JP3444604B2 - Fuel cell inert gas supply mechanism - Google Patents

Fuel cell inert gas supply mechanism

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JP3444604B2 JP06832692A JP6832692A JP3444604B2 JP 3444604 B2 JP3444604 B2 JP 3444604B2 JP 06832692 A JP06832692 A JP 06832692A JP 6832692 A JP6832692 A JP 6832692A JP 3444604 B2 JP3444604 B2 JP 3444604B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池を緊急停止す
る際に不活性ガスを供給する燃料電池の不活性ガス供給
機構に関する。 【０００２】 【従来の技術】図２はリン酸形燃料電池を例示してお
り、全体を符号１で示す燃料電池は、電解質マトリック
ス２を挟んで燃料極３及び空気極４を配設した単位セル
の積層体から成る。そして、原燃料（都市ガス）Ａを燃
料改質装置５に供給し、該燃料改質装置５で生成した燃
料ガスＢを燃料極３へ供給し、一方、空気極４に空気Ｃ
を供給することにより、電気化学反応に基づいて発電が
行われる。 【０００３】燃料電池１の燃料極３から発生した燃料極
オフガスＤは、燃料改質装置５のバーナ６に導入され、
燃料極オフガスＤに残存する水素（Ｈ2 ガス）が燃焼さ
れる。ここで、水素ガス燃焼の際における燃焼熱が、燃
料改質反応の反応熱として利用される。また、残存する
Ｈ2 ガスの燃焼により生じた水分を含む燃焼排ガスＥ
と、燃料電池１の空気極４から発生した水分を含む空気
極オフガスＦとは、補給水回収装置７に送られて水分の
回収が行われる。 【０００４】その補給水回収装置７は、例えば水分回収
塔８の内部に水冷式の熱交換器９を収めた構造である。
この補給水回収装置７において排熱の回収が行われ、そ
の際に凝縮された水は、水分回収塔８の底部に回収水Ｇ
として貯溜される。この回収水Ｇは、ポンプ１０、水処
理装置（例えばイオン交換樹脂より成る）１１、水蒸気
発生器１２を介して、ポンプ１３により燃料電池１の冷
却水ＣＷとして、循環ラインＬ−１において循環され
る。また水蒸気発生器１２からは、ライン１４を介して
水蒸気Ｍが原燃料Ａに添加され、原燃料の水蒸気改質に
必要な反応水として利用される。 【０００５】ここで燃料電池は、停止（緊急停止も含
む）する際の安全性確保及び内部の触媒保護のために、
不活性ガス（通常は窒素が用いられている）で系内をパ
ージする。従って、燃料電池設置に際しては、不活性ガ
スの供給機構が必要となる。また、何らかの原因で不活
性ガスの圧力が決まった値より低下してきた場合は、燃
料電池を緊急停止させる。これは以下の理由による。す
なわち、不活性ガスの圧力が低下するということは、不
活性ガスの残量が少なくなる、或いは、不活性ガス供給
能力が低下することを意味している。不活性ガスを供給
できないと、燃料電池に異常が発生した場合に緊急停止
させてもパージが不完全になる。このような事態を避け
るために、不活性ガスの供給能力が残っているうちに燃
料電池を緊急停止するのである。 【０００６】また、不活性ガス圧力低下時の緊急停止
は、電気事業法の技術基準でも要求されている。 【０００７】図３は、従来のパージ用の不活性ガス供給
機構を示している。 【０００８】図３において、窒素ガスを充填したガスボ
ンベ１８は２本示されているが、実際には、接続するべ
き燃料電池の容量に対応した数だけ設けられる。そし
て、窒素ボンベ１８近傍に該ボンベ等の一次圧力を検出
する圧力スイッチ１９を設け、窒素ボンベ１８から燃料
電池（図３では図示せず）へ至る窒素供給ラインＬ１
（図２中、実線で示すライン）には減圧弁２０が介装さ
れている。ここで該圧力スイッチ１９は、検出された圧
力が燃料電池の停止に必要な窒素量に相当する設定圧力
よりも低くなった場合に、信号ラインＬ２（図２中、点
線で示すライン）を介して、燃料電池を緊急停止するた
めのインターロック信号を出力する。 【０００９】 【発明が解決するべき課題】しかし、図３で示す従来の
燃料電池の不活性ガス供給用機構は、通常のパージ用の
ガスとして窒素ガスを消費してボンベ１８内の圧力が低
くなった場合においても、ある程度窒素ガスが残存して
いる状態に圧力スイッチ１９がインターロック信号を出
力せざるを得ない。なんとなれば、安全のためにパージ
に必要な窒素ガス量は残しておかねばならないので、そ
の分ボンベ内に残存ガスが残っている状態でボンベを交
換せざるを得ない。そのため、例えば５０ｋＷの容量を
持つ燃料電池の場合には、窒素ボンベ１本だと８０ｋｇ
／ｃｍ２ Ｇまでしか使用出来ない。このことは、窒素
ボンベ１８を使い切る以前に交換しなければならないの
で、その分だけ窒素ガスが無駄となり、コストが高くな
ってしまう。 【００１０】ここで、ボンベ１８の本数を増加すること
も考えられるが、ボンベを使い切るためにはかなり増加
させる必要があり、ボンベ本数の増加は設置スペースの
増大という問題を生じる。また、ボンベ本数を増加すれ
ば高圧のヘッダーが必要となるので、作業性の悪化、ボ
ンベ交換ミスの惹起、これに伴う危険性の増大という問
題も発生する。 【００１１】本発明は上記した従来技術の問題点に鑑み
て提案されたもので、ボンベ本数を増加することなく、
不活性ガスボンベの内容物を使い切ることが出来る様な
燃料電池の不活性ガス供給機構を提供することを目的と
している。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、燃料電
池を緊急停止する際に不活性ガスを供給するために燃料
電池の不活性ガス供給機構において通常使用される不活
性ガスボンベ（３０）と予備用の不活性ガスボンベ（３
２）とを備え、通常使用される不活性ガスボンベ（３
