JP2000502834A - 燃料電池プラントの運転方法及び燃料電池プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 少なくとも１個の燃料電池ブロック（４）を備え、この燃料電池ブロック（４）に供給される少なくとも一つの作動媒体が液封圧縮機（８）により圧縮される燃料電池プラント（２）のこの運転方法において、圧縮後に水分離装置（１０）において動媒体から水が分離され、燃料電池ブロック（４）の冷却に用いられる。さらにこの水は、冷却に用いられた後、少なくともその一部が装置（１０）に戻される。この方策により、燃料電池プラント（２）を構成するコンポーネントの数が低減する

Description

【発明の詳細な説明】 燃料電池プラントの運転方法及び燃料電池プラント 本発明は、燃料電池プラントの運転方法ならびに燃料電池プラントに関する。 水の電気分解の際、電流を流すことによって水分子が水素と酸素に分解される ことはよく知られている。燃料電池においては、この過程が逆向きに起こる。水 素と酸素が電気化学的に結合して水を生成する際、高い効率で電流が生じ、純粋 な水素を燃料ガスとして導入すれば、有害物質や二酸化炭素の放出もない。また 、例えば天然ガスや石炭ガス等の工業的な燃料ガスを用い、純粋酸素の代わりに 空気あるいは酸素を添加した空気を用いる場合においても、燃料電池は化石燃料 で作動する他のエネルギー発生装置に比べて明らかに有害物質が少なく、二酸化 炭素も少ない。燃料電池の原理を工業化するためには種々の課題の解決、しかも 、多種多様な電解質や、80℃から1000℃に達する運転温度に伴う課題の解決が必 要である。 専門書ではスタックとも呼ばれる燃料電池ブロックは、通常、重なり合って積 層された多数の燃料電池より構成される。 加湿するには蒸発エンタルピーを供給する必要があるので、燃料電池ブロック に導入する前の反応ガスの加湿、圧縮操作は明らかに問題となる。圧縮後、膜を 加湿する、あるいは水を注入する装置が、文献、例えばドイツ特許第 43 18 818 号明細書により知られている。 さらに、国際公開第 97/10619 号明細書によって、少なくとも１個の燃料電池 ブロックを備え、燃料電池ブロックに供給する作動媒体／反応ガスの少なくとも 一方を液封圧縮機により圧縮する燃料電池プラントの運転方法が知られている。 圧縮後、水が作動媒体から分離され、生成水容器を経て燃料電池プラントの冷却 水循環系へ供給される。 従来の技術で知られている方法では、例えば燃料電池ブロックへ送られた反応 ガスからの水の分離、燃料電池ブロックへの冷却水の供給、及び液封圧縮機への 作動流体の供給等の種々の方法ステップのために、燃料電池プラントをコストの かかる構成とする必要があるので、明らかに不都合である。コストのかかる構成 とは、言葉を替えれば、種々の方法ステップのために燃料電池プラントに個別の コンポーネントを備える必要があり、それにより多大な金銭的出費となるという 意味である。 さらに、燃料電池プラントのコンポーネントの数が増大することは、同時に個 別のコンポーネントの制御や調整のための支出が増大することを意味する。 本発明の課題は、燃料電池プラントを構成するコンポーネントの数が減少し、 したがって燃料電池プラントのコストが低下し、かつ方法遂行上重要な利点が得 られる燃料電池プラントの運転方法を提供することにある。さらにまた、この方 法を実施するための燃料電池プラントも提供したい。 第１の課題は、少なくとも１個の燃料電池ブロックを備え、この燃料電池ブロ ックの少なくとも１つの作動媒体が液封圧縮機において圧縮され、圧縮後に水分 離装置において作動媒体から水が分離され、燃料電池ブロックの冷却に用いられ る燃料電池プラントの運転方法において、本発明に基づいて、冷却後の水の少な くとも一部が水分離装置へ戻されることにより解決される。 