JPH09213353A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

燃料電池発電装置

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JPH09213353A
JPH09213353A JP8018011A JP1801196A JPH09213353A JP H09213353 A JPH09213353 A JP H09213353A JP 8018011 A JP8018011 A JP 8018011A JP 1801196 A JP1801196 A JP 1801196A JP H09213353 A JPH09213353 A JP H09213353A
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JP
Japan
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fuel
gas
fuel cell
ejector pump
recirculation
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JP8018011A
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Inventor
Hirotaka Yamamoto
博隆 山本
Toshihiko Gange
敏彦 願化
Hiroshi Miki
啓史 三木
Naonobu Yokoyama
尚伸 横山
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Shikoku Research Institute Inc
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Shikoku Research Institute Inc
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

(57)【要約】 【課題】燃料電池の水素利用率が負荷に対応して適量に
制御され、さらには低負荷においても安定して運転され
る燃料ガス系統を備えたものとする。 【解決手段】燃料電池1の燃料極1aの排出ガスを再循
環してエゼクタポンプ3で原燃料に混合し、燃料ガスと
して燃料極1aに供給する燃料電池発電装置で、再循環
ガス回路5に、制御信号を送ってエゼクタポンプ3の原
燃料供給弁を調整して原燃料供給量を制御する再循環ガ
ス圧力計10を備えるものにおいて、再循環ガス回路5
に再循環ガス流量調整弁12と再循環ガス流量計13と
を設けて、燃料電池の負荷に対応して再循環ガスの流量
を調整し、さらにエゼクタポンプ3の出口に吐出圧圧力
計14を備えて制御信号を送って再循環ガスの流量を調
整し、エゼクタポンプ3の吐出圧を所定値以上に保持す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池から排出
される排出ガスを、外部より新たに供給される燃料ガス
と混合して燃料電池に再循環させる燃料電池発電装置、
特にその燃料ガスの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、例えば食塩電解工場やある種の合
成化学工場などで製品の生産に伴って副生物として得ら
れる副生水素を、燃料電池の原燃料ガスとして利用する
オンサイト用燃料電池発電装置の開発が進められてい
る。また、この燃料電池発電装置について、原燃料ガス
の消費量を低減すること、並びに燃料電池の水素利用率
を低めて出力特性を改善することを狙いとして、燃料電
池の燃料極からの排出ガスを再循環して、外部より新た
に供給される燃料ガスとエゼクタポンプ等によって混合
させ、燃料電池の燃料極へと供給する再循環方式のもの
が知られており、既に特願平7−171751号に各種方式が
開示されている。
【0003】図3は、再循環方式を採用した従来の燃料
電池発電装置の燃料ガス系統の代表的なシステムフロー
図である。図において、1は燃料電池(リン酸型燃料電
池)、1a、1bは模式的に表した燃料極と空気極、2
はサイト側の副生水素供給源に通じる原燃料供給回路、
3はエゼクタポンプ、4はエゼクタポンプ3より燃料極
1aへと連結される燃料ガス供給回路、5は燃料極1a
からの排出ガスをエゼクタポンプ3へと送る再循環ガス
回路、6は再循環ガス回路5に設置した排出ガス冷却用
の熱交換器、7は熱交換器6で凝縮液化した生成水を貯
液するドレンタンク、8は再循環ガス回路より分岐して
設けられたガスパージ回路、9はガスパージ回路8に設
けられた逆止弁、10は再循環ガス回路5に設けられた
再循環ガス圧力計、また、11はエゼクタポンプ3に供
給される原燃料の流量を計測する原燃料流量計である。
【0004】本構成において、燃料ガスは、燃料電池1
の燃料極1aにおいて電気化学反応を生じて発電に供さ
れたのち、燃料ガス出口より排出される。排出ガスは、
電気化学反応に使用されなかった水素を含んでおり、再
循環ガス回路5を通流してエゼクタポンプ3へと導か
れ、原燃料供給回路2を通して供給される水素濃度の高
