JPH0945351A - 燃料電池発電装置およびその停止方法 - Google Patents
燃料電池発電装置およびその停止方法Info
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- JPH0945351A JPH0945351A JP7191885A JP19188595A JPH0945351A JP H0945351 A JPH0945351 A JP H0945351A JP 7191885 A JP7191885 A JP 7191885A JP 19188595 A JP19188595 A JP 19188595A JP H0945351 A JPH0945351 A JP H0945351A
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- gas
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】燃料電池の負荷運転停止に起因する電池特性の
劣化を抑制できると共に、不活性ガスによるパージに必
要な不活性ガス量を低減する。 【解決手段】燃料電池発電装置は、リン酸を蓄えたマト
リックス層10を挟む位置にアノード極11及びカソー
ド極12を配置した燃料電池1と、アノード極11に燃
料用流路22を介して水素を含む燃料ガスを流通させる
と共に、カソード極12に空気用流路23を介して酸素
を含む酸化剤ガスを流通させる反応ガス供給システム2
とを備えた構成で、空気用流路23におけるカソード極
12を流通した酸化剤ガスが排出される下流側にバルブ
35aを介してカソード極12に不活性ガスを導入する
流入用ライン35を設けると共に、空気用流路23にお
けるカソード極12へ酸化剤ガスを導入する上流側にバ
ルブ36aを介してカソード極12からの不活性ガスを
排出する排出用ライン36とを設ける。
劣化を抑制できると共に、不活性ガスによるパージに必
要な不活性ガス量を低減する。 【解決手段】燃料電池発電装置は、リン酸を蓄えたマト
リックス層10を挟む位置にアノード極11及びカソー
ド極12を配置した燃料電池1と、アノード極11に燃
料用流路22を介して水素を含む燃料ガスを流通させる
と共に、カソード極12に空気用流路23を介して酸素
を含む酸化剤ガスを流通させる反応ガス供給システム2
とを備えた構成で、空気用流路23におけるカソード極
12を流通した酸化剤ガスが排出される下流側にバルブ
35aを介してカソード極12に不活性ガスを導入する
流入用ライン35を設けると共に、空気用流路23にお
けるカソード極12へ酸化剤ガスを導入する上流側にバ
ルブ36aを介してカソード極12からの不活性ガスを
排出する排出用ライン36とを設ける。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、リン酸を電解質
とした燃料電池を備えた燃料電池発電装置およびその停
止方法に係り、特に燃料電池の負荷運転停止時のパージ
方法に関する。
とした燃料電池を備えた燃料電池発電装置およびその停
止方法に係り、特に燃料電池の負荷運転停止時のパージ
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、燃料のもつ化学的エネルギーを直
接、電気エネルギーに変換する燃料電池が知られてい
る。この燃料電池は、通常、対を成す電極(「アノード
極」及び「カソード極」)をリン酸などに代表される電
解質を挟んで配置し、その電解質に接する側に白金など
の触媒を層状に形成した構成で、アノード極(「燃料
極」)に水素などの反応ガス(「燃料ガス」)を接触さ
せると共に、カソード極(「空気極」)に酸素などの反
応ガス(「酸化剤ガス」)を接触させることにより、両
電極側に両反応ガス(気相)、触媒(固相)、及び電解
質(液相)からなる三相界面を形成し、その三相界面で
生じる電気化学的反応を利用して、両電極間から電気エ
ネルギーを取り出して発電するようになっている。
接、電気エネルギーに変換する燃料電池が知られてい
る。この燃料電池は、通常、対を成す電極(「アノード
極」及び「カソード極」)をリン酸などに代表される電
解質を挟んで配置し、その電解質に接する側に白金など
の触媒を層状に形成した構成で、アノード極(「燃料
極」)に水素などの反応ガス(「燃料ガス」)を接触さ
せると共に、カソード極(「空気極」)に酸素などの反
応ガス(「酸化剤ガス」)を接触させることにより、両
電極側に両反応ガス(気相)、触媒(固相)、及び電解
質(液相)からなる三相界面を形成し、その三相界面で
生じる電気化学的反応を利用して、両電極間から電気エ
ネルギーを取り出して発電するようになっている。
【0003】この燃料電池は、通常、発電時には両反応
ガスが供給され、かつ、200℃前後の作動温度に加熱
された状態で負荷運転を行うと共に、発電停止時には負
荷運転を停止して両反応ガスの供給を止める。しかし、
両反応ガスの供給を停止しても、両電極の触媒に吸着し
た水素や酸素がそのまま電池内に残留してしまうので、
このように残留した水素や酸素の解離反応により両電極
間には電解質に対する電位が維持される。特に、カソー
ド極では、触媒を担うカーボン粉末の腐食が進んだり、
触媒自体の結晶粒子径が成長(シンタリング)したりす
る。このことが、触媒の活性を低下させ、電池の特性を
劣化させる要因となっていた。
ガスが供給され、かつ、200℃前後の作動温度に加熱
された状態で負荷運転を行うと共に、発電停止時には負
荷運転を停止して両反応ガスの供給を止める。しかし、
両反応ガスの供給を停止しても、両電極の触媒に吸着し
た水素や酸素がそのまま電池内に残留してしまうので、
このように残留した水素や酸素の解離反応により両電極
間には電解質に対する電位が維持される。特に、カソー
ド極では、触媒を担うカーボン粉末の腐食が進んだり、
触媒自体の結晶粒子径が成長(シンタリング)したりす
る。このことが、触媒の活性を低下させ、電池の特性を
劣化させる要因となっていた。
【0004】そこで、近年、負荷運転停止時に燃料電池
内に残留した電位による電池特性劣化を防止するため、
通常、燃料電池の負荷運転を停止するときに、窒素ボン
ベ(加圧ボンベ)から供給される窒素で燃料電池の上流
側から下流側にパージを実施すると共に、電極間に電気
抵抗を接続して負荷を取って触媒層内に吸着された反応
ガスを除去するようになっている。
内に残留した電位による電池特性劣化を防止するため、
通常、燃料電池の負荷運転を停止するときに、窒素ボン
ベ(加圧ボンベ)から供給される窒素で燃料電池の上流
側から下流側にパージを実施すると共に、電極間に電気
抵抗を接続して負荷を取って触媒層内に吸着された反応
ガスを除去するようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た負荷運転停止時のパージ方法にあっては、カソード極
側に残留した酸素を十分に除去するために多量の窒素を
供給する必要があった。このため、供給窒素量に比例し
て窒素ボンベの本数が増加し、その窒素ボンベが占める
設置容積が大きくなって、燃料電池発電装置が大型化
し、又はパージに必要な窒素を確保できないといった不
都合があった。特に、ビルの地下などの限られた空間内
に配置される、例えば都市型を志向した燃料電池発電装