０）は減圧機構（３４）を備え、そして燃料電池に至る
ライン（Ｌ３）には圧力検出手段（３６）が介装され、
他方、予備用の不活性ガスボンベ（３２）から燃料電池
に至るライン（Ｌ４）には減圧機構（３８）および常閉
の電磁弁（４０）が介装され、そして前記圧力検出手段
（３６）は伝達ライン（Ｌ５）を介して前記電磁弁（４
０）に接続されかつ伝達ライン（Ｌ６）を介して燃料電
池に接続されており、前記圧力検出手段（３６）は検出
した圧力が所定値以下であれば、電磁弁（４０）に弁開
放信号を出力すると共に、燃料電池にインターロック信
号を出力して燃料電池を緊急停止するようになってい
る。 【００１３】 【作用】したがって通常使用される不活性ガスボンベが
パージ作業を行って圧力が低くなるが、圧力検出手段は
この圧力を充分に低く（０ｋｇ／ｃｍ２ Ｇの近い値）
設定しておく。すなわちその設定圧は通常使用する不活
性ガスボンベ中の不活性ガスが燃料電池に流入できる最
低圧に設定しておく。そして通常使用される不活性ガス
ボンベの圧力がこの設定圧以下になると、圧力検知手段
は予備用の不活性ガスボンベの電磁弁に弁開放信号を出
力すると共に、燃料電池を緊急停止させる。すると、予
備用の不活性ガスボンベからの不活性ガスが燃料電池に
送られる。 【００１４】このように本発明によれば、通常使用され
る不活性ガスボンベの圧力が低下したとき、予備用の不
活性ガスボンベから不活性ガスを供給するので、通常使
用される不活性ガスボンベに緊急停止用の不活性ガスを
残しておく必要がなく、通常使用されるガスボンベは最
後まで不活性ガスを使い切ることができる。そのために
不活性ガスを無駄なく使いきることができる。 【００１５】 【実施例】以下、図１を参照して、本発明の実施例につ
いて説明する。 【００１６】図１において、本発明の燃料電池の不活性
ガス供給機構は不活性ガスとして窒素ガスを用いてお
り、通常使用の窒素ガスボンベ３０と、予備用の窒素ガ
スボンベ３２とを備えている。通常使用の窒素ガスボン
ベ３０は２本示されているが、実際は、接続すべき燃料
電池の容量に対応した数以上設置される。予備用の窒素
ガスボンベ３２に関しても同様である。通常使用の窒素
ガスボンベ３０は各々が減圧機構（例えば減圧弁）３４
を備えており、通常使用の窒素ガスボンベ３０から燃料
電池（図１では図示せず）に至るラインＬ３には、圧力
検出手段（例えば圧力スイッチ）３６が介装されてい
る。一方、予備用の窒素ガスボンベ３２から燃料電池へ
至るラインＬ４には、減圧機構（例えば減圧弁）３８、
常閉の電磁弁４０が介装されている。そして、通常使用
の窒素ガスボンベ３０の近傍に介装された圧力検出手段
３６は、図１において点線で示す信号伝達ラインＬ５、
Ｌ６を介して、それぞれ電磁弁４０或いは燃料電池と電
気的に結合している。そして圧力検出手段３６は、ボン
ベ３０の減圧後の圧力を検出する。 【００１７】圧力検出手段３６で検出された圧力が所定
値より大きければ、電磁弁４０は閉鎖したままであり、
燃料電池も通常の運転を行う。これに対して、検出され
た圧力が所定値以下であれば、圧力検出手段３６はライ
ンＬ５を介して電磁弁４０に弁開放信号を出力し、同時
にラインＬ６を介して燃料電池にインターロック信号を
出力する。その結果、燃料電池は緊急停止を行うのであ
る。 【００１８】 【発明の効果】以上の通り本発明によれば下記のすぐれ
た効果を奏する。 （ａ） 緊急停止用の不活性ガスパージを予備用の不活
性ガスボンベで行うので、通常の不活性ガスボンベを最
後まで使い切ることができる。 （ｂ） したがって、電気事業法の要件で満足し、充分
な安全対等を有する燃料電池の不活性ガス供給機構を得
ることができる。 （ｃ） 予備用の不活性ガスボンベを設ければよく従来
技術のように高圧ヘッダによるボンベの連結や設置スペ
ースの増加がない。 （ｄ） 不活性ガスのコストが減らし、またボンベ交換
時のミスや危険が減少する。 【００１９】 【００２０】 【００２１】 【００２２】 【００２３】Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inert gas supply mechanism for a fuel cell for supplying an inert gas when an emergency stop of the fuel cell is performed. 2. Description of the Related Art FIG. 2 shows an example of a phosphoric acid fuel cell. A fuel cell generally indicated by reference numeral 1 is a unit in which a fuel electrode 3 and an air electrode 4 are arranged with an electrolyte matrix 2 interposed therebetween. Consists of a stack of cells. Then, the raw fuel (city gas) A is supplied to the fuel reformer 5, and the fuel gas B generated by the fuel reformer 5 is supplied to the fuel electrode 3, while the air C is supplied to the air electrode 4.
, Power is generated based on the electrochemical reaction. An anode off-gas D generated from an anode 3 of a fuel cell 1 is introduced into a burner 6 of a fuel reformer 5,
