JPH06333586A - 燃料電池の停止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多量の窒素を用いることなく、一部の電池の
性能劣化を引き起こすことなく触媒能の低下を防止する
ことのできる燃料電池の停止方法を提供することを目的
とする。 【構成】 供給される燃料ガス中の水素と空気中の酸素
との化学反応により発電を行い、発電された電力を外部
負荷により消費する燃料電池の停止方法において、外部
負荷との遮断を行い、燃料極２ｂ側に燃料ガスを供給し
た状態で、密閉しない酸化剤極２ｃ側の空気の供給を停
止し、内部負荷１１をかける第一のステップと、電池電
圧が所定の電圧に低下した時点で、水素の供給を停止
し、内部負荷１１と遮断し、酸化剤極２ｃを密閉する第
二のステップとを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、供給される水素と酸素
との化学反応により発電を行う燃料電池に関し、詳しく
はその停止方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は新しい発電装置の一種であ
る。その仕組みは、天然ガス等の燃料を改質して得られ
る水素と、空気中の酸素とを電気化学的に反応させて直
接発電するようになっており、いわば化学発電とでも呼
べるものである。この燃料電池発電は、燃料のもつ化学
エネルギーを有効に利用でき、環境にやさしい特性を持
っているので、２１世紀を担う都市型のエネルギー供給
システムとして期待され、実用化に向けて技術開発が本
格化している。

【０００３】ところで、上記したような燃料電池の運転
を停止させる際に、外部負荷との遮断の後、水素と、空
気の供給を止めた直後の電池の状態は、電池温度が約１
８０〜２１０℃、電圧が約１．０Ｖ／ｃｅｌｌとなる。
このような高温状態で、０．８Ｖ／ｃｅｌｌ以上の高い
電圧が電池内部にかかると、燃料電池内の酸化剤極側に
設けられている触媒層のカーボンの腐食、貴金属粒子の
溶解、凝縮等により、触媒能の低下を起こすという問題
が生じる。

【０００４】上記問題点を解決するために、従来から以
下のような方法を用いて電池の停止が行われていた。 外部負荷との遮断を行った時点で、空気、及び燃料
ガスの供給を停止し、両電極に窒素の供給を行い、空気
及び燃料ガスを電池内から強制的に排出する方法。この
方法では、空気、及び、燃料ガスを両極から排出するこ
とによって水素と酸素との化学反応が起こるのを防止
し、これにより停止時の電圧が０．８Ｖ／ｃｅｌｌ以上
に成らないようにする方法である。

【０００５】 外部負荷との遮断を行った時点で、空
気、及び、燃料ガスの供給を停止し、低負荷の内部負荷
を接続し、負荷を取りつつ電池は低温（約１４０℃以
下）になるまで放置し、内部負荷の遮断を行う方法（特
開昭５８−３２９０３号広報に開示）。この方法は、内
部負荷との遮断後に電圧が０．８Ｖ／ｃｅｌｌ以上にな
っても、電池の温度を下げたことによって、上記問題を
解決するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように燃料電池の停止を行うと、カーボン腐食とそれに
よって引き起こされる触媒能の低下を防止することはで
きるが、それぞれ以下のような新たな問題が生じる。 の方法の問題点 触媒能の低下を防止するために、空気、及び燃料ガスの
強制排出を行うには、多量の窒素ガスが必要であり、ま
た多量の窒素を供給した際に電解質の飛散が起こるとい
う問題を生じる。

【０００７】の方法の問題点 通常スタック内に供給される燃料ガスは、実際には各ス
タックに均一に供給されてはおらず、分配に偏りがあ
る。上記のように、燃料ガスを停止しても内部負荷によ
って負荷をとり続けた場合、燃料ガスの分配が悪い電池
では燃料ガスの不足した状態に陥り、電池の部分的な転
極が発生し、一部の電池において性能低下が発生する可
能性がある。

【０００８】本発明は上記問題点に鑑み、多量の窒素を
用いることなく、一部の電池の性能劣化を引き起こすこ
となく、触媒能の低下を防止することのできる燃料電池
の停止方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、供給される燃料ガス中の水素と空気中の酸
素との化学反応により発電を行い、発電された電力を外
部負荷により消費する燃料電池の停止方法において、外
部負荷との遮断を行い、燃料極側に燃料ガスを供給した
状態で、密閉しない酸化剤極側の空気の供給を停止し、
内部負荷をかける第一のステップと、電池電圧が所定の
電圧に低下した時点で、水素の供給を停止し、内部負荷
と遮断し、酸化剤極を密閉する第二のステップと、を行
うことを特徴とする。

