JP2003086208A - 燃料電池発電設備 - Google Patents
燃料電池発電設備Info
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- JP2003086208A JP2003086208A JP2001271173A JP2001271173A JP2003086208A JP 2003086208 A JP2003086208 A JP 2003086208A JP 2001271173 A JP2001271173 A JP 2001271173A JP 2001271173 A JP2001271173 A JP 2001271173A JP 2003086208 A JP2003086208 A JP 2003086208A
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- 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
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 補機類のうち、放熱器、加湿装置、サージタ
ンク、水素ポンプを省略又は電力消費の少ない機器に置
き換えることができ、これにより、簡略化した補機類で
有効発電出力を高めることができる燃料電池発電設備を
提供する。 【解決手段】 水素供給ライン１７に設けられその流れ
で内部に水素負圧部を形成する水素負圧発生装置２２
と、空気供給ライン１８に設けられその流れで内部に空
気負圧部を形成する空気負圧発生装置２４と、水素／水
分離器１２で分離した水素を水素負圧発生装置内に吸引
する水素吸引ライン２６と、空気／水分離器１４で分離
した水を空気負圧発生装置内に吸引する水吸引ライン２
８とを備える。
ンク、水素ポンプを省略又は電力消費の少ない機器に置
き換えることができ、これにより、簡略化した補機類で
有効発電出力を高めることができる燃料電池発電設備を
提供する。 【解決手段】 水素供給ライン１７に設けられその流れ
で内部に水素負圧部を形成する水素負圧発生装置２２
と、空気供給ライン１８に設けられその流れで内部に空
気負圧部を形成する空気負圧発生装置２４と、水素／水
分離器１２で分離した水素を水素負圧発生装置内に吸引
する水素吸引ライン２６と、空気／水分離器１４で分離
した水を空気負圧発生装置内に吸引する水吸引ライン２
８とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、簡略化した補機類
で高い有効発電出力を発電する燃料電池発電設備に関す
る。
で高い有効発電出力を発電する燃料電池発電設備に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図３は、固体高分子型燃料電池（Ｐｏｌ
ｙｍｅｒ ＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＦｕｅｌ Ｃｅｌ
ｌ：ＰＥＦＣ）の原理図である。この燃料電池は、電解
質にプロトン（Ｈ+）導電性を有する高分子膜Ｔを用
い、この膜の両側に薄い多孔質Ｐｔ触媒電極（アノード
ＡとカソードＣ）を付けた構造を有する。それぞれの電
極にＨ2およびＯ2を供給し、室温〜１００℃前後で動作
させると、Ｈ2はＨ2極（アノードＡ）でＨ+に酸化さ
れ、Ｈ+は膜内を移動してＯ2極（カソードＣ）に到達す
る。一方ｅ- は外部回路を通って電気的な仕事をした
のち、Ｏ2極に到達する。Ｏ2極ではＯ2が到達したＨ+お
よびｅ-と反応してＨ2Ｏに還元される。なお上述した燃
料電池では、高分子膜Ｔの保護のため水蒸気を供給する
と共に、カソードＣでは反応生成物として水蒸気が形成
される。
ｙｍｅｒ ＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＦｕｅｌ Ｃｅｌ
ｌ：ＰＥＦＣ）の原理図である。この燃料電池は、電解
質にプロトン（Ｈ+）導電性を有する高分子膜Ｔを用
い、この膜の両側に薄い多孔質Ｐｔ触媒電極（アノード
ＡとカソードＣ）を付けた構造を有する。それぞれの電
極にＨ2およびＯ2を供給し、室温〜１００℃前後で動作
させると、Ｈ2はＨ2極（アノードＡ）でＨ+に酸化さ
れ、Ｈ+は膜内を移動してＯ2極（カソードＣ）に到達す
る。一方ｅ- は外部回路を通って電気的な仕事をした
のち、Ｏ2極に到達する。Ｏ2極ではＯ2が到達したＨ+お
よびｅ-と反応してＨ2Ｏに還元される。なお上述した燃
料電池では、高分子膜Ｔの保護のため水蒸気を供給する
と共に、カソードＣでは反応生成物として水蒸気が形成
される。
【０００３】図４は、上述した燃料電池を用いた従来の
発電設備の全体構成図である。この図において、符号４
は図３に示したセルを複数積層した積層電池（以下、ス
タックと呼ぶ）である。スタック４には、Ｈ2極（アノ
ードＡ）に水素ガスを供給するアノードラインＡと、Ｏ
