JPH06163069A - 燃料電池通気時の圧力変動低減方法 - Google Patents
燃料電池通気時の圧力変動低減方法Info
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- JPH06163069A JPH06163069A JP43A JP31222192A JPH06163069A JP H06163069 A JPH06163069 A JP H06163069A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 31222192 A JP31222192 A JP 31222192A JP H06163069 A JPH06163069 A JP H06163069A
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- fuel cell
- line
- cathode
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 アノードガスの燃料電池への通気時に発生す
るアノード側の圧力変動を低減し、アノードとカソード
の間に発生する極間差圧を低減することができる燃料電
池通気時の圧力変動低減方法を提供する。 【構成】 アノードバイパスライン１６、アノードライ
ン遮断弁３１、３２、アノードバイパス遮断弁３５を備
え、燃料電池のアノード側を不活性ガスを密封して燃料
電池を停止し、次いで、燃料電池の運転再開時にアノー
ドライン遮断弁３１、３２を閉鎖したままでアノードバ
イパス遮断弁３５を開放してアノードバイパスラインを
介してアノードガスを通し、次いで、アノードライン遮
断弁を開放し、次いで、所定時間の経過後にアノードバ
イパス遮断弁を閉鎖する。
るアノード側の圧力変動を低減し、アノードとカソード
の間に発生する極間差圧を低減することができる燃料電
池通気時の圧力変動低減方法を提供する。 【構成】 アノードバイパスライン１６、アノードライ
ン遮断弁３１、３２、アノードバイパス遮断弁３５を備
え、燃料電池のアノード側を不活性ガスを密封して燃料
電池を停止し、次いで、燃料電池の運転再開時にアノー
ドライン遮断弁３１、３２を閉鎖したままでアノードバ
イパス遮断弁３５を開放してアノードバイパスラインを
介してアノードガスを通し、次いで、アノードライン遮
断弁を開放し、次いで、所定時間の経過後にアノードバ
イパス遮断弁を閉鎖する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池通気時の圧力
変動低減方法に関する。
変動低減方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率、かつ
環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特
徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システ
ムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行
われている。かかる従来の溶融炭酸塩型燃料電池発電設
備は、例えば図１に示すように、改質器１０と燃料電池
２０とを備え、改質器１０により燃料ガス１を水素を含
むアノードガス２に改質し、このアノードガス２と酸素
を含むカソードガス３とから燃料電池２０により電気を
発電するようになっている。この発電設備は、更にアノ
ード側のラインに、複数のガス冷却器２２、気水分離器
２４、アノードブロア２６を備え、燃料電池のアノード
側Ａを通過したアノード排ガス４をガス冷却器２２で冷
却し、気水分離器２４で水分を除去し、アノードブロア
２６で改質器１０の燃焼室に供給し、燃焼室内でアノー
ド排ガス４を空気５で燃焼させる。更にカソード側のラ
インには、ガス冷却器１２、カソード循環ブロア１４を
備え、アノード排ガスが燃焼した燃焼排ガス６に空気７
を混合してカソードガス３として燃料電池のカソード側
Ｃに供給し、燃料電池を通過したカソード排ガス８の一
部をガス冷却器１２で冷却し、カソード循環ブロア１４
により燃料電池のカソード側上流に循環させるようにな
っている。
環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特
徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システ
ムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行
われている。かかる従来の溶融炭酸塩型燃料電池発電設
備は、例えば図１に示すように、改質器１０と燃料電池
２０とを備え、改質器１０により燃料ガス１を水素を含
むアノードガス２に改質し、このアノードガス２と酸素
を含むカソードガス３とから燃料電池２０により電気を
発電するようになっている。この発電設備は、更にアノ
ード側のラインに、複数のガス冷却器２２、気水分離器
２４、アノードブロア２６を備え、燃料電池のアノード
側Ａを通過したアノード排ガス４をガス冷却器２２で冷
却し、気水分離器２４で水分を除去し、アノードブロア