置では、配置上の物理的制約を受けて、設置できる窒素
ボンベの本数も制限されてしまうので、反応ガスを十分
にパージできない。
た負荷運転停止時のパージ方法にあっては、カソード極
側に残留した酸素を十分に除去するために多量の窒素を
供給する必要があった。このため、供給窒素量に比例し
て窒素ボンベの本数が増加し、その窒素ボンベが占める
設置容積が大きくなって、燃料電池発電装置が大型化
し、又はパージに必要な窒素を確保できないといった不
都合があった。特に、ビルの地下などの限られた空間内
に配置される、例えば都市型を志向した燃料電池発電装
置では、配置上の物理的制約を受けて、設置できる窒素
ボンベの本数も制限されてしまうので、反応ガスを十分
にパージできない。
【0006】この発明は、このような従来の問題を改善
するもので、燃料電池の負荷運転停止に起因する電池特
性の劣化を抑制できると共に、不活性ガスによるパージ
に必要な不活性ガス量を低減できる燃料電池発電装置お
よびその停止方法を提供することを、目的とする。
するもので、燃料電池の負荷運転停止に起因する電池特
性の劣化を抑制できると共に、不活性ガスによるパージ
に必要な不活性ガス量を低減できる燃料電池発電装置お
よびその停止方法を提供することを、目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明に係る燃料電池発電装置は、リ
ン酸を電解質として形成された電解質層を挟む位置にア
ノード極及びカソード極を配置した燃料電池セルに、上
記アノード極に第1の流路を介して水素を含む燃料ガス
を流通させると共に、上記カソード極に第2の流路を介
して酸素を含む酸化剤ガスを流通させることにより、上
記アノード極及びカソード極間から電気エネルギーを取
り出して上記燃料電池セルの負荷運転を行う構成とし、
上記第2の流路における上記カソード極を流通した酸化
剤ガスが排出される下流側にバルブを介して上記カソー
ド極に不活性ガスを導入する不活性ガス流入ラインを設
けると共に、上記第2の流路における上記カソード極へ
酸化剤ガスを導入する上流側にバルブを介して上記カソ
ード極からの不活性ガスを排出する不活性ガス排出ライ
ンを設けている。
に、請求項1記載の発明に係る燃料電池発電装置は、リ
ン酸を電解質として形成された電解質層を挟む位置にア
ノード極及びカソード極を配置した燃料電池セルに、上
記アノード極に第1の流路を介して水素を含む燃料ガス
を流通させると共に、上記カソード極に第2の流路を介
して酸素を含む酸化剤ガスを流通させることにより、上
記アノード極及びカソード極間から電気エネルギーを取
り出して上記燃料電池セルの負荷運転を行う構成とし、
上記第2の流路における上記カソード極を流通した酸化
剤ガスが排出される下流側にバルブを介して上記カソー
ド極に不活性ガスを導入する不活性ガス流入ラインを設
けると共に、上記第2の流路における上記カソード極へ
酸化剤ガスを導入する上流側にバルブを介して上記カソ
ード極からの不活性ガスを排出する不活性ガス排出ライ
ンを設けている。
【0008】請求項2記載の発明では、前記燃料電池セ
ルの負荷運転を停止したときに前記不活性ガスを前記不
活性ガス流入ラインから前記第2の流路を介して前記カ
ソード極に流入させ且つその流入させた不活性ガスを上
記第2の流路を介して上記不活性ガス排出ラインから排
出させると共に、上記不活性ガスを前記第1の流路を介
して上記アノード極の上流側から当該アノード極に流入
させる不活性ガス供給手段と、この不活性ガス供給手段
により上記不活性ガスが上記アノード極に流入されてい
る間に当該アノード極及びカソード極間に負荷を与える
負荷手段とを更に備えている。
ルの負荷運転を停止したときに前記不活性ガスを前記不
活性ガス流入ラインから前記第2の流路を介して前記カ
ソード極に流入させ且つその流入させた不活性ガスを上
記第2の流路を介して上記不活性ガス排出ラインから排
出させると共に、上記不活性ガスを前記第1の流路を介
して上記アノード極の上流側から当該アノード極に流入
させる不活性ガス供給手段と、この不活性ガス供給手段
により上記不活性ガスが上記アノード極に流入されてい
る間に当該アノード極及びカソード極間に負荷を与える
負荷手段とを更に備えている。
【0009】請求項3記載の発明では、前記不活性ガス
供給手段は、前記カソード極への不活性ガスの流入時間
よりも長い時間、前記アノード極に不活性ガスを流入さ
せる手段である。
供給手段は、前記カソード極への不活性ガスの流入時間
よりも長い時間、前記アノード極に不活性ガスを流入さ
せる手段である。
【0010】請求項4記載の発明では、前記不活性ガス
供給手段は、前記カソード極への不活性ガスの流入停止
前に前記アノード極に流入させていた不活性ガスの流入
量よりも小さい流入量で上記流入停止後にアノード極に
不活性ガスを流入させる手段である。
供給手段は、前記カソード極への不活性ガスの流入停止
前に前記アノード極に流入させていた不活性ガスの流入
量よりも小さい流入量で上記流入停止後にアノード極に
不活性ガスを流入させる手段である。
【0011】請求項5記載の発明では、前記不活性ガス
供給手段は、前記カソード極及びアノード極への前記不
活性ガスの流入停止後にカソード極及びアノード極の内
の少なくとも一方に不活性ガスを間欠的に流入させる手
段を備えた請求項3記載の燃料電池発電装置。
供給手段は、前記カソード極及びアノード極への前記不
活性ガスの流入停止後にカソード極及びアノード極の内
の少なくとも一方に不活性ガスを間欠的に流入させる手
段を備えた請求項3記載の燃料電池発電装置。
【0012】請求項6記載の発明では、前記不活性ガス
供給手段は、前記燃料電池セルの電圧が所定電圧を超え
たときに前記不活性ガスを前記カソード極及びアノード
極の内の少なくとも一方に流入させる手段を備えてい
る。
供給手段は、前記燃料電池セルの電圧が所定電圧を超え
たときに前記不活性ガスを前記カソード極及びアノード
極の内の少なくとも一方に流入させる手段を備えてい
る。
【0013】請求項7記載の発明では、前記燃料電池セ
ルの負荷運転を停止する前にその燃料電池セルに与えて
いる負荷を下げ且つその下げた負荷における許容電流範
囲内で前記酸素の利用率を上げる手段を更に備えてい
る。
ルの負荷運転を停止する前にその燃料電池セルに与えて
いる負荷を下げ且つその下げた負荷における許容電流範
囲内で前記酸素の利用率を上げる手段を更に備えてい
る。
【0014】また、上記目的を達成するために、請求項
8記載の発明に係る燃料電池発電装置の停止方法は、リ
ン酸を電解質として形成された電解質層を挟む位置にア
ノード極及びカソード極を配置した燃料電池セルに、上
記アノード極に第1の流路を介して水素を含む燃料ガス
を流通させると共に、上記カソード極に第2の流路を介
して酸素を含む酸化剤ガスを流通させることにより、上
記アノード極及びカソード極間から電気エネルギーを取
り出して上記燃料電池セルの負荷運転を行う構成とし、
上記燃料電池セルの負荷運転を停止するときに、上記不
活性ガスを上記第2の流路を介して上記カソード極の上
流側から当該カソード極に流入させるステップと、上記
不活性ガスを上記第1の流路を介して上記アノード極の
上流側から当該アノード極に流入させるステップと、上
記不活性ガスが上記アノード極に流入されている間に当
該アノード極及びカソード極間に負荷を与えるステップ
