JPH0729586A - 燃料電池の運転方法 - Google Patents

燃料電池の運転方法

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JPH0729586A
JPH0729586A JP5170760A JP17076093A JPH0729586A JP H0729586 A JPH0729586 A JP H0729586A JP 5170760 A JP5170760 A JP 5170760A JP 17076093 A JP17076093 A JP 17076093A JP H0729586 A JPH0729586 A JP H0729586A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アノード電極の酸化及び電解質中の炭酸塩の
消失を防止することができ、かつ安全に燃料電池の発電
を停止できる燃料電池の運転方法を提供する。 【構成】 格納容器22内に格納され、水素を含むアノ
ードガス2と酸素を含むカソードガス3とから発電する
燃料電池20の運転方法において、発電停止時にアノー
ドガスラインをアノードガス2と不活性ガスとの混合ガ
スでパージし、かつこの混合ガスの水素濃度が爆発限界
以下であるように制御し、更にカソードガスラインをカ
ソードガスと不活性ガスの混合ガスでパージする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池の運転方法に
係わり、更に詳しくは、発電停止時の溶融炭酸塩型燃料
電池の運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率、かつ
環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特
徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システ
ムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行
われている。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃
料電池を用いた発電設備では、図2に示すように天然ガ
ス等の燃料ガス1を水素を含むアノードガス2に改質す
る改質器10と、アノードガス2と酸素を含むカソード
ガス3とから発電する燃料電池20とを一般的に備えて
おり、改質器で作られたアノードガスは燃料電池に供給
され、燃料電池内でその大部分(例えば80%)を消費
した後、アノード排ガス4として改質器10の燃焼室C
oに供給される。燃料ガス1は燃料予熱器11により予
熱されて改質器の改質室Reに入る。改質器ではアノー
ド排ガス中の可燃成分(水素、一酸化炭素、メタン等)
を燃焼室で燃焼し、高温の燃焼ガスにより改質室Reを
加熱し内部を流れる燃料を改質する。改質室を出た燃焼
排ガス5は、空気予熱器32で熱回収され、凝縮器33
と気水分離器34で水分を除去され、タービン圧縮機
(動力回収装置40)で加圧された空気6が混入し、こ
の混合ガスが空気予熱器32で加熱されてカソードガス
3に合流する。これにより、燃料電池のアノード側で発
生した二酸化炭素が、燃焼排ガス5を介して燃料電池用
のカソードガス3に入り、燃料電池のカソード反応に必
要な二酸化炭素をカソード側Cに供給する。カソードガ
ス3は燃料電池内でその一部が反応してカソード排ガス
7となり、その一部はカソード入口側に再循環され、一
部は改質器10の燃焼室Coに供給されてアノード排ガ
ス4を燃焼させ、残りは動力回収装置40に供給されて
圧力回収され、系外に排出される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した燃料電池発電
装置で発電を長時間停止する時には、燃料ガス1の消費
を防ぎ、かつガスが漏洩した場合の安全対策のため、燃
料電池20を運転温度に保持したまま燃料ガス1の供給
を止め、燃料電池20のアノードガス2及びカソードガ
ス3を不活性ガス(例えば、窒素ガス)でパージしてい
た。しかし、窒素ガス中には微量の酸素が存在し、この
酸素によりアノード電極が酸化され、再起動時の電池性
能が低下してしまう問題点があった。また、これを防ぐ
ためにアノードガス2を水素を含むガスでパージする
と、局所的にアノード反応(H2 +CO3 2- →H2 O+
CO2 +2e)が起こり、電解質中の炭酸塩(C
3 2- )が消費され、再起動時の電池性能が低下してし
まう問題点があった。
【0004】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、アノ
