JPS59149662A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JPS59149662A JPS59149662A JP58015142A JP1514283A JPS59149662A JP S59149662 A JPS59149662 A JP S59149662A JP 58015142 A JP58015142 A JP 58015142A JP 1514283 A JP1514283 A JP 1514283A JP S59149662 A JPS59149662 A JP S59149662A
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- fuel gas
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- 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
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
-
- 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
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
-
- 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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】
〔発明の技術分野〕
本発明は、複数の燃料電池スタックからなる燃料電池発
電装置に関する。
電装置に関する。
燃料の有している化学エネルギーを直接電気エネルギー
に変換するものとして燃料電池が知られている。この燃
料電池は通常、電解質を挟んで一対の多孔質の電極を配
置すると共に一方の電極の背面に水素等の燃料ガスを接
触させ、また他方の電極の背面に酸化剤として９気に含
まれる酸素を接触させ、このときに起こる電気化学反応
により発生する電気エネルギーを上記一対の電極から取
出すようにしたものである。
に変換するものとして燃料電池が知られている。この燃
料電池は通常、電解質を挟んで一対の多孔質の電極を配
置すると共に一方の電極の背面に水素等の燃料ガスを接
触させ、また他方の電極の背面に酸化剤として９気に含
まれる酸素を接触させ、このときに起こる電気化学反応
により発生する電気エネルギーを上記一対の電極から取
出すようにしたものである。
上記において電解質としては、溶融塩、アルカリ溶液、
酸性溶液等が用いられ、特に代表的なものとしてはリン
酸が用いられている。
酸性溶液等が用いられ、特に代表的なものとしてはリン
酸が用いられている。
以下第１図を参照して上記リン酸を電解質として用いた
リン酸形の燃料電池の原理（こついて説明する。第１図
においてｌは繊維質シート或いは鉱物質粉末にリン酸を
含浸した電解質である。この電解質１にはアノードとし
ての電極２Ａ、カソードとしての電極２Ｂが対向して設
置されている。この電極２Ａ、２Ｂは、多孔状の炭素質
からなり、電解質１１こ接する一方面ｌこは触媒として
白金が塗布されている。また電極２に、２Ｂの他方面に
は、水素等の燃料ガスが流入する部屋である燃料ガス供
給案３と、酸化剤ガスとしての空気が流入する部屋であ
る空気供給室４とが対向して設けられている。このよう
な構成の燃料電池は、燃料カス供給案３に流入した燃料
ガスとしての水素カスが多孔状の電極２Ａの９隙部位に
拡散し、電極２人の触媒に達する。ここで水素ガスは触
媒の作用により水素イオンと電子に電離する。これを反
応式で表わすと Ｈ２−＋ ２Ｈ＋２ｅ となる。水素イオン２Ｈは電解Ｊ １ ｉこ入り、起電
圧の作用と濃度拡散により電極２Ｂに向って泳動する。
リン酸形の燃料電池の原理（こついて説明する。第１図
においてｌは繊維質シート或いは鉱物質粉末にリン酸を
含浸した電解質である。この電解質１にはアノードとし
ての電極２Ａ、カソードとしての電極２Ｂが対向して設
置されている。この電極２Ａ、２Ｂは、多孔状の炭素質
からなり、電解質１１こ接する一方面ｌこは触媒として
白金が塗布されている。また電極２に、２Ｂの他方面に
は、水素等の燃料ガスが流入する部屋である燃料ガス供
給案３と、酸化剤ガスとしての空気が流入する部屋であ
る空気供給室４とが対向して設けられている。このよう
な構成の燃料電池は、燃料カス供給案３に流入した燃料
ガスとしての水素カスが多孔状の電極２Ａの９隙部位に
拡散し、電極２人の触媒に達する。ここで水素ガスは触
媒の作用により水素イオンと電子に電離する。これを反
応式で表わすと Ｈ２−＋ ２Ｈ＋２ｅ となる。水素イオン２Ｈは電解Ｊ １ ｉこ入り、起電
