JPH0286069A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JPH0286069A JPH0286069A JP63183147A JP18314788A JPH0286069A JP H0286069 A JPH0286069 A JP H0286069A JP 63183147 A JP63183147 A JP 63183147A JP 18314788 A JP18314788 A JP 18314788A JP H0286069 A JPH0286069 A JP H0286069A
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- 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
-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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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。
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〕
この発明は負荷の瞬時の増減に追随して運転可能な燃料
電池発電装置に関する。
電池発電装置に関する。
（従来の技術〕
燃料電池を含む発電装置を、第３図に示す系統図で説明
する。水素リッチな燃料ガスが燃料電池２００の燃料油
２ａに、酸化剤としての空気が前記燃料電池２００の空
気橿２ｂに供給され、電解質のマトリックスを介して電
気化学反応を起こして直流電圧を発電する燃料電池２０
０を含む発電装置は次に説明する３つの主要部分で構成
されている。すなわち、第１の反応ガス供給系１００お
よび３００と前記燃料電池２００と燃料電池２００から
の直流電気出力を外部負荷に応じた形に変換する電力変
換系４００とである。
する。水素リッチな燃料ガスが燃料電池２００の燃料油
２ａに、酸化剤としての空気が前記燃料電池２００の空
気橿２ｂに供給され、電解質のマトリックスを介して電
気化学反応を起こして直流電圧を発電する燃料電池２０
０を含む発電装置は次に説明する３つの主要部分で構成
されている。すなわち、第１の反応ガス供給系１００お
よび３００と前記燃料電池２００と燃料電池２００から
の直流電気出力を外部負荷に応じた形に変換する電力変
換系４００とである。
第１の反応ガス供給系は、燃料ガス生成系１００と酸化
剤としての空気を燃料電池２００に供給するプロワから
なる空気系３００とからなりたっている。
剤としての空気を燃料電池２００に供給するプロワから
なる空気系３００とからなりたっている。
燃料ガス生成系１００は、化石原料や炭化水素系原料を
水素リッチな燃料ガスに改質する改質器１と、この改質
器に前記原料を送る原料供給器７と、改質器ｌのバーナ
ｌａに燃焼用燃料を送る補助燃料供給器８と、改質器１
のバーナ１ａに空気を送るバーナ用空気ブロワ９とより
なっている。改質器１は化石原料や炭化水素系原料をバ
ーナ１ａで加熱される気化管１ｂによって気化し、その
ガスを改質管１ｃで水素リッチな燃料ガスに改質する。
水素リッチな燃料ガスに改質する改質器１と、この改質
器に前記原料を送る原料供給器７と、改質器ｌのバーナ
ｌａに燃焼用燃料を送る補助燃料供給器８と、改質器１
のバーナ１ａに空気を送るバーナ用空気ブロワ９とより
なっている。改質器１は化石原料や炭化水素系原料をバ
ーナ１ａで加熱される気化管１ｂによって気化し、その
ガスを改質管１ｃで水素リッチな燃料ガスに改質する。
原料供給器７は原料タンク７ａと、原料供給ポンプ７ｂ
と、原料供給制御弁７ｃとでなりたっている。補助燃料
供給器８は発電装置の始動時や負荷急増時に改質器１の
バーナ１ａに補助的に燃料を供給するもので、補助燃料
タンク８ａと、補助燃料供給ポンプ８ｂと、補助燃料供
給制御弁８Ｃとでなりたっている。なお改質器１のバー
ナｌａは、常時は燃料電池２００から排出される排ガス
を燃料として使用している。
と、原料供給制御弁７ｃとでなりたっている。補助燃料
供給器８は発電装置の始動時や負荷急増時に改質器１の
バーナ１ａに補助的に燃料を供給するもので、補助燃料
タンク８ａと、補助燃料供給ポンプ８ｂと、補助燃料供
給制御弁８Ｃとでなりたっている。なお改質器１のバー
ナｌａは、常時は燃料電池２００から排出される排ガス
を燃料として使用している。
第５Ｖ１は燃料電池２００の内部構造を斜視図で説明し
たもので、単位電池を積層して組立てられているスタッ
クの側面には、前記燃料ガス生成系１００より供給され
る燃料ガスを燃料電池２００の燃料電極に配分する燃料
