JP2005310644A - Fuel cell power generator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell power generator capable of preventing deterioration in performance due to negative pressure inside a fuel cell and exposure of the inside to a humidifying gas when the fuel cell power generator is stopped. <P>SOLUTION: This fuel cell power generator 100 is provided with a fuel cell 21 having a fuel gas flow passage 18a for running hydrogen-rich fuel gas and an oxidizer gas flow passage 18c for running an oxidizer gas, an oxidizer gas supply means 28 supplying oxidizer gas to the fuel cell 21, and a fuel generation means 23 generating fuel gas from material gas and steam and feeding the fuel gas to the fuel cell 21. When the fuel cell is stopped, humidified oxidizer gas filling the oxidizer gas flow passage 18c is replaced by an inert gas kept at a predetermined dew point or less, the humidified fuel gas filling the fuel gas flow passage 18a is replaced by the inert gas, and then, the fuel gas flow passage 18a and the oxidizer gas flow passage 18c are kept in an inert gas environment to be sealed. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池発電装置に関し、特に燃料電池発電装置の停止の際に、燃料電池の内部の負圧化およびその内部を加湿ガスに曝すことに起因する性能劣化を防止可能な燃料電池発電装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell power generation device, and more particularly to a fuel cell power generation capable of preventing performance deterioration due to negative pressure inside a fuel cell and exposure of the inside to a humidified gas when the fuel cell power generation device is stopped. Relates to the device.

家庭用の燃料電池発電装置では、光熱費削減の点から日常生活の電力消費量の多寡に応じて燃料電池の発電および停止を反復させることが望ましいと言える。   In a fuel cell power generator for home use, it can be said that it is desirable to repeat the power generation and stop of the fuel cell according to the amount of power consumption in daily life from the viewpoint of reducing energy costs.

具体的には電力消費の増加する昼間には発電装置を作動する一方、電力消費の減少する夜間には発電装置を停止するというDSS(Daily Start-up & Shut-down)運転がエネルギーの有効利用の点で優れている。   Specifically, DSS (Daily Start-up & Shut-down) operation, which operates the power generator during the daytime when power consumption increases and stops the power generator at night when power consumption decreases, effectively uses energy. Is excellent in terms of.

このような状況において、DSS運転に柔軟に対応できるように、燃料電池の発電および停止の反復動作に関する技術的な課題およびその対応策が報告されている。例えば、高分子電解質膜(イオン交換膜)の停止保管中の電解質膜の乾燥を防止して燃料電池を停止保管から速やかに再起動させるため、燃料電池の停止直後、その内部に残留する燃料ガスおよび酸化剤ガスを水または加湿された不活性ガスによって置換したうえで、燃料電池のガス流路を封止する方法が開示されている(従来例としての特許文献1参照)。   In such a situation, technical problems and countermeasures related to repetitive operations of power generation and stop of the fuel cell have been reported so as to flexibly cope with DSS operation. For example, in order to prevent the electrolyte membrane from being dried during storage of the polymer electrolyte membrane (ion exchange membrane) and to restart the fuel cell quickly from the storage, the fuel gas remaining in the fuel cell immediately after the fuel cell is stopped In addition, a method for sealing a gas flow path of a fuel cell after replacing the oxidant gas with water or a humidified inert gas is disclosed (see Patent Document 1 as a conventional example).

確かに、特許文献1のように燃料電池の停止保管中に燃料電池の内部を加湿不活性ガスの雰囲気に曝すことで燃料電池の電解質膜の乾燥化に対処できる可能性はある。
特開平6−251788号公報
Certainly, there is a possibility that the drying of the electrolyte membrane of the fuel cell can be dealt with by exposing the inside of the fuel cell to a humidified inert gas atmosphere while the fuel cell is stopped and stored as in Patent Document 1.
JP-A-6-251788

ところで、上記従来の燃料電池の停止保管方法においては、以下のような改善すべき問題が内在している。   By the way, in the above-described conventional method for stopping and storing a fuel cell, the following problems to be improved are inherent.

すなわち、燃料電池を外部雰囲気から遮断するよう封止しても、燃料電池を一定期間(例えば15時間〜3日程度)保管した場合、この封止部から空気(酸素ガス)が燃料電池の内部にもれて混入する可能性がある。特に、上記従来の加湿不活性ガス導入法(停止直後の導入)の場合、燃料電池の内部の温度低下によって加湿不活性ガスに含有する水蒸気が凝結して負圧化が促進されて、酸素ガス混入の懸念は一層高まる。   That is, even if the fuel cell is sealed so as to be cut off from the external atmosphere, when the fuel cell is stored for a certain period of time (for example, about 15 hours to 3 days), air (oxygen gas) flows from the sealed portion to the inside of the fuel cell. There is a possibility of leakage. In particular, in the case of the above conventional humidified inert gas introduction method (introduction immediately after stopping), the water vapor contained in the humidified inert gas condenses due to the temperature drop inside the fuel cell, and the negative pressure is promoted. Concerns about contamination are further increased.

こうした状況において、燃料電池の再起動時に水素リッチな燃料ガスを供給すれば、燃料電池のアノードにおいて酸素ガスと燃料ガスによる局所燃焼を起こして燃料電池の破損や燃料電池の性能劣化に至りかねない。   Under these circumstances, if hydrogen-rich fuel gas is supplied when the fuel cell is restarted, local combustion by oxygen gas and fuel gas may occur at the anode of the fuel cell, leading to damage to the fuel cell and deterioration of the fuel cell performance. .

また、燃料電池の発電および停止を長期間(例えば2〜3年程度)亘って頻繁に反復した場合、停止期間中に継続的に燃料電池の電極を水に浸すことになって、この恒常的な水の雰囲気に起因して電極の撥水性が劣化することで燃料電池の運転時の排水能力が損なわれ、燃料電池の性能劣化を招きかねない。よって、上記従来例の停止保管方法のように、燃料電池の内部を長時間、加湿ガスの雰囲気に曝すことは極力避ける必要がある。   Further, when the power generation and stoppage of the fuel cell are frequently repeated over a long period (for example, about 2 to 3 years), the electrode of the fuel cell is continuously immersed in water during the stoppage period. The water repellency of the electrode is deteriorated due to the atmosphere of fresh water, so that the drainage capacity during the operation of the fuel cell is impaired, and the performance of the fuel cell may be deteriorated. Therefore, it is necessary to avoid exposing the interior of the fuel cell to a humidified gas atmosphere for a long time as in the above-described conventional stopped storage method.

上記課題を解決するために、本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、燃料電池発電装置の停止の際に、燃料電池の内部の負圧化およびその内部を加湿ガスに曝すことに起因する性能劣化を防止可能な燃料電池発電装置を提供することを目的としている。   In order to solve the above-described problems, the present invention has been made in view of the above-described problems. In stopping the fuel cell power generation apparatus, negative pressure inside the fuel cell and exposing the inside to a humidified gas are provided. An object of the present invention is to provide a fuel cell power generator capable of preventing the resulting performance deterioration.

本件発明者は、まず、図7を参照して加湿不活性ガスによりもたらされる燃料電池の内部の減圧量の影響を見積もった。   The present inventor first estimated the influence of the amount of pressure reduction in the fuel cell caused by the humidified inert gas with reference to FIG.

図7は、外気温度と燃料電池の内部の減圧量との関係を示した図であり、その横軸に外気温度をとり、その縦軸に減圧量をとって、両者の関係を、加湿不活性ガス露点差をパラメータにして(5℃(短い点線)、10℃(一点鎖線)、15℃(長い点線)および25℃(実線))図示している。   FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the outside air temperature and the amount of reduced pressure inside the fuel cell. The horizontal axis represents the outside air temperature, and the vertical axis represents the amount of reduced pressure. The figure is shown with the active gas dew point difference as a parameter (5 ° C. (short dotted line), 10 ° C. (one-dot chain line), 15 ° C. (long dotted line) and 25 ° C. (solid line)).

例えば、図中に矢印を付して示すように、横軸の外気温度20℃に対応する一点鎖線(露点差:10℃)の減圧量は約0.05kpaであり、この値は、露点30℃のガスを充満した燃料電池の温度を10℃冷やして(露点差(10℃):30℃→20℃にして)、外気温度(20℃)に等しくし、これによって水蒸気が凝結することに起因して生じる減圧量(負圧相当分)を指し示すものである。   For example, as indicated by an arrow in the figure, the amount of decompression of the alternate long and short dash line (dew point difference: 10 ° C.) corresponding to the outside air temperature of 20 ° C. on the horizontal axis is about 0.05 kpa. The temperature of the fuel cell filled with the gas of 10 ° C. is cooled by 10 ° C. (dew point difference (10 ° C.): 30 ° C. → 20 ° C.) to be equal to the outside air temperature (20 ° C.). This indicates the amount of pressure reduction (corresponding to the negative pressure) generated.

図7によれば、燃料電池の内部に充満するガスの露点と外気温度との温度差がプラス10℃(一点鎖線)であれば、燃料電池の通常の使用温度範囲内(例えば、0℃〜40℃)において、燃料電池の減圧量を概ね0.1kpa以下に抑えることが可能である。そして、この程度の負圧化であれば、酸素ガスの燃料電池内部への混入は微量であり局所燃焼の問題もなく燃料電池の性能を長期に亘り維持できると期待される。   According to FIG. 7, if the temperature difference between the dew point of the gas filling the inside of the fuel cell and the outside air temperature is plus 10 ° C. (one-dot chain line), it is within the normal operating temperature range of the fuel cell (eg, 0 ° C. to 40 ° C.), the amount of pressure reduction of the fuel cell can be suppressed to about 0.1 kpa or less. If the pressure is reduced to such a level, it is expected that the amount of oxygen gas mixed into the fuel cell is very small and the performance of the fuel cell can be maintained for a long time without problems of local combustion.

このような検討から理解できるとおり、想定される外気温度を見越して、燃料電池の停止の際、運転時に加湿(運転時に露点70℃程度に加湿)した燃料ガスおよび加湿した酸化剤ガスにより満たされていた燃料電池の内部(ガス流路)を、燃料電池の温度を低下させる前に、迅速に乾燥状態の不活性ガスにより置換することが肝要であり、例えば、露点20℃以下、より望ましくは露点10℃以下に維持した不活性ガスを使用して燃料電池の内部を置換すれば、その後、仮に外気温度が0℃であってこの温度付近まで燃料電池が冷えても、燃料電池内部の減圧量は、図7から分かるとおり、僅か約0.04kpa(露点差10℃を示す一点鎖線と縦軸との交点)であり好適である。   As can be understood from such examination, in anticipation of the assumed outside air temperature, when the fuel cell is stopped, it is filled with the fuel gas humidified during operation (humidified to a dew point of about 70 ° C. during operation) and the humidified oxidant gas. It is important to quickly replace the inside of the fuel cell (gas flow path) with a dry inert gas before lowering the temperature of the fuel cell, for example, a dew point of 20 ° C. or lower, more preferably If the inside of the fuel cell is replaced by using an inert gas maintained at a dew point of 10 ° C. or lower, even if the outside air temperature is 0 ° C. and the fuel cell cools to near this temperature, the pressure inside the fuel cell is reduced. As can be seen from FIG. 7, the amount is only about 0.04 kpa (intersection of the alternate long and short dash line indicating the dew point difference of 10 ° C.) and is suitable.

もっとも、このように燃料電池の内部を乾燥した不活性ガスで置き換えると、その電解質膜の乾燥化が懸念されるが、燃料電池のガス流路のみを乾燥不活性ガスで置換するのであれば、燃料電池の電極内に元々存在する水分によって電解質膜の保湿効果をある程度維持可能であることも分かった。   However, if the inside of the fuel cell is replaced with a dry inert gas in this way, there is a concern about drying of the electrolyte membrane, but if only the gas flow path of the fuel cell is replaced with a dry inert gas, It was also found that the moisture retention effect of the electrolyte membrane can be maintained to some extent by the water originally present in the fuel cell electrode.

ここで、加湿した燃料ガスおよび加湿した酸化剤ガスにより満たされていた燃料電池の内部(ガス流路)を、燃料電池の温度を低下させる前に、迅速に乾燥状態の不活性ガスにより置換する際に、不活性ガスの燃料電池の内部への置換を適切な手順で行うことを要することが判明した。   Here, the inside (gas flow path) of the fuel cell filled with the humidified fuel gas and the humidified oxidant gas is quickly replaced with a dry inert gas before the temperature of the fuel cell is lowered. It has been found that it is necessary to replace the inert gas with the inside of the fuel cell by an appropriate procedure.

具体的には、アノードの燃料ガス流路は、水素ガスを含む燃料ガスにより満たされ、カソードの酸化剤ガス流路は、酸素ガスを含む酸化剤ガスにより満たされており、こうした状態で、カソードの酸化剤ガスを不活性ガスにより置換した後、アノードの燃料ガスを不活性ガスにより置換するという順番で、不活性ガスの燃料電池内部への置換を行うことが必須であり、そうしなければ、アノードのルテニウム触媒が電位上昇して、これによりルテニウムの溶出が生じる可能性があることを本願発明者等は見出した。また、併せてカソードの白金触媒が電位上昇して、これにより白金酸化が生じる可能性があることも分かった。   Specifically, the fuel gas channel of the anode is filled with fuel gas containing hydrogen gas, and the oxidant gas channel of the cathode is filled with oxidant gas containing oxygen gas. After replacing the oxidant gas with the inert gas, it is essential to replace the inert gas into the fuel cell in the order of replacing the anode fuel gas with the inert gas. The inventors of the present application have found that the potential of the ruthenium catalyst at the anode is increased, which may cause elution of ruthenium. In addition, it was also found that the potential of the platinum catalyst at the cathode rises, which may cause platinum oxidation.

以下にアノードのルテニウム触媒の溶出現象およびカソードの白金触媒の酸化現象につき、図8を参照しつつ詳しく説明する。   Hereinafter, the elution phenomenon of the anode ruthenium catalyst and the oxidation phenomenon of the cathode platinum catalyst will be described in detail with reference to FIG.

図8(a)は、点線を付して示した燃料電池の停止時(燃料電池の不活性ガス置換処理時点)の前後における燃料電池発電電圧の経時変化を模式的に示した図であり、図8(b)は、そのアノードの単電極電位(水素基準)の経時変化を模式的に示した図であり、図8(c)は、そのカソードの単電極電位(水素基準)の経時変化を模式的に示した図である。なお、図8(b)と図8(c)において、第一のアノード電位102および第一のカソード電位104(いずれも二点鎖線で図示)は、燃料電池の停止後に、その内部をアノード→カソードの順番に不活性ガスにより置換動作する際の電位変化を示し、第二のアノード電位103および第二のカソード電位105(いずれも一点鎖線で図示)は、燃料電池の停止後に、その内部をカソード→アノードの順番に不活性ガスにより置換動作する際の電圧変化を示している。   FIG. 8A is a diagram schematically showing a change with time of the fuel cell power generation voltage before and after the stop of the fuel cell indicated by the dotted line (at the time of the inert gas replacement process of the fuel cell), FIG. 8B is a diagram schematically showing a change over time of the single electrode potential (hydrogen reference) of the anode, and FIG. 8C is a change over time of the single electrode potential (hydrogen reference) of the cathode. FIG. 8 (b) and 8 (c), the first anode potential 102 and the first cathode potential 104 (both shown by a two-dot chain line) The potential change during the replacement operation with the inert gas in the order of the cathode is shown. The second anode potential 103 and the second cathode potential 105 (both shown by a one-dot chain line) The voltage change during the replacement operation with the inert gas in the order of cathode → anode is shown.