【００１０】

【作用】上記のように構成することにより、以下のよう
な作用が得られる。 カーボンの腐食に対する作用 先ず、本発明の第一ステップでは、水素を供給したま
ま、空気の供給を止め、内部負荷を接続することによっ
て、酸化剤極中の酸素が消費される。

【００１１】酸化剤中の酸素の分圧と、酸化剤極電位
は、一般に以下の式のようになる。

【００１２】

【数１】

【００１３】上記数１から明らかなように酸化剤極中の
酸素濃度の増減に比例して、酸化剤極電位の増減も起こ
る。開回路時の電圧は酸化剤極電位に相当し、酸化剤極
中酸素の消費が進むにつれて、電池電圧の低下が起こ
る。但し、上記したように酸素消費を行っても酸化剤極
の酸素濃度が高い間は、酸化剤極電位は高く、開回路時
の電圧が腐食の起こる電圧になってしまう。このため、
カーボン腐食を防止するためには、開回路時の酸化剤極
の酸素濃度を、電池電圧がその時点の温度で腐食電圧に
ならないような所定の濃度まで、低下させる必要があ
る。しかしながら、酸化剤極の酸素濃度を直接監視する
のは困難なため、電池電圧を用いて監視を行う。

【００１４】従って、第二のステップでは、酸素濃度が
所定の濃度になるように電池電圧を低下させてから、内
部負荷を切り、水素ガスの供給を止めることにより、開
回路時に電池停止時の電池内の温度は高くても、電池電
圧は腐食の起こる電圧になることはなく、腐食は防止さ
れる。 の問題に対する作用 本発明では、上記構成に示すように、触媒能の低下の防
止のために窒素の供給を行うことなく停止を行っている
ため、従来のように窒素に関する問題は解消される。

【００１５】 の問題に対する作用 本発明では、上記構成にしめすように、内部負荷との接
続中には燃料ガス極に燃料ガスが供給され続けるので、
上記したような燃料不足による部分的な電池性能の低下
は発生しない。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係る燃料電池シス
テムの概略構成図であり、天然ガス等の原料ガスを水蒸
気改質して水素リッチガスを生成する改質器１と、電解
質２ａを介してて燃料極（負極）２ｂと、酸化剤極（正
極）２ｃとが両面に配置された構造であり、前記改質器
１で生成された水素リッチガスと、空気中の酸素とを電
気化学的に反応させて発電を行う燃料電池本体２と、こ
の燃料電池本体２と前記改質器１とを連結する通路Ａ
と、この通路Ａの途中に設けられるとともに、前記燃料
電池本体２の燃料極２ｂへの水素リッチガスの供給、及
び、停止を行う水素供給バルブ３と、燃料極２ｂから排
出される排ガスが通過する通路Ｂと、この通路Ｂの途中
に設けられる燃料極排ガスバルブ４と、前記燃料電池本
体２の酸化剤極に反応空気を供給する反応空気ブロワ５
と、この反応空気ブロワ５と前記燃料電池本体２とを連
結する通路Ｃと、この通路Ｃの途中に設けるとともに、
前記酸化剤極２ｃに反応空気の供給、及び、停止を行う
反応空気供給バルブ６と、酸化剤極２ｃから排出される
排ガスが通過する通路Ｄと、この通路Ｄの途中に設けら
れている酸化剤極排ガスバルブ７と、運転時高温になる
燃料電池本体２を冷却するために冷却空気を送風する冷
却空気ブロワ８と、この冷却空気ブロワ８と燃料電池本
体２を連結する通路Ｅと、燃料極２ｂにパージされる窒
素ガスの供給源である窒素ガスタンク９と、窒素ガスタ
ンク９と燃料電池本体２とを連結する通路Ｆと、この通
路Ｆの途中に設けられるとともに、燃料極２に供給され
る窒素ガスの量を可変する窒素供給バルブ１０と、燃料
電池本体２に接続され、必要に応じてスイッチをオンす
ることによって燃料電池本体２の発電電力を消費する内
部負荷１１とを有している。

【００１７】尚、上記燃料電池本体２は、運転時の温度
が約２００℃であり、運転停止直後の温度は運転温度と
同じである。上記のように構成された燃料電池システム
の停止動作について下記に示す表１を参照しながら以下
に説明を行う。

【００１８】

【表１】

【００１９】まず、運転中の上記燃料システムの状態
は、燃料電池本体２は図示しない外部負荷と接続されて
おり、水素供給バルブ３、反応空気供給バルブ６、燃料
極排ガスバルブ４、酸化剤極排ガスバルブ７が開いた状
態で水素と空気が燃料電池本体２に供給され、窒素供給
バルブ１０は閉じられており、内部負荷１１の回路はス
イッチがオフの状態にある（表１ 運転中参照）。

