JPH0227790B2 - - Google Patents
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- JPH0227790B2 JPH0227790B2 JP58146402A JP14640283A JPH0227790B2 JP H0227790 B2 JPH0227790 B2 JP H0227790B2 JP 58146402 A JP58146402 A JP 58146402A JP 14640283 A JP14640283 A JP 14640283A JP H0227790 B2 JPH0227790 B2 JP H0227790B2
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- Japan
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- cathode
- pressure
- reformer
- exhaust gas
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- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 28
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04104—Regulation of differential pressures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
- H01M8/04022—Heating by combustion
-
- 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
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- Sustainable Energy (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Control Of Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は燃料電池装置に係り、特に電池の負荷
追従時に電池アノード、カソード間に大きな差圧
が発生することを防止し得、かつ速応性よい燃料
電池装置に関する。
追従時に電池アノード、カソード間に大きな差圧
が発生することを防止し得、かつ速応性よい燃料
電池装置に関する。
従来の燃料電池の発電システムを第１図に示
す。図において電池に供給するための原料燃料お
よびスチームの混合ガスは配管１を経てリホーマ
２に流入し、このリホーマ２で前記混合ガスが水
素に改質され、さらにシフトコンバータ３に流入
してここで電池に対して有害な一酸化炭素が除去
される。このシフトコンバータ３を出た改質ガス
は燃料電池アノード４に流入し、この燃料電池ア
ノード４において発生する排ガスはリホーマ外熱
部５に流入し、ここで補助燃料６、燃焼室用空気
７、およびカソード排ガス８が供給されることに
よつて燃焼された後タービン９に流入し、このタ
ービン９内で膨張してそのエネルギによつてコン
プレツサ１０を駆動する。一方このコンプレツサ
１０によつて圧縮された空気の一部分は前記リホ
ーマ外熱部５に流入し、該空気の大部分は電流カ
ソード１１に流入する。
す。図において電池に供給するための原料燃料お
よびスチームの混合ガスは配管１を経てリホーマ
２に流入し、このリホーマ２で前記混合ガスが水
素に改質され、さらにシフトコンバータ３に流入
してここで電池に対して有害な一酸化炭素が除去
される。このシフトコンバータ３を出た改質ガス
は燃料電池アノード４に流入し、この燃料電池ア
ノード４において発生する排ガスはリホーマ外熱
部５に流入し、ここで補助燃料６、燃焼室用空気
７、およびカソード排ガス８が供給されることに
よつて燃焼された後タービン９に流入し、このタ
ービン９内で膨張してそのエネルギによつてコン
プレツサ１０を駆動する。一方このコンプレツサ
１０によつて圧縮された空気の一部分は前記リホ
ーマ外熱部５に流入し、該空気の大部分は電流カ
ソード１１に流入する。
このように構成された燃料電池システムで燃料
電池を運転する場合、該電池の負荷変動に追従し
て電池アノード４と電流カソード１１との間の差
圧のバランスをとりながら燃料および空気のそれ
ぞれの供給量を変化されることが重要である。そ
のため第２図に示すように前記アノード４の上流
側に流量調節弁１２、下流側に圧力調節弁１３を
配設し、該アノード４と前記カソード１１との間
に配設された差圧伝送器１４によつてアノード４
とカソード１１との間の差圧を検知し、この差圧
信号によつて圧力調節弁１３を動作させるように
してある。カソード１１側についても同様に該カ
ソード１１の上流側に流量調節弁１５、下流側に
圧力調節弁１６を配設し、該カソード１１と容器
１７との間に配設された差圧伝送路１８によつて
前記圧力調節弁１６を動作させ、前記圧力調節弁
１３の動作と併せてアノード４およびカソード１
１の各部に流入する燃料および空気の流量および
