JP3244133B2 - How to prevent excessive differential pressure in fuel cells - Google Patents
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- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池の過大差圧防止
方法に関わり、更に詳しくは、溶融炭酸塩型燃料電池の
運転停止中における過大差圧を防止する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for preventing an excessive differential pressure in a fuel cell, and more particularly, to a method for preventing an excessive differential pressure during a shutdown of a molten carbonate fuel cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池（以下ＭＣＦＣと
略す）は、図５に示すように、薄い平板状の電解質板
（タイル）ｔを燃料極（アノード）ａと空気極（カソー
ド）ｃの平板状の電極で挟んだセル（単セル）から構成
され、この燃料電池を約６５０°Ｃに保持し、アノード
に水素を含むアノードガスを供給し、カソードに酸素を
含むカソードガスを供給することによりアノード、カソ
ード間で発電するものである。しかし、単セルでは電圧
が低い（０．８Ｖ程度）ため、実用上は導電性のバイポ
ーラプレート（セパレータ）ｓを介し多数段に積層した
電池（スタック）として用いられる。更に、かかる燃料
電池は、効率を高め、装置を小型にするために圧力容器
内に通常格納され、加圧下（例えば３〜１０ａｔａ）で
運転される。2. Description of the Related Art As shown in FIG. 5, a molten carbonate fuel cell (hereinafter abbreviated as MCFC) is composed of a thin flat electrolyte plate (tile) t and a fuel electrode (anode) a and an air electrode (cathode) c. The fuel cell is maintained at about 650 ° C., an anode gas containing hydrogen is supplied to the anode, and a cathode gas containing oxygen is supplied to the cathode. Thus, power is generated between the anode and the cathode. However, since the voltage of a single cell is low (about 0.8 V), the cell is practically used as a battery (stack) stacked in multiple stages via a conductive bipolar plate (separator) s. Further, such fuel cells are typically housed in pressure vessels to increase efficiency and reduce equipment size, and are operated under pressure (eg, 3-10 ata).
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】燃料電池の電解質板
（タイル）ｔはセラミックの粉末焼結体に電解液が毛細
管現象で浸み込んだものであり、この電解液のセパレー
タｓとの濡れによって、各セル間のガスのシール、及び
格納容器内と燃料電池内との間のガスのシールが行われ
る。かかる濡れによるシール（ウェットシール）の性能
は燃料電池の運転状態によって影響を受けやすく、極め
て小さい圧力差（例えば約４００ｍｍＡｑ）でもガスが
漏洩することがある。かかるガスの漏洩は非常に危険で
あり、例えば、アノードガスとカソードガスが混合する
とアノードガス中の水素が燃焼し、燃料電池を破壊する
おそれがある。また、アノードガス及びカソードガスが
格納容器内に充満すると、水素が燃焼するばかりでな
く、爆発して格納容器を破損するおそれもある。従っ
て、燃料電池は発電中はもとより発電の停止中であって
もアノード側、カソード側、及び格納容器内の間の差圧
を常に防止する必要がある。An electrolyte plate (tile) t of a fuel cell is a ceramic powder sintered body in which an electrolyte is infiltrated by capillary action, and the electrolyte is wetted by a separator s. The sealing of the gas between the cells and the sealing of the gas between the storage container and the fuel cell are performed. The performance of the seal due to such wetting (wet seal) is easily affected by the operating state of the fuel cell, and gas may leak even at a very small pressure difference (for example, about 400 mmAq). Such leakage of the gas is extremely dangerous. For example, if the anode gas and the cathode gas are mixed, hydrogen in the anode gas may burn and destroy the fuel cell. When the anode gas and the cathode gas are filled in the containment vessel, not only hydrogen is burned but also explosion may be caused to damage the containment vessel. Therefore, it is necessary for the fuel cell to always prevent a pressure difference between the anode side, the cathode side, and the inside of the storage container even when the power generation is stopped as well as during the power generation.