2極（カソードＣ）に空気を供給するカソードラインＣ
と、燃料電池を冷却するための冷却水ラインＷとが設け
られている。
発電設備の全体構成図である。この図において、符号４
は図３に示したセルを複数積層した積層電池（以下、ス
タックと呼ぶ）である。スタック４には、Ｈ2極（アノ
ードＡ）に水素ガスを供給するアノードラインＡと、Ｏ
2極（カソードＣ）に空気を供給するカソードラインＣ
と、燃料電池を冷却するための冷却水ラインＷとが設け
られている。
【０００４】水タンク１の冷却水は循環ポンプ２により
圧送され圧力調整器３により規定圧以下でスタック４に
供給され、スタック４を冷却し、放熱器５ａを通って水
タンク１に戻される。
圧送され圧力調整器３により規定圧以下でスタック４に
供給され、スタック４を冷却し、放熱器５ａを通って水
タンク１に戻される。
【０００５】また、水素貯蔵タンク６に蓄圧された水素
ガス（Ｈ2）は、水素供給ライン１７の圧力調整器７に
より規定圧に調整し、加湿装置８で水分を加湿した後、
スタック４に供給される。スタック４のアノードＡで反
応後の水分を含む水素ガスは、水素／水分離器１２によ
り水素ガスと水に分離され、水素ガスは水素ポンプ１１
によりチェック弁１３ａを介して加湿装置８に戻り、水
はチェック弁１３ｂを介して循環ポンプ２の上流側に戻
される。
ガス（Ｈ2）は、水素供給ライン１７の圧力調整器７に
より規定圧に調整し、加湿装置８で水分を加湿した後、
スタック４に供給される。スタック４のアノードＡで反
応後の水分を含む水素ガスは、水素／水分離器１２によ
り水素ガスと水に分離され、水素ガスは水素ポンプ１１
によりチェック弁１３ａを介して加湿装置８に戻り、水
はチェック弁１３ｂを介して循環ポンプ２の上流側に戻
される。
【０００６】更に、大気中の空気は、空気供給ライン１
８の空気圧縮器９により規定圧以内で圧縮され、放熱器
５ｂで冷却し、サージタンク１０で加湿した後、スタッ
ク４に供給される。スタック４のカソードＣで反応後の
空気は、加湿に要した水に加え、反応による生成水が加
わるため大量の水分を含んでいる。そのため、反応後の
空気は、空気／水分離器１４により空気と水に分離さ
れ、空気は大気中に放出され、更に、水量管理容器１６
で必要量の水のみをチェック弁１３ｃを介して循環ポン
プ２の上流側に戻し、余分な水は、大気中に放出され
る。
８の空気圧縮器９により規定圧以内で圧縮され、放熱器
５ｂで冷却し、サージタンク１０で加湿した後、スタッ
ク４に供給される。スタック４のカソードＣで反応後の
空気は、加湿に要した水に加え、反応による生成水が加
わるため大量の水分を含んでいる。そのため、反応後の
空気は、空気／水分離器１４により空気と水に分離さ
れ、空気は大気中に放出され、更に、水量管理容器１６
で必要量の水のみをチェック弁１３ｃを介して循環ポン
プ２の上流側に戻し、余分な水は、大気中に放出され
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、燃料
電池の燃料である水素ガスと、酸化剤である空気は、燃
料電池を保護しかつ電池性能を向上させるため、加湿器
８又はサージタンク１０を通しスタック４に供給され
る。また、スタック４では、発電量に応じ水素と酸素が
反応し水が生成される。この生成水は未消費の水素ガス
及び空気と混合し、各排出ポートよりスタック外に排出
され、各分離器により気体（水素ガス又は空気）と水に
分離される。分離した水素ガスはリターンポンプ（水素
ポンプ１１）により逆止弁１３ａを通り、加湿装置８に
戻される。また水の一部はスタック冷却のための循環ポ
ンプ２の吸込側に戻され、空気は大気中に放出される。
電池の燃料である水素ガスと、酸化剤である空気は、燃
料電池を保護しかつ電池性能を向上させるため、加湿器
８又はサージタンク１０を通しスタック４に供給され
る。また、スタック４では、発電量に応じ水素と酸素が
反応し水が生成される。この生成水は未消費の水素ガス
及び空気と混合し、各排出ポートよりスタック外に排出
され、各分離器により気体（水素ガス又は空気）と水に
分離される。分離した水素ガスはリターンポンプ（水素
ポンプ１１）により逆止弁１３ａを通り、加湿装置８に
戻される。また水の一部はスタック冷却のための循環ポ
ンプ２の吸込側に戻され、空気は大気中に放出される。
【０００８】しかし、上述した従来の燃料電池発電設備
では、燃料電池を運転するために多数の補機類が必要と
なる問題点があった。この補機類には、上述した放熱器
５ｂ、加湿装置８、サージタンク１０、水素ポンプ１１
が含まれ、これらを作動させるために燃料電池で発電し
た電力の一部を消費するため、外部に取出り出せる有効
発電出力が低下する問題点があった。
では、燃料電池を運転するために多数の補機類が必要と
なる問題点があった。この補機類には、上述した放熱器
５ｂ、加湿装置８、サージタンク１０、水素ポンプ１１
が含まれ、これらを作動させるために燃料電池で発電し
