JPH0467307B2 - - Google Patents
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- JPH0467307B2 JPH0467307B2 JP60075580A JP7558085A JPH0467307B2 JP H0467307 B2 JPH0467307 B2 JP H0467307B2 JP 60075580 A JP60075580 A JP 60075580A JP 7558085 A JP7558085 A JP 7558085A JP H0467307 B2 JPH0467307 B2 JP H0467307B2
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04268—Heating of fuel cells during the start-up of the fuel cells
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
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- H01M8/04022—Heating by combustion
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- H01M8/04231—Purging of the reactants
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は燃料電池の起動、停止に際して行う
燃料電池の燃料供給系統側のガス置換方法に関す
る。
燃料電池の燃料供給系統側のガス置換方法に関す
る。
周知のように燃料電池は電解質を挟持した一対
の燃料電極と酸化剤電極とからなる単電池を複数
個積層してセルスタツクを構成し、このセルスタ
ツクに水素を含む燃料ガスと空気もしくは酸素の
酸化剤を供給して発電を行うものであり、この場
合に使用する電解質、作動温度の相違によりりん
酸型、アルカリ型、溶融炭酸塩型など各種の燃料
電池に分類される。一方、これら燃料電池に対し
てその起動、停止（緊急停止も含む）時には、安
全操作のために燃料電池本体を含む燃料ガスの供
給、排出系統を不活性ガス、例えば窒素ガスでガ
ス置換する操作が従来より一般に行われている。
すなわち停止状態にある燃料電池を起動する場合
に、燃料電池内部の燃料系統内に空気ないし酸素
が残つている状態で燃料ガスを供給すると爆鳴気
が形成されて爆発が生じる危険があり、また逆に
燃料電池を停止する場合には、燃料電池本体内部
に燃料ガスが残つたまま放置すると燃料電池の内
部放電あるいは温度変化等による燃料ガスの圧力
が低下し、系外から空気が燃料側に侵入して爆鳴
気を形成するおそれがあり、このために前記した
ガス置換を行つて安全を図るようにしている。 ところで従来の燃料電池設備では上記したガス
置換を行うためには、燃料、酸化剤供給系統とは
別に不活性ガスを圧力ボンベ等の貯蔵タンク内に
貯蔵して管理し、燃料電池の運転起動、停止の都
度貯蔵タンクから燃料電池の反応ガス系統へ供給
するようにしている。しかしながらこの方式では
燃料の管理とは別に不活性ガスに関して常時より
不活性ガス貯蔵タンク内のガス残量の監視、予備
分を含めた不活性ガスの在庫確保、および購入調
達等、手間の掛かる管理を必要とするので厄介で
あるし、特に移動電源設備では大形の不活性ガス
貯蔵タンクを搭載しなければならず設備が大形化
する。
の燃料電極と酸化剤電極とからなる単電池を複数
個積層してセルスタツクを構成し、このセルスタ
ツクに水素を含む燃料ガスと空気もしくは酸素の
酸化剤を供給して発電を行うものであり、この場
合に使用する電解質、作動温度の相違によりりん
酸型、アルカリ型、溶融炭酸塩型など各種の燃料
電池に分類される。一方、これら燃料電池に対し
てその起動、停止（緊急停止も含む）時には、安
全操作のために燃料電池本体を含む燃料ガスの供
給、排出系統を不活性ガス、例えば窒素ガスでガ
ス置換する操作が従来より一般に行われている。
すなわち停止状態にある燃料電池を起動する場合
に、燃料電池内部の燃料系統内に空気ないし酸素
が残つている状態で燃料ガスを供給すると爆鳴気
が形成されて爆発が生じる危険があり、また逆に
燃料電池を停止する場合には、燃料電池本体内部
に燃料ガスが残つたまま放置すると燃料電池の内
