JPS62170171A - 燃料電池系装置 - Google Patents
燃料電池系装置Info
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
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- 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
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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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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】
〔発明の利用分野〕
本発明は、燃料電池系装置に係り、特に負荷応答性を高
め長寿命の燃料電池を得るのに好適な、精製装置を備え
た燃料電池系装置に関するものである。
め長寿命の燃料電池を得るのに好適な、精製装置を備え
た燃料電池系装置に関するものである。
まず、従来の一般的な燃料電池系装置について第2図を
参照して説明する。
参照して説明する。
第2図は、従来の燃料電池系装置の系統図で、太い実線
矢印は燃料ガスおよび反応ガスの径路。
矢印は燃料ガスおよび反応ガスの径路。
一点鎖線矢印は空気の径路、二点鎖線矢印は排ガスの径
路を示している。
路を示している。
第2図において、1は、天然ガス、メタノール等の燃料
を改質するリフオーマで、このリフオーマ1は、反応部
1aと燃焼部1bとからなっている。2はシフトコンバ
ータで、これらリフオーマ1とシフトコンバータ2とで
燃料改質装置3が構成されている。4は燃料電池本体で
、水素極4a。
を改質するリフオーマで、このリフオーマ1は、反応部
1aと燃焼部1bとからなっている。2はシフトコンバ
ータで、これらリフオーマ1とシフトコンバータ2とで
燃料改質装置3が構成されている。4は燃料電池本体で
、水素極4a。
酸素極4bおよび電池冷却装置4Cからなっている。
5は、天然ガス、メタノール等の燃料を圧送するための
燃料ブロワ(または燃料ポンプ)を示し、この燃料ブロ
ワ5.燃料改質装置13および配管系をもって燃料電池
本体に対する燃料供給系を構成している。
燃料ブロワ(または燃料ポンプ)を示し、この燃料ブロ
ワ5.燃料改質装置13および配管系をもって燃料電池
本体に対する燃料供給系を構成している。
6は、空気ブロワを示し、この空気ブロワ6および配管
系をもって燃料電池本体4に対する燃料供給系を構成し
ている。
系をもって燃料電池本体4に対する燃料供給系を構成し
ている。
7は、燃料電池本体4の水素極4a出口とリフオーマ1
の燃焼部1bとを接続する水素極出口配管である。
の燃焼部1bとを接続する水素極出口配管である。
このような構成の従来の燃料電池系装置の主要な作用を
次に説明する。
次に説明する。
天然ガス、メタノール等の燃料は、太い実線で示すよう
に燃料ブロワ5により燃料改質装置3に圧送され、詳細
は図示しないが水蒸気と混合され、リフオーマ1の反応
部1aにおいて水素を多量に含む、いわゆる水素リッチ
ガスに改質される。続いてシフトコンバータ2に導かれ
、ガス中の一酸化炭素が水と反応し、二酸化炭素と水素
に変換され机 この反応は天然ガス(メタン主体)燃料の場合、CH番
+2 HzO−)COZ + 4 Hzメタノール
燃料の場合、 CH301(+H20→C○2+3H21となる。
に燃料ブロワ5により燃料改質装置3に圧送され、詳細
は図示しないが水蒸気と混合され、リフオーマ1の反応
部1aにおいて水素を多量に含む、いわゆる水素リッチ
ガスに改質される。続いてシフトコンバータ2に導かれ
、ガス中の一酸化炭素が水と反応し、二酸化炭素と水素
に変換され机 この反応は天然ガス(メタン主体)燃料の場合、CH番
+2 HzO−)COZ + 4 Hzメタノール
燃料の場合、 CH301(+H20→C○2+3H21となる。
これらは、燃料電池本体4の水素極1aに導かれ、ここ
で約80%の水素が消費され、残り20%の水素を含む
水素極排ガスは、水素極出口配管7でリフオーマ1の燃
焼部1bに戻され、改質反応に必要な燃焼熱の一部に用
いられる。
で約80%の水素が消費され、残り20%の水素を含む
水素極排ガスは、水素極出口配管7でリフオーマ1の燃
焼部1bに戻され、改質反応に必要な燃焼熱の一部に用
いられる。
空気は、空気ブロワ6により昇圧され、一点鎖線の矢印
で示すように、燃料電池本体4の酸素極4bおよびリフ