とを同時に開始するようになっている。
8記載の発明に係る燃料電池発電装置の停止方法は、リ
ン酸を電解質として形成された電解質層を挟む位置にア
ノード極及びカソード極を配置した燃料電池セルに、上
記アノード極に第1の流路を介して水素を含む燃料ガス
を流通させると共に、上記カソード極に第2の流路を介
して酸素を含む酸化剤ガスを流通させることにより、上
記アノード極及びカソード極間から電気エネルギーを取
り出して上記燃料電池セルの負荷運転を行う構成とし、
上記燃料電池セルの負荷運転を停止するときに、上記不
活性ガスを上記第2の流路を介して上記カソード極の上
流側から当該カソード極に流入させるステップと、上記
不活性ガスを上記第1の流路を介して上記アノード極の
上流側から当該アノード極に流入させるステップと、上
記不活性ガスが上記アノード極に流入されている間に当
該アノード極及びカソード極間に負荷を与えるステップ
とを同時に開始するようになっている。
【0015】請求項9記載の発明では、前記燃料電池セ
ルの負荷運転を停止する前に当該燃料電池セルに与えて
いる負荷を下げ、その下げた負荷における許容電流範囲
内で前記酸素の利用率を上げるステップを実施するよう
になっている。
ルの負荷運転を停止する前に当該燃料電池セルに与えて
いる負荷を下げ、その下げた負荷における許容電流範囲
内で前記酸素の利用率を上げるステップを実施するよう
になっている。
【0016】
(第1実施形態)以下、この発明の第1実施形態を図1
〜図4に基づき説明する。
〜図4に基づき説明する。
【0017】図1に示す燃料電池発電装置は、燃料電池
(本発明の燃料電池セル)1と、この燃料電池1の負荷
運転に使用される反応ガスの供給に関する反応ガス供給
システム2と、燃料電池1の負荷運転停止時のパージに
関する不活性ガス供給システム3とを備える。
(本発明の燃料電池セル)1と、この燃料電池1の負荷
運転に使用される反応ガスの供給に関する反応ガス供給
システム2と、燃料電池1の負荷運転停止時のパージに
関する不活性ガス供給システム3とを備える。
【0018】燃料電池1は、容器(スタック)内にセル
を積層配置するリン酸型の燃料電池を適用したもので、
図2に示すように、電解質であるリン酸を蓄えたマトリ
ックス層10と、このマトリックス層10を挟む対を成
す電極、即ちアノード極11及びカソード極12とでセ
ルを構成し、そのセルを炭素材料などの導電性及び気密
性を有する図示しない仕切り板(セパレータプレート)
を介して複数枚、積層配置して形成されている。この燃
料電池1には、アノード極11に通流可能に接続される
燃料供給用のマニホールド(以下、「燃料マニホール
ド」)13と、カソード極12に通流可能に接続される
酸化剤供給用のマニホールド(以下、「空気マニホール
ド」)14とが配設されている。
を積層配置するリン酸型の燃料電池を適用したもので、
図2に示すように、電解質であるリン酸を蓄えたマトリ
ックス層10と、このマトリックス層10を挟む対を成
す電極、即ちアノード極11及びカソード極12とでセ
ルを構成し、そのセルを炭素材料などの導電性及び気密
性を有する図示しない仕切り板(セパレータプレート)
を介して複数枚、積層配置して形成されている。この燃
料電池1には、アノード極11に通流可能に接続される
燃料供給用のマニホールド(以下、「燃料マニホール
ド」)13と、カソード極12に通流可能に接続される
酸化剤供給用のマニホールド(以下、「空気マニホール
ド」)14とが配設されている。
【0019】マトリックス層10は、繊維質シートまた
はシリコンカーバイトなどの鉱物質粉末をポリテトラフ
ルオロチレン(PTFE)等の結着剤で成型して成る、
細孔を有する薄板状の多孔質体であり、この多孔質体内
の多数の細孔中にリン酸をしみ込ませた状態で保持する
ようになっている。
はシリコンカーバイトなどの鉱物質粉末をポリテトラフ
ルオロチレン(PTFE)等の結着剤で成型して成る、
細孔を有する薄板状の多孔質体であり、この多孔質体内
の多数の細孔中にリン酸をしみ込ませた状態で保持する
ようになっている。
【0020】アノード極11及びカソード極12は、カ
ーボンなどから成る薄板状の多孔質体であり、この多孔
質体の細孔が燃料ガス及び酸化剤ガス(空気)をマトリ
ックス層側に効率良く拡散させるための拡散経路となっ
ている。この両電極11、12のマトリックス層10側
には触媒、例えばカーボン粉末に白金粉末を層状に分散
させて成る触媒層11a、12aが設けられている。こ
の触媒層11a、12aの細孔内には、燃料ガス又は酸
化剤ガスの反応ガス(気体)、リン酸(液体)、及び白
金触媒(固体)からなる三相界面が形成される。
ーボンなどから成る薄板状の多孔質体であり、この多孔
質体の細孔が燃料ガス及び酸化剤ガス(空気)をマトリ
ックス層側に効率良く拡散させるための拡散経路となっ
ている。この両電極11、12のマトリックス層10側
には触媒、例えばカーボン粉末に白金粉末を層状に分散
させて成る触媒層11a、12aが設けられている。こ
の触媒層11a、12aの細孔内には、燃料ガス又は酸
化剤ガスの反応ガス(気体)、リン酸(液体)、及び白
金触媒(固体)からなる三相界面が形成される。
【0021】反応ガス供給システム2は、図示しない制
御装置による制御の元で、燃料電池1に両反応ガスを個
別に供給するもので、燃料ガスの供給に関する燃料供給
系20と、酸化剤ガスの供給に関する空気供給系21と
を備える。
御装置による制御の元で、燃料電池1に両反応ガスを個
別に供給するもので、燃料ガスの供給に関する燃料供給
系20と、酸化剤ガスの供給に関する空気供給系21と
を備える。
【0022】燃料供給系20は、天然ガスなどの水素源
を改質反応させて水素濃度の高い燃料ガスを生成する改
質器(図示しない)及び燃料マニホールド13に通流可
能な燃料用流路22を要部に備え、図1に示すように、
改質器による改質後の燃料ガスを燃料用流路22内の電
池入口側の遮断弁22aを介してアノード極11に流入
させると共に、そのアノード極11における反応後の燃
料ガスを燃料用流路22内の電池出口側の遮断弁22b
を介して燃料電池1の外部に排出させるようになってい
る。
を改質反応させて水素濃度の高い燃料ガスを生成する改
質器(図示しない)及び燃料マニホールド13に通流可
能な燃料用流路22を要部に備え、図1に示すように、
改質器による改質後の燃料ガスを燃料用流路22内の電
池入口側の遮断弁22aを介してアノード極11に流入
させると共に、そのアノード極11における反応後の燃
料ガスを燃料用流路22内の電池出口側の遮断弁22b
を介して燃料電池1の外部に排出させるようになってい
る。
【0023】空気供給系21は、酸素源である酸化剤
(空気)を供給する空気ブロア(図示しない)及び空気
マニホールド14に通流可能な酸化剤用流路23を要部
に備え、空気ブロアからの空気を酸化剤用流路23内の
電池入口側の遮断弁23aを介してカソード極12に流
入させると共に、そのカソード極12における反応後の
空気を酸化剤用流路23内の電池出口側の遮断弁23b
を介して燃料電池1の外部に排出させるようになってい
る。遮断弁23a、23bは、後述の不活性ガス供給シ
ステム3の一部を成すものである。
(空気)を供給する空気ブロア(図示しない)及び空気
マニホールド14に通流可能な酸化剤用流路23を要部
