JP3071207B2 - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
- Publication number
- JP3071207B2 JP3071207B2 JP2049802A JP4980290A JP3071207B2 JP 3071207 B2 JP3071207 B2 JP 3071207B2 JP 2049802 A JP2049802 A JP 2049802A JP 4980290 A JP4980290 A JP 4980290A JP 3071207 B2 JP3071207 B2 JP 3071207B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- raw material
- fuel cell
- vaporizer
- liquid
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
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)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、メタノールなどのアルコール類を原燃料
とする燃料電池発電装置、ことに負荷電流の急増，急減
に対する即応性に優れた気化器を備えた燃料電池発電装
置に関する。
とする燃料電池発電装置、ことに負荷電流の急増，急減
に対する即応性に優れた気化器を備えた燃料電池発電装
置に関する。
メタノール改質装置を備えた燃料電池発電装置は、燃
料改質温度が200℃から300℃と比較的低く、かつ安価な
銅系触媒を使用して改質装置を小型に形成でき、燃料電
池で高い発電効率が得られるなど、数々の特長を有する
ために、新しい発電装置として移動用電源，離島用電源
をはじめ種々の分野への用途の拡大が図られている。と
ころで、燃料電池発電装置の用途の拡大に当って解決し
なければならない重要課題として、一種の熱交換器であ
る原料気化器および燃料改質器の負荷速応性を高めるこ
とが、発電装置をコンパクト化，低コスト化する要求と
併せて重要視されている。
料改質温度が200℃から300℃と比較的低く、かつ安価な
銅系触媒を使用して改質装置を小型に形成でき、燃料電
池で高い発電効率が得られるなど、数々の特長を有する
ために、新しい発電装置として移動用電源，離島用電源
をはじめ種々の分野への用途の拡大が図られている。と
ころで、燃料電池発電装置の用途の拡大に当って解決し
なければならない重要課題として、一種の熱交換器であ
る原料気化器および燃料改質器の負荷速応性を高めるこ
とが、発電装置をコンパクト化，低コスト化する要求と
併せて重要視されている。
第７図は従来の燃料電池発電装置の概略システム構成
図である。図において、原料タンク１は所定濃度のメタ
ノール水溶液を液体原料として貯えており、原料ポンプ
２で液体原料を原料気化器３に送り、加熱することによ
って所定の水添比を有する原料ガス3Gが生成する。原料
ガス3Gは水蒸気改質器（以下改質器と略称する）４の改
質触媒管５に送られて200℃から300℃に加熱された改質
触媒と接触することにより水素リッチな燃料ガス5Gに変
換される。
図である。図において、原料タンク１は所定濃度のメタ
ノール水溶液を液体原料として貯えており、原料ポンプ
２で液体原料を原料気化器３に送り、加熱することによ
って所定の水添比を有する原料ガス3Gが生成する。原料
ガス3Gは水蒸気改質器（以下改質器と略称する）４の改
質触媒管５に送られて200℃から300℃に加熱された改質
触媒と接触することにより水素リッチな燃料ガス5Gに変
換される。
燃料電池10は電解質としての例えばりん酸を保持した
マトリックス13を挟んで空気電極11および燃料電極12が
配された単電池の積層体からなり、ファン7Aにより空気
室９を介して空気電極11に反応空気を送り、また燃料ガ
ス5Gを燃料室８を介して燃料電極12に送ることによって
発電が行われる。燃料電池10の発電電力は例えば電力変
換装置18で交流電力に変換され、外部電荷19に供給され
る。
マトリックス13を挟んで空気電極11および燃料電極12が
配された単電池の積層体からなり、ファン7Aにより空気
室９を介して空気電極11に反応空気を送り、また燃料ガ
ス5Gを燃料室８を介して燃料電極12に送ることによって
発電が行われる。燃料電池10の発電電力は例えば電力変
換装置18で交流電力に変換され、外部電荷19に供給され
る。
燃料電池10で発電反応に寄与した燃料ガス5Gのオフガ
ス8Gは改質器４のバーナ６に送られ、オフガス中の水素
がファン7Bから供給される支燃空気と反応して燃焼する
ことにより、原料ガス3Gの水蒸気改室に必要な反応熱の
熱源として利用される。また、発熱反応である発電反応
によって燃料電池10に発生した生成熱は、液冷式冷却板
14に熱媒液ポンプ15によって還流する熱媒体14Lによっ
て冷却され、熱媒体温度調節用の熱交換器17にファン7C
から送られる冷却空気によって熱媒体の温度を調節する
ことにより、燃料電池10はその作動温度である例えば19
0℃に保持される。また、120℃から180℃の温度を有す
る熱媒体14Lは原料気化器３を通って循環して熱交換さ
れ、熱媒体の持つ熱エネルギーが液体原料1Lの気化熱と
して利用される。なお、熱交換器17は加熱ヒータを備
え、燃料電池発電装置を始動する際、原料気化器および
燃料電池を所定温度に予熱する加熱源としても利用され
る。
