JPH01264179A - 水冷式燃料電池発電設備の冷却装置 - Google Patents
水冷式燃料電池発電設備の冷却装置Info
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- JPH01264179A JPH01264179A JP1033524A JP3352489A JPH01264179A JP H01264179 A JPH01264179 A JP H01264179A JP 1033524 A JP1033524 A JP 1033524A JP 3352489 A JP3352489 A JP 3352489A JP H01264179 A JPH01264179 A JP H01264179A
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
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-
- Y—GENERAL 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
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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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、水冷式燃料電池発電設備に関するもので、
特に、発電設備の冷却に用いる冷却水の酸素濃度の制御
技術に関するものである。
特に、発電設備の冷却に用いる冷却水の酸素濃度の制御
技術に関するものである。
［従来の技術］
燃料電池発電設備において、冷却水を発電設備内に循環
させて冷却を行うことが従来より知られている。このよ
うな発電設備の水冷装置において、発電設備に用いられ
る燃料電池が酸性の電解液を用いている場合には、冷却
水として用いられる冷媒は水である。この水は、発電設
備内で加熱され、電力発生部に滞留する時間に応じて液
相及び気相の二相の混合体となる。この二相混合体は、
蒸気分離装置に導入され、混合体中の気相成分が液相成
分より分離される。この蒸気分離装置による気相分離の
際に、液相の冷却水から酸素が奪われるため、蒸気分離
装置内の液相冷却水の酸素濃度は通常０乃至５０ｐｐｂ
となる。この種の冷却装置では、多くの場合、調整水が
蒸気分離装置によって分離された気相成分分を補償する
ために添加されている。例えば、１９７６年７月１３日
付けでビイ、イー、グレブスタッド（Ｐ、 Ｅ、 Ｇｒ
ｅｖｓｔａｄ）等に付与されたアメリカ特許筒３，９６
９，１４５号には、上記の要領で動作する冷却装置が開
示されている。このアメリカ特許に開示された技術にお
いては、冷却水循環ループ内において、気相成分として
逸失する冷却水を補充することは示されている。
させて冷却を行うことが従来より知られている。このよ
うな発電設備の水冷装置において、発電設備に用いられ
る燃料電池が酸性の電解液を用いている場合には、冷却
水として用いられる冷媒は水である。この水は、発電設
備内で加熱され、電力発生部に滞留する時間に応じて液
相及び気相の二相の混合体となる。この二相混合体は、
蒸気分離装置に導入され、混合体中の気相成分が液相成
分より分離される。この蒸気分離装置による気相分離の
際に、液相の冷却水から酸素が奪われるため、蒸気分離
装置内の液相冷却水の酸素濃度は通常０乃至５０ｐｐｂ
となる。この種の冷却装置では、多くの場合、調整水が
蒸気分離装置によって分離された気相成分分を補償する
ために添加されている。例えば、１９７６年７月１３日
付けでビイ、イー、グレブスタッド（Ｐ、 Ｅ、 Ｇｒ
ｅｖｓｔａｄ）等に付与されたアメリカ特許筒３，９６
９，１４５号には、上記の要領で動作する冷却装置が開
示されている。このアメリカ特許に開示された技術にお
いては、冷却水循環ループ内において、気相成分として
逸失する冷却水を補充することは示されている。
［発明の解決しようとする課題］
しかしながら、このアメリカ特許筒３，９６９゜１４５
号では、冷却水循環ループ中の冷却水の酸素濃度を、冷
却水の化学特性を良好に維持しかつ装置の腐食を最小限
とするために必要な所定の酸素濃度範囲に維持すること
が出来ないものとなっている。
号では、冷却水循環ループ中の冷却水の酸素濃度を、冷
却水の化学特性を良好に維持しかつ装置の腐食を最小限
とするために必要な所定の酸素濃度範囲に維持すること
が出来ないものとなっている。
燃料電池発電設備における所望の冷却水の化学特性を得
るとともに装置の腐食を最小限とするためには、電力発
生部に導入される冷却水中の酸素濃度を約５０ｐｐｂ乃
至約１５０ ｐｐｂの範囲に維持する必要がある。蒸気
分離装置において気相成分を分離された液相冷却水は、
上述のように酸素濃度が非常に希薄になっているため、
補充される調整水が電力発生部に導入される冷却水の主
な酸素供給源となる。調整水の酸素量は約７ｏｏｏｐｐ
ｂである。冷却水循環ループに供給される調整水の量は
、気相成分として分離された量を補充するのみで、冷却
水中の酸素濃度に応じて供給量を変化させることは行わ
れていない。従って、上記したアメリカ特許筒３，９６
９，１４５号に開示された技術は、冷却水の化学特性を
良好に維持し、装置の腐食を最小限にすることは不可能
であった。
るとともに装置の腐食を最小限とするためには、電力発
生部に導入される冷却水中の酸素濃度を約５０ｐｐｂ乃
至約１５０ ｐｐｂの範囲に維持する必要がある。蒸気
