JP2003257461A - 燃料電池システム - Google Patents

燃料電池システム

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JP2003257461A
JP2003257461A JP2002059912A JP2002059912A JP2003257461A JP 2003257461 A JP2003257461 A JP 2003257461A JP 2002059912 A JP2002059912 A JP 2002059912A JP 2002059912 A JP2002059912 A JP 2002059912A JP 2003257461 A JP2003257461 A JP 2003257461A
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JP
Japan
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fuel cell
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water
reforming
cell system
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JP2002059912A
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English (en)
Inventor
Tomomichi Asou
智倫 麻生
Akira Maenishi
晃 前西
Yuji Mukai
裕二 向井
Yutaka Yoshida
豊 吉田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池システムの運転停止において、残留
水素のパージ完了を確実に判断できることを目的とす
る。 【解決手段】 運転停止時に改質部で発生する水蒸気で
残留水素をパージし、燃料電池には電位計23が設けら
れている。装置内の残留水素がパージされるにつれて、
燃料電池10の電位が低下するので、残留水素が所定濃
度以下にパージされたと推定でき、運転停止の完了を確
実に判断できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、天然ガス、LP
G、ガソリン、ナフサ、灯油、メタノール等の炭化水素
化合物を主原料とし、燃料電池等の水素利用機器に供給
するための水素リッチガスを発生させる水素発生装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】以下に、従来の水素発生装置を組み込ん
だ燃料電池システムの停止方法について図2を用いて説
明する。
【0003】1は改質反応させる原料を供給する原料供
給部、2は改質反応に必要な水を供給する水供給部であ
り、改質触媒を充填した改質部3に繋がり、改質部3に
は、燃料供給部5から供給された燃料と、空気供給部6
から供給された空気とにより燃焼させ、改質部3を加熱
するバーナ7を設置している。また、改質部3から送出
される改質後ガスは変成触媒を充填した変成部8に送ら
れる。変成部8からの変成後ガスはCO酸化触媒を充填
したCO酸化部9に送られ、CO濃度の低い水素リッチ
な生成ガスとしてCO酸化部9から燃料電池10に送ら
れる。燃料電池10から送出されるオフガスは燃料供給
部5からの燃料と混合され、バーナ7に供給される構成
となっている。さらに、原料供給部1からの原料が改質
部3に供給される途中に窒素を供給する窒素供給部11
が設置されている。ここで、運転停止時には、燃料電池
10での発電を停止すると同時に、原料供給部1からの
原料や燃料供給部5からの燃料の供給を停止し、同時に
窒素供給部11から窒素を供給することで、改質部3、
変成部8、CO酸化部9、燃料電池10内に存在する炭
化水素化合物や水素の可燃性ガスをバーナ7に押し出し
て燃焼させる。さらに燃焼し終わった後も窒素を供給し
続けることで、温度が高くなっている水素発生装置内部
の温度を低下させ、安全に燃料電池システムを停止する
ことを可能としている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】窒素などの不活性ガス
を供給する手段があれば、従来例のように安全な運転停
止ができるが、燃料電池を家庭に設置した場合など、不
活性ガスが供給されていない場所で水素発生装置を使用
するときには、ボンベを設置するなどの新たな供給手段
を構成する必要がある。仮に家庭用燃料電池に窒素ボン
ベを設置するとすると、設置スペースの確保やボンベが
空になった時の取り替えの必要性と、そのボンベ費用の
発生という課題が生じることになる。さらに燃料電池や
水素生成装置ないの水素が排出されたことを確認する手
段がないために、必要以上に不活性ガスである窒素を消
費していた。
【0005】本発明はこの課題を解決するものであり、
不活性ガスを用いることなく、安全な運転停止を実現す
る水素発生装置を提供することを目的としたものであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するため、第1の本発明は、炭化水素化合物を含む原料
を供給する原料供給部と、前記原料を水蒸気改質反応に
