JPH07211337A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JPH07211337A JPH07211337A JP6005495A JP549594A JPH07211337A JP H07211337 A JPH07211337 A JP H07211337A JP 6005495 A JP6005495 A JP 6005495A JP 549594 A JP549594 A JP 549594A JP H07211337 A JPH07211337 A JP H07211337A
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- 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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【目的】低負荷運転時に空気極に生ずる局部的な酸素利
用率の低下を防ぎ、単位セル電圧の局部的上昇を抑制し
た燃料電池発電装置を提供する。 【構成】単位セルの積層体からなる燃料電池１と、その
燃料極１Ｆに水素リッチな燃料ガスを供給する燃料改質
器４を含む燃料改質系２と、燃料電池の空気極１Ａに酸
化剤としての反応空気Ａr を供給する空気ブロワ７を含
む反応空気供給系６とを有する燃料電池発電装置におい
て、燃料改質器で発生する低酸素濃度の燃焼排ガスＯf
の少なくとも一部分を反応空気供給系からの反応空気Ａ
r に添加した混合空気１１Ｇとして燃料電池の空気極１
Ａに供給する酸素濃度の調整手段１１を備える。
用率の低下を防ぎ、単位セル電圧の局部的上昇を抑制し
た燃料電池発電装置を提供する。 【構成】単位セルの積層体からなる燃料電池１と、その
燃料極１Ｆに水素リッチな燃料ガスを供給する燃料改質
器４を含む燃料改質系２と、燃料電池の空気極１Ａに酸
化剤としての反応空気Ａr を供給する空気ブロワ７を含
む反応空気供給系６とを有する燃料電池発電装置におい
て、燃料改質器で発生する低酸素濃度の燃焼排ガスＯf
の少なくとも一部分を反応空気供給系からの反応空気Ａ
r に添加した混合空気１１Ｇとして燃料電池の空気極１
Ａに供給する酸素濃度の調整手段１１を備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、空気を酸化剤として
使用する燃料電池発電装置、ことに低負荷時における空
気の供給方法を改善した燃料電池発電装置に関する。
使用する燃料電池発電装置、ことに低負荷時における空
気の供給方法を改善した燃料電池発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来の燃料電池発電装置を簡略化
して示すシステム構成図であり、燃料電池発電装置は例
えば単位セルの積層体からなる燃料電池（スタック）１
と、その燃料極１Ｆに水素リッチな燃料ガスＦl を供給
する燃料改質系２と、空気極１Ａに酸化剤としての反応
空気Ａr を供給する反応空気供給系６とを備える。燃料
改質系２は流量調節弁Ｖ1 介して供給される原燃料とし
ての天然ガス中に含まれる硫黄化合物を除去する脱硫反
応器３と、脱硫済の原燃料を水蒸気改質反応により水素
リッチな改質ガスに改質する燃料改質器４と、改質ガス
に含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変成するＣＯ変成
器５とで構成され、吸熱反応である水蒸気改質反応の反
応熱は流量調節弁Ｖ2 を介して原燃料の一部が供給され
る改質器バ−ナ４Ｂの燃焼熱として供給され、ＣＯ変成
を終わった燃料ガスＦl は燃料極１Ｆで電気化学反応に
より規定量の水素が消費される。また、その燃料オフガ
スＦo は改質器バ−ナ４Ｂに燃料として送られ、残存水
素の燃焼熱が改質反応に利用され、さらに改質器バ−ナ
