JP3430767B2 - 燃料電池へのガス給排装置 - Google Patents
燃料電池へのガス給排装置Info
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- JP3430767B2 JP3430767B2 JP00352196A JP352196A JP3430767B2 JP 3430767 B2 JP3430767 B2 JP 3430767B2 JP 00352196 A JP00352196 A JP 00352196A JP 352196 A JP352196 A JP 352196A JP 3430767 B2 JP3430767 B2 JP 3430767B2
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- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02B90/10—Applications of fuel cells in buildings
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料極に燃料ガ
スを，窒素による燃料極，空気極および筐体の加圧操作
および均圧操作を行った後、燃料ガスおよび空気の供給
を開始し、発電停止時には窒素による燃料極，空気極の
窒素パージを行う燃料電池へのガス給排装置に関する。
スを，窒素による燃料極，空気極および筐体の加圧操作
および均圧操作を行った後、燃料ガスおよび空気の供給
を開始し、発電停止時には窒素による燃料極，空気極の
窒素パージを行う燃料電池へのガス給排装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば電解質を保持したマトリックスと
これを挟持する燃料極および空気極とからなる単位セル
を複数層積層した燃料電池本体（スタック）を電池筐体
に収納した燃料電池は、一般に燃料極−空気極間，筐体
−燃料極間，および筐体−空気極間に過大な差圧がかか
ることに対して機械的に弱い性質を持っている。即ち、
過大な差圧に対して燃料極−空気極間ではガスの吹き抜
けによって水素リッチな燃料ガスと空気が直接反応した
り、吹き抜けには至らなくとも電池特性の低下を招いた
りする。また、筐体−燃料極間，および筐体−空気極間
では燃料極および空気極と筐体との間のガスシール構造
が破損して筐体内の窒素が燃料極または空気極に侵入
し、電池特性の低下をもたらしたり、あるいは燃料，空
気が筐体内に漏れだし、燃料と空気が共存する危険な状
態を招いたりする。したがって、これらの障害の発生を
未然に防ぐために、燃料電池本体（スタック）を電池筐
体に収納し、筐体内に供給する窒素の圧力を基準にして
燃料極−空気極間，筐体−燃料極間，および筐体−空気
極間の差圧が常に所定の差圧設定値、例えば±５００mm
H2O 以下を保つよう燃料極内の燃料ガス圧力および空気
極内の空気圧力を制御する対策が採られている。
これを挟持する燃料極および空気極とからなる単位セル
を複数層積層した燃料電池本体（スタック）を電池筐体
に収納した燃料電池は、一般に燃料極−空気極間，筐体
−燃料極間，および筐体−空気極間に過大な差圧がかか
ることに対して機械的に弱い性質を持っている。即ち、
過大な差圧に対して燃料極−空気極間ではガスの吹き抜
けによって水素リッチな燃料ガスと空気が直接反応した
り、吹き抜けには至らなくとも電池特性の低下を招いた
りする。また、筐体−燃料極間，および筐体−空気極間
では燃料極および空気極と筐体との間のガスシール構造
が破損して筐体内の窒素が燃料極または空気極に侵入
し、電池特性の低下をもたらしたり、あるいは燃料，空
気が筐体内に漏れだし、燃料と空気が共存する危険な状
態を招いたりする。したがって、これらの障害の発生を
未然に防ぐために、燃料電池本体（スタック）を電池筐
体に収納し、筐体内に供給する窒素の圧力を基準にして
燃料極−空気極間，筐体−燃料極間，および筐体−空気
極間の差圧が常に所定の差圧設定値、例えば±５００mm
H2O 以下を保つよう燃料極内の燃料ガス圧力および空気
極内の空気圧力を制御する対策が採られている。
【０００３】ところで、燃料電池が発電を開始する前に
は、燃料極，空気極および筐体それぞれのガス圧を規定
値に昇圧する昇圧操作と、一定流量のガスを流した状態
で燃料極−空気極間，筐体−燃料極間，および筐体−空
気極間の差圧を調整する差圧制御操作を必要とする。し
かし、上記２つの予備操作に燃料ガス，空気，および窒
素を用い、差圧をその設定値以下に保持した状態で互い
に並行して行うことは一般に困難である。そこで、上記
２つの予備操作を不活性ガスである窒素を用いて行い、
差圧制御操作を終了した段階で窒素を燃料ガスおよび空
気に切り換える操作方法が採られている。また、発電運
転の終了時には、電極内の燃料ガスおよび空気を窒素に
置換する窒素パージが行われる。
は、燃料極，空気極および筐体それぞれのガス圧を規定
値に昇圧する昇圧操作と、一定流量のガスを流した状態
で燃料極−空気極間，筐体−燃料極間，および筐体−空
気極間の差圧を調整する差圧制御操作を必要とする。し
かし、上記２つの予備操作に燃料ガス，空気，および窒
素を用い、差圧をその設定値以下に保持した状態で互い
に並行して行うことは一般に困難である。そこで、上記
２つの予備操作を不活性ガスである窒素を用いて行い、
差圧制御操作を終了した段階で窒素を燃料ガスおよび空
気に切り換える操作方法が採られている。また、発電運
転の終了時には、電極内の燃料ガスおよび空気を窒素に
置換する窒素パージが行われる。
【０００４】図１０は従来の燃料電池へのガス給排装置
を示す配管系統図である。図において、燃料電池（スタ
ック）３０は電池筐体（単に筐体とも呼ぶ）３１に収納
されており、ガス給排装置は、燃料極への燃料ガス供給
配管系に設けられて流量を制御する燃料流量制御弁１
と、燃料極からの燃料ガス排出配管系に設けられて燃料
極の差圧を制御する燃料極差圧制御弁５と、空気極への
空気供給配管系に設けられて流量を制御する空気流量制
御弁８と、空気極からの空気排出配管系に設けられて空
気極の差圧を制御する空気極差圧制御弁１２と、筐体３
１への窒素供給配管系に設けられて流量を制御する窒素
流量制御弁１５と、筐体からの窒素排出配管系に設けら
れて筐体の圧力を制御する筐体圧力制御弁１６と、窒素
流量制御弁１５の上流側と燃料流量制御弁１の下流側と
に連通する配管系に設けられて燃料極への窒素の供給を
制御する燃料極窒素供給弁２と、窒素流量制御弁１５の
上流側と空気流量制御弁８の下流側とに連通する配管系
に設けられて空気極への窒素の供給を制御する空気極窒
素供給弁９と、窒素流量制御弁１５の下流側と燃料流量
制御弁１の下流側とに連通する配管系に設けられて燃料
極と筐体との差圧を抑制する筐体−燃料極均圧弁３と、
窒素流量制御弁１５の下流側と空気流量制御弁８の下流
側とに連通する配管系に設けられて空気極と筐体との差
圧を抑制する筐体−空気極均圧弁１０と、燃料極差圧制
御弁５の上流側で分岐して大気に連通する配管系に設け
られて大気と燃料極の差圧を調節する燃料−大気放出差
圧制御弁６と、空気極差圧制御弁１２の上流側で分岐し
て大気に連通する配管系に設けられて大気と空気極の差
圧を調節する空気−大気放出差圧制御弁１３とを備えて
いる。
を示す配管系統図である。図において、燃料電池（スタ
ック）３０は電池筐体（単に筐体とも呼ぶ）３１に収納
されており、ガス給排装置は、燃料極への燃料ガス供給
配管系に設けられて流量を制御する燃料流量制御弁１
と、燃料極からの燃料ガス排出配管系に設けられて燃料
極の差圧を制御する燃料極差圧制御弁５と、空気極への
空気供給配管系に設けられて流量を制御する空気流量制
御弁８と、空気極からの空気排出配管系に設けられて空
