JPH09293522A - 燃料電池発電装置の安全装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水素を原燃料として用いる燃料電池発電装置
の水素への着火による爆発事故を防止する安全装置にお
いて、比較的簡単でありながら、その安全性を改善す
る。 【解決手段】 燃料電池本体２の燃料極３に水素給送管
７から水素を供給する燃料系管路５を有し、この燃料系
管路５に管路を遮断する遮断弁１８，２２を設けるとと
もに、この燃料系管路５の遮断弁１８，２２より下流側
に、窒素ガス給送管２７等の不活性ガス源から延在さ
れ，第２〜第４のパージ弁３２ａ〜３４ａを備えた第２
〜第５のパージ用分岐管３２〜３５を接続した燃料電池
発電装置１の安全装置１５において、前記第２〜第４パ
ージ弁３２ａ〜３４ａは前記遮断弁１８，２２の遮断作
動に先立って開弁作動するように制御されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、燃料電池発電装
置の停止時の安全装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池には、水素を原燃料として燃料
極に供給するとともに、空気を空気極に供給して、電気
化学的反応によって発電を行なうものがある。

【０００３】この種の燃料電池を用いた燃料電池発電装
置においては、その発電時には燃料極と空気極とにそれ
ぞれ連続的に水素と空気とを供給する必要があり、この
ために燃料系管路と空気系管路とが設置されている。

【０００４】そして、これらの管路を経て各極に供給さ
れる水素と空気とについては、両者が混合して着火する
と爆発するおそれがあるので、かかる燃料電池発電装置
が停止した際には、各系の管路内に窒素等の不活性ガス
をパージする安全装置を設置して爆発のおそれを軽減さ
せるようにしている。

【０００５】このような従来の安全装置においては、不
活性ガスのパージは各系の管路を水素源あるいは空気源
から遮断する遮断弁の遮断作動と，不活性ガスを各系の
管路にパージするためのパージ弁の開弁作動とが同時に
行なうものとされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の安全装置において、前記遮断弁とパージ弁との作
動がうまく同時に行なわれた場合には各系の管路内を不
活性ガスのパージ状態とすることができる。

【０００７】しかし、前記遮断弁とパージ弁との作動に
ばらつきがあって遮断弁の作動が先行しその後パージ弁
が開弁する場合や、不活性ガスの圧力が低い場合等に
は、各系の管路内が一時的に負圧状態を生じる。

【０００８】そして、この負圧状態が燃料系管路に生じ
た場合には、その負圧によって管路内に空気が吸い込ま
れ、燃料系管路内で水素と空気とが混合状態となる事態
を生じ、そのような場合には爆発のおそれが皆無である
とはいい難い。

【０００９】たとえば、燃料電池発電装置への落雷等に
よって燃料電池発電装置の排気口に着火したことによっ
て安全装置が作動し緊急停止した場合においては、前記
燃料系管路内が一時的に負圧状態となることによって燃
料系管路内に逆火を生じ、上流の水素源に向けて火炎が
伝わることになるので、これを防止することは停止した
燃料電池発電装置の安全性を大きく改善することにな
る。

【００１０】この発明は、このような事情に基づいてな
されたもので、水素を原燃料として用いる燃料電池発電
装置の水素への着火による爆発事故を防止する安全装置
において、比較的簡単でありながら、その安全性を改善
することを課題とするものである。

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、燃料電池本体の燃料極に水
素源から水素を供給する燃料系管路を有し、この燃料系
管路に管路を遮断する遮断弁を設けるとともに、この燃
料系管路の遮断弁より下流側に、不活性ガス源から延在
されパージ弁を備えた不活性ガス管路を接続した燃料電
池発電装置の安全装置において、前記パージ弁は前記遮
断弁の遮断作動に先立って開弁作動するように制御され
ていることを特徴とする燃料電池発電装置の安全装置で
ある。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施の形態によ
りこの発明を説明する。

【００１２】図面において、１は燃料電池発電装置を示
し、その内部にはリン酸型の燃料電池本体２を有する。

【００１３】燃料電池本体２は、燃料極３と空気極４と
を有し、燃料極３においては原燃料としての水素ガスが
供給されて電気化学的反応を生じ発電するようになって
いる。

【００１４】そして、この燃料電池発電装置１において
は、前記燃料極３には水素源から延在された燃料系管路
５が設置されている。

【００１５】また、この燃料電池発電装置１の空気極４
には、空気源から延在された空気系管路６が設置されて
いる。

【００１６】この実施の形態において、燃料系管路５
は、化学工場における副生水素ガスを給送する水素給送
管７（水素源に該当する）と前記燃料極３とを接続して
おり、この燃料系管路５は前記燃料極３を経た後、燃料
電池発電装置１の煙突状に形成された排気部８にまで達
している。

【００１７】そして、燃料極３の下流側において、燃料
系管路５から燃料分岐管１１が分岐され、この燃料分岐
管１１の他端は前記燃料極３の上流側に配設されたエゼ
クター１２に接続されて、循環回路を形成している。こ
れによって、未反応水素の多くの部分は新たに供給され
る水素と併せて再度燃料極３に送り込まれ、水素の利用
効率が向上している。

