JPH04167367A - 燃料電池雰囲気ガス処理装置 - 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、特に、その電池収納容器内の可燃
性ガス成分をの除去装置に関する。

〔従来の技術〕

燃料電池の構造において、燃料電池セル積層部及び燃料
電池収納容器内の接続配管とそのフランジ等の接合部に
おけるシールが１００％完全であれば、可燃性ガスの漏
洩に基づく危険性は回避てきるものの、現実の問題とし
て、燃料電池の構成部材の接続部等から反応ガスか一部
漏洩することは避けられず、容器内電池雰囲気ガス中に
可燃ガス成分か含まれる可能性かありうる。

従来から、雰囲気ガス中に可燃性ガスをリークさせない
ための種々の技術的改良かなされてきている（特開昭６
０−２４１６５９号公報、特開昭６１−１４８７６６号
公報等参照）一方、他方においては、リークしたガスを
雰囲気ガスに集合させ、積極的に容器外に排出する技術
も開示されている（特開平２−２４９７２号公報参照）
。

〔発明が解決しようとする課題〕

電池収納容器内に流出したガスを容器から直接大気に排
出することは、流出するガス内に可燃性ガス成分や電解
質の飛散分などか含まれるため、環境上問題である。ま
た、電池収納容器内に流出したガスを配管で集合させ、
全体をまとめた形で処理する方法が考えられる。ところ
が、複数の電池雰囲気ガスには、可燃成分が含まれる可
能性もある一方、酸素分か含まれる可能性もある。従っ
て、流出ガスを集合して処理する場合には、可燃分と酸
素分が配管内で合流し合い、その濃度によっては異常燃
焼などを生じる可能性がある。

本発明の目的は、電池収納容器内に可燃分がリークして
いる場合にも、また酸素分がリークしている場合にも、
その運転される条件にかかわりなく、電池雰囲気ガス系
統内のガスを安全に処理することかできる、燃料電池雰
囲気ガス内可燃成分の除去装置を得ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、燃料電池収納容器
内もしくは雰囲気ガス系統に可燃性ガス処理装置を設置
したものを開示し提供する。

即ち、本発明は、セル積層体、これに反応ガスを供給排
出する反応ガス配管、電池収納容器、および雰囲気ガス
系統とからなる燃料電池設備において、電池収納容器内
もしくは雰囲気ガス系統に可燃性ガス処理装置を設置し
、セル積層体もしくは反応ガス配管から収納容器内部に
流出した可燃性ガスを除去することを特徴とした燃料電
池雰囲気ガス内可燃成分の除去装置を提供する。

可燃性ガス処理装置としては、電気および／またはガス
を使用する燃焼器、触媒燃焼器、水素貯蔵合金を使用し
た処理装置のいずれか、もしくは、それらの組み合わせ
とすることは望ましい形態である。

さらに、可燃性ガス処理装置を設置する部位としては、
雰囲気ガス系統における、（１）電池収納容器内、（２
）電池収納容器内でセル積層体周囲に保温設備を有する
構成におけるものの場合にはこの保温設備内、（３）雰
囲気ガス配管内、あるいは（４）雰囲気ガス配管内で複
数の排気配管が合流する部位のいずれかまたはその組合
せの部位に設置することは有効である。

また、本発明は、可燃性ガスの燃焼による除去を効果的
に行うために、可燃性ガス処理装置に対し酸素を含むガ
スを供給する手段をさらに有している、燃料電池雰囲気
ガス内可燃成分の除去装置をも提供する。

上記の除去装置において、可燃性ガス処理装置の上流に
可燃性ガス検知器を設け、該ガス検知器の信号を基に酸
素含有ガスの流量を制御するようにすることにより、よ
り確実に可燃成分の除去を行うことが可能となる。

本発明は、複数の単位構成要素によって構成される発電
系統において、その運用をより少ない設備で行いうるよ
うにするための態様として、セル積層体、これに反応ガ
スを供給排出する反応ガス配管、電池収納容器、および
雰囲気ガス系統とからなる単位構成要素を複数個備えた
発電施設において、その複数の単位構成要素の各々の雰
囲気ガス系統が集合する雰囲気ガス母管を配設し、さら
に、各単位構成要素の雰囲気ガス系統には、酸素検知器
、雰囲気ガスか母管に流入するのを開閉する止め弁、お
よび雰囲気ガスを大気に開放する大気開放用弁を設け、
該酸素検知器が酸素を検知したときには、その雰囲気ガ
ス系統には可燃性ガスはもはや存在しないものと判断し
て、その単位構成要素の大気開放用弁を大気に開放し、
雰囲気ガスを大気に逃がしてやるようにした、燃料電池
雰囲気ガス内可燃成分の除去装置をも提供する。