の燃焼排ガスＯf は例えば図示しない熱交換器で排熱を
回収した後系外に排出される。反応空気供給系６は空気
ブロワ７と、その吐出空気を反応空気Ａr として燃料電
池１の空気極１Ａに供給する流量調節弁Ｖ3 を含む配管
系６Ａと、空気ブロワの吐出空気の一部を流量調節弁Ｖ
4 を介して改質器バ−ナ４Ｂに供給する配管系６Ｂとを
備える。さらに、各系の流量調節弁Ｖ1,Ｖ2,Ｖ3,Ｖ4 の
開度を燃料電池１の図示しない負荷の変化に対応して制
御することにより、燃料電池１への燃料ガスおよび反応
空気の供給量が負荷の変化に対応して制御され、燃料電
池１の発電電力が負荷の変化に対応して制御される。
して示すシステム構成図であり、燃料電池発電装置は例
えば単位セルの積層体からなる燃料電池（スタック）１
と、その燃料極１Ｆに水素リッチな燃料ガスＦl を供給
する燃料改質系２と、空気極１Ａに酸化剤としての反応
空気Ａr を供給する反応空気供給系６とを備える。燃料
改質系２は流量調節弁Ｖ1 介して供給される原燃料とし
ての天然ガス中に含まれる硫黄化合物を除去する脱硫反
応器３と、脱硫済の原燃料を水蒸気改質反応により水素
リッチな改質ガスに改質する燃料改質器４と、改質ガス
に含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変成するＣＯ変成
器５とで構成され、吸熱反応である水蒸気改質反応の反
応熱は流量調節弁Ｖ2 を介して原燃料の一部が供給され
る改質器バ−ナ４Ｂの燃焼熱として供給され、ＣＯ変成
を終わった燃料ガスＦl は燃料極１Ｆで電気化学反応に
より規定量の水素が消費される。また、その燃料オフガ
スＦo は改質器バ−ナ４Ｂに燃料として送られ、残存水
素の燃焼熱が改質反応に利用され、さらに改質器バ−ナ
の燃焼排ガスＯf は例えば図示しない熱交換器で排熱を
回収した後系外に排出される。反応空気供給系６は空気
ブロワ７と、その吐出空気を反応空気Ａr として燃料電
池１の空気極１Ａに供給する流量調節弁Ｖ3 を含む配管
系６Ａと、空気ブロワの吐出空気の一部を流量調節弁Ｖ
4 を介して改質器バ−ナ４Ｂに供給する配管系６Ｂとを
備える。さらに、各系の流量調節弁Ｖ1,Ｖ2,Ｖ3,Ｖ4 の
開度を燃料電池１の図示しない負荷の変化に対応して制
御することにより、燃料電池１への燃料ガスおよび反応
空気の供給量が負荷の変化に対応して制御され、燃料電
池１の発電電力が負荷の変化に対応して制御される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のように構成され
た従来の燃料電池発電装置において、燃料改質系２およ
び反応空気供給系６から燃料電池１に供給される燃料ガ
スＦl および反応空気Ａr は、スタック１の側壁に対向
して設けた２対のマニホ−ルドを介して複数の単位セル
それぞれに複数の凹溝として形成された燃料ガス流路お
よび反応空気流路に分配供給される。ところが、燃料ガ
ス流路および反応空気流路には各単位セル間あるいは凹
溝間に流体抵抗のばらつきがあり、この流体抵抗のばら
つきが原因で反応ガス（燃料ガスおよび反応空気）が流
れ易い単位セルと流れ難い単位セルが発生するばかり
か、１つの単位セルの複数の凹溝相互間にも反応ガスの
流通量に差が生じ、反応ガス流量が不足する部分で単位
セル電圧が低下するという問題が発生する。
た従来の燃料電池発電装置において、燃料改質系２およ
び反応空気供給系６から燃料電池１に供給される燃料ガ
スＦl および反応空気Ａr は、スタック１の側壁に対向
して設けた２対のマニホ−ルドを介して複数の単位セル
それぞれに複数の凹溝として形成された燃料ガス流路お
よび反応空気流路に分配供給される。ところが、燃料ガ
ス流路および反応空気流路には各単位セル間あるいは凹
溝間に流体抵抗のばらつきがあり、この流体抵抗のばら
つきが原因で反応ガス（燃料ガスおよび反応空気）が流
れ易い単位セルと流れ難い単位セルが発生するばかり
か、１つの単位セルの複数の凹溝相互間にも反応ガスの
