[go: up one dir, main page]

JP2011129395A - Solid polymer fuel cell power generation system - Google Patents

Solid polymer fuel cell power generation system Download PDF

Info

Publication number
JP2011129395A
JP2011129395A JP2009287377A JP2009287377A JP2011129395A JP 2011129395 A JP2011129395 A JP 2011129395A JP 2009287377 A JP2009287377 A JP 2009287377A JP 2009287377 A JP2009287377 A JP 2009287377A JP 2011129395 A JP2011129395 A JP 2011129395A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
stack
electrode side
pressure
fuel
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009287377A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Eiki Ito
栄基 伊藤
Takuya Moriga
卓也 森賀
Akio Sato
昭男 佐藤
Keiichi Nakagawa
慶一 中川
Toshihiro Tani
俊宏 谷
Mitsuyoshi Iwata
光由 岩田
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 Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2009287377A priority Critical patent/JP2011129395A/en
Publication of JP2011129395A publication Critical patent/JP2011129395A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid polymer fuel cell power generation system capable of making an installation space small by reducing greatly the used amount of an inert gas to be used at the shutdown of power generation operation. <P>SOLUTION: The solid polymer fuel cell power generation system 100 is provided with a control device 191 which, based on a power generation operation shutdown signal, controls to close valves 139a-139c so as to seal and cut an oxidation electrode side of a stack 111, and then, connects the stack 111 and a resistance 181 and controls to switch over a switching switch 182 so as to consume an oxygen gas 3 of the oxidation electrode side of the stack 111, and based on the information from a pressure gauge 192b, when the pressure P<SB>0</SB>of the oxidation electrode of the stack 111 becomes an oxidation electrode side specified value Po<SB>1</SB>smaller than the pressure P<SB>A</SB>of the surrounding atmosphere of the stack 111, controls to close the valves 149a-149c so as to seal and cut the fuel electrode side of the stack 111. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体高分子形燃料電池発電システムに関する。   The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell power generation system.

従来の固体高分子形燃料電池発電システムの概略構成を図10に示す。
図10に示すように、プロトン伝導性を有する固体高分子膜をガス透過性及び導電性を有する燃料極及び酸化極で挟んだセルを複数積層したスタック11の燃料ガス供給部には、燃料ガスである水素ガス2を送給する水素ガスボンベ21が圧調弁29aを介して接続されている。上記圧調弁29aと上記スタック11の燃料ガス供給部との間には、水素ガス2を加湿する加湿器22が配設されている。上記加湿器22と上記スタック11の燃料ガス供給部との間には、接続弁29bが介在している。
A schematic configuration of a conventional polymer electrolyte fuel cell power generation system is shown in FIG.
As shown in FIG. 10, the fuel gas supply section of the stack 11 in which a plurality of cells sandwiching a solid polymer membrane having proton conductivity between a gas permeable and conductive fuel electrode and an oxidation electrode are stacked includes a fuel gas A hydrogen gas cylinder 21 for supplying the hydrogen gas 2 is connected via a pressure regulating valve 29a. A humidifier 22 for humidifying the hydrogen gas 2 is disposed between the pressure regulating valve 29a and the fuel gas supply unit of the stack 11. A connection valve 29b is interposed between the humidifier 22 and the fuel gas supply part of the stack 11.

前記スタック11の酸化ガス供給部には、酸化ガスである酸素ガス3を送給する酸素ガスボンベ31が圧調弁39aを介して接続されている。上記圧調弁39aと上記スタック11の酸化ガス供給部との間には、酸素ガス3を加湿する加湿器32が配設されている。上記加湿器32と上記スタック11の酸化ガス供給部との間には、接続弁39bが介在している。   An oxygen gas cylinder 31 for supplying oxygen gas 3 as an oxidizing gas is connected to the oxidizing gas supply section of the stack 11 via a pressure regulating valve 39a. A humidifier 32 for humidifying the oxygen gas 3 is disposed between the pressure regulating valve 39a and the oxidizing gas supply unit of the stack 11. A connection valve 39b is interposed between the humidifier 32 and the oxidizing gas supply unit of the stack 11.

前記スタック11の燃料ガス排出部には、ドレンポット23が接続弁29cを介して接続されている。上記スタック11の酸化ガス排出部には、ドレンポット33が接続弁39cを介して接続されている。   A drain pot 23 is connected to the fuel gas discharge portion of the stack 11 via a connection valve 29c. A drain pot 33 is connected to the oxidizing gas discharge portion of the stack 11 via a connection valve 39c.

前記スタック11の燃料ガス供給部と前記接続弁29bとの間には、不活性ガスである窒素ガス4を送給する窒素ガスボンベ41が圧調弁49aを介して接続されている。上記圧調弁49aと上記スタック11の燃料ガス供給部との間には、窒素ガス4を加湿する加湿器42が配設されている。上記加湿器42と上記スタック11の燃料ガス供給部との間には、接続弁49bが介在している。   A nitrogen gas cylinder 41 for feeding nitrogen gas 4 as an inert gas is connected between the fuel gas supply unit of the stack 11 and the connection valve 29b via a pressure regulating valve 49a. A humidifier 42 for humidifying the nitrogen gas 4 is disposed between the pressure regulating valve 49a and the fuel gas supply unit of the stack 11. A connection valve 49b is interposed between the humidifier 42 and the fuel gas supply unit of the stack 11.

前記スタック11の酸化ガス供給部と前記接続弁39bとの間には、窒素ガスボンベ51が圧調弁59aを介して接続されている。上記圧調弁59aと上記スタック11の酸化ガス供給部との間には、窒素ガス4を加湿する加湿器52が配設されている。上記加湿器52と上記スタック11の酸化ガス供給部との間には、接続弁59bが介在している。   A nitrogen gas cylinder 51 is connected between the oxidizing gas supply part of the stack 11 and the connection valve 39b via a pressure regulating valve 59a. A humidifier 52 for humidifying the nitrogen gas 4 is disposed between the pressure regulating valve 59a and the oxidizing gas supply unit of the stack 11. A connection valve 59b is interposed between the humidifier 52 and the oxidizing gas supply unit of the stack 11.

このような従来の固体高分子形燃料電池発電システム10の作動を次に説明する。
発電運転を行う場合には、前記圧調弁29aで圧調して前記接続弁29b,29cを開放することにより、前記水素ガスボンベ21から水素ガス2が送出されて、前記加湿器22内の水1中へ送給されて飽和状態にまで加湿された後、前記スタック11の燃料ガス供給部へ供給されると共に、前記圧調弁39aで圧調して前記接続弁39b,39cを開放することにより、前記酸素ガスボンベ31から酸素ガス3が送出されて、前記加湿器32内の水1中へ送給されて飽和状態にまで加湿された後、前記スタック11の酸化ガス供給部へ供給され、当該水素ガス2と当該酸素ガス3とが当該スタック11内で電気化学的に反応して、電力が得られる。
Next, the operation of the conventional polymer electrolyte fuel cell power generation system 10 will be described.
When performing the power generation operation, the pressure regulating valve 29a is used to regulate the pressure, and the connection valves 29b and 29c are opened, so that the hydrogen gas 2 is sent from the hydrogen gas cylinder 21 and the water in the humidifier 22 is discharged. 1 is supplied to the fuel gas supply section of the stack 11 and is pressurized by the pressure regulating valve 39a to open the connection valves 39b and 39c. The oxygen gas 3 is sent out from the oxygen gas cylinder 31 and fed into the water 1 in the humidifier 32 and is humidified to a saturated state, and then supplied to the oxidizing gas supply unit of the stack 11. The hydrogen gas 2 and the oxygen gas 3 react electrochemically in the stack 11 to obtain electric power.

前記スタック11内で上記電気化学反応に関与しなかった残余の水素ガス2は、上記電気化学反応によって生じた余剰の水1等と共に当該スタック11の燃料ガス排出部から排出され、前記ドレンポット23で上記水1を除去された後、再利用等される。また、前記スタック11内で上記電気化学反応に関与しなかった残余の酸素ガス3は、上記電気化学反応によって生じた余剰の水1等と共に当該スタック11の酸化ガス排出部から排出され、前記ドレンポット33で上記水1を除去された後、再利用等される。   The remaining hydrogen gas 2 that did not participate in the electrochemical reaction in the stack 11 is discharged from the fuel gas discharge portion of the stack 11 together with the excess water 1 and the like generated by the electrochemical reaction, and the drain pot 23 Then, the water 1 is removed and then reused. Further, the remaining oxygen gas 3 not involved in the electrochemical reaction in the stack 11 is discharged from the oxidizing gas discharge portion of the stack 11 together with the excess water 1 and the like generated by the electrochemical reaction, and the drain After the water 1 is removed in the pot 33, it is reused.

そして、発電運転を停止する場合には、前記弁29a,29b,39a,39bを閉鎖して、前記スタック11内への前記水素ガスボンベ21からの水素ガス2及び前記酸素ガスボンベ31からの酸素ガス3の供給を停止した後、前記圧調弁49a,59aで圧調して前記接続弁49b,59bを開放して、前記窒素ガスボンベ41,51から窒素ガス4を送給し、前記加湿器42,52内の水1中へ送給して飽和状態にまで加湿した後、前記スタック11の燃料ガス供給部及び酸化ガス供給部へ供給し、当該スタック11内に残存する水素ガス2及び酸素ガス3を燃料ガス排出部及び酸化ガス排出部からパージすると共に、当該スタック11内を窒素ガス4に置換したら、前記弁29c,39c,49a,49b,59a,59bを閉鎖して、当該スタック11内を飽和水蒸気の窒素ガス4の雰囲気とすることにより、セルの固体高分子膜の乾燥を防止しつつ、残存する水素ガス2及び酸素ガス3による余計な反応に伴う固体高分子膜や電極中の触媒等の劣化を抑制するようにしている(例えば、下記特許文献1等参照)。   When stopping the power generation operation, the valves 29a, 29b, 39a, 39b are closed, and the hydrogen gas 2 from the hydrogen gas cylinder 21 and the oxygen gas 3 from the oxygen gas cylinder 31 into the stack 11 are closed. After the supply of gas is stopped, the pressure regulating valves 49a and 59a are used to regulate the pressure, the connection valves 49b and 59b are opened, the nitrogen gas 4 is fed from the nitrogen gas cylinders 41 and 51, and the humidifiers 42, After being fed into the water 1 in the water 52 and humidified to a saturated state, the hydrogen gas 2 and the oxygen gas 3 remaining in the stack 11 are supplied to the fuel gas supply unit and the oxidizing gas supply unit of the stack 11. Is purged from the fuel gas discharge portion and the oxidizing gas discharge portion, and when the inside of the stack 11 is replaced with the nitrogen gas 4, the valves 29c, 39c, 49a, 49b, 59a, 59b are closed. By making the inside of the stack 11 an atmosphere of nitrogen gas 4 of saturated water vapor, the solid polymer accompanying an extra reaction with the remaining hydrogen gas 2 and oxygen gas 3 while preventing the solid polymer film of the cell from being dried Degradation of a catalyst or the like in the membrane or electrode is suppressed (for example, see Patent Document 1 below).