【０００４】かかる燃料電池において、長時間発電を停
止する場合には、図４に示すように、燃料電池１に供給
されるアノードガスライン３、５及びカソードガスライ
ン７、９を遮断弁４、８、６、１０を全閉して閉鎖し、
格納容器２にＮ2 ガス供給ライン１１から流量調節弁を
介して数％の酸素を含むＮ2 ガスを供給し、このＮ2ガ
スを圧力調節弁１５を介して系外（例えば大気中）に排
出する状態で維持し、アノードガスラインとカソードガ
スラインとの差圧ΔＰ1 ，あるいはカソードガスライン
と格納容器内との差圧ΔＰ2 が過大になった時には、図
示のＡ、Ｂ弁を全開してアノードガスライン、カソード
ガスライン、及び格納容器内を連通させて均圧化する方
法が用いられていた。なお格納容器に供給されるＮ2 ガ
スが数％の酸素を含むのは、酸素が全くないと高温にお
いて溶融炭酸塩による腐食が助長されるためである。In such a fuel cell, when power generation is stopped for a long time, as shown in FIG. 4, the anode gas lines 3, 5 and the cathode gas lines 7, 9 supplied to the fuel cell 1 are shut off by the shut-off valve 4, 8, 6, 10 are fully closed and closed,
The containment vessel 2 is supplied with N 2 gas containing several% of oxygen through the flow control valve from the N 2 gas supply line 11, out of the system via a pressure regulating valve 15 to the N 2 gas (eg the atmosphere) When the pressure difference ΔP 1 between the anode gas line and the cathode gas line or the pressure difference ΔP 2 between the cathode gas line and the inside of the containment vessel becomes excessive, the valves A and B shown in the drawing are fully opened. Then, a method of equalizing the pressure by connecting the anode gas line, the cathode gas line, and the inside of the storage container has been used. The reason that the N 2 gas supplied to the containment vessel contains several percent of oxygen is that if there is no oxygen, corrosion by molten carbonate is promoted at high temperatures.
【０００５】しかし、上述した方法ではＡ、Ｂ弁を開く
ことによりカソードガス又は容器内のＮ2 ガスがアノー
ドガスラインに入り、カソードガス及びＮ2 ガスに含ま
れる酸素によりアノードを酸化させるおそれがあった。
すなわち、ＭＣＦＣのアノードは酸素と接触すると容易
に酸化してミクロ構造が変化し、また一旦酸化するとそ
の後還元させてもミクロ構造が十分復原できず、アノー
ドの機能を発揮できなくなる問題があった。However, in the above-described method, when the valves A and B are opened, the cathode gas or the N 2 gas in the container enters the anode gas line, and the anode may be oxidized by oxygen contained in the cathode gas and the N 2 gas. there were.
That is, the anode of the MCFC is easily oxidized when it comes into contact with oxygen to change its microstructure, and once oxidized, the microstructure cannot be restored sufficiently even if it is then reduced, and the function of the anode cannot be exhibited.
【０００６】本発明は、上述した問題を解決するために
創案されたものである。すなわち本発明の目的は、燃料
電池の運転停止中にアノードガスライン、カソードガス
ライン、格納容器内を均圧にすることができ、かつ、ア
ノードを酸化させない燃料電池の過大差圧防止方法を提
供することにある。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. That is, an object of the present invention is to provide a method for preventing an excessive differential pressure in a fuel cell, which can equalize the pressure in an anode gas line, a cathode gas line, and a storage container while the operation of the fuel cell is stopped, and does not oxidize the anode. Is to do.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、第１の
開放弁（３６）を有し、燃料電池（１）の入口側のアノ
ードガスライン（３）に酸素を含まない不活性ガスを供
給するライン（３５）と、第２の開放弁（３９）を有
し、燃料電池（１）の出口側のアノードガスライン
（５）と燃料電池（１）の出口側のカソードガスライン
（９）とを連通させるライン（３８）と、第３の開放弁
（４１）を有し、燃料電池（１）の出口側のカソードガ
スライン（９）と格納容器（２）内とを連通させるライ
ン（４０）と、第４の開放弁（４４）を有し、前記格納
容器（２）内を外部に連通させるライン（４２）と、前
記燃料電池（１）の出口側のアノードガスライン（５）
とカソードガスライン（９）との差圧を検出する第１の
差圧検出器（３１）と、前記燃料電池（１）の出口側の
カソードガスライン（９）と格納容器（２）内との差圧
を検出する第２の差圧検出器（３３）とを備え、前記第
１、第２、第３、第４の開放弁（３６，３９，４１，４
４）を閉鎖したまま、アノードガス供給遮断弁（４）と
アノードガス排出遮断弁（６）を全閉してアノードガス
ライン（３，５）の入口及び出口を遮断すると共に、カ
ソードガス供給遮断弁（８）とカソードガス排出遮断弁
（１０）を全閉してカソードガスライン（７，９）の入
口及び出口を遮断して燃料電池（１）の運転を停止し、
燃料電池（１）の運転停止中に、第１差圧検出器（３
１）又は第２差圧検出器（３３）により所定の差圧を検
出して、前記第１、第２、第３、及び第４の開放弁（３
６，３９，４１，４４）を開放する、ことを特徴とする
燃料電池の過大差圧防止方法が提供される。According to the present invention, there is provided an oxygen-free inert gas having a first opening valve (36) in an anode gas line (3) on the inlet side of a fuel cell (1). And a second opening valve (39) for supplying an anode gas line (5) on the outlet side of the fuel cell (1) and a cathode gas line (5) on the outlet side of the fuel cell (1). 9) and a third opening valve (41) for communicating the cathode gas line (9) on the outlet side of the fuel cell (1) with the inside of the storage container (2). A line (42) having a line (40), a fourth opening valve (44) for communicating the inside of the storage container (2) to the outside, and an anode gas line (40) on the outlet side of the fuel cell (1). 5)
Differential pressure detector (31) for detecting the pressure difference between the fuel cell (9) and the cathode gas line (9) on the outlet side of the fuel cell (1) and the inside of the storage container (2). A second differential pressure detector (33) for detecting the differential pressure of the first, second, third, and fourth release valves (36, 39, 41, 4).