圧の作用と濃度拡散により電極２Ｂに向って泳動する。
一方、電子２ｅは電極２８Ｉこ到達し、電極２Ｂを負電
位に課電する。電極２Ｂの触媒面では、上記水素イオン
２Ｈと、突気供給案４ζこ供給され多孔状の電極２Ｂの
空隙部を通った酸素と、電極２人から外部の電力負荷Ｒ
を通って、電極２ＢｌＣ来た電子とが反応を起こす。こ
れを反応式で表わすと ４Ｈ，＋ ４ｅ ＋ Ｏ，−＋ ２Ｈ２０となる。ここ
で水素が酸化されて水０こなる反応と、このときの化学
エネルギーが電気エネルギーに変換する反応とが発生し
、上記電気エネルギーは電力負荷Ｒ１こて消費される。
位に課電する。電極２Ｂの触媒面では、上記水素イオン
２Ｈと、突気供給案４ζこ供給され多孔状の電極２Ｂの
空隙部を通った酸素と、電極２人から外部の電力負荷Ｒ
を通って、電極２ＢｌＣ来た電子とが反応を起こす。こ
れを反応式で表わすと ４Ｈ，＋ ４ｅ ＋ Ｏ，−＋ ２Ｈ２０となる。ここ
で水素が酸化されて水０こなる反応と、このときの化学
エネルギーが電気エネルギーに変換する反応とが発生し
、上記電気エネルギーは電力負荷Ｒ１こて消費される。
このとき、電気エネルギーの一部は、電解質１の中で、
燃料電池の内部抵抗により消費される。従って燃料電池
の効率を高めるためＯこ、電解質１は極めて薄く設計さ
れ、水素イオンの泳動距離を短くし、内部抵抗を小さく
するようになっている。
燃料電池の内部抵抗により消費される。従って燃料電池
の効率を高めるためＯこ、電解質１は極めて薄く設計さ
れ、水素イオンの泳動距離を短くし、内部抵抗を小さく
するようになっている。
また原料さして供給されるＶ相カス及び空気は、通帛に
おいては数気圧に加圧されたものが用いられ、反応速度
を速め、効率の向上を図っている、 〔背景技術の問題点〕 上記燃料電池において燃料カスとしては、天然ガス（主
成分がメタン； ＣＩ（、）等を改質したものを用い、
その組成は約水素Ｈ２；８０％。
おいては数気圧に加圧されたものが用いられ、反応速度
を速め、効率の向上を図っている、 〔背景技術の問題点〕 上記燃料電池において燃料カスとしては、天然ガス（主
成分がメタン； ＣＩ（、）等を改質したものを用い、
その組成は約水素Ｈ２；８０％。
二酸化炭素ＣＯ２；２０％である。一方酸化剤としては
、通常においては空気を用いるので約酸累；２０％、窒
素Ｎ２；８０％である。才だ燃料電池ｌこおいては、燃
料ガスとしての水素ガスと酸化剤としての酸素カスとの
供給ガスの利用率、即ち （注１） 供給ガスの利用率 出口ガス濃度 によって燃料電池の特性は変化する。これは例えば第２
図（ａ） 、 （ｂ）ζこ示すように、通誰の運転（こ
おいては、水素／１′ｕ用率が８０％、酸素利用率が７
０％にて運転される。
、通常においては空気を用いるので約酸累；２０％、窒
素Ｎ２；８０％である。才だ燃料電池ｌこおいては、燃
料ガスとしての水素ガスと酸化剤としての酸素カスとの
供給ガスの利用率、即ち （注１） 供給ガスの利用率 出口ガス濃度 によって燃料電池の特性は変化する。これは例えば第２
図（ａ） 、 （ｂ）ζこ示すように、通誰の運転（こ
おいては、水素／１′ｕ用率が８０％、酸素利用率が７
０％にて運転される。
一方、燃料電池は最終的には（１）式（こ示すように１
２ Ｈ２＋０２ →２ Ｈ２０＋ ＠流′市カ十熱
−＝ ・＝ −（１）水素Ｈ２，ｌｌ！：酸累０２とか
反応して、水Ｈ２０と直流電力と熱とを生成する反応が
行なわれる。従って第１図ζこ示した燃料カス供給室３
の入口での炉料カスの流量を１ｏｏとしたときの、燃料
電池の各部の流量は、定格運転時には上述した燃料カス
と酸化剤ガスとしての９気との組成、及び上記供給ガス
の利用率を考慮すると、第１表のように表わせる。
−＝ ・＝ −（１）水素Ｈ２，ｌｌ！：酸累０２とか
反応して、水Ｈ２０と直流電力と熱とを生成する反応が
行なわれる。従って第１図ζこ示した燃料カス供給室３
の入口での炉料カスの流量を１ｏｏとしたときの、燃料
電池の各部の流量は、定格運転時には上述した燃料カス
と酸化剤ガスとしての９気との組成、及び上記供給ガス
の利用率を考慮すると、第１表のように表わせる。
第 １ 表
注１；生成水を除いた場合であり、生成水を含んだ場合
は（）内の数値である。
は（）内の数値である。
第１表に示されるように、空気は入口側から出口側にて
２００から１７２に“若干減少する。
２００から１７２に“若干減少する。
この場合、生成水の大部分か突気とともに流計すること
を考慮すると、２００から２３６へさむしろ増加するこ
とになる。しかしながら、燃料ガスは入口側から出口側
にて１００から３６へと約６０％減少する。
を考慮すると、２００から２３６へさむしろ増加するこ
とになる。しかしながら、燃料ガスは入口側から出口側
にて１００から３６へと約６０％減少する。
上記は定格運転の場合であるが、定格の半分で運転され