分離装置において気相成分を分離された液相冷却水は、
上述のように酸素濃度が非常に希薄になっているため、
補充される調整水が電力発生部に導入される冷却水の主
な酸素供給源となる。調整水の酸素量は約７ｏｏｏｐｐ
ｂである。冷却水循環ループに供給される調整水の量は
、気相成分として分離された量を補充するのみで、冷却
水中の酸素濃度に応じて供給量を変化させることは行わ
れていない。従って、上記したアメリカ特許筒３，９６
９，１４５号に開示された技術は、冷却水の化学特性を
良好に維持し、装置の腐食を最小限にすることは不可能
であった。
そこで、本発明の目的は、電力発生部に供給する冷却水
の酸素濃度を制御して、電力発生部に導入される冷却水
の化学特性を改善するとともに、冷却装置の腐食を最小
限とすることの出来る水冷式燃料電池発電設備の冷却装
置を提供することにある。
の酸素濃度を制御して、電力発生部に導入される冷却水
の化学特性を改善するとともに、冷却装置の腐食を最小
限とすることの出来る水冷式燃料電池発電設備の冷却装
置を提供することにある。
［課題を解決するための手段］
上記及び上記以外の目的を達成するために、本発明の第
一の構成によれば、燃料電池発電設備の電力発生部に配
設され、燃料電池を熱交換によって冷却する冷却媒体を
流通させる冷却通路と、前記冷、却通路内で生成された
冷却媒体の気相成分を分離する気相分離手段と、 前記冷却通路と前記気相分離手段とを接続する第一の冷
却媒体通路手段と、 前記気相分離手段から還流される還流冷却媒体を前記冷
却通路に還流する第二の冷却媒体通路手段と、 前記気相分離手段と下流の前記第二の冷却媒体通路手段
に高酸素濃度の調整媒体を導入して前記気相成分の分離
による冷却媒体の減少分を補償するとともに、前記冷却
通路に供給する冷却媒体に酸素を補給する調整媒体供給
手段と、及び前記第二の冷却媒体通路手段の冷却媒体の
流通を制御して、前記冷却通路に導入する冷却媒体中の
前記還流冷却媒体と調整媒体の割合を調整して、冷却通
路に導入する冷却媒体の酸素含有省を所定範囲に調整す
る流量調整手段とによって構成して、冷却媒体の化学特
性を良好に維持するとともに系の腐食を最小限とするよ
うにしたことを特徴とする燃料電池発電設備の冷却装置
が提供される。
一の構成によれば、燃料電池発電設備の電力発生部に配
設され、燃料電池を熱交換によって冷却する冷却媒体を
流通させる冷却通路と、前記冷、却通路内で生成された
冷却媒体の気相成分を分離する気相分離手段と、 前記冷却通路と前記気相分離手段とを接続する第一の冷
却媒体通路手段と、 前記気相分離手段から還流される還流冷却媒体を前記冷
却通路に還流する第二の冷却媒体通路手段と、 前記気相分離手段と下流の前記第二の冷却媒体通路手段
に高酸素濃度の調整媒体を導入して前記気相成分の分離
による冷却媒体の減少分を補償するとともに、前記冷却
通路に供給する冷却媒体に酸素を補給する調整媒体供給
手段と、及び前記第二の冷却媒体通路手段の冷却媒体の
流通を制御して、前記冷却通路に導入する冷却媒体中の
前記還流冷却媒体と調整媒体の割合を調整して、冷却通
路に導入する冷却媒体の酸素含有省を所定範囲に調整す
る流量調整手段とによって構成して、冷却媒体の化学特
性を良好に維持するとともに系の腐食を最小限とするよ
うにしたことを特徴とする燃料電池発電設備の冷却装置
が提供される。
なお、前記流量調整手段は、前記第二の冷却媒体通路手
段に流通する前記冷却媒体の流量を制御する手段を設け
ることが望ましい。
段に流通する前記冷却媒体の流量を制御する手段を設け
ることが望ましい。
また、前記調整媒体供給手段は、前記調整媒体を分離し
て前記気相分離手段に導入する第一の部分と、前記第二
の冷却媒体通路手段に流通する還流冷却媒体に前記調整
媒体を導入する第二の部分とを設けることも出来る。こ
の場合、前記調整媒体供給手段は、流量制御弁手段を有
しており、前記第一の部分を介して前記気相分離手段に
導入される調整媒体の流量を制御して、気相分離手段に
導入される調整媒体の全調整媒体導入量に対する割合を
経時的に変化させることも出来る。
て前記気相分離手段に導入する第一の部分と、前記第二
の冷却媒体通路手段に流通する還流冷却媒体に前記調整
媒体を導入する第二の部分とを設けることも出来る。こ
の場合、前記調整媒体供給手段は、流量制御弁手段を有
しており、前記第一の部分を介して前記気相分離手段に
導入される調整媒体の流量を制御して、気相分離手段に
導入される調整媒体の全調整媒体導入量に対する割合を
経時的に変化させることも出来る。
本発明の第二の構成によれば、燃料電池発電設備の電力
発生部に配設され、燃料電池を熱交換によって冷却する
冷却媒体を゛流通させる冷却通路と、前記冷却通路内で
生成された冷却媒体の気相成分を分離する気相分離手段
と、 前記冷却通路と前記気相分離手段とを接続する第一の冷
却媒体通路手段と、 前記気相分離手段から還流される還流冷却媒体を前記冷
却通路に還流する第二の冷却媒体通路手段と、 前記気相分離手段と下流の前記第二の冷却媒体通路手段
に高酸素濃度の調整媒体を導入して前記気相成分の分離
による冷却媒体の減少分を補償するとともに、前記冷却
通路に供給する冷却媒体に酸素を約５０ｐｐｂ乃至約１
５０１）Ｉ）ｂの範囲に調整する調整媒体供給手段と、
及び 前記第二の冷却媒体通路手段に流通する冷却媒体の流量
を増減変化させて、前記調整媒体の流量を一定に維持し
つつ冷却媒体の流量を増加させて冷却媒体の酸素濃度を
減少させ、冷却媒体の流量を減少させて冷却媒体の酸素
濃度を増加させるようにしたことを特徴とする燃料電池