圧力を調節している。またこれらのアノード４お
よびカソード１１の各部をそれぞれ収容する前記
容器１７の上流側には流量調節弁１９、不流側に
は圧力調節弁２０が配設され、この圧力調節弁２
０は前記容器１７に設けられた差圧伝送器２１の
圧力信号によつて動作する。これらの圧力調節弁
１３，１６，２０を経て前記アノード４、カソー
ド１１および容器１７からそれぞれ排出される排
ガスはリホーマ外熱部５に流入してその内部で合
流する。この際このリホーマ外熱部５の構造と、
アノード４からの排ガス配管およびカソード１１
からの排ガス配管のそれぞれの管路抵抗によつて
圧力損失が生ずる。この圧力損失が生ずる要素を
圧損要素２２，２３として図に示した。
電池を運転する場合、該電池の負荷変動に追従し
て電池アノード４と電流カソード１１との間の差
圧のバランスをとりながら燃料および空気のそれ
ぞれの供給量を変化されることが重要である。そ
のため第２図に示すように前記アノード４の上流
側に流量調節弁１２、下流側に圧力調節弁１３を
配設し、該アノード４と前記カソード１１との間
に配設された差圧伝送器１４によつてアノード４
とカソード１１との間の差圧を検知し、この差圧
信号によつて圧力調節弁１３を動作させるように
してある。カソード１１側についても同様に該カ
ソード１１の上流側に流量調節弁１５、下流側に
圧力調節弁１６を配設し、該カソード１１と容器
１７との間に配設された差圧伝送路１８によつて
前記圧力調節弁１６を動作させ、前記圧力調節弁
１３の動作と併せてアノード４およびカソード１
１の各部に流入する燃料および空気の流量および
圧力を調節している。またこれらのアノード４お
よびカソード１１の各部をそれぞれ収容する前記
容器１７の上流側には流量調節弁１９、不流側に
は圧力調節弁２０が配設され、この圧力調節弁２
０は前記容器１７に設けられた差圧伝送器２１の
圧力信号によつて動作する。これらの圧力調節弁
１３，１６，２０を経て前記アノード４、カソー
ド１１および容器１７からそれぞれ排出される排
ガスはリホーマ外熱部５に流入してその内部で合
流する。この際このリホーマ外熱部５の構造と、
アノード４からの排ガス配管およびカソード１１
からの排ガス配管のそれぞれの管路抵抗によつて
圧力損失が生ずる。この圧力損失が生ずる要素を
圧損要素２２，２３として図に示した。
上記のように構成された従来の燃料電池電極間
圧力調節装置の動作につき第３図により説明す
る。
圧力調節装置の動作につき第３図により説明す
る。
第３図においてRAはリホーマ外熱部出口側の
圧力を一定とした場合のアノード排ガス流量とア
ノード出口側の圧力の関係を示し、RCは同様な
条件におけるカソード排ガス流量とカソード出口
側の圧力の関係を示している。
圧力を一定とした場合のアノード排ガス流量とア
ノード出口側の圧力の関係を示し、RCは同様な
条件におけるカソード排ガス流量とカソード出口
側の圧力の関係を示している。
初期の状態においてアノード４側の排ガス流量
がQA１、圧力がHA１であり、カソード１１側
の排ガス流量がQC１、圧力がHC１であつたとす
る。このとき圧力調節弁１３はHA１とHC１と
によりきまる差圧ΔP1を調節し、実際のアノー
ド、カソード間に発生する圧力を許容範囲以内に
なるように調節している。電池の負荷が変動しア
ノード排ガスおよびカソード排ガスの流量がそれ
ぞれQA２およびQC２となつた場合、それぞれ
の排ガスラインの圧損要素２２，２３による圧力
HA２とHC２との差圧ΔP2となり、圧力調節弁
１３はこの差圧ΔP2が許容範囲内になるように動
作する。従つて電池の負荷変動に対する圧力調節
弁１３の応答をできるだけ速くするためには、当
初からΔP1，ΔP2をできるだけ小さくしておくこ
とが望ましいが、リホーマ外熱部５の設計は主と
して燃料を燃焼させるための条件によりきめら
れ、さらに配管の構成も機器の配置によりきめら
れるため、差圧ΔP1，ΔP2が大きくなつて圧力調
節弁１３の動作時間が増大し、応答が遅くなると
いう欠点があつた。
がQA１、圧力がHA１であり、カソード１１側
の排ガス流量がQC１、圧力がHC１であつたとす
る。このとき圧力調節弁１３はHA１とHC１と
によりきまる差圧ΔP1を調節し、実際のアノー
ド、カソード間に発生する圧力を許容範囲以内に
なるように調節している。電池の負荷が変動しア
ノード排ガスおよびカソード排ガスの流量がそれ
ぞれQA２およびQC２となつた場合、それぞれ
の排ガスラインの圧損要素２２，２３による圧力
HA２とHC２との差圧ΔP2となり、圧力調節弁
１３はこの差圧ΔP2が許容範囲内になるように動
作する。従つて電池の負荷変動に対する圧力調節
弁１３の応答をできるだけ速くするためには、当
初からΔP1，ΔP2をできるだけ小さくしておくこ
とが望ましいが、リホーマ外熱部５の設計は主と
して燃料を燃焼させるための条件によりきめら
れ、さらに配管の構成も機器の配置によりきめら
れるため、差圧ΔP1，ΔP2が大きくなつて圧力調
節弁１３の動作時間が増大し、応答が遅くなると
いう欠点があつた。
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、負荷変動に対する応答速