オーマ1の燃焼部1bに供給され、酸化用、燃焼用とし
て消費される。
で示すように、燃料電池本体4の酸素極4bおよびリフ
オーマ1の燃焼部1bに供給され、酸化用、燃焼用とし
て消費される。
酸素極4bの排ガスおよび燃焼部1bの排ガスは合流し
て大気中に放出される。
て大気中に放出される。
このような従来のシステムには次のような問題があった
。
。
1)燃料電池系装置の効率を上げるためにはシステムの
圧力を上昇させればよいのであるが、そのために機器の
能力、耐圧などを上げる必要がある。
圧力を上昇させればよいのであるが、そのために機器の
能力、耐圧などを上げる必要がある。
2)燃料改質装置3からの水素リッチガスには、通常1
%程度の一酸化炭素が含まれており、これは燃料電池4
の燗媒毒となり、電池寿命を短かくする原因となってい
る。
%程度の一酸化炭素が含まれており、これは燃料電池4
の燗媒毒となり、電池寿命を短かくする原因となってい
る。
3)負荷が急に増加した場合、燃料供給系統の応答性が
燃料供給系の制御弁等の応答性に支配されるため、負荷
の増加に直ちに対応することができない。
燃料供給系の制御弁等の応答性に支配されるため、負荷
の増加に直ちに対応することができない。
なお、このような従来技術については、数多くの文献が
公表されているが、例えば、アメリカの電力研究所イー
ピアールアイ(EPRI)の技術がレポートであるスペ
シイフィケーションフォアデイスポーズド フェルシェ
ルジェネレータrspecification for
Dispersed Fuel Ce1lGener
atorJ (分散形燃料電池発電機)が、その−例で
ある。
公表されているが、例えば、アメリカの電力研究所イー
ピアールアイ(EPRI)の技術がレポートであるスペ
シイフィケーションフォアデイスポーズド フェルシェ
ルジェネレータrspecification for
Dispersed Fuel Ce1lGener
atorJ (分散形燃料電池発電機)が、その−例で
ある。
本発明は、前述の従来技術の問題点を解決するためにな
されたもので、電池寿命が長く、高効率で、負荷応答性
にすぐれた燃料電池系装置の提供を、その目的としてい
る。
されたもので、電池寿命が長く、高効率で、負荷応答性
にすぐれた燃料電池系装置の提供を、その目的としてい
る。
本発明に係る燃料電池系装置の構成は、燃料電池本体に
対する空気供給系と燃料供給系とを備え、その燃料供給
系に、燃料と水蒸気との混合ガスを加熱し水素リッチガ
スに改質および転換を行う燃料改質装置を備えた燃料電
池系装置において、前記燃料供給系に、前記燃料電池本
体に純水素を供給するための精製装置を配設し、その精
製装置の入口を前記燃料改質装置の出口に、その精製装
置の水素出口を前記燃料電池本体の水素極に、その精製
装置の排ガス出口と前記燃料改質装置の燃焼部にそれぞ
れ接続するとともに、前記燃料電池本体の水素極入口と
当該水素極出口とを循環ブロワを具備する水素循環用配
管で接続するようにしたものである。
対する空気供給系と燃料供給系とを備え、その燃料供給
系に、燃料と水蒸気との混合ガスを加熱し水素リッチガ
スに改質および転換を行う燃料改質装置を備えた燃料電
池系装置において、前記燃料供給系に、前記燃料電池本
体に純水素を供給するための精製装置を配設し、その精
製装置の入口を前記燃料改質装置の出口に、その精製装
置の水素出口を前記燃料電池本体の水素極に、その精製
装置の排ガス出口と前記燃料改質装置の燃焼部にそれぞ
れ接続するとともに、前記燃料電池本体の水素極入口と
当該水素極出口とを循環ブロワを具備する水素循環用配
管で接続するようにしたものである。
なお、本発明を開発した考え方は、次のとおりである。
1)燃料電池は、水素極に供給される水素の分圧が高い
ほど効率が高くなる6したがって、従来のような水素リ
ッチの混合ガスではなく、純水素を水素極に供給すれば
高効率が得られる。
ほど効率が高くなる6したがって、従来のような水素リ
ッチの混合ガスではなく、純水素を水素極に供給すれば
高効率が得られる。
2)燃料電池は、−酸化炭素により電極の触媒が被毒し
寿命が低下する。したがって、純水素を水素極に供給し
てやれば、電池寿命を長くすることができる。
寿命が低下する。したがって、純水素を水素極に供給し
てやれば、電池寿命を長くすることができる。
3)燃料電池の電極付近が純水素で満されていれば、負
荷が急増した場合にも一時的に水素不足の状態に陥るこ
とが少い。
荷が急増した場合にも一時的に水素不足の状態に陥るこ
とが少い。
しかるに、従来の燃料改質装置における水蒸気改質反応
、シフト反応では、シフトコンバータからのガスには2
0〜25%程度の二酸化炭素が含まれている。
