JP4724399B2 - 燃料電池の流量制御装置 - Google Patents
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Description
(1)燃料電池の化学式 H2 + 1/2O2 → H2 O + 電気
(2)燃料極 H2 → 2H+ + 2e-
(3)空気極 1/2O2 + 2H+ + 2e- → H2 O
まず、陰極(水素極)に水素(H2 )を送り込むと、水素は触媒の作用で水素イオン(H+ )に変わり、電子(e- )を放出し、この電子(e- )が陽極(空気極)に向って外部の回路を流れる際に、直流電流が発生する(上記式(1)を参照)。そして、水素イオンは、電解質(イオンの電導物質)の中を移動して陽極に至り(上記式(2)を参照)、酸素と、外部回路を経由して届いた電子(e- )と結びつき、その結果副成物としての水(H2 O)が生成される(上記式(3)を参照)。このような原理を応用して構成された燃料電池は、高温での燃焼を伴わないため、窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物(SOx)等の発生はほとんどない。また、温水、蒸気などの利用度の高い廃熱を程回収することが可能であるため、高い発電効率を得ることができる。
前記燃料電池の発電に必要なガスを供給する燃料供給部と、
前記燃料電池に供給されたガスのうち未反応のガスの背圧制御を行なう排出部と、
前記燃料供給部に流入するガス流量の総量をQ、前記燃料電池に流入するガス流量をQ1 、前記燃料供給部Aの容積をα、前記排出部Bの容積をβ、発電に消費されるガス流量をQ2 、昇圧時に前記ガス流量Q1 に加え増加分として前記燃料供給部に流れ込む増加ガス流量をQAとしたときの演算式Q=Q1 +QA、QA=(Q1 −Q2 )×α/(α+β)による演算結果に基づいて前記燃料供給部に供給されるガスの供給量を自動制御する制御部と、 を具備することを特徴とする。
CH3 OH+H2 O→3H2 +CO2 …(4)
CH3 OH+1/2O2 →2H2 +CO2 …(5)
CH3 OH→2H2 +CO…(6)
反応式(4)は、メタノールと水による改質反応であり、燃料である水素が生成される。反応式(5)は、メタノールの酸化反応であり、吸熱反応である反応式(4)で必要とされる熱量を補給する。
なお、反応式(6)は、不可避的に発生するメタノールの分解反応であり、一酸化炭素が生成される。この一酸化炭素は、燃料電池2内に含まれる、例えばPt触媒等を被毒して発電効率を低下させると共に、燃料電池2の寿命を短くするため、CO低減部にて除去する。
2CO+O2 →2CO2 …(7)
そして、一酸化炭素の含有量が低減された改質燃料は、燃料電池2の燃料極へ供給される。
上記構成の燃料電池の流量制御装置1は、燃料電池2を境として、水素ガスや空気等の燃料電池が発電を行なうために必要とされる物質を供給する上流側の燃料供給部Aと、燃料供給部Aから供給された燃料が発電に使用された後に未反応の燃料の排出を行なう下流側の排出部Bとからなり、制御部7において、定常状態と昇圧状態における最適なガス流量を自動制御している。
すなわち、仮に容積αと容積βの比率が50%:50%で、定常状態におけるガス流入量が10L/min仮定すると、昇圧状態におけるガス流入量は、上記式より20L/minの流用が必要であると判る。つまり、図2に示すように、発電に消費されるガス流量をQ2 とした場合、昇圧状態における燃料供給部Aへの総ガス流量Qと、昇圧時にQ1 に加え増加分として燃料供給部Aに流れ込む流量を示す増加ガス流量QAは、
Q=Q1 +QA…(a)
QA=(Q1 −Q2 )×α/(α+β)…(b)
と表すことができる。
このようなガス流量制御を行なうことにより、100kPaから200kPaまで昇圧している155secの間は、燃料電池に流入するガス流量が減少することなく略一定に保たれるため、燃料電池のセル電圧定低下を起こすことなく昇圧することができた。
このようなガス流量制御を行なうことにより、利用率40%の場合と同様、100kPaから200kPaまで昇圧している182secの間は、燃料電池に流入するガス流量が減少することなく略一定に保たれるため、燃料電池のセル電圧低下を起こすことなく昇圧することができた。
このようなガス流量制御を行なうことにより、利用率40%、50%の場合と同様、100kPaから200kPaまで昇圧している219secの間は、燃料電池に流入するガス流量が減少することなく略一定に保たれるため、燃料電池のセル電圧低下を起こすことなく昇圧することができた。
2 燃料電池
3 水素供給部
4 酸化剤供給部
5 流量制御手段
6 直流交流変換装置
7 制御部
8 バルブ
Claims (1)
- 水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギーを発生する燃料電池に供給されるガスの流量を制御する燃料電池の流量制御装置であって、
前記燃料電池の発電に必要なガスを供給する燃料供給部と、
前記燃料電池に供給されたガスのうち未反応のガスの背圧制御を行なう排出部と、
前記燃料供給部に流入するガス流量の総量をQ、前記燃料電池に流入するガス流量をQ1 、前記燃料供給部Aの容積をα、前記排出部Bの容積をβ、発電に消費されるガス流量をQ2 、昇圧時に前記ガス流量Q1 に加え増加分として前記燃料供給部に流れ込む増加ガス流量をQAとしたときの演算式Q=Q1 +QA、QA=(Q1 −Q2 )×α/(α+β)による演算結果に基づいて前記燃料供給部に供給されるガスの供給量を自動制御する制御部と、 を具備することを特徴とする燃料電池の流量制御装置。
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JP2004275397A JP4724399B2 (ja) | 2004-09-22 | 2004-09-22 | 燃料電池の流量制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004275397A JP4724399B2 (ja) | 2004-09-22 | 2004-09-22 | 燃料電池の流量制御装置 |
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Family Applications (1)
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JP2004275397A Active JP4724399B2 (ja) | 2004-09-22 | 2004-09-22 | 燃料電池の流量制御装置 |
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