気極の差圧を制御する空気極差圧制御弁１２と、筐体３
１への窒素供給配管系に設けられて流量を制御する窒素
流量制御弁１５と、筐体からの窒素排出配管系に設けら
れて筐体の圧力を制御する筐体圧力制御弁１６と、窒素
流量制御弁１５の上流側と燃料流量制御弁１の下流側と
に連通する配管系に設けられて燃料極への窒素の供給を
制御する燃料極窒素供給弁２と、窒素流量制御弁１５の
上流側と空気流量制御弁８の下流側とに連通する配管系
に設けられて空気極への窒素の供給を制御する空気極窒
素供給弁９と、窒素流量制御弁１５の下流側と燃料流量
制御弁１の下流側とに連通する配管系に設けられて燃料
極と筐体との差圧を抑制する筐体−燃料極均圧弁３と、
窒素流量制御弁１５の下流側と空気流量制御弁８の下流
側とに連通する配管系に設けられて空気極と筐体との差
圧を抑制する筐体−空気極均圧弁１０と、燃料極差圧制
御弁５の上流側で分岐して大気に連通する配管系に設け
られて大気と燃料極の差圧を調節する燃料−大気放出差
圧制御弁６と、空気極差圧制御弁１２の上流側で分岐し
て大気に連通する配管系に設けられて大気と空気極の差
圧を調節する空気−大気放出差圧制御弁１３とを備えて
いる。
【０００５】また、従来例では、筐体−燃料極均圧弁３
および筐体−空気極均圧弁１０には、制御用空気源，制
御用電源などの駆動源により全閉状態となり、駆動源の
喪失により全開状態となる遮断弁が用いられ、他の各弁
は制御用空気源，制御用電源などの制御源により開度が
制御され、駆動源の喪失により全閉状態となる調整弁が
用いられる。
および筐体−空気極均圧弁１０には、制御用空気源，制
御用電源などの駆動源により全閉状態となり、駆動源の
喪失により全開状態となる遮断弁が用いられ、他の各弁
は制御用空気源，制御用電源などの制御源により開度が
制御され、駆動源の喪失により全閉状態となる調整弁が
用いられる。
【０００６】次に、燃料電池３０の発電開始時点および
発電停止時点における従来のガス給排装置の弁操作につ
いて説明する。 （イ）窒素による燃料極，空気極，および筐体の昇圧操
作。駆動源の喪失状態から、窒素流量制御弁１５および
筐体圧力制御弁１６の開度を制御し、筐体３１に窒素を
導入すると、全開状態の筐体−燃料極均圧弁３および筐
体−空気極均圧弁１０を介して燃料極および空気極に窒
素が導入され、３者が同じ圧力に昇圧される。この昇圧
操作で、筐体−燃料極均圧弁３および筐体−空気極均圧
弁１０とその配管の流体抵抗が高いと過渡的な差圧を生
じやすくなるので、筐体−燃料極均圧弁３および筐体−
空気極均圧弁１０とその配管の口径は、例えば燃料流量
制御弁１を含む燃料供給配管系、空気流量制御弁８を含
む空気供給配管系と同程度の口径に設定される。
発電停止時点における従来のガス給排装置の弁操作につ
いて説明する。 （イ）窒素による燃料極，空気極，および筐体の昇圧操
作。駆動源の喪失状態から、窒素流量制御弁１５および
筐体圧力制御弁１６の開度を制御し、筐体３１に窒素を
導入すると、全開状態の筐体−燃料極均圧弁３および筐
体−空気極均圧弁１０を介して燃料極および空気極に窒
素が導入され、３者が同じ圧力に昇圧される。この昇圧
操作で、筐体−燃料極均圧弁３および筐体−空気極均圧
弁１０とその配管の流体抵抗が高いと過渡的な差圧を生
じやすくなるので、筐体−燃料極均圧弁３および筐体−
空気極均圧弁１０とその配管の口径は、例えば燃料流量
制御弁１を含む燃料供給配管系、空気流量制御弁８を含
む空気供給配管系と同程度の口径に設定される。
【０００７】（ロ）窒素による燃料極，空気極，および
筐体の差圧制御操作。燃料極窒素供給弁２および空気極
窒素供給弁９、燃料−大気放出差圧制御弁６および空気
−大気放出差圧制御弁１３の開度を調整し、燃料極−空
気極間，筐体−燃料極間，および筐体−空気極間の差圧
を±５００mmH2O 以下となるよう制御しつつ燃料極およ
び空気極に一定流量の窒素を流す。
筐体の差圧制御操作。燃料極窒素供給弁２および空気極
窒素供給弁９、燃料−大気放出差圧制御弁６および空気
−大気放出差圧制御弁１３の開度を調整し、燃料極−空
気極間，筐体−燃料極間，および筐体−空気極間の差圧
を±５００mmH2O 以下となるよう制御しつつ燃料極およ
び空気極に一定流量の窒素を流す。
【０００８】（ハ）窒素から反応ガスへの切り換え操
作。まず筐体−燃料極均圧弁３および筐体−空気極均圧
弁１０を閉じ、燃料流量制御弁１および空気流量制御弁
８の開度を調整して燃料極に燃料ガス，空気極に空気を
徐々に導入するとともに、燃料極窒素供給弁２および空
気極窒素供給弁９を閉じ、次いで燃料−大気放出差圧制
御弁６および空気−大気放出差圧制御弁１３の開度を調
整し、筐体圧力を基準にして筐体−燃料極間，筐体−空
気極間の差圧をその設定値に制御する（この状態で燃料
電池３０を負荷回路に接続する）。
作。まず筐体−燃料極均圧弁３および筐体−空気極均圧
弁１０を閉じ、燃料流量制御弁１および空気流量制御弁
８の開度を調整して燃料極に燃料ガス，空気極に空気を
徐々に導入するとともに、燃料極窒素供給弁２および空
気極窒素供給弁９を閉じ、次いで燃料−大気放出差圧制
御弁６および空気−大気放出差圧制御弁１３の開度を調
整し、筐体圧力を基準にして筐体−燃料極間，筐体−空
気極間の差圧をその設定値に制御する（この状態で燃料
電池３０を負荷回路に接続する）。
【０００９】（ニ）発電運転状態への切り換え操作
燃料極差圧制御弁５および空気極差圧制御弁１２の開度
を徐々に増し、逆に燃料−大気放出差圧制御弁６および
空気−大気放出差圧制御弁１３の開度を徐々に絞って反
応ガスの流れを燃料極差圧制御弁５および空気極差圧制
御弁１２に移し換える。その後は、負荷が要求する電力
値に対応した外部指令により燃料流量制御弁１および空
気流量制御弁８の開度が制御されるとともに、筐体圧力
を基準にして予め定まる差圧の設定値に基づいて燃料極
差圧制御弁５および空気極差圧制御弁１２の開度が自動
調整され、燃料極，空気極の圧力および差圧が規定値に
調整される。なお、このとき窒素流量制御弁１５および
筐体圧力制御弁１６は、筐体圧力を設定値に保って少量
の窒素を外部に放出するよう、それぞれの開度が自動調
整される。
を徐々に増し、逆に燃料−大気放出差圧制御弁６および
空気−大気放出差圧制御弁１３の開度を徐々に絞って反
応ガスの流れを燃料極差圧制御弁５および空気極差圧制
御弁１２に移し換える。その後は、負荷が要求する電力
値に対応した外部指令により燃料流量制御弁１および空
気流量制御弁８の開度が制御されるとともに、筐体圧力
を基準にして予め定まる差圧の設定値に基づいて燃料極
差圧制御弁５および空気極差圧制御弁１２の開度が自動
調整され、燃料極，空気極の圧力および差圧が規定値に
調整される。なお、このとき窒素流量制御弁１５および
筐体圧力制御弁１６は、筐体圧力を設定値に保って少量
の窒素を外部に放出するよう、それぞれの開度が自動調
整される。
【００１０】（ホ）運転停止状態への切り換え操作。燃
料極窒素供給弁２および空気流量制御弁８を徐々に閉
じ、代わりに筐体−燃料極均圧弁３および筐体−空気極
均圧弁１０を開くと、筐体３１中の窒素が筐体−燃料極
均圧弁３および筐体−空気極均圧弁１０を介して燃料極
および空気極に供給され、燃料極および空気極中の燃料
ガスおよび空気が燃料極差圧制御弁５および空気極差圧
制御弁１２を介して排出されることにより、燃料極−空
気極間，筐体−燃料極間，および筐体−空気極間の差圧
を±５００mmH2O 以下抑えて燃料ガスおよび空気を窒素
に置換する窒素パージが行われる。
料極窒素供給弁２および空気流量制御弁８を徐々に閉
じ、代わりに筐体−燃料極均圧弁３および筐体−空気極
均圧弁１０を開くと、筐体３１中の窒素が筐体−燃料極
均圧弁３および筐体−空気極均圧弁１０を介して燃料極
および空気極に供給され、燃料極および空気極中の燃料
ガスおよび空気が燃料極差圧制御弁５および空気極差圧
