JP2019523539A5

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Publication number: JP2019523539A5
Application number: JP2019505497A
Authority: JP
Filing date: 2017-08-02
Publication date: 2020-07-30
Anticipated expiration: 2037-08-02

Description

これにより、必要な場合（即ち、アノード温度条件からニッケルテトラカルボニルが形成され得る場合）にのみパージング処理が実行されることとなり、関係する気体及び／又はエネルギの使用（即ち、気体送出装置の動作）を最小化、回避し得るという効果を奏する。

本方法の別の好適な実施形態にあっては、第１限界温度Ｔ_１は、少なくとも大部分において、分解温度以上又はニッケルテトラカルボニル（Ni(CO)₄）が形成される上限温度であり、かつ／又は第２限界温度Ｔ_２は、少なくとも大部分において、ニッケルテトラカルボニル（Ni(CO)₄）が形成される下限温度以下である。

本発明の別の態様は、カソードを有する燃料電池装置を備えた発電ユニットに関する。当該発電ユニットは、燃料電池装置と、気体供給路と、少なくとも一つのアノード温度センサと、気体送出装置と、制御装置とを備える。燃料電池装置は、カソード室内の少なくとも一部、具体的には大部分あるいは全てに配置されたカソードと、燃料電池装置のアノード室内の少なくとも一部、具体的には大部分あるいは全てに配置されたアノードとを有する。気体供給路は、その上流端がアノード室の入口側に接続され、気体を、アノード室の出口側に接続されたガス排出路に送り出す。気体送出装置は、気体供給路の上流領域に接続される。制御装置は、特に冷却処理時、具体的には、切換装置（８１０）による発電ユニットのシャットダウン後、少なくともアノード（１２２）のアノード温度を監視するために設けられ、アノード温度が第１限界温度Ｔ_１よりも高い場合にアノード室から一酸化炭素が流れ出るのを防ぐと共に、アノード温度が第１限界温度Ｔ_１よりも低下した場合にアノード室（１２０）から一酸化炭素を少なくとも部分的に除去する。

本発明において「気体送出装置（gas delivery device）」とは、気体、特にパージガスを提供、より具体的には、パージガスを貯留及び／又は提供及び／又は準備（特に、当該パージガスをフィルタリング）等するための装置を意味する。本発明における気体送出装置の例として、ガスタンク、バルブ、駆動装置（特にファン）、及び／又はフィルタ及び／又はインテークマニフォールドあるいはこれらの組合せが挙げられる。

別の好適な実施形態にあっては、気体送出装置は、カソード室に気体を供給するために設けられる。これにより、予めカソード側に設けられていた気体送出装置をアノード側のために用いることも可能となる。したがって、アノード側に構成要素（具体的には、気体送出装置）を追加することを避けることができる。

別の好適な実施形態にあっては、発電ユニットは、さらにバイバス路と追加の制御装置を備える。バイバス路は、気体送出装置と燃料電池装置とを接続して、バルブ（特に可変バルブ）を介して気体を送出する。追加の制御装置は、当該バイパス路のバルブを制御する。

発電ユニット１のシャットダウン手順について：
消費部８００において電力が必要なくなると、制御ユニット８１０が遮断され、その結果、カソードとアノードの回路接続が確保される。そして上記した酸化還元反応が止まる。実施例に応じ、動作温度が６００℃から１０００℃の範囲となるアノード１２２は、アノード、特にアノード１２２の表面（より正確には、ニッケルを含有するアノードの領域）の温度を検出するアノード温度センサ１２４によって監視される。アノード温度センサ１２４と電気的に接続された制御ユニット７００、制御ユニット８１０、及び追加バルブ２２０は、制御ユニット８１０が開放されると（即ち、冷却処理中）、アノード温度を監視する。アノード温度が第１限界温度Ｔ_１を下回ると、少なくとも一部の、具体的には少なくとも大部分、あるいは全ての一酸化炭素がアノード室１２０から除去される。図１に係る実施例にあっては、かかる処理は、バルブ２１０が閉じており、追加バルブ２２０が開放されている場合、即ち、気体供給路２３０を介してアノード室１２０に空気が供給されることによって実行される。この一酸化炭素の少なくとも部分的な除去処理は、アノード温度が第２限界温度Ｔ_２を下回り、かつ／あるいはアノード室１２０から一酸化炭素が少なくとも部分的に除去されると終了する。なお、限界温度Ｔ_１、Ｔ_２は、ニッケルテトラカルボニル（Ni(CO)₄）の分解温度及び／又は形成温度に基づく。アノード室から除去された気体や気体送出装置２００からの導入・過剰ガスは、気体供給路６００を介して燃料電池装置１００から排出される。

１００燃料電池装置
１１０膜
１２０アノード室
１２０ａアノード室入口側
１２０ｂアノード室出口側
１２２アノード
１２４アノード温度センサ
１３０カソード室
１３０ａカソード室入口側
１３０ｂカソード室出口側
１３２カソード
２００ガス送出装置
２１０バルブ
２２０追加バルブ
２３０気体供給路
２３０ａ拡張気体供給路
３００改質器
４００燃料貯留部
５００気体供給路
６００気体排出路
７００制御装置
８００消費部
８１０制御ユニット