た電力の一部を消費するため、外部に取出り出せる有効
発電出力が低下する問題点があった。
【０００９】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、補機
類のうち、上述した放熱器、加湿装置、サージタンク、
水素ポンプを省略又は電力消費の少ない機器に置き換え
ることができ、これにより、簡略化した補機類で有効発
電出力を高めることができる燃料電池発電設備を提供す
ることにある。
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、補機
類のうち、上述した放熱器、加湿装置、サージタンク、
水素ポンプを省略又は電力消費の少ない機器に置き換え
ることができ、これにより、簡略化した補機類で有効発
電出力を高めることができる燃料電池発電設備を提供す
ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、燃料電
池（４）に水素ガスを供給する水素供給ライン（１７）
と、燃料電池に圧縮空気を供給する空気供給ライン（１
８）と、燃料電池を出た水素ガスから水分を分離する水
素／水分離器（１２）と、燃料電池を出た空気から水分
を分離する空気／水分離器（１４）とを有する燃料電池
発電設備において、前記水素供給ラインに設けられその
流れで内部に水素負圧部を形成する水素負圧発生装置
（２２）と、前記空気供給ラインに設けられその流れで
内部に空気負圧部を形成する空気負圧発生装置（２４）
と、前記水素／水分離器で分離した水素を水素負圧発生
装置内に吸引する水素吸引ライン（２６）と、前記空気
／水分離器で分離した水を空気負圧発生装置内に吸引す
る水吸引ライン（２８）とを備えた、ことを特徴とする
燃料電池発電設備が提供される。
池（４）に水素ガスを供給する水素供給ライン（１７）
と、燃料電池に圧縮空気を供給する空気供給ライン（１
８）と、燃料電池を出た水素ガスから水分を分離する水
素／水分離器（１２）と、燃料電池を出た空気から水分
を分離する空気／水分離器（１４）とを有する燃料電池
発電設備において、前記水素供給ラインに設けられその
流れで内部に水素負圧部を形成する水素負圧発生装置
（２２）と、前記空気供給ラインに設けられその流れで
内部に空気負圧部を形成する空気負圧発生装置（２４）
と、前記水素／水分離器で分離した水素を水素負圧発生
装置内に吸引する水素吸引ライン（２６）と、前記空気
／水分離器で分離した水を空気負圧発生装置内に吸引す
る水吸引ライン（２８）とを備えた、ことを特徴とする
燃料電池発電設備が提供される。
【００１１】上記本発明の構成によれば、水素供給ライ
ンに水素負圧発生装置（２２）が設けられ、その流れで
内部に水素負圧部を形成するので、水素吸引ライン（２
６）を介して水素／水分離器で分離した水素を水素負圧
発生装置内に吸引することができる。また、空気供給ラ
インに空気負圧発生装置（２４）が設けられ、その流れ
で内部に空気負圧部を形成するので、水吸引ライン（２
８）を介して空気／水分離器で分離した水を従来装置以
上に空気負圧発生装置内に吸引することができ、また圧
縮空気の冷却が可能となる。
ンに水素負圧発生装置（２２）が設けられ、その流れで
内部に水素負圧部を形成するので、水素吸引ライン（２
６）を介して水素／水分離器で分離した水素を水素負圧
発生装置内に吸引することができる。また、空気供給ラ
インに空気負圧発生装置（２４）が設けられ、その流れ
で内部に空気負圧部を形成するので、水吸引ライン（２
８）を介して空気／水分離器で分離した水を従来装置以
上に空気負圧発生装置内に吸引することができ、また圧
縮空気の冷却が可能となる。
【００１２】従って、従来の補機類のうち、放熱器、加
湿装置、サージタンク、水素ポンプを省略し、これを電
力を必要としない負圧発生装置（２２，２４）、例えば
ベンチュリに置き換えて、従来と同様に水素ガスと水の
循環・再利用を行うことができ、有効発電出力を高める
ことができる。
湿装置、サージタンク、水素ポンプを省略し、これを電
力を必要としない負圧発生装置（２２，２４）、例えば
ベンチュリに置き換えて、従来と同様に水素ガスと水の
循環・再利用を行うことができ、有効発電出力を高める
ことができる。
【００１３】本発明の好ましい実施形態によれば、加湿
用の水を水素負圧発生装置内に吸引する加湿ライン（２
５）を有する。
用の水を水素負圧発生装置内に吸引する加湿ライン（２
５）を有する。
【００１４】この構成により、従来の加湿装置なしに、
水を水素ガスに吸引させてこれを加湿することができ
る。
水を水素ガスに吸引させてこれを加湿することができ
る。
【００１５】また、前記加湿ライン（２５）と水素吸引
ライン（２６）は、それぞれ逆流を防ぐ逆止弁（２５
ａ，２６ａ）を有する。
ライン（２６）は、それぞれ逆流を防ぐ逆止弁（２５
ａ，２６ａ）を有する。
【００１６】この構成により、加湿ライン（２５）や水
