JPS59149664A - 燃料電池装置 - Google Patents
燃料電池装置Info
- Publication number
- JPS59149664A JPS59149664A JP58016383A JP1638383A JPS59149664A JP S59149664 A JPS59149664 A JP S59149664A JP 58016383 A JP58016383 A JP 58016383A JP 1638383 A JP1638383 A JP 1638383A JP S59149664 A JPS59149664 A JP S59149664A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- fuel
- exhaust gas
- mixer
- oxygen
- 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
Links
Classifications
-
- 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
- H01M8/06—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
-
- 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
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (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】
本発明は、燃料電池装置の改良に関する。
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′ｉｌ’ｊ ／ｌｌ１．が知
られている。この燃料・…１池は通常、電解質を挾んで
一対の多孔質状の電極を配置すると共に一方の′ｔｂ；
極の背面に水素等の燃料）ガスを接触させ、神だ他方の
電、極の背面に酸化剤として空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シ発生する電
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′ｉｌ’ｊ ／ｌｌ１．が知
られている。この燃料・…１池は通常、電解質を挾んで
一対の多孔質状の電極を配置すると共に一方の′ｔｂ；
極の背面に水素等の燃料）ガスを接触させ、神だ他方の
電、極の背面に酸化剤として空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シ発生する電
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た燃料電
池の原理について説明する。第１図において、ノは繊維
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２人，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，？Ａ，，？Ｂは、多孔性の炭素質からなシ、電
解質１に接する一方面には触媒として白金が塗布されて
いる。また電極２Ａ，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室３と、酸化剤
（酸素）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。
池の原理について説明する。第１図において、ノは繊維
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２人，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，？Ａ，，？Ｂは、多孔性の炭素質からなシ、電
解質１に接する一方面には触媒として白金が塗布されて
いる。また電極２Ａ，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室３と、酸化剤
（酸素）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、燃料ガス供給室３に流入
した□ｉ；，’Ｉ、料ガスとして水素ガスが多孔性状の
電極２人のタ″隙部（Ｈ’ｌに倣散し、正極２への触媒
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？Ｌ子に電離する。反応式で表わすと、Ｉｉ２→２
Ｈ″一＋ ２ ｅ である。水素イオン２Ｈ＋は電解質１に入り、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２Ｂにｊ：１］Ω五し、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、空気供給室４に供給され多孔性の電極２Ｂ
の空隙部を１Ｆ４１つだ酸素と、電極２Ａから外部の電
力負荷Ｒを通って、電極２Ｂに来たＴト、子とが反応を
起こす。
した□ｉ；，’Ｉ、料ガスとして水素ガスが多孔性状の
電極２人のタ″隙部（Ｈ’ｌに倣散し、正極２への触媒
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？Ｌ子に電離する。反応式で表わすと、Ｉｉ２→２