２６で改質器１０の燃焼室に供給し、燃焼室内でアノー
ド排ガス４を空気５で燃焼させる。更にカソード側のラ
インには、ガス冷却器１２、カソード循環ブロア１４を
備え、アノード排ガスが燃焼した燃焼排ガス６に空気７
を混合してカソードガス３として燃料電池のカソード側
Ｃに供給し、燃料電池を通過したカソード排ガス８の一
部をガス冷却器１２で冷却し、カソード循環ブロア１４
により燃料電池のカソード側上流に循環させるようにな
っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】かかる燃料電池発電設
備を停止するには、停止中に燃料電池２０の電極の保護
及び圧力を一定に保つため、燃料電池内に密封用ガス
（例えば窒素ガス）を密封する必要がある。従って、従
来の発電設備では、図１に示すように、燃料電池のアノ
ード側とカソード側をそれぞれバイパスするアノードバ
イパスライン１６及びカソードバイパスライン１８と、
燃料電池のアノード側とカソード側の前後を遮断する遮
断弁３１、３２、３３、３４と、アノードバイパスライ
ン１６及びカソードバイパスライン１８に設けられた遮
断弁３５、３６とを備え、燃料電池の停止前にアノード
ガスとカソードガスを不活性ガスに置換し、遮断弁３
１、３２、３３、３４を遮断することにより燃料電池内
に密封用ガスを密封して燃料電池を停止させ、燃料電池
の運転再開時にはアノードバイパスライン１６及びカソ
ードバイパスライン１８を通してアノードガス及びカソ
ードガスをそれぞれ通し、次いで遮断弁３５、３６の閉
鎖と遮断弁３１、３２、３３、３４の開放をほぼ同時に
行うことにより、アノードガス２及びカソードガス３を
それぞれ燃料電池２０のアノード側Ａとカソード側Ｃに
通気させるようにしていた。
備を停止するには、停止中に燃料電池２０の電極の保護
及び圧力を一定に保つため、燃料電池内に密封用ガス
（例えば窒素ガス）を密封する必要がある。従って、従
来の発電設備では、図１に示すように、燃料電池のアノ
ード側とカソード側をそれぞれバイパスするアノードバ
イパスライン１６及びカソードバイパスライン１８と、
燃料電池のアノード側とカソード側の前後を遮断する遮
断弁３１、３２、３３、３４と、アノードバイパスライ
ン１６及びカソードバイパスライン１８に設けられた遮
断弁３５、３６とを備え、燃料電池の停止前にアノード
ガスとカソードガスを不活性ガスに置換し、遮断弁３
１、３２、３３、３４を遮断することにより燃料電池内
に密封用ガスを密封して燃料電池を停止させ、燃料電池
の運転再開時にはアノードバイパスライン１６及びカソ
ードバイパスライン１８を通してアノードガス及びカソ
ードガスをそれぞれ通し、次いで遮断弁３５、３６の閉
鎖と遮断弁３１、３２、３３、３４の開放をほぼ同時に
行うことにより、アノードガス２及びカソードガス３を
それぞれ燃料電池２０のアノード側Ａとカソード側Ｃに
通気させるようにしていた。
【０００４】溶融炭酸塩型燃料電池では、アノードとカ
ソードの間には電解質板が挟持されており、この電解質
板は比較的低い差圧で破壊したりシール性能を失うた
め、アノードとカソードの間の差圧をできる限り低く制
御することが要望される。しかし、上述した燃料電池の
運転方法では、電池内部の密封ガスには水蒸気が含まれ
ていないガスが用いられる。一方通気前にアノードバイ
パスラインを流れるアノードガス中には改質用の水蒸気
が大量に（例えば約３０％程度）含まれており、この水
蒸気はアノード排ガスラインにあるガス冷却器で凝縮
し、気水分離器で分離除去される。従って、アノードガ
スは凝縮器で水蒸気分が除去され、実質的に流量が激減
する。一方、不活性ガスには水蒸気が含まれていないた
め、密封用ガスが凝縮器を通過しても流量が減少しな
い。従って、アノードライン遮断弁の開放と、アノード
バイパス遮断弁の閉鎖を同時にすると、燃料電池に封入
されていた密封用ガスが気水分離器を通るときには流量
の減少がほとんどなく、アノードガスが気水分離器を通
るときには流量の激減が起こり、結果としてアノード側
に比較的大きい圧力変動を生じさせる。本発明は、かか
る新規の問題点を解決するために創案されたものであ
る。すなわち、本発明の目的は、アノードガスの燃料電
池への通気時に発生するアノード側の圧力変動を低減
し、アノードとカソードの間に発生する極間差圧を低減
することができる燃料電池通気時の圧力変動低減方法を
提供することにある。
ソードの間には電解質板が挟持されており、この電解質
板は比較的低い差圧で破壊したりシール性能を失うた
め、アノードとカソードの間の差圧をできる限り低く制
御することが要望される。しかし、上述した燃料電池の
運転方法では、電池内部の密封ガスには水蒸気が含まれ
ていないガスが用いられる。一方通気前にアノードバイ
パスラインを流れるアノードガス中には改質用の水蒸気
が大量に（例えば約３０％程度）含まれており、この水
蒸気はアノード排ガスラインにあるガス冷却器で凝縮
し、気水分離器で分離除去される。従って、アノードガ
スは凝縮器で水蒸気分が除去され、実質的に流量が激減
する。一方、不活性ガスには水蒸気が含まれていないた
め、密封用ガスが凝縮器を通過しても流量が減少しな
い。従って、アノードライン遮断弁の開放と、アノード
