JPH03219564A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JPH03219564A JPH03219564A JP2035317A JP3531790A JPH03219564A JP H03219564 A JPH03219564 A JP H03219564A JP 2035317 A JP2035317 A JP 2035317A JP 3531790 A JP3531790 A JP 3531790A JP H03219564 A JPH03219564 A JP H03219564A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は主としてマトリックス形燃料電池発電装置、
ことに発電運転を停止する際酸化剤電極１ 上に残留する残留吸着酸素を積極的に消費する停止装置
を備えた燃料電池発電装置に関する。
ことに発電運転を停止する際酸化剤電極１ 上に残留する残留吸着酸素を積極的に消費する停止装置
を備えた燃料電池発電装置に関する。
周知のように、燃料電池は電解液を保持したマトリック
スを一対の燃料電極と酸化剤電極で挟んだ単電池複数個
を積層面にガス不透過板を介装して積層したセルスタッ
クとし、燃料電極とガス不透過板との間に画成された燃
料ガス室に水素リンチな燃料ガスを供給し、酸化剤電極
とガス不透過板との間に画成された酸化剤室に酸化剤と
しての空気または酸素を供給することによって発電を行
うちのである。また、燃料電池は発電反応によって酸化
剤電極側に生成水を生ずるので、電解液としての吸湿性
の高いリン酸を用いる電池ではその運転温度を１３０℃
から１９０℃、一般には１９０℃程度の高温に保って生
成水の排出を容易化するとともに、電極触媒の活性を保
持して発電運転が行われる。
スを一対の燃料電極と酸化剤電極で挟んだ単電池複数個
を積層面にガス不透過板を介装して積層したセルスタッ
クとし、燃料電極とガス不透過板との間に画成された燃
料ガス室に水素リンチな燃料ガスを供給し、酸化剤電極
とガス不透過板との間に画成された酸化剤室に酸化剤と
しての空気または酸素を供給することによって発電を行
うちのである。また、燃料電池は発電反応によって酸化
剤電極側に生成水を生ずるので、電解液としての吸湿性
の高いリン酸を用いる電池ではその運転温度を１３０℃
から１９０℃、一般には１９０℃程度の高温に保って生
成水の排出を容易化するとともに、電極触媒の活性を保
持して発電運転が行われる。
このようにして運転される燃料電池の運転を停止または
休止するために外部負荷回路に流れる電流を遮断すると
、各単電池には高い値の高温開回路電圧が発生し、電極
触媒粒子が粗大化して電極表面積が低下する劣化現象（
シンタリングと呼ぶ）が発生し、発電性能の低下や寿命
低下をまねくこと、電池温度の低下とともに反応ガス中
の水分を吸着してリン酸が希釈され、体積膨張したリン
酸液がマトリックスから電極側に過度にしみ出して反応
ガスの供給障害を起こすこと、さらには、リン酸液の漏
出したマトリックスのガス区分機能が低下して反応ガス
としての空気と燃料ガスが混触し、爆鳴気を発生する危
険性が高まること、など種々の障害が発生する。
休止するために外部負荷回路に流れる電流を遮断すると
、各単電池には高い値の高温開回路電圧が発生し、電極
触媒粒子が粗大化して電極表面積が低下する劣化現象（
シンタリングと呼ぶ）が発生し、発電性能の低下や寿命
低下をまねくこと、電池温度の低下とともに反応ガス中
の水分を吸着してリン酸が希釈され、体積膨張したリン
酸液がマトリックスから電極側に過度にしみ出して反応
ガスの供給障害を起こすこと、さらには、リン酸液の漏
出したマトリックスのガス区分機能が低下して反応ガス
としての空気と燃料ガスが混触し、爆鳴気を発生する危
険性が高まること、など種々の障害が発生する。
そこでこれらの障害を回避して燃料電池の発電を停止す
るために、外部負荷回路を遮断するとともに、燃料ガス
および酸化剤ガスの供給を停止し、燃料ガス通路および
その給排マニホールドからなる燃料ガス室および酸化剤