【００１８】他方、前記空気極４に連なる空気系管路６
は、一端を大気に開口し，空気極４を経て排気部８に他
端を位置させたものであり、この空気系管路６の空気極
４より前記一端側には大気を吸引するための空気ブロア
１３を有する。

【００１９】したがって、前記燃料電池本体２の燃料極
３には燃料系管路５によって水素が、また空気極４には
空気系管路６によって空気が供給され、この燃料電池本
体２の発電時においては、公知のリン酸型燃料電池と同
様に連続的に所要の発電が行われる。

【００２０】そして、この燃料電池発電装置１において
は、これらの燃料系管路５および空気系管路６に関し
て、次のように構成された安全装置１５が付設されてい
る。

【００２１】この安全装置１５は、前記燃料系管路５と
空気系管路６とに設置された各遮断弁等と、これらの燃
料系管路５および空気系管路６内等に不活性ガスをパー
ジさせるパージ装置１６とからなるものである。

【００２２】すなわち、燃料系管路５には、手動開閉弁
１７と第１の遮断弁１８とフレームアレスタ２１と２個
一対として燃料系管路５に直列に配設した第２の遮断弁
２２とが前記エゼクター１２の上流側に順次配設され、
燃料分岐管１１には循環制御弁２３が配設されている。

【００２３】また、空気系管路６には、これを遮断する
空気遮断弁２５が前記空気ブロア１３と空気極４との間
に設置されている。

【００２４】そして、パージ装置１６は、次のように構
成されている。

【００２５】パージ装置１６は、不活性ガスとしての窒
素を供給する窒素源と、この窒素源から前記燃料系管路
５および空気系管路６に延在するパージ管路２６と、パ
ージ管路２６に設置された常閉の各パージ弁とを有する
ものである。

【００２６】この実施の形態において、窒素源のうちで
常用のものは窒素ガス給送管２７であり、感圧切換弁２
８を介して非常時バックアップ用の窒素ガスボンベ２９
と自動的に切り換え可能となっている。また、前記パー
ジ管路２６は、前記窒素源から延在され、先端が５つの
パージ用分岐管３１〜３５に分岐して前記燃料系管路５
および空気系管路６の所要の部位に接続されている。

【００２７】第１のパージ用分岐管３１は、パージ管路
２６の感圧切換弁２８の下流で分岐され、前記燃料系管
路５の第１の遮断弁１８とフレームアレスタ２１との間
に第１のパージ弁３１ａを介して接続されている。

【００２８】第２のパージ用分岐管３２は、前記第１の
パージ用分岐管３１の分岐部位より下流側で分岐され、
第２のパージ弁３２ａを介して前記空気系管路６の空気
遮断弁２５と空気極４との間に接続されている。

【００２９】第３のパージ用分岐管３３は、前記第２の
パージ用分岐管３２の分岐部位より下流側で分岐され、
第３のパージ弁３３ａを介して前記排気部８に位置する
空気系管路６の上部に接続されている。

【００３０】第４のパージ用分岐管３４および第５のパ
ージ用分岐管３５は、前記第３のパージ用分岐管３３の
分岐部位より下流側に設置された第４のパージ弁３４ａ
を介し、第４のパージ用分岐管３４は燃料分岐管１１の
エゼクター１２の上流側に接続され，第５のパージ用分
岐管３５は燃料極３の直前位置の燃料系管路５に接続さ
れている。

【００３１】そして、このような安全装置１５は後述す
るように、コンピュータ３６で前記各弁を制御して作動
させることにより所要の動作を行なうものである。な
お、図示の実施の形態においては、前記排気部８の空気
系管路６の上部には２つの熱電対３７が設置されてお
り、落雷等による水素への着火を検出できるようになっ
ている。

【００３２】例えば、このような燃料電池発電装置１へ
の落雷等によって、水素への着火が前記熱電対３７によ
り検出された場合、その着火信号がコンピュータ３６に
伝えられ、コンピュータ３６は、燃料電池本体２の冷
却，空気ブロア１３の停止等の所要の停止信号を装置の
各所に向けて出力するほか、前記安全装置１５に対して
も次のように各弁類に対する開閉指令信号を出力する
（図２参照）。

【００３３】すなわち、着火信号が伝えられたコンピュ
ータ３６は、前記第２〜第４のパージ弁３２ａ〜３４ａ
と、燃料極３の下流側の燃料系管路５において手動絞り
弁３８と並列に設置されているバイパス通路弁３９と、
循環制御弁２３と、空気遮断弁２５とに向けて駆動信号
を出力する。

【００３４】このコンピュータ３６からの駆動信号に応
じて、前記第２〜第４のパージ弁３２ａ〜３４ａと、バ
イパス通路弁３９とは直ちに管路を開放するが、循環制
御弁２３および空気遮断弁２５は管路を全閉する。

【００３５】これによって、窒素源からの窒素は、燃料
系管路５において第２の遮断弁２２より下流側に存在し
ていた水素と，空気系管路６の空気遮断弁２５の下流部
分に存在していた空気とを大気中に放出して、各管路
５，６内に窒素ガスを充満させてパージ状態とする。