に備え、空気ブロアからの空気を酸化剤用流路23内の
電池入口側の遮断弁23aを介してカソード極12に流
入させると共に、そのカソード極12における反応後の
空気を酸化剤用流路23内の電池出口側の遮断弁23b
を介して燃料電池1の外部に排出させるようになってい
る。遮断弁23a、23bは、後述の不活性ガス供給シ
ステム3の一部を成すものである。
【0024】ここで、燃料電池1の発電原理を説明す
る。
る。
【0025】まず、アノード極11には、反応ガス供給
システム2からの改質後の燃料ガスが燃料マニホールド
13を介して供給される。そこで、燃料ガス中の水素が
アノード極11内を拡散し、これが触媒層11a内の触
媒及びマトリックス層10内のリン酸と共に三相界面を
形成し、ここで水素ガス(H2 )は白金の触媒作用によ
り水素イオン(H+ )と電子(e- )とに解離する。こ
のときの水素ガスの解離反応は、
システム2からの改質後の燃料ガスが燃料マニホールド
13を介して供給される。そこで、燃料ガス中の水素が
アノード極11内を拡散し、これが触媒層11a内の触
媒及びマトリックス層10内のリン酸と共に三相界面を
形成し、ここで水素ガス(H2 )は白金の触媒作用によ
り水素イオン(H+ )と電子(e- )とに解離する。こ
のときの水素ガスの解離反応は、
【数1】H2 →2H+ +2e- の式で示される。この水素ガスの解離反応で形成された
水素イオンはマトリックス層10内のリン酸中をカソー
ド極12側に移動し、カソード極12の触媒層12a内
に形成された三相界面に達する。電子は、アノード極1
1から外部回路(図示しない)に流れて電力負荷(図示
しない)を作動させ、カソード極12の触媒層12a内
に形成された三相界面に達する。
水素イオンはマトリックス層10内のリン酸中をカソー
ド極12側に移動し、カソード極12の触媒層12a内
に形成された三相界面に達する。電子は、アノード極1
1から外部回路(図示しない)に流れて電力負荷(図示
しない)を作動させ、カソード極12の触媒層12a内
に形成された三相界面に達する。
【0026】従って、カソード極12には、反応ガス供
給システム2から空気マニホールド14を介して供給さ
れる空気中の酸素が拡散して触媒層12a内の触媒及び
マトリックス層10内のリン酸と共に三相界面を形成
し、ここで酸素(O)がアノード極11からマトリック
ス層を通って移動してきた水素イオン(H+ )と、外部
回路で仕事してきた電子(e- )と反応して水に変化す
る。このときの水素イオンが酸化される反応は、
給システム2から空気マニホールド14を介して供給さ
れる空気中の酸素が拡散して触媒層12a内の触媒及び
マトリックス層10内のリン酸と共に三相界面を形成
し、ここで酸素(O)がアノード極11からマトリック
ス層を通って移動してきた水素イオン(H+ )と、外部
回路で仕事してきた電子(e- )と反応して水に変化す
る。このときの水素イオンが酸化される反応は、
【数2】4H+ +4e- +O2 →2H2 O の式で示される。このように水素イオンが酸化されて水
に変化するときの化学エネルギーが電気エネルギー(直
流電力)に変換されるようになっている。
に変化するときの化学エネルギーが電気エネルギー(直
流電力)に変換されるようになっている。
【0027】不活性ガス供給システム3は、上述の発電
原理に基づいて負荷運転される燃料電池1を停止すると
きに電池1内に残留した反応ガスを不活性ガス(以下、
「窒素」と呼ぶ)を用いてパージするもので、停止手順
に関する全体動作を総括する制御部3aと、この制御部
3aによる制御の元で作動する、窒素を封入した加圧ボ
ンベ30と、この加圧ボンベ30からの窒素を通流可能
な窒素用流路31と、燃料電池1内の両電極間に残留し
た電位を下げるために両電極11、12間に負荷を与え
る電気回路32とを備える。
原理に基づいて負荷運転される燃料電池1を停止すると
きに電池1内に残留した反応ガスを不活性ガス(以下、
「窒素」と呼ぶ)を用いてパージするもので、停止手順
に関する全体動作を総括する制御部3aと、この制御部
3aによる制御の元で作動する、窒素を封入した加圧ボ
ンベ30と、この加圧ボンベ30からの窒素を通流可能
な窒素用流路31と、燃料電池1内の両電極間に残留し
た電位を下げるために両電極11、12間に負荷を与え
る電気回路32とを備える。
【0028】制御部3aは、例えばCPUなどのマイク
ロコンピュータを搭載して成り、燃料電池発電装置の停
止方法に関するアルゴリズムを実行して、システム3内
の各部30〜32の動作時期などを制御する動作指令S
1を出力する。
ロコンピュータを搭載して成り、燃料電池発電装置の停
止方法に関するアルゴリズムを実行して、システム3内
の各部30〜32の動作時期などを制御する動作指令S
1を出力する。
【0029】窒素用流路31は、アノード極11側のラ
イン(以下、便宜上、「水素極側ライン」)33と、カ
ソード極12側のライン(「酸素極側ライン」)34と
を備える。
イン(以下、便宜上、「水素極側ライン」)33と、カ
ソード極12側のライン(「酸素極側ライン」)34と
を備える。
【0030】水素極側ライン33は、燃料用流路22に
おける燃料電池1の上流側に窒素の流入用ラインをバル
ブ(図示しない)を介して通流可能に連絡した構成で、
燃料電池1の負荷運転停止時に制御部3aから動作指令
S1を受けてバルブを開け、流入用ラインを介して燃料
電池1の上流側の燃料用流路22から窒素と共に配管2
2内に残留した改質後の水素をアノード極11内に流入
させるようになっている。ここで、アノード極11への
窒素流入量は、アノード極11の上流側に残留する燃料
量(水素量)に基づいて設定されている。
おける燃料電池1の上流側に窒素の流入用ラインをバル
ブ(図示しない)を介して通流可能に連絡した構成で、
燃料電池1の負荷運転停止時に制御部3aから動作指令
S1を受けてバルブを開け、流入用ラインを介して燃料
電池1の上流側の燃料用流路22から窒素と共に配管2
2内に残留した改質後の水素をアノード極11内に流入
させるようになっている。ここで、アノード極11への
窒素流入量は、アノード極11の上流側に残留する燃料
量(水素量)に基づいて設定されている。
【0031】酸素極側ライン34は、酸化剤用流路23
における燃料電池1の下流側及び上流側に窒素の流入用
ライン35及び排出用ライン36とをバルブ35a、3
6aを介して通流可能に連絡した構成で、燃料電池1の
負荷運転停止時に制御部3aから動作指令S1を受けて
バルブ35a、36aを開け、流入用ライン35を介し
て燃料電池1の下流側の酸化剤用流路23から窒素をカ
ソード極12に流入させることにより、カソード極12
に接する気相中の酸素を上流側の酸化剤用流路23から
排出用ライン36に除去する。ここで、カソード極12
への窒素流入量は、アノード極11への水素の流れが維
持される時間内にカソード極12の酸素を除去可能な量
に予め設定されている。
における燃料電池1の下流側及び上流側に窒素の流入用
ライン35及び排出用ライン36とをバルブ35a、3
6aを介して通流可能に連絡した構成で、燃料電池1の
負荷運転停止時に制御部3aから動作指令S1を受けて
バルブ35a、36aを開け、流入用ライン35を介し
て燃料電池1の下流側の酸化剤用流路23から窒素をカ
ソード極12に流入させることにより、カソード極12
