JPH1126003A - 燃料電池発電システムの発電停止方法 - Google Patents
燃料電池発電システムの発電停止方法Info
- Publication number
- JPH1126003A JPH1126003A JP9171534A JP17153497A JPH1126003A JP H1126003 A JPH1126003 A JP H1126003A JP 9171534 A JP9171534 A JP 9171534A JP 17153497 A JP17153497 A JP 17153497A JP H1126003 A JPH1126003 A JP H1126003A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- fuel cell
- power generation
- gas
- hydrogen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04238—Depolarisation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 不活性ガスによる反応ガスパージ法を変える
ことにより従来の問題点を解決し、吸着酸素をほぼ完全
に消費でき、かつ改質器の異常温度上昇も発生しない燃
料電池発電システムおよび燃料電池該発電システムの発
電停止方法を提供する。 【解決手段】 発電停止方法は、燃料電池に接続された
外部負荷回路を開くと同時に、燃料ガス供給手段におい
ては原燃料に代えて燃料改質器の上段側から不活性ガス
を導入し、反応空気供給手段においては反応空気に代え
て不活性ガスを導入し、かつ放電抵抗回路を閉じてシス
テム内の残留酸素および残留水素による発電電流の放電
を開始し、放電は残留水素量が不足する前に終了させる
ことを特徴とする。
ことにより従来の問題点を解決し、吸着酸素をほぼ完全
に消費でき、かつ改質器の異常温度上昇も発生しない燃
料電池発電システムおよび燃料電池該発電システムの発
電停止方法を提供する。 【解決手段】 発電停止方法は、燃料電池に接続された
外部負荷回路を開くと同時に、燃料ガス供給手段におい
ては原燃料に代えて燃料改質器の上段側から不活性ガス
を導入し、反応空気供給手段においては反応空気に代え
て不活性ガスを導入し、かつ放電抵抗回路を閉じてシス
テム内の残留酸素および残留水素による発電電流の放電
を開始し、放電は残留水素量が不足する前に終了させる
ことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料電池発電シ
ステムに適用されるマトリックス形燃料電池の緊急停止
や長時間休止を含む発電運転の停止方法、特に反応ガス
を不活性ガスに置換する燃料電池発電システムの発電停
止方法に関する。
ステムに適用されるマトリックス形燃料電池の緊急停止
や長時間休止を含む発電運転の停止方法、特に反応ガス
を不活性ガスに置換する燃料電池発電システムの発電停
止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は一次および二次電池と同様に
化学電池の一種であり、２つの電極とその間に介在する
電解質とから構成されるもので、燃料の持つ化学エネル
ギーを直接電気エネルギーに変える。また、燃料電池は
化学電池とは異なり、燃料電池本体のほかにこれを作動
させるための周辺機器が必要となる。このような周辺機
器としては、主に、燃料ガスを水素リッチなガスに改質
する燃料改質装置、燃料電池で発電させた直流電力を交
流電力に変換する電力変換装置、およびこれらの装置を
相互接続させ、かつ適切に作動させる制御装置が挙げら
れる。したがって、燃料電池はこれらの周辺機器と組合
わさって発電システムを構成する。
化学電池の一種であり、２つの電極とその間に介在する
電解質とから構成されるもので、燃料の持つ化学エネル
ギーを直接電気エネルギーに変える。また、燃料電池は
化学電池とは異なり、燃料電池本体のほかにこれを作動
させるための周辺機器が必要となる。このような周辺機
器としては、主に、燃料ガスを水素リッチなガスに改質
する燃料改質装置、燃料電池で発電させた直流電力を交
流電力に変換する電力変換装置、およびこれらの装置を
相互接続させ、かつ適切に作動させる制御装置が挙げら
れる。したがって、燃料電池はこれらの周辺機器と組合
わさって発電システムを構成する。
【０００３】具体的に燃料電池は、電解液を保持したマ
トリックスを燃料電極と酸化剤電極とからなる一対の電
極で挟んでなる単電池を複数個有し、さらに複数個の単
電池をガス不透過板を介装して積層面に積層してセルス
タックとした構成からなる。燃料電池の発電は、燃料電
極とガス不透過板との間に画成された燃料ガス通路に水
素リッチな燃料ガスを供給し、一方酸化剤電極とガス不
透過板との間に画成された通路に酸化剤としての空気ま
たは酸素を供給することによって行うものである。ま
た、燃料電池は発電反応によって酸化剤電極側に生成水
を生ずるので、電解液として吸湿性の高いりん酸を用い
る電池ではその運転温度を１３０℃から１９０℃、一般
には１９０℃程度の高温に保って生成水の排出を容易化
するとともに、電極触媒の活性を保持して発電運転が行
われる。
トリックスを燃料電極と酸化剤電極とからなる一対の電
極で挟んでなる単電池を複数個有し、さらに複数個の単
電池をガス不透過板を介装して積層面に積層してセルス
タックとした構成からなる。燃料電池の発電は、燃料電
極とガス不透過板との間に画成された燃料ガス通路に水
素リッチな燃料ガスを供給し、一方酸化剤電極とガス不
透過板との間に画成された通路に酸化剤としての空気ま
たは酸素を供給することによって行うものである。ま
た、燃料電池は発電反応によって酸化剤電極側に生成水
を生ずるので、電解液として吸湿性の高いりん酸を用い
る電池ではその運転温度を１３０℃から１９０℃、一般
には１９０℃程度の高温に保って生成水の排出を容易化
するとともに、電極触媒の活性を保持して発電運転が行
われる。
【０００４】このようにして運転される燃料電池の運転
を停止または休止するために外部負荷回路に流れる電流
を遮断すると、各端電池には高い値の高温開回路電圧が
発生し、電極触媒粒子が粗大化して電極表面積が低下す
る劣化現象（シンタリングと呼ぶ）が発生し、発電性能
の低下や寿命低下を招く。また、電池温度の低下ととも
に反応ガス中の水分を吸着してりん酸が希釈され、体積
