JPH0652665B2 - 燃料電池運転法 - Google Patents
燃料電池運転法Info
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- JPH0652665B2 JPH0652665B2 JP61261864A JP26186486A JPH0652665B2 JP H0652665 B2 JPH0652665 B2 JP H0652665B2 JP 61261864 A JP61261864 A JP 61261864A JP 26186486 A JP26186486 A JP 26186486A JP H0652665 B2 JPH0652665 B2 JP H0652665B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料電池運転法に関し、特にプラント遮断時の
カソードとアノード間の差圧を抑制するに好適な燃料電
池運転法に関する。
カソードとアノード間の差圧を抑制するに好適な燃料電
池運転法に関する。
特開昭58〜166669号記載の燃料電池においてはカソード
の圧力を制御するためにカソードの下流側に制御弁を配
置し、定常状態における圧力を制御していた。しかしこ
の方法では遮断時のような急激な差圧変化に対応するこ
とは困難であつた。
の圧力を制御するためにカソードの下流側に制御弁を配
置し、定常状態における圧力を制御していた。しかしこ
の方法では遮断時のような急激な差圧変化に対応するこ
とは困難であつた。
また特願昭61-79935号燃料電池発電システムにおいては
燃料電池プラントの遮断時の高速動作におけるカソード
の圧力低下を制御するために、カソード下流側にオリフ
イス等の流路抵抗体を挿入する方法をとつているが、こ
の方法では遮断後の一定時間経過後カソードの圧力の方
がアノードの圧力よりも上昇するという欠点があつた。
燃料電池プラントの遮断時の高速動作におけるカソード
の圧力低下を制御するために、カソード下流側にオリフ
イス等の流路抵抗体を挿入する方法をとつているが、こ
の方法では遮断後の一定時間経過後カソードの圧力の方
がアノードの圧力よりも上昇するという欠点があつた。
すなわち、燃料電池プラントの遮断操作を行なう場合、
電気負荷を遮断すると共に電池の無負荷時の過電圧を抑
制するためにカソードでは入口側から窒素をパージし、
アノード側はリホーマ燃焼部での燃焼を停止させるため
アノード下流側に窒素パージすることにより、アノード
に改質ガスを封入する。この様な操作においてアノード
は電流遮断により消費されていた水素が余分となり一時
的に圧力が上昇した後、カソードに比較し遅い圧力低下
速度で減圧し、カソードは速い圧力低下速度で減圧する
が、前記特願昭61-79935号の燃料電池発電システムにお
いては、カソード下流側の流路抵抗を増大させることに
より遮断初期におけるカソードの圧力低下速度をアノー
ドの圧力低下速度に合わせることができる。しかし、カ
ソードにパージする窒素流量は比較的短時間にカソード
の空気を除去する必要からアノード後流側に流入させる
窒素流量より多い流量を流入させるため定常状態ではカ
ソード側の方が圧力が高くなる欠点がある。
電気負荷を遮断すると共に電池の無負荷時の過電圧を抑
制するためにカソードでは入口側から窒素をパージし、
アノード側はリホーマ燃焼部での燃焼を停止させるため
アノード下流側に窒素パージすることにより、アノード
に改質ガスを封入する。この様な操作においてアノード
は電流遮断により消費されていた水素が余分となり一時
的に圧力が上昇した後、カソードに比較し遅い圧力低下
速度で減圧し、カソードは速い圧力低下速度で減圧する
が、前記特願昭61-79935号の燃料電池発電システムにお
いては、カソード下流側の流路抵抗を増大させることに
より遮断初期におけるカソードの圧力低下速度をアノー
ドの圧力低下速度に合わせることができる。しかし、カ
ソードにパージする窒素流量は比較的短時間にカソード
の空気を除去する必要からアノード後流側に流入させる
窒素流量より多い流量を流入させるため定常状態ではカ
ソード側の方が圧力が高くなる欠点がある。
本発明の目的は、上記特願昭61-79935号の燃料電池発電
システムにおけるような、燃料電池プラントの遮断操作
時に、カソード下流側の流路抵抗を増大させることによ
り遮断初期におけるカソードの圧力低下速度をアノード
の圧力低下速度に合わせるシステムにおいて、その欠点