発電設備の冷却装置が提供される。
発生部に配設され、燃料電池を熱交換によって冷却する
冷却媒体を゛流通させる冷却通路と、前記冷却通路内で
生成された冷却媒体の気相成分を分離する気相分離手段
と、 前記冷却通路と前記気相分離手段とを接続する第一の冷
却媒体通路手段と、 前記気相分離手段から還流される還流冷却媒体を前記冷
却通路に還流する第二の冷却媒体通路手段と、 前記気相分離手段と下流の前記第二の冷却媒体通路手段
に高酸素濃度の調整媒体を導入して前記気相成分の分離
による冷却媒体の減少分を補償するとともに、前記冷却
通路に供給する冷却媒体に酸素を約５０ｐｐｂ乃至約１
５０１）Ｉ）ｂの範囲に調整する調整媒体供給手段と、
及び 前記第二の冷却媒体通路手段に流通する冷却媒体の流量
を増減変化させて、前記調整媒体の流量を一定に維持し
つつ冷却媒体の流量を増加させて冷却媒体の酸素濃度を
減少させ、冷却媒体の流量を減少させて冷却媒体の酸素
濃度を増加させるようにしたことを特徴とする燃料電池
発電設備の冷却装置が提供される。
さらに、本発明の第三の構成によれば、燃料電池発電設
備の電力発生部に配設され、燃料電池を熱交換によって
冷却する冷却媒体を流通させる冷却通路と、 前記冷却通路内で生成された冷却媒体の気相成分を分離
する気相分離手段と、 前記冷却通路と前記気相分離手段とを接続する第一の冷
却媒体通路手段と、 前記気相分離手段から還流される還流冷却媒体を前記冷
却通路に還流する第二の冷却媒体通路手段と、 前記気相分離手段に接続された第一の通路部分と前記第
二の冷却媒体通路手段に接続された第二の通路部分とを
有し、前記気相分離手段と第二の冷却媒体通路手段のそ
れぞれに高酸素濃度の調整媒体を導入する第三の調整媒
体通路手段とによって構成したことを特徴とする燃料電
池発電設備の冷却装置が提供される。
備の電力発生部に配設され、燃料電池を熱交換によって
冷却する冷却媒体を流通させる冷却通路と、 前記冷却通路内で生成された冷却媒体の気相成分を分離
する気相分離手段と、 前記冷却通路と前記気相分離手段とを接続する第一の冷
却媒体通路手段と、 前記気相分離手段から還流される還流冷却媒体を前記冷
却通路に還流する第二の冷却媒体通路手段と、 前記気相分離手段に接続された第一の通路部分と前記第
二の冷却媒体通路手段に接続された第二の通路部分とを
有し、前記気相分離手段と第二の冷却媒体通路手段のそ
れぞれに高酸素濃度の調整媒体を導入する第三の調整媒
体通路手段とによって構成したことを特徴とする燃料電
池発電設備の冷却装置が提供される。
なお、前記第三の調整媒体通路手段の前記第一の通路部
分と前記第二の通路部分を介して調整媒体の流量を調整
する手段を設けたことも出来る。
分と前記第二の通路部分を介して調整媒体の流量を調整
する手段を設けたことも出来る。
さらに、本発明の第四の構成によれば、燃料電池発電設
備の電力発生部を冷却するために、電力発生部に形成さ
れた冷却通路に冷却媒体を流通させるとともに、冷却通
路内において生成された気相の冷却媒体を気相分離手段
によって液相の冷却媒体より分離して前記冷却通路に還
流するようにした燃料電池発電設備の冷却方法において
、前記燃料電池発電設備の気相分離手段内の低酸素濃度
の還流冷却媒体を前記冷却通路に還流し、前記低酸素濃
度の還流冷却媒体に定常流の高酸素濃度の調整媒体を供
給して、１１η記還流冷却媒体と前記調整媒体の混合媒
体を形成し、 前記混合媒体中の酸素濃度を検出し、及び前記混合媒体
中の酸素濃度が約５０ｐｐｂ乃至約１５０ ｐｌ）ｂの
所定範囲外に有るときに、前記還流冷却媒体の流虫を制
御して前記混合媒体の酸素濃度を前記所定範囲内に維持
するようにしたことを特徴とする燃料電池発電設備の冷
却媒体の酸素濃度制御方法が提供される。
備の電力発生部を冷却するために、電力発生部に形成さ
れた冷却通路に冷却媒体を流通させるとともに、冷却通
路内において生成された気相の冷却媒体を気相分離手段
によって液相の冷却媒体より分離して前記冷却通路に還
流するようにした燃料電池発電設備の冷却方法において
、前記燃料電池発電設備の気相分離手段内の低酸素濃度
の還流冷却媒体を前記冷却通路に還流し、前記低酸素濃
度の還流冷却媒体に定常流の高酸素濃度の調整媒体を供
給して、１１η記還流冷却媒体と前記調整媒体の混合媒
体を形成し、 前記混合媒体中の酸素濃度を検出し、及び前記混合媒体
中の酸素濃度が約５０ｐｐｂ乃至約１５０ ｐｌ）ｂの
所定範囲外に有るときに、前記還流冷却媒体の流虫を制
御して前記混合媒体の酸素濃度を前記所定範囲内に維持
するようにしたことを特徴とする燃料電池発電設備の冷
却媒体の酸素濃度制御方法が提供される。
またさらに、本発明の第五の発明によれば、燃料電池発
電設備の電力発生部を冷却するために、電力発生部に形
成された冷却通路に冷却媒体を流通させるようにした燃
料電池発電設備の冷却方法において、 冷却通路内にお
いて生成された気相の冷却媒体を気相分離する気相分離
手段を設けて気相の冷却媒体を液相の冷却媒体より分離
し、前記燃料電池発電設備の気相分離手段内の低酸素濃
度の還流冷却媒体を前記冷却通路に還流し、前記還流冷
却媒体に、前記気相分離による冷却媒体減少分を補償す
る量の高酸素濃度の調整媒体の、所定の第一の供給ｍの
調整媒体を面記気相分離手段内の低酸素濃度の冷却媒体
に供給し、及び、前記調整媒体の残りの第二の供給量を
前記還流冷却媒体に供給して、前記冷却通路に還流され
る冷却媒体中の酸素濃度を所定の許容範囲に調整して、
腐食を最小限とし、冷却媒体の化学特性を好適な特性と
するようにしたことを特徴とする燃料電池発電設備の冷