Hydrogen (H 2 gas) remaining in the fuel electrode off-gas D is burned. Here, combustion heat at the time of hydrogen gas combustion is used as reaction heat of the fuel reforming reaction. Further, the combustion exhaust gas E containing water generated by the combustion of the remaining H 2 gas E
The air electrode off-gas F containing water generated from the air electrode 4 of the fuel cell 1 is sent to the makeup water recovery device 7 to recover the water. The makeup water recovery device 7 has a structure in which a water-cooled heat exchanger 9 is housed inside a water recovery tower 8, for example.
Exhaust heat is recovered in the make-up water recovery device 7, and water condensed at that time is collected water G at the bottom of the water recovery tower 8.
It is stored as. The recovered water G is circulated in the circulation line L-1 as the cooling water CW of the fuel cell 1 by the pump 13 via the pump 10, the water treatment device (for example, made of ion exchange resin) 11, and the steam generator 12. You. From the steam generator 12, steam M is added to the raw fuel A via a line 14, and is used as reaction water required for steam reforming of the raw fuel. [0005] Here, the fuel cell is used to ensure safety when stopping (including emergency stop) and to protect the internal catalyst.
The system is purged with an inert gas (usually nitrogen is used). Therefore, when installing the fuel cell, a supply mechanism of an inert gas is required. If the pressure of the inert gas drops below a predetermined value for some reason, the fuel cell is urgently stopped. This is for the following reason. That is, a decrease in the pressure of the inert gas means that the remaining amount of the inert gas decreases or the inert gas supply capacity decreases. If the inert gas cannot be supplied, the purging will be incomplete even if the fuel cell is abnormally stopped when an abnormality occurs. In order to avoid such a situation, the fuel cell is urgently stopped while the supply capacity of the inert gas remains. Further, an emergency stop when the pressure of the inert gas is reduced is also required by the technical standards of the Electricity Business Law. FIG. 3 shows a conventional inert gas supply mechanism for purging. In FIG. 3, two gas cylinders 18 filled with nitrogen gas are shown. However, actually, a number of gas cylinders 18 corresponding to the capacity of the fuel cell to be connected are provided. A pressure switch 19 for detecting a primary pressure of the cylinder or the like is provided in the vicinity of the nitrogen cylinder 18, and a nitrogen supply line L1 extending from the nitrogen cylinder 18 to a fuel cell (not shown in FIG. 3).