While closing 4), the anode gas supply cutoff valve (4) and the anode gas discharge cutoff valve (6) are fully closed to cut off the inlet and outlet of the anode gas lines (3, 5) and cut off the cathode gas supply. The valve (8) and the cathode gas discharge shutoff valve (10) are fully closed to shut off the inlet and outlet of the cathode gas lines (7, 9) to stop the operation of the fuel cell (1),
While the operation of the fuel cell (1) is stopped, the first differential pressure detector (3
1) or a predetermined differential pressure is detected by the second differential pressure detector (33), and the first, second, third, and fourth opening valves (3) are detected.
6, 39, 41, 44) is provided.
【０００８】更に本発明の好ましい実施例によれば、前
記第２開放弁（３９）は、アノードガスライン（５）と
カソードガスライン（９）を連結ラインに直列に配置さ
れた２つの遮断弁（３９ａ、３９ｂ）と、該遮断弁（３
９ａ、３９ｂ）間を連結するラインを外部に連通するラ
イン（３８）に設けられた遮断弁（３９ｃ）とからな
り、第２開放弁（３９）を閉鎖するときには遮断弁（３
９ａ、３９ｂ）を閉鎖し、かつ遮断弁（３９ｃ）を開放
し、第２開放弁（３９）を開放するときには遮断弁（３
９ａ、３９ｂ）を開放し、かつ遮断弁（３９ｃ）を閉鎖
する、のが良い。Further, according to a preferred embodiment of the present invention, the second opening valve (39) comprises two shut-off valves in which an anode gas line (5) and a cathode gas line (9) are arranged in series with a connecting line. (39a, 39b) and the shut-off valve (3
9a, 39b) and a shut-off valve (39c) provided on a line (38) connecting the line to the outside. When the second opening valve (39) is closed, the shut-off valve (3) is closed.
9a, 39b), the shutoff valve (39c) is opened, and the second open valve (39) is opened when the shutoff valve (3) is opened.
9a, 39b) may be opened and the shut-off valve (39c) may be closed.
【０００９】また、第１差圧検出器（３１）及び第２差
圧検出器（３３）により差圧の低減を検出し、前記第
１、第２、第３、及び第４の開放弁（３６，３９，４
１，４４）を再び閉鎖する、ことが好ましい。A first differential pressure detector (31) and a second differential pressure detector (33) detect a decrease in differential pressure, and the first, second, third, and fourth opening valves ( 36,39,4
1, 44) is preferably closed again.
【００１０】[0010]
【作用】上記本発明によれば、第２開放弁（３９）を開
放することによりアノードガスライン（５）と燃料電池
（１）のカソードガスライン（９）とが連通され、第３
開放弁（４１）を開放することによりカソードガスライ
ン（９）と格納容器（２）内とが連通されるので、燃料
電池（１）の運転停止中にアノードガスライン（３，
５）、カソードガスライン（７，９）、格納容器（２）
内を均圧にすることができる。また、同時に第１開放弁
（３６）及び第４開放弁（４４）を開放することによ
り、酸素を含まない不活性ガスがアノードガスライン
（４）に入り、アノード（Ａ）を通過後にアノードガス
ライン（５）からカソードガスライン（９）に入り、カ
ソードガスライン（９）から格納容器（２）内を通り格
納容器（２）の外へ流れる。かかるガスの流れが形成さ
れることにより、アノード・カソード間の差圧、カソー
ド・容器間の差圧をバランスさせることができ、かつア
ノードを通るガスを酸素を含まない高純度のＮ2ガスと
することができ、アノードの酸化を防止することができ
る。According to the present invention, by opening the second opening valve (39), the anode gas line (5) and the cathode gas line (9) of the fuel cell (1) are communicated, and the third gas is discharged.
Since the cathode gas line (9) and the inside of the containment vessel (2) are communicated by opening the opening valve (41), the anode gas line (3, 3) is stopped while the operation of the fuel cell (1) is stopped.
5), cathode gas lines (7, 9), containment vessel (2)
The inside can be equalized. At the same time, by opening the first opening valve (36) and the fourth opening valve (44), an inert gas containing no oxygen enters the anode gas line (4) and passes through the anode (A). The gas enters the cathode gas line (9) from the line (5), and flows from the cathode gas line (9) through the inside of the containment vessel (2) to the outside of the containment vessel (2). By forming such a gas flow, the differential pressure between the anode and the cathode, the differential pressure between the cathode and the vessel can be balanced, and the gas passing through the anode is mixed with high-purity N 2 gas containing no oxygen. And oxidation of the anode can be prevented.
