KR20070068989A - 연료 전지 발전 시스템 - Google Patents

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KR20070068989A
KR20070068989A KR1020060062974A KR20060062974A KR20070068989A KR 20070068989 A KR20070068989 A KR 20070068989A KR 1020060062974 A KR1020060062974 A KR 1020060062974A KR 20060062974 A KR20060062974 A KR 20060062974A KR 20070068989 A KR20070068989 A KR 20070068989A
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Abstract

장치가 대형화되는 일 없이, 연료 전지 본체의 열화 억제, 및 내구성의 향상을 꾀한 연료 전지 발전 시스템을 제공한다. 전해질과, 이 전해질을 사이에 두는 애노드 및 캐소드로 이루어진 한 쌍의 전극과, 상기 애노드측에 수소를 포함하는 연료 가스를 공급시키는 동시에, 상기 캐소드측에 산소를 함유하는 산화제 가스를 공급시키는 가스 유로가 설치된 한 쌍의 세퍼레이터를 구비한 연료 전지 본체를 구비한다. 상기 연료 전지 발전 시스템내에 공급되는 가스 중, 상기 산화제 가스 및 상기 연료 가스 이외의 비반응성 가스를 상기 애노드측의 가스 유로에 공급하는 가스 공급 수단이 구비되고, 연료 전지 발전 시스템의 기동시에, 상기 가스 공급 수단에 의해 상기 애노드측의 가스 유로에 소정 량의 상기 비반응성 가스가 공급되고, 상기 비반응성 가스에 이어 상기 연료 가스가 공급된다.

Description

연료 전지 발전 시스템{Sealing member for fuel cell, fuel cell, and method of manufacturing the fuel cell}
도 1은 본 발명의 연료 전지 발전 시스템의 일례를 나타낸 개략도이고, 시스템 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 연료 전지 발전 시스템의 연료 전지 본체를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도3은 본 발명의 연료 전지 발전 시스템의 연료 전지 본체를 모식적으로 나타낸 도면이고, 내부의 가스의 상태를 설명하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 연료 전지 발전 시스템의 다른 예를 나타낸 개략도이고, 시스템 구성을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 연료 전지 발전 시스템의 다른 예를 나타낸 개략도이고, 시스템 구성을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 연료 전지 발전 시스템에서 실행되는 처리의 일례를 설명하는 흐름도다.
도 7은 본 발명의 연료 전지 발전 시스템에서 실행되는 처리의 다른 예를 설명하는 흐름도다.
도 8은 본 발명의 연료 전지 발전 시스템에서 실행되는 처리의 다른 예를 설 명하는 흐름도다.
도 9는 본 발명의 연료 전지 발전 시스템의 다른 예를 나타낸 개략도이고, 시스템 구성을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 연료 전지 발전 시스템의 다른 예를 나타낸 개략도이고, 시스템 구성을 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 연료 전지 발전 시스템에서 실행되는 처리의 다른 예를 설명하는 흐름도다.
도 12는 본 발명의 연료 전지 발전 시스템에서 실행되는 처리의 다른 예를 설명하는 흐름도다.
도 13은 본 발명의 연료 전지 발전 시스템에서 실행되는 처리의 다른 예를 설명하는 흐름도다.
도 14는 본 발명의 연료 전지 발전 시스템에서 실행되는 처리의 다른 예를 설명하는 흐름도다.
도 15는 본 발명의 연료 전지 발전 시스템에서 실행되는 처리의 다른 예를 설명하는 흐름도다.
도 16은 종래의 연료 전지 발전 시스템의 연료 전지 본체를 모식적으로 나타낸 도면이고, 내부의 가스의 상태를 설명하는 단면도이다.
도 17은 종래의 연료 전지 발전 시스템의 연료 전지 본체를 모식적으로 나타낸 도면이고, 내부의 가스의 상태를 설명하는 단면도이다.
도 18은종래의 연료 전지 발전 시스템을 설명하는 도면이고, 도 17에 나타낸 연료 전지 본체의 각 위치에서의 전위 상태를 설명하는 그래프이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*
1 단위셀(연료 전지) 2 음극 전극(음극)
3 애노드 전극(애노드) 4 전해질막(전해질)
5 산화제 유로판(세퍼레이터) 6 연료 유로판(세퍼레이터)
5a 산화제 가스유로(캐소드측 가스유로)
6a 연료유로(애노드측 가스유로) 10 연료 전지 본체
20, 21, 22, 23, 24 연료 전지 발전 시스템
27 탈황기(가스 청정부)
28, 38, 60, 61, 62, 63, 64, 66, 68, 69 차단밸브
30 개질기 32 연소부
32a 버너 33 쉬프트 반응기
34 CO 선택 산화기 36 순수탱크
37 증발기 41 공기 블로워(산화제 가스 공급계)
70 가스유로 연산 제어 수단 A 연료개질 처리계
B 수증기 공급계 C 가스 공급 수단
(특허문헌 1) 일본특허공개 2004-523064호 공보
본 발명은 기동 정지에 의한 열화 억제 및 내구성의 향상을 꾀한 연료 전지 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 가정용의 연료 전지 발전 시스템은 낮에 운전을 하고, 심야는 운전을 정지하는 DSS(Daily Start & Stop)운전으로 함으로써 연료비 삭감 효과 및 CO2삭감 효과를 향상시킬 수 있기 때문에, 기동 및 정지를 포함하는 운전 패턴으로 유연하게 대응할 수 있는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
종래, 이러한 연료 전지 발전 시스템에 있어서는, 기동 또는 정지시에, 배관계나 연료 전지 본체 내부의 잔류 가스를 불활성 가스로 제거하는 조작을 수행하는 구성으로 되어 있었다. 이와 같은 조작을 하는 이유는 주로 아래의 설명하는 2가지 를 들 수 있다. 첫 번째 이유로, 안전상의 문제를 들 수 있다. 즉, 수소가 잔류한 배관계나 연료 전지 본체내부의 공간에 외부로부터 공기가 침입한 경우, 연소나 폭발이 일어날 우려가 있기 때문이다. 두 번째 이유로, 연료 전지의 열화 방지를 들 수 있다. 연료 전지가 내부에 수소 및 공기가 잔류한 상태에서 무부하 상태에 놓이면 연료극과 공기극의 사이에는 개회로 전압에 가까운 전위차가 생긴다. 이 때, 공기극은 고전위가 되기 때문에 공기극측의 촉매나 가스 확산층 등의 전지 구성 부품의 부식이 진행되어 버린다.
상기와 같은 이유에서 종래의 연료 전지 발전 시스템에 있어서는, 잔류 가스를 불활성 가스로 제거하는 것이 행해졌다.
하지만, 이 방법은 불활성 가스를 저장해 두기 위한 고압 가스 용기나 그 부대설비를 필요로 하기 때문에 발전 장치 전체의 용적의 증가가 불가피하다. 또한, 불활성 가스의 충전이나 고압 용기의 교환을 정기적으로 실시할 필요가 있기 때문에 비용이 드는 동시에, 취급에 익숙한 인원의 배치가 필요하게 된다. 이 때문에, 최근 주목받고 있는 차량 탑재용 연료 전지등, 이동용 또는 수송용으로서의 이용이나 가정용 소형 연료 전지 등에서의 이용에는 적합하지 않다.
이 때문에, 불활성 가스의 제거를 필요로 하지 않는 연료 전지 발전 시스템의 개발이 진행되고 있는데, 근래, 불활성 가스의 제거를 실시하지 않을 경우에 연료 전지에 심각한 열화 현상의 발생이 보고되고 있다.
불활성 가스의 제거를 실시하지 않는 연료 전지 발전 시스템에 있어서는, 기동 조작 및 정지 조작 중에, 단시간이지만 애노드 전극상에 H2/공기의 이분 영역이 존재하는 동시에, 캐소드 전극상에 공기 영역이 존재하는 시간대가 생긴다. 이와 같은 현상에 대해 도 16을 이용하여 이하에서 설명한다.
연료 전지 발전 시스템의 정지 조작에서는, 외부 부하가 차단된 직후에, 캐소드 공기 및 애노드 연료(수소 리치 가스)의 공급이 정지되고, 연료 전지 본체는 온도강하조작으로 이행한다. 정지 조작 직후의 연료 전지 본체내의 가스 상태는 도 16a에 나타낸 바와 같이, 캐소드측 가스 유로(121)중에는 잔류 공기가 충만하고, 애노드측 가스 유로(131)중에는 잔류 연료 가스(수소 리치 가스)가 가득 차 있다. 그리고, 시간 경과와 함께 애노드측 가스 유로(131) 및 캐소드측 가스 유로(121)에 존재하는 잔류 수소와 잔류 산소의 일부는 전해질(101)에 확산되어, 촉매((104), 105)상에서 직접 반응해 물을 생성한다. 이와 같은 애노드(3)상에서의 수소의 소비는 애노드측 가스 유로(131)내의 감압 현상을 진행시킨다. 한편, 연료 전지 본체의 정지 직후부터의 온도강하조작도 연료 전지 본체내의 잔류 가스의 체적 감소를 동반하므로, 상술과 같이 애노드측 가스 유로(131)의 감압 현상을 가속한다. 일반적으로 상압형 연료 전지 발전 시스템에서의 연료 전지 본체의 출구 라인은 개방되어 있기 때문에 상기와 같은 애노드측 가스 유로(131)내의 감압 현상이 생기면, 애노드측 가스 유로(131)의 출구(131b)로부터 외부 공기를 끌어 들이고, 도 16b에 나타낸 바와 같이, 애노드(103)상에서 수소/공기의 이분 영역을 형성한다. 이와 같은 애노드(103)상에 형성되는 수소/공기의 이분 영역은 시간 경과에 따라서 수소의 소비가 계속되기 때문에, 수소/공기 경계선이 애노드측 가스 유로(131)의 출구(131b)로부터 입구(131a)쪽으로 서서히 이동한다. 그리고, 일정 시간 경과 후 도 16c에 나타낸 바와 같이, 애노드측 가스 유로(131) 전체가 공기로 채워진다.
또한, 연료 전지 발전 시스템의 기동 조작에서는, 이 연료 전지 발전 시스템이 장시간 정지한 후의 기동 조작인 경우, 기동시의 연료 전지 본체내의 가스 상태는, 도 16c에 나타낸 바와 같이, 캐소드측 가스 유로(121) 및 애노드측 가스 유로(131)가 공기로 채워져 있다. 그리고, 상기와 같은 가스 상태를 유지한 채 연료 전지 본체의 승온조작이 완료되고, 발전 운전을 하기 전에, 애노드측 가스 유로(131)에는 연료 가스(수소 리치 가스)가, 캐소드측 가스 유로(121)에는 공기가 도입된다. 이에 의해, 애노드측 가스 유로(131)에의 연료 가스(수소 리치 가스) 도 입 직후의 단시간이긴 하지만, 도 16d에 나타낸 바와 같이, 애노드(103)상에서 수소/공기의 이분 영역이 형성된다.
이하, 애노드(103)상에 수소/공기의 이분영역이 존재하고 또한, 캐소드(102)상에 공기 영역이 존재한 경우에, 연료 전지 본체내에서 발생하는 전지 열화 현상에 대해서 도 17 내지 도 18을 참조하여 설명한다.
애노드(103)상에 수소와 공기의 양쪽이 존재하면, 그 수소 존재 영역(도 17의 부호133)과, 공기 존재 영역(도 17의 부호(132)) 사이에서 전지로서 단락되고, 이하 (1)식 및 (2)식으로 나타낸 것과 같은 반응이 진행된다.
