JP5451248B2 - Stopping storage method of fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、水素を含む燃料ガスが供給されるアノードと酸化剤ガスが供給されるカソードとの間に電解質を設けて構成される燃料電池を備える燃料電池システムの停止保管方法に関する。 The present invention relates to a method for stopping and storing a fuel cell system including a fuel cell configured by providing an electrolyte between an anode supplied with a fuel gas containing hydrogen and a cathode supplied with an oxidant gas.
燃料電池からの電力の出力を停止する停止状態にその燃料電池の運転を移行させる停止移行工程を実施した段階では、カソードには酸化剤ガスとしての空気(酸素)が残留している。そのため、燃料電池システムの停止保管方法として、カソードの酸化による劣化を防止することを目的として、カソードへ水素含有ガスを供給した上で、次に燃料電池が始動されるまでその停止状態を維持する停止状態維持工程を実施することが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。具体的には、特許文献1に記載の方法では、アノード及びカソードのガス流路を連結するガス導通路を特別に装備したシステムにおいて、アノードに水素含有ガスを供給することでその水素含有ガスを上記ガス導通路を介してカソードにも供給している。そして、カソードに残留していた酸化剤ガスの全部又は一部を水素含有ガスで置換した後、遮断弁を閉じてアノード及びカソードを封止する停止状態維持工程を実施している。
At the stage where the stop transition process for shifting the operation of the fuel cell to the stop state where the output of power from the fuel cell is stopped is performed, air (oxygen) as the oxidant gas remains in the cathode. Therefore, as a method for stopping and storing the fuel cell system, for the purpose of preventing deterioration due to oxidation of the cathode, the hydrogen-containing gas is supplied to the cathode, and the stopped state is maintained until the fuel cell is started next time. It has been proposed to perform a stopped state maintaining step (see, for example, Patent Document 1). Specifically, in the method described in
特許文献1に記載の方法では、残留している酸化剤ガスによるカソードの酸化を防止することを目的として、アノードからカソードへ水素含有ガスを供給している。従って、カソードへ水素含有ガスを供給するための特別な配管が必要になるため、装置の構成が複雑になり且つ装置のコストが高くなるという問題が生じる。加えて、通常の発電運転時には使用しない特別な配管を使用して、通常の発電運転時に使用しないガスをカソードに供給しようとすると、ガスの流路の切り換えや、ガスの入れ換えなどの煩雑な手順が必要になる。
In the method described in
また、特許文献1に記載の方法では、適当なタイミングを選んでアノード及びカソードへ水素含有ガスを供給する処理を行っているのではなく、単純に、燃料電池システムの停止移行工程の最終段階又は停止状態維持工程の最初の段階で、1度だけアノード及びカソードに水素含有ガスを封入し、次の燃料電池システムの起動まで放置している。ところが、上記停止移行工程を実施した段階では、燃料電池の温度が十分に下がりきっておらず、その後の停止状態維持工程においても温度低下が発生することがある。或いは、上記停止移行工程を実施した段階で燃料電池の温度が十分に下がっていたとしても、停止状態維持工程中に燃料電池の周囲の環境の温度変化に応じて、燃料電池の内部温度が変化する可能性がある。そのような内部温度の変化が発生した場合、燃料電池の内部圧力が変化する。そして、燃料電池の内部のアノードやカソードに酸素(空気)が侵入する可能性がある。更に、カソードに侵入した酸素が電解質を介してアノードへ侵入してくる可能性もある。
よって、特許文献1に記載の方法を実施しても、上記停止状態維持工程中にアノードに酸素が侵入して、アノードが酸化される可能性がある。アノードは、酸化された状態から起動(水素供給)されると還元されるが、この停止と起動(即ち、酸化と還元)とを繰り返すと、アノードとして用いたPt−Ru/CのRu触媒の溶解が加速されるという問題が指摘されている。一酸化炭素被毒に対するアノードの耐性を確保する目的で用いられているRuの溶解が進むと、アノードの一酸化炭素被毒耐性が低下するというアノードの劣化の問題が生じる。
また、アノードに酸素が存在する状態でアノードに水素を供給すると、逆電流機構が働き、カソードの電極材料として用いているカーボンが酸化され、カソードが腐食するというカソードの劣化の問題が生じることが指摘されている。
In addition, in the method described in
Therefore, even if the method described in
In addition, when hydrogen is supplied to the anode in the presence of oxygen in the anode, the reverse current mechanism works, the carbon used as the cathode electrode material is oxidized, and there is a problem of cathode deterioration that the cathode corrodes. It has been pointed out.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、アノード及びカソードの性能を維持できる燃料電池システムの停止保管方法を提供する点にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for stopping and storing a fuel cell system capable of maintaining the performance of an anode and a cathode.
上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の特徴構成は、水素を含む燃料ガスが供給されるアノードと酸化剤ガスが供給されるカソードとの間に電解質を設けて構成される燃料電池を備える燃料電池システムの停止保管方法であって、
前記燃料電池からの電力の出力を停止する停止状態に前記燃料電池の運転を移行させる停止移行工程を実施した後、前記停止状態を維持する停止状態維持工程を実施している間の設定タイミングで、前記アノードへ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給処理を、前記カソードへのガスの供給を停止した状態で実施し、
前記停止状態維持工程において、前記アノードへのガス供給路を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を開放するアノード隔離処理を実施している間の前記設定タイミングで前記水素含有ガス供給処理を実施する点にある。
In order to achieve the above object, the fuel cell system according to the present invention is characterized in that the storage and storage method includes an electrolyte provided between an anode supplied with a fuel gas containing hydrogen and a cathode supplied with an oxidant gas. A stop storage method for a fuel cell system comprising a fuel cell comprising:
After performing a stop transition process for shifting the operation of the fuel cell to a stop state for stopping the output of power from the fuel cell, at a set timing while performing a stop state maintaining process for maintaining the stop state The hydrogen-containing gas supply process for supplying the hydrogen-containing gas to the anode is performed in a state where the supply of the gas to the cathode is stopped ,
In the stop state maintaining step, the hydrogen-containing gas supply process is performed at the set timing while the anode isolation process is performed to close the gas supply path to the anode and open the gas discharge path from the anode. There is in point to do.
上記特徴構成によれば、停止状態維持工程を実施している間の設定タイミングで、アノードへ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給処理が、カソードへのガスの供給を停止した状態で実施される。ここで、設定タイミングは、燃料電池を運用する際に参照可能な圧力や時間などの様々な値を参照して設定できる。例えば、ある部位の圧力が設定圧力になったときを設定タイミングとすることや、ある処理を開始又は終了してからの経過時間が設定時間になったときを設定タイミングとすることができる。従って、この停止保管方法を実施すると、停止状態維持工程の間の適当なタイミング(設定タイミング)を選んでアノードへ水素含有ガスを供給してアノードの圧力を高めることで、上述した燃料電池の内部温度の変化があったとしても、燃料電池外部やカソードなどからアノードへガス(例えば、酸素など)が侵入し難くなる。また、カソードに例えば酸素などのガスが侵入しても、アノードに供給された水素含有ガスと反応して消費される。よって、アノードの酸化が抑制されるので、アノードの劣化を抑制できる。また、上述した逆電流機構によるカソードの酸化も抑制されるので、カソードの劣化も抑制できる。
加えて、カソードへのガスの供給を行わないので、従来は装備されていたアノード及びカソードのガス流路を連結するガス導通路などの特別な配管系統は不要である。よって、装置のコストが高くなるという問題の発生や、ガスの流路の切り換えや、ガスの入れ換えなどの煩雑な手順が必要になるといった問題の発生を回避できる。
加えて、アノードよりも下流側のガス排出路に存在するガスは、当初はアノード付近に存在していた水素含有ガスである。更に、アノードでのガス流路の容積と、アノードの下流側のガス排出路の容積とを比較すると、アノードの下流側のガス排出路の容積の方が非常に大きいのが一般的である。よって、アノードよりも下流側のガス放出路からアノードへガスが逆流しても、アノードの酸化を引き起こす可能性は低い。従って、アノードに水素含有ガスが存在する状態を維持して、アノードの酸化を抑制できる。
従って、アノード及びカソードの性能を維持できる燃料電池システムの停止保管方法を提供できる。
According to the above characteristic configuration, the hydrogen-containing gas supply process for supplying the hydrogen-containing gas to the anode is performed in a state in which the supply of the gas to the cathode is stopped at the set timing during the execution of the stopped state maintaining step. The Here, the setting timing can be set by referring to various values such as pressure and time that can be referred to when operating the fuel cell. For example, it is possible to set the time when the pressure at a certain part reaches the set pressure, or set the time when the elapsed time after starting or ending a certain process reaches the set time. Therefore, when this stopped storage method is carried out, an appropriate timing (set timing) during the stopped state maintaining process is selected and a hydrogen-containing gas is supplied to the anode to increase the pressure of the anode. Even if there is a change in temperature, it is difficult for gas (for example, oxygen) to enter the anode from the outside of the fuel cell or from the cathode. Even if a gas such as oxygen enters the cathode, it reacts with the hydrogen-containing gas supplied to the anode and is consumed. Therefore, since the oxidation of the anode is suppressed, the deterioration of the anode can be suppressed. Further, since the oxidation of the cathode due to the above-described reverse current mechanism is suppressed, the deterioration of the cathode can also be suppressed.
In addition, since no gas is supplied to the cathode, there is no need for a special piping system such as a gas conduction path connecting the gas flow paths of the anode and the cathode, which has been conventionally provided. Therefore, it is possible to avoid the occurrence of the problem that the cost of the apparatus is increased and the problem that a complicated procedure such as switching of the gas flow path and gas replacement is required.
In addition, the gas present in the gas discharge path downstream of the anode is a hydrogen-containing gas that was initially present near the anode. Furthermore, comparing the volume of the gas flow path at the anode with the volume of the gas discharge path downstream of the anode, the volume of the gas discharge path downstream of the anode is generally much larger. Therefore, even if the gas flows backward from the gas discharge path downstream of the anode to the anode, the possibility of causing oxidation of the anode is low. Therefore, the state in which the hydrogen-containing gas exists in the anode can be maintained, and the oxidation of the anode can be suppressed.
Therefore, it is possible to provide a method for stopping and storing the fuel cell system that can maintain the performance of the anode and the cathode.
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の別の特徴構成は、前記アノードへのガス供給路に、前記アノードへ供給される前記燃料ガスを改質器を用いて生成する燃料ガス生成装置が接続されており、
前記停止状態維持工程において前記アノード隔離処理を継続して実施している間、前記設定タイミングになると、前記アノードへのガス供給路を開放して前記燃料ガス生成装置から前記アノードへガスを流入させることで前記水素含有ガス供給処理を実施する点にある。
According to another aspect of the present invention, there is provided a fuel gas generation apparatus for generating the fuel gas supplied to the anode using a reformer in a gas supply path to the anode. Connected,
While the anode isolation process is continuously performed in the stop state maintaining step, when the set timing is reached, the gas supply path to the anode is opened and gas is allowed to flow from the fuel gas generator to the anode. Thus, the hydrogen-containing gas supply process is performed .
上記特徴構成によれば、アノードへのガス供給路を開放して燃料ガス生成装置からアノードへガスを流入させる水素含有ガス供給処理を実施することで、アノードの上流側の配管内に残留していた燃料ガス(水素含有ガス)を含むガスをアノードへ流入させることができる。 According to the above characteristic configuration, the hydrogen-containing gas supply process in which the gas supply path to the anode is opened and the gas is allowed to flow from the fuel gas generator to the anode is left in the piping upstream of the anode. A gas containing a fuel gas (hydrogen-containing gas) can flow into the anode.
