JP2005158298A - Operation method of fuel cell power generation system, and fuel cell power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池発電システムの運転方法および燃料電池発電システムに関する。例えば、高分子電解質形燃料電池を用いた、燃料電池発電システムの運転方法および燃料電池発電システムに関する。 The present invention relates to a method for operating a fuel cell power generation system and a fuel cell power generation system. For example, the present invention relates to a method for operating a fuel cell power generation system and a fuel cell power generation system using a polymer electrolyte fuel cell.
従来の燃料電池の一般的な構成を高分子電解質形で説明する。 A general configuration of a conventional fuel cell will be described in the form of a polymer electrolyte.
高分子電解質形燃料電池とは、主に水素と酸素から電気エネルギーと熱エネルギーを得るものである。Ptなどの触媒作用により、燃料極側では(化1)に示す反応が起こり、酸素含有極では(化2)で表される反応が起こる。全反応は(化3)で表される。 A polymer electrolyte fuel cell is one that obtains electrical energy and thermal energy mainly from hydrogen and oxygen. Due to the catalytic action of Pt or the like, the reaction represented by (Chemical Formula 1) occurs on the fuel electrode side, and the reaction represented by (Chemical Formula 2) occurs on the oxygen-containing electrode. The total reaction is represented by (Chemical Formula 3).
しかし、電気や熱のエネルギーを必要としていない時まで動かす必要はないため、必要なときに起動でき、不必要なときに停止できる「起動・停止型」の運転が求められている。 However, since there is no need to move until electricity or heat energy is not needed, there is a need for a “start / stop type” operation that can be started when needed and stopped when not needed.
しかし、起動と停止を行うと、酸素含有ガス側の電極の酸化または不純物の吸着が起こり、発電電圧が低下してしまう課題と、燃料極へ酸素が混入し電位が上昇し合金触媒が溶出して、発電電圧が低下してしまうという課題がある。これらの課題を解消する起動・停止の方法としていくつかの方法が考えられてきた。 However, when starting and stopping, oxidation of the electrode on the oxygen-containing gas side or adsorption of impurities occurs and the generated voltage decreases, and oxygen mixes into the fuel electrode and the potential rises and the alloy catalyst elutes. Therefore, there is a problem that the generated voltage is lowered. Several methods have been considered as starting and stopping methods for solving these problems.
その方法として、停止時には、酸素含有ガスと燃料ガスの供給を停止しそのままにしておく方法が知られている。 As such a method, a method is known in which the supply of oxygen-containing gas and fuel gas is stopped and left at the time of stop.
また、保管時にも電解質であるイオン交換膜を保水状態に保つため、加湿された不活性ガスを封入する停止・保管の方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In addition, in order to keep the ion exchange membrane, which is an electrolyte, in a water retaining state even during storage, a stop / storage method in which humidified inert gas is sealed is known (see, for example, Patent Document 1).
また、酸素極の酸化または不純物付着を防止するため、酸素含有ガスの供給を停止した状態で発電させて、酸素消費操作を行わせることで耐久性の向上を図る方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、停止時には、酸素含有ガスと燃料ガスの供給を停止しそのままにしておく方法では、燃料電池およびシステムの動作を停止させても、ガスが残留している限り燃料電池には電圧が発生し、特に停止中では電流をとらないため開回路状態となる。0.9Vを越える開回路状態では、酸素含有極のPt触媒の溶出およびシンタリングといわれる粒子拡大による反応面積が減少するという課題がある。 However, in the method of stopping the supply of the oxygen-containing gas and the fuel gas at the time of stoppage, voltage is generated in the fuel cell as long as the gas remains even if the operation of the fuel cell and the system is stopped. In particular, the circuit is in an open circuit state because no current is taken during the stop. In an open circuit state exceeding 0.9 V, there is a problem that the reaction area is reduced due to particle expansion, which is referred to as elution and sintering of the Pt catalyst of the oxygen-containing electrode.
また、空気極から燃料極への酸素の拡散、電池温度低下による電池内部のガス体積減少・減圧による外部からの酸素混入などにより、燃料極の電位も上昇し合金触媒の溶出が起こるという課題がある。 In addition, diffusion of oxygen from the air electrode to the fuel electrode, reduction of gas volume inside the battery due to a decrease in battery temperature, oxygen contamination from the outside due to pressure reduction, etc., increase the potential of the fuel electrode and cause the alloy catalyst to be eluted is there.
また、封止すると、電池内部が負圧になることにより、高分子電解質膜などにピンホールが発生する危険がある。逆に、封止しなければ、気体の減少とともに燃料電池内部へ外部の空気が入り、湿度の変化や不純物などが混入する可能性があり、また燃料極の合金溶出および高分子電解質の乾燥などにより燃料電池の性能低下を起こすという課題がある。 Further, when sealed, there is a danger that pinholes are generated in the polymer electrolyte membrane or the like due to the negative pressure inside the battery. On the other hand, if not sealed, there is a possibility that outside air will enter the fuel cell as the gas decreases, humidity may change and impurities may be mixed in, and alloy elution of the fuel electrode and drying of the polymer electrolyte, etc. Therefore, there is a problem that the performance of the fuel cell is lowered.
また、保管時にも電解質であるイオン交換膜を保水状態に保つため、加湿された不活性ガスを封入した特許文献1に示された停止・保管の方法では、停止中に燃料電池の温度が低下し、加湿のために付与された水蒸気が結露して液体となるために体積が減少する。そして、燃料電池内部が負圧になるので、電解質などにピンホールが発生したり、燃料極へ酸素が混入したりする課題がある。
Further, in order to keep the ion exchange membrane, which is an electrolyte, in a water retaining state during storage, the temperature of the fuel cell is lowered during the stop in the stop / storage method shown in
また、酸素極の酸化または不純物付着を防止するため、酸素含有ガスの供給を停止した状態で発電させて、酸素消費操作を行わせることで耐久性の向上を図る特許文献2に示された停止方法においても、酸素消費操作後に酸素極にパージガスを存在させ最終封止した時点の温度が高いと、燃料電池内部の減圧状態が発生し、同様に電解質などにピンホールが発生したりする課題がある。 Further, in order to prevent oxidation of the oxygen electrode or adhesion of impurities, power is stopped in a state where the supply of the oxygen-containing gas is stopped, and an oxygen consumption operation is performed to improve durability. Even in the method, if the temperature at the time of the final sealing with the purge gas present in the oxygen electrode after the oxygen consumption operation is high, a pressure reduction state inside the fuel cell occurs, and there is a problem that pinholes are generated in the electrolyte as well. is there.
本発明は、上記従来の課題を考慮し、起動停止による劣化の減少または耐久性の向上を図る燃料電池発電システムの運転方法および燃料電池発電システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method of operating a fuel cell power generation system and a fuel cell power generation system that can reduce deterioration due to start / stop or improve durability by taking the above-described conventional problems into consideration.