却媒体の酸素濃度制御方法が提供される。
電設備の電力発生部を冷却するために、電力発生部に形
成された冷却通路に冷却媒体を流通させるようにした燃
料電池発電設備の冷却方法において、 冷却通路内にお
いて生成された気相の冷却媒体を気相分離する気相分離
手段を設けて気相の冷却媒体を液相の冷却媒体より分離
し、前記燃料電池発電設備の気相分離手段内の低酸素濃
度の還流冷却媒体を前記冷却通路に還流し、前記還流冷
却媒体に、前記気相分離による冷却媒体減少分を補償す
る量の高酸素濃度の調整媒体の、所定の第一の供給ｍの
調整媒体を面記気相分離手段内の低酸素濃度の冷却媒体
に供給し、及び、前記調整媒体の残りの第二の供給量を
前記還流冷却媒体に供給して、前記冷却通路に還流され
る冷却媒体中の酸素濃度を所定の許容範囲に調整して、
腐食を最小限とし、冷却媒体の化学特性を好適な特性と
するようにしたことを特徴とする燃料電池発電設備の冷
却媒体の酸素濃度制御方法が提供される。
なお、前記第五の構成において、前記冷却通路に導入さ
れる冷却媒体の酸素濃度を検出し、前記第一及び第二の
供給量を制御して前記冷却通路に導入される冷却媒体の
酸素濃度を所定の酸素濃度範囲に調整することも出来る
。
れる冷却媒体の酸素濃度を検出し、前記第一及び第二の
供給量を制御して前記冷却通路に導入される冷却媒体の
酸素濃度を所定の酸素濃度範囲に調整することも出来る
。
［実 施 例］
以・下に、本発明の好適実施例による水冷式燃料電池発
電設備における冷却装置を添付する図面を参照しながら
説明する。
電設備における冷却装置を添付する図面を参照しながら
説明する。
図には、二つの電力発生部２．４をもつ燃料電池発電設
備が示されている。図において、電力発生部４の内部構
造は省略されているが、この電力発生部の構造は、電力
発生部２の構造と同一である。電力発生部２の上端及び
電力発生部４の下端にはそれぞれ、電力発生部２．４で
発生される電力を取り出すための端子板６．８が設けら
れている。各電力発生部２．４には複数の燃料電池ＩＯ
が、積層された状態で設けられている。本実施例におい
て各電力発生部２．４に用いられている谷燃料電池１０
は、りん酸等の酸性電解液を用いる形式のもので、通常
約３７５°Ｆの温度で動作する。各電力発生部２．４の
複数の燃料電池１０の積層体には、複数の冷却管１４が
設けられている。
備が示されている。図において、電力発生部４の内部構
造は省略されているが、この電力発生部の構造は、電力
発生部２の構造と同一である。電力発生部２の上端及び
電力発生部４の下端にはそれぞれ、電力発生部２．４で
発生される電力を取り出すための端子板６．８が設けら
れている。各電力発生部２．４には複数の燃料電池ＩＯ
が、積層された状態で設けられている。本実施例におい
て各電力発生部２．４に用いられている谷燃料電池１０
は、りん酸等の酸性電解液を用いる形式のもので、通常
約３７５°Ｆの温度で動作する。各電力発生部２．４の
複数の燃料電池１０の積層体には、複数の冷却管１４が
設けられている。
各冷却管１４は、蛇行管で構成されており、これらの冷
却管１４は炭素板に取り付けられている。
却管１４は炭素板に取り付けられている。
各冷却管１４は、冷却水供給マニホールド１６に接続さ
れている。この冷却水供給マニホールド１６には、冷却
水循環通路１８を介して冷却水が供給される。冷却水供
給マニホールド１６と、各冷却管１４の間は、供給管２
０で連結されており、各供給管２０と冷却管１４間は誘
電体スリーブ２２によって接続されている。一方、各冷
却管！４は、排水管２６を介して冷却水排出マニホール
ド２４に連結されている。各冷却管１４と排水管２６間
は誘電体スリーブ２８で接続されている。冷却水排出マ
ニホールド２４は、蒸気分離器３ｏに接続されている。
れている。この冷却水供給マニホールド１６には、冷却
水循環通路１８を介して冷却水が供給される。冷却水供
給マニホールド１６と、各冷却管１４の間は、供給管２
０で連結されており、各供給管２０と冷却管１４間は誘
電体スリーブ２２によって接続されている。一方、各冷
却管！４は、排水管２６を介して冷却水排出マニホール
ド２４に連結されている。各冷却管１４と排水管２６間
は誘電体スリーブ２８で接続されている。冷却水排出マ
ニホールド２４は、蒸気分離器３ｏに接続されている。
蒸気分離器３０は、電力発生部２．４に挿通された冷却
管Ｉ４で生成された、液相冷却水と気相（蒸気）の混合
体より、気相成分を液相成分より分離する。蒸気分離器
３ｏで液相冷却水より分離された蒸気は、蒸気通路３２
を経て燃料調整装置（ｆｕｅｌ ｒｅｆｏｒｓｅｒ）に
供給され、燃料調整に用いられる。一方、蒸気分離器３
ｏで蒸気（気相成分）を分離された液相の冷却水は、冷
却水循環ポンプ３６に接続された還流通路３４を通って
ポンプに還流される。循環ポンプ３６は、還流通路３４
より導入される冷却水を循環通路１８に循環させる。
管Ｉ４で生成された、液相冷却水と気相（蒸気）の混合
体より、気相成分を液相成分より分離する。蒸気分離器
３ｏで液相冷却水より分離された蒸気は、蒸気通路３２
を経て燃料調整装置（ｆｕｅｌ ｒｅｆｏｒｓｅｒ）に
供給され、燃料調整に用いられる。一方、蒸気分離器３
ｏで蒸気（気相成分）を分離された液相の冷却水は、冷
却水循環ポンプ３６に接続された還流通路３４を通って
ポンプに還流される。循環ポンプ３６は、還流通路３４
より導入される冷却水を循環通路１８に循環させる。
上記したように、蒸気分離器３０より還流通路３４に導
入される還流冷却水の酸素濃度は非常に希薄になってい
る。本実施例においては、冷却管１４内で気化して蒸気