部放電あるいは温度変化等による燃料ガスの圧力
が低下し、系外から空気が燃料側に侵入して爆鳴
気を形成するおそれがあり、このために前記した
ガス置換を行つて安全を図るようにしている。 ところで従来の燃料電池設備では上記したガス
置換を行うためには、燃料、酸化剤供給系統とは
別に不活性ガスを圧力ボンベ等の貯蔵タンク内に
貯蔵して管理し、燃料電池の運転起動、停止の都
度貯蔵タンクから燃料電池の反応ガス系統へ供給
するようにしている。しかしながらこの方式では
燃料の管理とは別に不活性ガスに関して常時より
不活性ガス貯蔵タンク内のガス残量の監視、予備
分を含めた不活性ガスの在庫確保、および購入調
達等、手間の掛かる管理を必要とするので厄介で
あるし、特に移動電源設備では大形の不活性ガス
貯蔵タンクを搭載しなければならず設備が大形化
する。
この発明は上記の点にかんがみなされたもので
あり、燃料電池の起動、停止時に従来必要として
いた窒素等の不活性ガスを用いることなく、燃料
電池の燃料側を燃料ガスと空気との相互間で安全
にガス置換が行えるようにした従来にない新規な
ガス置換方法を提供することを目的とする。
あり、燃料電池の起動、停止時に従来必要として
いた窒素等の不活性ガスを用いることなく、燃料
電池の燃料側を燃料ガスと空気との相互間で安全
にガス置換が行えるようにした従来にない新規な
ガス置換方法を提供することを目的とする。
燃料ガスと空気とを供給して発電する燃料電池
本体と燃料ガス供給源との間を結ぶ燃料ガス供給
ラインに、触媒作用で前記燃料ガスと空気との接
触燃焼反応を行う接触式燃焼装置を備えてなる燃
料電池のガス置換方法であつて、燃料電池の起動
時には前記燃焼装置の作動状態のもとで燃焼装置
へ導入する外部からの空気供給量を100％から０
％へ減少させながら燃料ガス供給量を漸次増加し
て空気から燃料ガスへガス置換するとともに、燃
料電池の停止時には燃焼装置の作動状態のもとで
空気供給量を０％から100％へ増加させながら燃
料ガス供給量を漸次減少して燃料ガスから空気へ
ガス置換するようにしたものである。 このようなガス置換操作を行うことにより、ガ
ス置換の過程では燃焼装置における触媒作用によ
り燃料ガスと空気との混合ガスに含まれている可
燃性のガス成分は低温のもとで接触燃焼反応によ
り燃焼消費され、燃料電池本体側で爆鳴気を形成
するおそれはなくなる。したがつて従来方式のよ
うに窒素等の不活性ガスを使用することなしに安
全に空気から燃料ガスへ、ないしは燃料ガスから
空気へのガス置換を行うことができるようにな
る。
本体と燃料ガス供給源との間を結ぶ燃料ガス供給
ラインに、触媒作用で前記燃料ガスと空気との接
触燃焼反応を行う接触式燃焼装置を備えてなる燃
料電池のガス置換方法であつて、燃料電池の起動
時には前記燃焼装置の作動状態のもとで燃焼装置
へ導入する外部からの空気供給量を100％から０
％へ減少させながら燃料ガス供給量を漸次増加し
て空気から燃料ガスへガス置換するとともに、燃
料電池の停止時には燃焼装置の作動状態のもとで
空気供給量を０％から100％へ増加させながら燃
料ガス供給量を漸次減少して燃料ガスから空気へ
ガス置換するようにしたものである。 このようなガス置換操作を行うことにより、ガ
ス置換の過程では燃焼装置における触媒作用によ
り燃料ガスと空気との混合ガスに含まれている可
燃性のガス成分は低温のもとで接触燃焼反応によ
り燃焼消費され、燃料電池本体側で爆鳴気を形成
するおそれはなくなる。したがつて従来方式のよ
うに窒素等の不活性ガスを使用することなしに安
全に空気から燃料ガスへ、ないしは燃料ガスから
空気へのガス置換を行うことができるようにな
る。
第１図および第２図はそれぞれこの発明の実施
例による燃料電池設備の反応ガス供給系統図を示
すものであり、まず第１図において１０は略示的
に表したりん酸型の燃料電池本体、１１は燃料電
池本体の電解液室、１２，１３はそれぞれ電解液
室１１の両側に電極を挟んで構成された燃料室、
空気室である。かかる燃料電池本体１０に対して
その燃料室１２および空気室１３にはそれぞれ燃
料供給ライン２０および空気供給ライン３０が接
続配管されており、それぞれに燃料供給源として
の燃料ガス貯槽２１、空気ブロア３１が接続され
ている。ここで燃料ガス貯槽２１には液化天然ガ
ス（LNG）、液化石油ガス（LPG）、ナフサ、メ
タノール等の燃料を水蒸気改質器、一酸化炭素変
成器を通じて変換した水素リツチな燃料ガス、一
例として水素80％、炭酸ガス20％の燃料ガスが貯
