ましい。この態様によれば、その時点でのりん酸濃度におけるりん酸凍結温度以上に維持しつつ温度を降下させることによって、りん酸の凍結を防止しつつ、りん酸濃度の希釈時間をより短縮できる。
【００１４】
また、本発明のりん酸形燃料電池のりん酸凍結防止装置は、
りん酸電解質層を燃料極電極層及び酸化剤電極層で挟持したりん酸形燃料電池のりん酸凍結防止装置において、
加湿ガス生成装置と、
前記加湿ガス生成装置から生成される加湿ガスを、前記りん酸形燃料電池に導入する加湿ガス導入路と、
前記加湿ガス生成装置から生成される加湿ガスを、前記りん酸形燃料電池から排出する加湿ガス排出路と、
前記加湿ガス導入路に配置された流量計及び第１露点計と、
前記加湿ガス排出路に配置された第２露点計と、
りん酸形燃料電池発電装置の停止時において、前記りん酸形燃料電池に前記加湿ガス生成装置で生成された加湿ガスを流通させ、前記流量計で計測される加湿ガスの流量と、前記第１露点計で計測されるりん酸形燃料電池に導入前の加湿ガスの露点と、前記第２露点計で計測されるりん酸形燃料電池から排出される加湿ガスの露点とに基づいて、りん酸形燃料電池内に残存する水分量を求め、該水分量に基づいてりん酸濃度を算出し、算出されたりん酸濃度が所定値に達したら前記加湿ガスの供給を停止する制御装置と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明のりん酸形燃料電池のりん酸凍結防止装置によれば、りん酸形燃料電池を停止して長期間保管などする際に、加湿ガス生成装置からりん酸形燃料電池に加湿ガスを流通させるので、りん酸濃度が希釈されて、りん酸の凍結温度を下げることができる。そして、前記制御装置によって、前記流量計で計測される加湿ガスの流量と、前記第１露点計で計測されるりん酸形燃料電池に導入前の加湿ガスの露点と、前記第２露点計で計測されるりん酸形燃料電池から排出される加湿ガスの露点とに基づいて、りん酸形燃料電池内に残存する水分量を求め、該水分量に基づいてりん酸濃度を算出し、算出されたりん酸濃度が所定値に達したら前記加湿ガスの供給を停止することができる。このため、りん酸濃度を常時モニタリングすることが可能であり、該算出値が設定値に達したら加湿ガスの供給を停止することで、りん酸が過剰に希釈されることを防止できる。これによって、より短時間でりん酸濃度の希釈作業を完了でき、更には、過剰希釈によって電池単セルが膨張してりん酸がセル外に漏出するなどのトラブルの発生を防止できる。
【００１６】
本発明のりん酸形燃料電池のりん酸凍結防止装置においては、前記りん酸形燃料電池の温度調整装置を更に備え、前記制御装置は、りん酸形燃料電池の温度を、その時点でのりん酸濃度におけるりん酸凍結温度以上に維持しつつ低下させるように、前記温度調整装置を制御することが好ましい。この態様によれば、その時点でのりん酸濃度におけるりん酸凍結温度以上に維持しつつ温度を降下させることによって、りん酸の凍結を防止しつつ、りん酸濃度の希釈時間をより短縮できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、より短時間でりん酸濃度の希釈作業を完了でき、更には、過剰希釈によって電池単セルが膨張してりん酸がセル外に漏出するなどのトラブルの発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のりん酸形燃料電池のりん酸凍結防止装置の第１の実施形態の概略構成図である。
【図２】同装置における制御装置のフローチャートである。
【図３】加湿時間とりん酸濃度との関係図である。
【図４】加湿ガスの水蒸気分圧と、５０℃のりん酸が吸湿できる飽和水分量との関係図である。
【図５】本発明のりん酸形燃料電池のりん酸凍結防止装置の第２の実施形態の概略構成図である。
【図６】同装置における制御装置のフローチャートである。
【図７】りん酸濃度とりん酸凍結温度との関係図である。
【図８】加湿ガスを一定流量でりん酸形燃料電池に投入しつつ、入口露点、出口露点を連続的に測定して、りん酸形燃料電池内の残留水分量及びセル内りん酸濃度を算出した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明について、図面を参照して更に詳細に説明する。図１には、本発明のりん酸形燃料電池のりん酸凍結防止装置の第１の実施形態が示されている。