更に、水素含有ガスをアノードへ供給するために、従来は装備されていたアノード及びカソードのガス流路を連結するガス導通路などの特別な配管系統は不要である。よって、装置のコストが高くなるという問題の発生や、ガスの流路の切り換えや、ガスの入れ換えなどの煩雑な手順が必要になるといった問題の発生を回避できる。 Further, in order to supply the hydrogen-containing gas to the anode, a special piping system such as a gas conduction path connecting the gas flow paths of the anode and the cathode, which has been conventionally provided, is unnecessary. Therefore, it is possible to avoid the occurrence of the problem that the cost of the apparatus is increased and the problem that a complicated procedure such as switching of the gas flow path and gas replacement is required.
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、水素を含む燃料ガスが供給されるアノードと酸化剤ガスが供給されるカソードとの間に電解質を設けて構成される燃料電池を備える燃料電池システムの停止保管方法であって、
前記燃料電池からの電力の出力を停止する停止状態に前記燃料電池の運転を移行させる停止移行工程を実施した後、前記停止状態を維持する停止状態維持工程を実施している間の設定タイミングで、前記アノードへ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給処理を、前記カソードへのガスの供給を停止した状態で実施し、
前記アノードへのガス供給路に、前記アノードへ供給される前記燃料ガスを改質器を用いて生成する燃料ガス生成装置が接続されており、
前記停止状態維持工程を開始した後、前記停止状態維持工程において前記アノードへのガス供給路と前記アノードからのガス排出路とを閉止するアノード隔離処理を実施する前に、又は、前記停止状態維持工程において前記アノードへのガス供給路を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を開放するアノード隔離処理を実施する前に、又は、前記停止状態維持工程において前記燃料ガス生成装置と前記アノードとの間のガスの流通が許容された状態で、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器よりも上流側の所定部位を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を閉止するアノード隔離処理を実施する前に、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器より上流側の所定部位を閉止し且つ前記アノードへのガス供給路を閉止する燃料ガス生成装置隔離処理を、前記改質器の温度が設定温度以下になるまで実施し、
前記燃料ガス生成装置隔離処理を実施している間、前記所定部位と前記アノードへのガス供給路の閉止部位との間の圧力が設定圧力を超えると、前記所定部位と前記アノードへのガス供給路の閉止部位との間の圧力を低下させる圧力低下処理を実施する点にある。
Still another characteristic configuration of the method for stopping and storing a fuel cell system according to the present invention is a fuel configured by providing an electrolyte between an anode supplied with a fuel gas containing hydrogen and a cathode supplied with an oxidant gas. A method for stopping and storing a fuel cell system including a battery,
After performing a stop transition process for shifting the operation of the fuel cell to a stop state for stopping the output of power from the fuel cell, at a set timing while performing a stop state maintaining process for maintaining the stop state The hydrogen-containing gas supply process for supplying the hydrogen-containing gas to the anode is performed in a state where the supply of the gas to the cathode is stopped,
A fuel gas generation device for generating the fuel gas supplied to the anode using a reformer is connected to the gas supply path to the anode,
After starting the stopped state maintaining step, before performing the anode isolation process for closing the gas supply path to the anode and the gas discharge path from the anode in the stopped state maintaining step, or maintaining the stopped state Before performing the anode isolation process for closing the gas supply path to the anode and opening the gas discharge path from the anode in the process, or in the stop state maintaining process, the fuel gas generation device and the anode In a state in which gas flow is permitted, a predetermined portion upstream of the reformer of the gas flow system leading from the fuel gas generation device to the anode is closed and a gas discharge path from the anode is closed Before performing the anode isolation treatment, a predetermined upstream side of the reformer of the gas distribution system leading from the fuel gas generator to the anode The fuel gas generating device isolation process for closing the gas supply passage to the close and and the anode of the position, performed until the temperature of the reformer is below the set temperature,
If the pressure between the predetermined portion and the closed portion of the gas supply path to the anode exceeds the set pressure during the fuel gas generation device isolation process, the gas supply to the predetermined portion and the anode is performed. It is in the point which implements the pressure reduction process which reduces the pressure between the closed parts of a path | route .
上記特徴構成によれば、停止状態維持工程を実施している間の設定タイミングで、アノードへ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給処理が、カソードへのガスの供給を停止した状態で実施される。ここで、設定タイミングは、燃料電池を運用する際に参照可能な圧力や時間などの様々な値を参照して設定できる。例えば、ある部位の圧力が設定圧力になったときを設定タイミングとすることや、ある処理を開始又は終了してからの経過時間が設定時間になったときを設定タイミングとすることができる。従って、この停止保管方法を実施すると、停止状態維持工程の間の適当なタイミング(設定タイミング)を選んでアノードへ水素含有ガスを供給してアノードの圧力を高めることで、上述した燃料電池の内部温度の変化があったとしても、燃料電池外部やカソードなどからアノードへガス(例えば、酸素など)が侵入し難くなる。また、カソードに例えば酸素などのガスが侵入しても、アノードに供給された水素含有ガスと反応して消費される。よって、アノードの酸化が抑制されるので、アノードの劣化を抑制できる。また、上述した逆電流機構によるカソードの酸化も抑制されるので、カソードの劣化も抑制できる。 According to the above characteristic configuration, the hydrogen-containing gas supply process for supplying the hydrogen-containing gas to the anode is performed in a state in which the supply of the gas to the cathode is stopped at the set timing during the execution of the stopped state maintaining step. The Here, the setting timing can be set by referring to various values such as pressure and time that can be referred to when operating the fuel cell. For example, it is possible to set the time when the pressure at a certain part reaches the set pressure, or set the time when the elapsed time after starting or ending a certain process reaches the set time. Therefore, when this stopped storage method is carried out, an appropriate timing (set timing) during the stopped state maintaining process is selected and a hydrogen-containing gas is supplied to the anode to increase the pressure of the anode. Even if there is a change in temperature, it is difficult for gas (for example, oxygen) to enter the anode from the outside of the fuel cell or from the cathode. Even if a gas such as oxygen enters the cathode, it reacts with the hydrogen-containing gas supplied to the anode and is consumed. Therefore, since the oxidation of the anode is suppressed, the deterioration of the anode can be suppressed. Further, since the oxidation of the cathode due to the above-described reverse current mechanism is suppressed, the deterioration of the cathode can also be suppressed.
加えて、カソードへのガスの供給を行わないので、従来は装備されていたアノード及びカソードのガス流路を連結するガス導通路などの特別な配管系統は不要である。よって、装置のコストが高くなるという問題の発生や、ガスの流路の切り換えや、ガスの入れ換えなどの煩雑な手順が必要になるといった問題の発生を回避できる。 In addition, since no gas is supplied to the cathode, there is no need for a special piping system such as a gas conduction path connecting the gas flow paths of the anode and the cathode, which has been conventionally provided. Therefore, it is possible to avoid the occurrence of the problem that the cost of the apparatus is increased and the problem that a complicated procedure such as switching of the gas flow path and gas replacement is required.
加えて、燃料電池の停止移行工程を行った直後の未だ改質器の温度が高い状態のときに、改質反応による水素含有ガスの生成或いは水蒸気の発生などによる改質器圧力の増加があったとしても、改質器の圧力(即ち、上記所定部位と上記アノードへのガス供給路の閉止部位とにわたる空間の圧力)を上記圧力低下処理によって適正に保つことができる。 In addition, when the temperature of the reformer is still high immediately after the stop transition process of the fuel cell, there is an increase in the reformer pressure due to the generation of hydrogen-containing gas or the generation of steam due to the reforming reaction. Even so, the pressure of the reformer (that is, the pressure in the space between the predetermined portion and the closed portion of the gas supply path to the anode) can be properly maintained by the pressure reduction process.
従って、アノード及びカソードの性能を維持できる燃料電池システムの停止保管方法を提供できる。Therefore, it is possible to provide a method for stopping and storing the fuel cell system that can maintain the performance of the anode and the cathode.
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記圧力低下処理において、前記アノードへのガス供給路の閉止部位を開放して前記燃料ガス生成装置から前記アノードへガスを流入させることで前記所定部位と前記アノードへのガス供給路の閉止部位との間の圧力を低下させる点にある。 Still another characteristic configuration of the fuel cell system stop storage method according to the present invention is that, in the pressure reduction process, a gas supply path to the anode is opened to release gas from the fuel gas generator to the anode. By flowing in, the pressure between the predetermined portion and the closed portion of the gas supply path to the anode is lowered .
上記特徴構成によれば、燃料ガス生成装置からアノードへのガス供給路の閉止部位を開放することで圧力低下処理を実施できる。つまり、圧力低下処理を実施するために特別な配管系統は不要であるので、燃料電池の装置構成は複雑にならない。 According to the above characteristic configuration, the pressure reduction process can be performed by opening the closed portion of the gas supply path from the fuel gas generation device to the anode. That is, since a special piping system is not required for performing the pressure reduction process, the fuel cell device configuration is not complicated.
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、水素を含む燃料ガスが供給されるアノードと酸化剤ガスが供給されるカソードとの間に電解質を設けて構成される燃料電池を備える燃料電池システムの停止保管方法であって、
前記燃料電池からの電力の出力を停止する停止状態に前記燃料電池の運転を移行させる停止移行工程を実施した後、前記停止状態を維持する停止状態維持工程を実施している間の設定タイミングで、前記アノードへ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給処理を、前記カソードへのガスの供給を停止した状態で実施し、
前記アノードへのガス供給路に、前記アノードへ供給される前記燃料ガスを改質器を用いて生成する燃料ガス生成装置が接続されており、
前記停止状態維持工程を開始した後、前記停止状態維持工程において前記アノードへのガス供給路と前記アノードからのガス排出路とを閉止するアノード隔離処理を実施する前に、又は、前記停止状態維持工程において前記アノードへのガス供給路を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を開放するアノード隔離処理を実施する前に、又は、前記停止状態維持工程において前記燃料ガス生成装置と前記アノードとの間のガスの流通が許容された状態で、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器よりも上流側の所定部位を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を閉止するアノード隔離処理を実施する前に、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器より上流側の所定部位を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を閉止する燃料ガス生成装置隔離処理を、前記改質器の温度が設定温度以下になるまで実施し、
前記燃料ガス生成装置隔離処理を実施している間、前記所定部位と前記アノードからのガス排出路の閉止部位との間の圧力が設定圧力を超えると、前記所定部位と前記アノードからのガス排出路の閉止部位との間の圧力を低下させる圧力低下処理を実施する点にある。
Still another characteristic configuration of the method for stopping and storing a fuel cell system according to the present invention is a fuel configured by providing an electrolyte between an anode supplied with a fuel gas containing hydrogen and a cathode supplied with an oxidant gas. A method for stopping and storing a fuel cell system including a battery,
After performing a stop transition process for shifting the operation of the fuel cell to a stop state for stopping the output of power from the fuel cell, at a set timing while performing a stop state maintaining process for maintaining the stop state The hydrogen-containing gas supply process for supplying the hydrogen-containing gas to the anode is performed in a state where the supply of the gas to the cathode is stopped,
A fuel gas generation device for generating the fuel gas supplied to the anode using a reformer is connected to the gas supply path to the anode,
After starting the stopped state maintaining step, before performing the anode isolation process for closing the gas supply path to the anode and the gas discharge path from the anode in the stopped state maintaining step, or maintaining the stopped state Before performing the anode isolation process for closing the gas supply path to the anode and opening the gas discharge path from the anode in the process, or in the stop state maintaining process, the fuel gas generation device and the anode In a state in which gas flow is permitted, a predetermined portion upstream of the reformer of the gas flow system leading from the fuel gas generation device to the anode is closed and a gas discharge path from the anode is closed Before performing the anode isolation treatment, a predetermined upstream side of the reformer of the gas distribution system leading from the fuel gas generator to the anode The fuel gas generating device isolation process for closing the gas discharge passage from the closing to and the anode of the position, performed until the temperature of the reformer is below the set temperature,
If the pressure between the predetermined part and the closed part of the gas discharge path from the anode exceeds the set pressure while the fuel gas generator isolation process is being performed, gas discharge from the predetermined part and the anode is performed. It is in the point which implements the pressure reduction process which reduces the pressure between the closed parts of a path | route .