る場合は、入口側流量は半分となり、また出口側流量は
２０％以下に低下する。従って燃料ガス側の電極２ＡＩ
こ形成された流路溝における流量分布に差が生じる。
る場合は、入口側流量は半分となり、また出口側流量は
２０％以下に低下する。従って燃料ガス側の電極２ＡＩ
こ形成された流路溝における流量分布に差が生じる。
以下上記について第３図を参照して説明する。
第３図は第１図に示した燃料電池の原理に基づいた燃料
電池発心装置の棚：略を示している。第３図において、
空気はタービンコンプレッサー（Ｔ／Ｃ）のコンプレッ
サ部５ζこより加圧されて、空気入口マニホールド６に
入り、図示方向に流通溝が形成された電極７Ａを通って
空気出口マニホールド８ｆこ至す、タービンコンプレッ
サ（Ｔ／Ｃ）のタービン部９に戻る。また燃料カスは、
改質６１０により改質され、燃料カス入口マニホールド
ＩＩに入り、図示方向に流通溝が形上記において空気供
給部は、タービン、コンプレッサにより流量は十分であ
るが燃料カス供給部は、定格運転時に入口にて半分の流
量であ変化し、第３図に示すように燃料ガスの通流方向
が一方側に寄ってしまう。従って燃料ガスの片い、。、
、、あ１．つｊＡ、７ＢＯ［ｉ［ｊｔ４よヶオ的に減少
したことになり、燃料電池発心装置としての特性低下を
招くことになった。
電池発心装置の棚：略を示している。第３図において、
空気はタービンコンプレッサー（Ｔ／Ｃ）のコンプレッ
サ部５ζこより加圧されて、空気入口マニホールド６に
入り、図示方向に流通溝が形成された電極７Ａを通って
空気出口マニホールド８ｆこ至す、タービンコンプレッ
サ（Ｔ／Ｃ）のタービン部９に戻る。また燃料カスは、
改質６１０により改質され、燃料カス入口マニホールド
ＩＩに入り、図示方向に流通溝が形上記において空気供
給部は、タービン、コンプレッサにより流量は十分であ
るが燃料カス供給部は、定格運転時に入口にて半分の流
量であ変化し、第３図に示すように燃料ガスの通流方向
が一方側に寄ってしまう。従って燃料ガスの片い、。、
、、あ１．つｊＡ、７ＢＯ［ｉ［ｊｔ４よヶオ的に減少
したことになり、燃料電池発心装置としての特性低下を
招くことになった。
本発明は、上記事情ζこ基づいてなされたもので、燃料
カス及び酸化剤ガスの通流の片寄りを無くし、もって艮
好な発電特性を発揮し得る燃料電池発電装置を提供する
ことを目的とする。
カス及び酸化剤ガスの通流の片寄りを無くし、もって艮
好な発電特性を発揮し得る燃料電池発電装置を提供する
ことを目的とする。
本発明による燃料電池発電１装置は上記目的を達成する
ために以下の如く構成したことを特徴としている。即ち
、種数の・燃料電池スタックを心気的に並列接続してな
る電池本体に対し、燃料ガス及び酸化剤ガスを供給−排
出する燃料ガス供給−排出部及び酸化剤ガス供給・排出
部のうち少なくとも一方を各燃料電池スタック相互間に
接続した構成としているっ 〔発明の実施例〕 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第４
図は本発明による燃料電池発電装置の一実施例を示す構
成図である。第４図において、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ
１Ｊ４Ｄ、１４Ｅは電気的に直列接続された第１乃至第
５の燃料電池スタック（以下、スタックと略する）であ
り、夫々には回文する如く空気流通溝と燃料ガス流通溝
とが形成された電極１５に、１５Ｂ。
ために以下の如く構成したことを特徴としている。即ち
、種数の・燃料電池スタックを心気的に並列接続してな
る電池本体に対し、燃料ガス及び酸化剤ガスを供給−排
出する燃料ガス供給−排出部及び酸化剤ガス供給・排出
部のうち少なくとも一方を各燃料電池スタック相互間に
接続した構成としているっ 〔発明の実施例〕 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第４
図は本発明による燃料電池発電装置の一実施例を示す構
成図である。第４図において、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ
１Ｊ４Ｄ、１４Ｅは電気的に直列接続された第１乃至第
５の燃料電池スタック（以下、スタックと略する）であ
り、夫々には回文する如く空気流通溝と燃料ガス流通溝
とが形成された電極１５に、１５Ｂ。
１５Ｃ，１，５Ｄ、１５Ｅを設けでいる。そして夫々の
空気入口マニホールド１６Ａ、１６Ｂ。
空気入口マニホールド１６Ａ、１６Ｂ。
１６Ｃ，１６Ｄ、１６Ｅは空気供給管１７により並夕１
」連結され、タービンコンプレッサ１８のコンプレッサ
部１８ｋに接続されている。
」連結され、タービンコンプレッサ１８のコンプレッサ
部１８ｋに接続されている。
また空気出口マニホールド１９Ａ、１９Ｂ。