膨張したりん酸液がマトリックスから電極側に過度にし
み出して反応ガスの供給障害を起こすこと、さらには、
りん酸液の漏出したマトリックスのガス区分機能が低下
して反応ガスとしての空気と燃料ガスが混触し、爆鳴気
を発生する危険性が高まることなど種々の障害が発生す
る。
を停止または休止するために外部負荷回路に流れる電流
を遮断すると、各端電池には高い値の高温開回路電圧が
発生し、電極触媒粒子が粗大化して電極表面積が低下す
る劣化現象（シンタリングと呼ぶ）が発生し、発電性能
の低下や寿命低下を招く。また、電池温度の低下ととも
に反応ガス中の水分を吸着してりん酸が希釈され、体積
膨張したりん酸液がマトリックスから電極側に過度にし
み出して反応ガスの供給障害を起こすこと、さらには、
りん酸液の漏出したマトリックスのガス区分機能が低下
して反応ガスとしての空気と燃料ガスが混触し、爆鳴気
を発生する危険性が高まることなど種々の障害が発生す
る。
【０００５】そこでこれらの障害を回避して燃料電池の
発電を停止するために、外部負荷回路を遮断するととも
に、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止し、燃料ガ
ス通路およびその給排マニホールドからなる燃料ガス区
画室および酸化剤通路およびその給排マニホールドから
なる酸化剤区画室それぞれに乾燥した窒素などの不活性
ガスを供給して残存反応ガス（燃料ガスまたは酸化剤ガ
ス）をパージしながら燃料電池を降温する方法が知られ
ている。以下、図４および図５に基づいて、従来の燃料
電池発電システムの停止方法について説明する。
発電を停止するために、外部負荷回路を遮断するととも
に、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を停止し、燃料ガ
ス通路およびその給排マニホールドからなる燃料ガス区
画室および酸化剤通路およびその給排マニホールドから
なる酸化剤区画室それぞれに乾燥した窒素などの不活性
ガスを供給して残存反応ガス（燃料ガスまたは酸化剤ガ
ス）をパージしながら燃料電池を降温する方法が知られ
ている。以下、図４および図５に基づいて、従来の燃料
電池発電システムの停止方法について説明する。
【０００６】燃料電池発電システムは、燃料ガス中の水
素リッチなガスを導入し、該ガスに含まれる水素と空気
中の酸素とを電気化学的に反応させて発電させる燃料電
池本体５１を有する。また、発電システムには、燃料電
池本体５１や燃料改質装置５２からの排熱を回収して利
用する排熱回収装置、燃料電池本体を起動させる時に系
内の加熱性ガスを窒素などの不活性ガスに置換するパー
ジ装置等が必要となる。
素リッチなガスを導入し、該ガスに含まれる水素と空気
中の酸素とを電気化学的に反応させて発電させる燃料電
池本体５１を有する。また、発電システムには、燃料電
池本体５１や燃料改質装置５２からの排熱を回収して利
用する排熱回収装置、燃料電池本体を起動させる時に系
内の加熱性ガスを窒素などの不活性ガスに置換するパー
ジ装置等が必要となる。
【０００７】燃料電池本体５１は、燃料極５５、空気極
５６、およびこれらの電極によって挟まれた電解質５７
を備える。
５６、およびこれらの電極によって挟まれた電解質５７
を備える。
【０００８】原燃料はバルブＶ１０を介して供給路１８
を通って燃料改質装置５２に供給される。その際、供給
路１８にバルブＶ２０を介して不活性ガス供給路（Ｎ
２）が接続されているが、発電の際はバルブＶ２０が閉
じられている。燃料改質装置５２で水素リッチなガスに
改質された燃料ガスは、供給路１９を通過して燃料電池
５１の燃料極５５に送られる。一方、反応空気はバルブ
Ｖ７０を介して供給路２０を通過して空気極５６に導入
されて発電が行われる。
を通って燃料改質装置５２に供給される。その際、供給
路１８にバルブＶ２０を介して不活性ガス供給路（Ｎ
２）が接続されているが、発電の際はバルブＶ２０が閉
じられている。燃料改質装置５２で水素リッチなガスに
改質された燃料ガスは、供給路１９を通過して燃料電池
５１の燃料極５５に送られる。一方、反応空気はバルブ
Ｖ７０を介して供給路２０を通過して空気極５６に導入
されて発電が行われる。
【０００９】発電中は、図中のバルブＶ２０，Ｖ３０，
Ｖ５０、およびＶ６０は閉じた状態であり、一方Ｖ１
０、Ｖ４０およびＶ７０は開いた状態にある。さらに、
外部負荷回路６１のスイッチＳ２００はＯＮの状態にあ
り、一方放電抵抗回路１２のスイッチＳ１００はＯＦＦ
の状態にある。発電を停止する際に、スイッチＳ２００
をＯＦＦにして外部負荷回路６を切断し、それと同時に
スイッチＳ１００を閉じて放電抵抗を接続する。また、
バルブＶ６０を開いて不活性ガス（Ｎ２）を空気極５６
に送る。この際、バルブＶ７０は閉じる。スタック電圧
をモニターして規定電圧以下になった時にＶ４０を閉
じ、またＶ２０，３０、および５０を開く。さらに、こ
の際、ＯＦＦにする。
Ｖ５０、およびＶ６０は閉じた状態であり、一方Ｖ１
０、Ｖ４０およびＶ７０は開いた状態にある。さらに、
外部負荷回路６１のスイッチＳ２００はＯＮの状態にあ
り、一方放電抵抗回路１２のスイッチＳ１００はＯＦＦ
の状態にある。発電を停止する際に、スイッチＳ２００
をＯＦＦにして外部負荷回路６を切断し、それと同時に
スイッチＳ１００を閉じて放電抵抗を接続する。また、
バルブＶ６０を開いて不活性ガス（Ｎ２）を空気極５６
に送る。この際、バルブＶ７０は閉じる。スタック電圧
をモニターして規定電圧以下になった時にＶ４０を閉
じ、またＶ２０，３０、および５０を開く。さらに、こ
の際、ＯＦＦにする。
【００１０】この方法では、放電抵抗回路に外部から窒
素ガスを供給することによって両区画室内の反応ガスを
早期にパージすることができるので、高温開回路電圧に
よる障害やりん酸の吸湿に起因する障害、ならびに反応
ガスが混触する危険性を回避することができる。すなわ
ち、高温開回路電圧についてみると、酸化剤電極、燃料
電極ともに窒素でパージするため、両電極の例えば標準
水素電位に対する電位はほぼ等しくなり、その電位差で
決まる単電池の開回路電圧は見かけ上十分低くなり、し
たがって高温開回路電圧によるシンタリング等の悪影響
を回避できるものと考えられてきた。
素ガスを供給することによって両区画室内の反応ガスを
早期にパージすることができるので、高温開回路電圧に
よる障害やりん酸の吸湿に起因する障害、ならびに反応
ガスが混触する危険性を回避することができる。すなわ
ち、高温開回路電圧についてみると、酸化剤電極、燃料
