(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を燃料ガス室と酸化ガス室とに仕切るように発電セルが設けられた燃料電池本体と、
前記燃料電池本体の前記燃料ガス室に連結され、当該燃料ガス室に燃料ガスを供給する燃料ガス供給ラインと、
前記燃料電池本体の前記酸化ガス室に連結され、当該酸化ガス室に酸化ガスを供給する酸化ガス供給ラインと、
前記燃料電池本体の前記燃料ガス室に連結され、発電に供された前記燃料ガスを外部へ排出する燃料ガス排出ラインと、
前記燃料電池本体の前記酸化ガス室に連結され、発電に供された前記酸化ガスを外部へ排出する酸化ガス排出ラインと
を備えてなる燃料電池モジュールにおいて、
不活性ガスを送給する不活性ガス送給ラインに不活性ガス遮断弁を有する不活性ガス送給手段と、
前記不活性ガス送給手段に連結され、当該不活性ガス送給手段からの前記不活性ガスが流通して外部に排出される燃料ガス側背圧ラインと、
前記不活性ガス送給手段に連結され、当該不活性ガス送給手段からの前記不活性ガスが流通して外部に排出される酸化ガス側背圧ラインと、
前記燃料ガス排出ラインと前記燃料ガス側背圧ラインとを連結すると共に当該ライン間を遮断できる燃料ガス側背圧遮断弁を有する燃料ガス側連絡ラインと、
前記酸化ガス排出ラインと前記酸化ガス側背圧ラインとを連結すると共に当該ライン間を遮断できる酸化ガス側背圧遮断弁を有する酸化ガス側連絡ラインと
を備えたことを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記不活性ガス送給手段が、
前記不活性ガスを貯蔵する不活性ガスタンクと、
前記不活性ガスタンクに連結し、当該タンクから前記不活性ガスを送給する前記不活性ガスラインと、
前記不活性ガス供給ラインに設けられ、当該ラインを流通する前記不活性ガスの圧力を一定の大きさに保持する減圧弁と、
前記不活性ガス供給ラインに設けられ、当該ラインの前記不活性ガスの流通を遮断する前記不活性ガス遮断弁と
を備え、前記不活性ガスを一定の圧力で送給できることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料電池モジュールの概略構成を図２に示す。
図２において、２１は燃料電池本体であり、その内部が発電セル２１ｃで仕切られ、燃料ガス室２１ａと酸化ガス室２１ｂとに区分けされている。２２ａは燃料ガス供給ラインであり、上記燃料電池本体２１の燃料ガス室２１ａに連結され、当該燃料ガス室２１ａ内に水素ガスなどの燃料ガス２０ａを送給するようになっている。２２ｂは酸化ガス供給ラインであり、上記燃料電池本体２１の酸化ガス室２１ｂに連結され、当該酸化ガス室２１ｂ内に空気などの酸化ガス２０ｂを送給するようになっている。
【０００３】
２３ａは燃料ガス排出ラインであり、上記燃料電池本体２１の燃料ガス室２１ａに連結され、当該燃料電池本体２１の前記発電セル２１ｃで発電に供された上記燃料ガス２０ａを外部へ排出するようになっている。２３ｂは酸化ガス排出ラインであり、上記燃料電池本体２１の酸化ガス室２１ｂに連結され、当該燃料電池本体２１の前記発電セル２１ｃで発電に供された上記酸化ガス２０ｂを外部へ排出するようになっている。
【０００４】
２４ａは燃料ガス圧力調節弁であり、上記燃料ガス排出ライン２３ａに設けられ、当該ライン２３ａを流通する上記燃料ガス２０ａを調節することにより、上記燃料電池本体２１の前記燃料ガス室２１ａ内の圧力を調節することができるようになっている。２４ｂは酸化ガス圧力調節弁であり、上記酸化ガス排出ライン２３ｂに設けられ、当該ライン２３ｂを流通する上記酸化ガス２０ｂを調節することにより、上記燃料電池本体２１の前記酸化ガス室２１ｂ内の圧力を調節することができるようになっている。
【０００５】
このような燃料電池モジュールでは、燃料ガス供給ライン２２ａから燃料電池本体２１の燃料ガス室２１ａ内に燃料ガス２０ａを送給して発電セル２１ｃに供給すると共に、酸化ガス供給ライン２２ｂから燃料電池本体２１の酸化ガス室２１ｂ内に酸化ガス２０ｂを送給して発電セル２１ｃに供給すると、これらガス２０ａ，２０ｂが発電セル２１ｃで電気化学反応を起こし、当該セル２１ｃから電力が得られる。発電に供された燃料ガス２０ａは、燃料ガス排出ライン２３ａから外部へ排出され、発電に供された酸化ガス２０ｂは、酸化ガス排出ライン２３ｂから外部へ排出される。