制御弁１２を介して排出されることにより、燃料極−空
気極間，筐体−燃料極間，および筐体−空気極間の差圧
を±５００mmH2O 以下抑えて燃料ガスおよび空気を窒素
に置換する窒素パージが行われる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従来のガス給排装置で
は、筐体−燃料極均圧弁３および筐体−空気極均圧弁１
０とその配管の口径を、通常燃料流量制御弁１，空気流
量制御弁８を含む反応ガス供給配管系と同程度の口径に
まで大きくして流体抵抗を低減し、（イ）項で説明した
窒素による燃料極，空気極，および筐体の昇圧操作を行
うことにより、燃料極−空気極間，筐体−燃料極間，お
よび筐体−空気極間の差圧を例えば±５００mmH2O 以下
に抑えた状態で燃料極，空気極，および筐体の圧力を規
定の運転圧力値まで昇圧できる。
は、筐体−燃料極均圧弁３および筐体−空気極均圧弁１
０とその配管の口径を、通常燃料流量制御弁１，空気流
量制御弁８を含む反応ガス供給配管系と同程度の口径に
まで大きくして流体抵抗を低減し、（イ）項で説明した
窒素による燃料極，空気極，および筐体の昇圧操作を行
うことにより、燃料極−空気極間，筐体−燃料極間，お
よび筐体−空気極間の差圧を例えば±５００mmH2O 以下
に抑えた状態で燃料極，空気極，および筐体の圧力を規
定の運転圧力値まで昇圧できる。
【００１２】図１１は従来例における窒素による燃料
極，空気極，および筐体の差圧制御操作状態を模式化し
て示す図であり、燃料極窒素供給弁２および空気極窒素
供給弁９、燃料−大気放出差圧制御弁６および空気−大
気放出差圧制御弁１３の開度を調整し、燃料極および空
気極に一定流量の窒素を流そうとすると、流体抵抗の低
い筐体−燃料極均圧弁３および筐体−空気極均圧弁１０
を介して燃料極および空気極に比べて流体抵抗の低い筐
体３１に窒素が多量に流入してしまい、その分燃料極お
よび空気極への燃料ガスおよび空気の流量が少なくなる
ため、これが原因で燃料−大気放出差圧制御弁６および
空気−大気放出差圧制御弁１３による差圧制御が不安定
になり、ときには圧力変動（ハンチング現象）により燃
料極−空気極間，筐体−燃料極間，および筐体−空気極
間に過大な差圧が発生し、燃料電池を損傷してしまうと
いう問題が発生する。また、（ハ）項で説明した窒素か
ら反応ガスへの切り換え操作に移行する際、燃料極窒素
供給弁２および空気極窒素供給弁９を絞り、燃料流量制
御弁１および燃料極差圧制御弁５の開度を調整して燃料
極に燃料ガス，空気極に空気を徐々に導入する過程で、
燃料極側および空気極側の圧力が筐体側の圧力より過渡
的に低下するため、筐体に供給された窒素が筐体−燃料
極均圧弁３および筐体−空気極均圧弁１０を介して燃料
極側および空気極側に放出されることになり、筐体に燃
料ガスまたは空気が侵入する事態を回避できる反面、筐
体−燃料極均圧弁３および筐体−空気極均圧弁１０を閉
じる過程でやはりハンチング現象による過大な差圧が発
生し、燃料電池を損傷してしまうという問題が発生す
る。
極，空気極，および筐体の差圧制御操作状態を模式化し
て示す図であり、燃料極窒素供給弁２および空気極窒素
供給弁９、燃料−大気放出差圧制御弁６および空気−大
気放出差圧制御弁１３の開度を調整し、燃料極および空
気極に一定流量の窒素を流そうとすると、流体抵抗の低
い筐体−燃料極均圧弁３および筐体−空気極均圧弁１０
を介して燃料極および空気極に比べて流体抵抗の低い筐
体３１に窒素が多量に流入してしまい、その分燃料極お
よび空気極への燃料ガスおよび空気の流量が少なくなる
ため、これが原因で燃料−大気放出差圧制御弁６および
空気−大気放出差圧制御弁１３による差圧制御が不安定
になり、ときには圧力変動（ハンチング現象）により燃
料極−空気極間，筐体−燃料極間，および筐体−空気極
間に過大な差圧が発生し、燃料電池を損傷してしまうと
いう問題が発生する。また、（ハ）項で説明した窒素か
ら反応ガスへの切り換え操作に移行する際、燃料極窒素
供給弁２および空気極窒素供給弁９を絞り、燃料流量制
御弁１および燃料極差圧制御弁５の開度を調整して燃料
極に燃料ガス，空気極に空気を徐々に導入する過程で、
燃料極側および空気極側の圧力が筐体側の圧力より過渡
的に低下するため、筐体に供給された窒素が筐体−燃料
極均圧弁３および筐体−空気極均圧弁１０を介して燃料
極側および空気極側に放出されることになり、筐体に燃
料ガスまたは空気が侵入する事態を回避できる反面、筐
体−燃料極均圧弁３および筐体−空気極均圧弁１０を閉
じる過程でやはりハンチング現象による過大な差圧が発
生し、燃料電池を損傷してしまうという問題が発生す
る。
【００１３】一方、停電などが発生すると、弁の駆動源
である燃料電池発電装置の制御電源が喪失したり、制御
用空気圧縮機が停止して弁開度の制御用空気が喪失した
りする。このため、ガス給排装置のシーケンシャルな停
止操作（例えば窒素パージや、燃料極，空気極，および
筐体の大気圧への降圧操作）は行えなくなる。その対策
として、無停電電源装置（CVCF) の設置が考えられる
が、装置の大型化や設備費の高騰を回避するために、通
常、駆動源の喪失時に開状態となる均圧弁を用いて差圧
の上昇を抑制する対策が採られている。
である燃料電池発電装置の制御電源が喪失したり、制御
用空気圧縮機が停止して弁開度の制御用空気が喪失した
りする。このため、ガス給排装置のシーケンシャルな停
止操作（例えば窒素パージや、燃料極，空気極，および
筐体の大気圧への降圧操作）は行えなくなる。その対策
として、無停電電源装置（CVCF) の設置が考えられる
が、装置の大型化や設備費の高騰を回避するために、通
常、駆動源の喪失時に開状態となる均圧弁を用いて差圧
の上昇を抑制する対策が採られている。
【００１４】図１２は従来例において駆動源が喪失した
場合の弁位置を模式化して示す図であり、筐体−燃料極
均圧弁３および筐体−空気極均圧弁１０は、空気圧，電
気などの駆動源が喪失したとき全開状態となるが、他の
各弁は空気圧，電気などの駆動源の喪失により全閉状態
となり、燃料極，空気極，および筐体がそれぞれ一定圧
力の燃料ガス，空気，および窒素を包蔵し、開状態の筐
体−燃料極均圧弁３および筐体−空気極均圧弁１０によ
り互いに連通した状態で停止状態となる。したがって、
燃料電池内部で燃料ガスと空気が混合して直接反応する
可能性の高い不安全な停止状態を招くという問題があ
る。
場合の弁位置を模式化して示す図であり、筐体−燃料極
均圧弁３および筐体−空気極均圧弁１０は、空気圧，電
気などの駆動源が喪失したとき全開状態となるが、他の
各弁は空気圧，電気などの駆動源の喪失により全閉状態
となり、燃料極，空気極，および筐体がそれぞれ一定圧
力の燃料ガス，空気，および窒素を包蔵し、開状態の筐
体−燃料極均圧弁３および筐体−空気極均圧弁１０によ
り互いに連通した状態で停止状態となる。したがって、
燃料電池内部で燃料ガスと空気が混合して直接反応する
可能性の高い不安全な停止状態を招くという問題があ
る。
【００１５】この発明の課題は、過大な差圧を生ずるこ
となく燃料ガスおよび空気の供給を開始でき、かつ発電
終了時および駆動源喪失時の窒素パージを安定して行え
る燃料電池へのガス給排装置を提供することにある。
となく燃料ガスおよび空気の供給を開始でき、かつ発電
終了時および駆動源喪失時の窒素パージを安定して行え
る燃料電池へのガス給排装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、請求項１記載の発明は、電池筐体に窒素を供給・
排出し、この電池筐体に収納された燃料電池の燃料極に
燃料ガスを，空気極に空気をそれぞれ供給・排出する装
置であって、燃料ガス供給配管系に設けられて流量を制
御する燃料流量制御弁と、燃料ガス排出配管系に設けら