となり蒸気分離器３０で分離されて蒸気通路３２より冷
却系外へ排出された冷却水の蒸発分を補充するために、
調整水供給装置が設けられている。この調整水供給装置
には、酸素濃度の高い調整水が中継管３８を介して導入
される。中継管３８には可変オリフィス弁４０が設けら
れている。この可変オリフィス弁４０は、蒸気分離器３
０で分離される蒸気量に応じた蒸気分離器内の冷却水レ
ベルの変化に応じて調整水の供給量を増減調整する。こ
の可変オリフィス弁４０の弁開度は、発電設備の制御用
マイクロプロセッサで構成した制御装置４１によって制
御される。
入される還流冷却水の酸素濃度は非常に希薄になってい
る。本実施例においては、冷却管１４内で気化して蒸気
となり蒸気分離器３０で分離されて蒸気通路３２より冷
却系外へ排出された冷却水の蒸発分を補充するために、
調整水供給装置が設けられている。この調整水供給装置
には、酸素濃度の高い調整水が中継管３８を介して導入
される。中継管３８には可変オリフィス弁４０が設けら
れている。この可変オリフィス弁４０は、蒸気分離器３
０で分離される蒸気量に応じた蒸気分離器内の冷却水レ
ベルの変化に応じて調整水の供給量を増減調整する。こ
の可変オリフィス弁４０の弁開度は、発電設備の制御用
マイクロプロセッサで構成した制御装置４１によって制
御される。
上側分岐管４２及び下側分岐管４４には中継管３８より
調整水が供給される。上側分岐管４２は、蒸気分離３３
０に直接接続されている。一方、下側分岐管４４は、蒸
気分離器３０下流の還流通路３４に接続されている。こ
れらの上側分岐管４２と下側分岐管４４には、流ｍ制御
弁４６．４８が設けられている。この流量制御弁４６．
４８は上側分岐管４６とＦ側分岐管４８の調整水流量を
制御する。流ｍ制御弁４６．４８は、周期的に弁開度を
調整されて、循環通路１８の酸素レベルを制御する。
調整水が供給される。上側分岐管４２は、蒸気分離３３
０に直接接続されている。一方、下側分岐管４４は、蒸
気分離器３０下流の還流通路３４に接続されている。こ
れらの上側分岐管４２と下側分岐管４４には、流ｍ制御
弁４６．４８が設けられている。この流量制御弁４６．
４８は上側分岐管４６とＦ側分岐管４８の調整水流量を
制御する。流ｍ制御弁４６．４８は、周期的に弁開度を
調整されて、循環通路１８の酸素レベルを制御する。
上記のように構成した本発明の構成による冷却装置は、
以下に示す二つのモードで動作可能である。上述のよう
に、本発明の目的は、循環通路１８に酸素濃度を約５０
ｐｐｂ乃至約１５０ｐｐｂの冷却水を供給することであ
る。循環通路１８に流通する冷却水の酸素濃度は、周期
的に測定される。
以下に示す二つのモードで動作可能である。上述のよう
に、本発明の目的は、循環通路１８に酸素濃度を約５０
ｐｐｂ乃至約１５０ｐｐｂの冷却水を供給することであ
る。循環通路１８に流通する冷却水の酸素濃度は、周期
的に測定される。
循環通路に流通する冷却水の酸素濃度の低下が検出され
た場合には、ポンプ３６の吐出量が流量制御弁４９の弁
開度を減少させることで減少制御されて、冷却水循環系
に流通する冷却水の流ｍが低下され、る。冷却水の流量
が低下され、下側分岐管４４より還流通路３４に供給さ
れる調整水の供給量が一定に維持されていれば、循環通
路１８内に流通する冷却水中の調整水の割合が増加する
。
た場合には、ポンプ３６の吐出量が流量制御弁４９の弁
開度を減少させることで減少制御されて、冷却水循環系
に流通する冷却水の流ｍが低下され、る。冷却水の流量
が低下され、下側分岐管４４より還流通路３４に供給さ
れる調整水の供給量が一定に維持されていれば、循環通
路１８内に流通する冷却水中の調整水の割合が増加する
。
調整水は酸素濃度が高いので、循環通路１８に流通する
冷却水の酸素濃度が上昇する。このモードで冷却装置を
制御する場合には、流ｍ制御弁４６の絞り糟は大きく設
定するか、若しくは全閉状態とすることが望ましい。一
方、循環通路１８に流通する冷却水の酸ｌＦ、′ａ度が
過剰になった場合には、流ｍ制御弁４９の弁開度を増加
させて循環ポンプ３６の吐出量が増加されて酸素濃度の
希薄な還流冷却水の循環通路１８の流通量が増加して、
循環通路！８の冷却水の酸素濃度が低下される。上記の
ようにして、電力発生部２．４に流通する冷却水の酸素
濃度は、調整水の供給量を一定に維持しつつ、還流冷却
水の流速を制御することによって制御することが出来る
。
冷却水の酸素濃度が上昇する。このモードで冷却装置を
制御する場合には、流ｍ制御弁４６の絞り糟は大きく設
定するか、若しくは全閉状態とすることが望ましい。一
方、循環通路１８に流通する冷却水の酸ｌＦ、′ａ度が
過剰になった場合には、流ｍ制御弁４９の弁開度を増加
させて循環ポンプ３６の吐出量が増加されて酸素濃度の
希薄な還流冷却水の循環通路１８の流通量が増加して、
循環通路！８の冷却水の酸素濃度が低下される。上記の
ようにして、電力発生部２．４に流通する冷却水の酸素
濃度は、調整水の供給量を一定に維持しつつ、還流冷却
水の流速を制御することによって制御することが出来る
。
なお、本実施例においては、循環ポンプの吐出量を流量
制御弁によって制御するようにしているが、循環ポンプ
の吐出量を可変として、直接ポンプの回転数、圧縮量等
を制御して流量制御弁を用いずに直接吐出量を制御する
ことも可能である。
制御弁によって制御するようにしているが、循環ポンプ
の吐出量を可変として、直接ポンプの回転数、圧縮量等
を制御して流量制御弁を用いずに直接吐出量を制御する
ことも可能である。
また、冷却水循環系内の冷却水の流量を一定に維持する
ことが望ましい場合には、本発明の好適実施例による冷
