JPH02312163A - 燃料電池のガスリサイクル運転装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池のガスリサイクル運転
装置に係り、特にアノードガスリサイクルラインでのガ
スの流れを正常に保つことができる燃料電池のガスリサ
イクル運転装置に間するものである。

［従来の技術］ 燃料電池は、水の電気分解の逆の反応であり、水素と酸
素とを化学的に反応させて電気と水とを同時に取出すも
ので、電解質板を燃料極（アノード）と空気極（カソー
ド）の両ｔｉで両面から挟んだセルが多段に積層されて
形成される。

溶融炭酸塩型の燃料電池においては、水素。

−酸化炭素等を含むアノードガスをアノードガス供給ラ
インを介して燃料電池のアノードに供給すると共に、酸
素、二酸化炭素等を含むカソードガスをカソードガス供
給ラインを介してカソードに供給することで、電解質板
を介して水素と酸素が反応して発電が行われる。このと
き、アノード及びカソードからのアノード排ガス及びカ
ソード排ガスは単に捨てられていたが、この種の燃゛料
電池のガス消費率が約６〜８割程度と低いために、これ
を有効利用すべくガスリサイクルラインが創案されてい
る。

この燃料電池のガスリサイクル運転装置を第２図により
説明する。

第２図において、１は燃料電池で、上述したセルが多段
に積層されて形成され、その燃料な池１が容器２内に収
容される。この燃料電池１にはアノード室３とカソード
室４が形成され、そのアノード室３にアノードガスを供
給するアノードガス供給ライン５が接続され、カソード
室４にカソードガスを供給するカソード供給ライン６が
接続されると共にその排出側にアノードおよびカソード
排出ライン７．８が接続される。このアノード排出ライ
ン７にはアノード排ガスをアノードガス供給ライン５に
戻すアノードガスリサイクルライン９が接続され、また
同様カソード排ガスをカソード供給ライン６に戻すカソ
ードガスリサイクルライン１０が接続される。

アノードガスリサイクルライン９には差圧調整弁１１．
ブロワ１２および流量調整弁１３が接続される。またカ
ソードガスリサイクルライン１０にはブロワ１４．流量
調整弁１５および触媒燃焼器１６が接続される。アノー
ドガスリサイクルライン９には、そのブロワ１２とリサ
イクル側流量調整弁１３間より分岐しアノード排ガスを
利用側流量調整弁１７を介して余剰のアノード排ガスを
触媒燃焼器１６に流し、そこで燃焼させてカソードガス
とするアノードガス利用ライン１８が接続される。さら
にアノード排出ライン７には開閉弁１９が接続され、カ
ソード排出ライン８には差圧調整弁２０が接続される。

この第２図の燃料電池のガスリサイクル運転装置におい
て、リサイクル運転中、アノード排出ライン７の開閉弁
１９は閉じられ、燃料電池１のアノード排ガスはアノー
ドガスリサイクルライン９に戻され、カソード排ガスは
カソードリサイクルライン１０に戻されると共に一部差
圧調整弁２０を介して排出される。この際、燃料電池１
のアノード室３とカソード室４の圧力が一定になるよう
、それぞれ排出ライン７．８と容器２内の圧力差を差圧
検出器２１．２２で検出し、各差圧調整弁１１．２０を
制御している。

アノードガスリサイクルライン９に戻されたアノード排
ガスは、ブロワ１２よりリサイクル側流量調整弁１３を
介してアノード供給ライン５に戻され、アノード供給ラ
イン５からのアノードガスと共に再度アノード室３に供
給され発電反応に供される。ａ方余刺のアノード排ガス
は利用側流量調整弁１７よりアノードガス利用ライン１
８に流され、触媒燃焼器１６に流されると共にそこで燃
焼されてカソードガスとされる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上述した燃料電池のリサイクル運転装置は実
用化のために各種の実験が行われており、このために各
ライン、特にアノードリサイクルライン９やアノードガ
ス利用ライン１８の流量を正確に掴む必要がある。