ここで、燃料電池の運転中における燃料電池の発電電圧およびアノード電位並びにカソード電位の遷移を説明する。   Here, transition of the power generation voltage, anode potential, and cathode potential of the fuel cell during operation of the fuel cell will be described.

図8(a)の実線から理解できるとおり、燃料電池の発電電圧101は、その運転中(図8の点線より左部分)には約0.75Vの出力値を示している。   As can be understood from the solid line in FIG. 8A, the generated voltage 101 of the fuel cell shows an output value of about 0.75 V during its operation (the left portion from the dotted line in FIG. 8).

燃料電池の運転中には、アノードは水素ガスに満たされるため、水素基準に対する電位差は発生せずに、第一および第二のアノード電位102、103とも、ゼロボルト付近の値を示している。一方、アノード電位に対するカソード電位の電位差が発電電圧101に相当するため、燃料電池の運転中のカソードには、発電電圧101に相当する電位が印加され、第一および第二のカソード電位104、105とも、発電電圧101に等しい約0.75Vの値を示すことになる。   During operation of the fuel cell, since the anode is filled with hydrogen gas, no potential difference with respect to the hydrogen reference occurs, and both the first and second anode potentials 102 and 103 show values near zero volts. On the other hand, since the potential difference between the cathode potential and the anode potential corresponds to the generated voltage 101, a potential corresponding to the generated voltage 101 is applied to the cathode during operation of the fuel cell, and the first and second cathode potentials 104, 105 are applied. In both cases, a value of about 0.75 V equal to the generated voltage 101 is shown.

次に、燃料電池の停止後に、その内部をアノード→カソードの順番で不活性ガスにより置換した際のアノード電位およびカソード電位の遷移を説明する。   Next, transition of the anode potential and the cathode potential when the inside of the fuel cell is replaced with an inert gas in the order of anode → cathode after the fuel cell is stopped will be described.

図8(a)の実線から理解できるとおり、燃料電池の停止後(図8の点線より右部分)には、発電電圧101は、0.75Vの値から速やかにゼロボルトに近づくように遷移する(より正確には0.15V以下)。   As can be understood from the solid line in FIG. 8A, after the fuel cell is stopped (the right part from the dotted line in FIG. 8), the generated voltage 101 transitions from the value of 0.75 V so as to quickly approach zero volts ( More precisely, 0.15V or less).

ここで、仮にカソードの酸化剤ガス(酸素ガス)よりも先にアノードの燃料ガス(水素ガス)を不活性ガスにより置換すると、燃料電池の内部には、アノードに水素ガスが存在せず、かつカソードに酸素ガスが存在するという状態が形成される。そうすると、カソードの酸素ガスの一部が高分子電界質膜を透過しアノードに至る。これによって、アノードにおいて酸素ガスに基づく電位が発現し、図8(b)に示すように、第一のアノード電位102は、酸素ガスに起因する電位上昇が生じる。そして、第一のアノード電位102に対するカソード電位104の電位差は、発電電圧101に相当するため、発電電池101の電位下降および第一のアノード電位102の電位上昇に対応して、図8(c)に示すように、第一のカソード電位104も上昇傾向を示す。   Here, if the anode fuel gas (hydrogen gas) is replaced with an inert gas before the cathode oxidant gas (oxygen gas), hydrogen gas does not exist in the anode inside the fuel cell, and A state is formed in which oxygen gas is present at the cathode. Then, a part of the oxygen gas of the cathode passes through the polymer electrolyte membrane and reaches the anode. As a result, a potential based on oxygen gas is developed at the anode, and as shown in FIG. 8B, the first anode potential 102 is increased in potential due to the oxygen gas. Since the potential difference of the cathode potential 104 with respect to the first anode potential 102 corresponds to the generated voltage 101, corresponding to the potential decrease of the power generation battery 101 and the potential increase of the first anode potential 102, FIG. As shown in FIG. 5, the first cathode potential 104 also shows a rising tendency.

こうしたアノード電位の上昇は、白金(Pt)とルテニウム(Ru)の合金微粒子からなるアノード触媒に対してルテニウム溶出を発生させる要因となる。より具体的には、アノード電位が0.68Vを超えると(図8(b)の斜線領域)、Ru+2HO → RuO+4H+4eというルテニウム溶出反応が進行し、これによって燃料電池の発電反応に必要な触媒反応面積が減少して発電効率の低下を招く。 Such an increase in anode potential is a factor that causes ruthenium elution to the anode catalyst composed of alloy fine particles of platinum (Pt) and ruthenium (Ru). More specifically, when the anode potential exceeds 0.68 V (the shaded area in FIG. 8B), a ruthenium elution reaction of Ru + 2H 2 O → RuO 2 + 4H + + 4e proceeds, thereby generating a power generation reaction of the fuel cell. As a result, the catalytic reaction area required for reducing the power generation efficiency is reduced.

加えて、カソード電位の上昇は、白金系のカソード触媒の酸化を促進し、これによっても同様に、燃料電池の発電反応に必要な触媒反応面積が減少し発電効率の低下を招く。   In addition, the increase in the cathode potential promotes the oxidation of the platinum-based cathode catalyst, which similarly reduces the catalytic reaction area necessary for the power generation reaction of the fuel cell, leading to a decrease in power generation efficiency.

次に、燃料電池の停止後に、燃料電池の内部をカソード→アノードの順番に不活性ガスにより置換した際のアノード電位およびカソード電位の遷移を説明する。   Next, the transition of the anode potential and the cathode potential when the inside of the fuel cell is replaced with an inert gas in the order of cathode → anode after the fuel cell is stopped will be described.

アノードの燃料ガス(水素ガス)よりも先にカソードの酸化剤ガス(酸素ガス)を不活性ガスにより置換すると、燃料電池の内部には、カソードに酸素ガスが存在せずに、かつアノードに水素ガスが存在するという状態が形成される。   If the oxidant gas (oxygen gas) of the cathode is replaced with an inert gas prior to the fuel gas (hydrogen gas) of the anode, oxygen gas does not exist at the cathode inside the fuel cell, and hydrogen at the anode. A state is formed in which gas is present.

そうすると、燃料電池の運転中と同様に、アノードは水素ガスに満たされるため、水素基準に対する電位差は発生せずに、図8(b)に示すように第二のアノード電位103は、燃料電池停止後も引き続きゼロボルト付近の値を遷移する。また、アノードの水素ガスの一部が高分子電界質膜を透過しカソードに至ることによって、カソードにおいて水素ガスに基づく電位が発現し、水素基準に対してその電位差を無くすように図8(c)に示すように第二のカソード電位105はゼロボルト付近に漸近し、これによって、第二のアノード電位103と第二のカソード電位105の電位差に相当する発電電圧101も図8(a)に示すようにゼロボルト付近に漸近するように遷移する。   Then, as in the operation of the fuel cell, since the anode is filled with hydrogen gas, a potential difference with respect to the hydrogen reference does not occur, and the second anode potential 103 is stopped as shown in FIG. 8B. After that, the value near zero volts continues to change. Further, when a part of the hydrogen gas of the anode permeates the polymer electrolyte membrane and reaches the cathode, a potential based on the hydrogen gas is developed at the cathode, and the potential difference with respect to the hydrogen reference is eliminated as shown in FIG. As shown in FIG. 8 (a), the second cathode potential 105 asymptotically approaches zero volts, and accordingly, the generated voltage 101 corresponding to the potential difference between the second anode potential 103 and the second cathode potential 105 is also shown in FIG. Thus, the transition is made asymptotically near zero volts.

こうして、アノードとカソードの両方ともその電位上昇を回避して、上記のような燃料電池の発電反応に必要な触媒反応面積の減少を未然に防止することが可能になる。   In this way, it is possible to prevent a decrease in the catalytic reaction area necessary for the power generation reaction of the fuel cell as described above by avoiding the potential increase of both the anode and the cathode.

なお、カソード電位をゼロボルトに近づけた後であれば、アノードの水素ガスを不活性ガスにより置換しても、アノード電位は、電位低下したカソード電位を基準にゼロボルト近傍で安定させることが可能である。   If the cathode potential is close to zero volts, the anode potential can be stabilized in the vicinity of zero volts based on the lowered cathode potential even if the hydrogen gas of the anode is replaced with an inert gas. .

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨は、燃料電池発電装置の停止の際に、所定の乾燥状態に維持した不活性ガスにより、燃料電池の内部に溜まった加湿ガスを適切な手順に従って置換処理するというものである。   The present invention has been made based on the above knowledge, and the gist thereof is that the humidified gas accumulated in the fuel cell by the inert gas maintained in a predetermined dry state when the fuel cell power generation device is stopped. Is replaced according to an appropriate procedure.

具体的には、本発明に係る燃料電池発電装置は、燃料ガスを流す燃料ガス流路および酸化剤ガスを流す酸化剤ガス流路を有する燃料電池と、前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス流路に供給する酸化剤ガス供給手段と、原料ガスおよび水蒸気から前記燃料ガスを生成しこれを前記燃料ガス流路に供給する燃料生成手段と、を備え、前記燃料電池の発電期間には、前記燃料ガス流路に加湿した燃料ガスを供給して、前記酸化剤ガス流路に加湿した酸化剤ガスを供給することにより前記燃料電池を発電させ、前記燃料電池の停止の際には、前記酸化剤ガス流路に充満する前記加湿した酸化剤ガスを、所定の露点以下に保った不活性ガスにより置換した後、前記燃料ガス流路に充満する前記加湿した燃料ガスを、前記不活性ガスにより置換して、その後、前記燃料ガス流路および酸化剤ガス流路を前記不活性ガスの雰囲気に保った状態で封止するものである。   Specifically, a fuel cell power generation device according to the present invention includes a fuel cell having a fuel gas flow path for flowing fuel gas and an oxidant gas flow path for flowing oxidant gas, and the oxidant gas for the oxidant gas flow. Oxidant gas supply means for supplying to the passage; and fuel generation means for generating the fuel gas from the raw material gas and water vapor and supplying the fuel gas to the fuel gas flow path, and during the power generation period of the fuel cell, A humidified fuel gas is supplied to the fuel gas flow path, and the humidified oxidant gas is supplied to the oxidant gas flow path to cause the fuel cell to generate power, and when the fuel cell is stopped, the oxidation gas is The humidified oxidant gas filling the agent gas flow path is replaced with an inert gas kept below a predetermined dew point, and then the humidified fuel gas filling the fuel gas flow path is replaced by the inert gas. Then replace It is intended to seal in a state where the fuel gas channel and the oxidizing gas channel was maintained to the atmosphere of the inert gas.

ここで、前記燃料電池の冷却水通路に冷却水を供給する冷却水供給手段を備え、前記燃料ガス流路および酸化剤ガス流路を前記不活性ガスの雰囲気に保った状態で封止した後、前記燃料電池を前記冷却水により所定の温度まで冷却しても良い。   Here, a cooling water supply means for supplying cooling water to the cooling water passage of the fuel cell is provided, and the fuel gas passage and the oxidant gas passage are sealed in a state where the inert gas atmosphere is maintained. The fuel cell may be cooled to a predetermined temperature with the cooling water.

このような構成により、酸素ガス混入に起因する燃料電池の局所燃焼および水の雰囲気に起因する電極撥水性能の劣化並びにアノード電位上昇に起因するアノードのルテニウム溶出並びにカソード電位上昇に起因するカソードの白金酸化という従来の不具合を解消しつつ、燃料電池発電装置を適切に停止することが可能になる
なお、前記原料ガスを前記燃料生成手段に供給する原料ガス供給手段を備え、前記不活性ガスは、前記原料ガス供給手段から供給された原料ガスであっても良い。もっともこの場合には、前記原料ガス供給手段はガス清浄部を備え、前記燃料電池の停止の際に、前記ガス清浄部によって前記原料ガス中に含有するイオウ成分を除去した後、前記原料ガスが前記不活性ガスとして使用される。
With such a configuration, degradation of the electrode water repellent performance due to local combustion of the fuel cell due to oxygen gas contamination and water atmosphere, and ruthenium elution from the anode due to anode potential increase, and cathode cathode due to cathode potential increase. It is possible to stop the fuel cell power generation apparatus appropriately while eliminating the conventional problem of platinum oxidation. Note that the inert gas is provided with source gas supply means for supplying the source gas to the fuel generation means. The source gas supplied from the source gas supply means may be used. In this case, however, the raw material gas supply means includes a gas cleaning unit, and when the fuel cell is stopped, after the sulfur component contained in the raw material gas is removed by the gas cleaning unit, Used as the inert gas.

不活性ガスに原料ガスを用いることによって不活性ガス供給装置を別途設ける必要がなく、燃料電池発電装置の構成が簡素化できる。   By using the raw material gas as the inert gas, it is not necessary to separately provide an inert gas supply device, and the configuration of the fuel cell power generator can be simplified.

燃料ガス流路については、より具体的な構成として、前記燃料ガス流路の入口を開閉する燃料ガス入口開閉手段と、前記燃料ガス流路の出口を開閉する燃料ガス出口開閉手段と、前記燃料ガス流路から流出するガスの露点を測定する露点測定手段と、制御手段とを備え、前記制御手段は、前記燃料電池の停止の際に、前記燃料ガス入口開閉手段および前記燃料ガス出口開閉手段を開栓状態にして、前記入口から前記原料ガスを供給することによって前記原料ガスを前記加湿した燃料ガスと共に置換処理済ガスとして前記出口から排出する一方、前記露点測定手段により測定された前記置換処理済ガスの露点に基づいて前記原料ガスによって前記燃料ガスを置換したか否かを判定するものである。   Regarding the fuel gas flow path, as a more specific configuration, a fuel gas inlet opening / closing means for opening / closing the inlet of the fuel gas flow path, a fuel gas outlet opening / closing means for opening / closing the outlet of the fuel gas flow path, and the fuel A dew point measuring means for measuring the dew point of the gas flowing out from the gas flow path; and a control means, wherein the control means, when the fuel cell is stopped, the fuel gas inlet opening / closing means and the fuel gas outlet opening / closing means. The raw material gas is discharged from the outlet as a replacement-treated gas together with the humidified fuel gas by supplying the raw material gas from the inlet while the replacement is measured by the dew point measuring means. It is determined whether or not the fuel gas is replaced with the raw material gas based on the dew point of the treated gas.

そして、前記制御手段は、前記原料ガスによって前記燃料ガスが置換されたと判定した後、前記燃料ガス入口開閉手段と前記燃料ガス出口開閉手段とを閉栓状態にする。   Then, after determining that the fuel gas has been replaced by the raw material gas, the control means puts the fuel gas inlet opening / closing means and the fuel gas outlet opening / closing means into a closed state.

また酸化剤ガス流路については、より具体的な構成として、前記酸化剤ガス流路の入口を開閉する酸化剤ガス入口開閉手段と、前記酸化剤ガス流路の出口を開閉する酸化剤ガス出口開閉手段と、前記酸化剤ガス流路から流出するガスの露点を測定する露点測定手段と、制御手段とを備え、前記制御手段は、前記燃料電池の停止の際に、前記酸化剤ガス入口開閉手段および前記酸化剤ガス出口開閉手段を開栓状態にして、前記入口から前記原料ガスを供給することによって前記原料ガスを前記加湿した酸化剤ガスと共に置換処理済ガスとして前記出口から排出する一方、前記露点測定手段により測定された前記置換処理済ガスの露点に基づいて前記原料ガスによって前記酸化剤ガスを置換したか否かを判定するものである。   As for the oxidant gas flow path, as a more specific configuration, an oxidant gas inlet opening / closing means that opens and closes the inlet of the oxidant gas flow path, and an oxidant gas outlet that opens and closes the outlet of the oxidant gas flow path. Open / close means, dew point measuring means for measuring the dew point of the gas flowing out from the oxidant gas flow path, and control means, wherein the control means opens and closes the oxidant gas inlet when the fuel cell is stopped. The oxidant gas outlet opening / closing means and the oxidant gas outlet opening / closing means are opened, and the raw material gas is discharged from the outlet as a replacement-treated gas together with the humidified oxidant gas by supplying the raw material gas from the inlet, It is determined whether or not the oxidant gas has been replaced with the source gas based on the dew point of the replacement-treated gas measured by the dew point measuring means.