ス8Gは改質器４のバーナ６に送られ、オフガス中の水素
がファン7Bから供給される支燃空気と反応して燃焼する
ことにより、原料ガス3Gの水蒸気改室に必要な反応熱の
熱源として利用される。また、発熱反応である発電反応
によって燃料電池10に発生した生成熱は、液冷式冷却板
14に熱媒液ポンプ15によって還流する熱媒体14Lによっ
て冷却され、熱媒体温度調節用の熱交換器17にファン7C
から送られる冷却空気によって熱媒体の温度を調節する
ことにより、燃料電池10はその作動温度である例えば19
0℃に保持される。また、120℃から180℃の温度を有す
る熱媒体14Lは原料気化器３を通って循環して熱交換さ
れ、熱媒体の持つ熱エネルギーが液体原料1Lの気化熱と
して利用される。なお、熱交換器17は加熱ヒータを備
え、燃料電池発電装置を始動する際、原料気化器および
燃料電池を所定温度に予熱する加熱源としても利用され
る。
第８図および第９図は従来の異なる原料気化器の模式
化した構造図であり、第８図は120℃ないし180℃の冷媒
液が還流する筐体33内に液体原料1Lの気化管32を設けた
いわゆる蛇管式熱交換器である。また、第９図は複数の
プレート34が多数のフィン35によって相互に連結され
て、120℃ないし180℃の熱媒体14Lと液体燃料1Lがプレ
ート34を介して互いに直交流を形成する、いわゆるプレ
ートフィン型熱交換器として構成される。
化した構造図であり、第８図は120℃ないし180℃の冷媒
液が還流する筐体33内に液体原料1Lの気化管32を設けた
いわゆる蛇管式熱交換器である。また、第９図は複数の
プレート34が多数のフィン35によって相互に連結され
て、120℃ないし180℃の熱媒体14Lと液体燃料1Lがプレ
ート34を介して互いに直交流を形成する、いわゆるプレ
ートフィン型熱交換器として構成される。
前述の燃料電池発電装置において、燃料電池10および
電力変化装置18は外部負荷19が要求する出力電流Ｉの変
化に対してその許容範囲も広く、かつその応答速度も速
いが、熱交換器である原料気化器３および改質器４は負
荷の変動に対する応答速度が遅く、したがって予測でき
ない負荷変動に迅速に追従して燃料電池に供給する燃料
ガス量を増減する制御を行うことが困難であることが多
い。ことに、負荷電流Ｉが急激に増大しこれに対応して
燃料電池が消費する燃料ガス5Gの量が急増すると、気化
器３での原料ガス3Gの生成速度がこれに追いつかず、改
質器４での燃料ガス5Gの生成量が不足するため、これが
原因で燃料電池10がガス欠となり正常な発電を維持でき
なくなるばかりか、バーナ６に供給されるオフガス8G中
に水素濃度が低下して改質に必要な反応熱の供給が不足
することにより、改質器４における改質速度がさらに低
下するという悪循環が発生する。
電力変化装置18は外部負荷19が要求する出力電流Ｉの変
化に対してその許容範囲も広く、かつその応答速度も速
いが、熱交換器である原料気化器３および改質器４は負
荷の変動に対する応答速度が遅く、したがって予測でき
ない負荷変動に迅速に追従して燃料電池に供給する燃料
ガス量を増減する制御を行うことが困難であることが多
い。ことに、負荷電流Ｉが急激に増大しこれに対応して
燃料電池が消費する燃料ガス5Gの量が急増すると、気化
器３での原料ガス3Gの生成速度がこれに追いつかず、改
質器４での燃料ガス5Gの生成量が不足するため、これが
原因で燃料電池10がガス欠となり正常な発電を維持でき
なくなるばかりか、バーナ６に供給されるオフガス8G中
に水素濃度が低下して改質に必要な反応熱の供給が不足
することにより、改質器４における改質速度がさらに低
下するという悪循環が発生する。
そこで、従来の燃料電池発電装置を負荷変動の大きい
外部負荷回路の電源装置に適用する場合には、燃料電池
の水素消費率をあらかじめ低く設定して負荷の急増に備
える対策、あるいは改質器４の出力側に燃料ガス5Gを貯
蔵するバッファタンク16を設け、負荷急増に際してバッ
ファタンク16に貯蔵した燃料ガスを放出して負荷応答性
を高める対策、さらには燃料電池10の出力側に補助バッ
テリー21を設け、負荷急増に際してはバッテリー21に蓄
積した電気エネルギーを放電して負荷応答性を改善する
対策などが知られている。
外部負荷回路の電源装置に適用する場合には、燃料電池
の水素消費率をあらかじめ低く設定して負荷の急増に備
える対策、あるいは改質器４の出力側に燃料ガス5Gを貯
蔵するバッファタンク16を設け、負荷急増に際してバッ
ファタンク16に貯蔵した燃料ガスを放出して負荷応答性
を高める対策、さらには燃料電池10の出力側に補助バッ
テリー21を設け、負荷急増に際してはバッテリー21に蓄
積した電気エネルギーを放電して負荷応答性を改善する
対策などが知られている。
しかしながら、水素消費率を抑さえる対策では余分に
原料を改質するので気化器および改質器が大型化すると
ともに、プラント全体としての効率が低下する。また、
バッファタンクを設ける対策または補助バッテリーを設
ける方式では、負荷の変動の大きさとその発生頻度とに
比例した容量のバッファタンク16または補助バッテリー
21を必要とするために、ことに負荷の変動が大きく、か
つ軽量化，小型化が求められる移動用電源装置への適用
範囲の拡大が著しく阻害されるとともに、離島用電源装
置においてもその低コスト化が阻害されるという問題が
発生する。
原料を改質するので気化器および改質器が大型化すると
ともに、プラント全体としての効率が低下する。また、
バッファタンクを設ける対策または補助バッテリーを設
ける方式では、負荷の変動の大きさとその発生頻度とに
