JP2015109234A - 燃料電池モジュール - Google Patents
燃料電池モジュール Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015109234A JP2015109234A JP2013252168A JP2013252168A JP2015109234A JP 2015109234 A JP2015109234 A JP 2015109234A JP 2013252168 A JP2013252168 A JP 2013252168A JP 2013252168 A JP2013252168 A JP 2013252168A JP 2015109234 A JP2015109234 A JP 2015109234A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- pressure
- vaporizer
- fuel cell
- gas
- 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.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- 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
- Fuel Cell (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
【解決手段】燃料ポンプ55と気化器7との間に、燃料ポンプ55と気化器7との間に第2逆止弁63及び第3逆止弁67を備えている。これによって、第2逆止弁63の上流側の圧力を、第2逆止弁63の下流側の圧力より高めることができ、第3逆止弁67の上流側の圧力を、第3逆止弁67の下流側の圧力より高めることができる。そのため、燃料供給圧力を気化器7内の圧力(気化圧)よりも高くすることができるので、燃料供給圧力が気化圧の変動を受けにくくなる。これにより、改質器9に供給される原燃料ガスの流量の変動も抑制することができる。その結果、燃料電池スタック5に供給される燃料ガスの流量が変動しにくくなるので、発電電力が安定するという顕著な効果を奏する。
【選択図】図2
Description
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、改質器に供給する燃料流量の変動を抑制して、発電電力を安定化することができる燃料電池モジュールを提供することにある。
本第2態様では、調圧機構の上流側の圧力を、前記気化器内の気化圧よりも高くするので、上述したように、気化圧が変動した場合でも、燃料供給圧力が変動しにくくなる。よって、原燃料ガス(従って改質後の燃料ガス)の流量が変動しにくくなるので、発電電力が安定する。
(3)本発明は、第3態様として、前記調圧機構は、逆止弁又はオリフィスであることを特徴とする。
(4)本発明は、第4態様として、前記気化器は、前記原燃料ガスと前記水蒸気とを混合する混合器の機能を有することを特徴とする。
前記燃料電池としては、例えば、ZrO2系セラミックなどを電解質とする固体酸化物形燃料電池(SOFC)、高分子電解質膜を電解質とする固体高分子形燃料電池(PEFC)、Li−Na/K系炭酸塩を電解質とする溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)、リン酸を電解質とするリン酸形燃料電池(PAFC)などの燃料電池が挙げられる。
例えば燃料電池がSOFCである場合、発電セルを構成する電解質層(固体酸化物層)の形成材料としては、例えばジルコニア系、セリア系、ペロブスカイト系の電解質材料が挙げられる。ジルコニア系材料では、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、スカンジア安定化ジルコニア(ScSZ)、及びカルシア安定化ジルコニア(CaSZ)を挙げることができ、一般的にはイットリア安定化ジルコニア(YSZ)が使用される例が多い。セリア系材料ではいわゆる希土類元素添加セリアが、ペロブスカイト系材料ではランタン元素を含有するペロブスカイト型複酸化物が使われる。
前記原燃料ガスとしては、改質によって水素を生成できる各種の原料ガス、例えば天然ガス(例えばLNG)、都市ガス、LPG、灯油、メタノール、バイオメタノールなどを採用できる。
なお、改質器とは、燃料電池に燃料ガスを供給する場合に、原燃料ガスを、より発電に好適な組成に改質(例えば都市ガス等をより水素成分の多い組成のガスに改質)する装置のことである。
図2に示すように、燃料電池モジュール1は、燃料ガス(例えば都市ガスが改質された改質ガス:詳しくはその中の水素)と酸化剤ガス(例えば空気:詳しくはその中の酸素)との供給を受けて発電を行う装置である。
燃料電池スタック5は、図示しないが、発電単位である板状の燃料電池セルが複数個(例えば19段)積層された装置である。この燃料電池セルは、いわゆる燃料極支持膜形タイプの燃料電池セルであり、周知の(燃料流路に接する様に配置された)燃料極と、(例えばジルコニアからなる)固体電解質体と、(空気流路に接する様に配置された)空気極とを備えている。
第1チャンバー31は、小室31aと、その小室31aに小孔31bを介して連通した(蛇行状の流路を有する)大室31cとを備えている。
起動バーナー13は、燃料電池スタック5等の断熱容器3内に配置された各種の装置を加熱する装置であり、各種の装置の下方に配置されている。
混合気供給経路23は、空気と原燃料ガスとの混合気を起動バーナー側に送る経路であり、空気を起動バーナー13側に送る経路23aと、原燃料ガスを起動バーナー13側に送る経路23bとが、途中で接続されたものである。
燃料電池モジュール1によって、発電を行う場合には、まず、電磁弁83を開として、空気ポンプ81を作動させる。これによって、混合気が起動バーナー13に供給され、起動バーナー13にて混合気が燃焼することによって、燃料電池スタック5が稼働温度に上昇する。なお、同時に気化器7等も加熱される。
それとともに、両電磁弁51、53を開として、燃料ポンプ55を作動させる。これによって、原燃料ガスが気化器7に供給される。
そして、原燃料ガスと改質水との供給を受けた気化器7では、上述した加熱によって改質水が蒸発して水蒸気が発生する。この水蒸気は原燃料ガスと混合されて混合ガスが生成し、この混合ガスが改質器9に送られる。
この燃料ガスは、燃料電池スタック5の各燃料電池セルの燃料極側に供給される。
また、発電に使用された残余の空気と燃料ガスとは、排ガス燃焼器11に送られて、ほぼ完全に燃焼が行われる。
本実施例では、燃料ポンプ55と(混合器を兼ねる)気化器7との間に、燃料ポンプ55側から気化器7側への原燃料ガスの流れのみを許可する(所定の開弁圧を有する)第2逆止弁63及び第3逆止弁67を備えている。
