JPS63308876A - 燃料電池発電設備の起動，停止制御方法 - Google Patents
燃料電池発電設備の起動，停止制御方法Info
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- JPS63308876A JPS63308876A JP62145499A JP14549987A JPS63308876A JP S63308876 A JPS63308876 A JP S63308876A JP 62145499 A JP62145499 A JP 62145499A JP 14549987 A JP14549987 A JP 14549987A JP S63308876 A JPS63308876 A JP S63308876A
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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、燃料電池と燃料改質器とを組合せた燃料電
池発電設備の起動、停止制御方法、特に起動、停止に対
応したガス切換え制御方法に関する。
池発電設備の起動、停止制御方法、特に起動、停止に対
応したガス切換え制御方法に関する。
まず第３図に頭記した燃料電池発電設備の系統図を示す
０図において、１は燃料電池、２は燃料改質器であり、
前記燃料電池１は燃料１ｔｌｌｊ １ ａ 、酸化剤′
ｉ！１１１ｂ、 １！解質１１１ｃ、燃料ガス室１ｄ、
酸化側室１ｅから成り、また燃料改質器２は改質原料の
気化器２ａ＋ 改質反応器２ｂを内蔵した燃焼炉２ｃに
バーナ２ｄを装備して構成されている。ここで燃料改質
器２の気化器２ａの入口にはポンプ３を介して改質原料
タンク４が配管接続され、バーナ２ｄには助燃料タンク
５．空気プロア６とともに燃料電池１の燃料ガス室１ｄ
の出口側から引出した燃料ガス出口管７が配管接続され
ている。なお８は燃焼炉２ｃの排気管である。また燃料
電池１の燃料ガス室１ｄに対し、その入口側には前記燃
料改質器２の改質反応器２ｂより引出した燃料ガス入口
管９．および不活性ガス源に通じる不活性ガス供給管１
０が接続されており、さらに前記の燃料ガス入口管９．
出口管７．不活性ガス供給管１０．および燃料電池１を
バイパスして燃料ガス入口管９と出口管７との間を結ぶ
バイパス管１１にはそれぞれ燃料ガス入口弁１２、出目
弁１３．不活性ガス供給弁１４．およびバイパス弁１５
が介装されている。なお１６は燃料電池１の酸化剤室１
ｅに反応空気を送気するブロアである。
０図において、１は燃料電池、２は燃料改質器であり、
前記燃料電池１は燃料１ｔｌｌｊ １ ａ 、酸化剤′
ｉ！１１１ｂ、 １！解質１１１ｃ、燃料ガス室１ｄ、
酸化側室１ｅから成り、また燃料改質器２は改質原料の
気化器２ａ＋ 改質反応器２ｂを内蔵した燃焼炉２ｃに
バーナ２ｄを装備して構成されている。ここで燃料改質
器２の気化器２ａの入口にはポンプ３を介して改質原料
タンク４が配管接続され、バーナ２ｄには助燃料タンク
５．空気プロア６とともに燃料電池１の燃料ガス室１ｄ
の出口側から引出した燃料ガス出口管７が配管接続され
ている。なお８は燃焼炉２ｃの排気管である。また燃料
電池１の燃料ガス室１ｄに対し、その入口側には前記燃
料改質器２の改質反応器２ｂより引出した燃料ガス入口
管９．および不活性ガス源に通じる不活性ガス供給管１
０が接続されており、さらに前記の燃料ガス入口管９．
出口管７．不活性ガス供給管１０．および燃料電池１を
バイパスして燃料ガス入口管９と出口管７との間を結ぶ
バイパス管１１にはそれぞれ燃料ガス入口弁１２、出目
弁１３．不活性ガス供給弁１４．およびバイパス弁１５
が介装されている。なお１６は燃料電池１の酸化剤室１
ｅに反応空気を送気するブロアである。