比例した容量のバッファタンク16または補助バッテリー
21を必要とするために、ことに負荷の変動が大きく、か
つ軽量化，小型化が求められる移動用電源装置への適用
範囲の拡大が著しく阻害されるとともに、離島用電源装
置においてもその低コスト化が阻害されるという問題が
発生する。
一方、蛇管式熱交換器からなる従来の原料気化器にお
いて原料ガス3Gの生成量を増そうとすると、気化管32の
径または長さを増して伝熱面積を拡張するか、あるいは
気化管32の並列数を増す必要があり、いずれの場合にも
気化器３の大型化や構造の複雑化を招くという問題があ
る。また、プレートフィン型熱交換器からなる気化器３
に下向きに液体原料1Lを供給した場合には第10図にその
状態を示すように、液体原料の供給量が急増すると未気
化状態の液滴1Tがプレート34に付着して熱交換面に液膜
を形成したり、あるいは気化器３の底部に液体原料がた
まり、気化した原料ガス3Gの出口を塞ぐために、改質器
４に供給される原料ガス3Gに脈動が発生する。また、気
化器の底部から液体原料を供給した場合には第１図に示
すように、液体原料1Lの供給量を急増すると改質器３の
底部に深さｄなる液溜りが生じて気化器３の有効高さＨ
が減少するとともに、液溜り部分の液体原料の温度が低
下するので、その温度が原料1Lの沸点に回復するまでの
間十分な量の気化が行われなくなるため、原料ガス3Gを
負荷の急増に追従して増加することが困難になるという
問題が発生する。
いて原料ガス3Gの生成量を増そうとすると、気化管32の
径または長さを増して伝熱面積を拡張するか、あるいは
気化管32の並列数を増す必要があり、いずれの場合にも
気化器３の大型化や構造の複雑化を招くという問題があ
る。また、プレートフィン型熱交換器からなる気化器３
に下向きに液体原料1Lを供給した場合には第10図にその
状態を示すように、液体原料の供給量が急増すると未気
化状態の液滴1Tがプレート34に付着して熱交換面に液膜
を形成したり、あるいは気化器３の底部に液体原料がた
まり、気化した原料ガス3Gの出口を塞ぐために、改質器
４に供給される原料ガス3Gに脈動が発生する。また、気
化器の底部から液体原料を供給した場合には第１図に示
すように、液体原料1Lの供給量を急増すると改質器３の
底部に深さｄなる液溜りが生じて気化器３の有効高さＨ
が減少するとともに、液溜り部分の液体原料の温度が低
下するので、その温度が原料1Lの沸点に回復するまでの
間十分な量の気化が行われなくなるため、原料ガス3Gを
負荷の急増に追従して増加することが困難になるという
問題が発生する。
この発明の目的は、負荷の急増に即応して原料ガスを
供給できる気化器を備え、したがってバッファタンクや
補助バッテリーを用いずに負荷応答性を改善できる燃料
電池発電装置を得ることにある。
供給できる気化器を備え、したがってバッファタンクや
補助バッテリーを用いずに負荷応答性を改善できる燃料
電池発電装置を得ることにある。
上記課題を解決するために、この発明によれば、液体
原料を気化する気化器と、前記気化器により気化された
原料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質する改質器と、
前記燃料ガスと反応空気を用いて発電を行う燃料電池と
を有する燃料電池発電装置において、 前記気化器が、前記燃料電池の反応熱により昇温され
た燃料電池冷却系の冷媒体と液体原料との熱交換により
前記液体原料を気化するものとし、かつ、前記液体原料
を噴霧注入する噴霧ノズルを設けるものとする。
原料を気化する気化器と、前記気化器により気化された
原料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質する改質器と、
前記燃料ガスと反応空気を用いて発電を行う燃料電池と
を有する燃料電池発電装置において、 前記気化器が、前記燃料電池の反応熱により昇温され
た燃料電池冷却系の冷媒体と液体原料との熱交換により
前記液体原料を気化するものとし、かつ、前記液体原料
を噴霧注入する噴霧ノズルを設けるものとする。
または、前記気化器を、前記燃料電池の反応熱により
昇温された燃料電池冷却系の冷媒液と液体原料との熱交
換により前記液体原料を気化するものとし、さらに、前
記気化器の構成に前記液体原料を噴霧注入する噴霧ノズ
ルを設けた構成からなる補助気化器を、前記改質器の前
段側に前記気化器と並列に設けることとする。
昇温された燃料電池冷却系の冷媒液と液体原料との熱交
換により前記液体原料を気化するものとし、さらに、前
記気化器の構成に前記液体原料を噴霧注入する噴霧ノズ
ルを設けた構成からなる補助気化器を、前記改質器の前
段側に前記気化器と並列に設けることとする。
さらに、およびの液体噴霧ノズルを備えた気化器
または補助気化器が、吐出量が互いに異なる複数の噴霧
ノズルを備え、燃料電池の負荷増加率に対応して前記噴
霧ノズルを選択してオン・オフ制御するよう形成されて
なるものとする。
または補助気化器が、吐出量が互いに異なる複数の噴霧
ノズルを備え、燃料電池の負荷増加率に対応して前記噴
霧ノズルを選択してオン・オフ制御するよう形成されて
なるものとする。
この発明の構成において、液体原料の噴霧ノズルを有
する気化器を設けたことにより、負荷の急増を検知して
供給量が増加した液体燃料は噴霧ノズルで霧化した状態
で気化器の伝熱面全体に拡散した状態で接触することに
なり、伝熱面積を有効に利用して原料ガスを効率よく生
成することができるので、負荷の急増に速応して改質器
への原料ガスの供給を遅滞なく増量することができる。