特開平6−251788号公報JP-A-6-251788 特開2007−265786号公報JP 2007-265786 A

前述したような従来の固体高分子形燃料電池発電システム10においては、発電運転を停止した後に、スタック11内に残存している水素ガス2及び酸素ガス3を窒素ガス4でパージして、当該スタック11内を窒素ガス4に置換するため、発電運転を停止するにあたって、窒素ガス4を大量に使用してしまうことから(スタック11の前記ガス2,3の流路系の容積の約4〜5倍)、発電運転の起動と停止とを長期にわたって頻繁に繰り返すような場合、窒素ガス4の使用量が非常に多くなり、ランニングコストが高くなってしまうと共に、窒素ガスボンベ41,51を多数本設置したり、窒素ガスボンベ41,51の大容量化を図ったりしなければならず、多大な設置スペースが必要になってしまう。   In the conventional polymer electrolyte fuel cell power generation system 10 as described above, after stopping the power generation operation, the hydrogen gas 2 and the oxygen gas 3 remaining in the stack 11 are purged with the nitrogen gas 4, In order to replace the inside of the stack 11 with the nitrogen gas 4, when the power generation operation is stopped, a large amount of the nitrogen gas 4 is used (about 4 to 4 times the volume of the flow path system of the gas 2 and 3 of the stack 11). 5 times), when the start and stop of the power generation operation are repeated frequently over a long period of time, the amount of nitrogen gas 4 used becomes very large, the running cost becomes high, and a large number of nitrogen gas cylinders 41 and 51 are used. It is necessary to install or to increase the capacity of the nitrogen gas cylinders 41 and 51, which requires a large installation space.

このようなことから、本発明は、発電運転の停止時に使用する不活性ガスの使用量を大幅に低減して、設置スペースを小さくすることができる固体高分子形燃料電池発電システムを提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a polymer electrolyte fuel cell power generation system that can greatly reduce the amount of inert gas used when power generation operation is stopped to reduce the installation space. With the goal.

前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、固体高分子膜を燃料極及び酸化極で挟んだセルが複数積層されて当該燃料極へ供給する燃料ガスの供給部及び排出部を有すると共に当該酸化極へ供給する酸化ガスの供給部及び排出部を有するスタックと、前記スタックの前記燃料ガス供給部へ弁を介して接続されて前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記スタックの前記酸化ガス供給部へ弁を介して接続されて前記酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、前記スタックの前記燃料ガス排出部へ弁を介して接続されて当該スタック内から前記ガスを当該スタックの外部へ排気する燃料ガス排気手段と、前記スタックの前記酸化ガス排出部へ弁を介して接続されて当該スタック内から前記酸化ガスを当該スタックの外部へ排気する酸化ガス排気手段と、前記スタックの前記酸化極側の圧力を計測する酸化極側圧力計測手段と、前記スタックの酸化極側の前記酸化ガスを消費させるように当該スタックの内部での当該酸化ガスと前記燃料ガスとの電気化学的反応を生じさせる自己消費手段と、発電運転停止信号に基づいて、前記スタックの前記酸化極側への前記酸化ガスの供給を停止するように前記酸化ガス供給手段の前記弁を閉鎖制御すると共に、当該スタックの当該酸化極側からの前記酸化ガスの排気を停止するように前記酸化ガス排気手段の前記弁を閉鎖制御した後、当該スタックの当該酸化極側の前記酸化ガスを消費させるように前記自己消費手段を作動制御し、前記酸化極側圧力計測手段からの情報に基づいて、当該スタックの当該酸化極側の圧力POが当該スタックの周辺雰囲気の圧力PAよりも小さい酸化極側規定値PO1になると、当該スタックの前記燃料極側への前記燃料ガスの供給を停止するように前記燃料ガス供給手段の上記弁を閉鎖制御すると共に、当該スタックの当該酸化極側からの前記燃料ガスの排気を停止するように前記燃料ガス排気手段の前記弁を閉鎖制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。 The solid polymer fuel cell power generation system according to the first invention for solving the above-described problem is a plurality of cells in which a solid polymer film is sandwiched between a fuel electrode and an oxidation electrode and are supplied to the fuel electrode. A fuel gas supply unit and a discharge unit, and a stack having an oxidation gas supply unit and a discharge unit for supplying the fuel gas to the oxidation electrode, and the fuel gas connected to the fuel gas supply unit of the stack via a valve A fuel gas supply means for supplying the oxidizing gas supply means connected to the oxidizing gas supply section of the stack via a valve and a valve for supplying the oxidizing gas to the fuel gas discharge section of the stack A fuel gas exhaust means connected to exhaust the gas from the stack to the outside of the stack, and connected to the oxidant gas discharge section of the stack via a valve and connected to the front from the stack; An oxidizing gas exhausting means for exhausting the oxidizing gas to the outside of the stack, an oxidizing electrode side pressure measuring means for measuring the pressure on the oxidizing electrode side of the stack, and the oxidizing gas on the oxidizing electrode side of the stack are consumed. The self-consumption means for causing an electrochemical reaction between the oxidizing gas and the fuel gas inside the stack, and the supply of the oxidizing gas to the oxidation electrode side of the stack based on the power generation operation stop signal The valve of the oxidizing gas supply means is controlled to be closed, and the valve of the oxidizing gas exhaust means is controlled to be closed so as to stop the exhaust of the oxidizing gas from the oxidation electrode side of the stack. Thereafter, the self-consumption means is operated and controlled to consume the oxidation gas on the oxidation electrode side of the stack, and based on the information from the oxidation electrode side pressure measurement means, When the pressure P O of the oxidizing electrode side of the tuck is a pressure P A small oxidizing electrode side specified value P O1 than the atmosphere around the stack, to stop the supply of the fuel gas to the fuel electrode side of the stack Control means for controlling the closing of the valve of the fuel gas supply means, and closing the valve of the fuel gas exhaust means so as to stop the exhaust of the fuel gas from the oxidation electrode side of the stack. It is characterized by having.

第二番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第一番目の発明において、前記スタックの前記燃料極側の圧力を計測する燃料極側圧力計測手段を備えると共に、前記制御手段が、前記スタックの前記酸化極側の前記酸化ガスを消費させるように前記自己消費手段を作動制御した後、さらに、前記酸化極側圧力計測手段及び前記燃料極側圧力計測手段からの情報に基づいて、当該スタックの前記燃料極側の圧力PHを当該スタックの前記酸化極側の圧力POよりも大きくしつつ当該燃料極側の圧力PHと当該酸化極側の圧力POとの差圧ΔPを規定値以下とするように、前記燃料ガス供給手段からの前記燃料ガスの供給を制御するものであることを特徴とする。 A polymer electrolyte fuel cell power generation system according to a second aspect of the invention is the first aspect of the invention, comprising a fuel electrode side pressure measuring means for measuring the pressure on the fuel electrode side of the stack, and the control means After controlling the operation of the self-consumption means so that the oxidizing gas on the oxidation electrode side of the stack is consumed, and based on information from the oxidation electrode side pressure measurement means and the fuel electrode side pressure measurement means The differential pressure between the pressure P H on the fuel electrode side and the pressure P O on the oxidation electrode side while making the pressure P H on the fuel electrode side of the stack larger than the pressure P O on the oxidation electrode side of the stack The supply of the fuel gas from the fuel gas supply means is controlled so that ΔP is equal to or less than a specified value.

第三番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第二番目の発明において、前記スタックの前記燃料ガス供給部へ接続されて不活性ガスを供給する燃料極用不活性ガス供給手段を備えると共に、前記制御手段が、前記スタックの前記燃料極側への前記燃料ガスの供給を停止するように前記燃料ガス供給手段の前記弁を閉鎖制御すると共に、当該スタックの当該燃料極側からの前記燃料ガスの排気を停止するように前記燃料ガス排気手段の前記弁を閉鎖制御した後、さらに、前記燃料極側圧力計測手段からの情報に基づいて、当該スタックの当該燃料極側の圧力PHを当該スタックの前記周辺雰囲気の圧力PAとするように、前記燃料極用不活性ガス供給手段からの前記不活性ガスの供給を制御するものであることを特徴とする。 The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to a third aspect of the present invention is the solid polymer fuel cell power generation system according to the second aspect, wherein the inert gas supply means for the fuel electrode is connected to the fuel gas supply section of the stack and supplies an inert gas And the control means controls the closing of the valve of the fuel gas supply means so as to stop the supply of the fuel gas to the fuel electrode side of the stack, and from the fuel electrode side of the stack. After closing the valve of the fuel gas exhaust means so as to stop the exhaust of the fuel gas, and further, based on the information from the fuel electrode side pressure measuring means, the pressure on the fuel electrode side of the stack the P H to the pressure P a of the surrounding atmosphere of the stack, and characterized in that for controlling the supply of the inert gas from the inert gas supply means for the fuel electrode.

第四番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第二番目の発明において、前記制御手段が、前記スタックの前記酸化極側の圧力POが前記酸化極側規定値PO1になると、さらに、前記燃料極側圧力計測手段からの情報に基づいて、当該スタックの前記燃料極側の圧力PHを当該スタックの前記周辺雰囲気の圧力PAとするように、前記燃料ガス供給手段からの前記燃料ガスの供給を制御するものであることを特徴とする。 Polymer electrolyte fuel cell power generation system according to a fourth invention, in the second invention, the control means, the pressure P O is the oxidizing electrode side specified value P O1 of the oxidizing electrode side of the stack comprising the further based on information from the fuel electrode side pressure measuring means, the pressure P H of the fuel electrode side of the stack so that the pressure P a of the surrounding atmosphere of the stack, the fuel gas supply means It is characterized by controlling the supply of the fuel gas from.

第五番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第一番目の発明において、前記スタックの前記燃料極側の圧力を計測する燃料極側圧力計測手段を備えると共に、前記制御手段が、前記スタックの前記酸化極側の前記酸化ガスを消費させるように前記自己消費手段を作動制御した後、さらに、前記酸化極側圧力計測手段及び前記燃料極側圧力計測手段からの情報に基づいて、当該スタックの前記燃料極側の圧力PHを当該スタックの前記酸化極側の圧力POよりも大きくしつつ当該スタックの前記周辺雰囲気の圧力PAとなるように、前記燃料ガス供給手段からの前記燃料ガスの供給を制御するものであることを特徴とする。 A polymer electrolyte fuel cell power generation system according to a fifth aspect of the present invention includes, in the first aspect of the invention, provided with fuel electrode side pressure measuring means for measuring the pressure on the fuel electrode side of the stack, and the control means includes After controlling the operation of the self-consumption means so that the oxidizing gas on the oxidation electrode side of the stack is consumed, and based on information from the oxidation electrode side pressure measurement means and the fuel electrode side pressure measurement means , the pressure P H of the fuel electrode side of the stack so that the pressure P a of the surrounding atmosphere of the stack while greater than the pressure P O of the oxidizing electrode side of the stack, from the fuel gas supply means The fuel gas supply is controlled.

