JP5072928B2 - 燃料電池発電システム - Google Patents
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Description
本発明に係る燃料電池発電システムの第一番目の実施形態を図1,2に基づいて説明する。
本発明に係る燃料電池発電システムの第二番目の実施形態を図3,4に基づいて説明する。ただし、前述した実施形態の場合と同様な部分については、前述した実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した実施形態での説明と重複する説明を省略する。
〈濃縮開始タイミングの検知〉
なお、前述した実施形態においては、前記ガス1,2の第一の濃度検知手段として、前記燃料電池本体110の内部の前記ガス1,2の濃度を検出する前記ガスセンサ123,133を適用して、当該ガスセンサ123,133からの情報に基づいて、前記制御装置140,240が前記不純物ガスの濃縮開始タイミングを検知して、前記燃料電池本体110の外部への前記ガス1,2の排出を停止するようにしたが、他の実施形態として、例えば、前記ガス1,2の第一の濃度検知手段を以下のように構成して前記不純物ガスの濃縮開始タイミングを検知することも可能である。
また、前述した実施形態においては、前記ガス1,2の第二の濃度検知手段として、前記燃料電池本体110の電圧を計測する電圧計測手段となる電圧計111を適用して、当該電圧計111からの情報に基づいて、前記不純物ガスの濃縮に伴う当該燃料電池本体110の電圧低下を利用することにより、前記制御装置140,240が前記ガス1,2の排気開始タイミングを検知して、当該燃料電池本体110の外部への前記ガス1,2の排出を開始するようにしたが、例えば、運転条件等各種の事情から、前記不純物ガスの濃縮に伴う前記燃料電池本体110の電圧低下が小さく、当該電圧低下に基づく前記ガス1,2の排気開始タイミングを適切に検知できない等の場合には、他の実施形態として、例えば、以下のようにして求められる規定時間に基づいて、前記ガス1,2の排気開始タイミングを検知するようにするとよい。
また、前述した実施形態においては、前記ガス1,2の第三の濃度検知手段として、前記ドレンセパレータ127,137に設けた前記ガスセンサ128,138を適用して前記燃料電池本体110の内部の前記ガス1,2の濃度を検出し、当該ガスセンサ128,138からの情報に基づいて、前記制御装置140,240が前記ガス1,2の排出停止タイミングを検知して、前記燃料電池本体110の外部へ排出される前記ガス1,2を当該燃料電池本体110の内部へ再び流通させるように前記三方弁124,134を制御するようにしたが、他の実施形態として、例えば、前記ガス1,2の第三の濃度検知手段を以下のように構成して前記ガス1,2の排気停止タイミングを検知することも可能である。
また、前述した実施形態においては、前記燃料電池本体110内で前記発電反応に寄与しなかった前記ガス1,2を前記ガス排出口から排出して、前記三方弁124,134を介して前記循環ブロア126,136によって、前記ガスボンベ121,131からの新たな前記ガス1,2と合流して、当該燃料電池本体110の前記ガス供給口へ再び供給する循環流通手段である循環流通ラインを設けた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他の実施形態として、例えば、前記循環流通ラインを省略して、前記燃料電池本体110内で前記発電反応に使用されるだけ、すなわち、前記発電反応で消費されるだけの前記ガス1,2を前記ガスボンベ121,131から当該燃料電池本体110へ供給することにより、当該ガス1,2を循環再利用することなくほぼすべて使い切るようにしたタイプの燃料電池発電システムの場合であっても、前述した実施形態の場合と同様にして適用することができる。
2 酸素ガス
3 水
100 燃料電池発電システム
110 燃料電池本体
111 電圧計
121 水素ガスボンベ
122 バルブ
123 水素ガスセンサ
124 三方弁
124a〜124c 口
125 ドレンセパレータ
126 循環ブロア
127 ドレンセパレータ
128 水素ガスセンサ
131 酸素ガスボンベ
132 バルブ
133 酸素ガスセンサ
134 三方弁
134a〜134c 口
135 ドレンセパレータ
136 循環ブロア
137 ドレンセパレータ
138 酸素ガスセンサ
140 制御装置
200 燃料電池発電システム
229,239 圧力計
240 制御装置
Claims (10)
- 燃料極と酸化極とで電解質を挟んだセルを複数積層した燃料電池本体と、
水素ガスを前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側へ供給する水素ガス貯蔵手段を備えた水素ガス供給手段と、
酸素ガスを含有する酸化ガスを前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ供給する酸化ガス供給手段と
を備えている燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を開始又は停止させる燃料極側ガス排出開始停止切換手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記水素ガスの濃度が第一の水素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第一の水素ガス濃度検知手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記水素ガスの濃度が前記第一の水素ガス規定濃度値よりも小さい第二の水素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第二の水素ガス濃度検知手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記水素ガスの濃度が前記第一の水素ガス規定濃度値以下になると、前記第一の水素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の前記燃料極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を停止するように前記燃料極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の当該水素ガスの濃度が前記第二の水素ガス規定濃度値以下になると、前記第二の水素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の当該燃料極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を開始するように当該燃料極側ガス排出開始停止切換手段を制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする燃料電池発電システム。 - 燃料極と酸化極とで電解質を挟んだセルを複数積層した燃料電池本体と、
水素ガスを含有する燃料ガスを前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側へ供給する燃料ガス供給手段と、
酸素ガスを前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ供給する酸素ガス貯蔵手段を備えた酸素ガス供給手段と
を備えている燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を開始又は停止させる酸化極側ガス排出開始停止切換手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が第一の酸素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第一の酸素ガス濃度検知手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が前記第一の酸素ガス規定濃度値よりも小さい第二の酸素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第二の酸素ガス濃度検知手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が前記第一の酸素ガス規定濃度値以下になると、前記第一の酸素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の前記酸化極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を停止するように前記酸化極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の当該酸素ガスの濃度が前記第二の酸素ガス規定濃度値以下になると、前記第二の酸素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を開始するように当該酸化極側ガス排出開始停止切換手段を制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする燃料電池発電システム。 - 請求項1に記載の燃料電池発電システムにおいて、