却装置を、上記した動作モードとは異なる動作モードで
動作させる。この動作モードにおいては上側分岐管４２
と下側分岐管４４に供給する調整水の流量配分によって
循環通路１８に循環される冷却水の酸素濃度が制御され
る。上側分岐管４２より蒸気分離器３０に導入される調
整水は、含有する酸素を蒸気によって奪われるため、蒸
気分離器３０に導入される調整水によって供給される酸
素型は極微少となり、循環通路１８に流通する冷却水の
酸素濃度は主に下側分岐管４４を介して還流通路３４に
導入される調整水の供給量によって決定される。従って
、循環通路１８の冷却水の酸素濃度を増加させる場合に
は、下側分岐管４４を介して還流通路３４に導入される
調整水の流量配分を増加させる。このために、上側分岐
管４２の流ｍ制御弁４６の弁開度を減少して、蒸気分離
器３０に導入する調整水の流量を制限し、下側分岐管４
４の流ｍ制御弁４８の弁開度を増加させて、調整水流量
を増加させる。上記の構成では、Ｅ側分岐管４２及び下
側分岐管４４を介して冷却水循環系に導入される調整水
の合計供給量は−一定ニＭＬ 持しつつ、循環通路Ｉ８
から８冷却管１４に供給される冷却水の酸素濃度を増加
制御４′ることか可能となる。一方、■−記の逆に循環
通路１８内に流通４°る冷却水の酸素濃度を低下さける
場合には、上側分岐管４２より蒸気分離器３０に導入す
る調整水の供給量を増加させ、下側分岐管４４より還流
通路３４に導入する調整水の供給ｈ１を減少させる。
ことが望ましい場合には、本発明の好適実施例による冷
却装置を、上記した動作モードとは異なる動作モードで
動作させる。この動作モードにおいては上側分岐管４２
と下側分岐管４４に供給する調整水の流量配分によって
循環通路１８に循環される冷却水の酸素濃度が制御され
る。上側分岐管４２より蒸気分離器３０に導入される調
整水は、含有する酸素を蒸気によって奪われるため、蒸
気分離器３０に導入される調整水によって供給される酸
素型は極微少となり、循環通路１８に流通する冷却水の
酸素濃度は主に下側分岐管４４を介して還流通路３４に
導入される調整水の供給量によって決定される。従って
、循環通路１８の冷却水の酸素濃度を増加させる場合に
は、下側分岐管４４を介して還流通路３４に導入される
調整水の流量配分を増加させる。このために、上側分岐
管４２の流ｍ制御弁４６の弁開度を減少して、蒸気分離
器３０に導入する調整水の流量を制限し、下側分岐管４
４の流ｍ制御弁４８の弁開度を増加させて、調整水流量
を増加させる。上記の構成では、Ｅ側分岐管４２及び下
側分岐管４４を介して冷却水循環系に導入される調整水
の合計供給量は−一定ニＭＬ 持しつつ、循環通路Ｉ８
から８冷却管１４に供給される冷却水の酸素濃度を増加
制御４′ることか可能となる。一方、■−記の逆に循環
通路１８内に流通４°る冷却水の酸素濃度を低下さける
場合には、上側分岐管４２より蒸気分離器３０に導入す
る調整水の供給量を増加させ、下側分岐管４４より還流
通路３４に導入する調整水の供給ｈ１を減少させる。
なお、本発明は上記の構成に特定されるものではなく、
特許請求の範囲に記載された本発明の要旨を逸脱しない
範囲で実施されるいかなる構成をも包含するものである
。
特許請求の範囲に記載された本発明の要旨を逸脱しない
範囲で実施されるいかなる構成をも包含するものである
。
［効 果］
上記のように本発明によれば、簡単な構成によって電力
発生部に供給される冷却水の酸素濃度を効果的に制御す
ることが出来る。従って、本発明の冷却装置を用いた燃
料電池発電設備においては、電力発生部における冷却水
の化学特性を所望の特性とすることが出来、また装置の
腐食を最小限に維持することが出来る。
発生部に供給される冷却水の酸素濃度を効果的に制御す
ることが出来る。従って、本発明の冷却装置を用いた燃
料電池発電設備においては、電力発生部における冷却水
の化学特性を所望の特性とすることが出来、また装置の
腐食を最小限に維持することが出来る。
添付の図面は、本発明の好適実施例による燃料電池発電
設備の冷却装置の概略を示す図である。 ２．４ ・・・ 電力発生部 １０ ・・・ 燃料電池 １４ ・・・ 冷却管 １８ ・・・ 循環通路 ３０ ・・・ 蒸気分離器 ３４ ・・・ 還流通路 ３６ ・・・ 循環ポンプ ４２．４４ ・・・ 分岐管
設備の冷却装置の概略を示す図である。 ２．４ ・・・ 電力発生部 １０ ・・・ 燃料電池 １４ ・・・ 冷却管 １８ ・・・ 循環通路 ３０ ・・・ 蒸気分離器 ３４ ・・・ 還流通路 ３６ ・・・ 循環ポンプ ４２．４４ ・・・ 分岐管
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）燃料電池発電設備の電力発生部に配設され、燃料
電池を熱交換によって冷却する冷却媒体を流通させる冷
却通路と、 前記冷却通路内で生成された冷却媒体の気相成分を分離
する気相分離手段と、 前記冷却通路と前記気相分離手段とを接続する第一の冷
却媒体通路手段と、 前記気相分離手段から還流される還流冷却媒体を前記冷
却通路に還流する第二の冷却媒体通路手段と、 前記気相分離手段と下流の前記第二の冷却媒体通路手段
に高酸素濃度の調整媒体を導入して前記気相成分の分離
による冷却媒体の減少分を補償するとともに、前記冷却
通路に供給する冷却媒体に酸素を補給する調整媒体供給
手段と、及び 前記第二の冷却媒体通路手段の冷却媒体の流通を制御し
て、前記冷却通路に導入する冷却媒体中の前記還流冷却
媒体と調整媒体の割合を調整して、冷却通路に導入する
冷却媒体の酸素含有量を所定範囲に調整する流量調整手
