JPH0451465A - 燃料電池発電システム - Google Patents
燃料電池発電システムInfo
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- JPH0451465A JPH0451465A JP2159819A JP15981990A JPH0451465A JP H0451465 A JPH0451465 A JP H0451465A JP 2159819 A JP2159819 A JP 2159819A JP 15981990 A JP15981990 A JP 15981990A JP H0451465 A JPH0451465 A JP H0451465A
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
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】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明はリン酸型燃料電池発電システムの電池特性を向
」ニし、システムのコストダウンをはがり得る燃料電池
発電システムに関するものである。
」ニし、システムのコストダウンをはがり得る燃料電池
発電システムに関するものである。
（従来の技術）
近年、公害要因が少なくエネルギー変換効率が高い発電
装置として、燃料電池の実用化が大きな期待を集めてお
り、官民による燃料電池の開発が協力に推進されてきて
いる。
装置として、燃料電池の実用化が大きな期待を集めてお
り、官民による燃料電池の開発が協力に推進されてきて
いる。
この燃料電池は通常電解質を含浸したマトリックスを挟
んで一対の多孔質電極を配置するとともに、一方の電極
の背面に水素等の燃料を接触させ、また他方の電極の背
面に酸素等の酸化剤を接触させ、このとき起こる電気化
学的反応を利用して上記電極間から電気エネルギーを取
り出すようにしたものである。
んで一対の多孔質電極を配置するとともに、一方の電極
の背面に水素等の燃料を接触させ、また他方の電極の背
面に酸素等の酸化剤を接触させ、このとき起こる電気化
学的反応を利用して上記電極間から電気エネルギーを取
り出すようにしたものである。
この燃料電池においては、前記燃料と酸化剤が供給され
ている限り高い変換効率で電気エネルギーを取り出すこ
とができるものである。
ている限り高い変換効率で電気エネルギーを取り出すこ
とができるものである。
第３図は、水素・酸素型燃料電池プラントのシステム例
を表わした系統図である。燃料電池本体１は燃料極２と
酸素極３とからなる。燃料極２へは燃料として改質水素
４が、酸素極３へは酸化剤として圧縮空気５が導入され
、電気化学反応により電気エネルギーが得られる。
を表わした系統図である。燃料電池本体１は燃料極２と
酸素極３とからなる。燃料極２へは燃料として改質水素
４が、酸素極３へは酸化剤として圧縮空気５が導入され
、電気化学反応により電気エネルギーが得られる。
燃料である改質水素４は、天然ガス６（主成分はメタン
（ＣＨ，））と水蒸気７を改質器８に導入し、下記の化
学反応式Ｏ）で表わされる改質反応を行なうことにより
得られる。
（ＣＨ，））と水蒸気７を改質器８に導入し、下記の化
学反応式Ｏ）で表わされる改質反応を行なうことにより
得られる。
ＣＨ４＋Ｈ２０３Ｈ，＋Ｃ０−４９ｋｃａｌ
（１）改質反応は吸熱反応であり、ニッケル系接触存在
下で約７００〜８００°Ｃにおいて進行する。
（１）改質反応は吸熱反応であり、ニッケル系接触存在
下で約７００〜８００°Ｃにおいて進行する。
改質器８の出口ガスは高温シフｌ−コンバータ９、さら
に低温シフ１−コンバータ１０へ導入され、下記の化学
反応式■で表わされるシフト反応が行なわれる。シフト
反応では改質反応で生成した一酸化炭素（ＣＯ）を水蒸
気７（Ｈ２０）と反応させ、さらに改質水素４を生成す
る。シフＩ〜反応は発熱反応であり、高温シフトコンバ
ータ９では鉄・クロム系触媒の存在下で約３８０〜４１
０℃で、また低温シフトコンバータ１０では銅・亜鉛系
触媒の存在下で約２００〜２５０℃において進行する。
に低温シフ１−コンバータ１０へ導入され、下記の化学
反応式■で表わされるシフト反応が行なわれる。シフト
反応では改質反応で生成した一酸化炭素（ＣＯ）を水蒸
気７（Ｈ２０）と反応させ、さらに改質水素４を生成す
る。シフＩ〜反応は発熱反応であり、高温シフトコンバ
ータ９では鉄・クロム系触媒の存在下で約３８０〜４１
０℃で、また低温シフトコンバータ１０では銅・亜鉛系
触媒の存在下で約２００〜２５０℃において進行する。
ＣＯ＋Ｈ２０Ｈ２＋Ｃ○２＋９．８ ｋｃａＱ
■以上の改質反応及びシフト反応により天然ガス６は
、主に改質水素４及び二酸化炭素（ＣＯ２）となる。