えられており、燃料電池の運転時には燃料供給ラ
イン２０を通じて燃料ガスを燃料電池本体１０の
燃料室１２に供給する。一方、燃料電池本体１０
の空気室１３には空気供給ライン３０を通じて空
気ブロア３１から空気が供給される。ここまでの
構成は通常の燃料電池の基本系統を示している。 かかる燃料電池に対してこの発明により、第１
図の実施例では燃料電池本体１０と燃料ガス貯槽
２１との間を結ぶ燃料供給ライン２０には符合４
０で示す接触式燃焼装置が直列に介装されてい
る。この接触式燃焼装置４０は、その内部に白金
を0.2重量％含むアルミナ担体の球状触媒が充填
され、さらに触媒加熱用のヒータを装備してなる
接触式燃焼装置である。かかる接触式燃焼装置は
燃料ガスと空気を導入することにより装置内部で
は触媒作用のもとで接触燃焼反応が行われる。こ
の場合に水素は反応温度が200℃以下で空気中の
酸素と反応して接触燃焼が進行する。なお燃焼装
置４０には過熱を抑えて燃焼反応温度を所定温度
に維持するために冷却フアン４１が付属してい
る。このフアン４１は例えば燃焼装置内に備えた
温度センサの出力により燃焼装置の過熱を抑える
ように運転制御される。かかる燃焼装置４０はそ
の入口側が一方では燃料ガス弁２２および燃料ガ
ス流量制御器２３を介して燃料ガス貯槽２１に接
続され、他方で空気供給ライン３０側から分岐し
た空気配管３２を通じて空気ブロア３１から空気
が押し込み導入されるように配管接続されてい
る。なお３３は空気配管３２に介装した空気弁、
３４は空気流量制御器である。かかる構成で通常
の燃料電池の運転時には、燃焼装置４０は不動作
でかつ空気弁３３は閉じており、燃料ガスは燃料
弁２２、燃焼装置４０を経由して燃料電池本体１
０の燃料室１２供給され、一方空気ブロア３１か
ら空気供給ライン３０を通じて燃料電池本体の空
気室１３に空気が供給され、これにより燃料電池
が発電する。 次に前記の運転状態から燃料電池を停止する場
合のガス置換操作について説明する。すなわち燃
料電池を停止する際には、まず接触式燃焼装置４
０をヒータ通電して作動させ、この燃焼装置の作
動状態のもとで一方では流量制御器２３の制御で
燃焼装置４０に導入する燃料ガスを100％供給の
状態から漸次減少させつつ、同時に空気配管３２
の空気弁３３を開き、かつ流量制御器３４の制御
で空気ブロア３１から燃料装置４０へ押込み導入
する空気量を０％から100％まで漸次増加供給し、
燃焼装置４０で燃料ガスと空気との混合ガスを接
触燃焼させつつ燃料供給ライン２０を通じて燃料
電池本体１０の燃料室１２へ送り込むガスを燃料
ガスから空気に置換する。 次に上記した燃料電池停止時のガス置換動作を
第３図、第４図によりさらに詳細に述べる。第３
図は接触式燃焼装置４０を経由して燃料電池本体
１０の燃料室１２側へ供給する燃料ガスおよび空
気の供給量の時間的推移を示し、第４図は燃焼装
置での接触燃焼反応によるガス成分の時間的な変
化の推移を示したものあであり、まず第３図にお
いて燃料ガス供給量をＦ、空気供給量をＡで表
す。すなわち燃料電池の運転停止時におけるガス
置換開始時点t0では燃料ガスの供給量V1、空気供
給量は０である。ここから前記した流量制御供給
２３，３４の制御で燃料ガスの供給量を線Ｆで示
すように時間t2で０となるように直線的に減らし
ていく。一方、この燃料ガス供給量の減少に対応
させて空気供給量を線Ａで示すように０からV2
まで直線的に増加させる。ここで時間t0とt2との
中間の時点t1で供給燃料ガス中の水素と供給空気
中の酸素との空燃比が１、すなわち燃料ガスの水
素が完全燃焼されるものとすると、時間t1を境に
それ以前では燃料ガスが過剰であり燃焼装置に導
入される空気中の酸素は全て接触燃焼反応により
消費され、燃料電池本体には酸素無しのガスが供
給されるようになる。一方、時間t1以降では逆に
空気過剰の状態となり、燃料ガス中の水素は燃焼
装置の触媒作用により低温で空気中の酸素と接触
燃焼反応して全て消費されることになる。したが
つて燃料電池本体には可燃性ガスである水素を全
く含まないガス成分のみが供給され、かくして燃
料電池本体側では爆鳴気を形成することなしに安
全に燃料ガスから空気へガス置換されることにな
る。一方、前記ガス置換過程でのガス成分変化の
推移は第４図のごとくである。すなわち燃料ガス
中の水素は接触燃焼反応により時間t1までの間に
線H2で示すように減少し、これに代わり空気中
の酸素との接触燃焼反応で生成した水蒸気が線
H2Oで示すように増加していく。また時間t1を過
