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JP5774403B2 - Fuel cell system and operation method thereof - Google Patents
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Description

本発明の実施形態は、燃料電池システムおよびその運転方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a fuel cell system and an operation method thereof.

燃料電池システムは、電解質を挟んで設けられた一対の触媒電極を含む燃料電池を具備する。燃料電池システムによる発電は、一般には、燃料電池の燃料極に水素含有ガスを供給し、酸化剤極に酸化剤の空気を供給し、そして、燃料極と酸化剤極との間に外部負荷を接続することで行われる。一方、発電の停止は、外部負荷の停止と同時に水素含有ガスおよび空気の供給を停止することが一般的である。   The fuel cell system includes a fuel cell including a pair of catalyst electrodes provided with an electrolyte interposed therebetween. Power generation by a fuel cell system generally supplies a hydrogen-containing gas to the fuel electrode of the fuel cell, supplies oxidant air to the oxidant electrode, and places an external load between the fuel electrode and the oxidant electrode. This is done by connecting. On the other hand, the stoppage of power generation generally stops the supply of hydrogen-containing gas and air simultaneously with the stop of the external load.

酸化剤極の触媒層は白金などの触媒とそれを担持するカーボンにより構成される。酸化剤極が電位上昇して高電位になると、酸化剤極の触媒層が腐食し、触媒の活性低下や酸化剤極における酸素拡散性能が低下して燃料電池が劣化する。   The catalyst layer of the oxidant electrode is composed of a catalyst such as platinum and carbon that supports the catalyst. When the potential of the oxidant electrode rises to a high potential, the catalyst layer of the oxidant electrode corrodes, the catalyst activity decreases and the oxygen diffusion performance in the oxidant electrode decreases, and the fuel cell deteriorates.

燃料電池システムの発電においては、発電の起動停止および保管において、酸化剤極と燃料極との間で十分に電流が流れない状態となり易く、酸化剤極の酸素が十分に消費されず、酸化剤極が高電位となり易い。   In the power generation of the fuel cell system, in starting and stopping and storing the power generation, it is likely that a current does not sufficiently flow between the oxidant electrode and the fuel electrode, and oxygen in the oxidant electrode is not sufficiently consumed. The pole is likely to have a high potential.

燃料電池システムにおいて、スタック電圧が所定の電圧以下になると、補機動力のためのブースターを昇圧することができなくなる。また、系統へ電力を供給するインバータにも作動最低スタック電圧がある。そのため、発電停止においては、インバータ出力および補機動力のみによっては、酸化剤極に連通する空間の酸素を十分に消費することができない。   In the fuel cell system, when the stack voltage falls below a predetermined voltage, the booster for auxiliary power cannot be boosted. In addition, the inverter that supplies power to the grid also has a minimum operating stack voltage. Therefore, when power generation is stopped, oxygen in the space communicating with the oxidizer electrode cannot be consumed sufficiently only by the inverter output and auxiliary machine power.

燃料電池スタックから電力を出力する時には、燃料極に連通する空間に存在する水素の分子数は電子数(出力の電流)よりも2倍以上多くする(式1、式2)。また、酸素の消費のためには、電圧と電流との積算である電力をより多く出力するよりも、電流をより多く出力するほうがよい(式1、式2)。   When power is output from the fuel cell stack, the number of hydrogen molecules present in the space communicating with the fuel electrode is more than twice as large as the number of electrons (output current) (Formula 1 and Formula 2). In order to consume oxygen, it is better to output more current than to output more electric power, which is the integration of voltage and current (Equations 1 and 2).

式1 H2 →2H+ +2e- (燃料極)
式2 O2 +4H+ +4e→2H2 O (酸化剤極)
2倍以上の水素が無い場合においてインバータ出力や補機動力によって電流を取り出そうとすると、燃料電池の電極が腐食して、燃料電池は非常に大きく劣化する。
Formula 1 H 2 → 2H + + 2e (fuel electrode)
Formula 2 O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O (oxidizer electrode)
If there is no hydrogen more than twice, if an electric current is taken out by the inverter output or auxiliary power, the electrode of the fuel cell is corroded and the fuel cell is greatly deteriorated.

特開2007−109529号公報JP 2007-109529 A

本発明が解決しようとする課題は、燃料電池の劣化を抑制できる燃料電池システムおよびその運転方法を提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is to provide a fuel cell system capable of suppressing deterioration of the fuel cell and an operation method thereof.

実施形態の燃料電池システムは、燃料極と酸化剤極を含む単位セルを積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料極に水素含有ガスを供給するための水素供給手段と、前記酸化剤極に酸素含有ガスを供給するための酸素供給手段と、前記燃料電池スタックから出力された電力を調整するための電力調整手段と、抵抗およびスイッチを具備し、前記スイッチを閉じた時に、前記燃料極と前記抵抗と前記酸化剤極との間に電流を流すための電流路を形成して、前記抵抗で電力を消費するための電力消費手段と、前記酸化剤極に連通する空間を密封するための酸化剤極密封手段と、前記燃料電池スタックから出力される電力を停止するために、前記酸素供給手段を停止し、次に前記酸化剤極密封手段により前記酸化剤極に連通する前記空間を密封し、次に前記スイッチを閉じ、次に前記電力調整手段を停止するための制御を行うことを含む制御手段とを具備してなり、前記電力調整手段は、電力系統へ電力を出力するためのインバータ出力手段と、前記水素供給手段に電力を供給するための補機動力供給手段とを具備し、前記制御手段は、前記電力調整手段を停止するに際し、前記インバータ出力手段および前記補機動力供給手段のいずれか一方を先に停止する。 The fuel cell system according to the embodiment includes a fuel cell stack in which unit cells including a fuel electrode and an oxidant electrode are stacked, a hydrogen supply means for supplying a hydrogen-containing gas to the fuel electrode, and an oxidant electrode. An oxygen supply means for supplying an oxygen-containing gas; a power adjustment means for adjusting the power output from the fuel cell stack; a resistor and a switch; and when the switch is closed, Forming a current path for passing a current between the resistor and the oxidant electrode, and sealing a space communicating with the oxidant electrode and power consuming means for consuming power by the resistor In order to stop the power output from the oxidant electrode sealing means and the fuel cell stack, the oxygen supply means is stopped, and then the space communicating with the oxidant electrode is sealed by the oxidant electrode sealing means. Shi Control means including closing the switch and then performing control for stopping the power adjustment means, wherein the power adjustment means is an inverter output for outputting power to a power system. And an auxiliary machine power supply means for supplying electric power to the hydrogen supply means, and the control means includes: an inverter output means and an auxiliary power supply means for stopping the power adjustment means. Either one stops first.

実施形態の燃料電池システムの運転方法は、燃料極と酸化剤極を含む単位セルを積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料極に水素含有ガスを供給するための水素供給手段と、前記酸化剤極に酸素含有ガスを供給するための酸素供給手段と、前記燃料電池スタックから出力された電力を調整するための電力調整手段と、抵抗およびスイッチを具備し、前記スイッチを閉じた時に、前記燃料極と前記抵抗と前記酸化剤極との間に電流を流すための電流路を形成して、前記抵抗で電力を消費するための電力消費手段と、前記酸化剤極に連通する空間を密封するための酸化剤極密封手段とを具備し、前記電力調整手段が、電力系統へ電力を出力するためのインバータ出力手段と、前記水素供給手段に電力を供給するための補機動力供給手段とを具備してなる燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料電池スタックから出力される電力を停止するための運転方法は、前記酸素供給手段を停止する工程と、次に前記酸化剤極密封手段により前記酸化剤極に連通する前記空間を密封する工程と、次に前記スイッチを閉じる工程と、次に前記電力調整手段を停止する工程とを含み、前記電力調整手段を停止する前記工程において、前記インバータ出力手段および前記補機動力供給手段のいずれか一方を先に停止する。 An operation method of the fuel cell system of the embodiment includes a fuel cell stack formed by stacking unit cells including a fuel electrode and an oxidant electrode, a hydrogen supply means for supplying a hydrogen-containing gas to the fuel electrode, and the oxidation An oxygen supply means for supplying an oxygen-containing gas to the agent electrode, a power adjustment means for adjusting the power output from the fuel cell stack, a resistor and a switch, and when the switch is closed, A current path is formed between the fuel electrode, the resistor, and the oxidizer electrode, and a power consuming means for consuming power by the resistor and a space communicating with the oxidizer electrode are sealed. An oxidizer electrode sealing means for performing the operation, wherein the power adjustment means is an inverter output means for outputting power to an electric power system, and an auxiliary power supply means for supplying power to the hydrogen supply means. Tool An operation method for stopping the electric power output from the fuel cell stack includes the step of stopping the oxygen supply means, and then the oxidant electrode sealing means. Including the steps of sealing the space communicating with the oxidant electrode, then closing the switch, and then stopping the power adjustment means, wherein the power adjustment means is stopped, Either the inverter output means or the auxiliary power supply means is stopped first.