A pressure-reducing valve 20 is interposed in (a line shown by a solid line in FIG. 2). Here, when the detected pressure becomes lower than the set pressure corresponding to the amount of nitrogen required for stopping the fuel cell, the pressure switch 19 is connected via a signal line L2 (a line shown by a dotted line in FIG. 2). And outputs an interlock signal for emergency stop of the fuel cell. However, the conventional inert gas supply mechanism of the fuel cell shown in FIG. 3 consumes nitrogen gas as a normal purging gas and lowers the pressure inside the cylinder 18. Even in such a case, the pressure switch 19 must output an interlock signal in a state where nitrogen gas remains to some extent. Since the amount of nitrogen gas necessary for purging must be kept for safety, the cylinder must be replaced while the remaining gas remains in the cylinder. Therefore, for example, in the case of a fuel cell having a capacity of 50 kW, one nitrogen cylinder requires 80 kg.
/ Cm 2 G can be used only. Since this must be replaced before the nitrogen cylinder 18 is used up, the nitrogen gas is wasted and the cost increases. Here, it is conceivable to increase the number of cylinders 18. However, it is necessary to increase the number of cylinders considerably, and the increase in the number of cylinders causes a problem of an increase in installation space. In addition, if the number of cylinders is increased, a high-pressure header is required, which causes problems such as deterioration of workability, occurrence of cylinder replacement error, and an increase in danger. [0011] The present invention has been proposed in view of the above-mentioned problems of the prior art, and without increasing the number of cylinders.
It is an object of the present invention to provide an inert gas supply mechanism for a fuel cell that can use up the contents of an inert gas cylinder. According to the present invention, an inert gas cylinder normally used in an inert gas supply mechanism of a fuel cell to supply an inert gas when an emergency stop of the fuel cell is performed. (30) and a spare inert gas cylinder (3
2), and a commonly used inert gas cylinder (3)
0) includes a pressure reducing mechanism (34), and a pressure detecting means (36) is interposed in a line (L3) leading to the fuel cell,
On the other hand, a line (L4) from the spare inert gas cylinder (32) to the fuel cell is provided with a pressure reducing mechanism (38) and a normally closed solenoid valve (40), and the pressure detecting means (36) Via the transmission line (L5), the solenoid valve (4
0) and to the fuel cell via a transmission line (L6), and the pressure detection means (36) sends a valve opening signal to the solenoid valve (40) if the detected pressure is equal to or lower than a predetermined value. And an interlock signal is output to the fuel cell to stop the fuel cell urgently. Therefore, the pressure of the inert gas cylinder, which is usually used, becomes low due to the purging operation, and the pressure detecting means makes the pressure sufficiently low (a value close to 0 kg / cm 2 G).
Set it. That is, the set pressure is set to the lowest pressure at which the inert gas in the normally used inert gas cylinder can flow into the fuel cell. When the pressure of the normally used inert gas cylinder becomes equal to or lower than the set pressure, the pressure detecting means outputs a valve opening signal to the solenoid valve of the spare inert gas cylinder and stops the fuel cell urgently. Then, the inert gas from the spare inert gas cylinder is sent to the fuel cell. As described above, according to the present invention, when the pressure of the normally used inert gas cylinder decreases, the inert gas is supplied from the spare inert gas cylinder. There is no need to keep the inert gas for stopping, and the normally used gas cylinder can use up the inert gas to the end. Therefore, the inert gas can be used up without waste. An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In FIG. 1, the inert gas supply mechanism of the fuel cell according to the present invention uses nitrogen gas as an inert gas, and includes a normally used nitrogen gas cylinder 30 and a spare nitrogen gas cylinder 32. Although two nitrogen gas cylinders 30 for normal use are shown, in reality, more than the number corresponding to the capacity of the fuel cell to be connected are installed. The same applies to the spare nitrogen gas cylinder 32. Each of the normally used nitrogen gas cylinders 30 has a pressure reducing mechanism (for example, a pressure reducing valve) 34.
A pressure detecting means (for example, a pressure switch) 36 is interposed in a line L3 from the normally used nitrogen gas cylinder 30 to the fuel cell (not shown in FIG. 1). On the other hand, a line L4 from the spare nitrogen gas cylinder 32 to the fuel cell is provided with a pressure reducing mechanism (for example, a pressure reducing valve) 38,
A normally closed solenoid valve 40 is provided. The pressure detecting means 36 interposed in the vicinity of the normally used nitrogen gas cylinder 30 is a signal transmission line L5 indicated by a dotted line in FIG.
