JPH02132767A - 燃料電池システムの停止方法 - 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〕 本発明は燃料電池システムの停止方法に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

燃料電池システムは例えばメタノールと水とを混合させ
た原料を水素ガスに改質する改質装置と、この改質装置
で発生した水素ガスと空気中の酸素とを電気化学的に反
応させて電気エネルギに変換する燃料電池本体などから
構成されている。

ところで、このような燃料電池システムにおいては、運
転停止後、改質装置をそのまま放置しておくと、改質装
置の温度が徐々に低下して改質装置中の気体状態にある
メタノールおよび水が凝縮して液体になり、それに伴っ
て改質装置系統内が負圧レベルが高い状態になる。その
ため、弁類の締りが不十分であったり、配管等のシール
状態が不十分であったりすると、外気を吸い込んでしま
い、外気中の酸素によって触媒が酸化され、改質能力が
低下するようになる。この触媒は一般に耐熱性が悪く、
高温時に酸化されるとその熱によって著しく劣化してし
まう。

このため、従来、燃料電池システムの停止時に、改質装
置系統内へ窒素ガスなどの不活性ガスを触媒温度が低下
するまでパージし続けることによって、触媒が酸化する
のを防止しようとしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このように触媒の温度が下がるまでパージし続
ける方法では、パージ中に大気中に排出される不活性ガ
スの量が多くなってしまい、停止時に使用する不活性ガ
スの消費量が多くなる。このため、大きな容量のボンベ
が必要になり、装置を小型、軽量化するのが困難であっ
た。本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、装
置を小型、軽量化することができる燃料電池システムの
停止方法を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る燃料電池システムの停止方法は、燃料電池
システムの停止後改質装置の触媒を強制空冷し、触媒が
冷却された時点において、触媒に不活性ガスによるパー
ジを行い、その状態に保持するものである。ここで、触
媒が冷却された時点とは、触媒温度が触媒の活性温度領
域以下に低下した時点である。

〔作用〕

本発明においては、触媒は冷却後に不活性ガスでパージ
され、この不活性ガスで触媒近辺に外気が侵入するのが
抑えられるので、触媒の酸化が防止される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図により詳細に説明する。第
１図は本発明に係る燃料電池システムの停止方法を説明
するために示す燃料電池システムの構成図である。同図
において符号ｌで示すものは改質装置を示し、中央部に
は後述する原料を化学反応させる改質用の触媒が充填さ
れた触媒層２が設けられている。触媒としては例えば銅
系，銅亜鉛系，銅一クロム系触媒などを用いることがで
きる。改質装置ｌの下部には気化器３が配設されており
、気化器３の入口側は改質装置人口弁４および供給ボン
ブ５を備えた原料供給管路６を経てメタノールと水とを
所定の比率で混合した原料を溜めた原料タンク７に接続
され、出口側は前記触媒層２の入口側に接続されている
。前記気化器３の下方には水素バーナ８およびメタノー
ルバーナ９が配設されている。メタノールバーナ９はバ
ーナ入口弁１１およびバーナポンプ１２を備えた燃料供
給管路１３を経てメタノールを溜めた燃料タンク１４に
接続されている。１５は改質装置１内に外気を供給する
バーナブロワである。

ｌ６は燃料電池本体であり、陽極と陰極との間に電解質
を介在させた電池セルを多数個積層して構成されており
、陽極の入口側は酸素人口弁１７、セルブロワ１８、四
方弁１９が備えられた酸素供給管路２０で改質装置１の
燃焼空気出口に接続されている。四方弁１９は第２図に
拡大して示すように、燃料電池本体１６を昇温させると
きは破線で示すようにセルブロワ１８に改質装置１で加
熱された加熱ガスを供給し、冷却時には外気をセルブロ
ワ１８に供給するように酸素供給管路２０を切り換える
ものである。一方、陰極の入口側は水素人口弁２１およ
びリザーブタンク２２が備えられた水素供給管路２３で
触媒層２の出口側に接続されている。２４は陽極の出口
側に接続された排気管路で、酸素出口弁２５を介して大
気中に開放されている。２６は陰極の出口側に接続され
た水素回収管路であり、燃料電池本体１６で反応しなか
った水素を熱源として利用するために前記改質装置１へ
戻すものであり、リン酸回収器２７および水素出口弁２
８を介して前記水素バーナ８に接続されている。２９は
バイパス弁３０を有するバイパス管路で、水素出目弁２
８の出口側と前記リザーブタンク２２との間を互いに連
通している。

前記燃料電池本体１６の出力側には、ダイオード３１を
介して負荷としてのモータ３２およびバッテリ３３が接
続されている。

３４は例えば窒素等の不活性ガスが充填されたボンベ、
３５はこのボンベ３４に一端が接続された不活性ガス供
給管路である。この不活性ガス供給管路３５は不活性ガ
ス人口弁３６を有し、気化器３の下流側に接続されてい
る。３７はボンベ３４によって触媒層２に供給された不
活性ガスを大気中に排出する不活性ガス排出管路であり
、不活性ガス出口弁３８を有し、水素ガス供給管路２３
のリザーブタンク２２の上流側に接続されている。

このような燃料電池システムは、バーナボンプ１２で加
圧されたメタノールがメタノールバーナ９に供給され、
バーナブロヮ１５で供給される外気によって燃焼する。

このため、この燃焼によって加熱ガスが発生し、加熱ガ
スは改質装置１内を気化器３および触媒層２を加熱しな
がら流れて、燃料電池本体１６に供給される。一方、原
料タンク７内のメタノールと水とが混合された原料は気
化器３へ供給され、ここで気化されて触媒層２に送られ
、触媒によって化学反応して水素と炭酸ガスを主成分と
するガスに改質され改質ガスとなった後に燃料電池本体
１６へ供給される。そして、燃料電池本体１６において
、改質ガス中の水素ガスとセルプロワ１８により供給さ
れる空気中の酸素とが触媒によって電気化学反応し、電
気エネルギが発生する。