上述した実施例では、原燃料ガス供給経路17に、第2逆止弁63と第3逆止弁67との両方を設けたが、両逆止弁63、67に代えて、周知のオリフィスを配置してもよい。これによって、オリフィスの上流側の圧力を下流側の圧力を高めることができるので、(圧力を高めるという点においては)前記両逆止弁63、67と同様な効果を奏する。
[実験例]
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
本実験例1では、前記実施例と同様な燃料電池モジュールにおいて、第2逆止弁及び第3逆止弁として、開弁圧が1psiの試料1の逆止弁を用い、下記の条件で発電を行って、燃料電池スタックの電圧(スタック電圧)を調べた。なお、燃料電池スタックは燃料電池セルが19枚積層されたものである。
運転温度:680℃
発生電流:55A
空気流量:26.1L/min
原燃料ガス流量:2.08L/min
その結果を、図5に示すが、(開弁圧の高い)試料1の逆止弁を用いた場合は、スタック電圧の平均は13.416Vで、3σ(標準偏差)は、0.110であった。
その結果を、同じく図5に示すが、(開弁圧の低い)試料2の逆止弁を用いた場合は、スタック電圧の平均は13.617Vで、3σは、0.157であった。
<実験例2>
次に、どの程度の開弁圧であれば(即ち、逆止弁の上流側の圧力を下流側よりどの程度上昇させれば)、好ましい結果が得られるかを調べた。
その結果、開弁圧が6kPa以上であれば、スタック電圧の変動が小さく(例えば0.5V以下)、好ましい効果が得られた。
(1)例えば、本発明は、水蒸気改質やオートサーマルを行う改質器を備えた燃料電池モジュールに適用できる。
5…燃料供給スタック
7…気化器
9…改質器
11…排ガス燃焼器
43、81…空気ポンプ
47、63、67…逆止弁
55…燃料ポンプ
65…U字部
73…水ポンプ
Claims (5)
- 炭化水素ガスを含有する原燃料ガスを該原燃料よりも水素ガスが多い燃料ガスに改質し、該燃料ガスと酸化剤ガスとを燃料電池に供給して発電を行う燃料電池モジュールにおいて、
水から水蒸気を発生させる気化器と、
前記気化器の上流側に設けられ、前記気化器に水を供給する水供給装置と、
前記気化器の上流側に設けられ、前記気化器に前記原燃料ガスを供給する燃料供給装置と、
前記気化器の下流側に設けられ、前記水蒸気を用いて前記原燃料ガスを前記燃料ガスに改質する改質器と、
を備えるとともに、
前記燃料供給装置と前記気化器との間に、前記燃料供給装置と前記気化器との間の圧力を調節する調圧機構を備えたことを特徴とする燃料電池モジュール。 - 前記調圧機構の上流側の圧力を、前記気化器内の気化圧よりも高くすることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池モジュール。
- 前記調圧機構は、逆止弁又はオリフィスであることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池モジュール。
- 前記気化器は、前記原燃料ガスと前記水蒸気とを混合する混合器の機能を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池モジュール。
- 前記原燃料ガスを前記気化器に供給する配管において、前記燃料供給装置と前記気化器との間に、地上側に曲がったU字部を備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池モジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013252168A JP6199720B2 (ja) | 2013-12-05 | 2013-12-05 | 燃料電池モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013252168A JP6199720B2 (ja) | 2013-12-05 | 2013-12-05 | 燃料電池モジュール |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015109234A true JP2015109234A (ja) | 2015-06-11 |
JP6199720B2 JP6199720B2 (ja) | 2017-09-20 |
Family
ID=53439445
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013252168A Expired - Fee Related JP6199720B2 (ja) | 2013-12-05 | 2013-12-05 | 燃料電池モジュール |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6199720B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019009081A (ja) * | 2017-06-28 | 2019-01-17 | アイシン精機株式会社 | 燃料電池システム |
CN111211337A (zh) * | 2020-03-13 | 2020-05-29 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种直接甲醇燃料电池系统 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004119184A (ja) * | 2002-09-26 | 2004-04-15 | Nissan Motor Co Ltd | 気化混合装置 |
JP2007191386A (ja) * | 2005-12-22 | 2007-08-02 | Kyocera Corp | 改質装置 |
JP2009064662A (ja) * | 2007-09-06 | 2009-03-26 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム及びその運転方法 |
JP2011216283A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Toto Ltd | 燃料電池モジュール |
JP2013030285A (ja) * | 2011-07-26 | 2013-02-07 | Noritz Corp | 燃料電池に設置された圧力検出手段の故障判定方法 |
JP2013114852A (ja) * | 2011-11-28 | 2013-06-10 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2013191299A (ja) * | 2012-03-12 | 2013-09-26 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池システム |
