JPH06203861A - 燃料電池発電プラント - Google Patents
燃料電池発電プラントInfo
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- JPH06203861A JPH06203861A JP50A JP218593A JPH06203861A JP H06203861 A JPH06203861 A JP H06203861A JP 50 A JP50 A JP 50A JP 218593 A JP218593 A JP 218593A JP H06203861 A JPH06203861 A JP H06203861A
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- gas
- fuel
- unit cell
- fuel cell
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- 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
-
- 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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Abstract
(57)【要約】
【目的】 単電池の劣化を可能な限り抑制し、燃料電池
本体の寿命を延ばすこと。 【構成】 燃料ガス系統11には電池入口管13と、燃料ガ
ス切換弁14と電池出口管15とが備えられ、また、酸化剤
ガス系統12には電池入口管16と、酸化剤ガス切換弁17と
電池出口管18とが備えられる。燃料ガス切換弁14は電池
入口管13と電池出口管15とが交差する位置にある。ま
た、酸化剤ガス切換弁17は電池入口管16と電池出口管18
とが交差する位置にある。
本体の寿命を延ばすこと。 【構成】 燃料ガス系統11には電池入口管13と、燃料ガ
ス切換弁14と電池出口管15とが備えられ、また、酸化剤
ガス系統12には電池入口管16と、酸化剤ガス切換弁17と
電池出口管18とが備えられる。燃料ガス切換弁14は電池
入口管13と電池出口管15とが交差する位置にある。ま
た、酸化剤ガス切換弁17は電池入口管16と電池出口管18
とが交差する位置にある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は燃料電池発電プラント
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は電極上で生じる電気化学的反
応から、直接電気出力を得る発電手段である。燃料電池
において、この電気化学的反応を継続的に行うには、燃
料ガスと酸化剤ガスとを電解質層を挟んで向かい合う燃
料極と空気極とに、それぞれ継続的に供給しなければな
らない。
応から、直接電気出力を得る発電手段である。燃料電池
において、この電気化学的反応を継続的に行うには、燃
料ガスと酸化剤ガスとを電解質層を挟んで向かい合う燃
料極と空気極とに、それぞれ継続的に供給しなければな
らない。
【０００３】燃料電池の構成の一例を図３に示す。燃料
電池本体１は電解質層２と、その両面に密着して配置さ
れる燃料極３および酸化剤極４とからなる単電池５を備
え、双方の極３、４にそれぞれ燃料ガス６と酸化剤ガス
７とが供給される。単電池５は多数積層して構成される
ので、それぞれのガスの供給を確保するためのセパレー
タ８が使用される。本図は燃料ガス６と酸化剤ガス７と
が並行流あるいは対向流として単電池５に供給される燃
料電池本体１を模式的に示したものである。双方のガス
６、７は図面に垂直な方向に流入、流出する。燃料ガス
６としては一般に水素を主要な成分とする混合ガスが用
いられ、酸化剤ガス７としては一般に酸素を主要な成分
とする混合ガスが用いられる。
電池本体１は電解質層２と、その両面に密着して配置さ
れる燃料極３および酸化剤極４とからなる単電池５を備
え、双方の極３、４にそれぞれ燃料ガス６と酸化剤ガス
７とが供給される。単電池５は多数積層して構成される
ので、それぞれのガスの供給を確保するためのセパレー
タ８が使用される。本図は燃料ガス６と酸化剤ガス７と
が並行流あるいは対向流として単電池５に供給される燃
料電池本体１を模式的に示したものである。双方のガス
６、７は図面に垂直な方向に流入、流出する。燃料ガス
６としては一般に水素を主要な成分とする混合ガスが用
いられ、酸化剤ガス７としては一般に酸素を主要な成分
とする混合ガスが用いられる。
【０００４】酸素と水素は単電池５内で電気化学的に反
応し、電気出力と水蒸気とを産み出す。燃料ガス６中の
水素および酸化剤ガス７中の酸素が単電池５に沿って流
れながら反応するので、双方のガス６、７中の水素と酸
素のモル分率は流れ方向に徐々に低下する。また、燃料
ガス６および酸化剤ガス７がその反応による発熱を吸収
するので、それらの温度は流れ方向に上昇し、単電池５
もガスの流れ方向に上昇する温度勾配を呈する。
応し、電気出力と水蒸気とを産み出す。燃料ガス６中の
水素および酸化剤ガス７中の酸素が単電池５に沿って流
れながら反応するので、双方のガス６、７中の水素と酸
素のモル分率は流れ方向に徐々に低下する。また、燃料
ガス６および酸化剤ガス７がその反応による発熱を吸収