バイパス遮断弁の閉鎖を同時にすると、燃料電池に封入
されていた密封用ガスが気水分離器を通るときには流量
の減少がほとんどなく、アノードガスが気水分離器を通
るときには流量の激減が起こり、結果としてアノード側
に比較的大きい圧力変動を生じさせる。本発明は、かか
る新規の問題点を解決するために創案されたものであ
る。すなわち、本発明の目的は、アノードガスの燃料電
池への通気時に発生するアノード側の圧力変動を低減
し、アノードとカソードの間に発生する極間差圧を低減
することができる燃料電池通気時の圧力変動低減方法を
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、燃料電
池のアノード側をバイパスするアノードバイパスライン
と、燃料電池のアノード側の前後を遮断するアノードラ
イン遮断弁と、前記アノードバイパスラインに設けられ
たアノードバイパス遮断弁と、を備えた燃料電池発電設
備において、燃料電池の停止前にアノードガスを不活性
ガスに置換し、次いで燃料電池前後のアノードライン遮
断弁を閉鎖することにより燃料電池のアノード側に不活
性ガスを密封して燃料電池を停止し、次いで、燃料電池
の運転再開時にアノードライン遮断弁を閉鎖したままで
アノードバイパス遮断弁を開放してアノードバイパスラ
インを介してアノードガスを通し、次いで、アノードラ
イン遮断弁を開放し、次いで、所定時間の経過後にアノ
ードバイパス遮断弁を閉鎖する、ことを特徴とする燃料
電池通気時の圧力変動低減方法が提供される。
池のアノード側をバイパスするアノードバイパスライン
と、燃料電池のアノード側の前後を遮断するアノードラ
イン遮断弁と、前記アノードバイパスラインに設けられ
たアノードバイパス遮断弁と、を備えた燃料電池発電設
備において、燃料電池の停止前にアノードガスを不活性
ガスに置換し、次いで燃料電池前後のアノードライン遮
断弁を閉鎖することにより燃料電池のアノード側に不活
性ガスを密封して燃料電池を停止し、次いで、燃料電池
の運転再開時にアノードライン遮断弁を閉鎖したままで
アノードバイパス遮断弁を開放してアノードバイパスラ
インを介してアノードガスを通し、次いで、アノードラ
イン遮断弁を開放し、次いで、所定時間の経過後にアノ
ードバイパス遮断弁を閉鎖する、ことを特徴とする燃料
電池通気時の圧力変動低減方法が提供される。
【０００６】更に、本発明によれば、燃料電池のアノー
ド側とカソード側をそれぞれバイパスするアノードバイ
パスライン及びカソードバンパスラインと、燃料電池の
アノード側とカソード側の前後を遮断するアノードライ
ン遮断弁及びカソードライン遮断弁と、アノードバイパ
スライン及びカソードバイパスラインにそれぞれ設けら
れたアノードバイパス遮断弁及びカソードバイパス遮断
弁と、を備えた燃料電池発電設備において、燃料電池の
停止前にアノードガスとカソードガスを不活性ガスに置
換し、次いでアノードライン遮断弁及びカソードライン
遮断弁を閉鎖することにより燃料電池内に不活性ガスを
密封して燃料電池を停止し、次いで、燃料電池の運転再
開時にアノードライン遮断弁及びカソードライン遮断弁
を閉鎖したままでアノードバイパス遮断弁及びカソード
バイパス遮断弁を開放してアノードバイパスライン及び
カソードバイパスラインを介してアノードガス及びカソ
ードガスをそれぞれ通し、次いで、アノードライン遮断
弁及びカソードライン遮断弁を開放し、次いで、所定時
間の経過後にアノードバイパス遮断弁及びカソードバイ
パス遮断弁を閉鎖する、ことを特徴とする燃料電池通気
時の圧力変動低減方法が提供される。本発明の好ましい
実施例によれば、前記所定時間はアノードの密封用ガス
が改質ガスに置換されるので必要な時間で、少なくとも
３０秒以上である。また、前記アノードライン遮断弁の
開放は、ゆるやかに少なくとも５秒以上にわたり流量を
漸増させることによる、ことが好ましい。
ド側とカソード側をそれぞれバイパスするアノードバイ
パスライン及びカソードバンパスラインと、燃料電池の
アノード側とカソード側の前後を遮断するアノードライ
ン遮断弁及びカソードライン遮断弁と、アノードバイパ
スライン及びカソードバイパスラインにそれぞれ設けら
れたアノードバイパス遮断弁及びカソードバイパス遮断
弁と、を備えた燃料電池発電設備において、燃料電池の
停止前にアノードガスとカソードガスを不活性ガスに置
換し、次いでアノードライン遮断弁及びカソードライン
遮断弁を閉鎖することにより燃料電池内に不活性ガスを
密封して燃料電池を停止し、次いで、燃料電池の運転再
開時にアノードライン遮断弁及びカソードライン遮断弁
を閉鎖したままでアノードバイパス遮断弁及びカソード
バイパス遮断弁を開放してアノードバイパスライン及び
カソードバイパスラインを介してアノードガス及びカソ
ードガスをそれぞれ通し、次いで、アノードライン遮断
弁及びカソードライン遮断弁を開放し、次いで、所定時
間の経過後にアノードバイパス遮断弁及びカソードバイ
パス遮断弁を閉鎖する、ことを特徴とする燃料電池通気
時の圧力変動低減方法が提供される。本発明の好ましい
実施例によれば、前記所定時間はアノードの密封用ガス
が改質ガスに置換されるので必要な時間で、少なくとも
３０秒以上である。また、前記アノードライン遮断弁の
開放は、ゆるやかに少なくとも５秒以上にわたり流量を
漸増させることによる、ことが好ましい。
【０００７】
【作用】種々の試験及び解析から、アノード側に発生す
る圧力変動は、アノード側ラインに設けられた気水分離
器による水分の除去が原因であることがわかった。すな
わち、アノードガス中には改質用の水蒸気が大量に（例
えば約３０％以上）含まれており、この水蒸気はアノー
ド排ガスラインにあるガス冷却器で凝縮し、気水分離器
で分離除去される。従って、アノードガスは凝縮器で水
蒸気分が除去され、実質的に流量が激減する。一方、不
活性ガスには水蒸気が含まれていないため、密封用ガス
が凝縮器を通過しても流量が減少しない。従って、アノ
ードライン遮断弁の開放と、アノードバイパス遮断弁の
閉鎖を同時にすると、燃料電池に封入されていた不活性
ガスが気水分離器を通るときには流量の減少がほとんど
なく、アノードガスが気水分離器を通るときには流量の
激減が起こり、結果としてアノード側に比較的大きい圧
力変動が生じることがわかった。
る圧力変動は、アノード側ラインに設けられた気水分離
器による水分の除去が原因であることがわかった。すな
わち、アノードガス中には改質用の水蒸気が大量に（例
えば約３０％以上）含まれており、この水蒸気はアノー
ド排ガスラインにあるガス冷却器で凝縮し、気水分離器
で分離除去される。従って、アノードガスは凝縮器で水
蒸気分が除去され、実質的に流量が激減する。一方、不
活性ガスには水蒸気が含まれていないため、密封用ガス
が凝縮器を通過しても流量が減少しない。従って、アノ
ードライン遮断弁の開放と、アノードバイパス遮断弁の
閉鎖を同時にすると、燃料電池に封入されていた不活性
ガスが気水分離器を通るときには流量の減少がほとんど
なく、アノードガスが気水分離器を通るときには流量の
激減が起こり、結果としてアノード側に比較的大きい圧
力変動が生じることがわかった。
【０００８】本発明はかかる新規の知見に基づくもので
ある。すなわち、上記本発明によれば、燃料電池の運転
再開時にアノードライン遮断弁を閉鎖したままでアノー
ドバイパス遮断弁を開放してアノードバイパスラインを
介してアノードガスを通し、次いで、アノードライン遮
断弁を開放するので、アノードライン遮断弁を開放した
ときにアノードバイパスラインは全開しており、燃料電
池のアノード側に封入されていた不活性ガスはアノード
バイパスラインを通るアノードガスと混合して気水分離
器に供給される。従って、アノードライン遮断弁の開放
直後であっても水蒸気を含むガスが気水分離器に供給さ
れるため、全く水蒸気を含まない不活性ガスが供給され
る場合と比較して圧力変動を低減することができる。更
に、少なくとも５秒以上にわたり流量を漸増させてアノ
ードライン遮断弁を開放すれば、急激な圧力変動を実質
的に回避することができる。又、上記本発明によれば、
所定時間の経過後にアノードバイパス遮断弁を閉鎖する
ので、燃料電池のアノード側に封入されていた不活性ガ
スはすで燃料電池から気水分離器の方に流れ出ているの
で、アノードバイパス遮断弁を閉鎖してもアノード側を
流れるガス組成に影響がなく、圧力変動になんら影響を
与えない。この所定時間は、実験の結果、少なくとも３
０秒以上であることが好ましいことがわかった。
ある。すなわち、上記本発明によれば、燃料電池の運転
再開時にアノードライン遮断弁を閉鎖したままでアノー
ドバイパス遮断弁を開放してアノードバイパスラインを
介してアノードガスを通し、次いで、アノードライン遮
断弁を開放するので、アノードライン遮断弁を開放した
ときにアノードバイパスラインは全開しており、燃料電
池のアノード側に封入されていた不活性ガスはアノード
バイパスラインを通るアノードガスと混合して気水分離
器に供給される。従って、アノードライン遮断弁の開放
直後であっても水蒸気を含むガスが気水分離器に供給さ
れるため、全く水蒸気を含まない不活性ガスが供給され
る場合と比較して圧力変動を低減することができる。更
に、少なくとも５秒以上にわたり流量を漸増させてアノ
ードライン遮断弁を開放すれば、急激な圧力変動を実質
的に回避することができる。又、上記本発明によれば、
所定時間の経過後にアノードバイパス遮断弁を閉鎖する
ので、燃料電池のアノード側に封入されていた不活性ガ
スはすで燃料電池から気水分離器の方に流れ出ているの
で、アノードバイパス遮断弁を閉鎖してもアノード側を
流れるガス組成に影響がなく、圧力変動になんら影響を
与えない。この所定時間は、実験の結果、少なくとも３
０秒以上であることが好ましいことがわかった。
【０００９】
【実施例】以下に本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。図１に示したように、本発明を適用する
燃料電池発電装置は、燃料電池２０のアノード側Ａとカ
ソード側Ｃをそれぞれバイパスするアノードバイパスラ
イン１６及びカソードバンパスライン１８と、燃料電池
２０のアノード側Ａとカソード側Ｂの前後を遮断するア
ノードライン遮断弁３１、３２及びカソードライン遮断
弁３３、３４と、アノードバイパスライン１６及びカソ
ードバイパスライン１８にそれぞれ設けられたアノード
バイパス遮断弁３５及びカソードバイパス遮断弁３６と
を備えている。
して説明する。図１に示したように、本発明を適用する
燃料電池発電装置は、燃料電池２０のアノード側Ａとカ
ソード側Ｃをそれぞれバイパスするアノードバイパスラ
イン１６及びカソードバンパスライン１８と、燃料電池
２０のアノード側Ａとカソード側Ｂの前後を遮断するア
ノードライン遮断弁３１、３２及びカソードライン遮断
弁３３、３４と、アノードバイパスライン１６及びカソ
ードバイパスライン１８にそれぞれ設けられたアノード
バイパス遮断弁３５及びカソードバイパス遮断弁３６と
を備えている。
【００１０】本発明による燃料電池通気時の圧力変動低
減方法は、図１の装置を使用して、燃料電池の停止前に
アノードガス２を密封用ガス（例えば窒素ガス）に置換
し、次いで燃料電池前後のアノードライン遮断弁３１、
３２を閉鎖することにより燃料電池のアノード側Ａに不
活性ガスを密封して燃料電池を停止し、次いで、燃料電
池の運転再開時にアノードライン遮断弁３１、３２を閉
鎖したままでアノードバイパス遮断弁３５を開放してア
ノードバイパスライン１６を介してアノードガス２を通
し、次いで、アノードライン遮断弁３１、３２を開放
し、次いで、所定時間の経過後にアノードバイパス遮断
弁３５を閉鎖する、ことによる。
減方法は、図１の装置を使用して、燃料電池の停止前に
アノードガス２を密封用ガス（例えば窒素ガス）に置換
し、次いで燃料電池前後のアノードライン遮断弁３１、
３２を閉鎖することにより燃料電池のアノード側Ａに不
活性ガスを密封して燃料電池を停止し、次いで、燃料電
池の運転再開時にアノードライン遮断弁３１、３２を閉
鎖したままでアノードバイパス遮断弁３５を開放してア
ノードバイパスライン１６を介してアノードガス２を通
し、次いで、アノードライン遮断弁３１、３２を開放
し、次いで、所定時間の経過後にアノードバイパス遮断
弁３５を閉鎖する、ことによる。
【００１１】図１に示した燃料電池発電装置を用い、本
発明による燃料電池通気時の圧力変動低減方法による効
果を確認する試験を実施した。なお、図１において、Ｐ
Ｘは試験における圧力測定位置、ＤＰＣは試験における
差圧測定位置を示す。この試験では、燃料電池の停止前
にアノードガス２とカソードガス３の両方を窒素ガスに
置換し、次いでアノードライン遮断弁３１、３２及びカ
ソードライン遮断弁３３、３４を閉鎖することにより燃
料電池内に密封用ガスを置換、密封して燃料電池を停止
する。次いで、燃料電池の運転再開時にアノードライン
遮断弁３１、３２及びカソードライン遮断弁３３、３４
の両方を閉鎖したままでアノードバイパス遮断弁３５及
びカソードバイパス遮断弁３６の両方を開放してアノー
ドバイパスライン１６及びカソードバイパスライン１８
を介してアノードガス２及びカソードガス３をそれぞれ
通した。このアノードガス２は燃料ガス１をＳ／Ｃ（水
蒸気／カーボン比）＝３で改質したものとし、水蒸気が
３０％程度含まれている。次いで、アノードライン遮断
弁３１、３２及びカソードライン遮断弁３３、３４を徐
々に開放し約５秒後に全開させた。アノードライン遮断
弁３１、３２の開放はできる限りゆっくりと行うのが良
く、少なくとも５秒以上にわたり流量を漸増させること
によるのが良い。これにより、アノード側の気水分離器
に流れるガス中の水蒸気の比率を徐々に変化させること
ができ、急激な圧力変動を実質的に回避することができ
る。次いで、所定時間の経過後にアノードバイパス遮断
弁及びカソードバイパス遮断弁３５を閉鎖した。なお、
この試験では、この所定時間を０、３０、６０、１２０
秒に時間設定し、アノード／カソード間の極間差圧とア
ノードブロア入口圧力の時間経過を前述の圧力計ＰＸ
と、差圧計ＤＰＣにより測定した。また、所定時間とは
アノード内の密封用ガスが全て改質ガスに置換されるの
に必要な時間である。図２は、アノード／カソード間の
極間差圧の時間経過を示す試験結果であり、図３は、ガ
ス冷却器付近の圧力、すなわち、アノードブロア入口圧
力の時間経過を示す試験結果である。図２及び図３にお
いて、横軸はアノードライン遮断弁３１、３２及びカソ
ードライン遮断弁３３、３４の全開（通気）後の時間経
過を示しており、縦軸はそれぞれ差圧変動と圧力変動を
示している。また、各図において、上から順に上記所定
時間をそれぞれ０、３０、６０、１２０秒に時間設定し
た場合である。図２から明らかなように、時間設定が０
秒の場合には、通気後約１分半後にアノード／カソード
間の差圧が大きく変動し、最大差圧は３００ｍｍＡｑ以
上になっている。ピークが発生する位置は、燃料電池を
出た窒素ガスが気水分離器に到達する時間にほぼ一致し
ている。又、時間設定を３０、６０、１２０秒と延ばす
とこの差圧変動が相当低減されるのがわかる。また、図
３からアノードブロア入口圧力が図２と同様に通気後約
１分半後に大きく変動し、時間設定を３０、６０、１２
０秒と延ばすとこの圧力変動が相当低減されるのがわか
る。
発明による燃料電池通気時の圧力変動低減方法による効
果を確認する試験を実施した。なお、図１において、Ｐ
Ｘは試験における圧力測定位置、ＤＰＣは試験における
差圧測定位置を示す。この試験では、燃料電池の停止前
にアノードガス２とカソードガス３の両方を窒素ガスに