する気化器を設けたことにより、負荷の急増を検知して
供給量が増加した液体燃料は噴霧ノズルで霧化した状態
で気化器の伝熱面全体に拡散した状態で接触することに
なり、伝熱面積を有効に利用して原料ガスを効率よく生
成することができるので、負荷の急増に速応して改質器
への原料ガスの供給を遅滞なく増量することができる。
また、吐出量が互いに異なる噴霧ノズルを複数個設
け、負荷の増加率に対応して噴霧ノズルを選択してオン
・オフ制御するように構成すれば、負荷の増加率に速応
した急峻な立ち上りで原料ガスを適量制御できるので、
負荷応答性が一層優れた発電システムが得られるととも
に、液滴や液溜りを生ずることなく液体原料を霧化でき
るので、気化器の伝熱面積を有効に利用して原料供給量
の無駄が少く、したがって気化効率の高い気化器を得る
ことができ、これに伴って改質器の改質効率も向上する
ので、バッファタンクや補助バッテリーを必要とせずに
負荷急増に即応できる発電機能が得られる。
け、負荷の増加率に対応して噴霧ノズルを選択してオン
・オフ制御するように構成すれば、負荷の増加率に速応
した急峻な立ち上りで原料ガスを適量制御できるので、
負荷応答性が一層優れた発電システムが得られるととも
に、液滴や液溜りを生ずることなく液体原料を霧化でき
るので、気化器の伝熱面積を有効に利用して原料供給量
の無駄が少く、したがって気化効率の高い気化器を得る
ことができ、これに伴って改質器の改質効率も向上する
ので、バッファタンクや補助バッテリーを必要とせずに
負荷急増に即応できる発電機能が得られる。
以下この発明を実施例に基づいて説明する。
第１図はこの発明の実施例になる燃料電池発電装置を
示すシステム構成図であり、以下従来の装置と同じ部分
には同一参照符号を付して詳細な説明を省略する。図に
おいて、補助気化器23は液体原料1Lの噴霧ノズル24を１
個備えており、噴霧ノズル24は補助原料ポンプ22を介し
て原料タンク１に連結され、噴霧ノズル24で霧化した原
料は120℃ないし180℃の熱媒体液14Lを熱源とする気化
管23Hの伝熱面に拡散した状態で接触して原料ガス23Gと
なり、主原料気化器３の出口側で主気化器３からの原料
ガス3Gと合流して改質器４の改質触媒管５に供給され
る。また、二つの気化器３および23に液体原料を供給す
る原料ポンプ２および補助原料ポンプ22は負荷電流Ioの
検出器25の検出信号を受けて動作する制御部26の出力制
御信号26Mおよび26Sによって制御される。すなわち、原
料ポンプ２はその吐出量が負荷電流Ioの大きさに比例し
て連続的に制御され、補助原料ポンプ22は負荷電流Ioの
増加率が所定レベルを超えたとき所定時間駆動するよう
構成される。
示すシステム構成図であり、以下従来の装置と同じ部分
には同一参照符号を付して詳細な説明を省略する。図に
おいて、補助気化器23は液体原料1Lの噴霧ノズル24を１
個備えており、噴霧ノズル24は補助原料ポンプ22を介し
て原料タンク１に連結され、噴霧ノズル24で霧化した原
料は120℃ないし180℃の熱媒体液14Lを熱源とする気化
管23Hの伝熱面に拡散した状態で接触して原料ガス23Gと
なり、主原料気化器３の出口側で主気化器３からの原料
ガス3Gと合流して改質器４の改質触媒管５に供給され
る。また、二つの気化器３および23に液体原料を供給す
る原料ポンプ２および補助原料ポンプ22は負荷電流Ioの
検出器25の検出信号を受けて動作する制御部26の出力制
御信号26Mおよび26Sによって制御される。すなわち、原
料ポンプ２はその吐出量が負荷電流Ioの大きさに比例し
て連続的に制御され、補助原料ポンプ22は負荷電流Ioの
増加率が所定レベルを超えたとき所定時間駆動するよう
構成される。
第２図は実施例になる燃料電池発電装置の負荷急増時
における動作を示すタイムチャートであり、軽負荷で運
転中の発電装置の負荷電流Ioが時刻t1からt3にかけて急
増したと仮定する。軽負荷状態では制御部26が発する制
御信号26Mに基づいて原料ポンプ２の吐出量が制御さ
れ、負荷電力の緩やかな変化に対応した量の原料ガス3G
が改質器４に供給され、生成した燃料ガス5Gと反応空気
とによって燃料電池10の発電運転が持続される。負荷電
流Ioがt1時点で急増すると、これを電流検出器25で検知
した制御部26が補助原料ポンプ22を所定時間（時刻t1か
らt2まで）駆動する制御信号26Sを出力するとともに、
原料ポンプ２の吐出量を時刻t1からt2にかけてゆるやか
に増加する制御信号26Mを出力する。補助原料ポンプ22
の駆動によって噴霧ノズルで霧化された原料ミストは、
予熱された気化管23Hの熱交換面と接触して遅滞なく気
化して原料ガス23Gとなり、徐々に増加する原料気化器
３で生成した原料ガス3Gと合流するので、改質器４に供
給される原料ガス量は3Gと23Gとの和の量となり、図に
示すように時刻t1からt2にかけて所要ガス量を超過した
状態となり、これに伴なって改質器４で生成する燃料ガ
ス5Gの量も最小の遅れ時間を保持して増加する。
における動作を示すタイムチャートであり、軽負荷で運
転中の発電装置の負荷電流Ioが時刻t1からt3にかけて急
増したと仮定する。軽負荷状態では制御部26が発する制
御信号26Mに基づいて原料ポンプ２の吐出量が制御さ
れ、負荷電力の緩やかな変化に対応した量の原料ガス3G
が改質器４に供給され、生成した燃料ガス5Gと反応空気
とによって燃料電池10の発電運転が持続される。負荷電
流Ioがt1時点で急増すると、これを電流検出器25で検知
した制御部26が補助原料ポンプ22を所定時間（時刻t1か