通路および給排マニホールドからなる酸化剤室それぞれ
に乾燥した窒素などの不活性ガスを供給して残存反応ガ
ス （燃料ガスまたは酸化剤）をパージしながら燃料電
池を降温する方法が知られている。
るために、外部負荷回路を遮断するとともに、燃料ガス
および酸化剤ガスの供給を停止し、燃料ガス通路および
その給排マニホールドからなる燃料ガス室および酸化剤
通路および給排マニホールドからなる酸化剤室それぞれ
に乾燥した窒素などの不活性ガスを供給して残存反応ガ
ス （燃料ガスまたは酸化剤）をパージしながら燃料電
池を降温する方法が知られている。
上述の従来方法においては、外部から窒素ガスを供給す
ることによって両ガス室内の反応ガスを早期にパージす
ることができるので、高温開回路電圧による障害やリン
酸の吸湿に起因する障害、ならびに反応ガスが混触する
危険性を回避することができるものと考えられてきた。
ることによって両ガス室内の反応ガスを早期にパージす
ることができるので、高温開回路電圧による障害やリン
酸の吸湿に起因する障害、ならびに反応ガスが混触する
危険性を回避することができるものと考えられてきた。
しかしながら酸化剤電極側には電極触媒粒子の表面に化
学吸着している残存吸着酸素が存在しており、窒素ガス
によるパージだけではこの残存吸着酸素を脱着できず、
これが原因で酸化剤電極は高い電位を保持していること
が最近の研究で明らかになり、酸化剤電極が冷えるまで
の高温状態で高い電位にさらされることにより、触媒層
に悪影響が現われることを回避できない欠点がある。
学吸着している残存吸着酸素が存在しており、窒素ガス
によるパージだけではこの残存吸着酸素を脱着できず、
これが原因で酸化剤電極は高い電位を保持していること
が最近の研究で明らかになり、酸化剤電極が冷えるまで
の高温状態で高い電位にさらされることにより、触媒層
に悪影響が現われることを回避できない欠点がある。
この発明の目的は、残存吸着酸素を積極的に消費する停
止装置を付加することにより、燃料電池の電極触媒層に
与える悪影響を排除することにある。
止装置を付加することにより、燃料電池の電極触媒層に
与える悪影響を排除することにある。
上記目的はこの発明によれば、燃料電極および酸化剤電
極を有する単電池の積層体からなり、燃料ガス室および
酸化剤ガス室を介して前記燃料電極および酸化剤電極に
反応ガスとしての燃料ガスおよび酸化剤を供給して発電
を行い、その発電電力を電力変換装置を介して外部負荷
に供給するとともに、発電運転の停止時には前記燃料ガ
スおよび酸化剤を不活性ガスに切り換えてガス置換を行
うものにおいて、 前記燃料電極と酸化剤電極にスイッチを介して電気接続
されるとともに、燃料電池の起電力を用い水電解により
発生した水素を前記不活性ガスに混合して前記燃料ガス
室に供給する水電気分解装置を備えることにより達成さ
れる。
極を有する単電池の積層体からなり、燃料ガス室および
酸化剤ガス室を介して前記燃料電極および酸化剤電極に
反応ガスとしての燃料ガスおよび酸化剤を供給して発電
を行い、その発電電力を電力変換装置を介して外部負荷
に供給するとともに、発電運転の停止時には前記燃料ガ
スおよび酸化剤を不活性ガスに切り換えてガス置換を行
うものにおいて、 前記燃料電極と酸化剤電極にスイッチを介して電気接続
されるとともに、燃料電池の起電力を用い水電解により
発生した水素を前記不活性ガスに混合して前記燃料ガス
室に供給する水電気分解装置を備えることにより達成さ
れる。
上記手段において、燃料電池のガス置換を行うとともに
燃料電池に水電気分解装置の一対の電極を導電接続する
。このとき、燃料電池の燃料電極および酸化剤電極は吸
着水素量および吸着酸素量に相応する電位を発生してお
り、水電気分解装置の電極間には水の電気分解に必要な
電位を超える電位差が印加されるので、水の電気分解に
よって残存吸着ガス量に見合う量の水素および酸素が生
成される。生成した水素量は酸化剤電極側の残存吸着酸
素より化学量論比以上に常に大きいので、この生成水素
をガス置換用の窒素に混合して燃料ガス室を介して燃料
電極に供給することにより、燃料電池の起電反応に基づ
