JPH01200567A - 燃料電池発電システム - Google Patents

燃料電池発電システム

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JPH01200567A
JPH01200567A JP63023684A JP2368488A JPH01200567A JP H01200567 A JPH01200567 A JP H01200567A JP 63023684 A JP63023684 A JP 63023684A JP 2368488 A JP2368488 A JP 2368488A JP H01200567 A JPH01200567 A JP H01200567A
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resistor
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oxygen
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Toshiaki Takemoto
嶽本 俊明
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料電池発電システムに係り、特に発電停止
中及び停止する過程での一電池性能劣化防止に好適な運
転法に関する。
〔従来技術〕
燃料電池は供給される燃料中の水素と酸化剤の酸素が、
電気化学的に反応する際のエネルギーを直流電力及び熱
として取り出し、有効利用するものである。燃料電池は
、反応を促進するため一般に貴金属を使用した触媒が用
いられ、その代表例としては、白金があげられる。この
白金触媒は。
高電位にさらされると、白金粒子が凝集し、比表面、積
が小さくなり、反応に対する活性が失われ、結果として
、一定電流密度における電池電圧が低下することが知ら
れている。
燃料電池では、酸化剤(代表例として空気)が供給され
る酸化剤極は、酸化剤中の酸素吸着により、触媒部分の
自然電位が高くなっていることが知られており、前記高
電位化による触媒劣化が生じ易い。従って、発電中だけ
でなく、発電停止中にも触媒への酸素吸着により電池性
能が低下する。
このため、従来は、発電停止する過程に不活性ガスパー
ジする際、電池本体の直流出力端に適当な抵抗器を設け
、電池内の残留ガスを電池反応により消費、除去するこ
とが特開昭61−32362号公報に記載されているが
、吸着酸素が完全に除去されたことの判定法、さらに、
吸着水素が先に除去された場合の水素不足による酸素除
去困難性については充分な解決がなされていない。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記の事情により従来技術で残留反応ガス(酸素及び水
素)を、電池反応として、電流で消費させようとすると
、一般に水素の方が触媒上からパージされ易く、水素の
方が先に電池内から除去されるので、残留酸素は電池反
応が消費することが不可能となり、触媒上に吸着された
状態となる。
すると、発電停止中の酸化剤極の電位が吸着酸素により
高くなり、白金等貴金属触媒の凝集が進み、その電位に
よっては発電中よりも性能劣化が激しくなる現象がおこ
ることになる。
本発明の目的は上記課題を解決し水素不足になることな
く、吸着酸素を必要なレベルまで除去し。
発電停止中又は停止する過程における電池性能劣化を防
止し得る燃料電池発電システムを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は上記目的達成のため複数の単位電池から構成さ
れる電池本体、この電池本体に酸化剤。
燃料の反応ガス、不活性ガスを夫々給排するガス供給系
統、酸化剤出口の水素濃度検出手段、燃料電池本体の直
流出力端に設けた電気信号で操作可能な抵抗器、電池電
圧検出手段、及びプラント状態を制御する制御装置とを
有する燃料電池発電システムにおいて、燃料電池発電停
止中又は、発電を停止する過程で、前記酸化剤供給系統
には不活性ガスを供給又は封入し、燃料供給系統には水
素を含むガスを流す運転モードを設け、前記酸化剤出口
の水素濃度検知手段にて検出した水素濃度値により前記
電池本体の直流出力端に設けた電気信号で操作可能な抵
抗器をON、OFF動作させることにより解決した。ま
た、本発明者らは、酸素が完全に除去された場合、酸化
剤極と燃料極の水素濃度差による、濃度電池形成により
酸化剤極側に濃淡電池電流による水素発生が*察される
ことを見出し、この水素濃度を検知することで、酸化剤
極の吸着酸素除去完了を判定することが出来ることを発
見した。これをもとに、酸素を消費するための抵抗器を
切り離し、燃料を供給停止しても良い状態となったこと
を判定するものである。さらに、前記抵抗器に抵抗値可
変のための切替えタップを設け、電池電圧が高い場合は
抵抗値が低くなるように自動選択し、電流を大きくとっ
て吸着酸素除去を早期に実施し、電池が高電位にさらさ
れる時間を極力短くしようとするものである。
〔作用〕
本発明の燃料電池発電システムは電池の停止中又は停止
する過程において、酸化剤極には不活性ガスが供給され
るため、電極内に滞留している未反応酸素がパージされ
る。パージ後触媒上に吸着されている酸素は、燃料極に
供給されている水素と、電池反応を行い、電池直流出力
端の抵抗器を介して電流として消費される。一方、洋料
極には水素が供給されているので水素不足による吸着酸
素除去困難性は解決される。また、酸化剤極での吸着酸
素が完全に除去されたことを、燃料極と酸化剤極間で形
成される水素濃淡電池による酸化剤極での水素発生を検
知することで判定し、その時点まで電池直流出力端に設
けられた抵抗器を投入しておくため、吸着酸素は完全に
除去される。
〔実施例〕
以下本発明の一実施例を第1図により説明する。
燃料電池発電システムは燃料極1a、酸化剤極1bなど