【００１１】[0011]
【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。図１は本発明の実施例を示す全体構成図
である。この図において、１は燃料電池本体でアノー
ド、カソード、電解質などを１つのセルとし、これらを
多数積層したものである。２は１を収納する格納容器、
３は負荷運転時Ｈ2 、ＣＯを含む燃料をアノードガスと
して燃料電池（ＦＣ）に供給するアノードガスラインの
入口側、５はそのアノードガスラインの出口側、７は負
荷運転時Ｏ2 を含む酸化性ガスをカソードガスとして燃
料電池に供給するカソードガスラインの入口側、９はそ
のカソードガスラインの出口側、１１は数％のＯ2 を含
むＮ2 ガス等を容器２に供給するライン、１４はその排
出ラインである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of the present invention. In this figure, reference numeral 1 denotes a fuel cell main body in which an anode, a cathode, an electrolyte and the like are formed as one cell, and a number of these are stacked. 2 is a storage container for storing 1,
Reference numeral 3 denotes an inlet side of an anode gas line for supplying fuel containing H 2 and CO as anode gas to a fuel cell (FC) during load operation, 5 denotes an outlet side of the anode gas line, and 7 includes O 2 during load operation. An inlet side of a cathode gas line for supplying an oxidizing gas as a cathode gas to the fuel cell, 9 is an outlet side of the cathode gas line, 11 is a line for supplying N 2 gas containing several% of O 2 to the container 2, 14 is the discharge line.
【００１２】また、１９は酸素を含まない高純度のＮ2
ガスを供給するライン、２０は停止中ＦＣの差圧制御の
ためにアノードガスラインにＮ2 ガスを供給するライ
ン、２５は同様にカソードガスラインにＮ2 ガスを供給
するライン、２２は停止中ＦＣの差圧制御の結果、Ｎ2
ガスをアノードガスラインから放出するライン、２８は
同様にカソードガスラインからＮ2 ガスを放出するため
のラインである。Further, 19 is a high-purity N 2 containing no oxygen.
Line for supplying gas, 20 line for supplying the N 2 gas to the anode gas line for the differential pressure control of the FC stop, 25 line for supplying the N 2 gas in the same manner as the cathode gas line 22 is stopped As a result of FC differential pressure control, N 2
A line 28 for discharging gas from the anode gas line, and a line 28 for discharging N 2 gas from the cathode gas line.
【００１３】更に本発明によれば、第１の開放弁３６を
有し燃料電池のアノードガスライン３に酸素を含まない
不活性ガスを供給するライン３５と、第２の開放弁３９
を有しアノードガスライン５と燃料電池のカソードガス
ライン９とを連通させるライン３８と、第３の開放弁４
１を有しカソードガスライン９と格納容器２内とを連通
させるライン４０と、第４の開放弁４４を有し格納容器
２内を外部に連通させるライン４２と、アノードガスラ
イン５とカソードガスライン９との差圧を検出する第１
の差圧検出器３１と、カソードガスライン９と格納容器
２内との差圧を検出する第２の差圧検出器３３とを備え
ている。開放弁３６、３９、４１、４４は電磁力或いは
パイロット圧力により短時間に開閉ができる開閉弁であ
る。通常の遮断弁と同一のものであっても良いが、停
電、地震等の緊急時にはバネ力等により自動的に開放す
るのが良い。また、ライン３５、３８、４０、４２は緊
急時のガスの流れによる圧力損失が十分小さいように定
めるのが良い。Further, according to the present invention, a line 35 having a first opening valve 36 for supplying an inert gas containing no oxygen to the anode gas line 3 of the fuel cell, and a second opening valve 39
A line 38 for communicating the anode gas line 5 with the cathode gas line 9 of the fuel cell;
1, a line 40 for connecting the cathode gas line 9 with the inside of the storage container 2, a line 42 having a fourth opening valve 44 for connecting the inside of the storage container 2 to the outside, an anode gas line 5 and a cathode gas First to detect the pressure difference with line 9
, And a second differential pressure detector 33 for detecting a differential pressure between the cathode gas line 9 and the inside of the storage container 2. The opening valves 36, 39, 41, and 44 are opening and closing valves that can be opened and closed in a short time by electromagnetic force or pilot pressure. It may be the same as a normal shut-off valve, but it is better to open it automatically by a spring force or the like in an emergency such as a power failure or earthquake. Also, the lines 35, 38, 40, and 42 are preferably set so that the pressure loss due to the gas flow in an emergency is sufficiently small.
