JPS63170864A - 保護装置付燃料電池 - Google Patents

保護装置付燃料電池

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JPS63170864A
JPS63170864A JP62001622A JP162287A JPS63170864A JP S63170864 A JPS63170864 A JP S63170864A JP 62001622 A JP62001622 A JP 62001622A JP 162287 A JP162287 A JP 162287A JP S63170864 A JPS63170864 A JP S63170864A
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JP
Japan
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pressure
inert gas
fuel
fuel cell
valve
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JP62001622A
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English (en)
Inventor
Isamu Sone
曽根 勇
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • 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
    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01M8/04223Auxiliary 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
    • H01M8/04228Auxiliary 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 during shut-down
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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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〕 本発明は燃料電池に係り、特に停電した場合または制御
系が故障した場合などに、燃料電池に異常差圧を加える
ことなく安定に発電停止・保持できるようにシステム化
した保護装置が付属した燃料電池に関する。
【従来の技術〕
燃料電池は起動・発電・停止のいかなる過程においても
、アノードに供給される燃料ガスとカソードに供給され
る酸化剤ガスと圧力容器内の不活性ガスの3者間の差圧
が所定の目標値に制御されて発電される必要がある1例
えば、停電または機器の故障等により、電力または制御
信号は消失するなどの非常事態にも、上記の差圧制御運
転が要求される。上記の要求を満たす方法として、従来
の燃料電池では1通常使用時とは別の制御用コンピュー
タを準備しておいて故障の場合に備え、また、無停電電
源で必要電源をバックアップして、停電時に備えている
。最悪の場合は、バックアップしている時間を超えて停
電する場合も考えられるので、無停電電源でバックアッ
プしている時間内に、燃料電池を発電停止し、アノード
及びカソードを不活性ガスで換気し、更に、差圧制御し
ながら発電時の圧力から大気圧へ降圧するようなシ−ケ
ンスで燃料電池を保護している。発電停止して降圧して
大気圧にすれば、燃料電池に異常差圧が印加することは
ないが、制御用コンピュータを複数使用し、かつ無停電
電源を用いることは燃料電池システムのコスト高につな
がる。また、差圧異常から燃料電池を保護する方法とし
て、例えば特開昭60−241661号及び特開昭60
−241663号のように、非常停止時等に不活性ガス
を燃料極及び空気極に導入して、必要に応じて、燃料極
及び空気極に付設した放出弁を開く方法もある。しかし
、この方法では、燃料と空気が混合する可能性があり、
停電等の場合に電池を保護することは困難である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術で、バックアップ用の制御コンピュータと
無停電電源を用いる方法は、制御システムが複雑となり
、かつ燃料電池システムのコストが上昇するという問題
があった。また、非常停止時等に不活性ガスを燃料極及
び空気極へ導入して、必要に応じて放出弁を開いて差圧
制御をするという従来技術では、停電時等にも異常差圧
から電池を保護することまでは配慮されておらず、燃料
と空気が混合して電池を焼失する危険性もある。
本発明の目的は、停電等によって必要電力が消失した場