に接する気相中の酸素を上流側の酸化剤用流路23から
排出用ライン36に除去する。ここで、カソード極12
への窒素流入量は、アノード極11への水素の流れが維
持される時間内にカソード極12の酸素を除去可能な量
に予め設定されている。
【0032】電気回路32は、アノード極11及びカソ
ード極12間に接続される所定負荷量の電気抵抗(放電
用抵抗)を要部に備え、燃料電池1の負荷運転停止時に
おける水素極側ライン32による残留した水素のアノー
ド極11への流れが維持されている間に燃料電池1の電
圧が所定電圧まで低下するように、制御部3aから動作
指令S1を受けてアノード極11及びカソード極12間
に電気抵抗を接続して負荷を与える。ここで、両電極1
1、12間に与える負荷の大きさ及びその負荷時間は、
アノード極11への窒素流入量に基づいて予め設定され
ている。
ード極12間に接続される所定負荷量の電気抵抗(放電
用抵抗)を要部に備え、燃料電池1の負荷運転停止時に
おける水素極側ライン32による残留した水素のアノー
ド極11への流れが維持されている間に燃料電池1の電
圧が所定電圧まで低下するように、制御部3aから動作
指令S1を受けてアノード極11及びカソード極12間
に電気抵抗を接続して負荷を与える。ここで、両電極1
1、12間に与える負荷の大きさ及びその負荷時間は、
アノード極11への窒素流入量に基づいて予め設定され
ている。
【0033】ここで、この発明に係る燃料電池発電装置
の停止方法の原理を説明する。
の停止方法の原理を説明する。
【0034】燃料電池1の電圧は酸素濃度で決まる。こ
の酸素濃度としては、カソード極12に接する気相中の
酸素濃度のほか、カソード極12の触媒表面に吸着した
酸素量を考慮する必要がある。従って、負荷運転停止時
における燃料電池1の電圧低下に要する時間を短くする
には、カソード極12に接する気相中の酸素濃度低減に
要する時間と、カソード極12の触媒に吸着した酸素除
去に要する時間との両方を短くする必要がある。
の酸素濃度としては、カソード極12に接する気相中の
酸素濃度のほか、カソード極12の触媒表面に吸着した
酸素量を考慮する必要がある。従って、負荷運転停止時
における燃料電池1の電圧低下に要する時間を短くする
には、カソード極12に接する気相中の酸素濃度低減に
要する時間と、カソード極12の触媒に吸着した酸素除
去に要する時間との両方を短くする必要がある。
【0035】そこで、カソード極12に接する気相中の
酸素濃度の低減に関しては、カソード極12の上流側よ
りも下流側の方が酸素濃度が低い点に着目した。即ち、
燃料電池は上述したように空気中の酸素を消費して発電
しているので、カソード極12の下流側の排出ガス中の
酸素濃度は、電池内の消費酸素量(反応ガスの利用率)
で変動するものの、いずれの利用率であっても少なくと
も上流側の燃料ガス中の酸素濃度よりは低い。
酸素濃度の低減に関しては、カソード極12の上流側よ
りも下流側の方が酸素濃度が低い点に着目した。即ち、
燃料電池は上述したように空気中の酸素を消費して発電
しているので、カソード極12の下流側の排出ガス中の
酸素濃度は、電池内の消費酸素量(反応ガスの利用率)
で変動するものの、いずれの利用率であっても少なくと
も上流側の燃料ガス中の酸素濃度よりは低い。
【0036】従って、パージ時に窒素をカソード極12
の下流側から流入させることにより、上流側よりも低い
酸素濃度を有するガスをカソード極12に送り込むこと
ができ、これにより、上流側から酸素をパージするより
も少ない窒素流入量でより短時間にカソード極12に接
する気相中の酸素濃度を低減できる。
の下流側から流入させることにより、上流側よりも低い
酸素濃度を有するガスをカソード極12に送り込むこと
ができ、これにより、上流側から酸素をパージするより
も少ない窒素流入量でより短時間にカソード極12に接
する気相中の酸素濃度を低減できる。
【0037】次に、触媒に吸着した酸素の除去に関して
は、上述のカソード極12の下流側からのパージに加
え、アノード極11への水素の流れを維持させる点と、
燃料電池に負荷を与えて電池電圧を下げる点に着目し
た。即ち、パージ時に窒素をアノード極11の上流側か
ら流入させると、上流側の流路内に蓄積された水素を含
む改質後の燃料ガスがアノード極11に流れ込み、その
水素蓄積量に応じた時間、アノード極11への燃料ガス
の流れが維持される。
は、上述のカソード極12の下流側からのパージに加
え、アノード極11への水素の流れを維持させる点と、
燃料電池に負荷を与えて電池電圧を下げる点に着目し
た。即ち、パージ時に窒素をアノード極11の上流側か
ら流入させると、上流側の流路内に蓄積された水素を含
む改質後の燃料ガスがアノード極11に流れ込み、その
水素蓄積量に応じた時間、アノード極11への燃料ガス
の流れが維持される。
【0038】従って、アノード極11への燃料ガスの流
れが維持される間に燃料電池1に微小負荷を与えて電圧
を低下させることにより、カソード極12内の酸素が除
去された状態でアノード極11に水素の流れを残すこと
ができ、この水素が水素イオンに解離してリン酸に溶解
してカソード極12側に到達し、カソード極12の触媒
表面に吸着した酸素と反応して水となることから触媒表
面に吸着した酸素を除去できる。これに加えて、アノー
ド極11の電位上昇による転極現象が回避されることか
ら、電圧低下に起因した燃料電池1に対するダメージも
防止できる。
れが維持される間に燃料電池1に微小負荷を与えて電圧
を低下させることにより、カソード極12内の酸素が除
去された状態でアノード極11に水素の流れを残すこと
ができ、この水素が水素イオンに解離してリン酸に溶解
してカソード極12側に到達し、カソード極12の触媒
表面に吸着した酸素と反応して水となることから触媒表
面に吸着した酸素を除去できる。これに加えて、アノー
ド極11の電位上昇による転極現象が回避されることか
ら、電圧低下に起因した燃料電池1に対するダメージも
防止できる。
【0039】ここで、上述の停止方法の原理に基づくパ
ージ時間の設定例を図3及び図4に基づき設定する。
ージ時間の設定例を図3及び図4に基づき設定する。
【0040】図3及び図4は、パージ時間を変えて燃料
電池1の負荷運転停止時の両電極11、12へのパージ
による電池電圧の変化状態を調べたものである。図3に
示すパージ時間T1では、負荷運転停止後の燃料電池1
に与える微小負荷を開放したときに電池電圧が立上って
しまう。これに対し、図4に示すパージ時間T2では、
燃料電池1に与える微小負荷を開放したときでも電池電
圧が立上がらない。このようなパージ時間T1、T2の
違いによる電池電圧の立上り有無は、カソード極12内
に残留している酸素のパージ状態に関係している。
電池1の負荷運転停止時の両電極11、12へのパージ
による電池電圧の変化状態を調べたものである。図3に
示すパージ時間T1では、負荷運転停止後の燃料電池1
に与える微小負荷を開放したときに電池電圧が立上って
しまう。これに対し、図4に示すパージ時間T2では、
燃料電池1に与える微小負荷を開放したときでも電池電
圧が立上がらない。このようなパージ時間T1、T2の
違いによる電池電圧の立上り有無は、カソード極12内
に残留している酸素のパージ状態に関係している。
【0041】即ち、図3に示すパージ時間T1ではパー
ジが不十分で酸素が未だカソード極12に残ってしまう