【０００６】
このようにして発電を行う際、前記燃料ガス室２１ａ内の燃料ガス２０ａの圧力と前記酸化ガス室２１ｂ内の酸化ガス２０ｂの圧力との差が大きいと、前記発電セル２１ｃが損傷してしまい、発電ができなくなってしまう場合がある。このため、前記各調節弁２４ａ，２４ｂを調節することにより、前記各室２１ａ，２１ｂ内の圧力を調節すると共に、当該各室２１ａ，２１ｂ間の圧力差を所定の範囲内に保つようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の燃料電池モジュールでは、以下のような問題があった。
（１）燃料電池の起動や停止の際には、前記各室２１ａ，２１ｂ間の圧力差を所定範囲内に常に保つように当該各室２１ａ，２１ｂ内の圧力を調整しなければならないので、前記各調節弁２４ａ，２４ｂを高精度で操作しなければならず、非常に手間がかかってしまう。
（２）燃料電池の負荷の遮断の際には、燃料ガス２０ａの排出流量や組成が瞬間的に変化して、前記圧力差が大きくなるため、前記各調節弁２４ａ，２４ｂの調節を迅速的に行わなければならず、対応が非常に困難となっている。
（３）緊急停止の際には、前記圧力差を所定範囲内に保ちながら前記各ガス２０ａ，２０ｂの供給を速やかに停止しなければならないため、前記各調節弁２４ａ，２４ｂの調整が非常に困難となる。
（４）非常時には、前記各ガス２０ａ，２０ｂの供給が停止してしまい、前記圧力差を所定範囲内に保つことができなくなり、燃料電池本体１の発電セル１ｃが損傷してしまう。
【０００８】
このようなことから、本発明は、燃料電池本体の燃料ガス室と酸化ガス室との圧力差を所定範囲内に保ちながら当該室内の圧力を迅速に変化させることが簡単にできる燃料電池モジュールを提供することを目的とした。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、本発明による燃料電池モジュールは、内部を燃料ガス室と酸化ガス室とに仕切るように発電セルが設けられた燃料電池本体と、前記燃料電池本体の前記燃料ガス室に連結され、当該燃料ガス室に燃料ガスを供給する燃料ガス供給ラインと、前記燃料電池本体の前記酸化ガス室に連結され、当該酸化ガス室に酸化ガスを供給する酸化ガス供給ラインと、前記燃料電池本体の前記燃料ガス室に連結され、発電に供された前記燃料ガスを外部へ排出する燃料ガス排出ラインと、前記燃料電池本体の前記酸化ガス室に連結され、発電に供された前記酸化ガスを外部へ排出する酸化ガス排出ラインとを備えてなる燃料電池モジュールにおいて、不活性ガスを送給する不活性ガス送給ラインに不活性ガス遮断弁を有する不活性ガス送給手段と、前記不活性ガス送給手段に連結され、当該不活性ガス送給手段からの前記不活性ガスが流通して外部に排出される燃料ガス側背圧ラインと、前記不活性ガス送給手段に連結され、当該不活性ガス送給手段からの前記不活性ガスが流通して外部に排出される酸化ガス側背圧ラインと、前記燃料ガス排出ラインと前記燃料ガス側背圧ラインとを連結すると共に当該ライン間を遮断できる燃料ガス側背圧遮断弁を有する燃料ガス側連絡ラインと、前記酸化ガス排出ラインと前記酸化ガス側背圧ラインとを連結すると共に当該ライン間を遮断できる酸化ガス側背圧遮断弁を有する酸化ガス側連絡ラインとを備えたことを特徴とする。
【００１０】
上述の燃料電池モジュールにおいては、前記不活性ガス送給手段が、前記不活性ガスを貯蔵する不活性ガスタンクと、前記不活性ガスタンクに連結し、当該タンクから前記不活性ガスを送給する前記不活性ガスラインと、前記不活性ガス供給ラインに設けられ、当該ラインを流通する前記不活性ガスの圧力を一定の大きさに保持する減圧弁と、前記不活性ガス供給ラインに設けられ、当該ラインの前記不活性ガスの流通を遮断する前記不活性ガス遮断弁とを備え、前記不活性ガスを一定の圧力で送給できることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明による燃料電池モジュールの実施の形態を図１を用いて説明する。なお、図１は、その概略構成図である。