同じく、運用する設備をできるだけ少なくするために、
本発明の他の態様ては、電池収納容器内の範囲で酸化剤
側反応ガス配管に開口を設け、酸化剤ガスが電池雰囲気
内に充満するようにした燃料電池雰囲気ガス内可燃成分
の除去装置を提供する。このものにあっては、酸化剤側
反応ガス配管に形成する開口の径を調節して、酸化剤ガ
スが電池雰囲気内に充満するように、かつ電池雰囲気内
温度か４００°Ｃ程度以下として燃料電池雰囲気ガス内
可燃成分の除去機能を発現させるようにしている。

これらの手段の適用によって、機能上の結果として、可
燃性ガス成分処理装置もしくは処理機能が発現する部位
の下流において、可燃性ガスの濃度に実質的にゼロとす
ることか可能となる。

〔作　用〕

上記のように収納容器内もしくは雰囲気ガス系統に可燃
性ガス処理装置を設置することで可燃性ガスを完全に除
去することか可能となる。

また、処理装置として、電気、ガスを用いる通常の燃焼
器、低濃度ガスの燃焼が可能であり燃焼器の構造設計上
にも自由度のある燃焼触媒、あるいは処理した水素を回
収可能な水素貯蔵合金など多くの種類のものを用いるこ
とができ、また、その処理装置の設置部位は、基本的に
は系統内各単位構成要素ごととし、各要素ごとに酸素分
、可燃分が雰囲気ガス系統に流れて各要素毎に処理され
るようにし、可燃分か合流しないようにする。

具体的には、電池収納容器内、電池収納容器内でセル積
層体周囲に保温設備を有する構成におけるこの保温設備
内、雰囲気ガス配管内、雰囲気ガス配管内で複数の排気
配管が合流する部位のいずれか、もしくは、その組み合
わせの部位である。

特に、運転温度の高い溶融炭酸塩型燃料電池では、電池
収納容器内でセル積層体のまわりに保温設備のある場合
が多く、この保温設備内側の雰囲気温度が電池運転温度
に近い６００°Ｃ程度となるので、この部位に燃焼触媒
なとかあれば、可燃分は円滑に燃焼消費される。

可燃分処理装置を設置する最も下流の位置としては、雰
囲気ガス配管内で複数の排気配管か合流する部位かある
。この可燃性ガス処理装置の上流に可燃性ガス検知器を
設け、本ガス検知器の信号を基に酸素含有ガスの流量を
制御する様にすることにより、より正確に供給酸素量を
規定でき、余分な酸素分は不要となる。

また、配管弁の構成によって、酸素分を含む雰囲気ガス
系統と可燃分を含む雰囲気ガス系統とを分離することに
より、それぞれの単位構成要素からの雰囲気ガスに適す
る方法で処理することかできることから、異常燃焼など
の危険は一層少なくなる。

〔実施例〕

以下、添付の図面に基つき本発明をより詳細に説明する
。

第１図Ａ、　　Ｂは、この発明の一実施例を示している
。第１図において、電池積層体ｌに、反応ガス入口配管
２、反応ガス出口配管３か接続し、この積層体ｌは、高
温のため、保温体４内部に設置されている。保温体内部
５には、保温体内雰囲気ガスの供給配管６と、本発明に
かかる燃焼器７が設置されており、燃焼器７に接続した
雰囲気ガス排気管８を経て雰囲気ガスは器外へ排気され
る。

燃焼器７は、集合管９およびその内面に取付けられた燃
焼触媒１０からなり、保温体４に囲まれた空間のできる
だけ高い位置に設けられる。さらに、燃焼器７の近傍に
は、燃焼用空気の供給供給のための配管１１が設けられ
ている。電池積層体１を囲む保温体４全体は、電池の高
温運転のため、収納容器１２内に設置されている。

雰囲気ガス排気管８には、可燃性ガスを検知するための
検知器１３が設けられ、また、空気供給用配管１１には
、制御弁１４か設けられている。可燃性ガス検知器１３
の検出信号線１５は、演算器１６に接続されており、演
算器１６からの信号線１７か、空気供給配管１１の制御
弁１４に接続されでいる。

