JPH05225995A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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Publication number
JPH05225995A
JPH05225995A JP4025143A JP2514392A JPH05225995A JP H05225995 A JPH05225995 A JP H05225995A JP 4025143 A JP4025143 A JP 4025143A JP 2514392 A JP2514392 A JP 2514392A JP H05225995 A JPH05225995 A JP H05225995A
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JP
Japan
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manifold
gas
fuel gas
fuel
fuel cell
Prior art date
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Pending
Application number
JP4025143A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroko Tsuji
博子 辻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPH05225995A publication Critical patent/JPH05225995A/ja
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料電池の運転の停止時に実施する不活性ガ
スによる電池内部の燃料ガスの置換において、迅速にか
つ均一にガス置換を行えるようにし、電極の劣化を防
ぎ、爆発の危険を防ぐとともに、不活性ガスの使用量を
減じて、その保管設備を小型化する。 【構成】 共通のガスマニホールドで反応ガスを供給排
気する燃料電池において、燃料ガス供給用マニホールド
2の下端部4に不活性ガスの供給口10および加熱装置
12を設け昇温された不活性ガスで燃料ガスを置換する
ようにした。又は燃料ガス排出用マニホールド15の上
端部に燃料ガスの排出口16を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は燃料電池に関し、特に
運転停止時における燃料電池内に残留する燃料ガスの不
活性ガスへの置換に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6は例えば特開昭62−268067
号公報に示された従来の燃料電池の構造を模式的に示す
縦断面図であり、図において1は一対のガス拡散電極間
に電解質を保持した電池を複数積層し構成される電池本
体であり、側面には燃料ガス供給用マニホールド2と燃
料ガス排出用マニホールド3が装着されている。燃料ガ
ス供給用マニホールド2には燃料ガスを供給する供給管
4が、燃料ガス排出用マニホールド3には使用後の燃料
ガスを排気する排出管5がそれぞれ接続されている。電
池本体1には、供給側の側面に整流板6が設置され、ま
たある間隔で電池間に冷却板7が設置されている。8は
冷却管である。
【0003】次に動作について説明する。運転中は供給
管4から燃料ガス、例えば200℃程度の水素ガスが燃
料ガス供給用マニホールド2を介して電池本体1の各電
極に供給されると同時に、図示しない供給管から酸化剤
ガス、例えば空気が電池本体1に同様に供給され、電気
化学的な反応により発電する。この時、各電極における
空気の流量に差が生じ、ある電極で空気流量が必要量に
満たない場合、この電極の出力電圧が著しく低下する。
整流板6はこの流量分布を均一にするためのものであ
る。使用後の燃料は燃料ガス排出用マニホールド3で集
合され排出管5から排気される。冷却板7は冷却管8で
給排される冷却媒体により電池本体1を冷却する。
【0004】一方燃料電池の停止時には、電極の保護等
のため燃料電池本体を含む供給排出系を不活性ガス、例
えば常温の窒素ガス(密度1.1kg/m3)で置換す
る操作が一般に実施されている。例えば、発電出力を徐
々に下げながら図示しない負荷を遮断し、出力を図示し
ない放電抵抗に切り替えると同時に、供給管4から燃料
の供給を止め、窒素ガスを同じく供給管4から燃料ガス
供給用マニホールド2・電池本体1・燃料ガス排出用マ
ニホールド3に供給し、内部の水素を窒素ガスに置換す
る。この時電極の電圧は一時的に上昇するが、残留空気
の減少とともに低下し、供給排出系が完全に置換された
後、窒素ガスの供給を止め密閉される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来の燃料電池において、窒素ガス(常温)の密度は水
素(例えば、200℃)の密度より極めて大きいため、
窒素ガスは水素の下に潜り込むように流れる。すなわち
置換を実施する場合、電池本体1が密度の小さい水素で
充満されているため、供給管4から供給された窒素ガス
は、電池本体1の下部に流れ込む。しかし、従来の燃料
電池では排出管5が燃料ガス排出用マニホールド3の下
部に設けられており、電池本体1の下部を流れた窒素ガ
スはそのまま排出管5から排気されるため、その上方の