次にこのような燃料電池システムの停止方法を第３図に
基づいて説明する。第３図は燃料電池システムの停止時
における触媒層２の温度Ｋと時間Ｔとの関係を示すグラ
フであり、図中実線Ａは本発明によって燃料電池システ
ムを停止した場合の触媒の温度状態を示す。先ず、燃料
電池システムの停止時である第１の時点Ｔ，で供給ポン
プ５およびバーナポンプ１２を停止する。このとき、バ
イパス弁３０を開いて水素人口弁２１および水素出口弁
２８を閉じ、改質ガスを水素バーナ８に供給するように
し、改質装置１から水素ガスの発生がなくなり、触媒層
２内の圧力が上昇しなくなった第２の時点Ｔ２において
バイパス弁３０を閉じる。この第２の時点Ｔ２までの間
、触媒層２内に残存していた原料の吸熱反応によって温
度が低下している。また、バーナブロワ１５は停止操作
開始後も続けて運転され、図中矢印Ｆで強制空冷域を示
すように触媒層２を強制空冷する。

ここで、不活性ガス人口弁３６および不活性ガス出口弁
３８を開き、ボンベ３４中の不活性ガスによって触媒層
２にパージを行い、第３の時点Ｔ，において１回目のパ
ージを終了し不活性ガス出口弁３８および不活性ガス人
口弁３６を閉じる。

そして、触媒層２が冷却され触媒温度が触媒の活性温度
領域以下（１１０〜１８０℃）に低下し、不活性ガスの
容積が減少して触媒層２内が負圧になった第４の時点Ｔ
４において、再び不活性ガス人口弁３６および不活性ガ
ス出口弁３８を開いて、ボンベ３４中の不活性ガスによ
って触媒層２に２回目のパージを行う。その後、第５の
時点Ｔ，において不活性ガス人口弁３６および不活性ガ
ス出目弁３８を閉じて、触媒層２内に不活性ガスが充填
されている状態に保持する。この第５の時点Ｔ，におい
て、バーナブロワ１５を停止し、セル温度が所定の温度
にまで低下した時点でセルブロワ１８を停止し、燃料電
池システムの停止操作を終了する。これ以降、触媒Ｎ２
は図中矢印Ｎで自然空冷域を示すように自然風で冷却さ
れる。なお、停止操作終了後の改質装置ｌは、改質装置
人口弁４，水素人口弁２１，バイパス弁３０，不活性ガ
ス人口弁３６，不活性ガス出目弁３８によって不活性ガ
スが封入された状態に密閉されている。

したがって、触媒層２の冷却後にパージに使用された不
活性ガスで触媒層２内に外気が侵入するのを防止するこ
とができる。その結果、この不活性ガスによって触媒が
酸化するのを防止することができると共に、パージに使
用される不活性ガスの使用量を連続してパージする場合
に比較して少なくすることができる。

また、実施例においては、停止操作開始直後に１回目の
パージを行っているので、触媒層２の冷却時間を短縮す
ることができる。しかも、１回目のパージによって触媒
層２内の圧力を高めることができるので、強制空冷して
いる間に触媒層２に外気が侵入するのを、可及的に少な
くすることができる。

なお、上記実施例においては、燃料電池システムの停止
操作前後に触媒のパージを２回行った例について説明し
たが、本発明はこのようにパージを２回行うものに限定
されるものではなく、触媒冷却後のみに１回のパージの
みを行うようにしてもよい。

第４図は他の実施例を説明するために示す燃料電池シス
テムの要部の構成図である。この装置においては、不活
性ガス供給管路３５の他端は原料供給管路６の改質装置
人口弁４の下流側に接続されている。このため、不活性
ガスで触媒をパージすると、不活性ガスの圧力により気
化器３内の液体状態の原料を触媒層２へ送ることができ
る。その結果、改質装置人口弁４が完全に閉じられた後
において、原料ガスが触媒層２で化学反応し、この化学
反応時に発生する吸熱作用を利用して触媒層２を冷却す
ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、燃料電池システム
の停止後改質装置の触媒を強制空冷し、触媒が冷却され
た時点において、触媒に不活性ガスによるパージを行い
、その状態に保持するから、触媒冷却後にパージに使用
された不活性ガスで外気が触媒近辺に侵入するのを抑え
ることができる。

したがって、不活性ガスによって触媒が酸化するのを防
止することができると共に、不活性ガスの使用量を連続
してパージする場合に比較して少なくすることができる
。その結果、不活性ガスを溜めるボンベの容量も小さく
てすむようになるから、装置を小型、軽量化することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る燃料電池システムの停止方法を説
明するために示す燃料電池システムの構成図、第２図は
四方弁を示す構成図、第３図は停止時における触媒温度
と時間との関係を示すグラフ、第４図は他の実施例を説
明するために示す燃料電池システムの要部の構成図であ
る。 １・・・・改質装置、２・・・・触媒層、３・・・・気
化器、５・・・・供給ボンブ、９・・・・メタノールバ
ーナ、１２・・・・バーナポンプ、１５・・・・バーナ
ブロワ、１６・・・・燃料電池本体、３４・・・・ボン
ベ、３５・・・・不活性ガス供給管路。 特許出願人　ヤマハ発動機株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原料を触媒で化学反応させる改質装置を備えた燃料電池
   システムにおいて、燃料電池システムの停止後前記改質
   装置の触媒を強制空冷し、触媒が冷却された時点におい
   て、触媒に不活性ガスによるパージを行い、その状態に
   保持する燃料電池システムの停止方法。