ガス入口側マニホールドと、この燃料電極にて発電に供
されたあとのガスを集めて排気する燃料ガス出口側マニ
ホールドと、前記の空気系３００より反応空気の供給を
うけて燃料電池２００の空気電極にこの空気を配分する
反応空気入口側マニホールドと、空気電極にて発電に供
されたあとの反応空気を集めて排気する反応空気出口側
マニホールドとで構成されている。すなわち燃料電池で
発電に寄与しているスタックは前述の如き各種のマニホ
ールドによって反応ガスの供給と排気が行われている。
たもので、単位電池を積層して組立てられているスタッ
クの側面には、前記燃料ガス生成系１００より供給され
る燃料ガスを燃料電池２００の燃料電極に配分する燃料
ガス入口側マニホールドと、この燃料電極にて発電に供
されたあとのガスを集めて排気する燃料ガス出口側マニ
ホールドと、前記の空気系３００より反応空気の供給を
うけて燃料電池２００の空気電極にこの空気を配分する
反応空気入口側マニホールドと、空気電極にて発電に供
されたあとの反応空気を集めて排気する反応空気出口側
マニホールドとで構成されている。すなわち燃料電池で
発電に寄与しているスタックは前述の如き各種のマニホ
ールドによって反応ガスの供給と排気が行われている。
前述した燃料電池発電装置を運転する場合、負荷の変動
があると、ひんばんに負荷上昇・降下を行うことが要求
される。この負荷上昇の際は、外部から負荷上昇指令が
出て、電力変換系４００はミリ秒以下の時間的な速さで
応答可能であるが、第１の反応ガス供給系即ち燃料ガス
生成系１００と空気系３００とは前記電力変換系４００
よりも応答が遅い、それは燃料ガス生成系１００では応
答プロセスにおいて、改質量増加（改質反応の増加）と
いった化学反応を含んでいること、空気系３００を含め
、配管中でのガスの移動という物質移動の過程を含んで
いることなどがその理由である。
があると、ひんばんに負荷上昇・降下を行うことが要求
される。この負荷上昇の際は、外部から負荷上昇指令が
出て、電力変換系４００はミリ秒以下の時間的な速さで
応答可能であるが、第１の反応ガス供給系即ち燃料ガス
生成系１００と空気系３００とは前記電力変換系４００
よりも応答が遅い、それは燃料ガス生成系１００では応
答プロセスにおいて、改質量増加（改質反応の増加）と
いった化学反応を含んでいること、空気系３００を含め
、配管中でのガスの移動という物質移動の過程を含んで
いることなどがその理由である。
この場合、第４図の特性線図に示すように燃料電池２０
０は負荷上昇の過程において、反応ガス供給不足の状態
になる。燃料電池２００が反応ガス供給不足状態になる
ど、単位電池（以下セルともいう）が複数個積層されて
いる上下方向で、反応ガス等配が阻害されて、セル間で
反応ガスの過不足が生じて、反応ガスがゆきわたるセル
と反応ガスが不足するセルが出現する０反応ガスが不足
するセルでは発生電圧が大幅に低下して、著しい場合に
はセルの電圧がマイナスになることがある。セル電圧が
マイナスになった場合は反応ガスがゆきわたっているセ
ルからマイナスのセルに電流が流れ込み、電解質で電気
分解が生じてセルを損傷して発電不能に陥るといったこ
とが問題になる。燃料電池はセルを多数直列に積層した
構造をとっているため、１つのセルでも発電不能になる
と燃料電池全体が発電不能となる。
０は負荷上昇の過程において、反応ガス供給不足の状態
になる。燃料電池２００が反応ガス供給不足状態になる
ど、単位電池（以下セルともいう）が複数個積層されて
いる上下方向で、反応ガス等配が阻害されて、セル間で
反応ガスの過不足が生じて、反応ガスがゆきわたるセル
と反応ガスが不足するセルが出現する０反応ガスが不足
するセルでは発生電圧が大幅に低下して、著しい場合に
はセルの電圧がマイナスになることがある。セル電圧が
マイナスになった場合は反応ガスがゆきわたっているセ
ルからマイナスのセルに電流が流れ込み、電解質で電気
分解が生じてセルを損傷して発電不能に陥るといったこ
とが問題になる。燃料電池はセルを多数直列に積層した
構造をとっているため、１つのセルでも発電不能になる
と燃料電池全体が発電不能となる。
この発明は前述のような点に濫み、負荷上昇時に燃料電
池に生じる反応ガス供給不足状態を防止して、燃料電池
の安定した運転を継続する燃料電池発電装置を提供する
ことを目的とする。
池に生じる反応ガス供給不足状態を防止して、燃料電池
の安定した運転を継続する燃料電池発電装置を提供する
ことを目的とする。
上記課題を解決するために、この発明によれば、燃料ガ
ス生成系と空気系とよりなる第１の反応ガス供給系から
供給される反応ガスにより燃料電池で発電した電力が、
電力変換系から負荷に給電されている燃料電池発電装置
において、構成そのｌでは水素ガスタンクと１空気タン
クと１ これらのタンクの各々に接続された圧力調整器