しかしながら、リサイクルされるアノード排ガス流量は
、燃料電池１の負荷等により変動幅が大きく、また圧力
差の関係で、ブロワ１２の脈動が大きくなったり、アノ
ード供給ライン５からのアノードガスが、アノードリサ
イクルライン９に逆流し、ひいてはこれがアノードガス
利用ライン１８に流れるなど正確な流量測定が困難とな
る。

また、アノードガス利用ライン１８にアノードガスが多
量に流れると、触媒燃焼器１６でのアノードガス（Ｈ２
）濃度が爆発限界を越え、危険な状態となる。

そこで、本発明は、上記事情を考慮してなされたもので
、アノードリサイクルラインやアノードガス利用ライン
に流れるアノード排ガスを正確に制御できる燃料電池の
ガスリサイクル運転装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記目的を達成するために、燃料電池にアノ
ードガス及びカソードガスをそれぞれ供給するアノード
およびカソードガス供給ラインと、して排出される。こ
の際、燃料電池１のアノード室３とカソード室４の圧力
が一定になるよう、それぞれ排出ライン７．８と容器２
内の圧力差を差圧検出器２１．２２で検出し、各差圧調
整弁１１゜２０を制御している。

アノードガスリサイクルライン９に戻されたアノード排
ガスは、ブロワ１２よりリサイクル側流量調整弁１３を
介してアノード供給ライン５に戻され、アノード供給ラ
イン５からのアノードガスと共に再度アノード室３に供
給され発電反応に供される。ａ方余剰のアノード排ガス
は利用側流１罰整弁１７よりアノードガス利用ライン１
８に流され、触媒燃焼器１６に流されると共にそこで燃
焼されてカソードガスとされる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上述した燃ｆ４電池のリサイクル運転装置は
実用化のなめに各種の実験が行われており、このために
各ライン、特にアノードリサイクルライン９やアノード
ガス利用ライン１８の流量を正確に掴む必要がある。

しかしながら、リサイクルされるアノード排ガス流量は
、燃料電池ｌの負荷等により変動幅が大きく、また圧力
差の関係で、ブロワ１２の脈動が大きくなったり、アノ
ード供給ライン５からのアノードガスが、アノードリサ
イクルライン９に逆流し、ひいてはこれがアノードガス
利用ライン１８に流れるなど正確な流量測定が困難とな
る。

また、アノードガス利用ライン１８にアノードガスが多
量に流れると、触媒燃焼器１６でのアノードガス（Ｈ２
）濃度が爆発限界を越え、危険な状態となる。

そこで、本発明は、上記事情を考慮してなされたもので
、アノードリサイクルラインやアノードガス利用ライン
に流れるアノード排ガスを正確に制御できる燃料電池の
リサイクル運転装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記目的を達成するために、燃料電池にアノ
ードガス及びカソードガスをそれぞれ供給するアノード
およびカソードガス供給ラインと、燃料電池からのアノ
ードおよびカソード排ガスをそれぞれブロワを介して各
ガス供給ラインにリサイクルするアノードおよびカソー
ドガスリサイクルラインと、そのアノードガスリサイク
ルラインより分岐し、アノード排ガスの一部をカソード
ガスリサイクルライン又はカソードガス供給ラインに接
続された燃焼器に供給してそこで燃焼させてカソードガ
スとするアノードガス利用ラインと、上記アノードガス
リサイクルラインに接続された流量調整弁と、その流量
調整弁とアノードガス供給ライン間に接続され、アノー
ドガスの脈動を防止する整流器とを備えたものであり、
また燃料電池にアノードガス及びカソードガスをそれぞ
れ供給するアノードおよびカソードガス供給ラインと、
燃料電池からのアノードおよびカソード排ガスをそれぞ
れブロワを介して各ガス供給ラインにリサイクルするア
ノードおよびカソードガスリサイクルラインと、そのア
ノードガスリサイクルラインより分岐し、アノード排ガ
スの一部をカソードガスリサイクルライン又はカソード
ガス供給ラインに接続された燃焼器に供給してそこで燃
焼させてカソードガスとするアノードガス利用ラインと
、上記アノードガスリサイクルラインに接続された流量
調整弁と、その流量調整弁とアノードガス供給ライン間
に接続され、アノードガス供給ラインからのガスの逆流
を防止する逆止弁とを備えたものである。