上述した課題を解決するために、第1の本発明は、
運転を停止する際に、
燃料ガスと酸化剤ガスの供給を停止させるとともに外部回路を遮断するステップと、
燃料電池と周囲との温度差が少なくとも所定温度以下になった後に、不活性ガスでパージして封止するステップとを備えた、燃料電池発電システムの運転方法である。
In order to solve the above-described problem, the first aspect of the present invention provides:
When stopping operation,
Stopping the supply of fuel gas and oxidant gas and shutting off the external circuit;
And a step of purging with an inert gas and sealing after the temperature difference between the fuel cell and the surroundings is at least a predetermined temperature or less.
第2の本発明は、
運転を停止する際に、
燃料ガスの供給を継続させた状態で、酸化剤ガスの供給を停止させるとともに外部回路を遮断するステップと、
燃料電池と周囲との温度差が少なくとも所定温度以下になった後に、不活性ガスでパージして封止するステップとを備えた、燃料電池発電システムの運転方法である。
The second aspect of the present invention
When stopping operation,
A step of stopping the supply of the oxidant gas and shutting off the external circuit while the supply of the fuel gas is continued;
And a step of purging with an inert gas and sealing after the temperature difference between the fuel cell and the surroundings is at least a predetermined temperature or less.
第3の本発明は、
運転を停止する際に、
燃料ガスの供給と外部回路との接続を継続させた状態で酸化剤ガスの供給を停止させた後に、出力される電圧が所定電圧以下になった際に外部回路を遮断するステップと、
燃料電池と周囲との温度差が少なくとも所定温度以下になった後に、不活性ガスでパージして封止するステップとを備えた、燃料電池発電システムの運転方法である。
The third aspect of the present invention provides
When stopping operation,
Shutting off the external circuit when the output voltage falls below a predetermined voltage after stopping the supply of the oxidant gas in a state where the connection of the fuel gas and the external circuit is continued;
And a step of purging with an inert gas and sealing after the temperature difference between the fuel cell and the surroundings is at least a predetermined temperature or less.
第4の本発明は、
前記不活性ガスでパージして封止するステップは、前記燃料電池と周囲との温度差が10℃以下でかつ単電池の電圧が0.3V以下になった後に、不活性ガスでパージして封止する、第1乃至第3のいずれかの本発明の燃料電池発電システムの運転方法である。
The fourth invention relates to
The step of purging with the inert gas and sealing is performed by purging with the inert gas after the temperature difference between the fuel cell and the surroundings is 10 ° C. or less and the voltage of the unit cell is 0.3 V or less. A method for operating the fuel cell power generation system according to any one of the first to third aspects of the present invention, which is sealed.
第5の本発明は、
前記不活性ガスとして前記燃料ガスを使用する、第1乃至第4のいずれかの本発明の燃料電池発電システムの運転方法である。
The fifth aspect of the present invention relates to
The fuel cell power generation system operating method according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, wherein the fuel gas is used as the inert gas.
第6の本発明は、
燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記燃料電池で発電された電力を取り出す電力回路部と、
前記燃料電池の温度を検出する燃料電池温度検出手段と、
周囲の温度を検出する周囲温度検出手段と、
運転を制御する運転制御手段とを備えた燃料電池発電システムであって、
前記運転制御手段は、運転を停止する際に、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの前記燃料電池への供給を停止させるとともに前記燃料電池から前記外部回路を遮断し、前記燃料電池と周囲との温度差が所定温度以下になった後に、前記燃料電池を前記不活性ガスでパージして封止するように制御する、燃料電池発電システムである。
The sixth invention relates to
A fuel cell that is supplied with fuel gas and oxidant gas to generate electricity;
Fuel gas supply means for supplying the fuel gas to the fuel cell;
Oxidant gas supply means for supplying the oxidant gas to the fuel cell;
An inert gas supply means for supplying an inert gas to the fuel cell;
A power circuit unit for extracting power generated by the fuel cell;
Fuel cell temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell;
Ambient temperature detection means for detecting the ambient temperature;
A fuel cell power generation system comprising an operation control means for controlling operation,
The operation control means, when stopping the operation, stops the supply of the fuel gas and the oxidant gas to the fuel cell and shuts off the external circuit from the fuel cell. In the fuel cell power generation system, the fuel cell is controlled to be purged and sealed with the inert gas after the temperature difference becomes equal to or lower than a predetermined temperature.
第7の本発明は、
前記運転制御手段は、運転を停止する際に、前記燃料ガスの前記燃料電池への供給を継続させた状態で前記酸化剤ガスの供給を停止させるとともに前記燃料電池から前記外部回路を遮断し、前記燃料電池と周囲との温度差が所定温度以下になった後に、前記燃料電池を前記不活性ガスでパージして封止するように制御する、第6の本発明の燃料電池発電システムである。
The seventh invention relates to
The operation control means, when stopping the operation, stops the supply of the oxidant gas in a state in which the supply of the fuel gas to the fuel cell is continued, and shuts off the external circuit from the fuel cell, The fuel cell power generation system according to the sixth aspect of the present invention, wherein the fuel cell is controlled to be purged and sealed with the inert gas after a temperature difference between the fuel cell and the surroundings is equal to or lower than a predetermined temperature. .
第8の本発明は、
さらに、前記燃料電池の電圧を検出する燃料電池電圧検出手段を備え、
前記運転制御手段は、運転を停止する際に、前記燃料ガスの前記燃料電池への供給を継続させた状態で前記酸化剤ガスの供給を停止させ、前記燃料電池の電圧が所定電圧以下になったことを検知して前記燃料電池から前記外部回路を遮断し、前記燃料電池と周囲との温度差が所定温度以下になった後に、前記燃料電池を前記不活性ガスでパージして封止するように制御する、第6の本発明の燃料電池発電システムである。
The eighth invention relates to
Furthermore, a fuel cell voltage detection means for detecting the voltage of the fuel cell is provided,
When stopping the operation, the operation control means stops the supply of the oxidant gas while continuing to supply the fuel gas to the fuel cell, and the voltage of the fuel cell becomes a predetermined voltage or less. The external circuit is cut off from the fuel cell, and after the temperature difference between the fuel cell and the surroundings has become a predetermined temperature or less, the fuel cell is purged and sealed with the inert gas. Thus, the fuel cell power generation system of the sixth aspect of the present invention is controlled.
第9の本発明は、
前記運転制御手段が前記燃料電池を前記不活性ガスでパージして封止する制御は、前記燃料電池と周囲との温度差が10℃以下でかつ単電池の電圧が0.3V以下になった後に行う、第6乃至第8のいずれかの本発明の燃料電池発電システムである。
The ninth invention relates to
In the control in which the operation control means purges and seals the fuel cell with the inert gas, the temperature difference between the fuel cell and the surroundings is 10 ° C. or less and the voltage of the unit cell is 0.3 V or less. The fuel cell power generation system according to any one of the sixth to eighth aspects of the present invention to be performed later.