電極ともに窒素でパージするため、両電極の例えば標準
水素電位に対する電位はほぼ等しくなり、その電位差で
決まる単電池の開回路電圧は見かけ上十分低くなり、し
たがって高温開回路電圧によるシンタリング等の悪影響
を回避できるものと考えられてきた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】前述の方法において
は、燃料電池の発電を停止する際に燃料電池の外部負荷
回路を開き、空気を不活性ガスに切換えて酸化剤区画室
内をガス置換し、酸化剤電極触媒に吸着した残留吸着酸
素を電極反応によって消費した後、燃料ガスを不活性ガ
スに切換えて燃料ガス区画室をガス置換している。この
時、残留吸着酸素の消費を外部負荷回路に対して並列に
配された放電抵抗に放電電流を流すことで行っている。
は、燃料電池の発電を停止する際に燃料電池の外部負荷
回路を開き、空気を不活性ガスに切換えて酸化剤区画室
内をガス置換し、酸化剤電極触媒に吸着した残留吸着酸
素を電極反応によって消費した後、燃料ガスを不活性ガ
スに切換えて燃料ガス区画室をガス置換している。この
時、残留吸着酸素の消費を外部負荷回路に対して並列に
配された放電抵抗に放電電流を流すことで行っている。
【００１２】従って、窒素ガスによるパージだけでは脱
離できない酸化剤電極側の電極触媒粒子表面に化学吸着
している残存吸着酸素により、酸化剤電極が高い電位に
さらされ、触媒層に悪影響が現われるという問題につい
ては前述の停止方法により解決される。
離できない酸化剤電極側の電極触媒粒子表面に化学吸着
している残存吸着酸素により、酸化剤電極が高い電位に
さらされ、触媒層に悪影響が現われるという問題につい
ては前述の停止方法により解決される。
【００１３】しかしながら、このような停止方法では空
気側を不活性ガスで置換している間、燃料側は燃料ガス
が流れ続けている。そのためこの燃料中の水素は放電電
流担当量は消費されるが、その大半は消費されることな
く改質器に戻り燃焼する。この水素の燃焼熱は改質反応
に必要な吸熱量よりかなり多いので、改質器の温度が上
昇し、改質器の熱応力による寿命を短くしてしまうとい
う新たな問題が生じる。
気側を不活性ガスで置換している間、燃料側は燃料ガス
が流れ続けている。そのためこの燃料中の水素は放電電
流担当量は消費されるが、その大半は消費されることな
く改質器に戻り燃焼する。この水素の燃焼熱は改質反応
に必要な吸熱量よりかなり多いので、改質器の温度が上
昇し、改質器の熱応力による寿命を短くしてしまうとい
う新たな問題が生じる。
【００１４】一方、その現象防止のために空気側と燃料
側を同時に不活性ガスで置換するとセル毎にガス置換の
状態が異なるため、燃料側に水素が不足している状態で
放電電流が流れるセルが生じる。そのようなセルは下記
の反応により放電電流を生ずる。
側を同時に不活性ガスで置換するとセル毎にガス置換の
状態が異なるため、燃料側に水素が不足している状態で
放電電流が流れるセルが生じる。そのようなセルは下記
の反応により放電電流を生ずる。
【００１５】
【化１】Ｃ＋２Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- そのため、セルの構成材料である炭素を消費してしま
い、セルの寿命に大きな悪影響を与える。
い、セルの寿命に大きな悪影響を与える。
【００１６】したがって、本発明は不活性ガスによる反
応ガスパージ法を変えることにより上記問題点を解決
し、吸着酸素をほぼ完全に消費でき、かつ改質器の異常
温度上昇も発生しない燃料電池発電システムの発電停止
方法を提供することを目的とする。
応ガスパージ法を変えることにより上記問題点を解決
し、吸着酸素をほぼ完全に消費でき、かつ改質器の異常
温度上昇も発生しない燃料電池発電システムの発電停止
方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、燃料電池発電システムの発電停止方法は、燃料電池
と、燃料改質器と、燃料改質器に原燃料を供給しかつ前
記燃料改質器にて改質された水素リッチな燃料ガスを前
記燃料電池に供給する燃料ガス供給手段と、反応空気を
前記燃料電池に供給する反応空気供給手段と、外部負荷
回路に対して並列に設けられた放電抵抗回路とを少なく
とも備える燃料電池発電システムの発電停止方法におい
て、前記燃料電池に接続された外部負荷回路を開くと同
時に、前記燃料ガス供給手段においては原燃料に代えて
前記燃料改質器の上段側から不活性ガスを導入し、前記
反応空気供給手段においては前記反応空気に代えて不活
性ガスを導入し、かつ放電抵抗回路を閉じて前記システ
ム内の残留酸素および残留水素による発電電流の放電を
開始し、さらに、前記放電は前記残留水素量が不足する
前に終了させることを特徴とする。
に、燃料電池発電システムの発電停止方法は、燃料電池
と、燃料改質器と、燃料改質器に原燃料を供給しかつ前
記燃料改質器にて改質された水素リッチな燃料ガスを前
記燃料電池に供給する燃料ガス供給手段と、反応空気を
前記燃料電池に供給する反応空気供給手段と、外部負荷
回路に対して並列に設けられた放電抵抗回路とを少なく
とも備える燃料電池発電システムの発電停止方法におい
て、前記燃料電池に接続された外部負荷回路を開くと同
時に、前記燃料ガス供給手段においては原燃料に代えて
前記燃料改質器の上段側から不活性ガスを導入し、前記
反応空気供給手段においては前記反応空気に代えて不活
性ガスを導入し、かつ放電抵抗回路を閉じて前記システ
ム内の残留酸素および残留水素による発電電流の放電を
開始し、さらに、前記放電は前記残留水素量が不足する
前に終了させることを特徴とする。
【００１８】好ましくは、前記放電により残留水素が不
足に至るまでの時間を予め求め、前記放電は前記時間に
行われる。
足に至るまでの時間を予め求め、前記放電は前記時間に
行われる。
【００１９】好ましくは、前記放電は、前記燃料極の水
素濃度が予め決められた濃度よりも低くなった時に終了
する。
素濃度が予め決められた濃度よりも低くなった時に終了
する。
【００２０】好ましくは、前記放電は、前記燃料電池の
出力電圧が予め決められた値よりも小さくなった時に終
了する。
出力電圧が予め決められた値よりも小さくなった時に終
了する。
【００２１】この発明によれば、燃料電池の発電を停止
する際に、外部負荷回路を開き、前記空気を不活性ガス
に切換えると同時に改質系の原燃料ガス系から不活性ガ
ス置換を行い、改質系反応器、配管等に残留している燃