第1の実施形態の燃料電池システムを示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram illustrating a fuel cell system according to a first embodiment. 第1の実施形態の燃料電池システムの運転方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the operating method of the fuel cell system of 1st Embodiment. 実施形態の燃料電池のセル電圧挙動を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the cell voltage behavior of the fuel cell of embodiment. 電力出力停止と抵抗接続とを同時に行った場合の燃料電池のセル電圧挙動の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cell voltage behavior of a fuel cell at the time of performing electric power output stop and resistance connection simultaneously. 第2の実施形態の燃料電池システムを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the fuel cell system of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の燃料電池システムの運転方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the operating method of the fuel cell system of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の燃料電池システムの運転方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the operating method of the fuel cell system of 3rd Embodiment.

以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は、本実施形態の燃料電池システムを示す概略構成図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell system of the present embodiment.

本実施形態の燃料電池システム100は、
燃料極1と酸化剤極2とを含む単位セルを積層してなる燃料電池スタック3と、
燃料極1に水素含有ガスを供給するための水素供給装置4と、
酸化剤極2に酸化剤ガスを供給するための酸化剤供給装置5と、
燃料電池スタック3から出力された電力を調整するための電力調整機構6と、
抵抗7およびスイッチ8を具備し、スイッチ8を閉じた時に、燃料極1と抵抗7と酸化剤極2との間に電流を流すための電流路を形成して、抵抗7で電力を消費するための電力消費機構9と、
酸化剤極2に連通する空間を密封するための酸化剤極密封弁10と、
水素供給装置4、酸化剤供給装置5、電力調整機構6、スイッチ8および酸化剤極密封弁10の運転を制御するための制御装置11と
を具備している。
The fuel cell system 100 of the present embodiment is
A fuel cell stack 3 formed by stacking unit cells each including a fuel electrode 1 and an oxidant electrode 2;
A hydrogen supply device 4 for supplying a hydrogen-containing gas to the fuel electrode 1;
An oxidant supply device 5 for supplying an oxidant gas to the oxidant electrode 2;
A power adjustment mechanism 6 for adjusting the power output from the fuel cell stack 3;
A resistor 7 and a switch 8 are provided, and when the switch 8 is closed, a current path is formed between the fuel electrode 1, the resistor 7, and the oxidant electrode 2, and power is consumed by the resistor 7. Power consumption mechanism 9 for
An oxidant electrode sealing valve 10 for sealing a space communicating with the oxidant electrode 2;
A hydrogen supply device 4, an oxidant supply device 5, a power adjustment mechanism 6, a switch 8, and a control device 11 for controlling the operation of the oxidant electrode sealing valve 10.

電力調整機構6は、水素供給装置4へ電力(補機動力)を出力する補機動力供給装置12と、系統へ電力を出力するインバータ出力装置(電力変換手段)13と、電力を消費する逆潮防止装置14とを含む。   The power adjustment mechanism 6 includes an auxiliary power supply device 12 that outputs electric power (auxiliary power) to the hydrogen supply device 4, an inverter output device (power conversion means) 13 that outputs electric power to the system, and a reverse that consumes electric power. And a tide prevention device 14.

制御装置11は、燃料電池スタック3から出力される電力を停止するために、酸化剤供給装置5(酸化剤極2への酸化剤ガスの供給)を停止し、次に酸化剤極密封弁10により酸化剤極2に連通する空間を密封し(酸素供給の停止)、次にスイッチ8を閉じ、次に電力調整機構6を停止するための制御を行うことを含んでいる。   The control device 11 stops the oxidant supply device 5 (supply of oxidant gas to the oxidant electrode 2) in order to stop the power output from the fuel cell stack 3, and then the oxidant electrode sealing valve 10. This includes sealing the space communicating with the oxidant electrode 2 (stopping oxygen supply), then closing the switch 8 and then performing control for stopping the power adjustment mechanism 6.

燃料極1と酸化剤極2との間に抵抗7を接続し、燃料極1と酸化剤極2とを電気的に接続すると、燃料極1にある水素が酸化剤極2へ移動する際にあたって、燃料極1と酸化剤極2との間に挟まれた電解質を水素のまま通過して到達するだけなく、プロトンの形で到達することもでき、電気化学的にも酸素を消費することができる(前出の式1、式2を参照)。   When the resistor 7 is connected between the fuel electrode 1 and the oxidant electrode 2 and the fuel electrode 1 and the oxidant electrode 2 are electrically connected, the hydrogen in the fuel electrode 1 moves to the oxidant electrode 2. The electrolyte sandwiched between the fuel electrode 1 and the oxidant electrode 2 not only passes through and reaches hydrogen but can also reach in the form of protons, and can consume oxygen electrochemically. Yes (see Equations 1 and 2 above).

そのため、抵抗7を接続し、燃料極1と酸化剤極2とを電気的に接続する場合、燃料極1と酸化剤極2とが電気的に接続しておらず、電解質を介した透過によってのみ水素が移動することしかできない場合(下記の式3を参照)に比べて、酸素の消費が速い。   Therefore, when the resistor 7 is connected and the fuel electrode 1 and the oxidant electrode 2 are electrically connected, the fuel electrode 1 and the oxidant electrode 2 are not electrically connected, and the permeation through the electrolyte is performed. Compared to the case where only hydrogen can move (see Equation 3 below), oxygen consumption is faster.

式3 H2 + 1/2O2 =H2
したがって、本実施形態のように、酸素供給の停止し、酸化剤極2に連通する空間を密封し、その後、燃料極1と酸化剤極2とを抵抗7で接続して電力を消費することにより、酸化剤極2の電位の上昇が抑制されて、酸化剤極2が高電位となることは抑制される。
Formula 3 H 2 + 1 / 2O 2 = H 2 O
Therefore, as in this embodiment, the supply of oxygen is stopped, the space communicating with the oxidant electrode 2 is sealed, and then the fuel electrode 1 and the oxidant electrode 2 are connected by the resistor 7 to consume power. As a result, an increase in the potential of the oxidant electrode 2 is suppressed, and the oxidant electrode 2 is prevented from becoming a high potential.

なお、酸化剤極2への酸素供給を停止した直後に、酸化剤極2に連通する空間の酸素を十分に消費することなく外部負荷を停止し、燃料極1と酸化剤極2とを抵抗7で接続して酸化剤極2の酸素を消費する場合、抵抗7による酸素の消費よりも酸化剤極2の電位上昇のほうが速く、酸化剤極2が高電位となる恐れがある。   Immediately after the supply of oxygen to the oxidant electrode 2 is stopped, the external load is stopped without sufficiently consuming oxygen in the space communicating with the oxidant electrode 2, and the fuel electrode 1 and the oxidant electrode 2 are resisted. 7, when the oxygen of the oxidant electrode 2 is consumed, the potential increase of the oxidant electrode 2 is faster than the consumption of oxygen by the resistor 7, and the oxidant electrode 2 may be at a high potential.