【００２０】
図中の１０は、りん酸形燃料電池であって、りん酸を保持したマトリックスからなる電解質層１１を挟持する燃料電極層１２及び空気電極層１３からなる単位セルを複数積層して形成されている。
【００２１】
燃料電極層１２の入口側には、開閉弁Ｖ１が介装された、燃料ガス供給源から伸びる配管Ｌ１が接続している。また、燃料電極層１２の出口側からは、開閉弁Ｖ２が介装された配管Ｌ２が伸びており、燃料電極層１２を通過したガスがオフガスとして電池外に排気できるように構成されている。
【００２２】
空気電極層１３の入口側には、ブロア等の空気供給減から伸びた配管Ｌ３が接続している。この配管Ｌ３には、上流側から、加湿器２１、開閉弁Ｖ３、流量計２２、第１露点計２３が配置された配管Ｌ３が接続している。また、空気電極層１３の出口側からは、第２露点計２４、開閉弁Ｖ４が介装された配管Ｌ４が接続しており、燃料電極層１２を通過したガスをオフガスとして電池外に排気できるように構成されている。
【００２３】
流量計２２、第１露点計２３、第２露点計２４の測定値は、制御装置３０に送られ、該測定値に基づいて、りん酸形燃料電池１０内のりん酸濃度が算出される。すなわち、制御装置３０では、第１露点計２３の測定値から、りん酸形燃料電池１０に導入する加湿ガスの水蒸気分圧（以下、「入口水蒸気分圧」ともいう）が求められ、この入口水蒸気分圧と、流量計２２の測定値および加湿ガス供給時間とから、下記数式（１）によって、ｔｉｎ℃の加湿ガスがりん酸形燃料電池１０に導入される場合の水分量が算出される。
【００２４】
【数１】
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【００２５】
同様にして、第２露点計２４の測定値から、りん酸形燃料電池１０から排気される加湿ガスの水蒸気分圧（以下、「出口水蒸気分圧」ともいう）が求められ、この出口水蒸気分圧と、流量計２２の測定値から、下記数式（２）によって、りん酸形燃料電池１０から排出されるｔＯＵＴ℃のガス中の水分量が算出される。
【００２６】
【数２】
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【００２７】
そして、りん酸形燃料電池１０に導入される水分量の算出値と、りん酸形燃料電池１０から排出される水分量の算出値との差分が、下記数式（３）によって求められる。
【００２８】
【数３】
2010218941.tif 000005
【００２９】
この水分量の差分値は電解質層１１中のりん酸が吸湿した水分量であり、また、りん酸形燃料電池１０内の初期のりん酸量は、仕込み量（製作時に燃料電池本体に含浸させたりん酸電解液重量）と含浸させたりん酸電解液のりん酸濃度（当初りん酸濃度）から決定される値であって既知の値であるので、前記水分量の差分値に基づいて、下記数式（４）によって希釈後のりん酸濃度が算出される。
【００３０】
【数４】
2010218941.tif 000006
【００３１】
また、制御装置３０は、開閉弁Ｖ１〜Ｖ４の開閉、加湿器２１の出力を、後述する図２に示すフローチャートに従って制御するようになっている。
【００３２】
次に、上記りん酸形燃料電池のりん酸凍結防止装置を用いた、本発明のりん酸凍結防止方法について説明する。
【００３３】
りん酸形燃料電池１０の通常運転時には、燃料電極層１２に供給された燃料ガス中の水素と、空気電極層１３に供給された空気中の酸素とが電気化学反応して発電し、その電力が図示しない電力系統に供給される。
【００３４】
りん酸形燃料電池１０内のりん酸濃度は、およそ９０質量％程度であるが、りん酸形燃料電池１０の運転温度はおよそ１７０〜２００℃であるので、通常運転時はりん酸が凍結することが無い。しかしながら、りん酸形燃料電池発電装置の運転を停止して、雰囲気温度が室温レベルまで低下すると、りん酸が凍結し、凍結したりん酸により電解質に亀裂が生じたり、りん酸の偏在化が生じて、その後の燃料特性に重大な悪影響を及ぼす危険性がある。
【００３５】