【００３６】なお、この実施の形態においては、燃料分
岐管１１で未反応水素の多くを燃料極３に循環させるこ
ととしてある関係から、手動絞り弁３８の有効径が小径
に設定されており、窒素ガスのパージに際して、窒素ガ
スの流量を確保してパージを速やかに完了させるため、
前記バイパス通路弁３９は有効径の大きなものが用いら
れている。

【００３７】また、前記した窒素ガスのパージにおいて
は、窒素ガスの圧力は水素ガスの圧力よりかなり高圧で
あるので、燃料系管路５への水素ガスの供給が行なわれ
ている状態であっても問題はない。

【００３８】そして、コンピュータ３６は、燃料系管路
５に設置されている第１，第２遮断弁１８，２２に対し
ては、前記のようにして各管路５，６内がパージ状態と
なった後に、遮断信号が出力されて遮断作動を行わせ
る。

【００３９】このように、燃料系管路５において、窒素
ガスを先に充填させた後に、各遮断弁１８，２２が燃料
系管路５を遮断するので、管路５内を負圧とせず，燃料
系管路５内に空気を吸引することを防止することができ
る。

【００４０】なお、空気系管路６の空気遮断弁２５につ
いては、前記したように第２のパージ弁３２ａの開放と
同時に遮断動作を行うようになっている。これは、第２
のパージ弁３２ａによるパージの目的は前記燃料系管路
５の場合とは異なり、空気極４中に残留する空気を外部
に排除することにより空気極４内の残留酸素による発電
反応を低減させて電池を保護するためだからである。

【００４１】したがって、本願のように、水素への着火
による爆発事故を防止することを主眼とする場合には、
第２のパージ用分岐管３２や第２のパージ弁３２ａおよ
び空気遮断弁２５の設置を省略することとしてもよい。

【００４２】前記したように、この実施の形態において
は、燃料系管路５の主に第２遮断弁２２より下流側部分
と、空気系管路６の空気遮断弁２５より下流側部分とに
は、高濃度の窒素ガスが充填されたパージ状態となって
いるので、仮に落雷等による火が燃料系管路５の下流側
部分に達することがあったとしても逆火を生じることが
なく、燃料系管路５への着火による爆発のおそれが軽減
されている。

【００４３】なお、以上説明した実施の形態において
は、第１のパージ弁３１ａを作動させないものとして説
明したが、第１のパージ弁３１ａを必要により作動させ
ることとしてもよいことはいうまでもない。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、この種の燃料電池発電装置の安全装置にお
いて、燃料系管路での遮断弁による遮断作動に先立って
パージ弁が確実に開弁され、この燃料系管路内に不活性
ガスのパージが開始されるので、この燃料系管路内が負
圧状態となることがなく、燃料系管路内に空気が吸い込
まれて管路内が水素と空気との混合状態となることを回
避することができ、安全性が改善される。

【００４５】そのうえ、遮断弁の遮断作動に先立って、
パージ弁が開弁作動するように制御するものであるの
で、比較的簡単に実施することができ、とくにコンピュ
ータを用いて制御する場合にはプログラムによってきわ
めて容易に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料電池発電装置の安全装置の全体概略説明図
である。

【図２】落雷等による水素着火の際の制御ブロック図で
ある。

【符号の説明】

１ 燃料電池発電装置 ２ 燃料電池本体 ３ 燃料極 ５ 燃料系管路 ７ 水素給送管（水素源） １５ 安全装置 １８ 第１の遮断弁 ２２ 第２の遮断弁 ２３ 循環制御弁 ２６ パージ管路（不活性ガス管路） ２７ 窒素ガス給送管（不活性ガス源） ３１ 第１のパージ用分岐管 ３１ａ 第１のパージ弁 ３２ 第２のパージ用分岐管 ３２ａ 第２のパージ弁 ３３ 第３のパージ用分岐管 ３３ａ 第３のパージ弁 ３４ 第４のパージ用分岐管 ３４ａ 第４のパージ弁 ３５ 第５のパージ用分岐管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三木 啓史 香川県高松市屋島西町2109番地８株式会社 四国総合研究所内 (72)発明者 桑原 成光 徳島県徳島市川内町中島575−１東亞合成 株式会社徳島工場内 (72)発明者 原 義明 徳島県徳島市川内町中島575−１東亞合成 株式会社徳島工場内 (72)発明者 安藤 治 徳島県徳島市川内町中島575−１東亞合成 株式会社徳島工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池本体の燃料極に水素源から水素
   を供給する燃料系管路を有し、この燃料系管路に管路を
   遮断する遮断弁を設けるとともに、この燃料系管路の遮
   断弁より下流側に、不活性ガス源から延在されパージ弁
   を備えた不活性ガス管路を接続した燃料電池発電装置の
   安全装置において、 前記パージ弁は前記遮断弁の遮断作動に先立って開弁作
   動するように制御されていることを特徴とする燃料電池
   発電装置の安全装置。