図1において、15は水素供給装置4に水素含有燃料(例えばCH4 )を供給するための水素含有燃料供給装置、16は水素供給装置4と燃料極1とを接続するための燃料系配管、17は酸化剤極密封弁10と酸化剤極2とを接続するための酸化剤系配管、18は燃料電池スタック3の電圧を計測するための電圧計、20は燃料極マニホールド、21は酸化剤極マニホールドを示している。電圧計18は制御装置11により制御される。ここでは水素供給装置4は水素含有燃料(例えばCH4 )を水素含有ガスへと改質する改質器である。 In FIG. 1, 15 is a hydrogen-containing fuel supply device for supplying a hydrogen-containing fuel (for example, CH 4 ) to the hydrogen supply device 4, 16 is a fuel system pipe for connecting the hydrogen supply device 4 and the fuel electrode 1, Reference numeral 17 denotes an oxidant piping for connecting the oxidant electrode sealing valve 10 and the oxidant electrode 2, 18 a voltmeter for measuring the voltage of the fuel cell stack 3, 20 a fuel electrode manifold, and 21 an oxidant. The pole manifold is shown. The voltmeter 18 is controlled by the control device 11. Here, the hydrogen supply device 4 is a reformer that reforms a hydrogen-containing fuel (for example, CH 4 ) into a hydrogen-containing gas.

燃料電池システム100は発電中に、電力調整機構6によって燃料電池スタック3から電力を出力する。逆潮防止装置14は、例えば、通電ヒーターを含んで構成される。酸化剤供給装置5は、例えば、空気ブロアを含んで構成され、水素供給装置4は、例えば、改質器を含んで構成される。改質器を含む場合、水素供給装置4は、水素含有燃料供給装置15によって供給された水素含有燃料(例えばCH4 )を改質して水素含有ガスを生成する。 The fuel cell system 100 outputs power from the fuel cell stack 3 by the power adjustment mechanism 6 during power generation. The backflow prevention device 14 includes, for example, an energizing heater. The oxidant supply device 5 includes, for example, an air blower, and the hydrogen supply device 4 includes, for example, a reformer. When the reformer is included, the hydrogen supply device 4 reforms the hydrogen-containing fuel (for example, CH 4 ) supplied by the hydrogen-containing fuel supply device 15 to generate a hydrogen-containing gas.

燃料電池スタック3はインバータ出力装置13に接続されている。インバータ出力装置13は燃料電池スタック3が発生した電力を消費する。例えば、燃料電池システム100が車両に搭載された場合、インバータ出力装置13は、車輪を駆動させる電動モータ等に該当する。   The fuel cell stack 3 is connected to an inverter output device 13. The inverter output device 13 consumes the electric power generated by the fuel cell stack 3. For example, when the fuel cell system 100 is mounted on a vehicle, the inverter output device 13 corresponds to an electric motor that drives wheels.

制御装置11は、燃料電池システム100の運転を制御する制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、CPU、記憶装置、入出力装置等を備えた例えばマイクロコンピュータ等により実現される。   The control device 11 functions as a control center that controls the operation of the fuel cell system 100, and includes a CPU, a storage device, an input / output device, and the like necessary for a computer that controls various operation processes based on a program, for example. Etc.

制御装置11は、燃料電池システム100における各センサ(図示せず)からの信号を読み込み、読み込んだ各種信号ならびに予め内部に保有する制御ロジック(プログラム)に基づいて、水素供給装置4、酸化剤供給装置5を含む各構成要素に指令を送り、燃料電池システム100の運転/停止に必要なすべての動作を統括管理して制御する。制御装置11が有する制御ロジックは経過時間を利用した制御ロジックを有する。   The control device 11 reads signals from each sensor (not shown) in the fuel cell system 100, and based on the read various signals and control logic (program) stored in advance in advance, the hydrogen supply device 4, the oxidant supply A command is sent to each component including the device 5, and all operations necessary for operation / stop of the fuel cell system 100 are integrated and controlled. The control logic included in the control device 11 includes control logic using elapsed time.

例えば、需要電力を制御装置11が検知し、水素供給装置4、酸化剤供給装置5などを動かすための電力(補機動力)を含めた需要電力に見合った電力を発電できるように、水素供給装置4が水素を、酸化剤供給装置5が酸化剤ガス(例えば、空気)を燃料電池スタック3へ供給し、そして、インバータ出力装置13は需要電力を電力系統19に出力する。   For example, the control device 11 detects the demand power, and supplies hydrogen so that the power corresponding to the demand power including the power (auxiliary power) for moving the hydrogen supply device 4 and the oxidant supply device 5 can be generated. The device 4 supplies hydrogen, the oxidant supply device 5 supplies oxidant gas (for example, air) to the fuel cell stack 3, and the inverter output device 13 outputs demand power to the power system 19.

ここでは簡略化のため図示しなかったが、燃料電池システム100は、酸化剤ガスの排出機構を備えていても構わない。また、その排出機構も含めて酸化剤極密封弁10は酸化剤極2を密封する。また、水素含有ガスを排出する機構を備えていても構わない。   Although not shown here for simplification, the fuel cell system 100 may include an oxidizing gas discharge mechanism. Further, the oxidant electrode sealing valve 10 including the discharge mechanism seals the oxidant electrode 2. Further, a mechanism for discharging the hydrogen-containing gas may be provided.

燃料電池システム100は、電力系統19ではなく、2次電池などの燃料電池システムの系外へ電力を供給しても構わない。補機動力供給装置12は、酸素剤供給装置4に電力(補機動力)を供給しても構わない。逆潮防止装置14は、水素供給装置4など補機への電力を供給しても構わない。電圧監視は、スタック電圧ではなく、セル電圧やブロック電圧でも構わない。   The fuel cell system 100 may supply power to the outside of the fuel cell system such as a secondary battery instead of the power system 19. The auxiliary machine power supply device 12 may supply electric power (auxiliary power) to the oxygen agent supply device 4. The backflow prevention device 14 may supply power to auxiliary equipment such as the hydrogen supply device 4. The voltage monitoring may be a cell voltage or a block voltage instead of the stack voltage.

なお、電力系統19へインバータ出力を行う電力は燃料電池スタック3に存在するが、需用電力がそれよりも少ない場合には、逆潮防止装置14に電力を供給して、燃料電池システム100内で電力を消費する。   In addition, although the electric power which performs inverter output to the electric power grid | system 19 exists in the fuel cell stack 3, when electric power for demand is less than it, electric power is supplied to the backflow prevention apparatus 14, and the fuel cell system 100 inside Power consumption.

図2は、本実施形態の燃料電池システム100の運転方法を説明するためのフローチャートである。各ステップは制御装置11の指令に基づいて行われる。   FIG. 2 is a flowchart for explaining an operation method of the fuel cell system 100 of the present embodiment. Each step is performed based on a command from the control device 11.

[ステップS1]
酸化剤供給装置5により酸化剤極2に酸化剤ガスが供給され、水素供給装置4により燃料極1に水素含有ガスが供給され、そして、電力調整機構6によって、要求されている電力が電力系統19に出力される。
[Step S1]
An oxidant gas is supplied to the oxidant electrode 2 by the oxidant supply device 5, a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel electrode 1 by the hydrogen supply device 4, and the required power is supplied to the power system by the power adjustment mechanism 6. 19 is output.

[ステップS2]
電力出力の停止が開始されると、まず、系統電力18への電力出力は予め定められた最低値(設定最低値)まで下げられる。それに伴って、水素供給装置4から燃料極1への水素含有ガスの供給量が減少され、補機動力供給装置12が水素供給装置4に供給する電力が下げられる。設定最低値は、例えば、改質器により水素リッチな水素含有ガスを生成するために必要な最低電圧である。
[Step S2]
When the stop of the power output is started, first, the power output to the system power 18 is lowered to a predetermined minimum value (set minimum value). Accordingly, the supply amount of the hydrogen-containing gas from the hydrogen supply device 4 to the fuel electrode 1 is reduced, and the power supplied from the auxiliary power supply device 12 to the hydrogen supply device 4 is reduced. The set minimum value is, for example, the minimum voltage required for generating a hydrogen-containing hydrogen-containing gas by the reformer.