れて燃料極の差圧を制御する燃料極差圧制御弁と、空気
供給配管系に設けられて流量を制御する空気流量制御弁
と、空気排出配管系に設けられて空気極の差圧を制御す
る空気極差圧制御弁と、窒素供給配管系に設けられて流
量を制御する窒素流量制御弁と、窒素排出配管系に設け
られて筐体の圧力を制御する筐体圧力制御弁と、前記窒
素流量制御弁の上流側と前記燃料流量制御弁の下流側と
に連通する配管系に設けられて燃料極への窒素の供給を
制御する燃料極窒素供給弁と、前記窒素流量制御弁の上
流側と前記空気流量制御弁の下流側とに連通する配管系
に設けられて空気極への窒素の供給を制御する空気極窒
素供給弁と、前記窒素流量制御弁の下流側と前記燃料流
量制御弁の下流側とに連通する配管系に設けられて燃料
極と筐体との差圧を抑制する筐体−燃料極均圧弁と、前
記窒素流量制御弁の下流側と前記空気流量制御弁の下流
側とに連通する配管系に設けられて空気極と筐体との差
圧を抑制する筐体−空気極均圧弁と、前記燃料極差圧制
御弁の上流側で分岐して大気に連通する配管系に設けら
れて大気と燃料極の差圧を調節する燃料−大気放出差圧
制御弁と、前記空気極差圧制御弁の上流側で分岐して大
気に連通する配管系に設けられて大気と空気極の差圧を
調節する空気−大気放出差圧制御弁とを備え、燃料ガス
および空気の供給開始に先立って窒素による燃料極，空
気極および筐体の昇圧操作および均圧操作を行うガス給
排装置において、前記筐体−燃料極均圧弁をバイパスす
る小口径の配管に設けた筐体−燃料極均圧弁より小口径
の筐体−燃料極均圧小弁と、前記筐体−空気極均圧弁を
バイパスする小口径の配管に設けた筐体−空気極均圧弁
より小口径の筐体−空気極均圧小弁とを備える。
めに、請求項１記載の発明は、電池筐体に窒素を供給・
排出し、この電池筐体に収納された燃料電池の燃料極に
燃料ガスを，空気極に空気をそれぞれ供給・排出する装
置であって、燃料ガス供給配管系に設けられて流量を制
御する燃料流量制御弁と、燃料ガス排出配管系に設けら
れて燃料極の差圧を制御する燃料極差圧制御弁と、空気
供給配管系に設けられて流量を制御する空気流量制御弁
と、空気排出配管系に設けられて空気極の差圧を制御す
る空気極差圧制御弁と、窒素供給配管系に設けられて流
量を制御する窒素流量制御弁と、窒素排出配管系に設け
られて筐体の圧力を制御する筐体圧力制御弁と、前記窒
素流量制御弁の上流側と前記燃料流量制御弁の下流側と
に連通する配管系に設けられて燃料極への窒素の供給を
制御する燃料極窒素供給弁と、前記窒素流量制御弁の上
流側と前記空気流量制御弁の下流側とに連通する配管系
に設けられて空気極への窒素の供給を制御する空気極窒
素供給弁と、前記窒素流量制御弁の下流側と前記燃料流
量制御弁の下流側とに連通する配管系に設けられて燃料
極と筐体との差圧を抑制する筐体−燃料極均圧弁と、前
記窒素流量制御弁の下流側と前記空気流量制御弁の下流
側とに連通する配管系に設けられて空気極と筐体との差
圧を抑制する筐体−空気極均圧弁と、前記燃料極差圧制
御弁の上流側で分岐して大気に連通する配管系に設けら
れて大気と燃料極の差圧を調節する燃料−大気放出差圧
制御弁と、前記空気極差圧制御弁の上流側で分岐して大
気に連通する配管系に設けられて大気と空気極の差圧を
調節する空気−大気放出差圧制御弁とを備え、燃料ガス
および空気の供給開始に先立って窒素による燃料極，空
気極および筐体の昇圧操作および均圧操作を行うガス給
排装置において、前記筐体−燃料極均圧弁をバイパスす
る小口径の配管に設けた筐体−燃料極均圧弁より小口径
の筐体−燃料極均圧小弁と、前記筐体−空気極均圧弁を
バイパスする小口径の配管に設けた筐体−空気極均圧弁
より小口径の筐体−空気極均圧小弁とを備える。
【００１７】ここで、請求項２に記載の発明は、請求項
１に記載の燃料電池へのガス給排装置において、筐体−
燃料極均圧弁，筐体−燃料極均圧小弁，筐体−空気極均
圧弁，および筐体−空気極均圧小弁が共にその駆動源が
喪失したときバネの作用により開放状態となる遮断弁と
することが好ましい。また、請求項３に記載の発明は、
請求項１または請求項２に記載の燃料電池へのガス給排
装置において、燃料−大気放出差圧制御弁をバイパスす
る配管系、およびこの配管系に設けた燃料−大気放出弁
と、空気−大気放出差圧制御弁をバイパスする配管系、
およびこの配管系に設けた空気−大気放出弁とを備え、
前記燃料−大気放出弁および空気−大気放出弁が共にそ
の駆動源が喪失したときバネの作用により開放状態とな
る遮断弁とすることが好ましい。
１に記載の燃料電池へのガス給排装置において、筐体−
燃料極均圧弁，筐体−燃料極均圧小弁，筐体−空気極均
圧弁，および筐体−空気極均圧小弁が共にその駆動源が
喪失したときバネの作用により開放状態となる遮断弁と
することが好ましい。また、請求項３に記載の発明は、
請求項１または請求項２に記載の燃料電池へのガス給排
装置において、燃料−大気放出差圧制御弁をバイパスす
る配管系、およびこの配管系に設けた燃料−大気放出弁
と、空気−大気放出差圧制御弁をバイパスする配管系、
およびこの配管系に設けた空気−大気放出弁とを備え、
前記燃料−大気放出弁および空気−大気放出弁が共にそ
の駆動源が喪失したときバネの作用により開放状態とな
る遮断弁とすることが好ましい。
【００１８】さらに、請求項４に記載の発明は、請求項
３に記載の燃料電池へのガス給排装置において、燃料−
大気放出弁および空気−大気放出弁がそれぞれに直列に
連結されたオリフィスを備えるよう構成すると良い。一
方、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電
池へのガス給排装置において、燃料流量制御弁，燃料極
差圧制御弁，空気流量制御弁，空気極差圧制御弁，窒素
流量制御弁，筐体圧力制御弁，燃料極窒素供給弁，空気
極窒素供給弁，燃料−大気放出差圧制御弁，および空気
−大気放出差圧制御弁が共に制御用空気源，制御用電源
などの制御源により開度調整される流量調節弁からな
り、前記制御源が喪失した状態で閉じるとともに、それ
ぞれに直列に制御源が喪失した状態で閉じる遮断弁を備
えるよう構成すると良い。
３に記載の燃料電池へのガス給排装置において、燃料−
大気放出弁および空気−大気放出弁がそれぞれに直列に
連結されたオリフィスを備えるよう構成すると良い。一
方、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電
池へのガス給排装置において、燃料流量制御弁，燃料極
差圧制御弁，空気流量制御弁，空気極差圧制御弁，窒素
流量制御弁，筐体圧力制御弁，燃料極窒素供給弁，空気
極窒素供給弁，燃料−大気放出差圧制御弁，および空気
−大気放出差圧制御弁が共に制御用空気源，制御用電源
などの制御源により開度調整される流量調節弁からな
り、前記制御源が喪失した状態で閉じるとともに、それ
ぞれに直列に制御源が喪失した状態で閉じる遮断弁を備
えるよう構成すると良い。
【００１９】請求項１に記載の発明では、（イ）項で説
明した窒素による燃料極，空気極，および筐体の昇圧操
作において筐体−燃料極均圧弁および筐体−燃料極均圧
小弁、筐体−空気極均圧弁および筐体−空気極均圧小弁
を開とすることにより、筐体−燃料極均圧弁および筐体
−空気極均圧弁の低い流体抵抗により差圧を抑制した状
態で燃料極，空気極，および筐体の窒素昇圧が可能にな
る。また、（ロ）項で説明した窒素による燃料極，空気
極，および筐体の差圧制御操作では、筐体−燃料極均圧
弁および筐体−空気極均圧弁を閉じ、流体抵抗の高い筐
体−燃料極均圧小弁、筐体−空気極均圧小弁を開いて差
圧を抑制することにより、均圧小弁を介して電池筐体へ
流入する窒素流量が抑制される。さらに、（ハ）項で説
明した窒素から反応ガスへの切り換え操作において、均
圧小弁を介して燃料極，空気極に逆流する窒素流量が抑
制されるので、均圧小弁の閉鎖に伴って生ずるハンチン