第六番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第一番目から第五番目の発明のいずれかにおいて、前記スタックの前記酸化ガス供給部へ接続されて不活性ガスを供給する酸化極用不活性ガス供給手段を備えると共に、前記制御手段が、前記スタックの前記酸化極側の圧力POが前記酸化極側規定値PO1になると、前記酸化極側圧力計測手段からの情報に基づいて、さらに、当該酸化極側の圧力POを当該スタックの前記周辺雰囲気の圧力PAとするように、前記酸化極用不活性ガス供給手段からの不活性ガスの供給を制御するものであることを特徴とする。 The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to a sixth aspect of the present invention is the oxidation system according to any one of the first to fifth aspects, wherein the oxidation gas is connected to the oxidizing gas supply section of the stack and supplies an inert gas. In addition to the electrode inert gas supply means, when the pressure P O on the oxidation electrode side of the stack reaches the oxidation electrode side specified value P O1 , the control means includes information from the oxidation electrode side pressure measurement means. based on further, those in which the pressure P O of the oxidizing electrode side to the pressure P a of the surrounding atmosphere of the stack, controls the supply of the inert gas from the inert gas supply means for the oxidizing electrode It is characterized by being.

第七番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第一番目から第六番目の発明のいずれかにおいて、前記酸化極側規定値PO1が、前記スタックの温度における飽和水蒸気圧であることを特徴とする。 The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to a seventh aspect of the present invention is the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to any one of the first to sixth aspects, wherein the oxidation electrode side specified value P O1 is a saturated water vapor pressure at the stack temperature. It is characterized by being.

第八番目の発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、第一番目から第七番目の発明のいずれかにおいて、前記スタックの前記周辺雰囲気の圧力PAが、大気圧であることを特徴とする。 Polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the 8th invention, characterized in that in any one of the seventh inventions FIRST, pressure P A of the surrounding atmosphere of the stack, is at atmospheric pressure And

本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムによれば、発電運転停止後に、酸化ガス供給手段及び酸化ガス排気手段の前記弁を閉鎖することにより、スタックの酸化極側を外部から遮断するように封じ切り、スタックの酸化極側に残存する水素ガスを自己消費手段で消費、すなわち、スタックの酸化極側に残存する水素ガスを当該スタック内で酸素ガスと電気化学的に反応させて消費させて、当該スタックの酸化極側から水素ガスを除去した後に、燃料ガス供給手段及び燃料ガス排気手段の前記弁を閉鎖することにより、スタックの燃料極側を封じ切ることから、スタック内から酸素ガスをパージするにあたって、使用する不活性ガスの量を従来よりも大幅に少なくすることができるので、発電運転の起動と停止とを長期にわたって頻繁に繰り返すような場合であっても、不活性ガスの使用量を大幅に抑えることができ、ランニングコストを低減させることができると共に、設置スペースを小さくすることができる。   According to the polymer electrolyte fuel cell power generation system of the present invention, the oxidation electrode side of the stack is shut off from the outside by closing the valves of the oxidation gas supply means and the oxidation gas exhaust means after the power generation operation is stopped. The hydrogen gas remaining on the oxidation electrode side of the stack is consumed by self-consumption means, that is, the hydrogen gas remaining on the oxidation electrode side of the stack is consumed by electrochemical reaction with oxygen gas in the stack. Then, after removing the hydrogen gas from the oxidation electrode side of the stack, the fuel gas supply means and the fuel gas exhaust means are closed to close the fuel electrode side of the stack. When purging the battery, the amount of inert gas used can be greatly reduced compared to the conventional method. Even when repeated, can be suppressed using amount of the inert gas significantly, it is possible to reduce the running cost, it is possible to reduce the installation space.

本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第一番目の実施形態の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of a polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the present invention. 図1の固体高分子形燃料電池発電システムの運転停止の際のスタック内部の燃料極側及び酸化極側の圧力変化を示すグラフである。2 is a graph showing changes in pressure on the fuel electrode side and the oxidation electrode side inside the stack when the operation of the polymer electrolyte fuel cell power generation system of FIG. 1 is stopped. 本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第二番目の実施形態の概略構成図である。It is a schematic block diagram of 2nd embodiment of the polymer electrolyte fuel cell power generation system which concerns on this invention. 図3の固体高分子形燃料電池発電システムの運転停止の際のスタック内部の燃料極側及び酸化極側の圧力変化を示すグラフである。It is a graph which shows the pressure change by the side of the fuel electrode inside a stack at the time of operation stop of the polymer electrolyte fuel cell power generation system of FIG. 本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの他の実施形態における運転停止の際のスタック内部の燃料極側及び酸化極側の圧力変化を示すグラフである。It is a graph which shows the pressure change by the side of the fuel electrode inside a stack at the time of operation stop in other embodiments of the polymer electrolyte fuel cell power generation system concerning the present invention. 本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第一番目の実施形態の他の例における運転停止の際のスタック内部の燃料極側及び酸化極側の圧力変化を示すグラフである。It is a graph which shows the pressure change by the side of the fuel electrode inside a stack at the time of operation stop in other examples of a 1st embodiment of a polymer electrolyte fuel cell power generation system concerning the present invention. 本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第二番目の実施形態の他の例における運転停止の際のスタック内部の燃料極側及び酸化極側の圧力変化を示すグラフである。It is a graph which shows the pressure change by the side of the fuel electrode inside a stack at the time of operation stop in other examples of a 2nd embodiment of a polymer electrolyte fuel cell power generation system concerning the present invention. 本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの他の実施形態の他の例における運転停止の際のスタック内部の燃料極側及び酸化極側の圧力変化を示すグラフである。It is a graph which shows the pressure change by the side of the fuel electrode inside a stack at the time of operation stop in other examples of other embodiments of a polymer electrolyte fuel cell power generation system concerning the present invention. 本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第一番目の実施形態のさらに他の例における運転停止の際のスタック内部の燃料極側及び酸化極側の圧力変化を示すグラフである。It is a graph which shows the pressure change by the side of the fuel electrode inside a stack at the time of the operation stop in the further another example of 1st embodiment of the polymer electrolyte fuel cell power generation system which concerns on this invention, and an oxidation electrode side. 従来の固体高分子形燃料電池発電システムの一例の概略構成図である。It is a schematic block diagram of an example of the conventional polymer electrolyte fuel cell power generation system.

本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの実施形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明は、図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。   Embodiments of a polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments described with reference to the drawings.

[第一番目の実施形態]
本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第一番目の実施形態を図1,2に基づいて説明する。
[First embodiment]
A first embodiment of a polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、プロトン伝導性を有する固体高分子膜をガス透過性及び導電性を有する燃料極及び酸化極で挟んだセルを複数積層したスタック111の燃料ガス供給部には、燃料ガスである水素ガス2を送給する水素ガスボンベ121が圧調弁129aを介して接続されている。上記圧調弁129aと上記スタック111の燃料ガス供給部との間には、水素ガス2を加湿する加湿器122が配設されている。上記加湿器122と上記スタック111の燃料ガス供給部との間には、接続弁129bが介在している。   As shown in FIG. 1, a fuel gas supply section of a stack 111 in which a plurality of cells each having a proton conductive solid polymer membrane sandwiched between a gas permeable and conductive fuel electrode and an oxidation electrode is stacked is provided with a fuel gas. A hydrogen gas cylinder 121 for supplying hydrogen gas 2 is connected via a pressure regulating valve 129a. A humidifier 122 that humidifies the hydrogen gas 2 is disposed between the pressure regulating valve 129 a and the fuel gas supply unit of the stack 111. A connection valve 129 b is interposed between the humidifier 122 and the fuel gas supply unit of the stack 111.

前記スタック111の酸化ガス供給部には、酸化ガスである酸素ガス3を送給する酸素ガスボンベ131が圧調弁139aを介して接続されている。上記圧調弁139aと上記スタック111の酸化ガス供給部との間には、酸素ガス3を加湿する加湿器132が配設されている。上記加湿器132と上記スタック111の酸化ガス供給部との間には、接続弁139bが介在している。   An oxygen gas cylinder 131 for supplying oxygen gas 3 as an oxidizing gas is connected to the oxidizing gas supply part of the stack 111 via a pressure regulating valve 139a. A humidifier 132 for humidifying the oxygen gas 3 is disposed between the pressure regulating valve 139a and the oxidizing gas supply unit of the stack 111. A connection valve 139b is interposed between the humidifier 132 and the oxidizing gas supply unit of the stack 111.

前記スタック111の燃料ガス排出部には、ドレンポット123が接続弁129cを介して接続されている。上記スタック111の酸化ガス排出部には、ドレンポット133が接続弁139cを介して接続されている。   A drain pot 123 is connected to the fuel gas discharge portion of the stack 111 via a connection valve 129c. A drain pot 133 is connected to the oxidizing gas discharge portion of the stack 111 via a connection valve 139c.

前記スタック111の燃料ガス供給部と前記接続弁129bとの間には、不活性ガスである窒素ガス4を送給する窒素ガスボンベ141が圧調弁149a及び接続弁149bを介して接続されている。前記スタック111の酸化ガス供給部と前記接続弁139bとの間には、窒素ガスボンベ151が圧調弁159a及び接続弁159bを介して接続されている。   A nitrogen gas cylinder 141 for supplying nitrogen gas 4 as an inert gas is connected between the fuel gas supply unit of the stack 111 and the connection valve 129b via a pressure regulating valve 149a and a connection valve 149b. . A nitrogen gas cylinder 151 is connected between the oxidizing gas supply part of the stack 111 and the connection valve 139b via a pressure regulating valve 159a and a connection valve 159b.

前記スタック111には、各種の外部負荷L及び自己消費用の抵抗181が切換スイッチ182を介して電気的に接続されており、当該切換スイッチ182は、上記スタック111に対する上記外部負荷Lと当該抵抗181との電気的な接続を切り換えることができるようになっている。   Various external loads L and a self-consuming resistor 181 are electrically connected to the stack 111 via a changeover switch 182, and the changeover switch 182 includes the external load L and the resistance for the stack 111. The electrical connection with 181 can be switched.

また、前記スタック111の燃料ガス供給部と前記接続弁129b,149bとの間には、燃料極側圧力計測手段である圧力計192aが配設されている。前記スタック111の酸化ガス供給部と前記接続弁139b,159bとの間には、酸化極側圧力計測手段である圧力計192bが配設されている。これら圧力計192a,192bは、制御手段である制御装置191の入力部にそれぞれ電気的に接続している。   A pressure gauge 192a, which is a fuel electrode side pressure measuring means, is disposed between the fuel gas supply section of the stack 111 and the connection valves 129b and 149b. Between the oxidizing gas supply part of the stack 111 and the connection valves 139b and 159b, a pressure gauge 192b which is an oxidation electrode side pressure measuring means is disposed. These pressure gauges 192a and 192b are electrically connected to the input unit of the control device 191 which is a control means.

前記制御装置191の出力部は、前記弁1129a〜129c,139a〜139c,149a,149b,159a,159b及び前記切換スイッチ182に電気的に接続しており、当該制御装置191は、上記圧力計192a,192bからの情報等に基づいて、上記弁129a〜129c,139a〜139c,149a,149b,159a,159bの開閉作動及び上記切換スイッチ182の切換作動等を制御することができるようになっている(詳細は後述する)。   The output unit of the control device 191 is electrically connected to the valves 1129a to 129c, 139a to 139c, 149a, 149b, 159a, 159b and the changeover switch 182, and the control device 191 includes the pressure gauge 192a. , 192b and the like, the opening / closing operation of the valves 129a to 129c, 139a to 139c, 149a, 149b, 159a, 159b and the switching operation of the changeover switch 182 can be controlled. (Details will be described later).