段とによって構成して、冷却媒体の化学特性を良好に維
持するとともに系の腐食を最小限とするようにしたこと
を特徴とする燃料電池発電設備の冷却装置。 （２）前記流量調整手段は、前記第二の冷却媒体通路手
段に流通する前記冷却媒体の流量を制御する手段を有し
ていることを特徴とする請求項第１項記載の冷却装置。 （３）前記調整媒体供給手段は、前記調整媒体を分離し
て前記気相分離手段に導入する第一の部分と、前記第二
の冷却媒体通路手段に流通する還流冷却媒体に前記調整
媒体を導入する第二の部分とを有していることを特徴と
する請求項第１項又は第２項記載の冷却装置。 （４）前記調整媒体供給手段は、流量制御弁手段を有し
ており、前記第一の部分を介して前記気相分離手段に導
入される調整媒体の流量を制御して、気相分離手段に導
入される調整媒体の全調整媒体導入量に対する割合を経
時的に変化させるようにしたことを特徴とする請求項第
３項記載の冷却装置。 （５）燃料電池発電設備の電力発生部に配設され、燃料
電池を熱交換によって冷却する冷却媒体を流通させる冷
却通路と、 前記冷却通路内で生成された冷却媒体の気相成分を分離
する気相分離手段と、 前記冷却通路と前記気相分離手段とを接続する第一の冷
却媒体通路手段と、 前記気相分離手段から還流される還流冷却媒体を前記冷
却通路に還流する第二の冷却媒体通路手段と、 前記気相分離手段と下流の前記第二の冷却媒体通路手段
に高酸素濃度の調整媒体を導入して前記気相成分の分離
による冷却媒体の減少分を補償するとともに、前記冷却
通路に供給する冷却媒体に酸素を約５０ｐｐｂ乃至約１
５０ｐｐｂの範囲に調整する調整媒体供給手段と、及び 前記第二の冷却媒体通路手段に流通する冷却媒体の流量
を増減変化させて、前記調整媒体の流量を一定に維持し
つつ冷却媒体の流量を増加させて冷却媒体の酸素濃度を
減少させ、冷却媒体の流量を減少させて冷却媒体の酸素
濃度を増加させるようにしたことを特徴とする燃料電池
発電設備の冷却装置。 （６）燃料電池発電設備の電力発生部に配設され、燃料
電池を熱交換によって冷却する冷却媒体を流通させる冷
却通路と、 前記冷却通路内で生成された冷却媒体の気相成分を分離
する気相分離手段と、 前記冷却通路と前記気相分離手段とを接続する第一の冷
却媒体通路手段と、 前記気相分離手段から還流される還流冷却媒体を前記冷
却通路に還流する第二の冷却媒体通路手段と、 前記気相分離手段に接続された第一の通路部分と前記第
二の冷却媒体通路手段に接続された第二の通路部分とを
有し、前記気相分離手段と第二の冷却媒体通路手段のそ
れぞれに高酸素濃度の調整媒体を導入する第三の調整媒
体通路手段とによって構成したことを特徴とする燃料電
池発電設備の冷却装置。 （７）前記第三の調整媒体通路手段の前記第一の通路部
分と前記第二の通路部分を介して調整媒体の流量を調整
する手段を設けたことを特徴とする請求項第６項記載の
冷却装置。（８）燃料電池発電設備の電力発生部を冷却
するために、電力発生部に形成された冷却通路に冷却媒
体を流通させるとともに、冷却通路内において生成され
た気相の冷却媒体を気相分離手段によって液相の冷却媒
体より分離して前記冷却通路に還流するようにした燃料
電池発電設備の冷却方法において、 前記燃料電池発電設備の気相分離手段内の低酸素濃度の
還流冷却媒体を前記冷却通路に還流し、前記低酸素濃度
の還流冷却媒体に定常流の高酸素濃度の調整媒体を供給
して、前記還流冷却媒体と前記調整媒体の混合媒体を形
成し、 前記混合媒体中の酸素濃度を検出し、及び 前記混合媒体中の酸素濃度が約５０ｐｐｂ乃至約１５０
ｐｐｂの所定範囲外に有るときに、前記還流冷却媒体の
流量を制御して前記混合媒体の酸素濃度を前記所定範囲
内に維持するようにしたことを特徴とする燃料電池発電
設備の冷却媒体の酸素濃度制御方法。 （９）燃料電池発電設備の電力発生部を冷却するために
、電力発生部に形成された冷却通路に冷却媒体を流通さ
せるようにした燃料電池発電設備の冷却方法において、 冷却通路内において生成された気相の冷却媒体を気相分
離する気相分離手段を設けて気相の冷却媒体を液相の冷
却媒体より分離し、 前記燃料電池発電設備の気相分離手段内の低酸素濃度の
還流冷却媒体を前記冷却通路に還流し、前記還流冷却媒
体に、前記気相分離による冷却媒体減少分を補償する量
の高酸素濃度の調整媒体の、所定の第一の供給量の調整
媒体を前記気相分離手段内の低酸素濃度の冷却媒体に供
給し、及び、前記調整媒体の残りの第二の供給量を前記
還流冷却媒体に供給して、前記冷却通路に還流される冷
却媒体中の酸素濃度を所定の許容範囲に調整して、腐食
を最小限とし、冷却媒体の化学特性を好適な特性とする
ようにしたことを特徴とする燃料電池発電設備の冷却媒
体の酸素濃度制御方法。 （１０）前記冷却通路に導入される冷却媒体の酸素濃度
を検出し、前記第一及び第二の供給量を制御して前記冷
却通路に導入される冷却媒体の酸素濃度を所定の酸素濃
度範囲に調整するようにした請求項第９項記載の冷却方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US157,541 | 1988-02-12 | ||
| US07/157,541 US4824738A (en) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | Controlling oxygen concentrations in fuel cell cooling water loops |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01264179A true JPH01264179A (ja) | 1989-10-20 |