流通量に差が生じ、反応ガス流量が不足する部分で単位
セル電圧が低下するという問題が発生する。
【０００４】そこで、このような問題を回避するために
マニホ−ルドを複数単位セル毎に分割して反応ガスの等
配性を改善する対策が採られるとともに、反応ガス流量
が不足する部分でも必要最小限度の反応ガス流量を確保
できるよう、反応ガス流量に余裕を持たせる対策が採ら
れている。ところが、反応ガス流量に余裕を持たせたこ
とにより、反応ガス流量が不足する部分で高負荷運転時
に生ずるガス不足状態を回避できる反面、反応ガスが流
れ易い単位セルでは低負荷運転時に反応ガス中の反応成
分の利用率が下がり、例えば空気極側では平均酸素濃度
が上昇するためにセル電圧が高くなる。また、単位セル
電圧は負荷の減少に逆比例して上昇するので、軽負荷状
態では平均酸素濃度の上昇に伴う単位セル電圧の上昇と
相まって単位セル電圧が高くなり、この部分でシンタリ
ング現象に基づく電極触媒の劣化が顕著になり、燃料電
池の寿命特性の低下を招くという問題が発生する。
マニホ−ルドを複数単位セル毎に分割して反応ガスの等
配性を改善する対策が採られるとともに、反応ガス流量
が不足する部分でも必要最小限度の反応ガス流量を確保
できるよう、反応ガス流量に余裕を持たせる対策が採ら
れている。ところが、反応ガス流量に余裕を持たせたこ
とにより、反応ガス流量が不足する部分で高負荷運転時
に生ずるガス不足状態を回避できる反面、反応ガスが流
れ易い単位セルでは低負荷運転時に反応ガス中の反応成
分の利用率が下がり、例えば空気極側では平均酸素濃度
が上昇するためにセル電圧が高くなる。また、単位セル
電圧は負荷の減少に逆比例して上昇するので、軽負荷状
態では平均酸素濃度の上昇に伴う単位セル電圧の上昇と
相まって単位セル電圧が高くなり、この部分でシンタリ
ング現象に基づく電極触媒の劣化が顕著になり、燃料電
池の寿命特性の低下を招くという問題が発生する。
【０００５】この発明の目的は、低負荷運転時に空気極
に生ずる局部的な酸素利用率の低下を防ぐことにより、
単位セル電圧の局部的上昇を抑制した燃料電池発電装置
を提供することにある。
に生ずる局部的な酸素利用率の低下を防ぐことにより、
単位セル電圧の局部的上昇を抑制した燃料電池発電装置
を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、単位セルの積層体からなる燃料
電池と、その燃料極に水素リッチな燃料ガスを供給する
燃料改質器を含む燃料改質系と、前記燃料電池の空気極
に酸化剤としての反応空気を供給する空気ブロワを含む
反応空気供給系とを有するものにおいて、前記燃料改質
器で発生する低酸素濃度の燃焼排ガスの少なくとも一部
分を前記反応空気供給系からの反応空気に添加して前記
燃料電池の空気極に供給する酸素濃度の調整手段を備え
てなるものとする。
に、この発明によれば、単位セルの積層体からなる燃料
電池と、その燃料極に水素リッチな燃料ガスを供給する
燃料改質器を含む燃料改質系と、前記燃料電池の空気極
に酸化剤としての反応空気を供給する空気ブロワを含む
反応空気供給系とを有するものにおいて、前記燃料改質
器で発生する低酸素濃度の燃焼排ガスの少なくとも一部
分を前記反応空気供給系からの反応空気に添加して前記
燃料電池の空気極に供給する酸素濃度の調整手段を備え
てなるものとする。
【０００７】酸素濃度の調整手段がその配管系に燃焼排
ガス中の水蒸気を除去する排ガス用凝縮器を備えてなる
ものとする。酸素濃度の調整手段がその配管系に設けた
燃焼排ガス中の酸素濃度測定器と、この酸素濃度測定器
の検出濃度に基づいて燃焼排ガス流量および反応空気流
量を制御する制御装置とを備えてなるものとする。
ガス中の水蒸気を除去する排ガス用凝縮器を備えてなる
ものとする。酸素濃度の調整手段がその配管系に設けた
燃焼排ガス中の酸素濃度測定器と、この酸素濃度測定器
の検出濃度に基づいて燃焼排ガス流量および反応空気流
