JP5678278B2 - 燃料電池システムおよび運転方法 - Google Patents
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Description
スケット10はMEA5とセパレータ7aまたは7cの封止をおこない、セパレータガスケット11はセパレータ7aと7cを封止する。
ードにリークする水素を用い、カソード電極の性能を向上させていた(特許文献5参照)。
生し、流れだしてしまう問題がある。
路内にガス清浄部により清浄化された原料ガスを不活性ガスとして供給する不活性ガス供給弁と、燃料電池の停止時に、遮断弁を閉じガスの流入および排出を停止した後、不活性ガス供給弁を開いて遮断弁と燃料電池との間に位置する第2流路に不活性ガスを注入させる制御部とを備えたのである。
活性ガスを注入させる制御部と、を備えている。
図1は、本発明の実施の形態1における燃料電池システムの中でも高分子電解質型燃料電池の基本構成を示している。燃料電池は、少なくとも水素を含む燃料ガスと空気などの酸素を含む酸化剤ガスをガス拡散電極によって電気化学的に反応させるもので、電気と熱とを同時に発生させるものである。電解質1は水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜等が利用させる。電解質1の両面には、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒反応層2を密着して配置してある。この触媒反応層2aと2cで(化1)と(化2)に示す反応が発生する。少なくとも水素を含む燃料ガスは(化1)に示す反応(以降、アノード反応と称する)し、電解質1を介して移動した水素イオンは、酸化剤ガスと触媒反応層2で(化2)に示す反応(以降、カソード反応と称する)により、水を生成し、このとき電気と熱を生ずる。水素などの燃料ガスの関与する側をアノードと呼び、図ではaを付け表し、空気などの酸化剤ガスの関与する側をカソードと呼び、図ではcを付け表した。さらに触媒反応層2aと2cの外面には、ガス通気性と導電性を兼ね備えた拡散層3aと3cをそれぞれこれに密着して配置する。この拡散層3aと触媒反応層2
aにより電極4aを、拡散層3cと触媒反応層2cにより電極4cを構成する。
酸化剤ガスの排出経路のガスの流れを遮断する。
ラヒドロチオフィン)等のガス付臭剤の除去を行う部材を用いている。付臭剤などの硫黄化合物は燃料電池の触媒に吸着し、触媒毒となり反応を阻害するためである。燃料生成器35では(化9)に示す反応等により、水素と二酸化炭素が生成される。同時に発生する一酸化炭素は、(化10)に示されるようなシフト化反応と(化11)に示されるような一酸化炭素選択酸化反応により、10ppm以下となるように除去される。
となるよう設定させておくと、酸化剤ガスはブロワー39により加湿器41を通った後、スタック38に流れ込む。酸化剤ガスの排ガスは排気管42により外部に排出される。加湿器41として、温水に酸化剤ガスを流すものや、酸化剤ガス中に水を吹き込むもの等が使用できるが、本実施の形態では平膜式の全熱交換型を使用した。これは、排ガス中の水と熱が加湿器41を通過する際に、吸気管40から運ばれ原料となる酸化剤ガス中に移動させるものである。
剤ガスの供給を停止させる。次に遮断弁51と58を閉じ、スタックの燃料ガス経路と酸化剤ガス経路を封入する。また、所定電圧で電力回路部43を制御するようにした。本実施の形態ではスタック38の単セルあたりの電圧が0.5V以上の時は電力回路部43で電流を引き抜き、0.5V未満の時は電流を引き抜かないように制御した。これにより、電極電位が高くなることを防ぐことができるので、電極の溶解などの劣化を防ぐことができるのである。
電極の活性は復元させる。これにより、燃料電池を高性能に維持することができるのである。
実施の形態2の運転方法のフローチャートを図5を用い説明する。基本的な構成や動作は実施の形態1と同じである。(運転工程)と(停止行程1)は実施の形態1と同じである。
要素を設定することにより、発電を行うことができるのである。