水素はほとんど置換されない、下部の窒素ガスと上方の
水素との境界近傍では熱交換・拡散運動、流れの粘性な
どにより窒素ガスと水素が混合され、徐々に上方の水素
も置換されるが最上部の水素が置換されるには長時間を
要する。すなわち下部に窒素ガス、上部に水素が滞留し
ている時間が長く置換が均一に行われない。
【0006】また、電極の電圧分布は下部で低いが、上
部では一時的に上昇した電位のまま、速やかに低下せ
ず、高電位に保持されるため、上部電極においては、白
金の溶出による電極の劣化が生じやすくなる。さらに上
部まで完全に置換するには多量の窒素ガスが必要である
ばかりでなく、大型の貯蔵タンクも必要となるなどの問
題がある。
【0007】この発明では、前述した燃料電池の停止時
に実施する不活性ガスによる置換操作において生じる電
極の劣化を防止するとともに、迅速に置換を実施でき、
不活性ガスの使用量が少なく貯蔵設備の小さい燃料電池
を得る事を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明に係る請求項1
の燃料電池は、運転の停止時に燃料ガス供給用マニホー
ルド下方より供給し、内部の燃料ガスを置換する不活性
ガスの、供給系に不活性ガスを昇温させる加熱手段を設
けた。
【0009】また、請求項2の燃料電池は、燃料ガス排
出用マニホールドの上端部に燃料ガスの排出口を設け
た。さらに請求項3では、燃料ガス排出用マニホールド
の上端部に第1の排出口と第1の排出口より少なくとも
下方に第2の排出口を有し、両排出口の燃料ガス流路に
開閉手段を設けたものである。
【0010】
【作用】請求項1の発明における燃料電池は、不活性ガ
スがあらかじめ昇温されていることにより、燃料ガスに
密度を近づけ全域で且つ迅速に不活性ガスで燃料ガスを
置換する。また、請求項2および3の発明における燃料
電池は、燃料ガス排出用マニホールドの上端部に設けら
れた排出口が、燃料ガスの排出を容易にし供給される不
活性ガスで全域を且つ迅速に置換させる。
【0011】
【実施例】
実施例1 以下、この発明の実施例1を図について説明する。図1
はこの発明の実施例1における燃料電池を示す縦断面図
である。図において、1〜8は従来例と同様であるので
その説明は省略する。9は燃料ガス供給管、10は不活
性ガス供給管でこれら両供給管9,10は切り換えバル
ブ11を介して供給管4に接続されている。12は不活
性ガス供給管10に設けられた不活性ガスを昇温する加
熱手段ここでは加熱装置である。
【0012】次に動作について説明する。運転中は切り
換えバルブ11により、燃料ガス供給管9から燃料ガス
例えば200℃程度の水素が供給管4、燃料ガス供給用
マニホールド2を介して電池本体1の各電極に供給され
ると同時に、図示しない酸化剤ガスも電池本体1に同様
に供給され、電気化学的な反応により発電する。使用後
の水素は燃料ガス排出用マニホールド3で集合され排出
管5から排気される。
【0013】燃料電池の停止時には、図示しない負荷を
遮断し、出力を図示しない放電抵抗に切り替えると同時
に、切り換えバルブ11により燃料の供給を止め、不活
性ガス、例えば窒素ガスを加熱装置12、不活性ガス供
給管10を通して、供給管4から燃料ガス供給マニホー
ルド2,電池本体1,燃料ガス排出用マニホールド3に
供給し、内部の水素を窒素ガスに置換する。この場合、
供給する窒素ガスの温度は加熱装置により、例えば20
0℃程度に昇温しておく。なお、電極の電圧は一時的に
上昇するが、残留燃料の減少とともに低下する。昇温し
た窒素ガスの密度は常温の窒素ガスよりも水素のそれに
近くなる。そのため、窒素ガスの流れは運転中と類似
し、各電極にほぼ一様に流れ、残留燃料は迅速に窒素ガ
スに置換され、各電極の電圧も一様に低下する。
【0014】実施例2 なお、上記実施例1では不活性ガスを200℃程度に昇
温したが電池本体内部の燃料の温度に応じて不活性ガス
の加熱装置12をコントロールすれば、さらに大きな効
果が得られる。図2はこの実施例2を示す燃料電池で温
度設定器12aにより、加熱装置12をコントロールす
ることにより、電池本体内部の燃料の温度が変化して
も、不活性ガスの温度をかえることができ、実施例1と
同様の効果が得られる。
【0015】実施例3 次に、この発明の実施例3を図について説明する。図に
おいて、1は一対のガス拡散電極間に電解質を保持した
電池から複数積層、構成される電池本体、13は電池本
体1の側面に配設され供給口14を有する燃料ガス供給
用マニホールド、15は電池本体1の燃料ガス供給用マ
ニホールド13と対向する側面に配設され排出口16を
有する燃料ガス排出用マニホールドである。
【0016】実施例3の動作について説明する。運転中
は供給口9aから燃料ガス、例えば200℃程度の水素
が燃料ガス供給用マニホールド13を介して電池本体1
の各電極に供給されると同時に、図示しない酸化剤ガス
も電池本体1に同様に供給され、電気化学的な反応によ
り発電する。使用後の水素は燃料ガス排出用マニホール
ド15で集合され排出口16から排気される。
【0017】燃料電池の停止時には、図示しない負荷を
遮断し、出力を図示しない放電抵抗に切り替えると同時
に、水素の供給を止め、不活性ガス、例えば常温の窒素
ガス(密度1.1kg/m3)を供給口から供給用マニ
ホールド13、電池本体1、排出用マニホールド15に
供給し、内部の水素を窒素ガスなどの不活性ガスに置換
する。この時、電極の電圧は一時的に上昇するが、残留
水素の減少とともに低下する。