本発明では、りん酸形燃料電池発電装置の運転を停止して、長期間保管したり、ユーザ元に搬送する際に、りん酸形燃料電池１０に加湿ガスを供給してりん酸濃度を希釈することにより、りん酸の凍結温度を低下させて、りん酸の凍結を防止する。
【００３６】
すなわち、図２に示すように、燃料電池発電装置の運転が停止して、制御装置３０に停止信号が入力されると（ステップＳ１）、制御装置３０は、開閉弁Ｖ１，Ｖ２を閉じて燃料ガスの供給を停止する（ステップＳ２）と共に、加湿器２１を作動させて、空気電極層１３に加湿した空気（加湿ガス）を供給する（ステップＳ３）。こうして、加湿ガスを流通させることにより、りん酸形燃料電池１０中のりん酸に水を吸湿させてりん酸濃度を低下させることができる。
【００３７】
その際、制御装置３０に、加湿ガスの流量（流量計２２の測定値）と、りん酸形燃料電池１０に導入される加湿ガスの露点（第１露点計２３の測定値）と、りん酸形燃料電池１０を通過後の加湿ガスの露点（第２露点計２４の測定値）とがそれぞれ入力され、前述した数式（１）〜（４）に基づいて、りん酸形燃料電池１０のりん酸濃度が算出される（ステップＳ４）。
【００３８】
そして、算出されたりん酸濃度と、あらかじめ定めた設定値とを比較して（ステップＳ５）、該設定値を下回ったら加湿器２１を停止させ（ステップＳ６）、開閉弁Ｖ３，Ｖ４を閉じてりん酸形燃料電池１０を封止する（ステップＳ７）。
【００３９】
りん酸の吸湿速度は図３に示すように、初期的には速く、飽和点が近づくにつれて遅くなる。投入する加湿ガスの水蒸気分圧と飽和りん酸濃度には図４のような関係がある。図４は、りん酸の温度が５０℃の場合の関係図であるが、例えば、５０℃のりん酸に、露点２６℃で加湿した水蒸気分圧３．３４ｋＰａの加湿ガスを投入し続ければ、りん酸濃度は図４のＸ点の７５質量％で飽和する。但し、平衡に達するには４０時間を要する。この時の加湿時間とりん酸濃度との関係を図３のＡのラインとすると、りん酸濃度が飽和濃度である目標とするりん酸濃度Ｃａに達するまでの時間はｔａである。
【００４０】
一方、例えば、露点３６℃で加湿した水蒸気分圧５．９ｋＰａの加湿ガスを投入し続ければ、りん酸濃度は６５質量％で飽和となるが、約１０時間で目標のリン酸濃度７５％に達する。投入する加湿ガスの水蒸気分圧を高くすることで、図２のラインＢ，ＣのようにラインＡで目標としたりん酸濃度Ｃａに達する時間は早くなるが、りん酸濃度がＣａに達した点ｂ、Ｃを過ぎても加湿を続けていると、りん酸濃度が目標とする濃度よりも低くなり、体積が増大してセル内に保持出来なくなり、セルからりん酸が溢れ出し、燃料電池寿命を低下させるおそれがある。
【００４１】
本発明では、前述したように、りん酸濃度を監視しながら加湿ガスを流通させるので、露点の高い（水蒸気分圧の高い）加湿ガスを用いても、りん酸を過剰に希釈し過ぎることが無い。このため、より短時間で、かつ、確実に目的の濃度まで希釈でき、りん酸の凍結を防止できる。また、りん酸の希釈に要する時間をより短縮できるので、加湿ガスの消費量をより低減でき、運転コストを削減できる。
【００４２】
なお、この実施形態で用いたりん酸形燃料電池発電装置は、空気電極層１３側から加湿ガスを導入するように構成されているが、配管Ｌ１上に加湿器２１を設け、燃料ガスを加湿して、燃料電極層１２側から加湿ガス（加湿された燃料ガス）導入するようにしてもよく、配管Ｌ１，Ｌ３上にそれぞれ加湿器を設け、燃料電極層１２及び空気電極層１３の双方から同時に加湿ガスを導入するようにしてもよい。
【００４３】
次に、図５を参照して、本発明のりん酸形燃料電池発電装置の第２の実施形態について説明する。
【００４４】
この実施形態のりん酸形燃料電池発電装置は、りん酸形燃料電池１０の電解質層１１の温度を測定する温度計２５と、りん酸形燃料電池１０の温度を制御する温度調整装置２６とを更に備える点で上記第１の実施形態と相違する。温度調整装置２６は、発電停止時において、電解質層１１の温度が、りん酸凍結温度を下回らないように維持しつつ、温度を低下させるように、制御装置３０’で制御されている。
【００４５】