第10の本発明は、
前記不活性ガス供給手段は前記燃料ガス供給手段であり、前記不活性ガスとして前記燃料ガスを使用する、第6乃至第9のいずれかの本発明の燃料電池発電システムである。
The tenth aspect of the present invention is
The inert gas supply means is the fuel gas supply means, and is the fuel cell power generation system according to any of the sixth to ninth aspects of the present invention, which uses the fuel gas as the inert gas.
第11の本発明は、
第6乃至第10のいずれかの本発明の燃料電池発電システムの、運転を制御する運転制御手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。
The eleventh aspect of the present invention is
A program for causing a computer to function as operation control means for controlling operation of any one of the sixth to tenth fuel cell power generation systems of the present invention.
第12の本発明は、
第11の本発明のプログラムを担持した記録媒体であって、コンピュータで利用可能な記録媒体である。
The twelfth aspect of the present invention is
A recording medium carrying the program of the eleventh aspect of the present invention, which is a recording medium usable by a computer.
本発明により、起動停止による劣化の減少または耐久性の向上を図る燃料電池発電システムの運転方法および燃料電池発電システムを提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a method of operating a fuel cell power generation system and a fuel cell power generation system that can reduce deterioration due to start / stop or improve durability.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図4に、本発明の実施の形態1の燃料電池発電システムのブロック図を示す。
(Embodiment 1)
FIG. 4 shows a block diagram of the fuel cell power generation system according to
積層電池1の空気極に酸化剤ガス制御装置2および全熱交換式加湿器9を設置した空気供給管が接続されている。そして、燃料極に燃料ガス制御装置3、燃料生成器10およびガス清浄部8を設置した燃料ガス供給管が接続されている。また、各配管には電磁弁7が設置されており、制御部5により反応ガスの弁を制御している。
An air supply pipe in which the oxidant
また、本実施の形態1の燃料電池発電システムには、積層電池1の温度を検知する燃料電池温度検出手段(図示せず)と、周囲の温度を検知する周囲温度検出手段(図示せず)が備えられている。
In the fuel cell power generation system according to the first embodiment, a fuel cell temperature detecting means (not shown) for detecting the temperature of the
外部回路6が積層電池1の集電板に接続されており、各セルの電圧は電圧検知装置4で観測される。そのセルの電圧、積層電池1の温度および周囲の温度に基づき、制御部5が、酸化剤ガス制御装置2、燃料ガス制御装置3および電磁弁7の制御を行う。
The
なお、積層電池1、酸化剤ガス制御装置2、燃料ガス制御装置3、電圧検知装置4、制御部5、外部回路6は、それぞれ、本発明の燃料電池、酸化剤ガス供給手段、燃料ガス供給手段、燃料電池電圧検出手段、運転制御手段、電力回路部の一例である。また、酸化剤ガス制御装置2と燃料ガス制御装置3と電磁弁7で、本発明の不活性ガス供給手段を構成している。
The
積層電池1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。積層電池1は、C1、C2…Cnの複数のセルが積層されている。
The
図6は、図4に示した燃料電池発電システムの1つのセルC1の部分を示している。電解質11は水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜を用いている。電解質11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12aと12cが密着して配置されている。この触媒反応層12aと12cで(化1)と(化2)に示す反応が起きる。少なくとも水素を含む燃料ガスは(化1)に示す反応を行い、電解質11を介して水素イオンが移動し、酸化剤ガスと触媒反応層12cで(化2)に示す反応を行い、水を生成する。このとき電気と熱を生ずる。
FIG. 6 shows a portion of one cell C1 of the fuel cell power generation system shown in FIG. The
水素などの燃料ガスの関与する側をアノードと呼び、図6では符号の末尾にaを、空気などの酸化剤ガスの関与する側をカソードと呼び、符号の末尾にcを付してあらわしている。 The side in which fuel gas such as hydrogen is involved is referred to as an anode, and in FIG. 6, a is indicated at the end of the symbol, and the side in which oxidant gas such as air is involved is referred to as the cathode. Yes.
さらに触媒反応層12aと12cの外面には、ガス通気性と導電性を兼ね備えたガス拡散層13aと13cがそれぞれに密着して配置されている。このガス拡散層13aと触媒反応層12aにより電極14aを、ガス拡散層13cと触媒反応層12cにより電極14cを、それぞれ形成している。
Further, gas diffusion layers 13a and 13c having both gas permeability and conductivity are disposed in close contact with the outer surfaces of the catalyst reaction layers 12a and 12c. The
そして、膜電極接合体(以降、MEA)17が、電極14a、14c、電解質11で構成されている。MEA17は、機械的に固定されるとともに、隣接するMEA17同士が互いに電気的に直列に接続されている。さらに、電極14a、14cに反応ガスを供給し、かつ反応により発生したガスや余剰のガスを運び去るためのガス流路18aと18cが、MEA17に接する面に形成された一対のセパレータ板16aと16cに配置されている。そして、MEA17と、一対のセパレータ板16aと16cで、基本の燃料電池(セル)が形成される。
A membrane electrode assembly (hereinafter referred to as MEA) 17 includes
セパレータ板16aと16cには、MEA17とは反対の面に、それぞれ、隣のセルのセパレータ板16cと16aが隣接する。隣のセパレータ板16aまたは16cが接する側には冷却水流路19が設けられており、ここに冷却水が流れる。MEA17の温度は、セパレータ板16aと16cを介して、この冷却水流路19を流れる冷却水によって調整される。
MEA17とセパレータ板16aまたは16cはMEAガスケット15で封止され、隣接するセパレータ板16aと16c同士はセパレータガスケット20で封止される。
The
電解質11は固定電荷を有しており、固定電荷の対イオンとして水素イオンが存在する。電解質11には水素イオンを選択的に透過させる機能が求められ、そのために電解質11は水分を保持することが必要である。電解質11は水分を含むことにより、電解質11内に固定されている固定電荷を電離し、固定電荷の対イオンである水素をイオン化し、電解質11中の水分を移動経路としてアノードからカソードへ移動し、イオン伝導性を発現する。
The
次に、本実施の形態1の燃料電池発電システムの運転停止方法について説明する。
Next, a method for stopping the operation of the fuel cell power generation system of
図1は、本実施の形態1の燃料電池発電システムの運転停止動作を行ったときの各パラメータの時間変化の概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of the time change of each parameter when the operation of stopping the operation of the fuel cell power generation system according to
まず、ステップ1では電池温度70℃、加湿空気および加湿改質ガス(SRG)で1kWの発電をしており、平均単電池電圧は0.75Vであった。
First, in
次に、ステップ2で加湿空気および加湿SRGの供給を停止して封止し、電池の冷却を開始するとともに外部出力を停止させた。このとき電池電圧は徐々に低下し、平均単電池電圧は約0.1〜0.15Vになった。これは空気極の酸素が燃料極に、燃料極の水素が空気極に自然拡散することにより両極の電位が近づいた結果である。
Next, in
なお、通常の燃料電池の構成では空気極の流路体積と燃料極の流路体積はほぼ同じであるため、水素と酸素が拡散し反応すると、水素の方が過剰に存在するので、両極の電位は標準水素電極に対して0Vに向かう。 In the configuration of a normal fuel cell, since the flow volume of the air electrode and the flow volume of the fuel electrode are almost the same, when hydrogen and oxygen diffuse and react, hydrogen exists in excess, so The potential goes to 0V with respect to the standard hydrogen electrode.