第２の課題は、少なくとも１個の燃料電池ブロックと、燃料電池ブロックの作 動媒体を圧縮する少なくとも１個の液封圧縮機とを備え、水分離装置が、液封圧 縮機と燃料電池ブロックとの間の、燃料電池ブロックへ作動媒体を供給する供給 管に配された燃料電池プラントにおいて、本発明に基づいて、燃料電池ブロック と水の分離装置との間に管路が配され、燃料電池ブロックを通流後の燃料電池ブ ロックの冷却用の水の一部が、この管路を介して水離装置に供給されることによ り解決される。 上記の方法を実施するためのこの燃料電池プラントにおいては、二つの方法ス テップ、すなわち圧縮後に燃料電池ブロックの作動媒体から水を分離するステッ プと燃料電池ブロックの冷却水を供給するステップとを同時に実行する１つの装 置が用いられる。したがって、従来技術で知られていたように、これらの２つの ステップを実施するための少なくとも二つの装置はもはや使用されない。これに より燃料電池プラントを構成するコンポーネントの数が減少し、これに伴い同時 に燃料電池プラントのコストが低減する。さらに、燃料電池プラントの調整費用 が減少し、同時に方法遂行上重要な利点が得られる。 燃料電池プラントの燃料電池ブロックの冷却用の水が燃料電池ブロックを通流 したのち液封圧縮機の作動に使用されると好ましい。この方策を採ることにより 、燃料電池ブロックの作動媒体の加湿が燃料電池ブロックの作動温度において行 われることが保証される。これにより、燃料電池ブロックの膜の乾燥が回避され る。さらに、液封圧縮機での作動媒体の加湿の際に付加的に気化によって燃料電 池ブロック冷却用の水から反応エンタルピーの取出しが行われる。水分離装置に よって供給される燃料電池ブロックの冷却用の水が液封圧縮機の作動に用いられ るので、燃料電池ブロックを運転するためのコンポーネントを付加する必要がな くなる。 他の実施態様において、燃料電池ブロックを通流した後の燃料電池ブロックの 冷却用の水の一部が、燃料電池ブロックから管路を通して液封圧縮機へ供給され る。したがって、燃料電池ブロックの冷却用の水の別の一部が液封圧縮機の作動 に用いられる。 本発明をより詳しく説明するために図面の実施例を参照する。図面における唯 一の図には、少なくとも１個の燃料電池ブロックと少なくとも１個の液封圧縮機 を備えた燃料電池プラントが模式的に図示されている。 図のように、燃料電池プラント２は、多数の互いに積層された燃料電池セルよ り構成された１個の燃料電池ブロック４を有している。 例えばアノード供給管あるいはカソード供給管のごとき供給管６により、燃料 電池ブロック４に作動媒体が供給される。作動媒体としては、例えば酸素（Ｏ₂ ）、周辺の空気、あるいは水素（Ｈ₂）が用いられる。供給管６には、流れの方 向に順に液封圧縮機８と装置１０が配されている。 液封圧縮機８で圧縮された後の作動媒体から水を分離しかつ燃料電池ブロック ４を冷却するための装置１０は、燃料電池プラント２の液封圧縮機８と燃料電池 ブロック４との間に配されている。 燃料電池ブロック４で生じた反応の後、反応生成水が付加された消費されなか った作動媒体は、燃料電池ブロック４から排出管８を通して排出される。この排 出管８には反応生成水分離器１２が配されている。消費されなかった作動媒体か ら分離された反応生成水は、ポンプ１６が組み込まれた管路１４を通して装置１ ０へ供給される。供給される反応生成水の量は装置１０の水位に依存する。 燃料電池ブロック４用の冷却水は、装置１０より管路１８を通して燃料電池ブ ロック４へ供給される。管路１８には、流れの方向に順に、ポンプ２０と水を冷 却するための熱交換器２２とが配されている。 燃料電池ブロック４用の冷却水は、燃料電池ブロック４を通流したのち、その 一部が管路２４を通して再び装置１０へ供給される。このような措置により、水 は再び燃料電池ブロック４の冷却に用いられる。 