JP2527029B2 - 加圧型燃料電池の不活性ガスパ―ジ装置 - Google Patents

加圧型燃料電池の不活性ガスパ―ジ装置

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JP2527029B2 JP1065546A JP6554689A JP2527029B2 JP 2527029 B2 JP2527029 B2 JP 2527029B2 JP 1065546 A JP1065546 A JP 1065546A JP 6554689 A JP6554689 A JP 6554689A JP 2527029 B2 JP2527029 B2 JP 2527029B2
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料電池内にある反応ガスを不活性ガスで
パージして不活性ガスと置換する加圧型燃料電池の不活
性ガスパージ装置に関する。
〔従来の技術〕
燃料電池を不活性ガスとしての窒素ガスが充填された
圧力容器内に設置し、窒素ガスの圧力を、燃料電池の構
造強度と反応ガスである燃料ガスと酸化剤ガスとの燃料
電池外への漏洩防止との点から反応ガスの圧力よりも若
干高くしている加圧型燃料電池が知られている。ところ
で、燃料電池の発電停止時、燃料電池に残留する反応ガ
スは燃料電池等に悪影響を与えるので、窒素ガスにより
系外にパージし、燃料電池内を窒素ガスと置換してお
り、前記加圧型燃料電池においては圧力容器内の窒素ガ
スまたは外部からの窒素ガスによりパージが行なわれて
いる。以下従来技術について図面を用いて説明する。
第2図は圧力容器内の窒素ガスによりパージが行なわ
れる加圧型燃料電池の断面図である。図において1は複
数の単電池を積層してなるブロックセルであり、その対
向する側面の一方に燃料ガスの供給マニホールド2、他
方に排出マニホールド3が取付けられている。またこの
対向する側面と異なる対向する側面にはそれぞれ図示し
ない酸化剤ガスとしての空気の供給マニホールドと排出
マニホールドが取付けられている。4はセルスタックで
あり、燃料ガスと空気との供給,排出マニホールドを備
えたブロックセル1を複数積み重ねて構成され、圧力容
器5の中に設置されている。なお、圧力容器5には窒素
ガスがセルスタック4に供給する燃料ガスと空気とのい
ずれかの圧力よりも若干高くして充填されている。
6は燃料ガス供給管であり、入口弁7を備えて外部か
ら圧力容器5を貫通してブロックセル1の各供給マニホ
ールド2に開口している。8は燃料ガス排出管であり、
外部から圧力容器5を貫通してブロックセル1の各排出
マニホールド3に開口している。なお、空気の供給管,
排出管も燃料ガスのものと同じ要領で設けられている。
9は窒素ガス供給管であり、圧力容器5の底板を貫通
し、窒素ガス供給弁10を備えて燃料ガスの供給管6の入
口弁7の出口部に接続されている。またこの窒素ガス供
給管は空気の供給管にも燃料ガスのものと同じ要領で設
けられている。
このような構成により燃料電池の発電停止時、燃料ガ
スの入口弁7と図示しない空気の入口弁を閉にして燃料
ガスと空気の供給を停止した後、窒素ガス供給弁10を開
にする。この供給弁10の開により反応ガスの圧力より高
い窒素ガスが圧力容器5内から窒素ガス供給管9を経て
燃料ガス供給管6に供給される。この燃料ガス供給管6
に供給された窒素ガスは各ブロックセル1の供給マニホ
ールド2を介して各ブロックセル1内の単電池を流れた
後、排出マニホールド3に集められて燃料ガス排出管8
から外部に排出される。この際供給管6,各ブロックセル
1,排出管8等に残留する燃料ガスはパージされ窒素ガス
に置換される。この場合窒素ガスは燃料ガス供給管6内
の残留燃料ガスを押し上げながらセルスタック4の一番
下のブロックセル1の部分より窒素ガスによるパージが
行なわれ、次第に上方のブロックセル1へと窒素ガスに
よるパージが進むことになる。
一方空気側の供給管,ブロックセル,排出管に残留し
ている空気も燃料ガスと同様の過程でパージされ、窒素
ガスに置換される。
〔発明が解決しようとする課題〕
大容量燃料電池におけるようにブロックセルを多数積
み重ね、数百の単電池を積層するセルスタックの燃料ガ