らt2まで）駆動する制御信号26Sを出力するとともに、
原料ポンプ２の吐出量を時刻t1からt2にかけてゆるやか
に増加する制御信号26Mを出力する。補助原料ポンプ22
の駆動によって噴霧ノズルで霧化された原料ミストは、
予熱された気化管23Hの熱交換面と接触して遅滞なく気
化して原料ガス23Gとなり、徐々に増加する原料気化器
３で生成した原料ガス3Gと合流するので、改質器４に供
給される原料ガス量は3Gと23Gとの和の量となり、図に
示すように時刻t1からt2にかけて所要ガス量を超過した
状態となり、これに伴なって改質器４で生成する燃料ガ
ス5Gの量も最小の遅れ時間を保持して増加する。
一方、燃料電池10は上記最小の遅れ時間に相応する期
間燃料室８を含む燃料供給系の燃料ガス5Gの水素消費率
を高めることによって発電量を増し負荷電流Ioの急増を
維持するよう動作することになるが、燃料ガス5Gの供給
が早く立ち上ることによっていわゆるガス欠を生ずるこ
となく発電運転を維持できるとともに、水素消費率が一
時的に高まることによって低下するオフガス8G中の水素
濃度も、t1からt2にかけて過剰に生成する燃料ガスによ
って補償され、これに伴なってバーナ６によって改質管
５に供給する改質反応熱も補償されるので、燃料電池10
の出力電流Ifcを負荷電流Ioの急増に速応して増加させ
ることができる。また、原料気化器３が生成する原料ガ
ス3Gが増加後の負荷電流Ioに見合う量に達するt2時点で
補助原料ポンプ22を停止させ、その後のゆるやかな負荷
変動は原料ポンプ２の吐出量を制御することにより安定
した発電運転を行うことができる。
間燃料室８を含む燃料供給系の燃料ガス5Gの水素消費率
を高めることによって発電量を増し負荷電流Ioの急増を
維持するよう動作することになるが、燃料ガス5Gの供給
が早く立ち上ることによっていわゆるガス欠を生ずるこ
となく発電運転を維持できるとともに、水素消費率が一
時的に高まることによって低下するオフガス8G中の水素
濃度も、t1からt2にかけて過剰に生成する燃料ガスによ
って補償され、これに伴なってバーナ６によって改質管
５に供給する改質反応熱も補償されるので、燃料電池10
の出力電流Ifcを負荷電流Ioの急増に速応して増加させ
ることができる。また、原料気化器３が生成する原料ガ
ス3Gが増加後の負荷電流Ioに見合う量に達するt2時点で
補助原料ポンプ22を停止させ、その後のゆるやかな負荷
変動は原料ポンプ２の吐出量を制御することにより安定
した発電運転を行うことができる。
なお、原料気化器３の気化能力を損わないで増加でき
る液体原料の供給量および原料ガス3Gの増加に要する時
間はあらかじめ予測できるので、これに基づいて補助原
料ポンプの駆動時間をタイマーリレー等を用いて設定す
れば、液体原料の無駄な消費を抑さえて効率よく発電量
を急増させることができる。
る液体原料の供給量および原料ガス3Gの増加に要する時
間はあらかじめ予測できるので、これに基づいて補助原
料ポンプの駆動時間をタイマーリレー等を用いて設定す
れば、液体原料の無駄な消費を抑さえて効率よく発電量
を急増させることができる。
第３図および第４図は実施例における補助気化器の互
いに異なる構造を一部破砕して示す概略斜視図であり、
第３図は熱媒槽43中に噴霧管41と、これを内包する気化
管42とを設け、気化管42の外側を熱媒液14Lによって所
定温度に加熱した状態で、噴霧管41で液体原料1Lを霧化
して気化管42の内面に吹き付け、原料ガス23Gを生成す
るよう構成されており、気化管42の内側または外側にフ
ィンを設けて熱交換面積を増せば、効率よく液体原料を
気化することができる。また、第４図はプレート34およ
びフィン35からなるプレートフィン型熱交換器の上部に
噴霧ノズル24を設けて補助気化器23としたものであり、
霧化した液体原料ミストが熱交換面全体に広がって気化
するので、熱交換面が液体原料の液層で覆われたり、底
部に液だまりができるなど気化効率を阻害する状態を生
じ難いので、負荷の急増に対応して原料ガス23Gを効率
よく生成することができる。
いに異なる構造を一部破砕して示す概略斜視図であり、
第３図は熱媒槽43中に噴霧管41と、これを内包する気化
管42とを設け、気化管42の外側を熱媒液14Lによって所
定温度に加熱した状態で、噴霧管41で液体原料1Lを霧化
して気化管42の内面に吹き付け、原料ガス23Gを生成す
るよう構成されており、気化管42の内側または外側にフ
ィンを設けて熱交換面積を増せば、効率よく液体原料を
気化することができる。また、第４図はプレート34およ
びフィン35からなるプレートフィン型熱交換器の上部に
噴霧ノズル24を設けて補助気化器23としたものであり、
霧化した液体原料ミストが熱交換面全体に広がって気化
するので、熱交換面が液体原料の液層で覆われたり、底
部に液だまりができるなど気化効率を阻害する状態を生
じ難いので、負荷の急増に対応して原料ガス23Gを効率
よく生成することができる。
第５図はこの発明の異なる実施例を示すシステム構成
図であり、補助気化器23の噴霧ノズル24を電磁弁44を介
してサイフォン式の補助原料タンク42の底部に連通さ
せ、液体原料の液面上に、減圧弁43を介して不活性ガス
ボンベ41から圧力を加えるよう構成した点が前述の実施
例と異なっており、制御部26からの制御信号26Sによっ
て電磁弁44を開けば、加圧された液体原料が噴霧ノズル
24に供給されて液体原料を霧化させるので、ポンプ方式
に比べて応答の速い補助気化器を得ることができ、した
がって負荷の急増に遅滞なく応答することができる。