である定常状態ではカソード側の方が圧力が高くなる点
を解消する燃料電池運転法を提供することにある。
システムにおけるような、燃料電池プラントの遮断操作
時に、カソード下流側の流路抵抗を増大させることによ
り遮断初期におけるカソードの圧力低下速度をアノード
の圧力低下速度に合わせるシステムにおいて、その欠点
である定常状態ではカソード側の方が圧力が高くなる点
を解消する燃料電池運転法を提供することにある。
上記目的は、燃料電池のカソードに酸化剤ガスを導入す
る配管と、該配管に配置された酸化剤ガス流量調節弁
と、前記酸化剤ガスを導入する配管に前記酸化剤ガス流
量調節弁とカソードの間の位置で接続されカソードに窒
素ガスをパージする配管と、該配管に配置されたカソー
ド窒素パージ弁と、燃料電池のアノードに燃料ガスを導
入する配管と、該配管に配置された燃料ガス流量調節弁
と、アノード排ガスを燃料改質器の燃焼部に導入するア
ノード排ガス配管と、アノードとカソード間の差圧を検
出する差圧検出手段と、アノード出口側でアノード排ガ
ス配管に接続されアノード排ガスに窒素ガスをパージす
る配管と、該配管に配置されたアノード後流側窒素パー
ジ弁と、カソード排ガスを前記燃料改質器の燃焼部に導
入するカソード排ガス配管とを含む燃料電池の運転法に
おいて、前記カソード排ガス配管にオンオフ弁と固定の
流路抵抗を並列に連結した流路抵抗可変回路を接続し、
通常は、カソード窒素パージ弁及びアノード後流側窒素
パージ弁を閉とし、酸化剤ガス流量調節弁、燃料ガス流
量調節弁及びオンオフ弁を開として運転し、燃料電池プ
ラントの遮断時には、酸化剤ガス流量調節弁及び燃料ガ
ス流量調節弁を閉とし、カソード窒素パージ弁及びアノ
ード後流側窒素パージ弁を開とするとともに前記オンオ
フ弁を閉とし、遮断後定常状態に至る過渡状態において
前記差圧検出手段によりカソードの圧力がアノードの圧
力に対して一定値以上になったことが検知された時点で
前記オンオフ弁にカソードとアノード間の差圧が一定値
以内に入るように流路抵抗可変回路の流路抵抗を減少さ
せる予め定められた速度の徐開信号を与えることにより
達成される。
る配管と、該配管に配置された酸化剤ガス流量調節弁
と、前記酸化剤ガスを導入する配管に前記酸化剤ガス流
量調節弁とカソードの間の位置で接続されカソードに窒
素ガスをパージする配管と、該配管に配置されたカソー
ド窒素パージ弁と、燃料電池のアノードに燃料ガスを導
入する配管と、該配管に配置された燃料ガス流量調節弁
と、アノード排ガスを燃料改質器の燃焼部に導入するア
ノード排ガス配管と、アノードとカソード間の差圧を検
出する差圧検出手段と、アノード出口側でアノード排ガ
ス配管に接続されアノード排ガスに窒素ガスをパージす
る配管と、該配管に配置されたアノード後流側窒素パー
ジ弁と、カソード排ガスを前記燃料改質器の燃焼部に導
入するカソード排ガス配管とを含む燃料電池の運転法に
おいて、前記カソード排ガス配管にオンオフ弁と固定の
流路抵抗を並列に連結した流路抵抗可変回路を接続し、
通常は、カソード窒素パージ弁及びアノード後流側窒素
パージ弁を閉とし、酸化剤ガス流量調節弁、燃料ガス流
量調節弁及びオンオフ弁を開として運転し、燃料電池プ
ラントの遮断時には、酸化剤ガス流量調節弁及び燃料ガ
ス流量調節弁を閉とし、カソード窒素パージ弁及びアノ
ード後流側窒素パージ弁を開とするとともに前記オンオ
フ弁を閉とし、遮断後定常状態に至る過渡状態において
前記差圧検出手段によりカソードの圧力がアノードの圧
力に対して一定値以上になったことが検知された時点で
前記オンオフ弁にカソードとアノード間の差圧が一定値
以内に入るように流路抵抗可変回路の流路抵抗を減少さ
せる予め定められた速度の徐開信号を与えることにより
達成される。
通常前記酸化剤ガスは空気であり、燃料ガスは水素を含
むガスからなる。
むガスからなる。
また、前記流路抵抗を可変にした回路は、例えば、一方
の通路にオンオフ弁、他方の通路にオリフイス及び又は
開度を固定した弁を並列に連結した回路から構成し、前
記カソード下流側の流路抵抗の増大または減少を、前記
一方の通路に設けたオンオフ弁の開閉操作により行うこ
とにより行うことができる。
の通路にオンオフ弁、他方の通路にオリフイス及び又は
開度を固定した弁を並列に連結した回路から構成し、前
記カソード下流側の流路抵抗の増大または減少を、前記
一方の通路に設けたオンオフ弁の開閉操作により行うこ
とにより行うことができる。