【００１４】図１に示した実施例の使用において、燃料
電池１の停止中にはアノードガス供給遮断弁４、同排出
遮断弁６、カソードガス供給遮断弁８、同排出遮断弁１
０を全閉とする（図で黒塗りして全閉を示す）。アノー
ド・カソード間の差圧、カソード・容器間の差圧はそれ
ぞれ３１、３２と同様の方法により検出し（図示せ
ず）、いづれかの値が規定値に達するとそれぞれの制御
装置（図示せず）からの信号によりライン２０に設けら
れた遮断弁２１を開きオリフィスなどの流量制限体２１
ａにより限定された流量の酸素を含まない高純度のＮ2
ガスをアノードガスラインの入口側３に供給し、ライン
２２から差圧制御弁２３、遮断弁２４を通じて排出する
ことによりアノード・カソード間の差圧を制御する。こ
の場合、規定値以上の差圧が発生しなければ、遮断弁２
１、２４は全閉としておき、Ｎ2 ガスの消費量を必要最
小限に抑制する。なお、図１と異なりライン２２をアノ
ードガスラインの入口側３に設ける場合には高純度のＮ
2 ガスをアノードガスラインの出口側５に供給するのが
良い。In the use of the embodiment shown in FIG. 1, while the fuel cell 1 is stopped, the anode gas supply cutoff valve 4, the exhaust gas cutoff valve 6, the cathode gas supply cutoff valve 8, and the discharge gas cutoff valve 1
0 is fully closed (shown in black in the figure to indicate fully closed). The differential pressure between the anode and the cathode and the differential pressure between the cathode and the vessel are detected in the same manner as in 31 and 32, respectively (not shown), and when any of the values reaches a specified value, the respective control device (not shown) is used. ), The shutoff valve 21 provided in the line 20 is opened, and the flow restricting body 21 such as an orifice is opened.
a high-purity oxygen-free N 2 at a flow rate limited by a
Gas is supplied to the inlet side 3 of the anode gas line, and discharged from the line 22 through a differential pressure control valve 23 and a shutoff valve 24 to control the differential pressure between the anode and the cathode. In this case, if a differential pressure equal to or greater than the specified value does not occur, the shut-off valve 2
1 and 24 are fully closed, and the consumption of N 2 gas is suppressed to a necessary minimum. When the line 22 is provided on the inlet side 3 of the anode gas line, unlike FIG.
Preferably, two gases are supplied to the outlet side 5 of the anode gas line.
【００１５】同様にカソードガスラインにはライン２
５、遮断弁２６、流量制限体２６ａを通じてカソードガ
スラインの入口側７に高純度のＮ2 ガスを供給し、ライ
ン２８から差圧制御弁２９、遮断弁３０を通じて排出し
てカソード・容器間の差圧を制御する。この場合も、規
定値以上の差圧が発生しなければ、遮断弁２６、３０は
全閉としておき、Ｎ2 ガスの消費量を必要最小限に抑制
する。なお、図１と異なりライン２８をカソードガスラ
インの入口側７に設ける場合には高純度のＮ2 ガスをカ
ソードガスラインの出口側９に供給するのが良い。Similarly, the line 2 is connected to the cathode gas line.
5, high-purity N 2 gas is supplied to the inlet side 7 of the cathode gas line through the shut-off valve 26 and the flow restrictor 26a, and is discharged from the line 28 through the differential pressure control valve 29 and the shut-off valve 30, and between the cathode and the container. Control the differential pressure. Also in this case, if a pressure difference equal to or greater than the specified value does not occur, the shutoff valves 26 and 30 are fully closed, and the consumption of N 2 gas is suppressed to a minimum. When the line 28 is provided on the inlet side 7 of the cathode gas line, unlike FIG. 1, high-purity N 2 gas is preferably supplied to the outlet side 9 of the cathode gas line.
【００１６】また、数％の酸素を含むＮ2 ガスをライン
１１から遮断弁１２、流量制限体１２ａを通じて格納容
器２内に供給し、ライン１４から排出している。この場
合、容器内圧力を圧力検出器１７にて検出し、圧力調節
器１８からの信号で圧力調節弁１５を制御することによ
り格納容器内の圧力を一定値にしている。Further, N 2 gas containing several percent of oxygen is supplied into the containment vessel 2 from the line 11 through the shut-off valve 12 and the flow restricting body 12a, and discharged from the line 14. In this case, the pressure in the storage container is made constant by detecting the pressure in the container with the pressure detector 17 and controlling the pressure control valve 15 with a signal from the pressure controller 18.