Ｈ″一＋ ２ ｅ である。水素イオン２Ｈ＋は電解質１に入り、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２Ｂにｊ：１］Ω五し、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、空気供給室４に供給され多孔性の電極２Ｂ
の空隙部を１Ｆ４１つだ酸素と、電極２Ａから外部の電
力負荷Ｒを通って、電極２Ｂに来たＴト、子とが反応を
起こす。
反応式で表わすと、
４、Ｈ＋＋ ４ ｅ ＋ ０２−） ２Ｈ２０となる。
ここで水素が酸化されて水になる反応と、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Ｒにて消音される。
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Ｒにて消音される。
このとき、電気エネルギーの一部は、′Ｐｌ′！．）性
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＼ 別電池の効率を高めるために、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。
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＼ 別電池の効率を高めるために、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。
壕だ原料として供給される燃料ガス及び空気は、通常に
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。
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。
また上記燃料電池における燃料ガスと空気とを隔離する
電解質１は、電気化学反応特性を一定値以上に確保する
だめに、繊荊１質シート或いは鉱物性粉末にリン酸を含
浸した厚さ０． １ ｍｍ程度の極めて薄い部材からな
っている。
電解質１は、電気化学反応特性を一定値以上に確保する
だめに、繊荊１質シート或いは鉱物性粉末にリン酸を含
浸した厚さ０． １ ｍｍ程度の極めて薄い部材からな
っている。
ところが、電気系統における負荷変動等により、供給さ
れる燃料ガス及び空気には流量変動に伴う圧力変動が発
生し、電解質ｌには多大な応力が作用することがある。
れる燃料ガス及び空気には流量変動に伴う圧力変動が発
生し、電解質ｌには多大な応力が作用することがある。
この応力作用にょシ雷１解質１が破損する事態が考えら
れ、燃料電池内にて燃料ガスと空気とが瞬間的に接触及
び混合し、局部的に爆発１−、装置全体を破壊する恐れ
があった。
れ、燃料電池内にて燃料ガスと空気とが瞬間的に接触及
び混合し、局部的に爆発１−、装置全体を破壊する恐れ
があった。
上記燃料電池内における局部的な爆発を防止するために
、第２図に示すような燃料ガス及び空気供給部及び排出
部を第１図に示しだ燃料電池に設けた燃料電池装置が提
案されている。即ち、水蒸気及び、１５ンプ５にて圧縮
された天然ガスとを、改質器６の触媒部６Ａにて下記（
１）式のＣＨ４＋ ２Ｈ２０−＋ Ｃｏ２＋４Ｈ２・・
（１）反応を施こして高濃度の水素を含有した燃料ガス
を生成し、電解７４１．電極２Ａ、２Ｂ、燃料ガス供給
室３．空気供給♀４を備えた電池本体７の燃料ガス供給
室３に供給し、一方タービンコングレノサ８のコンプレ
ッサ部８ Ａ Ｋ”ｔｌＪｆ縮された９気は、電池本体
７の伊気供給宰４に供給する。燃料ガス供給室３と空気
供給室４とに供給された燃料ガスと空気とは電気化学反
応により直流電力の発生と水分を生成した後、燃料排ガ
ス、空気排ガスとし７て夫々電池本体７から排出される
。電池本体７から排出された燃料排ガスは、気水分離器
８にて水分を除去し、改質器６のバーナ部６Ｂにて、改
質に必要な熱エネルギーを供給するだめに含有水素成分
を燃焼させた後ガス混合器９に流入する。一方、電池本
体７から排出された空気排ガス中 １０にて水分を除去しだ移・、ガ゛ス混合器９にて上記
燃料排ガスとともに混合して、流通圧力を一致させた後
、その排ガスはタービンコンプレソザ８のタービン部８
Ｂにてタービンを回して大気中に放出される。
、第２図に示すような燃料ガス及び空気供給部及び排出
部を第１図に示しだ燃料電池に設けた燃料電池装置が提
案されている。即ち、水蒸気及び、１５ンプ５にて圧縮
された天然ガスとを、改質器６の触媒部６Ａにて下記（
１）式のＣＨ４＋ ２Ｈ２０−＋ Ｃｏ２＋４Ｈ２・・
（１）反応を施こして高濃度の水素を含有した燃料ガス
を生成し、電解７４１．電極２Ａ、２Ｂ、燃料ガス供給
室３．空気供給♀４を備えた電池本体７の燃料ガス供給
室３に供給し、一方タービンコングレノサ８のコンプレ
ッサ部８ Ａ Ｋ”ｔｌＪｆ縮された９気は、電池本体
７の伊気供給宰４に供給する。燃料ガス供給室３と空気
供給室４とに供給された燃料ガスと空気とは電気化学反
応により直流電力の発生と水分を生成した後、燃料排ガ
ス、空気排ガスとし７て夫々電池本体７から排出される
。電池本体７から排出された燃料排ガスは、気水分離器
８にて水分を除去し、改質器６のバーナ部６Ｂにて、改
質に必要な熱エネルギーを供給するだめに含有水素成分
を燃焼させた後ガス混合器９に流入する。一方、電池本
体７から排出された空気排ガス中 １０にて水分を除去しだ移・、ガ゛ス混合器９にて上記
燃料排ガスとともに混合して、流通圧力を一致させた後
、その排ガスはタービンコンプレソザ８のタービン部８
Ｂにてタービンを回して大気中に放出される。