そして、前記制御手段は、前記原料ガスによって前記酸化剤ガスが置換されたと判定した後、前記酸化剤ガス入口開閉手段と前記酸化剤ガス出口開閉手段とを閉栓状態にする。   Then, after determining that the oxidant gas has been replaced by the source gas, the control means puts the oxidant gas inlet opening / closing means and the oxidant gas outlet opening / closing means in a closed state.

このように原料ガスの流量や置換時間に加え、置換処理済ガスの露点に基づいて原料ガスによる燃料ガスの置換状態の判定(置換したか否かの判定)が制御手段により的確に行われる。   As described above, the control means accurately determines the replacement state of the fuel gas with the raw material gas based on the dew point of the replacement-treated gas in addition to the flow rate and replacement time of the raw material gas.

本発明によれば、燃料電池発電装置の停止の際に、燃料電池の内部の負圧化および内部を加湿ガスに曝すことに起因する性能劣化を防止可能な燃料電池発電装置が得られる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when a fuel cell power generation device stops, the fuel cell power generation device which can prevent the performance deterioration resulting from the negative pressure inside a fuel cell and exposing an inside to humidified gas is obtained.

最初に、固体高分子電解質型の燃料電池の基本的な発電原理を概説する。   First, the basic power generation principle of a solid polymer electrolyte fuel cell will be outlined.

燃料電池は、水素リッチな燃料ガスをアノードに、酸素ガスを含む酸化剤ガスをカソードに供給することによりこれらを電気化学的に反応させて電気と熱を同時に生成するものである。   In a fuel cell, hydrogen-rich fuel gas is supplied to an anode, and an oxidant gas containing oxygen gas is supplied to a cathode, and these are electrochemically reacted to generate electricity and heat simultaneously.

電解質膜としては水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜が利用され、この電解質膜の両面に配置された多孔質の触媒反応層は、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分としており、アノードの触媒反応層において下記の(1)式の反応が発生し、カソードの触媒反応層において下記の(2)式の反応が発生し、燃料電池全体として下記の(3)式の反応が発生する。   A polymer electrolyte membrane that selectively transports hydrogen ions is used as the electrolyte membrane, and the porous catalytic reaction layers disposed on both sides of the electrolyte membrane are mainly composed of carbon powder carrying a platinum-based metal catalyst. The reaction of the following formula (1) occurs in the catalytic reaction layer of the anode, the reaction of the following formula (2) occurs in the catalytic reaction layer of the cathode, and the fuel cell as a whole has the following formula (3). A reaction occurs.

→ 2H+ 2e (1)
1/2O+ 2H + 2e → HO (2)
+ 1/2O → HO (3)
即ち、(1)式の反応で生成した水素イオンを、電解質膜を介してアノードからカソードに輸送させると共に、外部回路を介してアノードからカソードに電子を移動させ、カソードでは酸素ガスおよび水素イオン並びに電子が(3)式のように反応して水を生成すると共に、触媒反応による反応熱を得ることができる。
H 2 → 2H + + 2e (1)
1 / 2O 2 + 2H + + 2e → H 2 O (2)
H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O (3)
That is, hydrogen ions generated by the reaction of the formula (1) are transported from the anode to the cathode through the electrolyte membrane, and electrons are moved from the anode to the cathode through the external circuit. At the cathode, oxygen gas and hydrogen ions and Electrons react as shown in formula (3) to generate water, and heat of reaction due to catalytic reaction can be obtained.

このように電解質膜には水素イオンを選択的に輸送する機能が必要であり、電解質膜に保水させることによって、電解質膜に含まれる水を移動経路として、アノードからカソードに水素イオンを輸送できるイオン伝導性が発現すると考えられている。   As described above, the electrolyte membrane needs to have a function of selectively transporting hydrogen ions. By holding water in the electrolyte membrane, ions that can transport hydrogen ions from the anode to the cathode using the water contained in the electrolyte membrane as a movement path. It is thought that conductivity develops.

従って、水素イオン輸送能確保のため、電解質膜を保水させることが必須であり、電解質膜の乾燥化を防止して電解質膜の保水管理を適切に行うことは、電解質膜の基本性能にかかわる重要な技術事項である。   Therefore, in order to secure hydrogen ion transport capability, it is essential to retain the electrolyte membrane. Proper management of the electrolyte membrane water retention by preventing the electrolyte membrane from drying is important for the basic performance of the electrolyte membrane. Technical matter.

次に、本発明の実施の形態に係る燃料電池の構成につき図面を参照して説明する。   Next, the configuration of the fuel cell according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施の形態に係る燃料電池の電解質接合体(Membrane-Electrode Assembly;MEA)を含む部分の断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a portion including an electrolyte assembly (Membrane-Electrode Assembly; MEA) of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

水素イオン伝導性を備えたパーフルオロカーボンスルフォン酸からなる高分子電解質膜11の両面に、この電解質膜11を挟むようにアノード14aおよびカソード14cが配置されている。なお、参照番号の添え字aは水素ガス等の燃料ガス関与側のアノード14aに関連するものを示しており、添え字cは空気等の酸化剤ガス関与側のカソード14cに関連するものを示している。   An anode 14a and a cathode 14c are arranged on both sides of a polymer electrolyte membrane 11 made of perfluorocarbon sulfonic acid having hydrogen ion conductivity so as to sandwich the electrolyte membrane 11. Note that the subscript a of the reference number indicates that related to the anode 14a on the side involving the fuel gas such as hydrogen gas, and the subscript c indicates that related to the cathode 14c on the side involving the oxidant gas such as air. ing.

アノード14aおよびカソード14cは共に二層構造を有しており、電解質膜11と接触する第一層(アノード14aの側)は、多孔質カーボンに白金およびルテニウムの合金を担持した触媒と水素イオン伝導性を有する高分子電解質(バインダ)との混合物からなるアノード14aの触媒反応層12a(以下、触媒反応層12aという)であり、第一層(カソード14cの側)は、多孔質カーボンに白金を担持した触媒と水素イオン伝導性を有する高分子電解質との混合物からなるカソード14cの触媒反応層12c(以下、触媒反応層12cという)であって、これらの触媒反応層12a、12cの外面に密着して積層する第二層は、通気性と電気伝導性を兼ね備えたアノード14aのガス拡散層13a(以下、ガス拡散層13aという)およびカソード14cのガス拡散層13c(以下、ガス拡散層13cという)である。   Both the anode 14a and the cathode 14c have a two-layer structure, and the first layer (on the side of the anode 14a) in contact with the electrolyte membrane 11 is composed of a catalyst in which an alloy of platinum and ruthenium is supported on porous carbon and hydrogen ion conduction. The catalyst reaction layer 12a (hereinafter referred to as the catalyst reaction layer 12a) of the anode 14a made of a mixture with a polymer electrolyte having a property (binder), and the first layer (cathode 14c side) is platinum on porous carbon. Catalytic reaction layer 12c (hereinafter referred to as catalytic reaction layer 12c) of cathode 14c made of a mixture of a supported catalyst and a polymer electrolyte having hydrogen ion conductivity, which is in close contact with the outer surfaces of these catalytic reaction layers 12a and 12c The second layer to be laminated is a gas diffusion layer 13a (hereinafter referred to as a gas diffusion layer 13a) of the anode 14a having both air permeability and electric conductivity. And cathode 14c of the gas diffusion layer 13c (hereinafter, referred to as the gas diffusion layer 13c) is.

なお、MEA17は、電解質膜11およびアノード14a並びにカソード14cで構成されており、このMEA17は機械的に固定されると共に、互いに隣接するMEA17同士が電気的に直列に接続される。   The MEA 17 includes an electrolyte membrane 11, an anode 14a, and a cathode 14c. The MEA 17 is mechanically fixed, and adjacent MEAs 17 are electrically connected in series.

また、アノード14aの外面に接触してアノード14aに対する導電性セパレータ板16a(以下、導電性セパレータ板16aという)が配置され、カソード14cの外面に接触してカソード14cに対する導電性セパレータ板16c(以下、導電性セパレータ板16cという)が配置されている。   In addition, a conductive separator plate 16a (hereinafter referred to as a conductive separator plate 16a) for the anode 14a is disposed in contact with the outer surface of the anode 14a. , Conductive separator plate 16c).

また、アノード14aおよびカソード14cに反応ガスを供給して、反応後の反応生成ガスや反応に寄与しなかった余剰の反応ガスを運び去る溝(深さ:0.5mm)からなるアノード14aに対する燃料ガス流路18aおよびカソード14cに対する酸化剤ガス流路18cが導電性セパレータ板16a、16cのMEA17との接触面に形成されている。   Further, a fuel for the anode 14a comprising a groove (depth: 0.5 mm) for supplying a reaction gas to the anode 14a and the cathode 14c and carrying away a reaction product gas after the reaction and an excess reaction gas that did not contribute to the reaction. An oxidizing gas channel 18c for the gas channel 18a and the cathode 14c is formed on the contact surface of the conductive separator plates 16a and 16c with the MEA 17.

こうしてMEA17とセパレータ板16aと16cからなる燃料電池セル(単セル)20が形成されている。   Thus, a fuel cell (single cell) 20 composed of the MEA 17 and the separator plates 16a and 16c is formed.

なお、燃料電池21の内部には、例えば燃料電池セル20が60セル程度積層されており、より具体的には、一方の燃料電池セル20の導電性セパレータ板16aの外面と、他方の燃料電池セル20の導電性セパレータ板16cの外面とが互いに向き合って接触して隣接するように燃料電池セル20は積層される。   For example, about 60 fuel cells 20 are stacked inside the fuel cell 21, and more specifically, the outer surface of the conductive separator plate 16a of one fuel cell 20 and the other fuel cell. The fuel cells 20 are stacked so that the outer surfaces of the conductive separator plates 16c of the cells 20 face each other and come into contact with each other.

また、導電性セパレータ板16aとこれに隣接する導電性セパレータ16cの接触面には、導電性セパレータ板16aに形成された溝(深さ:0.5mm)19aと、導電性セパレータ板16cに形成された溝(深さ:0.5mm)19cとからなる冷却水通路19が設けられている。   Further, a groove (depth: 0.5 mm) 19a formed in the conductive separator plate 16a and a conductive separator plate 16c are formed on the contact surface of the conductive separator plate 16a and the conductive separator 16c adjacent thereto. A cooling water passage 19 including a groove (depth: 0.5 mm) 19c is provided.

こうして冷却水通路19の内部を流れる冷却水によって導電性セパレータ板16a、16cの温度調整を行い、これらの導電性セパレータ16a、16cを介してMEA17の温度調整を可能にしている。   Thus, the temperature of the conductive separator plates 16a and 16c is adjusted by the cooling water flowing inside the cooling water passage 19, and the temperature of the MEA 17 can be adjusted via these conductive separators 16a and 16c.

なお、導電性セパレータ板16a、16cとしては、例えば、20cm×32cm×1.3mmの外寸で、フェノール樹脂を含浸させた黒鉛板が用いられる。   As the conductive separator plates 16a and 16c, for example, graphite plates having an outer size of 20 cm × 32 cm × 1.3 mm and impregnated with a phenol resin are used.

また一方、MEA17のアノード側外周部およびカソード側外周部にそれぞれ、環状のゴム製のアノード14aの側のMEAガスケット15a(以下、MEAガスケット15aという)およびカソード14cの側のMEAガスケット15c(以下、MEAガスケット15cという)が設けられ、導電性セパレータ板16a、16cとMEA17の間を、MEAガスケット15a、15cによって封止させる。こうして、MEAガスケット15a、15cによって燃料および酸化剤ガス流路18a、18cを流れるガスのガス混合やガスリークが防止される。更には、MEAガスケット15a、15cの外側には冷却水通流用および燃料ガス通流用並びに酸化剤ガス通流用のマニホールド穴(図示せず)が形成されている。   On the other hand, an MEA gasket 15a (hereinafter referred to as MEA gasket 15a) on the annular rubber anode 14a side and an MEA gasket 15c (hereinafter referred to as MEA gasket 15c) on the cathode 14c side are respectively provided on the anode side outer periphery and the cathode side outer periphery of the MEA 17. MEA gasket 15c) is provided, and the gap between the conductive separator plates 16a, 16c and the MEA 17 is sealed by the MEA gaskets 15a, 15c. Thus, the MEA gaskets 15a and 15c prevent gas mixing and gas leakage of the gas flowing through the fuel and oxidant gas flow paths 18a and 18c. Further, manifold holes (not shown) for cooling water flow, fuel gas flow and oxidant gas flow are formed outside the MEA gaskets 15a and 15c.

以上のような燃料電池を使用した燃料電池発電装置の構成について図面を参照しながら説明する。図2は、本発明の実施の形態に係る燃料電池発電装置の構成を示すブロック図である。   The configuration of the fuel cell power generator using the fuel cell as described above will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell power generator according to the embodiment of the present invention.

燃料電池発電装置100は主として、原料ガスを供給するための原料ガス供給手段22と、燃料生成器23に水を供給するための第二の水供給手段75(例えば、水供給ポンプ)と、原料ガス供給手段22から供給された原料ガスおよび第二の水供給手段75から供給された水から改質反応によって水素リッチな燃料ガス(改質ガス)を生成する燃料生成器23(燃料生成手段)と、加湿器24に酸化剤ガス供給配管45を介して酸化剤ガス(酸素ガス含有の空気)を供給する空気供給手段としてのブロア28と、加湿器24に水を供給するための第一の水供給手段74(例えば、水供給ポンプ)と、ブロア28から供給された空気を、燃料電池21から排出されたガスの有する熱および第一の水供給手段74から供給された水によって加湿させる加湿器24と、燃料生成器23からアノード入口21Ainに供給された燃料ガスおよび加湿器24からカソード入口21Cinに供給された加湿酸化剤ガスを使って発電しかつ熱を生成する燃料電池21と、燃料電池21の水入口21Winに冷却水を供給する冷却水供給手段29と、原料ガス供給手段22および第一、第二の水供給手段74、75並びに燃料生成器23並びにブロア28並びに燃料電池21を制御する制御部25(制御手段)と、燃料電池21で生成された電力を取り出す回路部26と、この回路部26の電圧(発電電圧)を測定すると共に冷却水供給手段から供給される冷却水温度の検知信号を受け取る測定部27と、によって構成されている。   The fuel cell power generation apparatus 100 mainly includes a raw material gas supply means 22 for supplying a raw material gas, a second water supply means 75 (for example, a water supply pump) for supplying water to the fuel generator 23, and a raw material. A fuel generator 23 (fuel generating means) that generates a hydrogen-rich fuel gas (reformed gas) by a reforming reaction from the raw material gas supplied from the gas supply means 22 and the water supplied from the second water supply means 75 A blower 28 as air supply means for supplying an oxidant gas (air containing oxygen gas) to the humidifier 24 via an oxidant gas supply pipe 45; and a first for supplying water to the humidifier 24 The air supplied from the water supply means 74 (for example, water supply pump) and the blower 28 is humidified by the heat of the gas discharged from the fuel cell 21 and the water supplied from the first water supply means 74. And a fuel cell 21 that generates power and generates heat using the fuel gas supplied from the fuel generator 23 to the anode inlet 21Ain and the humidified oxidant gas supplied from the humidifier 24 to the cathode inlet 21Cin. The cooling water supply means 29 for supplying cooling water to the water inlet 21Win of the fuel cell 21, the raw material gas supply means 22, the first and second water supply means 74, 75, the fuel generator 23, the blower 28, and the fuel cell 21, a control unit 25 (control means) for controlling 21, a circuit unit 26 for taking out the electric power generated by the fuel cell 21, and a voltage (power generation voltage) of the circuit unit 26 is measured and supplied from the cooling water supply unit And a measurement unit 27 that receives a detection signal of the coolant temperature.