ス側と空気側との窒素ガスによるパージ、特に燃料ガス
側のパージでは前述のようにセルスタックの下部から上
部に向かって窒素ガスによるパージが進められるが、燃
料ガスが窒素ガスより軽く、かつ燃料ガスの供給管に残
留している多量の燃料ガスが窒素ガスにより上部の単電
池部に押し上げられるので、上部の単電池は下部のもの
に比べて窒素ガスによるパージがなかなか進まなくな
る。したがってセルスタックの下部の単電池の電位は比
較的早く低くなるが、上部の単電池は残留燃料ガスによ
り高電位高温度状態が長時間続くことになり、電池特性
が低下するという問題がある。また燃料ガスの供給管内
の残留燃料ガスはすべてセルスタックを経由して窒素ガ
スによりパージされるので、パージに時間がかかるとい
う問題もある。
本発明の目的は、加圧型燃料電池において発電停止時
燃料電池内に残留している燃料ガスと酸化剤ガスとのう
ち特に燃料ガスを不活性ガスによりパージして不活性ガ
スとの置換をセルスタックの積層高さにわたってほぼ同
時,同等に、かつ短時間で行なうことのできる加圧型燃
料電池の不活性ガスパージ装置を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するために、本発明によれば燃料ガス
と酸化剤ガスとがそれぞれ入口弁を備えた供給管と排出
管とを経て供給マニホールドと排出マニホールドとを介
して供給,排出されるブロックセルを複数積層してなる
セルスタックを有する燃料電池を、前記燃料ガスと酸化
剤ガスのいずれの圧力より高い圧力の不活性ガスが充填
された圧力容器内に設置してなる加圧型燃料電池におい
て、前記燃料ガスと酸化剤ガスとの各ブロックセルのそ
れぞれの供給マニホールドに接続し、他端は圧力容器内
に開口し、ガス供給弁を備えたガス供給管と、燃料ガス
と酸化剤ガスとの供給管の前記入口弁出口部に接続して
それぞれガス排出弁を備え、各供給管内の燃料ガスと酸
化剤ガスを排出するガス排出管とからなる燃料ガス側と
酸化剤ガス側の構成のうち少なくとも燃料ガス側の構成
を備えるものとする。
〔作用〕
セルスタックを構成する複数の単電池を積層してなる
ブロックセルの燃料ガスと酸化剤ガスとの各供給マニホ
ールドに接続し、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力より高い
圧力の不活性ガスが充填された圧力容器内に開口するガ
ス供給弁を備えたガス供給管と、燃料ガスと酸化剤ガス
との供給管の入口弁の出口部にガス排出弁を備えたガス
排出管とからなる燃料ガス側と酸化剤ガス側との構成の
うち少なくとも燃料ガス側の構成を設けることにより、
燃料電池発電停止時、燃料ガスの入口弁を閉にして燃料
ガスの燃料電池への供給を停止しガス供給管のガス供給
弁とガス排出管のガス排出弁とを開にすると、圧力容器
内の不活性ガスはガス供給管に流入して各ブロックセル
の燃料ガスの供給マニホールドに同時,同等に流入して
供給マニホールドとブロックセル内に残留する燃料ガス
を燃料ガスの排出管を経てパージして不活性ガスに置換
する。一方、供給管内の残留燃料ガスは窒素ガスにより
ブロックセルを経ずにガス排出管からパージされ、不活
性ガスに置換される。したがって複数のブロックセルを
有して多数の単電池が積層されて積層高さが高いセルス
タックを有する燃料電池でも同時,同等に、かつ短時間
に不活性ガスにより燃料ガスをパージして不活性ガスに
置換することができ、セルスタックの上部等の一部の単
電池が高電位,高温になるということがなくなる。
なお、酸化剤ガス側についても上記燃料ガス側と同じ
ようにガス供給管とガス排出管を設けても前述と同じ作
用が得られる。
〔実施例〕
以下図面に基づいて本発明の実施例について説明す
る。第1図は本発明の実施例による不活性ガスパージ装
置を備えた加圧型燃料電池の断面図である。なお第1図
において第2図の従来例と同一部品には同じ符号を付
し、その説明を省略する。第1図におい第2図の従来例
と異なるのは、圧力容器5内に開口し、ガス供給弁11を
備え、分岐管13を介して各ブロックセル1の供給マニホ
ールド2に接続するガス供給管12と、燃料ガスの供給管
6の入口弁7の出口部と燃料ガスの排出管8とに接続
し、ガス排出弁14を備えたガス排出管15を設け、また図