[1] 수소 존재 영역(133)에서의 반응: H2 → 2H+ + 2e- (1)
[2] 공기 존재 영역(132)에서의 반응: O2 + 4H++ 4e → 2H2O (2)
상기 (1)식 및 (2)식으로 나타낸 것과 같은 반응이 진행되면, 도 17에서 H+로 표시된 화살표의 방향으로 전해질(101)내에서 프로톤(H+)의 작은 면내(in-plane)흐름과, 전해질(101)을 횡단하는 프로톤의 보다 큰 면통과(through-plane)흐름이 생기는 동시에 e-의 화살표로 나타낸 바와 같이, 캐소드(102) 및 애노드(103)의 각 전극에 전자(e-)의 면내흐름이 생긴다. 애노드(103)측에서는 전자가 수소 존재 영역(133)으로부터 공기 존재 영역(132)사이로 이동하고, 캐소드(102)측에서는 전자가 상기 애노드(103)에서의 전자와 반대 방향으로 이동한다. 이 경우, 수소 존재 영역(133)으로부터 공기 존재 영역(132)으로의 전자의 흐름에 의해 애노드(103) 상면의 전위가 약간 변화(옴 손실분)한다. 한편, 전해질(1)은 상대적으로 약한 면내 프로톤 전도체이고, 프로톤의 흐름에 의해 수소 존재 영역(133)과 공기 존재 영역(132) 사이에서 전해질 전위가 큰 폭으로 강하한다.
상기와 같은 현상에 대해서, 예를 들어 특허문헌 1에 의하면, 상기 수소 존재 영역과 공기 존재 영역 간의 전해질 전위의 저하는 0.9∼1.0볼트의 일반적인 전지 회로 전압 정도라고 보고되어 있다. 이와 같은 전위 강하에 의해 캐소드(102)측의 영역(122)(도 17참조)에서 애노드(103)측의 공기 존재 영역(132)으로 전해질(1)을 횡단하는 프로톤의 흐름이 생기는데, 이것은 통상의 전지 작동 조건하에서 생기는 현상과는 역방향이다.
이들의 관계로부터, 애노드(103), 캐소드(102), 및 전해질(101)의 평면 방향의 전위 상태는 도 18에 나타낸 바와 같은 관계가 되고, 결과적으로, 캐소드(102)의 영역(121b)측(도 17 참조)의 전위(캐소드(102)와 전해질(101)과의 전위차)는 국부적인 전해질 전위의 저하에 따라 크게 상승되는 것이 추정된다. 특허문헌 1에 의하면, 이 영역(121b)측의 캐소드 전위(캐소드(102)와 전해질(101)과의 전위차)가 약1.5에서 1.8볼트 정도로 상승한다고 보고되어 있다. 이 현저하게 상승한 캐소드 전위에 의해 특히 캐소드(102)의 영역(121b)측의 촉매층(104)내의 탄소담지체 재료와 캐소드 촉매의 급속한 부식이 발생되고, 전지 성능이 대폭적으로 감쇠해 버린다.
특허문헌 1에 기재된 연료 전지 발전 시스템은, 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 연료 전지 발전 시스템의 기동 조작시, 장시간 정지중에 외부로부터 확 산 침입한 공기가 충만한 애노드측 가스 유로내로, 애노드 연료 가스(수소 리치 가스)를 일시적으로 대량으로 공급함으로써, 애노드상의 수소/공기의 이분 영역 발생 시간(애노드 연료 가스가 애노드측 가스 유로의 입구로부터 출구에 도달하기까지의 시간)을 신속하게 완료시키는 기동 방법이 제안 되어 있다.
하지만, 특허문헌 1에 기재된 연료 전지 발전 시스템의 기동 방법은, 불활성 가스에 의한 제거를 행하지 않고, 전지수명의 한도까지 성능 요구를 만족시키기 위해서는 애노드(3)상에서의 상기 수소/공기의 이분 영역 발생 시간을 약1.0 초간 이하로 할 필요가 있다고 보고되어 있다.
또한, 빈번한 시동 및 정지를 동반하는 장수명 용도의 연료 전지 시스템에 서는, 상기 수소/공기의 이분 영역 발생 시간을 0.05초간, 또는 그것을 밑도는 양의 애노드 연료 가스(수소 리치 가스)를 기동시에 도입하는 것이 필요하다고 보고되어 있다.
이와 같은 방법을 실현시키기 위해서는, 기동시에 많은 애노드 연료 가스(수소 리치 가스)를 애노드측 가스 유로에 공급해야만 하므로, 가정용 연료 전지 발전 시스템 등의 연료개질 처리계를 가지는 시스템에 있어서는, 정격부하 운전에 필요한 애노드 연료 가스(수소 리치 가스) 유량 이상의 처리 능력을 가지는 연료개질 처리계가 필요하게 된다. 예를 들어, 애노드 유로 설계에 의존하는데, 애노드면상의 상기 수소/공기의 이분 영역 발생 시간을 약0.05초로 하기 위해서는 연료개질 처리계의 능력을 대략 종래의 10배 이상으로 할 필요가 있다(연료 전지 본체의 정 격부하:0.2A/cm2, 연료 이용율:80%로 대략 계산). 이 경우, 시스템 설계상, 밸런스가 성립되기 어려워질 뿐만 아니라 비용면이나 콤팩트 구조 등의 면에 있어서도 상품화가 어려워지는 문제가 있었다.
또한, 특허문헌 1에 기재된 연료 전지 발전 시스템은, 상기 구성에 의해 기동 조작시에 발생하는 애노드상의 수소/공기의 이분 영역의 발생 시간을 억제할 수 있지만, 정지 조작시의 애노드상에의 수소/공기의 이분 영역 발생에 따른 같은 문제를 해결할 수 있는 구성은 아니었다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 장치가 대형화되는 일 없이 기동 및 정지시에 애노드측의 전극상에의 수소/공기의 이분 영역의 발생을 방지하고, 연료 전지 본체의 열화 억제, 및 내구성의 향상을 꾀한 연료 전지 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 구성을 채용했다.
본 발명의 연료 전지 발전 시스템은 전해질과, 이 전해질을 사이에 두는 애노드 및 캐소드로 이루어진 한 쌍의 전극과, 상기 애노드측에 수소를 포함하는 연료 가스를 공급시키는 동시에, 상기 캐소드측에 산소를 함유하는 산화제 가스를 공급시키는 가스 유로가 설치된 한 쌍의 세퍼레이터를 구비한 연료 전지 본체를 구비하는 연료 전지 발전 시스템에 있어서,
적어도 연료 전지 발전 시스템내에 공급되는 가스 중, 상기 산화제 가스 및 상기 연료 가스 이외의 비반응성 가스를 상기 애노드측의 가스 유로에 공급하는 가스 공급 수단이 구비되고, 연료 전지 발전 시스템의 기동시에, 상기 가스 공급 수단에 의해 상기 애노드측의 가스 유로에 소정 량의 상기 비반응성 가스가 공급되고, 이 비반응성 가스에 이어 상기 연료 가스가 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 연료 전지 발전 시스템의 기동 조작시, 가스 공급 수단에 의한 비반응성 가스의 공급에 이어 연료 가스가 공급되기 때문에, 상기 애노드측의 가스 유로내에서 이 가스 유로에 공급되는 연료 가스와 외부에서 침입한 공기와의 사이가 전기 화학반응에 관여하지 않는 비반응성 가스에 의해 차단된 상태가 된다. 이 때문에, 애노드상에서, 연료 가스에 함유되는 수소와 공기(산소)의 이분 영역이 생기는 일이 없고, 캐소드 전위가 현저하게 상승하는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 연료 전지 발전 시스템은 전해질과, 이 전해질을 사이에 두는 애노드 및 캐소드로 이루어진 한 쌍의 전극과, 상기 애노드측에 수소를 포함하는 연료 가스를 공급시키는 동시에, 상기 캐소드측에 산소를 함유하는 산화제 가스를 공급시키는 가스 유로가 마련된 한 쌍의 세퍼레이터를 구비한 연료 전지 본체를 구비하는 연료 전지 발전 시스템에 있어서, 적어도 연료 전지 발전 시스템내에 공급되는 가스 중, 상기 산화제 가스 및 상기 연료 가스 이외의 비반응성 가스를 상기 애노드측의 가스 유로에 공급하는 가스 공급 수단이 구비되고, 연료 전지 발전 시스템의 정지시에, 상기 가스 공급 수단에 의해 상기 애노드측의 가스 유로에, 상기 연료 가스에 이어 상기 비반응성 가스가 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 연료 전지 발전 시스템의 정지 조작시, 공급이 정지되 는 연료 가스에 이어 상기 가스 공급 수단에 의해 비반응성 가스가 공급되기 때문에 상기 애노드측의 가스 유로내에서 이 가스 유로내에 잔류하는 연료 가스가 전기 화학반응에 관여하지 않는 비반응성 가스에 의해 가스 유로 외부로 밀려 나간다. 이 때문에, 애노드상에서, 연료 전지 발전 시스템의 정지중에 외부로부터 들어온 공기와 연료 전지 발전 시스템내에 잔류한 연료 가스 사이가 차단된 상태가 되고, 공기(산소)와 수소의 이분 영역이 생기는 일 없이 캐소드 전위가 현저하게 상승하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 연료 전지 발전 시스템은 상기 애노드측의 가스 유로에 공급되는 상기 비반응성 가스의 양이 적어도 상기 애노드측의 가스 유로의 용적 미만이고, 또한, 상기 애노드측의 가스 유로내에 체류하는 잔류 가스와 상기 비반응성 가스에 이어 공급되는 상기 연료 가스를 차단할 수 있는 양인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 연료 전지 발전 시스템은 상기 애노드측의 가스 유로에 공급되는 상기 비반응성 가스의 양이 적어도 상기 애노드측의 가스 유로의 용적 이상인 것이 바람직하다.
상기 구성에 의하면, 연료 전지 발전 시스템의 기동 또는 정지 조작 시, 애노드측의 가스 유로에 있어서, 이 가스 유로에 외부에서 침입하는 공기등으로 이루어진 잔류 가스와 연료 가스를 필요한 양의 비반응성 가스를 이용하여 확실하게 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 연료 전지 발전 시스템은, 원료 가스를 정화하는 가스 청정부와, 이 가스 청정부에서 정화된 원료 가스를 이용하여 상기 연료 전지 본체에 공 급하는 연료 가스를 생성하는 연료개질 처리계와, 이 연료개질 처리계에 수증기를 공급하는 수증기 공급계를 구비하고, 상기 애노드측의 가스 유로에 공급되는 상기 비반응성 가스가 상기 가스 청정부에서 정화된 원료 가스인 구성으로 할 수도 있다.
또한, 본 발명의 연료 전지 발전 시스템은 원료 가스를 정화하는 가스 청정부와, 이 가스청정부에서 정화된 원료 가스를 이용하여 상기 연료 전지 본체에 공급하는 연료 가스를 생성하는 연료개질 처리계와, 이 연료개질 처리계에 수증기를 공급하는 수증기 공급계를 구비하고, 상기 애노드측의 가스 유로에 공급되는 상기 비반응성 가스가 상기 수증기 공급계에서 생성된 수증기인 구성으로 할 수도 있다
또한, 본 발명의 연료 전지 발전 시스템은, 원료 가스를 정화하는 가스 청정부와, 이 가스 청정부에서 정화된 원료 가스를 이용하여 상기 연료 전지 본체에 공급하는 연료 가스를 생성하는 연료개질 처리계와, 이 연료개질 처리계에 수증기를 공급하는 수증기 공급계를 구비하고, 상기 애노드측의 가스 유로에 공급되는 상기 비반응성 가스가 상기 연료개질 처리계로부터 배기되는 연소 배기 가스인 구성으로 할 수도 있다.