及び制御弁とからなる第２の反応ガス供給系を設けるも
のとし、構成その２では水素ガスタンクと、空気タンク
と、これらのタンクの各々に接続された圧力調整器と、
これらの圧力調整器の各々に接続され、前記燃料電池に
具備された反応ガス用マニホールドに設けられた検出器
により制御される１１１１１１弁とからなる第２の反応
ガス供給系を設けるものとする。
ス生成系と空気系とよりなる第１の反応ガス供給系から
供給される反応ガスにより燃料電池で発電した電力が、
電力変換系から負荷に給電されている燃料電池発電装置
において、構成そのｌでは水素ガスタンクと１空気タン
クと１ これらのタンクの各々に接続された圧力調整器
及び制御弁とからなる第２の反応ガス供給系を設けるも
のとし、構成その２では水素ガスタンクと、空気タンク
と、これらのタンクの各々に接続された圧力調整器と、
これらの圧力調整器の各々に接続され、前記燃料電池に
具備された反応ガス用マニホールドに設けられた検出器
により制御される１１１１１１弁とからなる第２の反応
ガス供給系を設けるものとする。
この発明の構成においては、燃料電池の燃料極には、第
２の反応ガス供給系を形成している水素ガスタンクより
水素ガスが圧力調整弁、制御弁を介して直接供給され、
また前記燃料電池の空気極には、同じく第２の反応ガス
供給系を形成している空気タンクより空気が圧力調整弁
、制御弁を介して直接供給されるようになっている。そ
こで負荷が急激に上昇して燃料電池内で反応ガス供給不
足状態が生じそうになると、前記制御弁が動作して第２
の反応ガス供給系より水素ガスと空気がそれぞれ燃料電
池に供給されて、時間遅れて第１の反応ガス供給系より
の反応ガスの供給が増加するまでの間臨時に代役をつと
め、燃料電池の反応ガス供給不足状態が起こるのを防止
する。
２の反応ガス供給系を形成している水素ガスタンクより
水素ガスが圧力調整弁、制御弁を介して直接供給され、
また前記燃料電池の空気極には、同じく第２の反応ガス
供給系を形成している空気タンクより空気が圧力調整弁
、制御弁を介して直接供給されるようになっている。そ
こで負荷が急激に上昇して燃料電池内で反応ガス供給不
足状態が生じそうになると、前記制御弁が動作して第２
の反応ガス供給系より水素ガスと空気がそれぞれ燃料電
池に供給されて、時間遅れて第１の反応ガス供給系より
の反応ガスの供給が増加するまでの間臨時に代役をつと
め、燃料電池の反応ガス供給不足状態が起こるのを防止
する。
前記制御弁を動作させる構成としては、前述の負荷急上
昇の際に燃料電池に具備されたマニホールド内の圧力が
低下すること、あるいは燃料電池の反応ガス入口側と出
口側のマニホールド内の圧力差が低下すること、そして
また前記マニホールドの出口側で反応ガスの濃度が低下
することに着目して、前記マニホールドに検出器を設は
上記の圧力あるいは圧力差そしてまた反応ガスの濃度を
検出してこれによって発せられた信号により制御弁を開
き、第２の反応ガス供給系を形成している水素ガスタン
クより水素ガスが圧力調整弁を介して直接供給され、ま
た前記燃料電池の空気極には、同じく第２の反応ガス供
給系を形成している空気タンクより空気が圧力調整弁を
介して直接供給される。
昇の際に燃料電池に具備されたマニホールド内の圧力が
低下すること、あるいは燃料電池の反応ガス入口側と出
口側のマニホールド内の圧力差が低下すること、そして
また前記マニホールドの出口側で反応ガスの濃度が低下
することに着目して、前記マニホールドに検出器を設は
上記の圧力あるいは圧力差そしてまた反応ガスの濃度を
検出してこれによって発せられた信号により制御弁を開
き、第２の反応ガス供給系を形成している水素ガスタン
クより水素ガスが圧力調整弁を介して直接供給され、ま
た前記燃料電池の空気極には、同じく第２の反応ガス供
給系を形成している空気タンクより空気が圧力調整弁を
介して直接供給される。
以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例による系統図で、第３図に記載したのと
同じ機能を有する部位には同じ符号が付してあり説明は
省く。
の発明の実施例による系統図で、第３図に記載したのと
同じ機能を有する部位には同じ符号が付してあり説明は
省く。
第１図には第２の反応ガス供給系５００が示され、これ
には燃料電池２００の燃料極２ａに水素ガスを直接供給
すべく水素ガスタンク３１と圧力調整器３３と制御弁３
５とが設けられ、また燃料電池２００の空気極２ｂに空
気を直接供給すべく空気タンク３０と圧力調整器３２と
制御弁３４とが設けられている。
には燃料電池２００の燃料極２ａに水素ガスを直接供給
すべく水素ガスタンク３１と圧力調整器３３と制御弁３
５とが設けられ、また燃料電池２００の空気極２ｂに空
気を直接供給すべく空気タンク３０と圧力調整器３２と
制御弁３４とが設けられている。