なおここで、燃料電池21のアノード入口21Ainは、燃料電池21の燃料ガス流路18a(図1参照)の入口側に、そのアノード出口21Aoutは、その出口側に相当し、燃料電池21のカソード入口21Cinは、燃料電池21の酸化剤ガス流路18c(図1参照)の入口側に、そのカソード出口21Coutは、その出口側に相当し、燃料電池21の水入口21Winは、燃料電池21の冷却水通路19(図1参照)の入口側に、その水出口21Woutは、その冷却水通路19の出口側に相当する。   Here, the anode inlet 21Ain of the fuel cell 21 corresponds to the inlet side of the fuel gas flow path 18a (see FIG. 1) of the fuel cell 21, and the anode outlet 21Aout corresponds to the outlet side thereof. The inlet 21Cin corresponds to the inlet side of the oxidant gas flow path 18c (see FIG. 1) of the fuel cell 21, the cathode outlet 21Cout corresponds to the outlet side, and the water inlet 21Win of the fuel cell 21 corresponds to the fuel cell 21. On the inlet side of the cooling water passage 19 (see FIG. 1), the water outlet 21 Wout corresponds to the outlet side of the cooling water passage 19.

また、原料ガス供給手段22は、原料ガス中の不純物を除去するガス清浄部(脱硫部)22pと、原料ガスを燃料生成器23に圧送するブースターポンプ22bと、によって構成され、これによってブースターポンプ22bにより原料ガス供給配管42を介して原料ガスを燃料生成器23に向けて圧送する。   The source gas supply means 22 includes a gas purifier (desulfurization unit) 22p that removes impurities in the source gas and a booster pump 22b that pumps the source gas to the fuel generator 23, thereby booster pump. The raw material gas is pumped toward the fuel generator 23 through the raw material gas supply pipe 42 by 22b.

また、冷却水供給手段29は、所定量の冷却水を溜めると共にヒータ等(図示せず)を備えてその内部の冷却水の温度を調整可能な冷却水タンク29tと、冷却水を燃料電池21の水入口21Winに圧送する水ポンプ29pと、燃料電池21の水入口21Winの上流側の冷却水温度を測定する冷却水入口側温度センサ40と、燃料電池21の水出口21Woutの下流側の冷却水温度を測定する冷却水出口側温度センサ41と、によって構成され、これによって水ポンプ29pにより冷却水供給配管60を介して燃料電池21に向けて冷却水を圧送すると共に、冷却水排出配管61を介して冷却水を燃料電池21から排出する。なお、冷却水出入口温度センサ40、41から出力される検知信号を、測定部27を介して制御部25が受信して、制御部25は、この検知信号に基づき、燃料電池発電装置100の運転状況に応じて燃料電池21の温度の適切に制御している。   Further, the cooling water supply means 29 stores a predetermined amount of cooling water and includes a heater or the like (not shown) so that the temperature of the cooling water inside thereof can be adjusted, and the cooling water is supplied to the fuel cell 21. A water pump 29p for pumping to the water inlet 21Win, a cooling water inlet side temperature sensor 40 for measuring the cooling water temperature upstream of the water inlet 21Win of the fuel cell 21, and cooling downstream of the water outlet 21Wout of the fuel cell 21 And a cooling water outlet side temperature sensor 41 for measuring the water temperature. By this, the water pump 29p pumps the cooling water toward the fuel cell 21 via the cooling water supply pipe 60, and the cooling water discharge pipe 61. Then, the cooling water is discharged from the fuel cell 21. The control unit 25 receives the detection signals output from the cooling water inlet / outlet temperature sensors 40 and 41 via the measurement unit 27, and the control unit 25 operates the fuel cell power generator 100 based on the detection signals. The temperature of the fuel cell 21 is appropriately controlled according to the situation.

また、燃料生成器23は、メタンガス等の原料ガスを、水蒸気を用いて改質する改質部23eと、改質部23eから流出する燃料ガス含有の一酸化炭素ガス(COガス)の一部を変成反応によって除去するCO変成部23fと、CO変成部23fから流出する燃料ガス含有のCOガスの濃度を10ppm以下に低下させ得るCO除去部23gと、によって構成されている。このような構成によって、COガス濃度を所定濃度レベル以下に低減させて、燃料電池21の動作温度域においてCOガスによってアノード14aに含まれる白金の被毒を防ぎ、その触媒活性の劣化が回避され得る。勿論、アノード14aに白金−ルテニウム合金等、耐COガス性(COガス酸化や無害化)を有する触媒を使用して触媒材料の面でもCOガス被毒の対策を講じている。   The fuel generator 23 also reforms a raw material gas such as methane gas using water vapor, and part of the carbon monoxide gas (CO gas) containing fuel gas flowing out from the reforming unit 23e. Is formed by a CO shift section 23f that removes the gas by a shift reaction, and a CO removal section 23g that can reduce the concentration of the fuel gas-containing CO gas flowing out of the CO shift section 23f to 10 ppm or less. With such a configuration, the CO gas concentration is reduced to a predetermined concentration level or less, the poisoning of platinum contained in the anode 14a by the CO gas in the operating temperature range of the fuel cell 21 is prevented, and deterioration of the catalytic activity is avoided. obtain. Of course, a catalyst having CO gas resistance (CO gas oxidation or detoxification) such as a platinum-ruthenium alloy is used for the anode 14a, and measures against CO gas poisoning are taken in terms of the catalyst material.

更に、燃料電池発電装置100の弁構成としては、三方電磁弁等の第一および第二の切り替え弁33、34と、開閉用電磁弁等の第一、第二、第三、第四および第五の開閉弁35、36、37、38、39と、が設置されている。また、アノード出口21Aoutから流出するガスの露点を測定する第一の露点センサ54(露点測定手段)とカソード出口21Coutから流出するガスの露点を測定する第二の露点センサ55(露点測定手段)とが、設置されている。   Further, as the valve configuration of the fuel cell power generation apparatus 100, first and second switching valves 33 and 34 such as a three-way solenoid valve, and first, second, third, fourth and fourth such as an opening and closing solenoid valve. Five on-off valves 35, 36, 37, 38, 39 are installed. Also, a first dew point sensor 54 (dew point measuring means) that measures the dew point of the gas flowing out from the anode outlet 21Aout, and a second dew point sensor 55 (dew point measuring means) that measures the dew point of the gas flowing out from the cathode outlet 21Cout. Is installed.

より詳しくは、第一の切り替え弁33は、アノード入口21Ainと燃料生成器23の間の燃料ガス供給配管43の途中に配置され、この第一の切り替え弁33の切り替え動作によって、燃料ガス供給配管43とアノード入口21Ainとの接続および燃料ガス供給配管43と第一のバイパス配管49との接続の何れかを選択できる。   More specifically, the first switching valve 33 is arranged in the middle of the fuel gas supply pipe 43 between the anode inlet 21 </ b> Ain and the fuel generator 23, and the fuel gas supply pipe is switched by the switching operation of the first switching valve 33. 43 and the anode inlet 21Ain and the connection between the fuel gas supply pipe 43 and the first bypass pipe 49 can be selected.

また、第二の切り替え弁34は、加湿器24とカソード入口21Cinの間の酸化剤ガス供給配管45の途中に配置され、この第二の切り替え弁34の切り替え動作によって、酸化剤ガス供給配管45とカソード入口Cinとの接続および酸化剤ガス供給配管45と第二のバイパス配管50との接続の何れかを選択できる。   The second switching valve 34 is disposed in the middle of the oxidant gas supply pipe 45 between the humidifier 24 and the cathode inlet 21Cin. By the switching operation of the second switch valve 34, the oxidant gas supply pipe 45 is disposed. And the connection between the cathode inlet Cin and the connection between the oxidant gas supply pipe 45 and the second bypass pipe 50 can be selected.

第一の露点センサ54と第一の開閉弁35は、アノード出口21Aoutと水除去部32の間のアノード排気配管44の途中に配置され、これにより第一の開閉弁35の開閉動作によりアノード出口21Aoutから流出するガス流を制御しながらそのガスの露点を測定し、これにより適切な発電が実行されているか否か判断可能である。   The first dew point sensor 54 and the first on-off valve 35 are arranged in the middle of the anode exhaust pipe 44 between the anode outlet 21Aout and the water removing unit 32, whereby the first outlet valve 35 opens and closes the anode outlet. It is possible to determine whether or not appropriate power generation is being performed by measuring the dew point of the gas while controlling the gas flow flowing out from 21Aout.

また、第二の露点センサ55と第二の開閉弁36は、カソード出口21Coutと加湿器24の間のカソード排気配管46の途中に配置され、第二の開閉弁36の開閉動作によりカソード出口21Coutから流出するガス流を制御しながらそのガスの露点を測定し、これにより適切な発電が実行されているか否かを判断可能である。   The second dew point sensor 55 and the second on-off valve 36 are disposed in the middle of the cathode exhaust pipe 46 between the cathode outlet 21Cout and the humidifier 24, and the cathode outlet 21Cout is operated by the opening / closing operation of the second on-off valve 36. The dew point of the gas can be measured while controlling the gas flow flowing out of the gas, thereby determining whether or not appropriate power generation is being performed.

第三の開閉弁37は、第五の開閉弁39の上流側の原料ガス供給配管42から分岐する第一の原料ガス分岐配管51と燃料ガス供給配管43とを繋ぐ第二の原料ガス分岐配管52の途中に配置され、この第三の開閉弁37の開閉動作によりブースターポンプ22bから供給する原料ガスのアノード入口21Ainへの供給の有無を制御できる。   The third on-off valve 37 is a second source gas branch pipe connecting the first source gas branch pipe 51 and the fuel gas supply pipe 43 branched from the source gas supply pipe 42 upstream of the fifth on-off valve 39. 52, the presence / absence of supply of the source gas supplied from the booster pump 22b to the anode inlet 21Ain can be controlled by the opening / closing operation of the third opening / closing valve 37.

第四の開閉弁38は、第五の開閉弁39の上流側の原料ガス供給配管42から分岐する第一の原料ガス分岐配管51と酸化剤ガス供給配管45とを繋ぐ第三の原料ガス分岐配管53の途中に配置され、この第四の開閉弁38の開閉動作によりブースターポンプ22bから供給される原料ガスのカソード入口21Cinへの供給の有無を制御できる。   The fourth on-off valve 38 is a third source gas branch that connects the first source gas branch pipe 51 that branches from the source gas supply pipe 42 upstream of the fifth on-off valve 39 and the oxidant gas supply pipe 45. The presence / absence of supply of the source gas supplied from the booster pump 22b to the cathode inlet 21Cin can be controlled by the opening / closing operation of the fourth opening / closing valve 38 disposed in the middle of the pipe 53.

第五の開閉弁39は、ブースターポンプ22bと燃料生成器23の間の原料ガス供給配管42の途中に配置され、この第五の開閉弁39の開閉動作によりブースターポンプ22bから供給する原料ガスの燃料生成器23への供給の有無を制御できる。   The fifth on-off valve 39 is disposed in the middle of the source gas supply pipe 42 between the booster pump 22b and the fuel generator 23, and the fifth on-off valve 39 opens and closes the source gas supplied from the booster pump 22b. The presence or absence of supply to the fuel generator 23 can be controlled.

なお、第一および第二の露点センサ54、55から出力される検知信号を制御部25は受け取って、制御部25は、この検知信号に基づいて燃料電池発電装置100の動作を適切に制御している。   The control unit 25 receives the detection signals output from the first and second dew point sensors 54 and 55, and the control unit 25 appropriately controls the operation of the fuel cell power generator 100 based on the detection signals. ing.

また、原料ガス供給手段22およびブロア28並びに第一および第二の水供給手段74、75並びに燃料生成器23並びに燃料電池21の動作並びに第一および第二の切り替え弁33、34の切り替え動作並びに第一、第二、第三、第四および第五の開閉弁35、36、37、38、39の開閉動作は、各種機器の検知信号(例えば、温度信号)に基づいて制御部25によって制御されて、適切なDSS運転が実施されている。   The raw material gas supply means 22 and the blower 28, the first and second water supply means 74 and 75, the operation of the fuel generator 23 and the fuel cell 21, the switching operation of the first and second switching valves 33 and 34, and The opening / closing operations of the first, second, third, fourth and fifth on-off valves 35, 36, 37, 38, 39 are controlled by the control unit 25 based on detection signals (for example, temperature signals) of various devices. Thus, an appropriate DSS operation is performed.

以上に説明した燃料電池発電装置100について、その通常運転時(発電時)のガス供給の動作について説明する。   Regarding the fuel cell power generation apparatus 100 described above, the gas supply operation during normal operation (power generation) will be described.

原料ガス供給手段22のガス清浄部22pにおいて原料ガスに含有する燃料電池21の性能劣化物質を除去して原料ガスを清浄化させたうえで、ブースターポンプ22bによって、開栓状態の第五の開閉弁39を通って原料ガス供給配管42を介して清浄化原料ガスが燃料生成器23に圧送供給される。   In the gas purifier 22p of the source gas supply means 22, the performance deterioration material of the fuel cell 21 contained in the source gas is removed to purify the source gas, and then the fifth open / close state of the plugged state is opened by the booster pump 22b. The purified source gas is pumped and supplied to the fuel generator 23 through the valve 39 and the source gas supply pipe 42.

なおここで、原料ガスにメタンガス、エタンガス、プロパンガスおよびブタンガスを含有する都市ガス13Aを使用するため、ガス清浄部22pで都市ガス13Aに含まれる付臭剤のターシャリブチルメルカプタン(TBM)およびジメチルサルファイド(DMS)並びにテトラヒドロチオフィン(THT)等の不純物が吸着除去される。同時に、第二の水供給手段75から燃料生成器23の内部に水が供給されてこれが水蒸気に蒸発せしめられる。   Here, since the city gas 13A containing methane gas, ethane gas, propane gas and butane gas is used as the raw material gas, the odorant tertiary butyl mercaptan (TBM) and dimethyl contained in the city gas 13A in the gas purifying section 22p. Impurities such as sulfide (DMS) and tetrahydrothiophine (THT) are adsorbed and removed. At the same time, water is supplied from the second water supply means 75 to the inside of the fuel generator 23 and is evaporated into water vapor.

こうして原料ガスと水蒸気から燃料生成器23の改質部23eにおいて改質反応によって水素リッチな燃料ガス(改質ガス)が生成される。燃料生成器23から流出する燃料ガスは、第一の切り替え弁33の切り替え動作によって燃料ガス供給配管43とアノード入口21Ainとを連通させたうえで、燃料ガス供給配管43を介して燃料電池21のアノード入口21Ainに供給され、燃料ガスが燃料電池21の燃料ガス流路18a(図1参照)を流れる間に、これがアノード14aにおいて(1)式の反応に利用される。   Thus, hydrogen-rich fuel gas (reformed gas) is generated from the raw material gas and water vapor by the reforming reaction in the reforming section 23e of the fuel generator 23. The fuel gas flowing out from the fuel generator 23 is connected to the fuel gas supply pipe 43 and the anode inlet 21 </ b> Ain by the switching operation of the first switching valve 33, and then is connected to the fuel cell 21 via the fuel gas supply pipe 43. While the fuel gas is supplied to the anode inlet 21Ain and flows through the fuel gas flow path 18a (see FIG. 1) of the fuel cell 21, this is used for the reaction of the formula (1) in the anode 14a.

