JPH0656766B2 - 燃料電池装置 - Google Patents

燃料電池装置

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JPH0656766B2
JPH0656766B2 JP60017083A JP1708385A JPH0656766B2 JP H0656766 B2 JPH0656766 B2 JP H0656766B2 JP 60017083 A JP60017083 A JP 60017083A JP 1708385 A JP1708385 A JP 1708385A JP H0656766 B2 JPH0656766 B2 JP H0656766B2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04104Regulation of differential pressures
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は例えば緊急停止時あるいは停電時に燃料電池
本体の燃料極と空気極間及び電池筐体と両極間に大きな
差圧変動を与えることなく、電池筐体内滞留窒素ガスを
用いてすみやかに窒素ガス置換を行う燃料電池装置に関
するものである。
[従来の技術] 従来この種の装置としては例えば特開昭58−1631
82号公報に示されたものがある。その構成を第2図に
示す。第2図において、1は燃料極1aと空気極1bに
より構成された燃料電池本体、2は燃料電池本体1を収
納する電池筐体、3は電池筐体2に窒素ガスを供給する
と共に窒素ガス流量調整弁4を有する窒素ガス供給配管
系、5は電池筐体2内の窒素ガス圧を調整する窒素ガス
圧力調整弁6を有し、電池筐体2内の余剰窒素ガスを排
出する窒素ガス排出配管系、7は燃料電池本体1の燃料
極1aに燃料ガスを供給すると共に燃料ガス流量調整弁
8を有する燃料ガス供給配管系、9は燃料極1aの出口
側に設けられた燃料ガス排出配管系であり、燃料極1a
と電極筐体2の間の差圧を調整する燃料ガス差圧調整弁
10を有している。11は燃料電池本体1の空気極1b
に空気を供給すると共に空気流量調整弁12を有する空
気供給配管系、13は空気極1bの出口側に設けられた
空気排出配管系であり、空気極1bと電池筐体2の間の
差圧を調整する空気差圧調整弁14を有している。15
は電池筐体2内の燃料ガス供給配管系7に設けられた燃
料系置換調整弁、16は空気供給配管系11に設けられ
た空気系置換調整弁であり、燃料系置換調整弁15、空
気系統置換調整弁16はいずれも通常は閉状態であり、
例えば緊急停止時あるいは停電時に開状態になり、電池
筐体2内の窒素ガスを燃料ガス供給配管系7、空気供給
配管系11に導き、燃料電池本体1内の燃料ガス及び空
気を窒素ガスで置換するようになっている。またこの変
形例として第3図に示すように、電池筐体2外で連通配
管17、18により燃料ガス供給配管系7、空気供給配
管系11と窒素ガス供給配管系3とを連通させ、これら
連通配管17、18に第2図と同様な燃料系置換調整弁
15、空気系置換調整弁16を設けて、例えば緊急停止
時あるいは停電時には窒素ガス供給配管系3から窒素ガ
スを燃料ガス供給配管系7、空気供給配管系11に導
き、燃料電池本体1内の燃料ガス及び空気を窒素ガスで
置換するようになっている。これら燃料系置換調整弁1
5、空気系置換調整弁16、連通配管17、18により
窒素ガス導入手段が構成されている。
次に動作について説明する。燃料ガスは燃料ガス流量調
整弁8を通して燃料電池本体1の燃料極1aに供給さ
れ、空気は空気流量調整弁12を通して燃料電池本体1
の空気極1bに供給されて、燃料ガスと空気は電解質
(図示しない)をはさんで反応し、直流電力を発生す
る。燃料ガスの内、反応に使われなかった余剰燃料ガス
は燃料ガス差圧調整弁10により燃料極1aと電池筐体
2間の差圧を維持しながら燃料電池本体1から排出され
る。また、空気は電池反応部で酸素を消費された後、空
気差圧調整弁14により空気極1bと電池筐体2間の差
圧を維持しながら燃料電池本体1から排出される。窒素
ガスは窒素ガス流量調整弁4を通して燃料電池本体1を
収納する電池筐体2に供給される。電池筐体2内の窒素
ガス圧力は、出口側に設けられた窒素ガス圧力調整弁6
で制御する。空気極1bの圧力は電池筐体2内の窒素ガ
ス圧力よりも若干(例えば数10mmAq)低く、燃料