料を燃料電池本体の燃料側に供給する。空気側の吸着酸
素を反応消費する放電抵抗を外部負荷回路を開くと同時
に燃料電池に、燃料側に水素が供給されていると考えら
れる時間だけ接続する。または、燃料電池出口の水素濃
度をモニターして、基準濃度まで低下したら放電抵抗回
路を開く。または、燃料電池本体の電圧をモニターし
て、基準電圧まで低下したら放電抵抗回路を開く。
する際に、外部負荷回路を開き、前記空気を不活性ガス
に切換えると同時に改質系の原燃料ガス系から不活性ガ
ス置換を行い、改質系反応器、配管等に残留している燃
料を燃料電池本体の燃料側に供給する。空気側の吸着酸
素を反応消費する放電抵抗を外部負荷回路を開くと同時
に燃料電池に、燃料側に水素が供給されていると考えら
れる時間だけ接続する。または、燃料電池出口の水素濃
度をモニターして、基準濃度まで低下したら放電抵抗回
路を開く。または、燃料電池本体の電圧をモニターし
て、基準電圧まで低下したら放電抵抗回路を開く。
【００２２】上記構成において、燃料系の不活性ガスの
置換を外部負荷回路を開くと同時に行うので、改質器の
異常昇温は発生しない。また、放電抵抗回路を開く時間
を燃料側の水素が不足すると予想される時間、あるいは
直接水素濃度をモニターすることにより、あるいは吸着
酸素の除去の指標できるスタック電圧をモニターするこ
とにより決定することで、セル寿命にダメージを与える
ことなく、吸着酸素をほぼ完全に除去することができ
る。
置換を外部負荷回路を開くと同時に行うので、改質器の
異常昇温は発生しない。また、放電抵抗回路を開く時間
を燃料側の水素が不足すると予想される時間、あるいは
直接水素濃度をモニターすることにより、あるいは吸着
酸素の除去の指標できるスタック電圧をモニターするこ
とにより決定することで、セル寿命にダメージを与える
ことなく、吸着酸素をほぼ完全に除去することができ
る。
【００２３】
【発明の実施の形態】図１は本発明にもとづく燃料電池
発電システムの概略的構成を示すブロック図、図２は図
１の発電システムに適用される不活性ガス置換系の一例
を示す回路図、さらに図３に、図２に示す不活性ガス置
換系に設けられた各バルブおよびスイッチの動作チャー
トを示す。
発電システムの概略的構成を示すブロック図、図２は図
１の発電システムに適用される不活性ガス置換系の一例
を示す回路図、さらに図３に、図２に示す不活性ガス置
換系に設けられた各バルブおよびスイッチの動作チャー
トを示す。
【００２４】燃料電池発電システムは、燃料ガス中の水
素リッチなガスを導入し、該ガスに含まれる水素と空気
中の酸素とを電気化学的に反応させて発電させる燃料電
池本体１と、該燃料電池本体１へ水素リッチなガスを供
給するために、天然ガスやメタノールなどの燃料を水素
リッチなガスに改質する燃料改質装置２、燃料電池本体
で発電された直流電力を交流電力に変換する電力変換装
置３、およびこれらの装置を接続して適切に作動させる
制御装置４から主に構成される。さらに、発電システム
には、燃料電池や燃料改質装置からの排熱を回収して利
用する排熱回収装置、燃料電池本体を起動させる時に系
内の加熱性ガスを窒素などの不活性ガスに置換するパー
ジ装置等が必要となる。
素リッチなガスを導入し、該ガスに含まれる水素と空気
中の酸素とを電気化学的に反応させて発電させる燃料電
池本体１と、該燃料電池本体１へ水素リッチなガスを供
給するために、天然ガスやメタノールなどの燃料を水素
リッチなガスに改質する燃料改質装置２、燃料電池本体
で発電された直流電力を交流電力に変換する電力変換装
置３、およびこれらの装置を接続して適切に作動させる
制御装置４から主に構成される。さらに、発電システム
には、燃料電池や燃料改質装置からの排熱を回収して利
用する排熱回収装置、燃料電池本体を起動させる時に系
内の加熱性ガスを窒素などの不活性ガスに置換するパー
ジ装置等が必要となる。
【００２５】燃料電池本体１は、燃料極５、空気極６、
およびこれらの電極によって挟まれた電解質７を備え
る。
およびこれらの電極によって挟まれた電解質７を備え
る。
【００２６】原燃料はバルブＶ１を介して供給路８を通
って燃料改質装置２に供給される。その際、供給路８に
バルブＶ２を介して不活性ガス供給路（Ｎ2 ）が接続さ
れているが、発電の際はバルブＶ２が閉じられている。
燃料改質装置２で水素リッチなガスに改質された燃料ガ
スは、供給路９を通過して燃料電池本体１の燃料極５に
送られる。一方、反応空気はバルブＶ７を介して供給路
を通過して空気極６に導入される。これによって、燃料
電池本体１内の燃料電極５とガス不透過板（不図示）と
の間に画成された燃料ガス通路に水素リッチな燃料ガス
が供給され、一方空気極６とガス不透過板（不図示）と
の間に画成された通路に酸化剤としての空気が供給され
て発電が行われる。発電によって生じた電力は、電力変
換装置３に送られる。
って燃料改質装置２に供給される。その際、供給路８に
バルブＶ２を介して不活性ガス供給路（Ｎ2 ）が接続さ
れているが、発電の際はバルブＶ２が閉じられている。
燃料改質装置２で水素リッチなガスに改質された燃料ガ
スは、供給路９を通過して燃料電池本体１の燃料極５に
送られる。一方、反応空気はバルブＶ７を介して供給路
を通過して空気極６に導入される。これによって、燃料
電池本体１内の燃料電極５とガス不透過板（不図示）と
の間に画成された燃料ガス通路に水素リッチな燃料ガス
が供給され、一方空気極６とガス不透過板（不図示）と
の間に画成された通路に酸化剤としての空気が供給され
て発電が行われる。発電によって生じた電力は、電力変
換装置３に送られる。
【００２７】つぎに、発電の停止について述べる。発電
を停止する際に、スイッチＳ２をＯＦＦにして外部負荷
回路を切断し、それと同時にスイッチＳ１を閉じ放電抵
抗を接続する。すなわち、放電抵抗回路１２を外部負荷
回路１１を開くと同時に燃料電池に対して燃料側に水素
が供給されていると考えられる時間だけ接続する。また
は、燃料電池出口の水素濃度をモニターして、基準濃度
まで低下したら放電抵抗回路１２を開く。または、燃料
電池本体の電圧をモニターして、基準電圧まで低下した
ら放電抵抗回路１２を開く。これにより空気極側の吸着
酸素を反応消費するバルブＶ１を閉じて原燃料の供給を
停止するとともに、バルブＶ２が開き、不活性ガスによ
る改質系のパージが行われ、改質系内の残留ガスを燃料
電池の燃料極５に供給する。一方、燃料電池の空気極６
側では、バルブＶ７が閉じると同時にバルブＶ６が開い