上記特徴構成によれば、停止状態維持工程を実施している間の設定タイミングで、アノードへ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給処理が、カソードへのガスの供給を停止した状態で実施される。ここで、設定タイミングは、燃料電池を運用する際に参照可能な圧力や時間などの様々な値を参照して設定できる。例えば、ある部位の圧力が設定圧力になったときを設定タイミングとすることや、ある処理を開始又は終了してからの経過時間が設定時間になったときを設定タイミングとすることができる。従って、この停止保管方法を実施すると、停止状態維持工程の間の適当なタイミング(設定タイミング)を選んでアノードへ水素含有ガスを供給してアノードの圧力を高めることで、上述した燃料電池の内部温度の変化があったとしても、燃料電池外部やカソードなどからアノードへガス(例えば、酸素など)が侵入し難くなる。また、カソードに例えば酸素などのガスが侵入しても、アノードに供給された水素含有ガスと反応して消費される。よって、アノードの酸化が抑制されるので、アノードの劣化を抑制できる。また、上述した逆電流機構によるカソードの酸化も抑制されるので、カソードの劣化も抑制できる。According to the above characteristic configuration, the hydrogen-containing gas supply process for supplying the hydrogen-containing gas to the anode is performed in a state in which the supply of the gas to the cathode is stopped at the set timing during the execution of the stopped state maintaining step. The Here, the setting timing can be set by referring to various values such as pressure and time that can be referred to when operating the fuel cell. For example, it is possible to set the time when the pressure at a certain part reaches the set pressure, or set the time when the elapsed time after starting or ending a certain process reaches the set time. Therefore, when this stopped storage method is carried out, an appropriate timing (set timing) during the stopped state maintaining process is selected and a hydrogen-containing gas is supplied to the anode to increase the pressure of the anode. Even if there is a change in temperature, it is difficult for gas (for example, oxygen) to enter the anode from the outside of the fuel cell or from the cathode. Even if a gas such as oxygen enters the cathode, it reacts with the hydrogen-containing gas supplied to the anode and is consumed. Therefore, since the oxidation of the anode is suppressed, the deterioration of the anode can be suppressed. Further, since the oxidation of the cathode due to the above-described reverse current mechanism is suppressed, the deterioration of the cathode can also be suppressed.
加えて、カソードへのガスの供給を行わないので、従来は装備されていたアノード及びカソードのガス流路を連結するガス導通路などの特別な配管系統は不要である。よって、装置のコストが高くなるという問題の発生や、ガスの流路の切り換えや、ガスの入れ換えなどの煩雑な手順が必要になるといった問題の発生を回避できる。 In addition, since no gas is supplied to the cathode, there is no need for a special piping system such as a gas conduction path connecting the gas flow paths of the anode and the cathode, which has been conventionally provided. Therefore, it is possible to avoid the occurrence of the problem that the cost of the apparatus is increased and the problem that a complicated procedure such as switching of the gas flow path and gas replacement is required.
加えて、燃料電池の停止状態維持工程を開始した後の未だ改質器の温度が高い状態のときに、改質反応による水素含有ガスの生成或いは水蒸気の発生などによって、上記所定部位と上記アノードからのガス排出路の閉止部位との間の圧力(即ち、改質器及びアノードを一体として含む空間の圧力)の増加があったとしても、その圧力を上記圧力低下処理によって適正に保つことができる。 In addition, when the temperature of the reformer is still high after starting the fuel cell stop state maintaining step, the predetermined portion and the anode are generated by the generation of hydrogen-containing gas or the generation of water vapor by the reforming reaction. Even if there is an increase in pressure between the gas discharge path and the closed portion of the gas discharge path (that is, the pressure in the space including the reformer and the anode as a whole), the pressure can be properly maintained by the pressure reduction process. it can.
更に、上記所定部位と上記アノードからのガス排出路の閉止部位との間の圧力が増加中もアノードには改質器で発生する水素を含む水素含有ガスが供給されているので、酸化剤ガスがカソードに流入したとしてもアノードに流入した水素含有ガスと反応して消費され易くなる。その結果、カソードから電解質を介してアノードへ酸化剤ガスが侵入することを抑制できる。 Furthermore, since the anode is supplied with a hydrogen-containing gas containing hydrogen generated in the reformer while the pressure between the predetermined portion and the closed portion of the gas discharge path from the anode is increased, the oxidant gas is supplied. Even if it flows into the cathode, it reacts with the hydrogen-containing gas flowing into the anode and is easily consumed. As a result, it is possible to suppress the oxidant gas from entering the anode through the electrolyte from the cathode.
従って、アノード及びカソードの性能を維持できる燃料電池システムの停止保管方法を提供できる。Therefore, it is possible to provide a method for stopping and storing the fuel cell system that can maintain the performance of the anode and the cathode.
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記圧力低下処理において、前記アノードからのガス排出路の閉止部位を開放することで前記所定部位と前記アノードからのガス排出路の閉止部位との間の圧力を低下させる点にある。 Still another characteristic configuration of the method for stopping and storing the fuel cell system according to the present invention is that the gas discharge from the predetermined portion and the anode is performed by opening a closed portion of the gas discharge path from the anode in the pressure reduction process. It is in the point which reduces the pressure between the closed parts of a path .
上記特徴構成によれば、アノードからのガス排出路の閉止部位を開放することで圧力低下処理を実施できる。つまり、圧力低下処理を実施するために特別な配管系統は不要であるので、燃料電池の装置構成は複雑にならない。 According to the above characteristic configuration, the pressure reduction process can be performed by opening the closed portion of the gas discharge path from the anode. That is, since a special piping system is not required for performing the pressure reduction process, the fuel cell device configuration is not complicated.
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記アノード隔離処理が、前記停止状態維持工程において前記アノードへのガス供給路と前記アノードからのガス排出路とを閉止することによって実施され、当該アノード隔離処理を実施している間の前記設定タイミングで前記水素含有ガス供給処理を実施する点にある。 Still another characteristic configuration of the fuel cell system stop storage method according to the present invention is that the anode isolation process closes the gas supply path to the anode and the gas discharge path from the anode in the stop state maintaining step. The hydrogen-containing gas supply process is performed at the set timing while the anode isolation process is being performed .
上記特徴構成によれば、アノードへのガス供給路とアノードからのガス排出路とを閉止するアノード隔離処理が実施されるので、供給された水素含有ガスでアノードを確実に保圧できる。 According to the above characteristic configuration, since the anode isolation process is performed to close the gas supply path to the anode and the gas discharge path from the anode, it is possible to reliably hold the anode with the supplied hydrogen-containing gas.
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記アノード隔離処理が、前記停止状態維持工程において前記アノードへのガス供給路を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を開放することによって実施され、当該アノード隔離処理を実施している間の前記設定タイミングで前記水素含有ガス供給処理を実施する点にある。 Still another characteristic configuration of the fuel cell system stop storage method according to the present invention is that the anode isolating process closes the gas supply path to the anode and stops the gas discharge path from the anode in the stop state maintaining step. The hydrogen-containing gas supply process is performed at the set timing while the anode isolation process is performed .
上記特徴構成によれば、アノードよりも下流側のガス排出路に存在するガスは、当初はアノード付近に存在していた水素含有ガスである。更に、アノードでのガス流路の容積と、アノードの下流側のガス排出路の容積とを比較すると、アノードの下流側のガス排出路の容積の方が非常に大きいのが一般的である。よって、アノードよりも下流側のガス放出路からアノードへガスが逆流しても、アノードの酸化を引き起こす可能性は低い。従って、アノードに水素含有ガスが存在する状態を維持して、アノードの酸化を抑制できる。 According to the above characteristic configuration, the gas present in the gas discharge path on the downstream side of the anode is a hydrogen-containing gas originally present in the vicinity of the anode. Furthermore, comparing the volume of the gas flow path at the anode with the volume of the gas discharge path downstream of the anode, the volume of the gas discharge path downstream of the anode is generally much larger. Therefore, even if the gas flows backward from the gas discharge path downstream of the anode to the anode, the possibility of causing oxidation of the anode is low. Therefore, the state in which the hydrogen-containing gas exists in the anode can be maintained, and the oxidation of the anode can be suppressed.
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記停止状態維持工程において前記アノード隔離処理を継続して実施している間、前記設定タイミングになると、前記アノードへのガス供給路を開放して前記燃料ガス生成装置から前記アノードへガスを流入させることで前記水素含有ガス供給処理を実施する点にある。 Still another characteristic configuration of the fuel cell system stop storage method according to the present invention is that, when the anode isolation process is continuously performed in the stop state maintaining step, the gas to the anode is reached at the set timing. The hydrogen-containing gas supply process is performed by opening a supply path and allowing gas to flow from the fuel gas generator to the anode .
上記特徴構成によれば、アノードへのガス供給路を開放して燃料ガス生成装置からアノードへガスを流入させる水素含有ガス供給処理を実施することで、アノードの上流側の配管内に残留していた燃料ガス(水素含有ガス)を含むガスをアノードへ流入させることができる。
更に、水素含有ガスをアノードへ供給するために、従来は装備されていたアノード及びカソードのガス流路を連結するガス導通路などの特別な配管系統は不要である。よって、装置のコストが高くなるという問題の発生や、ガスの流路の切り換えや、ガスの入れ換えなどの煩雑な手順が必要になるといった問題の発生を回避できる。
According to the above characteristic configuration, the hydrogen-containing gas supply process in which the gas supply path to the anode is opened and the gas is allowed to flow from the fuel gas generator to the anode is left in the piping upstream of the anode. A gas containing a fuel gas (hydrogen-containing gas) can flow into the anode.
Further, in order to supply the hydrogen-containing gas to the anode, a special piping system such as a gas conduction path connecting the gas flow paths of the anode and the cathode, which has been conventionally provided, is unnecessary. Therefore, it is possible to avoid the occurrence of the problem that the cost of the apparatus is increased and the problem that a complicated procedure such as switching of the gas flow path and gas replacement is required.
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記アノード隔離処理が、前記停止状態維持工程において前記燃料ガス生成装置と前記アノードとの間のガスの流通が許容された状態で、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器よりも上流側の前記所定部位を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を閉止することによって実施され、
当該アノード隔離処理を実施している間の前記設定タイミングで前記水素含有ガス供給処理を実施する点にある。
According to still another feature of the fuel cell system stop storage method according to the present invention, the anode isolation process allows gas flow between the fuel gas generation device and the anode in the stop state maintaining step. In this state, it is carried out by closing the predetermined part upstream of the reformer of the gas distribution system leading from the fuel gas generating device to the anode and closing the gas discharge path from the anode,
The hydrogen-containing gas supply process is performed at the set timing while the anode isolation process is being performed .