そして、燃料電池21に供給された燃料ガスのうち、燃料電池21で発電反応に利用されなかったオフガスは、アノード出口21Aoutから流出して、アノード排気配管44を介して第一の露点センサ54と開栓状態の第一の開閉弁35とを通って燃料電池21の外部に導かれる。   Of the fuel gas supplied to the fuel cell 21, the off-gas that has not been used for the power generation reaction in the fuel cell 21 flows out from the anode outlet 21 </ b> Aout and passes through the anode exhaust pipe 44 and the first dew point sensor 54. It is guided to the outside of the fuel cell 21 through the first open / close valve 35 in the opened state.

外部に導かれたオフガスは、アノード排気配管44に配置された水除去部32によって水を除去された後、燃料生成器23の燃焼部(図示せず)に送られて、そこで燃焼処理されると共に、このような燃焼によって発生する熱は、改質反応のような吸熱反応用の熱として利用される。   The off gas guided to the outside is removed by the water removing unit 32 disposed in the anode exhaust pipe 44 and then sent to a combustion unit (not shown) of the fuel generator 23 where it is burned. At the same time, the heat generated by such combustion is used as heat for an endothermic reaction such as a reforming reaction.

一方、酸化剤ガス供給手段としてのブロア28から酸化剤ガス供給配管45を介して加湿器24に供給された酸化剤ガス(空気)は、加湿器24において、第一の水供給手段74から供給する水によって加湿処理された後、第二の切り替え弁34の切り替え動作によって酸化剤ガス供給配管45とカソード入口21Cinとを連通させたうえで、酸化剤ガス供給配管45を介して燃料電池21のカソード入口21Cinに供給され、酸化剤ガスが燃料電池21の酸化剤ガス流路18c(図1参照)を流れる間に、これがカソード14cにおいて(2)式の反応に利用される。   On the other hand, the oxidant gas (air) supplied from the blower 28 serving as the oxidant gas supply means to the humidifier 24 via the oxidant gas supply pipe 45 is supplied from the first water supply means 74 in the humidifier 24. After the humidifying treatment with the water to be performed, the oxidant gas supply pipe 45 and the cathode inlet 21Cin are made to communicate with each other by the switching operation of the second switching valve 34, and then the fuel cell 21 is connected via the oxidant gas supply pipe 45. While being supplied to the cathode inlet 21Cin and the oxidant gas flows through the oxidant gas flow path 18c (see FIG. 1) of the fuel cell 21, this is used for the reaction of the expression (2) at the cathode 14c.

そして、燃料電池21に供給された加湿酸化剤ガスのうち、燃料電池21で発電反応に利用されなかったものはカソード出口21Coutから流出して、カソード排気配管46を介して第二の露点センサ55と開栓状態の第二の開閉弁36とを通って燃料電池21の外部に導かれる。   Of the humidified oxidant gas supplied to the fuel cell 21, the gas not used for the power generation reaction in the fuel cell 21 flows out from the cathode outlet 21 </ b> Cout and passes through the cathode exhaust pipe 46 to the second dew point sensor 55. And the second open / close valve 36 in the opened state is guided to the outside of the fuel cell 21.

外部に導かれた残余の酸化剤ガスは、カソード排気配管46を介して再び加湿器24へ還流されて、還流酸化剤ガス中に含まれる水および熱を加湿器24の内部においてブロア28から送られる新気の酸化剤ガスに与える。また加湿部24として、イオン交換膜を用いた全熱交換加湿器(図示せず)と温水加湿器(図示せず)とが併用されている。   The remaining oxidant gas led to the outside is recirculated to the humidifier 24 through the cathode exhaust pipe 46 and water and heat contained in the recirculated oxidant gas are sent from the blower 28 inside the humidifier 24. To give fresh oxidant gas. Further, as the humidifying unit 24, a total heat exchange humidifier (not shown) using an ion exchange membrane and a hot water humidifier (not shown) are used in combination.

また、冷却水供給手段29の冷却水タンク29tに溜まった冷却水は、水ポンプ29pによって、冷却水供給配管60を介して冷却水入口側温度センサ40を通って燃料電池21の水入口21Winに圧送供給され、これにより冷却水は、燃料電池21の冷却水通路19(図1参照)に導かれる。ここで、冷却水通路19を冷却水が流れる間に、冷却水は燃料電池21と熱交換して燃料電池21から熱を奪い、燃料電池21の温度が適切な温度に維持される。   Further, the cooling water accumulated in the cooling water tank 29t of the cooling water supply means 29 is supplied to the water inlet 21Win of the fuel cell 21 through the cooling water inlet side temperature sensor 40 via the cooling water supply pipe 60 by the water pump 29p. The pumped water is supplied, whereby the cooling water is guided to the cooling water passage 19 (see FIG. 1) of the fuel cell 21. Here, while the cooling water flows through the cooling water passage 19, the cooling water exchanges heat with the fuel cell 21 to remove heat from the fuel cell 21, and the temperature of the fuel cell 21 is maintained at an appropriate temperature.

そして、燃料電池21との熱交換を終えた冷却水は、冷却水排出配管61を介して冷却水出口側温度センサ41を通って冷却水タンク29tに戻される。   Then, the cooling water that has finished heat exchange with the fuel cell 21 is returned to the cooling water tank 29t through the cooling water discharge pipe 61 and the cooling water outlet side temperature sensor 41.

こうして、アノード14aの出力端子48およびカソード14cの出力端子47に回路部26が接続されて、回路部26に燃料電池21の内部で生成された電力が取り出される。回路部26の発電電圧は測定部27にてモニタされる。   Thus, the circuit unit 26 is connected to the output terminal 48 of the anode 14a and the output terminal 47 of the cathode 14c, and the electric power generated inside the fuel cell 21 is taken out to the circuit unit 26. The generated voltage of the circuit unit 26 is monitored by the measuring unit 27.

次に、燃料電池発電装置100の起動開始時の動作について説明する。   Next, the operation at the start of startup of the fuel cell power generation apparatus 100 will be described.

燃料生成器23(改質部23e)の温度が700℃以下においては、改質部23eの水蒸気改質反応が適切に進行できない。よって起動開始時には、燃料生成器23から流出する燃料ガスは、アノード入口21Ainに導かれることなく、第一の切り替え弁33の切り替え動作によって、燃料ガス供給配管43をアノード排気配管44に、第一のバイパス配管49を介して連通させて、アノード排気配管44に導かれる。その後、アノード排気配管44に導かれた燃料ガスは、水除去部32において水除去された後、燃料生成器23の燃焼器に供給されて燃焼器の内部で燃焼させられる。これによって、燃料生成器23(改質部23e)の昇温を速やかに行えて、起動開始から発電までの時間を短縮できる。   When the temperature of the fuel generator 23 (the reforming unit 23e) is 700 ° C. or less, the steam reforming reaction of the reforming unit 23e cannot proceed appropriately. Therefore, at the start of startup, the fuel gas flowing out from the fuel generator 23 is not led to the anode inlet 21Ain, and the fuel gas supply pipe 43 is changed to the anode exhaust pipe 44 by the switching operation of the first switching valve 33. Are communicated via the bypass pipe 49 and led to the anode exhaust pipe 44. Thereafter, the fuel gas guided to the anode exhaust pipe 44 is removed by the water removing unit 32 and then supplied to the combustor of the fuel generator 23 to be burned inside the combustor. As a result, the temperature of the fuel generator 23 (the reforming unit 23e) can be quickly increased, and the time from the start to the power generation can be shortened.

ここで、本発明の実施の形態に係る燃料電池発電装置100の停止動作の一例(実施の形態の停止動作)について図3を参照しつつ説明する。併せて、これと比較する比較停止動作例を図4および図5を参照しつつ説明する。   Here, an example of the stop operation of the fuel cell power generation apparatus 100 according to the embodiment of the present invention (stop operation of the embodiment) will be described with reference to FIG. In addition, a comparison stop operation example to be compared with this will be described with reference to FIGS.

〔実施の形態の停止動作〕
図3は、本発明の実施の形態に係る燃料電池発電装置の停止動作の一例を示すフローチャートである。
[Stop operation of the embodiment]
FIG. 3 is a flowchart showing an example of a stop operation of the fuel cell power generator according to the embodiment of the present invention.

図3のフローチャートに示すような燃料電池21の内部の不活性ガス置換を伴う停止動作を採用することによって、酸素ガス混入に起因する燃料電池21の局所燃焼および水の雰囲気に起因する電極撥水性能の劣化並びにアノード電位上昇に起因するアノード14aのルテニウム溶出並びにカソード電位上昇に起因するカソード14cの白金酸化という不具合を解消することができる。   By adopting the stop operation with inert gas replacement inside the fuel cell 21 as shown in the flowchart of FIG. 3, the electrode water repellent caused by the local combustion of the fuel cell 21 due to oxygen gas mixing and the water atmosphere It is possible to eliminate problems such as deterioration in performance, elution of ruthenium from the anode 14a due to an increase in anode potential, and platinum oxidation of the cathode 14c due to an increase in cathode potential.

なおここでは、不活性ガスとして原料ガスが使用される。このように、不活性ガスに原料ガスを用いることによって不活性ガス供給装置を別途設ける必要がなく、燃料電池発電装置の構成が簡素化できる。   Here, the raw material gas is used as the inert gas. As described above, by using the raw material gas as the inert gas, it is not necessary to separately provide the inert gas supply device, and the configuration of the fuel cell power generator can be simplified.

もっとも燃料電池21の内部をガス置換処理する際に、燃料電池21の触媒に悪影響を及ぼさないような原料ガスの選定および原料ガスの清浄化処置を行うことが必要である。具体的には、燃料電池21の白金触媒の表面に不純物が吸着して、水素過電圧を上昇させることを防止する目的で、ガス清浄部22pにより原料ガス中の不純物の除去、特にイオウ成分の除去は必要不可欠な清浄化処理である。また原料ガス自体の選択として、燃料電池21の白金触媒の活性阻害等をもたらさないガスを選定することが必要であり、この観点からメタンガス、プロパンガス、ブタンガスおよびエタンガス(またはこれらの混合ガス)の何れかのガスを使用することが望ましい。   Of course, when the inside of the fuel cell 21 is subjected to gas replacement treatment, it is necessary to select a raw material gas and clean the raw material gas so as not to adversely affect the catalyst of the fuel cell 21. Specifically, for the purpose of preventing impurities from adsorbing on the surface of the platinum catalyst of the fuel cell 21 and increasing the hydrogen overvoltage, the gas cleaning unit 22p removes impurities, particularly sulfur components, by the gas cleaning unit 22p. Is an indispensable cleaning process. Further, as the selection of the raw material gas itself, it is necessary to select a gas that does not inhibit the activity of the platinum catalyst of the fuel cell 21. From this viewpoint, methane gas, propane gas, butane gas, and ethane gas (or a mixed gas thereof) are required. It is desirable to use any gas.

最初に、燃料電池発電装置100の停止動作として、制御部25から回路部26への発電停止信号の送信を行い、これにより燃料電池21は発電動作を停止する(ステップS301)。   First, as a stop operation of the fuel cell power generation device 100, a power generation stop signal is transmitted from the control unit 25 to the circuit unit 26, whereby the fuel cell 21 stops the power generation operation (step S301).

次いで、燃料電池発電装置100の停止に伴って、制御部25は、第一および第二の切り替え弁33、34を次のように動作させる(ステップS302)。   Next, as the fuel cell power generation apparatus 100 stops, the control unit 25 operates the first and second switching valves 33 and 34 as follows (step S302).

第一の切り替え弁33の切り替え動作により、燃料ガス供給配管43と第一のバイパス配管49とを連通して、燃料生成器23から流出する燃料ガスをアノード入口21Ainに導くことを停止する。同様に、第二の切り替え弁34の切り替え動作により、酸化剤ガス供給配管45と第二のバイパス配管50とを連通して、加湿器24から流出する酸化剤ガスをカソード入口21Cinに導くことを停止する。   By the switching operation of the first switching valve 33, the fuel gas supply pipe 43 and the first bypass pipe 49 are communicated to stop guiding the fuel gas flowing out from the fuel generator 23 to the anode inlet 21Ain. Similarly, by the switching operation of the second switching valve 34, the oxidant gas supply pipe 45 and the second bypass pipe 50 are communicated to guide the oxidant gas flowing out from the humidifier 24 to the cathode inlet 21Cin. Stop.

その後、燃料電池21のカソード14cに充満した加湿酸化剤ガス(酸素ガス)を乾燥した不活性ガス(原料ガス)によって置換するため、制御部25は、第三および第五の開閉弁37、39を閉栓する一方、第四の開閉弁38を開栓する。こうして、原料ガス供給手段22のブースターポンプ22bから圧送された原料ガスは、燃料生成器23をバイパスして、ここで加湿処理されることなく、その露点温度10℃以下という乾燥状態に維持されたまま、第一の原料ガス分岐配管51および第三の原料ガス分岐配管53を通って酸化剤ガス供給配管45に流れ、燃料電池21のカソード入口21Cinに供給される。そして、この原料ガスがカソード14cに送り込まれることにより、原料ガスによってカソード14c(より具体的には酸化剤ガス流路18c)に充満する加湿した酸化剤ガス(酸素ガス)が置換され、かつこの原料ガスが酸化剤ガスと共に置換処理済ガスとしてカソード出口21Coutからカソード排気配管46に流出して、カソード排気配管46の途中に配置された第二の露点センサ55および開栓状態の第二の開閉弁36を通って外部に排出される(ステップS303)。   Thereafter, in order to replace the humidified oxidant gas (oxygen gas) filled in the cathode 14c of the fuel cell 21 with the dried inert gas (raw material gas), the control unit 25 includes the third and fifth on-off valves 37 and 39. Is closed, while the fourth on-off valve 38 is opened. Thus, the source gas pumped from the booster pump 22b of the source gas supply means 22 bypassed the fuel generator 23 and was maintained in a dry state with a dew point temperature of 10 ° C. or less without being humidified here. As it is, it flows through the first source gas branch pipe 51 and the third source gas branch pipe 53 to the oxidant gas supply pipe 45 and is supplied to the cathode inlet 21Cin of the fuel cell 21. Then, the raw material gas is sent to the cathode 14c, so that the raw material gas replaces the humidified oxidant gas (oxygen gas) that fills the cathode 14c (more specifically, the oxidant gas flow path 18c). The source gas flows out from the cathode outlet 21 </ b> Cout to the cathode exhaust pipe 46 together with the oxidant gas as the replacement-treated gas, and the second dew point sensor 55 disposed in the middle of the cathode exhaust pipe 46 and the second open / close state in the plugged state. It is discharged to the outside through the valve 36 (step S303).

ここで、制御部25は、第二の露点センサ55の出力信号に基づきカソード出口21Coutから流出する置換処理済ガスの露点を監視している。そして、カソード出口21Coutから流出した置換処理済ガスの露点が所定温度(例えば、10℃)以下か否かを判定して(ステップS304)、露点が10℃より高ければ(ステップS304においてNo)、ステップS303における原料ガス供給動作が反復される。   Here, the control unit 25 monitors the dew point of the replacement-treated gas that flows out from the cathode outlet 21 </ b> Cout based on the output signal of the second dew point sensor 55. Then, it is determined whether or not the dew point of the replacement-treated gas flowing out from the cathode outlet 21Cout is equal to or lower than a predetermined temperature (for example, 10 ° C.) (step S304), and if the dew point is higher than 10 ° C. (No in step S304), The source gas supply operation in step S303 is repeated.