上記構成の燃料電池装置において通常運転で発生する燃
料排ガスと空気排ガスとの圧力変動は、気水分離器８，
１０における圧力降下の差と、燃料排ガスが改質器６の
バーナ部６Ｂにて燃焼されることによって発生する圧力
降下とにより生じるものである。
料排ガスと空気排ガスとの圧力変動は、気水分離器８，
１０における圧力降下の差と、燃料排ガスが改質器６の
バーナ部６Ｂにて燃焼されることによって発生する圧力
降下とにより生じるものである。
との場合、電池本体７内での電気化学反応に直接開力し
ない気水分離器８，１０にて発生する圧力変動を防止す
ることは、設計に自由度が許容されるので容易である。
ない気水分離器８，１０にて発生する圧力変動を防止す
ることは、設計に自由度が許容されるので容易である。
しかしながら、改質器６のバーナ部６Ｂにて燃焼するこ
とによって生じる燃料排ガスの圧力降下を防止すること
は、改質に必シヒな熱エネルギーを安全供給する事を必
須条件としているので、容易に行なうことができない。
とによって生じる燃料排ガスの圧力降下を防止すること
は、改質に必シヒな熱エネルギーを安全供給する事を必
須条件としているので、容易に行なうことができない。
１だ燃料排ガスのバーナ部６Ｂにおける圧力降下は、水
柱で数千ミＩＪメートルに達する。従ってバーナ部６Ｂ
での圧力降下に基づく燃料排ガスと空気排ガスの圧力変
動は、電解質ｌが有している水柱で数ミリメートル以内
では破損しないという条件を越えてし捷い、電解質１を
破損し、電池本体７で燃料ガスと空気との局部爆発を発
生する事態を招いた。
柱で数千ミＩＪメートルに達する。従ってバーナ部６Ｂ
での圧力降下に基づく燃料排ガスと空気排ガスの圧力変
動は、電解質ｌが有している水柱で数ミリメートル以内
では破損しないという条件を越えてし捷い、電解質１を
破損し、電池本体７で燃料ガスと空気との局部爆発を発
生する事態を招いた。
まだ電池本体７に対して供給される燃料力スと空気との
供給量と、電池本体７がら排出される燃旧排ガスと空気
排ガスとの排出部の条件によっては、空気排ガス中の酸
素成分が減少し、燃料排ガス中の水素成分が失火して、
配管系統上等において局部爆発を誘発することがあった
。
供給量と、電池本体７がら排出される燃旧排ガスと空気
排ガスとの排出部の条件によっては、空気排ガス中の酸
素成分が減少し、燃料排ガス中の水素成分が失火して、
配管系統上等において局部爆発を誘発することがあった
。
本発明は上記事情に基づいてなされたもので、その目的
とするところは、高特性を確保しっつ且つ燃料ガスと空
気とにより局部的な爆発を防止し、よって安全に運転が
なし得る燃料電池装置を提供することにある。
とするところは、高特性を確保しっつ且つ燃料ガスと空
気とにより局部的な爆発を防止し、よって安全に運転が
なし得る燃料電池装置を提供することにある。
本発明による燃料電池装置は、燃料ガス及び空気排出部
を、リサイクル系統として、燃料排ガスと空気排ガスと
をガス混合器にて混合し、この混合した排ガ゛スを低畠
側流路と高温側流路とを有したリバース熱交換器の低温
側流路に流通させた後、前記改質器の改質用熱エネルギ
ー供給源として用いた後、前記リバース熱交換器の高温
側流路に流通させ、熱交換器により冷却した後リザイク
ルブロワーにより前記ガス混合器に流入させ、圧力調整
手段により上記リサイクル系統の流通圧力を一定値に保
つように余剰ガ゛スを排出するようにし、更に、酸素濃
度制御手段により前記混合器へ流入する空気排ガスの流
量を制御して、上記目的を達成するようにしている。
を、リサイクル系統として、燃料排ガスと空気排ガスと
をガス混合器にて混合し、この混合した排ガ゛スを低畠
側流路と高温側流路とを有したリバース熱交換器の低温
側流路に流通させた後、前記改質器の改質用熱エネルギ
ー供給源として用いた後、前記リバース熱交換器の高温
側流路に流通させ、熱交換器により冷却した後リザイク
ルブロワーにより前記ガス混合器に流入させ、圧力調整
手段により上記リサイクル系統の流通圧力を一定値に保
つように余剰ガ゛スを排出するようにし、更に、酸素濃
度制御手段により前記混合器へ流入する空気排ガスの流
量を制御して、上記目的を達成するようにしている。
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。第３図
は本発明による燃料電池装置の第１の実施例を示す構成
図であり、第１図及び第２図と同一部分には同一符号を
付してその説明を省略し、ここでは異なる部分のみを説
明する。
は本発明による燃料電池装置の第１の実施例を示す構成
図であり、第１図及び第２図と同一部分には同一符号を
付してその説明を省略し、ここでは異なる部分のみを説
明する。
第３図において、タービンコンプレノザ８のコンゾレッ
サ部８Ａでは圧縮された空気は、管路上に空気供給量調
整弁１１を有した空気供給管１２を介して電池本体７の
空気供給室４に流入する。天然ガス等のメタンＣＨ４を
含有した燃料ガスは、熱交換器１３により予熱され、混
合器１４にて外部から流入した水蒸気とともに混合され
、改質器１５の改質管１５Ａを流通してＣＨ４＋Ｈ２Ｏ
−＋ＣＯ＋３Ｈ２及びｃＨ４＋２Ｈ２ｏ−＞ｃｏ２＋４
Ｈ２の反応が起こり、水素と一酸化炭素そして二酸化炭
素の混合した燃料ガスが生成され、上記−酸化炭素は一
酸化炭素変成器１６にてＣＯ＋Ｈ２０→Ｃｏ２＋■（２
の反応により二酸化炭素化され且つ水素濃度が高められ
管路上に燃料ガス供給量調整弁１７を有した燃料ガス供
給管）８を介して電池本体７の燃料ガス供給室３に流入
する。電池本体７では供給された燃料ガスと空気との電