そして、ステップ3では電池温度が室温(RT)+10℃になるまで両極は封止の状態である。このとき電池温度が低下するので、ガス体積の収縮、水蒸気の凝縮、水素と酸素のクロスリークにより両極とも負圧になっている。特に燃料極は、高分子電解質11の水素の透過係数が大きいため、かなり負圧になっている。なお、ここで示す室温(RT)+10℃という温度が、本発明の所定温度の一例である。
In
次にステップ4では、不活性ガスでガス置換が可能な量をパージした後に封止して停止させた。これにより、負圧であった両極も常温常圧となり、電圧も0Vになった。
Next, in
上記の方法で燃料電池発電システムを停止することにより、温度が十分に低下した後に不活性ガスでパージ・封止するため、停止中に燃料電池内部が負圧のまま放置されることがなく、高分子電解質膜へのダメージをなくすことができる。また外部からの酸素混入もなく、空気極の酸化および燃料極の合金触媒の溶出も抑制でき、起動停止時の劣化が少ない燃料電池発電システムを実現できる。 By stopping the fuel cell power generation system by the above method, purge and seal with an inert gas after the temperature is sufficiently lowered, so that the fuel cell interior is not left under negative pressure during the stop, Damage to the polymer electrolyte membrane can be eliminated. In addition, there is no external oxygen mixing, and the oxidation of the air electrode and the elution of the alloy catalyst of the fuel electrode can be suppressed, and a fuel cell power generation system with little deterioration at the time of starting and stopping can be realized.
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2の燃料電池発電システムの運転停止方法について説明する。本実施の形態2の燃料電池発電システムの構成は、図4に示す実施の形態1と同様であり、運転方法が実施の形態1とは異なる。
(Embodiment 2)
A method for stopping the operation of the fuel cell power generation system according to
図2は、本実施の形態2の燃料電池発電システムの運転停止動作を行ったときの各パラメータの時間変化の概略図である。 FIG. 2 is a schematic diagram of the time change of each parameter when the operation of stopping the operation of the fuel cell power generation system according to the second embodiment is performed.
実施の形態1では、ステップ2、3で燃料極の加湿SRGの供給停止・封止したのに対し、本実施の形態2では、ステップ2、3で燃料極にSRGを流通させている点が異なる。
In the first embodiment, the supply of humidified SRG to the fuel electrode is stopped and sealed in
燃料極にSRGを流通させることにより、燃料極が負圧にならず、また空気極においても燃料極が負圧でないために水素のクロスオーバー量も実施の形態1と比較して多くなり、圧力減少が小さくなる。したがって、実施の形態1に比べ、より電解質11に対するダメージを小さくでき、外部からの酸素の混入も起こり難くなる。
By causing SRG to flow through the fuel electrode, the fuel electrode does not become negative pressure, and the fuel electrode does not have negative pressure even at the air electrode, so the amount of hydrogen crossover increases compared to the first embodiment, and the pressure Decrease is reduced. Therefore, compared with
ここで、電極の電位は反応ガスのガス分圧によって決まり、燃料極においては水素の分圧が高ければ高いほど0Vに近づく。また、空気極においても、酸素分圧が低く、水素分圧が高くなれば徐々に0Vに近づく。したがって、燃料極にSRGを流通させることにより、実施の形態1の場合に比べて、燃料極においてはもちろん水素分圧は高く維持され、空気極にも燃料極からの水素がクロスオーバーするので水素分圧が高くなる。これによって、確実に両極とも電位が0V近くに固定され、空気極の触媒酸化と燃料極の合金触媒の溶出を抑制できる。また、空気極の電位を低下させることにより空気極の触媒がクリーンナップされ、発電特性が回復する。 Here, the potential of the electrode is determined by the gas partial pressure of the reaction gas, and approaches 0 V as the hydrogen partial pressure increases at the fuel electrode. Also at the air electrode, the oxygen partial pressure is low, and when the hydrogen partial pressure is high, it gradually approaches 0V. Therefore, by distributing SRG to the fuel electrode, the hydrogen partial pressure is maintained high in the fuel electrode as well as in the first embodiment, and hydrogen from the fuel electrode crosses over to the air electrode as well. The partial pressure increases. As a result, the potentials of both electrodes are surely fixed near 0 V, and the catalytic oxidation of the air electrode and the elution of the alloy catalyst of the fuel electrode can be suppressed. Further, by reducing the potential of the air electrode, the catalyst of the air electrode is cleaned up, and the power generation characteristics are restored.
本実施の形態2の方法で燃料電池発電システムを停止させることにより、燃料極にSRGを流通させながら温度が十分に低下した後に不活性ガスでパージ・封止するので、停止中に燃料電池内部が負圧になることがない。したがって、電解質11へのダメージをなくすことができる。また、確実に空気極の酸素を消費でき、燃料極への酸素拡散による合金触媒溶出を抑制できる。また、外部からの酸素混入もなく空気極の酸化および燃料極の合金触媒の溶出も抑制できるので、起動停止時の劣化が少ない燃料電池発電システムを実現できる。
Since the fuel cell power generation system is stopped by the method of the second embodiment, the temperature is sufficiently lowered while the SRG is circulated through the fuel electrode, and then purged and sealed with an inert gas. Does not become negative pressure. Therefore, damage to the
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3の燃料電池発電システムの運転停止方法について説明する。本実施の形態3の燃料電池発電システムの構成は、図4に示す実施の形態1と同様であり、運転方法が実施の形態1および実施の形態2とは異なる。
(Embodiment 3)
A method for stopping the operation of the fuel cell power generation system according to
図3は、本実施の形態3の燃料電池発電システムの運転停止動作を行ったときの各パラメータの時間変化の概略図である。
FIG. 3 is a schematic view of the time change of each parameter when the operation of stopping the operation of the fuel cell power generation system according to
実施の形態1では、ステップ2、3で燃料極の加湿SRGの供給停止・封止したのに対し、本実施の形態3では、ステップ2、3で燃料極にSRGを流通させている点と、電池電圧が低下するまで外部出力を遮断していない点が異なる。本実施の形態3では、ステップ2で空気極への加湿空気への供給を停止・封止した後、積層電池1の出力が単電池電圧の飽和値である約0.05Vになったことを電圧検知装置4で検知した後に外部出力を遮断している。この単電池電圧の飽和値が、本発明の所定電圧の一例である。
In
燃料極にSRGを流通させることにより、実施の形態2と同様に、燃料極が負圧にならず、また燃料極の電位が0Vに固定される。 By causing SRG to flow through the fuel electrode, the fuel electrode does not become negative pressure and the potential of the fuel electrode is fixed at 0 V, as in the second embodiment.