[ステップS3]
酸化剤供給装置5が停止され、酸化剤の供給が停止されるとともに、酸化剤極密封弁10により酸化剤極2は密封される。
[Step S3]
The oxidant supply device 5 is stopped, the supply of the oxidant is stopped, and the oxidant electrode 2 is sealed by the oxidant electrode sealing valve 10.

[ステップS4]
スイッチ8が閉じられて、燃料極1と抵抗7と酸化剤極2との間に電流を流すための電流路が形成される。その結果、燃料電池スタック3で発生した電力は抵抗7で消費され、酸化剤極2に残留した酸素の消費が開始される。
[Step S4]
The switch 8 is closed to form a current path for passing a current between the fuel electrode 1, the resistor 7, and the oxidant electrode 2. As a result, the electric power generated in the fuel cell stack 3 is consumed by the resistor 7 and consumption of oxygen remaining in the oxidant electrode 2 is started.

[ステップS5]
スタック電圧が予め定めた電圧Vc1よりも低いか否かが判断される。電圧Vc1は、例えば、インバータ出力を行える最低スタック電圧である。
[Step S5]
It is determined whether or not the stack voltage is lower than a predetermined voltage Vc1. The voltage Vc1 is, for example, the lowest stack voltage at which inverter output can be performed.

[ステップS6]
ステップS5の判断結果がYesの場合(スタック電圧<Vc1)、インバータ出力装置13は停止される。ステップS5の判断はYesとなるまで繰り返される。
[Step S6]
When the determination result in step S5 is Yes (stack voltage <Vc1), the inverter output device 13 is stopped. The determination in step S5 is repeated until Yes.

[ステップS7]
インバータ出力が停止したら、スタック電圧がVc2(<Vc1)よりも低いか否かが判断される。Vc2は、例えば、セル電圧0.6Vに相当するスタック電圧である。
[Step S7]
When the inverter output stops, it is determined whether or not the stack voltage is lower than Vc2 (<Vc1). Vc2 is, for example, a stack voltage corresponding to a cell voltage of 0.6V.

[ステップS8]
ステップS7の判断結果がYesの場合(スタック電圧<Vc2)、補機動力供給装置12(補機動力の供給)は停止される。その結果、抵抗7のみで電力(酸素)は消費される。ステップS7の判断はYesとなるまで繰り返される。電圧Vc2は、例えば、補機動力供給装置12が補機動力の供給を行うために必要な最低スタック電圧である。
[Step S8]
If the determination result in step S7 is Yes (stack voltage <Vc2), the auxiliary machine power supply device 12 (supply of auxiliary machine power) is stopped. As a result, power (oxygen) is consumed only by the resistor 7. The determination in step S7 is repeated until Yes. The voltage Vc2 is, for example, the minimum stack voltage necessary for the auxiliary machine power supply device 12 to supply auxiliary machine power.

本実施形態によれば、ステップS5,S7において、スタック電圧のレベルが評価されるので、燃料電池が水素不足であるかどうかを判断でき、水素不足による電池劣化を防げるようになる。   According to this embodiment, since the level of the stack voltage is evaluated in steps S5 and S7, it can be determined whether or not the fuel cell is deficient in hydrogen, and cell deterioration due to deficiency in hydrogen can be prevented.

すなわち、スタック電圧がインバータ出力を行える最低スタック電圧Vc1に達したと判断されたら(ステップS5)、インバータ出力を停止させ、補機動力供給装置12と抵抗7とにより酸素を消費し、さらにスタック電圧が補機動力の供給のために必要な最低スタック電圧Vc2に達したと判断されたら(ステップS7)、補機動力供給装置12を停止させ、抵抗7のみにより酸素を消費する。   That is, if it is determined that the stack voltage has reached the minimum stack voltage Vc1 at which inverter output is possible (step S5), the inverter output is stopped, oxygen is consumed by the auxiliary power supply device 12 and the resistor 7, and the stack voltage is further increased. Is determined to have reached the minimum stack voltage Vc2 required for supplying auxiliary power (step S7), the auxiliary power supply device 12 is stopped and oxygen is consumed only by the resistor 7.

本実施形態の効果についてさらに説明する。   The effect of this embodiment will be further described.

ステップS5〜S7において、電力系統19、逆潮防止装置14、補機動力への電力出力や抵抗接続により十分に酸素を消費する。そのため、ステップS8において、電力出力が停止され、酸素の消費が抵抗7のみになっても、酸化剤極2の電位は上昇することなく、酸化剤極2の電位が高電位となることを抑制できる。   In steps S5 to S7, oxygen is sufficiently consumed by the power output and the resistance connection to the power system 19, the backflow prevention device 14, and the auxiliary machine power. Therefore, in step S8, even if the power output is stopped and the consumption of oxygen becomes only the resistor 7, the potential of the oxidizer electrode 2 is prevented from rising and the potential of the oxidizer electrode 2 is prevented from becoming high. it can.

ステップS2において、出力を設定最低値まで下げることにより、燃料電池スタック3から出力する電力が減少する。この場合において、電力不足などにより改質器での改質失敗が生じて水素不足が発生したとしても、出力電流が少ないため、電池へのダメージは小さく抑えられる。   In step S2, the power output from the fuel cell stack 3 is reduced by lowering the output to the set minimum value. In this case, even if a reforming failure occurs in the reformer due to power shortage or the like, and hydrogen shortage occurs, the output current is small, so damage to the battery can be kept small.

ステップS3〜S7において、水素供給は継続し続けるため、電力出力や抵抗接続により酸素を消費しても、燃料極1において水素の不足はなく、燃料電池の電極(燃料極の触媒)の腐食を防止できる。以下、燃料電池システムでの水素不足について説明する。   In steps S3 to S7, since hydrogen supply continues, even if oxygen is consumed by power output or resistance connection, there is no shortage of hydrogen in the fuel electrode 1, and corrosion of the electrode of the fuel cell (catalyst of the fuel electrode) is caused. Can be prevented. Hereinafter, the shortage of hydrogen in the fuel cell system will be described.

一般的に、燃料電池システムでは、燃料電池スタックに供給された燃料ガス中の水素成分の約80%が発電反応で消費され、残りの約20%の水素成分を含んだ燃料ガスが燃料オフガスとして改質器の燃焼バーナに供給されることで、改質器の熱バランスが保たれている。   In general, in a fuel cell system, about 80% of the hydrogen component in the fuel gas supplied to the fuel cell stack is consumed by the power generation reaction, and the remaining fuel gas containing about 20% of the hydrogen component is used as the fuel off-gas. The heat balance of the reformer is maintained by being supplied to the combustion burner of the reformer.

改質器を水素含有ガス供給手段として用いる燃料電池発電システムの停止時の動作においては、酸化剤極への酸化剤ガスの供給の停止に伴って発電電圧が低下するために、燃料電池スタックでは、式1および式2に示す反応が起こりにくくなる。その結果、燃料電池スタックで消費される水素ガスは減少し、改質器の燃焼バーナに供給される燃料オフガスの流量(エネルギー)が増加する。   In the operation when the fuel cell power generation system using the reformer as the hydrogen-containing gas supply means is stopped, the power generation voltage decreases as the supply of the oxidant gas to the oxidant electrode is stopped. The reactions shown in Formula 1 and Formula 2 are less likely to occur. As a result, the hydrogen gas consumed in the fuel cell stack is reduced, and the flow rate (energy) of the fuel off gas supplied to the combustion burner of the reformer is increased.