気化学反応により直流電力を発生し、燃料排ガスと空気
排ガスとは、夫々管路上に気水分離器１９．：ｚｏを有
した燃料ガス排出管２１と空気排出管２２を介してガス
混合器２３に流入する。燃料排ガスと空気排ガスとはガ
ス混合器２３にて混合され、この混合ガスは約２００℃
であり低温側流路２４Ａ、高温側流路２４Ｂとを有した
リバース熱交換器２４の低温側流路２４Ａに入り、予熱
されて６５０℃程度に加熱された後、改質器１５の触媒
層１５Ｂにて混合′ガスに含有している水素と酸素との
触媒作用による反応熱を発生し、改質管１５ｋを加熱し
て、燃料ガスを改質するに必要な改質用熱エネルギーを
供給した後、水素及び酸素の濃度を零とし約７００℃の
混合ガスとしてリバース熱交換器１５の高温側流路２４
Ｂを通って上記低温側流路２４ｋを加熱した後、熱交換
器１３に約３５０℃の混合ガスとして流入する。熱交換
器１３に流入した約３５０℃の混合ガスは、メタンを含
有した天然ガスを改質前に予熱する。熱交換器１３にて
熱放出した後流出した混合ガスは約３００℃となり、リ
サイクルブロワ−２５を介して前記ガス混合器２３にリ
サイクルガスとして流入し、ガス混合器２３内では約３
００℃となる。
サ部８Ａでは圧縮された空気は、管路上に空気供給量調
整弁１１を有した空気供給管１２を介して電池本体７の
空気供給室４に流入する。天然ガス等のメタンＣＨ４を
含有した燃料ガスは、熱交換器１３により予熱され、混
合器１４にて外部から流入した水蒸気とともに混合され
、改質器１５の改質管１５Ａを流通してＣＨ４＋Ｈ２Ｏ
−＋ＣＯ＋３Ｈ２及びｃＨ４＋２Ｈ２ｏ−＞ｃｏ２＋４
Ｈ２の反応が起こり、水素と一酸化炭素そして二酸化炭
素の混合した燃料ガスが生成され、上記−酸化炭素は一
酸化炭素変成器１６にてＣＯ＋Ｈ２０→Ｃｏ２＋■（２
の反応により二酸化炭素化され且つ水素濃度が高められ
管路上に燃料ガス供給量調整弁１７を有した燃料ガス供
給管）８を介して電池本体７の燃料ガス供給室３に流入
する。電池本体７では供給された燃料ガスと空気との電
気化学反応により直流電力を発生し、燃料排ガスと空気
排ガスとは、夫々管路上に気水分離器１９．：ｚｏを有
した燃料ガス排出管２１と空気排出管２２を介してガス
混合器２３に流入する。燃料排ガスと空気排ガスとはガ
ス混合器２３にて混合され、この混合ガスは約２００℃
であり低温側流路２４Ａ、高温側流路２４Ｂとを有した
リバース熱交換器２４の低温側流路２４Ａに入り、予熱
されて６５０℃程度に加熱された後、改質器１５の触媒
層１５Ｂにて混合′ガスに含有している水素と酸素との
触媒作用による反応熱を発生し、改質管１５ｋを加熱し
て、燃料ガスを改質するに必要な改質用熱エネルギーを
供給した後、水素及び酸素の濃度を零とし約７００℃の
混合ガスとしてリバース熱交換器１５の高温側流路２４
Ｂを通って上記低温側流路２４ｋを加熱した後、熱交換
器１３に約３５０℃の混合ガスとして流入する。熱交換
器１３に流入した約３５０℃の混合ガスは、メタンを含
有した天然ガスを改質前に予熱する。熱交換器１３にて
熱放出した後流出した混合ガスは約３００℃となり、リ
サイクルブロワ−２５を介して前記ガス混合器２３にリ
サイクルガスとして流入し、ガス混合器２３内では約３
００℃となる。
上記、電池本体７から排出された燃料排ガス及び空気排
ガスを処理する。ガス混合器２３゜リバース熱交換器２
４．改質器１１） ＋熱交換器１３、リサイクルブロワ
−２５は一連のりザイクル系統を構成している。図中２
６は圧力制御弁であり、リサイクル系統を流通する混合
ガスを一定にするために必要に応じて聞いて余剰ガスを
放出する。図中２７は酸素温度を検出する濃度検出器で
あり、ガス混合器２３に流入するリサイクルガスの酸素
濃度が零係以上となったとき、燃料ガス排出管２２に対
し分岐配管された制御弁２８を有したバイパス管２９の
制御弁２８を開き、ガス混合器２３に流入する空気排ガ
スの流入量を制御する。
ガスを処理する。ガス混合器２３゜リバース熱交換器２
４．改質器１１） ＋熱交換器１３、リサイクルブロワ
−２５は一連のりザイクル系統を構成している。図中２
６は圧力制御弁であり、リサイクル系統を流通する混合
ガスを一定にするために必要に応じて聞いて余剰ガスを
放出する。図中２７は酸素温度を検出する濃度検出器で
あり、ガス混合器２３に流入するリサイクルガスの酸素
濃度が零係以上となったとき、燃料ガス排出管２２に対
し分岐配管された制御弁２８を有したバイパス管２９の
制御弁２８を開き、ガス混合器２３に流入する空気排ガ
スの流入量を制御する。
上記において圧力制御弁２６及びパイ・ぐス管２９を介
して放出された排ガスは共にタービンコンプレノザ８の
タービン部８Ｂにてタービンを回して大気中に放出され
る。
して放出された排ガスは共にタービンコンプレノザ８の
タービン部８Ｂにてタービンを回して大気中に放出され
る。
次に上記のように構成された燃料電池装置の作用につい
て述べる。即ち、空気供給量調整弁１１と燃料ガス供給
量調整弁１７とを制御し、燃料ガスに対し空気を過剰に
電池本体７に供給し、電池本体７内での電気化学反応を
良好に行なわせる。電池本体７から排出された燃料排ガ
スと空気排ガスとは流れ抵抗を有する気水分離器１９，
２θにて僅かに圧力降下した後、ガス混合器２３にてリ
サイクルガスと共に希釈混合する。前述したようにガス
混合器２３を含むリサイクル系統の改質器１５にて混合
ガス中の酸素及び水素濃度は零とされ、力゛ス混合器２
３に流入する。従ってリサイクル系統からのリサイクル
ガスは酸素及び水素濃度が零であるので、燃料排ガス及