合又はコンピュータの故障等により制御信号が異常信号
を出した場合又は消失した場合に、バックアップの電源
もしくはコンピュータを常備しておく必要なく、異常差
圧から燃料電池を保護しうる保護装置付燃料電池を提供
することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、不活性ガスの充満した圧力容器内に収納さ
れた燃料電池であり、燃料と酸化剤とを入口弁を介して
供給し、前記不活性ガスと燃料と酸化剤の3者間の差圧
を目標値で制御し発電している燃料電池において、電力
もしくは制御信号が消失した場合に、燃料と酸化剤とを
自動的に供給停止し、前記圧力容器内の不活性ガスをア
ノードへ一方向的に供給し、かつ、前記圧力容器内の不
活性ガスをカソードへ一方向的に供給するようにシステ
ム化することにより達成される。
以下、停電等の異常時に機械的に全閉(無励磁閉)とな
る動作をする電磁弁をNC動作の電磁弁、機械的に全開
(無励磁間)となる動作をする電磁弁をNo動作の電磁
弁と呼称する。
本発明において、異常時に燃料と酸化剤とを自動的に供
給停止するには、例えばアノード系及びカソード系に各
々NC動作の電磁弁を付設することによって行う。また
、燃料電池のシステム構成において、ガス上流の機器で
自動的に停止する機能を有するものを用いることによっ
て、燃料及び酸化剤の供給を停止することもできる。
圧力容器内の不活性ガスをアノードヘ一方向的に供給す
る具体例としては、圧力容器内の不活性ガスとアノード
を連絡するラインを設け、不活性ガスからアノードへの
一方向のみガスを流すことができる逆止弁とNo動作の
電磁弁を設ける。また、不活性ガスとカソードとの間に
も同様に逆止弁とNo動作の電磁弁を設けることにより
、不活性ガスをカソードヘ一方向的に供給しうる。
〔作用〕
本発明によれば、停電等の異常が発生した場合に、燃料
及び酸化剤は供給停止される。次いで、アノード及びカ
ソードへは例えば逆止弁を用いることにより、圧力容器
内の不活性ガスが一方向的に混入するように動作する。
この時、逆止弁の機能により燃料及び酸化剤が不活性ガ
ス系へ逆流することを防ぐので、燃料と酸化剤が混合す
ることはない、また、供給を断たれた燃料又は酸化剤が
消費された量を補償するように不活性ガスが流入するの
で、不活性ガス、燃料、酸化剤の3者間の圧力バランス
は所定の差圧で保持されることになり、燃料電池は異常
差圧から保護される。
〔実施例〕
以下1本発明の実施例を第1図から第3図で説明する。
第1図の実施例では、燃料電池3を不活性ガスの充満し
た圧力容器4内に収納し、アノード1には電磁弁8、流
調弁10を介して管6により燃料が供給され、カソード
2には電磁弁9、流調弁11を介して管7により酸化剤
が供給されている、不活性ガスは管5により圧力容器4
に供給されており、不活性ガスとアノード1は電磁弁1
4と逆止弁15を介して連絡しており、不活性ガスとカ
ソード2は電磁弁12と逆止弁13を介して連絡してい
る。電磁弁8,9はNG動作、電磁弁12,14はNo
動作の電磁弁である。尚。
流調弁10.11がNG動作であれば電磁弁8゜9は省
略してもよい0発電中は電磁弁8,9が全開しており、
流調弁10.11で所定流量に設定された燃料及び酸化
剤が燃料電池に供給されている。この時、電磁弁12.
14は全閉しており、不活性ガスは燃料及び酸化剤に混
入しない、この時、例えば停電になれば1機械的に電磁
弁8,9が全開になり、燃料及び酸化剤が供給停止され
かつ、電磁弁12.14が機械的に全開になり、逆止弁
13.15を介して、不活性ガスがそれぞれカソード及
び7ノードへ流入して、不活性ガスと7ノードとカソー
ドの圧力バランスを所定の差圧に保つ、逆止弁は流れ方
向に圧損があり、流れ方向の上流が下流に対して圧損に
相当する分だけ圧力が高くならないと、流れ方向でも流
入しない。
逆止弁13,15の圧損を適切に選定することで、不活
性ガスに対して、アノード及びカソードを差圧いくらで
保持するかを選定することが可能となる0例えば、不活
性ガスとアノードとカソードの3者を同じ圧力に保持し
ようとする場合は、逆止弁13と逆止弁15の圧損を同
じにして1両者と同じ圧損要素を、1!磁弁12,14
の分岐点と圧力容器4の間に追加すればよい8本実施例
によれば、停電等の場合にも、バックアップ用の無停電
電源及びコンピュータを使用しなくても、安定に燃料電
池を発電停止、保持することが可能になり、異常差圧か
ら燃料電池を保護できる。
第2図の実施例では、第1図に追加して、不活性ガスの
調圧弁16、燃料の調圧弁17、酸化剤の調圧弁18.
逆止弁19,20の2個で構成した圧損要素、不活性ガ
スの流調弁21、No動作の電磁弁22.弁開度を固定
した減圧弁23を設けている。調圧弁16,17,18
にNG動作の弁を使用すれば、停電と同時に全開となる
ので。
ガス流出が止まり、圧力容器の圧力は低下することはな
い、また、例えば、逆止弁19.20の2個で構成した
両方向性の圧損要素を用い、逆止弁13.15,19.