【００１７】以上の構成および方法により、燃料電池の
停止中、燃料電池の差圧は一定の範囲内を超えないよう
に制御されているが、何らかの異常により燃料電池の差
圧が異常に大きくなった場合には、第１差圧検出器又は
第２差圧検出器により所定の差圧を検出して、前記第
１、第２、第３、及び第４の開放弁を開放して過大差圧
を防止する。すなわち、開放弁３６、３９、４１、及び
４４を開放し、流量制限体３６ａにより制限された流量
の高純度Ｎ2 ガスをライン３５を通じてアノードガスラ
イン３（又は５）に供給し、アノードガスライン５（又
は３）からライン３８を介してアノードガスラインとカ
ソードガスラインを連通させ、更にライン４０を介して
カソードガスラインと格納容器内とを連通させる。更
に、ライン１４、開放弁４４を介して制限された流量の
容器内ガスをライン４５から放出することによりライン
３５からアノードを通り、アノードガスラインからカソ
ードガスラインに入り、カソードガスラインから容器内
を通り容器外へ流れるガスの流れを形成し、アノード・
カソード間の差圧、カソード・容器間の差圧をバランス
させることができる。従って、ガス流れに必要なわずか
な差圧は残るが、アノードを通るガスを高純度のＮ2 ガ
スとすることができ、アノードの酸化を防止することが
できる。According to the above configuration and method, while the fuel cell is stopped, the pressure difference of the fuel cell is controlled so as not to exceed a predetermined range. However, due to some abnormality, the pressure difference of the fuel cell becomes abnormally large. In this case, a predetermined differential pressure is detected by the first differential pressure detector or the second differential pressure detector, and the first, second, third, and fourth release valves are opened, and an excessive differential pressure is detected. Prevent pressure. That is, the opening valves 36, 39, 41, and 44 are opened, and the high-purity N 2 gas at a flow rate restricted by the flow rate restricting body 36a is supplied to the anode gas line 3 (or 5) through the line 35, and the anode gas line From 5 (or 3), the anode gas line and the cathode gas line communicate with each other via the line 38, and further, the cathode gas line communicates with the inside of the storage container via the line 40. Further, the gas in the vessel at a limited flow rate is discharged from the line 45 through the anode through the line 35, the cathode gas line from the anode gas line, and the inside of the vessel from the cathode gas line. To form a gas flow flowing out of the container through the anode
The differential pressure between the cathode and the differential pressure between the cathode and the container can be balanced. Therefore, although a slight pressure difference required for the gas flow remains, the gas passing through the anode can be high-purity N 2 gas, and oxidation of the anode can be prevented.
【００１８】なお、ライン３８を介してアノードガスラ
インと格納容器内とを直接連通させてもよい。また、流
量制限体１２ａ、２１ａ、２６ａ、３６ａを流量調節弁
に代えても効果は同じである。更に、通常の停止中の差
圧制御設備、すなわちライン２０、２５、ライン２２、
２８の系統を取り除き、本発明による方法を実施する装
置のみとすることもできる。The anode gas line may be directly connected to the inside of the storage container via the line 38. The same effect can be obtained by replacing the flow restrictors 12a, 21a, 26a, 36a with flow control valves. In addition, the differential pressure control equipment during normal shutdown, ie lines 20, 25, line 22,
It is also possible to eliminate the 28 systems and only have a device for performing the method according to the invention.
【００１９】図２は本発明の別の実施例を示す全体構成
図である。この図は、燃料電池２個とカソード循環系
（ライン４６、ブロア４７などを含む）をひとまとめに
して遮断弁４、６、８、１０により仕切り、停止中の差
圧を制御する場合の実施例である。なお、その他の点で
は図１と同様であり、図の簡略化のため符号および制御
系を省略している。また、図２における運転方法も、図
１と同様である。更に、図２では燃料電池が２個の場合
を示したが燃料電池が３個以上でも同様である。FIG. 2 is an overall configuration diagram showing another embodiment of the present invention. This figure shows an embodiment in which two fuel cells and a cathode circulation system (including a line 46, a blower 47, etc.) are collectively separated by shut-off valves 4, 6, 8, and 10, and a differential pressure during stop is controlled. It is. In other respects, the configuration is the same as that of FIG. 1, and reference numerals and control systems are omitted for simplification of the drawing. The operation method in FIG. 2 is the same as that in FIG. Further, FIG. 2 shows a case where there are two fuel cells, but the same applies to a case where there are three or more fuel cells.
【００２０】図３は、アノード・カソード間の連通ライ
ン３８の別の好ましい実施例である。開放弁３９が通常
負荷運転中に漏洩すると可燃性ガスと酸化性ガスの混合
が生じ、極めて危険であるので、これを防止するための
一方策を示したものである。すなわち、連通のための遮
断弁を２個設け（３９ａ、３９ｂ）、その中間から大気
にベントするベント弁３９ｃを設け、通常負荷運転中に
は遮断弁３９ａ、３９ｂを全閉、ベント弁３９ｃを大気
開放しておく。これによりアノードガスとカソードガス
の混合を本質的に防止することができる。図３におい
て、アノード・カソード間を連通する場合には、逆にベ
ント弁３９ｃを全閉し、遮断弁３９ａ、３９ｃを全開す
る。FIG. 3 shows another preferred embodiment of the communication line 38 between the anode and the cathode. If the release valve 39 leaks during normal load operation, a mixture of flammable gas and oxidizing gas is generated, which is extremely dangerous. Therefore, one measure for preventing this is shown. That is, two shut-off valves for communication are provided (39a, 39b), a vent valve 39c for venting to the atmosphere from the middle is provided, and during normal load operation, the shut-off valves 39a, 39b are fully closed, and the vent valve 39c is closed. Keep open to the atmosphere. Thereby, mixing of the anode gas and the cathode gas can be essentially prevented. In FIG. 3, when communicating between the anode and the cathode, the vent valve 39c is fully closed and the shutoff valves 39a and 39c are fully opened.