図であり、補助気化器23の噴霧ノズル24を電磁弁44を介
してサイフォン式の補助原料タンク42の底部に連通さ
せ、液体原料の液面上に、減圧弁43を介して不活性ガス
ボンベ41から圧力を加えるよう構成した点が前述の実施
例と異なっており、制御部26からの制御信号26Sによっ
て電磁弁44を開けば、加圧された液体原料が噴霧ノズル
24に供給されて液体原料を霧化させるので、ポンプ方式
に比べて応答の速い補助気化器を得ることができ、した
がって負荷の急増に遅滞なく応答することができる。
第６図はこの発明の他の実施例に示す概略システム構
成図であり、改質器４に原料ガス3Gを供給する気化器は
霧化量の小さい噴霧ノズル54Aおよび霧化量の大きい噴
霧ノズル54Bを備えた一つの原料気化器53で構成されて
おり、二つの噴霧ノズル54Aおよび54Bはそれぞれ電磁弁
55Aおよび55Bを介して原料ポンプ52に連結され、制御部
56が負荷の変化率を電流検出器25で検知して発する制御
信号56Sにより電磁弁55A,55Bがオン・オフ制御されるこ
とにより、気化管53Hに吹き付けられる原料ミストの量
が３段階に制御される。なお、噴霧ノズルの数は２個に
限定されるものではなく、ノズル数を多くすることによ
って制御できる霧化量のステップ数を多段化することが
できる。また、必要に応じて原料ポンプ52の吐出量を制
御するよう構成してもよい。
成図であり、改質器４に原料ガス3Gを供給する気化器は
霧化量の小さい噴霧ノズル54Aおよび霧化量の大きい噴
霧ノズル54Bを備えた一つの原料気化器53で構成されて
おり、二つの噴霧ノズル54Aおよび54Bはそれぞれ電磁弁
55Aおよび55Bを介して原料ポンプ52に連結され、制御部
56が負荷の変化率を電流検出器25で検知して発する制御
信号56Sにより電磁弁55A,55Bがオン・オフ制御されるこ
とにより、気化管53Hに吹き付けられる原料ミストの量
が３段階に制御される。なお、噴霧ノズルの数は２個に
限定されるものではなく、ノズル数を多くすることによ
って制御できる霧化量のステップ数を多段化することが
できる。また、必要に応じて原料ポンプ52の吐出量を制
御するよう構成してもよい。
この実施例においては、制御部56が負荷電流の変化率
に対応して発する制御信号56Sによってオン・オフ制御
される複数の電磁弁55A,55B等の組み合わせを変えるこ
とができ、したがって複数の噴霧ノズル全体としての霧
化量が負荷の変化率に対応して段階的にかつ瞬時に変化
することになるので、噴霧ノズル数を増すことによって
一つの原料気化器で原料ガス3Gの発生量を負荷の変動に
速応して最適制御することが可能になり、バッファタン
クや補助バッテリーを必要としないことと併せて負荷応
答性の優れた燃料電池発電装置を小型，軽量，かつ安価
に形成することができる。
に対応して発する制御信号56Sによってオン・オフ制御
される複数の電磁弁55A,55B等の組み合わせを変えるこ
とができ、したがって複数の噴霧ノズル全体としての霧
化量が負荷の変化率に対応して段階的にかつ瞬時に変化
することになるので、噴霧ノズル数を増すことによって
一つの原料気化器で原料ガス3Gの発生量を負荷の変動に
速応して最適制御することが可能になり、バッファタン
クや補助バッテリーを必要としないことと併せて負荷応
答性の優れた燃料電池発電装置を小型，軽量，かつ安価
に形成することができる。
この発明の燃料電池発電装置は前述のように、アルコ
ール系液体原料の噴霧ノズルを有する気化器を設け、燃
料電池の負荷急増時に改質器に供給する原料ガス量を増
大させるよう構成した。その結果、霧化した原料ミスト
が所定温度に加熱された熱交換面全体に広がって急速に
気化するので、従来の蛇管式熱交換器に比べて小型な気
化器で負荷の急増に速応して原料ガスを効率よく供給で
きるとともに、プレートフィン型熱交換器で問題となっ
た熱交換面に液層が形成されることによる気化効率の低
下や液だまりが形成されることによる有効熱交換面積の
減少などの悪影響が排除され、バッファタンクを設けず
に燃料電池の燃料ガス不足を排除でき、かつ補助バッテ
リーを設けずに燃料電池出力を急増でき、したがって小
型，軽量化した簡素な構成の燃料電池発電装置を提供す
ることができる。
ール系液体原料の噴霧ノズルを有する気化器を設け、燃
料電池の負荷急増時に改質器に供給する原料ガス量を増
大させるよう構成した。その結果、霧化した原料ミスト
が所定温度に加熱された熱交換面全体に広がって急速に
気化するので、従来の蛇管式熱交換器に比べて小型な気
化器で負荷の急増に速応して原料ガスを効率よく供給で
きるとともに、プレートフィン型熱交換器で問題となっ
た熱交換面に液層が形成されることによる気化効率の低
下や液だまりが形成されることによる有効熱交換面積の
減少などの悪影響が排除され、バッファタンクを設けず
に燃料電池の燃料ガス不足を排除でき、かつ補助バッテ
リーを設けずに燃料電池出力を急増でき、したがって小
型，軽量化した簡素な構成の燃料電池発電装置を提供す
ることができる。
また、不活性ガスボンベおよび補助原料タンクで噴霧
ノズルの原料供給系を構成すれば、気化器の負荷応答性
を一層向上することができる。さらに、気化器に霧化量
の異なる複数の噴霧ノズルを設け、負荷の増加率に対応
して駆動するノズルの組み合わせを変えれば、負荷の変
化に対応して原料供給量を迅速に最適制御することが可
能となり、負荷の急増，急減に追従して燃料電池の発電
量を遅滞なく安定して制御できる燃料電池発電装置を提
供することができる。
ノズルの原料供給系を構成すれば、気化器の負荷応答性