のに対し、図4に示すパージ時間T2では酸素がカソー
ド極12から十分にパージされている。従って、この実
施形態では、負荷運転停止後に与える負荷を開放したと
きに電池電圧の立上がりが発生しない酸素濃度となるパ
ージ時間T2に設定した。
ジが不十分で酸素が未だカソード極12に残ってしまう
のに対し、図4に示すパージ時間T2では酸素がカソー
ド極12から十分にパージされている。従って、この実
施形態では、負荷運転停止後に与える負荷を開放したと
きに電池電圧の立上がりが発生しない酸素濃度となるパ
ージ時間T2に設定した。
【0042】次に、この実施形態に戻り、燃料電池の負
荷運転停止時の作用を説明する。
荷運転停止時の作用を説明する。
【0043】まず、燃料電池1の負荷運転を実施した後
で停止させたとする。このとき、電池負荷を遮断すると
共に、反応ガスパージ・システム3が作動してパージを
開始する。このパージ開始に際して、酸化剤用流路23
内の両バルブ23a、23bを閉じてから空気極側ライ
ン34の両バルブ35a、36aを開けると共に、アノ
ード極11及びカソード極12間に電気抵抗を接続して
負荷を与える。これにより、カソード極12の下流側か
ら窒素が流入して酸素濃度の低いガスが、カソード極1
2に流れ込むと共に、アノード極12の上流側から窒素
を流入して改質後の水素がアノード極11に送り込まれ
る。
で停止させたとする。このとき、電池負荷を遮断すると
共に、反応ガスパージ・システム3が作動してパージを
開始する。このパージ開始に際して、酸化剤用流路23
内の両バルブ23a、23bを閉じてから空気極側ライ
ン34の両バルブ35a、36aを開けると共に、アノ
ード極11及びカソード極12間に電気抵抗を接続して
負荷を与える。これにより、カソード極12の下流側か
ら窒素が流入して酸素濃度の低いガスが、カソード極1
2に流れ込むと共に、アノード極12の上流側から窒素
を流入して改質後の水素がアノード極11に送り込まれ
る。
【0044】従って、酸素濃度の低いガスがカソード極
12に送り込まれることから、従来よりも少量の窒素で
カソード極11内の酸素が確実にパージされ、電池電圧
を迅速にかつ確実に低下できる。これに加えて、アノー
ド極11には水素の流れを設けているので、電池電圧を
下げるのに必要な電気抵抗による微小負荷量を大きく設
定でき、カソード極12の触媒に吸着した酸素をより確
実に除去でき、この点からも電池電圧を比較的速やかに
且つ電池特性にダメージを受けることなく確実に低下さ
せることができる。
12に送り込まれることから、従来よりも少量の窒素で
カソード極11内の酸素が確実にパージされ、電池電圧
を迅速にかつ確実に低下できる。これに加えて、アノー
ド極11には水素の流れを設けているので、電池電圧を
下げるのに必要な電気抵抗による微小負荷量を大きく設
定でき、カソード極12の触媒に吸着した酸素をより確
実に除去でき、この点からも電池電圧を比較的速やかに
且つ電池特性にダメージを受けることなく確実に低下さ
せることができる。
【0045】以上のようにパージ用の窒素量を低減でき
るので、窒素ボンベの本数も減って、その設置容積も小
さくなり、燃料電池発電装置を比較的コンパクトに構築
できる。例えば、ビルの地下などの限られた空間内でも
設置できる。また、従来と同量の窒素を常備させる場合
には、1本あたりの窒素ボンベの使用時間が増えて、交
換頻度を大幅に減少できる利点もある。
るので、窒素ボンベの本数も減って、その設置容積も小
さくなり、燃料電池発電装置を比較的コンパクトに構築
できる。例えば、ビルの地下などの限られた空間内でも
設置できる。また、従来と同量の窒素を常備させる場合
には、1本あたりの窒素ボンベの使用時間が増えて、交
換頻度を大幅に減少できる利点もある。
【0046】なお、上記実施形態では、制御部が停止方
法に関するアルゴリズムを実行して自動制御する構成と
したが、この発明はこれに限定されるものではなく、上
述の停止方法の原理を実行可能な構成であればよい。例
えば、手動で操作可能な構成であってもよく、手動及び
自動の両方を兼ね備えた構成でもよい。
法に関するアルゴリズムを実行して自動制御する構成と
したが、この発明はこれに限定されるものではなく、上
述の停止方法の原理を実行可能な構成であればよい。例
えば、手動で操作可能な構成であってもよく、手動及び
自動の両方を兼ね備えた構成でもよい。
【0047】(第2実施形態)次に、この発明の第2実
施形態を図5に基づき説明する。
施形態を図5に基づき説明する。
【0048】この実施形態は、図5に示すように、反応
ガスパージ・システム3によるアノード極11へのパー
ジ時間T3をカソード極12へのパージ時間T2よりも
長く設定して実施するものである。これにより、アノー
ド極11内の水素濃度を電気抵抗を解放した時点のアノ
ード極11内の水素濃度よりも高い濃度に維持できるた
め、上述の第1実施形態と同等の作用効果に加え、水素
のリン酸への溶解及び拡散がより一層促進されて、カソ
ード極12の触媒に吸着した酸素をより効果的に除去で
き、カソード極12の電位をより確実に低下できる。従
って、窒素の使用量を減らしても、カソード極12の電
位を確実に低下でき、装置をコンパクト化できる。
ガスパージ・システム3によるアノード極11へのパー
ジ時間T3をカソード極12へのパージ時間T2よりも
長く設定して実施するものである。これにより、アノー
ド極11内の水素濃度を電気抵抗を解放した時点のアノ
ード極11内の水素濃度よりも高い濃度に維持できるた
め、上述の第1実施形態と同等の作用効果に加え、水素
のリン酸への溶解及び拡散がより一層促進されて、カソ
ード極12の触媒に吸着した酸素をより効果的に除去で
き、カソード極12の電位をより確実に低下できる。従
って、窒素の使用量を減らしても、カソード極12の電
位を確実に低下でき、装置をコンパクト化できる。
【0049】なお、この実施形態の変形例として、図6
に示すように、アノード極11への窒素流入量をカソー
ド極12へのパージ終了後に小さく設定して実施しても
よい。この場合には、上記効果に加え、窒素量をより低
減できる利点がある。
に示すように、アノード極11への窒素流入量をカソー
ド極12へのパージ終了後に小さく設定して実施しても
よい。この場合には、上記効果に加え、窒素量をより低
減できる利点がある。
【0050】また、上記第1又は第2実施形態の変形例
として、図7に示すように、アノード極11内の水素濃
度を高濃度に維持したり、カソード極12に未だ残留し
ている酸素をパージするために、窒素流入終了後に再び
間欠的にパージを実施してもよい。この場合には、上記
効果に加え、カソード極12の触媒に吸着した酸素をよ
り一層確実に除去できる利点がある。さらに、燃料電池
の電圧が所定電圧を超えたときに前記カソード極12及
びアノード極11の内の少なくとも一方に窒素を間欠的
に流入させてもよい。
として、図7に示すように、アノード極11内の水素濃
度を高濃度に維持したり、カソード極12に未だ残留し
ている酸素をパージするために、窒素流入終了後に再び
間欠的にパージを実施してもよい。この場合には、上記
効果に加え、カソード極12の触媒に吸着した酸素をよ
り一層確実に除去できる利点がある。さらに、燃料電池
の電圧が所定電圧を超えたときに前記カソード極12及
びアノード極11の内の少なくとも一方に窒素を間欠的