上記特徴構成によれば、燃料ガス生成装置の改質器の上流側からアノードまでを一体で保圧できる。保圧している間に燃料ガス生成装置からアノードへガスが流入する可能性があるが、流入するのはアノードの上流側に存在している水素含有ガスである。よって、アノードの酸化を抑制できる。 According to the above characteristic configuration, the pressure from the upstream side of the reformer of the fuel gas generation device to the anode can be integrally held. While the pressure is maintained, gas may flow from the fuel gas generator to the anode, but it is hydrogen-containing gas that exists upstream of the anode. Therefore, the oxidation of the anode can be suppressed.
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記停止状態維持工程において前記アノード隔離処理を継続して実施している間、前記設定タイミングになると、前記所定部位を開放して前記燃料ガス生成装置から前記アノードへガスを流入させることで前記水素含有ガス供給処理を実施する点にある。 Still another characteristic configuration of the fuel cell system stop storage method according to the present invention is that the predetermined portion is opened at the set timing while the anode isolation process is continuously performed in the stop state maintaining step. Thus, the hydrogen-containing gas supply process is performed by flowing a gas from the fuel gas generator to the anode .
上記特徴構成によれば、上記所定部位を開放して燃料ガス生成装置からアノードへガスを流入させる水素含有ガス供給処理を実施することで、アノードの上流側の配管内に残留していた燃料ガス(水素含有ガス)を含むガスをアノードへ流入させることができる。
更に、水素含有ガスをアノードへ供給するために、従来は装備されていたアノード及びカソードのガス流路を連結するガス導通路などの特別な配管系統は不要である。よって、装置のコストが高くなるという問題の発生や、ガスの流路の切り換えや、ガスの入れ換えなどの煩雑な手順が必要になるといった問題の発生を回避できる。
According to the above characteristic configuration, the fuel gas that has remained in the pipe upstream of the anode is obtained by performing the hydrogen-containing gas supply process in which the predetermined portion is opened and gas flows into the anode from the fuel gas generator. A gas containing (hydrogen-containing gas) can flow into the anode.
Further, in order to supply the hydrogen-containing gas to the anode, a special piping system such as a gas conduction path connecting the gas flow paths of the anode and the cathode, which has been conventionally provided, is unnecessary. Therefore, it is possible to avoid the occurrence of the problem that the cost of the apparatus is increased and the problem that a complicated procedure such as switching of the gas flow path and gas replacement is required.
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記水素含有ガス供給処理を複数の前記設定タイミングで繰り返し実施する点にある。 Still another characteristic configuration of the method for stopping and storing the fuel cell system according to the present invention is that the hydrogen-containing gas supply process is repeatedly performed at a plurality of the set timings .
上記特徴構成によれば、停止状態維持工程において水素含有ガス供給処理が適当な複数のタイミング(設定タイミング)で繰り返し実施されるので、アノード及びカソードの性能を停止状態維持工程の間の長期間にわたって確実に維持できる。 According to the above characteristic configuration , the hydrogen-containing gas supply process is repeatedly performed at a plurality of suitable timings (setting timings) in the stopped state maintaining step, so that the performance of the anode and the cathode is maintained over a long period of time during the stopped state maintaining step. Can be reliably maintained.
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記水素含有ガス供給処理を所定期間実施した後、前記水素含有ガス供給処理を停止する点にある。 Still another characteristic configuration of the method for stopping and storing the fuel cell system according to the present invention is that the hydrogen-containing gas supply process is stopped after the hydrogen-containing gas supply process is performed for a predetermined period .
上記特徴構成によれば、水素含有ガス供給処理を所定期間実施することでアノードへの酸素の流入を防ぐことができ、且つ、水素含有ガス供給処理を停止することで、停止状態維持工程でアノードへ水素含有ガスを供給するために使用されるガス量を抑制できる。よって、燃料電池システムの停止保管方法を実施するために使用されるエネルギを節減できる。 According to the above characteristic configuration, it is possible to prevent oxygen from flowing into the anode by performing the hydrogen-containing gas supply process for a predetermined period of time, and by stopping the hydrogen-containing gas supply process, the anode is maintained in the stopped state maintaining step. The amount of gas used to supply the hydrogen-containing gas can be suppressed. Therefore, the energy used for carrying out the stop storage method of the fuel cell system can be saved.
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記停止状態維持工程を開始してからの時間が所定時間に達したとき、或いは、前記アノードの温度又は前記アノードへのガス供給路に接続されている、前記アノードへ供給される前記燃料ガスを生成する燃料ガス生成装置の改質器の温度が所定温度にまで低下したとき前記水素含有ガス供給処理を所定期間実施したと判定する点にある。 Still another characteristic configuration of the method for stopping and storing the fuel cell system according to the present invention is that the time from the start of the stopped state maintaining step reaches a predetermined time, or the temperature of the anode or the anode The hydrogen-containing gas supply process is carried out for a predetermined period when the temperature of the reformer of the fuel gas generation apparatus connected to the gas supply path for generating the fuel gas supplied to the anode decreases to a predetermined temperature. It is in the point to judge .
上記特徴構成によれば、停止状態維持工程を開始してからの時間を参照して、或いは、アノードの温度又は改質器の温度を参照して、上記所定期間になったことを判定できる。 According to the above characteristic configuration, it is possible to determine that the predetermined period has been reached by referring to the time from the start of the stopped state maintaining step or referring to the temperature of the anode or the temperature of the reformer.
本発明に係る燃料電池システムの停止保管方法の更に別の特徴構成は、前記アノードへのガス供給路に、前記アノードへ供給される前記燃料ガスを改質器を用いて生成する燃料ガス生成装置が接続されており、
前記水素含有ガス供給処理を停止した後、前記アノードへのガス供給路と前記アノードからのガス排出路とを閉止する形態、前記アノードへのガス供給路を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を開放する形態、或いは、前記燃料ガス生成装置と前記アノードとの間のガスの流通が許容された状態で、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器よりも上流側の所定部位を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を閉止する形態で前記燃料電池を保管する点にある。
According to still another aspect of the present invention, there is provided a fuel gas generation apparatus for generating the fuel gas supplied to the anode in a gas supply path to the anode using a reformer. Is connected,
After stopping the hydrogen-containing gas supply processing, the gas supply path to the anode and the gas discharge path from the anode are closed, the gas supply path to the anode is closed, and the gas discharge path from the anode Or in a state where gas flow between the fuel gas generation device and the anode is permitted, upstream of the reformer of the gas flow system that leads from the fuel gas generation device to the anode. The fuel cell is stored in a form in which a predetermined portion on the side is closed and a gas discharge path from the anode is closed .
上記特徴構成によれば、水素含有ガス供給処理を停止した後、アノードへガスが侵入し難い形態で燃料電池を保管できる。 According to the above characteristic configuration, after stopping the hydrogen-containing gas supply process, the fuel cell can be stored in a form in which gas does not easily enter the anode.
<第1実施形態>
以下に図面を参照して第1実施形態の燃料電池システムの停止保管方法について説明する。この停止保管方法は、以下に説明する停止状態維持工程を実施する方法である。
図1は、燃料電池システムの停止保管方法が実施される燃料電池システムS1の構成を説明する図である。この燃料電池システムS1は、燃料ガス生成装置1と燃料電池FCとを備える。後述する燃料電池システムS1の作動制御は、特に記載しない以外は制御手段Cによって行われる。燃料ガス生成装置1は、メタンなどの炭化水素を含む原燃料ガスを改質器1aにおいて水蒸気改質して、水素を主成分とする燃料ガスを生成する。燃料ガス生成装置1は、図1に示している改質器1aの他にも、原料ガス中に含まれる硫黄化合物を除去するための脱硫器、水蒸気発生器、水蒸気改質により得られるガス中に含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器などを備えるが、それらの説明は省略する。改質器1aには、改質器1aの圧力を検出する圧力センサP1、及び、改質器1aの温度を検出する温度センサT1が設けられている。
燃料ガス生成装置1から排出されるガスは、ガス供給路3を介してアノード2aへ供給されるか、或いは、圧力開放路を介して外部に排出される。
<First Embodiment>
Hereinafter, a method for stopping and storing the fuel cell system according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. This stop storage method is a method of performing a stop state maintaining process described below.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a fuel cell system S1 in which a method for stopping and storing a fuel cell system is implemented. The fuel cell system S1 includes a fuel
The gas discharged from the
燃料電池FCは、発電を行うセル2を備える。セル2は、水素を含む燃料ガスが供給されるアノード2aと酸化剤ガスが供給されるカソード2bとの間に電解質2cを設けて構成される。アノード2aへのガス供給路3には燃料ガス生成装置1が接続されている。燃料ガス生成装置1で生成された燃料ガスは、ガス供給路3を介して供給される。アノード2aには、アノード2aの圧力を検出する圧力センサP2、及び、アノード2aの温度を検出する温度センサT2が設けられている。
The fuel cell FC includes a
アノード2aへのガス供給路3の途中には、燃料ガス用貯留水タンク4aを有する燃料ガス用加湿器4が設けられる。この燃料ガス用加湿器4は、燃料ガスが燃料ガス生成装置1からガス供給路3を通って燃料ガス用貯留水タンク4aに貯えられている貯留水の中に供給されて貯留水の表面に出てくる間に燃料ガスを貯留水に接触させて加湿する。燃料ガス用貯留水タンク4aの内部の貯留水表面上の空間はアノード2aと繋がっている。燃料ガス生成装置1からアノード2aへのガス供給路3の途中には、ガス供給路3におけるガスの流通を遮断又は許容する弁V2が設けられている。
アノード2aにおいて発電反応に用いられたガスは、ガス排出路7を介して燃料電池FCの外部に排出される。排出されたガスは、熱交換器(図示せず)において排熱回収された後、バーナ(図示せず)で燃焼するなどの排気処理に提供される。ガス排出路7の途中には、ガス排出路7におけるガスの流通を遮断又は許容する弁V3が設けられている。
In the middle of the
The gas used for the power generation reaction in the
カソード2bには、酸化剤ガスとしての空気がブロア9によってガス供給路5を介して供給される。ガス供給路5の途中には、酸化剤ガス用貯留水タンク6aを有する酸化剤ガス用加湿器6が設けられる。この酸化剤ガス用加湿器6は、ブロア9から供給される空気がガス供給路5を通って酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられている貯留水の中に供給されて貯留水の表面に出てくる間に酸化剤ガスを貯留水に接触させて加湿する。酸化剤ガス用貯留水タンク6aの内部の貯留水表面上の空間はカソード2bと繋がっている。ブロア9からカソード2bへのガス供給路5の途中には、ガス供給路5におけるガスの流通を遮断又は許容する弁V4が設けられている。
カソード2bにおいて発電反応に用いられたガスは、ガス排出路8を介して燃料電池FCの外部に排出される。排出されたガスは、熱交換器(図示せず)で排熱回収される。排出されたガスは、元々は周囲に存在する空気であるので、特別な排気処理は不要である。
Air as an oxidant gas is supplied to the
The gas used for the power generation reaction at the
以下に、燃料電池FCの運転工程(発電中)、燃料電池FCからの電力の出力を停止する停止状態に燃料電池FCの運転を移行させる停止移行工程、及び、停止移行工程の後でその停止状態を維持する停止状態維持工程のそれぞれについて、図5に示す燃料電池システムS1の作動状態を説明するタイミング図を参照して説明する。図5において、改質触媒温度(℃)は縦軸の数値で表され、電池温度(℃)を10倍した値が縦軸の数値で表され、カソードエア流量(l/min)を10倍した値が縦軸の数値で表され、セル電圧(V)を10倍した値が縦軸の数値で表され、原料ガス流量(l/min)を102倍した値が縦軸の数値で表され、改質器圧力(kPa)を10倍した値が縦軸の数値で表される。 Below, the operation process of the fuel cell FC (during power generation), the stop transition process for shifting the operation of the fuel cell FC to a stop state in which the output of power from the fuel cell FC is stopped, and the stop after the stop transition process Each of the stop state maintaining steps for maintaining the state will be described with reference to a timing diagram illustrating the operating state of the fuel cell system S1 shown in FIG. In FIG. 5, the reforming catalyst temperature (° C.) is represented by a numerical value on the vertical axis, the value obtained by multiplying the battery temperature (° C.) by 10 is represented by the numerical value on the vertical axis, and the cathode air flow rate (l / min) is multiplied by 10 times. The value obtained by multiplying the cell voltage (V) by 10 is represented by the value on the vertical axis, and the value obtained by multiplying the raw material gas flow rate (l / min) by 10 2 is represented by the value on the vertical axis. A value obtained by multiplying the reformer pressure (kPa) by 10 is represented by a numerical value on the vertical axis.