よって水素を含有する改質ガスを生成する改質部と、前
記改質部に水を供給する水供給部と、前記改質部の下流
側に設けられCO酸化触媒が充填された浄化部と、前記
浄化部に空気を供給する空気供給部と、前記浄化部の下
流側に設けられた燃料電池とを少なくとも備えた燃料電
池システムにおいて、前記燃料電池に電位計を備え、停
止操作時に前記水供給部から水を供給し発生した水蒸気
で前記改質部、前記浄化部、前記燃料電池内の改質ガス
を排出する際に、前記燃料電池の電位が所定値以下に低
下した時に、停止操作を完了することを特徴とする燃料
電池システムである。
【0007】また、第2の本発明は、第1の燃料電池装
置において、前記電位計に代えて前記浄化部に温度検知
手段を備え、停止操作時に前記水供給部から水を供給し
発生した水蒸気で前記改質部、前記浄化部、前記燃料電
池内の改質ガスを排出する際に、前記浄化部に前記空気
供給部から空気を供給し、前記浄化部の温度が所定温度
以下に低下した時に、停止操作を完了することを特徴と
する燃料電池システムである。
【0008】また、第3の本発明は、第1の本発明の燃
料電池装置において、前記燃料電池から排出されるオフ
ガス中の水分を低減する凝縮部と、前記電位計に代えて
前記凝縮部に二酸化炭素計とを設け、停止操作時に前記
水供給部から水を供給し発生した水蒸気で前記改質部、
前記浄化部、前記燃料電池内の改質ガスを排出する際
に、前記二酸化炭素濃度が所定値以下に低下した時に、
停止操作を完了することを特徴とする。
【0009】また、第4の本発明は、前記原料供給部の
停止から所定時間経過後において前記電位計、前記温度
検知手段、前記二酸化炭素計のいずれか一つの検出値が
所定値以上である時に、異常検知信号を発信する制御部
を設けた燃料電池システムである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。
【0011】(実施の形態1)図1は本発明の実施の形
態1における燃料電池システムの概要図であり、同図に
おいて、図2と同一構成要素は同一番号を付与し、同一
の機能を有するものとして詳細な説明は省略する。20
はCO酸化部9に酸化反応用の空気を供給する酸化空気
供給部であり、21は燃料電池10から排出されるオフ
ガス中の水分を凝縮させる凝縮部である。CO酸化部9
には温度検知手段22が設けられ、燃料電池10には電
位計23が設けられ、凝縮部21の気体の流通部には二
酸化炭素計24が設けられ、温度検知手段22、電位計
23、二酸化炭素計24の各検出値はタイマー機能を有
する制御部26に伝送される。
【0012】次に動作について説明する。発電時には、
原料は改質部3、変成部8、CO酸化部9を経て、およ
そ水素濃度が80体積%、二酸化炭素が20体積%の水
素リッチな生成ガスとなり燃料電池10に供給される。
燃料電池10で消費されなかった水素を含むオフガスは
凝縮部21に供給され水分が凝縮分離されてバーナ7に
供給され燃焼される。停止時には原料の供給が停止され
るが、酸化空気供給部20からの空気および、水供給部
2からの水は継続して供給される。改質部3の蓄熱量で
発生した水蒸気は、改質部3の下流側に繋がる変成部
8、CO酸化部9、燃料電池10を順次パージし、水素
と二酸化炭素を主成分とするガスをバーナ7に輸送す
る。このような運転停止時において、CO酸化部9に設
けられた温度検知手段22の温度は、CO酸化部9の内
部に所定濃度以上の水素が残留する場合には、酸化空気
供給部20から供給される空気と残留水素が反応し発熱
するので、所定温度以上となる。ここで、水素濃度の低
下と共に温度検知手段22の温度が低下し、水素の可燃
濃度(一例として約4体積%)以下となるときの所定温
度(一例として約10℃)を、運転停止動作完了のタイ
ミングと判断する。以上のような操作により、N2パー
ジの場合の課題を解決できるだけなく、残留水素による
爆発などの危険性が生じることのない安全な運転停止動
作の完了を温度検知という簡便な手段で判断することが
可能になる。
【0013】また、燃料電池10には電位計23が設け
られているので、運転停止時の残留水素がパージされる
につれて、燃料電池10の電位が原理的に数10[V]
から0[V]までに低下するので、残留水素が可燃範囲
以下にパージされた際の燃料電池10の所定電位を運転
停止動作完了のタイミングと判断する。以上のような操
作により、N2パージの場合の課題を解決できるだけな
く、残留水素による爆発などの危険性が生じることのな
い安全な運転停止動作の完了を温度検知という簡便な手
段で判断することが可能になる。
【0014】また、凝縮部21の気体の流通部に二酸化
炭素計24が設けられているので、二酸化炭素計24と
接触する気体は水分除去されたものであるため二酸化炭
素計24に水滴などが付着することによる誤差を低減で
き、運転停止時の残留水素がパージされるにつれて、二
酸化炭素計24で検知される残留水素との混合気体中に
含まれる二酸化炭素の濃度も、数10体積%〜数体積%
以下に低下する。従って、残留水素濃度が、可燃範囲以
下になる時点での二酸化炭素の所定濃度を運転停止動作
完了のタイミングと判断する。以上のような操作によ
り、N2パージの場合の課題を解決できるだけなく、残
留水素による爆発などの危険性が生じることのない安全
な運転停止動作の完了を温度検知という簡便な手段で判
断することが可能になる。
【0015】また、温度検知手段22、電位計23、二