ぎると空気過剰の状態となるので空気中の酸素が
線O2で示すように次第に増加するとともに、燃
焼生成物である水蒸気は次第に減少し時間t2で０
となる。なお図中の線N2は供給空気中に含まれ
ている窒素分を示しており、空気供給量の増加に
合わせて増大する。また時間t2以降は第３図のよ
うに空気供給量をV2に保持することにより、そ
の酸素、窒素成分は空気組成により一定となる。
なお前記説明では燃料ガス中の炭酸ガス成分につ
いての説明を省略したが、その変化は燃料ガス供
給量の減少とともに減り、時間t2で０となる。ま
た前記した水蒸気は必要により接触式燃焼装置の
後段に水分除去器を設置することにより容易に除
湿できる。 一方、燃料電池本体の燃料側が空気で満たされ
ている停止状態から燃料電池を起動する場合に
は、前記した停止時とは逆に燃焼装置４０の作動
状態のもとで空気供給量を100％から０％に減少
しながら同時に燃料ガス供給量を０から漸次増加
していき、燃料電池本体の燃料側を空気から燃料
ガスにガス置換する。この場合には第３図に示し
た線ＦとＡとをそれぞれ空気供給量、燃料ガス供
給量に読み変えればよい。すなわち燃料電池の起
動時には燃料ガス中の水素と空気中の酸素との空
燃比が１になる時点を境に、それ以前では空気過
剰の状態にあるので供給燃料ガス中の水素は全て
接触燃焼反応によつて消費され、逆に空燃比１と
なる時点以降では燃料ガス過剰の状態となるので
空気中の酸素は燃焼反応によつて全て消費され、
したがつて前述した燃料電池の停止時のガス置換
操作と同様に燃料電池本体に対し爆鳴気を形成す
る恐れなしに安全に空気から燃料ガスへのガス置
換を行うことができることになる。 なお、上記は燃料ガスが水素と炭酸ガスを含む
例に付いて述べたが、水素以外の可燃性ガス成
分、例えば一酸化炭素、メタン、プロパン等の可
燃性ガスを含んでいる燃料ガスについても触媒作
用により低温で接触燃焼反応を行うことができ
る。さらに第１図の実施例では接触式燃焼装置４
０が燃料供給ライン２０の途中に直列に介装され
た例を示したが、これに対し第２図の実施例は接
触式燃焼装置４０を燃料供給ライン２０へ切換弁
を介して並列に接続したものである。かかる構成
により接触式燃焼装置４０はガス置換を行う過程
でのみ燃料供給ラインに介挿接続し、ガス置換の
終了した後は燃焼装置４０をバイパスして燃料ガ
スを燃料電池本体へ供給することができる。した
がつて第２図の実施例では必要により燃料電池の
運転中に燃焼装置４０を外して保守点検すること
が可能となる。
例による燃料電池設備の反応ガス供給系統図を示
すものであり、まず第１図において１０は略示的
に表したりん酸型の燃料電池本体、１１は燃料電
池本体の電解液室、１２，１３はそれぞれ電解液
室１１の両側に電極を挟んで構成された燃料室、
空気室である。かかる燃料電池本体１０に対して
その燃料室１２および空気室１３にはそれぞれ燃
料供給ライン２０および空気供給ライン３０が接
続配管されており、それぞれに燃料供給源として
の燃料ガス貯槽２１、空気ブロア３１が接続され
ている。ここで燃料ガス貯槽２１には液化天然ガ
ス（LNG）、液化石油ガス（LPG）、ナフサ、メ
タノール等の燃料を水蒸気改質器、一酸化炭素変
成器を通じて変換した水素リツチな燃料ガス、一
例として水素80％、炭酸ガス20％の燃料ガスが貯
えられており、燃料電池の運転時には燃料供給ラ
イン２０を通じて燃料ガスを燃料電池本体１０の
燃料室１２に供給する。一方、燃料電池本体１０
の空気室１３には空気供給ライン３０を通じて空
気ブロア３１から空気が供給される。ここまでの
構成は通常の燃料電池の基本系統を示している。 かかる燃料電池に対してこの発明により、第１
図の実施例では燃料電池本体１０と燃料ガス貯槽
２１との間を結ぶ燃料供給ライン２０には符合４
０で示す接触式燃焼装置が直列に介装されてい
る。この接触式燃焼装置４０は、その内部に白金
を0.2重量％含むアルミナ担体の球状触媒が充填
され、さらに触媒加熱用のヒータを装備してなる
接触式燃焼装置である。かかる接触式燃焼装置は
燃料ガスと空気を導入することにより装置内部で
は触媒作用のもとで接触燃焼反応が行われる。こ
の場合に水素は反応温度が200℃以下で空気中の
酸素と反応して接触燃焼が進行する。なお燃焼装
置４０には過熱を抑えて燃焼反応温度を所定温度
に維持するために冷却フアン４１が付属してい
る。このフアン４１は例えば燃焼装置内に備えた
温度センサの出力により燃焼装置の過熱を抑える