【００１２】
図１において、１は燃料電池本体であり、その内部が発電セル１ｃで仕切られ、燃料ガス室１ａと酸化ガス室１ｂとに区分けされている。２ａは燃料ガス供給ラインであり、上記燃料電池本体１の燃料ガス室１ａに連結され、当該燃料ガス室１ａ内に水素ガスなどの燃料ガス２０ａを送給するようになっている。２ｂは酸化ガス供給ラインであり、上記燃料電池本体１の酸化ガス室１ｂに連結され、当該酸化ガス室１ｂ内に空気などの酸化ガス２０ｂを送給するようになっている。
【００１３】
３ａは燃料ガス排出ラインであり、上記燃料電池本体１の燃料ガス室１ａに連結され、当該燃料電池本体１の前記発電セル１ｃで発電に供された上記燃料ガス２０ａを外部へ排出するようになっている。３ｂは酸化ガス排出ラインであり、上記燃料電池本体１の酸化ガス室１ｂに連結され、当該燃料電池本体１の前記発電セル１ｃで発電に供された上記酸化ガス２０ｂを外部へ排出するようになっている。
【００１４】
４ａは燃料ガス圧力調節弁であり、上記燃料ガス排出ライン３ａに設けられ、当該ライン３ａを流通する上記燃料ガス２０ａを調節することにより、上記燃料電池本体１の前記燃料ガス室１ａ内の圧力を調節することができるようになっている。４ｂは酸化ガス圧力調節弁であり、上記酸化ガス排出ライン３ｂに設けられ、当該ライン３ｂを流通する上記酸化ガス２０ｂを調節することにより、上記燃料電池本体１の前記酸化ガス室１ｂ内の圧力を調節することができるようになっている。
【００１５】
５は不活性ガスタンクであり、窒素ガスなどのような不活性ガス２０ｃを貯蔵することができるようになっている。６は不活性ガス送給ラインであり、上記不活性ガスタンク５に連結し、当該タンク５から不活性ガス２０ｃを送給できるようになっている。７は減圧弁であり、上記不活性ガス送給ライン６に設けられ、当該ライン６を流通する上記不活性ガス２０ｃの圧力を一定の大きさに保持することができるようになっている。８は不活性ガス遮断弁であり、上記不活性ガス送給ライン６に設けられ、当該ライン６の前記不活性ガス２０ｃの流通を遮断することができるようになっている。このような不活性ガスタンク５、不活性ガス送給ライン６、減圧弁７、不活性ガス遮断弁８などにより、本実施の形態では不活性ガス送給手段を構成している。
【００１６】
９ａは燃料ガス側背圧ラインであり、前記不活性ガス送給ライン６に連結され、前記不活性ガス２０ｃが流通するようになっている。９ｂは酸化ガス側背圧ラインであり、前記不活性ガス送給ライン６に連結され、前記不活性ガス２０ｃが流通するようになっている。１０ａは燃料ガス側連絡ラインであり、前記燃料ガス排出ライン３ａの前記燃料ガス圧力調節弁４ａ下流側と上記燃料ガス側背圧ライン９ａとを連結している。１０ｂは酸化ガス側連絡ラインであり、前記酸化ガス排出ライン３ｂの前記酸化ガス圧力調節弁４ｂ下流側と上記酸化ガス側背圧ライン９ｂとを連結している。
【００１７】
１１ａは燃料ガス側背圧遮断弁であり、上記燃料ガス側連絡ライン１０ａに設けられ、前記燃料ガス排出ライン３ａと前記燃料ガス側背圧ライン９ａとの間を遮断することができるようになっている。１１ｂは酸化ガス側背圧遮断弁であり、上記酸化ガス側連絡ライン１０ｂに設けられ、前記酸化ガス排出ライン３ｂと前記酸化ガス側背圧ライン９ｂとの間を遮断することができるようになっている。
【００１８】
このような燃料電池モジュールの作用を次に説明する。
燃料ガス供給ライン２ａから燃料電池本体１の燃料ガス室１ａ内に燃料ガス２０ａを送給して発電セル１ｃに供給すると共に、酸化ガス供給ライン２ｂから燃料電池本体１の酸化ガス室１ｂ内に酸化ガス２０ｂを送給して発電セル１ｃに供給すると、これらガス２０ａ，２０ｂが発電セル１ｃで電気化学反応を起こし、当該セル１ｃから電力が得られる。発電に供された燃料ガス２０ａは、燃料ガス排出ライン３ａから外部へ排出され、発電に供された酸化ガス２０ｂは、酸化ガス排出ライン３ｂから外部へ排出される。
【００１９】