示しないが同様に酸化剤ガスの供給マニホールド,供給
管,排出管にガス供給管,ガス排出管を設けたことであ
る。
このような構成により、燃料電池の発電停止時、燃料
ガスの入口弁7を閉じ、ガス供給弁11とガス排出弁14と
を開にする。この状態にすると、燃料ガスの燃料電池へ
の供給が遮断されるとともに、圧力容器5内に充填され
ている窒素ガスは燃料ガスの供給マニホールド2の圧力
より通常数百mm水柱程度高い圧力に制御されているた
め、ガス供給管12を通り分岐管13を経て複数のブロック
セル1の各燃料ガスの供給マニホールド2内に供給され
る。この際、窒素ガスは複数のブロックセル1内の単電
池に残留している燃料ガスをほぼ同時,同等にパージ
し、このパージされる燃料ガスは燃料ガスの排出マニホ
ールド3に集められた後排出管8を経て外部に排出され
るとともに供給マニホールド2,ブロックセル1,排出マニ
ホールド3,排出管8は窒素ガスに置換される。
一方、供給マニホールド2に供給された窒素ガスは燃
料ガスの供給管6内の残留している燃料ガスをパージし
てガス排出管15,燃料ガスの排出管8を経て外部に排出
して、燃料ガスの供給管6は窒素ガスに置換される。
以上は燃料ガスの供給,排出系について述べたが、酸
化剤ガスの供給,排出系にも同様な方法により酸化剤ガ
スを窒素ガスに置換できる。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、燃
料ガス側と酸化剤ガス側のうち少なくとも燃料ガス側に
おいて、圧力容器内に開口してセルスタックの各ブロッ
クセルの燃料ガスの供給マニホールドにガス供給弁を備
えるガス供給管と、燃料ガスの供給管の入口弁出口部に
接続するガス排出弁を備えるガス排出管とを設けること
により、燃料電池発電停止時反応ガスの供給停止後ガス
供給弁、ガス排出弁を開にすれば、圧力容器内の窒素ガ
スはセルスタックの各ブロックセルの供給マニホールド
にほぼ同時に、かつ同等に流入して燃料ガスの供給管内
の残留した燃料ガスをブロックセルを経ずにパージし、
一方セルスタック内の残留した燃料ガスをパージし、こ
のためセルスタックの積層高さにわたってほぼ同時,同
等に、かつ短時間にパージして窒素ガスに置換できるの
で、発電停止時、セルスタックの上部の単電池あるいは
一部分の単電池だけが残留燃料ガスにより高電位,高温
状態に長時間曝されることがなくなり、電池特性の低下
を防止できる。なお、酸化剤ガス側に本発明を適用した
場合も同じ効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例による不活性ガスパージ装置を
備えた加圧型燃料電池の断面図、第2図は従来の不活性
ガスパージ装置を備えた加圧型燃料電池の断面図であ
る。 1:ブロックセル、2:燃料ガスの供給マニホールド、3:燃
料ガスの排出マニホールド、4:セルスタック、5:圧力容
器、6:燃料ガスの供給管、7:入口弁、8:燃料ガスの排出
管、11:ガス供給弁、12:ガス供給管、14:ガス排出弁、1
5:ガス排出管。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料ガスと酸化剤ガスとがそれぞれ入口弁
    を備えた供給管と排出管とを経て供給マニホールドと排
    出マニホールドとを介して供給,排出されるブロックセ
    ルを複数積み重ねてなるセルスタックを有する燃料電池
    を、前記燃料ガスと酸化剤ガスの圧力より高い圧力の不
    活性ガスが充填された圧力容器内に設置してなる加圧型
    燃料電池において、燃料ガスと酸化剤ガスとの各ブロッ
    クセルのそれぞれの供給マニホールドに接続し、他端は
    圧力容器内に開口し、ガス供給弁を備えたガス供給管
    と、燃料ガスと酸化剤ガスとの供給管の前記入口弁出口
    部に接続してそれぞれガス排出弁を備え、各供給管内の
    燃料ガスと酸化剤ガスを排出するガス排出管とからなる
    燃料ガス側と酸化剤ガス側の構成のうち少なくとも燃料
    ガス側の構成を備える加圧型燃料電池の不活性ガスパー
    ジ装置。
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