ように運転制御される。かかる燃焼装置４０はそ
の入口側が一方では燃料ガス弁２２および燃料ガ
ス流量制御器２３を介して燃料ガス貯槽２１に接
続され、他方で空気供給ライン３０側から分岐し
た空気配管３２を通じて空気ブロア３１から空気
が押し込み導入されるように配管接続されてい
る。なお３３は空気配管３２に介装した空気弁、
３４は空気流量制御器である。かかる構成で通常
の燃料電池の運転時には、燃焼装置４０は不動作
でかつ空気弁３３は閉じており、燃料ガスは燃料
弁２２、燃焼装置４０を経由して燃料電池本体１
０の燃料室１２供給され、一方空気ブロア３１か
ら空気供給ライン３０を通じて燃料電池本体の空
気室１３に空気が供給され、これにより燃料電池
が発電する。 次に前記の運転状態から燃料電池を停止する場
合のガス置換操作について説明する。すなわち燃
料電池を停止する際には、まず接触式燃焼装置４
０をヒータ通電して作動させ、この燃焼装置の作
動状態のもとで一方では流量制御器２３の制御で
燃焼装置４０に導入する燃料ガスを100％供給の
状態から漸次減少させつつ、同時に空気配管３２
の空気弁３３を開き、かつ流量制御器３４の制御
で空気ブロア３１から燃料装置４０へ押込み導入
する空気量を０％から100％まで漸次増加供給し、
燃焼装置４０で燃料ガスと空気との混合ガスを接
触燃焼させつつ燃料供給ライン２０を通じて燃料
電池本体１０の燃料室１２へ送り込むガスを燃料
ガスから空気に置換する。 次に上記した燃料電池停止時のガス置換動作を
第３図、第４図によりさらに詳細に述べる。第３
図は接触式燃焼装置４０を経由して燃料電池本体
１０の燃料室１２側へ供給する燃料ガスおよび空
気の供給量の時間的推移を示し、第４図は燃焼装
置での接触燃焼反応によるガス成分の時間的な変
化の推移を示したものあであり、まず第３図にお
いて燃料ガス供給量をＦ、空気供給量をＡで表
す。すなわち燃料電池の運転停止時におけるガス
置換開始時点t0では燃料ガスの供給量V1、空気供
給量は０である。ここから前記した流量制御供給
２３，３４の制御で燃料ガスの供給量を線Ｆで示
すように時間t2で０となるように直線的に減らし
ていく。一方、この燃料ガス供給量の減少に対応
させて空気供給量を線Ａで示すように０からV2
まで直線的に増加させる。ここで時間t0とt2との
中間の時点t1で供給燃料ガス中の水素と供給空気
中の酸素との空燃比が１、すなわち燃料ガスの水
素が完全燃焼されるものとすると、時間t1を境に
それ以前では燃料ガスが過剰であり燃焼装置に導
入される空気中の酸素は全て接触燃焼反応により
消費され、燃料電池本体には酸素無しのガスが供
給されるようになる。一方、時間t1以降では逆に
空気過剰の状態となり、燃料ガス中の水素は燃焼
装置の触媒作用により低温で空気中の酸素と接触
燃焼反応して全て消費されることになる。したが
つて燃料電池本体には可燃性ガスである水素を全
く含まないガス成分のみが供給され、かくして燃
料電池本体側では爆鳴気を形成することなしに安
全に燃料ガスから空気へガス置換されることにな
る。一方、前記ガス置換過程でのガス成分変化の
推移は第４図のごとくである。すなわち燃料ガス
中の水素は接触燃焼反応により時間t1までの間に
線H2で示すように減少し、これに代わり空気中
の酸素との接触燃焼反応で生成した水蒸気が線
H2Oで示すように増加していく。また時間t1を過
ぎると空気過剰の状態となるので空気中の酸素が
線O2で示すように次第に増加するとともに、燃
焼生成物である水蒸気は次第に減少し時間t2で０
となる。なお図中の線N2は供給空気中に含まれ
ている窒素分を示しており、空気供給量の増加に
合わせて増大する。また時間t2以降は第３図のよ
うに空気供給量をV2に保持することにより、そ
の酸素、窒素成分は空気組成により一定となる。
なお前記説明では燃料ガス中の炭酸ガス成分につ
いての説明を省略したが、その変化は燃料ガス供
給量の減少とともに減り、時間t2で０となる。ま
た前記した水蒸気は必要により接触式燃焼装置の
後段に水分除去器を設置することにより容易に除
湿できる。 一方、燃料電池本体の燃料側が空気で満たされ
ている停止状態から燃料電池を起動する場合に
は、前記した停止時とは逆に燃焼装置４０の作動
状態のもとで空気供給量を100％から０％に減少
しながら同時に燃料ガス供給量を０から漸次増加
していき、燃料電池本体の燃料側を空気から燃料
ガスにガス置換する。この場合には第３図に示し
た線ＦとＡとをそれぞれ空気供給量、燃料ガス供