量を制御する制御装置とを備えてなるものとする。
【０００８】
【作用】この発明において、燃料改質器で発生する低酸
素濃度の燃焼排ガスの少なくとも一部分を反応空気供給
系からの反応空気に添加して燃料電池の空気極に供給す
る酸素濃度の調整手段を備えるよう構成したことによ
り、低酸素濃度の燃焼排ガスが反応空気の増量剤として
機能し、反応空気流路の流体抵抗のばらつきが原因で反
応空気が流れ難い単位セルの反応空気流量を確保してガ
ス不足とこれに伴う単位セル電圧の低下を防止できると
ともに、低酸素濃度の燃焼排ガスが反応空気の酸素濃度
の希釈剤として機能し、反応空気が流れ難い単位セルに
おける酸素濃度を低減してその単位セル電圧の過度の上
昇を防止することができる。
素濃度の燃焼排ガスの少なくとも一部分を反応空気供給
系からの反応空気に添加して燃料電池の空気極に供給す
る酸素濃度の調整手段を備えるよう構成したことによ
り、低酸素濃度の燃焼排ガスが反応空気の増量剤として
機能し、反応空気流路の流体抵抗のばらつきが原因で反
応空気が流れ難い単位セルの反応空気流量を確保してガ
ス不足とこれに伴う単位セル電圧の低下を防止できると
ともに、低酸素濃度の燃焼排ガスが反応空気の酸素濃度
の希釈剤として機能し、反応空気が流れ難い単位セルに
おける酸素濃度を低減してその単位セル電圧の過度の上
昇を防止することができる。
【０００９】また、酸素濃度の調整手段がその配管系に
燃焼排ガス中の水蒸気を除去する排ガス用凝縮器を備え
るよう構成すれば、改質器バ−ナで原燃料が燃焼するこ
とによって燃焼排ガス中に含まれる多量の水蒸気が空気
極に送られることによって単位セルに生ずる電解質（例
えばりん酸）の吸湿および吸湿に起因する体積膨張を防
止し、電解質の体積膨張が原因で空気極に生ずる多孔質
電極基材の目詰まりを防ぎ、多孔質電極基材の目詰まり
に起因する酸素の供給障害を防止する機能が得られる。
燃焼排ガス中の水蒸気を除去する排ガス用凝縮器を備え
るよう構成すれば、改質器バ−ナで原燃料が燃焼するこ
とによって燃焼排ガス中に含まれる多量の水蒸気が空気
極に送られることによって単位セルに生ずる電解質（例
えばりん酸）の吸湿および吸湿に起因する体積膨張を防
止し、電解質の体積膨張が原因で空気極に生ずる多孔質
電極基材の目詰まりを防ぎ、多孔質電極基材の目詰まり
に起因する酸素の供給障害を防止する機能が得られる。
【００１０】さらに、酸素濃度の調整手段がその配管系
に設けた燃焼排ガスの酸素濃度測定器と、この酸素濃度
測定器の検出濃度に基づいて燃焼排ガス流量および反応
空気流量を制御する制御装置とを備えるよう構成すれ
ば、改質器バ−ナでの燃焼状態によって変化する燃焼排
ガス中の酸素濃度の変化を演算し、その結果に基づいて
燃焼排ガス流量および反応空気流量の比を制御し、空気
極に供給する混合空気中の酸素濃度を一定に保持する機
能が得られる。
に設けた燃焼排ガスの酸素濃度測定器と、この酸素濃度
測定器の検出濃度に基づいて燃焼排ガス流量および反応
空気流量を制御する制御装置とを備えるよう構成すれ
ば、改質器バ−ナでの燃焼状態によって変化する燃焼排
ガス中の酸素濃度の変化を演算し、その結果に基づいて
燃焼排ガス流量および反応空気流量の比を制御し、空気
極に供給する混合空気中の酸素濃度を一定に保持する機
能が得られる。
【００１１】
【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明す
る。図１はこの発明の実施例になる燃料電池発電装置を
簡略化して示すシステム構成図であり、従来技術と同じ
構成部分には同一参照符号を付すことにより、重複した
説明を省略する。図において、燃料電池（スタック）１
と、その燃料極１Ｆに水素リッチな燃料ガスＦl を供給
する燃料改質系２と、空気極１Ａに酸化剤としての反応
空気Ａr を供給する反応空気供給系６とを有する燃料電
池発電装置は、改質器バ−ナ４Ｂの燃焼排ガスＯf を例
