JPH01655A - 燃料電池発電装置の運転起動方法 - Google Patents

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〕　　− この発明は、燃料電池発電装置の運転起動方法に関する
。

〔従来の技術〕

まず第２図により頭記燃料電池発電装置のシステム概要
を説明する０図において１は水素リッチな改質ガスを生
成する燃料改質器、２は改質ガスを燃料とする燃料電池
、３は燃料電池２の直流出力を交流に変換するＤＣ／Ａ
Ｃ変換器、４は外部負荷、５は負荷４へめ給電回路に介
挿した開閉器である。

ここで改質器ｌは燃焼バーナ１ａを装備の燃焼炉ｌｂ内
に改質原料の気化器１ｃ、および改質触媒を充填した改
質反応管１ｄを内蔵して成り、前記気化器１ｃに原料ポ
ンプ６を介して改質原料タンク７が接続されている。一
方、燃料電池２は周知のように単位セルを多数積層した
セルスタックとして構成されたもので、図はこの燃料電
池を燃料電極２ａｔ空気電極２ｂ、電解質層２ｃ＋燃料
ガス室２ｄ、反応空気室２ｅで模式的に表しており、か
つ前記改質器１の改質反応管出口と燃料電池２の燃料ガ
ス室２ｄの入口との間には燃料ガス供給ライン８が、ま
た燃料ガス室２ｄの出口と改質器１の燃焼バーナ１ａと
の間にはオフガス供給う不ン９が接続配管されている。

かかる構成でメタノール等の改質原料に水蒸気を混入し
て改質器ｌに供給することにより、改質原料は気化した
後に改質触媒との接触反応で水素リッチなガスに改質さ
れ、燃焼供給ライン８を通じて燃料電池２の燃料電極側
に供給される。また燃料電池の空気電極側には反応空気
が供給され、起電反応により燃料電池１が発電する。、
また起電反応に関与しなかった残余の燃料はオフガスは
改質器１の燃焼バーナに還流し、ここで燃焼して得た熱
で改質反応を継続させる。一方、燃料電池２の出力はＤ
Ｃ／ＡＣ変換器３で交流に変換した上で外部負荷４に給
電される。

ところで前記改質器１では改質原料の供給時点から多少
遅れて改質ガス生成が開始し、徐々にその生成量が増す
ようになるが、改質ガス生成量が安定した量に達するま
でにはある程度の時間を要する。また燃料電池への燃料
供給開始直後は全体の燃料供給量が少なくてセルスタッ
クの各単位セルに充分供給できないため、燃料電池２は
燃料供給開始時点から多少遅れて起電反応により端子電
圧が上昇するようになる。またこの場合に外部負荷を接
続しない状態、つまり開回路の状態では燃料電池の開回
路電圧は燃料供給量の増加とともに上昇し、ここでピー
ク電圧にまで一旦上昇した後に、電池内部でのガス分圧
の変化、電解質濃度の変化、漏洩電流等によりやや降下
した電圧に平衡するような開回路電圧特性を示す、なお
この場合に開回路電圧のピーク値は単位セル当たり約１
ｖである。

一方、燃料電池は発電開始後に開回路のまま電圧の高い
状態で長時間放置すると電極触媒としての白金触媒の溶
出、シンタリングが進んで触媒性能が急激に劣化するこ
とが知られており、この観点から運転時には燃料電池が
前記開回路のまま高い電圧状態に置かれる時間を極力短
くする配慮が必要となる。そこで従来では燃料電池の運
転起動に際してあらかじめ燃料電池の開回路電圧に所定
の閾値を設定しておき、外部負荷を接続する以前の段階
で燃料の供給開始後、電池開回路電圧が上昇してい（過
程で前記閾値に到達したことを検知して直ちに第２図に
示した開閉器５を投入し、外部負荷４への給電を開始す
るようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで上記した従来の運転起動方法では次記のような
問題点がある。すなわち、燃料電池の開回路電圧は燃料
、および反応空気の分圧、＠度および電解質濃度等によ
り実際には理論開回路電圧に対して変化する。また起動
の際に改質器での改質ガス発生量が未だ安定確立されて
ない不安定な起動途中の段階でも燃料電池の各単位セル
は燃料の供給を受けると起電反応により電圧を発生する
ことから、燃料電池の開回路電圧が完配した閾値にまで
上昇することが多くある。このために改質器での改質ガ
ス発生量が安定確立する以前に電池の開回路電圧が所定
の闇値を超えたことを条件にこの時点で外部負荷を接続
する従来の運転起動方法では、開回路電圧放置状態の時
間を短かくできる反面、負荷投入とともに燃料電池での
燃料消費量が急速に増加することから燃料不足となり、
この結果として燃料電池は外部負荷に見合う出力が得ら
れなるなる他、燃料電池に供給した燃料中の水素が全て
電池内部で消費されることから改質器のバーナに還流さ
せるオフがが不足して不測に失火し、改質器の継続運転
不能の事態を引き起こすことがあった。