給量に読み変えればよい。すなわち燃料電池の起
動時には燃料ガス中の水素と空気中の酸素との空
燃比が１になる時点を境に、それ以前では空気過
剰の状態にあるので供給燃料ガス中の水素は全て
接触燃焼反応によつて消費され、逆に空燃比１と
なる時点以降では燃料ガス過剰の状態となるので
空気中の酸素は燃焼反応によつて全て消費され、
したがつて前述した燃料電池の停止時のガス置換
操作と同様に燃料電池本体に対し爆鳴気を形成す
る恐れなしに安全に空気から燃料ガスへのガス置
換を行うことができることになる。 なお、上記は燃料ガスが水素と炭酸ガスを含む
例に付いて述べたが、水素以外の可燃性ガス成
分、例えば一酸化炭素、メタン、プロパン等の可
燃性ガスを含んでいる燃料ガスについても触媒作
用により低温で接触燃焼反応を行うことができ
る。さらに第１図の実施例では接触式燃焼装置４
０が燃料供給ライン２０の途中に直列に介装され
た例を示したが、これに対し第２図の実施例は接
触式燃焼装置４０を燃料供給ライン２０へ切換弁
を介して並列に接続したものである。かかる構成
により接触式燃焼装置４０はガス置換を行う過程
でのみ燃料供給ラインに介挿接続し、ガス置換の
終了した後は燃焼装置４０をバイパスして燃料ガ
スを燃料電池本体へ供給することができる。した
がつて第２図の実施例では必要により燃料電池の
運転中に燃焼装置４０を外して保守点検すること
が可能となる。
以上述べたようにこの発明は、燃料ガスと空気
とを供給して発電する燃料電池本体と燃料ガス供
給源との間を結ぶ燃料ガス供給ラインに、触媒作
用で前記燃料ガスと空気との接触燃焼反応を行う
接触式燃焼装置を備えてなる燃料電池のガス置換
方法であつて、燃料電池の起動時には前記燃焼装
置の作動状態のもとで燃焼装置に導入する外部か
らの空気供給量を100％から０％へ減少させなが
ら燃料ガス供給量を漸次増加して空気から燃料ガ
スへガス置換するとともに、燃料電池の停止時に
は燃焼装置の作動状態のもとで空気供給量を０％
から100％へ増加させながら燃料ガス供給量を漸
次減少して燃料ガスから空気へガス置換するよう
にしたものである。したがつて従来方式で必要と
されていた不活性ガスを使用することなしに、接
触式燃焼装置で触媒作用のもとに行われる燃料ガ
スと空気との接触燃焼反応により燃料電池の起
動、停止に伴うガス置換操作を爆鳴気を形成する
ことなく安全に行うことができる。また特に移動
用電源としての燃料電池設備では、不活性ガスを
貯蔵する大形な貯蔵タンクを一緒に搭載運搬する
必要がなく電源設備をコンパクトに構成でき、か
つ不活性ガスの在庫管理も不要となるのでそれだ
け燃料電池の運転管理が簡略かできる利点が得ら
れる。
とを供給して発電する燃料電池本体と燃料ガス供
給源との間を結ぶ燃料ガス供給ラインに、触媒作
用で前記燃料ガスと空気との接触燃焼反応を行う
接触式燃焼装置を備えてなる燃料電池のガス置換
方法であつて、燃料電池の起動時には前記燃焼装
置の作動状態のもとで燃焼装置に導入する外部か
らの空気供給量を100％から０％へ減少させなが
ら燃料ガス供給量を漸次増加して空気から燃料ガ
スへガス置換するとともに、燃料電池の停止時に
は燃焼装置の作動状態のもとで空気供給量を０％
から100％へ増加させながら燃料ガス供給量を漸
次減少して燃料ガスから空気へガス置換するよう
にしたものである。したがつて従来方式で必要と
されていた不活性ガスを使用することなしに、接
触式燃焼装置で触媒作用のもとに行われる燃料ガ
スと空気との接触燃焼反応により燃料電池の起
動、停止に伴うガス置換操作を爆鳴気を形成する
ことなく安全に行うことができる。また特に移動
用電源としての燃料電池設備では、不活性ガスを
貯蔵する大形な貯蔵タンクを一緒に搭載運搬する
必要がなく電源設備をコンパクトに構成でき、か
つ不活性ガスの在庫管理も不要となるのでそれだ
け燃料電池の運転管理が簡略かできる利点が得ら
れる。
第１図および第２図はそれぞれ異なるこの発明
の実施例による燃料電池の系統図、第３図および
第４図はそれぞれ燃料電池の停止時に行うこの発
明によるガス置換操作を説明する燃料ガス、空気
供給量、およびガス成分量の時間的推移を表した
特性図である。図において、 １０：燃料電池本体、２０：燃料供給ライン、
２１：燃料ガス供給源としての燃料ガス貯槽、３
０：空気供給ライン、３１：空気ブロア、４０：
接触式燃焼装置。
の実施例による燃料電池の系統図、第３図および
第４図はそれぞれ燃料電池の停止時に行うこの発
