JPH06101343B2 - 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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- JPH06101343B2 JPH06101343B2 JP60128162A JP12816285A JPH06101343B2 JP H06101343 B2 JPH06101343 B2 JP H06101343B2 JP 60128162 A JP60128162 A JP 60128162A JP 12816285 A JP12816285 A JP 12816285A JP H06101343 B2 JPH06101343 B2 JP H06101343B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は燃料電池発電システムの改良に関するものであ
る。
る。
従来一般に採用されているこの種燃料電池発電システム
は、第４図に示すように発電母体1bが圧力容器1a内に収
納された燃料電池１があり、この燃料電池に、水素を主
成分とした燃料Ｆと、酸素を含む酸化剤Ａが供給され、
両者が燃料電池内で電気化学的に反応し、発電するよう
に形成されている。この場合酸化剤Ａは酸化剤供給系、
すなわち流量調節弁２を介して燃料電池の電極、すなわ
ちカソード３に供給され、そして酸化剤排出系、すなわ
ち差圧調節弁４を介してリホーマ燃焼部（図示せず）へ
送られる。又燃料Ｆは、燃料供給系、すなわち流量調節
弁５を介して燃料電池のアノード６へ供給され、燃料排
出系、すなわち差圧調節弁７を介してリホーマ燃焼部へ
送られる。
は、第４図に示すように発電母体1bが圧力容器1a内に収
納された燃料電池１があり、この燃料電池に、水素を主
成分とした燃料Ｆと、酸素を含む酸化剤Ａが供給され、
両者が燃料電池内で電気化学的に反応し、発電するよう
に形成されている。この場合酸化剤Ａは酸化剤供給系、
すなわち流量調節弁２を介して燃料電池の電極、すなわ
ちカソード３に供給され、そして酸化剤排出系、すなわ
ち差圧調節弁４を介してリホーマ燃焼部（図示せず）へ
送られる。又燃料Ｆは、燃料供給系、すなわち流量調節
弁５を介して燃料電池のアノード６へ供給され、燃料排
出系、すなわち差圧調節弁７を介してリホーマ燃焼部へ
送られる。
このように形成された燃料電池発電システムで、燃料Ｆ
及び酸化剤Ａの供給が行なわれると、カソード３とアノ
ード６との間には差圧が生ずるので、電池性能の関係か
らその差圧を制御する必要がある。
及び酸化剤Ａの供給が行なわれると、カソード３とアノ
ード６との間には差圧が生ずるので、電池性能の関係か
らその差圧を制御する必要がある。
このカソード・アノード間差圧制御方式としては、例え
ば特開昭58−164158号公報にも示されているが、アノー
ド及びカソード出口側に、各各差圧調節弁4,7を設け燃
料電池の圧力容器内圧力をベース圧としてカソード圧力
を調節し、さらにそのカソード圧力をベースとしアノー
ド圧力を調節する方法（以下２弁方式と呼ぶ）が一般に
採用されている。
ば特開昭58−164158号公報にも示されているが、アノー
ド及びカソード出口側に、各各差圧調節弁4,7を設け燃
料電池の圧力容器内圧力をベース圧としてカソード圧力
を調節し、さらにそのカソード圧力をベースとしアノー
ド圧力を調節する方法（以下２弁方式と呼ぶ）が一般に
採用されている。
この２弁方式では、浮動するカソード圧力をベースにア
ノード圧力を調節する為、相方の差圧調節弁が干渉し、
ハンチング現象が生じ、アノード・カソード間差圧が規
定値（数百mmAq）を超える可能性が大であつた。
ノード圧力を調節する為、相方の差圧調節弁が干渉し、
ハンチング現象が生じ、アノード・カソード間差圧が規
定値（数百mmAq）を超える可能性が大であつた。
すなわち第４図に基づきもう少し詳しく説明すると、カ
ソード及びアノード出口側に設けられた差圧調節弁４及
び７は、それぞれ圧力容器・カソード間差圧検出器11、
カソード・アノード間差圧検出器12により検出された差
圧を規定値内に抑制すべく動作する。
ソード及びアノード出口側に設けられた差圧調節弁４及
び７は、それぞれ圧力容器・カソード間差圧検出器11、
カソード・アノード間差圧検出器12により検出された差
圧を規定値内に抑制すべく動作する。
他方、圧力容器の圧力は、圧力容器の出口圧力調節弁８
により一定圧力制御されている。
により一定圧力制御されている。
この構成において、アノード，カソードの供給ガス流量
を変化させると、その後流側に設けた配管等の圧損（9,
10で示す）が変化する。これは圧力損失が次式で表わさ
れ、流量に比例する為である。
を変化させると、その後流側に設けた配管等の圧損（9,
10で示す）が変化する。これは圧力損失が次式で表わさ
れ、流量に比例する為である。