この構成において、電池の運転中、保温体内部５に可燃
性ガスがリークすると、その可燃性ガスは、雰囲気ガス
排気管８から排出される。可燃性ガスが排気管８に存在
するようになると、可燃性ガス検知器１３によってその
濃度が検知され、その検出信号は、演算器１６に伝えら
れる。演算器１６では、雰囲気ガスの流量信号と検出可
燃性ガス濃度から、可燃性ガスの燃焼に必要な供給必要
空気量を算出し、相当量を供給できるよう空気供給制御
弁１４の開度を調整する。

この結果、空気供給配管１１から、燃焼器７の燃焼触媒
１０近傍に空気が導入され、供給された空気は、リーク
した可燃性ガスを燃焼、消費する。これによって、雰囲
気ガス排気系統内における可燃性ガスの濃度は低下、あ
るいはゼロとなる。

本実施例の効果は、まず電池雰囲気ガス排気管内の可燃
性ガスを除去することができる。第２には、燃焼器が電
池保温内部にあるため、燃焼によって燃焼部の温度が高
くなっても保温体内部自体の断熱効果によって周囲の構
造物に悪影響をもたらすことがない。

第２の実施例を第２図にて示す。この例においては、電
池積層体ｌを収納した収納容器１２か複数個設けてあり
、各収納容器１２．１２から、それぞれ電池雰囲気ガス
排気用の配管（支管）８．８が延出している。各排気配
管（支管）８．８の他端は雰囲気ガスの排気を集合する
排気管母管１８に、第２Ｂ図に示す合流ガス燃焼部１９
を介して接続している。

さらに、排気管母管の最下流部には、母管１８内の集合
排気内の可燃性ガス濃度を検知するための可燃性ガス検
知器２０、およびそれより下流側に位置する母管内の可
燃性ガスを燃焼する母管燃焼部２１とが設けられている
。

合流ガス燃焼部１９は、第２Ｂ図に示されるように、外
筒２２、円筒形燃焼触媒２３、燃焼触媒用の加熱ヒータ
２４、雰囲気ガス排気（支管）合流ノズル２５により構
成される。また、母管燃焼部２１は、合流ガス燃焼部１
９と同じ構造であるが、さらに、独立の空気導入用の配
管２６とこれに接続した空気量調整弁２７を有している
。また、可燃性ガス検知器からの信号線は、演算器２８
をへて、空気量調整弁２７に接続される。

この構成において、電池の運転中、収納容器１２内部に
リークしたガスは、雰囲気ガス排気管（支管）８から排
気管母管１８に排出される。その排出の態様として幾つ
かのケースが存在する。第１のケースとして、複数の排
気管（支管）８のすべてから可燃性ガスのみが母管１８
に流入するケースである。その場合は、そのガスはその
まま集合されガス検知器部２０に流入する。ここで、可
燃性ガス濃度が検知されるので、供給量調整弁２７が開
かれ、母管燃焼部２１において、可燃性ガスと空気が混
合し、可燃性ガスが燃焼、消費されることになる。

第２のケースとして、多くの収納容器１２の雰囲気ガス
排気管（支管８）からは、可燃性ガスが流出し、少数の
収納容器、例えば１２Ａの排気管８Ａからは、酸化剤ガ
スが流出するケースがある。この場合には、収納容器１
２Ａからの雰囲気ガスが流入する合流ガス燃焼部１９Ａ
では、上流からの可燃性ガスの中に酵素分が流入するこ
とになり、合流ガス燃焼部１９Ａでは、電気ヒータによ
って加熱された燃焼触媒２３において酵素分が消費され
、一部の可燃性ガスが消失する。しかしながら、全体と
しては、可燃分のリーク量の方が多いため、母管の最下
流では、可燃ガス分が残ることになる。この状態で、母
管内ガスは可燃ガス検知器２０を通ることになり、さら
に下流の母管燃焼部２１て可燃分の全量か燃焼、消費さ
れる。

第３のケースとして、多くの容器の雰囲気ガス排気管（
支管）８からは、酸化剤ガスが流出し、一部の容器、例
えば１２Ａの排気管８Ａからは、可燃性ガスが流出する
場合である。この場合には、合流ガス燃焼部１９Ａにお
いて、全体の酸化雰囲気に可燃分が流入することになり
、燃焼触媒上で全ての可燃分が燃焼、消費される。

第４のケースとして複数の排気管（支管）のすべてから
酸化剤ガスが母管に流入するケースである。この場合に
は、排気される雰囲気ガスに危険物質は含まれないので
特に処理する必要がなくそのまま排気すればよい。