えば図示しない熱交換器で排熱を回収した後系外に排出
する燃焼排ガス系１５と、反応空気供給系６の流量調節
弁Ｖ3 の吐出側とに連通する流量調節弁Ｖ5 を有する配
管系１２で構成される酸素濃度調節手段１１を備え、流
量調節弁Ｖ3 およびＶ5 の開度を調節することにより、
反応空気Ａr に一定の割合で酸素濃度の低い燃焼排ガス
Ｏf を混合した低酸素濃度の混合空気１１Ｇとして燃料
電池（スタック）１の空気極１Ａに供給するよう構成さ
れる。
る。図１はこの発明の実施例になる燃料電池発電装置を
簡略化して示すシステム構成図であり、従来技術と同じ
構成部分には同一参照符号を付すことにより、重複した
説明を省略する。図において、燃料電池（スタック）１
と、その燃料極１Ｆに水素リッチな燃料ガスＦl を供給
する燃料改質系２と、空気極１Ａに酸化剤としての反応
空気Ａr を供給する反応空気供給系６とを有する燃料電
池発電装置は、改質器バ−ナ４Ｂの燃焼排ガスＯf を例
えば図示しない熱交換器で排熱を回収した後系外に排出
する燃焼排ガス系１５と、反応空気供給系６の流量調節
弁Ｖ3 の吐出側とに連通する流量調節弁Ｖ5 を有する配
管系１２で構成される酸素濃度調節手段１１を備え、流
量調節弁Ｖ3 およびＶ5 の開度を調節することにより、
反応空気Ａr に一定の割合で酸素濃度の低い燃焼排ガス
Ｏf を混合した低酸素濃度の混合空気１１Ｇとして燃料
電池（スタック）１の空気極１Ａに供給するよう構成さ
れる。
【００１２】このように構成された実施例になる燃料電
池発電装置においては、低酸素濃度の燃焼排ガスＯf が
反応空気Ａr の増量剤として機能し、増量された混合空
気１１Ｇをマニホ−ルドを介して各単位セルに複数の凹
溝として形成された反応空気流路に分岐して供給するの
で、反応空気流路の流体抵抗のばらつきが原因で反応空
気が流れ難い単位セルの反応空気流路にも適量の混合空
気供給量を確保し、高負荷運転時におけるガス不足とこ
れに伴う単位セル電圧の低下を防ぐ効果が得られる。ま
た、低酸素濃度の燃焼排ガスＯf が反応空気の酸素濃度
の希釈剤として機能し、反応空気が流れ易い単位セルに
おける酸素濃度を低減してその単位セル電圧の上昇を防
ぐので、単位セル電圧が高い低負荷領域で酸素濃度の上
昇によって単位セル電圧がさらに上昇し、シンタリング
現象に基づき電極触媒の劣化が促進されるという従来技
術の問題点を回避し、燃料電池の寿命特性を改善できる
利点が得られる。
池発電装置においては、低酸素濃度の燃焼排ガスＯf が
反応空気Ａr の増量剤として機能し、増量された混合空
気１１Ｇをマニホ−ルドを介して各単位セルに複数の凹
溝として形成された反応空気流路に分岐して供給するの
で、反応空気流路の流体抵抗のばらつきが原因で反応空
気が流れ難い単位セルの反応空気流路にも適量の混合空
気供給量を確保し、高負荷運転時におけるガス不足とこ
れに伴う単位セル電圧の低下を防ぐ効果が得られる。ま
た、低酸素濃度の燃焼排ガスＯf が反応空気の酸素濃度
の希釈剤として機能し、反応空気が流れ易い単位セルに
おける酸素濃度を低減してその単位セル電圧の上昇を防
ぐので、単位セル電圧が高い低負荷領域で酸素濃度の上
昇によって単位セル電圧がさらに上昇し、シンタリング
現象に基づき電極触媒の劣化が促進されるという従来技
術の問題点を回避し、燃料電池の寿命特性を改善できる
利点が得られる。
【００１３】図２はこの発明の異なる実施例になる燃料
電池発電装置を簡略化して示すシステム構成図であり、
酸素濃度調整手段２１が流量調節弁Ｖ5 および配管系１
２と、配管系１２に連結された排ガス用凝縮器２２とを
備え、水蒸気が除去された燃焼排ガスを反応空気に混合
した混合空気２１Ｇとして燃料電池１の空気極に供給す
るよう構成した点が前述の実施例と異なっている。この
ように構成された酸素濃度調整手段２１を備えた燃料電
池発電装置においては、改質器バ−ナ４Ｂで原燃料が燃
焼することによって燃焼排ガスＯf 中に含まれる多量の