するので、それらの温度は流れ方向に上昇し、単電池５
もガスの流れ方向に上昇する温度勾配を呈する。
【０００５】一般に、ガス中の水素および酸素のモル分
率が高いほど、また単電池５の温度が高いほど、電気化
学反応は活発になる。電気化学反応が活発であれば、そ
の部分で生じる電流密度は大きい。また、電気化学反応
が活発であれば、反応熱によるその部分の発熱量は大き
いので、その部分の温度は高くなり易い。双方のガス
６、７の濃度と反応の活発さの相乗作用によって単電池
５は温度および電流密度の分布を示す。
率が高いほど、また単電池５の温度が高いほど、電気化
学反応は活発になる。電気化学反応が活発であれば、そ
の部分で生じる電流密度は大きい。また、電気化学反応
が活発であれば、反応熱によるその部分の発熱量は大き
いので、その部分の温度は高くなり易い。双方のガス
６、７の濃度と反応の活発さの相乗作用によって単電池
５は温度および電流密度の分布を示す。
【０００６】単電池５は電流密度の高い領域あるいは高
温にさらされる領域において劣化し易い。したがって、
単電池５の劣化は電流密度と温度が互いに関係し合うな
かで局所的に進行する。
温にさらされる領域において劣化し易い。したがって、
単電池５の劣化は電流密度と温度が互いに関係し合うな
かで局所的に進行する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように燃料電池は
運転中、燃料電池本体１に組み込まれた単電池５が一様
でない温度分布と電流密度分布を呈するため、高温ある
いは高電流密度となる部分で局所的に劣化が進行するこ
とがある。
運転中、燃料電池本体１に組み込まれた単電池５が一様
でない温度分布と電流密度分布を呈するため、高温ある
いは高電流密度となる部分で局所的に劣化が進行するこ
とがある。
【０００８】燃料ガス６と酸化剤ガス７との流動方向に
従い、燃料電池本体１は、並行流型、対向流型、直交流
型の３型式に分けられる。これらの形式によって単電池
５はそれぞれ特有な温度分布と電流密度分布を有する。
従い、燃料電池本体１は、並行流型、対向流型、直交流
型の３型式に分けられる。これらの形式によって単電池
５はそれぞれ特有な温度分布と電流密度分布を有する。
【０００９】このうち直交流型の電池構成は他の２型式
の電池構成に比較して単電池５が局所的に高温になり易
い特徴をもち、劣化の進行が早いと考えられている。単
電池５の温度分布および電流密度分布を一様にするため
には並行流型の電池構成が優れているが、それでも温度
勾配および電流密度勾配を零にすることはできない。燃
料電池の長寿命化を目指すには、単電池５の局所的な劣
化を最小限に抑える必要がある。そこで、本発明の目的
は単電池の劣化を可能な限り抑制し、燃料電池本体の寿
命を延ばすようにした燃料電池発電プラントを提供する
ことにある。
の電池構成に比較して単電池５が局所的に高温になり易
い特徴をもち、劣化の進行が早いと考えられている。単
電池５の温度分布および電流密度分布を一様にするため
には並行流型の電池構成が優れているが、それでも温度
勾配および電流密度勾配を零にすることはできない。燃
料電池の長寿命化を目指すには、単電池５の局所的な劣
化を最小限に抑える必要がある。そこで、本発明の目的
は単電池の劣化を可能な限り抑制し、燃料電池本体の寿
命を延ばすようにした燃料電池発電プラントを提供する
ことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、単電池を多数積層して構成される燃料電池
本体を備え、燃料ガスを単電池の燃料極に、酸化剤ガス
を単電池の酸化剤極へ送るように双方のガス流路を接続
してなる燃料電池発電プラントにおいて、単電池内の燃
料ガスおよび酸化剤ガスの流動方向を正逆両方向に切換
可能な流路切換手段を有する燃料ガスおよび酸化剤ガス
系統を設けたことを特徴とする。
に本発明は、単電池を多数積層して構成される燃料電池
本体を備え、燃料ガスを単電池の燃料極に、酸化剤ガス
を単電池の酸化剤極へ送るように双方のガス流路を接続
してなる燃料電池発電プラントにおいて、単電池内の燃
料ガスおよび酸化剤ガスの流動方向を正逆両方向に切換
可能な流路切換手段を有する燃料ガスおよび酸化剤ガス
系統を設けたことを特徴とする。
【００１１】
【作用】本発明の原理を図２を参照して説明する。
【００１２】これは並行流型の燃料電池本体１に応用し
たもので、他の対向流型、直交流型も同様である。燃料
ガス６および酸化剤ガス７は単電池５の両面をセパレー
タ８によって互いに仕切られて並行に流れている。
（ａ）においては、いずれのガスも後方から手前に流れ
ており手前で温度が高く、単電池５も同様にガスの下流
側で高い温度分布をもつ傾向にある。ガスの反応成分は
流れ方向に低減するので、反応により生じる電流の密度
は流れ方向に変化する。さらに、電流密度はガスの利用
率とガス温度に依存して変化する。したがって、単電池
５の劣化速度は単電池５の温度分布と電流密度分布によ
ってガスの上流側と下流側とで異なり、単電池５の寿命
は劣化の早い部分で制限される。
たもので、他の対向流型、直交流型も同様である。燃料
ガス６および酸化剤ガス７は単電池５の両面をセパレー
タ８によって互いに仕切られて並行に流れている。
（ａ）においては、いずれのガスも後方から手前に流れ
ており手前で温度が高く、単電池５も同様にガスの下流