〔運転工程(発電中)〕
燃料電池FCを発電運転するとき、燃料ガス生成装置1も運転する必要がある。よって、燃料ガス生成装置1への原料ガスの供給を可能とするように弁V1は開放されている。改質器1aでは、原料ガスである炭化水素を水素に改質する改質反応が行われ、それにより水素を含む燃料ガスが生成される。ガス供給路3に設けられている弁V2は開放され、圧力開放路15に設けられている弁5は閉止されている。よって、燃料ガス生成装置1で生成された燃料ガスは燃料ガス用加湿器4を経由してアノード2aへ供給される。弁V3は開放され、アノード2aからの排ガスが燃料電池FCの外部に排出される。
ブロア9によって供給される空気(酸化剤ガス)がカソード2bへ到達するように、ガス供給路5に設けられた弁V4は開放されている。
図示していないが、セル2に対して電気負荷又はインバータが電気的に接続されている。
以上のようにして、アノード2aに燃料ガスが供給され、カソード2bに空気が供給されることで、セル2において発電反応が行われ、電気負荷又はインバータに電流が流れる。
[Operation process (during power generation)]
When the power generation operation of the fuel cell FC is performed, the fuel
The valve V4 provided in the
Although not shown, an electric load or an inverter is electrically connected to the
As described above, fuel gas is supplied to the
〔停止移行工程〕
燃料電池FCの運転を停止する停止移行工程は、電気負荷又はインバータと燃料電池FCのセル2との電気的な接続を解除して、燃料電池FCでの発電により得られた電力の出力を停止する工程である。そのため、燃料電池FCでの発電により得られた電力の出力を停止する前に、燃料電池FCへの原料ガスの供給量及び酸化剤ガス(カソードエア)の供給量を減少させる。その結果、改質器1aの内部で生成されるガス(水蒸気を含む)の量が減少し、改質器1aの圧力も低下する。また、燃料電池FCの温度(即ち、アノード2a及びカソード2bの温度)も徐々に低下する。
[Stop transition process]
The stop transition process of stopping the operation of the fuel cell FC releases the electrical connection between the electric load or the inverter and the
その後、ブロア9が停止されると共に、カソード2bへのガス供給路5に設けられた弁V4が閉止され、カソード2bへの空気の供給が停止される。このとき、原料ガスは燃料ガス生成装置1に供給されており、燃料ガス生成装置1からアノード2aへの燃料ガスの供給は継続されている。よって、セル2では燃料ガスの供給量に比べて空気の供給量が非常に少ない状態になり、セル電圧が急激に減少する。つまり、ここでは、カソード2bへの空気の供給を停止した状態でカソード2bに残留している空気(酸素)とアノード2aに残留している燃料ガス(水素)とが反応する。そして、電気負荷又はインバータと燃料電池FCのセル2との電気的な接続を解除して、燃料電池FCでの発電により得られた電力の出力を停止する。
Thereafter, the blower 9 is stopped, the valve V4 provided in the
〔停止状態維持工程〕
燃料電池FCの停止状態を維持する停止状態維持工程では、本願に係る停止保管方法におけるその停止状態維持工程を実施している間の設定タイミングでアノード2aへ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給処理を、カソード2bへのガスの供給を停止した状態で実施する。本実施形態では、停止状態維持工程において、カソード2bへはどのようなガスの供給も行わない。水素含有ガス供給処理は、アノード2aへのガス供給路3とアノード2aからのガス排出路7とを閉止するアノード隔離処理を実施している間の設定タイミングで実施する。つまり、弁V2と弁V3とを閉止することでアノード隔離処理が実施される。
[Stop state maintenance process]
In the stopped state maintaining step of maintaining the stopped state of the fuel cell FC, the hydrogen-containing gas supply for supplying the hydrogen-containing gas to the
但し、図5に示すように、停止移行工程が終了した時点では未だ改質器1aの内部の改質触媒の温度は低下しておらず、改質反応による水素含有ガスの生成或いは水蒸気の発生などによる改質器1aの圧力の増加が見られる。よって、改質触媒の温度が高い状態で弁V2を開放していると、アノード2aにそれらのガス或いは水蒸気が供給されてアノード2aの圧力が増大し、空気の供給が停止されたカソード2bとの圧力差が大きくなってしまい、電解質2cが破損する可能性がある。そこで、改質触媒の温度が設定温度(図5に示す例では650℃)以下になるまで、弁V1(本発明の「燃料ガス生成装置からアノードへ通じるガス流通系統の改質器より上流側の所定部位」の一例)を閉止し且つ弁V2(本発明の「アノードへのガス供給路の閉止部位」の一例)を閉止する燃料ガス生成装置隔離処理を、上記アノード隔離処理の前に実施する。但し、「燃料ガス生成装置からアノードへ通じるガス流通系統の改質器より上流側の所定部位」として、燃料ガス生成装置1への原料ガスの供給又は停止を行うための弁V1の部位を挙げたが、上記所定部位は、燃料ガス生成装置1の内部の改質器1aよりも上流側の部位であれば適宜変更可能である。
However, as shown in FIG. 5, the temperature of the reforming catalyst inside the
この燃料ガス生成装置隔離処理を実施している間、改質反応による水素含有ガスの生成或いは水蒸気の発生などによる改質器1aの圧力の増加が見られる。よって、弁V1と弁V2との間の圧力が設定圧力を超えると、その弁V1と弁V2との間の圧力を低下させる圧力低下処理を実施する。具体的には、弁V1と弁V2との間に存在する改質器1aの圧力が設定圧力(図5に示す例では10kPa)を超えると、圧力開放路に設けられた弁V5を一時的に開放する。その結果、弁V1と弁V2との間の圧力が低下する。図5に示すように、この圧力低下処理により改質器1aの圧力の上昇と低下とが繰り返される間(図5において「圧力開放処理」と記載する)に改質触媒の温度が徐々に低下する。改質器1aの温度(つまり、改質触媒の温度)が設定温度(図5に示す例では250℃)以下になると、燃料ガス生成装置隔離処理を終了する。
While the fuel gas generator isolating process is being performed, an increase in the pressure of the
燃料ガス生成装置隔離処理を終了した後は、改質器1aの圧力上昇は見られなくなり、逆に改質触媒の温度低下による圧力低下が見られる。よって、弁V2及び弁V5を閉止した状態で弁V1を開放し、燃料ガス生成装置1の内部に原料ガスを流入させて改質器1aの圧力を、例えば、6kPa以上に上昇させる。但し、燃料ガス生成装置1(及び改質器1a)の温度が低下するため、改質器1aの圧力が徐々に低下し、規定圧力(例えば、1kPa)未満になることもある。その場合には、再度、弁V1を開放し、燃料ガス生成装置1の内部に原料ガスを流入させ、改質器1aの圧力が規定圧力以上になるようにする。その結果、図5に示すように、改質器1aの圧力が、燃料ガス生成装置1(及び、改質器1a)の温度低下による圧力低下と弁V1を開放して原料ガスを流入させることによる圧力上昇とを繰り返すようになる(図5において「圧力維持処理」と記載する)。
After the fuel gas generator isolating process is completed, the pressure increase in the
上述した燃料ガス生成装置隔離処理の後、弁V2と弁V3とを閉止したアノード隔離処理を継続して実施している間、設定タイミングになると、弁V2を開放して燃料ガス生成装置1からアノード2aへガスを流入させることで水素含有ガス供給処理を実施する(開始する)。つまり、弁V2と弁V3とを閉止したアノード隔離処理を継続して実施している間の設定タイミングで、弁V2を開放することにより(即ち、アノード隔離処理を実施しているアノードの隔離状態を弁V2を開放して一時的に解除することにより)水素含有ガス供給処理を実施して、その後、アノードの隔離状態を再び設定するべくアノード隔離処理を実施する。燃料ガス生成装置1からアノード2aへとガスを流入させると、アノード2aの上流側の配管内に残留していた燃料ガス(水素含有ガス)がアノード2aへ流入する。
After the above-described fuel gas generation device isolation process, the valve V2 is opened and the fuel
本実施形態では、図5に示すような、改質器1a(「燃料ガス生成装置1の内部のアノード2aへ通じるガス流通系統の所定部位」の一例)の圧力が、燃料ガス生成装置1(及び、改質器1a)の温度低下による圧力低下と弁V1を開放して原料ガスを流入させることによる圧力上昇とを繰り返している間、その改質器1aの圧力が低下傾向にあるときの所定圧力(図5に示す例では4kPa)になると、上記設定タイミングになったと判定する。そして、弁V2を設定時間だけ開放し、その間に水素含有ガスをアノード2aへ流入させる。つまり、水素含有ガス供給処理は、適当な複数の設定タイミングで繰り返し実施される。その結果、アノード2aの圧力を水素含有ガスで保つことができるので、アノード2aへの外部からの空気の侵入を抑制でき、及び、アノード2aへのカソード2bからの酸素の侵入があったとしても、侵入した酸素がアノード2aに供給した水素含有ガスと反応して消費されて酸素濃度が低くなるため、その酸素によってアノード2aが酸化されることを抑制できる。
尚、弁V2を設定時間だけ開放する処理を行うと改質器1aの圧力は急激に低下するので、再度、弁V1を開放し、燃料ガス生成装置1の内部に原料ガスを流入させ、改質器1aの圧力が規定圧力以上になるようにする。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the pressure of the
Note that if the process of opening the valve V2 for a set time is performed, the pressure in the
水素含有ガス供給処理を所定期間実施した後、水素含有ガス供給処理を停止する。例えば、停止状態維持工程を開始してからの時間が所定時間(例えば、24時間など)に達したとき、又は、アノード2aの温度が所定温度(例えば、外気温度+5℃など)にまで低下したとき、水素含有ガス供給処理を所定期間実施したと判定する。そして、水素含有ガス供給処理を停止した後、アノード2aへのガス供給路3とアノード2aからのガス排出路7とを閉止する形態、アノード2aへのガス供給路3を閉止し且つアノード2aからのガス排出路7を開放する形態、或いは、燃料ガス生成装置1とアノード2aとの間のガスの流通が許容された状態で、燃料ガス生成装置1の内部のアノード2aへ通じるガス流通系統の所定部位を閉止し且つアノード2aからのガス排出路7を閉止する形態で燃料電池FCを保管する。
After performing the hydrogen-containing gas supply process for a predetermined period, the hydrogen-containing gas supply process is stopped. For example, when the time from the start of the stopped state maintaining process reaches a predetermined time (for example, 24 hours), or the temperature of the
以上のように、アノード2aへ水素含有ガスを供給してアノード2aの圧力を高めることで、外部(例えば、カソード2bなど)からアノード2aへガス(例えば、酸素など)が侵入しに難くなる。よって、アノード2aの酸化が抑制されるので、アノード2aの劣化を抑制できる。また、課題として説明した逆電流機構によるカソード2bの酸化も抑制されるので、カソード2bの劣化も抑制できる。
As described above, by supplying the hydrogen-containing gas to the
<第2実施形態>
第2実施形態の燃料電池システムの停止保管方法は、第1実施形態とアノード隔離処理の内容が異なる。以下に第2実施形態の燃料電池システムの停止保管方法について説明するが、第1実施形態と同様の特徴については説明を省略する。
Second Embodiment
The fuel cell system stop storage method of the second embodiment differs from the first embodiment in the content of the anode isolation process. The fuel cell system stop storage method of the second embodiment will be described below, but the description of the same features as those of the first embodiment will be omitted.