상기 구성에 의하면, 상기 애노드측의 가스 유로에 공급되는 상기 비반응성 가스로서, 연료 전지 발전 시스템내에 구비된 각 구성으로부터 공급되는 가스가 사용되어 외부에서 침입하는 공기와 연료 가스의 사이가 차단된 상태가 되고, 애노드상에 공기(산소)와 수소의 이분 영역이 생기는 일 없이 캐소드측 전위가 현저하게 상승하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 연료 전지 발전 시스템은 상기 애노드측의 가스 유로의 출구측이 상기 연료개질 처리계에 구비된 연소부의 버너에 접속되어 있는 동시에, 상기 애노드측의 가스 유로의 입구쪽에 흡기 장치가 접속되어 있고, 이 흡기 장치는 연료 전지 발전 시스템이 정지되어 상기 연료 전지 본체로의 연료 가스의 공급이 차단되었을 때에 흡기 가동을 수행하고, 상기 애노드측의 가스 유로에 잔류한 연료 가스를 외부에 배기하는 동시에, 상기 연소부에 잔류한 연소 배기 가스를 상기 버너로부터 흡인하여 상기 애노드측의 가스 유로로 도입하는 것임을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 연료 전지 발전 시스템의 정지 조작 시, 연료 가스의 공급이 차단되는 것에 이어 애노드측의 가스 유로로부터 연소부에 걸쳐 잔류한 연료 가스가 역류 상태가 되어 외부로 배기되는 동시에, 연소부 내에 잔류한 연소 배기 가스가 애노드측의 가스 유로에 도입된다. 이에 의해, 연료 전지 발전 시스템의 정지중에, 외부에서 애노드측의 가스 유로로 침입되는 공기와 연료 전지 발전 시스템 내에 잔류한 연료 가스를 차단할 수 있고, 애노드상에서 수소와 공기의 이분 영역이 생기는 일 없이 캐소드측 전위가 현저하게 상승하는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 연료 전지 발전 시스템은 전해질과, 이 전해질을 사이에 두는 애노드 및 캐소드로 이루어진 한 쌍의 전극과, 상기 애노드측에 수소를 포함하는 연료 가스를 공급시키는 동시에, 상기 캐소드측에 산소를 함유하는 산화제 가스를 공급시키는 가스 유로가 마련된 한 쌍의 세퍼레이터를 구비한 연료 전지 본체를 구비하는 연료 전지 발전 시스템에 있어서, 상기 캐소드측의 가스 유로에 산화제 가스를 공급하는 산화제 가스 공급계가 구비되어 있는 동시에, 이 산화제 가 스 공급계가 상기 애노드측의 가스 유로에 접속되어 있고, 연료 전지 발전 시스템이 정지되었을 때, 상기 산화제 가스 공급계부터 상기 애노드측의 가스 유로로 산화제 가스가 공급됨으로써 애노드측의 가스 유로에 잔류한 연료 가스가 제거되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 연료 전지 발전 시스템은 상기 애노드측의 가스 유로의 용적, 수소(H2) 및 산소(O2)의 확산 속도, 상기 연료 전지 본체내의 온도강하에 따른 상기 애노드측의 가스 유로의 감소 용적의 각 수치를 이용하여, 상기 연료 전지 본체로의 연료 가스의 공급이 차단된 후, 외부의 공기가 상기 애노드측의 가스 유로로 침입하기까지의 소요 예상 시간을 산출하는 가스 유로 연산 제어 수단을 구비하고, 이 가스 유로 연산 제어 수단은 상기 연료 전지 본체로의 연료 가스의 공급이 차단된 후 상기 소요 예상 시간이 경과할 때까지, 상기 애노드측의 가스 유로에 잔류한 연료 가스를 제거하는 구성으로 할 수 있다.
상기 구성에 의하면, 연료 전지 발전 시스템의 정지 조작에 있어서, 애노드측의 가스 유로내에 잔류하는 연료 가스가, 산화제 가스(공기)에 의해 강제적으로 외부로 밀려 나간다. 이것에 의해, 애노드상에서 잔류 수소와 외부에서의 침입 공기에 의한 수소와 공기의 이분 영역의 발생 시간을 극히 단시간으로 낮출 수 있고, 캐소드측 전위가 현저하게 상승하는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 연료 전지 발전 시스템의 실시 형태에 대해서 도 1 내지 도 16을 적당히 참조하면서 설명한다.
[제1 실시 형태]
「연료 전지 발전 시스템」
도 1은 본 발명의 일 실시 형태인 연료 전지 발전 시스템(20)의 기본 구성을 나타낸 개략도이다.
이 연료 전지 발전 시스템(20)은 외부로부터 원료 가스의 공급을 받아 이 원료 가스를 수소 리치 개질가스로 개질 하는 개질기(30)와, 이 개질기(30)에서 개질 된 개질가스 중의 일산화탄소를 저감하여 연료 가스를 생성하는 쉬프트 반응기(33) 및 CO 선택 산화부(34)를 구비하는 연료개질처리계(A)와, 연료 가스와 공기의 공급을 받아 전기 화학반응에 의해 발전하는 연료 전지 본체(10)와, 이 연료 전지 본체(10)의 냉각수와 온수조(44)의 저온수와의 열교환을 수행하는 열교환기(42)와, 연료 전지 본체(10)로부터의 직류 전력의 전압 및 전류를 조정하여 원하는 직류 전력으로 변환하는 DC/DC컨버터(52)와, 이 DC/DC컨버터(52)에서 변환된 직류 전력을 상용 전원(계통)과 동위상의 교류 전력으로 변환하여 상용 전원(계통)에 전력을 공급하는 인버터(54)로 대략 구성되어 있다.
개질기(30)는 원료 가스 라인으로부터 승압펌프(26), 유황분을 제거하는 탈황기(27)(가스 청정부) 및 조절밸브(28)를 통하여 공급되는 원료 가스와, 순수탱크(36) 및 증발기(37)를 구비하는 수증기 공급계(B)로부터 조절밸브(38)에 의해 유량이 조정 되어 공급되는 수증기에 의한 다음의 식(3) 및 (4)에 나타낸 수증기 개질반응(개질기(32)) 및 쉬프트 반응(쉬프트 반응기(33))에 의해, 수소 리치 개질가스를 생성한다.
CH4+H2O→CO+3H2 (3)
CO+H2O→CO2+H2 (4)
개질기(30)에는, 이와 같은 반응에 필요한 열을 공급하기 위한 연소부(32)가 마련되어 있고, 이 연소부(32)에는 연료 전지 본체(10)의 애노드(3)측의 배출 가스가 공급되고, 애노드 재출 가스중의 미반응 수소를 연료로서 연소시킬 수 있게 되어 있다.
CO 선택 산화부(34)는 배관(미도시)에 의한 공기의 공급을 받고, 수소 존재하에서 일산화탄소를 선택하여 산화하는 일산화탄소 선택 산화 촉매(예를 들어, 백금과 루테늄의 합금에 의한 촉매)에 의해, 개질가스 중의 일산화탄소를 선택 산화하여 일산화탄소 농도가 매우 낮은(예를 들어, 수ppm 정도) 수소 리치 연료 가스로 만든다.
본 발명의 연료 전지 발전 시스템에서는, 상술한 연료를 공급하는 연료개질처리계(A)나, 수증기 공급계(B) 등의 연료 전지 본체(10)에 각종 가스를 공급하기 위한 각 구성을 가스 공급 수단(C)으로서 기능시키는 것도 가능하다. 예를 들어, 연료 전지 본체(10)에 공급하는 비반응성 가스로서 원료 가스를 이용하는 경우에는 후술하는 방법에 의해 연료개질처리계(A)를 가스공급 수단으로서 기능시킬 수 있고, 또한, 비반응성 가스로서 수증기를 사용하는 경우에는 수증기 공급계(B)를 가스 공급 수단으로서 기능시킬 수 있다.
또한, 가스 공급 수단으로서는, 상기 연료개질처리계(A)나 수증기 공급계(B) 등을 사용하는 구성에 한정되지 않으며, 예를 들어 도 4에 나타낸 것과 같은 탈황기(28) 출구측과 연료 전지 본체(10)를 접속하는 배관을 설치한 구성으로 하는 등, 적절히 선택하여 채용할 수 있다.
본 발명의 연료 전지 발전 시스템에 사용되는 비반응성 가스는, 연료 전지 발전 시스템내에 존재하는 산소 및 수소를 함유하지 않는 비반응성 가스로, 예를 들어, 원료 가스, 수증기, 연소 배기 가스등인데, 이 밖에 산소를 포함하지 않는 비반응성의 가스이면 적절히 선택해 채용할 수 있다.
「연료 전지 본체」
연료 전지 본체(10)는 도 2의 모식도면에 나타낸 바와 같은 연료 전지의 단위셀(1)이 적층 되어 구성되는 것으로, 캐소드 전극(이하, 캐소드라 기재하는 경우가 있다)(2)과, 애노드 전극(이하, 애노드라 기재하는 경우가 있다)(3)과, 캐소드(2) 및 애노드(3)의 사이에서 지지된 전해질막(이하, 전해질이라 기재하는 경우가 있다)(4)과, 캐소드(2)의 바깥쪽에 배치된 산화제 가스 유로(캐소드측 가스 유로)(5a)를 구비하는 산화제 유로판(세퍼레이터)(5)과, 애노드(3)의 바깥쪽에 배치된 연료유로(애노드측 가스 유로)(6a)를 구비하는 연료 유로판(세퍼레이터)(6)으로 이루어진 단위셀(1)이 복수 적층되고, 고체 고분자형의 연료 전지로서 구성되어 있다.
애노드(3) 및 캐소드(2)는 각각 다공질성의 촉매층(2a, 3a)과, 각 촉매층(2a, 3a)을 유지하는 다공질 카본 씨트(카본 다공질체)(2b, 3b)로 대략 구성되어 있다. 촉매층(2a, 3a)에는 전극 촉매(촉매)와 이 전극 촉매를 고화성형하기 위한 소수성 결착제와 도전재가 포함되어 있다.
촉매로는, 수소의 산화 반응 및 산소의 환원 반응을 촉진하는 금속이면 특별히 한정되지 않는데, 예를 들어, 납, 철, 망간, 코발트, 크롬, 갈륨, 바나듐, 텅스텐, 루테늄, 이리듐, 팔라듐, 백금, 로듐이나 또는 이들의 합금을 들 수 있다. 이와 같은 금속 또는 합금을 활성탄에 담지시키는 것에 의해 전극 촉매를 구성할 수 있다.
또한, 소수성 결착제로는, 예를 들어, 불소수지를 사용할 수 있다. 불소수지 중에서도 융점이 400℃이하인 것이 바람직하며, 이러한 불소 수지로서, 폴리사불화에틸렌, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체, 폴리불화 비닐리덴, 테트라플루오로에틸렌·헥사플루오로에틸렌 공중합체, 퍼플루오로에틸렌 등과 같은 소수성 및 내열성이 뛰어난 수지를 사용할 수 있다. 소수성 결착제를 첨가함으로써, 발전 반응으로 생성된 물에 의해 촉매층(2a, 3a)이 과잉으로 젖는 것을 방지할 수 있고, 애노드(3) 및 캐소드(2)내부에서의 연료 가스 및 산소의 확산 저해를 방지할 수 있다.