本実施例の効果は、複数の電池圧力容器からの排気に可
燃分、酵素分、そのいずれの組み合わせの場合にも安全
に排気ガスを処理できることである。また、燃焼触媒を
使用しているので低濃度の可燃成分、もしくは、低濃度
の酵素分を処理できる。さらに、燃焼部をガスの合流部
としているため、ガスが合流する時点て可燃分もしくは
酵素分を燃焼、消費できることとなり、可燃分と酵素分
が混合したままで保持されることはない。

第３の実施例を第３図にて示す。電池収納容器Ｉ２内の
主な構成は第１図とほぼ同じであり、詳細な説明は省略
する。電池積層体１に接続する図示された配管は、酸化
剤入口配管２９、酸化剤出口配管３０のみであり、本実
施例においては、第１図に示した実施例における保温体
内雰囲気ガス供給配管は設けられない。この実施例にお
いては、酸化剤出口配管３０に、小径の開口部３１が設
けられている。収納容器には、雰囲気ガス排気管８が設
けられている。

この構成において、酸化剤側燃料電池出口ガスの一部は
、この開口３１を通過して電池容器内に流入し、電池容
器内は酸素成分を含むガスで充満される。電池積層体１
などから可燃分がリークした場合、リークした可燃分は
、ただちに充満する酵素分と燃焼し、消費される。積層
体ｌから酸化剤ガスかリークした場合には、もともと雰
囲気ガスが酸化剤ガスであるため、燃焼などの心配はな
い。

なお、電池雰囲気を酸化剤ガス雰囲気とするうえでは、
酸化剤ガスの入口、もしくは、出口の配管を電池積層体
に接続しないで、一方のガスの全量を容器内に開放する
ことも考えられるが、ここでは、酸化剤出口配管３０に
設ける開口部３１の径は、電池圧力容器内の雰囲気温度
４００°Ｃ程度となるよう設定している。

本実施例の効果は、電池雰囲気ガス系統が不要なこと、
雰囲気ガス排気系統に可燃性ガス検知器を設ける必要が
ないこと、また、電池の排気は必ず酸化剤ガスとなるの
で複数の容器からの排気を集合した場合にも各容器から
の排気ガス毎の成分を考慮した設備、系統か不要である
ことである。

さらに、電池圧力容器内の雰囲気温度を４００°Ｃ程度
となるように設定しているため、圧力容器各部の温度も
この温度近傍となり、機械構造物の設計上クリープの影
響か少なく、構造物の信頼性か高い。

第４の実施例を第４図に示す。本実施例では、−単位構
成要素３８を構成する複数の燃料電池収納容器１２から
の複数の雰囲気ガス排気配管８が一つの合流配管３２に
集合されており、この合流配管３２には、合流配管３２
内のガスを大気に放出する大気放出弁３７、酸素検知器
３３および可燃性ガス検知器３４とがこの順で設けられ
ている。さらに、各合流配管３２．３２からの雰囲気ガ
スが集合する雰囲気配管母管３５が設けられ、各合流配
管３２と母管３５との間のには開閉弁３６．３６が設け
られている。

この構成において、各単位構成要素の電池雰囲気ガスは
、先ず各合流配管３２において合流する。

この場合、一つの合流配管３２で接続された単位構成要
素３８内で、一部の容器からは、酸素か流出し、他の配
管からは、可燃分が流出する。

流出する酸素および可燃分の割合に応じて、合流配管３
２に設けられた酸素検知器３３が酸素を検出する場合、
しない場合が生じる。酸素を検出する場合は、可燃分は
より下流において消費されていることを意味しており、
その場合には、大気放出弁３７を開き、合流管３２内の
ガスを大気に放出する。

酸素が検知されない場合には、合流配管３２内に可燃性
ガスか含まれている可能性かあり、この場合には、雰囲
気ガスを母管３５に流入させ、母管３５における可燃分
処理装置２１で処理させる。