明によるガス置換操作を説明する燃料ガス、空気
供給量、およびガス成分量の時間的推移を表した
特性図である。図において、 １０：燃料電池本体、２０：燃料供給ライン、
２１：燃料ガス供給源としての燃料ガス貯槽、３
０：空気供給ライン、３１：空気ブロア、４０：
接触式燃焼装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 燃料ガスと空気とを供給して発電する燃料電
池本体と燃料ガス供給源との間を結ぶ燃料ガス供
給ラインに、触媒作用で前記燃料ガスと空気との
接触燃焼反応を行う接触式燃焼装置を備えてなる
燃料電池のガス置換方法であつて、燃料電池の起
動時には前記燃焼装置の作動状態のもとで燃焼装
置に導入する外部からの空気供給量を100％から
０％へ減少させながら燃料ガス供給量を漸次増加
して空気から燃料ガスへガス置換するとともに、
燃料電池の停止時には燃焼装置の作動状態のもと
で空気供給量を０％から100％へ増加させながら
燃料ガス供給量を漸次減少して燃料ガスから空気
へガス置換することを特徴とする燃料電池のガス
置換方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の燃料電池のガス
置換方法において、燃料ガス供給ラインは、接触
式燃焼装置と並列に接続されるバイパスラインを
有し、燃料電池の起動時、空気から燃料ガスへガ
ス置換した後、燃料ガス供給をバイパスラインに
切換えるとともに、燃料電池の停止時、燃料ガス
から空気へ置換する前、燃料ガス供給を接触式燃
焼装置に切換えることを特徴とする燃料電池のガ
ス置換方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60075580A JPS61233977A (ja) | 1985-04-10 | 1985-04-10 | 燃料電池のガス置換方法 |
| US06/849,394 US4657826A (en) | 1985-04-10 | 1986-04-08 | Fuel cell system for replacement of fuel gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60075580A JPS61233977A (ja) | 1985-04-10 | 1985-04-10 | 燃料電池のガス置換方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61233977A JPS61233977A (ja) | 1986-10-18 |
| JPH0467307B2 true JPH0467307B2 (ja) | 1992-10-27 |
Family
ID=13580269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60075580A Granted JPS61233977A (ja) | 1985-04-10 | 1985-04-10 | 燃料電池のガス置換方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4657826A (ja) |
| JP (1) | JPS61233977A (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2501872B2 (ja) * | 1988-06-23 | 1996-05-29 | 富士電機株式会社 | 燃料電池の運転停止時における燃料電極の不活性ガス転換方法 |
| US4965143A (en) * | 1989-11-09 | 1990-10-23 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Shutdown method for fuel cell system |
| US5045414A (en) * | 1989-12-29 | 1991-09-03 | International Fuel Cells Corporation | Reactant gas composition for fuel cell potential control |
| US5013617A (en) * | 1989-12-29 | 1991-05-07 | International Fuel Cells Corporation | Air ejector system for fuel cell passivation |