て不活性ガスが流入し、パージが開始される。
を停止する際に、スイッチＳ２をＯＦＦにして外部負荷
回路を切断し、それと同時にスイッチＳ１を閉じ放電抵
抗を接続する。すなわち、放電抵抗回路１２を外部負荷
回路１１を開くと同時に燃料電池に対して燃料側に水素
が供給されていると考えられる時間だけ接続する。また
は、燃料電池出口の水素濃度をモニターして、基準濃度
まで低下したら放電抵抗回路１２を開く。または、燃料
電池本体の電圧をモニターして、基準電圧まで低下した
ら放電抵抗回路１２を開く。これにより空気極側の吸着
酸素を反応消費するバルブＶ１を閉じて原燃料の供給を
停止するとともに、バルブＶ２が開き、不活性ガスによ
る改質系のパージが行われ、改質系内の残留ガスを燃料
電池の燃料極５に供給する。一方、燃料電池の空気極６
側では、バルブＶ７が閉じると同時にバルブＶ６が開い
て不活性ガスが流入し、パージが開始される。
【００２８】本実施例では改質系内の配管容量と、不活
性ガスの流量から燃料極に水素が供給可能な時間ｔ1 を
あらかじめ推定しておき、Ｓ２がＯＦＦになった時から
ｔ1時間だけ放電抵抗を接続している。その間でできる
だけ空気極を不活性ガスで置換するため、空気極のパー
ジ弁Ｖ６は全開であったが、ｔ1 時間後に放電抵抗を切
った時にＶ６の開度を小さくして空気極パージガス量を
減少させて、改質系が十分パージされたｔ2 時間後に改
質系、空気極共にパージガス量を減少させ、保管状態に
している。
性ガスの流量から燃料極に水素が供給可能な時間ｔ1 を
あらかじめ推定しておき、Ｓ２がＯＦＦになった時から
ｔ1時間だけ放電抵抗を接続している。その間でできる
だけ空気極を不活性ガスで置換するため、空気極のパー
ジ弁Ｖ６は全開であったが、ｔ1 時間後に放電抵抗を切
った時にＶ６の開度を小さくして空気極パージガス量を
減少させて、改質系が十分パージされたｔ2 時間後に改
質系、空気極共にパージガス量を減少させ、保管状態に
している。
【００２９】本実施例では時間ｔ1 の間放電抵抗を接続
しているが、直接水素濃度をモニターして規定濃度以下
になった時まで、あるいはスタック電圧をモニターして
規定電圧以下になった時まで放電抵抗を接続してもよ
い。
しているが、直接水素濃度をモニターして規定濃度以下
になった時まで、あるいはスタック電圧をモニターして
規定電圧以下になった時まで放電抵抗を接続してもよ
い。
【００３０】以上、述べてきたように本実施形態例によ
れば、燃料電池の発電を停止する際に、外部負荷回路を
開き、前記空気を不活性ガスに切換えると同時に改質系
の原燃料ガス系から不活性ガス置換を行い、改質系反応
器、配管等に残留している燃料を燃料電池本体の燃料極
側に供給する。放電抵抗を外部負荷回路を開くと同時に
燃料電池に、燃料側に水素が供給されていると考えられ
る時間だけ接続する。または、燃料電池出口の水素濃度
をモニターして、基準濃度まで低下したら放電抵抗回路
を開く。または、燃料電池本体の電圧をモニターして、
基準電圧まで低下したら放電抵抗回路を開く。これによ
り空気極側の吸着酸素を反応消費する。
れば、燃料電池の発電を停止する際に、外部負荷回路を
開き、前記空気を不活性ガスに切換えると同時に改質系
の原燃料ガス系から不活性ガス置換を行い、改質系反応
器、配管等に残留している燃料を燃料電池本体の燃料極
側に供給する。放電抵抗を外部負荷回路を開くと同時に
燃料電池に、燃料側に水素が供給されていると考えられ
る時間だけ接続する。または、燃料電池出口の水素濃度
をモニターして、基準濃度まで低下したら放電抵抗回路
を開く。または、燃料電池本体の電圧をモニターして、
基準電圧まで低下したら放電抵抗回路を開く。これによ
り空気極側の吸着酸素を反応消費する。
【００３１】上記手段において、燃料系の不活性ガスの
置換を外部負荷回路を開くと同時に行うので、改質器の
異常昇温は発生しない。また、放電抵抗回路を開く時間
を燃料側の水素が不足すると予想される時間、あるいは
直接水素濃度をモニターすることにより、あるいは吸着
酸素の除去の指標であるスタック電圧をモニターするこ
とにより決定することで、セル寿命にダメージを与える
ことなく、吸着酸素をほぼ完全に除去することができ
る。また、ガス置換用のバルブも従来の７ケから４ケに
削減することができる。
置換を外部負荷回路を開くと同時に行うので、改質器の
異常昇温は発生しない。また、放電抵抗回路を開く時間
を燃料側の水素が不足すると予想される時間、あるいは
直接水素濃度をモニターすることにより、あるいは吸着
酸素の除去の指標であるスタック電圧をモニターするこ
とにより決定することで、セル寿命にダメージを与える
ことなく、吸着酸素をほぼ完全に除去することができ
る。また、ガス置換用のバルブも従来の７ケから４ケに
削減することができる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば不
活性ガスによる反応ガスパージ法を変えることにより従
来の問題点を解決し、吸着酸素をほぼ完全に消費でき、
かつ改質器の異常温度上昇も発生しない燃料電池発電シ
ステムの発電停止方法を提供することが可能となる。
活性ガスによる反応ガスパージ法を変えることにより従
来の問題点を解決し、吸着酸素をほぼ完全に消費でき、
かつ改質器の異常温度上昇も発生しない燃料電池発電シ
ステムの発電停止方法を提供することが可能となる。
【００３３】さらに放電を終了するタイミングを水素濃
度やスタック電圧を監視することにより的確に知ること
ができるので、水素不足によるセル構成材料の劣化が回
避できる。
度やスタック電圧を監視することにより的確に知ること
ができるので、水素不足によるセル構成材料の劣化が回
避できる。
【図１】本発明にもとづく燃料電池発電システムの概略
的構成を示すブロック図である。
的構成を示すブロック図である。
【図２】本発明にもとづく燃料電池発電システムの発電
停止方法を説明するための回路図である。
停止方法を説明するための回路図である。
【図３】本発明にもとづく燃料電池発電システムの発電
停止方法に適用される各機器の動作を示すタイムチャー
トである。
停止方法に適用される各機器の動作を示すタイムチャー
トである。
【図４】従来の発電システムの発電停止方法を説明する
ための回路図である。
ための回路図である。
【図５】従来の発電システムに適用される各機器の動作
を示すタイムチャートである。
を示すタイムチャートである。
１ 燃料電池本体 ２ 燃料改質装置 ３ 電力変換装置 ４ 制御装置 ５ 燃料極 ６ 空気極 ７ 電解質 １１ 外部負荷回路 １２ 放電抵抗回路