度の速い燃料電池装置を提供するにある。
の目的とするところは、負荷変動に対する応答速
度の速い燃料電池装置を提供するにある。
本発明はアノード極側の圧力調節弁とリホーマ
外熱部との間、あるいはカソード極側の圧力調節
弁とリホーマ外熱部との間に、アノード極側排ガ
ス圧力とカソード極側排ガス圧力との差を小さく
するように予め定められた固定の流路抵抗手段を
設けるようになし、所期の目的を達成するように
したものである。
外熱部との間、あるいはカソード極側の圧力調節
弁とリホーマ外熱部との間に、アノード極側排ガ
ス圧力とカソード極側排ガス圧力との差を小さく
するように予め定められた固定の流路抵抗手段を
設けるようになし、所期の目的を達成するように
したものである。
以下本発明に係る燃料電池装置の一実施例を図
面を参照して説明する。
面を参照して説明する。
第４図および第５図に本発明の一実施例を示
す。該図において第２図および第３図に示す従来
例と同一部分は同一数字または記号で示してあ
る。
す。該図において第２図および第３図に示す従来
例と同一部分は同一数字または記号で示してあ
る。
第４図に示すように本実施例ではアノード排ガ
スラインの圧力調節弁１３とリホーマ外熱部５と
の間に、予め定められた固定の流路抵抗手段とし
てバルブ２４が、またカソード排ガスラインの圧
力調節弁１６とリホーマ外熱部５との間に、バル
ブ２５が配設されている。その他の構成は第２図
に示す従来例と同一である。
スラインの圧力調節弁１３とリホーマ外熱部５と
の間に、予め定められた固定の流路抵抗手段とし
てバルブ２４が、またカソード排ガスラインの圧
力調節弁１６とリホーマ外熱部５との間に、バル
ブ２５が配設されている。その他の構成は第２図
に示す従来例と同一である。
このように構成された本実施例の動作を以下に
説明する。アノード４において発生した排ガスは
圧力調節弁１３、バルブ２４および圧力損失要素
２２を経てリホーマ外熱部５に流入し、カソード
１１および容器１７で発生した排ガスはそれぞれ
圧力調節弁１６，２０とバルブ２５および圧力損
失要素２３を経てリホーマ外熱部５に流入する。
このときバルブ２４および２５は次のように予め
調節されている。すなわち第５図に示されている
ように初期状態においてアノード４側の排ガス流
量がQA１、カソード１１側の排ガス流量がQC
１のときにそれぞれの圧力HA１，HC１が等し
くなり両者間の差圧がなくなるようになされてお
り、又同様に電池の負荷が変動しアノード排ガス
およびカソード排ガスの流量がそれぞれQA２お
よびQC２となつた場合にも、それぞれの圧力
HA２，HC２が等しくなり両者間の差圧がなく
なるように調節されている。
説明する。アノード４において発生した排ガスは
圧力調節弁１３、バルブ２４および圧力損失要素
２２を経てリホーマ外熱部５に流入し、カソード
１１および容器１７で発生した排ガスはそれぞれ
圧力調節弁１６，２０とバルブ２５および圧力損
失要素２３を経てリホーマ外熱部５に流入する。
このときバルブ２４および２５は次のように予め
調節されている。すなわち第５図に示されている
ように初期状態においてアノード４側の排ガス流
量がQA１、カソード１１側の排ガス流量がQC
１のときにそれぞれの圧力HA１，HC１が等し
くなり両者間の差圧がなくなるようになされてお
り、又同様に電池の負荷が変動しアノード排ガス
およびカソード排ガスの流量がそれぞれQA２お
よびQC２となつた場合にも、それぞれの圧力
HA２，HC２が等しくなり両者間の差圧がなく
なるように調節されている。
このものであると、アノード排出ガス圧力とカ
ソード排出ガス圧力との差が予め小さく設定され
ているので、燃料電池の負荷変動に対しても圧力
調節弁１３，１６の動作時間は短く、したがつて
応答性の良好な燃料電池が得られるのである。
ソード排出ガス圧力との差が予め小さく設定され
ているので、燃料電池の負荷変動に対しても圧力
調節弁１３，１６の動作時間は短く、したがつて
応答性の良好な燃料電池が得られるのである。
本発明の別の実施例としては、第４図における
バルブ２４，２５のいずれか一方を除去し、片側
だけで圧力損失特性を調節する方法もある。また
本実施例ではバルブを固定の流路抵抗手段として
用いたが他のものを用いてもよい。
バルブ２４，２５のいずれか一方を除去し、片側
だけで圧力損失特性を調節する方法もある。また
本実施例ではバルブを固定の流路抵抗手段として
用いたが他のものを用いてもよい。
本発明によれば、燃料電池のアノードおよびカ
ソードとリホーマ外熱部間にバルブなどの固定の
流路抵抗手段を付加し、これを予めアノード、カ
ソード間に発生する差圧が小さくなるように調節
しておくようにしたものであるから、燃料電池の
負荷変動に対しても圧力調節弁の動作時間は短
く、したがつて応答速度の速いこの種燃料電池装
置を得ることができる。
ソードとリホーマ外熱部間にバルブなどの固定の
流路抵抗手段を付加し、これを予めアノード、カ
ソード間に発生する差圧が小さくなるように調節
しておくようにしたものであるから、燃料電池の
負荷変動に対しても圧力調節弁の動作時間は短
く、したがつて応答速度の速いこの種燃料電池装
置を得ることができる。