かかる燃料電池発電設備において、まず燃料電池の起動
準備時には燃料改質器２に対しそのバーナ２ｄに助燃料
１燃焼空気を供給して燃焼し、この状態で気化器２ａに
改質原料を供給する。これにより改質原料は気化器２ａ
で気化された後に改質反応器２ｂに入り、ここで改質触
媒との接触反応により水素リッチな燃料ガスに改質され
る。また改質された燃料ガスはバイパス管１１．開放状
態にあるバイパス弁１５を通じてバーナ２ｄに供給され
、ここでの燃焼により改質反応に必要な熱量を与えるよ
うになる。一方、この時点では燃料電池１の燃料ガス室
１ｄ内は不活性ガスが充填されており、かつ燃料ガス入
口弁１２．出口弁１３は閉じている。
準備時には燃料改質器２に対しそのバーナ２ｄに助燃料
１燃焼空気を供給して燃焼し、この状態で気化器２ａに
改質原料を供給する。これにより改質原料は気化器２ａ
で気化された後に改質反応器２ｂに入り、ここで改質触
媒との接触反応により水素リッチな燃料ガスに改質され
る。また改質された燃料ガスはバイパス管１１．開放状
態にあるバイパス弁１５を通じてバーナ２ｄに供給され
、ここでの燃焼により改質反応に必要な熱量を与えるよ
うになる。一方、この時点では燃料電池１の燃料ガス室
１ｄ内は不活性ガスが充填されており、かつ燃料ガス入
口弁１２．出口弁１３は閉じている。
次に起動準備の確立した前記状態から燃料電池１を起動
するには、燃料ガス室１ｄに対する燃料ガス入口弁１２
．出目弁１３を開き、バイパス弁１５を閉じるとともに
、酸化剤室１ｅに接続した空気プロア１６により反応空
気の供給を開始する。これにより燃料改質器２で改質生
成された燃料ガスは入口弁１２を通じて燃料電池の燃料
ガス室１ｄに導入され、ここでいままで燃料ガス室に封
じ込められていた不活性ガスを追い出してガス置換する
とともに、燃料電池１は起電反応により発電を開始する
。また燃料ガス室１ｄに供給された燃料ガスのうち起電
反応に関与しない余剰分はオフガスとして燃料ガス室１
ｄより出口弁１３を通じて燃料改質器２のバーナ２ｄに
供給され、燃焼により改質反応に必要な熱量を与える。
するには、燃料ガス室１ｄに対する燃料ガス入口弁１２
．出目弁１３を開き、バイパス弁１５を閉じるとともに
、酸化剤室１ｅに接続した空気プロア１６により反応空
気の供給を開始する。これにより燃料改質器２で改質生
成された燃料ガスは入口弁１２を通じて燃料電池の燃料
ガス室１ｄに導入され、ここでいままで燃料ガス室に封
じ込められていた不活性ガスを追い出してガス置換する
とともに、燃料電池１は起電反応により発電を開始する
。また燃料ガス室１ｄに供給された燃料ガスのうち起電
反応に関与しない余剰分はオフガスとして燃料ガス室１
ｄより出口弁１３を通じて燃料改質器２のバーナ２ｄに
供給され、燃焼により改質反応に必要な熱量を与える。
一方、燃料電池を発電運転状態から停止する場合には、
燃料ガス入口弁１２．出口弁１３を閉じ、かつバイパス
弁１５を開いて燃料電池への燃料ガス供給を停止して起
動前の状態にするとともに、この過程で不活性ガス供給
弁１４を開放して燃料ガス室内に不活性ガスを供給して
室内を燃料ガスから不活性ガスにガス置換する。
燃料ガス入口弁１２．出口弁１３を閉じ、かつバイパス
弁１５を開いて燃料電池への燃料ガス供給を停止して起
動前の状態にするとともに、この過程で不活性ガス供給
弁１４を開放して燃料ガス室内に不活性ガスを供給して
室内を燃料ガスから不活性ガスにガス置換する。
ここで上記した燃料電池の起動、停止時における従来の
制御方法によるガス切換え制御のタイムチャートを示す
と第２図のごとくであり、起動。
制御方法によるガス切換え制御のタイムチャートを示す
と第２図のごとくであり、起動。
停止時には燃料ガス入口弁１２．出口弁１３．およびバ
イパス弁１５を同じタイミングで同時に切換え操作する
