JP2007533084A - 蒸気パージによる燃料電池の停止 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、固体酸化物燃料電池スタックを蒸気パージする方法及び機器に関する。蒸気パージを用いるSOFCスタックのパージは、物理的洗浄効果を有し、アノード区域から一酸化炭素含有改質ガソリン及び遊離酸素ガスを除去し、それによって酸化ニッケル又はニッケルカルボニル形成の可能性を低減する。
【選択図】図3
Description
従って、SOFCシステム停止中に、ニッケルを含有するアノードを酸化から保護し、かつニッケルカルボニルが形成されないことを保証するために一酸化炭素含有ガスが230℃未満でアノードと接触することを防止することが必要である。現在、アノードを保護し、かつアノード周囲の還元性雰囲気を促進するいくつかの手法が使用されている。
代替的に、SOFCは、あらゆる酸化性ガスがシステムに入るのを防止するために密封することができる。この後者の手法は、密封シール及びバルブを必要とし、これは、達成することが技術的に非常に困難であり、複合的で経費のかかる技術が要求される。
従って、停止中又はアノードの酸化が発生する場合がある他の条件の間にニッケルカルボニルの形成を防止又は最小にし、かつ電池に対する損傷を防止又は最小にする停止方法及びシステムに対する必要性が当業技術に存在する。
1つの態様において、本発明は、改質装置を含む燃料送出サブシステムと、空気送出サブシステムと、蒸気パージ・サブシステムとを含む固体酸化物燃料電池スタックを含むことができ、蒸気パージ・サブシステムは、(a)改質装置から上流で燃料送出サブシステムに接続した水チャンバ又は水供給源、(b)水チャンバ又は水供給源から燃料送出サブシステム内への水の流れを制御するバルブ手段、及び(c)バルブ手段を作動させるための制御手段を含む。
別の態様において、本発明は、燃料送出サブシステムと空気送出サブシステムとを有する固体酸化物燃料電池スタックを停止する方法を含むことができ、本方法は、蒸気で燃料送出サブシステムをパージする段階を含む。
ここで、添付の簡略化した図解的で縮尺通りではない図面を参照して、例示的な実施形態により本発明を以下に説明する。
システムの停止の必要性は、定期保守、給油の喪失、制御の喪失のようなことのための計画的停止、及び臨界電力負荷の喪失のような緊急事態を含むいくつかの理由で発生するであろう。給油の喪失は、他の理由もあるが、例えば、給油源の喪失、施設燃料送出ハードウエアの故障又はアラーム状態、又は製品燃料送出サブシステムの故障のために発生すると考えられる。
スタックの正常の作動条件の下で、燃料送出サブシステムは、天然ガス−蒸気改質ガソリンを提供し、これは、アノードでの電気化学的反応を駆動する燃料として使用される。下表は、蒸気対炭素モル比率2.6での典型的なアノード供給組成物(完全に改質された天然ガスとして示す)を表している。
従って、計画的又は計画外のいずれであるかによらずあらゆる停止手順に対して、高温での酸化及び低温での一酸化炭素への露出からアノードを保護することが重要である。ニッケルアノードの反応性の性質は、SOFC停止の場合における重要な全体的な安全問題を引き起こす。
燃料の突然の損失によって特徴付けられるシナリオにおいても、遅延した蒸気パージを実施することができる。この場合もまた、スタックは、処理空気を用いて冷却することができ、アノード酸化の顕著な即時危険性はない。蒸気パージは、スタックの通常の作動温度よりも低いある一定の温度に達した時に開始することができる。しかし、密封部の漏れ及びシステムを通過する逆流のために、アノードでの酸素の分圧が増加し始める可能性があるので、蒸気パージを開始する前にあまり長く待つことは好ましくない。
スタックの緊急の停止は、多くの異なるシナリオにおいて要求されるであろう。例えば、電力損失は、コントローラ作動の喪失をもたらす場合がある。スタック近傍の漏れ検出システムが天然ガスを検出する場合もある。緊急停止は、オペレータによって作動させることができ、又はあらゆる異常事態に応答する安全システムによって作動させることができる。
本発明の蒸気パージは、アノードを保護する他の方法又は他のパージガスと組み合わせることができる。例えば、蒸気パージは、窒素パージシステムを補うことができ、又はこれと組み合わせることができる。
32 プランジャ
34 コイルバネ
36 ソレノイドバルブ
Claims (10)
- 燃料送出サブシステムと空気送出システムとを有する固体酸化物燃料電池スタックを停止する方法であって、
燃料送出サブシステムを蒸気でパージする段階、
を含むことを特徴とする方法。 - 蒸気でパージする前に前記スタックを冷却するか又は該スタックを自然に冷却させる段階を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記固体酸化物燃料電池スタックは、蒸気でパージする前に約350℃未満であるが約230℃を超える作動温度まで冷却されることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記固体酸化物燃料電池スタックは、前記空気送出サブシステムを通る処理空気で冷却されることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記燃料送出サブシステムは、蒸気改質装置を含み、前記蒸気パージは、該蒸気改質装置よりも上流で該燃料送出システムの中に水を注入することによって開始されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 改質装置を含む燃料送出サブシステムと、空気送出サブシステムと、蒸気パージ・サブシステムとを有する固体酸化物燃料電池スタックであって、
(a)改質装置から上流で燃料送出サブシステムに接続した水チャンバ又は水供給源と、
(b)前記水チャンバ又は水供給源から前記燃料送出サブシステム内への水の流れを制御するためのバルブ手段と、
(c)前記バルブ手段を作動させるための制御手段と、
を含むことを特徴とするスタック。 - 前記水チャンバは、前記水チャンバ内の水を加圧するための手段を含むことを特徴とする請求項6に記載の機器。
- 前記バルブ手段は、電源に接続したソレノイドバルブを含み、
前記ソレノイドバルブは、該ソレノイドへの電力が中断した時に開く、
ことを特徴とする請求項7に記載の機器。 - 前記加圧手段は、バネで付勢されたプランジャを含むことを特徴とする請求項7に記載の機器。
- 前記加圧手段は、膨張可能な弾性水袋を含むことを特徴とする請求項7に記載の機器。
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