１９Ｃ，１９Ｄ、１９Ｅは夫々空気排出管２０により並
列連結され、混合器２Ｉを介してタービンコンプレッサ
１８のタービン部１８Ｂに接続されている。更に各スタ
ックＺ５Ａ、１５Ｂ。
列連結され、混合器２Ｉを介してタービンコンプレッサ
１８のタービン部１８Ｂに接続されている。更に各スタ
ックＺ５Ａ、１５Ｂ。
１５Ｃ，１５Ｄ、１５Ｅの燃料ノＪス入ロマニホールド
２２１．２２Ｂ、２２Ｃ，２２Ｄ、２’２Ｅと、燃料ガ
ス出口マニホールド２３１．２３Ｂ。
２２１．２２Ｂ、２２Ｃ，２２Ｄ、２’２Ｅと、燃料ガ
ス出口マニホールド２３１．２３Ｂ。
２３Ｃ，２３Ｄ 、２３Ｅとは、互いに隣−り合った相
互間が直列配管されている。
互間が直列配管されている。
第１のスタック１４Ａの燃料ガス、入口マニホールド２
１１ζこは燃料ガス供給管２４がシフトコンバータ２５
を介、して改質器２６の触媒部（Ｃａｔｅ）２６Ａに接
続されている。また第５のスタック１°４Ｅの・ｊ熱料
ガス出ロマニホールド２３Ｅは、燃料ガス排出管２７に
より改質器２６のバーナ部２６ＢＩこ接続されている。
１１ζこは燃料ガス供給管２４がシフトコンバータ２５
を介、して改質器２６の触媒部（Ｃａｔｅ）２６Ａに接
続されている。また第５のスタック１°４Ｅの・ｊ熱料
ガス出ロマニホールド２３Ｅは、燃料ガス排出管２７に
より改質器２６のバーナ部２６ＢＩこ接続されている。
そして改質器２６からの排ガスは混合器２１ζこ排出さ
れるように配管２８が設けられている。
れるように配管２８が設けられている。
上記において、燃料電池スタック１４Ａ。
１４Ｂ、１４Ｃ，１４Ｄ、１４Ｅは全体で電池本体を構
成している。また上記１において、タービンコンプレッ
サＩ８のコンプレッサ部１８Ａ→空気供給管Ｉ７→膚池
本体へと至る酸化剤カスとしての空気の通流は酸化剤ガ
ス供給部をなし、電池本体→空気排出管２０→混合器２
１→タービンコンブレツザ１８のタービン部１８Ｂへと
至る酸化剤ガスとしての突気の通流は酸化剤ガス排出部
をなし、これらは酸化剤ガス部を構成している。更に改
質器２６の触媒部２６Ａ→燃料ガス供給管２４→シフト
コンバータ２５→燃料ガス供給管２４→亀池本体へと至
る燃料ガスの通流は燃料ガス供給部全なし、電池本体→
改質器２６のバーナ部２６Ｂ→配管２８→混合器２１→
タービンコンプレッサＩ８のタービン部１８Ｂへと至る
燃料ガスの通流は燃料ガス排出部をなし、これらは燃料
ガス部を構成している。
成している。また上記１において、タービンコンプレッ
サＩ８のコンプレッサ部１８Ａ→空気供給管Ｉ７→膚池
本体へと至る酸化剤カスとしての空気の通流は酸化剤ガ
ス供給部をなし、電池本体→空気排出管２０→混合器２
１→タービンコンブレツザ１８のタービン部１８Ｂへと
至る酸化剤ガスとしての突気の通流は酸化剤ガス排出部
をなし、これらは酸化剤ガス部を構成している。更に改
質器２６の触媒部２６Ａ→燃料ガス供給管２４→シフト
コンバータ２５→燃料ガス供給管２４→亀池本体へと至
る燃料ガスの通流は燃料ガス供給部全なし、電池本体→
改質器２６のバーナ部２６Ｂ→配管２８→混合器２１→
タービンコンプレッサＩ８のタービン部１８Ｂへと至る
燃料ガスの通流は燃料ガス排出部をなし、これらは燃料
ガス部を構成している。
次に、上記のように構成された本実施例の動作について
述べる。先ず酸化剤ガス部においては、タービンコンプ
レツナ１８のコンプレッザ部Ｚ８Ａから供給された圧縮
空気は、空気供給管Ｉ７を介して各スタック１４Ａ、１
４Ｂ。
述べる。先ず酸化剤ガス部においては、タービンコンプ
レツナ１８のコンプレッザ部Ｚ８Ａから供給された圧縮
空気は、空気供給管Ｉ７を介して各スタック１４Ａ、１
４Ｂ。
１４Ｃ，１４Ｄ、１４Ｅの窒気入ロマニホールド １６
Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ，１６Ｄ 、１６ Ｅ ｌこ入り
、各電極Ｚ５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ１１５Ｄ。
Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ，１６Ｄ 、１６ Ｅ ｌこ入り
、各電極Ｚ５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ１１５Ｄ。
Ｚ５Ｅの空気流通溝を図示方向に流れ、孕気出ロマニホ
ールド１９Ａ、１９Ｂ 、２９Ｃ，１９Ｄ。
ールド１９Ａ、１９Ｂ 、２９Ｃ，１９Ｄ。
１９Ｅ（こ至り、空気排出管２０を介して混合器２１に
送られる。
送られる。
一方燃料ガス部においては、外部から天然ガスと水蒸気
とが、改質器２６の触媒部２６Ａに供給され、この触媒
部２ｆｌｉＡにて高濃度の水素ガスが生成され、更にシ
フトコンバータ２５により一酸化炭素が二酸化炭素に変