燃料オフガスの流量の増大が短時間であれば改質器の温度変化は僅かで済むが、少なくとも酸化剤極の酸素を消費するまでは燃料極に燃料ガスの供給を継続しなければならないため、長時間過大な燃料オフガスが改質器の燃焼バーナに供給されると、改質器の異常温度上昇が起こるという問題がある。   If the increase in the flow rate of the fuel off-gas is short, the temperature change of the reformer may be small, but the supply of the fuel gas to the fuel electrode must be continued until at least oxygen in the oxidizer electrode is consumed. When excessive fuel off gas is supplied to the reformer combustion burner for a long time, there is a problem that an abnormal temperature rise of the reformer occurs.

改質器の異常温度上昇の問題を防ぐために、燃料オフガスの供給を停止して燃焼バーナの燃焼を止めることにより改質器をすぐに停止すると、改質器から燃料極への燃料ガスの供給が停止する。その結果、酸化剤極の酸素の消費除去や酸化剤極での水素発生のために燃料極の水素が消費されると燃料極で水素の欠乏が起こり、式4の反応により燃料極の触媒が劣化するという問題がある。   In order to prevent the problem of abnormal temperature rise of the reformer, if the reformer is stopped immediately by stopping the fuel off-gas supply and stopping the combustion of the combustion burner, the fuel gas is supplied from the reformer to the fuel electrode. Stops. As a result, when the fuel electrode hydrogen is consumed to remove oxygen from the oxidizer electrode or to generate hydrogen at the oxidizer electrode, hydrogen depletion occurs at the fuel electrode. There is a problem of deterioration.

式4 C + H2 O → 2H+ + CO + 2e-
酸素の消費は、電力積算量ではなくて、電流積算量が関係する。酸化剤極2の酸素消費においては、酸素の減少とともに燃料電池の電圧は低下する。図3に示すように、インバータ出力装置13、補機動力供給装置12および抵抗7の三つを用いる場合、補機動力供給装置12および抵抗7の二つを用いる場合や、抵抗7のみを用いる場合よりも大きな電力を燃料電池は出力する。したがって、ステップS5〜8のように、経過時間に対して2段階に電力出力(補機動力+抵抗→抵抗)を変更することによって、より多くの電流を取ることができて、より多くの酸素を消費することができる。
Formula 4 C + H 2 O → 2H + + CO + 2e
The consumption of oxygen is not an integrated power amount but an integrated current amount. In the oxygen consumption of the oxidizer electrode 2, the voltage of the fuel cell decreases as the oxygen decreases. As shown in FIG. 3, when the inverter output device 13, the auxiliary power supply device 12 and the resistor 7 are used, the auxiliary power supply device 12 and the resistor 7 are used, or only the resistor 7 is used. The fuel cell outputs more power than the case. Therefore, by changing the power output (auxiliary power + resistance → resistance) in two stages with respect to the elapsed time as in steps S5 to S8, more current can be taken and more oxygen can be taken. Can be consumed.

また、酸素供給停止(ステップS3)後に、残留した酸素と水素とから得られる燃料電池の電気エネルギーを系統電力18へ出力することができるので、燃料電池システム100はエネルギー的に高効率に動作する。   Further, since the electric energy of the fuel cell obtained from the remaining oxygen and hydrogen can be output to the system power 18 after the oxygen supply is stopped (step S3), the fuel cell system 100 operates with high energy efficiency. .

また、外部負荷であるインバータ出力装置13の出力電力の停止と抵抗7の接続とを同時に行う場合には、抵抗7の接続の完了に時間がかかることがある。そのタイムラグの間に、燃料電池から電流が出力されない無電流状態が発生したり、酸化剤極2の電位が上昇して高電位となってしまう可能性がある。これを回避するためには、抵抗7の接続にかかる時間を予め取得し、その分だけ速く抵抗7の接続を開始する。すなわち、出力電力の停止前に抵抗7の接続を開始することにより、出力電力の停止後に抵抗7の接続が完了することを防止する。   Further, when stopping the output power of the inverter output device 13 that is an external load and connecting the resistor 7 at the same time, it may take time to complete the connection of the resistor 7. During the time lag, there is a possibility that a non-current state in which no current is output from the fuel cell may occur, or the potential of the oxidizer electrode 2 increases to become a high potential. In order to avoid this, the time required for the connection of the resistor 7 is acquired in advance, and the connection of the resistor 7 is started faster by that amount. That is, by starting the connection of the resistor 7 before the output power is stopped, the connection of the resistor 7 is prevented from being completed after the output power is stopped.

図4に、電力出力停止と抵抗接続とを同時に行った場合の燃料電池のセル電圧挙動の一例を示す図である。これは数十セルで燃料電池スタック3が構成された場合の例である。外部負荷停止と抵抗接続とを同時に行う時間(経過時間0.0秒)から多少の時間(タイムラグ)が経過して電池電流Iは、35[A]から0[A]に下がる。   FIG. 4 is a diagram showing an example of the cell voltage behavior of the fuel cell when the power output stop and the resistance connection are simultaneously performed. This is an example when the fuel cell stack 3 is composed of several tens of cells. The battery current I drops from 35 [A] to 0 [A] after some time (time lag) elapses from the time when the external load is stopped and the resistor is connected simultaneously (elapsed time 0.0 seconds).

ステップS4以降は、抵抗7を接続しているため、燃料電池システム100の保管中に瞬間的に多くの空気が浸入してきた場合でも、抵抗7によって酸素の消費をすばやく行うことができる。   After step S4, since the resistor 7 is connected, even if a large amount of air has invaded momentarily during storage of the fuel cell system 100, the resistor 7 can quickly consume oxygen.

抵抗7を介して燃料極1と酸化剤極2とを接続すると、発電時と同様に、燃料極1にある水素が酸化剤極2へ移動するに当たって、電解質を水素のまま通過して到達するだけでなく、電解質をプロトンの形で移動する。このことにより、酸化剤極2に存在する酸素が消費されやすくなり、酸化剤極2の高電位状態を防ぎやすくなる。そのため、酸化剤極2が電位上昇して、高電位になることを防ぐことができる。   When the fuel electrode 1 and the oxidant electrode 2 are connected via the resistor 7, the hydrogen in the fuel electrode 1 passes through the electrolyte as hydrogen as it moves to the oxidant electrode 2 as in power generation. As well as moving the electrolyte in the form of protons. As a result, oxygen present in the oxidant electrode 2 is easily consumed, and a high potential state of the oxidant electrode 2 is easily prevented. Therefore, it is possible to prevent the oxidizer electrode 2 from increasing in potential and becoming high potential.

以上のように本実施形態によれば、高効率に停止時に酸化剤極2が電位上昇して高電位となることを防止し、かつ保管中に瞬間的に多くの空気が浸入してきても触媒劣化が防止できるため、起動、停止、保管によって性能が低下しない燃料電池システム100を提供できるようになる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to prevent the oxidizer electrode 2 from increasing in potential when it is stopped at a high efficiency to become a high potential, and even if a large amount of air intrudes during storage, the catalyst Since the deterioration can be prevented, it is possible to provide the fuel cell system 100 whose performance is not deteriorated by starting, stopping and storing.

なお、抵抗を用いない停止方法として、酸素供給を停止してから外部負荷(電子負荷装置)により酸化剤極の酸素を消費して酸化剤極が電位上昇して高電位になることを防ぐ方法がある。このときの外部負荷は電力系統を利用して動作する電子負荷装置であり、燃料電池スタックから電力を供給されておらず、燃料電池スタックの電圧に影響されないで動作することができる。   As a stopping method that does not use resistance, a method of preventing the oxidant electrode from rising to a high potential by consuming the oxygen of the oxidant electrode by an external load (electronic load device) after stopping the oxygen supply. There is. The external load at this time is an electronic load device that operates using a power system, is not supplied with power from the fuel cell stack, and can operate without being influenced by the voltage of the fuel cell stack.

