JP4656947B2 - カソード電極燃料パージを用いる燃料電池発電プラント用の起動システム及び方法 - Google Patents
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Description
Claims (11)
- 停止された燃料電池電力プラント(10)を起動する方法であって、前記停止された燃料電池電力プラント(10)は水素含有還元流体燃料と酸素含有酸化剤から電流を発生する少なくとも一つの燃料電池(12)と、前記燃料電池(12)に設けられた外部回路(68)を介して電流を受ける主負荷(70)とを含み、前記燃料電池は電解物質(18)の両側にあるアノード電極(14)及びカソード電極(16)と、還元流体燃料が前記アノード電極(14)に隣接して流れるように仕向けるアノード電極(14)に隣接するアノード流路(28)と、酸素含有酸化剤が前記カソード電極(16)に隣接して流れるように仕向ける前記カソード電極(16)に隣接するカソード流路(38)とを含み、前記停止された燃料電池電力プラント(10)を起動する方法が
a.還元流体燃料が前記カソード流路(38)を流れるように仕向けることにより還元流体燃料を用いて前記カソード流路(38)をパージするステップと、
b.次いで、前記カソード流路(38)を通る還元流体の流れを停止させ、還元流体燃料が前記アノード流路(28)を流れるように仕向けるステップと、
c.次いで、酸素含有酸化剤が前記カソード流路(38)を流れるように仕向けるステップと、
d.次いで、電流が燃料電池(12)から前記主負荷(70)に流れるように前記主負荷(70)を燃料電池(12)に接続するステップと、
を含むことを特徴とする停止された燃料電池電力プラント(10)を起動する方法。 - 前記電解物質(18)と前記アノード流路(28)の間にプラチナブラック・アノード電極(14)を設けるステップを更に含む請求項1に記載の停止された燃料電池電力プラント(10)を起動する方法。
- 前記カソード流路(38)を還元流体燃料でパージするステップの後で、還元流体燃料が前記アノード流路(28)を流れるように仕向けるステップの前に、補助負荷(74)を燃料電池(12)に接続して、前記アノード流路(28)内の酸素を電気化学反応により消費し、次いで、前記アノード流路(28)内の酸素が消費されたときに還元流体燃料が前記アノード流路(28)を流れるように仕向け、次いで前記補助負荷(74)を遮断し、次いで前記主負荷(70)を燃料電池(12)に接続するステップを更に含む請求項1に記載の停止された燃料電池電力プラント(10)を起動する方法。
- 前記カソード流路(38)を還元流体燃料でパージするステップの後で、還元流体燃料が前記アノード流路(28)を流れるように仕向けるステップの前に、補助負荷(74)と、ダイオード(78)とを燃料電池(12)に対して直列に接続して、前記アノード流路(28)内の酸素を電気化学反応により消費し、次いで、前記アノード流路(28)内の酸素が消費されたときに還元流体燃料が前記アノード流路(28)を流れるように仕向け、次いで前記補助負荷(74)を遮断し、次いで前記主負荷(70)を燃料電池(12)に接続するステップを更に含み、前記ダイオード(78)は、少なくとも一つの燃料電池(12)により発生される電圧が0.2ボルトを超えたときに電流が前記補助負荷を流れるように構成されることを特徴とする請求項1に記載の停止された燃料電池電力プラント(10)を起動する方法。
- 前記アノード流路(28)を出るアノード排出物流の一部を再循環させて前記アノード流路(28)に戻すために、燃料電池(12)のアノード排出ライン(56)と還元流体入口ライン(54)の間にアノード再循環ライン(65)を設け、前記アノード再循環ライン(65)内の前記アノード排出物の前記一部を送給して前記アノード流路(28)に戻すための再循環送風機(66)を前記アノード再循環ライン(65)に設け、前記補助負荷(74)を燃料電池(12)に接続したときは常に前記再循環送風機(66)を動作するステップを更に含む請求項3に記載の停止された燃料電池電力プラント(10)を起動する方法。
- 燃料電池電力プラント(10)を起動するシステムであって、
a.水素含有還元流体燃料と酸素含有酸化剤から電流を発生する少なくとも一つの燃料電池(12)であって、電解物質(18)の両側にアノード電極(14)及びカソード電極(16)と、還元流体燃料が前記アノード電極(14)に隣接して流れるように仕向ける前記アノード電極(14)に隣接するアノード流路(28)と、酸素含有酸化剤が前記カソード電極(16)に隣接して流れるように仕向ける前記カソード電極(16)に隣接するカソード流路(38)と、前記燃料電池(12)からの電流を受けるように外部回路(68)を介して接続された主負荷(70)と、を含む燃料電池(12)と、
b.カソード入口ライン(44)を通ってカソード流路(38)までの酸素含有酸化剤の通過を選択的に開放及び停止させるように、酸素含有酸化剤源(42)と前記カソード流路(38)の間を流体連通する酸化剤入口ライン(44)に設けられた酸化剤入口弁(50)と、