ようにしていた。
イパス弁１５を同じタイミングで同時に切換え操作する
ようにしていた。
ところで、上記した従来の燃料電池の起動、停止制御方
法では次記のような問題点がある。すなわち燃料ガス入
口弁１２．出口弁１３およびバイパス弁１５を同時に開
閉動作させると、答弁の開閉動作応答のずれ等も加わっ
て燃料電池側では燃料ガス室１ｄの内圧が瞬間的に大き
く変動する。このために燃料ガス室１ｄど酸化剤室１ｅ
との間に過大な差圧が発生し、この結果として電解質層
ＩＣを通じて反応ガスのクロスオーバーが生じたり、電
極が過大な差圧で破壊されたりする危険がある。また特
に起動時にはいままでの停止期間中に燃料ガス室ｌｄ内
に充填されていた不活性ガスが燃料に追い出されて一気
に燃料改質器２のバーナ２ｄに戻されるために、燃料不
足からバーナでの燃焼が不測に失火してしまうおそれが
ある。
法では次記のような問題点がある。すなわち燃料ガス入
口弁１２．出口弁１３およびバイパス弁１５を同時に開
閉動作させると、答弁の開閉動作応答のずれ等も加わっ
て燃料電池側では燃料ガス室１ｄの内圧が瞬間的に大き
く変動する。このために燃料ガス室１ｄど酸化剤室１ｅ
との間に過大な差圧が発生し、この結果として電解質層
ＩＣを通じて反応ガスのクロスオーバーが生じたり、電
極が過大な差圧で破壊されたりする危険がある。また特
に起動時にはいままでの停止期間中に燃料ガス室ｌｄ内
に充填されていた不活性ガスが燃料に追い出されて一気
に燃料改質器２のバーナ２ｄに戻されるために、燃料不
足からバーナでの燃焼が不測に失火してしまうおそれが
ある。
この発明は上記の点にかんがみ成されたものであり、そ
の目的は燃料電池の起動、停止時におけるガス切換えに
際して燃料ガス室と酸化剤室との間の過大な差圧、改質
器バーナの不測な失火発生を未然に防止して安全性の向
上を図るとともに、併せて燃料ガス室の不活性ガスによ
るガスｆｆｆｉが円滑に行えるようにした燃料電池発電
設備の起動。
の目的は燃料電池の起動、停止時におけるガス切換えに
際して燃料ガス室と酸化剤室との間の過大な差圧、改質
器バーナの不測な失火発生を未然に防止して安全性の向
上を図るとともに、併せて燃料ガス室の不活性ガスによ
るガスｆｆｆｉが円滑に行えるようにした燃料電池発電
設備の起動。
停止制御方法を提供することにある。
上記問題点を解決するために、この発明によれば、燃料
電池の起動時にはまず燃料ガス出口弁を開き、次いで入
口弁を開いた後にバイパス弁を閉じ、停止時にはまずバ
イパス弁を開いた後に入口弁を閉じ、ここで不活性ガス
供給系を通じて供給した不活性ガスで燃料ガス室内をガ
ス置換した後に出口弁を閉じるよう相互に時間差を与え
て答弁を開閉操作するようにしたものである。
電池の起動時にはまず燃料ガス出口弁を開き、次いで入
口弁を開いた後にバイパス弁を閉じ、停止時にはまずバ
イパス弁を開いた後に入口弁を閉じ、ここで不活性ガス
供給系を通じて供給した不活性ガスで燃料ガス室内をガ
ス置換した後に出口弁を閉じるよう相互に時間差を与え
て答弁を開閉操作するようにしたものである。
上記の制御方法を採用することにより、まず燃料電池の
起動時には燃料ガス出口弁を開いた後に入口弁を開くの
で、弁の機械的な開放応答時間の遅れ等の影響を受ける
ことなく燃料ガス室内への燃料ガス導入による急激な内
圧の上昇を確実に避けることができ、さらに入口弁の開
放後に時間差を置いてバイパス弁を閉じることにより、
燃料ガス内に充填されていた不活性ガスを燃料改質器の
バーナに向けて追い出す過程でもバイパス弁を通じてバ
ーナへの燃料ガス供給が確保されており、したがってバ
ーナの不測な失火が防止できる。
起動時には燃料ガス出口弁を開いた後に入口弁を開くの
で、弁の機械的な開放応答時間の遅れ等の影響を受ける
ことなく燃料ガス室内への燃料ガス導入による急激な内