素吸引ライン（２６）を通って水素ガスが逆流するのを
防ぎ、作動の安定性を高めることができる。
素吸引ライン（２６）を通って水素ガスが逆流するのを
防ぎ、作動の安定性を高めることができる。
【００１７】前記水素負圧発生装置（２２）及び空気負
圧発生装置（２４）は、固定ベンチュリ、可変ベンチュ
リ、又はエゼクタポンプである。
圧発生装置（２４）は、固定ベンチュリ、可変ベンチュ
リ、又はエゼクタポンプである。
【００１８】この構成により、電力を消費することな
く、可動部がほとんどない簡単な構成で、内部に負圧部
を容易に形成することができる。
く、可動部がほとんどない簡単な構成で、内部に負圧部
を容易に形成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略す
る。
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略す
る。
【００２０】図１は、本発明の燃料電池発電設備の全体
構成図である。この図に示すように、本発明の燃料電池
発電設備２０は、燃料電池４（スタック）に水素ガスを
供給する水素供給ライン１７と、燃料電池４に圧縮空気
を供給する空気供給ライン１８と、燃料電池４を出た水
素ガスから水分を分離する水素／水分離器１２と、燃料
電池４を出た空気から水分を分離する空気／水分離器１
４とを有する。
構成図である。この図に示すように、本発明の燃料電池
発電設備２０は、燃料電池４（スタック）に水素ガスを
供給する水素供給ライン１７と、燃料電池４に圧縮空気
を供給する空気供給ライン１８と、燃料電池４を出た水
素ガスから水分を分離する水素／水分離器１２と、燃料
電池４を出た空気から水分を分離する空気／水分離器１
４とを有する。
【００２１】本発明の燃料電池発電設備２０は、更に、
水素負圧発生装置２２、空気負圧発生装置２４、水素吸
引ライン２６、加湿ライン２５、及び水吸引ライン２８
を備えている。
水素負圧発生装置２２、空気負圧発生装置２４、水素吸
引ライン２６、加湿ライン２５、及び水吸引ライン２８
を備えている。
【００２２】水素負圧発生装置２２は、水素供給ライン
１７の途中（この例では、圧力調整器７の下流側）に設
けられ、その流れで内部に水素負圧部を形成する機能を
有する。また、空気負圧発生装置２４は、空気供給ライ
ン１８の途中（この例では、空気圧縮器９の下流側）に
設けられ、その流れで内部に空気負圧部を形成する機能
を有する。
１７の途中（この例では、圧力調整器７の下流側）に設
けられ、その流れで内部に水素負圧部を形成する機能を
有する。また、空気負圧発生装置２４は、空気供給ライ
ン１８の途中（この例では、空気圧縮器９の下流側）に
設けられ、その流れで内部に空気負圧部を形成する機能
を有する。
【００２３】加湿ライン２５は、この例では、循環ポン
プ２の下流側と水素負圧発生装置２２内の水素負圧部を
連通する配管ラインであり、水素負圧部の負圧により、
加湿用の水を水素負圧発生装置内に吸引する。吸引され
た水は、内部を流れる水素と混合されて、燃料電池４
（スタック）に供給される。
プ２の下流側と水素負圧発生装置２２内の水素負圧部を
連通する配管ラインであり、水素負圧部の負圧により、
加湿用の水を水素負圧発生装置内に吸引する。吸引され
た水は、内部を流れる水素と混合されて、燃料電池４
（スタック）に供給される。
【００２４】また、この加湿ライン２５には、逆流を防
ぐ逆止弁２５ａが設けられ、水素ガスの逆流を防ぎ、作
動の安定性を高めるようになっている。
ぐ逆止弁２５ａが設けられ、水素ガスの逆流を防ぎ、作
動の安定性を高めるようになっている。
【００２５】水素吸引ライン２６は、水素／水分離器１
２の水素出口部と水素負圧発生装置２２内の水素負圧部
を連通する配管ラインであり、水素負圧部の負圧によ
り、水素／水分離器１２で分離した水素を水素負圧発生
装置内に吸引する。吸引された水素は、内部を流れる水
素と混合されて、燃料電池４（スタック）に供給され
る。
２の水素出口部と水素負圧発生装置２２内の水素負圧部
を連通する配管ラインであり、水素負圧部の負圧によ
り、水素／水分離器１２で分離した水素を水素負圧発生
装置内に吸引する。吸引された水素は、内部を流れる水
素と混合されて、燃料電池４（スタック）に供給され
る。
【００２６】また、この水素吸引ライン２６にも、逆流
を防ぐ逆止弁２６ａが設けられ、水素ガスの逆流を防
ぎ、作動の安定性を高めるようになっている。
を防ぐ逆止弁２６ａが設けられ、水素ガスの逆流を防
ぎ、作動の安定性を高めるようになっている。
【００２７】水吸引ライン２８は、空気／水分離器１４
の下流の水量管理容器１６の水出口部と空気負圧装置２
４内の空気負圧部とを連通する配管ラインであり、空気
負圧部の負圧により空気／水分離器１４で分離した水を
空気負圧発生装置内に吸引する。吸引された水は、内部
を流れる空気中で蒸発し、空気圧縮器９による断熱圧縮
で上昇した空気（例えば約１３０℃）を水の気化熱で冷