いて酸化剤電極の残存吸着酸素を消費して除去すること
ができる。なお、必要に応じて燃料電池に放電抵抗を接
続されば、吸着酸素の消費を促進することができる。
燃料電池に水電気分解装置の一対の電極を導電接続する
。このとき、燃料電池の燃料電極および酸化剤電極は吸
着水素量および吸着酸素量に相応する電位を発生してお
り、水電気分解装置の電極間には水の電気分解に必要な
電位を超える電位差が印加されるので、水の電気分解に
よって残存吸着ガス量に見合う量の水素および酸素が生
成される。生成した水素量は酸化剤電極側の残存吸着酸
素より化学量論比以上に常に大きいので、この生成水素
をガス置換用の窒素に混合して燃料ガス室を介して燃料
電極に供給することにより、燃料電池の起電反応に基づ
いて酸化剤電極の残存吸着酸素を消費して除去すること
ができる。なお、必要に応じて燃料電池に放電抵抗を接
続されば、吸着酸素の消費を促進することができる。
以下この発明を実施例に基いて説明する。
第１図はこの発明の燃料電池発電装置の実施例を示す概
略構成図である。図において、３Ａは略示的に表わした
リン酸型燃料電池本体１の燃料電極、２はマトリックス
、４Ａは酸化剤電極である。かかる燃料電池本体１の両
極には水電気分解装置のスイッチ７を介して水電気分解
装置１１の一対の電極１３Ａ、 １４Ａが電気的に接続
されている。水電気分解装置１１の水素発生室１３はバ
ルブ８を介して燃料供給ラインに接続されており、一方
酸素発生室１４は発電システム外へ開放される。燃料ガ
ス室３．酸化剤ガス室４の各々の入口には一方を窒素ガ
ス側に接続された三方バルブ５および三方バルブ６が接
続されている。
略構成図である。図において、３Ａは略示的に表わした
リン酸型燃料電池本体１の燃料電極、２はマトリックス
、４Ａは酸化剤電極である。かかる燃料電池本体１の両
極には水電気分解装置のスイッチ７を介して水電気分解
装置１１の一対の電極１３Ａ、 １４Ａが電気的に接続
されている。水電気分解装置１１の水素発生室１３はバ
ルブ８を介して燃料供給ラインに接続されており、一方
酸素発生室１４は発電システム外へ開放される。燃料ガ
ス室３．酸化剤ガス室４の各々の入口には一方を窒素ガ
ス側に接続された三方バルブ５および三方バルブ６が接
続されている。
燃料電池本体の停止時には、燃料電池本体１の電気負荷
を遮断し、三方バルブ５および三方バルブ６を窒素側に
切り換え窒素を両ガス室３．４に所定流量流す。同時に
水電気分解装置のスイッチ７を閉にし、一対の電極１３
Ａ、 １４Ａを燃料電極３Ａと酸化剤電極４Ａとに各々
電気的に接続する。一般に、燃料電池は燃料電極、マト
リックス、酸化剤電極からなる単セルを複数個直列に接
続しているため、各種に吸着している残存水素、残存酸
素により水の電気分解に必要な電位以上の電位差が得ら
れ、電解液室１２の水が電気分解され、水素および酸素
が各々残存吸着ガス量に見合った量生成される。
を遮断し、三方バルブ５および三方バルブ６を窒素側に
切り換え窒素を両ガス室３．４に所定流量流す。同時に
水電気分解装置のスイッチ７を閉にし、一対の電極１３
Ａ、 １４Ａを燃料電極３Ａと酸化剤電極４Ａとに各々
電気的に接続する。一般に、燃料電池は燃料電極、マト
リックス、酸化剤電極からなる単セルを複数個直列に接
続しているため、各種に吸着している残存水素、残存酸
素により水の電気分解に必要な電位以上の電位差が得ら
れ、電解液室１２の水が電気分解され、水素および酸素
が各々残存吸着ガス量に見合った量生成される。
ある時間をおき、水電気分解装置の水素発生室１３に接
続されているバルブ８を開にし、燃料電極３Ａに流れて
いる窒素に発生した水素を混合する。−方、酸素発生室
１４で発生した酸素は燃料電池本体外へ排出される。こ
のため、燃料電極側の吸着水素量は酸化剤電極側の残存
吸着酸素より化学量論比以上に常に過剰となり、効率的
に酸化剤電極側の残存吸着酸素が除去される。さらに完
全に酸化剤電極側の残存吸着酸素を除去するためには、
放電抵抗２１をスイッチ２２を介して両極間に接続し、
燃料電池の電位があるレベル以下に低下したことを電圧
センサ２３で検知して放電抵抗を投入する。