Family
ID=22564174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1033524A Pending JPH01264179A (ja) | 1988-02-12 | 1989-02-13 | 水冷式燃料電池発電設備の冷却装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4824738A (ja) |
| EP (1) | EP0328114A1 (ja) |
| JP (1) | JPH01264179A (ja) |
| CA (1) | CA1309130C (ja) |
| DK (1) | DK63289A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03187159A (ja) * | 1989-12-15 | 1991-08-15 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 燃料電池の水冷却方法 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6280867B1 (en) | 1997-12-05 | 2001-08-28 | Griff Consulting, Inc. | Apparatus for pumping a fluid in a fuel cell system |
| US6641625B1 (en) | 1999-05-03 | 2003-11-04 | Nuvera Fuel Cells, Inc. | Integrated hydrocarbon reforming system and controls |
| US6394207B1 (en) * | 2000-02-16 | 2002-05-28 | General Motors Corporation | Thermal management of fuel cell powered vehicles |
| US6733910B1 (en) | 2000-10-31 | 2004-05-11 | Power Plug Inc. | Fuel cell coolant tank system |
| CA2764522C (en) * | 2009-07-02 | 2015-09-15 | The Governors Of The University Of Alberta | Particle classifier |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3923546A (en) * | 1974-12-13 | 1975-12-02 | United Technologies Corp | Corrosion protection for a fuel cell coolant system |
| US3969145A (en) * | 1975-07-21 | 1976-07-13 | United Technologies Corporation | Fuel cell cooling system using a non-dielectric coolant |
| US4670357A (en) * | 1985-06-17 | 1987-06-02 | International Fuel Cells Corporation | Fuel cell powerplant employing an aqueous solution |
-
1988
- 1988-02-12 US US07/157,541 patent/US4824738A/en not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-02-09 EP EP89102257A patent/EP0328114A1/en not_active Withdrawn
- 1989-02-10 DK DK063289A patent/DK63289A/da not_active Application Discontinuation
- 1989-02-10 CA CA000590755A patent/CA1309130C/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-02-13 JP JP1033524A patent/JPH01264179A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03187159A (ja) * | 1989-12-15 | 1991-08-15 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 燃料電池の水冷却方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0328114A1 (en) | 1989-08-16 |
| US4824738A (en) | 1989-04-25 |
| CA1309130C (en) | 1992-10-20 |
| DK63289A (da) | 1989-08-13 |
| DK63289D0 (da) | 1989-02-10 |
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