に流入させてもよい。
【0051】(第3実施形態)次に、この発明の第3実
施形態を説明する。
施形態を説明する。
【0052】一般にカソード極12の出口側の酸素濃度
は酸素の利用率で決まるため、その酸素利用率を高める
ことで電池の下流側の酸素濃度を低減できる。しかし、
酸素利用率を高めると、高負荷であれば電池内の電流分
布に許容範囲を超えた大きな変動(ばらつき)が生じ
る。そこで、この実施形態では、酸素利用率を高めても
電流分布が許容範囲内となるように燃料電池1に与える
負荷を低下させてから、酸素利用率を上げる点に着目し
た。
は酸素の利用率で決まるため、その酸素利用率を高める
ことで電池の下流側の酸素濃度を低減できる。しかし、
酸素利用率を高めると、高負荷であれば電池内の電流分
布に許容範囲を超えた大きな変動(ばらつき)が生じ
る。そこで、この実施形態では、酸素利用率を高めても
電流分布が許容範囲内となるように燃料電池1に与える
負荷を低下させてから、酸素利用率を上げる点に着目し
た。
【0053】例えば、定格電流で運転中の燃料電池を停
止するときに、その停止前に定格負荷を1/4倍に下げ
てから、酸素利用率を定格利用率50〜60%から90
%に上昇させる。これにより、カソード極12の出口側
に酸素濃度がより一層低くなったガスを生成させること
ができる。
止するときに、その停止前に定格負荷を1/4倍に下げ
てから、酸素利用率を定格利用率50〜60%から90
%に上昇させる。これにより、カソード極12の出口側
に酸素濃度がより一層低くなったガスを生成させること
ができる。
【0054】この状態で燃料電池1の負荷運転を止め
て、上記第1又は第2実施形態と同様にカソード極12
の下流側から窒素によるパージを行うと、酸素濃度がよ
り一層低くなったガスをカソード極12の下流側から送
り込むことができるので、上記第1又は第2実施形態と
同等の作用効果に加え、カソード極12の窒素によるパ
ージ時間をより一層短縮でき、使用窒素量を大幅に低減
できる。
て、上記第1又は第2実施形態と同様にカソード極12
の下流側から窒素によるパージを行うと、酸素濃度がよ
り一層低くなったガスをカソード極12の下流側から送
り込むことができるので、上記第1又は第2実施形態と
同等の作用効果に加え、カソード極12の窒素によるパ
ージ時間をより一層短縮でき、使用窒素量を大幅に低減
できる。
【0055】
【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る燃
料電池発電装置にあっては、カソード極への不活性ガス
の導入を燃料電池セルの下流側から行うための配管構成
(不活性ガス流入ライン、不活性ガス排出ライン)とし
たため、第2の流路におけるカソード極の上流側よりも
酸素濃度の低い下流側の酸化剤ガスを不活性ガスと共に
カソード極に送り込むことができる。従って、燃料電池
セルの負荷運転停止時のカソード極の酸素濃度の低減時
間を大幅に短縮できるので、電池電圧をすばやく低下で
き、これにより、パージ用の不活性ガス量を大幅に低減
できる。従って、不活性ガス用のボンベの交換頻度が減
って長期使用が可能となると共に、ボンベ置き場の配置
面積が減ることから燃料電池発電装置を比較的コンパク
トに構築でき、このようなコンパクト化の利点は、ビル
の地下等の限られた空間内に設置する場合により一層発
揮される。
料電池発電装置にあっては、カソード極への不活性ガス
の導入を燃料電池セルの下流側から行うための配管構成
(不活性ガス流入ライン、不活性ガス排出ライン)とし
たため、第2の流路におけるカソード極の上流側よりも
酸素濃度の低い下流側の酸化剤ガスを不活性ガスと共に
カソード極に送り込むことができる。従って、燃料電池
セルの負荷運転停止時のカソード極の酸素濃度の低減時
間を大幅に短縮できるので、電池電圧をすばやく低下で
き、これにより、パージ用の不活性ガス量を大幅に低減
できる。従って、不活性ガス用のボンベの交換頻度が減
って長期使用が可能となると共に、ボンベ置き場の配置
面積が減ることから燃料電池発電装置を比較的コンパク
トに構築でき、このようなコンパクト化の利点は、ビル
の地下等の限られた空間内に設置する場合により一層発
揮される。
【0056】例えば、請求項2〜9記載の発明に係る燃
料電池発電装置またはその停止方法では、上記に加え、
第1の流路におけるアノード極の上流側から不活性ガス
と共に残留した燃料ガスをアノード極に送り込むと共
に、この燃料ガスの流れが維持される間にアノード極及
びカソード極間に負荷を与えるようにしたため、上記効
果に加え、燃料ガス中の水素がリン酸中に溶解・拡散し
てカソード極側の触媒に付着した酸素を除去することか
ら、電池特性に殆どダメージを与えることなく迅速に電
池電圧を低下させることができ、カソード極の酸素濃度
低減に関する上記利点をより一層効果的に発揮させるこ
とができる。
料電池発電装置またはその停止方法では、上記に加え、
第1の流路におけるアノード極の上流側から不活性ガス
と共に残留した燃料ガスをアノード極に送り込むと共
に、この燃料ガスの流れが維持される間にアノード極及
びカソード極間に負荷を与えるようにしたため、上記効
果に加え、燃料ガス中の水素がリン酸中に溶解・拡散し
てカソード極側の触媒に付着した酸素を除去することか
ら、電池特性に殆どダメージを与えることなく迅速に電
池電圧を低下させることができ、カソード極の酸素濃度
低減に関する上記利点をより一層効果的に発揮させるこ
とができる。
【図1】第1〜第3実施形態の燃料電池発電装置の要部
構成を示す概略全体図。
構成を示す概略全体図。
【図2】第1〜第3実施形態の燃料電池の要部構成を示
す概略図。
す概略図。
【図3】第1実施形態の負荷運停止後のカソード極への
パージが不十分な場合の電池電圧の変化を説明する図。
パージが不十分な場合の電池電圧の変化を説明する図。
【図4】第1実施形態の負荷運停止後のカソード極への
パージが十分な場合の電池電圧の変化を説明する図。
パージが十分な場合の電池電圧の変化を説明する図。
【図5】第2実施形態のパージ方法を説明する図。
【図6】第2実施形態の変形例のパージ方法を説明する
図。
図。
【図7】第1又は第2実施形態の変形例のパージ方法を
説明する図。
説明する図。
1 燃料電池 2 反応ガス供給システム 3 不活性ガス供給システム 3a 制御部 10 マトリックス層 11 アノード極 12 カソード極 11a、12a 触媒層 13 燃料マニホールド 14 空気マニホールド 20 燃料供給系 21 空気供給系 22 燃料用流路(第1の流路) 22a 遮断弁(アノード極入口側) 22b 遮断弁(アノード極出口側) 23 酸化剤用流路(第2の流路) 23a 遮断弁(カソード極入口側) 23b 遮断弁(カソード極出口側) 30 加圧ボンベ 31 窒素用流路 32 電気回路 33 水素極側ライン 34 酸素極側ライン 35 流入用ライン(本発明の不活性ガス流入ライン) 35a バルブ(流入用) 36 排出用ライン(本発明の不活性ガス排出ライン) 36a バルブ(排出用)
Claims (9)
- 【請求項1】 リン酸を電解質として形成された電解質
層を挟む位置にアノード極及びカソード極を配置した燃
料電池セルに、上記アノード極に第1の流路を介して水
素を含む燃料ガスを流通させると共に、上記カソード極