なお、本実施形態においては、前記水素ガスボンベ121、前記加湿器122、前記圧調弁129a、前記接続弁129b等により、本発明に係る燃料ガス供給手段を構成し、前記酸素ガスボンベ131、前記加湿器132、前記圧調弁139a、前記接続弁139b等により、本発明に係る酸化ガス供給手段を構成し、前記ドレンポット123、前記接続弁129c等により、本発明に係る燃料ガス排気手段を構成し、前記ドレンポット133、前記接続弁139c等により、本発明に係る酸化ガス排気手段を構成し、前記窒素ガスボンベ141、前記圧調弁149a、前記接続弁149b等により、本発明に係る燃料極用不活性ガス供給手段を構成し、前記窒素ガスボンベ151、前記圧調弁159a、前記接続弁159b等により、本発明に係る酸化極用不活性ガス供給手段を構成し、前記抵抗181、切換スイッチ182等により、本発明に係る自己消費手段を構成している。   In the present embodiment, the hydrogen gas cylinder 121, the humidifier 122, the pressure regulating valve 129a, the connection valve 129b, and the like constitute a fuel gas supply means according to the present invention, and the oxygen gas cylinder 131, the humidifier The oxidant gas supply means according to the present invention is constituted by the vessel 132, the pressure regulating valve 139a, the connection valve 139b, etc., and the fuel gas exhaust means according to the present invention is constituted by the drain pot 123, the connection valve 129c, etc. The drain pot 133, the connection valve 139c, etc. constitute an oxidizing gas exhaust means according to the present invention, and the nitrogen gas cylinder 141, the pressure regulating valve 149a, the connection valve 149b, etc. constitute the fuel electrode according to the present invention. The inert gas supply means is used, and the nitrogen gas cylinder 151, the pressure regulating valve 159a, the connection valve 159b, etc. Configure the oxidizing electrode inert gas supply means according to the light, the resistor 181, the changeover switch 182, etc., constitute the quiescent means in accordance with the present invention.

このような本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム100の作動を次に説明する。   Next, the operation of the polymer electrolyte fuel cell power generation system 100 according to this embodiment will be described.

発電運転を開始する旨の信号が制御装置191に入力されると、当該制御装置191は、前記スタック111を外部負荷Lに接続するように前記切換スイッチ182を切換制御すると共に、前記圧力計192a,192bからの情報に基づいて、前記スタック111内に水素ガス2及び酸素ガス3を規定の運転圧力PD(例えば、約100〜600kPa(abs))で供給するように、前記圧調弁129a,139aの圧調制御及び前記接続弁129b,129c,139b,139cを開放制御する。 When a signal to start the power generation operation is input to the control device 191, the control device 191 controls the changeover switch 182 to connect the stack 111 to the external load L, and the pressure gauge 192a. , 192b, the pressure regulating valve 129a is supplied so that the hydrogen gas 2 and the oxygen gas 3 are supplied into the stack 111 at a specified operating pressure P D (for example, about 100 to 600 kPa (abs)). , 139a and open control of the connection valves 129b, 129c, 139b, 139c.

これにより、前記水素ガスボンベ121から送出された水素ガス2は、前記加湿器122内の水1中へ供給されて飽和状態にまで加湿され、前記スタック111の燃料ガス供給部へ供給されると共に、前記酸素ガスボンベ131から送出された酸素ガス3は、前記加湿器132内の水1中へ供給されて飽和状態にまで加湿され、前記スタック111の酸化ガス供給部へ供給されて、当該水素ガス2と当該酸素ガス3とが当該スタック111内で電気化学的に反応し、当該スタック111から外部負荷Lに対して給電することができる。   Thereby, the hydrogen gas 2 delivered from the hydrogen gas cylinder 121 is supplied into the water 1 in the humidifier 122 and is humidified to a saturated state, and is supplied to the fuel gas supply unit of the stack 111. The oxygen gas 3 sent out from the oxygen gas cylinder 131 is supplied into the water 1 in the humidifier 132 and is humidified to a saturated state, and is supplied to the oxidizing gas supply unit of the stack 111, so that the hydrogen gas 2 And the oxygen gas 3 react electrochemically in the stack 111, and power can be supplied from the stack 111 to the external load L.

そして、前記スタック111内で上記電気化学反応に関与しなかった残余の水素ガス2は、上記電気化学反応によって生じた余剰の水1等と共に当該スタック111の燃料ガス排出部から排出され、前記ドレンポット123で上記水1を除去された後、再利用等される。また、前記スタック111内で上記電気化学反応に関与しなかった残余の酸素ガス3は、上記電気化学反応によって生じた余剰の水1等と共に当該スタック111の酸化ガス排出部から排出され、前記ドレンポット133で上記水1を除去された後、再利用等される。   Then, the remaining hydrogen gas 2 that did not participate in the electrochemical reaction in the stack 111 is discharged from the fuel gas discharge section of the stack 111 together with the excess water 1 and the like generated by the electrochemical reaction, and the drain After the water 1 is removed in the pot 123, it is reused. Further, the remaining oxygen gas 3 that did not participate in the electrochemical reaction in the stack 111 is discharged from the oxidizing gas discharge section of the stack 111 together with the excess water 1 and the like generated by the electrochemical reaction, and the drain After the water 1 is removed in the pot 133, it is reused.

このようにして発電運転を行なっている際に、発電運転を停止する旨の信号が前記制御装置191に入力されると、当該制御装置191は、前記弁139a〜139cを閉鎖するように制御して、前記スタック111の酸化極側への前記酸素ガスボンベ131からの酸素ガス3の供給を停止すると共に、当該スタック111の酸化極側からの酸素ガス3の排気を停止することにより、当該スタック111の酸化極側(酸素ガス3の流通系統)を外部から遮断し、さらに、当該スタック111を前記抵抗181に接続するように前記切換スイッチ182を切換制御する。   When a power generation operation stop signal is input to the control device 191 during the power generation operation, the control device 191 controls the valves 139a to 139c to close. Thus, the supply of the oxygen gas 3 from the oxygen gas cylinder 131 to the oxidation electrode side of the stack 111 is stopped, and the exhaust of the oxygen gas 3 from the oxidation electrode side of the stack 111 is stopped, whereby the stack 111 The oxidation switch side (the flow system of the oxygen gas 3) is shut off from the outside, and the changeover switch 182 is controlled to be connected so that the stack 111 is connected to the resistor 181.

これにより、前記スタック111の酸化極側に残存する酸素ガス3は、スタック111内で水素ガス2と電気化学的反応を生じて上記抵抗181で電力消費されることで消費されて減少し、これに併せて、図2に示すように、当該スタック111の酸化極側の圧力Poも減少する。   As a result, the oxygen gas 3 remaining on the oxidation electrode side of the stack 111 is consumed and reduced by causing an electrochemical reaction with the hydrogen gas 2 in the stack 111 and being consumed by the resistor 181. At the same time, as shown in FIG. 2, the pressure Po on the oxidation electrode side of the stack 111 also decreases.

すると、前記制御装置191は、前記圧力計192a,192bからの情報に基づいて、前記スタック111の燃料極側の圧力PHを当該スタック111の酸化極側の圧力POよりも大きくしつつ(PH>PO)当該燃料極側の圧力PHと当該酸化極側の圧力POとの差圧ΔP(PH−PO)を規定値(例えば、20kPa(abs))以下とするように、前記圧調弁129aの圧調制御を行って、前記水素ガスボンベ121からの水素ガス2の供給を制御する。 Then, the control device 191, the pressure gauge 192a, based on information from 192b, while the pressure P H of the fuel electrode side of the stack 111 is larger than the pressure P O of the oxidizing electrode side of the stack 111 ( P H > P O ) The pressure difference ΔP (P H −P O ) between the pressure P H on the fuel electrode side and the pressure P O on the oxidation electrode side is set to a specified value (for example, 20 kPa (abs)) or less. In addition, the pressure control of the pressure control valve 129 a is performed to control the supply of the hydrogen gas 2 from the hydrogen gas cylinder 121.

このようにして前記スタック111の酸化極側の酸素ガス3を自己消費していき、当該スタック111の酸化極側に残存する酸素ガス3がほぼすべて(99%以上)消費されて、当該スタック111の酸化極側の圧力POが当該スタック111の周辺雰囲気の圧力PA(例えば、大気圧(約100kPa(abs)))よりも小さい酸化極側規定値PO1(例えば、スタック111の温度(約10〜80℃)における飽和水蒸気圧(約1〜50kPa(abs))程度)になると、前記制御装置191は、前記圧力計192a,192bからの情報に基づいて、前記スタック111の燃料極側への前記水素ガスボンベ141からの水素ガス2の供給を停止するように前記弁129a,129bを閉鎖制御する。 In this way, the oxygen gas 3 on the oxidation electrode side of the stack 111 is self-consumed, and almost all (99% or more) of the oxygen gas 3 remaining on the oxidation electrode side of the stack 111 is consumed. the pressure P a of the surrounding atmosphere of pressure P O of the oxidizing electrode side the stack 111 (e.g., atmospheric pressure (about 100 kPa (abs))) of less oxidizing electrode side specified value P O1 (e.g. than, the temperature of the stack 111 ( When the saturated water vapor pressure (about 1 to 50 kPa (abs)) at about 10 to 80 ° C. is reached, the control device 191 determines the fuel electrode side of the stack 111 based on information from the pressure gauges 192a and 192b. The valves 129a and 129b are controlled to be closed so that the supply of the hydrogen gas 2 from the hydrogen gas cylinder 141 to is stopped.

続いて、前記制御装置191は、前記圧力計192a,192bからの情報に基づいて、前記スタック111の燃料極側及び酸化極側に前記窒素ガスボンベ131,141からの窒素ガス4を供給するように、前記圧調弁149a,159aを圧調制御すると共に、前記接続弁149b,159bを開放制御する。   Subsequently, the control device 191 supplies the nitrogen gas 4 from the nitrogen gas cylinders 131 and 141 to the fuel electrode side and the oxidation electrode side of the stack 111 based on information from the pressure gauges 192a and 192b. The pressure control valves 149a and 159a are pressure-controlled and the connection valves 149b and 159b are controlled to be opened.

そして、前記スタック111の燃料極側の圧力PH及び酸化極側の圧力POが窒素ガス4により当該スタック111の周辺雰囲気の圧力PA(例えば、大気圧(約100kPa(abs)))にまで達すると、前記制御装置191は、前記圧力計192a,192bからの情報に基づいて、前記弁149a,149b,159a,159bを閉鎖制御し、当該スタック111の燃料極側及び酸化極側を当該スタック111の上記周辺雰囲気の圧力PAで窒素ガス4に置換(窒素ガス雰囲気化)する。 The pressure P H on the fuel electrode side and the pressure P O on the oxidation electrode side of the stack 111 are changed to the pressure P A (for example, atmospheric pressure (about 100 kPa (abs))) around the stack 111 by the nitrogen gas 4. The control device 191 performs the closing control of the valves 149a, 149b, 159a, 159b based on the information from the pressure gauges 192a, 192b, and controls the fuel electrode side and the oxidation electrode side of the stack 111. substituted nitrogen gas 4 at a pressure P a of the ambient atmosphere of the stack 111 to (a nitrogen gas atmosphere of).