【００２１】更に、第１差圧検出器３１及び第２差圧検
出器３３により差圧の低減を検出し、第１、第２、第
３、及び第４の開放弁３６、３９、４１、４４を再び閉
鎖する、ことをが好ましい。これにより燃料電池を差圧
異常の発生前の状態に復帰させることができる。Further, the reduction of the differential pressure is detected by the first differential pressure detector 31 and the second differential pressure detector 33, and the first, second, third and fourth opening valves 36, 39, 41, Preferably, 44 is closed again. Thus, the fuel cell can be returned to the state before the occurrence of the differential pressure abnormality.
【００２２】上述した本発明によれば、第２開放弁を開
放することによりアノードガスラインと燃料電池のカソ
ードガスラインとが連通され、第３開放弁を開放するこ
とによりカソードガスラインと格納容器内とが連通され
るので、燃料電池の運転停止中にアノードガスライン、
カソードガスライン、格納容器内を均圧にすることがで
きる。また、同時に第１開放弁及び第４開放弁を開放す
ることにより、酸素を含まない不活性ガスがアノードガ
スラインに入り、アノードを通過後にアノードガスライ
ンからカソードガスラインに入り、カソードガスライン
から格納容器内を通り格納容器の外へ流れる。かかるガ
スの流れが形成されることにより、アノード・カソード
間の差圧、カソード・容器間の差圧をバランスさせるこ
とができ、かつアノードを通るガスを酸素を含まない高
純度のＮ2 ガスとすることができ、アノードの酸化を防
止することができる。According to the present invention described above, the anode gas line and the cathode gas line of the fuel cell are communicated by opening the second opening valve, and the cathode gas line and the storage container are opened by opening the third opening valve. Inside, the anode gas line,
The pressure inside the cathode gas line and the containment vessel can be equalized. At the same time, by opening the first opening valve and the fourth opening valve, an inert gas containing no oxygen enters the anode gas line, enters the cathode gas line from the anode gas line after passing through the anode, and enters from the cathode gas line. It flows out of the containment through the containment. By forming such a gas flow, the differential pressure between the anode and the cathode, the differential pressure between the cathode and the vessel can be balanced, and the gas passing through the anode is mixed with high-purity N 2 gas containing no oxygen. And oxidation of the anode can be prevented.
【００２３】[0023]
【発明の効果】従って、上述した本発明の方法によれ
ば、燃料電池の運転停止中にアノードガスライン、カソ
ードガスライン、格納容器内を均圧にすることができ、
かつ、アノードを酸化させない燃料電池の過大差圧防止
方法を提供することができる。Therefore, according to the method of the present invention described above, it is possible to equalize the pressure in the anode gas line, the cathode gas line, and the storage container while the fuel cell is stopped.
Further, it is possible to provide a method for preventing an excessive differential pressure of a fuel cell without oxidizing an anode.
【図１】本発明の実施例を示す全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の別の実施例を示す全体構成図である。FIG. 2 is an overall configuration diagram showing another embodiment of the present invention.
【図３】アノード・カソード間の連通ラインの別の実施
例である。FIG. 3 is another embodiment of a communication line between the anode and the cathode.
【図４】従来の実施例を示す全体構成図である。FIG. 4 is an overall configuration diagram showing a conventional example.
【図５】燃料電池の構成を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration of a fuel cell.