Claims (4)
- 【請求項１】 燃料電池と、燃料改質器と、燃料改質器
に原燃料を供給しかつ前記燃料改質器にて改質された水
素リッチな燃料ガスを前記燃料電池に供給する燃料ガス
供給手段と、反応空気を前記燃料電池に供給する反応空
気供給手段と、外部負荷回路に対して並列に設けられた
放電抵抗回路とを少なくとも備える燃料電池発電システ
ムの発電停止方法において、 前記燃料電池に接続された外部負荷回路を開くと同時
に、前記燃料ガス供給手段においては原燃料に代えて前
記燃料改質器の上段側から不活性ガスを導入し、前記反
応空気供給手段においては前記反応空気に代えて不活性
ガスを導入し、かつ放電抵抗回路を閉じて前記システム
内の残留酸素および残留水素による発電電流の放電を開
始し、さらに、 前記放電は前記残留水素量が不足する前に終了させるこ
とを特徴とする燃料電池発電システムの発電停止方法。 - 【請求項２】 前記放電により残留水素が不足に至るま
での時間を予め求め、前記放電は前記時間に行われるこ
とを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システムの
発電停止方法。 - 【請求項３】 前記放電は、前記燃料極の水素濃度が予
め決められた濃度よりも低くなった時に終了することを
特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システムの発電
停止方法。 - 【請求項４】 前記放電は、前記燃料電池の出力電圧が
予め決められた値よりも小さくなった時に終了すること
を特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システムの発
電停止方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9171534A JPH1126003A (ja) | 1997-06-27 | 1997-06-27 | 燃料電池発電システムの発電停止方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9171534A JPH1126003A (ja) | 1997-06-27 | 1997-06-27 | 燃料電池発電システムの発電停止方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1126003A true JPH1126003A (ja) | 1999-01-29 |
Family
ID=15924914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9171534A Pending JPH1126003A (ja) | 1997-06-27 | 1997-06-27 | 燃料電池発電システムの発電停止方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1126003A (ja) |
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6645654B2 (en) | 2000-06-01 | 2003-11-11 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| KR100471262B1 (ko) * | 2002-10-15 | 2005-03-10 | 현대자동차주식회사 | 연료 전지 시스템 |
| WO2005078845A2 (en) * | 2004-02-17 | 2005-08-25 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| WO2005078844A1 (ja) * | 2004-02-12 | 2005-08-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システム及び残留燃料ガスの除去方法 |
| JP2006024546A (ja) * | 2004-06-08 | 2006-01-26 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池の運転方法 |
| JP2006127795A (ja) * | 2004-10-26 | 2006-05-18 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システムの停止保管方法 |
| JP2007109529A (ja) * | 2005-10-14 | 2007-04-26 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池発電システムの制御方法 |
| JP2007149574A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2007299710A (ja) * | 2006-05-08 | 2007-11-15 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システムおよびその運転方法 |
| JP2008004564A (ja) * | 2007-08-30 | 2008-01-10 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システムの発電停止方法 |
| WO2008049493A1 (de) * | 2006-10-25 | 2008-05-02 | Daimler Ag | Verfahren zum betreiben eines brennstoffzellensystems in einem modus reduzierter leistungsabgabe |
| WO2009008590A1 (en) * | 2007-07-06 | 2009-01-15 | Fuelcell Power, Inc. | Fuel cell system and purging method thereof |
| JP2009026645A (ja) * | 2007-07-20 | 2009-02-05 | Honda Motor Co Ltd | 放電システム |