温度調節装置２６としては、発電時にセルを冷却して温度調整を行うために備えられている冷却装置を用いる。具体的には、燃料電池本体に複数セル毎に積層された冷却板に循環させる冷却水の温度を制御する。循環する冷却水が貯留されたタンクには電気ヒーターが付いており、また、冷却水の循環経路上には冷却水を冷却するための熱交換器が設けられているので、セル温度を監視し、セル温度の検出値が設定値になるように、循環させる冷却水を前記電気ヒーターで加温、または前記熱交換器で冷却することにより、冷却水の温度を調整する。
【００４６】
この実施形態では、制御装置３０’において、以下のような制御が行われる。
【００４７】
りん酸形燃料電池発電装置の停止信号を感知したら（ステップＳ１１）、開閉弁Ｖ１，Ｖ２に閉止信号を送信し、開閉弁Ｖ１，Ｖ２を閉じる（ステップＳ１２）。また、加湿器２１に起動信号を送信し、加湿器２１を起動させる（ステップＳ１３）。
【００４８】
そして、流量計２２の測定値と、第１露点計２３の測定値と、第２露点計２４の測定値が、それぞれ制御装置に送信され、該測定値に基づき、前述した数式（１）〜（４）に基づいて、りん酸形燃料電池１０のりん酸濃度が算出される（ステップＳ１４）。
【００４９】
次いで、このりん酸濃度におけるりん酸凍結温度に対して所定値だけ高い設定温度（例えば＋１０℃）と、温度計２５で測定された電解質層１１の温度とを比較して（ステップＳ１５）、電解質層１１の温度が上記設定温度より高い場合には、温度調整装置２６を制御してりん酸形燃料電池１０を冷却する（ステップＳ１６）。次に、電解質層１１の温度がりん酸凍結温度を下回っているか判断し（ステップＳ１７）、りん酸凍結温度を下回っていた場合は、温度調整装置２６を制御してりん酸形燃料電池１０を加温する（ステップＳ１８）
このように、りん酸形燃料電池１０の温度を調整しながら加湿を継続し、ステップＳ１４で算出されたりん酸濃度と、あらかじめ定めた設定値とを比較して（ステップＳ１９）、該設定値を下回ったら加湿器２１を停止させ（ステップＳ２０）、開閉弁Ｖ３，Ｖ４を閉じてりん酸形燃料電池１０を封止する（ステップＳ２１）。
【００５０】
なお、図７には、りん酸濃度とリン酸凍結温度との関係図が示されている。この図のＡの領域は溶液状態をなし、Ｂの領域はりん酸と水と溶液とが混在した状態をなし、Ｃの領域は氷と溶液とが混在した状態をなしている。上記ステップＳ１５におけるりん酸凍結温度は、上記Ａ領域とＢ領域との境界線によって求めることができる。
【００５１】
この実施形態によれば、加湿器２１により加湿して、りん酸形燃料電池１０のりん酸濃度を低下させる際、そのりん酸濃度におけるりん酸凍結温度に対して所定値だけ高い設定温度となるように温度調整装置２６を制御するので、加湿に伴うりん酸濃度の低下に従って、りん酸の凍結を防止しつつ、りん酸温度を低下させることができる。これにより、りん酸は、温度が低いほど吸湿しやすい性質を有しているので、りん酸濃度の希釈時間をより短縮でき、加湿ガスの消費量や消費電力等をより削減できる。
【実施例】
【００５２】
図１のりん酸形燃料電池のりん酸凍結防止装置を用い、りん酸形燃料電池１０（りん酸濃度９０％の電解質含浸量：１７ｋｇ）に、露点３６℃（水蒸気分圧５．９ｋＰａ）の加湿ガスを４７０ＮＬ／ｍｉｎの一定流量で投入しつつ、第１露点計２３による入口露点、第２露点計２４による出口露点を連続的に測定し、りん酸形燃料電池１０内の残留水分量を算出してリン酸濃度を求めた。結果を図８に示す。
図８において、線Ａは、加湿器による累積投入水分量の変化を示し、線Ｂは、累積排出水分量の変化を示し、線Ｃは、セル内残留水分量の変化を示し、線Ｄは、セル内りん酸濃度の変化を示している。
図８に示されるように、燃料電池内の残留水分量が３．８ｋｇとなった約１０時間で加湿作業を完了したところ、りん酸濃度を約７５質量％に希釈でき、運転を停止してもりん酸が凍結することが無かった。
【符号の説明】
【００５３】
１０：りん酸形燃料電池
１１：電解質
１２：燃料電極
１３：空気電極
２１：加湿器
２２：流量計
２３：第１露点計
２４：第２露点計
２５：温度計
２６：温度調整装置
３０，３０’：制御装置
Ｌ１〜Ｌ４：配管
Ｖ１〜Ｖ４：開閉弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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