却するとともに、空気と混合してこれを加湿するように
なっている。
の下流の水量管理容器１６の水出口部と空気負圧装置２
４内の空気負圧部とを連通する配管ラインであり、空気
負圧部の負圧により空気／水分離器１４で分離した水を
空気負圧発生装置内に吸引する。吸引された水は、内部
を流れる空気中で蒸発し、空気圧縮器９による断熱圧縮
で上昇した空気（例えば約１３０℃）を水の気化熱で冷
却するとともに、空気と混合してこれを加湿するように
なっている。
【００２８】図２は、本発明を構成する負圧発生装置の
模式図である。この図において、（Ａ）は固定ベンチュ
リ、（Ｂ）は可変ベンチュリ、（Ｃ）はエゼクタポンプ
を示している。
模式図である。この図において、（Ａ）は固定ベンチュ
リ、（Ｂ）は可変ベンチュリ、（Ｃ）はエゼクタポンプ
を示している。
【００２９】上述した水素負圧発生装置２２及び空気負
圧発生装置２４は、これらの固定ベンチュリ、可変ベン
チュリ、又はエゼクタポンプであることが好ましい。こ
れらの負圧発生装置は、圧縮ガス源（この例では水素又
は空気）さえあれば、電力の消費なしに内部に負圧部を
形成し、外部から流体（水素又は空気）を吸引すること
ができる。また、可動部がほとんどなく、長寿命であ
り、かつ容易に安定運転できる特徴を有する。
圧発生装置２４は、これらの固定ベンチュリ、可変ベン
チュリ、又はエゼクタポンプであることが好ましい。こ
れらの負圧発生装置は、圧縮ガス源（この例では水素又
は空気）さえあれば、電力の消費なしに内部に負圧部を
形成し、外部から流体（水素又は空気）を吸引すること
ができる。また、可動部がほとんどなく、長寿命であ
り、かつ容易に安定運転できる特徴を有する。
【００３０】上述した本発明の燃料電池発電設備２０の
作動を以下に説明する。
作動を以下に説明する。
【００３１】水タンク１の水は循環ポンプ２により圧送
され圧力調整器３により規定圧以下でスタック４を冷却
し、放熱器５を通って水タンク１に戻る。水素貯蔵タン
ク６に蓄圧された水素は、圧力調整器７により規定圧に
調整したのち、水素供給ライン１７に設置された水素負
圧発生装置２２を通りスタック４に供給される。空気は
空気圧縮器９により規定圧以内で圧縮されたのち圧縮器
後に設置された空気負圧発生装置２４を通りスタック４
に供給される。水素負圧発生装置２２には、循環ポンプ
２の吐出側で分岐した加湿ライン２５及びスタック４よ
り排出し、水素／水分離器１２により分離した水素を導
く水素吸引ライン２６を各々逆止弁２５ａ，２６ａを通
し連結する。空気負圧発生装置２４にはスタック４より
排出し、空気／水分離器１４により分離した水の一部を
導く水吸引ライン２８を連結する。
され圧力調整器３により規定圧以下でスタック４を冷却
し、放熱器５を通って水タンク１に戻る。水素貯蔵タン
ク６に蓄圧された水素は、圧力調整器７により規定圧に
調整したのち、水素供給ライン１７に設置された水素負
圧発生装置２２を通りスタック４に供給される。空気は
空気圧縮器９により規定圧以内で圧縮されたのち圧縮器
後に設置された空気負圧発生装置２４を通りスタック４
に供給される。水素負圧発生装置２２には、循環ポンプ
２の吐出側で分岐した加湿ライン２５及びスタック４よ
り排出し、水素／水分離器１２により分離した水素を導
く水素吸引ライン２６を各々逆止弁２５ａ，２６ａを通
し連結する。空気負圧発生装置２４にはスタック４より
排出し、空気／水分離器１４により分離した水の一部を
導く水吸引ライン２８を連結する。
【００３２】供給水素は水素負圧発生装置２２で流速を
早め、水素負圧発生装置２２内に形成される水素負圧部
に連結された加湿ライン２５より水を吸引し供給水素に
噴出し加湿する。同様に水素吸引ライン２６より未消費
水素を引入れる。圧縮空気は空気負圧発生装置２４で水
素負圧発生装置２２と同様に連結された水吸引ライン２
８より水を吸引し圧縮空気に噴出し加湿する。
早め、水素負圧発生装置２２内に形成される水素負圧部
に連結された加湿ライン２５より水を吸引し供給水素に
噴出し加湿する。同様に水素吸引ライン２６より未消費
水素を引入れる。圧縮空気は空気負圧発生装置２４で水
素負圧発生装置２２と同様に連結された水吸引ライン２
８より水を吸引し圧縮空気に噴出し加湿する。
【００３３】スタック４は発電量に応じ加湿された水素
と空気の中のＯ2を消費し、水を生成する。生成された
水は、未消費の水素及び空気と混合し排出される。各ガ
スは各分離器で水素と水、空気と水に分離される。水素
は水素負圧発生装置２２に通じる水素吸引ライン２６を
通し水素供給ラインに吸入され再利用される。水素／水
分離器１２にて分離された水は、循環ポンプ２の上流に
通じる配管から循環ポンプ２へ吸引される。空気／水分
離器１４により分離された水は、加湿に要した水に加
え、反応による生成水が加わるため水量管理容器１６に
て空気加湿循環系に規定量以上に溜まらないように余分
な水は、大気に放出する。溜まった水は水吸引ライン２