置換し、次いでアノードライン遮断弁３１、３２及びカ
ソードライン遮断弁３３、３４を閉鎖することにより燃
料電池内に密封用ガスを置換、密封して燃料電池を停止
する。次いで、燃料電池の運転再開時にアノードライン
遮断弁３１、３２及びカソードライン遮断弁３３、３４
の両方を閉鎖したままでアノードバイパス遮断弁３５及
びカソードバイパス遮断弁３６の両方を開放してアノー
ドバイパスライン１６及びカソードバイパスライン１８
を介してアノードガス２及びカソードガス３をそれぞれ
通した。このアノードガス２は燃料ガス１をＳ／Ｃ（水
蒸気／カーボン比）＝３で改質したものとし、水蒸気が
３０％程度含まれている。次いで、アノードライン遮断
弁３１、３２及びカソードライン遮断弁３３、３４を徐
々に開放し約５秒後に全開させた。アノードライン遮断
弁３１、３２の開放はできる限りゆっくりと行うのが良
く、少なくとも５秒以上にわたり流量を漸増させること
によるのが良い。これにより、アノード側の気水分離器
に流れるガス中の水蒸気の比率を徐々に変化させること
ができ、急激な圧力変動を実質的に回避することができ
る。次いで、所定時間の経過後にアノードバイパス遮断
弁及びカソードバイパス遮断弁３５を閉鎖した。なお、
この試験では、この所定時間を０、３０、６０、１２０
秒に時間設定し、アノード／カソード間の極間差圧とア
ノードブロア入口圧力の時間経過を前述の圧力計ＰＸ
と、差圧計ＤＰＣにより測定した。また、所定時間とは
アノード内の密封用ガスが全て改質ガスに置換されるの
に必要な時間である。図２は、アノード／カソード間の
極間差圧の時間経過を示す試験結果であり、図３は、ガ
ス冷却器付近の圧力、すなわち、アノードブロア入口圧
力の時間経過を示す試験結果である。図２及び図３にお
いて、横軸はアノードライン遮断弁３１、３２及びカソ
ードライン遮断弁３３、３４の全開（通気）後の時間経
過を示しており、縦軸はそれぞれ差圧変動と圧力変動を
示している。また、各図において、上から順に上記所定
時間をそれぞれ０、３０、６０、１２０秒に時間設定し
た場合である。図２から明らかなように、時間設定が０
秒の場合には、通気後約１分半後にアノード／カソード
間の差圧が大きく変動し、最大差圧は３００ｍｍＡｑ以
上になっている。ピークが発生する位置は、燃料電池を
出た窒素ガスが気水分離器に到達する時間にほぼ一致し
ている。又、時間設定を３０、６０、１２０秒と延ばす
とこの差圧変動が相当低減されるのがわかる。また、図
３からアノードブロア入口圧力が図２と同様に通気後約
１分半後に大きく変動し、時間設定を３０、６０、１２
０秒と延ばすとこの圧力変動が相当低減されるのがわか
る。
【００１２】これらの試験結果から、アノード側に発生
する圧力変動は、アノード側ラインの気水分離器２４に
よる水分の除去が原因であることがわかった。すなわ
ち、アノードガス中には改質用の水蒸気が大量に（例え
ば約３０％以上）含まれており、この水蒸気はアノード
排ガスラインにあるガス冷却器で凝縮し、気水分離器で
分離除去される。従って、アノードガスは凝縮器で水蒸
気分が除去され、実質的に流量が激減する。一方、不活
性ガスには水蒸気が含まれていないため、不活性ガスが
凝縮器を通過しても流量が減少しない。従って、アノー
ドライン遮断弁の開放と、アノードバイパス遮断弁の閉
鎖を同時にすると、燃料電池に封入されていた不活性ガ
スが気水分離器を通るときには流量の減少がほとんどな
く、アノードガスが気水分離器を通るときには流量の激
減が起こり、結果としてアノード側に比較的大きい圧力
変動が生じることがわかった。本発明はかかる新規の知
見に基づくものである。すなわち、上記本発明によれ
ば、燃料電池の運転再開時にアノードライン遮断弁を閉
鎖したままでアノードバイパス遮断弁を開放してアノー
ドバイパスラインを介してアノードガスを通し、次い
で、アノードライン遮断弁を開放するので、アノードラ
イン遮断弁を開放したときにアノードバイパスラインも
開放しており、燃料電池のアノード側に封入されていた
不活性ガスはアノードバイパスラインを通るアノードガ
スと混合して気水分離器に供給される。従って、アノー
ドライン遮断弁の開放直後であっても水蒸気を含むガス
が気水分離器に供給されるため、全く水蒸気を含まない
不活性ガスが供給される場合と比較して圧力変動を低減
することができる。更に、少なくとも５秒以上にわたり
流量を漸増させてアノードライン遮断弁を開放すれば、
急激な圧力変動を実質的に回避することができる。又、
上記本発明によれば、所定時間の経過後にアノードバイ
パス遮断弁を閉鎖するので、燃料電池のアノード側に封
入されていた不活性ガスはすで燃料電池から気水分離器
の方に流れ出ているので、アノードバイパス遮断弁を閉
鎖してもアノード側を流れるガス組成に影響がなく、圧
力変動になんら影響を与えない。この所定時間は、実験
の結果、少なくとも３０秒以上であるのが好ましいこと
がわかった。
する圧力変動は、アノード側ラインの気水分離器２４に
よる水分の除去が原因であることがわかった。すなわ
ち、アノードガス中には改質用の水蒸気が大量に（例え
ば約３０％以上）含まれており、この水蒸気はアノード
排ガスラインにあるガス冷却器で凝縮し、気水分離器で