■以上の改質反応及びシフト反応により天然ガス６は
、主に改質水素４及び二酸化炭素（ＣＯ２）となる。
（発明が解決しようとする課題）
しかして、燃料電池実用化の課題には、特性向上、長寿
命化、信頼性向上、コストダウン等がある。コストダウ
ンの方法として、材料・構造・製造方法・生産技術・大
量生産による量産効果及び電池特性の向上が考えられる
。しかしながら、上記の理由により従来の燃料電池にお
いては、コストが高いことが実用化の重要な課題となっ
ていた。
命化、信頼性向上、コストダウン等がある。コストダウ
ンの方法として、材料・構造・製造方法・生産技術・大
量生産による量産効果及び電池特性の向上が考えられる
。しかしながら、上記の理由により従来の燃料電池にお
いては、コストが高いことが実用化の重要な課題となっ
ていた。
本発明の目的は、コストダウンを図った燃料電池発電シ
ステムを提供するものである。
ステムを提供するものである。
（課題を解決するための手段）
本発明の燃料電池発電システムは、空気圧縮機からの出
た圧縮空気に酸素ガスを供給する酸素ガス供給装置系を
設置したことを特徴とするものである。
た圧縮空気に酸素ガスを供給する酸素ガス供給装置系を
設置したことを特徴とするものである。
（作用）
本発明の燃料電池発電システムは、空気圧縮機から出た
圧縮空気に酸素ガスを供給する酸素ガス供給装置系を設
置することにより、カソードへの供給空気中の酸素濃度
を増加させ、電池電圧特性の向上により燃料電池の出力
容量を増加させたものである。
圧縮空気に酸素ガスを供給する酸素ガス供給装置系を設
置することにより、カソードへの供給空気中の酸素濃度
を増加させ、電池電圧特性の向上により燃料電池の出力
容量を増加させたものである。
（実施例）
以下、本発明の実施例を第１図にもとづいて具体的に説
明する。本発明においては第１図に示したように、空気
圧縮４１１１１と酸素極３との間に酸素ガス供給装置系
１２を設置したことを特徴とするものである。
明する。本発明においては第１図に示したように、空気
圧縮４１１１１と酸素極３との間に酸素ガス供給装置系
１２を設置したことを特徴とするものである。
この様な構成を有する本発明の燃料電池発電システムに
おいては、以下の組成を持つ空気に酸素ガスを送込むこ
とにより、酸素濃度を」１昇させることができる。
おいては、以下の組成を持つ空気に酸素ガスを送込むこ
とにより、酸素濃度を」１昇させることができる。
０２２１ ｖｏＱ ％
その他 １
ここで、酸素ガスは９９．９％というような高純度ガス
である必要は無く、８０〜９０％程度のものでかまわな
い。従って、上記酸素ガス供給装置系には、不純物を除
去する精製装置は不要である。
である必要は無く、８０〜９０％程度のものでかまわな
い。従って、上記酸素ガス供給装置系には、不純物を除
去する精製装置は不要である。
次に、酸素極ガス中の酸素ガスの割合い増加による電池
電圧特性の向上について述べる。電池内の酸素分圧ＰＯ
□が、１の状態から２の状態に変化した場合の電池の電
圧変化分ΔｖＯ□は、次の方法で概算することができる
。
電圧特性の向上について述べる。電池内の酸素分圧ＰＯ
□が、１の状態から２の状態に変化した場合の電池の電
圧変化分ΔｖＯ□は、次の方法で概算することができる
。
注：出典 サンエンスフオーラム社出版「燃料電池設計
技術ＪＰ、１５ｇ Ｂｅｎｊａｍｉｎ、 Ｆ、 Ｇ、。
技術ＪＰ、１５ｇ Ｂｅｎｊａｍｉｎ、 Ｆ、 Ｇ、。
Ｃａｍｅｖａ、 Ｅ、 Ｈ，＋
Ｍａｒｊ、ａｎｏｗｓｋｉ、 Ｌ、 Ｇ。
Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ ＦｕｅｌＣｅｌｌ Ｐ
ｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＩＧＴ、１９８０ まず酸素ガス供給装置系１２を設置していない時の電池
内酸素分圧（Ｐｏ□）１は以下の通りとなる。すなわち
、酸素利用率を７０％とすると、前述の様に一 酸素極ガス中の酸素ガス濃度は２１％で、残りの７９％
のガスは反応に関与せずそのままで酸素極出口へ流れて
くる。
ｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＩＧＴ、１９８０ まず酸素ガス供給装置系１２を設置していない時の電池
内酸素分圧（Ｐｏ□）１は以下の通りとなる。すなわち
、酸素利用率を７０％とすると、前述の様に一 酸素極ガス中の酸素ガス濃度は２１％で、残りの７９％
のガスは反応に関与せずそのままで酸素極出口へ流れて
くる。
一方酸素極大口から入った２１％の酸素は、７０％が消
費され残りの３０％が出口へ流れる。従って出口側の酸
素ガス濃度は、 従って酸素ガス供給装置系を設置した場合の電圧上昇は となり、電池全体の平均酸素濃度（Ｐｏ□）、はとなる