［作用］ 上記の構成によれば、アノードガスリサイクルラインの
流量調整弁とアノードガス供給ライン間に整流器を接続
することで、アノードガスリサイクルラインから流量調
整弁を介しアノードガス供給ラインに流れるアノード排
ガスが一定になり、また逆止弁を接続することでアノー
ドガスの逆流がなくなる。

［実施例］ 本発明の好適一実施例を添付図面に基づいて説明する。

先ず、燃ｆ４電池のリサイクル運転装置の全体構成は第
２図と基本的に同一である。すなわち、第１図において
、１は容器２内に収容される燃料電池、３はアノード室
、４はカソード室、５はアノードガス供給ラインで、水
素、−酸化炭素、窒素。

二酸化炭素、蒸気が混合されてアノードガスとしてアノ
ード室３に供給されるようになっている。

６はカソードガス供給ラインで、二酸化炭素１酸素、空
気、蒸気が混合されてカソードガスとしてカソード室４
に供給されるようになっている。７はアノード室３の排
出側に接続されたアノード排出ライン、８はカソード室
４の排出側に接続されたカソード排出ライン、９はアノ
ード排出ライン７とアノードガス供給ライン５を結ぶア
ノードガスリサイクルラインで、アノード側差圧調整弁
１１、ブロワ１２および流量調整弁１３が接続される。

１０はカソード排出ライン８とカソードガス供給ライン
６を結ぶカソードガスリサイクルラインで、１１はブロ
ワ１４．カソード側流量調整弁１５および触媒燃焼器１
６が接続される。１７は利用側流量調整弁で、アノード
側ブロワ１２と流量調整弁１３間から分岐したアノード
ガス利用ライン１８に接続され、そのアノードガス利用
ライン１８が触媒燃焼器１６に接続される。１９はアノ
ード排出ライン７に接続された開閉弁、２０はカソード
排出ライン８に接続されたカソードｌＩ！ｌＩ差圧調整
弁である。また両差圧調整弁１１．２０は図では省略し
たが、第２図で説明したように差圧検出器２１．２２で
制御されるようになっている。尚２３．２４はアノード
及びカソードブロワ１２．１４の能力調整用制御弁であ
る。

さて、アノードガスリサイクルライン９の流量調整弁１
３からアノードガス供給ライン５に至るアノードガスリ
サイクルライン９には、整流器２５、流量計２６．アノ
ード側逆止弁２７が順に接続される。整流器２５は、多
孔式の整流器がらなり、アノード排ガスの流れを整流し
アノード側ブロワ１２の脈動圧力を減衰するようになっ
ている。またアノードガス利用ライン１８には、その利
用側流量調整弁１７から触媒燃焼器１６に至る間には利
用側逆止弁２８が接続される。

カソードガスリサイクルライン１０には、そのカソード
側流量調整弁１５の下流側に、整流器２９、流量計３０
．カソード側逆止弁３１が順に接続され、さらに入口側
開閉弁３２が接続される。

この入口側開閉弁３２から下流側のカソードガスリサイ
クルライン１０は、アノードガス利用ライン１８と接続
され合流されて触媒燃焼器１６を介してカソードガス供
給ライン６に接続される。またカソード側逆止弁３１と
入口側開閉弁３２間と触媒燃焼器１６の出口との間には
バイパスライン３３が接続され、そのバイパスライン３
３に出口側開閉弁３４が接続される。

次に本実施例の作用を説明する。

先ずリサイクル運転中は、アノード側の開閉弁１９は閉
じられ、アノードリサイクルライン９のアノード側差圧
調整弁１１とカソード側差圧餌整弁２０とは第２図で説
明したように差圧制御により開度制御がなされる。