一方、露点が10℃以下であれば(ステップS304においてYes)、制御部25は、カソード14cに充満された酸化剤ガスを充分に原料ガスにより置換できたと判断して、次のステップに進み、原料ガスを充満したカソード14cの内部を封止するため、制御部25は、第二および第四の開閉弁36、38を閉める(ステップS305)。こうして、制御部25は、原料ガスの流量や置換時間に加え、置換処理済ガスの露点に基づいて原料ガスによる酸化剤ガスの置換状態の判定(置換したか否かの判定)を的確に行い得る。   On the other hand, if the dew point is 10 ° C. or lower (Yes in step S304), the control unit 25 determines that the oxidant gas filled in the cathode 14c has been sufficiently replaced with the source gas, and proceeds to the next step. In order to seal the inside of the cathode 14c filled with the source gas, the controller 25 closes the second and fourth on-off valves 36 and 38 (step S305). In this way, the control unit 25 accurately determines the state of replacement of the oxidant gas by the source gas (determination of whether or not it has been replaced) based on the dew point of the replacement-treated gas in addition to the flow rate of the source gas and the replacement time. obtain.

以上のようにして、燃料電池21のカソード14cの内部(酸化剤ガス流路18c)に充満する加湿した酸化剤ガスを、乾燥した原料ガスに置き換えるというガス置換処理が実行される。なお、酸化剤ガス流路18cにのみ充満する酸化剤ガスを原料ガスにより置換するため、短時間に置換動作を終えることが可能であり、かつ原料ガスの消費量を極力抑えることができる。   As described above, the gas replacement process is performed in which the humidified oxidant gas filling the inside of the cathode 14c (oxidant gas flow path 18c) of the fuel cell 21 is replaced with the dry source gas. Since the oxidant gas that fills only the oxidant gas flow path 18c is replaced with the source gas, the replacement operation can be completed in a short time and the consumption of the source gas can be suppressed as much as possible.

続いて、燃料電池21のアノード14aに充満した加湿燃料ガス(水素ガス)を乾燥した不活性ガス(原料ガス)によって置換するため、制御部25は、第三の開閉弁37を開栓する。なお、第四および第五の開閉弁38、39は、既に閉栓されている。こうして、原料ガス供給手段22のブースターポンプ22bから圧送された原料ガスは、燃料生成器23をバイパスして、ここで加湿処理されることなく、その露点温度10℃以下という乾燥状態に維持されたまま、第一の原料ガス分岐配管51および第二の原料ガス分岐配管52を通って燃料ガス供給配管43に流れ、燃料電池21のアノード入口21Ainに供給される。そして、この原料ガスがアノード14aに送り込まれることにより、原料ガスによってアノード14a(より具体的には燃料ガス流路18a)に充満する加湿した燃料ガス(水素ガス)が置換され、かつこの原料ガスが燃料ガスと共に置換処理済ガスとしてアノード出口21Aoutからアノード排気配管44に流出して、アノード排気配管44の途中に配置された第一の露点センサ54および開栓状態の第一の開閉弁35を通って水除去部32に排出される(ステップS306)。   Subsequently, the control unit 25 opens the third on-off valve 37 in order to replace the humidified fuel gas (hydrogen gas) filled in the anode 14a of the fuel cell 21 with the dried inert gas (raw material gas). The fourth and fifth on-off valves 38 and 39 are already plugged. Thus, the source gas pumped from the booster pump 22b of the source gas supply means 22 bypassed the fuel generator 23 and was maintained in a dry state with a dew point temperature of 10 ° C. or less without being humidified here. As it is, it flows through the first source gas branch pipe 51 and the second source gas branch pipe 52 to the fuel gas supply pipe 43 and is supplied to the anode inlet 21Ain of the fuel cell 21. Then, when this raw material gas is sent to the anode 14a, the raw material gas replaces the humidified fuel gas (hydrogen gas) that fills the anode 14a (more specifically, the fuel gas passage 18a), and this raw material gas. Flows out into the anode exhaust pipe 44 from the anode outlet 21Aout together with the fuel gas as a replacement-treated gas, and the first dew point sensor 54 and the first on-off valve 35 in the opened state are disposed in the anode exhaust pipe 44. It is discharged to the water removing unit 32 (step S306).

ここで、制御部25は、第一の露点センサ54の出力信号に基づきアノード出口21Aoutから流出する置換処理済ガスの露点を監視している。そして、アノード出口21Aoutから流出した置換処理済ガスの露点が所定温度(例えば、10℃)以下か否かを判定して(ステップS307)、露点が10℃より高ければ(ステップS307においてNo)、ステップS306における原料ガス供給動作が反復される。   Here, the control unit 25 monitors the dew point of the replacement-treated gas flowing out from the anode outlet 21Aout based on the output signal of the first dew point sensor 54. Then, it is determined whether or not the dew point of the replacement-treated gas that has flowed out of the anode outlet 21Aout is equal to or lower than a predetermined temperature (for example, 10 ° C.) (step S307), and if the dew point is higher than 10 ° C. (No in step S307), The source gas supply operation in step S306 is repeated.

一方、露点が10℃以下であれば(ステップS307においてYes)、制御部25は、アノード14aに充満した燃料ガスを充分に原料ガスにより置換できたと判断して、次のステップに進み、原料ガスを充満したアノード14aの内部を封止するため、制御部25は、第一および第三の開閉弁35、37を閉める(ステップS308)。   On the other hand, if the dew point is 10 ° C. or lower (Yes in step S307), the control unit 25 determines that the fuel gas filled in the anode 14a has been sufficiently replaced with the raw material gas, and proceeds to the next step to start the raw material gas. The controller 25 closes the first and third on-off valves 35 and 37 to seal the inside of the anode 14a filled with (step S308).

こうして、制御部25は、原料ガスの流量や置換時間に加え、置換処理済ガスの露点に基づいて原料ガスによる燃料ガスの置換状態の判定(置換したか否かの判定)を的確に行い得る。   Thus, the control unit 25 can accurately determine the replacement state of the fuel gas by the source gas (determination of whether or not the replacement has been performed) based on the dew point of the replacement-treated gas in addition to the flow rate of the source gas and the replacement time. .

以上のようにして、燃料電池21のアノード14aの内部(燃料ガス流路18a)に充満する加湿した燃料ガスを、乾燥した原料ガスに置き換えるというガス置換処理が実行される。なお、燃料ガス流路18aにのみ充満する燃料ガスを原料ガスにより置換するため、短時間に置換動作を終えることが可能であり、かつ原料ガスの消費量を極力抑えることができる。   As described above, the gas replacement process is performed in which the humidified fuel gas filling the inside of the anode 14a (fuel gas flow path 18a) of the fuel cell 21 is replaced with a dry source gas. Since the fuel gas that fills only the fuel gas passage 18a is replaced with the raw material gas, the replacement operation can be completed in a short time, and the consumption of the raw material gas can be suppressed as much as possible.

またこの際、第五の開閉弁39を一時的に開いて、燃料生成器23の内部を原料ガスによりパージ処理しても良いが、後ほど説明する冷却水の供給停止と同時に、この原料ガス供給が止まるように第五の開閉弁39も併せて閉栓する。   At this time, the fifth on-off valve 39 may be temporarily opened to purge the inside of the fuel generator 23 with the raw material gas. Then, the fifth on-off valve 39 is also closed so as to stop.

次いで、燃料電池21の温度を外気温度近傍にまで冷却するため、制御部25は、冷却水タンク29tに溜まった冷却水の温度を適切に調整しながら、それを、冷却水供給配管60を介して水ポンプ29pにより燃料電池21の水入口21Winに圧送供給すると共に、その水出口21Woutから冷却水排出配管61に流出する。こうして、制御部25は、冷却水通路19(図1参照)に冷却水を通流させることにより燃料電池21の温度を下げる(ステップS309)。   Subsequently, in order to cool the temperature of the fuel cell 21 to the vicinity of the outside air temperature, the control unit 25 appropriately adjusts the temperature of the cooling water accumulated in the cooling water tank 29t, and supplies it to the cooling water supply pipe 60. Then, the water pump 29p supplies pressure to the water inlet 21Win of the fuel cell 21 and flows out from the water outlet 21Wout to the cooling water discharge pipe 61. In this way, the controller 25 lowers the temperature of the fuel cell 21 by causing the cooling water to flow through the cooling water passage 19 (see FIG. 1) (step S309).

ここで、制御部25は、冷却水排出配管61に配置した冷却水出口側温度センサ41の出力信号に基づき水出口21Woutから流出する冷却水の温度を監視している。そして、水出口21Woutから流出する冷却水の温度が所定温度(例えば、30℃)以下か否かを判定して(ステップS310)、温度が30℃より高ければ(ステップS310においてNo)、ステップS309における冷却水供給動作が反復される。   Here, the control unit 25 monitors the temperature of the cooling water flowing out from the water outlet 21Wout based on the output signal of the cooling water outlet side temperature sensor 41 arranged in the cooling water discharge pipe 61. Then, it is determined whether or not the temperature of the cooling water flowing out from the water outlet 21Wout is equal to or lower than a predetermined temperature (for example, 30 ° C.) (step S310). If the temperature is higher than 30 ° C. (No in step S310), step S309 is performed. The cooling water supply operation in is repeated.

一方、温度が30℃以下であれば(ステップS310においてYes)、制御部25は、燃料電池21を外気温度近傍にまで冷却できたと判断して、水ポンプ29pの冷却水供給出力を停止し(ステップS311)、一連の燃料電池発電装置100の停止動作を終え、燃料電池発電装置100の再起動時までこの状態で燃料電池発電装置100は保管される。   On the other hand, if the temperature is 30 ° C. or lower (Yes in step S310), the control unit 25 determines that the fuel cell 21 has been cooled to the vicinity of the outside air temperature, and stops the cooling water supply output of the water pump 29p ( Step S311), the series of stop operations of the fuel cell power generation device 100 is completed, and the fuel cell power generation device 100 is stored in this state until the fuel cell power generation device 100 is restarted.

なおここまで、露点として10℃を例示し、冷却水温度として30℃を例示しているが、これらの数値条件は、外部環境の状況変化に応じて適宜修正可能なものである。   Heretofore, 10 ° C. has been exemplified as the dew point and 30 ° C. has been exemplified as the cooling water temperature, but these numerical conditions can be appropriately modified according to the change in the external environment.

〔第一の比較例の停止動作〕
図4は、上記の実施の形態に係る停止動作と比較した比較停止動作の一例を示すフローチャートである。
[Stopping operation of the first comparative example]
FIG. 4 is a flowchart showing an example of the comparison stop operation compared to the stop operation according to the above embodiment.

図4に示す停止動作においては、アノード14aに充満した加湿燃料ガス(水素ガス)が、乾燥した不活性ガス(原料ガス)により置換された後、カソード14cに充満した加湿酸化剤ガス(酸素ガス)が、乾燥した不活性ガス(原料ガス)により置換される点で、図3に示す停止動作と相違している。よって既に説明したように、このような比較例の停止動作を行うと、アノード14aのルテニウム溶出やカソード14cの白金酸化という不具合が生じる可能性がある。   In the stop operation shown in FIG. 4, the humidified fuel gas (hydrogen gas) filled in the anode 14a is replaced with the dry inert gas (raw material gas), and then the humidified oxidant gas (oxygen gas) filled in the cathode 14c. ) Is replaced by a dry inert gas (raw material gas), which is different from the stopping operation shown in FIG. Therefore, as described above, when such a stop operation of the comparative example is performed, there is a possibility that problems such as ruthenium elution from the anode 14a and platinum oxidation at the cathode 14c may occur.

なおここでは、燃料電池発電装置100の停止動作(ステップS401)および燃料電池発電装置100の停止に伴う弁動作(ステップS402)並びに燃料電池21の冷却動作(ステップS409〜ステップS411)は、図3に示した動作(ステップS301、ステップS302、ステップS309〜ステップS311)と同じため、これらの動作の説明は省略する。   Here, the stop operation (step S401) of the fuel cell power generation device 100, the valve operation (step S402) accompanying the stop of the fuel cell power generation device 100, and the cooling operation (steps S409 to S411) of the fuel cell 21 are shown in FIG. Since these operations are the same as those shown in (Step S301, Step S302, Steps S309 to S311), description of these operations will be omitted.

燃料電池21のアノード14aに充満した加湿燃料ガス(水素ガス)を乾燥した不活性ガス(原料ガス)によって置換するため、制御部25は、第四および第五の開閉弁38、39を閉栓する一方、第三の開閉弁37を開栓する。こうして、原料ガス供給手段22のブースターポンプ22bから圧送された原料ガスは、燃料生成器23をバイパスして、ここで加湿処理されることなく、その露点温度10℃以下という乾燥状態に維持されたまま、第一の原料ガス分岐配管51および第二の原料ガス分岐配管52を通って燃料ガス供給配管43に流れ、燃料電池21のアノード入口21Ainに供給される。そして、この原料ガスがアノード14aに送り込まれることにより、原料ガスによってアノード14a(より具体的には燃料ガス流路18a)に充満する加湿した燃料ガス(水素ガス)が置換され、かつこの原料ガスが燃料ガスと共に置換処理済ガスとしてアノード出口21Aoutからアノード排気配管44に流出して、アノード排気配管44の途中に配置された第一の露点センサ54および開栓状態の第一の開閉弁35を通って水除去部32に排出される(ステップS403)。   In order to replace the humidified fuel gas (hydrogen gas) filled in the anode 14a of the fuel cell 21 with the dried inert gas (raw material gas), the control unit 25 closes the fourth and fifth on-off valves 38 and 39. On the other hand, the third on-off valve 37 is opened. Thus, the source gas pumped from the booster pump 22b of the source gas supply means 22 bypassed the fuel generator 23 and was maintained in a dry state with a dew point temperature of 10 ° C. or less without being humidified here. As it is, it flows through the first source gas branch pipe 51 and the second source gas branch pipe 52 to the fuel gas supply pipe 43 and is supplied to the anode inlet 21Ain of the fuel cell 21. Then, when this raw material gas is sent to the anode 14a, the raw material gas replaces the humidified fuel gas (hydrogen gas) that fills the anode 14a (more specifically, the fuel gas passage 18a), and this raw material gas. Flows out into the anode exhaust pipe 44 from the anode outlet 21Aout together with the fuel gas as a replacement-treated gas, and the first dew point sensor 54 and the first on-off valve 35 in the opened state are disposed in the anode exhaust pipe 44. It is discharged to the water removing unit 32 (step S403).

ここで、制御部25は、第一の露点センサ54の出力信号に基づきアノード出口21Aoutから流出する置換処理済ガスの露点を監視している。そして、アノード出口21Aoutから流出した置換処理済ガスの露点が所定温度(例えば、10℃)以下か否かを判定して(ステップS404)、露点が10℃より高ければ(ステップS404においてNo)、ステップS403における原料ガス供給動作が反復される。   Here, the control unit 25 monitors the dew point of the replacement-treated gas flowing out from the anode outlet 21Aout based on the output signal of the first dew point sensor 54. Then, it is determined whether or not the dew point of the replacement-treated gas that has flowed out of the anode outlet 21Aout is equal to or lower than a predetermined temperature (for example, 10 ° C.) (step S404), and if the dew point is higher than 10 ° C. (No in step S404), The source gas supply operation in step S403 is repeated.

一方、露点が10℃以下であれば(ステップS404においてYes)、制御部25は、アノード14aに充満された燃料ガスを充分に原料ガスにより置換できたと判断して、次のステップに進み、原料ガスを充満したアノード14aの内部を封止するため、制御部25は、第一および第三の開閉弁35、37を閉める(ステップS405)。   On the other hand, if the dew point is 10 ° C. or lower (Yes in step S404), the control unit 25 determines that the fuel gas filled in the anode 14a has been sufficiently replaced with the raw material gas, and proceeds to the next step. In order to seal the inside of the anode 14a filled with gas, the control unit 25 closes the first and third on-off valves 35 and 37 (step S405).