続されているバルブ８を開にし、燃料電極３Ａに流れて
いる窒素に発生した水素を混合する。−方、酸素発生室
１４で発生した酸素は燃料電池本体外へ排出される。こ
のため、燃料電極側の吸着水素量は酸化剤電極側の残存
吸着酸素より化学量論比以上に常に過剰となり、効率的
に酸化剤電極側の残存吸着酸素が除去される。さらに完
全に酸化剤電極側の残存吸着酸素を除去するためには、
放電抵抗２１をスイッチ２２を介して両極間に接続し、
燃料電池の電位があるレベル以下に低下したことを電圧
センサ２３で検知して放電抵抗を投入する。
この放電抵抗２１を介して燃料電池１に放電電流が流れ
、残存吸着酸素を起電反応により完全かつ早期に消費し
、電極電位を低下させることができる。
、残存吸着酸素を起電反応により完全かつ早期に消費し
、電極電位を低下させることができる。
残存吸着酸素が消費され、これに伴って燃料電池の電極
電位が低下すると、水電気分解装置１１の水素発生量も
減少し、遂には零に近づくので、これを電圧センサ２３
によっ・て検知して燃料ガス室３および酸化剤ガス室４
の出口側に配された図示しない弁を閉じれば、両ガス室
を窒素ガス置換した状態で停止状態とすることができる
。
電位が低下すると、水電気分解装置１１の水素発生量も
減少し、遂には零に近づくので、これを電圧センサ２３
によっ・て検知して燃料ガス室３および酸化剤ガス室４
の出口側に配された図示しない弁を閉じれば、両ガス室
を窒素ガス置換した状態で停止状態とすることができる
。
この発明は前述のように、発電運転の停止に際して外部
負荷を遮断し、燃料電池の反応ガス室に窒素を供給して
ガス置換するとともに、燃料電池に水電気分解装置を接
続し、残存吸着酸素による電極電位差を利用して水を電
気分解し、生成した水素を前記窒素に混合して燃料極に
供給するよう構成した。その結果、吸着酸素量に見合う
生成水素と吸着酸素を燃料電池の起電反応を利用して消
費することが可能となり、従来ガス置換だけでは除去で
きなかった酸化剤電極の残存吸着酸素を消費して電極電
位を低下できるので、電極が高電位にさらされることに
よって生ずる酸化剤電極触媒の劣化を抑制した状態で燃
料電池の発電運転を停止できる利点が得られる。また、
燃料電池の出力回路に負荷抵抗を接続して放電電流を流
すよう構成すれば、吸着酸素の消費が促進され、より早
く吸着酸素を消費することができる。
負荷を遮断し、燃料電池の反応ガス室に窒素を供給して
ガス置換するとともに、燃料電池に水電気分解装置を接
続し、残存吸着酸素による電極電位差を利用して水を電
気分解し、生成した水素を前記窒素に混合して燃料極に
供給するよう構成した。その結果、吸着酸素量に見合う
生成水素と吸着酸素を燃料電池の起電反応を利用して消
費することが可能となり、従来ガス置換だけでは除去で
きなかった酸化剤電極の残存吸着酸素を消費して電極電
位を低下できるので、電極が高電位にさらされることに
よって生ずる酸化剤電極触媒の劣化を抑制した状態で燃
料電池の発電運転を停止できる利点が得られる。また、
燃料電池の出力回路に負荷抵抗を接続して放電電流を流
すよう構成すれば、吸着酸素の消費が促進され、より早
く吸着酸素を消費することができる。
第１図はこの発明の燃料電池発電装置の実施例を示す概
略構成図である。 １：燃料電池、２：マトリックス、３：燃料ガス室、４
：酸化剤ガス室、５，６：三方弁、７：スイッチ、８：
バルブ、１１：水電気分解装置、２１：放電抵抗、３Ａ
：燃料電極、４Ａ二酸化剤電極。 ０ 第１図
略構成図である。 １：燃料電池、２：マトリックス、３：燃料ガス室、４
：酸化剤ガス室、５，６：三方弁、７：スイッチ、８：
バルブ、１１：水電気分解装置、２１：放電抵抗、３Ａ
：燃料電極、４Ａ二酸化剤電極。 ０ 第１図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）燃料電極および酸化剤電極を有する単電池の積層体
からなり、燃料ガス室および酸化剤ガス室を介して前記
燃料電極および酸化剤電極に反応ガスとしての燃料ガス
および酸化剤を供給して発電を行い、その発電電力を電
力変換装置を介して外部負荷に供給するとともに、発電