い原燃料と混合されたのち、燃料ガス供給回路4を通流
して再び燃料ガスとして燃料電池1の燃料極1aへと供
給され、再利用されている。
【0005】上記のように排出ガスを再循環させて再利
用を繰り返すと、系内の不純物濃度が上昇し、電池性能
に悪影響を及ぼすので、再循環ガス回路5に分岐して設
けられたガスパージ回路8を通して適宜放出し、不純物
の蓄積を抑制する方法が採られている。このようにガス
パージ回路8を通して系内の排出ガスを外部に放出する
には、系内の圧力を所定値以上に保持する必要がある。
このため上記の構成においては、再循環ガス回路5に組
み込まれた再循環ガス圧力計10の検出信号によりエゼ
クタポンプ3の原燃料供給弁の開度を調節制御して原燃
料の流量を変化させ、その流量を原燃料流量計11によ
りフィードバック制御する方法が採られている。したが
って、再循環ガスの圧力が所定値より下がると、エゼク
タポンプ3の原燃料供給弁の開度が大きくなり、原燃料
の流量、したがって燃料極1aに送られる燃料ガスの流
量が増大し、これに伴って、燃料極1aからの排出ガス
の流量が増大して、系内の圧力が所定値に回復する。な
お、逆止弁9は、系内の圧力が万が一低下する場合があ
っても、外部より系内への空気の逆流が生じないように
これを防止する役割を果たすものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のごとく、従来の
燃料電池発電装置においては、再循環ガスの圧力を原燃
料の流量により制御して所定値に保持する方式を用い
て、燃料ガスを再循環させて燃料極1aへ供給してい
る。したがって、本方式においては、原燃料の流量が再
循環ガスの圧力のみによって制御されるので、燃料電池
内部での水素利用率、すなわち使用される水素量と供給
される水素量との比は、とくに制御されず、運転条件に
伴って変動してしまうという難点がある。例えば、負荷
が大きくなると、燃料電池内部で消費される水素量が多
量となり、相対的に排出ガス流量が低下するので、これ
を補うためにエゼクタポンプ3の原燃料供給弁の開度が
大きくなり、多量の原燃料が供給される。したがって、
結果的に再循環ガスの流量が増大し水素利用率が低下す
ることとなる。また、このように流量が増大すると、燃
料極1aに保持されたリン酸の飛散量が増大することと
なる。
【0007】また、本燃料ガス制御方式においては、負
荷が小さくなると、燃料電池内部で消費される水素量が
少量となり、相対的に排出ガス流量が増大するので、エ
ゼクタポンプ3に供給される原燃料の流量が少量とな
る。原燃料の流量が下がるとエゼクタポンプ3の吐出圧
が低下することとなるが、吐出圧が所定値以下になると
エゼクタポンプ3の性能は急激に低下するので、安定し
た流量制御が出来なくなってしまう危険性がある。
【0008】本発明の目的は、これらの難点を解消し、
燃料電池の水素利用率が負荷に対応して適量に制御さ
れ、さらには低負荷においても安定して運転される燃料
ガス系統を備えた燃料電池発電装置を提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、 (1) 燃料電池の燃料極から排出される排出ガスを再循環
して、エゼクタポンプにおいて外部より新たに供給され
る水素濃度の高い原燃料に混合し、燃料ガスとして燃料
電池の燃料極に供給して発電を行う燃料電池発電装置
で、燃料極の排出ガス出口とエゼクタポンプとの間に設
けられた再循環ガス回路にエゼクタポンプの原燃料供給
弁に制御信号を送って開度を調整し原燃料の供給量を制
御する圧力計を備えたものにおいて、再循環ガス回路
に、燃料電池の負荷に対応して再循環ガスの流量が調整
される流量調整弁と流量調整弁を制御する流量計とを備
えることとする。
【0010】(2) さらに、エゼクタポンプの吐出口と燃
料極の燃料ガス入口との間に、エゼクタポンプの吐出圧
を測定し、制御信号を送って再循環ガス回路の流量調整
弁を調整して再循環ガスの流量を制御する圧力計を備え
ることとする。上記(1) のごとくとすれば、例えば燃料
電池の負荷が上昇して燃料電池内部で消費される水素量
が多量となり、相対的に燃料極からの排出され再循環す
るガスの流量が低下することとなっても、再循環ガス回
路に設けた流量調整弁を燃料電池の負荷に対応して調整
し、流量計によってフィードバック制御することにより
再循環ガス回路のガス圧力が負荷に対応した所定値に制
御される。したがって、原燃料の流量が、例えば従来の
ように過大となってしまうことなく、適量に制御される
ので、水素利用率が所定範囲に保持されることとなる。
【0011】さらに、上記(2) のごとくとすれば、再循
環ガスの流量の調整によりエゼクタポンプの吐出圧を所
定値以上に保持できるので、エゼクタポンプの性能の急
激な低下をもたらすことなく安定して流量制御ができる
こととなる。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の燃料電池発電装
置の第1の実施の形態を示す燃料ガス系統のシステムフ
ロー図である。図において、図3に示した従来の燃料ガ
ス系統のシステムフロー図の構成部品と同一機能を有す
る構成部品には同一符号が付されており、重複する説明
は省略する。