び空気排ガスと共に混合しても、酸素濃度が１５係、水
素濃度が３係程度でそして窒素、炭酸ガスとが混合した
混合ガスであり、爆発することはない。まだリバース熱
交換器２４にょシ混合ガスの高効率熱交換を行なってい
るので改質器１５における改質用熱エネルギーの供給は
有効に行なわれる。
て述べる。即ち、空気供給量調整弁１１と燃料ガス供給
量調整弁１７とを制御し、燃料ガスに対し空気を過剰に
電池本体７に供給し、電池本体７内での電気化学反応を
良好に行なわせる。電池本体７から排出された燃料排ガ
スと空気排ガスとは流れ抵抗を有する気水分離器１９，
２θにて僅かに圧力降下した後、ガス混合器２３にてリ
サイクルガスと共に希釈混合する。前述したようにガス
混合器２３を含むリサイクル系統の改質器１５にて混合
ガス中の酸素及び水素濃度は零とされ、力゛ス混合器２
３に流入する。従ってリサイクル系統からのリサイクル
ガスは酸素及び水素濃度が零であるので、燃料排ガス及
び空気排ガスと共に混合しても、酸素濃度が１５係、水
素濃度が３係程度でそして窒素、炭酸ガスとが混合した
混合ガスであり、爆発することはない。まだリバース熱
交換器２４にょシ混合ガスの高効率熱交換を行なってい
るので改質器１５における改質用熱エネルギーの供給は
有効に行なわれる。
まだ本実施例では、リサイクル系統に設けた濃度検出器
２７により、リサイクル系統の酸素濃度が零飴以上とな
ったら、開側１弁２８を開き、ガス混合器２３に流入す
る空気排ガスの供給量を制限するようにしたフィードバ
ック制御機能を備えだ酸素濃度制御手段が構成されてい
る。
２７により、リサイクル系統の酸素濃度が零飴以上とな
ったら、開側１弁２８を開き、ガス混合器２３に流入す
る空気排ガスの供給量を制限するようにしたフィードバ
ック制御機能を備えだ酸素濃度制御手段が構成されてい
る。
従って、ガス混合器２３に流入する前のリサイクルガス
、図中０部における酸素濃度は零％程度となり、■部即
ち、改質器１５における上流側でも酸素濃度は１５チ程
度となり、また（０部、即ち改質器１５における下流側
でも局部爆発が起こることはない。壕だ、局部爆発に伴
って、改質器１５における触媒層１５Ｂの触媒を劣化さ
せるようなこともない。
、図中０部における酸素濃度は零％程度となり、■部即
ち、改質器１５における上流側でも酸素濃度は１５チ程
度となり、また（０部、即ち改質器１５における下流側
でも局部爆発が起こることはない。壕だ、局部爆発に伴
って、改質器１５における触媒層１５Ｂの触媒を劣化さ
せるようなこともない。
次に、本実施例による差圧制御特性を説明する。第３図
においてガス混合器２３で燃料排ガスと空気排ガスとが
混合されるので両者の圧力は一致している。ここより電
池本体７へは燃料ガス排出部にて気水分離器１９の流れ
抵抗、才だ空気排出部では同じ様に気水分離器２０の流
れ抵抗が入っており、第２図に示したような燃料排出部
にバーナ部の火器が入るということがない。流れ抵抗を
有した気水分離器１９，２θはバーナ等の火器と異なり
差圧が小であシ、水柱１００１部ｍ程度である。まだそ
の圧力損失特性も第４図に示すように二乗特性となり、
それぞれの定格流量（空気供給・排出部：Ｆａ、燃料ガ
ス供給・排出部：Ｆｆ）で、差圧ΔＰｏが水柱で数泗と
することは容易なことである。
においてガス混合器２３で燃料排ガスと空気排ガスとが
混合されるので両者の圧力は一致している。ここより電
池本体７へは燃料ガス排出部にて気水分離器１９の流れ
抵抗、才だ空気排出部では同じ様に気水分離器２０の流
れ抵抗が入っており、第２図に示したような燃料排出部
にバーナ部の火器が入るということがない。流れ抵抗を
有した気水分離器１９，２θはバーナ等の火器と異なり
差圧が小であシ、水柱１００１部ｍ程度である。まだそ
の圧力損失特性も第４図に示すように二乗特性となり、
それぞれの定格流量（空気供給・排出部：Ｆａ、燃料ガ
ス供給・排出部：Ｆｆ）で、差圧ΔＰｏが水柱で数泗と
することは容易なことである。
また、電力負荷に変動があった場合、電力負荷に応じて
燃料ガスは燃料ガス供給量調整弁１７で、空気は空気供
給量調整弁１１で調整することにより流量（空気供給・
排出部： Ｆａ ’ ＋燃料ガス供給・排出部： Ｆｆ
ｌ ）は、第４図に示したように Ｆｆ’／Ｆ ｆ ＝ Ｆ ａ ’７’Ｆ ａと制御する
ことにより差圧ΔＰ′を定格流量時の差圧ΔＰｏよりも
小さくすることができる。
燃料ガスは燃料ガス供給量調整弁１７で、空気は空気供
給量調整弁１１で調整することにより流量（空気供給・
排出部： Ｆａ ’ ＋燃料ガス供給・排出部： Ｆｆ
ｌ ）は、第４図に示したように Ｆｆ’／Ｆ ｆ ＝ Ｆ ａ ’７’Ｆ ａと制御する
ことにより差圧ΔＰ′を定格流量時の差圧ΔＰｏよりも
小さくすることができる。
件だ、この差圧制御が過度的に運動して対応できない場
合でも、全体の差圧が定格時で水柱での１００閾である
から、最悪の状態でも負荷変動差圧は水柱で１００３で
ある。従って、この差圧（水柱で１００ ｒｎｍ ）に
よる電池本体７での応力では電解質１を破損して、燃料
ガスと空気ガスとが混合して爆発させることはない。
合でも、全体の差圧が定格時で水柱での１００閾である
から、最悪の状態でも負荷変動差圧は水柱で１００３で
ある。従って、この差圧（水柱で１００ ｒｎｍ ）に
よる電池本体７での応力では電解質１を破損して、燃料
ガスと空気ガスとが混合して爆発させることはない。
次に第５図を参照して本発明の第２の実施例について説
明する。第３図においては第３図と同一部分には同一符
号を付して、その説１明は省略し、ここでは異なる部分