側で高い温度分布をもつ傾向にある。ガスの反応成分は
流れ方向に低減するので、反応により生じる電流の密度
は流れ方向に変化する。さらに、電流密度はガスの利用
率とガス温度に依存して変化する。したがって、単電池
５の劣化速度は単電池５の温度分布と電流密度分布によ
ってガスの上流側と下流側とで異なり、単電池５の寿命
は劣化の早い部分で制限される。
【００１３】そこで、流路切換手段によって（ｂ）に示
すように双方のガスの流動方向を手前から後方へと切換
える。単電池５の温度分布と密度分布とは劣化程度の分
布にも依存しながら、切換え前とは異なった分布に落ち
着き、単電池５の中で劣化しやすい温度および電流密度
条件をもつ部分は移動したことになる。ある時間経過
後、再度、ガスの流動方向を逆転すると、単電池５の劣
化程度の分布に依存して、温度分布と電流密度分布とは
変化し、劣化し易い箇所は移動する。
すように双方のガスの流動方向を手前から後方へと切換
える。単電池５の温度分布と密度分布とは劣化程度の分
布にも依存しながら、切換え前とは異なった分布に落ち
着き、単電池５の中で劣化しやすい温度および電流密度
条件をもつ部分は移動したことになる。ある時間経過
後、再度、ガスの流動方向を逆転すると、単電池５の劣
化程度の分布に依存して、温度分布と電流密度分布とは
変化し、劣化し易い箇所は移動する。
【００１４】このように、ガスの流動方向を正逆の関係
にある両方向に切換えることにより、単電池５の劣化部
分はある位置に特定されず、その位置の劣化のみによっ
て単電池５の寿命が制限されてしまうことがなくなる。
したがって、燃料電池本体１の寿命を延ばすことができ
る。
にある両方向に切換えることにより、単電池５の劣化部
分はある位置に特定されず、その位置の劣化のみによっ
て単電池５の寿命が制限されてしまうことがなくなる。
したがって、燃料電池本体１の寿命を延ばすことができ
る。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１（ａ）（ｂ）
を参照して説明する。燃料ガス系統11は単電池５の燃料
極３に、また酸化剤ガス系統12は単電池５の酸化剤極４
に接続されている。
を参照して説明する。燃料ガス系統11は単電池５の燃料
極３に、また酸化剤ガス系統12は単電池５の酸化剤極４
に接続されている。
【００１６】燃料ガス系統11は電池入口管13と、燃料ガ
ス切換弁14と電池出口管15とから構成され、同様に酸化
剤ガス系統12は電池入口管16と、酸化剤ガス切換弁17と
電池出口管18とからなる。
ス切換弁14と電池出口管15とから構成され、同様に酸化
剤ガス系統12は電池入口管16と、酸化剤ガス切換弁17と
電池出口管18とからなる。
【００１７】図に示す如く電池入口管13と電池出口管15
とが交差する位置に燃料ガス切換弁14を配置して互いの
経路を連通することができるようになっている。同様に
電池入口管16と電池出口管18とが交差する位置に酸化剤
ガス切換弁17に配置して互いの経路を連通することがで
きる。
とが交差する位置に燃料ガス切換弁14を配置して互いの
経路を連通することができるようになっている。同様に
電池入口管16と電池出口管18とが交差する位置に酸化剤
ガス切換弁17に配置して互いの経路を連通することがで
きる。
【００１８】上記構成において、（ａ）における燃料ガ
ス切換弁14の弁体は電池入口管13同士を連通しており、
これを正流位置とする。また（ｂ）においては電池入口
管１３と電池出口管１５とを連通しており、これを逆流
位置とする。同様に、（ａ）の酸化剤ガス切換弁17の弁
体は電池入口管16同士を連通しており、これを正流位置
とする。（ｂ）においては電池入口管16と電池出口管17
とを連通しており、これを逆流位置とする。
ス切換弁14の弁体は電池入口管13同士を連通しており、
これを正流位置とする。また（ｂ）においては電池入口
管１３と電池出口管１５とを連通しており、これを逆流
位置とする。同様に、（ａ）の酸化剤ガス切換弁17の弁
体は電池入口管16同士を連通しており、これを正流位置
とする。（ｂ）においては電池入口管16と電池出口管17
とを連通しており、これを逆流位置とする。
【００１９】燃料電池発電プラントの運転中、燃料ガス
切換弁14および酸化剤ガス切換弁17を操作して正流位置
から逆流位置へ、また、逆流位置から正流位置へと時間
の経過と共に切換えて行く。
切換弁14および酸化剤ガス切換弁17を操作して正流位置
から逆流位置へ、また、逆流位置から正流位置へと時間
の経過と共に切換えて行く。
【００２０】これにより、時間と共に単電池５の中で劣
化しやすい温度および電流密度条件をもつ部分を移動さ
せることができ、劣化のみによって単電池５の寿命が制
限を受けるのをなくすことが可能になる。
化しやすい温度および電流密度条件をもつ部分を移動さ
せることができ、劣化のみによって単電池５の寿命が制
限を受けるのをなくすことが可能になる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、単電池内
の燃料ガスおよび酸化剤ガスの流動方向を正逆両方向に
切換えるようにしたので、単電池の劣化部が特定される
ことがなくなり、燃料電池本体の寿命を延長できるとい
う優れた効果を奏する。
の燃料ガスおよび酸化剤ガスの流動方向を正逆両方向に
切換えるようにしたので、単電池の劣化部が特定される