圧の上昇を確実に避けることができ、さらに入口弁の開
放後に時間差を置いてバイパス弁を閉じることにより、
燃料ガス内に充填されていた不活性ガスを燃料改質器の
バーナに向けて追い出す過程でもバイパス弁を通じてバ
ーナへの燃料ガス供給が確保されており、したがってバ
ーナの不測な失火が防止できる。
また停止時にもバイパス弁の開放後、燃料ガス出口弁に
先立って入口弁を閉じ、かつこの状態で不活性ガスによ
る燃料ガス室のガス置換を行うことにより、起動時と同
様に酸化剤室との間の過大な差圧の発生、燃料改質器の
バーナ失火を避けつつガス置換が円滑に行われるように
なる。
先立って入口弁を閉じ、かつこの状態で不活性ガスによ
る燃料ガス室のガス置換を行うことにより、起動時と同
様に酸化剤室との間の過大な差圧の発生、燃料改質器の
バーナ失火を避けつつガス置換が円滑に行われるように
なる。
第１図はこの発明による燃料電池の起動、停止制御のタ
イムチャートを示すものであり、第３図とともに前記タ
イムチャートにしたがって燃料電池の起動、停止時にお
けるガス切換え動作を説明する。
イムチャートを示すものであり、第３図とともに前記タ
イムチャートにしたがって燃料電池の起動、停止時にお
けるガス切換え動作を説明する。
まず燃料電池の起動準備状態では、従来と同様に燃料改
質器２で改質原料が水素リンチな燃料ガスに改質された
上で開放状態にあるバイパス弁１５を経て改質器のバー
ナ２ｄに還流し、ここで燃焼して改質反応に必要な熱を
与えている。一方、この時点では燃料電池１の燃料ガス
入口弁１２．出口弁１３は閉じていて燃料ガス室１ｄの
内部に不活性ガスが充填されており、かつ不活性ガス供
給弁１４も閉じた状態にある。
質器２で改質原料が水素リンチな燃料ガスに改質された
上で開放状態にあるバイパス弁１５を経て改質器のバー
ナ２ｄに還流し、ここで燃焼して改質反応に必要な熱を
与えている。一方、この時点では燃料電池１の燃料ガス
入口弁１２．出口弁１３は閉じていて燃料ガス室１ｄの
内部に不活性ガスが充填されており、かつ不活性ガス供
給弁１４も閉じた状態にある。
ここで燃料電池１を起動する際には、まず燃料ガス出口
弁１３を開き、所定の時間差ｔ１だけ遅れて入口弁１２
を開放する。これにより改質器２で得た燃料ガスが燃料
ガス室１ｄ内に導入されて不活性ガスを追い出してガス
置換するとともに、燃料電池１は酸化剤室１ｅに供給さ
れた反応空気とによる起電反応で発電を開始する。なお
この時点ではバイパス弁１５が開いていて燃料ガスの一
部はバイパス弁１５を通じて改質器のバーナ２ｄに供給
継続されており、前記のガス置換により燃料ガス室から
追い出された不活性ガスでバーナが不測に失火すること
はないし、また燃料ガス室内部での急激な内圧上昇の発
生もない、一方、入口弁１２の開放後に燃料ガス室１ｄ
内が完全にガス置換されるに要する時間ｔ２だけ遅れて
次にバイパス弁１５が閉じ、改質器２で生成した燃料ガ
スの全量を燃料電池の燃料ガス室１ｄに供給して定常発
電に移行させるとともに、そのオフガスを改質器２のバ
ーナ２ｄに戻して改質動作を継続させる。
弁１３を開き、所定の時間差ｔ１だけ遅れて入口弁１２
を開放する。これにより改質器２で得た燃料ガスが燃料
ガス室１ｄ内に導入されて不活性ガスを追い出してガス
置換するとともに、燃料電池１は酸化剤室１ｅに供給さ
れた反応空気とによる起電反応で発電を開始する。なお
この時点ではバイパス弁１５が開いていて燃料ガスの一
部はバイパス弁１５を通じて改質器のバーナ２ｄに供給
継続されており、前記のガス置換により燃料ガス室から
追い出された不活性ガスでバーナが不測に失火すること
はないし、また燃料ガス室内部での急激な内圧上昇の発
生もない、一方、入口弁１２の開放後に燃料ガス室１ｄ
内が完全にガス置換されるに要する時間ｔ２だけ遅れて
次にバイパス弁１５が閉じ、改質器２で生成した燃料ガ