また、外部出力を電圧低下まで遮断しないことより、空気極の酸素が消費されなくなるまで通常の燃料電池の反応が起こるので、発電反応によって空気極にある酸素が速やかに消費され、速やかに空気極の電位が0Vに近づく。したがって、実施の形態1および2に比べて、空気極触媒酸化が起こる高電位に放置される時間が短縮される。また、速やかに酸素が消費されるので、燃料極への酸素拡散による合金触媒溶出も抑制できる。また、空気極の電位を低下させることにより空気極の触媒がクリーンナップされ、発電特性が回復する。
In addition, since the normal output of the fuel cell occurs until the oxygen in the air electrode is no longer consumed because the external output is not shut down until the voltage drops, oxygen in the air electrode is quickly consumed by the power generation reaction, and the air electrode is promptly consumed. Approaches 0V. Therefore, as compared with
また、外部出力を電圧低下まで遮断しないことより、酸素消費後は燃料極側では(化1)に示す反応が起こり、空気極では(化4)で表される反応が起こる。実施の形態1および2では、自然拡散による水素のクロスオーバーによって空気極の電位が0Vに近づくのに対し、本実施の形態3の場合には、(化1)と(化4)の反応が起こることで能動的に水素がクロスオーバーし速やかに空気極の電位が0Vに近づく。したがって、この点においても、実施の形態1および2に比べて、空気極触媒酸化が起こる高電位に放置される時間が短縮される。
In addition, since the external output is not cut off until the voltage drops, the reaction shown in (Chemical Formula 1) occurs on the fuel electrode side after oxygen consumption, and the reaction expressed by (Chemical Formula 4) occurs on the air electrode. In
なお、本実施の形態3では、ステップ2で外部出力を遮断する条件である所定電圧の一例として、単電池電圧の飽和値を用いたが、必ずしもこの電圧値を用いる必要はない。単電池電圧の飽和値に達しない電圧でも、本発明の効果が得られる電圧値を所定電圧として、外部出力を遮断するように制御すればよい。
In the third embodiment, the saturation value of the unit cell voltage is used as an example of the predetermined voltage that is a condition for cutting off the external output in
なお、各実施の形態において、パージするための不活性なガスとして、ガス清浄部8で清浄化された原料ガスを用いてもよい。この場合、窒素ボンベ等の特別な用意が必要なくなり、システムを複雑にすることなく各実施形態に示した停止動作が実現でき、起動停止時の劣化が少ない燃料電池発電システムをより低コストで実現できる。
In each embodiment, the raw material gas cleaned by the
また本発明は、電解質、電解質を挟む一対の電極、電極の一方に燃料ガスを供給・排出し他方に酸素含有ガスを供給・排出するガス流路を有する一対のセパレータ板を具備した燃料電池、原料ガスから燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料生成器、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、燃料電池から電力を取り出す電力回路部、およびガスや電力回路部などを制御する制御部を有する燃料電池発電システムであればよく、各実施の形態に示した構成に限るものではない。 The present invention also provides an electrolyte, a pair of electrodes sandwiching the electrolyte, a fuel cell including a pair of separator plates having a gas flow path for supplying and discharging fuel gas to one of the electrodes and supplying and discharging oxygen-containing gas to the other, A fuel generator for generating fuel gas to be supplied from the source gas to the fuel cell, a gas cleaning unit for removing components that adversely affect the fuel cell from the source gas, a power circuit unit for extracting power from the fuel cell, and a gas or power circuit unit Any fuel cell power generation system having a control unit for controlling the above may be used, and the present invention is not limited to the configuration shown in each embodiment.
次に、本発明の燃料電池発電システムの運転方法について、実施例を用いてより具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。 Next, the operation method of the fuel cell power generation system of the present invention will be described more specifically using examples. In addition, this invention is not limited only to these Examples.
まず、本実施例で用いた高分子形燃料電池の作製方法について説明する。 First, a method for producing a polymer fuel cell used in this example will be described.
炭素粉末であるアセチレンブラック(電気化学工業(株)製のデンカブラック、粒径35nm)を、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の水性ディスパージョン(ダイキン工業(株)製のD1)と混合し、乾燥重量としてPTFEを20重量%含む撥水インクを調製した。このインクを、ガス拡散層の基材となるカーボンペーパー(東レ(株)製のTGPH060H)の上に塗布して含浸させ、熱風乾燥機を用いて300℃で熱処理し、ガス拡散層(約200μm)を形成させた。
Carbon powder acetylene black (Denka Black manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.,
一方、炭素粉末であるケッチェンブラック(ケッチェンブラックインターナショナル(株)製のKetjen Black EC、粒径30nm)上にPt触媒を担持させて得られた触媒体(50重量%がPt)66重量部を、水素イオン伝導材かつ結着剤であるパーフルオロカーボンスルホン酸アイオノマー(米国Aldrich社製の5重量%Nafion分散液)33重量部(高分子乾燥重量)と混合し、得られた混合物を成形して触媒層(10〜20μm)を形成させた。
On the other hand, 66 parts by weight of a catalyst body (50 wt% Pt) obtained by supporting a Pt catalyst on Ketjen Black (Ketjen Black EC, Ketjen Black International Co., Ltd.,
そして、高分子電解質膜(米国DuPont社のNafion112膜)の両面に上記で作製した触媒層を接合し、さらにその両面に上記で作製したガス拡散層を接合して、膜電極接合体(MEA)を作製した。 Then, the catalyst layer prepared above is bonded to both surfaces of the polymer electrolyte membrane (Nafion 112 film manufactured by DuPont, USA), and the gas diffusion layer prepared above is bonded to both surfaces of the polymer electrolyte membrane (MEA). Was made.
次に、図6を用いて、本実施例で使用した燃料電池の作製方法について説明する。図6は、燃料電池の1つのセルの部分を示している。 Next, a method for manufacturing the fuel cell used in this example will be described with reference to FIGS. FIG. 6 shows a part of one cell of the fuel cell.