このほか、燃料電池ブロック４用の冷却水は、燃料電池ブロック４を通流した のち、その一部が、燃料電池ブロック４と装置１０との間の管路２４から分岐し た管路２６を通して液封圧縮機８へこれを作動するために送られる。この管路２ ６には、液封圧縮機８への給水を調整するための弁２８が配されている。このよ うにして、液封圧縮機８を作動するための水は装置１０から供給される。 装置１０は、燃料電池プラント２を運転するための種々の方法ステップを実施 するのに適している。一方では、燃料電池ブロック４の運転に用いられる圧縮後 の作動媒体から水が分離される。他方では、燃料電池ブロック４用の冷却水を供 給する。さらに、装置１０から送られた燃料電池ブロック４用の冷却水が、燃料 電池ブロック４を通流した後、液封圧縮機８の作動に用いられる。 これらの方策によって、只一つの装置１０がこれらの種々の方法ステップを実 施するために使用される。したがって、燃料電池プラント２のコンポーネントの 数が低減し、これによって同時に燃料電池プラント２のコストが減少する。燃料 電池プラント２を構成するコンポーネントの数が低減することによって、同時に 、燃料電池プラント２の制御、調整に必要な出費も低減する。 さらに、燃料電池ブロック４を運転するための作動媒体は、常に燃料電池ブロ ック４の作動温度において加湿される。これにより、膜の乾燥が回避される。 管路１４のポンプ１６に信号線３０を介して送られる信号によって、装置１０ の水位は制御される。これにより、常に十分に反応生成水が反応生成水分離器１ ２から管路１４を介して装置１０へ供給され、燃料電池ブロック４冷却用と液封 圧縮機８運転用の水が装置１０に十分に保持されることとなる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲレルト、ハリー ドイツ連邦共和国 デー―91090 エッフ ェルトリッヒ ヘルプストウィーゼン ８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも１個の燃料電池ブロック（４）を備え、この燃料電池ブロック（ ４）の少なくとも一つの作動媒体が液封圧縮機（８）により圧縮され、圧縮後に 作動媒体から水分離装置（１０）において水が分離され、燃料電池ブロック（４ ）の冷却に用いられる燃料電池プラント（２）の運転方法において、冷却後の水 の少なくとも一部が水分離装置（１０）に戻されることを特徴とする燃料電池プ ラント（２）の運転方法。 ２．燃料電池ブロック（４）からの反応生成水の少なくとも一部が燃料電池ブロ ック（４）の冷却に用いられることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．少なくとも１個の燃料電池ブロック（４）と、燃料電池ブロック（４）の作 動媒体を圧縮する少なくとも１個の液封圧縮機（８）とを備え、水分離装置（１ ０）が、液封圧縮機（８）と燃料電池ブロック（４）との間の、燃料電池ブロッ ク（４）に作動媒体を供給するための供給管（６）に配された燃料電池プラント （２）において、燃料電池ブロック（４）と液封圧縮機（８）との間に管路（２ ４）が配され、燃料電池ブロック（４）を通流後の燃料電池ブロック（４）の冷 却用の水の少なくとも一部が管路（２４）を通して水分離装置（１０）へ戻され ることを特徴とする燃料電池プラント（２）。 ４．燃料電池ブロック（４）の反応生成水分離器（１２）からの反応生成水を供 給するための管路（１４）が水分離装置（１０）に備えられていることを特徴と する請求項３記載の燃料電池プラント（２）。 ５．水の一部を液封圧縮機（８）に供給するために、管路（２４）より分岐して 液封圧縮機（８）へつながる管路（２６）が備えられていることを特徴とする請 求項３または４に記載の燃料電池プラント（２）。