ード電極の酸化及び電解質中の炭酸塩の消失を防止する
ことができ、かつ安全に燃料電池の発電を停止できる燃
料電池の運転方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、格納容
器内に格納され、水素を含むアノードガスと酸素を含む
カソードガスとから発電する燃料電池の運転方法におい
て、発電停止時にアノードガスラインをアノードガスと
不活性ガスとの混合ガスでパージし、かつ前記混合ガス
の水素濃度が爆発限界以下であるように制御し、更にカ
ソードガスラインをカソードガスと不活性ガスの混合ガ
スでパージする、ことを特徴とする燃料電池の運転方法
が提供される。
【0006】本発明の好ましい実施例によれば、前記水
素濃度は約4%以下である。また、発電停止時に格納容
器内が不活性ガスでパージされ、発電停止時のアノード
ガスラインの圧力は、格納容器内の圧力より高く保持さ
れる、ことが好ましい。
【0007】
【作用】上記本発明の構成によれば、発電停止時にアノ
ードガスラインがアノードガスと不活性ガスとの混合ガ
スでパージされ、かつ前記混合ガスの水素濃度が爆発限
界以下であるように制御されるので、アノードガスライ
ンが還元雰囲気に維持される。従って、アノード電極が
酸化されるおそれがなく、再起動時の電池性能が低下し
ない。また、この混合ガスは炭酸ガスを含んでいるの
で、局所的なアノード反応(H2 +CO3 2- →H2 O+
CO2 +2e)を抑制することができ、電解質中の炭酸
塩(CO3 2- )の消費を抑制し、再起動時の電池性能の
低下を抑制することができる。更に、カソードガスライ
ンがカソードガスと不活性ガスの混合ガスでパージさ
れ、この混合ガスは炭酸ガスを含んでいるので局所的な
アノード反応に必要な炭酸塩(CO3 2- )の電解質への
補給が可能となる。
【0008】更に、発電停止時に格納容器内を不活性ガ
スでパージし、発電停止時のアノードガスラインの圧力
を、格納容器内の圧力より高く保持すれば、発電停止中
に格納容器内の不活性ガスがアノードガスラインに流入
するおそれがなく、アノード電極が酸化されるおそれが
ない。
【0009】
【実施例】以下に本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。なお、図2と同一の部分には同一の符号
を付して使用する。図1は本発明による方法を実施する
ための燃料電池発電装置の部分構成図である。なお、こ
の燃料電池発電装置は、図2に示した従来の燃料電池発
電装置とほぼ同様であり、相違する部分のみを図示して
いる。図1において、燃料電池20は、格納容器22内
に格納され、水素を含むアノードガス2と酸素を含むカ
ソードガス3とから発電するようになっている。また、
8a、8bはパージラインであり、不活性ガス(例えば
窒素ガス)をパージライン8aから格納容器22内に供
給し、パージライン8bから排出して格納容器22内を
パージするようになっている。
【0010】図1の燃料電池発電装置は更に、アノード
ガス2及びカソードガス3に不活性ガス(例えば窒素ガ
ス)を供給するパージライン23、24を備え、このパ
ージライン23、24には流量制御弁25、26が設け
られている。また、アノード排ガス4とカソード排ガス
7との間、及びカソード排ガス7とパージライン8bと
の間には差圧検出器27、28がそれぞれ設けられてい
る。更に、アノード排ガス4の水素濃度を検出する濃度
検出制御器29が設けられ、この濃度検出制御器29に
より流量制御弁25を流れる不活性ガスの流量を制御で
きるようになっている。
【0011】図1の燃料電池発電装置において、本発明
による運転方法によれば、発電を停止する時には、アノ
ードガスラインをアノードガス2と不活性ガスとの混合
ガスでパージし、かつ前記混合ガスの水素濃度が爆発限
界以下であるように制御する。すなわち、発電停止時に
アノードガス2の流量を下げるが完全には閉鎖せず適当
な流量(例えば定格流量の数%)に維持する。また、流
量制御弁25を開いて不活性ガス(例えば窒素ガス)を
アノードガス2に供給してアノード2と不活性ガスとの
混合ガスを作り、この混合ガスによりアノードガスライ
ンをパージする。更に燃料電池を出た混合ガス(すなわ
ちアノード排ガス4)の水素濃度を濃度検出制御器29
で検出し、この水素濃度が爆発限界以下であるように流
量制御弁25を調節する。前記水素濃度は約4%以下で
ある、ことが好ましい。
【0012】かかる構成により、発電停止時にアノード
ガスラインがアノードガスと不活性ガスとの混合ガスで
パージされ、かつ前記混合ガスの水素濃度が爆発限界以