。
費され残りの３０％が出口へ流れる。従って出口側の酸
素ガス濃度は、 従って酸素ガス供給装置系を設置した場合の電圧上昇は となり、電池全体の平均酸素濃度（Ｐｏ□）、はとなる
。
酸素ガス供給装置系１２を設置した場合の電池内酸素分
圧（Ｐｏ２）２は以下の通りとなる。すなわち、酸素利
用率を同様に７０％、酸素極ガス中の酸素ガス濃度を１
００ｘ％とすると、出口側の酸素ガス濃度は となり、電池全体の平均酸素濃度（Ｐｏ□）２はとなる
。
圧（Ｐｏ２）２は以下の通りとなる。すなわち、酸素利
用率を同様に７０％、酸素極ガス中の酸素ガス濃度を１
００ｘ％とすると、出口側の酸素ガス濃度は となり、電池全体の平均酸素濃度（Ｐｏ□）２はとなる
。
ここで、第２図はリン酸型燃料電池の単電池特性図であ
る。同一運転条件で、電流密度をＺｏｏ ｍ Ａ ／
ｃｍ ２から３００ ｍ Ａ、 ／ ａｎ ２に上昇す
ると、電池電圧は約４０ｍＶ低下する。ＰｋＷと１．５
倍の１．５ＰｋＷの等出力曲線に示した様に、３００ｍ
Ａ／ｃｍ２における電池電圧が約４０ｍＶ上昇すると、
電池出力は１゜５倍となる。
る。同一運転条件で、電流密度をＺｏｏ ｍ Ａ ／
ｃｍ ２から３００ ｍ Ａ、 ／ ａｎ ２に上昇す
ると、電池電圧は約４０ｍＶ低下する。ＰｋＷと１．５
倍の１．５ＰｋＷの等出力曲線に示した様に、３００ｍ
Ａ／ｃｍ２における電池電圧が約４０ｍＶ上昇すると、
電池出力は１゜５倍となる。
約４．０ｍＶ電圧上昇させるために必要な酸素極ガス中
の酸素濃度は、 、’−ｘ ＝０．３ ’、・工≦１すな
わち酸素極ガス中酸素ガス濃度は約３０％である。従っ
て例えば純酸素の場合は、以下の様に圧縮機からの供給
空気流量に対して約１３％流量の純酸素を送り込めば良
いことになる。
の酸素濃度は、 、’−ｘ ＝０．３ ’、・工≦１すな
わち酸素極ガス中酸素ガス濃度は約３０％である。従っ
て例えば純酸素の場合は、以下の様に圧縮機からの供給
空気流量に対して約１３％流量の純酸素を送り込めば良
いことになる。
、“、 ｙ ＝０．１３
（注） 第２図の出典は以下の通り。
Ｆｊ、ｃｋｅｔｔ、 Ａ、Ｐ、 ： Ｐｒｏｃｅｅｄｉ
ｎｇ ｏｆ ｔｈｅＳｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｄｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄＰｒｏｃｅ
ｓｓｅｓ ｆｏｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏ
ｎ ａｎｄＳｔｏｒａｇｅ（Ｍｃｉｎｔｙｒｅ、 Ｊ、
Ｄ、Ｅ、 ｅｔ ａｌ、 ｅｄｓ、）。
ｎｇ ｏｆ ｔｈｅＳｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｄｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄＰｒｏｃｅ
ｓｓｅｓ ｆｏｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏ
ｎ ａｎｄＳｔｏｒａｇｅ（Ｍｃｉｎｔｙｒｅ、 Ｊ、
Ｄ、Ｅ、 ｅｔ ａｌ、 ｅｄｓ、）。
Ｔｈｅ Ｅｌｅｅｔｒｏｃｈｅｍ、 Ｓｏｃ、、 Ｐｒ
１ｎｃｅｔｏｎ、 ＮａｗＪｅｒｓｅｙ、 ７７−６、
５４６．１９７７゜前述のように、酸素ガス供給装置系
１２を設置し酸素極ガス中の酸素ガス濃度を上昇するこ
とにより、例えば電池電圧は約４０ｍＶ上昇した場合、
約３００ ｍ Ａ ／ ｃｍ ２ の電流密度でも同じ
電圧で運転可能となる。従って、燃料電池の出力容量は
約５０％増加する。
１ｎｃｅｔｏｎ、 ＮａｗＪｅｒｓｅｙ、 ７７−６、
５４６．１９７７゜前述のように、酸素ガス供給装置系
１２を設置し酸素極ガス中の酸素ガス濃度を上昇するこ
とにより、例えば電池電圧は約４０ｍＶ上昇した場合、
約３００ ｍ Ａ ／ ｃｍ ２ の電流密度でも同じ
電圧で運転可能となる。従って、燃料電池の出力容量は
約５０％増加する。
これにより、同一出力の燃料電池発電プラントに必要な
燃料電池の本数は、約２／３減少する。
燃料電池の本数は、約２／３減少する。
燃料電池発電プラントコストにおける燃料電池コス１〜
の比率は約４５％であるから、燃料電池数を約２／３に
減少する事により燃料電池発電プラントコストを、約１
５％減少させることが可能である。
の比率は約４５％であるから、燃料電池数を約２／３に
減少する事により燃料電池発電プラントコストを、約１
５％減少させることが可能である。
以」二は、燃料電池出力容量を５０％増加させる場合で
あるが、燃料電池プラント容量に対する酸素ガス供給装
置の設計容量、酸素濃度仕様を変えることにより出力容
量を選択する事が可能である。