本発明の燃料電池運転法は、上記のように燃料電池プラ
ントに於いて、カソードと燃料改質器燃焼部との間に、
カソード下流側の流路抵抗を可変にした回路を組み込
み、プラント遮断時に、プラント遮断と同時に前記流路
抵抗を増大させ、その後、カソードの圧力がアノードの
圧力に対して一定値以上になつた時点からカソード・ア
ノード間差圧が一定値以内に入るようなゆつくりした速
度で流路抵抗を減少させることにより、遮断初期におけ
るカソードの圧力低下速度をアノードの圧力低下速度に
合わせることができ、しかも、定常状態でカソード側の
圧力がアノード側より高くなることが抑制される。
ントに於いて、カソードと燃料改質器燃焼部との間に、
カソード下流側の流路抵抗を可変にした回路を組み込
み、プラント遮断時に、プラント遮断と同時に前記流路
抵抗を増大させ、その後、カソードの圧力がアノードの
圧力に対して一定値以上になつた時点からカソード・ア
ノード間差圧が一定値以内に入るようなゆつくりした速
度で流路抵抗を減少させることにより、遮断初期におけ
るカソードの圧力低下速度をアノードの圧力低下速度に
合わせることができ、しかも、定常状態でカソード側の
圧力がアノード側より高くなることが抑制される。
本発明による実施例を第１図Ａにより説明する。図に於
いて１は燃料電池カソード入口の空気流量調節弁、２は
カソードの窒素パージ弁、３はカソード、４はカソード
後流側に設置したオンオフ弁、５はそれに並列に設置さ
れたオリフイスからなる流路抵抗である。６は中央制御
装置からの遮断信号７および差圧伝送器８からの差圧信
号９を取込み、所定の条件に従つて判定を行つた後上記
オンオフ弁に開閉信号および開閉速度信号１０を与える
制御装置である。１１はアノード入口の流量調節弁、１
２はアノード極、１３はカソード・アノード間の差圧制
御のための制御弁、１４は遮断時にここから窒素パージ
を行ないアノードの改質ガスをアノード内に封入する窒
素パージ弁、１５はカソード及びアノードの排ガスが混
合して燃焼するリホーマ燃焼部である。
いて１は燃料電池カソード入口の空気流量調節弁、２は
カソードの窒素パージ弁、３はカソード、４はカソード
後流側に設置したオンオフ弁、５はそれに並列に設置さ
れたオリフイスからなる流路抵抗である。６は中央制御
装置からの遮断信号７および差圧伝送器８からの差圧信
号９を取込み、所定の条件に従つて判定を行つた後上記
オンオフ弁に開閉信号および開閉速度信号１０を与える
制御装置である。１１はアノード入口の流量調節弁、１
２はアノード極、１３はカソード・アノード間の差圧制
御のための制御弁、１４は遮断時にここから窒素パージ
を行ないアノードの改質ガスをアノード内に封入する窒
素パージ弁、１５はカソード及びアノードの排ガスが混
合して燃焼するリホーマ燃焼部である。
本システムに於いて通常オンオフ弁４は開となつてい
る。システムの異常により遮断を行なう場合、負荷を遮
断すると共に空気極入口流量調節弁を閉とし、代りに空
気極窒素パージ弁２を開とする。
る。システムの異常により遮断を行なう場合、負荷を遮
断すると共に空気極入口流量調節弁を閉とし、代りに空
気極窒素パージ弁２を開とする。
またアノード側ではアノード入口流量調節弁１１を閉と
し、アノード出口側の窒素パージ弁１４を開とすること
によりアノードの水素ガスをアノード内に閉じ込める。
この遮断操作に於いてカソード側では流量の低下により
圧力が低下し、アノード側では負荷遮断により水素消費
がなくなるため一時的に圧力が上昇するが、その後は流
入流量の低下により圧力が減少する。この時の圧力低下
速度はアノード側に比較し、カソード側の方が速く、第
２図の様な圧力変動となり差圧が発生する。第２図に於
いてアはアノードの圧力低下、イはカソードの圧力低下
状況を表している。第２図に於いてカソードとアノード
の圧力がＡ点で交叉している理由はカソード内の酸素を
短時間でパージし、電池電圧の上昇による電池劣化を出
来るだけ抑制するためカソード側の窒素パージ流量をア
ノード側に比較して増加しているため、カソード側はア
ノード側に比較し定常時の圧力が高くなるためである。
し、アノード出口側の窒素パージ弁１４を開とすること
によりアノードの水素ガスをアノード内に閉じ込める。
この遮断操作に於いてカソード側では流量の低下により
圧力が低下し、アノード側では負荷遮断により水素消費
がなくなるため一時的に圧力が上昇するが、その後は流
入流量の低下により圧力が減少する。この時の圧力低下