ΔＰ＝kFn ΔP:圧力損失 k:配管等特有の係数 F:流量 n:配管等特有の乗数 そこで、具体的検討を進める為、この方式による差圧制
御シミユレーシヨンを行つた結果が第５図に示されてい
る。本図は燃料電池の負荷を急速に遮断した場合の結果
である。
御シミユレーシヨンを行つた結果が第５図に示されてい
る。本図は燃料電池の負荷を急速に遮断した場合の結果
である。
急速に負荷を絞る即ち、燃料電池入口ガス流量を絞り込
むことによりカソード圧力が低下する。この場合、容器
圧力は一定になる様に容器圧力調節弁８により制御され
ている為、相対的に容器圧力がカソード圧力より高くな
り、カソード差圧調節弁４は応答遅れ時間t1後より、容
器・カソード間差圧を規定値以内に抑えるべく閉方向へ
動作しカソード圧力を高め様とする。一方、アノードも
燃料流量を絞り込むことにより、カソード同様、圧力が
低下し、時刻t1付近まではカソード・アノード間差圧は
規定値以内に納まるが、その後カソード圧力が急激に増
加するため、アノード差圧調節弁７はその圧力変化速度
に追従出来ずカソード・アノード間差圧が規定値を超え
てしまう現象が発生する。
むことによりカソード圧力が低下する。この場合、容器
圧力は一定になる様に容器圧力調節弁８により制御され
ている為、相対的に容器圧力がカソード圧力より高くな
り、カソード差圧調節弁４は応答遅れ時間t1後より、容
器・カソード間差圧を規定値以内に抑えるべく閉方向へ
動作しカソード圧力を高め様とする。一方、アノードも
燃料流量を絞り込むことにより、カソード同様、圧力が
低下し、時刻t1付近まではカソード・アノード間差圧は
規定値以内に納まるが、その後カソード圧力が急激に増
加するため、アノード差圧調節弁７はその圧力変化速度
に追従出来ずカソード・アノード間差圧が規定値を超え
てしまう現象が発生する。
即ち２弁方式では、カソード圧力が大きく変化するた
め、その圧力変化に追従しようとして、アノード差圧調
節弁７が開閉動作を繰り返し、結果として安定する時刻
T2までの時間が長くなつてしまう。又、その間の、カソ
ード差圧調節弁４及びアノード差圧調節弁７の相互干渉
によるハンチング事象に対する配慮がなされていなかつ
た。
め、その圧力変化に追従しようとして、アノード差圧調
節弁７が開閉動作を繰り返し、結果として安定する時刻
T2までの時間が長くなつてしまう。又、その間の、カソ
ード差圧調節弁４及びアノード差圧調節弁７の相互干渉
によるハンチング事象に対する配慮がなされていなかつ
た。
本発明はこれに鑑みなされたもので、その目的とすると
ころは、ハンチング現象を生ずることなく供給ガス流量
変更時に発生するアノード・カソード間差圧、およびカ
ソード・圧力容器間の差圧を低減することのできるこの
種燃料電池発電システムを提供するにある。
ころは、ハンチング現象を生ずることなく供給ガス流量
変更時に発生するアノード・カソード間差圧、およびカ
ソード・圧力容器間の差圧を低減することのできるこの
種燃料電池発電システムを提供するにある。
すなわち本発明は、酸化剤排出系に外部よりガスを供給
するガス供給手段と、酸化剤排出系と不活性ガス排出系
とを結ぶ連結手段と、酸化剤供給系側の酸化剤流量変化
時に、カソード圧力を一定にするようにガスを供給し、
酸化剤排出系内の圧力を補正する手段とを有することに
より所期の目的を達成するようにしたものである。
するガス供給手段と、酸化剤排出系と不活性ガス排出系
とを結ぶ連結手段と、酸化剤供給系側の酸化剤流量変化
時に、カソード圧力を一定にするようにガスを供給し、
酸化剤排出系内の圧力を補正する手段とを有することに
より所期の目的を達成するようにしたものである。
以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明す
る。尚、第１図中前述した第４図と同一部品には同一符
号を付し、説明は省略する。
る。尚、第１図中前述した第４図と同一部品には同一符
号を付し、説明は省略する。
本システムは、燃料電池のカソード及びアノードのガス
流量調節弁２及び５と、圧力容器1aに窒素の様な不活性
ガスを流し込む為の不活性ガス供給弁13と容器とカソー
ドを接続する配管とカソード・アノード間差圧検出器12
及び差圧調節弁７とカソード後流へ空気を供給するライ
ン14及びその空気流量を調節する弁15により構成され
る。
流量調節弁２及び５と、圧力容器1aに窒素の様な不活性
ガスを流し込む為の不活性ガス供給弁13と容器とカソー
ドを接続する配管とカソード・アノード間差圧検出器12
及び差圧調節弁７とカソード後流へ空気を供給するライ
ン14及びその空気流量を調節する弁15により構成され
る。
第２図により本実施例による負荷急減時の動作について
説明する。
説明する。
負荷急減時にはカソード入口流量調節弁２が急速に絞ら
れることにより、カソード圧力が減少しようとするが、
カソード後流の流量計16により、減少したガス量を計測
し、空気流量調節弁15により減少分を補うことにより、