スの全量を燃料電池の燃料ガス室１ｄに供給して定常発
電に移行させるとともに、そのオフガスを改質器２のバ
ーナ２ｄに戻して改質動作を継続させる。
一方、燃料電池を停止する場合には、まずバイパス弁１
５を開放し、改質器２で生成した燃料ガスの一部をバイ
パス弁１５を通じて改質器のバーナ２ｄにバイパス供給
させる０次に時間差ｔ３だけ遅れて燃料ガス入口弁１２
を閉じ、この状態で不活性ガス供給弁１４を開放して燃
料ガス室Ｉｄ内を不活性ガスでガス置換する。さらにこ
のガス置換に要する時間ｔ４だけ遅れて燃料ガス出目弁
１３を閉じて燃料ガス室ｌｄ内に不活性ガスを封じ込め
る。これによりガス置換が円滑に行えるとともに、燃料
ガス室１ｄの急激な内圧変化、およびこれに起因する酸
化剤室１ｅとの間の過大な差圧発生、並びに改質器側で
の燃料ガス供給中断によるバーナ２ｄの不測な失火を確
実に防止することができる。
５を開放し、改質器２で生成した燃料ガスの一部をバイ
パス弁１５を通じて改質器のバーナ２ｄにバイパス供給
させる０次に時間差ｔ３だけ遅れて燃料ガス入口弁１２
を閉じ、この状態で不活性ガス供給弁１４を開放して燃
料ガス室Ｉｄ内を不活性ガスでガス置換する。さらにこ
のガス置換に要する時間ｔ４だけ遅れて燃料ガス出目弁
１３を閉じて燃料ガス室ｌｄ内に不活性ガスを封じ込め
る。これによりガス置換が円滑に行えるとともに、燃料
ガス室１ｄの急激な内圧変化、およびこれに起因する酸
化剤室１ｅとの間の過大な差圧発生、並びに改質器側で
の燃料ガス供給中断によるバーナ２ｄの不測な失火を確
実に防止することができる。
以上述べたようにこの発明によれば、燃料電池の起動時
にはまず燃料ガス出口弁を開き、次いで入口弁を開いた
後にバイパス弁を閉じ、停止時にはまずバイパス弁を開
いた後に入口弁を閉じ、ここで不活性ガス供給系を通じ
て供給した不活性ガスで燃料ガス室内をガス置換した後
に出口弁を閉じるように相互に時間差を与えて答弁を開
閉操作することにより、燃料電池の起動、停止に際して
燃料ガス室の内圧の急激な変動、およびこれに起因する
酸化剤室との間の過大な差圧の発生、並びに燃料改質器
のバーナでの不測な失火を防止して安全性の改善を図り
つつ、併せて燃料ガス室の燃料ガスと不活性ガスとの間
のガス置換を円滑に行うことができる。
にはまず燃料ガス出口弁を開き、次いで入口弁を開いた
後にバイパス弁を閉じ、停止時にはまずバイパス弁を開
いた後に入口弁を閉じ、ここで不活性ガス供給系を通じ
て供給した不活性ガスで燃料ガス室内をガス置換した後
に出口弁を閉じるように相互に時間差を与えて答弁を開
閉操作することにより、燃料電池の起動、停止に際して
燃料ガス室の内圧の急激な変動、およびこれに起因する
酸化剤室との間の過大な差圧の発生、並びに燃料改質器
のバーナでの不測な失火を防止して安全性の改善を図り
つつ、併せて燃料ガス室の燃料ガスと不活性ガスとの間
のガス置換を円滑に行うことができる。
第１図は本発明の実施例による燃料電池の起動。
停止時におけるガス切換え制御のタイムチャート、第２
図は第１図に対応する従来の制御方法によるタイムチャ
ート、第３図は燃料電池発電設備の系統図である０図に
おいて、 １：燃料電池、１ｄ：燃料ガス室、２：燃料改質器、２
ｄ；燃焼バーナ、４；改質原料タンク、１０：不活性ガ
ス供給管、１２：燃料ガス入口弁、１３：燃料ガス出口
弁、１４：不活性ガス供給弁、１５：燃料第１図 第２図
図は第１図に対応する従来の制御方法によるタイムチャ
ート、第３図は燃料電池発電設備の系統図である０図に
おいて、 １：燃料電池、１ｄ：燃料ガス室、２：燃料改質器、２
ｄ；燃焼バーナ、４；改質原料タンク、１０：不活性ガ
ス供給管、１２：燃料ガス入口弁、１３：燃料ガス出口
弁、１４：不活性ガス供給弁、１５：燃料第１図 第２図
Claims (1)