これらの第２の反応ガス供給系５００は、燃料電るいは
反応ガス入口側と出口側のマニホールド内の圧力差や、
そしてまたマニホールドの出口側での反応ガスの濃度を
検出して、燃料電池２００の負荷が急激な増加をして通
常と異なった場合にすみやかに負荷急増指令を発して前
記制御弁３４と３５を開き、時間遅れなく燃料電池２０
０に反応ガスを供給し、第１の反応ガス供給系１００で
つくられる改質された燃料ガスや空気プロワ３００から
の空気が負荷上昇指令により暫時増加して所定の値にな
るまで臨時に反応ガスを燃料電池２００に供給しつづけ
る。
反応ガス入口側と出口側のマニホールド内の圧力差や、
そしてまたマニホールドの出口側での反応ガスの濃度を
検出して、燃料電池２００の負荷が急激な増加をして通
常と異なった場合にすみやかに負荷急増指令を発して前
記制御弁３４と３５を開き、時間遅れなく燃料電池２０
０に反応ガスを供給し、第１の反応ガス供給系１００で
つくられる改質された燃料ガスや空気プロワ３００から
の空気が負荷上昇指令により暫時増加して所定の値にな
るまで臨時に反応ガスを燃料電池２００に供給しつづけ
る。
第２図は本発明による実施例を示す特性線図で、負荷が
急増した場合、第１の反応ガス供給系からのガス供給は
時間的に遅れて所定の値になり、第２の反応ガス供給系
からのガス供給は時間的に遅れることなくただちに所定
値の反応ガスを燃料電池に供給し、第１の反応ガス供給
系からの反応ガスの増加にともなって暫時第２の反応ガ
ス供給系からのガス供給をしぼってゆき、第１の反応ガ
ス供給系よりの反応ガスが所定値に達すると、第２の反
応ガス供給系よりは反応ガスの供給を停止する状態をグ
ラフにて表わしている。
急増した場合、第１の反応ガス供給系からのガス供給は
時間的に遅れて所定の値になり、第２の反応ガス供給系
からのガス供給は時間的に遅れることなくただちに所定
値の反応ガスを燃料電池に供給し、第１の反応ガス供給
系からの反応ガスの増加にともなって暫時第２の反応ガ
ス供給系からのガス供給をしぼってゆき、第１の反応ガ
ス供給系よりの反応ガスが所定値に達すると、第２の反
応ガス供給系よりは反応ガスの供給を停止する状態をグ
ラフにて表わしている。
さきに説明した実施例では第２の反応ガス供給系で使用
するガスは水素ガスと空気と説明したが、りん酸型燃料
電池発電装置においては水素ガスタンクの代わりに改質
ガスの水素濃度以上の濃度の水素と不活性ガスの混合ガ
スを入れたタンクでも、また空気タンクの代わりに空気
の酸素ガス濃度以上の酸素と不活性ガスとの混合ガスを
入れたタンクや酸素ガスタンクでも同様の働きをするこ
とができる。
するガスは水素ガスと空気と説明したが、りん酸型燃料
電池発電装置においては水素ガスタンクの代わりに改質
ガスの水素濃度以上の濃度の水素と不活性ガスの混合ガ
スを入れたタンクでも、また空気タンクの代わりに空気
の酸素ガス濃度以上の酸素と不活性ガスとの混合ガスを
入れたタンクや酸素ガスタンクでも同様の働きをするこ
とができる。
この発明は前述のように、負荷の急激な増加を燃料電池
に具備したマニホールド内の反応ガスの状態で検出して
、いちはやく反応ガスの供給が可能な第２の反応ガス供
給系を設けることによって、燃料電池が負荷の急増に追
随した出力を発電することが可能となる。また燃料電池
を形成する単位電池に反応ガス供給不足状態よりもたら
される大幅な電圧の低下や発電不能を防止することがで
きる。その他に、燃料電池発電装置の運転中に何らかの
原因によって第１の反応ガス供給系が故障停止するか能
力低下した場合に、短時間ではあるが、第２の反応ガス
供給系より反応ガスを燃料電池に供給して運転継続でき
るという利点もある。
に具備したマニホールド内の反応ガスの状態で検出して
、いちはやく反応ガスの供給が可能な第２の反応ガス供
給系を設けることによって、燃料電池が負荷の急増に追
随した出力を発電することが可能となる。また燃料電池
を形成する単位電池に反応ガス供給不足状態よりもたら
される大幅な電圧の低下や発電不能を防止することがで
きる。その他に、燃料電池発電装置の運転中に何らかの
原因によって第１の反応ガス供給系が故障停止するか能
力低下した場合に、短時間ではあるが、第２の反応ガス
供給系より反応ガスを燃料電池に供給して運転継続でき
るという利点もある。
第１図はこの発明の実施例による系統図、第２図はこの
発明の実施例による運転例を示す特性線図、第３図は従
来例による系統図、第４図は従来例による運転例を示す
特性線図、第５図は燃料電池の構造を説明する斜視図で
ある。 １００ ：第１の反応ガス供給系を構成する燃料ガス生
成系、２００：燃料電池、３００：第１の反応ガス供給
系を構成する空気系、４００：電力変換系、５００：第
２の反応ガス供給系、３０：空気タンク、３１：水素ガ