成され水素が８０％で、二酸化炭素２０％の燃料ガスが
本実施例の場合、スタック５台分量が燃料ガス供給管２
４を介して第１のスタック１４Ａ、の燃料ガス入口マニ
ホールド２２Ａに入る。そして電極Ｚ５Ａの燃料流通溝
（前記空気流通連々は、立体的Ｏこ直交している。）ζ
こ沿って流れ、燃料ガス出口マニホールド２３Ａに流れ
る。そして第１のスタックＺ４Ａの燃料ガス出口マニホ
ールド２３Ａから流れ出た燃料ガスは、第２のスタック
１４Ｂの燃料ガス入口マニホールド１６Ｂζこ入る。こ
のように第１のスタックＺ４Ａから第２．第３．第４．
第５のスタック１４Ｅに入った燃料ガスは、各スタック
にて化学反応で消費され、排カスは第５のスタック１４
Ｅの燃料ガス出口マニホールド２３Ｅから燃料ガス排出
管２７を介して改質器２６のバーナ部２６Ｂに送られる
、この場合、燃料ガス排出管２７から出る燃料排ガスに
は、前述したようζこ水素の利用率８０％であるので、
未だ水素が２０％含巾している。この２０％含有の水素
を改質器２６のバーナ部で燃焼し、改質に必要な熱エネ
ルギーを触媒部２６Ａに与える。そしてバーナ部２６ｆ
３を出た燃料排ガスは排空気おともに混合器２１１こ入
る。混合器２１では燃料排ガスと排空気とを混合した後
、タービンコンプレッサ１８のタービン部１８Ｂζこて
、上Ｈ１：燃料排ガスと排空気が未だ有している熱エネ
ルギー及び圧力エネルギーによりタービンを回し、大気
中（こ排出する。また１台のスタックへの燃料ガスの供
給量を１００とすると、」二記第１乃至第５のスタック
７’ ４ Ａ乃至１４Ｅへの燃料ガスの流量は燃料ガス
入口マニホールド（入口）２２Ａ乃至２２Ｅ及び燃料ガ
ス出口マニホールド（出口）２．９Ａ乃至２３Ｅ（ごて
第２表に示されるようをこなる。ただし、説明を簡単に
するために、各スタック１４Ａ乃至１４Ｅの電流分担に
は差が無いものとする。
とが、改質器２６の触媒部２６Ａに供給され、この触媒
部２ｆｌｉＡにて高濃度の水素ガスが生成され、更にシ
フトコンバータ２５により一酸化炭素が二酸化炭素に変
成され水素が８０％で、二酸化炭素２０％の燃料ガスが
本実施例の場合、スタック５台分量が燃料ガス供給管２
４を介して第１のスタック１４Ａ、の燃料ガス入口マニ
ホールド２２Ａに入る。そして電極Ｚ５Ａの燃料流通溝
（前記空気流通連々は、立体的Ｏこ直交している。）ζ
こ沿って流れ、燃料ガス出口マニホールド２３Ａに流れ
る。そして第１のスタックＺ４Ａの燃料ガス出口マニホ
ールド２３Ａから流れ出た燃料ガスは、第２のスタック
１４Ｂの燃料ガス入口マニホールド１６Ｂζこ入る。こ
のように第１のスタックＺ４Ａから第２．第３．第４．
第５のスタック１４Ｅに入った燃料ガスは、各スタック
にて化学反応で消費され、排カスは第５のスタック１４
Ｅの燃料ガス出口マニホールド２３Ｅから燃料ガス排出
管２７を介して改質器２６のバーナ部２６Ｂに送られる
、この場合、燃料ガス排出管２７から出る燃料排ガスに
は、前述したようζこ水素の利用率８０％であるので、
未だ水素が２０％含巾している。この２０％含有の水素
を改質器２６のバーナ部で燃焼し、改質に必要な熱エネ
ルギーを触媒部２６Ａに与える。そしてバーナ部２６ｆ
３を出た燃料排ガスは排空気おともに混合器２１１こ入
る。混合器２１では燃料排ガスと排空気とを混合した後
、タービンコンプレッサ１８のタービン部１８Ｂζこて
、上Ｈ１：燃料排ガスと排空気が未だ有している熱エネ
ルギー及び圧力エネルギーによりタービンを回し、大気
中（こ排出する。また１台のスタックへの燃料ガスの供
給量を１００とすると、」二記第１乃至第５のスタック
７’ ４ Ａ乃至１４Ｅへの燃料ガスの流量は燃料ガス
入口マニホールド（入口）２２Ａ乃至２２Ｅ及び燃料ガ
ス出口マニホールド（出口）２．９Ａ乃至２３Ｅ（ごて
第２表に示されるようをこなる。ただし、説明を簡単に
するために、各スタック１４Ａ乃至１４Ｅの電流分担に
は差が無いものとする。
第 ２ 表
第２表に示される如く、第５のスタック１４Ｅの出口側
流量は、燃料ガス部を並列配管した場合と同様に、１台
分の流量１００と同一となる。
流量は、燃料ガス部を並列配管した場合と同様に、１台
分の流量１００と同一となる。
従って各スタック１４Ａ乃至１４Ｅには十分な流量の燃
料ガスが供給されること（こなる。
料ガスが供給されること（こなる。
次に上記第４図における各スタック１４Ａ。
１４Ｂ、１４Ｃ，１４Ｄ、１４Ｅの発電特性（こついて
第５図を参照して説明する。第５図は、各スタックの電
流、電圧特性を示した特性図である。第５図においてＰ
１ ｒ Ｐ２ ＋ ｐ、 ｐ Ｐ４＃Ｐ、は燃
料ガス部が直列配管された第４図ｔこ示す各スタック１
４に、１４Ｂ、１４Ｃ，１４Ｄ。
第５図を参照して説明する。第５図は、各スタックの電
流、電圧特性を示した特性図である。第５図においてＰ
１ ｒ Ｐ２ ＋ ｐ、 ｐ Ｐ４＃Ｐ、は燃