つまり、従来は、発電運転停止後に、スタック11内に窒素ガス4を送給して当該スタック11内に残存する水素ガス2及び酸素ガス3を外部へパージすることにより、当該スタック11内から上記ガス2,3を除去すると同時に当該スタック11内を窒素ガス4で置換するようにしていたが、本実施形態では、発電運転停止後に、スタック111の酸化極側を外部から遮断するように封じ切って当該スタック111の酸化極側に残存する酸素ガス3を自己消費、すなわち、スタック111の酸化極側に残存する酸素ガス3を当該スタック111内で水素ガス2と電気化学的に反応させて消費させることにより、当該スタック111の酸化極側から酸素ガス3を除去すると共に、当該酸素ガス3の自己消費に伴う当該スタック111の酸化極側の圧力低下に合わせて、当該スタック111の燃料極側へ供給する水素ガス2の圧力も低下させることにより、当該スタック111の燃料極側からも水素ガス2を除去した後、当該スタック111の酸化極側及び燃料極側に窒素ガス4を供給して当該スタック111内を窒素ガス4で置換するようにしたのである。   That is, conventionally, after the power generation operation is stopped, the nitrogen gas 4 is supplied into the stack 11 and the hydrogen gas 2 and the oxygen gas 3 remaining in the stack 11 are purged to the outside. At the same time that the gases 2 and 3 are removed, the inside of the stack 11 is replaced with the nitrogen gas 4. However, in this embodiment, after the power generation operation is stopped, the oxidation electrode side of the stack 111 is sealed off from the outside. Thus, the oxygen gas 3 remaining on the oxidation electrode side of the stack 111 is self-consumed, that is, the oxygen gas 3 remaining on the oxidation electrode side of the stack 111 is electrochemically reacted with the hydrogen gas 2 in the stack 111 and consumed. As a result, the oxygen gas 3 is removed from the oxidation electrode side of the stack 111, and the oxidation electrode of the stack 111 accompanying self-consumption of the oxygen gas 3 is removed. The pressure of the hydrogen gas 2 supplied to the fuel electrode side of the stack 111 is also reduced in accordance with the decrease in the pressure of the stack 111, thereby removing the hydrogen gas 2 from the fuel electrode side of the stack 111 and The nitrogen gas 4 is supplied to the electrode side and the fuel electrode side so that the inside of the stack 111 is replaced with the nitrogen gas 4.

このため、本実施形態においては、前記スタック111内に供給する窒素ガス4の量を従来よりも大幅に少なくすることができる(スタック111の前記ガス2,3の流路系の容積の1〜1.5倍程度)ので、発電運転の起動と停止とを長期にわたって頻繁に繰り返すような場合であっても、窒素ガス4の使用量を大幅に抑えることができ、ランニングコストを低減させることができると共に、窒素ガスボンベ141,151を省スペースで設置することができる。   For this reason, in the present embodiment, the amount of nitrogen gas 4 supplied into the stack 111 can be significantly reduced compared to the prior art (1 to 1 of the volume of the flow path system of the gases 2 and 3 of the stack 111). Therefore, even if the start and stop of the power generation operation are repeated frequently over a long period of time, the amount of nitrogen gas 4 used can be greatly reduced, and the running cost can be reduced. In addition, the nitrogen gas cylinders 141 and 151 can be installed in a space-saving manner.

したがって、本実施形態によれば、発電運転の停止時に使用する窒素ガス4の使用量を大幅に低減することができると共に、設置スペースを小さくすることができる。   Therefore, according to the present embodiment, the amount of nitrogen gas 4 used when the power generation operation is stopped can be greatly reduced, and the installation space can be reduced.

また、前記スタック111内に窒素ガス4を流通させて水素ガス2及び酸素ガス3をパージする必要がなく、当該スタック111への窒素ガス4の供給量を必要最小限量で抑えることができるので、当該スタック111へ供給する窒素ガス4を加湿しなくても、当該スタック111のセルの固体高分子膜を乾燥させて劣化させてしまうことがない。このため、従来のような窒素ガス4用の加湿器42,52等を省略することができるので、設置スペースのさらなるコンパクト化を図ることができる。   Further, it is not necessary to circulate the nitrogen gas 4 in the stack 111 to purge the hydrogen gas 2 and the oxygen gas 3, and the supply amount of the nitrogen gas 4 to the stack 111 can be suppressed to the minimum necessary amount. Even if the nitrogen gas 4 supplied to the stack 111 is not humidified, the solid polymer film of the cells of the stack 111 is not dried and deteriorated. For this reason, since the humidifiers 42 and 52 for the nitrogen gas 4 as in the prior art can be omitted, the installation space can be further reduced in size.

また、ブロア等の補器動力を利用することなく酸素ガス3等を自己消費させることができることから、装置コストの上昇を抑えることができると共に、自己消費に要する電力を不要とすることができるので、システム全体の消費電力を削減することができ、システム全体の効率を高めることができる。   In addition, since oxygen gas 3 and the like can be self-consumed without using auxiliary power such as a blower, an increase in device cost can be suppressed and power required for self-consumption can be eliminated. The power consumption of the entire system can be reduced, and the efficiency of the entire system can be increased.

また、前記スタック111の燃料極側の圧力PHを当該スタック111の酸化極側の圧力POよりも大きくしつつ水素ガス2の供給量を減少させるようにしたことから、当該スタック111内で生成した前記水1の有無等による当該スタック111の燃料極側及び酸化極側の容積のそれぞれの変化に左右されることなく燃料極側の水素ガス2の量を酸化極側の酸素ガス3の量よりも常に多くしながら減少させることができるので、当該スタック111での前記電気化学反応(2H2+O2→2H2O)による上記酸化極側からの酸素ガス3の除去をより確実に行うことができ(99%以上除去)、当該酸化極側に残留する酸素ガス3が水素極側に拡散することによる発電運転起動時の不適合(セル内に高電位箇所が局所的に発生して触媒に電気腐食を生じさせるおそれ)を未然に防止することが簡単にできる。 Further, since the supply amount of the hydrogen gas 2 is reduced while the pressure P H on the fuel electrode side of the stack 111 is made larger than the pressure P O on the oxidation electrode side of the stack 111, The amount of hydrogen gas 2 on the fuel electrode side of the oxygen electrode 3 on the oxidation electrode side is not affected by changes in the volume on the fuel electrode side and the oxidation electrode side of the stack 111 due to the presence or absence of the generated water 1. Since it can be decreased while always increasing the amount, the removal of the oxygen gas 3 from the oxidation electrode side by the electrochemical reaction (2H 2 + O 2 → 2H 2 O) in the stack 111 is more reliably performed. (99% or more removed), oxygen gas 3 remaining on the oxidation electrode side diffuses to the hydrogen electrode side, causing incompatibility at the start of power generation operation (high potential spots are generated locally in the cell and the catalyst To electricity It is easy to prevent the risk of causing corrosion).

[第二番目の実施形態]
本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムの第二番目の実施形態を図3,4に基づいて説明する。ただし、前述した実施形態の場合と同様な部分については、前述した実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した実施形態での説明と重複する説明を省略する。
[Second Embodiment]
A second embodiment of the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the present invention will be described with reference to FIGS. However, for the same parts as those in the above-described embodiment, the same reference numerals as those used in the description of the above-described embodiment are used, thereby omitting the description overlapping with the description in the above-described embodiment.

図3に示すように、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム200は、前述した第一番目の実施形態に係る固体高分子電解質形燃料電池発電システム100において、前記窒素ガスボンベ141、前記圧調弁149a、前記接続弁149b等の燃料極用不活性ガス供給手段を省くと共に、前記制御装置191に代えて、前記圧力計192a,192bからの情報等に基づいて、前記弁129a〜129c,139a〜139c,159a,159bの開閉作動及び前記切換スイッチ182の切換作動等の制御を行う(詳細は後述する)制御手段である制御装置291を設けるようにしたものである。   As shown in FIG. 3, the polymer electrolyte fuel cell power generation system 200 according to the present embodiment is the same as that of the solid polymer electrolyte fuel cell power generation system 100 according to the first embodiment described above. The fuel gas inert gas supply means such as the pressure regulating valve 149a and the connection valve 149b is omitted, and the valves 129a to 129a are based on information from the pressure gauges 192a and 192b instead of the control device 191. A control device 291 is provided as a control means for controlling the opening / closing operation of 129c, 139a to 139c, 159a, 159b and the switching operation of the changeover switch 182 (details will be described later).

このような本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム200においては、発電運転を開始する旨の信号が前記制御装置291に入力されると、当該制御装置291が前述した第一番目の実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム100の場合と同様な制御を行って、前記スタック111から外部負荷Lに対して給電する。   In such a polymer electrolyte fuel cell power generation system 200 according to this embodiment, when a signal to start power generation operation is input to the control device 291, the control device 291 performs the first operation described above. The same control as in the case of the polymer electrolyte fuel cell power generation system 100 according to the embodiment is performed to supply power from the stack 111 to the external load L.

このようにして発電運転を行なっている際に、発電運転を停止する旨の信号が前記制御装置291に入力されると、当該制御装置291は、前述した第一番目の実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム100の場合と同様な制御を行って、前記スタック111の酸化極側への酸素ガスボンベ131からの酸素ガス3の供給を停止すると共に、当該スタック111の酸化極側からの酸素ガス3の排気を停止することにより、当該スタック111の酸化極側(酸素ガス3の流通系統)を外部から遮断し、さらに、当該スタック111を前記抵抗181に接続するように前記切換スイッチ182を切換制御する。   When a power generation operation stop signal is input to the control device 291 during the power generation operation in this way, the control device 291 causes the solid height according to the first embodiment described above. Control similar to that in the case of the molecular fuel cell power generation system 100 is performed to stop the supply of the oxygen gas 3 from the oxygen gas cylinder 131 to the oxidation electrode side of the stack 111, and from the oxidation electrode side of the stack 111. By stopping the exhaust of the oxygen gas 3, the oxidation switch side (circulation system of the oxygen gas 3) of the stack 111 is shut off from the outside, and the changeover switch 182 is connected so as to connect the stack 111 to the resistor 181. Is controlled.

これにより、前記スタック111の酸化極側に残存する酸素ガス3は、スタック111内で水素ガス2と電気化学的反応を生じて上記抵抗181で電力消費されることで消費されて減少し、これに併せて、図4に示すように、当該スタック111の酸化極側の圧力Poも減少する。   As a result, the oxygen gas 3 remaining on the oxidation electrode side of the stack 111 is consumed and reduced by causing an electrochemical reaction with the hydrogen gas 2 in the stack 111 and being consumed by the resistor 181. At the same time, as shown in FIG. 4, the pressure Po on the oxidation electrode side of the stack 111 also decreases.