スタンク、３２，３３ ：圧力調整弁、３４゜第２図 第４図 第５図
発明の実施例による運転例を示す特性線図、第３図は従
来例による系統図、第４図は従来例による運転例を示す
特性線図、第５図は燃料電池の構造を説明する斜視図で
ある。 １００ ：第１の反応ガス供給系を構成する燃料ガス生
成系、２００：燃料電池、３００：第１の反応ガス供給
系を構成する空気系、４００：電力変換系、５００：第
２の反応ガス供給系、３０：空気タンク、３１：水素ガ
スタンク、３２，３３ ：圧力調整弁、３４゜第２図 第４図 第５図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）燃料ガス生成系と空気系とよりなる第１の反応ガス
供給系から供給される反応ガスにより燃料電池で発電し
た電力が、電力変換系から負荷に給電されている燃料電
池発電装置において、水素ガスタンクと、空気タンクと
、これらのタンクの各々に接続された圧力調整器及び制
御弁とからなる第２の反応ガス供給系を設けることを特
徴とする燃料電池発電装置。 ２）燃料ガス生成系と空気系とよりなる第１の反応ガス
供給系から供給される反応ガスにより燃料電池で発電し
た電力が、電力変換系から負荷に給電されている燃料電
池発電装置において、水素ガスタンクと、空気タンクと
、これらのタンクの各々に接続された圧力調整器と、こ
れらの圧力調整器の各々に接続され、前記燃料電池に具
備された反応ガス用マニホールドに設けられた検出器に
より制御される制御弁とからなる第２の反応ガス供給系
を設けることを特徴とする燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63183147A JPH0286069A (ja) | 1988-06-16 | 1988-07-22 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63-148983 | 1988-06-16 | ||
| JP14898388 | 1988-06-16 | ||
| JP63183147A JPH0286069A (ja) | 1988-06-16 | 1988-07-22 | 燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0286069A true JPH0286069A (ja) | 1990-03-27 |
Family
ID=26479006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63183147A Pending JPH0286069A (ja) | 1988-06-16 | 1988-07-22 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0286069A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0948069A2 (en) * | 1998-02-10 | 1999-10-06 | General Motors Corporation | Fuel cell flooding detection and correction |
| KR100448692B1 (ko) * | 2002-03-12 | 2004-09-16 | 주식회사 엘지이아이 | 연료전지 시스템의 연료 공급 장치 |
-
1988
- 1988-07-22 JP JP63183147A patent/JPH0286069A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0948069A2 (en) * | 1998-02-10 | 1999-10-06 | General Motors Corporation | Fuel cell flooding detection and correction |
| US6103409A (en) * | 1998-02-10 | 2000-08-15 | General Motors Corporation | Fuel cell flooding detection and correction |
| EP0948069A3 (en) * | 1998-02-10 | 2001-04-18 | General Motors Corporation | Fuel cell flooding detection and correction |
| KR100448692B1 (ko) * | 2002-03-12 | 2004-09-16 | 주식회사 엘지이아이 | 연료전지 시스템의 연료 공급 장치 |
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