料ガス部が直列配管された第４図ｔこ示す各スタック１
４に、１４Ｂ、１４Ｃ，１４Ｄ。
２４Ｅの電流、電圧特性を示す特性曲線であり、θは燃
料ガス部が並列配管された、例えば第３図（こ示す燃料
電池発電装置の１スタック分の電流、電圧特性を示す特
性曲線である。図に示されるように燃料ガス部が並列接
続された場合は、各スタックは２点に示したように電流
は定格値■γ、電圧は足格値ｖ、古なる。
料ガス部が並列配管された、例えば第３図（こ示す燃料
電池発電装置の１スタック分の電流、電圧特性を示す特
性曲線である。図に示されるように燃料ガス部が並列接
続された場合は、各スタックは２点に示したように電流
は定格値■γ、電圧は足格値ｖ、古なる。
一方第４図に示される構成の場合は、燃料カス部は直列
Ｍ絖された構成であり、電気系統は各スタックを並列接
続した場合であり、第１のスタック１４Ａ、では出力電
圧は■θ、（Ｖθ〉■ｒ）出力電流は■θ＋（ｒθ、＞
Ｉγ ）が定格となり、特性点はｆ、となる。才だ第２
のスタック１４Ｂでは、第１のスタック１４Ａｌこて燃
料カスが消費されたので、供給される燃料ガスの流量は
減少する。従って特性はＰ２となり出力電圧はＶθ、出
力′電流はＩθ２（Ｉ７− ＜’ＩＯｔ＜Ｉθ＋）とな
る。上記と同様に第３．第４．第５のスタック１４Ａ、
１４Ｂ、１４Ｃは夫々特性点ｆ３ 。
Ｍ絖された構成であり、電気系統は各スタックを並列接
続した場合であり、第１のスタック１４Ａ、では出力電
圧は■θ、（Ｖθ〉■ｒ）出力電流は■θ＋（ｒθ、＞
Ｉγ ）が定格となり、特性点はｆ、となる。才だ第２
のスタック１４Ｂでは、第１のスタック１４Ａｌこて燃
料カスが消費されたので、供給される燃料ガスの流量は
減少する。従って特性はＰ２となり出力電圧はＶθ、出
力′電流はＩθ２（Ｉ７− ＜’ＩＯｔ＜Ｉθ＋）とな
る。上記と同様に第３．第４．第５のスタック１４Ａ、
１４Ｂ、１４Ｃは夫々特性点ｆ３ 。
ｆ、、ｆ、となり、装置全体では、出力電圧がＶθ（Ｖ
θ〉■、）で、出力電流Ｉ、なる特性点２となり、燃料
ガス部が並列接続された場合よりも総合的な発電特性は
向上する。この場合、第１のスタックＪ４ＡＧこは、燃
料ガスの流量が多い事の他に燃料ガスの濃度も濃いので
、電流出力は大きい。このように燃料ガスの流量及び濃
度に伴って各スタック１４Ａ乃至７４Ｅは夫々高効率に
て電気出力特性が得られ、装置全体としても発電特性ζ
こ無理がかからない。
θ〉■、）で、出力電流Ｉ、なる特性点２となり、燃料
ガス部が並列接続された場合よりも総合的な発電特性は
向上する。この場合、第１のスタックＪ４ＡＧこは、燃
料ガスの流量が多い事の他に燃料ガスの濃度も濃いので
、電流出力は大きい。このように燃料ガスの流量及び濃
度に伴って各スタック１４Ａ乃至７４Ｅは夫々高効率に
て電気出力特性が得られ、装置全体としても発電特性ζ
こ無理がかからない。
本発明は上記実施例に限定されるものではない。即ち、
各スタックに対して酸化剤ガス部と燃料ガス部とを共に
、各スタック間に対して直列接続した構成であってもよ
く、この場合の実施例を第６図に示す。第６図において
は、第４図と同一部分には同一符号を付してその説明は
省略し異なる部分のみを説明する。第６図において、第
１のスタックＺ４Ａの空気入口マニホールド（以下入口
と称す） ｚ ｅｉ八には、タービンコンプレッサ１８
のコンプレッサ部１８Ａからの空気供給管１７が接続さ
れている。そして上記第１のスタック１４Ａの窒気出ロ
マニホールド（以下出口と称す）１９Ａは、第２のスタ
ック１４Ｂの入ロア １５Ｂ１こ接続されている。この
ように各スタックＪ４Ａ乃至１４Ｅは入口と出口とが直
列接続され、第５のスタック１４Ｅの出口１９Ｅは空気
排出管２０が接続されている。上記の構成によれば、第
２図（ｂ） Ｉこ示す醒累利用率即ぢ空気利用率の上昇
に伴い、電池特性が急激に低下する（化学反応速度の上
昇による）事は解消される。その理由は第４図及び第５
図に示したのと同様に空気の流−ｈｌ及び濃度の十分な
附保が保証されるからである。第７図［−、ｆ 、燃料
ガス部と空気部とを共に、各スタックに対して直列接続
した場合Ｍと、燃料カス接続と酸化剤ガス接続とを共に
、各スタックＯこ対して並列配管した場合Ｎとの電流、
電圧特性を示したものである。図に示されるよう（こ、
定格電流■。
各スタックに対して酸化剤ガス部と燃料ガス部とを共に
、各スタック間に対して直列接続した構成であってもよ
く、この場合の実施例を第６図に示す。第６図において
は、第４図と同一部分には同一符号を付してその説明は
省略し異なる部分のみを説明する。第６図において、第
１のスタックＺ４Ａの空気入口マニホールド（以下入口
と称す） ｚ ｅｉ八には、タービンコンプレッサ１８
のコンプレッサ部１８Ａからの空気供給管１７が接続さ
れている。そして上記第１のスタック１４Ａの窒気出ロ