以上のようにして作製したMEA17の高分子電解質膜11の外周部にゴム製のガスケット板15を接合し、冷却水、燃料ガスおよび酸化剤ガス流通用のマニホールド穴を形成させた。
A
一方、深さ0.5mmの燃料ガス流路18aを有するセパレータ板16aと、深さ0.5mmの酸化剤ガス流路18bを有するセパレータ板16bの、2種類のセパレータ板を準備した。セパレータ板16a、16bは、いずれも、20cm×32cm×1.3mmの外寸を有し、かつ深さ0.5mmの冷却水流路19を有するフェノール樹脂を含浸させた黒鉛板で形成されている。
On the other hand, two types of separator plates were prepared: a
このセパレータ板16a、16bを1枚ずつ用い、MEA17のカソード側の面に酸化剤ガス流路18bが成形されたセパレータ板16bを重ね合わせ、アノード側の面に燃料ガス流路18aが成形されたセパレータ板16aを重ね合わせ、単電池を得た。この単電池を積層し、単セル間に冷却水流路19を形成し、70セル積層電池(スタック)を作製した。
The
そして、スタックの両端部には、ステンレス鋼製の集電板、電気絶縁材料の絶縁板および端板を配置し、全体を締結ロッドで固定した。このときの締結圧はセパレータの面積当たり15kgf/cm2とした。このようにして、本実施例で使用する燃料電池を作製した。 A stainless steel current collector plate, an insulating plate made of an electrically insulating material, and an end plate were arranged at both ends of the stack, and the whole was fixed with a fastening rod. The fastening pressure at this time was 15 kgf / cm 2 per separator area. In this way, a fuel cell used in this example was produced.
このようにして作製した燃料電池を、積層電池1として図4に示す燃料電池発電システムに接続し、評価試験を実施した。
The fuel cell thus produced was connected to the fuel cell power generation system shown in FIG. 4 as the
評価試験は、図4に示す燃料電池発電システムに、原料ガスとしての13Aガスおよび酸化剤ガスとしての空気をそれぞれ供給し、電池温度を70℃、燃料ガス利用率(Uf)70%、および空気利用率(Uo)40%の条件で、放電試験を行った。なお、燃料ガスおよび空気は、それぞれ65℃および70℃の露点を有するように加湿した。パージ用のガスとしてはガス清浄部8を通過した13Aガスを用いた。
In the evaluation test, the fuel cell power generation system shown in FIG. 4 is supplied with 13A gas as the source gas and air as the oxidant gas, the cell temperature is 70 ° C., the fuel gas utilization rate (Uf) is 70%, and the air. The discharge test was conducted under the condition of a utilization factor (Uo) of 40%. The fuel gas and air were humidified so as to have dew points of 65 ° C. and 70 ° C., respectively. As the purge gas, 13A gas that passed through the
(実施例1)
ステップ1:80分、ステップ2+3:40分、ステップ4:10分、ステップ5:40分、室温(RT):25℃の条件で、図1に示したシークエンスを5000サイクル行った。ステップ2において、平均単セル電圧は約20分で0.13Vに飽和した。ステップ3終了時点で、積層電池温度は35℃(RT+10℃)であった。
(Example 1)
Step 1: 80 minutes,
(実施例2)
実施例1と同様のシークエンスで5000サイクル行った。ただし、積層電池1の冷却水の流量を調整することで、ステップ3終了時点での積層電池温度を30℃(RT+5℃)にした。
(Example 2)
5000 cycles were carried out in the same sequence as in Example 1. However, the temperature of the laminated battery at the end of
(実施例3)
実施例1と同様のシークエンスで5000サイクル行った。ただし、積層電池1の冷却水の流量を調整することで、ステップ3終了時点での積層電池温度を40℃(RT+15℃)にした。
(Example 3)
5000 cycles were carried out in the same sequence as in Example 1. However, the temperature of the laminated battery at the end of
(実施例4)
実施例1と同様のシークエンスで5000サイクル行った。ただし、室温(RT):35℃にし、積層電池1の冷却水の流量を調整することで、ステップ3終了時点での積層電池温度を40℃(RT+5℃)にした。
Example 4
5000 cycles were carried out in the same sequence as in Example 1. However, the temperature of the laminated battery at the end of
(実施例5)
実施例1と同様のシークエンスで5000サイクル行った。ただし、室温(RT):35℃にし、積層電池1の冷却水の流量を調整することで、ステップ3終了時点での積層電池温度を45℃(RT+10℃)にした。
(Example 5)
5000 cycles were carried out in the same sequence as in Example 1. However, the temperature of the laminated battery at the end of
(実施例6)
ステップ2+3:17分にしたこと以外は実施例1と同様のシークエンスで5000サイクル行った。ただし、積層電池1の冷却水の流量を調整することで、ステップ3終了時点での積層電池温度を35℃(RT+10℃)にした。ステップ3終了時点での平均単セル電圧は0.3Vであった。
(Example 6)
(実施例7)
ステップ1:80分、ステップ2+3:40分、ステップ4:10分、ステップ5:40分、室温(RT):25℃の条件で、図2に示したシークエンスを5000サイクル行った。ステップ2において、平均単セル電圧は約25分で0.13Vに飽和した。ステップ3終了時点で、積層電池温度は35℃(RT+10℃)であった。
(Example 7)
Step 1: 80 minutes,
(実施例8)
ステップ1:80分、ステップ2+3:40分、ステップ4:10分、ステップ5:40分、室温(RT):25℃の条件で、図3に示したシークエンスを5000サイクル行った。ステップ2において、平均単セル電圧は空気供給停止後約5分で0.05Vに飽和した。外部出力遮断後は徐々に電圧が上昇し0.13Vに飽和した。ステップ3終了時点で、積層電池温度は35℃(RT+10℃)であった。
(Example 8)
Step 1: 80 minutes,
(比較例1)
実施例1と同様のシークエンスで5000サイクル行った。ただし、積層電池の冷却水の流量を調整することで、ステップ3終了時点での積層電池温度を50℃(RT+25℃)にした。
(Comparative Example 1)
5000 cycles were carried out in the same sequence as in Example 1. However, the temperature of the laminated battery at the end of
(比較例2)
実施例1と同様のシークエンスで5000サイクル行った。ただし、室温(RT):35℃にし、積層電池1の冷却水の流量を調整することで、ステップ3終了時点での積層電池温度を50℃(RT+15℃)にした。
(Comparative Example 2)
5000 cycles were carried out in the same sequence as in Example 1. However, the temperature of the laminated battery at the end of
(比較例3)
実施例1と同様のシークエンスで5000サイクル行った。ただし、室温(RT):35℃にし、積層電池1の冷却水の流量を調整することで、ステップ3終了時点での積層電池温度を55℃(RT+20℃)にした。
(Comparative Example 3)
5000 cycles were carried out in the same sequence as in Example 1. However, the temperature of the laminated battery at the end of
(比較例4)
ステップ2+3:12分にしたこと以外は実施例1と同様のシークエンスで5000サイクル行った。ただし、積層電池1の冷却水の流量を調整することで、ステップ3終了時点での積層電池温度を35℃(RT+10℃)にした。ステップ3終了時点での平均単セル電圧は0.35Vであった。
(Comparative Example 4)
(比較例5)
ステップ2+3:10分にしたこと以外は実施例1と同様のシークエンスで5000サイクル行った。ただし、積層電池1の冷却水の流量を調整することで、ステップ3終了時点での積層電池温度を35℃(RT+10℃)にした。ステップ3終了時点での平均単セル電圧は0.5Vであった。
(Comparative Example 5)
以上の実施例1〜8、比較例1〜5のサイクル試験の結果を表1〜4に示した。 The results of the cycle tests of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 5 are shown in Tables 1 to 4.