水蒸気が空気極１Ａに送られることにより、単位セルに
生ずる電解質（例えばりん酸）の吸湿および吸湿に起因
する体積膨張を防止できるので、電解質の体積膨張が原
因で空気極に生ずる多孔質電極基材の目詰まりを回避で
きることになり、多孔質電極基材の目詰まりに起因する
酸素の供給障害を防ぎ、酸素の供給障害に伴う発電性能
の低下を防止できる利点が得られる。
電池発電装置を簡略化して示すシステム構成図であり、
酸素濃度調整手段２１が流量調節弁Ｖ5 および配管系１
２と、配管系１２に連結された排ガス用凝縮器２２とを
備え、水蒸気が除去された燃焼排ガスを反応空気に混合
した混合空気２１Ｇとして燃料電池１の空気極に供給す
るよう構成した点が前述の実施例と異なっている。この
ように構成された酸素濃度調整手段２１を備えた燃料電
池発電装置においては、改質器バ−ナ４Ｂで原燃料が燃
焼することによって燃焼排ガスＯf 中に含まれる多量の
水蒸気が空気極１Ａに送られることにより、単位セルに
生ずる電解質（例えばりん酸）の吸湿および吸湿に起因
する体積膨張を防止できるので、電解質の体積膨張が原
因で空気極に生ずる多孔質電極基材の目詰まりを回避で
きることになり、多孔質電極基材の目詰まりに起因する
酸素の供給障害を防ぎ、酸素の供給障害に伴う発電性能
の低下を防止できる利点が得られる。
【００１４】図３はこの発明の他の実施例になる燃料電
池発電装置を簡略化して示すシステム構成図であり、酸
素濃度調整手段３１が流量調節弁Ｖ5 および排ガス用凝
縮器２２を有する配管系１２を流れる燃焼排ガスＯf 中
の酸素濃度を監視する酸素濃度測定器３２と、酸素濃度
測定器３２の検出酸素濃度に基づいて流量調節弁Ｖ3お
よびＶ5 の開度を調節する制御装置３３を備え、燃料電
池１の空気極に送られる混合空気３１Ｇの酸素濃度を予
め定まる目標値に調整するよう構成した点が前述の各実
施例と異なっている。このように構成された酸素濃度調
整手段３１を備えた燃料電池発電装置においては、改質
器バ−ナ４Ｂでの燃焼状態によって変化する燃焼排ガス
Ｏf 中の酸素濃度の変化を制御装置３３が把握し、燃焼
排ガス流量および反応空気流量を演算し、その演算結果
に基づいて流量調節弁Ｖ3 およびＶ5 の開度を調節する
ので、空気極に供給する混合空気３１Ｇ中の酸素濃度を
一定に保持する機能が得られ、酸素濃度の上昇に伴って
低負荷運転時に生ずる単位セル電圧の過度の上昇を防
ぎ、これが原因で空気極に生ずる電極触媒の劣化をより
確実に防止できる利点が得られる。
池発電装置を簡略化して示すシステム構成図であり、酸
素濃度調整手段３１が流量調節弁Ｖ5 および排ガス用凝
縮器２２を有する配管系１２を流れる燃焼排ガスＯf 中
の酸素濃度を監視する酸素濃度測定器３２と、酸素濃度
測定器３２の検出酸素濃度に基づいて流量調節弁Ｖ3お
よびＶ5 の開度を調節する制御装置３３を備え、燃料電
池１の空気極に送られる混合空気３１Ｇの酸素濃度を予
め定まる目標値に調整するよう構成した点が前述の各実
施例と異なっている。このように構成された酸素濃度調
整手段３１を備えた燃料電池発電装置においては、改質
器バ−ナ４Ｂでの燃焼状態によって変化する燃焼排ガス
Ｏf 中の酸素濃度の変化を制御装置３３が把握し、燃焼
排ガス流量および反応空気流量を演算し、その演算結果
に基づいて流量調節弁Ｖ3 およびＶ5 の開度を調節する
ので、空気極に供給する混合空気３１Ｇ中の酸素濃度を
一定に保持する機能が得られ、酸素濃度の上昇に伴って
低負荷運転時に生ずる単位セル電圧の過度の上昇を防
ぎ、これが原因で空気極に生ずる電極触媒の劣化をより
確実に防止できる利点が得られる。
【００１５】
【発明の効果】この発明は前述のように、燃料改質器で
発生する低酸素濃度の燃焼排ガスの少なくとも一部分を
反応空気供給系からの反応空気に添加し、低酸素濃度の
混合空気として燃料電池に供給する酸素濃度の調整手段
を備えるよう構成した。その結果、低酸素濃度の燃焼排
ガスが反応空気の増量剤として機能し、反応空気流路の