下であるように制御されるので、アノードガスラインが
還元雰囲気に維持される。従って、アノード電極が酸化
されるおそれがなく、再起動時の電池性能が低下しな
い。また、この混合ガスは炭酸ガスを含んでいるので、
局所的なアノード反応(H2 +CO3 2- →H2 O+CO
2 +2e)を抑制することができ、電解質中の炭酸塩
(CO3 2- )の消費を抑制し、再起動時の電池性能の低
下を抑制することができる。
【0013】一方、カソードガスラインもカソードガス
3と不活性ガスとの混合ガスでパージする。すなわち、
発電停止時にカソードガス3の流量を下げるが完全には
閉鎖せず適当な流量(例えば定格流量の数%)に維持
し、流量制御弁26を開いて不活性ガス(例えば窒素ガ
ス)をカソードガス3に供給してカソード3と不活性ガ
スとの混合ガスを作り、この混合ガスによりカソードガ
スラインをパージする。これにより、この混合ガスが炭
酸ガスを含んでいるので局所的なアノード反応に必要な
炭酸塩(CO3 2- )の電解質への補給が可能となる。
【0014】更に、格納容器22内に不活性ガスをパー
ジライン8aから供給し、パージライン8bから排出し
て格納容器22内をパージする。この際、発電停止時の
アノードガスラインの圧力を、格納容器内の圧力より高
く保持する。すなわち、差圧検出器27、28により、
アノード排ガス4とカソード排ガス7との間、及びカソ
ード排ガス7とパージライン8bとの間の差圧を検出
し、検出された差圧からアノードガスラインの圧力が格
納容器内の圧力より高くなるように、アノードガスライ
ン、カソードガスライン、或いはパージラインの流量を
調節する。かかる構成により、発電停止中に格納容器内
の不活性ガスがアノードガスラインに流入するおそれが
なく、アノード電極の酸化を防ぐことができる。
【0015】
【発明の効果】上述したように、本発明の方法によれ
ば、アノードガスラインが還元雰囲気に維持され、アノ
ード電極が酸化されるおそれがなく、再起動時の電池性
能が低下しない。また、この混合ガスは炭酸ガスを含ん
でいるので、局所的なアノード反応を抑制することがで
き、電解質中の炭酸塩(CO3 2- )の消費を抑制し、再
起動時の電池性能の低下を抑制することができる。更
に、発電停止中に格納容器内の不活性ガスがアノードガ
スラインに流入するおそれがなく、アノード電極が酸化
されるおそれがない。また、カソードガスラインがカソ
ードガスと不活性ガスの混合ガスでパージされる、この
混合ガスは炭酸ガスを含んでいるので局所的なアノード
反応に必要な炭酸塩(CO3 2- )の電解質への補給が可
能となる。
【0016】従って、本発明の燃料電池の運転方法は、
アノード電極の酸化及び電解質中の炭酸塩の消失を防止
することができ、かつ安全に燃料電池の発電を停止でき
る、優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による方法を実施するための燃料電池発
電装置の部分構成図である。
【図2】従来の燃料電池発電装置の全体構成図である。
【符号の説明】
1 燃料ガス 2 アノードガス 3 カソードガス 4 アノード排ガス 5 燃焼排ガス 6 空気 7 カソード排ガス 8a、8b パージライン 10 改質器 11 燃料予熱器 20 燃料電池 22 格納容器 23、24 パージライン 25、26 流量制御弁 27、28 差圧検出器 29 濃度検出制御器 32 空気予熱器 33 凝縮器 34 気水分離器 40 動力回収装置 Re 改質室 Co 燃焼室 A アノード側 C カソード側

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 格納容器内に格納され、水素を含むアノ
    ードガスと酸素を含むカソードガスとから発電する燃料
    電池の運転方法において、 発電停止時にアノードガスラインをアノードガスと不活
    性ガスとの混合ガスでパージし、かつ前記混合ガスの水
    素濃度が爆発限界以下であるように制御し、更にカソー
    ドガスラインをカソードガスと不活性ガスの混合ガスで
    パージする、ことを特徴とする燃料電池の運転方法。
  2. 【請求項2】 前記水素濃度は約4%以下である、こと
    を特徴とする請求項1に記載の燃料電池の運転方法。
  3. 【請求項3】 発電停止時に格納容器内が不活性ガスで
    パージされ、発電停止時のアノードガスラインの圧力
    は、格納容器内の圧力より高く保持される、ことを特徴
    とする請求項1に記載の燃料電池の運転方法。
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