20の流九方向の圧損を選定することで、密封保管した
時の圧力容器、7ノード、カソードの3者の圧力バラン
スを選定することができる。一方、不活性ガスの流調弁
21はNG動作の弁を用いれば、電磁弁22はNo動作
であるから、停電と同時に不活性ガスの流入経路は流調
弁21の経路から電磁弁22と減圧弁23の経路に変更
される。この時、減圧弁23は事前に圧力設定しておき
、弁開度を固定しておく、減圧弁の設定圧力を1発電時
の不活性ガス圧力(管位置24)に設定しておけば、減
圧弁23の上流と下流に圧力差が生じた時のみ、不活性
ガスが流入するようになる。つまり、停電と同時に調圧
弁16.17.18を全閉しても減圧弁23が調圧する
ために、発電時の圧力と同じレベルに圧力容器の圧力は
保持される1本実施例によれば、停電と同時に出口の調
圧弁を全閉し、不活性ガスの流入経路を変更するために
、圧力容器の圧力を一定に保持できる。
第3図の実施例では、第2図に追加して、N。
動作の電磁弁25と弁開度を事前に固定しであるニード
ル弁等の流調弁26を介して燃料ガスを放出する経路と
、No動作の電磁弁27と弁開度を事前に固定しである
流調弁28を介して酸化剤ガスを放出する経路と、負荷
回路を発電時のライン31からダミー抵抗30に切換え
るスイッチ29を設けである。燃料電池を保護するため
には、電池に異常差圧を印加しないことと、電池を高電
位に保持しないことが必要である。燃料ガスと酸化剤ガ
スをそれぞれ別々に排気する経路を設けることで、アノ
ードとカソードが不活性ガスで換気される効率が良くな
る。また、停電と同時またはタイマー等で停電から所定
時間後に負荷回路をダミー抵抗に切換えることで、セル
が高電位になることを防止できる。固定式の流調弁26
と28から排出されるガス量の合計値に対して、減圧弁
23を介して流入する不活性ガス量が十分に太きければ
、圧力容器の圧力は運転時と同じレベルに保持されて、
排気されたガス量を補うように不活性ガスが流入する0
本実施例によれば、不活性ガスによるアノードとカソー
ドの換気効率が良くなり。
また燃料電池が高電位に保持されることを防止できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、制御用コンピュータが故障した場合又
は停電した場合などに、バックアップ用の無停電電源及
び制御用コンピュータを必要とせずに、安定に燃料電池
を発電停止、保持でき、異常差圧から燃料電池を保護す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の燃料電池システムのフロー
図である。第2図は、第1図の実施例を発展させた本発
明の一実施例の燃料電池システムのフロー図である。第
3図は、第2図の実施例を発展させた本発明の一実施例
の燃料電池システムのフロー図である。 1・・・アノード、2・・・カソード、3・・・燃料電
池、4・・・圧力容器、8,9・・・NC動作の電磁弁
、12゜14・・・NC動作の電磁弁、13,15・・
・逆止弁、16.17,18・・・NC動作の調圧弁、
19゜20・・・逆止弁、21・・・NC動作の流調弁
、22・・・No動作の電磁弁、23・・・固定式の減
圧弁、25・・・NC動作の電磁弁、26,28・・・
固定式流調弁。 27・・・NC動作の電磁弁、29・・・切換スイッチ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、不活性ガスの充満した圧力容器内に収納された燃料
    電池であり、燃料と酸化剤とを入口弁を介して供給し、
    前記不活性ガスと燃料と酸化剤の3者間の差圧を目標値
    で制御し発電している燃料電池において、電力もしくは
    制御信号が消失した場合に、燃料と酸化剤とを自動的に
    供給停止し、前記圧力容器内の不活性ガスをアノードへ
    一方向的に供給し、かつ、前記圧力容器内の不活性ガス
    をカソードへ一方向的に供給するようにシステム化され
    たことを特徴とする保護装置付燃料電池。
JP62001622A 1987-01-09 1987-01-09 保護装置付燃料電池 Pending JPS63170864A (ja)

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