グ現象も抑制され、過大な差圧を生ずることなく窒素か
ら反応ガスへの切り換え操作が行われる。
明した窒素による燃料極，空気極，および筐体の昇圧操
作において筐体−燃料極均圧弁および筐体−燃料極均圧
小弁、筐体−空気極均圧弁および筐体−空気極均圧小弁
を開とすることにより、筐体−燃料極均圧弁および筐体
−空気極均圧弁の低い流体抵抗により差圧を抑制した状
態で燃料極，空気極，および筐体の窒素昇圧が可能にな
る。また、（ロ）項で説明した窒素による燃料極，空気
極，および筐体の差圧制御操作では、筐体−燃料極均圧
弁および筐体−空気極均圧弁を閉じ、流体抵抗の高い筐
体−燃料極均圧小弁、筐体−空気極均圧小弁を開いて差
圧を抑制することにより、均圧小弁を介して電池筐体へ
流入する窒素流量が抑制される。さらに、（ハ）項で説
明した窒素から反応ガスへの切り換え操作において、均
圧小弁を介して燃料極，空気極に逆流する窒素流量が抑
制されるので、均圧小弁の閉鎖に伴って生ずるハンチン
グ現象も抑制され、過大な差圧を生ずることなく窒素か
ら反応ガスへの切り換え操作が行われる。
【００２０】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の燃料電池へのガス給排装置において、筐体−燃料極
均圧弁，筐体−燃料極均圧小弁，筐体−空気極均圧弁，
および筐体−空気極均圧小弁を共に駆動源喪失時にバネ
の作用により開放状態となる遮断弁を用いたことによ
り、駆動源喪失により他の弁が閉状態となっても、燃料
極，空気極，および筐体間が互いに連通し、差圧の発生
が阻止される。
載の燃料電池へのガス給排装置において、筐体−燃料極
均圧弁，筐体−燃料極均圧小弁，筐体−空気極均圧弁，
および筐体−空気極均圧小弁を共に駆動源喪失時にバネ
の作用により開放状態となる遮断弁を用いたことによ
り、駆動源喪失により他の弁が閉状態となっても、燃料
極，空気極，および筐体間が互いに連通し、差圧の発生
が阻止される。
【００２１】請求項３に記載の発明では、燃料−大気放
出差圧制御弁および空気−大気放出差圧制御弁に並列に
設けた燃料−大気放出弁および空気−大気放出弁が駆動
源喪失と同時にバネの作用により開放状態となり、請求
項２との相補作用により、燃料極内燃料ガスおよび空気
極内空気を筐体内窒素の圧力を利用して大気中に放出す
る窒素パージ経路が形成される。
出差圧制御弁および空気−大気放出差圧制御弁に並列に
設けた燃料−大気放出弁および空気−大気放出弁が駆動
源喪失と同時にバネの作用により開放状態となり、請求
項２との相補作用により、燃料極内燃料ガスおよび空気
極内空気を筐体内窒素の圧力を利用して大気中に放出す
る窒素パージ経路が形成される。
【００２２】請求項４に記載の発明では、駆動源喪失時
に燃料−大気放出弁および空気−大気放出弁が開いたと
き、オリフィスが大気中に放出されるガス流量を抑制す
るので、これに付随して発生する差圧が抑制され、過大
な差圧を生ずることなく窒素パージが行われ、燃料極，
空気極，および筐体が緩やかに大気圧の窒素雰囲気に導
かれる。
に燃料−大気放出弁および空気−大気放出弁が開いたと
き、オリフィスが大気中に放出されるガス流量を抑制す
るので、これに付随して発生する差圧が抑制され、過大
な差圧を生ずることなく窒素パージが行われ、燃料極，
空気極，および筐体が緩やかに大気圧の窒素雰囲気に導
かれる。
【００２３】請求項５に記載の発明では、電気などの制
御源により開度調整される流量調整弁の締切り性の欠点
を、これに直列に設けた遮断弁の優れた締切り性を利用
して補完できるので、例えば窒素パージ後も微量の燃料
ガスが供給され続けるなどの不都合が排除され、制御源
喪失時における窒素パージがより確実になり、燃料電池
の安全性が保持される。
御源により開度調整される流量調整弁の締切り性の欠点
を、これに直列に設けた遮断弁の優れた締切り性を利用
して補完できるので、例えば窒素パージ後も微量の燃料
ガスが供給され続けるなどの不都合が排除され、制御源
喪失時における窒素パージがより確実になり、燃料電池
の安全性が保持される。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下この発明を実施例に基づいて
説明する。なお、従来例と同じ参照符号を付けた部材は
従来例のそれと同じ機能をもつので、その説明を省略す
る。図１はこの発明の一実施例になる燃料電池へのガス
給排装置を示す配管系統図である。図において、この実
施例のガス給排装置が図１０に示す従来のガス給排装置
と異なるところは、筐体−燃料極均圧弁３をバイパスす
る小口径の配管４Ｐに設けた筐体−燃料極均圧弁３より
小口径の筐体−燃料極均圧小弁４と、筐体−空気極均圧
弁１０をバイパスする小口径の配管１１Ｐに設けた筐体
−空気極均圧弁１０より小口径の筐体−空気極均圧小弁
１１とを備えた点にある。
説明する。なお、従来例と同じ参照符号を付けた部材は
従来例のそれと同じ機能をもつので、その説明を省略す
る。図１はこの発明の一実施例になる燃料電池へのガス
給排装置を示す配管系統図である。図において、この実
施例のガス給排装置が図１０に示す従来のガス給排装置
と異なるところは、筐体−燃料極均圧弁３をバイパスす
る小口径の配管４Ｐに設けた筐体−燃料極均圧弁３より
小口径の筐体−燃料極均圧小弁４と、筐体−空気極均圧
弁１０をバイパスする小口径の配管１１Ｐに設けた筐体
−空気極均圧弁１０より小口径の筐体−空気極均圧小弁
１１とを備えた点にある。
【００２５】また、筐体−燃料極均圧小弁４および筐体
−空気極均圧小弁１１には筐体−燃料極均圧弁３および
筐体−空気極均圧弁１０と同様に、電気，ガス圧などの
駆動源が喪失したときバネの作用により開放状態となる
遮断弁が用いられる。図２は図１に示す実施例の窒素に
よる燃料極，空気極，および筐体の昇圧操作における弁
位置を模式化して示す図であり、筐体−燃料極均圧弁
３，筐体−燃料極均圧小弁４，筐体−空気極均圧弁１０
筐体−空気極均圧小弁１１が開、その他の各弁が閉じた
状態で窒素流量制御弁１５および筐体圧力制御弁１６の
開度を調整すると、筐体３１に窒素が流入すると同時
に、流体抵抗の低い筐体−燃料極均圧弁３および筐体−
空気極均圧弁１０を介して燃料極および空気極に窒素が
流入し、燃料極−空気極間、筐体−燃料極間、筐体−空
気極間の差圧を差圧設定値以下に抑制した状態で燃料
極，空気極，および筐体が規定圧力にる昇圧される。
−空気極均圧小弁１１には筐体−燃料極均圧弁３および
筐体−空気極均圧弁１０と同様に、電気，ガス圧などの
駆動源が喪失したときバネの作用により開放状態となる
遮断弁が用いられる。図２は図１に示す実施例の窒素に
よる燃料極，空気極，および筐体の昇圧操作における弁
位置を模式化して示す図であり、筐体−燃料極均圧弁
３，筐体−燃料極均圧小弁４，筐体−空気極均圧弁１０
筐体−空気極均圧小弁１１が開、その他の各弁が閉じた
状態で窒素流量制御弁１５および筐体圧力制御弁１６の
開度を調整すると、筐体３１に窒素が流入すると同時
に、流体抵抗の低い筐体−燃料極均圧弁３および筐体−
空気極均圧弁１０を介して燃料極および空気極に窒素が
流入し、燃料極−空気極間、筐体−燃料極間、筐体−空
気極間の差圧を差圧設定値以下に抑制した状態で燃料
極，空気極，および筐体が規定圧力にる昇圧される。
【００２６】図３は図１に示す実施例の窒素による燃料
極，空気極，および筐体の差圧制御操作における弁位置
を模式化して示す図であり、まず筐体−燃料極均圧弁３
および筐体−空気極均圧弁１０を閉じ、燃料極窒素供給
弁２および空気極窒素供給弁９を徐々に開いて燃料極お
よび空気極に窒素を供給するとともに、燃料−大気放出
差圧制御弁６および空気−大気放出差圧制御弁１３の開
度を調整して筐体−燃料極間、筐体−空気極間の差圧を
差圧設定値に制御する。このとき、開いている筐体−燃