前記酸化ガス供給手段が、酸素ガスを前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ供給する酸素ガス貯蔵手段を備えた酸素ガス供給手段であり、
前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を開始又は停止させる酸化極側ガス排出開始停止切換手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が第一の酸素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第一の酸素ガス濃度検知手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が前記第一の酸素ガス規定濃度値よりも小さい第二の酸素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第二の酸素ガス濃度検知手段と
を備えると共に、
前記制御手段が、さらに、前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が前記第一の酸素ガス規定濃度値以下になると、前記第一の酸素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の前記酸化極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を停止するように前記酸化極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の当該酸素ガスの濃度が前記第二の酸素ガス規定濃度値以下になると、前記第二の酸素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を開始するように当該酸化極側ガス排出開始停止切換手段を制御するものである
ことを特徴とする燃料電池発電システム。 - 請求項1又は請求項3に記載の燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料極側ガス排出開始停止切換手段によって前記燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを当該燃料電池本体の内部の前記燃料極側へ供給する水素ガス循環流通手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記水素ガスの濃度が前記第一の水素ガス規定濃度値よりも大きい第三の水素ガス規定濃度値以上であるか否かを検知する第三の水素ガス濃度検知手段と
を備え、
前記制御手段が、さらに、前記燃料電池本体の内部の前記水素ガスの濃度が前記第三の水素ガス規定濃度値以上になると、前記第三の水素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを当該燃料電池本体の内部の前記燃料極側へ流通させるように前記水素ガス循環流通手段を制御するものである
ことを特徴とする燃料電池発電システム。 - 請求項2又は請求項3に記載の燃料電池発電システムにおいて、
前記酸化極側ガス排出開始停止切換手段によって前記燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを当該燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ供給する酸素ガス循環流通手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が前記第一の酸素ガス規定濃度値よりも大きい第三の酸素ガス規定濃度値以上であるか否かを検知する第三の酸素ガス濃度検知手段と
を備え、
前記制御手段が、さらに、前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が前記第三の酸素ガス規定濃度値以上になると、前記第三の酸素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを当該燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ流通させるように前記酸素ガス循環流通手段を制御するものである
ことを特徴とする燃料電池発電システム。 - 燃料極と酸化極とで電解質を挟んだセルを複数積層した燃料電池本体と、
水素ガスを前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側へ供給する水素ガス貯蔵手段を備えた水素ガス供給手段と、
酸素ガスを含有する酸化ガスを前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ供給する酸化ガス供給手段と
を備えている燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を開始又は停止させる燃料極側ガス排出開始停止切換手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記水素ガスの濃度が第一の水素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第一の水素ガス濃度検知手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記水素ガスの濃度が前記第一の水素ガス規定濃度値よりも小さい第二の水素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第二の水素ガス濃度検知手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記水素ガスの濃度が前記第一の水素ガス規定濃度値よりも大きい第三の水素ガス規定濃度値以上であるか否かを検知する第三の水素ガス濃度検知手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側の圧力を計測する燃料極側圧力計測手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記水素ガスの濃度が前記第一の水素ガス規定濃度値以下になると、前記第一の水素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の前記燃料極側の圧力を上昇及び下降のいずれか一方に変動させるように前記水素ガス供給手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の前記燃料極側の圧力が燃料極側上方規定圧力値及び燃料極側下方規定圧力値のいずれか一方になると、前記燃料極側圧力計測手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の前記燃料極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を停止するように前記燃料極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の当該水素ガスの濃度が前記第二の水素ガス規定濃度値以下になると、前記第二の水素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の当該燃料極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を開始するように当該燃料極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の当該水素ガスの濃度が前記第三の水素ガス規定濃度値以上になると、前記第三の水素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の前記燃料極側の圧力を上昇及び下降のいずれか他方に変動させるように前記水素ガス供給手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の前記燃料極側の圧力が当初の圧力値になると、前記燃料極側圧力計測手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の前記燃料極側の圧力を当初の圧力値に維持するように前記水素ガス供給手段を制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする燃料電池発電システム。 - 燃料極と酸化極とで電解質を挟んだセルを複数積層した燃料電池本体と、