これらは、ステップ2における燃料極のガス状態、外部回路との接続が異なる。どの条件でもサイクル劣化率はほぼ同等であったが、実施例7、8の条件の方がややよい結果であった。これは、実施例7、8では燃料極に十分水素が存在する状態でステップ3を経過しているので、ステップ3の時に燃料極側が負圧になっていないためと考えられる。これによって、電解質11へのダメージなどを少なくでき、また空気極側の電位を速やかに確実に低下させられるので、空気極触媒のクリーンナップがより効果的に行われると考えられる。
These differ in the gas state of the fuel electrode in
これらは不活性ガスパージの開始温度およびパージ条件は同じであるが、ステップ2+3の電池電圧の低下時間が異なり、それぞれのパージ直前の平均単セル電圧は、0.13、0.3、0.35、0.5Vであった。
These have the same inert gas purge start temperature and purge conditions, but the battery voltage drop time in
これらの条件でのサイクル劣化率は、最終平均電圧が0.3Vまでの実施例1、6で
は低い値であったが、最終平均電圧が0.3Vを超えた比較例4、5ではサイクル劣化率が急激に大きくなった。これは、比較例4、5の場合には電池電圧の低下時間が短い、すなわち電極内酸素の消費が十分でないため、空気極のクリーンナップが行われていないからである。
The cycle deterioration rate under these conditions was low in Examples 1 and 6 in which the final average voltage was up to 0.3V, but in Comparative Examples 4 and 5 in which the final average voltage exceeded 0.3V, the cycle deterioration was The rate suddenly increased. This is because in the case of Comparative Examples 4 and 5, the battery voltage drop time is short, that is, the consumption of oxygen in the electrode is not sufficient, so that the air electrode is not cleaned up.
この結果より、平均単セル電圧が0.3V以下になるまで燃料極側に水素含有ガスを存在させることが、燃料電池の劣化防止に有効であることがわかる。 From this result, it can be seen that the presence of the hydrogen-containing gas on the fuel electrode side until the average single cell voltage becomes 0.3 V or less is effective in preventing deterioration of the fuel cell.
これらは、ステップ3までの電池冷却速度が変えてあり、不活性ガスパージの開始温度のみが異なる場合を1つの表にまとめており、表3は室温(RT)が25℃の場合を、表4は室温(RT)が35℃の場合を、それぞれ示している。
These are summarized in one table when the battery cooling rate up to
表3より、室温(RT)が25℃のとき、パージ開始温度が35、30、45、50℃の場合のサイクル劣化率は、それぞれ15、15、20、30μV/回であり、不活性ガスパージの開始温度が高くなるほど、すなわち封止してからの室温までの温度低下(ΔT)が大きいほど、サイクル劣化率が大きくなっている。表4より、室温(RT)が35℃のときも同様の挙動を示しており、パージ開始温度が40、45、50、55℃の場合のサイクル劣化率は、それぞれ15、15、25、40μV/回であった。 From Table 3, when the room temperature (RT) is 25 ° C., the cycle deterioration rates when the purge start temperature is 35, 30, 45, and 50 ° C. are 15, 15, 20, and 30 μV / time, respectively, and the inert gas purge The cycle deterioration rate increases as the starting temperature increases, that is, as the temperature drop (ΔT) from the sealing to room temperature increases. Table 4 shows the same behavior when the room temperature (RT) is 35 ° C., and the cycle deterioration rates when the purge start temperature is 40, 45, 50, and 55 ° C. are 15, 15, 25, and 40 μV, respectively. / Times.
また、ステップ5の最終電池内圧力を測定した結果も表3、4に示している。当然ではあるが、ΔTに比例して電池内圧力の減少量が比例していることがわかる。さらに、電池内圧力の減少量に比例してサイクル劣化率が大きくなっている。つまり、起動・停止による圧力変動による電解質11へのダメージや、外部からの酸素あるいはコンタミの混入による触媒被毒によるサイクル劣化と考えられる。
Also, Tables 3 and 4 show the results of measuring the final battery pressure in
また、燃料電池で発電する電力が、一般の大型発電所の電力に対してランニングコストとしてメリットを出すことを考慮した場合、起動停止のサイクル劣化の許容範囲は約4000サイクルで80mVの低下、すなわち20μV/回以下とされている。表3、4より、サイクル劣化率を20μV/回以下にするには、停止時の減圧量は0.1atg以内にするのが好ましいといえる。
In addition, when considering that the power generated by the fuel cell has a merit as a running cost with respect to the power of a general large-scale power plant, the allowable range of cycle deterioration of start and stop is about 80 cycles at a decrease of 80 mV, that is, 20 μV / time or less. From Tables 3 and 4, it can be said that it is preferable that the amount of decompression at the stop is within 0.1 atg in order to make the
図5のグラフは、RT+ΔTのフル加湿のガスが燃料電池内に封止され、室温(RT)まで冷却されたときに起こる減圧量を計算したものであり、表3、4で示した今回の減圧量の結果ともよく一致する。 The graph of FIG. 5 shows the amount of pressure reduction that occurs when RT + ΔT fully humidified gas is sealed in a fuel cell and cooled to room temperature (RT). It agrees well with the result of the reduced pressure.
つまり、通常の室温領域である0〜50℃の範囲において、減圧量が0.1atgに収まるΔTが好ましいといえ、図5のグラフに示す計算結果より、ΔTは10℃以下が好ましいことがわかる。 That is, it can be said that ΔT in which the amount of reduced pressure falls within 0.1 atg is preferable in the normal room temperature range of 0 to 50 ° C. From the calculation result shown in the graph of FIG. 5, it is understood that ΔT is preferably 10 ° C. or less. .
なお、本発明のプログラムは、上述した本発明の燃料電池発電システムの運転制御手段の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムである。 The program of the present invention is a program for causing a computer to execute the function of the operation control means of the fuel cell power generation system of the present invention described above, and is a program that operates in cooperation with the computer.