本実施例の効果は、雰囲気ガス配管全ての合流部１こ第
２の実施例で示した合流部燃焼器を設ける必要がなく、
必要設備が少なくてすむ。この場合、小数の電池雰囲気
ガス配管は燃焼部無しに合流させることになるが、グル
ープ内の電池収納容器の員数を少なくすれば、大規模な
酸素分と可燃分との混合は防止でき、重大な異常燃焼は
防止することは充分可能である。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、燃焼電池収納容器内や雰囲気ガ
ス系統内の可燃性ガス分を早い時点で除去することがで
き、可燃性ガス分による異常発火の危険をなくすること
ができ、燃料電池設備の安定した運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ、Ｂは、本発明の第１の実施例を示す図であり
、第１図Ａは電池収納容器の断面図及び第１図Ｂは触媒
燃焼器の拡大図である。第２図Ａ、Ｂは、本発明の第２
の実施例であり、第２図Ａは電池収納容器の断面図およ
び第２図Ｂは雰囲気ガス配管と雰囲気ガス排出母管との
合流部の断面図である。第３図は、本発明の第３の実施
例を示す図であり、酸化剤ガスを電池収納容器に開放す
る場合の電池収納容器の断面図である。第４図は、本発
明の第４の実施例を示す系統図である。 １・・・電池積層体、６・・・雰囲気ガスの供給配管、
７・・・燃焼器、８・・・雰囲気ガス排気管、１０・・
・燃焼触媒、１１・・・空気供給配管、１３・・・可燃
性ガス検知器、１９・・・合流ガス燃焼部、３１・・・
酸化剤出口配管開口部、３２・・・合流配管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セル積層体、これに反応ガスを供給排出する反応ガ
   ス配管、電池収納容器、および雰囲気ガス系統とからな
   る燃料電池設備において、該収納容器内もしくは雰囲気
   ガス系統に可燃性ガス処理装置を設置し、セル積層体も
   しくは反応ガス配管から収納容器内部に流出した可燃性
   ガスを除去することを特徴とした燃料電池雰囲気ガス内
   可燃成分の除去装置。２、請求項１記載の燃料電池雰囲
   気ガス内可燃成分の除去装置において、可燃性ガス処理
   装置が電気および／またはガスを使用する燃焼器、触媒
   燃焼器、水素貯蔵合金を使用した処理装置のいずれか、
   もしくは、それらの組み合わせであることを特徴とする
   、燃料電池雰囲気ガス内可燃成分の除去装置。 ３、請求項１または２記載の燃料電池雰囲気ガス内可燃
   成分の除去装置において、可燃性ガス処理装置を設置す
   る部位が、雰囲気ガス系統における次のいずれかの部位
   またはその組合せの部位であることを特徴とする、燃料
   電池雰囲気ガス内可燃成分の除去装置。 （１）電池収納容器内、 （２）電池収納容器内でセル積層体周囲に保温設備を有
   する構成におけるこの保温設備内、 （３）雰囲気ガス配管内、 （４）雰囲気ガス配管内で複数の排気配管が合流する部
   位。 ４、請求項１ないし３記載の燃料電池雰囲気ガス内可燃
   成分の除去装置において、可燃性ガス処理装置に対し酸
   素を含むガスを供給する手段をさらに有していることを
   特徴とする、燃料電池雰囲気ガス内可燃成分の除去装置
   。 ５、請求項４記載の燃料電池雰囲気ガス内可燃成分の除
   去装置において、可燃性ガス処理装置の上流に可燃性ガ
   ス検知器を設け、該ガス検知器の信号を基に酸素含有ガ
   スの流量を制御する手段をさらに有していることを特徴
   とする、燃料電池雰囲気ガス内可燃成分の除去装置。 ６、セル積層体、これに反応ガスを供給排出する反応ガ
   ス配管、電池収納容器、および雰囲気ガス系統とからな
   る単位構成要素、および、 複数の単位構成要素の各々の雰囲気ガス系統が集合する
   雰囲気ガス母管、とを有する燃料電池設備において、 各単位構成要素の雰囲気ガス系統にさらに、酸素検知器
   、雰囲気ガスが母管に流入するのを開閉する止め弁、お
   よび雰囲気ガスを大気に開放する大気開放用弁を設け、
   該酸素検知器が酸素を検知したときに、その単位構成要
   素の前記大気開放用弁を大気に開放するよう構成したこ
   とを特徴とする、燃料電池雰囲気ガス内可燃成分の除去
   装置。 ７、セル積層体、該セル積層体に燃料および酸化剤ガス
   を供給排出する反応ガス配管、電池収納容器、および該
   収納容器内の雰囲気ガスの排気管を含めた雰囲気ガス系
   統とからなる燃料電池設備において、電池収納容器内の
   範囲で酸化剤側反応ガス配管に開口を設け、酸化剤ガス
   が電池雰囲気内に充満するようにした燃料電池雰囲気ガ
   ス内可燃成分の除去装置。