すると、前記制御装置291は、前記圧力計192a,192bからの情報に基づいて、前記スタック111の燃料極側の圧力PHを当該スタック111の酸化極側の圧力POよりも大きくしつつ(PH>PO)当該スタック111の前記周辺雰囲気の圧力PA(例えば、大気圧(約100kPa(abs)))となるように、前記圧調弁129aの圧調制御を行って、前記水素ガスボンベ121からの水素ガス2の供給を制御する。 Then, the control device 291 makes the pressure P H on the fuel electrode side of the stack 111 larger than the pressure P O on the oxidation electrode side of the stack 111 based on information from the pressure gauges 192a and 192b ( P H > P O ) The pressure regulating valve 129a is subjected to pressure regulation control so that the pressure P A (for example, atmospheric pressure (about 100 kPa (abs))) of the ambient atmosphere of the stack 111 is set, and the hydrogen The supply of hydrogen gas 2 from the gas cylinder 121 is controlled.

このようにして前記スタック111の酸化極側の酸素ガス3を自己消費していき、当該スタック111の酸化極側に残存する酸素ガス3がほぼすべて(99%以上)消費されて、当該スタック111の酸化極側の圧力POが当該スタック111の前記周辺雰囲気の圧力PA(例えば、大気圧(約100kPa(abs)))よりも小さい酸化極側規定値PO1(例えば、スタック111の温度(約10〜80℃)における飽和水蒸気圧(約1〜50kPa(abs))程度)になると、前記制御装置291は、前記圧力計192bからの情報に基づいて、前記スタック111の酸化極側に前記窒素ガスボンベ131から窒素ガス4を供給するように、前記圧調弁159aを圧調制御すると共に、前記接続弁159bを開放制御する。 In this way, the oxygen gas 3 on the oxidation electrode side of the stack 111 is self-consumed, and almost all (99% or more) of the oxygen gas 3 remaining on the oxidation electrode side of the stack 111 is consumed. temperature of the pressure P a of the ambient atmosphere (e.g., atmospheric pressure (about 100 kPa (abs))) than smaller oxidizing electrode side specified value P O1 (e.g., stack 111 of the pressure P O of the oxidizing electrode side the stack 111 When the saturated water vapor pressure (about 1 to 50 kPa (abs)) at (about 10 to 80 ° C.) is reached, the control device 291 moves to the oxidation electrode side of the stack 111 based on the information from the pressure gauge 192b. The pressure control valve 159a is pressure-controlled so that the nitrogen gas 4 is supplied from the nitrogen gas cylinder 131, and the connection valve 159b is controlled to be opened.

そして、前記スタック111の酸化極側の圧力POが窒素ガス4により当該スタック111の前記周辺雰囲気の圧力PA(例えば、大気圧(約100kPa(abs)))にまで達すると、前記制御装置191は、前記圧力計192bからの情報に基づいて、前記弁159a,159bを閉鎖制御し、当該スタック111の酸化極側を当該スタック111の前記周辺雰囲気の圧力PAで窒素ガス4に置換(窒素ガス雰囲気化)する。 Then, the pressure P A of the surrounding atmosphere of the stack 111 pressure P O of the oxidizing electrode side by a nitrogen gas 4 of the stack 111 (e.g., atmospheric pressure (about 100 kPa (abs))) and reaches the said control device 191, substituted on the basis of the information from the pressure gauge 192b, the valve 159a, and closed control 159b, the nitrogen gas 4 oxidation electrode side at a pressure P a of the surrounding atmosphere of the stack 111 of the stack 111 ( Nitrogen gas atmosphere).

また、前記制御装置291は、これと併せて、前記圧力計192a,192bからの情報に基づいて、前記スタック111の燃料極側への前記水素ガスボンベ121からの水素ガス2の供給を停止するように前記弁129a,129bを閉鎖制御することにより、当該スタック111の燃料極側を当該スタック111の前記周辺雰囲気の圧力PA(例えば、大気圧(約100kPa(abs)))で水素ガス2に置換(水素ガス雰囲気化)する。 In addition, the control device 291 stops the supply of the hydrogen gas 2 from the hydrogen gas cylinder 121 to the fuel electrode side of the stack 111 based on the information from the pressure gauges 192a and 192b. By closing the valves 129a and 129b at the same time, the fuel electrode side of the stack 111 is changed to hydrogen gas 2 at the pressure P A (for example, atmospheric pressure (about 100 kPa (abs)) of the ambient atmosphere of the stack 111. Substitution (hydrogen gas atmosphere).

つまり、前述した第一番目の実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム100では、スタック111の燃料極側の水素ガス2を酸化極側の酸素ガス3の減少に合わせて減少させた後に、当該燃料極側に窒素ガス4を供給して当該燃料極側を前記圧力PAで窒素ガス4の雰囲気に保持するようにしたが、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池発電システム200では、スタック111の燃料極側の水素ガス2を前記圧力PAで維持しながら酸化極側の酸素ガス3を消費させることにより、当該燃料極側を前記圧力PAで水素ガス2の雰囲気のままに保持するようにしたのである。 That is, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system 100 according to the first embodiment described above, the hydrogen gas 2 on the fuel electrode side of the stack 111 is reduced in accordance with the decrease of the oxygen gas 3 on the oxidation electrode side. Although the fuel electrode side supplying nitrogen gas 4 to the fuel electrode side so as to hold the atmosphere of nitrogen gas 4 in the pressure P a, the polymer electrolyte fuel cell power generation system 200 according to this embodiment Then, the oxygen gas 3 on the oxidation electrode side is consumed while maintaining the hydrogen gas 2 on the fuel electrode side of the stack 111 at the pressure P A , so that the fuel electrode side is maintained in the atmosphere of the hydrogen gas 2 at the pressure P A. I kept it as it was.

このため、本実施形態においては、前述した第一番目の実施形態の場合よりも、前記スタック111内に供給する窒素ガス4の量をさらに少なくすることができる。   For this reason, in this embodiment, the amount of nitrogen gas 4 supplied into the stack 111 can be further reduced as compared with the case of the first embodiment described above.

したがって、本実施形態によれば、前述した第一番目の実施形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前述した第一番目の実施形態の場合よりも、発電運転の停止時に使用する窒素ガス4の使用量をさらに低減することができ、設置スペースをさらに小さくすることができる。   Therefore, according to the present embodiment, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment described above, as well as the power generation operation than the case of the first embodiment described above. The amount of nitrogen gas 4 used at the time of stopping can be further reduced, and the installation space can be further reduced.

また、前記スタック111の燃料極側を水素ガス2の雰囲気(還元雰囲気)で保持するようにしたので、空気中の酸素等の酸化ガスが系外から当該スタック111の燃料極側に拡散したとしても、当該酸化ガスによる燃料極側の電極触媒等の劣化を未然に防止することができる。   Further, since the fuel electrode side of the stack 111 is held in the atmosphere of hydrogen gas 2 (reducing atmosphere), it is assumed that oxidizing gas such as oxygen in the air diffuses from outside the system to the fuel electrode side of the stack 111. In addition, it is possible to prevent deterioration of the electrode catalyst on the fuel electrode side due to the oxidizing gas.

[他の実施形態]
なお、前述した第一番目の実施形態においては、前記スタック111の燃料極側と酸化極側とにそれぞれ異なる窒素ガスボンベ141,151から窒素ガス4を供給するようにしたが、他の実施形態として、例えば、前記スタック111の燃料極側と酸化極側とに同一の窒素ガスボンベから窒素ガス4を供給するようにすることも可能である。
[Other Embodiments]
In the first embodiment described above, the nitrogen gas 4 is supplied from different nitrogen gas cylinders 141 and 151 to the fuel electrode side and the oxidation electrode side of the stack 111. However, as another embodiment, For example, the nitrogen gas 4 may be supplied from the same nitrogen gas cylinder to the fuel electrode side and the oxidation electrode side of the stack 111.

また、前述した第一番目の実施形態においては、酸素ガス3の自己消費に伴う前記スタック111の酸化極側の圧力低下に合わせて、当該スタック111の燃料極側へ供給する水素ガス2の圧力も低下させて、当該スタック111の燃料極側から水素ガス2を除去した後、当該スタック111の酸化極側及び燃料極側の両方に窒素ガス4をそれぞれ送給して当該スタック111の酸化極側及び燃料極側の両方を窒素ガス4の雰囲気とするようにしたが、他の実施形態として、例えば、酸素ガス3の自己消費に伴う前記スタック111の酸化極側の圧力低下に合わせて、当該スタック111の燃料極側へ供給する水素ガス2の圧力も低下させて、当該スタック111の燃料極側から水素ガス2を除去した後、当該スタック111の酸化極側に窒素ガス4を送給して当該スタック111の酸化極側を窒素ガス4の雰囲気とする一方、当該スタック111の燃料極側に水素ガス2を送給して当該スタック111の燃料極側を水素ガス2の雰囲気とするようにすることも可能である。   In the first embodiment described above, the pressure of the hydrogen gas 2 supplied to the fuel electrode side of the stack 111 in accordance with the pressure drop on the oxidation electrode side of the stack 111 accompanying the self-consumption of the oxygen gas 3. After the hydrogen gas 2 is removed from the fuel electrode side of the stack 111, nitrogen gas 4 is supplied to both the oxidation electrode side and the fuel electrode side of the stack 111, and the oxidation electrode of the stack 111 is supplied. Both the side and the fuel electrode side are in the atmosphere of the nitrogen gas 4, but as another embodiment, for example, according to the pressure drop on the oxidation electrode side of the stack 111 accompanying the self-consumption of the oxygen gas 3, The pressure of the hydrogen gas 2 supplied to the fuel electrode side of the stack 111 is also reduced to remove the hydrogen gas 2 from the fuel electrode side of the stack 111, and then the nitrogen gas is added to the oxidation electrode side of the stack 111. The gas 4 is fed to make the oxidation electrode side of the stack 111 the atmosphere of the nitrogen gas 4, while the hydrogen gas 2 is fed to the fuel electrode side of the stack 111 and the fuel electrode side of the stack 111 is hydrogen gas It is also possible to make the atmosphere of 2.

また、前述した第二番目の実施形態においては、前記スタック111の酸化極側に残存する酸素ガス3を当該スタック111内で水素ガス2と電気化学的反応を生じさせて自己消費させて減少させるにあたって、図4に示したように、前記スタック111の燃料極側の圧力PHを当該スタック111の周辺雰囲気の圧力PAとするように水素ガスボンベ121からの水素ガス2の供給を調整するようにしたが、他の実施形態として、例えば、図5に示すように、前記スタック111の酸化極側に残存する酸素ガス3を当該スタック111内で水素ガス2と電気化学的反応を生じさせて自己消費させて減少させるにあたって、前記スタック111の燃料極側の圧力PHをそのまま変化させることなく水素ガスボンベ121から水素ガス2を供給して、当該スタック111の燃料極側を水素ガス2の雰囲気でそのままの圧力に保持するようにすることも可能である。 In the second embodiment described above, the oxygen gas 3 remaining on the oxidation electrode side of the stack 111 is reduced by causing an electrochemical reaction with the hydrogen gas 2 in the stack 111 and self-consuming. in, as shown in FIG. 4, to adjust the supply of hydrogen gas 2 of the pressure P H of the fuel electrode side of the stack 111 from a hydrogen gas cylinder 121 to the pressure P a of the surrounding atmosphere of the stack 111 However, as another embodiment, for example, as shown in FIG. 5, the oxygen gas 3 remaining on the oxidation electrode side of the stack 111 is allowed to cause an electrochemical reaction with the hydrogen gas 2 in the stack 111. in decreasing by quiescent, hydrogen gas 2 is supplied from a hydrogen gas cylinder 121 without directly changing the pressure P H of the fuel electrode side of the stack 111 It is also possible to hold the intact pressure atmosphere fuel electrode side of the hydrogen gas 2 of the stack 111.

