JPH0682555B2 - 燃料電池発電装置の運転起動方法 - Google Patents
燃料電池発電装置の運転起動方法Info
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- JPH0682555B2 JPH0682555B2 JP62155116A JP15511687A JPH0682555B2 JP H0682555 B2 JPH0682555 B2 JP H0682555B2 JP 62155116 A JP62155116 A JP 62155116A JP 15511687 A JP15511687 A JP 15511687A JP H0682555 B2 JPH0682555 B2 JP H0682555B2
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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、燃料電池発電装置の運転起動方法に関す
る。
る。
まず第２図により燃料電池発電装置のシステム概要を説
明する。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/AC変換
器、４は外部負荷、５は負荷４への給電回路に介挿した
開閉器である。ここで改質器１は燃焼バーナ1aを装備の
燃焼炉1b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2a,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
改室器１の改室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
ガス供給ライン９が接続配管されている。
明する。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/AC変換
器、４は外部負荷、５は負荷４への給電回路に介挿した
開閉器である。ここで改質器１は燃焼バーナ1aを装備の
燃焼炉1b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2a,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
改室器１の改室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
ガス供給ライン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１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DC/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。
て改質器１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DC/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1V
である。
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1V
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く過
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。
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く過
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。
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，温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
てい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先記した閾値に
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
所定の閾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
流させるオフガス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。
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，温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
てい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先記した閾値に
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
所定の閾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
流させるオフガス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てなされたものであり、
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を解決を
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。
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を解決を
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。
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。
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。
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
を超えたことを検知確認すること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。
電池の開回路電圧を検出し、その開回路電圧がピーク値
を超えたことを検知確認すること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。
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
t1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e1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1V）、e2が開閉器５の投入タ
イミングを決めるピーク値e1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。
転起動方法のタイムチャートを示すものである。ここで
t1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e1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1V）、e2が開閉器５の投入タ
イミングを決めるピーク値e1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５の投入
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。
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e1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。
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e1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。
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。
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。
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。
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。
Claims (1)
- 【請求項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変換器とを組合わせて構成
し、前記燃料電池の起電反応に関与しなかった燃料オフ
ガスを、前記燃料改質器の燃焼バーナに還流し、燃料改
質の熱源として利用するようにして成る燃料電池発電装
置の運転起動方法において、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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62155116A JPH0682555B2 (ja) | 1987-06-22 | 1987-06-22 | 燃料電池発電装置の運転起動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62155116A JPH0682555B2 (ja) | 1987-06-22 | 1987-06-22 | 燃料電池発電装置の運転起動方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS64655A JPS64655A (en) | 1989-01-05 |
| JPH01655A JPH01655A (ja) | 1989-01-05 |
| JPH0682555B2 true JPH0682555B2 (ja) | 1994-10-19 |
Family
ID=15598932
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62155116A Expired - Lifetime JPH0682555B2 (ja) | 1987-06-22 | 1987-06-22 | 燃料電池発電装置の運転起動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0682555B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE199797T1 (de) * | 1997-11-20 | 2001-03-15 | Siemens Ag | Verfahren und vorrichtung zum überwachen einer ausgewählten gruppe von brennstoffzellen eines hochtemperatur-brennstoff-zellenstapels |
| JP4879428B2 (ja) * | 2001-10-26 | 2012-02-22 | シャープ株式会社 | 燃料電池発電装置 |
| JP4559754B2 (ja) * | 2004-03-05 | 2010-10-13 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム |
| JP5617218B2 (ja) | 2009-10-28 | 2014-11-05 | 株式会社村田製作所 | 燃料電池 |
| JP5605106B2 (ja) * | 2010-09-13 | 2014-10-15 | パナソニック株式会社 | 燃料電池発電装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6180316A (ja) * | 1984-09-27 | 1986-04-23 | Toshiba Corp | 燃料電池用電力変換装置 |
-
1987
- 1987-06-22 JP JP62155116A patent/JPH0682555B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS64655A (en) | 1989-01-05 |
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