速度はアノード側に比較し、カソード側の方が速く、第
２図の様な圧力変動となり差圧が発生する。第２図に於
いてアはアノードの圧力低下、イはカソードの圧力低下
状況を表している。第２図に於いてカソードとアノード
の圧力がＡ点で交叉している理由はカソード内の酸素を
短時間でパージし、電池電圧の上昇による電池劣化を出
来るだけ抑制するためカソード側の窒素パージ流量をア
ノード側に比較して増加しているため、カソード側はア
ノード側に比較し定常時の圧力が高くなるためである。
本実施例ではこの様な差圧を抑制するため、中央制御装
置より制御器６に送られた遮断信号に基づきオンオフ弁
４に閉信号を与え、オンオフ弁を閉とすることにより、
カソード下流側にオリフイスからなる流路抵抗５を挿入
する。この場合の圧力変化の状態を第３図に示す。この
操作によりカソードの初期圧力低下は抑制されるが、一
方では流路抵抗の挿入によりカソードの定常圧力が高く
なりカソードとアノードの圧力交叉点Ａが無対策の場合
より短時間側に移動する。そこで本発明ではカソード・
アノード間の差圧を制御器６で観測し、遮断後定常状態
に至る過度状態においてカソード圧力がアノード圧力に
対して一定値以上上昇した時点で、再びカソード下流側
の流路抵抗を徐徐に除去するため制御器６よりオンオフ
弁４に徐開の信号を与える。この時のオンオフ弁の開閉
状態を第３図ウに示す。この動作によりカソードの圧力
はオンオフ弁を再徐開しない場合はイ′のように変化
し、カソード側が高くなる状態をオンオフ弁を再徐開し
て流路抵抗を減少させることにより防止できる。オンオ
フ弁の徐開は、カソード・アノード間差圧が一定値以
内、例えば100mmAq以内となるような速度で行い、第３
図のＡ点より数十秒、例えば３０秒程度でオンオフ弁を
開とする。
置より制御器６に送られた遮断信号に基づきオンオフ弁
４に閉信号を与え、オンオフ弁を閉とすることにより、
カソード下流側にオリフイスからなる流路抵抗５を挿入
する。この場合の圧力変化の状態を第３図に示す。この
操作によりカソードの初期圧力低下は抑制されるが、一
方では流路抵抗の挿入によりカソードの定常圧力が高く
なりカソードとアノードの圧力交叉点Ａが無対策の場合
より短時間側に移動する。そこで本発明ではカソード・
アノード間の差圧を制御器６で観測し、遮断後定常状態
に至る過度状態においてカソード圧力がアノード圧力に
対して一定値以上上昇した時点で、再びカソード下流側
の流路抵抗を徐徐に除去するため制御器６よりオンオフ
弁４に徐開の信号を与える。この時のオンオフ弁の開閉
状態を第３図ウに示す。この動作によりカソードの圧力
はオンオフ弁を再徐開しない場合はイ′のように変化
し、カソード側が高くなる状態をオンオフ弁を再徐開し
て流路抵抗を減少させることにより防止できる。オンオ
フ弁の徐開は、カソード・アノード間差圧が一定値以
内、例えば100mmAq以内となるような速度で行い、第３
図のＡ点より数十秒、例えば３０秒程度でオンオフ弁を
開とする。
第１図Ａには、上記のように、流路抵抗を可変にした回
路として、一方の通路にオンオフ弁４、他方の通路にオ
リフイスからなる流路抵抗５を並列に連結した回路から
なる場合を示したが、第１図Ｂに示すように、一方の通
路にオンオフ弁４，他方の通路に開度を固定した弁４′
及びオリフイスからなる流路抵抗５を並列に連結した回
路とし、前記流路抵抗の増減を、前記一方の通路に設け
たオンオフ弁４の開閉操作により行うようにしてもよ
い。
路として、一方の通路にオンオフ弁４、他方の通路にオ
リフイスからなる流路抵抗５を並列に連結した回路から
なる場合を示したが、第１図Ｂに示すように、一方の通
路にオンオフ弁４，他方の通路に開度を固定した弁４′
及びオリフイスからなる流路抵抗５を並列に連結した回
路とし、前記流路抵抗の増減を、前記一方の通路に設け
たオンオフ弁４の開閉操作により行うようにしてもよ
い。
本発明の燃料電池運転法により燃料電池プラントの遮断
初期におけるカソードの圧力低下速度をアノードの圧力
低下速度に合せることができ、しかも、定常状態でカソ
ード側の圧力がアノード側より高くなることを抑制する
ことが出来る。
初期におけるカソードの圧力低下速度をアノードの圧力
低下速度に合せることができ、しかも、定常状態でカソ
ード側の圧力がアノード側より高くなることを抑制する
ことが出来る。
第１図Ａは本発明方法を実施するための燃料電池フロー
図、第１図Ｂは流路抵抗を可変にするための回路の他の