、シフト反応では、シフトコンバータからのガスには2
0〜25%程度の二酸化炭素が含まれている。
そこで、本発明は、この二酸化炭素および未反応燃料2
反応過程で生成する一酸化炭素、あるいは残留水分等を
除去し、純水等を燃料電池本体の水素極に供給しようと
するものである。
反応過程で生成する一酸化炭素、あるいは残留水分等を
除去し、純水等を燃料電池本体の水素極に供給しようと
するものである。
以下、本発明の一実施例を第1図を参照して説明する。
第1図は、本発明の一実施例に係る燃料電池系装置の系
統図で1図中、第2図と同一符号のものは従来技術と同
等部分であるから、その説明を省略する。
統図で1図中、第2図と同一符号のものは従来技術と同
等部分であるから、その説明を省略する。
第1図において、8は、燃料電池本体4に純水素を供給
するための精製装置で、この精製装@8は、燃料電池本
体4に対する燃料供給系路中に配設されている。すなわ
ち、精製装置8の入口は精製装置入口配管9を介して燃
料改質装置3のシフトコンバータ2出口に接続され、精
製装@8の水素出口は精製装置出口配管工0を介して燃
料電池本体4の水素極4aに接続され、精製装置8の排
ガス出口を精製装置排ガス配管11を介して燃料改質装
置3におけるリフオーマ1の燃焼部]bに接続されてい
る。
するための精製装置で、この精製装@8は、燃料電池本
体4に対する燃料供給系路中に配設されている。すなわ
ち、精製装置8の入口は精製装置入口配管9を介して燃
料改質装置3のシフトコンバータ2出口に接続され、精
製装@8の水素出口は精製装置出口配管工0を介して燃
料電池本体4の水素極4aに接続され、精製装置8の排
ガス出口を精製装置排ガス配管11を介して燃料改質装
置3におけるリフオーマ1の燃焼部]bに接続されてい
る。
また、燃料電池本体4の水素極4aの入口と同水素極4
bの出口とを、循環ブロワ13を具備した水素循環用配
管12により接続している。
bの出口とを、循環ブロワ13を具備した水素循環用配
管12により接続している。
ここで、精製装置3は既知の装置、例えばPSA (プ
レッシャ・スイング・アトソープション)等であり、水
素以外のガスの吸着、脱着を弁の切替えにより連続的に
行わせて、高純度(例えば、99.9999%)の水素
を得る装置を採用している。
レッシャ・スイング・アトソープション)等であり、水
素以外のガスの吸着、脱着を弁の切替えにより連続的に
行わせて、高純度(例えば、99.9999%)の水素
を得る装置を採用している。
このような構成の本実施例の燃料電池系装置の主要な作
用のうち、第2図で示した従来技術と異なるところを説
明する。
用のうち、第2図で示した従来技術と異なるところを説
明する。
天然ガス、メタノール等の燃料は水蒸気と混合され、燃
料改質装置3におけるリフオーマ1で水素リッチガスに
改質され、シフトコンバータ2で二酸化炭素と水素に変
換される。
料改質装置3におけるリフオーマ1で水素リッチガスに
改質され、シフトコンバータ2で二酸化炭素と水素に変
換される。
シフトコンバータ2で変換された二酸化炭素。
水素を主とする燃料は、M8装置入口配管9を経て精製
装置8で、二酸化炭素、−酸化炭素、未反応燃料、およ
び残留水分など水素以外のガス、水分の除去がなされ、
純水素が精製送装置出口配管10を経て燃料電池本体4
の水素極4aに供給される。
装置8で、二酸化炭素、−酸化炭素、未反応燃料、およ
び残留水分など水素以外のガス、水分の除去がなされ、
純水素が精製送装置出口配管10を経て燃料電池本体4
の水素極4aに供給される。
精製装@8から発生する排ガス中には、水素などの可燃
ガスが含まれており、これは精製装置排ガス配管工1に
よりリフオーマ1の燃焼部1bに戻され、改質反応に必
要な燃焼熱の一部に用いられる。
ガスが含まれており、これは精製装置排ガス配管工1に
よりリフオーマ1の燃焼部1bに戻され、改質反応に必
要な燃焼熱の一部に用いられる。
また、水素極4aの内部での水素消費の部分的偏りを抑
制するため、水素循環用配管12により水素の循環が行
われている。
制するため、水素循環用配管12により水素の循環が行
われている。
本実施例によれば1次に述べる効果が得られる61)燃
料電池の効率を高めることができる。
料電池の効率を高めることができる。
すなわち、電池効率は電池電圧に比例するが、水素分圧
と電池電圧の間には次式の関係が成立するといわれてい
る。
と電池電圧の間には次式の関係が成立するといわれてい
る。
ここで、
Pl :状態1すなわち精製する前における水素分圧
P2 :状態2すなわち精製した後における水素分圧
ΔV:状態1と2における電池セル電圧の差を表わす。
したがって、水素分圧が高いほど、すなわち水素純度が