しかしながら、前述した第二番目の実施形態の場合のように、前記スタック111の燃料極側の圧力PHを当該スタック111の周辺雰囲気の圧力PAとするように水素ガスボンベ121からの水素ガス2の供給を調整する方が、安全性の観点から好ましい。 However, as in the case of the second embodiment described above, the hydrogen gas pressure P H of the fuel electrode side of the stack 111 from a hydrogen gas cylinder 121 to the pressure P A of the surrounding atmosphere of the stack 111 2 It is preferable from the viewpoint of safety to adjust the supply.

また、前述した実施形態においては、図2,4,5に示したように、前記スタック111の酸化極側から酸素ガス3を除去した後、当該スタック111の酸化極側に窒素ガス4を送給して当該スタック111の酸化極側を窒素ガス4の雰囲気とするようにしたが、他の実施形態として、例えば、図6〜8に示すように、前記スタック111の酸化極側から酸素ガス3を除去した後、当該スタック111の酸化極側に窒素ガス4を供給することなくそのまま封じ切ってしまうようにすると、窒素ガスの使用量をさらに削減することが可能となる。   In the above-described embodiment, as shown in FIGS. 2, 4, and 5, after removing the oxygen gas 3 from the oxidation electrode side of the stack 111, the nitrogen gas 4 is sent to the oxidation electrode side of the stack 111. However, as another embodiment, for example, as shown in FIGS. 6 to 8, oxygen gas is supplied from the oxidation electrode side of the stack 111. After removing 3, if the nitrogen gas 4 is sealed without being supplied to the oxidation electrode side of the stack 111, the amount of nitrogen gas used can be further reduced.

さらに、図9に示しているように、前記スタック111の燃料極側から水素ガス2を除去した後、当該スタック111の酸化極側に水素ガス2や窒素ガス4を供給することなくそのまま封じ切ってしまうようにすることも可能である。   Further, as shown in FIG. 9, after removing the hydrogen gas 2 from the fuel electrode side of the stack 111, the stack 111 is sealed without supplying the hydrogen gas 2 or nitrogen gas 4 to the oxidation electrode side of the stack 111. It is also possible to end up.

また、前述した実施形態においては、前記スタック111に切換スイッチ182を介して抵抗181を接続するようにしたが、他の実施形態として、例えば、スタック111のセルが多数積層されている場合には、各セル毎に切換スイッチ182を介して抵抗181をそれぞれ接続すると好ましい。   In the above-described embodiment, the resistor 181 is connected to the stack 111 via the changeover switch 182. However, as another embodiment, for example, when many cells of the stack 111 are stacked. The resistors 181 are preferably connected to the respective cells via the changeover switch 182.

また、前述した実施形態においては、前記スタック111に切換スイッチ182を介して抵抗181を電気的に接続することにより、当該スタック111内に残存する酸素ガス3を消費させる自己消費手段を構成するようにしたが、他の実施形態として、例えば、前記スタック111に電流を印加する電流印加手段や、前記スタック111に電圧を印加する電圧印加手段等によって、当該スタック111内に残存する酸素ガス3を消費させる自己消費手段を構成することも可能である。   Further, in the above-described embodiment, a self-consuming means for consuming the oxygen gas 3 remaining in the stack 111 is configured by electrically connecting the resistor 181 to the stack 111 via the changeover switch 182. However, as another embodiment, for example, the oxygen gas 3 remaining in the stack 111 is reduced by a current applying unit that applies a current to the stack 111, a voltage applying unit that applies a voltage to the stack 111, or the like. It is also possible to configure self-consuming means for consumption.

また、前述した実施形態においては、前記ガス2,3を充填した前記ガスボンベ121,131から当該ガス2,3を送給するようにしたが、他の実施形態として、例えば、前記ガス2,3を発生させる発生装置で当該ガス2,3を発生させて送給するようにすることも可能である。   In the above-described embodiment, the gas 2 and 3 are supplied from the gas cylinders 121 and 131 filled with the gas 2 and 3. However, as another embodiment, for example, the gas 2 and 3 are used. It is also possible to generate the gas 2 and 3 with a generator that generates the gas and feed it.

また、前述した実施形態においては、不活性ガスとして窒素ガス4を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ヘリウムガスやアルゴンガス等のような他の不活性ガスを適用することも可能である。しかしながら、不活性ガスとして窒素ガス4を適用すると、最も低コスト化を図ることができるので、最も好ましい。   In the above-described embodiment, the case where the nitrogen gas 4 is applied as the inert gas has been described. However, the present invention is not limited to this, and other inert gas such as helium gas or argon gas is applied. It is also possible. However, it is most preferable to apply the nitrogen gas 4 as the inert gas because the cost can be reduced most.

また、前述した実施形態においては、水素ガス2を燃料ガスとして適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、天然ガスや灯油等の炭化水素を改質して水素ガスを含有させたもの等のように、水素ガスを含有する燃料ガスであれば、前述した実施形態の場合と同様にして適用することができる。しかしながら、前述した実施形態のように、燃料ガスが水素ガス2の場合であると、本発明による効果を最も顕著に得ることができるため、非常に好ましい。   Further, in the above-described embodiment, the case where the hydrogen gas 2 is applied as the fuel gas has been described. However, the present invention is not limited to this, and for example, the hydrogen gas is reformed by reforming hydrocarbons such as natural gas or kerosene. Any fuel gas containing hydrogen gas, such as those contained, can be applied in the same manner as in the above-described embodiment. However, as in the above-described embodiment, it is very preferable that the fuel gas is hydrogen gas 2 because the effects of the present invention can be obtained most significantly.

また、前述した実施形態においては、酸素ガス3を酸化ガスとして適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、空気等のように、酸素ガスを含有する酸化ガスであれば、前述した実施形態の場合と同様にして適用することができる。しかしながら、前述した実施形態のように、酸化ガスが酸素ガス3の場合であると、本発明による効果を最も顕著に得ることができるため、非常に好ましい。   In the above-described embodiment, the case where the oxygen gas 3 is applied as the oxidizing gas has been described. However, the present invention is not limited to this, and may be any oxidizing gas containing oxygen gas, such as air. The present invention can be applied in the same manner as in the above-described embodiment. However, it is very preferable that the oxidizing gas is the oxygen gas 3 as in the above-described embodiment because the effects of the present invention can be obtained most significantly.

また、本発明は、前述した実施形態のみに限らず、前述した実施形態を必要に応じて適宜組み合わせて適用することも可能である。   Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the above-described embodiment can be applied in appropriate combination as necessary.

本発明に係る固体高分子形燃料電池発電システムは、不活性ガスの使用量を大幅に抑えることができ、ランニングコストを低減させることができると共に、設置スペースを小さくすることができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。   The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the present invention can greatly reduce the amount of inert gas used, reduce the running cost, and reduce the installation space. Can be used very beneficially.

L 外部負荷
1 水
2 水素ガス
3 酸素ガス
4 窒素ガス
100 固体高分子形燃料電池発電システム
111 スタック
121 水素ガスボンベ
122 加湿器
123 ドレンポット
129a 圧調弁
129b,129c 接続弁
131 酸素ガスボンベ
132 加湿器
133 ドレンポット
139a 圧調弁
139b,139c 接続弁
141,151 窒素ガスボンベ
149a,159a 圧調弁
149b,159b 接続弁
181 抵抗
182 切換スイッチ
191 制御装置
192a,192b 圧力計
200 固体高分子形燃料電池発電システム
291 制御装置
L External load 1 Water 2 Hydrogen gas 3 Oxygen gas 4 Nitrogen gas 100 Polymer electrolyte fuel cell power generation system 111 Stack 121 Hydrogen gas cylinder 122 Humidifier 123 Drain pot 129a Pressure regulating valve 129b, 129c Connection valve 131 Oxygen gas cylinder 132 Humidifier 133 Drain pot 139a Pressure regulating valve 139b, 139c Connection valve 141, 151 Nitrogen gas cylinder 149a, 159a Pressure regulating valve 149b, 159b Connection valve 181 Resistance 182 Changeover switch 191 Controller 192a, 192b Pressure gauge 200 Solid polymer fuel cell power generation system 291 Control device

Claims (8)