【００２０】運転の停止を行う場合には、先ず、上記し
た状態から、図示しない外部負荷との遮断を行い、反応
空気供給バルブ６を閉め、反応空気の供給を止める（表
１停止動作参照）。この後直ちに、内部負荷１１のス
イッチをオンにし内部負荷の回路を閉じる（表１ 停止
動作参照）。これによって、酸化剤極２ｃに残留して
いた空気中の酸素は消費され電圧が低下する。このとき
酸化剤極排ガスバルブ７は開いた状態である。もしこの
時点で酸化剤極排ガスバルブ７を閉じ、酸化剤極２ｃを
密閉した状態で、酸化剤極２ｃにおいて酸素が消費され
ると、酸化剤極２ｃ内の減圧がおこる。このような減圧
が起こると、外部から空気が侵入してしまい、消費しよ
うとしている酸素が供給されてしまうといった問題がお
こる。

【００２１】内部負荷１１接続直後より、約１分毎に内
部負荷１１を外し、開回路電圧を測定し、電圧が０．８
Ｖ／ｃｅｌｌ以上に上昇したらその時点で内部負荷１１
の再投入を行い、内部負荷１１を外しても単セルの平均
電圧が０．８Ｖ／ｃｅｌｌ以上にならなくなるまでこの
操作を繰り返し行う。上記操作により、平均単セルあた
りの電圧が０．８Ｖ／ｃｅｌｌまで低下したら、内部負
荷１１のスイッチをオフにし燃料電池本体２と遮断し、
酸化剤極排ガスバルブ７を閉じて、酸化剤極２ｃを密閉
する（表１ 停止動作参照）。

【００２２】続いて、改質器１を停止し、水素供給バル
ブ３を閉じ、窒素供給バルブ１０を開き燃料極２ｂへの
窒素の供給を行い、燃料極２ｂ内に残留している水素を
強制的に排出する（表１ 停止動作参照）。最後に、
冷却空気ブロワ８の停止し、窒素供給バルブ１０と、燃
料極排ガスバルブ４を閉じて電池の停止の動作が完了す
る（表１ 停止動作参照）。

【００２３】尚、上記実施例で用いる内部負荷は外部負
荷より負荷の軽いものとする。以上のように、停止処理
を行うことによって、電池停止時の電池内の状態は、高
温であるが、電圧は、０．８Ｖ／ｃｅｌｌより低くな
り、電池性能に及ぼす悪影響を防止することができる。 （その他の事項） 上記実施例において、外部負荷と遮断した後に燃料極
側に供給される燃料ガスの量としては、作動可能な最小
限の燃料ガスを供給すればよい。 上記実施例では、基準の電圧を０．８Ｖ／ｃｅｌｌと
してが、作動温度（停止時の温度）によって、この基準
電圧を電池の性能劣化に影響しない範囲で変更しても差
しつかえない。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、外部負荷と遮断
し、水素は供給された状態で、空気の供給を停止し、内
部負荷と接続することにより、酸化剤極の空気中の酸素
の消費が行われ、電圧が所定の電圧まで低下した時点で
内部負荷との接続をきり、水素供給を止めることで、電
池の停止が行われる。

【００２５】したがって、本発明の方法を行うことによ
り、触媒能低下防止のための窒素供給を行うことなく、
燃料電池の停止を行うことができ、これと同時に燃料電
池と内部負荷との接続中は燃料ガスが供給されているた
め、燃料ガス欠乏による転極を招くこともない。そし
て、開回路時の電池温度が高温でも電池電圧を低くする
ことができるため、カーボンの腐食等によって引き起こ
される触媒能の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例にかかる燃料電池システムの構成
図である。

【符号の説明】 １ 改質器 ２ 燃料電池本体 ３ 水素供給バルブ ４ 燃料極排ガスバルブ ６ 反応空気供給バルブ ７ 酸化剤極排ガスバルブ １１ 内部抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中藤 邦弘 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内 (72)発明者 廣實 健一 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 供給される燃料ガス中の水素と空気中の
   酸素との化学反応により発電を行い、発電された電力を
   外部負荷により消費する燃料電池の停止方法において、 外部負荷との遮断を行い、燃料極側に燃料ガスを供給し
   た状態で、密閉しない酸化剤極側の空気の供給を停止
   し、内部負荷をかける第一のステップと、 電池電圧が所定の電圧に低下した時点で、水素の供給を
   停止し、内部負荷と遮断し、酸化剤極を密閉する第二の
   ステップと、 を行うことを特徴とする燃料電池の停止方法。