【0018】窒素ガスの密度は水素の密度より大きいた
め、窒素ガスは水素の下に潜り込むように流れ、電池本
体の下部に窒素ガスが溜まり、その上方に水素が溜まっ
た2層構造となるが、排出口16は燃料ガス排出用マニ
ホールド15の上端部に位置されているため、水素と窒
素ガスの境界面が排出口16の高さに達した時、上部の
電極まで完全に置換され、残留水素は迅速に窒素ガスに
置換され上部の電極の電圧も低下する。
【0019】実施例4 また、上記実施例3では燃料ガス供給用マニホールド1
3及び燃料ガス排出用マニホールド15がそれぞれ一室
で形成されているものを示したが、図4に示するように
燃料ガス供給マニホールド17が仕切板17a,17b
で、燃料ガス排出用マニホールド18は仕切板18a,
18bにてそれぞれ複数の区画に分割されているととも
に排出口19は燃料ガス排出用マニホールド18の区画
された上部に各排出口19a,19b,19cを備えた
構成にしても実施例3と同様の効果が得られる。
【0020】実施例5 さらに、実施例5を図について説明する。図5におい
て、20は上端部に第1の排出口21および第1の排出
口21より少なくとも下方に第2の排出口22を有する
燃料ガス排出用マニホールド、23および24はそれぞ
れ第1の排出口21および第2の排出口22で燃料ガス
の流路に設けられた開閉手段のバルブである。燃料電池
の運転中はバルブ24を開け、バルブ23を閉じて燃料
ガスを第2の排出口22にて排気するが、燃料電池の停
止時は、燃料ガスで第2の排出口22の高さまで置換さ
れた後バルブ24を閉じ、バルブ23を開けて第1の排
出口21にて不活性ガスの排気を行い、第2の排出口2
2より上方の電極の置換を行う。このことにより、簡単
な構造で運転中は燃料ガスを均一に流し、停止時は実施
例3よりも迅速に不活性ガスへの置換ができる。
【0021】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば運転の
停止時に燃料ガス供給用マニホールド下方より供給し、
内部の燃料ガスを置換する不活性ガスの、供給系に不活
性ガスを昇温させる加熱手段を設けた。また、燃料ガス
排出用マニホールドの上端部に燃料ガスの排出口を設け
た。また、燃料ガス排出用マニホールドの上端部に第1
の排出口と、第1の排出口より少なくとも下方に第2の
排出口を有し両排出口の燃料ガス流路に開閉手段を設け
たので、燃料電池の停止時に実施する不活性ガスによる
置換操作において、迅速に全電極を置換することができ
電極の劣化が防止されるとともに窒素ガスの使用量も少
なくてすみ貯蔵設備が小さくできる燃料電池が得られる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1における燃料電池を示す縦
断面図である。
【図2】実施例2における燃料電池を示す縦断面図であ
る。
【図3】実施例3における燃料電池を示す縦断面図であ
る。
【図4】実施例4における燃料電池を示す縦断面図であ
る。
【図5】実施例5における燃料電池を示す縦断面図であ
る。
【図6】従来の燃料電池を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 電池本体 2 燃料ガス供給用マニホールド 3 燃料ガス排出用マニホールド 4 供給管 5 排出管 9 燃料ガス供給管 10 不活性ガス供給管 11 切り換え装置 12 加熱手段 12a 温度設定器 15 燃料ガス排出用マニホールド 16 燃料ガス排出口 20 燃料ガス排出用マニホールド 21 第1の排出口 22 第2の排出口 23,24 開閉手段

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の単電池を積層してなる電池本体
    と、該電池本体に配設された燃料ガス供給用マニホール
    ド及び排出用マニホールドと、上記マニホールドと交差
    する方向で上記電池本体に配設された酸化剤ガス供給用
    マニホールドおよび排出用マニホールドとで構成されか
    つ運転の停止時に上記燃料ガス供給用マニホールド下方
    より供給する不活性ガスで内部の燃料ガスを置換するよ
    うにしてなる燃料電池において、上記不活性ガスの供給
    系に上記不活性ガスを昇温させる加熱手段を備えたこと
    を特徴とする燃料電池。
  2. 【請求項2】 複数の単電池を積層してなる電池本体
    と、該電池本体に配設された燃料ガス供給用マニホール
    ド及び排出用マニホールドと、上記マニホールドと交差
    する方向で上記電池本体に配設された酸化剤ガス供給用
    マニホールドおよび排出用マニホールドを備えてなる燃
    料電池において、 上記燃料ガス排出用マニホールドの上端部に燃料ガスの
    排出口が設けられていることを特徴とする燃料電池。
  3. 【請求項3】 燃料ガス排出用マニホールドは上端部に
    第1の排出口と、該第1の排出口より少なくとも下方に
    第2の排出口を有し、上記両排出口の燃料ガス流路に開
    閉手段を備えていることを特徴とする請求項2記載の燃
    料電池。
JP4025143A 1992-02-12 1992-02-12 燃料電池 Pending JPH05225995A (ja)

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Cited By (5)

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