このようにして、燃料電池21のアノード14a(燃料ガス流路18a)の内部に充満する加湿した燃料ガスを、乾燥した原料ガスに置き換えるというガス置換処理が実行される。   In this way, a gas replacement process is performed in which the humidified fuel gas filling the anode 14a (fuel gas flow path 18a) of the fuel cell 21 is replaced with a dry source gas.

続いて、燃料電池21のカソード14cに充満した加湿酸化剤ガス(酸素ガス)を乾燥した不活性ガス(原料ガス)によって置換するため、制御部25は、第四の開閉弁38を開栓する。なお、第三および第五の開閉弁37、39は、既に閉栓されている。こうして、原料ガス供給手段22のブースターポンプ22bから圧送された原料ガスは、燃料生成器23をバイパスして、ここで加湿処理されることなく、その露点温度10℃以下という乾燥状態に維持されたまま、第一の原料ガス分岐配管51および第三の原料ガス分岐配管53を通って酸化剤ガス供給配管45に流れ、燃料電池21のカソード入口21Cinに供給される。そして、この原料ガスがカソード14cに送り込まれることにより、原料ガスによってカソード14c(より具体的に酸化剤ガス流路18c)に充満する加湿した酸化剤ガス(酸素ガス)が置換され、かつこの原料ガスが酸化剤ガスと共に置換処理済ガスとしてカソード出口21Coutからカソード排気配管46に流出して、カソード排気配管46の途中に配置された第二の露点センサ55および開栓状態の第二の開閉弁36を通って外部に排出される(ステップS406)。   Subsequently, in order to replace the humidified oxidant gas (oxygen gas) filled in the cathode 14c of the fuel cell 21 with the dry inert gas (raw material gas), the control unit 25 opens the fourth on-off valve 38. . The third and fifth on-off valves 37 and 39 are already closed. Thus, the source gas pumped from the booster pump 22b of the source gas supply means 22 bypassed the fuel generator 23 and was maintained in a dry state with a dew point temperature of 10 ° C. or less without being humidified here. As it is, it flows through the first source gas branch pipe 51 and the third source gas branch pipe 53 to the oxidant gas supply pipe 45 and is supplied to the cathode inlet 21Cin of the fuel cell 21. Then, the raw material gas is sent to the cathode 14c, whereby the humidified oxidant gas (oxygen gas) filling the cathode 14c (more specifically, the oxidant gas flow path 18c) is replaced by the raw material gas, and the raw material gas is replaced. The gas flows into the cathode exhaust pipe 46 from the cathode outlet 21Cout together with the oxidant gas as the replacement-treated gas, and the second dew point sensor 55 disposed in the middle of the cathode exhaust pipe 46 and the opened second on-off valve It is discharged outside through 36 (step S406).

ここで、制御部25は、第二の露点センサ55の出力信号に基づきカソード出口21Coutから流出する置換処理済ガスの露点を監視している。そして、カソード出口21Coutから流出した置換処理済ガスの露点が所定温度(例えば、10℃)以下か否かを判定して(ステップS407)、露点が10℃より高ければ(ステップS407においてNo)、ステップS406における原料ガス供給動作が反復される。   Here, the control unit 25 monitors the dew point of the replacement-treated gas that flows out from the cathode outlet 21 </ b> Cout based on the output signal of the second dew point sensor 55. Then, it is determined whether or not the dew point of the replacement-treated gas flowing out from the cathode outlet 21Cout is equal to or lower than a predetermined temperature (for example, 10 ° C.) (step S407), and if the dew point is higher than 10 ° C. (No in step S407), The source gas supply operation in step S406 is repeated.

一方、露点が10℃以下であれば(ステップS407においてYes)、制御部25は、カソード14cに充満された酸化剤ガスを充分に原料ガスにより置換できたと判断して、次のステップに進み、原料ガスを充満したカソード14cの内部を封止するため、制御部25は、第二および第四の開閉弁36、38を閉める(ステップS408)。   On the other hand, if the dew point is 10 ° C. or lower (Yes in step S407), the control unit 25 determines that the oxidant gas filled in the cathode 14c has been sufficiently replaced with the source gas, and proceeds to the next step. In order to seal the inside of the cathode 14c filled with the source gas, the control unit 25 closes the second and fourth on-off valves 36 and 38 (step S408).

このようにして、燃料電池21のカソード14c(酸化剤ガス流路18c)の内部に充満する加湿した酸化剤ガスを、乾燥した原料ガスに置き換えるというガス置換処理が実行される。   In this way, a gas replacement process is performed in which the humidified oxidant gas filling the cathode 14c (oxidant gas flow path 18c) of the fuel cell 21 is replaced with a dry source gas.

なおここまで、露点として10℃を例示し、この数値条件は、外部環境の状況変化に応じて適宜修正可能なものである。   Heretofore, 10 ° C. has been exemplified as the dew point, and this numerical condition can be appropriately modified according to the change in the external environment.

〔第二の比較例の停止動作〕
図5は、上記の実施の形態に係る停止動作と比較した比較停止動作の他の例を示すフローチャートである。
[Stop operation of second comparative example]
FIG. 5 is a flowchart showing another example of the comparison stop operation compared to the stop operation according to the above embodiment.

図5に示す停止動作においては、アノード14aに充満した加湿燃料ガス(水素ガス)およびカソード14cに充満した加湿酸化剤ガス(酸素ガス)が、乾燥した原料ガスにより置換されることなく、制御部25は、この状態で燃料電池21を冷却している。よって既に説明したように、このような比較例の停止動作を行うと、酸素ガス混入に起因する燃料電池21の局所燃焼や水の雰囲気に起因する電極撥水性能という不具合が生じる可能性がある。   In the stop operation shown in FIG. 5, the humidified fuel gas (hydrogen gas) filled in the anode 14a and the humidified oxidant gas (oxygen gas) filled in the cathode 14c are not replaced by the dried raw material gas, and the control unit 25 is cooling the fuel cell 21 in this state. Therefore, as described above, when such a stop operation of the comparative example is performed, there is a possibility that a problem of electrode water repellency due to local combustion of the fuel cell 21 due to oxygen gas mixture and an atmosphere of water may occur. .

最初に、燃料電池発電装置100の停止動作として、制御部25の回路部26への発電停止信号の送信が行われ、これにより燃料電池21は発電動作を停止する(ステップS501)。   First, as a stop operation of the fuel cell power generator 100, a power generation stop signal is transmitted to the circuit unit 26 of the control unit 25, whereby the fuel cell 21 stops the power generation operation (step S501).

次いで、燃料電池発電装置100の停止に伴って、制御部25は、第一および第二の切り替え弁33、34を次のように動作する(ステップS502)。   Next, with the stop of the fuel cell power generator 100, the control unit 25 operates the first and second switching valves 33 and 34 as follows (step S502).

第一の切り替え弁33の切り替え動作により、燃料ガス供給配管43と第一のバイパス配管49とを連通して、燃料生成器23から流出する燃料ガスをアノード入口21Ainに導くことを停止する。同様に、第二の切り替え弁34の切り替え動作により、酸化剤ガス供給配管45と第二のバイパス配管50とを連通して、加湿器24から流出する酸化剤ガスをカソード入口21Cinに導くことを停止する。   By the switching operation of the first switching valve 33, the fuel gas supply pipe 43 and the first bypass pipe 49 are communicated to stop guiding the fuel gas flowing out from the fuel generator 23 to the anode inlet 21Ain. Similarly, by the switching operation of the second switching valve 34, the oxidant gas supply pipe 45 and the second bypass pipe 50 are communicated to guide the oxidant gas flowing out from the humidifier 24 to the cathode inlet 21Cin. Stop.

その後、加湿した燃料ガスを充満したアノード14aの内部を封止するため、制御部25は、第一および第三の開閉弁35、37を閉栓状態にして(ステップS503)、加湿した酸化剤ガスを充満したカソード14cの内部を封止するため、制御部25は、第二および第四の開閉弁36、38を閉栓状態にする(ステップS504)。   Thereafter, in order to seal the inside of the anode 14a filled with the humidified fuel gas, the control unit 25 closes the first and third on-off valves 35 and 37 (step S503), and humidifies the oxidant gas. In order to seal the inside of the cathode 14c filled with the control unit 25, the second and fourth on-off valves 36 and 38 are closed (step S504).

なお、燃料電池21の冷却動作(ステップS505〜ステップS507)は、図3に示したもの(ステップS309〜ステップS311)と同じであるため、これらの動作の説明は省略する。   Note that the cooling operation of the fuel cell 21 (steps S505 to S507) is the same as that shown in FIG. 3 (steps S309 to S311), and thus the description of these operations is omitted.

実施の形態の停止動作(図3)に記載のシーケンスに基づく起動停止試験(DSS試験)によって得られる燃料電池21の性能評価を、第一および第二の比較例の停止動作(図4および図5)に記載のシーケンスに基づくそれと比較した。   The performance evaluation of the fuel cell 21 obtained by the start / stop test (DSS test) based on the sequence described in the stop operation (FIG. 3) according to the embodiment is the stop operation (FIGS. 4 and 4) of the first and second comparative examples. It was compared with that based on the sequence described in 5).

この特性評価においては、以下のような燃料電池21(MEA17)を使用した。   In this characteristic evaluation, the following fuel cell 21 (MEA17) was used.

炭素粉末であるアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製のデンカブラック、粒径35nm)を、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の水性ディスパージョン(ダイキン工業株式会社製のD1)と混合し、乾燥重量としてPTFEを20重量%含む撥水インクを調製する。このインクを、ガス拡散層13a、13cの基材となるカーボンペーパー(東レ株式会社製のTGPH060H)の上に塗布して含浸させ、熱風乾燥機を用いて300℃で熱処理してガス拡散層13a、13c(約200μm)を形成する。   Carbon powder acetylene black (Denka Black manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., particle size 35 nm) is mixed with an aqueous dispersion of polytetrafluoroethylene (PTFE) (D1 manufactured by Daikin Kogyo Co., Ltd.) as a dry weight. A water repellent ink containing 20% by weight of PTFE is prepared. This ink is applied and impregnated on carbon paper (TGPH060H manufactured by Toray Industries, Inc.) serving as a base material for the gas diffusion layers 13a and 13c, and is heat-treated at 300 ° C. using a hot air dryer to form the gas diffusion layer 13a. , 13c (about 200 μm).

一方、炭素粉末であるケッチェンブラック(ケッチェンブラックインターナショナル株式会社製のKetjen Black EC、粒径30nm)上にPt触媒(もしくはPt−Ru触媒)を担持させて得られる触媒体(50重量%Pt)66重量部を、水素イオン伝導材かつ結着剤であるパーフルオロカーボンスルフォン酸アイオノマー(米国Aldrich社製の5重量%のNafion分散液)33重量部(高分子乾燥重量)と混合し、これにより得られる混合物を成形して触媒反応層12a、12c(10〜20μm)が形成される。   On the other hand, a catalyst body (50% by weight Pt) obtained by supporting a Pt catalyst (or Pt-Ru catalyst) on Ketjen Black (Ketjen Black EC manufactured by Ketjen Black International Co., Ltd., particle size 30 nm), which is carbon powder. ) 66 parts by weight is mixed with 33 parts by weight (polymer dry weight) of perfluorocarbon sulfonate ionomer (5% by weight Nafion dispersion manufactured by Aldrich, USA) which is a hydrogen ion conductive material and binder. The resulting mixture is molded to form catalyst reaction layers 12a and 12c (10 to 20 μm).

こうして製作したガス拡散層13a、13cと触媒反応層12a、12cとを、高分子電解質膜11(米国DuPont社のNafion112の電解質膜)の両面に接合し、MEA17を完成させる。   The gas diffusion layers 13a and 13c and the catalytic reaction layers 12a and 12c thus manufactured are bonded to both surfaces of the polymer electrolyte membrane 11 (Nafion 112 electrolyte membrane manufactured by DuPont, USA) to complete the MEA 17.

このような燃料電池発電装置100の材料系において燃料電池21の起動(発電)停止の回数を4000回まで行い、実施の形態の停止動作および第一、第二の比較例の停止動作ついて各スタック電圧の変化を測定した。   In such a material system of the fuel cell power generation apparatus 100, the fuel cell 21 is started (power generation) and stopped up to 4000 times, and the stacks of the stop operation of the embodiment and the stop operations of the first and second comparative examples are each stacked. The change in voltage was measured.

なおここで、燃料電池21の発電時の発電条件として、冷却水入口側温度センサ40が60℃を示しかつ冷却水出口側温度センサ41が65℃を示すように、冷却水タンク29tに溜まった冷却水の温度および冷却水供給配管60/冷却水排出配管61を流れる冷却水の流量が調整されている。また、燃料ガスの露点の70℃を維持するように燃料ガスは加湿処理され、その利用率は70%に調整されている。また、酸化剤ガスの露点を70℃に維持するように酸化剤ガスは加湿処理され、その利用率は40%に調整されている。なおこの場合、燃料電池21の電流密度は0.2A/cmであった。 Here, as the power generation conditions at the time of power generation of the fuel cell 21, the cooling water tank 29t accumulated so that the cooling water inlet side temperature sensor 40 indicates 60 ° C. and the cooling water outlet side temperature sensor 41 indicates 65 ° C. The temperature of the cooling water and the flow rate of the cooling water flowing through the cooling water supply pipe 60 / cooling water discharge pipe 61 are adjusted. Further, the fuel gas is humidified so as to maintain the fuel gas dew point of 70 ° C., and its utilization rate is adjusted to 70%. Further, the oxidant gas is humidified so that the dew point of the oxidant gas is maintained at 70 ° C., and the utilization rate is adjusted to 40%. In this case, the current density of the fuel cell 21 was 0.2 A / cm 2 .

図6において、横軸に燃料電池の起動停止回数をとり、縦軸に各スタック電圧をとって、実施の形態の停止動作(図3)と第一、第二の比較例の停止動作(図4、図5)の電圧変化の様子が示されている。   In FIG. 6, the horizontal axis represents the number of start and stop times of the fuel cell, and the vertical axis represents the stack voltage. The stop operation of the embodiment (FIG. 3) and the stop operations of the first and second comparative examples (FIG. 4 and FIG. 5) shows how the voltage changes.

実施の形態の停止動作においては、発電および停止の反復動作に基づく負圧化に起因する酸素ガス混入が抑制されて局所燃焼が防止でき、かつ水の雰囲気に起因する電極撥水性能の劣化も防ぐことができ、かつアノード14aおよびカソード14cの電位上昇に起因する触媒劣化が回避できるため、燃料電池21の性能が劣化せずに起動停止回数に依存することなく長期間、燃料電池21の電圧が安定して維持される。   In the stop operation of the embodiment, the mixing of oxygen gas due to negative pressure based on the repeated operation of power generation and stop is suppressed, local combustion can be prevented, and the electrode water repellency performance is also deteriorated due to the water atmosphere. Since the deterioration of the catalyst due to the potential increase of the anode 14a and the cathode 14c can be avoided, the performance of the fuel cell 21 is not deteriorated, and the voltage of the fuel cell 21 is maintained for a long time without depending on the number of start / stop times. Is maintained stably.

これに対して第一の比較例の停止動作においては、アノード14aおよびカソード14cの電位上昇によって燃料電池21の触媒劣化が進行したものと推察され、起動停止回数に増加につれてスタック電圧の低下が観察される。   On the other hand, in the stop operation of the first comparative example, it is presumed that the catalyst deterioration of the fuel cell 21 has progressed due to the potential increase of the anode 14a and the cathode 14c, and a decrease in the stack voltage is observed as the number of start / stops increases. Is done.