１ 燃料電池本体 ２ 格納容器 ３、５ アノードガスライン ７、９ カソードガスライン ４、６、８、１０ 遮断弁 １１ 酸素を含むＮ2 ガス供給ライン １４ 容器ガス放出ライン １９ 高純度Ｎ2 ガス供給ライン ３６、３９、４１、４４ 開放弁 ３１、３３ 差圧検出器DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell main body 2 Containment container 3, 5 Anode gas line 7, 9 Cathode gas line 4, 6, 8, 10 Shut-off valve 11 Oxygen-containing N 2 gas supply line 14 Container gas discharge line 19 High-purity N 2 gas supply line 36, 39, 41, 44 Release valve 31, 33 Differential pressure detector
Claims (3)
（１）の入口側のアノードガスライン（３）に酸素を含
まない不活性ガスを供給するライン（３５）と、 第２の開放弁（３９）を有し、燃料電池（１）の出口側
のアノードガスライン（５）と燃料電池（１）の出口側
のカソードガスライン（９）とを連通させるライン（３
８）と、 第３の開放弁（４１）を有し、燃料電池（１）の出口側
のカソードガスライン（９）と格納容器（２）内とを連
通させるライン（４０）と、 第４の開放弁（４４）を有し、前記格納容器（２）内を
外部に連通させるライン（４２）と、 前記燃料電池（１）の出口側のアノードガスライン
（５）とカソードガスライン（９）との差圧を検出する
第１の差圧検出器（３１）と、 前記燃料電池（１）の出口側のカソードガスライン
（９）と格納容器（２）内との差圧を検出する第２の差
圧検出器（３３）とを備え、 前記第１、第２、第３、第４の開放弁（３６，３９，４
１，４４）を閉鎖したまま、アノードガス供給遮断弁
（４）とアノードガス排出遮断弁（６）を全閉してアノ
ードガスライン（３，５）の入口及び出口を遮断すると
共に、カソードガス供給遮断弁（８）とカソードガス排
出遮断弁（１０）を全閉してカソードガスライン（７，
９）の入口及び出口を遮断して燃料電池（１）の運転を
停止し、 燃料電池（１）の運転停止中に、第１差圧検出器（３
１）又は第２差圧検出器（３３）により所定の差圧を検
出して、前記第１、第２、第３、及び第４の開放弁（３
６，３９，４１，４４）を開放する、ことを特徴とする
燃料電池の過大差圧防止方法。A line (35) having a first opening valve (36) for supplying an oxygen-free inert gas to an anode gas line (3) on the inlet side of the fuel cell (1); A line (3) having an open valve (39) for connecting the anode gas line (5) on the outlet side of the fuel cell (1) and the cathode gas line (9) on the outlet side of the fuel cell (1).
8) a line (40) having a third opening valve (41) for communicating the cathode gas line (9) on the outlet side of the fuel cell (1) with the inside of the containment vessel (2); A line (42) for communicating the inside of the storage container (2) to the outside, an anode gas line (5) and a cathode gas line (9) on the outlet side of the fuel cell (1). ), And a differential pressure between the cathode gas line (9) on the outlet side of the fuel cell (1) and the storage container (2). A second differential pressure detector (33), wherein the first, second, third, and fourth release valves (36, 39, 4) are provided.
With the anode gas supply cutoff valve (4) and the anode gas discharge cutoff valve (6) fully closed with the (1, 44) closed, the inlet and outlet of the anode gas lines (3, 5) are shut off, and the cathode gas is cut off. The supply cutoff valve (8) and the cathode gas discharge cutoff valve (10) are fully closed and the cathode gas lines (7,
The operation of the fuel cell (1) is stopped by shutting off the inlet and outlet of 9), and the first differential pressure detector (3) is stopped while the operation of the fuel cell (1) is stopped.
1) or a predetermined differential pressure is detected by the second differential pressure detector (33), and the first, second, third, and fourth opening valves (3) are detected.
6, 39, 41, 44). A method for preventing excessive differential pressure in a fuel cell, comprising:
スライン（５）とカソードガスライン（９）を連結ライ
ンに直列に配置された２つの遮断弁（３９ａ、３９ｂ）
と、該遮断弁（３９ａ、３９ｂ）間を連結するラインを
外部に連通するライン（３８）に設けられた遮断弁（３
９ｃ）とからなり、 第２開放弁（３９）を閉鎖するときには遮断弁（３９
ａ、３９ｂ）を閉鎖し、かつ遮断弁（３９ｃ）を開放
し、 第２開放弁（３９）を開放するときには遮断弁（３９
ａ、３９ｂ）を開放し、かつ遮断弁（３９ｃ）を閉鎖す
る、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の過大
差圧防止方法。2. The second opening valve (39) comprises two shut-off valves (39a, 39b) having an anode gas line (5) and a cathode gas line (9) arranged in series with a connection line.
And a shutoff valve (3) provided on a line (38) connecting a line connecting the shutoff valves (39a, 39b) to the outside.
9c). When closing the second opening valve (39), the shutoff valve (39)
a, 39b) are closed, the shut-off valve (39c) is opened, and the second open valve (39) is opened when the shut-off valve (39) is opened.
2. The method for preventing an excessive pressure difference of a fuel cell according to claim 1, wherein a and 39b) are opened and a shut-off valve (39c) is closed.
出器（３３）により差圧の低減を検出し、前記第１、第
２、第３、及び第４の開放弁（３６，３９，４１，４
４）を再び閉鎖する、ことを特徴とする請求項１に記載
の燃料電池の過大差圧防止方法。3. A reduction in differential pressure is detected by a first differential pressure detector (31) and a second differential pressure detector (33), and the first, second, third, and fourth release valves ( 36,39,41,4
4. The method according to claim 1, wherein 4) is closed again.
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| JP19802892A JP3244133B2 (en) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | How to prevent excessive differential pressure in fuel cells |
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