- 燃料電池と、燃料電池のオフガスを燃焼して改質反応熱
を得るバーナー燃焼方式の燃料改質器と、燃料電池の停
止時に燃料ガス室内に不活性ガスを充填する不活性ガス
供給系とを備え、かつ燃料電池の燃料ガス室と燃料改質
器との間を結ぶ燃料ガス配管系に燃料ガス入口弁、出口
弁、およびバイパス弁を介装した燃料電池発電設備に対
し、燃料電池の起動時にはまず燃料ガス出口弁を開き、
次いで入口弁を開いた後にバイパス弁を閉じ、停止時に
はまずバイパス弁を開いた後に入口弁を閉じ、ここで不
活性ガス供給系を通じて供給した不活性ガスで燃料ガス
室内をガス置換した後に出口弁を閉じるよう相互に時間
差を与えて各弁を開閉操作することを特徴とする燃料電
池発電設備の起動、停止制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62145499A JPH0690930B2 (ja) | 1987-06-11 | 1987-06-11 | 燃料電池発電設備の起動，停止制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62145499A JPH0690930B2 (ja) | 1987-06-11 | 1987-06-11 | 燃料電池発電設備の起動，停止制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63308876A true JPS63308876A (ja) | 1988-12-16 |
| JPH0690930B2 JPH0690930B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=15386672
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62145499A Expired - Lifetime JPH0690930B2 (ja) | 1987-06-11 | 1987-06-11 | 燃料電池発電設備の起動，停止制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0690930B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003096460A1 (en) * | 2002-05-14 | 2003-11-20 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and related startup method |
| JP2006318714A (ja) * | 2005-05-11 | 2006-11-24 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2010053005A (ja) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Aisin Seiki Co Ltd | 改質装置および燃料電池システム |
| JP2010135287A (ja) * | 2008-11-04 | 2010-06-17 | Panasonic Corp | 燃料電池システム |
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1987
- 1987-06-11 JP JP62145499A patent/JPH0690930B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0690930B2 (ja) | 1994-11-14 |
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