JPS63116373A - 燃料電池運転法 - Google Patents

燃料電池運転法

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JPS63116373A JP61261864A JP26186486A JPS63116373A JP S63116373 A JPS63116373 A JP S63116373A JP 61261864 A JP61261864 A JP 61261864A JP 26186486 A JP26186486 A JP 26186486A JP S63116373 A JPS63116373 A JP S63116373A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。
〔従来の技術〕
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った。
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ィス等の流路抵抗体を挿入する
方法をとっているが、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
るという欠点があった。
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滴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。
〔発明が解決しようとする問題点〕
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。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、酸化剤ガスを導入しアノードからの燃料ガ
スと反応させるカソード、カソードに酸化剤ガスを導入
する酸化剤ガス流量調節弁、酸化剤ガス流量調節弁と並
列に配置され、酸化剤極に窒素をパージする酸化剤極窒
素パージ弁、燃料ガスを導入し、カソードからの酸素と
の反応により電流を発生するアノード、アノード後流側
に接続しアノード排ガスに窒素パージするアノード後流
側窒素パージ弁、アノード排ガスとパージされた窒素ガ
スとの合流点より下流側に接続しカソード・アノード間
の差圧を所定値以内に制御する差圧調節弁、カソード及
びアノードの排ガスを導入し燃焼させる燃料改質器の燃
焼部等により構成される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
値以上になっ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っくりした速度で流路抵抗を減
少させ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。
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ィス及び又は
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。
〔作用〕
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っ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っくりした速度
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。
〔実施例〕
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
設置されたオリフィ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、所定の条件に従って判定を行った
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、１２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は開となっている
。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。
またアノード側ではアノード入口流し５Ｊ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図の様な一圧力変動ど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ィ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
の流路抵抗を除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図つに示す。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
リフィ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′
及びオリフィ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
。
〔発明の効果〕
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。
【図面の簡単な説明】
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。　　　　　　　　　　　　
　　　　　　〆鼎、・Ｓ。 （１・、＼ 代理人　弁理士　小川勝男　　゛こ１ゴ第１　区（Ａ） ４Ｌ　　　　　　　　　　戸ｊ波春 茅　２　口 茅３　目 ア

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、酸化剤ガスを導入しアノードからの燃料ガスと反応
    させるカソード、カソードに酸化剤ガスを導入する酸化
    剤ガス流量調節弁、酸化剤ガス流量調節弁と並列に配置
    され、酸化剤極に窒素をパージする酸化剤極窒素パージ
    弁、燃料ガスを導入し、カソードからの酸素との反応に
    より電流を発生するアノード、アノード後流側に接続し
    アノード排ガスに窒素パージするアノード後流側窒素パ
    ージ弁、アノード排ガスとパージされた窒素ガスとの合
    流点より下流側に接続しカソード・アノード間の差圧を
    所定値以内に制御する差圧調節弁、カソード及びアノー
    ドの排ガスを導入し燃焼させる燃料改質器の燃焼部等に
    より構成される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
    を可能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
    とを特徴とする燃料電池運転法。 ２、酸化剤ガスが空気であり、燃料ガスが水素を含むガ
    スからなることを特徴とする燃料電池運転法。 ３、流路抵抗を可変にした回路が一方の通路にオンオフ
    弁、他方に通路にオリフィ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なり、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を特徴とする特許請求
    の範囲第１項記載の燃料電池運転法。
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