分離除去される。従って、アノードガスは凝縮器で水蒸
気分が除去され、実質的に流量が激減する。一方、不活
性ガスには水蒸気が含まれていないため、不活性ガスが
凝縮器を通過しても流量が減少しない。従って、アノー
ドライン遮断弁の開放と、アノードバイパス遮断弁の閉
鎖を同時にすると、燃料電池に封入されていた不活性ガ
スが気水分離器を通るときには流量の減少がほとんどな
く、アノードガスが気水分離器を通るときには流量の激
減が起こり、結果としてアノード側に比較的大きい圧力
変動が生じることがわかった。本発明はかかる新規の知
見に基づくものである。すなわち、上記本発明によれ
ば、燃料電池の運転再開時にアノードライン遮断弁を閉
鎖したままでアノードバイパス遮断弁を開放してアノー
ドバイパスラインを介してアノードガスを通し、次い
で、アノードライン遮断弁を開放するので、アノードラ
イン遮断弁を開放したときにアノードバイパスラインも
開放しており、燃料電池のアノード側に封入されていた
不活性ガスはアノードバイパスラインを通るアノードガ
スと混合して気水分離器に供給される。従って、アノー
ドライン遮断弁の開放直後であっても水蒸気を含むガス
が気水分離器に供給されるため、全く水蒸気を含まない
不活性ガスが供給される場合と比較して圧力変動を低減
することができる。更に、少なくとも５秒以上にわたり
流量を漸増させてアノードライン遮断弁を開放すれば、
急激な圧力変動を実質的に回避することができる。又、
上記本発明によれば、所定時間の経過後にアノードバイ
パス遮断弁を閉鎖するので、燃料電池のアノード側に封
入されていた不活性ガスはすで燃料電池から気水分離器
の方に流れ出ているので、アノードバイパス遮断弁を閉
鎖してもアノード側を流れるガス組成に影響がなく、圧
力変動になんら影響を与えない。この所定時間は、実験
の結果、少なくとも３０秒以上であるのが好ましいこと
がわかった。
【００１３】
【発明の効果】従って、本発明の燃料電池通気時の圧力
変動低減方法によれば、アノードガス及びカソードガス
の燃料電池への通気時に発生するアノード側の圧力変動
を低減し、アノードとカソードの間に発生する差圧を低
減する有益な効果を得ることができる。
変動低減方法によれば、アノードガス及びカソードガス
の燃料電池への通気時に発生するアノード側の圧力変動
を低減し、アノードとカソードの間に発生する差圧を低
減する有益な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する燃料電池発電装置の全体構成
図である。
図である。
【図２】本発明による方法を用いた試験結果である。
【図３】本発明による方法を用いた別の試験結果であ
る。
る。
１ 燃料ガス ２ アノードガス ３ カソードガス ４ アノード排ガス ５、７ 空気 ６ 燃焼排ガス ８ カソード排ガス １０ 改質器 １２ ガス冷却器 １４ カソード循環ブロア １６ アノードバイパスライン １８ カソードバイパスライン ２０ 燃料電池 ２２ ガス冷却器 ２４ 気水分離器 ２６ アノードブロア ３１、３２ アノードライン遮断弁 ３３、３４ カソードライン遮断弁 ３５ アノードバイパス遮断弁 ３６ カソードバイパス遮断弁
Claims (4)
- 【請求項１】 燃料電池のアノード側をバイパスするア
ノードバイパスラインと、燃料電池のアノード側の前後
を遮断するアノードライン遮断弁と、前記アノードバイ
パスラインに設けられたアノードバイパス遮断弁と、を
備えた燃料電池発電設備において、 燃料電池の停止前にアノードガスを不活性ガスに置換
し、次いで燃料電池前後のアノードライン遮断弁を閉鎖
することにより燃料電池のアノード側を不活性ガスで密
封して燃料電池を停止し、 次いで、燃料電池の運転再開時にアノードライン遮断弁
を閉鎖したままでアノードバイパス遮断弁を開放してア
ノードバイパスラインを介してアノードガスを通し、 次いで、アノードライン遮断弁を開放し、 次いで、所定時間の経過後にアノードバイパス遮断弁を
閉鎖する、ことを特徴とする燃料電池通気時の圧力変動
低減方法。 - 【請求項２】 燃料電池のアノード側とカソード側をそ
れぞれバイパスするアノードバイパスライン及びカソー
ドバンパスラインと、燃料電池のアノード側とカソード
側の前後を遮断するアノードライン遮断弁及びカソード
ライン遮断弁と、アノードバイパスライン及びカソード
バイパスラインにそれぞれ設けられたアノードバイパス
遮断弁及びカソードバイパス遮断弁と、を備えた燃料電
池発電設備において、 燃料電池の停止前にアノードガスとカソードガスを不活
性ガスに置換し、次いでアノードライン遮断弁及びカソ
ードライン遮断弁を閉鎖することにより燃料電池内に不
活性ガスを密封して燃料電池を停止し、 次いで、燃料電池の運転再開時にアノードライン遮断弁
及びカソードライン遮断弁を閉鎖したままでアノードバ
イパス遮断弁及びカソードバイパス遮断弁を開放してア
ノードバイパスライン及びカソードバイパスラインを介
してアノードガス及びカソードガスをそれぞれ通し、 次いで、アノードライン遮断弁及びカソードライン遮断
弁を開放し、 次いで、所定時間の経過後にアノードバイパス遮断弁及
びカソードバイパス遮断弁を閉鎖する、ことを特徴とす