極1aの圧力は空気極1bの圧力よりもさらに若干(例
えば数10mmAq)を低く設定し、燃料ガスと空気の
接触反応を防止している。
燃料電池装置の運転中、燃料系置換調整弁15、空気系
置換調整弁16は閉状態なっている。運転を停止する場
合、まず燃料系置換調整弁15、空気系置換調整弁16
を開状態にし、ついで燃料ガス流量調整弁8、空気流量
調整弁12を閉状態とする。この操作によって、電池筐
体2あるいは窒素ガス供給配管系3からの窒素ガスが燃
料ガス供給配管系7、空気供給配管系11を経て燃料極
1a、空気極1bに導入される。そして、燃料電池本体
1内が窒素ガスに置換された後、燃料ガス差圧調整弁1
0、空気差圧調整弁14を閉状態にする。こののち、窒
素ガス圧力調整弁6を制御して電池筐体2内の圧力を大
気圧まで低下させる。
緊急停止の場合には、窒素ガス圧力調整弁6、燃料ガス
流量調整弁8及び空気流量調整弁12を閉状態とし、つ
いで燃料系置換調整弁15及び空気系置換調整弁16を
開状態とし、電池筐体2内滞留窒素ガスあるいは窒素ガ
ス供給配管系3からの窒素ガスで燃料ガス供給配管系
7、空気供給配管系11、燃料極1a、空気極1bを含
む燃料ガス系統及び空気系統の窒素ガス置換を行う。こ
のため、窒素ガス圧力調整弁6、燃料ガス流量調整弁8
及び空気流量調整弁12は緊急停止時あるいは停電時に
閉状態となるものを、燃料系置換調整弁15及び空気系
置換調整弁16は緊急停止時あるいは停電時に開状態と
なるものを用いている。
[発明が解決しようとする問題点] 従来の燃料電池装置は以上のように構成されており、電
池筐体2内に燃料系置換調整弁15及び空気系置換調整
弁16を設けているために、これら調整弁の保守あるい
は信頼性維持の面に問題があった。この問題を解消する
ために考えられたものに第3図に示すものである。この
構成によって、上記のような燃料系置換調整弁15及び
空気系置換調整弁16の保守あるいは信頼性維持の面の
問題は解消された。しかし、上述した従来の燃料電池装
置いずれにあっても、緊急停止時あるいは停電時に電池
筐体2内滞留窒素ガスあるいは窒素ガス供給配管系3か
らの窒素ガスで燃料ガス供給配管系7、空気供給配管系
11、燃料極1a、空気極1bを含む燃料ガス系統及び
空気系統の窒素ガス置換を行う際、配管や調整弁等の圧
力損失や小さいため、窒素ガス置換にともなう放出流量
が過大になり、燃料極1aと電池筐体2間の差圧、空気
極1bと電池筐体2間の差圧及び燃料極1aと空気極1
b間の差圧を適正に維持することができず、燃料極1a
及び空気極1bのシール機能に悪影響を与えるという問
題があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、保守性・信頼性を向上させ、かつ緊急停止時
あるいは停電時においても燃料極1aと電池筐体2間の
差圧、空気極1bと電池筐体2間の差圧及び燃料極1a
と空気極1b間の差圧を適正に維持しながら窒素ガス置
換を行える燃料電池装置を提供することを目的とする。
[問題点を解決するための手段] この発明に係る燃料電池装置は、燃料排出配管系及び空
気排出配管系に差圧維持手段を設けたものである。
[作用] この発明においては、燃料排出配管系及び空気排出配管
系に設けた差圧維持手段により、緊急停止時あるいは停
電時にも燃料極と電池筐体間の差圧、空気極と電池筐体
間の差圧及び燃料極と空気極間の差圧が適正に維持され
ながら窒素ガス置換が行われる。
[発明の実施例] 以下、この発明を一実施例に基づいて説明する。第1図
において、1〜18は上述した従来の燃料電池装置の構
成と同様であり、燃料系置換調整弁15及び空気系置換
調整弁16は電池筐体2外で連通配管17、18に設け
られている。19及び20は燃料ガス排出配管系9及び
空気排出配管系13に設けた例えばオリフィスからなる
差圧維持手段、21、22、23はそれぞれ窒素ガス流
量調整弁4燃料ガス流量調整弁8及び空気流量調整弁1
2の上流側に設けられた開閉弁であり、特に開閉弁2
2、23は緊急停止時あるいは停電時に閉状態になるも
のを用いている。
次に動作について説明する。
燃料電池装置の運転時動作は上述した従来の燃料電池装
置と同一であり、説明を省略する。
緊急停止の場合、窒素ガス圧力調整弁6及び開閉弁2
2、23を閉状態とし、ついで従来の燃料電池装置と同
様に燃料系置換調整弁15及び空気系置換調整弁16を
開状態とし、電池筐体2内滞留窒素ガスあるいは窒素ガ