酸化炭素計24の各検出値はタイマー機能を有する制御
部26に伝送されるので、運転停止から所定時間内にい
ずれかの検出値が所定値以下に低下しない場合には、温
度検知手段22、電位計23、二酸化炭素計24のいず
れかの故障あるいは、水供給部2から所定量の水が供給
されていない誤動作が推定されるので、経年変化などに
よる故障、誤動作に対する信頼性が向上できる。
【0016】また、前記温度検出手段22、電位計2
3、および二酸化炭素計24のいずれか一つを設けても
運転停止の完了を確実に判断できるがこれらを組み合わ
せて用いることでより停止判断の確実性が向上する。
【0017】
【発明の効果】以上のように本発明は、運転停止時に窒
素などの不活性ガスを用いることなく、燃料電池システ
ム内の残留水素をパージすることができ、CO酸化部の
温度および燃料電池の電位および二酸化炭素濃度を検知
することで、パージの完了を確実に推定できる。
【0018】またタイマー機能を有する制御部を設けて
いるので、温度検知手段、電位計、二酸化炭素計のいず
れかの故障あるいは、水供給部の誤動作が推定できるの
で、経年変化などによる故障、誤動作に対する信頼性が
向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における燃料電池システ
ムの概要図
【図2】従来の燃料電池システムの概要図
【符号の説明】
1 原料供給部 2 水供給部 3 改質部 5 燃料供給部 6 空気供給部 7 バーナ 8 変成部 9 CO酸化部 10 燃料電池 11 窒素供給部 20 酸化空気供給部 21 凝縮部 22 温度検知手段 23 電位計 24 二酸化炭素計 26 制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 向井 裕二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 吉田 豊 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5H027 AA02 BA01 BA09 BA16 BA17 KK31 KK42 KK54 MM01 MM12

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化水素化合物を含む原料を供給する原
    料供給部と、前記原料を水蒸気改質反応によって水素を
    含有する改質ガスを生成する改質部と、前記改質部に水
    を供給する水供給部と、前記改質部の下流側に設けられ
    CO酸化触媒が充填された浄化部と、前記浄化部に空気
    を供給する空気供給部と、前記浄化部の下流側に設けら
    れた燃料電池とを少なくとも備えた燃料電池システムに
    おいて、前記燃料電池に電位計を備え、停止操作時に前
    記水供給部から水を供給し発生した水蒸気で前記改質
    部、前記浄化部、前記燃料電池内の改質ガスを排出する
    際に、前記燃料電池の電位が所定値以下に低下した時
    に、停止操作を完了することを特徴とする燃料電池シス
    テム。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の燃料電池装置におい
    て、前記電位計に代えて前記浄化部に温度検知手段を備
    え、停止操作時に前記水供給部から水を供給し発生した
    水蒸気で前記改質部、前記浄化部、前記燃料電池内の改
    質ガスを排出する際に、前記浄化部に前記空気供給部か
    ら空気を供給し、前記浄化部の温度が所定温度以下に低
    下した時に、停止操作を完了することを特徴とする燃料
    電池システム。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の燃料電池装置におい
    て、前記燃料電池から排出されるオフガス中の水分を低
    減する凝縮部と、前記電位計に代えて前記凝縮部に二酸
    化炭素計とを設け、停止操作時に前記水供給部から水を
    供給し発生した水蒸気で前記改質部、前記浄化部、前記
    燃料電池内の改質ガスを排出する際に、前記二酸化炭素
    濃度が所定値以下に低下した時に、停止操作を完了する
    ことを特徴とする燃料電池システム。
  4. 【請求項4】 前記原料供給部の停止から所定時間経過
    後において前記電位計、前記温度検知手段、前記二酸化
    炭素計のいずれか一つの検出値が所定値以上である時
    に、異常検知信号を発信する制御部を設けた請求項1か
    ら4のいずれかに記載の燃料電池システム。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007066876A (ja) * 2005-08-01 2007-03-15 Casio Comput Co Ltd 電源システム及び電源システムの制御方法並びに電源システムを備える電子機器
JP2007273276A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料電池発電システム及びその運転方法
WO2010125732A1 (ja) * 2009-04-28 2010-11-04 株式会社Eneosセルテック 燃料電池用改質装置

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