から成る電池本体1、電池本体1に燃料を供給するため
の燃料供給系M 2 、酸化剤を供給するための酸化剤
供給系統3などから構成されている。また、電池本体1
の直流出力端には切替タップ付の抵抗器7及び電圧検出
器6が設けられている。前記酸化剤供給系統3には、入
口に不活性ガス供給系統4、出口には水素濃度検出器5
を設け、制御装置8により、制御されている。尚、図中
破線は電気信号を表わす。
燃料電池の発電停止過程において、まず、酸化剤極1b
へ酸化剤供給が停止され、不活性ガス供給系統4から窒
素等の不活性ガスが供給され、酸化剤極1bに滞留して
いる酸素をパージする。−方、停止操作開始とともに、
直流出力端に設けられた抵抗器7が投入され、通電する
ことで酸化剤極1bに吸着している酸素と、燃料極1a
に供給されている水素との反応により吸着酸素を消費し
、除去する。この際、電圧検出器6で検出される電圧が
高い場合、前記抵抗器7の抵抗値が小さくなるように、
制御装置8にてタップが選択される。
このように、吸着酸素除去が進むと、酸化剤極にはもは
や、水素と反応する酸素が無くなり、両極間には、水素
の濃度差による濃淡電池起電力に基づく電流が流れるよ
うになる。これは、燃料極で水素が水素イオンと電子と
に解離し、水素イオンは電解質(図示せず)を通り酸化
剤極へ、一方電子は抵抗器を通って、酸化剤極へ達し、
水素イオンと再び結合して、水素を生成するからである
従って、この酸化剤極で発生する水素を酸化剤極出口に
設けられた水素濃度検出器にて検知すれば、酸化剤極に
は吸着酸素が無く、水素濃淡電池を形成していることが
判別出来る。そこで、この水素濃度をもとに、抵抗器を
切り離すことで、停止中の電池性能劣化の少ない低電位
の状態で保管することが可能となる。
この水素濃度の基準は、燃料中の水素濃度、電池温度、
圧力などによって決まる水素濃淡電池平衡電位と抵抗値
によって電流値を計算することで、電流と、水素量の電
気化学的当量関係より求めることが出来る。尚、本実施
例は停止過程のものであるが、いかなる場合でも、発電
中以外、上述の通り燃料極に水素を含むガスを供給する
ことで、同様な制御法により、吸着酸素あるいは、電池
外からリークして来た酸素を完全に除去することが出来
る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、酸化剤極には不活性ガスが供給される
ため、電極内に滞留している未反応酸素がパージされ、
一方、触媒上に吸着されている酸素は、燃料極に供給さ
れている水素と電池反応を行い、抵抗器を介して電流と
して消費される。又燃料極には水素が供給されているた
め、水素不足による吸着酸素除去困難性が解決され、酸
素を完全に除去し、電池の電位を下げ、触媒凝集による
電池性能劣化を防止出来る。また、酸化剤極での吸着酸
素が完全に除去されたことを、燃料極と酸化剤極間で形
成される水素濃淡電池による酸化剤極での水素発生を検
知するまで、抵抗器を接続しておくことで、吸着酸素を
完全に除去することが可能となり、電位の低い最適な保
管(停止)状態を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
図は、本発明の一実施例を示す燃料電池発電システムの
略系統図である。 1・・・電池本体、2・・・燃料供給系統、3・・・酸
化剤供給系統、4・・不活性ガス供給系統、5・・水素
濃度検出器、6・・・電圧検出器、7・・・抵抗器、8
・・・制御装置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、複数の単位電池から構成される電池本体、この電池
    本体に酸化剤、燃料の反応ガス、不活性ガスを夫々給排
    するガス供給系統、酸化剤出口の水素濃度検出手段、燃
    料電池本体の直流出力端に設けた電気信号で操作可能な
    抵抗器、電池電圧検出手段、及びプラント状態を制御す
    る制御装置とを有する燃料電池発電システムにおいて、
    燃料電池発電停止中又は、発電を停止する過程で、前記
    酸化剤供給系統には不活性ガスを供給又は封入し、燃料
    供給系統には水素を含むガスを流す運転モードを設け、
    前記酸化剤出口の水素濃度検知手段にて検出した水素濃
    度値により前記電池本体の直流出力端に設けられた電気
    信号で操作可能な抵抗器をON、OFF動作させること
    を特徴とする燃料電池発電システム。 2、電池信号で操作可能な抵抗器のON、OFF動作が
    、水素濃度値がある設定値よりも低い時にON、高い時
    にOFFとなるような動作であることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の燃料電池発電システム。 3、電気信号で操作可能な抵抗器のON、OFF動作を
    行なわす水素濃度値の設定値が、燃料系の水素ガス濃度
    、温度、圧力などにより決まる水素濃淡電池起電力と前
    記抵抗器の抵抗値で定まる電流に対応した水素発生量と
    、酸化剤側の不活性ガス流量及び容積で求まる値により
    設定されていることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    又は第2項記載の燃料電池発電システム。 4、電気信号で操作可能な抵抗器が、抵抗可変のための
    タップが設けられており、電池電圧検出手段による電圧
    によつて、前記タップを制御装置により自動選択するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第3項記載の
    燃料電池発電システム。 5、抵抗値を、前記電圧が高い場合に低く、電圧が低い
    場合には高くなるように選択することを特徴とする特許
    請求の範囲第3項又は第4項記載の燃料電池発電システ
    ム。
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