Claims

燃料電池装置を備える発電ユニットのシャットダウン方法であって、
（ａ）制御ユニットを介して現在の発電をシャットダウンする工程と、
（ｂ）冷却処理中に、前記燃料電池装置のアノードの少なくともアノード温度を検出する工程と、
（ｃ）前記アノード温度が第１限界温度Ｔ_１を超える場合、少なくとも部分的に前記アノードが配置されたアノード室から一酸化炭素が漏出するのを阻止する工程と、
（ｄ）前記アノード温度が前記第１限界温度Ｔ_１を下回ると、一酸化炭素を前記アノード室から少なくとも部分的に除去する工程と、
を有することを特徴とする。
請求項１に記載の方法であって、一酸化炭素を前記アノード室から少なくとも部分的に除去する前記工程は、前記アノード温度がＴ_１よりも低い温度に設定されたＴ_２とＴ_１の間の範囲にある場合に実行されることを特徴とする。
請求項１又は２に記載の方法であって、さらに、
（ｅ）前記アノード温度が、前記アノード温度がＴ_１よりも低い温度に設定された第２限界温度Ｔ_２を下回ると共に／又は前記一酸化炭素が前記アノード室から少なくとも部分的に除去されると、前記一酸化炭素の少なくとも部分的な除去を停止する工程、
を有することを特徴とする。
請求項１から３のいずれかに記載の方法であって、前記第１限界温度Ｔ_１は、少なくとも大部分において分解温度以上又はニッケルテトラカルボニル（Ni(CO)₄）が形成される上限温度であり、かつ／あるいは、前記第２限界温度Ｔ_２は、少なくとも大部分においてニッケルテトラカルボニル（Ni(CO)₄）が形成される下限温度以下であることを特徴とする。
請求項１から４のいずれかに記載の方法であって、前記第１限界温度Ｔ_１は、少なくとも大部分において酸化ニッケルが形成される下限温度以下であり、かつ／あるいは、前記第２限界温度Ｔ_２は、少なくとも大部分において分解温度以下又はニッケルテトラカルボニル（Ni(CO)₄）が形成される上限温度若しくは下限温度であることを特徴とする。
請求項１から５のいずれかに記載の方法であって、前記第１限界温度Ｔ_１は、４００℃未満及び／又は２５０℃より高く、かつ／あるいは、前記第２限界温度Ｔ_２は、１２５℃未満及び／又は５０℃より高いことを特徴とする。
請求項１から６のいずれかに記載の方法であって、前記少なくとも部分的に除去する工程は、（ｂ３）入口側の前記アノード温度がＴ_１より高く出口側の前記アノード温度がＴ_２より低い場合に他の気体を少なくとも前記アノードの周辺領域に導入する工程によって、前記アノード室の排気及び／又は前記アノード室の一酸化炭素を前記他の気体によって置換することを含むことを特徴とする。
請求項７に記載の方法であって、前記他の気体は、窒素及び／又は水素及び／又は酸素及び／又は大気を有することを特徴とする。
請求項７又は８に記載の方法であって、前記他の気体は、改質器から一酸化炭素を少なくとも一部除去するために、前記改質器及び／又は流れ方向において前記改質器の前に導入されることを特徴とする。
請求項１から９のいずれかに記載の方法であって、前記工程（ｂ）は、
（ｂ１）入口側アノード温度を検出する工程と、
（ｂ２）出口側アノード温度を検出する工程と、
を有することを特徴とする。
発電ユニットであって、
カソード及びアノードを有する燃料電池装置であって、前記カソードが、前記燃料電池装置のカソード室の少なくとも一部に配置され、前記アノードが、前記燃料電池装置のアノード室の少なくとも一部に配置された燃料電池装置と、
下流端部が前記アノード室の入口側に接続された気体供給路と、
前記アノード室の出口側に接続されて気体を送出する気体排出路と、
少なくとも一つのアノード温度センサと、
前記気体供給路の上流領域に接続されて気体を送出する気体送出装置と、
制御ユニットを介した現在の発電のシャットダウンの後、前記アノードの少なくとも一つのアノード温度を、冷却処理中に検出し、前記アノード温度が第１限界温度Ｔ_１より高い場合、前記アノード室からの一酸化炭素の漏出を阻止し、前記アノード温度が前記第１限界温度Ｔ_１を下回った場合、前記アノード室から一酸化炭素を少なくとも一部除去する制御装置と、
を備えることを特徴とする。
請求項１１に記載の発電ユニットであって、前記気体送出装置は、ファンを有することを特徴とする。
請求項１１又は１２に記載の発電ユニットであって、前記気体送出装置は追加的に設けられ、前記カソード室に気体を提供するために設けられることを特徴とする。
請求項１１から１３のいずれかに記載の発電ユニットであって、前記発電ユニットは、請求項１から１０のいずれかに記載の方法を実行するために設けられることを特徴とする。
請求項１１から１４のいずれかに記載の発電ユニットであって、さらに、
前記気体送出装置を、バルブを介して前記燃料電池装置に接続して気体を送出するバイパス路と、
前記バイパス路の前記バルブを駆動する別の制御装置と、
を備えることを特徴とする。
請求項１１から１５のいずれかに記載の発電ユニットを備える車両。
請求項１６に記載の車両であって、さらに、燃料を提供する燃料貯留部を備え、
前記燃料は、少なくとも一部が前記燃料電池の動作のための蓄えとして供給されることを特徴とする。
請求項１１から１５のいずれかに記載の発電ユニットの用途であって、該発電ユニットは、前記発電ユニットのシャットダウン中に、少なくとも大部分において、ニッケルテトラカルボニル（Ni(CO)₄）の形成を低減し、及び／又は、前記発電ユニットのシャットダウン中に、少なくとも大部分において、アノードの酸化を低減する燃料電池を有する。