料極均圧小弁４および筐体−空気極均圧小弁１１が圧力
変動を吸収して過度の差圧の発生を抑制するとともに、
例えば筐体−燃料極均圧弁３および筐体−空気極均圧弁
１０の口径を１００Ａとした場合、筐体−燃料極均圧小
弁４および筐体−空気極均圧小弁１１の口径を２５Ａ程
度と小さくして流路抵抗を高く設定することにより、電
池筐体３１への窒素の流入が抑制される。
極，空気極，および筐体の差圧制御操作における弁位置
を模式化して示す図であり、まず筐体−燃料極均圧弁３
および筐体−空気極均圧弁１０を閉じ、燃料極窒素供給
弁２および空気極窒素供給弁９を徐々に開いて燃料極お
よび空気極に窒素を供給するとともに、燃料−大気放出
差圧制御弁６および空気−大気放出差圧制御弁１３の開
度を調整して筐体−燃料極間、筐体−空気極間の差圧を
差圧設定値に制御する。このとき、開いている筐体−燃
料極均圧小弁４および筐体−空気極均圧小弁１１が圧力
変動を吸収して過度の差圧の発生を抑制するとともに、
例えば筐体−燃料極均圧弁３および筐体−空気極均圧弁
１０の口径を１００Ａとした場合、筐体−燃料極均圧小
弁４および筐体−空気極均圧小弁１１の口径を２５Ａ程
度と小さくして流路抵抗を高く設定することにより、電
池筐体３１への窒素の流入が抑制される。
【００２７】図４は図１に示す実施例の窒素から反応ガ
スへの切り換え操作における弁位置を模式化して示す図
であり、まず筐体−燃料極均圧小弁４および筐体−空気
極均圧小弁１１を閉じる。このとき、筐体−燃料極均圧
小弁４および筐体−空気極均圧小弁１１の高い流路抵抗
によって電池筐体への窒素流量が従来より格段に小さく
抑制されているので、ハンチング現象も小さくて済み、
したがって過大な差圧の発生も阻止される。次いで、燃
料流量制御弁１および空気流量制御弁８を徐々に開いて
燃料ガスおよび空気の供給を開始するとともに、燃料極
窒素供給弁２および空気極窒素供給弁９を徐々に絞って
全閉する。このような操作によって、燃料極，空気極，
および電池筐体にそれぞれ燃料ガス，空気，および窒素
が供給され、さらに一定圧力に制御された筐体圧力をベ
ースにして燃料極，空気極の差圧が一定に制御される。
スへの切り換え操作における弁位置を模式化して示す図
であり、まず筐体−燃料極均圧小弁４および筐体−空気
極均圧小弁１１を閉じる。このとき、筐体−燃料極均圧
小弁４および筐体−空気極均圧小弁１１の高い流路抵抗
によって電池筐体への窒素流量が従来より格段に小さく
抑制されているので、ハンチング現象も小さくて済み、
したがって過大な差圧の発生も阻止される。次いで、燃
料流量制御弁１および空気流量制御弁８を徐々に開いて
燃料ガスおよび空気の供給を開始するとともに、燃料極
窒素供給弁２および空気極窒素供給弁９を徐々に絞って
全閉する。このような操作によって、燃料極，空気極，
および電池筐体にそれぞれ燃料ガス，空気，および窒素
が供給され、さらに一定圧力に制御された筐体圧力をベ
ースにして燃料極，空気極の差圧が一定に制御される。
【００２８】図５は図１に示す実施例の発電運転状態へ
の切り換え操作における弁位置を模式化して示す図であ
り、燃料極差圧制御弁５および空気極差圧制御弁１２の
開度を徐々に増し、逆に燃料−大気放出差圧制御弁６お
よび空気−大気放出差圧制御弁１３の開度を徐々に絞っ
て反応ガスの流れを燃料極差圧制御弁５および空気極差
圧制御弁１２に移し換えることにより発電運転が可能に
なる。
の切り換え操作における弁位置を模式化して示す図であ
り、燃料極差圧制御弁５および空気極差圧制御弁１２の
開度を徐々に増し、逆に燃料−大気放出差圧制御弁６お
よび空気−大気放出差圧制御弁１３の開度を徐々に絞っ
て反応ガスの流れを燃料極差圧制御弁５および空気極差
圧制御弁１２に移し換えることにより発電運転が可能に
なる。
【００２９】図６はこの発明の異なる実施例になる燃料
電池のガス給排装置を示す配管系統図である。この実施
例が図１に示す実施例と異なるところは、燃料−大気放
出差圧制御弁６をバイパスする配管系７Ｐに設けた燃料
−大気放出弁７と、空気−大気放出差圧制御弁１３をバ
イパスする配管系１４Ｐに設けた空気−大気放出弁１４
とを備え、この燃料−大気放出弁７および空気−大気放
出弁１４にその駆動源が喪失したときバネの作用により
開放状態となる遮断弁を用いた点にある。
電池のガス給排装置を示す配管系統図である。この実施
例が図１に示す実施例と異なるところは、燃料−大気放
出差圧制御弁６をバイパスする配管系７Ｐに設けた燃料
−大気放出弁７と、空気−大気放出差圧制御弁１３をバ
イパスする配管系１４Ｐに設けた空気−大気放出弁１４
とを備え、この燃料−大気放出弁７および空気−大気放
出弁１４にその駆動源が喪失したときバネの作用により
開放状態となる遮断弁を用いた点にある。
【００３０】図７は図６に示す実施例の駆動源喪失時に
おける弁位置を模式化して示す図であり、空気圧，電気
などの駆動源の喪失により、各流量調節弁１，２，５，
６，８，９，１２，１３，１５，１６は全閉状態とな
り、燃料極には燃料ガスが、空気極には空気が、電池筐
体には窒素が封入された状態となるが、駆動源が喪失し
たときバネの作用により開放状態となる遮断弁３，４，
６，７，１０，１１，１４は全開状態となり、電池筐体
内の窒素を筐体−燃料極均圧弁３，筐体−燃料極均圧小
弁４を介して燃料極に供給し、燃料極内の燃料ガスを燃
料−大気放出弁７を介して大気中に放出する窒素パージ
経路と、電池筐体内の窒素を筐体−空気極均圧弁１０，
筐体−空気極均圧小弁１１を介して空気極に供給し、空
気極内の空気を空気−大気放出弁１４を介して大気中に
放出する窒素パージ経路とが形成され、燃料極，空気極
は大気圧の窒素に置換される。また、燃料極，空気極，
および電池筐体は流路抵抗の低い筐体−燃料極均圧弁
３，筐体−空気極均圧弁１０、および筐体−燃料極均圧
小弁４，筐体−空気極均圧小弁１１により互いに連通状
態となるので、筐体−燃料極間，筐体−空気極間，およ
び燃料極−空気極間の差圧も抑制される。
おける弁位置を模式化して示す図であり、空気圧，電気
などの駆動源の喪失により、各流量調節弁１，２，５，
６，８，９，１２，１３，１５，１６は全閉状態とな
り、燃料極には燃料ガスが、空気極には空気が、電池筐
体には窒素が封入された状態となるが、駆動源が喪失し
たときバネの作用により開放状態となる遮断弁３，４，
６，７，１０，１１，１４は全開状態となり、電池筐体
内の窒素を筐体−燃料極均圧弁３，筐体−燃料極均圧小
弁４を介して燃料極に供給し、燃料極内の燃料ガスを燃
料−大気放出弁７を介して大気中に放出する窒素パージ
経路と、電池筐体内の窒素を筐体−空気極均圧弁１０，
筐体−空気極均圧小弁１１を介して空気極に供給し、空
気極内の空気を空気−大気放出弁１４を介して大気中に
放出する窒素パージ経路とが形成され、燃料極，空気極
は大気圧の窒素に置換される。また、燃料極，空気極，
および電池筐体は流路抵抗の低い筐体−燃料極均圧弁
３，筐体−空気極均圧弁１０、および筐体−燃料極均圧
小弁４，筐体−空気極均圧小弁１１により互いに連通状
態となるので、筐体−燃料極間，筐体−空気極間，およ
び燃料極−空気極間の差圧も抑制される。
【００３１】図８はこの発明の他の実施例になる燃料電
池のガス給排装置の要部を模式化した弁位置で示す配管
系統図である。この実施例が他の実施例と異なるところ
は、燃料−大気放出弁７および空気−大気放出弁１４が
それぞれに直列に連結されたオリフィス２１を備えた点
にある。燃料−大気放出弁７および空気−大気放出弁１
４は、その上流側が電池の運転圧力、下流側が大気圧で
あり、その差圧が大きいため、電池運転圧力を高く設定
した発電装置では、例えば放出弁７，１４に２５Ａ程度
の口径の小さい遮断弁を用いても、制御用電源または空
気源の喪失時には多量のガスが流出し、筐体−燃料極
間，筐体−空気極間に過大な差圧を生ずる恐れがある。