また、本発明の記録媒体は、上述した本発明の燃料電池発電システムの運転制御手段の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムを担持した記録媒体であり、コンピュータにより読み取り可能かつ、読み取られた前記プログラムが前記コンピュータと協働して利用される記録媒体である。 The recording medium of the present invention is a recording medium carrying a program for causing a computer to execute the function of the operation control means of the above-described fuel cell power generation system of the present invention. The recording medium is used in cooperation with the computer.
また、本発明のプログラムの一利用形態は、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。 Further, one usage form of the program of the present invention may be an aspect in which the program is recorded on a computer-readable recording medium and operates in cooperation with the computer.
また、記録媒体としては、ROM等が含まれ、伝送媒体としては、インターネット等の伝送媒体、光・電波・音波等が含まれる。 The recording medium includes a ROM and the like, and the transmission medium includes a transmission medium such as the Internet, light, radio waves, sound waves, and the like.
また、上述した本発明のコンピュータは、CPU等の純然たるハードウェアに限らず、ファームウェアや、OS、更に周辺機器を含むものであっても良い。 The computer of the present invention described above is not limited to pure hardware such as a CPU, and may include firmware, an OS, and peripheral devices.
なお、以上説明した様に、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現しても良いし、ハードウェア的に実現しても良い。 As described above, the configuration of the present invention may be realized by software or hardware.
本発明にかかる燃料電池発電システムの運転方法および燃料電池発電システムは、起動停止による劣化の減少または耐久性の向上を図る効果を有し、高分子電解質形燃料電池を用いた燃料電池発電システムの運転方法および燃料電池発電システム等として有用である。 An operation method of a fuel cell power generation system and a fuel cell power generation system according to the present invention have an effect of reducing deterioration due to start / stop or improving durability, and a fuel cell power generation system using a polymer electrolyte fuel cell. It is useful as an operation method and a fuel cell power generation system.
1 積層電池
2 酸化剤ガス制御装置
3 燃料ガス制御装置
4 電圧検知装置
5 制御部
6 外部回路
7 電磁弁
8 ガス清浄部
9 全熱交換式加湿器
10 燃料生成器
11 電解質
12a、12c 触媒反応層
13a、13c ガス拡散層
14a、14c 電極
15 MEAガスケット
16a、16c セパレータ板
17 MEA
18a、18c ガス流路
19 冷却水流路
20 セパレータガスケット
DESCRIPTION OF
18a, 18c
Claims (12)
燃料ガスと酸化剤ガスの供給を停止させるとともに外部回路を遮断するステップと、
燃料電池と周囲との温度差が少なくとも所定温度以下になった後に、不活性ガスでパージして封止するステップとを備えた、燃料電池発電システムの運転方法。 When stopping operation,
Stopping the supply of fuel gas and oxidant gas and shutting off the external circuit;
A method for operating a fuel cell power generation system, comprising: purging with an inert gas and sealing after a temperature difference between the fuel cell and the surroundings is at least a predetermined temperature or less.
燃料ガスの供給を継続させた状態で、酸化剤ガスの供給を停止させるとともに外部回路を遮断するステップと、
燃料電池と周囲との温度差が少なくとも所定温度以下になった後に、不活性ガスでパージして封止するステップとを備えた、燃料電池発電システムの運転方法。 When stopping operation,
A step of stopping the supply of the oxidant gas and shutting off the external circuit while the supply of the fuel gas is continued;
A method for operating a fuel cell power generation system, comprising: purging with an inert gas and sealing after a temperature difference between the fuel cell and the surroundings is at least a predetermined temperature or less.
燃料ガスの供給と外部回路との接続を継続させた状態で酸化剤ガスの供給を停止させた後に、出力される電圧が所定電圧以下になった際に外部回路を遮断するステップと、
燃料電池と周囲との温度差が少なくとも所定温度以下になった後に、不活性ガスでパージして封止するステップとを備えた、燃料電池発電システムの運転方法。 When stopping operation,
Shutting off the external circuit when the output voltage falls below a predetermined voltage after stopping the supply of the oxidant gas in a state where the connection of the fuel gas and the external circuit is continued;
A method for operating a fuel cell power generation system, comprising: purging with an inert gas and sealing after a temperature difference between the fuel cell and the surroundings is at least a predetermined temperature or less.
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記燃料電池で発電された電力を取り出す電力回路部と、
前記燃料電池の温度を検出する燃料電池温度検出手段と、
周囲の温度を検出する周囲温度検出手段と、
運転を制御する運転制御手段とを備えた燃料電池発電システムであって、
前記運転制御手段は、運転を停止する際に、前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの前記燃料電池への供給を停止させるとともに前記燃料電池から前記外部回路を遮断し、前記燃料電池と周囲との温度差が所定温度以下になった後に、前記燃料電池を前記不活性ガスでパージして封止するように制御する、燃料電池発電システム。 A fuel cell that is supplied with fuel gas and oxidant gas to generate electricity;
Fuel gas supply means for supplying the fuel gas to the fuel cell;
Oxidant gas supply means for supplying the oxidant gas to the fuel cell;
An inert gas supply means for supplying an inert gas to the fuel cell;
A power circuit unit for extracting power generated by the fuel cell;
Fuel cell temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell;
Ambient temperature detection means for detecting the ambient temperature;
A fuel cell power generation system comprising an operation control means for controlling operation,
The operation control means, when stopping the operation, stops the supply of the fuel gas and the oxidant gas to the fuel cell and shuts off the external circuit from the fuel cell. A fuel cell power generation system that controls the fuel cell to be purged and sealed with the inert gas after the temperature difference becomes equal to or lower than a predetermined temperature.
前記運転制御手段は、運転を停止する際に、前記燃料ガスの前記燃料電池への供給を継続させた状態で前記酸化剤ガスの供給を停止させ、前記燃料電池の電圧が所定電圧以下になったことを検知して前記燃料電池から前記外部回路を遮断し、前記燃料電池と周囲との温度差が所定温度以下になった後に、前記燃料電池を前記不活性ガスでパージして封止するように制御する、請求項6に記載の燃料電池発電システム。 Furthermore, a fuel cell voltage detection means for detecting the voltage of the fuel cell is provided,
When stopping the operation, the operation control means stops the supply of the oxidant gas while continuing to supply the fuel gas to the fuel cell, and the voltage of the fuel cell becomes a predetermined voltage or less. The external circuit is cut off from the fuel cell, and after the temperature difference between the fuel cell and the surroundings has become a predetermined temperature or less, the fuel cell is purged and sealed with the inert gas. The fuel cell power generation system according to claim 6, which is controlled as follows.
A recording medium carrying the program according to claim 11, which is usable by a computer.
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