流体抵抗のばらつきが原因で反応空気が流れ難い単位セ
ルの反応空気流量を確保し、高負荷運転時に生ずる酸素
不足とこれに伴う単位セル電圧の低下を防止できるとと
もに、低酸素濃度の燃焼排ガスが反応空気の酸素濃度の
希釈剤として機能し、反応空気が流れ難い単位セルにお
ける酸素濃度を低減してその単位セル電圧の過度の上昇
を防止するするので、反応ガス流量に余裕を持たせる従
来技術で問題になった反応空気が流れ易い単位セルでの
反応空気中の酸素の利用率低下と、これに伴うセル電圧
の上昇とが原因で、もともと単位セル電圧が高い軽負荷
状態で単位セル電圧がより高くなるという現象が排除さ
れ、低負荷運転領域でもシンタリング現象に基づく電極
触媒の劣化が少なく、優れた寿命特性を有する燃料電池
発電装置を提供することができる。
発生する低酸素濃度の燃焼排ガスの少なくとも一部分を
反応空気供給系からの反応空気に添加し、低酸素濃度の
混合空気として燃料電池に供給する酸素濃度の調整手段
を備えるよう構成した。その結果、低酸素濃度の燃焼排
ガスが反応空気の増量剤として機能し、反応空気流路の
流体抵抗のばらつきが原因で反応空気が流れ難い単位セ
ルの反応空気流量を確保し、高負荷運転時に生ずる酸素
不足とこれに伴う単位セル電圧の低下を防止できるとと
もに、低酸素濃度の燃焼排ガスが反応空気の酸素濃度の
希釈剤として機能し、反応空気が流れ難い単位セルにお
ける酸素濃度を低減してその単位セル電圧の過度の上昇
を防止するするので、反応ガス流量に余裕を持たせる従
来技術で問題になった反応空気が流れ易い単位セルでの
反応空気中の酸素の利用率低下と、これに伴うセル電圧
の上昇とが原因で、もともと単位セル電圧が高い軽負荷
状態で単位セル電圧がより高くなるという現象が排除さ
れ、低負荷運転領域でもシンタリング現象に基づく電極
触媒の劣化が少なく、優れた寿命特性を有する燃料電池
発電装置を提供することができる。
【００１６】また、酸素濃度の調整手段がその配管系に
燃焼排ガス中の水蒸気を除去する排ガス用凝縮器を備え
るよう構成すれば、燃焼排ガス中に含まれる多量の水蒸
気を除去し、電解質（例えばりん酸）の吸湿および吸湿
に起因する体積膨張を防ぎ、電解質の体積膨張が原因で
空気極に生ずる多孔質電極基材の目詰まりを防ぎ、酸素
の供給障害による発電性能の低下を防止する効果が得ら
れる。
燃焼排ガス中の水蒸気を除去する排ガス用凝縮器を備え
るよう構成すれば、燃焼排ガス中に含まれる多量の水蒸
気を除去し、電解質（例えばりん酸）の吸湿および吸湿
に起因する体積膨張を防ぎ、電解質の体積膨張が原因で
空気極に生ずる多孔質電極基材の目詰まりを防ぎ、酸素
の供給障害による発電性能の低下を防止する効果が得ら
れる。
【００１７】さらに、酸素濃度の調整手段がその配管系
に設けた燃焼排ガスの酸素濃度測定器と、この酸素濃度
測定器の検出濃度に基づいて燃焼排ガス流量および反応
空気流量を制御する制御装置とを備えるよう構成すれ
ば、改質器バ−ナでの燃焼状態によって変化する燃焼排
ガス中の酸素濃度の変化を把握して燃焼排ガス流量およ
び反応空気流量の比を調節し、空気極に供給する反応空
気中の酸素濃度を一定に保持できるので、燃料電池の発
電性能を安定化する効果が得られる。
に設けた燃焼排ガスの酸素濃度測定器と、この酸素濃度
測定器の検出濃度に基づいて燃焼排ガス流量および反応
空気流量を制御する制御装置とを備えるよう構成すれ
ば、改質器バ−ナでの燃焼状態によって変化する燃焼排
ガス中の酸素濃度の変化を把握して燃焼排ガス流量およ
び反応空気流量の比を調節し、空気極に供給する反応空
気中の酸素濃度を一定に保持できるので、燃料電池の発
電性能を安定化する効果が得られる。
【図１】この発明の実施例になる燃料電池発電装置を簡
略化して示すシステム構成図
略化して示すシステム構成図
【図２】この発明の異なる実施例になる燃料電池発電装
置を簡略化して示すシステム構成図
置を簡略化して示すシステム構成図