第１図は従来の燃料電池の発電システムを示す
説明図、第２図は従来の燃料電池周辺部の系統
図、第３図はその圧力損失と流量の関係を示す特
性図、第４図は本発明に係る燃料電池周辺部の系
統図、第５図はその圧力損失と流量の関係を示す
特性図である。 ２……燃料改質器、３……シフトコンバータ、
４……アノード、５……リホーマ外熱部、９……
タービン、１０……コンプレツサ、１１……カソ
ード、１２，１５，１９……流量調節弁、１３，
１６，２０……圧力調節弁、１４，１８，２１…
…差圧伝送器、１７……容器、２２，２３……圧
損要素、２４，２５……バルブ。
説明図、第２図は従来の燃料電池周辺部の系統
図、第３図はその圧力損失と流量の関係を示す特
性図、第４図は本発明に係る燃料電池周辺部の系
統図、第５図はその圧力損失と流量の関係を示す
特性図である。 ２……燃料改質器、３……シフトコンバータ、
４……アノード、５……リホーマ外熱部、９……
タービン、１０……コンプレツサ、１１……カソ
ード、１２，１５，１９……流量調節弁、１３，
１６，２０……圧力調節弁、１４，１８，２１…
…差圧伝送器、１７……容器、２２，２３……圧
損要素、２４，２５……バルブ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 原料とガスを水素リツチなガスに改質するリ
ホーマと、 このリホーマの後流側に配設され、前記リホー
マで改質されたガス中の一酸化炭素濃度を低減す
るシフトコンバータと、 このシフトコンバータの後流側に配設された燃
料電池アノード極と、 このアノード極に隣接配置されているカソード
極と、 前記アノード極の後流側に配設され、該アノー
ド極からの排ガスおよび前記カソード極からの排
ガスを補助燃料と共に燃焼させるリホーマ外熱部
と、を備え、 前記アノード極の後流側および前記カソード極
の後流側に、夫々極間差圧を減少させるように作
動する圧力調節弁を有する燃料電池装置におい
て、 前記アノード極側の圧力調節弁と前記リホーマ
外熱部との間、若しくは前記カソード極側の圧力
調節弁と前記リホーマ外熱部との間に、 前記アノード極側排ガス圧力と前記カソード極
側排ガス圧力との差を小さくするよう予め定めら
れた固定の流路抵抗手段を設けたことを特徴とす
る燃料電池装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58146402A JPS6039771A (ja) | 1983-08-12 | 1983-08-12 | 燃料電池装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58146402A JPS6039771A (ja) | 1983-08-12 | 1983-08-12 | 燃料電池装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6039771A JPS6039771A (ja) | 1985-03-01 |
| JPH0227790B2 true JPH0227790B2 (ja) | 1990-06-19 |
Family
ID=15406886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58146402A Granted JPS6039771A (ja) | 1983-08-12 | 1983-08-12 | 燃料電池装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6039771A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07101613B2 (ja) * | 1985-05-16 | 1995-11-01 | 株式会社東芝 | 燃料電池発電システム |
| US4838020A (en) * | 1985-10-24 | 1989-06-13 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Turbocompressor system and method for controlling the same |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5812268A (ja) * | 1981-07-15 | 1983-01-24 | Hitachi Ltd | 燃料電池のガス圧力制御方法 |
-
1983
- 1983-08-12 JP JP58146402A patent/JPS6039771A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5812268A (ja) * | 1981-07-15 | 1983-01-24 | Hitachi Ltd | 燃料電池のガス圧力制御方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6039771A (ja) | 1985-03-01 |
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