| US5306574A (en) * | 1992-10-07 | 1994-04-26 | Westinghouse Electric Corp. | Method of low temperature operation of an electrochemical cell array |
| US5419978A (en) * | 1994-03-17 | 1995-05-30 | International Fuel Cells Corporation | Phosphoric acid fuel cell passivation with natural gas |
| DE10010068A1 (de) * | 2000-03-02 | 2001-09-13 | Xcellsis Gmbh | Multifuel-Brennstoffzellensystem und Verfahren zu seinem Betrieb |
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| KR100445183B1 (ko) * | 2001-11-29 | 2004-08-21 | 주식회사 경동도시가스 | 플레이트형 수증기 개질장치 |
| FR2834586B1 (fr) * | 2002-01-04 | 2004-07-23 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Dispositif de generation d'electricite du type pile a combustible et vehicule comportant un tel dispositif |
| GB2412784B (en) * | 2002-01-18 | 2006-08-23 | Intelligent Energy Ltd | Fuel cell oxygen removal and pre-conditioning system |
| JP4599796B2 (ja) * | 2002-12-24 | 2010-12-15 | 株式会社エクォス・リサーチ | 燃料電池システム |
| JP4417068B2 (ja) | 2003-10-06 | 2010-02-17 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池の停止方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2325204A1 (fr) * | 1975-09-17 | 1977-04-15 | Inst Francais Du Petrole | Procede et dispositif pour alimenter une pile a combustible en produit reactif fluide |
| JPS58186170A (ja) * | 1982-04-23 | 1983-10-31 | Hitachi Ltd | 液体燃料電池 |
| JPS5998471A (ja) * | 1982-11-26 | 1984-06-06 | Agency Of Ind Science & Technol | 溶融炭酸塩型燃料電池装置 |
| US4473622A (en) * | 1982-12-27 | 1984-09-25 | Chludzinski Paul J | Rapid starting methanol reactor system |
| JPS60189871A (ja) * | 1984-03-09 | 1985-09-27 | Hitachi Ltd | 燃料電池の運転方法 |
-
1985
- 1985-04-10 JP JP60075580A patent/JPS61233977A/ja active Granted
-
1986
- 1986-04-08 US US06/849,394 patent/US4657826A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61233977A (ja) | 1986-10-18 |
| US4657826A (en) | 1987-04-14 |
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