더하여, 도전제로는 전기 전도성 물질이면 어떠한 것이라도 좋고, 각종 금속이나 탄소 재료등을 들 수 있다. 예를 들어, 아세틸렌 블랙 등의 카본 블랙, 활성탄 및 흑연등을 들 수 있고, 이들은 단독 혹은 혼합하여 사용된다.
또한, 촉매층(2a, 3a)에는 소수성 결착제에 대신에 또는 소수성 결착제와 함께 전해질을 함유시켜도 좋다. 이것에 의해, 애노드(3) 및 캐소드(2)에서의 프로톤 전도도를 향상할 수 있고, 애노드(3) 및 캐소드(2)의 내부 저항을 저감할 수 있다.
세퍼레이터(5, 6)는 도전성을 가지는 금속 등으로 구성 되어 있고, 캐소드(2) 및 애노드(3)에 각각 접합하는 것으로, 집전체로서 기능함과 동시에 캐소드(2) 및 애노드(3)에 대해서 산소 및 연료 가스를 공급한다. 즉, 애노드(3)에는 세퍼레이터(6)의 애노드측 가스 유로(6a)를 통하여 수소를 주성분으로 하는 연료 가스가 공급되고, 또 캐소드(2)에는 세퍼레이터(5)의 캐소드측 가스 유로(5a)를 통하여 산화제로서의 산소가 공급된다. 더욱이, 연료로서 공급되는 수소는 탄화수소 또는 알코올의 개질에 의해 발생된 수소가 공급되는 것이어도 되고, 또한, 산화제로서 공급되는 산소는 공기에 포함되는 상태로 공급되는 것이어도 된다.
상기와 같은 연료 전지의 단위셀(1)에서는, 애노드(3)측에서 수소가 산화 되어 프로톤이 생기고, 이 프로톤이 전해질(4)을 전도하여 캐소드(2)에 도달하고, 캐소드(2)에서 프로톤과 산소가 전기 화학적으로 반응하여 물을 생성함과 동시에 전기 에너지를 발생시킨다.
연료 전지 본체(10)는 CO 선택 산화부(34)로부터 보내지는 연료 가스중의 수소와, 공기블로워(41)(산화제 가스 공급계)로부터 보내지는 공기중의 산소와의 전기 화학반응에 의해 발전한다. 또한, 연료 전지 본체(10) 내부에 순수 탱크(36)에서 펌프(43)에 의해 공급되는 냉각수를 순환시키기 위한 유로가 형성되어 있고, 연료 전지 본체(10)는 냉각수의 순환에 의해 적정온도(예를 들어, 80∼90℃정도)로 유지된다. 또한, 이 냉각수의 순환유로중에는 열교환기(42)가 마련되어 있고, 온수조(44)로부터 펌프(46)에 의해 공급되는 저온수가 연료 전지 본체(10)의 냉각수와 열교환함으로서 가온되어 온수조(44)에 보온되도록 되어 있다.
또한, 연료 전지 본체(10)의 출력 단자는, DC/DC 컨버터(52), 및 DC/AC 인버터(54)를 통하여 전기기기에 접속되어 있고, 연료 전지 본체(10)에서 발전된 직류 전력이 상기 전기기기와 동위상의 교류 전력으로 변환되고, 상기 전기기기으로 공급되도록 되어 있다.
또한, DC/DC 컨버터(52)의 출력측에서 분기된 전력 라인에는 연료 전지 발전 시스템(20)에서 정지 조작이 실행되었을 때 발전되는 잉여 전력을 소비하기 위한 보조동력(56), 및 조절밸브(28, 38)의 액튜에이터나 승압펌프(26, 28), 공기블로워(41), 펌프(46) 등의 부속물에 직류 전력을 공급하는 직류 전원으로서 기능하는 배터리(57)가 접속되어 있다.
「기동 조작 방법」
이하, 상기와 같이 구성된 연료 전지 발전 시스템(20)에서 실행되는 기동 조작의 일례에 대해서, 도 1, 2 및 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 6은 본 발명의 제1 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템에서 실행되는 기동 조작을 나타낸 흐름도다.
우선, 연료 전지 발전 시스템(20)의 기동 지령이 실행되면, 공기 블로워(41)를 가동하고, 연소부(32)에 공기를 공급한다. 그 후, 원료 가스 라인의 승압펌프(26)를 가동하고, 탈황기(27)을 통과한 원료 가스가 배관을 통하여 연소부(32)에 공급된다. 다음으로, 연소부(32)에 배치된 버너(32a)를 점화시킴으로써, 공급된 공기와 연소 가스가 연소하고, 개질기(30) 및 인접하는 쉬프트 반응기(33)와 CO 선택 산화기(34)의 승온을 수행한다. 또한, 도시하지 않았으나 연소부(32)의 열을 사용 하여 순수탱크(36) 내의 물의 승온도 병행하여 실시되기 때문에 연료 전지 본체(10)도 승온된다.
이어서, 개질기(30), 쉬프트 반응기(33), CO 선택 산화기(34) 및 연료 전지 본체(10)의 승온과정에 있어서 각각의 기기가 소정 온도에 도달한 후, 연료 가스 도입 조작으로 이행한다. 이 때, 탈황기(27)의 하류에 배치된 조절밸브(28)를 여는 것으로 원료 가스를 개질기(30)에 공급한다. 여기에서, 원료 가스는 개질기(30)에서 개질반응하는 일 없이 개질기(30) 및 CO 선택 산화부(34)를 통과하고, 연료 전지 본체(10)의 애노드측 가스 유로(6a)에 비반응성 가스의 상태로 공급되고, 연료 전지 발전 시스템(20)의 정지중에 애노드측 가스 유로(6a)에 외부에서 침입한 공기를 밀어 낸다.
그리고, 애노드측 가스 유로(6a)에 이 애노드측 가스 유로(6a)의 용적 미만의 양이고 또한, 외부에서 침입한 공기와 연료 가스를 차단할 수 있는 양의 원료 가스가 공급된 후, 조절밸브(38)가 열리고 개질기(30)로 수증기가 공급된다.
이 때, 애노드측 가스 유로(6a)에 공급되는 원료 가스의 양은 애노드측 가스 유로(6a)의 전체 용적의 80∼100% 정도의 양으로 하는 것이 바람직하다.
원료 가스의 공급량이, 애노드측 가스 유로(6a)의 전체 용적에 대해 80% 미만이면 단시간이지만 캐소드(2)의 국부(애노드측 가스 유로(6a)의 출구측)의 전위를 1.2V정도까지 상승시킬 우려가 있다.
원료 가스의 공급량이, 애노드측 가스 유로(6a)의 전체 용적에 대해 100%를 초과하면 애노드측 가스 유로(6a)에 외부에서 침입한 공기와 연료 가스를 차단하는 데 필요한 양 이상이 되어 경제적이지 못하다.
그 결과, 개질기(30), 쉬프트 반응기(33) 및 CO 선택 산화기(34)의 각 기기에서는, (3)식에 나타낸 수증기 개질반응, (4)식에 나타낸 쉬프트 반응, 및 선택 산화 반응이 일어나기 때문에, 연료 전지 본체(10)의 애노드(3)에 수소 리치 연료 가스가 공급된다. 그 후, 조절밸브(48)를 열어 공기를 연료 전지 본체(40)의 캐소드(2)에 공급함으로써 연료 전지 본체(10)는 발전 운전 스텐바이 상태로 이행하고, 전기기기로 부하 투입이 실행된다.
이 때, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 애노드측 가스 유로(6a)내에서는 연료 가스와 외부에서 침입한 공기 사이에, 적어도 산소 및 수소를 포함하지 않는 비반응성의 원료 가스가 존재하는 상태가 되고, 연료 가스에 함유되는 수소와 공기의 이분 영역이 발생하지 않는다. 이 때문에, 캐소드 전위가 현저하게 상승하는 일이 없고, 캐소드(2)의 촉매층(2a)에 부식이 생기는 것을 방지할 수 있고, 연료 전지 본체(10)의 내구성을 크게 향상시킬 수 있다.
여기에서, 연료 가스와 외부에서 침입한 공기와의 사이는 적어도 비반응성 가스로 차단된 상태이면 되기 때문에, 애노드측 가스 유로(6a)에 비반응성 가스로서 공급하는 원료 가스의 양은 연료 가스와 외부에서 침입한 공기를 차단할 수 있는 양이면 소량이어도 상관없다.
이상, 설명한 본 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템에 의하면, 연료 전지 발전 시스템(20)의 기동 조작에 있어서, 개질기(30)에 도입되는 원료 가스의 공급 개시를 수증기의 공급보다 소정시간 만큼 앞당기는 것으로, 애노드측 가스 유 로(6a)에 침입 체류한 공기와, 연료개질 처리계로부터 공급되는 수소 리치 연료 가스와의 사이에 전기 화학반응에 관여하지 않는 원료 가스를 개재시킬 수 있다. 이로써, 애노드(3)상에서 수소와 공기의 이분 영역이 생기는 것을 방지할 수 있게 된다.
덧붙여, 본 예에서는 기존의 배관 구성을 이용하여 가스 공급 수단으로 함으로써, 기동 조작에 있어서, 애노드(3)에 수소 리치 연료 가스가 공급되기 전에 원료 가스가 공급되는 연료 전지 발전 시스템을 예로 설명했지만, 도 4에 나타낸 예와 같이, 차단밸브(61)를 통하여 탈황기(27)의 하류에서 연료 전지 본체(10)의 애노드측 가스 유로(6a) 입구로 접속하는 배관 구성의 가스 공급 수단으로 해도 같은 작용을 얻을 수 있다.
이 경우에는, 기동시의 승온과정에 있어서, 상기 각 기기가 소정 온도에 도달하고 연료 가스 도입 조작으로 이행하였을 때, 차단밸브(61)를 열어 원료 가스를 연료 전지 본체(10)의 애노드측 가스 유로(6a)에 공급하고, 연료 전지 발전 시스템(21)의 정지중에 애노드측 가스 유로(6a)에 외부에서 침입한 공기를 밀어 낸다.
그리고, 애노드측 가스 유로(6a)에, 이 애노드측 가스 유로(6a)의 용적 미만의 양이며 또한, 외부에서 침입하는 공기와 연료 가스를 차단할 수 있는 양의 원료 가스가 공급된 후, 조절밸브(28) 및 조절밸브(38)가 열리고 개질기(30)으로 원료 가스와 수증기가 공급된다.
그 결과, 개질기(30), 쉬프트 반응기(33) 및 CO 선택 산화기(34)의 기기에서는, (3)식에 나타낸 수증기 개질반응, (4)식에 나타낸 쉬프트 반응, 및 선택 산화 반응이 일어나기 때문에, 연료 전지 본체(10)의 애노드(3)에 수소 리치 연료 가스가 공급된다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 기존의 배관 구성을 사용한 경우와 마찬가지로, 애노드(3)상에서 수소와 공기의 이분 영역이 생기는 것을 방지하는 것이 가능해진다(도 3a참조).
[제2 실시 형태]
이하, 본 발명의 연료 전지 발전 시스템의 제2의 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 기동 조작 이외의 연료 전지 발전 시스템 및 연료 전지 본체의 기본 구성에 관해서는 제1 실시 형태와 동일하므로, 그 상세한 설명을 생략한다.