なお、燃料ガス圧力調節弁４ａと酸化ガス圧力調節弁４ｂとは、燃料ガス室１ａ内の燃料ガス２０ａの圧力と酸化ガス室１ｂ内の酸化ガス２０ｂの圧力との差が所定範囲内の大きさとなるように調節されている。
【００２０】
このようにして運転している際に、例えば、非常事態が生じて緊急停止をしようとする場合には、前記各遮断弁８，１１ａ，１１ｂを開放すればよい。すなわち、不活性ガス遮断弁８を開放すると、不活性ガスタンク５から不活性ガス送給ライン６を介して前記背圧ライン９ａ，９ｂに不活性ガス２０ｃが流通し、燃料ガス側背圧遮断弁１１ａと酸化ガス側背圧遮断弁１１ｂとを開放すると、燃料ガス排出ライン３ａと燃料ガス側背圧ライン９ａとが連絡すると共に酸化ガス排出ライン３ｂと酸化ガス側背圧ライン９ｂとが連絡することから、燃料ガス排出ライン３ａを流通する燃料ガス２０ａが燃料ガス側連絡ライン１０ａを介して燃料ガス側背圧ライン９ａに急速に引き込まれて外部に排出されると共に酸化ガス排出ライン３ｂを流通する酸化ガス２０ｂが酸化ガス側連絡ライン１０ｂを介して酸化ガス側背圧ライン９ｂに急速に引き込まれて外部に排出されるので、燃料電池本体１の燃料ガス室１ａと酸化ガス室１ｂとの内部が急速に減圧するようになる。
【００２１】
このようにして減圧するにあたって、不活性ガス２０ｃは、減圧弁７で所定の圧力に調整されてから燃料ガス側背圧ライン９ａと酸化ガス側背圧ライン９ｂとに不活性ガス送給ライン６から均等に分かれるようにして流通するので、これら背圧ライン９ａ，９ｂの背圧力は、常に等しい大きさとなる。このため、前記排出ライン３ａ，３ｂを流通する前記各ガス２０ａ，２０ｂは、その時の圧力差のまま上記背圧ライン９ａ，９ｂに引き込まれるようになるので、燃料電池本体１の前記各室１ａ，１ｂ内の圧力は、その差を維持しながら急速に減少していくようになる。
【００２２】
したがって、燃料電池本体１の燃料ガス室１ａと酸化ガス室１ｂとの圧力差を所定範囲内に保ちながら当該室１ａ，１ｂ内の圧力を迅速に変化させることが簡単にできるので、運転中に緊急停止するような場合でも、燃料電池本体１の発電セル１ｃの損傷を防止することができる。
【００２３】
なお、本実施の形態では、緊急停止する場合を例に挙げて説明したが、燃料電池の負荷の遮断の際や非常時や停止の際でも、上述と同様にして操作すればよい。一方、起動の際には、上述した操作と逆の手順を行う、すなわち、前記遮断弁８，１１ａ，１１ｂを開放した状態で、燃料電池本体１の燃料ガス室１ａと酸化ガス室１ｂとの圧力差が所定範囲内となるように前記調節弁４ａ，４ｂを調整した後、前記遮断弁８，１１ａ，１１ｂを閉鎖すれば、その圧力差を維持しながら上記各室１ａ，１ｂ内の圧力を上昇させることができるので、上述した場合と同様な効果を得ることができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の燃料電池モジュールによれば、燃料電池本体の燃料ガス室と酸化ガス室との圧力差を所定範囲内に保ちながら当該室内の圧力を迅速に変化させることが簡単にできるので、起動・停止の際や緊急停止の際などでも、燃料電池本体の発電セルの損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料電池モジュールの実施の形態の概略構成図である。
【図２】従来の燃料電池モジュールの概略構成図である。
【符号の説明】
１  燃料電池本体
１ａ  燃料ガス室
１ｂ  酸化ガス室
１ｃ  発電セル
２ａ  燃料ガス供給ライン
２ｂ  酸化ガス供給ライン
３ａ  燃料ガス排出ライン
３ｂ  酸化ガス排出ライン
４ａ  燃料ガス圧力調節弁
４ｂ  酸化ガス圧力調節弁
５  不活性ガスタンク
６  不活性ガス送給ライン
７  減圧弁
８  不活性ガス遮断弁
９ａ  燃料ガス側背圧ライン
９ｂ  酸化ガス側背圧ライン
１０ａ  燃料ガス側連絡ライン
１０ｂ  酸化ガス側連絡ライン
１１ａ  燃料ガス側背圧遮断弁
１１ｂ  酸化ガス側背圧遮断弁
２０ａ  燃料ガス
２０ｂ  酸化ガス
２０ｃ  不活性ガス
【図１】
0003605236.tif 000002
【図２】
0003605236.tif 000003