のみを能、明する。Ｌ（１ち第５図においては、第３図
におけるフィードバンク制御機能と以下に述べるフィー
ドバック制御機能をイｌ古えたものを実施している。即
ち、燃料ガス排出管２１に燃料排ガス流量計３０及び空
気排出管２２に空気排ガス流量計３１を設け、第１の実
施例で述べたように燃料排ガス。
明する。第３図においては第３図と同一部分には同一符
号を付して、その説１明は省略し、ここでは異なる部分
のみを能、明する。Ｌ（１ち第５図においては、第３図
におけるフィードバンク制御機能と以下に述べるフィー
ドバック制御機能をイｌ古えたものを実施している。即
ち、燃料ガス排出管２１に燃料排ガス流量計３０及び空
気排出管２２に空気排ガス流量計３１を設け、第１の実
施例で述べたように燃料排ガス。
空気排ガス及びリサイクルガスからなるガス混合器２３
での混合ガスの酸素濃度が１５係程度となるように、ガ
ス混合器２３に流入する空気排ガスの流量を制御弁２８
にて制御するように構成している。
での混合ガスの酸素濃度が１５係程度となるように、ガ
ス混合器２３に流入する空気排ガスの流量を制御弁２８
にて制御するように構成している。
上記のように構成することにより、フィードバック制御
機能とフィードフォード制御機能との相乗作用により酸
素濃度の定値制御及び電池本体７内での燃料ガス及び空
気の差圧制御は極めて有効に実行できる。
機能とフィードフォード制御機能との相乗作用により酸
素濃度の定値制御及び電池本体７内での燃料ガス及び空
気の差圧制御は極めて有効に実行できる。
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば
、リサイクル系統の混合ガスの流通圧力を制御する圧力
制御弁２６は、リバース熱交換器２４の高温側流路２４
Ｂの出口側或いはガス混合器２３におけるリサイクルガ
スの流入部側等に設けたものであっても、所定の制御は
行なえる。この信奉発明は要旨を変更しない範囲で種々
変形して実施できる。
、リサイクル系統の混合ガスの流通圧力を制御する圧力
制御弁２６は、リバース熱交換器２４の高温側流路２４
Ｂの出口側或いはガス混合器２３におけるリサイクルガ
スの流入部側等に設けたものであっても、所定の制御は
行なえる。この信奉発明は要旨を変更しない範囲で種々
変形して実施できる。
以上述べたように本発明によれば、燃料ガス及び空気排
出部を、リサイクル系統として、燃料排ガスと空気排ガ
スとをガス混合器にて混合し、この混合（７た排ガスを
低温（１１１１流路と高温側流路とを有したリバース熱
交換器の低温側流路に流通させた後、前記改質器の改質
用熱エネルギー供給源として用いた後、前記リバース熱
交換器の高温側流路に流通させ、熱交換器により冷却し
た後リサイクルブロワーにより前記ガス混合器に流入さ
せ、圧力５）＾１整手段により上記リサイクル系統の流
通圧力を一定値に保つように余剰ガスを排出するように
し、更に、酸素流５度制御手段により前記混合器へ流入
する空気排ガスの流量を制御したので、高特性を確保し
っつ燃料ガスと空気とにより局部的な１ｉｕＡ発を防止
し、よって安全に運転がなし得る燃料電池装置が提供で
きる。
出部を、リサイクル系統として、燃料排ガスと空気排ガ
スとをガス混合器にて混合し、この混合（７た排ガスを
低温（１１１１流路と高温側流路とを有したリバース熱
交換器の低温側流路に流通させた後、前記改質器の改質
用熱エネルギー供給源として用いた後、前記リバース熱
交換器の高温側流路に流通させ、熱交換器により冷却し
た後リサイクルブロワーにより前記ガス混合器に流入さ
せ、圧力５）＾１整手段により上記リサイクル系統の流
通圧力を一定値に保つように余剰ガスを排出するように
し、更に、酸素流５度制御手段により前記混合器へ流入
する空気排ガスの流量を制御したので、高特性を確保し
っつ燃料ガスと空気とにより局部的な１ｉｕＡ発を防止
し、よって安全に運転がなし得る燃料電池装置が提供で
きる。
第１図は燃料電池の原理を説明するだめの図、第２図は
従来の燃料化、他装置を示す構成図、第３図は本発明に
よる燃料電池装置の第１の実施例を示す構成図、第４図
は同実施例の作用を説明するだめの特性図、第５図は本
発明の第２の実施例を示す構成図である。 １・・電解質１．？Ａ、２Ｂ・・電極、３・・・燃料ガ
ス供給室、４・・・空気供給室、７・・・電池本体、８
゛°゛タービンコングレノサ、１１・・・空気供給量調
整弁、１２・・空気供給管、１３・・・熱交換器、１４
・・・混合器、１５・・・改質器、１６・・・酸化炭素
変成器、１７・・・燃料ガス供給量調整弁、１８・・・
燃料ガス供給管、１９，２θ・・・気水分離器、２ノ・
・・燃料ガス排出管、２２・・空気排出管、２３・・・
ガス混合器、２４・・・リバース熱交換器、２５・・・
リサイクルブロワ−１２６・圧力制御弁、２７・・・濃
度検出器、２８・制御弁、２９・・・バイパス管、３０
・・・燃料排ガス流量計、３１・・・空気排ガス流量計
。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第 ３ 図 第４図 〕皿型と−−
従来の燃料化、他装置を示す構成図、第３図は本発明に
よる燃料電池装置の第１の実施例を示す構成図、第４図
は同実施例の作用を説明するだめの特性図、第５図は本
発明の第２の実施例を示す構成図である。 １・・電解質１．？Ａ、２Ｂ・・電極、３・・・燃料ガ
ス供給室、４・・・空気供給室、７・・・電池本体、８
゛°゛タービンコングレノサ、１１・・・空気供給量調
整弁、１２・・空気供給管、１３・・・熱交換器、１４