運転の停止時には前記燃料ガスおよび酸化剤を不活性ガ
スに切り換えてガス置換を行うものにおいて、 前記燃料電極と酸化剤電極にスイッチを介して電気接続
されるとともに、燃料電池の起電力を用い水電解により
発生した水素を前記不活性ガスに混合して前記燃料ガス
室に供給する水電気分解装置を備えることを特徴とする
燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2035317A JPH03219564A (ja) | 1989-11-22 | 1990-02-16 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1-304095 | 1989-11-22 | ||
| JP30409589 | 1989-11-22 | ||
| JP2035317A JPH03219564A (ja) | 1989-11-22 | 1990-02-16 | 燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03219564A true JPH03219564A (ja) | 1991-09-26 |
Family
ID=26374294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2035317A Pending JPH03219564A (ja) | 1989-11-22 | 1990-02-16 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03219564A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003536232A (ja) * | 2000-06-22 | 2003-12-02 | ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー | Ｐｅｍ型燃料電池の性能を再生する方法および装置 |
| KR20050054125A (ko) * | 2003-12-04 | 2005-06-10 | 김학수 | 전기분해장치 및 연료전지를 이용한 산소 및 질소 제조장치 |
| JP2007149574A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2007273300A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Daido Metal Co Ltd | 空気吸込み式燃料電池 |
-
1990
- 1990-02-16 JP JP2035317A patent/JPH03219564A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003536232A (ja) * | 2000-06-22 | 2003-12-02 | ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー | Ｐｅｍ型燃料電池の性能を再生する方法および装置 |
| KR20050054125A (ko) * | 2003-12-04 | 2005-06-10 | 김학수 | 전기분해장치 및 연료전지를 이용한 산소 및 질소 제조장치 |
| JP2007149574A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| US8110311B2 (en) | 2005-11-30 | 2012-02-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
| JP2007273300A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Daido Metal Co Ltd | 空気吸込み式燃料電池 |
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