上記の抵抗を用いない方法では、系統電力を用いて電子負荷装置を動作させてスタック電圧を低下させる装置が必要であり、システムが大型化してしまう。また、系統電力を用いるため、システムとして非効率である。   The above-described method that does not use the resistor requires a device that operates the electronic load device using the system power to lower the stack voltage, which increases the size of the system. Moreover, since system power is used, the system is inefficient.

外部負荷を停止している期間中の酸素消費は、電解質を介した水素の透過(式3)に依存し、電解質を介して水素がプロトンで移動するような電気化学的な酸素の消費(式1、式2)ができないため、酸素消費が遅く電位上昇して高電位となり易い。そのため、外部負荷を切断した後に酸化剤極が電位上昇して高電位となり易い。また、燃料極および酸化剤極に連通する空間を常に還元雰囲気にすることができず、酸化剤極もしくは燃料極の触媒層が高電位になることを防止できず、かつ、酸化剤極に形成された触媒表面の酸化物を還元することができない。   The oxygen consumption during the period when the external load is stopped depends on the permeation of hydrogen through the electrolyte (Equation 3), and the electrochemical oxygen consumption (Equation 3) is such that hydrogen is transferred by protons through the electrolyte. 1 and Equation 2) cannot be performed, so oxygen consumption is slow and the potential rises and tends to be high. Therefore, after the external load is disconnected, the potential of the oxidant electrode is likely to increase and become a high potential. In addition, the space communicating with the fuel electrode and the oxidant electrode cannot always be in a reducing atmosphere, the oxidant electrode or the catalyst layer of the fuel electrode cannot be prevented from becoming a high potential, and is formed on the oxidant electrode. The oxidized oxide on the surface of the catalyst cannot be reduced.

(第2の実施形態)
図5は、本実施形態の燃料電池システムを示す概略構成図である。なお、以下の図において、既出の図と対応する部分には既出の図と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing the fuel cell system of the present embodiment. In the following drawings, the same reference numerals as those in the previous drawings are attached to portions corresponding to those in the previous drawings, and detailed description thereof is omitted.

本実施形態の燃料電池システムが第1の実施形態の燃料電池システムと異なる点は、燃料系マニホールド20aが燃料系マニホールド20よりも容積が大きいことにある。燃料系マニホールド20aを含む燃料極1の空間内の水素の分子数(N1)が、酸化剤極密封弁10により密封された酸化剤系マニホールド21を含む酸化剤極2の空間内の酸素の分子数(N2)の2倍以上となるように(N1≧N2)、燃料系マニホールド20aの容積の大きさは選ばれている。   The fuel cell system according to the present embodiment is different from the fuel cell system according to the first embodiment in that the volume of the fuel system manifold 20a is larger than that of the fuel system manifold 20. The number of hydrogen molecules (N1) in the space of the fuel electrode 1 including the fuel system manifold 20a is equal to the number of oxygen molecules in the space of the oxidant electrode 2 including the oxidant system manifold 21 sealed by the oxidant electrode sealing valve 10. The size of the volume of the fuel system manifold 20a is selected so as to be at least twice the number (N2) (N1 ≧ N2).

燃料系マニホールド20aを燃料系配管16よりも太くする代わりに、酸化剤系マニホールド21の容積を小さくして上記条件(N1≧N2)を実現しても構わない。   Instead of making the fuel system manifold 20a thicker than the fuel system pipe 16, the volume of the oxidant system manifold 21 may be reduced to realize the above condition (N1 ≧ N2).

図6は、本実施形態の燃料電池システム100の運転方法を説明するためのフローチャートである。   FIG. 6 is a flowchart for explaining an operation method of the fuel cell system 100 of the present embodiment.

[ステップS21]
ステップS1と同様に、酸化剤および水素含有ガスを供給し、電力調整機構6によって、要求されている電力を電力系統19に出力する。
[Step S21]
Similarly to step S <b> 1, an oxidant and a hydrogen-containing gas are supplied, and the required power is output to the power system 19 by the power adjustment mechanism 6.

[ステップS22]
ステップS2と同様に、系統電力18への出力を設定最低値まで低下させる。それに伴って、水素供給装置4の水素含有ガスの供給量が減少され、補機動力供給装置12の水素供給装置4への電力供給量は減少する。
[Step S22]
Similarly to step S2, the output to the grid power 18 is reduced to the set minimum value. Accordingly, the supply amount of the hydrogen-containing gas from the hydrogen supply device 4 is reduced, and the power supply amount to the hydrogen supply device 4 of the auxiliary power supply device 12 is reduced.

[ステップS23]
酸化剤供給装置5が停止され、酸化剤の供給が停止されるとともに、酸化剤極密封弁10により酸化剤極2は密封される。さらに、燃料極1への水素含有ガスの供給も停止される。
[Step S23]
The oxidant supply device 5 is stopped, the supply of the oxidant is stopped, and the oxidant electrode 2 is sealed by the oxidant electrode sealing valve 10. Further, the supply of the hydrogen-containing gas to the fuel electrode 1 is also stopped.

[ステップS24]
ステップS4と同様に、燃料極1と酸化剤極2とは抵抗7により接続される。
[Step S24]
Similar to step S <b> 4, the fuel electrode 1 and the oxidant electrode 2 are connected by a resistor 7.

[ステップS25]
燃料電池スタック3の電圧が図示しない電圧計18により計測され、その計測電圧に基づいて燃料電池スタック3の電圧が最低電圧値Vc(例えば、平均セル電圧が0.6V)以上か否かが判断される。
[Step S25]
The voltage of the fuel cell stack 3 is measured by a voltmeter 18 (not shown), and it is determined whether the voltage of the fuel cell stack 3 is equal to or higher than the minimum voltage value Vc (for example, the average cell voltage is 0.6 V) based on the measured voltage. Is done.

[ステップS26]
ステップS25の判断結果がYesの場合(スタック電圧≧Vc)、電力出力は継続される。
[Step S26]
When the determination result of step S25 is Yes (stack voltage ≧ Vc), the power output is continued.

[ステップS27]
ステップS25の判断結果がNoの場合(スタック電圧<Vc)、電力出力は停止される。
[Step S27]
When the determination result of step S25 is No (stack voltage <Vc), the power output is stopped.

水素が潤沢にある場合に、セル電圧が0.6V未満になることは酸素が十分に消費されていることを意味する。一方で、酸素が十分にあるにもかかわらずセル電圧が0.6V未満となる場合には、水素不足である可能性が高い。どちらの場合にしろ、スタックから出力する電力を減少させても酸化剤極の電位が上昇しにくい。   When hydrogen is abundant, a cell voltage of less than 0.6 V means that oxygen is sufficiently consumed. On the other hand, if the cell voltage is less than 0.6 V despite the sufficient oxygen, there is a high possibility of hydrogen shortage. In either case, even if the power output from the stack is reduced, the potential of the oxidizer electrode is unlikely to rise.

燃料電池のセル電圧は酸素を消費さえすれば、電圧は下がるため、燃料極1に酸素の分子よりも2倍以上多い水素があれば、水素を新たに供給しなくても、密封した酸化剤極2の酸素を消費しきることができる。   Since the cell voltage of the fuel cell decreases as long as oxygen is consumed, if the fuel electrode 1 contains more than twice as much hydrogen as oxygen molecules, the sealed oxidant can be used without supplying new hydrogen. The oxygen at the pole 2 can be consumed.

ステップS23において、燃料極1への水素供給を停止することにより、酸素消費に伴う電力(電気エネルギー)を水素供給に伴う補機動力に消費することなく、インバータ出力にすることができ、電力出力の停止工程において、高効率な燃料電池システムを提供することができる。 In step S 23, by stopping the supply of hydrogen to the fuel electrode 1, without consuming power due to the oxygen consumption (electric energy) to auxiliary power associated with hydrogen supply may be the inverter output power In the output stop process, a highly efficient fuel cell system can be provided.