アノードリサイクルライン９のアノード排ガスは、アノ
ード側ブロワ１２で昇圧され、流量調整弁１３．整流器
２５．流量計２６及び逆止弁２７を介してアノードガス
供給ライン５に戻され、また残りの余剰のアノード排ガ
スは、流量調整弁１７を介してアノードガス利用ライン
１８に流れ、触媒燃焼器１６に流れてそこで燃焼されて
カソードガスとされる。この場合アノードガス供給ライ
ン５に流れるアノード排ガスは整流器２５で整流される
ため、アノード側ブロワ１２の脈動の影響がなく、従っ
て流量計２６での流量計測が正確に行える。またアノー
ドガス供給ライン５からのアノードガスは、逆止弁２７
にてアノードリサイクルライン９に流れることを確実に
阻止され、従って流量計２６での流量計測に支障を生じ
ないと共にアノードガス利用ライン１８側に流れること
も防止できる６、ｔたカソードリサイクルライン１０に
おいて、カソードガスは、カソード側ブロワ１４から流
量制御弁１５．整流器２つ、流量計３０、逆止弁３１及
び入口側開閉弁３２を介し、さらに触媒燃焼器１６を介
してカソードガス供給ライン６に流れる。この場合、整
流器２９はカソードブロワ１４による脈動の影響を無く
し、また逆止弁３１は、カソードガス供給ライン６から
触媒燃焼器１６を介してカソードガスが逆流するのを防
止する。またアノードガス利用ライン１８から触媒燃焼
器１６に流れるアノード排ガス量が比較的少ない場合等
には燃焼器１６を通さず、バイパスライン３３を介して
一部直接カソードガス供給うイン′６にリサイクルする
。

上述の実施例においては、触媒燃焼器１６をカソードリ
サイクルライン１０に接続したが、カソードガス供給ラ
イン６に触媒燃焼器１６を接続するようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば、優れた効果を発揮する。

（１）アノードリサイクルラインからアノード供給ライ
ンに至るリサイクルラインに整流器を接続することで、
アノードブロワによる脈動を低減し正確な流量制御がで
きる。

（２）アノードリサイクルラインからアノード供給ライ
ンに至るリサイクルラインに逆止弁を接続することで、
供給ラインのアノードガスがリサイクルラインに逆流す
るのを防止でき正確な流量制御が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す系統図、第２図は提案
されている燃ｆ：４電池のリサイクル運転装置の一例を
示す系統図である。 図中、１は燃料電池、３はアノード室、４はカソード室
、５はアノード供給ライン、６はカソード供給ライン、
９はアノードリサイクルライン、１０はカン−トリサイ
クルライン、１２゜１４はブロワ、１３は流ｆｊｋ調整
弁、１６は燃焼器、１８はアノードガス利用ライン、２
５は整流器、２７は逆止弁である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料電池にアノードガス及びカソードガスをそれぞ
   れ供給するアノードおよびカソードガス供給ラインと、
   燃料電池からのアノードおよびカソード排ガスをそれぞ
   れブロワを介して各ガス供給ラインにリサイクルするア
   ノードおよびカソードガスリサイクルラインと、そのア
   ノードガスリサイクルラインより分岐し、アノード排ガ
   スの一部をカソードガスリサイクルライン又はカソード
   ガス供給ラインに接続された触媒燃焼器に供給してそこ
   で燃焼させてカソードガスとするアノードガス利用ライ
   ンと、上記アノードガスリサイクルラインに接続された
   流量調整弁と、その流量調整弁とアノードガス供給ライ
   ン間に接続され、アノードガスの脈動を防止する整流器
   とを備えたことを特徴とする燃料電池のガスリサイクル
   運転装置。 ２、燃料電池にアノードガス及びカソードガスをそれぞ
   れ供給するアノードおよびカソードガス供給ラインと、
   燃料電池からのアノードおよびカソード排ガスをそれぞ
   れブロワを介して各ガス供給ラインにリサイクルするア
   ノードおよびカソードガスリサイクルラインと、そのア
   ノードガスリサイクルラインより分岐し、アノード排ガ
   スの一部をカソードガスリサイクルライン又はカソード
   ガス供給ラインに接続された触媒燃焼器に供給してそこ
   で燃焼させてカソードガスとするアノードガス利用ライ
   ンと、上記アノードガスリサイクルラインに流量調整弁
   と、その流量調整弁とアノードガス供給ライン間に接続
   され、アノードガス供給ラインからのガスの逆流を防止
   する逆止弁とを備えたことを特徴とする燃料電池のガス
   リサイクル運転装置。