【図３】この発明の他の実施例になる燃料電池発電装置
を簡略化して示すシステム構成図
を簡略化して示すシステム構成図
【図４】従来の燃料電池発電装置を簡略化して示すシス
テム構成図
テム構成図
１ 燃料電池（スタック） １Ａ 空気極 １Ｆ 燃料極 ２ 燃料改質系 ３ 脱硫反応器 ４ 燃料改質器 ４Ｂ 改質器バ−ナ ５ ＣＯ変成器 ６ 反応空気供給系 ６Ａ 配管系 ６Ｂ 配管系 ７ 空気ブロワ １１ 酸素濃度調整手段 １１Ｇ 混合空気 １２ 配管系 １５ 燃焼排ガス系 ２１ 酸素濃度調整手段 ２１Ｇ 混合空気 ２２ 排ガス用凝縮器 ３１ 酸素濃度調整手段 ３１Ｇ 混合空気 ３２ 酸素濃度測定器 ３３ 制御装置 Ｖ1 流量調節弁（Ｖ2,Ｖ3,Ｖ4,Ｖ５） Ｆl 燃料ガス Ａr 反応空気 Ｏf 燃焼排ガス Ｆo 燃料オフガス
Claims (3)
- 【請求項１】単位セルの積層体からなる燃料電池と、そ
の燃料極に水素リッチな燃料ガスを供給する燃料改質器
を含む燃料改質系と、前記燃料電池の空気極に酸化剤と
しての反応空気を供給する空気ブロワを含む反応空気供
給系とを有するものにおいて、前記燃料改質器で発生す
る低酸素濃度の燃焼排ガスの少なくとも一部分を前記反
応空気供給系からの反応空気に添加して前記燃料電池の
空気極に供給する酸素濃度の調整手段を備えてなること
を特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項２】酸素濃度の調整手段がその配管系に燃焼排
ガス中の水蒸気を除去する排ガス用凝縮器を備えてなる
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項３】酸素濃度の調整手段がその配管系に設けた
燃焼排ガス中の酸素濃度測定器と、この酸素濃度測定器
の検出濃度に基づいて燃焼排ガス流量および反応空気流
量を制御する制御装置とを備えてなることを特徴とする
請求項１記載の燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6005495A JPH07211337A (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6005495A JPH07211337A (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | 燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07211337A true JPH07211337A (ja) | 1995-08-11 |
Family
ID=11612819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6005495A Pending JPH07211337A (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07211337A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010211993A (ja) * | 2009-03-09 | 2010-09-24 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 |
-
1994
- 1994-01-24 JP JP6005495A patent/JPH07211337A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010211993A (ja) * | 2009-03-09 | 2010-09-24 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 |
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