る燃料電池通気時の圧力変動低減方法。 - 【請求項３】 前記所定時間は、少なくとも３０秒以上
である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料
電池通気時の圧力変動低減方法。 - 【請求項４】 前記アノードライン遮断弁の開放は、少
なくとも５秒以上にわたり流量を漸増させることによ
る、請求項１又は２に記載の燃料電池通気時の圧力変動
低減方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP43A JPH06163069A (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 燃料電池通気時の圧力変動低減方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP43A JPH06163069A (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 燃料電池通気時の圧力変動低減方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06163069A true JPH06163069A (ja) | 1994-06-10 |
Family
ID=18026649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP43A Pending JPH06163069A (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 燃料電池通気時の圧力変動低減方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06163069A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10065459B4 (de) * | 2000-02-11 | 2006-07-27 | General Motors Corp., Detroit | Ein Entlüftungssystem und ein Verfahren zur gestuften Entlüftung eines Brennstoffzellensystems bei Schnellabschaltung |
| JP2008226513A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-09-25 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| DE10065458B4 (de) * | 2000-02-22 | 2010-07-01 | General Motors Corp., Detroit | Verfahren zur Detektion des Abschaltzustandes während der Abschaltung eines Brennstoffzellensystems mit Anodendrucksteuerung |
| JP2016095933A (ja) * | 2014-11-12 | 2016-05-26 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよび燃料電池搭載車両 |
-
1992
- 1992-11-20 JP JP43A patent/JPH06163069A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10065459B4 (de) * | 2000-02-11 | 2006-07-27 | General Motors Corp., Detroit | Ein Entlüftungssystem und ein Verfahren zur gestuften Entlüftung eines Brennstoffzellensystems bei Schnellabschaltung |
| DE10065458B4 (de) * | 2000-02-22 | 2010-07-01 | General Motors Corp., Detroit | Verfahren zur Detektion des Abschaltzustandes während der Abschaltung eines Brennstoffzellensystems mit Anodendrucksteuerung |
| JP2008226513A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-09-25 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2016095933A (ja) * | 2014-11-12 | 2016-05-26 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよび燃料電池搭載車両 |
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