| US7690458B2 (en) | 2003-05-22 | 2010-04-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control apparatus and control method for vehicle-mounted fuel cell power generation system |
| US7709119B2 (en) | 2005-01-21 | 2010-05-04 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Method for operating fuel cell |
| US7833670B2 (en) | 2005-02-24 | 2010-11-16 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Fuel cell system and method of shutting down the same |
| WO2011036716A1 (ja) * | 2009-09-24 | 2011-03-31 | 株式会社 東芝 | 燃料電池 |
| JP2012509552A (ja) * | 2008-09-17 | 2012-04-19 | ベレノス・クリーン・パワー・ホールディング・アーゲー | 燃料電池の起動及び停止方法 |
| JP2015097218A (ja) * | 2009-10-30 | 2015-05-21 | コンパニー ゼネラール デ エタブリッスマン ミシュラン | 燃料電池スタックの動作停止方法 |
| CN107452974A (zh) * | 2016-04-07 | 2017-12-08 | 丰田自动车株式会社 | 缺氢判断方法及缺氢判断装置 |
| JP2020047418A (ja) * | 2018-09-18 | 2020-03-26 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムの処理方法及び部品の取り外し方法 |
-
1997
- 1997-06-27 JP JP9171534A patent/JPH1126003A/ja active Pending
Cited By (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6645654B2 (en) | 2000-06-01 | 2003-11-11 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| KR100471262B1 (ko) * | 2002-10-15 | 2005-03-10 | 현대자동차주식회사 | 연료 전지 시스템 |
| US7690458B2 (en) | 2003-05-22 | 2010-04-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control apparatus and control method for vehicle-mounted fuel cell power generation system |
| WO2005078844A1 (ja) * | 2004-02-12 | 2005-08-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システム及び残留燃料ガスの除去方法 |
| JPWO2005078844A1 (ja) * | 2004-02-12 | 2007-08-02 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム及び残留燃料ガスの除去方法 |
| US7682721B2 (en) | 2004-02-17 | 2010-03-23 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| WO2005078845A2 (en) * | 2004-02-17 | 2005-08-25 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| WO2005078845A3 (en) * | 2004-02-17 | 2006-04-20 | Nissan Motor | Fuel cell system |
| DE112005000392B4 (de) * | 2004-02-17 | 2012-12-06 | Nissan Motor Co., Ltd. | Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems |
| JP2006024546A (ja) * | 2004-06-08 | 2006-01-26 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池の運転方法 |
| JP2006127795A (ja) * | 2004-10-26 | 2006-05-18 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システムの停止保管方法 |
| US7709119B2 (en) | 2005-01-21 | 2010-05-04 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Method for operating fuel cell |
| US7833670B2 (en) | 2005-02-24 | 2010-11-16 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Fuel cell system and method of shutting down the same |
| DE102005042772B4 (de) * | 2005-02-24 | 2014-09-18 | Mitsubishi Denki K.K. | Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Abschaltung eines Brennstoffzellensystems |
| JP2007109529A (ja) * | 2005-10-14 | 2007-04-26 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池発電システムの制御方法 |