この発明は上記の点にかんがみなれさたものであり、そ
の目的は外部負荷接続に際しての燃料電池へ供給する燃
料不足、および改質器のバーナ失火を防ぎつつ、しかも
燃料電池を開回路のまま長時間高い電圧状態に放置さる
ことのないようにして従来方式による問題点の解決を図
るようにした燃料電池発電装置の運転起動方法を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解°決するために、この発明によれば、運
転起動に際し燃料電池に外部負荷を接続する以前の段階
で燃料供給に伴う燃料電池の開回路電圧を検出し、該開
回路電圧のピーク値到達を検知した後に外部負荷を燃料
電池に接続して給電を行うようにしたものである。

〔作用〕

上記のように燃料電池発電装置の°運転起動に際して燃
料電池の開回路電圧を検出し、その開回路電圧がピーク
値を超えたことを特徴とする特許により同時に燃料電池
への燃料供給量の安定確立。

つまり改質器での改質ガス生成が所定量に達した状態が
認知できる。したがってこの時点で直ちに燃料電池に外
部負荷を接続することにより、燃料電池を高い電圧で長
時間開回路状態に放置するのを阻止しつつ、同時に燃料
゛電池への燃料供給不足。

改質器バーナの不測な失火を防止して負荷への安定した
給電を行うことができる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の実施例による燃料電池発電装置の運
転起動方法のタイムチャートを示すものである。ここで
ｔｌ−が起動開始時点、ｔ２は第２図に示した改質器１
での改質ガス生成の開始時点、ｔ３は燃料電池２での発
電開始時点、ｔ４が外部負荷４に対する開閉器５の投入
時点を示す。またｅｌは燃料電池２での開回路電圧のピ
ーク値（単位セル当たりの平均電圧約ＩＶ）、ｅ２が開
閉器５の投入タイミングを決めるピーク値ｅｌ到達後の
開回路電圧の検出値（単位セルセル当たりの平均電圧約
０．９Ｖ）である。

また前記の開回路電圧ｅ２の検出、並びに開閉器５０投
入操作の手段として、第２図において燃料電池２の出力
側に接続した電位計１０．および制御器１１を備え、燃
料電池の運転起動時には電位計１０で計測した開回路電
圧の検出信号を制御器１１に入力し、ここで電位計１０
からの検出値の変化を監視しながら燃料電池２の開回路
電圧が一旦ピーク値ｅ１まで上昇した後に電圧ｅ２に降
下した点を捕らえて開閉器５に投入指令を与えて外部負
荷４を燃料電池に接続するようにしている。

すなわち外部負荷の開放状態で、時点ｔ１で原料ポンプ
を始動して改質器へ改質原料を供給開始すると、多少の
遅れ時点ｔ２で改質器より改質ガスの生成が始まり、時
間の経過とともにその生成量が増加する。一方、燃料電
池は改質ガスの生成開始時点ｔ２の後に時点ｔ３で発電
を開始し、改質ガスの生成、供給量の増量とともにその
出力電圧が上昇してピーク値ｅ１に達した後、電池内部
でのガス分圧変化、電解質濃度の変化、および僅かな漏
洩電流等により開回路電圧はピーク値ｅｌよりも多少降
下して平衡するようになる（時点ｔ４）、またこの時点
になると改質器での改質ガスの生成量も充分に増量安定
した状態となる。そこでこの降下電圧ｅ２を検出し、開
閉器を投入した外部負荷への給電を行う。

〔発明の効果〕

以上述べたようにこの発明によれば、運転起動に際し燃
料電池に外部負荷を接続する以前の段階で燃料供給に伴
う燃料電池の開回路電圧を検出し、該開回路電圧のピー
ク値到達を検知した後に外部負荷を燃料電池に接続して
給電を行うにしたことにより、燃料電池が開回路のまま
高い電圧状態に長時間放置されるのを避けつつ、改質器
での改質ガス生成量の安定確立状態の下で燃料電池での
燃料不足、改質器バーナの失火を確実に防止して負荷へ
の給電を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による燃料電池発電装置の運転
起動方法を示すタイムチャート、第２図は燃料電池発電
設備のシステムフロー図である。 図において、 １：燃料改質器、２：燃料電池、３　：　ＤＣ／ＡＣ変
換器、４：負荷、５：開閉器、１０：電位計、１１：制
御器。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料改質器と、該改質器で生成した水素リッチな改質ガ
   スを燃料とする燃料電池と、電池の直流出力を交流に変
   換するＤＣ／ＡＣ変換器とを組合せて構成した燃料電池
   発電装置において、運転起動に際し燃料電池に外部負荷
   を接続する以前の段階で燃料供給に伴う燃料電池の開回
   路電圧を検出し、該開回路電圧のピーク値到達を検知し
   た後に外部負荷を燃料電池に接続して給電を行うことを
   特徴とする燃料電池発電装置の運転起動方法。