例を示す図、第２図，第３図は圧力変化説明図である。 １…空気流量調節弁、２…空気極窒素パージ弁、３…カ
ソード、４，４′…オンオフ弁、５…流路抵抗、６…制
御装置、１１…アノード入口流量調節弁、１２…アノー
ド、１３…差圧調節弁、１４…アノード後流側窒素パー
ジ弁、１５…燃料改質器の燃焼部。
図、第１図Ｂは流路抵抗を可変にするための回路の他の
例を示す図、第２図，第３図は圧力変化説明図である。 １…空気流量調節弁、２…空気極窒素パージ弁、３…カ
ソード、４，４′…オンオフ弁、５…流路抵抗、６…制
御装置、１１…アノード入口流量調節弁、１２…アノー
ド、１３…差圧調節弁、１４…アノード後流側窒素パー
ジ弁、１５…燃料改質器の燃焼部。
Claims (1)
- 【請求項１】燃料電池のカソードに酸化剤ガスを導入す
る配管と、該配管に配置された酸化剤ガス流量調節弁
と、前記酸化剤ガスを導入する配管に前記酸化剤ガス流
量調節弁とカソードの間の位置で接続されカソードに窒
素ガスをパージする配管と、該配管に配置されたカソー
ド窒素パージ弁と、燃料電池のアノードに燃料ガスを導
入する配管と、該配管に配置された燃料ガス流量調節弁
と、アノード排ガスを燃料改質器の燃焼部に導入するア
ノード排ガス配管と、アノードとカソード間の差圧を検
出する差圧検出手段と、アノード出口側でアノード排ガ
ス配管に接続されアノード排ガスに窒素ガスをパージす
る配管と、該配管に配置されたアノード後流側窒素パー
ジ弁と、カソード排ガスを前記燃料改質器の燃焼部に導
入するカソード排ガス配管とを含む燃料電池の運転法に
おいて、 前記カソード排ガス配管にオンオフ弁と固定の流路抵抗
を並列に連結した流路抵抗可変回路を接続し、通常は、
カソード窒素パージ弁及びアノード後流側窒素パージ弁
を閉とし、酸化剤ガス流量調節弁、燃料ガス流量調節弁
及びオンオフ弁を開として運転し、燃料電池プラントの
遮断時には、酸化剤ガス流量調節弁及び燃料ガス流量調
節弁を閉とし、カソード窒素パージ弁及びアノード後流
側窒素パージ弁を開とするとともに前記オンオフ弁を閉
とし、遮断後定常状態に至る過渡状態において前記差圧
検出手段によりカソードの圧力がアノードの圧力に対し
て一定値以上になったことが検知された時点で前記オン
オフ弁にカソードとアノード間の差圧が一定値以内に入
るように流路抵抗可変回路の流路抵抗を減少させる予め
定められた速度の徐開信号を与えることを特徴とする燃
料電池の運転法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61261864A JPH0652665B2 (ja) | 1986-11-05 | 1986-11-05 | 燃料電池運転法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61261864A JPH0652665B2 (ja) | 1986-11-05 | 1986-11-05 | 燃料電池運転法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63116373A JPS63116373A (ja) | 1988-05-20 |
| JPH0652665B2 true JPH0652665B2 (ja) | 1994-07-06 |
Family
ID=17367814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61261864A Expired - Fee Related JPH0652665B2 (ja) | 1986-11-05 | 1986-11-05 | 燃料電池運転法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0652665B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101416908B1 (ko) * | 2011-12-30 | 2014-07-09 | 두산중공업 주식회사 | 연료전지 시스템 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2809556B2 (ja) * | 1992-05-28 | 1998-10-08 | 三菱電機株式会社 | 燃料電池式発電装置 |
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