また、酸素消費を終了する前に水素の生成が停止するため、改質器へ多量のオフガス水素が供給される時間を最小限に抑制することができて、改質器温度の異常温度上昇を最小限に抑制できる。   In addition, since the generation of hydrogen is stopped before the oxygen consumption is finished, the time during which a large amount of off-gas hydrogen is supplied to the reformer can be minimized, and an abnormal temperature rise of the reformer can be prevented. It can be minimized.

水素供給装置4は非常にバランスを崩し易く、ステップS23において不安定となり水素が適切に生成されない可能性がある。   The hydrogen supply device 4 is very easily out of balance, becomes unstable in step S23, and hydrogen may not be generated properly.

水素が適切に生成されない場合、水素をほとんど含まないガスが、燃料極1にあった水素リッチなガスを排出して、燃料極1の水素が欠乏するだけでなく、原燃料に含まれる炭素CがCOとなって、燃料極1の触媒を被毒する可能性がある。それらを避けるために、ステップS23において、水素供給を停止することにより、燃料電池を保護することができる。   When hydrogen is not properly generated, the gas containing almost no hydrogen exhausts the hydrogen-rich gas that was in the fuel electrode 1, so that not only the hydrogen in the fuel electrode 1 is deficient, but also the carbon C contained in the raw fuel. May become CO and poison the fuel electrode 1 catalyst. In order to avoid them, the fuel cell can be protected by stopping the hydrogen supply in step S23.

なお、電力系統ではなく、2次電池などへ電力を供給しても構わない。   In addition, you may supply electric power to a secondary battery etc. instead of an electric power grid | system.

(第3の実施形態)
本実施形態の燃料電池システムは第1の実施形態の燃料電池システムと構成は同じであるが、その運転方法が異なる。
(Third embodiment)
The fuel cell system of this embodiment has the same configuration as the fuel cell system of the first embodiment, but the operation method is different.

図7は、本実施形態の燃料電池システム100の運転方法を説明するためのフローチャートである。   FIG. 7 is a flowchart for explaining an operation method of the fuel cell system 100 of the present embodiment.

[ステップS31]
水素供給装置4により水素含有ガスが燃料極1に供給される。
[Step S31]
A hydrogen-containing gas is supplied to the fuel electrode 1 by the hydrogen supply device 4.

[ステップS32]
ステップS4と同様に、燃料極1と酸化剤極2とは抵抗7により接続される。
[Step S32]
Similar to step S <b> 4, the fuel electrode 1 and the oxidant electrode 2 are connected by a resistor 7.

[ステップS33]
酸化剤極2に酸化剤ガス(空気)が供給され、電力調整機構6により電力の出力が開始される。電力は0から徐々に増加させる。例えば、2分または5分以内で0から250[W]まであげる。
[Step S33]
Oxidant gas (air) is supplied to the oxidant electrode 2, and power output is started by the power adjustment mechanism 6. The power is gradually increased from zero. For example, it increases from 0 to 250 [W] within 2 minutes or 5 minutes.

ところで、燃料電池システムは、低コスト化のため水素濃度計を備えていな場合、水素リッチであるか不明なガスが燃料極1に供給される。水素濃度が適正であるかは、さらに酸化剤極2に空気を供給し、燃料電池スタック3から電流を取り、スタック電圧に基づいて判断する。   By the way, when the fuel cell system is not provided with a hydrogen concentration meter for cost reduction, a gas unknown as being hydrogen-rich is supplied to the fuel electrode 1. Whether the hydrogen concentration is appropriate is determined based on the stack voltage by further supplying air to the oxidizer electrode 2 and taking the current from the fuel cell stack 3.

[ステップS34]
電圧計18によりスタック電圧が計測され、その計測電圧がVc3以上か否かが判断される。ここで、Vc3は、例えば、セル電圧0.8Vに相当する最低スタック電圧である。
[Step S34]
The stack voltage is measured by the voltmeter 18 and it is determined whether or not the measured voltage is equal to or higher than Vc3. Here, Vc3 is, for example, a minimum stack voltage corresponding to a cell voltage of 0.8V.

[ステップS35]
ステップS34の判断結果がNoの場合(スタック電圧≧Vc3)、抵抗接続(ステップS33)は継続される。
[Step S35]
When the determination result in step S34 is No (stack voltage ≧ Vc3), the resistance connection (step S33) is continued.

[ステップS36]
ステップS34の判断結果がYesの場合(スタック電圧<Vc3)、スタック電圧<Vc4以上か否かが判断される。ここで、Vc4は、例えば、セル電圧が0〜0.6Vに相当するスタック電圧である。
[Step S36]
If the determination result in step S34 is Yes (stack voltage <Vc3), it is determined whether or not the stack voltage <Vc4. Here, Vc4 is, for example, a stack voltage corresponding to a cell voltage of 0 to 0.6V.

[ステップS37]
ステップS36の判断結果がYesの場合(スタック電圧<Vc4)、電力出力は停止される。ステップS36の判断はYesとなるまで繰り返される。
[Step S37]
If the determination result in step S36 is Yes (stack voltage <Vc4), the power output is stopped. The determination in step S36 is repeated until Yes.

本実施形態では、抵抗接続のステップS32の後に、酸化剤を供給して電力を出力するステップS33を行っている。そのため、水素不足による不都合(例えば、電極腐食)を回避する目的のために、電力を0から徐々に増加させた場合(外部負荷の電流増加速度が遅い場合)において、実際には、水素不足ではなくて水素濃度が適正であったとしても、抵抗接続の分だけより多く電流を取れるために酸素を消費することができる。これにより、酸化剤極2が高電位になって、酸化剤極2の触媒層が腐食することを抑制できるので、燃料電池の性能低下を抑制できるようになる。スタック電圧が所定の値よりも低い場合には外部負荷を停止するため、その電流増加速度は遅いほうが安全である。   In the present embodiment, after step S32 of the resistance connection, step S33 for supplying an oxidant and outputting electric power is performed. Therefore, in order to avoid inconvenience (for example, electrode corrosion) due to hydrogen shortage, when power is gradually increased from 0 (when the current increase rate of the external load is slow), in fact, in case of hydrogen shortage Even if the hydrogen concentration is appropriate, oxygen can be consumed because more current can be obtained by the resistance connection. As a result, it is possible to suppress the oxidizer electrode 2 from being at a high potential and corroding the catalyst layer of the oxidizer electrode 2, thereby suppressing the performance deterioration of the fuel cell. Since the external load is stopped when the stack voltage is lower than a predetermined value, it is safer that the current increase rate is slower.

そして、燃料極1と酸化剤極2とを抵抗7で接続する場合には、改質がうまく行われず燃料極1が水素不足でも、大きな劣化とはならないため、安全に酸化剤極2の電位上昇を抑制できる。   When the fuel electrode 1 and the oxidant electrode 2 are connected by the resistor 7, the reforming is not performed well and even if the fuel electrode 1 is deficient in hydrogen, there is no significant deterioration. The rise can be suppressed.

また、電力出力を0から徐々に増加しながら、ステップS36のようにスタック電圧を監視して、燃料電池を水素不足から保護することができる。   Further, while gradually increasing the power output from 0, the stack voltage can be monitored as in step S36 to protect the fuel cell from hydrogen shortage.

ステップS34において、セル電圧が0.9Vを十分に下回った時に、抵抗接続解除(ステップS35)を行うことにより、抵抗7で損失する電力量を最小限に抑えることができる。   In step S34, when the cell voltage is sufficiently lower than 0.9V, the amount of power lost by the resistor 7 can be minimized by performing the resistor connection release (step S35).