あるが、燃料電池プラント容量に対する酸素ガス供給装
置の設計容量、酸素濃度仕様を変えることにより出力容
量を選択する事が可能である。
また既存プラントの余剰酸素を有効利用する場合は、余
剰量に合わせて燃料電池プラント容量及び酸素ガス供給
装置仕様を選択することになる。
剰量に合わせて燃料電池プラント容量及び酸素ガス供給
装置仕様を選択することになる。
以上述べた様に本発明によれば、空気圧縮機と酸素極と
の間に酸素ガスを送り込むことにより、酸素極に空気よ
りも高濃度の酸素ガス供給が可能となり、電池特性が向
上し、それにより同一の燃料電池の出力容量を増加させ
ることが可能である。
の間に酸素ガスを送り込むことにより、酸素極に空気よ
りも高濃度の酸素ガス供給が可能となり、電池特性が向
上し、それにより同一の燃料電池の出力容量を増加させ
ることが可能である。
これにより同一出力の燃料電池発電プラントに必要な燃
料電池の数は減少し、プラントコストをコストダウンす
る事が可能となる。
料電池の数は減少し、プラントコストをコストダウンす
る事が可能となる。
第１図は本発明すこよる燃料電池発電システムの一実施
例を示す系統図、第２図はＵＴ社リン酸型燃料電池の単
電池特性図、第３図は従来の燃料電池発電システムの系
統図である。 １・・・燃料電池本体 ２・・・燃料極３・・
酸素極 ４・・改質水素５・・・圧縮空
気 ６・・・天然ガス７・・・水蒸気
８・・・改質器９・・・高温シフトコンバ
ータ １０・・・低温シフトコンバータ １１・・・空気圧縮機 １２・・・酸素ガス供給装置系 代理人 弁理士 則 近 憲 佑
例を示す系統図、第２図はＵＴ社リン酸型燃料電池の単
電池特性図、第３図は従来の燃料電池発電システムの系
統図である。 １・・・燃料電池本体 ２・・・燃料極３・・
酸素極 ４・・改質水素５・・・圧縮空
気 ６・・・天然ガス７・・・水蒸気
８・・・改質器９・・・高温シフトコンバ
ータ １０・・・低温シフトコンバータ １１・・・空気圧縮機 １２・・・酸素ガス供給装置系 代理人 弁理士 則 近 憲 佑
Claims (1)
- 圧縮空気が導入される酸素極と、天然ガスと水蒸気とを
改質器に導いて得られた出口ガスを高温シフトコンバー
タおよび低温シフトコンバータへ導入されて得られた改
質水素が供給される燃料極とを有する燃料電池本体を具
備し、前記燃料電池本体の酸素極と空気圧縮機との間に
その空気圧縮機から出た圧縮空気に酸素ガスを供給する
酸素ガス供給装置系を設けたことを特徴とする燃料電池
発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2159819A JPH0451465A (ja) | 1990-06-20 | 1990-06-20 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2159819A JPH0451465A (ja) | 1990-06-20 | 1990-06-20 | 燃料電池発電システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0451465A true JPH0451465A (ja) | 1992-02-19 |
Family
ID=15701944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2159819A Pending JPH0451465A (ja) | 1990-06-20 | 1990-06-20 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0451465A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5856375U (ja) * | 1981-10-08 | 1983-04-16 | 吉本 博光 | カセツトテ−プ収納ケ−ス |
| JPS5939181U (ja) * | 1982-08-12 | 1984-03-13 | 日立工機株式会社 | ベルクランクの軸支持装置 |
-
1990
- 1990-06-20 JP JP2159819A patent/JPH0451465A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5856375U (ja) * | 1981-10-08 | 1983-04-16 | 吉本 博光 | カセツトテ−プ収納ケ−ス |
| JPS5939181U (ja) * | 1982-08-12 | 1984-03-13 | 日立工機株式会社 | ベルクランクの軸支持装置 |
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