また、第二の比較例の停止動作においては、発電および停止の反復動作に基づく負圧化によって燃料電池の内部の酸素ガスが混入したため、そこで局所燃焼が発生し、かつ水の雰囲気に起因する電極撥水性能の劣化が発生したものと推察され、起動停止回数1000回以降においてスタック電圧の僅かの低下が観察され、3000回以降においてスタック電圧が急峻に減少している。   Further, in the stop operation of the second comparative example, oxygen gas inside the fuel cell is mixed due to negative pressure based on the repeated operation of power generation and stop, so that local combustion occurs there and is caused by the atmosphere of water It is presumed that the electrode water repellency performance has deteriorated, a slight decrease in the stack voltage is observed after the number of start / stops of 1000 times, and the stack voltage sharply decreases after 3000 times.

本発明に係る燃料電池発電装置は、燃料電池の停止および発電を反復しても燃料電池の性能安定化が図れて、家庭用の燃料電池発電装置等として有用である。   The fuel cell power generator according to the present invention can stabilize the performance of the fuel cell even when the fuel cell is stopped and generated repeatedly, and is useful as a household fuel cell power generator.

本発明の実施の形態に係る燃料電池の電解質接合体を含む部分の断面図である。It is sectional drawing of the part containing the electrolyte assembly of the fuel cell which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る燃料電池発電装置の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell power generator according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る燃料電池発電装置の停止動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the stop operation | movement of the fuel cell electric power generating apparatus which concerns on embodiment of this invention. 実施の形態に係る停止動作と比較した比較停止動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the comparison stop operation compared with the stop operation which concerns on embodiment. 実施の形態に係る停止動作と比較した比較停止動作の他の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the other example of the comparison stop operation compared with the stop operation which concerns on embodiment. 横軸に燃料電池の起動停止回数をとり、縦軸に各スタック電圧をとって、実施の形態の停止動作と第一、第二の比較例の停止動作の電圧変化の様子を示した図である。The horizontal axis represents the number of start and stop times of the fuel cell, and the vertical axis represents the stack voltage, and shows the state of voltage change between the stop operation of the embodiment and the stop operation of the first and second comparative examples. is there. 外気温度と燃料電池の内部の減圧量との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between external temperature and the pressure reduction amount inside a fuel cell. 燃料電池の停止時(燃料電池の不活性ガス置換処理時点)の前後における燃料電池発電電圧およびアノード単電極電池並びにカソード単電極電位の経時変化を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the time-dependent change of the fuel cell power generation voltage, the anode single electrode battery, and the cathode single electrode potential before and after the stop of the fuel cell (at the time of the inert gas replacement process of the fuel cell).

符号の説明Explanation of symbols

11 電解質膜
12a アノードの触媒反応層
12c カソードの触媒反応層
13a アノードのガス拡散層
13c カソードのガス拡散層
14a アノード
14c カソード
15a アノードの側のMEAガスケット
15c カソードの側のMEAガスケット
16a アノードに対する導電性セパレータ板
16c カソードに対する導電性セパレータ板
17 MEA
18a 燃料ガス流路
18c 酸化剤ガス流路
19 冷却水通路
19a 導電性セパレータ板16aに形成された溝
19c 導電性セパレータ板16cに形成された溝
20 燃料電池セル
21 燃料電池
22 原料ガス供給手段
22p ガス清浄部
22b ブースターポンプ
23 燃料生成器
23e 改質部
23f 変成部
23g CO除去部
24 加湿部
25 制御部
26 回路部
27 測定部
28 ブロア
29 冷却水供給手段
29p 水ポンプ
29t 冷却水タンク
32 水除去部
33 第一の切り替え弁
34 第二の切り替え弁
35 第一の開閉弁
36 第二の開閉弁
37 第三の開閉弁
38 第四の開閉弁
39 第五の開閉弁
40 冷却水入口側温度センサ
41 冷却水出口側温度センサ
42 原料ガス供給配管
43 燃料ガス供給配管
44 アノード排気配管
45 酸化剤ガス供給配管
46 カソード排気配管
47 カソードの出力端子
48 アノードの出力端子
49 第一のバイパス配管
50 第二のバイパス配管
51 第一の原料ガス分岐配管
52 第二の原料ガス分岐配管
53 第三の原料ガス分岐配管
54 第一の露点センサ
55 第二の露点センサ
60 冷却水供給配管
61 冷却水排出配管
74 第一の水供給手段
75 第二の水供給手段
100 燃料電池発電装置
11 Electrolyte Membrane 12a Anode Catalytic Reaction Layer 12c Cathode Catalytic Reaction Layer 13a Anode Gas Diffusion Layer 13c Cathode Gas Diffusion Layer 14a Anode 14c Cathode 15a MEA Gasket 15c on Anode Side MEA Gasket 16a on Cathode Side Conductivity for Anode Separator plate 16c Conductive separator plate 17 for the cathode MEA
18a Fuel gas passage 18c Oxidant gas passage 19 Cooling water passage 19a Groove 19c formed in the conductive separator plate 16a Groove 20 formed in the conductive separator plate 16c 20 Fuel cell 21 Fuel cell 22 Raw material gas supply means 22p Gas purifier 22b Booster pump 23 Fuel generator 23e Reformer 23f Transformer 23g CO removal unit 24 Humidification unit 25 Control unit 26 Circuit unit 27 Measurement unit 28 Blower 29 Cooling water supply means 29p Water pump 29t Cooling water tank
32 Water removal part 33 1st switching valve 34 2nd switching valve 35 1st switching valve 36 2nd switching valve 37 3rd switching valve 38 4th switching valve 39 5th switching valve 40 Cooling water inlet Side temperature sensor 41 Cooling water outlet side temperature sensor 42 Raw material gas supply pipe 43 Fuel gas supply pipe 44 Anode exhaust pipe 45 Oxidant gas supply pipe 46 Cathode exhaust pipe 47 Cathode output terminal 48 Anode output terminal 49 First bypass pipe 50 Second bypass pipe 51 First source gas branch pipe 52 Second source gas branch pipe 53 Third source gas branch pipe 54 First dew point sensor 55 Second dew point sensor 60 Cooling water supply pipe 61 Cooling water Discharge pipe 74 First water supply means 75 Second water supply means 100 Fuel cell power generator

Claims (8)

燃料ガスを流す燃料ガス流路および酸化剤ガスを流す酸化剤ガス流路を有する燃料電池と、前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス流路に供給する酸化剤ガス供給手段と、原料ガスおよび水蒸気から前記燃料ガスを生成しこれを前記燃料ガス流路に供給する燃料生成手段と、を備え、
前記燃料電池の発電期間には、前記燃料ガス流路に加湿した燃料ガスを供給して、前記酸化剤ガス流路に加湿した酸化剤ガスを供給することにより前記燃料電池を発電させ、前記燃料電池の停止の際には、前記酸化剤ガス流路に充満する前記加湿した酸化剤ガスを、所定の露点以下に保った不活性ガスにより置換した後、前記燃料ガス流路に充満する前記加湿した燃料ガスを、前記不活性ガスにより置換して、その後、前記燃料ガス流路および酸化剤ガス流路を前記不活性ガスの雰囲気に保った状態で封止する燃料電池発電装置。
A fuel cell having a fuel gas flow channel for flowing fuel gas and an oxidant gas flow channel for flowing oxidant gas, an oxidant gas supply means for supplying the oxidant gas to the oxidant gas flow channel, source gas and water vapor Fuel generating means for generating the fuel gas from and supplying the fuel gas to the fuel gas flow path,
During the power generation period of the fuel cell, a humidified fuel gas is supplied to the fuel gas channel, and a humidified oxidant gas is supplied to the oxidant gas channel to cause the fuel cell to generate power, and the fuel cell When the battery is stopped, the humidified oxidant gas filling the oxidant gas flow path is replaced with an inert gas kept at a predetermined dew point or lower, and then the humidification gas filling the fuel gas flow path is filled. A fuel cell power generator that seals the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path maintained in the inert gas atmosphere after replacing the fuel gas with the inert gas.
前記燃料電池の冷却水通路に冷却水を供給する冷却水供給手段を備え、前記燃料ガス流路および酸化剤ガス流路を前記不活性ガスの雰囲気に保った状態で封止した後、前記燃料電池を前記冷却水により所定の温度まで冷却する請求項1記載の燃料電池発電装置。   A cooling water supply means for supplying cooling water to the cooling water passage of the fuel cell, and sealing the fuel gas passage and the oxidant gas passage in an inert gas atmosphere; The fuel cell power generator according to claim 1, wherein the battery is cooled to a predetermined temperature by the cooling water. 前記原料ガスを前記燃料生成手段に供給する原料ガス供給手段を備え、前記不活性ガスは、前記原料ガス供給手段から供給された原料ガスである請求項2記載の燃料電池発電装置。   3. The fuel cell power generator according to claim 2, further comprising a source gas supply unit that supplies the source gas to the fuel generation unit, wherein the inert gas is a source gas supplied from the source gas supply unit. 前記原料ガス供給手段はガス清浄部を備え、前記燃料電池の停止の際に、前記ガス清浄部によって前記原料ガス中に含有するイオウ成分を除去した後、前記原料ガスが前記不活性ガスとして使用される請求項3記載の燃料電池発電装置。   The source gas supply means includes a gas cleaning unit, and when the fuel cell is stopped, the source gas is used as the inert gas after the sulfur component contained in the source gas is removed by the gas cleaning unit. The fuel cell power generator according to claim 3. 前記燃料ガス流路の入口を開閉する燃料ガス入口開閉手段と、前記燃料ガス流路の出口を開閉する燃料ガス出口開閉手段と、前記燃料ガス流路から流出するガスの露点を測定する露点測定手段と、制御手段とを備え、前記制御手段は、前記燃料電池の停止の際に、前記燃料ガス入口開閉手段および前記燃料ガス出口開閉手段を開栓状態にして、前記入口から前記原料ガスを供給することによって前記原料ガスを前記加湿した燃料ガスと共に置換処理済ガスとして前記出口から排出する一方、前記露点測定手段により測定された前記置換処理済ガスの露点に基づいて前記原料ガスによって前記燃料ガスを置換したか否かを判定する請求項3記載の燃料電池発電装置。   Fuel gas inlet opening / closing means for opening / closing the inlet of the fuel gas flow path, fuel gas outlet opening / closing means for opening / closing the outlet of the fuel gas flow path, and dew point measurement for measuring the dew point of the gas flowing out from the fuel gas flow path Means and a control means, and when the fuel cell is stopped, the control means opens the fuel gas inlet opening / closing means and the fuel gas outlet opening / closing means to open the fuel gas from the inlet. The supply gas discharges the raw material gas together with the humidified fuel gas as a replacement processed gas from the outlet, while the fuel is supplied by the raw material gas based on the dew point of the replacement processed gas measured by the dew point measuring means. The fuel cell power generator according to claim 3, wherein it is determined whether or not the gas is replaced. 前記制御手段は、前記原料ガスによって前記燃料ガスが置換されたと判定した後、前記燃料ガス入口開閉手段と前記燃料ガス出口開閉手段とを閉栓状態にする請求項5記載の燃料電池発電装置。   6. The fuel cell power generator according to claim 5, wherein after the control means determines that the fuel gas is replaced by the raw material gas, the fuel gas inlet opening / closing means and the fuel gas outlet opening / closing means are closed. 前記酸化剤ガス流路の入口を開閉する酸化剤ガス入口開閉手段と、前記酸化剤ガス流路の出口を開閉する酸化剤ガス出口開閉手段と、前記酸化剤ガス流路から流出するガスの露点を測定する露点測定手段と、制御手段とを備え、前記制御手段は、前記燃料電池の停止の際に、前記酸化剤ガス入口開閉手段および前記酸化剤ガス出口開閉手段を開栓状態にして、前記入口から前記原料ガスを供給することによって前記原料ガスを前記加湿した酸化剤ガスと共に置換処理済ガスとして前記出口から排出する一方、前記露点測定手段により測定された前記置換処理済ガスの露点に基づいて前記原料ガスによって前記酸化剤ガスを置換したか否かを判定する請求項3記載の燃料電池発電装置。   Oxidant gas inlet opening / closing means for opening / closing the inlet of the oxidant gas flow path, oxidant gas outlet opening / closing means for opening / closing the outlet of the oxidant gas flow path, and dew point of gas flowing out from the oxidant gas flow path A dew point measuring means for measuring the fuel cell, and a control means, wherein the control means opens the oxidant gas inlet opening and closing means and the oxidant gas outlet opening and closing means when the fuel cell is stopped, By supplying the source gas from the inlet, the source gas is discharged from the outlet as a replacement-treated gas together with the humidified oxidant gas, while the dew point of the replacement-treated gas measured by the dew point measuring means is 4. The fuel cell power generator according to claim 3, wherein it is determined whether or not the oxidant gas is replaced with the raw material gas. 前記制御手段は、前記原料ガスによって前記酸化剤ガスが置換されたと判定した後、前記酸化剤ガス入口開閉手段と前記酸化剤ガス出口開閉手段とを閉栓状態にする請求項7記載の燃料電池発電装置。   8. The fuel cell power generation according to claim 7, wherein the control means sets the oxidant gas inlet opening / closing means and the oxidant gas outlet opening / closing means to a closed state after determining that the oxidant gas is replaced by the source gas. apparatus.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010007759A1 (en) * 2008-07-14 2010-01-21 パナソニック株式会社 Fuel cell system
JP2010262808A (en) * 2009-05-01 2010-11-18 Toyota Motor Corp Fuel cell system and method for controlling the same
WO2011122019A1 (en) * 2010-03-30 2011-10-06 パナソニック株式会社 Fuel cell system and method for driving same
WO2012017474A1 (en) * 2010-08-02 2012-02-09 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62190660A (en) * 1986-02-17 1987-08-20 Mitsubishi Electric Corp Suspending method for fuel cell power generating plant
JPH08190929A (en) * 1995-01-10 1996-07-23 Toshiba Corp Fuel cell power generating plant
JP2002208422A (en) * 2001-01-09 2002-07-26 Denso Corp Fuel cell system
JP2003288930A (en) * 2002-03-28 2003-10-10 Ebara Ballard Corp Fuel treatment device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62190660A (en) * 1986-02-17 1987-08-20 Mitsubishi Electric Corp Suspending method for fuel cell power generating plant
JPH08190929A (en) * 1995-01-10 1996-07-23 Toshiba Corp Fuel cell power generating plant
JP2002208422A (en) * 2001-01-09 2002-07-26 Denso Corp Fuel cell system
JP2003288930A (en) * 2002-03-28 2003-10-10 Ebara Ballard Corp Fuel treatment device

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010007759A1 (en) * 2008-07-14 2010-01-21 パナソニック株式会社 Fuel cell system
JPWO2010007759A1 (en) * 2008-07-14 2012-01-05 パナソニック株式会社 Fuel cell system
JP2010262808A (en) * 2009-05-01 2010-11-18 Toyota Motor Corp Fuel cell system and method for controlling the same
WO2011122019A1 (en) * 2010-03-30 2011-10-06 パナソニック株式会社 Fuel cell system and method for driving same
JP5049413B2 (en) * 2010-03-30 2012-10-17 パナソニック株式会社 Fuel cell system and operation method thereof
WO2012017474A1 (en) * 2010-08-02 2012-02-09 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP5333575B2 (en) * 2010-08-02 2013-11-06 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
KR101383682B1 (en) * 2010-08-02 2014-04-09 도요타 지도샤(주) Fuel cell system
US8895200B2 (en) 2010-08-02 2014-11-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system

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