マニホールド（以下出口と称す）１９Ａは、第２のスタ
ック１４Ｂの入ロア １５Ｂ１こ接続されている。この
ように各スタックＪ４Ａ乃至１４Ｅは入口と出口とが直
列接続され、第５のスタック１４Ｅの出口１９Ｅは空気
排出管２０が接続されている。上記の構成によれば、第
２図（ｂ） Ｉこ示す醒累利用率即ぢ空気利用率の上昇
に伴い、電池特性が急激に低下する（化学反応速度の上
昇による）事は解消される。その理由は第４図及び第５
図に示したのと同様に空気の流−ｈｌ及び濃度の十分な
附保が保証されるからである。第７図［−、ｆ 、燃料
ガス部と空気部とを共に、各スタックに対して直列接続
した場合Ｍと、燃料カス接続と酸化剤ガス接続とを共に
、各スタックＯこ対して並列配管した場合Ｎとの電流、
電圧特性を示したものである。図に示されるよう（こ、
定格電流■。
を出力するに、直列接続の場合はｖ２、並列接続の場合
はＶ、（Ｖ２＞ｖｓ ）となり特性の向上が図られる
ことがわかる。
はＶ、（Ｖ２＞ｖｓ ）となり特性の向上が図られる
ことがわかる。
才た上記実施例の他に、本発明では、明化剤ガス部及び
燃料ガス部に、冷却装置を介挿し、燃料ガス及び空気を
冷却して、各スタックの冷却板を間接的に冷却させるこ
とも可能である。
燃料ガス部に、冷却装置を介挿し、燃料ガス及び空気を
冷却して、各スタックの冷却板を間接的に冷却させるこ
とも可能である。
更（こ、各スタック間ζこ、燃料カス及び空気を補助的
に供給するようにして、後段の特性を向上させるように
してもよい。また二酸化炭素除去装置等の補助装置を介
挿させて、各スタックに供給される燃料及び空気の改質
及び濃度の調整を行なうようにしてもよい。
に供給するようにして、後段の特性を向上させるように
してもよい。また二酸化炭素除去装置等の補助装置を介
挿させて、各スタックに供給される燃料及び空気の改質
及び濃度の調整を行なうようにしてもよい。
この信奉発明は、その要旨を変更しない範囲で種々変形
して実施できる。
して実施できる。
以上述べたように本発明によれば、複数の燃料電池スタ
ックｅ磁気的Ｏこ並列接続してなる電池本体に対し、燃
料カス及び酸化剤ガスを供給−排出する燃料ガス供給・
排出部及び酸化剤ガス供給・排出部のうち少な（とも一
方を各燃料電池スタック相互間に接続した構成としン１
ので、各燃料電池スタックに対し、燃料カス及び酸化剤
ガスを片割が無く通流し得、もって極めて良好な発電特
性全発揮し得る燃料電池発電装置が提供できる。
ックｅ磁気的Ｏこ並列接続してなる電池本体に対し、燃
料カス及び酸化剤ガスを供給−排出する燃料ガス供給・
排出部及び酸化剤ガス供給・排出部のうち少な（とも一
方を各燃料電池スタック相互間に接続した構成としン１
ので、各燃料電池スタックに対し、燃料カス及び酸化剤
ガスを片割が無く通流し得、もって極めて良好な発電特
性全発揮し得る燃料電池発電装置が提供できる。
第１図は燃料１．池の原理全説明するだめの図、紀２図
（ａｌ ｌ’ （１））は、燃料′覗孔の燃料ガス及び
突気の利用系と電池特性との関係を示す特性図、第３図
は従来の燃料電池発電装置を示す構成図、第４図は本発
明による燃料電池や発電装置の一実施例盆示す構成図、
第５１ン］は同実施例の作用を示す特性図、第６図は本
発明の他の実施例を示す構成図、第７図は同実施例の作
用を示覆−特性図である。 １４Ａ乃ＪＩ−Ｉ４Ｅ・・・燃料′電池フ、タック、１
５Ａ乃至１５Ｅ・・パ醒極、１６Ａ乃至１６Ｆ２・・突
気入ロマニホールド、１７・・・窒気供給管、１８・・
タービンコンプレッサ、１９Ａ乃至１９Ｅ・・孕気出ロ
マニホールド、２０・・マス排出？７．２ノ・・・混合
器、２２Ａ乃至２２Ｆ２・・・燃料ガス入ロマニボール
ド、２３Ａ乃至２３Ｅ・・・燃料ガス出口マニホールド
、２４・・・燃料カス供給管、２５・・・シフトコンバ
ータ、２６・・・改質器、２７・・燃料ガス排出管。
（ａｌ ｌ’ （１））は、燃料′覗孔の燃料ガス及び
突気の利用系と電池特性との関係を示す特性図、第３図
は従来の燃料電池発電装置を示す構成図、第４図は本発
明による燃料電池や発電装置の一実施例盆示す構成図、
第５１ン］は同実施例の作用を示す特性図、第６図は本
発明の他の実施例を示す構成図、第７図は同実施例の作
用を示覆−特性図である。 １４Ａ乃ＪＩ−Ｉ４Ｅ・・・燃料′電池フ、タック、１
５Ａ乃至１５Ｅ・・パ醒極、１６Ａ乃至１６Ｆ２・・突
気入ロマニホールド、１７・・・窒気供給管、１８・・
タービンコンプレッサ、１９Ａ乃至１９Ｅ・・孕気出ロ
マニホールド、２０・・マス排出？７．２ノ・・・混合
器、２２Ａ乃至２２Ｆ２・・・燃料ガス入ロマニボール
ド、２３Ａ乃至２３Ｅ・・・燃料ガス出口マニホールド
、２４・・・燃料カス供給管、２５・・・シフトコンバ
ータ、２６・・・改質器、２７・・燃料ガス排出管。
Claims (1)
- 燃料ガス及び酸化剤ガスとの電気化学反応をこより直流