「기동 조작 방법」
이하, 상기와 같이 구성된 연료 전지 발전 시스템(20)에서 기동 조작이 실행되는 다른 예에 대해서 도 1, 2 및 도 7을 참조하면서 설명한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템에서 실행되는 기동 조작을 나타낸 흐름도다.
본 예에서는, 연료 전지 시스템의 기동 지령이 실행되고 난 후, 개질기(30), 쉬프트 반응기(33) 및 CO 선택 산화기(34)가 승온하는 과정은 제1 실시 형태(도 6참조)와 동일하다.
이어서, 상기 각 기기가 소정 온도에 도달한 후, 연료 가스 도입 조작으로 이행한다. 우선, 조절밸브(38)를 열어 개질기(30)에 수증기를 공급한다. 여기에서 수증기는 개질기(30)에서 개질반응하는 일 없이 개질기(30) 및 CO 선택 산화부(34)를 통과하고, 연료 전지 본체(10)의 애노드측 가스 유로(6a)에 공급되고, 연료 전지 시스템(20)의 정지중에 애노드측 가스 유로(6a)에 외부에서 침입한 공기를 밀어 낸다.
그리고, 애노드측 가스 유로(6a)에 이 애노드측 가스 유로(6a)의 용적 미만의 양이고 또한, 외부에서 침입한 공기와 연료 가스를 차단할 수 있는 양의 수증기가 공급된 후, 조절밸브(28)가 열리고 개질기(30)로 원료 가스가 공급된다.
이 때, 애노드측 가스 유로(6a)에 공급되는 수증기의 양은 애노드측 가스 유로(6a)의 전체 용적의 80∼100% 정도의 양으로 하는 것이 바람직하다.
수증기의 공급량이 애노드측 가스 유로(6a)의 전체 용적에 대해 80% 미만이면 단시간이지만 캐소드(2)의 국부(애노드측 가스 유로(6a)의 출구측)의 전위를 1.2V정도까지 상승시킬 우려가 있다.
수증기의 공급량이 애노드측 가스 유로(6a)의 전체 용적에 대해 100%를 초과하면, 애노드측 가스 유로(6a)에 외부에서 침입한 공기와 연료 가스를 차단하는 데 필요한 양 이상이 되어 경제적이지 못하다.
그 결과, 개질기(30), 쉬프트 반응기(33) 및 CO 선택 산화기(34)의 각 기기에서는, (3)식에 나타낸 수증기 개질반응, (4)식에 나타낸 쉬프트 반응, 및 선택 산화 반응이 일어나기 때문에, 연료 전지 본체(10)의 애노드(3)에는 수소 리치 연료 가스가 공급된다. 그 후, 조절밸브(48)를 열여 공기를 연료 전지 본체(10)의 캐소드(2)에 공급함으로써 연료 전지 본체(10)는 발전 운전 스텐바이 상태로 이행하 고, 전기기기로 부하 투입이 실행된다.
이상, 설명한 본 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템에 의하면, 연료 전지 발전 시스템(20)의 기동 조작에 있어서, 개질기(30)에 도입되는 수증기의 공급 개시를 원료 가스 공급보다 소정시간 만큼 앞당기는 것으로, 애노드측 가스 유로(6a)에 침입 체류한 공기와 수소 리치 연료 가스와의 사이에, 적어도 전기 화학반응에 관여하지 않는 수증기를 개재시킬 수 있다(도 3a참조). 이로써, 애노드(3)상에서 수소와 공기의 이분 영역이 생기는 것을 방지할 수 있게 된다.
덧붙여, 본 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템은 수증기만이 소정 시간 애노드(3)에 공급되기 때문에, 연료 전지 본체(10)의 운전 온도가 100℃이상의 연료 전지 발전 시스템으로 적합하다.
또한, 본 예에서는 기존의 배관 구성을 사용한 가스 공급 수단으로 함으로써, 기동 조작에 있어서, 애노드(3)에 수소 리치 연료 가스가 공급되기 전에 수증기가 공급되는 연료 전지 발전 시스템을 예로 설명했지만, 도 4에 나타낸 예와 같이, 차단밸브(62)를 통하여 증발기(37)의 하류에서 연료 전지 본체(10)의 애노드측 가스 유로(6a) 입구에 접속하는 배관 구성의 가스 공급 수단으로도 동일한 작용을 얻을 수 있다.
이 경우에는, 기동시의 승온과정에 있어서, 상기 각 기기가 소정 온도에 도달하고 연료 가스 도입 조작으로 이행한 후, 차단밸브(62)를 열어 수증기를 연료 전지 본체(10)의 애노드측 가스 유로(6a)에 공급하고, 연료 전지 발전 시스템(20)의 정지중에 애노드측 가스 유로(6a)에 외부에서 침입한 공기를 밀어 낸다.
그리고, 애노드측 가스 유로(6a)에, 이 애노드측 가스 유로(6a)의 용적 미만의 양이고 또한, 외부에서 침입한 공기와 연료 가스를 차단할 수 있는 양의 수증기가 공급된 후, 조절밸브(28, 38)가 열리고, 개질기(30)로 원료 가스 및 수증기가 공급된다. 이 때, 애노드측 가스 유로(6a)에 공급되는 수증기의 바람직한 양은 상술한 바와 동일하여 생략한다.
그 결과, 개질기(30), 쉬프트 반응기(33) 및 CO 선택 산화기(34)의 각 기기에서는, (3)식에 나타낸 수증기 개질반응, (4)식에 나타낸 쉬프트 반응, 및 선택 산화 반응이 일어나기 때문에, 연료 전지 본체(10)의 애노드(3)에 수소 리치 연료 가스가 공급된다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 기존의 배관 구성을 사용한 경우와 마찬가지로, 애노드(3)상에서 수소와 공기의 이분 영역이 생기는 것을 방지할 수 있게 된다(도 3a참조).
[제3 실시 형태]
이하, 본 발명의 연료 전지 발전 시스템의 제3 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 기동 조작 이외의 연료 전지 발전 시스템 및 연료 전지 본체의 기본 구성에 관해서는 제1 실시 형태와 동일하므로, 그 상세한 설명을 생략한다.
「기동 조작 방법」
이하, 본 발명의 연료 전지 발전 시스템에서 기동 조작이 실행되는 다른 예에 대해서 도 2, 5 및 도 8을 참조하면서 설명한다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템에서 실행되는 기동 조작을 나타낸 흐름도다. 또한, 도 5는 본 실시 형태의 기동 조작을 실행하는 연료 전지 발전 시스템(22)의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템(22)은, 연소부(32) 배기측 라인을, 증발기(37)를 통과한 후에 분기하는 라인으로서 배치함으로써, 연소부(32)의 연소 배기 가스가 증발기(37)에서 열교환을 수행한 후, 차단밸브(60)를 통하여 연료 전지 본체(10)의 애노드측 가스 유로(6a) 입구에 공급되도록 구성 되어 있다. 또한, 증발기(37)의 배기 출구측의 배기 가스 라인과 연료 전지 본체(10)의 애노드측 가스 유로(6a)의 출구 라인은 각각 차단밸브(64, 63)를 통하여 배기측에 접속되어 있다.
본 예에서는, 연료 전지 발전 시스템(22)의 기동 지령이 실행되고 난 후, 개질기(30), 쉬프트 반응기(33) 및 CO 선택 산화기(34)가 승온 하는 과정은 제1 실시 형태(도 6)와 동일하다.
그리고, 상기 각 기기가 소정 온도에 도달한 후, 연료 가스 도입 조작으로 이행한다. 우선, 차단밸브(64)를 닫는 동시에, 차단밸브(60, 63)를 여는 것으로 연소부(32)의 연소 배기 가스를 연료 전지 본체(10)의 애노드측 가스 유로(6a)에 공급하고, 연료 전지 시스템(10)의 정지중에 애노드측 가스 유로(6a)에 외부에서 침입한 공기를 밀어 낸다.
애노드측 가스 유로(6a)에 이 애노드측 가스 유로(6a)의 용적 미만의 양이고 또한, 외부에서 침입한 공기와 연료 가스를 차단할 수 있는 양의 연소 배기 가스가 공급된 후, 차단밸브(64)가 열리는 동시에 차단밸브(60, 63)가 닫힘으로써 연소 배기 가스가 차단밸브(64)측으로 유도된다. 그리고, 조절밸브(28, 38)가 열리고 개질기(30)에 원료 가스가 공급된다.
이 때, 애노드측 가스 유로(6a)에 공급되는 연소 배기 가스의 양은 애노드측 가스 유로(6a)의 전체 용적의 80∼100% 정도의 양으로 하는 것이 바람직하다.
연소 배기 가스의 공급량이 애노드측 가스 유로(6a)의 전체 용적에 대해 80% 미만이면, 단시간이지만 캐소드(2)의 국부(애노드측 가스 유로(6a)의 출구측)의 전위를 1.2V정도까지 상승시킬 우려가 있다.
연소 배기 가스의 공급량이 애노드측 가스 유로(6a)의 전체 용적에 대해 100%를 초과하면, 애노드측 가스 유로(6a)에 외부에서 침입한 공기와 연료 가스를 차단하는 데 필요로 하는 양 이상이 되어 경제적이지 못하다.
그 결과, 개질기(30), 쉬프트 반응기(33) 및 CO 선택 산화기(34)의 각 기기에서는, (3)식에 나타낸 수증기 개질반응, (4)식에 나타낸 쉬프트 반응, 및 선택 산화 반응이 일어나기 때문에, 연료 전지 본체(10)의 애노드(3)(애노드측 가스 유로(6a))에 수소 리치 연료 가스가 공급된다. 그 후, 조절밸브(48)를 여는 것에 의해 공기를 연료 전지 본체(10)의 캐소드(2)(캐소드측 가스 유로(5a))에 공급함으로써, 연료 전지 본체(10)는 발전 운전 스텐바이 상태로 이행하고, 전기기기로 부하 투입이 실행된다.
이상, 설명한 본 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템에 의하면, 연료 전지 발전 시스템(22)의 기동 조작에 있어서, 애노드측 가스 유로(6a)에 수소 리치 연료 가스가 공급되기 전에, 연소부(32)의 연소 배기 가스를 일시적으로 애노드측 가스 유로(6a)에 도입하고, 애노드측 가스 유로(6a)에 침입 체류한 공기와 수소 리치 연료 가스와의 사이에 전기 화학반응에 관여하지 않는 연소 배기 가스를 개재시킴으로써 애노드(3)상에서 수소와 공기의 이분 영역이 생기는 것을 방지할 수 있게 된다(도 3a참조).
[제4 실시 형태]
이하, 본 발명의 연료 전지 발전 시스템의 제4 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 정지 조작 이외의 연료 전지 발전 시스템 및 연료 전지 본체의 기본 구성에 관해서는 제1 실시 형태와 동일하므로, 그 상세한 설명을 생략한다.
「정지 조작 방법」
이하, 상술한 구성 연료 전지 발전 시스템에서 정지 조작이 실행되는 일례에 대해서, 도 1, 2 및 도 11을 참조하면서 설명한다.
도 11은 본 발명의 제4 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템(20)에서 실행되는 정지 조작을 나타낸 흐름도다.
