JP3241226B2 - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents

固体電解質型燃料電池

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JP3241226B2
JP3241226B2 JP02271595A JP2271595A JP3241226B2 JP 3241226 B2 JP3241226 B2 JP 3241226B2 JP 02271595 A JP02271595 A JP 02271595A JP 2271595 A JP2271595 A JP 2271595A JP 3241226 B2 JP3241226 B2 JP 3241226B2
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明人 小森
健一郎 小阪
長生 久留
潤一 神前
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、加圧運転時の燃料側と
空気側との差圧を制御する制御装置を備えた固体電解質
型燃料電池（以下ＳＯＦＣと記す）に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２は従来の差圧制御装置の一例を示す
系統図である。図中（１）はＳＯＦＣ、（２）は外管、
（３）は加熱器、（４）は空気導入室、（４ａ）は空気
入口孔、（５）は空気側排ガス導入室、（５ａ）は空気
側排ガス出口孔、（７Ａ）は空気配管、（７Ｂ）は空気
側排ガス配管、（８Ａ）は水素等の気体燃料配管、（８
Ｂ）は燃料側排ガス配管、（９）は空気側圧力調整弁、
（１０）は差圧調整弁、（１１）は空気側排ガス圧力検
出器、（１２）は燃料側排ガスと空気側排ガスの差圧検
出器、（１３）は空気側排ガス廃棄煙突、（１４）は燃
料側排ガス廃棄煙突をそれぞれ示す。
【０００３】ＳＯＦＣ（１）による発電は、通常ＳＯＦ
Ｃ（１）の内管側に燃料配管（８Ａ）から燃料を導入す
るとともに、外管（２）とＳＯＦＣ（１）との間に空気
を、空気配管（７Ａ）から空気導入室（４）入口に設け
られた空気入口孔（４ａ）を経て導入し、加熱器（３）
により約1000℃に加熱された状態で行なう。発電後の未
反応燃料と発電によって生成する水蒸気は、燃料側排ガ
ス配管（８Ｂ）を介して、燃料側排ガス廃棄煙突（１
４）から大気へ放出される。また発電後の空気と発電に
よって生成する水蒸気は、空気側排ガス導入室（５）に
設けられた空気側排ガス出口孔（５ａ）から空気側排ガ
ス配管（７Ｂ）を介し、空気側排ガス廃棄煙突（１３）
を経て大気へ放出される。
【０００４】ＳＯＦＣを加圧下で運転する場合、ＳＯＦ
Ｃ（１）の強度と多孔質膜のリークの問題があるため、
燃料側と空気側の差圧を数百mmAqにして運転する必要が
あり、この制御は空気側排ガス配管（７Ｂ）に設置され
た空気側圧力調整弁（９）と燃料側排ガス配管（８Ｂ）
に設置された差圧調整弁（１０）よって行なう。したが
って例えば１０kg／cm2gで運転する場合には、空気側圧
力調整弁（９）により空気側圧力を１０kg／cm2gに調整
し、差圧調整弁（１０）で差圧を通常100mmAq一定、即
ち燃料側圧力が10.01 kg／cm2gとなるようにコントロー
ルする必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の差圧制御装
置によって１０kg／cm2g程度の加圧運転状態で数百mmAq
の微差圧制御を行なうことは、差圧調整弁の弁開度と圧
損の関係、Ｃv 値等から非常に難しかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記従来の
課題を解決するために、圧力差を有する空気と気体燃料
を加圧状態で運転するとともに、前記各気体の排ガス配
管の間の差圧を制御する差圧制御装置を設けた固体電解
質型燃料電池において、前記差圧制御装置は、低圧側の
圧力調整弁および高圧側の差圧調整弁の各後流側排気ラ
インにそれぞれ設けられたエゼクタおよび減圧弁と、上
記各エゼクタを作動させる不活性ガスの導入管と、上記
導入管に設けられた不活性ガス圧力調整弁とを具え、上
記不活性ガス圧力調整弁が上記低圧側の排気ガスの圧力
をほぼ一定に保つように調整され、前記気体相互間の圧
力差を微差に保持するようにしたことを特徴とする固体
電解質型燃料電池を提案するものである。
【０００７】
【作用】本発明のＳＯＦＣは前記のとおり構成され、低
圧側の圧力調整弁および高圧側の差圧調整弁の各後流側
排気ラインにそれぞれ設けられたエゼクタおよび減圧弁
と、上記各エゼクタを作動させる不活性ガスの導入管
と、上記導入管に設けられた不活性ガス圧力調整弁とを
具え、上記不活性ガス圧力調整弁が上記低圧側の排気ガ
スの圧力をほぼ一定に保つように調整される差圧制御装