・・・混合器、１５・・・改質器、１６・・・酸化炭素
変成器、１７・・・燃料ガス供給量調整弁、１８・・・
燃料ガス供給管、１９，２θ・・・気水分離器、２ノ・
・・燃料ガス排出管、２２・・空気排出管、２３・・・
ガス混合器、２４・・・リバース熱交換器、２５・・・
リサイクルブロワ−１２６・圧力制御弁、２７・・・濃
度検出器、２８・制御弁、２９・・・バイパス管、３０
・・・燃料排ガス流量計、３１・・・空気排ガス流量計
。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第 ３ 図 第４図 〕皿型と−−
Claims (4)
- （１）燃料ガスを高濃度水素成分に変成する改質器を有
した燃料ガス供給部及び酸化剤ガス供給部から燃料ガス
酸化剤ガスの供給を受けて、この燃料ガスと酸化剤ガス
との電気化学反応によシ直流電力を発生させ、燃料排ガ
スと酸化剤排ガスとを燃料ガス及び酸化剤ガス排出部に
排出する燃料電池装置において、前記燃料ガス及び酸化
剤ガス排出部は、前記燃料排ガスと酸化剤排ガスとをガ
ス混合器にて混合し、この混合した排ガスを低温側流路
と高温側流路とを有したリバース熱交換器の低温側流路
に流通させた後、前記改質器の改質用熱エネルギー供給
源として用い、次に前記リバース熱交換器の高温側流路
に流通させ、熱交換器により冷却した後リサイクルブロ
ワ−により前記ガス混合器に流入させるリサイクル系統
と、このリサイクル系統の流通圧力を一定値に保つよう
に余剰ガスを外部に排出する圧力調整手段と、前記ガス
混合器に流入する空気排ガスの流量を制御する酸素濃度
制御手段とから構成したことを特徴とする燃料電池装置
。 - （２）酸素濃度制御手段は、前記リサイクル系統の酸素
濃度を検出して、この検出値に応じて前記ガス混合器へ
流入する空気排ガスの流量を制御する機能を有してなる
特許請求の範囲第（１）項記載の燃料電池装置。 - （３）酸素濃度制御手段は、前記燃料ガス供給部及び空
気供給部から供給される燃料ガス及び空気の供給量に対
応して前記ガス混合器に流入する空気排ガスを酸素過剰
量分だけ外部に排出させることにより、燃料排ガス中に
含有する水素成分を燃焼させるだめの等量近傍の酸素を
含有した空気排ガスをガス混合器に流入させる制御機能
を有してなる特許請求の範囲第（１）項記載の燃料電池
装置。 - （４）酸素濃度制御手段は、前記燃料ガス及び空気供給
部から供給される燃料ガス及び空気の供給量に対応して
前記力゛ス混合器に流入する空気排ガスを酸素過剰量分
だけ外部に排出させることにより、燃料排ガス中に含有
する水素成分を燃焼させるだめの等量近傍の酸素を含有
した空気排ガスをガス混合器に流入さぜる制御機能と、
前記リサイクル系統の酸素濃度を検出して、この検出値
に応じて前記ガス混合器へ流入する空気排ガスの流量を
制御する機能とを有してなる特許請求の範囲第（１）項
記載の燃料電池装置”。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58016383A JPS59149664A (ja) | 1983-02-03 | 1983-02-03 | 燃料電池装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58016383A JPS59149664A (ja) | 1983-02-03 | 1983-02-03 | 燃料電池装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59149664A true JPS59149664A (ja) | 1984-08-27 |
Family
ID=11914750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58016383A Pending JPS59149664A (ja) | 1983-02-03 | 1983-02-03 | 燃料電池装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59149664A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0393694A2 (en) * | 1989-04-21 | 1990-10-24 | International Fuel Cells Corporation | Fuel cell power plant |
| US5429885A (en) * | 1993-11-22 | 1995-07-04 | Yardney Technical Products, Inc. | Hydrogen management system for metal/air fuel cell |
| WO1996018218A1 (en) * | 1994-12-08 | 1996-06-13 | Yardney Technical Products, Inc. | Hydrogen management system for metal/air fuel cell |
| US6426158B1 (en) * | 2000-07-20 | 2002-07-30 | Motorola, Inc. | Method of diluting hydrogen gas exhausted from a fuel cell |
| JP2014137984A (ja) * | 2013-01-18 | 2014-07-28 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 発電システム |