本実施形態では、停止状態維持工程において、弁V2を閉止することによりアノード2aへのガス供給路3を閉止し且つアノード2aからのガス排出路7を開放するアノード隔離処理を実施している間の設定タイミングで弁V2を開放することにより水素含有ガス供給処理を実施する。具体的には、アノード隔離処理は、弁V2を閉止することで実施し、このとき弁V3は開放している。例えば、停止移行工程では弁V3は開放されているので、停止状態維持工程に移行するときに弁V3を開放状態のまま維持すればよい。或いは、停止状態維持工程に移行して上記圧力低下処理が行われる燃料ガス生成装置隔離処理が終了するまでは弁V3を閉止しておき、その後、アノード隔離処理が開始されるタイミングで弁V3を開放すればよい。そして、弁V2を閉止したアノード隔離処理を継続して実施している間の設定タイミングで、弁V2を開放することにより(即ち、アノード隔離処理を実施しているアノードの隔離状態を弁V2を開放して一時的に解除することにより)水素含有ガス供給処理を実施して、その後、アノードの隔離状態を再び設定するべくアノード隔離処理を実施する。
In this embodiment, in the stop state maintaining step, the anode isolation process is performed in which the
<第3実施形態>
第3実施形態の燃料電池システムの停止保管方法は、第1実施形態及び第2実施形態とアノード隔離処理及び水素含有ガス供給処理の内容が異なる。以下に第3実施形態の燃料電池システムの停止保管方法について説明するが、第1実施形態と同様の特徴については説明を省略する。
<Third Embodiment>
The fuel cell system stop storage method of the third embodiment differs from the first and second embodiments in the contents of the anode isolation process and the hydrogen-containing gas supply process. The fuel cell system stop storage method of the third embodiment will be described below, but the description of the same features as those of the first embodiment will be omitted.
本実施形態では、停止状態維持工程において、燃料ガス生成装置1とアノード2aとの間のガスの流通が許容された状態で、燃料ガス生成装置1の内部のアノード2aへ通じるガス流通系統の所定部位を閉止し且つアノード2aからのガス排出路7を閉止するアノード隔離処理を実施している間の設定タイミングで水素含有ガス供給処理を実施する。具体的には、停止状態維持工程において、弁V2を開放して燃料ガス生成装置1とアノード2aとの間のガスの流通を許容した状態で、弁V1及び弁V3を閉止して燃料ガス生成装置1からアノード2aのガス排出路7までを併せて閉止するアノード隔離処理を実施する。そして、このアノード隔離処理を継続して実施している間、設定タイミングになると、弁V1を開放して原料ガスを燃料ガス生成装置1に流入させる。つまり、弁V1と弁V3とを閉止したアノード隔離処理を継続して実施している間の設定タイミングで、弁V1を開放することにより(即ち、アノード隔離処理を実施しているアノードの隔離状態を弁V1を開放して一時的に解除することにより)水素含有ガス供給処理を実施して、その後、アノードの隔離状態を再び設定するべくアノード隔離処理を実施する。燃料ガス生成装置1からアノード2aへガスを流入させることで、アノード2aの上流側へ残留していた水素含有ガスがアノード2aへ供給される水素含有ガス供給処理が実施される。
In the present embodiment, in the stopped state maintaining step, a predetermined gas distribution system leading to the
<第4実施形態>
第4実施形態の燃料電池システムの停止保管方法は、第1実施形態〜第3実施形態と燃料電池システムの構成が異なる。以下に第4実施形態の燃料電池システムの停止保管方法について説明するが、第1実施形態〜第3実施形態と同様の特徴については説明を省略する。
<Fourth embodiment>
The fuel cell system stop storage method of the fourth embodiment differs from the first to third embodiments in the configuration of the fuel cell system. The fuel cell system stop storage method of the fourth embodiment will be described below, but the description of the same features as those of the first to third embodiments will be omitted.
図2は、燃料電池システムの停止保管方法が実施される燃料電池システムS2の構成を説明する図である。図2に示す燃料電池システムS2には、図1に示した燃料電池システムS1に設けられていた圧力開放路及び弁V5が設けられていない。よって、燃料ガス生成装置隔離処理を実施している間の圧力低下処理の内容が、第1実施形態〜第3実施形態と異なる。 FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the fuel cell system S2 in which the method for stopping and storing the fuel cell system is implemented. The fuel cell system S2 shown in FIG. 2 is not provided with the pressure release path and the valve V5 provided in the fuel cell system S1 shown in FIG. Therefore, the content of the pressure reduction process while the fuel gas generation device isolation process is being performed is different from that of the first to third embodiments.
第1実施形態で説明したのと同様に、図2に示す燃料電池システムS2においても、燃料ガス生成装置隔離処理を実施している間、改質反応による水素含有ガスの生成或いは水蒸気の発生などによる改質器1aの圧力の増加が見られる。よって、弁V1と弁V2との間の圧力が設定圧力を超えると、その弁V1と弁V2との間の圧力を低下させる圧力低下処理を実施する。具体的には、弁V1と弁V2との間に存在する改質器1aの圧力が設定圧力(例えば、6kPa)を超えると、弁V2(本発明の「アノードへのガス供給路の閉止部位」の一例)を開放して燃料ガス生成装置1からアノード2aへガスを流入させることで弁V1と弁V2との間(本発明の「所定部位とアノードへのガス供給路の閉止部位との間」の一例)の圧力を低下させる。
従って、この圧力低下処理により、弁V1と弁V2との間の圧力を低下させることができ、且つ、アノード2aへ水素含有ガスを流入させることができる。つまり、この圧力低下処理は、水素含有ガス供給処理と見なすこともできる。
As described in the first embodiment, in the fuel cell system S2 shown in FIG. 2, the hydrogen-containing gas is generated by the reforming reaction or the water vapor is generated while the fuel gas generator isolating process is being performed. An increase in the pressure of the
Therefore, by this pressure reduction process, the pressure between the valve V1 and the valve V2 can be reduced, and the hydrogen-containing gas can flow into the
<他の実施形態>
他の実施形態の燃料電池システムの停止保管方法は、第1実施形態〜第4実施形態と燃料電池システムの構成が異なる。以下に他の実施形態の燃料電池システムの停止保管方法について説明するが、第1実施形態〜第4実施形態と同様の特徴については説明を省略する。
< Other embodiments>
Stop storage method of a fuel cell system according to another embodiment, the configuration of the first to fourth embodiments and the fuel cell system is different. The fuel cell system suspension and storage method of another embodiment will be described below, but the description of the same features as those of the first to fourth embodiments will be omitted.
図3は、他の実施形態の燃料電池システムの停止保管方法が実施される燃料電池システムS3の構成を説明する図である。図3に示すように、燃料電池FCは、燃料ガス用加湿器4と酸化剤ガス用加湿器6と水量調節器10とを有する。燃料ガス用加湿器4は、アノード2aへのガス供給路3の途中に設けられる燃料ガス用貯留水タンク4aを有し、燃料ガスが燃料ガス用貯留水タンク4aに貯えられている貯留水の中に供給されて貯留水の表面に出てくる間に燃料ガスを貯留水に接触させて加湿する。酸化剤ガス用加湿器6は、カソード2bへのガス供給路5の途中に設けられる酸化剤ガス用貯留水タンク6aを有し、酸化剤ガスが酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられている貯留水の中に供給されて貯留水の表面に出てくる間に酸化剤ガスを貯留水に接触させて加湿する。水量調節器10は、燃料ガス用貯留水タンク4aと酸化剤ガス用貯留水タンク6aとに供給される貯留水を蓄える水位調節用タンク12と、燃料ガス用貯留水タンク4aと酸化剤ガス用貯留水タンク6aとにおける貯留水の水位を調節する水位制御部11とを備える。水位調節用タンク12と燃料ガス用貯留水タンク4aとの間は流路13によって接続され、水位調節用タンク12と酸化剤ガス用貯留水タンク6aとの間は流路14によって接続される。
また、図3に示す燃料電池FCでは、カソード2bへのガス供給路5に弁は設けておらず、酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられている貯留水がカソード2bに供給される空気(酸化剤ガス)にとっての弁となる。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a fuel cell system S3 in which the stop storage method for the fuel cell system according to another embodiment is implemented. As shown in FIG. 3, the fuel cell FC includes a
Further, in the fuel cell FC shown in FIG. 3, no valve is provided in the
水位調節器10は、停止状態維持工程に作動して、酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられる貯留水量を増加させる。その結果、カソード2bから、その上流側の酸化剤ガス用貯留水タンク6aの水面までの間の容積が小さくなる。つまり、ブロア9を停止した後、カソード2bへ流入する可能性のある空気量を少なくできる。その結果、カソード2bから電解質を介してアノード2aへ侵入する酸素量が少なくなる。
また、水位調節器10は、停止状態維持工程に作動して、燃料ガス用貯留水タンク4aに貯えられる貯留水量を減少させる。その結果、アノード2aから、その上流側の燃料ガス用貯留水タンク4aの水面までの容積が大きくなる。つまり、アノード2aの上流側により多くの水素含有ガスが残留しているようにできるので、上記水素含有ガス供給処理においてアノード2aへ多くの水素含有ガスを流入させることができる。
以上のように、水位調節器10は、一方では酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられる貯留水量を増加させ、他方では燃料ガス用貯留水タンク4aに貯えられる貯留水量を減少させる。よって、水位調節器10を作動させて燃料ガス用貯留水タンク4aから酸化剤ガス用貯留水タンク6aへ貯留水を移動させることで、酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられる貯留水量を増加させ且つ燃料ガス用貯留水タンク4aに貯えられる貯留水量を減少させることができる。
上述した水位調節は、上記停止状態維持工程の開始に先立って行うことが好ましい。また、水量調節器10は、酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられる貯留水量を増加させる処理、及び、燃料ガス用貯留水タンク4aに貯えられる貯留水量を減少させる処理の何れか一方のみを行ってもよい。
The
Further, the
As described above, the
The water level adjustment described above is preferably performed prior to the start of the stopped state maintaining step. Further, the
<別の他の実施形態>
別の他の実施形態の燃料電池システムの停止保管方法は、上記他の実施形態と燃料電池システムの構成が異なる。以下に別の他の実施形態の燃料電池システムの停止保管方法について説明するが、上記他の実施形態と同様の特徴については説明を省略する。
< Another embodiment>
Stop storage method of the fuel cell system of another alternative embodiment, the arrangement of the another embodiment and the fuel cell system is different. Hereinafter, a method for stopping and storing a fuel cell system according to another embodiment will be described, but description of features similar to those of the other embodiments will be omitted.