高いほど、電池効率を高くすることができる。
高いほど、電池効率を高くすることができる。
2)燃料電池の寿命を長くすることができる。
すなわち、従来、燃料改質装@3の出口ガスは約1%の
一酸化炭素が含まれていて、電池電極に使用されている
燭媒が被毒し電池寿命が短くなっていたが、本実施例に
よれば、精製装置8によって一酸化炭素を除去してのち
水素極4aに純水素を供給するので、燃料電池の寿命を
飛躍的に長くすることができる。
一酸化炭素が含まれていて、電池電極に使用されている
燭媒が被毒し電池寿命が短くなっていたが、本実施例に
よれば、精製装置8によって一酸化炭素を除去してのち
水素極4aに純水素を供給するので、燃料電池の寿命を
飛躍的に長くすることができる。
3)負荷応答性を向上させることができる。
燃料電池に対する負荷が急に増加した場合、従来の装置
では、水素極4aの内部に溜っている水素を一時的に充
当はするものの、やがて水素の濃度が減少し、他の二酸
化炭素等の濃度が電極付近で相対的に増加するため、充
分な水素が電極に供給されなくなり、要求されろ電力が
得られないという状態があったが1本実施例によれば、
水素極4aを常時純水素で満たされるので、前述の不都
合な現象は防止することができ、したがって負荷変化に
対する応答性を高めることができる。
では、水素極4aの内部に溜っている水素を一時的に充
当はするものの、やがて水素の濃度が減少し、他の二酸
化炭素等の濃度が電極付近で相対的に増加するため、充
分な水素が電極に供給されなくなり、要求されろ電力が
得られないという状態があったが1本実施例によれば、
水素極4aを常時純水素で満たされるので、前述の不都
合な現象は防止することができ、したがって負荷変化に
対する応答性を高めることができる。
以上述べたように、本発明によれば、電池寿命が長く、
高効率で、負荷応答性にすぐれた燃料電池装置を提供す
ることができる。
高効率で、負荷応答性にすぐれた燃料電池装置を提供す
ることができる。
第1図は1本発明の一実施例に係る燃料電池系装置の系
統図、第2図は、従来の燃料電池系装置の系統図である
。
統図、第2図は、従来の燃料電池系装置の系統図である
。
Claims (1)
- 1、燃料電池本体に対する空気供給系と燃料供給系とを
備え、その燃料供給系に、燃料と水蒸気との混合ガスを
加熱し水素リッチガスに改質および転換を行う燃料改質
装置を備えた燃料電池系装置において、前記燃料供給系
に、前記燃料電池本体に純水素を供給するための精製装
置を配設し、その精製装置の入口を前記燃料改質装置の
出口に、その精製装置の水素出口を前記燃料電池本体の
水素極に、その精製装置の排ガス出口を前記燃料改質装
置の燃焼部にそれぞれ接続するとともに、前記燃料電池
本体の水素極入口と当該水素極出口とを循環ブロワを具
備する水素循環用配管で接続するように構成したこと特
徴とする燃料電池系装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61010141A JPS62170171A (ja) | 1986-01-22 | 1986-01-22 | 燃料電池系装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61010141A JPS62170171A (ja) | 1986-01-22 | 1986-01-22 | 燃料電池系装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62170171A true JPS62170171A (ja) | 1987-07-27 |
Family
ID=11742003
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61010141A Pending JPS62170171A (ja) | 1986-01-22 | 1986-01-22 | 燃料電池系装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62170171A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JPH0451464A (ja) * | 1990-06-20 | 1992-02-19 | Toshiba Corp | 燃料電池発電システム |
JPH05182683A (ja) * | 1991-03-22 | 1993-07-23 | Jgc Corp | 燃料電池による発電方法 |
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