負荷急変前の状態と同一状態を構成出来、管路圧損等の
変化も発生することなくカソード圧力は一定に保たれ
る。
れることにより、カソード圧力が減少しようとするが、
カソード後流の流量計16により、減少したガス量を計測
し、空気流量調節弁15により減少分を補うことにより、
負荷急変前の状態と同一状態を構成出来、管路圧損等の
変化も発生することなくカソード圧力は一定に保たれ
る。
一方、アノードは負荷急減により燃料流量が絞られ圧力
低下するが、従来の２弁方式と異なり、カソード圧力が
一定の保持されるため、アノード差圧調節弁７は自己の
変動圧力分のみ調節すればよく、従つて、カソード・ア
ノード間差圧も規定以内に納まることが可能である。
低下するが、従来の２弁方式と異なり、カソード圧力が
一定の保持されるため、アノード差圧調節弁７は自己の
変動圧力分のみ調節すればよく、従つて、カソード・ア
ノード間差圧も規定以内に納まることが可能である。
さらに通常の負荷追従時の差圧制御動作について第３図
で説明する。
で説明する。
この図は最低出力状態から定格出力までの負荷変化に対
する差圧変動について記載したものである。
する差圧変動について記載したものである。
最低負荷状態においては、燃料電池への供給ガスはカソ
ード入口流量調節弁２及びアノード入口流量調節弁５に
より最小流量まで絞られている。
ード入口流量調節弁２及びアノード入口流量調節弁５に
より最小流量まで絞られている。
又、系の圧力バランスを保持する為カソード後流の空気
流量調節弁15は定格負荷時と同量のガス流量になる様に
空気を供給している。この状態より負荷を上昇させると
カソード圧力は上昇しようとするが空気流量調節弁15が
絞られることによりカソード圧力を一定に保持する。
流量調節弁15は定格負荷時と同量のガス流量になる様に
空気を供給している。この状態より負荷を上昇させると
カソード圧力は上昇しようとするが空気流量調節弁15が
絞られることによりカソード圧力を一定に保持する。
一方、アノードも圧力上昇するが、ベースとなるカソー
ド圧力が一定である為、自己の圧力変動分のみをアノー
ド差圧調節弁７により抑制すればよく、従つて、カソー
ド・アノード間差圧は規定値以内に納まる。
ド圧力が一定である為、自己の圧力変動分のみをアノー
ド差圧調節弁７により抑制すればよく、従つて、カソー
ド・アノード間差圧は規定値以内に納まる。
尚、圧力容器1aの圧力はカソードとの連絡配管17により
接続することにより、カソードより連絡配管17の圧損
（18で示す）分高い状態に保持される。
接続することにより、カソードより連絡配管17の圧損
（18で示す）分高い状態に保持される。
この場合、圧損18は、カソード・容器間差圧許容値以下
に抑える様十分太い配管を用いる。
に抑える様十分太い配管を用いる。
本実施例におけるカソード後流側への供給空気は、カソ
ード入口空気を分岐し、利用することも出来る。
ード入口空気を分岐し、利用することも出来る。
又この装置であると、従来の２弁方式に比べ、発生差圧
を規定値（一般に数百mmAqと言われている）以内に抑え
ることが出来る。
を規定値（一般に数百mmAqと言われている）以内に抑え
ることが出来る。
又、従来の２弁方式に比べ、弁数を１個少なくすること
が出来、経済的にも有利である。なお、酸化剤の流量が
変化する場合として、起動及び負荷上昇時の流量増加、
負荷低下、停止及び負荷遮断時の流量減少があるが、カ
ソードとアノード間の差圧が規定値を超えるほど大きく
なるのは、流量の急激な減少を伴う負荷遮断の時であ
り、それ以外の流量増加と流量減少の場合は、ほとんど
の場合通常運転のカソードとアノード間の差圧制御動作
で対応可能である。したがって、酸化剤の流量増加時に
は、カソード後流に連結した空気流量調節弁15が絞ら
れ、カソード圧力が保持される。一方、アノード側は差
圧調節弁７によりカソードとアノード間の差圧が抑制さ
れる。
が出来、経済的にも有利である。なお、酸化剤の流量が
変化する場合として、起動及び負荷上昇時の流量増加、
負荷低下、停止及び負荷遮断時の流量減少があるが、カ
ソードとアノード間の差圧が規定値を超えるほど大きく
なるのは、流量の急激な減少を伴う負荷遮断の時であ
り、それ以外の流量増加と流量減少の場合は、ほとんど
の場合通常運転のカソードとアノード間の差圧制御動作
で対応可能である。したがって、酸化剤の流量増加時に
は、カソード後流に連結した空気流量調節弁15が絞ら
れ、カソード圧力が保持される。一方、アノード側は差
圧調節弁７によりカソードとアノード間の差圧が抑制さ
れる。
以上説明していたように本発明によれば、ガス供給ライ
ンから、酸化剤排出系、すなわちカソード出口側にガス
が負荷変化、すなわち酸化剤の排出変化に対してガスが
供給され、また不活性ガス排出側が酸化剤排出側に連通
しているので、従来のようにハンチング現象を生ずるこ
となく供給ガス流量変化時に発生するアノード・カソー