우선, 연료 전지 시스템(20)의 정지 지령이 실행되면, 차단기(65)가 열림상태가 되고, 전기기기와 연료 전지 시스템(20)이 차단된다. 다음으로, 차단밸브(48)를 닫아 연료 전지 본체(10)의 캐소드측 가스 유로(5a)로 공기 공급을 정지한다. 이 때, 연료 전지 본체(10)의 캐소드측 가스 유로(5a)에는 공기가 잔류하고 있기 때문에 발전 가능 상태에 있지만, 전지 전압이 상한치를 초과하지 않도록, 제어계 (미도시)에 의해 연료 전지 본체(10)의 부하를 제어한다. 이 때에 나온 전력은 보조동력(56)에 소비되거나, 또는 배터리(57)에 충전된다. 캐소드측 유로(5a)내에 잔류하고 있던 공기가 소비되면, 연료 전지 본체(10)의 출력 전압이 저하되는데, 이 출력 전압이 하한치에 도달하였을 때, 상기 제어계는 연료 전지 본체(10)의 부하를 차단하고, 이어서 차단밸브(38)를 닫는 것에 의해 개질기(30)로 수증기 공급을 정지한다. 한편, 원료 가스는, 개질기(30)에 공급되는 상태가 유지되어 있기 때문에, 개질반응하는 일 없이, 개질기(30) 및 CO 선택 산화부(34)를 통과하여 연료 전지 본체(10)의 애노드측 가스 유로(6a)에 공급되고, 이 애노드측 가스 유로(6a)에 잔류하는 수소 리치 연료 가스를 밀어 낸다.
그리고, 애노드측 가스 유로(6a)에, 이 애노드측 가스 유로(6a)의 용적 이상의 양의 원료 가스가 공급된 후, 조절밸브(28)가 닫히고, 원료 가스의 애노드측 가스 유로(6a)로 공급이 정지된다.
그리고, 차단밸브(66)를 닫아 연소부(32)로 연소 공기의 공급을 정지하고, 연소부(32)내의 버너(32a)의 연소를 중지하고, 최종적으로 연료 전지 발전 시스템의 정지로 이행한다.
여기에서, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 연료 전지 발전 시스템이 정지하고 나서 일정 시간 경과 후, 애노드측 가스 유로(6a)내로 외부에서 공기가 침입하였을 때는, 유로내에서 침입 공기와 원료 가스가 접한 상태가 된다. 이것에 의해 연료 가스와 외부에서 침입한 공기와의 사이에는, 적어도 산소를 포함하지 않는 비반응성의 원료 가스가 존재하는 상태가 되고, 연료 가스에 함유되는 수소와 공기의 이 분 영역이 발생하지 않는다. 이 때문에, 캐소드 전위가 현저하게 상승하는 일이 없고, 캐소드(2)의 촉매층(2a)에 부식이 생기는 것을 방지할 수 있으며 연료 전지 본체(10)의 내구성을 크게 향상시킬 수 있다.
이상, 설명한 본 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템에 의하면, 연료 전지 시스템(20)의 정지 조작에 있어서, 개질기(30)로 원료 가스의 공급을 정지하는 것을, 수증기 공급 정지보다도 소정시간 만큼 늦추는 것에 의해, 전기 화학반응에 관여하지 않는 원료 가스를 이용하여 애노드측 가스유로(6a)에 잔류하는 수소 리치의 연료 가스를 외부로 밀어낼 수 있게 된다. 이로써, 장기 정지중에 외부로부터 애노드측 가스 유로(6a)내로 침입하게 되는 공기와 애노드측 가스 유로(6a)내에 잔류하고 있는 수소 리치 연료 가스로 애노드(3)상에서 수소와 공기의 이분 영역이 생기는 것을 방지할 수 있게 된다(도 3b참조).
더욱이, 본 예에서는, 기존의 배관 구성을 사용한 가스 공급 수단으로 함으로써, 정지 조작에 있어서, 원료 가스의 공급에 의해 애노드측 가스 유로(6a)내의 수소 리치 연료 가스를 외부로 밀어 내고, 상기 원료 가스를 체류시키는 연료 전지 발전 시스템을 예로 설명했지만, 도 4에 나타낸 예와 같이, 애노드측 가스 유로(6a) 입구의 상류에 차단밸브(63)를 배치하고 또한, 차단밸브(61)를 통하여 탈황기(27) 하류에서 연료 전지 본체(10)의 애노드측 가스 유로(6a)입구에 접속하는 배관 구성의 가스 공급 수단으로도 동일한 작용을 얻을 수 있다.
이 경우에는, 정지 조작에 있어서, 캐소드측 가스 유로(5a)로 공기 공급이 정지되어 연료 전지 본체(10)의 출력 전압이 저하되고, 이 출력 전압이 하한치에 도달하였을 때, 제어계(미도시)가 연료 전지 본체(10)의 부하를 차단하고, 이어서 조절밸브(28)와 조절밸브(38)를 닫는 것에 의해 개질기(30)로 원료 가스와 수증기의 공급을 정지한다. 또한, 이와 동시에 차단밸브(63)를 닫고, 또한 차단밸브(61)을 여는 것에 의해 원료 가스를 연료 전지 본체(10)의 애노드측 가스 유로(6a)에 공급하고, 이 애노드측 가스 유로(6a)에 잔류하는 수소 리치 연료 가스를 외부로 밀어 낸다.
그리고, 애노드측 가스 유로(6a)에 이 애노드측 가스 유로(6a)의 용적 이상의 양의 원료 가스가 공급된 후, 차단밸브(61)가 닫히고 원료 가스의 애노드측 가스 유로(6a)로 공급이 정지된다. 그리고, 차단밸브(66)을 닫아 연소부(32)로 연소 공기의 공급을 정지하고, 연소부(32)내의 버너(32a)의 연소를 중지하고, 최종적으로 연료 전지 발전 시스템의 정지로 이행한다.
이와 같은 구성에 의해, 기존의 배관 구성을 사용한 경우와 마찬가지로, 애노드(3)상에서 수소와 공기의 이분 영역이 생기는 것을 방지할 수 있게 된다.
[제5 실시 형태]
이하, 본 발명의 연료 전지 발전 시스템의 제5 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 정지 조작 이외의 연료 전지 발전 시스템 및 연료 전지 본체의 기본 구성에 대해서는 제1 실시 형태와 동일하므로, 그 상세한 설명을 생략한다.
「정지 조작 방법」
이하, 연료 전지 발전 시스템에 정지 조작이 실행되는 다른 예에 대해서 도 1, 2 및 도 12를 참조하면서 설명한다. 도 12는, 본 발명의 제5 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템에서 실행되는 정지 조작을 나타낸 흐름도다.
우선, 연료 전지 발전 시스템(20)의 정지 지령이 실행되어, 캐소드측 가스 유로(5a)로 공기 공급이 정지되고, 연료 전지 본체(10)의 출력 전압이 저하되고, 이 출력 전압이 하한치에 도달했을 때에, 제어계(미도시)가 연료 전지 본체(10)의 부하를 차단하는 과정은 제4 실시 형태(도 11참조)와 동일하다.
이어서, 차단밸브(28)를 닫는 것에 의해 개질기(30)로 원료 가스의 공급이 정지된다. 한편, 수증기는 개질기(30)에 공급되는 상태가 유지되어 있기 때문에, 개질반응하는 일 없이 개질기(30) 및 CO 선택 산화부(34)를 통과하여 연료 전지 본체(10)의 애노드측 가스 유로(6a)에 공급되고, 이 애노드측 가스 유로(6a)내에 잔류하는 수소 리치 연료 가스를 외부로 밀어 낸다. 이 때, 애노드측 가스 유로(6a) 출구로부터 연소부(32)로 수소 리치 연료 가스의 공급이 중단되면, 연소부(32)내의 버너(32a)는 꺼진다. 그리고, 애노드측 가스 유로(6a)에 이 애노드측 가스 유로(6a)의 용적 이상의 양의 수증기가 공급된 후, 조절밸브(38)가 닫히고, 수증기의 애노드측 가스 유로(6a)로 공급이 정지된다. 그 후, 차단밸브(66)를 닫아 연소부(32)로 연소 공기의 공급을 정지하고, 연소부(32)내의 버너(32a)의 연소를 중지하고, 최종적으로 연료 전지 발전 시스템의 정지로 이행한다.
더욱이, 상기 조절밸브(28) 및 조절밸브(38)를 닫은 타이밍에서, 연료 전지 본체(10)의 애노드측 가스 유로(6a)로 수소 리치 연료 가스의 공급이 정지되기 때문에, 연소부(32)내의 버너(32a)로 연료 가스의 공급도 차단되고, 연소중지 상태가 된다. 연소부(32)의 정지에 따라, 증발기(37)에서의 애노드측 가스 유로(6a)의 용적의 수증기 생성이 곤란한 경우에는, 연료 전지 발전 시스템 기동시의 개질기(30) 승온 조작시와 마찬가지로, 배관(미도시)을 통하여 원료 가스를 연소부(32)에 공급하고, 연소부(32)(버너(32a))의 연소를 계속하는 것으로 애노드로 계속 수증기를 공급할 수 있게 된다.
이상, 설명한 본 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템에 의하면, 연료 전지 발전 시스템(20)의 정지 조작에 있어서, 개질기(30)로 수증기 공급을 정지하는 것을, 원료 가스의 공급 정지보다 소정시간 만큼 늦추는 것에 의해, 전기 화학반응에 관여하지 않는 수증기 가스를 사용하여 애노드측 가스 유로(6a)에 잔류하는 수소 리치 연료 가스를 외부로 밀어 낼 수 있다. 이것에 의해, 장기 정지중에 외부에서 애노드측 가스 유로(6a)에 침입하는 공기와 애노드측 가스 유로(6a)에 잔류한 수소로 애노드(3)상에서 수소와 공기의 이분 영역이 생기는 것을 방지할 수 있게 되었다(도 3b참조).
더욱이, 본 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템은 수증기만이 소정 시간 애노드(3)측에 공급되기 때문에, 연료 전지 본체(10)의 운전 온도가 100℃이상의 연료 전지 발전 시스템에 적합하다.
또한, 본 예에서는, 기존의 배관 구성을 사용한 가스 공급 수단으로 함으로써, 정지 조작에 있어서 수증기 가스의 공급에 의해 애노드측 가스 유로(6a)내의 수소 리치 연료 가스를 외부로 밀어 내는 구성의 연료 전지 발전 시스템을 예로 설명했지만, 도 4에 나타낸 예와 같이, 애노드측 가스 유로(6a) 입구의 상류에 차단 밸브(62)를 배치하고, 증발기(37)의 수증기 유로 하류쪽에서 연료 전지 본체(10)의 애노드측 가스 유로(6a) 입구에 접속하는 배관 구성의 가스 공급 수단으로 해도 동일한 작용을 얻을 수 있다.
이 경우에는, 정지 조작에 있어서 캐소드측 가스 유로(5a)로 공기 공급이 정지되어 연료 전지 본체(10)의 출력 전압이 저하되고, 이 출력 전압이 하한치에 도달했을 때, 제어계(미도시)가 연료 전지 본체(10)의 부하를 차단하고, 이어서 조절밸브(28) 및 조절밸브(38)를 닫는 것에 의해 개질기(30)로 원료 가스 및 수증기의 공급을 정지한다. 또한, 이와 동시에 차단밸브(62)를 여는 것에 의해 수증기를 연료 전지 본체(10)의 애노드측 가스 유로(6a)에 공급하고, 이 애노드측 가스 유로(6a)내에 잔류하는 수소 리치 연료 가스를 밀어 낸다. 그리고, 애노드측 가스 유로(6a)에 이 애노드측 가스 유로(6a)의 용적 이상의 양의 수증기가 공급된 후, 차단밸브(62)가 닫히고 수증기의 애노드측 가스 유로(6a)로 공급이 정지된다.