Through L6, they are electrically connected to the solenoid valve 40 or the fuel cell, respectively. Then, the pressure detecting means 36 detects the pressure of the cylinder 30 after the pressure is reduced. If the pressure detected by the pressure detecting means 36 is larger than a predetermined value, the solenoid valve 40 remains closed,
The fuel cell also operates normally. On the other hand, if the detected pressure is equal to or less than the predetermined value, the pressure detecting means 36 outputs a valve opening signal to the solenoid valve 40 via the line L5, and simultaneously outputs an interlock signal to the fuel cell via the line L6. Is output. As a result, the fuel cell performs an emergency stop. As described above, according to the present invention, the following excellent effects can be obtained. (A) Since the inert gas purge for emergency stop is performed by the spare inert gas cylinder, the normal inert gas cylinder can be used up to the end. (B) Therefore, it is possible to obtain a fuel cell inert gas supply mechanism that satisfies the requirements of the Electricity Business Act and has a sufficient level of safety. (C) It is only necessary to provide a spare inert gas cylinder, and there is no need to connect the cylinder by a high-pressure header and increase the installation space unlike the prior art. (D) The cost of inert gas is reduced, and mistakes and dangers when replacing cylinders are reduced. [0021] [0021]

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の１実施例を説明するブロック図。 【図２】本発明が適用される燃料電池の１例を示すブロ
ック図。 【図３】従来のパージ用の不活性ガス供給機構を示すブ
ロック図。 【符号の説明】 １８、３０・・・通常使用の窒素ガスボンベ ２０・・・減圧弁 ３４、３８・・・開閉弁 １９・・・圧力スイッチ ３２・・・予備用の窒素ガスボンベ ３６・・・圧力検出手段 ４０・・・電磁弁 Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４・・・窒素ガス供給ライン Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６・・・信号伝達ラインBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram illustrating one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing an example of a fuel cell to which the present invention is applied. FIG. 3 is a block diagram showing a conventional inert gas supply mechanism for purging. [Description of References] 18, 30 ... Nitrogen gas cylinder 20 for normal use ... Pressure reducing valve 34, 38 ... Open / close valve 19 ... Pressure switch 32 ... Nitrogen gas cylinder for spare 36 ... Pressure Detecting means 40: electromagnetic valves L1, L3, L4: nitrogen gas supply lines L2, L5, L6: signal transmission lines

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 燃料電池を緊急停止する際に不活性ガス
を供給するために燃料電池の不活性ガス供給機構におい
て通常使用される不活性ガスボンベ（３０）と予備用の
不活性ガスボンベ（３２）とを備え、通常使用される不
活性ガスボンベ（３０）は減圧機構（３４）を備え、そ
して燃料電池に至るライン（Ｌ３）には圧力検出手段
（３６）が介装され、他方、予備用の不活性ガスボンベ
（３２）から燃料電池に至るライン（Ｌ４）には減圧機
構（３８）および常閉の電磁弁（４０）が介装され、そ
して前記圧力検出手段（３６）は伝達ライン（Ｌ５）を
介して前記電磁弁（４０）に接続されかつ伝達ライン
（Ｌ６）を介して燃料電池に接続されており、前記圧力
検出手段（３６）は検出した圧力が所定値以下であれ
ば、電磁弁（４０）に弁開放信号を出力すると共に、燃
料電池にインターロック信号を出力して燃料電池を緊急
停止することを特徴とする燃料電池の不活性ガス供給機
構。(1) An inert gas cylinder (30) generally used in an inert gas supply mechanism of a fuel cell for supplying an inert gas when an emergency stop of the fuel cell is performed. A spare inert gas cylinder (32) is provided, a commonly used inert gas cylinder (30) is provided with a pressure reducing mechanism (34), and a pressure detecting means (36) is provided on a line (L3) leading to the fuel cell. A pressure reducing mechanism (38) and a normally-closed solenoid valve (40) are provided in a line (L4) from the spare inert gas cylinder (32) to the fuel cell. (36) is connected to the solenoid valve (40) via a transmission line (L5) and to the fuel cell via a transmission line (L6), and the pressure detecting means (36) detects the detected pressure. If it is less than the predetermined value Outputs a valve opening signal to the solenoid valve (40), the inert gas supply mechanism of the fuel cell, which comprises an emergency stop of the fuel cell outputs the interlock signal to the fuel cell.
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