| JP2007149574A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2007299710A (ja) * | 2006-05-08 | 2007-11-15 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システムおよびその運転方法 |
| WO2008049493A1 (de) * | 2006-10-25 | 2008-05-02 | Daimler Ag | Verfahren zum betreiben eines brennstoffzellensystems in einem modus reduzierter leistungsabgabe |
| US8192876B2 (en) | 2006-10-25 | 2012-06-05 | Daimler Ag | Method for operating a fuel cell system in a mode of reduced power output |
| KR100945945B1 (ko) * | 2007-07-06 | 2010-03-05 | (주)퓨얼셀 파워 | 연료전지 시스템 및 연료전지 시스템의 퍼지 방법 |
| WO2009008590A1 (en) * | 2007-07-06 | 2009-01-15 | Fuelcell Power, Inc. | Fuel cell system and purging method thereof |
| JP2009026645A (ja) * | 2007-07-20 | 2009-02-05 | Honda Motor Co Ltd | 放電システム |
| JP2008004564A (ja) * | 2007-08-30 | 2008-01-10 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システムの発電停止方法 |
| JP2012509552A (ja) * | 2008-09-17 | 2012-04-19 | ベレノス・クリーン・パワー・ホールディング・アーゲー | 燃料電池の起動及び停止方法 |
| WO2011036716A1 (ja) * | 2009-09-24 | 2011-03-31 | 株式会社 東芝 | 燃料電池 |
| JP2015097218A (ja) * | 2009-10-30 | 2015-05-21 | コンパニー ゼネラール デ エタブリッスマン ミシュラン | 燃料電池スタックの動作停止方法 |
| CN107452974A (zh) * | 2016-04-07 | 2017-12-08 | 丰田自动车株式会社 | 缺氢判断方法及缺氢判断装置 |
| JP2020047418A (ja) * | 2018-09-18 | 2020-03-26 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムの処理方法及び部品の取り外し方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH1126003A (ja) | 燃料電池発電システムの発電停止方法 | |
| JP4907861B2 (ja) | 燃料電池発電システムとその停止保管方法、停止保管プログラム | |
| JP3972675B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2924009B2 (ja) | 燃料電池の発電停止方法 | |
| JP2501872B2 (ja) | 燃料電池の運転停止時における燃料電極の不活性ガス転換方法 | |
| JPH10144334A (ja) | 燃料電池発電プラント及びその起動・停止方法 | |
| JPH06333586A (ja) | 燃料電池の停止方法 | |
| JPWO2005071781A1 (ja) | 燃料電池システム | |
| US20070154752A1 (en) | Starting up and shutting down a fuel cell stack | |
| JPH1167254A (ja) | 燃料電池発電プラントおよびその起動・停止操作方法 | |
| US7709119B2 (en) | Method for operating fuel cell | |
| EP2639869B1 (en) | Operation method of polymer electrolyte fuel cell system and polymer electrolyte fuel cell system | |
| JP2005093115A (ja) | 燃料電池発電装置とその運転方法 | |
| JP2001229951A (ja) | 移動体用燃料電池システム | |
| JPH05251102A (ja) | リン酸型燃料電池発電プラント | |
| EP1659653A1 (en) | Fuel cell system and method for starting operation of fuel cell system | |
| US20100285379A1 (en) | Transitioning an electrochemical cell stack between a power producing mode and a pumping mode | |
| JP2008210697A (ja) | 燃料電池発電システムの停止保管方法およびプログラム並びに燃料電池発電システム | |
| JP4143375B2 (ja) | 燃料電池の始動方法 | |
| JP6465178B1 (ja) | 燃料電池システム | |
| JPH0945351A (ja) | 燃料電池発電装置およびその停止方法 | |
| JPH09320619A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池 | |
| JPH0654674B2 (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JPH08190929A (ja) | 燃料電池発電プラント | |
| JPS6010566A (ja) | 燃料電池の運転方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040106 |