この実施例のように、例えば燃料−大気放出弁７および
空気−大気放出弁１４の取り付けフランジ等を利用して
小口径の制限オリフィス２１を形成すれば、装置の大型
化を招くことなく放出ガス流量を制限して緩やかに窒素
パージを行い、燃料極内，空気極内，および筐体内を大
気圧の窒素雰囲気に導ける利点が得られる。
池のガス給排装置の要部を模式化した弁位置で示す配管
系統図である。この実施例が他の実施例と異なるところ
は、燃料−大気放出弁７および空気−大気放出弁１４が
それぞれに直列に連結されたオリフィス２１を備えた点
にある。燃料−大気放出弁７および空気−大気放出弁１
４は、その上流側が電池の運転圧力、下流側が大気圧で
あり、その差圧が大きいため、電池運転圧力を高く設定
した発電装置では、例えば放出弁７，１４に２５Ａ程度
の口径の小さい遮断弁を用いても、制御用電源または空
気源の喪失時には多量のガスが流出し、筐体−燃料極
間，筐体−空気極間に過大な差圧を生ずる恐れがある。
この実施例のように、例えば燃料−大気放出弁７および
空気−大気放出弁１４の取り付けフランジ等を利用して
小口径の制限オリフィス２１を形成すれば、装置の大型
化を招くことなく放出ガス流量を制限して緩やかに窒素
パージを行い、燃料極内，空気極内，および筐体内を大
気圧の窒素雰囲気に導ける利点が得られる。
【００３２】図９はこの発明の異なる他の実施例になる
燃料電池のガス給排装置を模式化した弁位置で示す配管
系統図である。この実施例が図６に示す実施例と異なる
ところは、駆動源喪失時に閉状態となる各流量調節弁
１，２，５，６，８，９，１２，１３，１５，１６それ
ぞれに直列に、駆動源喪失時に開状態となる遮断弁２０
を設けた点にあり、締切り性が幾分劣る流量調節弁の欠
点を、これに直列に設けた遮断弁２０の優れた締切り性
を利用して補完し、窒素パージ後も微量の燃料ガスまた
は空気が燃料極，空気極に供給され，排出され続けるよ
うな不安全状態を確実に回避できる利点が得られる。
燃料電池のガス給排装置を模式化した弁位置で示す配管
系統図である。この実施例が図６に示す実施例と異なる
ところは、駆動源喪失時に閉状態となる各流量調節弁
１，２，５，６，８，９，１２，１３，１５，１６それ
ぞれに直列に、駆動源喪失時に開状態となる遮断弁２０
を設けた点にあり、締切り性が幾分劣る流量調節弁の欠
点を、これに直列に設けた遮断弁２０の優れた締切り性
を利用して補完し、窒素パージ後も微量の燃料ガスまた
は空気が燃料極，空気極に供給され，排出され続けるよ
うな不安全状態を確実に回避できる利点が得られる。
【００３３】
【発明の効果】この発明の燃料電池へのガス給排装置は
前述のように、大口径の筐体−燃料極均圧弁および筐体
−空気極均圧弁それぞれに並列に小口径の筐体−燃料極
均圧小弁および筐体−空気極均圧小弁を設けるよう構成
した。その結果、窒素による燃料極，空気極，および筐
体の昇圧操作時には、大口径の筐体−燃料極均圧弁およ
び筐体−空気極均圧弁の低い流路抵抗を利用して差圧が
抑制され、窒素による燃料極，空気極，および筐体の差
圧制御操作時には、筐体−燃料極均圧小弁および筐体−
空気極均圧小弁の高い流路抵抗を利用して電池筐体への
窒素の過剰な流入が阻止され、窒素から反応ガスへの切
り換え操作時には、筐体−燃料極均圧小弁および筐体−
空気極均圧小弁の遮断に起因して発生する筐体−燃料極
間，筐体−空気極間の圧力変動および差圧の増大が抑制
されることになり、従来例で問題になった、燃料電池の
発電開始時点に生ずる過大な差圧による燃料電池の破損
が回避され、過大な差圧を生ずることなく円滑に燃料ガ
スおよび空気を電極に導入できるガス給排装置を備えた
燃料電池を提供できる。
前述のように、大口径の筐体−燃料極均圧弁および筐体
−空気極均圧弁それぞれに並列に小口径の筐体−燃料極
均圧小弁および筐体−空気極均圧小弁を設けるよう構成
した。その結果、窒素による燃料極，空気極，および筐
体の昇圧操作時には、大口径の筐体−燃料極均圧弁およ
び筐体−空気極均圧弁の低い流路抵抗を利用して差圧が
抑制され、窒素による燃料極，空気極，および筐体の差
圧制御操作時には、筐体−燃料極均圧小弁および筐体−
空気極均圧小弁の高い流路抵抗を利用して電池筐体への
窒素の過剰な流入が阻止され、窒素から反応ガスへの切
り換え操作時には、筐体−燃料極均圧小弁および筐体−
空気極均圧小弁の遮断に起因して発生する筐体−燃料極
間，筐体−空気極間の圧力変動および差圧の増大が抑制
されることになり、従来例で問題になった、燃料電池の
発電開始時点に生ずる過大な差圧による燃料電池の破損
が回避され、過大な差圧を生ずることなく円滑に燃料ガ
スおよび空気を電極に導入できるガス給排装置を備えた
燃料電池を提供できる。
【００３４】また、燃料−大気放出差圧制御弁および空
気−大気放出差圧制御弁にそれぞれ並列に、駆動源が喪
失したときバネの作用により開放状態となる燃料−大気
放出弁および空気−大気放出弁を設けるよう構成した。
その結果、停電等により駆動電源，制御用空気源などが
喪失状態となった際、燃料−大気放出弁および空気−大
気放出弁が開放状態になり、これと同様に開放状態にな
っている筐体−燃料極均圧弁，筐体−空気極均圧弁，筐
体−燃料極均圧小弁，および筐体−空気極均圧小弁との
相補作用によって、電池筐体中の窒素を燃料極および空
気極を経由して大気中に放出する窒素パージ経路が形成
されることになり、均圧弁により連通状態となった燃料
極および空気極中に加圧状態の燃料ガスおよび空気が密
封状態になるという従来技術の不安全状態が解消され、
定常的な運転停止時は勿論、不時の駆動源喪失状態にお
いても、窒素パージが自動的に行われて燃料極，空気
極，およびを大気圧の窒素雰囲気に導き、安全状態が確
実に確保される信頼性の高いガス給排装置を備えた燃料
電池を提供することができる。さらに、安全性確保のた
めに従来必要とした無停電電源装置の設置も不要になる
ので、設備費の低減および発電装置の小型化にも貢献で
きる利点が得られる。
気−大気放出差圧制御弁にそれぞれ並列に、駆動源が喪
失したときバネの作用により開放状態となる燃料−大気
放出弁および空気−大気放出弁を設けるよう構成した。
その結果、停電等により駆動電源，制御用空気源などが
喪失状態となった際、燃料−大気放出弁および空気−大
気放出弁が開放状態になり、これと同様に開放状態にな
っている筐体−燃料極均圧弁，筐体−空気極均圧弁，筐
体−燃料極均圧小弁，および筐体−空気極均圧小弁との
相補作用によって、電池筐体中の窒素を燃料極および空
気極を経由して大気中に放出する窒素パージ経路が形成
されることになり、均圧弁により連通状態となった燃料
極および空気極中に加圧状態の燃料ガスおよび空気が密
封状態になるという従来技術の不安全状態が解消され、
定常的な運転停止時は勿論、不時の駆動源喪失状態にお
いても、窒素パージが自動的に行われて燃料極，空気
極，およびを大気圧の窒素雰囲気に導き、安全状態が確
実に確保される信頼性の高いガス給排装置を備えた燃料
電池を提供することができる。さらに、安全性確保のた
めに従来必要とした無停電電源装置の設置も不要になる
ので、設備費の低減および発電装置の小型化にも貢献で
きる利点が得られる。
【図１】この発明の一実施例になる燃料電池へのガス給
排装置を示す配管系統図
排装置を示す配管系統図
【図２】図１に示す実施例の窒素による燃料極，空気
極，および筐体の昇圧操作における弁位置を模式化して
示す図
極，および筐体の昇圧操作における弁位置を模式化して
示す図
【図３】図１に示す実施例の窒素による燃料極，空気
極，および筐体の差圧制御操作における弁位置を模式化
して示す図
極，および筐体の差圧制御操作における弁位置を模式化
して示す図
【図４】図１に示す実施例の窒素から反応ガスへの切り
換え操作における弁位置を模式化して示す図
換え操作における弁位置を模式化して示す図