実施の形態3の運転方法のフローチャートを図6を用い説明する。基本的な構成や動作は実施の形態1と同じである。(運転工程)は実施の形態1と同じである。
実施の形態4の運転方法のフローチャートを図7を用い説明する。基本的な構成や動作は実施の形態3と同じである。(運転工程)は実施の形態3と同じである。
の向上という効果を有し、高分子電解質膜を用いた発電装置、デバイスに有用である。
2a 触媒反応層(アノード側)
2c 触媒反応層(カソード側)
3a 拡散層(アノード側)
3c 拡散層(カソード側)
4a 電極(アノード側)
4c 電極(カソード側)
7a セパレータ(アノード側)
7c セパレータ(カソード側)
32 ガス清浄部
35 燃料生成器
43 電力回路部
44 制御部
52 電圧測定部
49、51、57、58 遮断弁
59、60 圧力測定部
66、67 温度検出部
Claims (6)
- 電解質、前記電解質を挟む一対の電極、前記電極の一方に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給及び排出し他方に酸素を含有する酸化剤ガスを供給及び排出するためのガス流路を有する一対のセパレータ、を具備している燃料電池と、
前記燃料電池に供給する燃料ガスを原料ガスから生成する燃料生成器と、
前記燃料電池に悪影響を与える成分を原料ガスから除去するガス清浄部と、
前記燃料生成器へ原料ガスを供給する第1流路、及び前記燃料電池へ燃料ガスを供給する第2流路の少なくとも一方に備えられる遮断弁と、
前記遮断弁と前記燃料電池との間に位置する前記第2流路内に前記ガス清浄部により清浄化された原料ガスを不活性ガスとして供給する不活性ガス供給弁と、
前記燃料電池の停止時に、前記遮断弁を閉じガスの流入および排出を停止した後、前記不活性ガス供給弁を開いて前記遮断弁と前記燃料電池との間に位置する前記第2流路に不活性ガスを注入させる制御部と、
を備えた、燃料電池システム。 - 前記制御部は、前記第2流路に不活性ガスを注入させる動作を、前記第2流路のガス体積が減少した場合に実行する、請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料電池の温度を検出する温度検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記第2流路に不活性ガスを注入させる動作を、前記温度検出部で検出された温度が一定温度以上変化した場合に実行する、請求項1または2に記載の燃料電池システム。 - 前記第2流路の圧力を検出する圧力検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記第2流路に不活性ガスを注入する動作を、前記圧力検出部で検出された圧力が一定圧力以上変化した場合に実行する、請求項1または2に記載の燃料電池システム。 - 電解質、前記電解質を挟む一対の電極、前記電極の一方に少なくとも水素を含む燃料ガスを供給及び排出し他方に酸素を含有する酸化剤ガスを供給及び排出するためのガス流路
を有する一対のセパレータ、を具備している燃料電池と、
前記燃料電池に供給する燃料ガスを原料ガスから生成する燃料生成器と、
前記燃料電池に悪影響を与える成分を原料ガスから除去するガス清浄部と、
前記燃料生成器へ原料ガスを供給する第1流路、及び前記燃料電池へ燃料ガスを供給する第2流路の少なくとも一方に備えられる遮断弁と、
前記遮断弁と前記燃料電池との間に位置する前記第2流路内に前記ガス清浄部により清浄化された原料ガスを不活性ガスとして供給する不活性ガス供給弁と、
を有する燃料電池システムの運転方法において、
前記燃料電池の停止時に、前記遮断弁を閉じガスの流入および排出を停止する第1ステップと、前記第1ステップの後に前記不活性ガス供給弁を開いて前記遮断弁と前記燃料電池との間に位置する前記第2流路に不活性ガスを注入させる第2ステップと、を実行する、
燃料電池システムの運転方法。 - 前記第1ステップにおいて前記第2流路に不活性ガスを注入させるのは、前記第2流路のガス体積が減少した場合である、請求項5に記載の燃料電池システムの運転方法。
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