図4は、別の他の実施形態の燃料電池システムの停止保管方法が実施される燃料電池システムS4の構成を説明する図である。図4に示すように、本実施形態では、燃料ガス用貯留水タンク4aの内部側壁には、貯留水が最高水位以上になっているか否かを検出可能なレベルセンサ4bと、貯留水が最低水位を下回っているか否かを検出可能なレベルセンサ4cとが設けられている。同様に、酸化剤ガス用貯留水タンク6aの内部側壁には、貯留水が最高水位以上になっているか否かを検出可能なレベルセンサ6bと、貯留水が最低水位を下回っているか否かを検出可能なレベルセンサ6cとが設けられている。
FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of a fuel cell system S4 in which a method for stopping and storing a fuel cell system according to another embodiment is implemented. As shown in FIG. 4, in this embodiment, the
水量調節器10は、燃料電池FCの発電中、燃料ガス用貯留水タンク4aと酸化剤ガス用貯留水タンク6aとにおける貯留水の水位が上述した最高水位と最低水位との間にあるように調節している。
一方で、水量調節器10は、停止状態維持工程に作動して、酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられる貯留水量を増加させる。例えば、酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられる貯留水量を上記最高水位に調節する。その結果、カソード2bから、その上流側の酸化剤ガス用貯留水タンク6aの水面までの間の容積が小さくなる。つまり、ブロア9を停止した後、カソード2bへ流入する可能性のある空気量を少なくできる。その結果、カソード2bから電解質を介してアノード2aへ侵入する酸素量が少なくなる。
また、水量調節器10は、停止状態維持工程に作動して、燃料ガス用貯留水タンク4aに貯えられる貯留水量を減少させる。例えば、燃料ガス用貯留水タンク4aに貯えられる貯留水量を上記最低水位に調節する。その結果、アノード2aから、その上流側の燃料ガス用貯留水タンク4aの水面までの容積が大きくなる。つまり、アノード2aの上流側により多くの水素含有ガスが残留しているようにできるので、上記水素含有ガス供給処理においてアノード2aへ多くの水素含有ガスを流入させることができる。
以上のように、水量調節器10は、一方では酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられる貯留水量を増加させ、他方では燃料ガス用貯留水タンク4aに貯えられる貯留水量を減少させる。よって、水量調節器10を作動させて燃料ガス用貯留水タンク4aから酸化剤ガス用貯留水タンク6aへ貯留水を移動させることで、酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられる貯留水量を増加させ且つ燃料ガス用貯留水タンク4aに貯えられる貯留水量を減少させることができる。
上述した水位調節は、上記停止状態維持工程ではなく、上記停止移行工程に行っても良い。また、水量調節器10は、酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられる貯留水量を増加させる処理、及び、燃料ガス用貯留水タンク4aに貯えられる貯留水量を減少させる処理の何れか一方のみを行ってもよい。
During the power generation of the fuel cell FC, the
On the other hand, the
Further, the
As described above, the
The water level adjustment described above may be performed not in the stop state maintaining step but in the stop transition step. Further, the
<別実施形態>
<1>
上記実施形態において、水素含有ガス供給処理においてアノード2aへ水素含有ガスを供給する設定タイミングとして、改質器1aの圧力が低下傾向にあるときの設定圧力になったタイミングを例示したが、他のタイミングを上記設定タイミングとすることもできる。例えば、燃料ガス生成装置隔離処理を終了した後の経過時間を計測し、その経過時間が設定時間となる度に(例えば、燃料ガス生成装置隔離処理を終了した後の経過時間が、10分、30分、60分、120分・・・となる度に)上記設定タイミングとなったと判定してもよい。
<Another embodiment>
<1>
In the above embodiment, the setting timing for supplying the hydrogen-containing gas to the
<2>
上記実施形態において、アノード2aの圧力及び温度を検出する必要がなければ、アノード2aの圧力を検出する圧力センサP2、及び、アノード2aの温度を検出する温度センサT2を設けなくてもよい。
<2>
In the above embodiment, if it is not necessary to detect the pressure and temperature of the
<3>
上記実施形態において、弁V1(本発明の「燃料ガス生成装置からアノードへ通じるガス流通系統の改質器より上流側の所定部位」の一例)を閉止し且つ弁V2(本発明の「アノードへのガス供給路の閉止部位」の一例)を閉止する形態の燃料ガス生成装置隔離処理を実施する例を説明したが、他の形態の燃料ガス生成装置隔離処理を行ってもよい。例えば、弁V1(本発明の「燃料ガス生成装置からアノードへ通じるガス流通系統の改質器より上流側の所定部位」の一例)を閉止し且つ弁V3(本発明の「アノードからのガス排出路の閉止部位」の一例)を閉止する形態の燃料ガス生成装置隔離処理を実施してもよい。この場合、上記圧力低下処理は、弁V3を開放することで実施できる。
<3>
In the above embodiment, the valve V1 (an example of the “predetermined portion upstream of the reformer of the gas distribution system leading from the fuel gas generating device to the anode” of the present invention) is closed and the valve V2 (the “to anode” of the present invention is closed). Although an example in which the fuel gas generating device isolating process in the form of closing the example of the “closing portion of the gas supply path in the above” is performed has been described, the fuel gas generating apparatus isolating process in another form may be performed. For example, the valve V1 (an example of the “predetermined portion upstream of the reformer of the gas distribution system leading from the fuel gas generating device to the anode” in the present invention) is closed and the valve V3 (the “gas discharge from the anode in the present invention”) is closed. The fuel gas generation device isolation process may be performed in a form that closes an example of “a closed portion of the road”. In this case, the pressure reduction process can be performed by opening the valve V3.
<4>
上記他の実施形態では、水量調節器10を停止状態維持工程に作動させて、酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられる貯留水量を上記最高水位に調節し、及び、燃料ガス用貯留水タンク4aに貯えられる貯留水量を上記最低水位に調節する例を説明したが、他の工程で水量調節器10を作動させてもよい。例えば、停止移行工程で水量調節器10を作動させてもよい。具体的には、停止移行工程において、水量調節器10を作動させて酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられる貯留水量を増加させる処理、及び、水量調節器10を作動させて燃料ガス用貯留水タンク4aに貯えられる貯留水量を減少させる処理、の両方又は何れか一方を行ってもよい。
<4>
In the other embodiment, the
停止移行工程において、水量調節器10を作動させて酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられる貯留水量を増加させる処理を行うと、カソード2bから、その上流側の酸化剤ガス用貯留水タンク6aの水面までの間の容積が小さくなる。つまり、カソード2bへ流入する可能性のある酸化剤ガスを少なくできる。加えて、燃料電池FCからの電力の出力を停止する停止状態に燃料電池FCの運転を移行させる停止移行工程では、アノード2aの上流側には水素を含む燃料ガスが未だ多く存在しているので、酸化剤ガスがカソード2bに流入したとしてもアノード2aの近傍に多く存在している水素と反応して消費され易くなる。その結果、カソード2bから電解質2cを介してアノード2aへ侵入する可能性のある酸化剤ガスをより一層少なくできる。
In the stop transition process, when the
停止移行工程において、水量調節器10を作動させて燃料ガス用貯留水タンク4aに貯えられる貯留水量を減少させる処理を行うと、アノード2aから、その上流側の燃料ガス用貯留水タンク4aの水面までの容積が大きくなる。加えて、燃料電池FCからの電力の出力を停止する停止状態に燃料電池FCの運転を移行させる停止移行工程では、アノード2aの上流側には水素を含む燃料ガスが未だ多く存在している。つまり、アノード2aの上流側により多くの水素を残留させることができるので、酸化剤ガスがカソード2bに流入したとしてもアノード2aの近傍に多く存在している水素と反応して消費され易くなる。その結果、カソード2bから電解質2cを介してアノード2aへ侵入する可能性のある酸化剤ガスをより一層少なくできる。
In the stop transition process, when the
或いは、停止移行工程において、水量調節器10を作動させて燃料ガス用貯留水タンク4aから酸化剤ガス用貯留水タンク6aへ貯留水を移動させることで、酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられる貯留水量を増加させ且つ燃料ガス用貯留水タンク4aに貯えられる貯留水量を減少させる処理を行ってもよい。
Alternatively, in the stop transition process, the
<5>
水量調節器10を停止移行工程に作動させるとき、水量調節器10を作動させて酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられる貯留水量を増減させる処理を1回以上行った後、最終的にその貯留水量を増加させる処理を行ってもよい。
上述したように、燃料電池FCからの電力の出力を停止する停止状態に燃料電池FCの運転を移行させる停止移行工程では、アノード2aの上流側には水素を含む燃料ガスが未だ多く存在しているので、酸化剤ガスがカソード2bに流入したとしてもアノード2aの近傍に多く存在している水素と反応して消費され易い状態にある。このような状態で酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられる貯留水量を増加させると(例えば、貯留水量を最高水位にまで増加させると)、酸化剤ガス用貯留水とカソード2bとの間にある酸化剤ガスがカソード2bへと押し込まれて、その酸化剤ガスとアノード2aの近傍の水素とが反応して消費される。その結果、カソード2bの近傍では、酸化剤ガスの濃度が低くなる。
<5>
When the
As described above, in the stop transition process in which the operation of the fuel cell FC is shifted to the stop state in which the output of power from the fuel cell FC is stopped, a large amount of fuel gas containing hydrogen still exists on the upstream side of the
その後、酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられる貯留水量を減少させると(例えば、貯留水量を最低水位にまで減少させると)、カソード2bの近傍に存在している気体(即ち、酸化剤ガスの濃度が低い気体)が酸化剤ガス用貯留水とカソード2bとの間に戻ってきて、拡散により酸化剤ガス用貯留水とカソード2bとの間にある気体中の酸化剤ガスの濃度が低くなる。
このように、水量調節器10を作動させて酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられる貯留水量を増減させる処理を1回以上行うことで、酸化剤ガス用貯留水とカソード2bとの間にある気体中の酸化剤ガスの濃度を徐々に低くできる。
更に、最終的には酸化剤ガス用貯留水の量を例えば最高水位まで増加させるので、カソード2bから、その上流側の酸化剤ガス用貯留水タンク6aの水面までの間の容積を小さくして、カソード2bへ流入する可能性のある酸化剤ガスを含む気体を少なくできる。
Thereafter, when the amount of stored water stored in the oxidant gas
In this manner, the
Further, since the amount of the oxidant gas storage water is finally increased to, for example, the maximum water level, the volume between the
<6>
上述の説明では、燃料ガス用貯留水タンク4a及び酸化剤ガス用貯留水タンク6aのそれぞれに2つのレベルセンサを設け、水量調節器10が、最高水位及び最低水位の2つのレベルで貯留水量を管理する例を説明したが、他の方法で各タンク4a、6aの貯留水量を管理してもよい。例えば、タンク4a、6aのそれぞれに対して3つ以上のレベルセンサを設け、水量調節器10が、それら3段階以上の水位レベルで貯留水量を管理してもよい。
或いは、タンク4a、6aのそれぞれの内部側壁に対して1つのレベルセンサを設け、水量調節器10が、そのレベルセンサで検出される水位レベルを基準水位レベルとして貯留水量を管理してもよい。例えば、水量調節器10が、貯留水量を基準水位レベルに調節した後、貯留水を設定流量で設定時間だけタンク内から排出させることで貯留水量を最低水位に調節する処理、及び、貯留水量を基準水位レベルに調節した後、貯留水を設定流量で設定時間だけタンク内へ流入させることで貯留水量を最高水位に調節する処理などによって、貯留水量を管理してもよい。
タンク4a、6aのそれぞれへの単位時間当たりの排水流量や単位時間当たりの流入流量が予め実験等で分かっている値になる場合は、タンク内からの貯留水の排出期間及びタンク内への貯留水の流入期間の制御のみによって、タンク内の貯留水の水位を調節してもよい。
<6>
In the above description, two level sensors are provided in each of the fuel gas
Alternatively, one level sensor may be provided for each of the inner side walls of the
When the drainage flow rate per unit time to each of the
<7>
燃料ガス用貯留水タンク4aと酸化剤ガス用貯留水タンク6aのうち、いずれかひとつのみを持つシステム構成としても良い。燃料ガス用貯留水タンク4aのみを持つシステムにおいては、停止状態維持工程または停止移行工程において、燃料ガス用貯留水タンク4aに貯えられる貯留水量を減少させる処理を行う。酸化剤ガス用貯留水タンク6aのみを持つシステムにおいては、停止状態維持工程または停止移行工程において、酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられる貯留水量を増加させる処理を行うか、または、停止移行工程において、酸化剤ガス用貯留水タンク6aに貯えられる貯留水量を増減させる処理を1回以上行った後、最終的にその貯留水量を増加させる処理を行う。
<7>
A system configuration having only one of the fuel gas
本発明は、燃料電池のアノード及びカソードの劣化を抑制するために利用できる。 The present invention can be used to suppress deterioration of the anode and cathode of a fuel cell.