【0013】図1に示した本発明の第1の実施の形態の
特徴は、図3に示した従来のシステムの再循環ガス回路
5に、さらに再循環ガス流量調整弁12とこれを制御す
る再循環ガス流量計13が設置されていることにある。
本構成においては、再循環ガス流量調整弁12を燃料電
池1の負荷に対応して調整し、再循環ガス流量計13に
よってフィードバック制御することにより再循環ガス回
路5のガス圧力が負荷に対応した所定値に制御されるこ
ととなり、さらに、再循環ガス圧力計10で検出された
圧力により、エゼクタポンプ3の原燃料供給弁が調整さ
れるので、原燃料の流量は、例えば従来のように過大と
なってしまうことなく、適量に制御され、水素利用率が
所定範囲に保持されることとなる。
【0014】図2は、本発明の燃料電池発電装置の第2
の実施の形態を示す燃料ガス系統のシステムフロー図で
ある。本図に示した第2の実施の形態の特徴は、図1に
示した第1の実施の形態のエゼクタポンプ3の吐出口と
燃料極1aの燃料ガス入口との間に、エゼクタポンプ3
の吐出圧を測定し、制御信号を送って再循環ガス流量調
整弁12を調整して再循環ガスの流量を制御する吐出圧
圧力計14を備えた点にある。本構成においては、仮に
低負荷条件にあっても、再循環ガスの流量を調整するこ
とによりエゼクタポンプ3の吐出圧が所定値以上に保持
され、エゼクタポンプの性能の急激な低下を生じること
なく安定した流量制御ができることとなる。
【0015】
【発明の効果】上述のように、本発明においては、 (1) 燃料電池の燃料極から排出される排出ガスを再循環
して、エゼクタポンプにおいて外部より新たに供給され
る水素濃度の高い原燃料に混合し、燃料ガスとして燃料
電池の燃料極に供給して発電を行う燃料電池発電装置
で、燃料極の排出ガス出口とエゼクタポンプとの間に設
けられた再循環ガス回路にエゼクタポンプの原燃料供給
弁に制御信号を送って開度を調整し原燃料の供給量を制
御する圧力計を備えたものにおいて、再循環ガス回路
に、燃料電池の負荷に対応して再循環ガスの流量が調整
される流量調整弁と流量調整弁を制御する流量計とを備
えることとしたので、燃料電池の水素利用率が負荷に対
応して適量に制御される燃料ガス系統を備えた燃料電池
発電装置が得られることとなった。
【0016】(2) また、上記の燃料電池発電装置におい
て、さらに、エゼクタポンプの吐出口と燃料極の燃料ガ
ス入口との間に、エゼクタポンプの吐出圧を測定し、制
御信号を送って再循環ガス回路の流量調整弁を調整して
再循環ガスの流量を制御する圧力計を備えることとすれ
ば、燃料電池の水素利用率が負荷に対応して適量に制御
されるばかりでなく、さらには低負荷においても安定し
て運転される燃料ガス系統を備えた燃料電池発電装置が
得られることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料電池発電装置の第1の実施の形態
を示す燃料ガス系統のシステムフロー図
【図2】本発明の燃料電池発電装置の第2の実施の形態
を示す燃料ガス系統のシステムフロー図
【図3】再循環方式を採用した従来の燃料電池発電装置
の燃料ガス系統の代表的なシステムフロー図
【符号の説明】
1 燃料電極 1a 燃料極 1b 空気極 2 原燃料供給回路 3 エゼクタポンプ 4 燃料ガス供給回路 5 再循環ガス回路 6 熱交換器 7 ドレンタンク 8 ガスパージ回路 9 逆止弁 10 再循環ガス圧力計 11 原燃料流量計 12 再循環ガス流量計 13 再循環ガス流量調整弁 14 吐出圧圧力計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三木 啓史 香川県高松市屋島西町2109番地8 株式会 社四国総合研究所内 (72)発明者 横山 尚伸 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料電池の燃料極から排出される排出ガス
    を再循環して、エゼクタポンプにおいて外部より新たに
    供給される水素濃度の高い原燃料に混合し、燃料ガスと
    して燃料電池の燃料極に供給して発電を行う燃料電池発
    電装置で、燃料極の排出ガス出口とエゼクタポンプとの
    間に設けられた再循環ガス回路に、エゼクタポンプの原
    燃料供給弁に制御信号を送って開度を調整し原燃料の供
    給量を制御する圧力計を備えたものにおいて、前記再循
    環ガス回路に、燃料電池の負荷に対応して再循環ガスの
    流量が調整される流量調整弁と流量調整弁を制御する流
    量計とを備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。
  2. 【請求項2】エゼクタポンプの吐出口と燃料極の燃料ガ
    ス入口との間に、エゼクタポンプの吐出圧を測定し、制
    御信号を送って再循環ガス回路の流量調整弁を調整して
    再循環ガスの流量を制御する圧力計を備えたことを特徴
    とする請求項1に記載の燃料電池発電装置。
JP8018011A 1996-02-05 1996-02-05 燃料電池発電装置 Pending JPH09213353A (ja)

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