に第2の流路を介して酸素を含む酸化剤ガスを流通させ
ることにより、上記アノード極及びカソード極間から電
気エネルギーを取り出して上記燃料電池セルの負荷運転
を行う燃料電池発電装置において、 上記第2の流路における上記カソード極を流通した酸化
剤ガスが排出される下流側にバルブを介して上記カソー
ド極に不活性ガスを導入する不活性ガス流入ラインを設
けると共に、上記第2の流路における上記カソード極へ
酸化剤ガスを導入する上流側にバルブを介して上記カソ
ード極からの不活性ガスを排出する不活性ガス排出ライ
ンを設けたことを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項2】 前記燃料電池セルの負荷運転を停止した
ときに前記不活性ガスを前記不活性ガス流入ラインから
前記第2の流路を介して前記カソード極に流入させ且つ
その流入させた不活性ガスを上記第2の流路を介して上
記不活性ガス排出ラインから排出させると共に、上記不
活性ガスを前記第1の流路を介して上記アノード極の上
流側から当該アノード極に流入させる不活性ガス供給手
段と、この不活性ガス供給手段により上記不活性ガスが
上記アノード極に流入されている間に当該アノード極及
びカソード極間に負荷を与える負荷手段とを更に備えた
請求項1記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項3】 前記不活性ガス供給手段は、前記カソー
ド極への不活性ガスの流入時間よりも長い時間、前記ア
ノード極に不活性ガスを流入させる手段である請求項2
記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項4】 前記不活性ガス供給手段は、前記カソー
ド極への不活性ガスの流入停止前に前記アノード極に流
入させていた不活性ガスの流入量よりも小さい流入量で
上記流入停止後にアノード極に不活性ガスを流入させる
手段である請求項3記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項5】 前記不活性ガス供給手段は、前記カソー
ド極及びアノード極への前記不活性ガスの流入停止後に
カソード極及びアノード極の内の少なくとも一方に不活
性ガスを間欠的に流入させる手段を備えた請求項2記載
の燃料電池発電装置。 - 【請求項6】 前記不活性ガス供給手段は、前記燃料電
池セルの電圧が所定電圧を超えたときに前記不活性ガス
を前記カソード極及びアノード極の内の少なくとも一方
に流入させる手段を備えた請求項5記載の燃料電池発電
装置。 - 【請求項7】 前記燃料電池セルの負荷運転を停止する
前にその燃料電池に与えている負荷を下げ且つその下げ
た負荷における許容電流範囲内で前記酸素の利用率を上
げる手段を更に備えた請求項2〜6のいずれか1項に記
載の燃料電池発電装置。 - 【請求項8】 リン酸を電解質として形成された電解質
層を挟む位置にアノード極及びカソード極を配置した燃
料電池セルに、上記アノード極に第1の流路を介して水
素を含む燃料ガスを流通させると共に、上記カソード極
に第2の流路を介して酸素を含む酸化剤ガスを流通させ
ることにより、上記アノード極及びカソード極間から電
気エネルギーを取り出して上記燃料電池セルの負荷運転
を行う燃料電池発電装置の停止方法において、 上記燃料電池セルの負荷運転を停止するときに、上記不
活性ガスを上記第2の流路を介して上記カソード極の上
流側から当該カソード極に流入させるステップと、上記
不活性ガスを上記第1の流路を介して上記アノード極の
上流側から当該アノード極に流入させるステップと、上
記不活性ガスが上記アノード極に流入されている間に当
該アノード極及びカソード極間に負荷を与えるステップ
とを同時に開始することを特徴とする燃料電池発電装置
の停止方法。 - 【請求項9】 上記燃料電池セルの負荷運転を停止する
前に当該燃料電池セルに与えている負荷を下げ、その下
げた負荷における許容電流範囲内で前記酸素の利用率を
上げるステップを実施する請求項8記載の燃料電池発電
装置の停止方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7191885A JPH0945351A (ja) | 1995-07-27 | 1995-07-27 | 燃料電池発電装置およびその停止方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7191885A JPH0945351A (ja) | 1995-07-27 | 1995-07-27 | 燃料電池発電装置およびその停止方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0945351A true JPH0945351A (ja) | 1997-02-14 |
Family
ID=16282083
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7191885A Pending JPH0945351A (ja) | 1995-07-27 | 1995-07-27 | 燃料電池発電装置およびその停止方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0945351A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002158020A (ja) * | 2000-11-20 | 2002-05-31 | Sony Corp | 発電装置 |
KR100455196B1 (ko) * | 2002-06-21 | 2004-11-06 | 엘지전자 주식회사 | B화합물을 연료로 하는 연료전지의 퍼지장치 |
JP2005228592A (ja) * | 2004-02-13 | 2005-08-25 | Mitsubishi Electric Corp | 固体高分子形燃料電池の運転方法および固体高分子形燃料電池の停止方法および固体高分子形燃料電池の起動方法 |
JP2005327584A (ja) * | 2004-05-14 | 2005-11-24 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池の再生制御方法 |
JP2007012282A (ja) * | 2005-06-28 | 2007-01-18 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池の掃気方法および燃料電池システム |
JP2012003884A (ja) * | 2010-06-15 | 2012-01-05 | Toshiba Corp | 燃料電池システムとその運転方法 |
KR101408887B1 (ko) * | 2007-12-27 | 2014-06-19 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료전지 시스템 및 그 스택 퍼지 방법 |
-
1995
- 1995-07-27 JP JP7191885A patent/JPH0945351A/ja active Pending
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