を一層向上することができる。さらに、気化器に霧化量
の異なる複数の噴霧ノズルを設け、負荷の増加率に対応
して駆動するノズルの組み合わせを変えれば、負荷の変
化に対応して原料供給量を迅速に最適制御することが可
能となり、負荷の急増，急減に追従して燃料電池の発電
量を遅滞なく安定して制御できる燃料電池発電装置を提
供することができる。
第１図はこの発明の実施例になる燃料電池発電装置を示
す概略システム構成図、第２図は実施例における負荷急
増時の動作を示すタイムチャート、第３図および第４図
は実施例における互いに異なる気化器の構造を示す斜視
断面図、第５図はこの発明の異なる実施例を示すシステ
ム構成図、第６図はこの発明の他の実施例を示すシステ
ム構成図、第７図は従来の燃料電池発電装置を示すシス
テム構成図、第８図および第９図は互いに異なる従来の
気化器を模式化して示す構成図、第10図および第11図は
従来の気化器における問題点の説明図である。 １……原料タンク、2,52……原料ポンプ、3,53……気化
器、４……改質器、５……改質触媒管、６……バーナ、
10……燃料電池、14……冷却器、15……熱媒体液ポン
プ、17……熱交換器、18……電力変換装置、19……外部
負荷、22……補助原料ポンプ、23……補助気化器、24,5
4A,54B……噴霧ノズル、23H,42……気化管、25……電流
検出器、26、56……制御部、41……噴霧管、41……不活
性ガスボンベ、42……補助タンク、1L……液体原料、3
G,23G……原料ガス、5G……燃料ガス、8G……オフガ
ス、14L……熱媒体液。
す概略システム構成図、第２図は実施例における負荷急
増時の動作を示すタイムチャート、第３図および第４図
は実施例における互いに異なる気化器の構造を示す斜視
断面図、第５図はこの発明の異なる実施例を示すシステ
ム構成図、第６図はこの発明の他の実施例を示すシステ
ム構成図、第７図は従来の燃料電池発電装置を示すシス
テム構成図、第８図および第９図は互いに異なる従来の
気化器を模式化して示す構成図、第10図および第11図は
従来の気化器における問題点の説明図である。 １……原料タンク、2,52……原料ポンプ、3,53……気化
器、４……改質器、５……改質触媒管、６……バーナ、
10……燃料電池、14……冷却器、15……熱媒体液ポン
プ、17……熱交換器、18……電力変換装置、19……外部
負荷、22……補助原料ポンプ、23……補助気化器、24,5
4A,54B……噴霧ノズル、23H,42……気化管、25……電流
検出器、26、56……制御部、41……噴霧管、41……不活
性ガスボンベ、42……補助タンク、1L……液体原料、3
G,23G……原料ガス、5G……燃料ガス、8G……オフガ
ス、14L……熱媒体液。
Claims (4)
- 【請求項１】液体原料を気化する気化器と、前記気化器
により気化された原料ガスを水素リッチな燃料ガスに改
質する改質器と、前記燃料ガスと反応空気を用いて発電
を行う燃料電池とを有する燃料電池発電装置において、 前記気化器が、前記燃料電池の反応熱により昇温された
燃料電池冷却系の冷媒体と液体原料との熱交換により前
記液体原料を気化するものであり、かつ、前記液体原料
を噴霧注入する噴霧ノズルを備えてなることを特徴とす
る燃料電池発電装置。 - 【請求項２】前記気化器が、吐出量が互いに異なる複数
の噴霧ノズルを備え、燃料電池の負荷増加率に対応して
前記噴霧ノズルを選択してオン・オフ制御するよう形成
されてなることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発
電装置。 - 【請求項３】液体原料を気化する気化器と、前記気化器
により気化された原料ガスを水素リッチな燃料ガスに改
質する改質器と、前記燃料ガスと反応空気を用いて発電
を行う燃料電池とを有する燃料電池発電装置において、 前記気化器が、前記燃料電池の反応熱により昇温された
燃料電池冷却系の冷媒液と液体原料との熱交換により前
記液体原料を気化するものであり、 前記気化器の構成に前記液体原料を噴霧注入する噴霧ノ
ズルを設けた構成からなる補助気化器を、前記改質器の
前段側に前記気化器と並列に備えてなることを特徴とす
る燃料電池発電装置。 - 【請求項４】前記補助気化器が、吐出量が互いに異なる
複数の噴霧ノズルを備え、燃料電池の負荷増加率に対応
して前記噴霧ノズルを選択してオン・オフ制御するよう
形成されてなることを特徴とする請求項３記載の燃料電
池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2049802A JP3071207B2 (ja) | 1990-03-01 | 1990-03-01 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2049802A JP3071207B2 (ja) | 1990-03-01 | 1990-03-01 | 燃料電池発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03252062A JPH03252062A (ja) | 1991-11-11 |
| JP3071207B2 true JP3071207B2 (ja) | 2000-07-31 |
Family