-
2013
- 2013-12-05 JP JP2013252168A patent/JP6199720B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004119184A (ja) * | 2002-09-26 | 2004-04-15 | Nissan Motor Co Ltd | 気化混合装置 |
JP2007191386A (ja) * | 2005-12-22 | 2007-08-02 | Kyocera Corp | 改質装置 |
JP2009064662A (ja) * | 2007-09-06 | 2009-03-26 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム及びその運転方法 |
JP2011216283A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Toto Ltd | 燃料電池モジュール |
JP2013030285A (ja) * | 2011-07-26 | 2013-02-07 | Noritz Corp | 燃料電池に設置された圧力検出手段の故障判定方法 |
JP2013114852A (ja) * | 2011-11-28 | 2013-06-10 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2013191299A (ja) * | 2012-03-12 | 2013-09-26 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池システム |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019009081A (ja) * | 2017-06-28 | 2019-01-17 | アイシン精機株式会社 | 燃料電池システム |
CN111211337A (zh) * | 2020-03-13 | 2020-05-29 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种直接甲醇燃料电池系统 |
CN111211337B (zh) * | 2020-03-13 | 2021-04-06 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种直接甲醇燃料电池系统 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6199720B2 (ja) | 2017-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7846599B2 (en) | Method for high temperature fuel cell system start up and shutdown | |
US8623563B2 (en) | Method for starting-up solid oxide fuel cell system | |
KR101084072B1 (ko) | 연료 전지 시스템 | |
JP5412960B2 (ja) | 燃料電池装置 | |
US20090208785A1 (en) | SOFC electrochemical anode tail gas oxidizer | |
CN111868983B (zh) | 燃料电池单电池单元、燃料电池模块及燃料电池装置 | |
US8546029B2 (en) | Solid oxide fuel cell | |
JP2009076273A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2010027443A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2007194185A (ja) | ブタン燃料電池システム | |
JP6199720B2 (ja) | 燃料電池モジュール | |
JP5735312B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池システム | |
JP5291915B2 (ja) | 間接内部改質型固体酸化物形燃料電池とその運転方法 | |
JP2012160465A (ja) | 燃料電池システム | |
US10374241B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2004273141A (ja) | 燃料電池システム | |
JP5231896B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP5977142B2 (ja) | 燃料電池装置 | |
JP5503345B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2011014495A (ja) | 燃料電池モジュール | |
JP2009081112A (ja) | 燃料電池発電装置の運転方法及び燃料電池発電装置 | |
JP2018056047A (ja) | 固体酸化物形燃料電池システム | |
JP6655784B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2012221934A (ja) | 燃料電池モジュール | |
JP6034227B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160705 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170424 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170509 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170710 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170801 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170824 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6199720 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |