JP2008210697A - 燃料電池発電システムの停止保管方法およびプログラム並びに燃料電池発電システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池スタック1を外部負荷5から固定抵抗7に切り替えた後、酸化剤極入口補助バルブ6eを閉止し、セル1Bの単電池電圧を低下させる。そして、セル1Bの平均単電池電圧が0.1V近傍まで低下した時点で、酸化剤供給ライン13に設けた酸化剤極入口バルブ6cを閉止して、その他のセル1Aの酸化剤極1bに関しても空気の供給を停止する。
【選択図】図1
Description
以下、本発明の代表的な実施形態について図1〜図5を参照して説明する。図1は本発明による燃料電池発電システムの構成図であり、図中の実線はガス配管の結線図、破線は電気配線の結線図をそれぞれ示している。なお、図1において図6に示した従来の燃料電池発電システムと同一の構成部材に関しては、同一符号を付して説明は省略する。
図1に示すように、本実施形態の燃料電池スタック1には、電気制御装置3を介して固定抵抗7が外部負荷5と切り替え可能に接続されている。また、酸化剤供給ライン13は分岐されており、燃料電池スタック1の内、半数のセル(図1ではセル1B)の酸化剤極1bへの酸化剤供給ライン13側に、酸化剤極入口補助バルブ6eが取り付けられている。なお、システム制御装置10は、本発明による停止保管用に特化したプログラムを記憶させたマイコンにより実現されている。
続いて、図2のフローチャートを用いて、本実施形態の停止保管に関する発電停止操作手順を説明する。燃料電池発電システムの発電中に発電停止指令がなされた場合には、まず燃料電池スタック1を外部負荷5から固定抵抗7に切り替える(ST101)。その後、酸化剤極入口補助バルブ6eを閉止し(ST102)、セル1Bの単電池電圧を低下させる。
他方、本実施形態に係る発電システムの停止保管中に、起動指令がなされた場合の操作について、図3のフローチャートを用いて説明する。すなわち、燃料極入口および出口バルブ6aおよび6bを開き(ST201)、改質ガスの供給を開始(ST202)した後、酸化剤極1bの出入口バルブおよび補助バルブ6c〜6eを開いて(ST203)、酸化剤として空気を酸化剤極1bに供給する(ST204)。そして、燃料電池スタック1の平均セル電圧が0.9Vに到達した後(ST205のYES)、燃料電池スタック1に対する接続を固定抵抗7から外部負荷5に切り替えて(ST206)、発電を開始する。
次に、上記構成の燃料電池発電システムの作用を説明する(図4のタイムチャート参照)。図4のタイミングチャートでは、システム制御装置10からシステム各部への制御指令のタイミングおよび燃料電池スタック1のスタック電圧、スタック電流の時間的な変化を示している。
(化1)
1/2O2+2H++2e− → H2O
(化2)
2H++2e− → H2
続いて、本実施形態の効果に関して、図5のグラフを参照して説明する。図5は、本実施形態の燃料電池発電システムについて、燃料電池スタックを構成する酸化剤極触媒の有効表面積の変化を、サイクル試験後の燃料極触媒有効表面積の初期に対する比として(つまり初期値を100%として)、それぞれ示したものである。図5のグラフは、12時間の発電と12時間の停止保管を1サイクルとした起動停止サイクルを60回実施したときのデータである。なお、本実施形態では電池起動停止前後の窒素等の不活性ガスによるパージは省略した。
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内であれば、他にも多種多様な変形例が実施可能である。例えば、上記実施形態では、外部負荷5から固定抵抗7への切り替え後、酸化剤極1bの電圧値を0.1V近傍まで低下させてから、完全に酸化剤ラインを閉止しているが、このときの一部セルの起電力の電圧値は、適宜選択可能である。また、酸化剤極入口補助バルブ6eの閉止によって空気供給を停止するセル数等は適宜変更可能である。
1A、1B…セル
1a…燃料極
1b…酸化剤極
2…改質装置
3…電気制御装置
4…空気ブロワ
5…外部負荷
6a…燃料極入口バルブ
6b…燃料極出口バルブ
6c…酸化剤極入口バルブ
6d…酸化剤極出口バルブ
6e…酸化剤入口補助バルブ
7…固定抵抗
10…システム制御装置
11…燃料供給ライン11
12…燃料排出ライン
13…酸化剤供給ライン
14…酸化剤排出ライン
Claims (4)
- 電解質を挟んで配置した燃料極と酸化剤極とを有するセルを複数積層して構成される燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに燃料および酸化剤をそれぞれ供給する燃料供給ラインおよび酸化剤供給ラインと、前記燃料電池スタックから燃料および酸化剤をそれぞれ排出する燃料排出ラインおよび酸化剤排出ラインを備えた燃料電池発電システムの発電停止および停止保管を行う燃料電池発電システムの停止保管方法において、
前記燃料電池発電システムの発電停止過程で、
前記燃料電池スタックを固定抵抗に接続する固定抵抗接続操作と、
前記酸化剤供給ラインにおける前記燃料電池スタックへの酸化剤供給量を絞って一部のセルの起電力を所定の電圧値まで低下させる起電力低下操作と、
前記起電力低下操作の後、前記酸化剤供給ラインおよび前記酸化剤排出ラインを閉止する酸化剤ライン閉止操作と、
すべてのセルの起電力を0V近傍まで低下させた後に前記燃料供給ラインおよび前記燃料排出ラインを閉止する燃料ライン閉止操作を行うことを特徴とする燃料電池発電システムの停止保管方法。 - 前記酸化剤供給ラインを分岐して一方にバルブを設けておき、
前記起電力低下操作では、前記バルブを閉めることにより一部のセルに対する酸化剤の供給を停止する操作を行うことを特徴とする請求項1記載の燃料電池システムの停止保管方法。 - 電解質を挟んで配置した燃料極と酸化剤極とを有するセルを複数積層して構成される燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに燃料および酸化剤をそれぞれ供給する燃料供給ラインおよび酸化剤供給ラインと、前記燃料電池スタックから燃料および酸化剤をそれぞれ排出する燃料排出ラインおよび酸化剤排出ラインを備えた燃料電池発電システムに関し、コンピュータを利用して前記燃料電池発電システムの停止保管操作をコンピュータに実現させる燃料電池発電システムの停止保管プログラムにおいて、
コンピュータを利用することにより、前記燃料電池スタックを固定抵抗に接続する固定抵抗接続機能と、
前記酸化剤供給ラインにおける前記燃料電池スタックへの酸化剤供給量を絞って一部のセルの起電力を所定の電圧値まで低下させる起電力低下機能と、
前記起電力低下ステップの後、前記酸化剤供給ラインおよび前記酸化剤排出ラインを閉止する酸化剤ライン閉止機能と、
すべてのセルの起電力を0V近傍まで低下させた後に前記燃料供給ラインおよび前記燃料排出ラインを閉止する燃料ライン閉止機能、をコンピュータに実現させることを特徴とする燃料電池発電システムの停止保管プログラム。 - 電解質を挟んで配置した燃料極と酸化剤極とを有するセルを複数積層して構成される燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに燃料および酸化剤をそれぞれ供給する燃料供給ラインおよび酸化剤供給ラインと、前記燃料電池スタックから燃料および酸化剤をそれぞれ排出する燃料排出ラインおよび酸化剤排出ラインを備えた燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池スタックを固定抵抗に接続する固定抵抗接続手段と、
前記酸化剤供給ラインにおける前記燃料電池スタックへの酸化剤供給量を絞って一部のセルの起電力を所定の電圧値まで低下させる起電力低下手段と、
前記起電力低下ステップの後、前記酸化剤供給ラインおよび前記酸化剤排出ラインを閉止する酸化剤ライン閉止手段と、
すべてのセルの起電力を0V近傍まで低下させた後に前記燃料供給ラインおよび前記燃料排出ラインを閉止する燃料ライン閉止手段が設けられたことを特徴とする燃料電池発電システム。
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