그 후, 차단밸브(66)를 닫아 연소부(32)로 연소 공기의 공급을 정지하고, 연소부(32)내의 버너(32a)의 연소를 중지하고, 최종적으로 연료 전지 발전 시스템의 정지로 이행한다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 기존의 배관 구성을 사용한 경우와 마찬가지로, 애노드(3)상에서 수소와 공기의 이분 영역이 생기는 것을 방지할 수 있게 된다(도 3b참조).
[제6 실시 형태]
이하, 본 발명의 연료 전지 발전 시스템의 제6 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 정지 조작 이외의 연료 전지 발전 시스템 및 연료 전지 본체의 기본 구성에 대해서는 제1 실시 형태와 동일하므로 그 상세한 설명을 생략한다.
「정지 조작 방법」
이하, 연료 전지 발전 시스템에서 정지 조작이 실행되는 다른 예에 대해서 도 2, 5 및 도 13을 참조하면서 설명한다.
도 13은 본 발명의 제6 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템에서 실행되는 정지 조작을 나타낸 흐름도다.
도 5에 나타낸 본 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템(22)의 개략적인 구성은 제3 실시예(기동)의 설명과 동일하다.
또한, 연료 전지 발전 시스템의 정지 지령이 실행되고 난 후, 캐소드측 가스 유로(5a)로의 공기 공급이 정지되고, 연료 전지 본체(10)의 출력 전압이 저하하고, 이 출력 전압이 하한치에 도달했을 때, 제어계(미도시)가 연료 전지 본체(10)의 부하를 차단하는 과정에 대해서는, 제4 실시 형태(도 11참조)와 동일하다.
이어서, 본 실시 형태에서는, 차단밸브(28) 및 차단밸브(38)를 닫는 것에 의해 개질기(30)로의 원료 가스 및 수증기의 공급을 정지한다. 또한, 이와 동시에 연료 전지 발전 시스템 기동시의 개질기(30)의 승온조작시와 마찬가지로, 원료 가스를 배관을 통하여 연소부(32)에 공급하는 것에 의해 연소부(32)의 연소를 계속할 수 있다.
이어서, 차단밸브(64)를 닫고, 차단밸브(60, 63)를 여는 것에 의해 연소부(32)의 배기가스를 연료 전지 본체(10)의 애노드측 가스 유로(6a)에 공급하고, 애노드측 가스 유로(6a)내에 잔류하는 수소 리치 연료 가스를 외부로 밀어 낸다. 그리고, 애노드측 가스 유로(6a)에 이 애노드측 가스 유로(6a)의 용적 이상의 양의 연소 배기 가스가 공급된 후, 차단밸브(64)가 열리고, 차단밸브(60, 63)가 닫히는 것에 의해 연소 배기 가스가 차단밸브(64)측으로 유도된다.
그 후, 차단밸브(66) 및 연소부(32)로의 원료가스 공급 밸브(미도시)를 닫고, 연소부(32)로의 연소 공기 및 원료 가스의 공급을 정지함으로써, 연소부(32)내의 버너(32a)의 연소를 중지하고, 최종적으로 연료 전지 발전 시스템의 정지로 이행한다.
이상, 설명한 본 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템에 의하면, 정지 조작에 있어서, 애노드측 가스 유로(6a)로의 수소 리치 연료 가스의 공급을 차단한 후에, 연소부(32)의 연소 배기 가스를 일시적으로 애노드측 가스 유로(6a)에 도입하는 것에 의해, 전기화학반응에 관여하지 않는 연소 배기 가스를 사용하여 애노드측 가스 유로(6a)에 잔류하는 수소 리치 연료 가스를 외부로 밀어 낼 수 있다. 이로써, 장기 정지중에 외부에서 애노드측 가스 유로(6a)내로 침입해 오는 공기와 애노드에 잔류한 수소로 애노드(3)상에 수소와 공기의 이분 영역이 생기는 것을 방지할 수 있게된다(도 3b참조).
[제7 실시 형태]
이하, 본 발명의 연료 전지 발전 시스템의 제7 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 정지 조작 이외의 연료 전지 발전 시스템 및 연료 전지 본체의 기본 구성에 대해서는 제1 실시 형태와 동일하므로, 그 상세한 설명을 생략 한다.
「정지 조작 방법」
이하, 연료 전지 발전 시스템에 정지 조작이 실행되는 다른 예에 대해서 도 2, 9 및 도 14를 참조하면서 설명한다.
도 14는 본 발명의 제7 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템에서 실행되는 정지 조작을 나타낸 흐름도다. 또한, 도9는 본 실시 형태의 정지 조작을 실행하는 경우의 연료 전지 발전 시스템(23)의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템(23)은 연료 전지 본체(10)의 애노드측 가스 유로(6a) 입구측에 차단밸브(68)를 통하여 블로워(67)가 접속되어 있다.
우선, 연료 전지 시스템의 정지 지령이 실행되어 캐소드측 가스 유로(5a)로의 공기의 공급이 정지되고, 연료 전지 본체(10)의 출력 전압이 저하하고, 이 출력 전압이 하한치에 도달했을 때 제어계(미도시)가 연료 전지 본체(40)의 부하를 차단하는 과정에 대해서는 제4 실시 형태(도 11참조)와 동일하다.
이어서, 차단밸브(28) 및 차단밸브(38)를 닫는 것에 의해 개질기(30)로의 원료 가스 및 수증기의 공급을 정지한다. 또한, 이 동작과 동시에 연소부(32)로의 연소 공기 공급을 정지하여 연소부(32)의 연소를 중지시킨다. 다음으로, 애노드측 가스 유로(6a) 입구에 접속된 차단밸브(63)를 닫고, 차단밸브(68)을 열고, 더하여 블로워(67)를 가동시키는 조작을 한다. 그 결과, 연료 전지 본체(10)의 애노드측 가스 유로(6a)의 가스의 흐름은 통상의 발전시와 반대 방향이 되고, 애노드측 가스 유로(6a)내에 잔류하고 있는 수소 리치 연료 가스가 블로워(67)를 통하여 배기되고, 이어서, 연소부(32)보다 하류의 연소 배기 가스(즉, 증발기(37)측의 연소 배기 가스)는 연소부(32)내의 버너(32a)로 흡인되고, 애노드측 가스 유로(6a)내로 유도된다.
그리고, 애노드측 가스 유로(6a)에 버너(32a)로 흡인되는 상기 연소부(32)보다 하류의 연소 배기 가스가 애노드측 가스 유로(6a)의 용적 이상의 양으로 공급된 후, 블로워(67)가 정지되고 차단밸브(68)가 닫히는 것에 의해 최종적으로 연료 전지 발전 시스템의 정지로 이행한다.
이상, 설명한 본 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템(23)에 의하면, 정지 조작에 있어서, 애노드측로의 수소 리치 연료 가스를 차단한 후에, 애노드 라인의 잔류 가스를 역류시키는 구성으로 함으로써, 애노드측 가스 유로(6a)에 잔류하는 수소 리치 연료 가스를 외부로 밀어 내고, 연속해서, 전기 화학반응에 관여하지 않는 연소부(32)의 연소 배기 가스를 애노드측 가스 유로(6a)에 도입할 수 있다. 이로써, 애노드(3)상에 있어서 장기 정지중에 외부에서 애노드측 가스 유로(6a)로 침입하게 되는 공기와 애노드에 잔류한 수소(연료 가스)로 수소와 공기의 이분 영역이 생기는 것을 방지할 수 있게 된다(도 3b참조).
[제8 실시 형태]
이하, 본 발명의 연료 전지 발전 시스템의 제8 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 정지 조작 이외의 연료 전지 발전 시스템 및 연료 전지 본체의 기본 구성에 대해서는 제1 실시 형태와 동일하므로, 그 상세한 설명을 생략 한다.
「정지 조작 방법」
이하, 연료 전지 발전 시스템에서 정지 조작이 실행되는 다른 예에 대해서 도 2, 10 및 도 15를 참조하면서 설명한다.
도 15는 본 발명의 제8 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템에서 실행되는 정지 조작을 나타낸 흐름도다. 또한, 도 10은 본 실시 형태의 정지 조작을 실행하는 경우의 연료 전지 발전 시스템(24)의 구성을 나타낸 개략도이다.
본 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템(24)은, 공기 블로워(41)로부터 공급되는 공기(산화제 가스)가, 차단밸브(69)를 통하여 연료 전지 본체(10)의 애노드측 가스 유로(6a)로 유도되는 배관 구성으로 되어 있다. 또한, 연료 전지 발전 시스템(24)은 애노드측 가스 유로(6a)의 용적, 수소 및 산소의 확산 속도, 연료 전지 본체(11)중의 온도강하에 따른 애노드측 가스 유로(6a)의 감소 용적의 각 수치를 이용하여, 연료 전지 본체(11)로의 연료 가스의 공급이 차단된 후 외부 공기가 애노드측 가스 유로(6a)로 침입하기 까지의 소요 예상 시간을 산출하고, 공기 블로워(41) 및 차단밸브(69)를 제어하는 가스 유로 연산 제어 수단(70)을 구비하고 있다.
우선, 연료 전지 발전 시스템의 정지 지령이 실행되어, 캐소드측 가스 유로(5a)로의 공기의 공급이 정지되고, 연료 전지 본체(10)의 출력 전압이 저하하고, 이 출력 전압이 하한치에 도달했을 때 제어계(미도시)가 연료 전지 본체(10)의 부하를 차단하는 과정에 대해서는 제4 실시 형태(도 11참조)와 동일하다.
이어서, 차단밸브(28) 및 차단밸브(38)를 닫는 것에 의해 개질기(30)로의 원료 가스 및 수증기의 공급을 정지한다. 또한, 이 동작과 동시에 연소부(32)로의 연소 공기 공급을 정지하고, 연소부(32)내의 버너(32a)의 연소를 중지시킨다. 그 후, 연료 전지 발전 시스템(24)은 온도강하상태로 이행하지만, 연료 전지 본체(10)의 애노드측 가스 유로(6a)내에 잔류하는 수소는 전해질(1)의 확산에 따른 캐소드 잔류 산소와의 직접 반응에 의한 소비, 더하여 온도강하에 따른 체적 수축 등에 의해 애노드측 가스 유로(6a)내의 감압 현상이 진행된다. 이 감압 현상에 의해, 외부 공기가 애노드 출구 라인에서 애노드측 가스 유로(6a)내로 끌려 들어가기 때문에, 미리 연료 전지 발전 시스템(24)에 구비된 가스 유로 연산 제어 수단(70)이 배관 용적, 각종 가스의 물성치 등을 이용하여, 외부 공기가 애노드측 가스 유로(6a)내에 침입하기 까지의 시간을 산출하고, 그 산출 시간 이내에 공기 블로워(41)(산화제 가스 공급계)를 가동하고, 차단밸브(69)를 열어 제어한다. 이것에 의해, 애노드측 가스 유로(6a) 입구측에서 이 애노드측 가스 유로(6a)내로 공기 블로워(41)로부터의 공기가 공급된다.
그리고, 애노드측 가스 유로(6a)에 공기 블로워(41)로부터 공급되는 공기가 애노드측 가스 유로(6a)의 용적 이상의 양으로 공급된 후, 공기 블로워(41)가 정지되고, 차단밸브(69)가 닫히는 것에 의해 최종적으로 연료 전지 발전 시스템의 정지로 이행한다.