ID=12841278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2049802A Expired - Lifetime JP3071207B2 (ja) | 1990-03-01 | 1990-03-01 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3071207B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08190923A (ja) * | 1991-11-25 | 1996-07-23 | Shikoku Sogo Kenkyusho:Kk | 燃料電池用の気化器 |
| JP2794081B2 (ja) * | 1994-03-15 | 1998-09-03 | 工業技術院長 | 燃料電池発電システム |
| JPH1179703A (ja) | 1997-09-04 | 1999-03-23 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池用改質装置 |
| JP4610097B2 (ja) * | 2001-02-08 | 2011-01-12 | 日産自動車株式会社 | 燃料改質システム |
| WO2004007355A1 (ja) | 2002-07-11 | 2004-01-22 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | 蒸発器 |
| JP3913624B2 (ja) * | 2002-07-11 | 2007-05-09 | 本田技研工業株式会社 | 蒸発器 |
| KR20210134022A (ko) * | 2019-04-17 | 2021-11-08 | 가부시키가이샤 웰콘 | 기화기 및 그 제조 방법 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63230501A (ja) * | 1987-03-19 | 1988-09-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池用メタノ−ル改質装置 |
| JP2615790B2 (ja) * | 1988-03-30 | 1997-06-04 | 三菱電機株式会社 | リン酸型燃料電池発電システム |
-
1990
- 1990-03-01 JP JP2049802A patent/JP3071207B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03252062A (ja) | 1991-11-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111640968B (zh) | 一种鼓泡喷雾组合加湿器及其用于的燃料电池加湿系统 | |
| US6565817B1 (en) | Reformer for a fuel cell | |
| JP3614110B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2000319002A (ja) | 燃料改質装置 | |
| JP2004192958A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP3071207B2 (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JP2000082480A (ja) | 燃料電池用加湿装置及び燃料電池システム用水管理装置 | |
| EP3169418B1 (en) | A burner evaporator for a fuel cell system | |
| KR100820448B1 (ko) | 고분자 전해질 연료전지의 모세관력 구동 열순환장치 | |
| JP3473784B2 (ja) | 燃料電池発電設備と燃料電池の冷却方法 | |
| JP3263129B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JPH0828228B2 (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JP3399850B2 (ja) | 燃料電池用加湿循環装置 | |
| JP2001283887A (ja) | 燃料電池装置、及び、燃料電池装置の運転方法 | |
| JPH0773896A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JP2000340245A (ja) | 燃料電池システム | |
| JPH1069919A (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JP2000173632A (ja) | 燃料電池発電システム | |
| EP3169629B1 (en) | An evaporator for a fuel cell system | |
| JPH08293314A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| JP2001297786A (ja) | 燃料電池装置、及び、燃料電池装置の運転方法。 | |
| JP2020169101A (ja) | 改質水蒸発器及び発電装置 | |
| JPH02106880A (ja) | サーモサイホン式水蒸気発生器を備えた燃料電池 | |
| JP2001283881A (ja) | 燃料電池装置、及び、燃料電池装置の運転方法 | |
| JP2001023660A (ja) | 移動体用燃料電池システム |