1 燃料ガス生成装置
1a 改質器
2a アノード
2b カソード
2c 電解質
3 ガス供給路
4 燃料ガス用加湿器
4a 燃料ガス用貯留水タンク
6 酸化剤ガス用加湿器
6a 酸化剤ガス用貯留水タンク
7 ガス排出路
10 水量調節器
11 水位制御部
12 水位調節用タンク
FC 燃料電池
S1、S2、S3、S4 燃料電池システム
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記燃料電池からの電力の出力を停止する停止状態に前記燃料電池の運転を移行させる停止移行工程を実施した後、前記停止状態を維持する停止状態維持工程を実施している間の設定タイミングで、前記アノードへ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給処理を、前記カソードへのガスの供給を停止した状態で実施し、
前記停止状態維持工程において、前記アノードへのガス供給路を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を開放するアノード隔離処理を実施している間の前記設定タイミングで前記水素含有ガス供給処理を実施する燃料電池システムの停止保管方法。 A method for stopping and storing a fuel cell system comprising a fuel cell configured by providing an electrolyte between an anode supplied with a fuel gas containing hydrogen and a cathode supplied with an oxidant gas,
After performing a stop transition process for shifting the operation of the fuel cell to a stop state for stopping the output of power from the fuel cell, at a set timing while performing a stop state maintaining process for maintaining the stop state The hydrogen-containing gas supply process for supplying the hydrogen-containing gas to the anode is performed in a state where the supply of the gas to the cathode is stopped ,
In the stop state maintaining step, the hydrogen-containing gas supply process is performed at the set timing while the anode isolation process is performed to close the gas supply path to the anode and open the gas discharge path from the anode. To stop and store the fuel cell system.
前記停止状態維持工程において前記アノード隔離処理を継続して実施している間、前記設定タイミングになると、前記アノードへのガス供給路を開放して前記燃料ガス生成装置から前記アノードへガスを流入させることで前記水素含有ガス供給処理を実施する請求項1に記載の燃料電池システムの停止保管方法。While the anode isolation process is continuously performed in the stop state maintaining step, when the set timing is reached, the gas supply path to the anode is opened and gas is allowed to flow from the fuel gas generator to the anode. The stop storage method of the fuel cell system according to claim 1, wherein the hydrogen-containing gas supply process is performed.
前記燃料電池からの電力の出力を停止する停止状態に前記燃料電池の運転を移行させる停止移行工程を実施した後、前記停止状態を維持する停止状態維持工程を実施している間の設定タイミングで、前記アノードへ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給処理を、前記カソードへのガスの供給を停止した状態で実施し、After performing a stop transition process for shifting the operation of the fuel cell to a stop state for stopping the output of power from the fuel cell, at a set timing while performing a stop state maintaining process for maintaining the stop state The hydrogen-containing gas supply process for supplying the hydrogen-containing gas to the anode is performed in a state where the supply of the gas to the cathode is stopped,
前記アノードへのガス供給路に、前記アノードへ供給される前記燃料ガスを改質器を用いて生成する燃料ガス生成装置が接続されており、A fuel gas generation device for generating the fuel gas supplied to the anode using a reformer is connected to the gas supply path to the anode,
前記停止状態維持工程を開始した後、前記停止状態維持工程において前記アノードへのガス供給路と前記アノードからのガス排出路とを閉止するアノード隔離処理を実施する前に、又は、前記停止状態維持工程において前記アノードへのガス供給路を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を開放するアノード隔離処理を実施する前に、又は、前記停止状態維持工程において前記燃料ガス生成装置と前記アノードとの間のガスの流通が許容された状態で、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器よりも上流側の所定部位を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を閉止するアノード隔離処理を実施する前に、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器より上流側の所定部位を閉止し且つ前記アノードへのガス供給路を閉止する燃料ガス生成装置隔離処理を、前記改質器の温度が設定温度以下になるまで実施し、After starting the stopped state maintaining step, before performing the anode isolation process for closing the gas supply path to the anode and the gas discharge path from the anode in the stopped state maintaining step, or maintaining the stopped state Before performing the anode isolation process for closing the gas supply path to the anode and opening the gas discharge path from the anode in the process, or in the stop state maintaining process, the fuel gas generation device and the anode In a state in which gas flow is permitted, a predetermined portion upstream of the reformer of the gas flow system leading from the fuel gas generation device to the anode is closed and a gas discharge path from the anode is closed Before performing the anode isolation treatment, a predetermined upstream side of the reformer of the gas distribution system leading from the fuel gas generator to the anode The fuel gas generating device isolation process for closing the gas supply passage to the close and and the anode of the position, performed until the temperature of the reformer is below the set temperature,
前記燃料ガス生成装置隔離処理を実施している間、前記所定部位と前記アノードへのガス供給路の閉止部位との間の圧力が設定圧力を超えると、前記所定部位と前記アノードへのガス供給路の閉止部位との間の圧力を低下させる圧力低下処理を実施する燃料電池システムの停止保管方法。If the pressure between the predetermined portion and the closed portion of the gas supply path to the anode exceeds the set pressure during the fuel gas generation device isolation process, the gas supply to the predetermined portion and the anode is performed. A method for stopping and storing a fuel cell system, wherein a pressure reduction process is performed to reduce the pressure between the closed portion of the road.
前記燃料電池からの電力の出力を停止する停止状態に前記燃料電池の運転を移行させる停止移行工程を実施した後、前記停止状態を維持する停止状態維持工程を実施している間の設定タイミングで、前記アノードへ水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給処理を、前記カソードへのガスの供給を停止した状態で実施し、After performing a stop transition process for shifting the operation of the fuel cell to a stop state for stopping the output of power from the fuel cell, at a set timing while performing a stop state maintaining process for maintaining the stop state The hydrogen-containing gas supply process for supplying the hydrogen-containing gas to the anode is performed in a state where the supply of the gas to the cathode is stopped,
前記アノードへのガス供給路に、前記アノードへ供給される前記燃料ガスを改質器を用いて生成する燃料ガス生成装置が接続されており、A fuel gas generation device for generating the fuel gas supplied to the anode using a reformer is connected to the gas supply path to the anode,
前記停止状態維持工程を開始した後、前記停止状態維持工程において前記アノードへのガス供給路と前記アノードからのガス排出路とを閉止するアノード隔離処理を実施する前に、又は、前記停止状態維持工程において前記アノードへのガス供給路を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を開放するアノード隔離処理を実施する前に、又は、前記停止状態維持工程において前記燃料ガス生成装置と前記アノードとの間のガスの流通が許容された状態で、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器よりも上流側の所定部位を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を閉止するアノード隔離処理を実施する前に、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器より上流側の所定部位を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を閉止する燃料ガス生成装置隔離処理を、前記改質器の温度が設定温度以下になるまで実施し、After starting the stopped state maintaining step, before performing the anode isolation process for closing the gas supply path to the anode and the gas discharge path from the anode in the stopped state maintaining step, or maintaining the stopped state Before performing the anode isolation process for closing the gas supply path to the anode and opening the gas discharge path from the anode in the process, or in the stop state maintaining process, the fuel gas generation device and the anode In a state in which gas flow is permitted, a predetermined portion upstream of the reformer of the gas flow system leading from the fuel gas generation device to the anode is closed and a gas discharge path from the anode is closed Before performing the anode isolation treatment, a predetermined upstream side of the reformer of the gas distribution system leading from the fuel gas generator to the anode The fuel gas generating device isolation process for closing the gas discharge passage from the closing to and the anode of the position, performed until the temperature of the reformer is below the set temperature,
前記燃料ガス生成装置隔離処理を実施している間、前記所定部位と前記アノードからのガス排出路の閉止部位との間の圧力が設定圧力を超えると、前記所定部位と前記アノードからのガス排出路の閉止部位との間の圧力を低下させる圧力低下処理を実施する燃料電池システムの停止保管方法。If the pressure between the predetermined part and the closed part of the gas discharge path from the anode exceeds the set pressure while the fuel gas generator isolation process is being performed, gas discharge from the predetermined part and the anode is performed. A method for stopping and storing a fuel cell system, wherein a pressure reduction process is performed to reduce the pressure between the closed portion of the road.
前記水素含有ガス供給処理を停止した後、前記アノードへのガス供給路と前記アノードからのガス排出路とを閉止する形態、前記アノードへのガス供給路を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を開放する形態、或いは、前記燃料ガス生成装置と前記アノードとの間のガスの流通が許容された状態で、前記燃料ガス生成装置から前記アノードへ通じるガス流通系統の前記改質器よりも上流側の所定部位を閉止し且つ前記アノードからのガス排出路を閉止する形態で前記燃料電池を保管する請求項13又は14記載の燃料電池システムの停止保管方法。After stopping the hydrogen-containing gas supply processing, the gas supply path to the anode and the gas discharge path from the anode are closed, the gas supply path to the anode is closed, and the gas discharge path from the anode Or in a state where gas flow between the fuel gas generation device and the anode is permitted, upstream of the reformer of the gas flow system that leads from the fuel gas generation device to the anode. The fuel cell system storage stop method according to claim 13 or 14, wherein the fuel cell is stored in a form in which a predetermined portion on the side is closed and a gas discharge path from the anode is closed.
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