ド間および圧力容器・カソード間の差圧を低減させるこ
とができる。
ンから、酸化剤排出系、すなわちカソード出口側にガス
が負荷変化、すなわち酸化剤の排出変化に対してガスが
供給され、また不活性ガス排出側が酸化剤排出側に連通
しているので、従来のようにハンチング現象を生ずるこ
となく供給ガス流量変化時に発生するアノード・カソー
ド間および圧力容器・カソード間の差圧を低減させるこ
とができる。
第１図は、本発明の燃料電池発電システムの一実施例を
示す系統図、第２図は本実施例による負荷急減時の圧力
波形図、第３図は本実施例の負荷立上げ時の圧力波形
図、第４図は従来の燃料電池発電システムの系統図、第
５図は同発電システムの負荷急減時の圧力波形図であ
る。 １…燃料電池、1a…圧力容器、1b…発電母体、２…流量
調節弁（酸化剤供給系）、４…差圧調節弁（酸化剤排出
系）、５…流量調節弁（燃料供給系）、７…差圧調節弁
（燃料排出系）、14…ガス供給ライン。
示す系統図、第２図は本実施例による負荷急減時の圧力
波形図、第３図は本実施例の負荷立上げ時の圧力波形
図、第４図は従来の燃料電池発電システムの系統図、第
５図は同発電システムの負荷急減時の圧力波形図であ
る。 １…燃料電池、1a…圧力容器、1b…発電母体、２…流量
調節弁（酸化剤供給系）、４…差圧調節弁（酸化剤排出
系）、５…流量調節弁（燃料供給系）、７…差圧調節弁
（燃料排出系）、14…ガス供給ライン。
Claims (1)
- 【請求項１】カソードとアノードからなる一対の電極を
備えたセルから構成される発電母体と該発電母体を不活
性シールにより包括する圧力容器を備えた燃料電池と、 前記圧力容器の不活性ガス供給側及び排出側に設けられ
た不活性ガス供給系及び不活性ガス排出系と、 前記燃料電池の燃料供給側及び排出側に設けられた燃料
供給系及び燃料排出系と、前記燃料電池の酸化剤供給側
及び排出側に設けられた酸化剤供給系及び酸化剤排出系
と、を備え、 前記発電母体に前記燃料供給系より燃料が、前記酸化剤
供給系より酸化剤が所定の圧力で供給され、電気化学的
反応により発電するようにした燃料電池発電システムで
あって、 前記酸化剤排出系に外部よりガスを供給するガス供給手
段と、 前記酸化剤排出系と前記不活性ガス排出系とを結ぶ連結
手段と、 前記酸化剤供給系側の酸化剤流量変化時に、カソード圧
力を一定にするようにガスを供給し、前記酸化剤排出系
内の圧力を補正する手段とを有する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 |
|---|---|---|---|
| JP60128162A JPH06101343B2 (ja) | 1985-06-14 | 1985-06-14 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60128162A JPH06101343B2 (ja) | 1985-06-14 | 1985-06-14 | 燃料電池発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61288380A JPS61288380A (ja) | 1986-12-18 |
| JPH06101343B2 true JPH06101343B2 (ja) | 1994-12-12 |
Family
ID=14977919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60128162A Expired - Fee Related JPH06101343B2 (ja) | 1985-06-14 | 1985-06-14 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06101343B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58166669A (ja) * | 1982-03-27 | 1983-10-01 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| JPS59123168A (ja) * | 1982-12-28 | 1984-07-16 | Toshiba Corp | 燃料電池装置 |
| JPS6191878A (ja) * | 1984-10-11 | 1986-05-09 | Toshiba Corp | 燃料電池発電システム |
-
1985
- 1985-06-14 JP JP60128162A patent/JPH06101343B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61288380A (ja) | 1986-12-18 |
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