′亀力を発生する燃料電池スタックを複数個電気的に並
列接続した電池本体さ、この電池本体の前記燃料電池ス
タック夫々に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給・排出する
燃料ガス供給・排出部及び酸化剤カス供給・排出部とを
備え、この燃料ガス供給・排出部及び酸化剤カス供給・
排出部のうち少なくとも一方を、前記電池本体をなす各
燃料這池スタック相互間番こ接続したことを特徴とする
溶料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58015142A JPS59149662A (ja) | 1983-02-01 | 1983-02-01 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58015142A JPS59149662A (ja) | 1983-02-01 | 1983-02-01 | 燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59149662A true JPS59149662A (ja) | 1984-08-27 |
Family
ID=11880558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58015142A Pending JPS59149662A (ja) | 1983-02-01 | 1983-02-01 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59149662A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000067884A (ja) * | 1998-08-20 | 2000-03-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体高分子型燃料電池、これを用いたシステム及びその設置方法 |
| JP2016100138A (ja) * | 2014-11-19 | 2016-05-30 | 東京瓦斯株式会社 | 燃料電池システム |
| US11018361B2 (en) | 2016-12-02 | 2021-05-25 | Morimura Sofc Technology Co., Ltd. | Fuel cell stack device and fuel cell device |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5721075A (en) * | 1980-07-15 | 1982-02-03 | Hitachi Ltd | Stacked bodies for fuel cell |
| JPS57204927A (en) * | 1981-06-11 | 1982-12-15 | Mitsubishi Electric Corp | Battery power generating system |
-
1983
- 1983-02-01 JP JP58015142A patent/JPS59149662A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5721075A (en) * | 1980-07-15 | 1982-02-03 | Hitachi Ltd | Stacked bodies for fuel cell |
| JPS57204927A (en) * | 1981-06-11 | 1982-12-15 | Mitsubishi Electric Corp | Battery power generating system |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000067884A (ja) * | 1998-08-20 | 2000-03-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体高分子型燃料電池、これを用いたシステム及びその設置方法 |
| JP2016100138A (ja) * | 2014-11-19 | 2016-05-30 | 東京瓦斯株式会社 | 燃料電池システム |
| US11018361B2 (en) | 2016-12-02 | 2021-05-25 | Morimura Sofc Technology Co., Ltd. | Fuel cell stack device and fuel cell device |
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