ス供給配管系3からの窒素ガスで燃料ガス供給配管系
7、空気供給配管系11、燃料極1a、空気極1bを含
む燃料ガス系統及び空気系統の窒素ガス置換を行う。こ
のとき、燃料極1aと電池筐体2間の差圧、空気極1b
と電池筐体2間の差圧及び燃料極1aと空気極1b間の
差圧は各配管系要素の圧力損失によって決定される。第
4図は、緊急停止時の燃料ガス排出配管系5、空気排出
配管系9の各位置における圧力を模式的に描いたもので
ある。図から明らかなように、各位置における圧力は各
配管系要素の圧力損失によって決定される。第4図にお
いて、オリフィス19、20のない場合を破線24で、
オリフィス19、20を設けた場合を実線26で示して
いる。オリフイス19、20のない場合は燃料極1aあ
るいは空気極1bと電池筐体2間の差圧は符号25で表
す大きさとなるが、オリフイス19、20を設けた場合
はこの差圧が符号27で表す大きさとなり、差圧が大幅
に低下していることがわかる。
オリフイス19、20で生じる圧力損失を適当に設定す
る、即ちその口径を適当に設定することによって燃料極
1aと電池筐体2間の差圧、空気極1bと電池筐体2間
の差圧及び燃料極1aと空気極1b間の差圧は任意に設
定することができるため、緊急時あるいは停電時のこれ
ら差圧を適正な値に維持しながら窒素ガス置換が行え、
安全性が向上し、燃料電池装置の長寿命化が図れる。
上記実施例では差圧維持手段としてオリフイスを設けた
場合について述べたが、差圧維持手段としてニードル弁
等を用いても上記実施例と同様の効果を奏する。もちろ
ん、差圧維持手段はオリフイスやニードル弁に限られる
ものでないことは明かである。
[発明の効果] 以上のようにこの発明によれば、燃料ガス排出配管系及
び空気排出配管系に差圧維持手段を設けたことにより、
緊急停止あるいは停電時においても燃料極と電池筐体間
の差圧、空気極と電池筐体間の差圧及び燃料極と空気極
間の差圧が適正に維持されながら窒素ガス置換ができ、
安全性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す燃料電池装置の系統
図、第2図、第3図は従来の燃料電池装置の系統図、第
4図はこの発明の燃料電池装置の窒素ガス置換時の特性
を模式的に描いた特性図である。 図において、1は燃料電池本体、2は電池筐体、3は窒
素ガス供給配管系、4は窒素ガス流量調整弁、5は窒素
ガス排出配管系、6は窒素ガス圧力調整弁、7は燃料ガ
ス供給配管系、8は燃料ガス流量調整弁、9は燃料ガス
排出配管系、10は燃料ガス差圧調整弁、11は空気供
給配管系、12は空気流量調整弁、13は空気排出配管
系、14は空気差圧調整弁、15は燃料系置換調整弁、
16は燃料系置換調整弁、19、20は差圧維持手段で
ある。 尚、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料極と空気極からなる燃料電池本体と、
    この燃料電池本体を収納する電池筐体と、上記燃料極に
    燃料ガス、上記空気極に空気をそれぞれ供給すると共に
    無制御時に閉状態となる調整弁をそれぞれ有する燃料ガ
    ス及び空気供給配管系と、上記燃料極、空気極の出口に
    設けられ燃料ガス及び空気をそれぞれ排出すると共に無
    制御時に開状態となる調整弁をそれぞれ有する燃料ガス
    及び空気排出配管系と、上記電池筐体に不活性ガスを供
    給すると共に調整弁を有する不活性ガス供給配管系と、
    上記電池筐体内の余剰不活性ガスを排出すると共に調整
    弁を有する不活性ガス排出配管系と、上記燃料ガス供給
    配管系及び空気供給配管系に上記電池筐体あるいは不活
    性ガス供給配管系から不活性ガスを導入する不活性ガス
    導入手段とを備えた燃料電池装置において、上記燃料排
    出配管系及び空気排出配管系に差圧維持手段を設けたこ
    とを特徴とする燃料電池装置。
  2. 【請求項2】差圧維持手段はオリフイスで構成されたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の燃料電池装
    置。
  3. 【請求項3】差圧維持手段はニードル弁で構成されたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の燃料電池装
    置。
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