이상, 설명한 본 실시 형태의 연료 전지 발전 시스템(24)에 의하면, 가스 유로 연산 제어 수단(70)을 구비하며, 연료 전지 발전 시스템의 정지 조작에 있어서, 애노드측 가스 유로(6a)내에 잔류하는 수소를 공기에 의해 강제적으로 외부로 밀어 냄으로써, 종래 애노드(3)상에서 생겼던 잔류 수소와 외부로부터의 침입 공기에 의한 수소와 공기의 이분 영역의 발생 시간을 극히 단시간으로 낮출 수 있기 때문에, 연료 전지 본체(10)의 부식 열화를 억제할 수 있다(도 3b도 참조). 또한, 애노드측 가스 유로(6a)내에 외부 공기가 침입하는 직전까지 이 애노드측 가스 유로(6a)로의 공기 공급을 대기 상태로 함으로써, 연료 전지 본체(10)의 온도가 더 저하된 상태가 된다. 이로써, 애노드측 가스 유로(6a)로의 강제적인 공기 공급중에 애노드(3)상의 수소와 공기의 이분 영역에 의해 생길 수 있는 부식 현상을 온도 효과의 면에서도 억제할 수 있게된다.
본 발명에 의하면, 상기 구성에 의해, 장치를 대형화하는 일 없이 기동 및 정지시의 애노드측 전극상에서의 수소/공기의 이분 영역의 발생을 방지할 수 있기 때문에, 연료 전지 본체의 열화를 억제함과 동시에 내구성을 크게 향상시킨 연료 전지 발전 시스템을 얻을 수 있다.
본 발명은 도면을 참조하여 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 전해질과, 상기 전해질을 사이에 두는 애노드 및 캐소드로 이루어진 한 쌍의 전극과, 상기 애노드측에 수소를 포함하는 연료 가스를 공급시키는 동시에, 상기 캐소드측에 산소를 함유하는 산화제 가스를 공급시키는 가스 유로가 설치된 한 쌍의 세퍼레이터를 구비한 연료 전지 본체를 구비하는 연료 전지 발전 시스템에 있어서,
    상기 연료 전지 발전 시스템내에 공급되는 가스 중, 상기 산화제 가스 및 상기 연료 가스 이외의 비반응성 가스를 상기 애노드측의 가스 유로에 공급하는 가스 공급 수단을 구비하고,
    상기 연료 전지 발전 시스템의 기동시에, 상기 가스 공급 수단에 의해 상기 애노드측의 가스 유로에 소정 량의 상기 비반응성 가스가 공급되고, 상기 비반응성 가스에 이어 상기 연료 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전 시스템
  2. 전해질과, 상기 전해질을 사이에 두는 애노드 및 캐소드로 이루어진 한 쌍의 전극과, 상기 애노드측에 수소를 포함하는 연료 가스를 공급시키는 동시에, 상기 캐소드측에 산소를 함유하는 산화제 가스를 공급시키는 가스 유로가 설치된 한 쌍의 세퍼레이터를 구비한 연료 전지 본체를 구비하는 연료 전지 발전 시스템에 있어서,
    상기 연료 전지 발전 시스템내에 공급되는 가스 중, 상기 산화제 가스 및 상기 연료 가스 이외의 비반응성 가스를 상기 애노드측의 가스 유로에 공급하는 가스 공급 수단을 구비하며,
    상기 연료 전지 발전 시스템의 정지시에, 상기 가스 공급 수단에 의해 상기 애노드측의 가스 유로에, 상기 연료 가스에 이어 상기 비반응성 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 애노드측의 가스 유로에 공급되는 상기 비반응성 가스의 양은 상기 애노드측의 가스 유로의 용적 미만이며, 상기 애노드측의 가스 유로내에 체류하는 잔류 가스와 상기 비반응성 가스에 이어 공급되는 상기 연료 가스를 차단할 수 있는 양인 것을 특징으로 하는연료 전지 발전 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 애노드측의 가스 유로에 공급되는 상기 비반응성 가스의 양은 상기 애노드측의 가스 유로의 용적 이상인 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    원료 가스를 정화하는 가스 청정부와, 상기 가스 청정부에서 정화된 원료 가스를 이용하여 상기 연료 전지 본체에 공급하는 연료 가스를 생성하는 연료개질 처리계와,
    상기 연료개질 처리계에 수증기를 공급하는 수증기 공급계를 구비하며,
    상기 애노드측의 가스 유로에 공급되는 상기 비반응성 가스는 상기 가스 청정부에서 정화된 원료 가스인 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    원료 가스를 정화하는 가스 청정부와,
    상기 가스 청정부에서 정화된 원료 가스를 이용하여 상기 연료 전지 본체에 공급하는 연료 가스를 생성하는 연료개질 처리계와,
    상기 연료개질 처리계에 수증기를 공급하는 수증기 공급계를 구비하며,
    상기 애노드측의 가스 유로에 공급되는 상기 비반응성 가스는 상기 수증기 공급계에서 생성된 수증기인 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    원료 가스를 정화하는 가스 청정부와,
    상기 가스 청정부에서 정화된 원료 가스를 이용하여 상기 연료 전지 본체에 공급하는 연료 가스를 생성하는 연료개질 처리계와,
    상기 연료개질 처리계에 수증기를 공급하는 수증기 공급계를 구비하며,
    상기 애노드측의 가스 유로에 공급되는 상기 비반응성 가스가 상기 연료개질 처리계로부터 배기되는 연소 배기 가스인 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 애노드측의 가스 유로의 입구쪽에 연결된 흡기 장치를 더 구비하며,
    상기 애노드측의 가스 유로의 출구측은 상기 연료개질 처리계에 구비된 연소부의 버너에 연결되며,
    상기 흡기 장치는 상기 연료 전지 발전 시스템이 정지되어 상기 연료 전지 본체로의 연료 가스의 공급이 차단되었을 때에 흡기 가동을 수행하며, 상기 애노드측의 가스 유로에 잔류한 연료 가스를 외부에 배기하는 동시에, 상기 연소부에 잔류한 연소 배기 가스를 상기 버너로부터 흡인하여 상기 애노드측의 가스 유로로 도입하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전 시스템.
  9. 전해질과, 상기 전해질을 사이에 두는 애노드 및 캐소드로 이루어진 한 쌍의 전극과, 상기 애노드측에 수소를 포함하는 연료 가스를 공급시키는 동시에, 상기 캐소드측에 산소를 함유하는 산화제 가스를 공급시키는 가스 유로가 설치된 한 쌍의 세퍼레이터를 구비한 연료 전지 본체를 구비하는 연료 전지 발전 시스템에 있어서,
    상기 캐소드측의 가스 유로에 산화제 가스를 공급하는 산화제 가스 공급계를 구비하며,
    상기 산화제 가스 공급계가 상기 애노드측의 가스 유로에 연결되어 있으며,
    상기 연료 전지 발전 시스템이 정지되었을 때, 상기 산화제 가스 공급계부터 상기 애노드측의 가스 유로로 산화제 가스가 공급되는 것에 의해 상기 애노드측의 가스 유로에 잔류한 연료 가스가 제거되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 발전 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 애노드측의 가스 유로의 용적, 수소 및 산소의 확산 속도, 상기 연료 전지 본체내의 온도강하에 따른 상기 애노드측의 가스 유로의 감소 용적의 각 수치를 이용하여 상기 연료 전지 본체로의 연료 가스의 공급이 차단된 후, 외부의 공기가 상기 애노드측의 가스 유로에 침입할 때까지의 소요 예상 시간을 산출하는 가스 유로 연산 제어 수단을 구비하며,
    상기 가스 유로 연산 제어 수단은 상기 연료 전지 본체로의 연료 가스의 공급이 차단된 후 상기 소요 예상 시간이 경과할 때까지, 상기 애노드측의 가스 유로에 잔류한 연료 가스를 제거하는 것임을 특징으로 하는 연료 전지 발전 시스템.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100805445B1 (ko) * 2006-12-04 2008-02-20 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 셧 다운시의 수소 공급 시스템

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5332092B2 (ja) * 2006-09-11 2013-11-06 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
JP4753841B2 (ja) * 2006-11-10 2011-08-24 株式会社日立国際電気 半導体デバイスの製造方法
JP5182982B2 (ja) * 2007-08-03 2013-04-17 アイシン精機株式会社 燃料電池用改質システム
JP6248376B2 (ja) * 2012-06-19 2017-12-20 日産自動車株式会社 固体酸化物型燃料電池システム
KR102094992B1 (ko) 2013-08-30 2020-03-30 삼성전자주식회사 유체 흐름의 균일성을 높이는 유체관 및 이를 포함하는 장치
CA2958748C (en) * 2014-08-19 2023-04-04 WATT Fuel Cell Corp Multi-reformable fuel delivery systems and methods for fuel cells
CN105140553A (zh) * 2015-08-19 2015-12-09 广东合即得能源科技有限公司 具有多组甲醇水重整制氢发电模组的移动式充电站及方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6222374A (ja) * 1985-07-19 1987-01-30 Sanyo Electric Co Ltd 加圧式燃料電池の起動方法
JPS63313473A (ja) * 1987-06-16 1988-12-21 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池発電設備
JPH0878037A (ja) * 1994-08-31 1996-03-22 Aqueous Res:Kk 燃料電池発電システム及びその運転方法
JP2000277137A (ja) * 1999-03-24 2000-10-06 Matsushita Electric Works Ltd 燃料電池発電システムの残留ガスのパージ方法
US6268074B1 (en) * 1999-04-05 2001-07-31 General Motors Corporation Water injected fuel cell system compressor
US20020076582A1 (en) * 2000-12-20 2002-06-20 Reiser Carl A. Procedure for starting up a fuel cell system using a fuel purge
US6828048B2 (en) * 2001-11-06 2004-12-07 Utc Fuel Cells, Llc Shut-down procedure for fuel cell fuel processing system
US7192669B2 (en) * 2001-11-30 2007-03-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. System and method of fuel cell power generation
JP4028787B2 (ja) * 2001-11-30 2007-12-26 松下電器産業株式会社 燃料電池発電システムおよびその運転方法
JP4024543B2 (ja) * 2002-01-21 2007-12-19 松下電器産業株式会社 燃料電池発電システム
JP4099997B2 (ja) 2002-01-25 2008-06-11 日産自動車株式会社 改質型燃料電池システム及びその残留ガスパージ方法
KR100525974B1 (ko) * 2002-08-07 2005-11-03 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 연료전지
JP4555961B2 (ja) 2003-12-10 2010-10-06 独立行政法人産業技術総合研究所 燃料電池、燃料電池の作動方法
JP4788989B2 (ja) * 2004-01-07 2011-10-05 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US8617265B2 (en) * 2004-04-12 2013-12-31 Intelligent Energy, Inc. Hydrogen generation apparatus incorporating a staged catalyst and method for using same
JP2005353396A (ja) * 2004-06-10 2005-12-22 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp 燃料電池システム
US7270904B2 (en) * 2004-08-18 2007-09-18 General Motors Corporation Procedures for shutting down fuel cell system by using air purge at low cell temperature
JP4696545B2 (ja) * 2004-12-08 2011-06-08 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
KR100757440B1 (ko) * 2005-09-16 2007-09-11 엘지전자 주식회사 연료전지의 퍼지 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100805445B1 (ko) * 2006-12-04 2008-02-20 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 셧 다운시의 수소 공급 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR100754377B1 (ko) 2007-08-31
JP2007179810A (ja) 2007-07-12
US20070148528A1 (en) 2007-06-28
JP5128072B2 (ja) 2013-01-23

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