c.還元流体入口ライン(54)を通って前記アノード流路(28)までの還元流体燃料の通過を選択的に開放及び停止させるように、還元流体燃料源(40)と前記アノード流路(28)の間を流体連通する還元流体入口ライン(54)に設けられたアノード流路遮断弁(62)と、
d.還元流体燃料源(40)と前記カソード流路(38)の間を流体連通して設けられたカソード燃料パージ弁(63)であって、前記酸化剤入口弁(50)と前記アノード流路遮断弁(62)が閉じられたときは常に前記カソード燃料パージ弁(63)を開いて還元流体燃料を前記カソード流路(38)まで通過させて燃料電池電量プラント(10)の起動時に前記カソード流路(38)をパージし、前記酸化剤入口弁(50)とアノード流路遮断(62)弁が開かれたときは常に前記カソード燃料パージ弁(63)を閉じて還元流体燃料の前記カソード流路(38)への流れを防止するように設けられた、カソード燃料パージ弁(63)と、
を備える燃料電池電力プラント(10)を起動するシステム。 - a.還元流体燃料が前記還元流体入口ライン(54)を通過するのを選択的に開放及び停止するように前記アノード遮断弁(62)と前記還元流体燃料源(40)の間の前記還元流体入口ライン(54)に設けられた還元流体入口弁(60)
を更に備え、
b.前記カソード燃料パージ弁(63)が前記還元流体入口弁(60)と前記アノード流路遮断弁(62)の間の還元流体入口ライン(54)に流体連通し、かつ前記酸化剤入口弁(50)と前記カソード流路(38)の間の前記酸化剤入口ライン(44)に流体連通するように設けられて、前記酸化剤入口弁(50)と前記アノード流路遮断弁(62)が閉じられ、還元流体入口弁(60)が開かれるときは常に前記カソード燃料パージ弁(63)が開かれて還元流体燃料の前記還元流体入口ライン(54)から前記カソード流路(38)までの還元流体燃料の通過を開放して燃料電池電力プラント(12)の起動時に前記カソード流路(38)をパージし、前記酸化剤入口弁(50)、アノード流路遮断弁(62)及び還元流体入口弁(60)が開かれるときは常に前記カソード燃料パージ弁(63)が閉じられて還元流体燃料の前記カソード流路(38)への流れを防止するように前記カソード燃料パージ弁(63)が設けられる
ことを特徴とする請求項6に記載の燃料電池電力プラント(10)を起動するシステム。 - 前記アノード電極(14)がプラチナブラック・アノード電極(14)を備えることを特徴とする請求項6に記載の燃料電池電力プラント(10)を起動するシステム。
- 主負荷(70)であって、燃料電池が停止されるときに燃料電池(12)から電流を受けないように、燃料電池(12)と電気的に連通して設けられた主負荷(70)と、補助負荷(74)であって、前記カソード燃料パージ弁(63)が開かれて還元流体燃料を前記カソード流路(38)へと送給するときには常に燃料電池(12)により発生された電流を受けて前記アノード流路(28)内の酸素を電気化学反応により消費するように燃料電池(12)と電気的に連通して設けられた補助負荷(74)と、を更に備える請求項6に記載の燃料電池電力プラント(10)を起動するシステム。
- 燃料電池が停止されるときに燃料電池(12)から電流を受けないように、燃料電池(12)と電気的に連通して設けられた主負荷(70)と、
燃料電池(12)と電気的に連通して設けられるとともに、前記アノード流路(28)内の酸素を電気化学反応により消費させるようにダイオード(78)と直列に設けられた補助負荷(74)と
を更に備え、
前記ダイオード(78)は、前記少なくとも一つの燃料電池(12)の電圧が0.2ボルトより大きいときに電流が前記補助負荷(74)を流れるように構成されており、それにより、前記カソード燃料パージ弁(63)が開かれて還元流体燃料が前記カソード流路(38)に送給されたときに、前記アノード流路(28)内の酸素を電気化学反応によって消費するために燃料電池(12)により発生される電圧が0.2ボルトを超えた場合に前記補助負荷(74)が電流を受ける
ことを特徴とする請求項6に記載の燃料電池電力プラント(10)を起動するシステム。 - 前記アノード流路(28)を出るアノード排出物流の一部を再循環させて前記アノード流路(28)に戻すように、燃料電池(12)のアノード排出ライン(56)と前記還元流体入口ライン(54)の間に設けられたアノード再循環ライン(65)と、
前記アノード再循環ライン(65)内の前記アノード排出物流の前記一部を送給して前記アノード流路(28)に戻すように、前記アノード再循環ライン(65)に設けられた再循環送風機(66)であって、前記補助負荷(74)が燃料電池(12)から電流を受けるときは常に動作するように設けられた再循環送風機(66)と、
を更に備える請求項9に記載の燃料電池電力プラント(10)を起動するシステム。
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