固体高分子膜を燃料極及び酸化極で挟んだセルが複数積層されて当該燃料極へ供給する燃料ガスの供給部及び排出部を有すると共に当該酸化極へ供給する酸化ガスの供給部及び排出部を有するスタックと、
前記スタックの前記燃料ガス供給部へ弁を介して接続されて前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記スタックの前記酸化ガス供給部へ弁を介して接続されて前記酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、
前記スタックの前記燃料ガス排出部へ弁を介して接続されて当該スタック内から前記ガスを当該スタックの外部へ排気する燃料ガス排気手段と、
前記スタックの前記酸化ガス排出部へ弁を介して接続されて当該スタック内から前記酸化ガスを当該スタックの外部へ排気する酸化ガス排気手段と、
前記スタックの前記酸化極側の圧力を計測する酸化極側圧力計測手段と、
前記スタックの酸化極側の前記酸化ガスを消費させるように当該スタックの内部での当該酸化ガスと前記燃料ガスとの電気化学的反応を生じさせる自己消費手段と、
発電運転停止信号に基づいて、前記スタックの前記酸化極側への前記酸化ガスの供給を停止するように前記酸化ガス供給手段の前記弁を閉鎖制御すると共に、当該スタックの当該酸化極側からの前記酸化ガスの排気を停止するように前記酸化ガス排気手段の前記弁を閉鎖制御した後、当該スタックの当該酸化極側の前記酸化ガスを消費させるように前記自己消費手段を作動制御し、前記酸化極側圧力計測手段からの情報に基づいて、当該スタックの当該酸化極側の圧力POが当該スタックの周辺雰囲気の圧力PAよりも小さい酸化極側規定値PO1になると、当該スタックの前記燃料極側への前記燃料ガスの供給を停止するように前記燃料ガス供給手段の上記弁を閉鎖制御すると共に、当該スタックの当該酸化極側からの前記燃料ガスの排気を停止するように前記燃料ガス排気手段の前記弁を閉鎖制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
A plurality of cells having a solid polymer membrane sandwiched between a fuel electrode and an oxidation electrode are stacked and have a fuel gas supply unit and a discharge unit for supplying the cell to the fuel electrode, and an oxidation gas supply unit and a discharge unit for supplying to the oxidation electrode A stack having
Fuel gas supply means connected to the fuel gas supply part of the stack via a valve to supply the fuel gas;
An oxidizing gas supply means connected to the oxidizing gas supply section of the stack via a valve to supply the oxidizing gas;
Fuel gas exhaust means connected to the fuel gas discharge portion of the stack via a valve and exhausting the gas from the stack to the outside of the stack;
An oxidizing gas exhaust means connected to the oxidizing gas discharge section of the stack via a valve and exhausting the oxidizing gas from the stack to the outside of the stack;
An oxidation electrode side pressure measuring means for measuring the pressure on the oxidation electrode side of the stack;
Self-consuming means for causing an electrochemical reaction between the oxidizing gas and the fuel gas inside the stack so as to consume the oxidizing gas on the oxidation electrode side of the stack;
Based on the power generation operation stop signal, the valve of the oxidizing gas supply means is closed to stop the supply of the oxidizing gas to the oxidizing electrode side of the stack, and from the oxidizing electrode side of the stack After controlling the closing of the valve of the oxidizing gas exhaust means to stop the exhaust of the oxidizing gas, the self-consuming means is controlled to consume the oxidizing gas on the oxidizing electrode side of the stack, Based on the information from the oxidation electrode side pressure measuring means, when the pressure P O on the oxidation electrode side of the stack reaches the oxidation electrode side specified value P O1 smaller than the pressure P A in the ambient atmosphere of the stack, The valve of the fuel gas supply means is closed to stop the supply of the fuel gas to the fuel electrode side, and the exhaust of the fuel gas from the oxidation electrode side of the stack is stopped. And a control means for controlling the closing of the valve of the fuel gas exhaust means so as to stop.
請求項1に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記スタックの前記燃料極側の圧力を計測する燃料極側圧力計測手段を備えると共に、
前記制御手段が、前記スタックの前記酸化極側の前記酸化ガスを消費させるように前記自己消費手段を作動制御した後、さらに、前記酸化極側圧力計測手段及び前記燃料極側圧力計測手段からの情報に基づいて、当該スタックの前記燃料極側の圧力PHを当該スタックの前記酸化極側の圧力POよりも大きくしつつ当該燃料極側の圧力PHと当該酸化極側の圧力POとの差圧ΔPを規定値以下とするように、前記燃料ガス供給手段からの前記燃料ガスの供給を制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
In the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 1,
Comprising fuel electrode side pressure measuring means for measuring the pressure on the fuel electrode side of the stack,
After the control means operates and controls the self-consumption means so that the oxidizing gas on the oxidation electrode side of the stack is consumed, the control means further includes the oxidation electrode side pressure measurement means and the fuel electrode side pressure measurement means. based on the information, the pressure P O in the pressure P H and the oxidizing electrode side of the fuel electrode side while the pressure P H of the fuel electrode side of the stack to be larger than the pressure P O of the oxidizing electrode side of the stack The solid polymer fuel cell power generation system is characterized in that the supply of the fuel gas from the fuel gas supply means is controlled such that the differential pressure ΔP between the fuel gas and the fuel gas is less than a specified value.
請求項2に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記スタックの前記燃料ガス供給部へ接続されて不活性ガスを供給する燃料極用不活性ガス供給手段を備えると共に、
前記制御手段が、前記スタックの前記燃料極側への前記燃料ガスの供給を停止するように前記燃料ガス供給手段の前記弁を閉鎖制御すると共に、当該スタックの当該燃料極側からの前記燃料ガスの排気を停止するように前記燃料ガス排気手段の前記弁を閉鎖制御した後、さらに、前記燃料極側圧力計測手段からの情報に基づいて、当該スタックの当該燃料極側の圧力PHを当該スタックの前記周辺雰囲気の圧力PAとするように、前記燃料極用不活性ガス供給手段からの前記不活性ガスの供給を制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 2,
An inert gas supply means for a fuel electrode that is connected to the fuel gas supply unit of the stack and supplies an inert gas;
The control means controls the closing of the valve of the fuel gas supply means so as to stop the supply of the fuel gas to the fuel electrode side of the stack, and the fuel gas from the fuel electrode side of the stack. After closing the valve of the fuel gas exhaust means so as to stop the exhaust of the fuel gas, the pressure P H on the fuel electrode side of the stack is further determined based on the information from the fuel electrode side pressure measuring means. A solid polymer fuel cell power generation system characterized in that the supply of the inert gas from the inert gas supply means for the fuel electrode is controlled so that the pressure P A of the ambient atmosphere of the stack is set. .
請求項2に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記制御手段が、前記スタックの前記酸化極側の圧力POが前記酸化極側規定値PO1になると、さらに、前記燃料極側圧力計測手段からの情報に基づいて、当該スタックの前記燃料極側の圧力PHを当該スタックの前記周辺雰囲気の圧力PAとするように、前記燃料ガス供給手段からの前記燃料ガスの供給を制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 2,
When the pressure P O on the oxidation electrode side of the stack reaches the oxidation electrode side specified value P O1 , the control means further performs the fuel electrode of the stack based on information from the fuel electrode side pressure measurement means. the pressure P H of the side so that the pressure P a of the surrounding atmosphere of the stack, a solid polymer electrolyte fuel cell, characterized in that for controlling the supply of the fuel gas from the fuel gas supply means Power generation system.
請求項1に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記スタックの前記燃料極側の圧力を計測する燃料極側圧力計測手段を備えると共に、
前記制御手段が、前記スタックの前記酸化極側の前記酸化ガスを消費させるように前記自己消費手段を作動制御した後、さらに、前記酸化極側圧力計測手段及び前記燃料極側圧力計測手段からの情報に基づいて、当該スタックの前記燃料極側の圧力PHを当該スタックの前記酸化極側の圧力POよりも大きくしつつ当該スタックの前記周辺雰囲気の圧力PAとなるように、前記燃料ガス供給手段からの前記燃料ガスの供給を制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
In the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 1,
Comprising fuel electrode side pressure measuring means for measuring the pressure on the fuel electrode side of the stack,
After the control means operates and controls the self-consumption means so that the oxidizing gas on the oxidation electrode side of the stack is consumed, the control means further includes the oxidation electrode side pressure measurement means and the fuel electrode side pressure measurement means. Based on the information, the fuel PH side pressure P H of the stack is set to be higher than the pressure P O of the stack side oxidation pole side pressure P A in the ambient atmosphere of the stack. A solid polymer fuel cell power generation system characterized by controlling supply of the fuel gas from a gas supply means.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記スタックの前記酸化ガス供給部へ接続されて不活性ガスを供給する酸化極用不活性ガス供給手段を備えると共に、
前記制御手段が、前記スタックの前記酸化極側の圧力POが前記酸化極側規定値PO1になると、前記酸化極側圧力計測手段からの情報に基づいて、さらに、当該酸化極側の圧力POを当該スタックの前記周辺雰囲気の圧力PAとするように、前記酸化極用不活性ガス供給手段からの不活性ガスの供給を制御するものである
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
In the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 5,
An oxidant electrode inert gas supply means for supplying an inert gas connected to the oxidant gas supply part of the stack;
When the pressure P O on the oxidation electrode side of the stack reaches the oxidation electrode side specified value P O1 , the control unit further determines the pressure on the oxidation electrode side based on information from the oxidation electrode side pressure measurement unit. the P O to the pressure P a of the surrounding atmosphere of the stack, a solid polymer electrolyte fuel, wherein the controls the supply of the inert gas from the oxidizing electrode inert gas supply means Battery power generation system.
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記酸化極側規定値PO1が、前記スタックの温度における飽和水蒸気圧である
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
In the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 6,
The oxidation pole side specified value P O1 is a saturated water vapor pressure at the temperature of the stack.
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の固体高分子形燃料電池発電システムにおいて、
前記スタックの前記周辺雰囲気の圧力PAが、大気圧である
ことを特徴とする固体高分子形燃料電池発電システム。
In the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 7,
The pressure P A of the surrounding atmosphere is a solid polymer fuel cell power generation system which is a large pressure of the stack.
JP2009287377A 2009-12-18 2009-12-18 Solid polymer fuel cell power generation system Pending JP2011129395A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009287377A JP2011129395A (en) 2009-12-18 2009-12-18 Solid polymer fuel cell power generation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009287377A JP2011129395A (en) 2009-12-18 2009-12-18 Solid polymer fuel cell power generation system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011129395A true JP2011129395A (en) 2011-06-30

Family

ID=44291768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009287377A Pending JP2011129395A (en) 2009-12-18 2009-12-18 Solid polymer fuel cell power generation system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011129395A (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003217631A (en) * 2002-01-17 2003-07-31 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell control device
JP2005158556A (en) * 2003-11-27 2005-06-16 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2005222707A (en) * 2004-02-03 2005-08-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system and operation method
JP2007123013A (en) * 2005-10-27 2007-05-17 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2007323954A (en) * 2006-05-31 2007-12-13 Aisin Seiki Co Ltd FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM
JP2008507103A (en) * 2004-07-20 2008-03-06 コンセプション エ デヴェロップマン ミシュラン ソシエテ アノニム Method of stopping a fuel cell supplied with pure oxygen
JP2008186791A (en) * 2007-01-31 2008-08-14 Fuji Electric Holdings Co Ltd Fuel cell power generation system
JP2009211837A (en) * 2008-02-29 2009-09-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Fuel cell and its operation method

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003217631A (en) * 2002-01-17 2003-07-31 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell control device
JP2005158556A (en) * 2003-11-27 2005-06-16 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2005222707A (en) * 2004-02-03 2005-08-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system and operation method
JP2008507103A (en) * 2004-07-20 2008-03-06 コンセプション エ デヴェロップマン ミシュラン ソシエテ アノニム Method of stopping a fuel cell supplied with pure oxygen
JP2007123013A (en) * 2005-10-27 2007-05-17 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2007323954A (en) * 2006-05-31 2007-12-13 Aisin Seiki Co Ltd FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM
JP2008186791A (en) * 2007-01-31 2008-08-14 Fuji Electric Holdings Co Ltd Fuel cell power generation system
JP2009211837A (en) * 2008-02-29 2009-09-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Fuel cell and its operation method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2375484B1 (en) Operating method of fuel cell system
US20090104478A1 (en) Method for Controlling the Pressure in an Anode of a Fuel Cell, and a Fuel Cell
JP5233064B2 (en) Fuel cell system
JP4873952B2 (en) Fuel cell system
US20100081016A1 (en) Fuel cell system and method for shutting down the system
JP2011054288A (en) Polymer electrolyte fuel cell power generation system
JP2007273276A (en) Fuel cell power generation system and its operation method
US20070154752A1 (en) Starting up and shutting down a fuel cell stack
JP5735606B2 (en) Stopping storage method of fuel cell system
JP5425358B2 (en) Method of stopping polymer electrolyte fuel cell system and polymer electrolyte fuel cell system
JP2014063664A (en) Method of starting fuel cell system
JP5794929B2 (en) Solid polymer fuel cell power generation system
JP2010176993A (en) Shutdown method of solid polymer fuel cell system and solid polymer fuel cell system
JP2011129395A (en) Solid polymer fuel cell power generation system
JP4675605B2 (en) Fuel cell oxidant supply device
JP4772293B2 (en) Fuel cell system
JP5485930B2 (en) Control method of fuel cell system
JP5559002B2 (en) Fuel cell system and starting method thereof
JP5583536B2 (en) Method for stopping operation of fuel cell system
JP2011216335A (en) Fuel cell system, and stopping method thereof
JP5506506B2 (en) Fuel cell system and method for stopping the same
JP6315714B2 (en) Operation control method of fuel cell system
JP5480086B2 (en) Method for stopping operation of fuel cell system
JP6023403B2 (en) Fuel cell system and its operation stop method
JP5480085B2 (en) Method for stopping operation of fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120712

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120724

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20121120