置を有しているので、圧力調整弁、差圧調整弁の後流側
に抵抗が生じ、差圧調整弁の制御範囲が広くなり、加圧
された空気と気体燃料相互間の微差圧制御が容易にな
り、ＳＯＦＣの加圧運転時における燃料側と空気側の圧
力差を微差に保持し、同ＳＯＦＣの加圧運転を安定して
行い得る。
【０００８】
【実施例】図１は本発明の一実施例を示す系統図であ
る。この図において、前記図２により説明した従来のも
のと同様の部分については、冗長になるのを避けるた
め、同一の符号を付け詳しい説明を省く。
【０００９】本実施例においては、前記図２の空気側圧
力調整弁（９）および差圧調整弁（１０）の後流側に、
それぞれエゼクター（１９），（２０）と固定式減圧弁
（２１），（２２）を設けた。また空気側の圧力変動を
できるだけ小さくするために、図２の空気側圧力調整弁
（９）の代りにニードル弁等、固定式の調整弁（２４）
を設けた。そして燃料側と空気側の抵抗をコントロール
するため、エゼクター（１９），（２０）へ不活性ガス
を導入する不活性ガス導入管（１５）、圧力調整弁（１
６）、圧力計（１７）を設置した。
【００１０】今１０kg／cm2gで加圧運転を行なう場合、
燃料側と空気側の圧力がいずれも９kg／cm2gとなるよ
う、それぞれ固定式減圧弁（２１），（２２）により調
整する。それからエゼクター（１９），（２０）に不活
性ガスを導入し、圧力調整弁（１６）により、空気側
（７Ｂ）の系内圧力（１１）が１０kg／cm2gとなるよ
う、圧力調整を行なう。この場合、固定式減圧弁（２
１）（２２）と空気側排ガス圧力（１１）の圧力設定
は、できるだけ圧力変動を生じないよう、また不活性ガ
スの消費量を考慮し、任意に設定可能である。本操作に
より空気側と燃料側の系内圧力が１０kg／cm2gに設定さ
れる。固定式調整弁（２４）は通常開とし、燃料側と空
気側の差圧調整に必要な場合にのみ使用する。このよう
な状態で、最終的には差圧調整弁（１０）により燃料側
と空気側の差圧（１２）が 100mmAqとなるようコントロ
ールする。したがって差圧調整弁（１０）の制御範囲は
100mmAqとなる。
【００１１】このように本実施例では、差圧調整弁後流
側に抵抗を持たせて差圧調整弁の制御範囲を大きくし、
燃料側と空気側の微差圧制御を容易にするのである。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、ＳＯＦＣの加圧運転時
における燃料側と空気側の微差圧制御が容易になり、圧
力変動によるＳＯＦＣの破壊、多孔質膜でのリークを防
止できて、安定したＳＯＦＣ加圧運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施例を示す系統図である。
【図２】図２は従来の差圧制御装置の一例を示す系統図
である。
【符号の説明】
（１） ＳＯＦＣ （２） 外管 （３） 加熱器 （４） 空気導入室 （４ａ） 空気入口孔 （５） 空気側排ガス導入室 （５ａ） 空気側排ガス出口孔 （７Ａ） 空気配管 （７Ｂ） 空気側排ガス配管 （８Ａ） 水素等の気体燃料配管 （８Ｂ） 燃料側排ガス配管 （９） 空気側圧力調整弁 （１０） 差圧調整弁 （１１） 空気側排ガス圧力検出器 （１２） 排ガス差圧検出器 （１３） 空気側排ガス廃棄煙突 （１４） 燃料側排ガス廃棄煙突 （１５） 不活性ガス導入管 （１６） 圧力調整弁 （１７） 圧力計 （１９），（２０） エゼクター （２１），（２２） 固定式減圧弁 （２４） 固定式調整弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神前 潤一 長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工業株 式会社長崎造船所内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/04 H01M 8/12

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧力差を有する空気と気体燃料を加圧状
    態で運転するとともに、前記各気体の排ガス配管の間の
    差圧を制御する差圧制御装置を設けた固体電解質型燃料
    電池において、前記差圧制御装置は、低圧側の圧力調整
    弁および高圧側の差圧調整弁の各後流側排気ラインにそ
    れぞれ設けられたエゼクタおよび減圧弁と、上記各エゼ
    クタを作動させる不活性ガスの導入管と、上記導入管に
    設けられた不活性ガス圧力調整弁とを具え、上記不活性
    ガス圧力調整弁が上記低圧側の排気ガスの圧力をほぼ一
    定に保つように調整され、前記気体相互間の圧力差を微
    差に保持するようにしたことを特徴とする固体電解質型
    燃料電池。
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