８を通し空気負圧発生装置２４に引込まれる。また、空
気／水分離器１４で分離された空気は不要であり大気に
放出される。
と空気の中のＯ2を消費し、水を生成する。生成された
水は、未消費の水素及び空気と混合し排出される。各ガ
スは各分離器で水素と水、空気と水に分離される。水素
は水素負圧発生装置２２に通じる水素吸引ライン２６を
通し水素供給ラインに吸入され再利用される。水素／水
分離器１２にて分離された水は、循環ポンプ２の上流に
通じる配管から循環ポンプ２へ吸引される。空気／水分
離器１４により分離された水は、加湿に要した水に加
え、反応による生成水が加わるため水量管理容器１６に
て空気加湿循環系に規定量以上に溜まらないように余分
な水は、大気に放出する。溜まった水は水吸引ライン２
８を通し空気負圧発生装置２４に引込まれる。また、空
気／水分離器１４で分離された空気は不要であり大気に
放出される。
【００３４】上述した本発明の構成によれば、水素供給
ライン１７に水素負圧発生装置２２が設けられ、その流
れで内部に水素負圧部を形成するので、水素吸引ライン
２６を介して水素／水分離器で分離した水素を水素負圧
発生装置２２内に吸引することができる。また、空気供
給ラインに空気負圧発生装置２４が設けられ、その流れ
で内部に空気負圧部を形成するので、水吸引ライン２８
を介して空気／水分離器で分離した水を空気負圧発生装
置２４内に吸引することができる。
ライン１７に水素負圧発生装置２２が設けられ、その流
れで内部に水素負圧部を形成するので、水素吸引ライン
２６を介して水素／水分離器で分離した水素を水素負圧
発生装置２２内に吸引することができる。また、空気供
給ラインに空気負圧発生装置２４が設けられ、その流れ
で内部に空気負圧部を形成するので、水吸引ライン２８
を介して空気／水分離器で分離した水を空気負圧発生装
置２４内に吸引することができる。
【００３５】従って、従来の補機類のうち、放熱器、加
湿装置、サージタンク、水素ポンプを省略し、これを電
力を必要としない負圧発生装置２２，２４、例えばベン
チュリに置き換えて、従来と同様に水素ガスと水の循環
・再利用を行うことができ、有効発電出力を高めること
ができる。
湿装置、サージタンク、水素ポンプを省略し、これを電
力を必要としない負圧発生装置２２，２４、例えばベン
チュリに置き換えて、従来と同様に水素ガスと水の循環
・再利用を行うことができ、有効発電出力を高めること
ができる。
【００３６】なお、本発明は上述した実施例及び実施形
態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変更できることは勿論である。上述した例では、燃料電
池に空気を供給する場合を示したが、酸素を供給する場
合にも同様に適用することができる。
態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変更できることは勿論である。上述した例では、燃料電
池に空気を供給する場合を示したが、酸素を供給する場
合にも同様に適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】上述したように、本発明は、ガス供給ラ
インの一部を絞り、この絞り部でガスの流速を大きく
し、その流速を利用し管壁等に負圧部を形成し、水素供
給ライン負圧部にはスタックより排出・分離された未消
費水素と水循環ラインから供給される水を、また空気供
給ライン負圧部には排出へ分離された水の一部を供給弁
を通し導入するものである。
インの一部を絞り、この絞り部でガスの流速を大きく
し、その流速を利用し管壁等に負圧部を形成し、水素供
給ライン負圧部にはスタックより排出・分離された未消
費水素と水循環ラインから供給される水を、また空気供
給ライン負圧部には排出へ分離された水の一部を供給弁
を通し導入するものである。
【００３８】この構成により、本発明は以下の効果を有
する。 （１）水素のリターンポンプが不要となり電流の内部消
費が少なくなり、有効発電量が増える。 （２）補機類に必要なスペースが少なく、小型、軽量と
なる。 （３）スパーク等により危険性が少なくなり安全性が向
上する。 （４）容器中の水にガスを通し加湿する従来の加湿器が
不要となり、小型、軽量となる。 （５）圧縮空気温度が低下し、圧縮空気へ冷却装置が不
要となる。 （６）圧縮機の効率が増大し、小型化が可能となる。
する。 （１）水素のリターンポンプが不要となり電流の内部消
費が少なくなり、有効発電量が増える。 （２）補機類に必要なスペースが少なく、小型、軽量と
なる。 （３）スパーク等により危険性が少なくなり安全性が向
上する。 （４）容器中の水にガスを通し加湿する従来の加湿器が
不要となり、小型、軽量となる。 （５）圧縮空気温度が低下し、圧縮空気へ冷却装置が不
要となる。 （６）圧縮機の効率が増大し、小型化が可能となる。
【００３９】従って、本発明の燃料電池発電設備は、補
機類のうち、放熱器、加湿装置、サージタンク、水素ポ
ンプを省略又は電力消費の少ない機器に置き換えること
ができ、これにより、簡略化した補機類で有効発電出力
を高めることができる、等の優れた効果を有する。
機類のうち、放熱器、加湿装置、サージタンク、水素ポ
ンプを省略又は電力消費の少ない機器に置き換えること
ができ、これにより、簡略化した補機類で有効発電出力
を高めることができる、等の優れた効果を有する。
【図１】本発明の燃料電池発電設備の全体構成図であ
る。
る。
【図２】本発明を構成する負圧発生装置の模式図であ
る。
る。
【図３】固体高分子型燃料電池の原理図である。
【図４】従来の燃料電池発電設備の構成図である。
１ 水タンク、２ 循環ポンプ、３ 圧力調整器、４
スタック（燃料電池）、５ａ，５ｂ 放熱器、６ 水素
貯蔵タンク、１７ 水素供給ライン、７ 圧力調整器、
８ 加湿装置、９ 空気圧縮器、１０ サージタンク、
１１ 水素ポンプ、１２ 水素／水分離器、１３ａ，１
３ｂ，１３ｃ チェック弁、１４ 空気／水分離器、１
６ 水量管理容器、１８ 空気供給ライン、２０ 燃料
電池発電設備、２２ 水素負圧発生装置、２４ 空気
負圧発生装置、２５ 加湿ライン、２６ 水素吸引ライ
ン、２５ａ，２６ａ 逆止弁、２８ 水吸引ライン、
スタック（燃料電池）、５ａ，５ｂ 放熱器、６ 水素
貯蔵タンク、１７ 水素供給ライン、７ 圧力調整器、
８ 加湿装置、９ 空気圧縮器、１０ サージタンク、
１１ 水素ポンプ、１２ 水素／水分離器、１３ａ，１
３ｂ，１３ｃ チェック弁、１４ 空気／水分離器、１
６ 水量管理容器、１８ 空気供給ライン、２０ 燃料
電池発電設備、２２ 水素負圧発生装置、２４ 空気
負圧発生装置、２５ 加湿ライン、２６ 水素吸引ライ
ン、２５ａ，２６ａ 逆止弁、２８ 水吸引ライン、
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フロントページの続き
(72)発明者 岡屋 俊一
東京都千代田区大手町二丁目２番１号 株
式会社アイ・エイチ・アイ・エアロスペー
ス内
(72)発明者 篠崎 昇
東京都千代田区大手町二丁目２番１号 株
式会社アイ・エイチ・アイ・エアロスペー
ス内
(72)発明者 谷内 雄作
東京都千代田区大手町二丁目２番１号 株
式会社アイ・エイチ・アイ・エアロスペー
ス内
Ｆターム(参考） 5H026 AA06
5H027 AA06 BA19 CC06
Claims (4)
- 【請求項１】 燃料電池（４）に水素ガスを供給する水
素供給ライン（１７）と、燃料電池に圧縮空気を供給す
る空気供給ライン（１８）と、燃料電池を出た水素ガス
から水分を分離する水素／水分離器（１２）と、燃料電
池を出た空気から水分を分離する空気／水分離器（１
４）とを有する燃料電池発電設備において、 前記水素供給ラインに設けられその流れで内部に水素負
圧部を形成する水素負圧発生装置（２２）と、前記空気
供給ラインに設けられその流れで内部に空気負圧部を形
成する空気負圧発生装置（２４）と、前記水素／水分離
器で分離した水素を水素負圧発生装置内に吸引する水素
吸引ライン（２６）と、前記空気／水分離器で分離した
水を空気負圧発生装置内に吸引する水吸引ライン（２
８）とを備えた、ことを特徴とする燃料電池発電設備。 - 【請求項２】 加湿用の水を水素負圧発生装置内に吸引
する加湿ライン（２５）を有する、ことを特徴とする請
求項１に記載の燃料電池発電設備。 - 【請求項３】 前記加湿ライン（２５）と水素吸引ライ
ン（２６）は、それぞれ逆流を防ぐ逆止弁（２５ａ，２
６ａ）を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の燃
料電池発電設備。 - 【請求項４】 前記水素負圧発生装置（２２）及び空気
負圧発生装置（２４）は、固定ベンチュリ、可変ベンチ
ュリ、又はエゼクタポンプである、ことを特徴とする請
求項１に記載の燃料電池発電設備。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001271173A JP4970672B2 (ja) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | 燃料電池発電設備 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001271173A JP4970672B2 (ja) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | 燃料電池発電設備 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003086208A true JP2003086208A (ja) | 2003-03-20 |
| JP4970672B2 JP4970672B2 (ja) | 2012-07-11 |
Family
ID=19096714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001271173A Expired - Fee Related JP4970672B2 (ja) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | 燃料電池発電設備 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4970672B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005019221A (ja) * | 2003-06-26 | 2005-01-20 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2007103373A (ja) * | 2005-10-04 | 2007-04-19 | Gm Global Technology Operations Inc | 燃料電池システムにおける水質量の平衡方法 |
| US7223487B2 (en) | 2003-03-27 | 2007-05-29 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| JP2007157718A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池の操作方法及び燃料電池システム |
| CN100346512C (zh) * | 2004-01-28 | 2007-10-31 | 三星Sdi株式会社 | 燃料电池系统 |
| US7674542B2 (en) | 2004-02-13 | 2010-03-09 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Fuel cell system |
| JP2011155011A (ja) * | 2011-03-22 | 2011-08-11 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| CN114430054A (zh) * | 2020-10-29 | 2022-05-03 | 郑州宇通客车股份有限公司 | 一种燃料电池阳极水管理系统及其控制方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08153534A (ja) * | 1994-11-29 | 1996-06-11 | Japan Marine Sci & Technol Center | 固体高分子型燃料電池電源システム |
| JPH08236131A (ja) * | 1995-02-28 | 1996-09-13 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体高分子型燃料電池システム |
| JP2000208159A (ja) * | 1999-01-18 | 2000-07-28 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
-
2001
- 2001-09-07 JP JP2001271173A patent/JP4970672B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2005019221A (ja) * | 2003-06-26 | 2005-01-20 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
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| US7976990B2 (en) | 2005-12-06 | 2011-07-12 | Honda Motor Co., Ltd. | High efficiency fuel cell system |
| JP2011155011A (ja) * | 2011-03-22 | 2011-08-11 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| CN114430054A (zh) * | 2020-10-29 | 2022-05-03 | 郑州宇通客车股份有限公司 | 一种燃料电池阳极水管理系统及其控制方法 |
| CN114430054B (zh) * | 2020-10-29 | 2023-09-01 | 宇通客车股份有限公司 | 一种燃料电池阳极水管理系统及其控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4970672B2 (ja) | 2012-07-11 |
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