水素ガスを含有する燃料ガスを前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側へ供給する燃料ガス供給手段と、
酸素ガスを前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ供給する酸素ガス貯蔵手段を備えた酸素ガス供給手段と
を備えている燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を開始又は停止させる酸化極側ガス排出開始停止切換手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が第一の酸素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第一の酸素ガス濃度検知手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が前記第一の酸素ガス規定濃度値よりも小さい第二の酸素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第二の酸素ガス濃度検知手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が前記第一の酸素ガス規定濃度値よりも大きい第三の酸素ガス規定濃度値以上であるか否かを検知する第三の酸素ガス濃度検知手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側の圧力を計測する酸化極側圧力計測手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が前記第一の酸素ガス規定濃度値以下になると、前記第一の酸素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の前記酸化極側の圧力を上昇及び下降のいずれか一方に変動させるように前記酸素ガス供給手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の前記酸化極側の圧力が酸化極側上方規定圧力値及び酸化極側下方規定圧力値のいずれか一方になると、前記酸化極側圧力計測手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の前記酸化極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を停止するように前記酸化極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の当該酸素ガスの濃度が前記第二の酸素ガス規定濃度値以下になると、前記第二の酸素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を開始するように当該酸化極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の当該酸素ガスの濃度が前記第三の酸素ガス規定濃度値以上になると、前記第三の酸素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の前記酸化極側の圧力を上昇及び下降のいずれか他方に変動させるように前記酸素ガス供給手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の前記酸化極側の圧力が当初の圧力値になると、前記酸化極側圧力計測手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の前記酸化極側の圧力を当初の圧力値に維持するように前記酸素ガス供給手段を制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする燃料電池発電システム。 - 請求項6に記載の燃料電池発電システムにおいて、
前記酸化ガス供給手段が、酸素ガスを前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ供給する酸素ガス貯蔵手段を備えた酸素ガス供給手段であり、
前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を開始又は停止させる酸化極側ガス排出開始停止切換手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が第一の酸素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第一の酸素ガス濃度検知手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が前記第一の酸素ガス規定濃度値よりも小さい第二の酸素ガス規定濃度値以下であるか否かを検知する第二の酸素ガス濃度検知手段と、
前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側の圧力を計測する酸化極側圧力計測手段と
を備えると共に、
前記制御手段が、さらに、前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が前記第一の酸素ガス規定濃度値以下になると、前記第一の酸素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の前記酸化極側の圧力を上昇及び下降のいずれか一方に変動させるように前記酸素ガス供給手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の前記酸化極側の圧力が酸化極側上方規定圧力値及び酸化極側下方規定圧力値のいずれか一方になると、前記酸化極側圧力計測手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の前記酸化極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を停止するように前記酸化極側ガス排出開始停止切換手段を制御し、当該燃料電池本体の内部の当該酸素ガスの濃度が前記第二の酸素ガス規定濃度値以下になると、前記第二の酸素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、当該燃料電池本体の内部の当該酸化極側から当該燃料電池本体の外部へのガスの排出を開始するように当該酸化極側ガス排出開始停止切換手段を制御するものである
ことを特徴とする燃料電池発電システム。 - 請求項6又は請求項8に記載の燃料電池発電システムにおいて、
前記燃料極側ガス排出開始停止切換手段によって前記燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを当該燃料電池本体の内部の前記燃料極側へ供給する水素ガス循環流通手段を備え、
前記制御手段が、前記燃料電池本体の内部の前記水素ガスの濃度が前記第三の水素ガス規定濃度値以上になると、前記第三の水素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、さらに、当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを当該燃料電池本体の内部の前記燃料極側へ流通させるように前記水素ガス循環流通手段を制御するものである
ことを特徴とする燃料電池発電システム。 - 請求項7又は請求項8に記載の燃料電池発電システムにおいて、
前記酸化極側ガス排出開始停止切換手段によって前記燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを当該燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ供給する酸素ガス循環流通手段を備え、
前記制御手段が、前記燃料電池本体の内部の前記酸素ガスの濃度が前記第三の酸素ガス規定濃度値以上になると、前記第三の酸素ガス濃度検知手段からの情報に基づいて、さらに、当該燃料電池本体の外部へ排出された前記ガスを当該燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ流通させるように前記酸素ガス循環流通手段を制御するものである
ことを特徴とする燃料電池発電システム。
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