【図５】図１に示す実施例の発電運転状態への切り換え
操作における弁位置を模式化して示す図
操作における弁位置を模式化して示す図
【図６】この発明の異なる実施例になる燃料電池のガス
給排装置を示す配管系統図
給排装置を示す配管系統図
【図７】図６に示す実施例の駆動源喪失時における弁位
置を模式化して示す図
置を模式化して示す図
【図８】この発明の他の実施例になる燃料電池のガス給
排装置の要部を模式化した弁位置で示す配管系統図
排装置の要部を模式化した弁位置で示す配管系統図
【図９】この発明の異なる他の実施例になる燃料電池の
ガス給排装置を模式化した弁位置で示す配管系統図
ガス給排装置を模式化した弁位置で示す配管系統図
【図１０】従来の燃料電池へのガス給排装置を示す配管
系統図
系統図
【図１１】従来例における窒素による燃料極，空気極，
および筐体の差圧制御操作状態を模式化して示す図
および筐体の差圧制御操作状態を模式化して示す図
【図１２】従来例において駆動源が喪失した場合の弁位
置を模式化して示す図
置を模式化して示す図
１ 燃料流量制御弁
２ 燃料極窒素供給弁
３ 筐体−燃料極均圧弁
４ 筐体−燃料極均圧小弁
５ 燃料極差圧制御弁
６ 燃料−大気放出差圧制御弁
７ 燃料−大気放出弁
８ 空気流量制御弁
９ 空気極窒素供給弁
１０ 筐体−空気極均圧弁
１１ 筐体−空気極均圧小弁
１２ 空気極差圧制御弁
１３ 空気−大気放出差圧制御弁
１４ 空気−大気放出弁
１５ 窒素流量制御弁
１６ 筐体圧力制御弁
２０ 遮断弁
２１ オリフィス
３０ 燃料電池
３１ 電池筐体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 8/04
H01M 8/06
Claims (5)
- 【請求項１】電池筐体に窒素を供給・排出し、この電池
筐体に収納された燃料電池の燃料極に燃料ガスを，空気
極に空気をそれぞれ供給・排出する装置であって、燃料
ガス供給配管系に設けられて流量を制御する燃料流量制
御弁と、燃料ガス排出配管系に設けられて燃料極の差圧
を制御する燃料極差圧制御弁と、空気供給配管系に設け
られて流量を制御する空気流量制御弁と、空気排出配管
系に設けられて空気極の差圧を制御する空気極差圧制御
弁と、窒素供給配管系に設けられて流量を制御する窒素
流量制御弁と、窒素排出配管系に設けられて筐体の圧力
を制御する筐体圧力制御弁と、前記窒素流量制御弁の上
流側と前記燃料流量制御弁の下流側とに連通する配管系
に設けられて燃料極への窒素の供給を制御する燃料極窒
素供給弁と、前記窒素流量制御弁の上流側と前記空気流
量制御弁の下流側とに連通する配管系に設けられて空気
極への窒素の供給を制御する空気極窒素供給弁と、前記
窒素流量制御弁の下流側と前記燃料流量制御弁の下流側
とに連通する配管系に設けられて燃料極と筐体との差圧
を抑制する筐体−燃料極均圧弁と、前記窒素流量制御弁
の下流側と前記空気流量制御弁の下流側とに連通する配
管系に設けられて空気極と筐体との差圧を抑制する筐体
−空気極均圧弁と、前記燃料極差圧制御弁の上流側で分
岐して大気に連通する配管系に設けられて大気と燃料極
の差圧を調節する燃料−大気放出差圧制御弁と、前記空
気極差圧制御弁の上流側で分岐して大気に連通する配管
系に設けられて大気と空気極の差圧を調節する空気−大
気放出差圧制御弁とを備え、燃料ガスおよび空気の供給
開始に先立って窒素による燃料極，空気極および筐体の
昇圧操作および均圧操作を行うガス給排装置において、
前記筐体−燃料極均圧弁をバイパスする小口径の配管に
設けた筐体−燃料極均圧弁より小口径の筐体−燃料極均
圧小弁と、前記筐体−空気極均圧弁をバイパスする小口
径の配管に設けた筐体−空気極均圧弁より小口径の筐体
−空気極均圧小弁とを備えたことを特徴とする燃料電池
へのガス給排装置。 - 【請求項２】請求項１に記載の燃料電池へのガス給排装
置において、筐体−燃料極均圧弁，筐体−燃料極均圧小
弁，筐体−空気極均圧弁，および筐体−空気極均圧小弁
が共にその駆動源が喪失したときバネの作用により開放
状態となる遮断弁であることを特徴とする燃料電池への
ガス給排装置。 - 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の燃料電池
へのガス給排装置において、燃料−大気放出差圧制御弁
をバイパスする配管系、およびこの配管系に設けた燃料
−大気放出弁と、空気−大気放出差圧制御弁をバイパス
する配管系、およびこの配管系に設けた空気−大気放出
弁とを備え、前記燃料−大気放出弁および空気−大気放
出弁が共にその駆動源が喪失したときバネの作用により
開放状態となる遮断弁であることを特徴とする燃料電池
へのガス給排装置。 - 【請求項４】請求項３に記載の燃料電池へのガス給排装
置において、燃料−大気放出弁および空気−大気放出弁
がそれぞれに直列に連結されたオリフィスを備えたこと
を特徴とする燃料電池へのガス給排装置。 - 【請求項５】請求項１に記載の燃料電池へのガス給排装
置において、燃料流量制御弁，燃料極差圧制御弁，空気
流量制御弁，空気極差圧制御弁，窒素流量制御弁，筐体
圧力制御弁，燃料極窒素供給弁，空気極窒素供給弁，燃
料−大気放出差圧制御弁，および空気−大気放出差圧制
御弁が共に制御用空気源，制御用電源などの制御源によ
り開度調整される流量調節弁からなり、前記制御源が喪
失した状態で閉じるとともに、それぞれに直列に制御源
が喪失した状態で閉じる遮断弁を備えたことを特徴とす
る燃料電池へのガス給排装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00352196A JP3430767B2 (ja) | 1996-01-12 | 1996-01-12 | 燃料電池へのガス給排装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00352196A JP3430767B2 (ja) | 1996-01-12 | 1996-01-12 | 燃料電池へのガス給排装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09199149A JPH09199149A (ja) | 1997-07-31 |
| JP3430767B2 true JP3430767B2 (ja) | 2003-07-28 |
Family
ID=11559688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00352196A Expired - Fee Related JP3430767B2 (ja) | 1996-01-12 | 1996-01-12 | 燃料電池へのガス給排装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3430767B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050001671A (ko) * | 2003-06-26 | 2005-01-07 | 현대자동차주식회사 | 가변 가압장치가 구비된 연료 전지장치 |
| JP4699010B2 (ja) * | 2004-11-09 | 2011-06-08 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム |
-
1996
- 1996-01-12 JP JP00352196A patent/JP3430767B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09199149A (ja) | 1997-07-31 |
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