ことがなくなり、燃料電池本体の寿命を延長できるとい
う優れた効果を奏する。
【図１】本発明による燃料電池発電プラントの一実施例
を示す構成図。
を示す構成図。
【図２】本発明の動作原理を説明するための図。
【図３】従来の燃料電池本体の一例を示す断面図。
５…単電池 11…燃料ガス系統 12…酸化剤ガス系統 14…燃料ガス切換弁 17…酸化剤ガス切換弁
Claims (1)
- 【請求項１】 単電池を多数積層して構成される燃料電
池本体を備え、燃料ガスを前記単電池の燃料極に、酸化
剤ガスを前記単電池の酸化剤極へ送るように双方のガス
流路を接続してなる燃料電池発電プラントにおいて、前
記単電池内の燃料ガスおよび酸化剤ガスの流動方向を正
逆両方向に切換可能な流路切換手段を有する燃料ガスお
よび酸化剤ガス系統を設けたことを特徴とする燃料電池
発電プラント。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50A JPH06203861A (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | 燃料電池発電プラント |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50A JPH06203861A (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | 燃料電池発電プラント |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06203861A true JPH06203861A (ja) | 1994-07-22 |
Family
ID=11522310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50A Pending JPH06203861A (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | 燃料電池発電プラント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06203861A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002158023A (ja) * | 2000-11-21 | 2002-05-31 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 燃料電池システム |
| GB2369719A (en) * | 2000-11-29 | 2002-06-05 | Ballard Power Systems | Method and apparatus for operating an electrochemical fuel cell. |
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| JP2004342332A (ja) * | 2003-05-12 | 2004-12-02 | Sekisui Chem Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2005116205A (ja) * | 2003-10-03 | 2005-04-28 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| WO2005062408A3 (en) * | 2003-12-24 | 2006-10-26 | Toyota Motor Co Ltd | Fuel cell |
| JP2007509468A (ja) * | 2003-10-15 | 2007-04-12 | ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー | 単一バルブによる燃料電池スタックのガスの流入と封入 |
| FR2893185A1 (fr) * | 2005-11-07 | 2007-05-11 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Procede d'alimentation ameliore en hydrogene du compartiment anodique d'une pile a combustible et dispositif de mise en oeuvre d'un tel procede |
| JP2008510271A (ja) * | 2004-08-12 | 2008-04-03 | ゼネラル・モーターズ・コーポレーション | 燃料電池スタック設計及び作動方法 |
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| JP2021012845A (ja) * | 2019-07-09 | 2021-02-04 | 株式会社Ｓｕｂａｒｕ | 燃料電池システム |
-
1993
- 1993-01-11 JP JP50A patent/JPH06203861A/ja active Pending
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