| JP2018181541A (ja) * | 2017-04-10 | 2018-11-15 | 株式会社デンソー | 燃料電池システム |
-
1983
- 1983-02-03 JP JP58016383A patent/JPS59149664A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0393694A2 (en) * | 1989-04-21 | 1990-10-24 | International Fuel Cells Corporation | Fuel cell power plant |
| US5429885A (en) * | 1993-11-22 | 1995-07-04 | Yardney Technical Products, Inc. | Hydrogen management system for metal/air fuel cell |
| WO1996018218A1 (en) * | 1994-12-08 | 1996-06-13 | Yardney Technical Products, Inc. | Hydrogen management system for metal/air fuel cell |
| US6426158B1 (en) * | 2000-07-20 | 2002-07-30 | Motorola, Inc. | Method of diluting hydrogen gas exhausted from a fuel cell |
| JP2014137984A (ja) * | 2013-01-18 | 2014-07-28 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 発電システム |
| JP2018181541A (ja) * | 2017-04-10 | 2018-11-15 | 株式会社デンソー | 燃料電池システム |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102507658B1 (ko) | 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법 | |
| JP6616054B1 (ja) | 燃料電池システム及び複合発電システム並びに燃料電池システムの制御方法 | |
| US6926748B2 (en) | Staged lean combustion for rapid start of a fuel processor | |
| JP6804661B2 (ja) | 燃料電池の温度分布制御システム、燃料電池、及び温度分布制御方法 | |
| KR101563455B1 (ko) | 고온 연료 전지 시스템에 대한 재순환을 이용하는 방법 및 어레인지먼트 | |
| JP2000501227A (ja) | 高温燃料電池設備の運転方法及び高温燃料電池設備 | |
| US20070154745A1 (en) | Purging a fuel cell system | |
| JPS59149664A (ja) | 燃料電池装置 | |
| US20070154746A1 (en) | Purging a fuel cell system | |
| JPS61277171A (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JPH0654674B2 (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JPS63254675A (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JPS59149665A (ja) | 燃料電池装置 | |
| JPS62283564A (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JPS60208061A (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JP2567122B2 (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JPS59149663A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JPS6266578A (ja) | 空冷式燃料電池の発電システム | |
| KR100814434B1 (ko) | 용융탄산염 연료전지 발전플랜트의 차압제어방법 | |
| JPS63254677A (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JPS6182678A (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JPH07101613B2 (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JPS63207053A (ja) | 燃料電池発電プラント | |
| JPS61147471A (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JPS59149662A (ja) | 燃料電池発電装置 |