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、燃料電池の劣化を抑制できる。   According to at least one embodiment described above, deterioration of the fuel cell can be suppressed.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…燃料極、2…酸化剤極、3…燃料電池スタック、4…水素供給装置、5…酸化剤供給装置、6…電力調整機構、7…抵抗、8…スイッチ、9…電力消費機構、10…酸化剤極密封弁、11…制御装置、12…補機動力供給装置、13…インバータ出力装置、14…逆潮防止装置、15…水素含有燃料供給装置、16,16a…燃料系配管、17…酸化剤系配管、18…電圧計、19…電力系統、20,20a…燃料極マニホールド、21…酸化剤極マニホールド、100…燃料電池システム。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel electrode, 2 ... Oxidizer electrode, 3 ... Fuel cell stack, 4 ... Hydrogen supply apparatus, 5 ... Oxidant supply apparatus, 6 ... Power adjustment mechanism, 7 ... Resistance, 8 ... Switch, 9 ... Power consumption mechanism, DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Oxidizer pole sealing valve, 11 ... Control apparatus, 12 ... Auxiliary power supply apparatus, 13 ... Inverter output apparatus, 14 ... Backflow prevention apparatus, 15 ... Hydrogen-containing fuel supply apparatus, 16, 16a ... Fuel system piping, DESCRIPTION OF SYMBOLS 17 ... Oxidant system piping, 18 ... Voltmeter, 19 ... Electric power system, 20, 20a ... Fuel electrode manifold, 21 ... Oxidant electrode manifold, 100 ... Fuel cell system.

Claims (4)

燃料極と酸化剤極を含む単位セルを積層してなる燃料電池スタックと、
前記燃料極に水素含有ガスを供給するための水素供給手段と、
前記酸化剤極に酸素含有ガスを供給するための酸素供給手段と、
前記燃料電池スタックから出力された電力を調整するための電力調整手段と、
抵抗およびスイッチを具備し、前記スイッチを閉じた時に、前記燃料極と前記抵抗と前記酸化剤極との間に電流を流すための電流路を形成して、前記抵抗で電力を消費するための電力消費手段と、
前記酸化剤極に連通する空間を密封するための酸化剤極密封手段と、
前記燃料電池スタックから出力される電力を停止するために、前記酸素供給手段を停止し、次に前記酸化剤極密封手段により前記酸化剤極に連通する前記空間を密封し、次に前記スイッチを閉じ、次に前記電力調整手段を停止するための制御を行うことを含む制御手段と
を具備してなり、
前記電力調整手段は、電力系統へ電力を出力するためのインバータ出力手段と、前記水素供給手段に電力を供給するための補機動力供給手段とを具備し、
前記制御手段は、前記電力調整手段を停止するに際し、前記インバータ出力手段および前記補機動力供給手段のいずれか一方を先に停止する
ことを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell stack formed by stacking unit cells including a fuel electrode and an oxidant electrode;
Hydrogen supply means for supplying a hydrogen-containing gas to the fuel electrode;
Oxygen supply means for supplying an oxygen-containing gas to the oxidant electrode;
Power adjusting means for adjusting the power output from the fuel cell stack;
A resistor and a switch are provided, and when the switch is closed, a current path is formed between the fuel electrode, the resistor, and the oxidant electrode, and power is consumed by the resistor. Power consumption means,
An oxidant electrode sealing means for sealing a space communicating with the oxidant electrode;
In order to stop the power output from the fuel cell stack, the oxygen supply means is stopped, and then the space communicating with the oxidant electrode is sealed by the oxidant electrode sealing means, and then the switch is turned on. closed, Ri then name comprises a control means comprising performing control to stop the power adjustment means,
The power adjustment means comprises inverter output means for outputting power to a power system, and auxiliary power supply means for supplying power to the hydrogen supply means,
The control means, when stopping the power adjustment means, first stops either the inverter output means or the auxiliary power supply means .
燃料極と酸化剤極を含む単位セルを積層してなる燃料電池スタックと、
前記燃料極に水素含有ガスを供給するための水素供給手段と、
前記酸化剤極に酸素含有ガスを供給するための酸素供給手段と、
前記燃料電池スタックから出力された電力を調整するための電力調整手段と、
抵抗およびスイッチを具備し、前記スイッチを閉じた時に、前記燃料極と前記抵抗と前記酸化剤極との間に電流を流すための電流路を形成して、前記抵抗で電力を消費するための電力消費手段と、
前記酸化剤極に連通する空間を密封するための酸化剤極密封手段とを具備し
前記電力調整手段が、電力系統へ電力を出力するためのインバータ出力手段と、前記水素供給手段に電力を供給するための補機動力供給手段とを具備してなる燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池スタックから出力される電力を停止するための運転方法は、
前記酸素供給手段を停止する工程と、
次に前記酸化剤極密封手段により前記酸化剤極に連通する前記空間を密封する工程と、
次に前記スイッチを閉じる工程と、
次に前記電力調整手段を停止する工程とを含み、
前記電力調整手段を停止する前記工程において、前記インバータ出力手段および前記補機動力供給手段のいずれか一方を先に停止する
ことを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
A fuel cell stack formed by stacking unit cells including a fuel electrode and an oxidant electrode;
Hydrogen supply means for supplying a hydrogen-containing gas to the fuel electrode;
Oxygen supply means for supplying an oxygen-containing gas to the oxidant electrode;
Power adjusting means for adjusting the power output from the fuel cell stack;
A resistor and a switch are provided, and when the switch is closed, a current path is formed between the fuel electrode, the resistor, and the oxidant electrode, and power is consumed by the resistor. Power consumption means,
An oxidant electrode sealing means for sealing a space communicating with the oxidant electrode ;
An operation method of a fuel cell system, wherein the power adjustment means comprises inverter output means for outputting power to a power system and auxiliary power supply means for supplying power to the hydrogen supply means. And
An operation method for stopping the power output from the fuel cell stack is as follows:
Stopping the oxygen supply means;
Next, sealing the space communicating with the oxidant electrode by the oxidant electrode sealing means;
Next, closing the switch;
Then look including the step of stopping the power conditioning unit,
In the step of stopping the power adjustment means, one of the inverter output means and the auxiliary power supply means is stopped first, and the operating method of the fuel cell system.
前記水素供給手段は、燃料を改質して水素含有ガスを生成するための改質手段を具備してなり、
前記燃料電池システムから出力される電力を停止するための前記運転方法は、
前記スイッチを閉じる前記工程の前に、前記水素供給手段を停止する工程と、
前記水素供給手段を停止する前記工程および前記酸素供給手段を停止する前記工程の前に、前記電力調整手段から電力系統に出力される電力を予め定めた最低値まで下げる工程と
をさらに含むことを特徴とする請求項に記載の燃料電池システムの運転方法。
The hydrogen supply means comprises a reforming means for reforming the fuel to produce a hydrogen-containing gas,
The operation method for stopping the power output from the fuel cell system includes:
Before the step of closing the switch, stopping the hydrogen supply means;
Further comprising the step of stopping the hydrogen supply means and the step of reducing the power output from the power adjustment means to a power system before the step of stopping the oxygen supply means to a predetermined minimum value. The operating method of the fuel cell system according to claim 2 , wherein
前記酸化剤極密封手段により前記酸化剤極に連通する前記空間を密封する前記工程は、前記水素供給手段から前記燃料極に連通する空間内の水素の分子数が、前記酸化剤極密封手段により密封された前記酸化剤極に連通する前記空間内の酸素の分子数の2倍以上となるように行われ、
前記燃料電池システムから出力される電力を停止するための前記運転方法は、前記スイッチを閉じる前記工程の前に、前記水素供給手段を停止する工程をさらに含むことを特徴とする請求項に記載の燃料電池システムの運転方法。
In the step of sealing the space communicating with the oxidant electrode by the oxidant electrode sealing means, the number of hydrogen molecules in the space communicating from the hydrogen supply means to the fuel electrode is determined by the oxidant electrode sealing means. The number of oxygen molecules in the space communicating with the sealed oxidant electrode is set to be twice or more,
3. The operation method for stopping power output from the fuel cell system further includes a step of stopping the hydrogen supply unit before the step of closing the switch. Method of operating the fuel cell system.
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