JPH09312167A - 燃料電池発電装置およびその運転方法 - Google Patents
燃料電池発電装置およびその運転方法Info
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- JPH09312167A JPH09312167A JP8150508A JP15050896A JPH09312167A JP H09312167 A JPH09312167 A JP H09312167A JP 8150508 A JP8150508 A JP 8150508A JP 15050896 A JP15050896 A JP 15050896A JP H09312167 A JPH09312167 A JP H09312167A
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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
- 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】
【目的】 水素ガスを外気に放出しないクローズドシス
テムを採用することにより安全性および水素の利用効率
を向上させ、しかも安定した発電性能を維持することの
でき、起動性にも優れた燃料電池発電装置を提供する。 【構成】 水素を燃料ガスとする燃料電池１を用いた発
電装置において、燃料極から排出される燃料極排出ガス
をバルブ手段８を有する閉ライン７を介して空気極３に
導入し、該バルブ手段を開閉制御するバルブ制御手段が
設けられ、且つ、燃料電池スタック内において水素が各
セル間を直列に流れるように水素流路が形成されてな
る。この燃料電池発電装置は、バルブ手段を実質的に閉
とし、あるいはその開度を絞った状態で起動運転した
後、所定の周期で所定時間間欠的にバルブ手段の開度を
大きくして運転される。
テムを採用することにより安全性および水素の利用効率
を向上させ、しかも安定した発電性能を維持することの
でき、起動性にも優れた燃料電池発電装置を提供する。 【構成】 水素を燃料ガスとする燃料電池１を用いた発
電装置において、燃料極から排出される燃料極排出ガス
をバルブ手段８を有する閉ライン７を介して空気極３に
導入し、該バルブ手段を開閉制御するバルブ制御手段が
設けられ、且つ、燃料電池スタック内において水素が各
セル間を直列に流れるように水素流路が形成されてな
る。この燃料電池発電装置は、バルブ手段を実質的に閉
とし、あるいはその開度を絞った状態で起動運転した
後、所定の周期で所定時間間欠的にバルブ手段の開度を
大きくして運転される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池発電装置お
よびその運転方法に関する。
よびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】高分子固体電解質型燃料電池またはリン
酸型燃料電池等の燃料電池は水素を燃料ガスとして利用
し、これを酸化剤ガスである酸素と電気化学的に反応さ
せて発電している。
酸型燃料電池等の燃料電池は水素を燃料ガスとして利用
し、これを酸化剤ガスである酸素と電気化学的に反応さ
せて発電している。
【０００３】従来技術においては、水素ガスとして水素
ボンベからの純水素が一般に用いられており、この水素
ガスを燃料電池スタックの各セルに並列的に分配供給す
るように構成されている。
ボンベからの純水素が一般に用いられており、この水素
ガスを燃料電池スタックの各セルに並列的に分配供給す
るように構成されている。
【０００４】また、特に高分子固体電解質型燃料電池に
おいては、安定した電池性能を得るためには高分子固体
電解質膜を所定の湿潤状態に維持することが必要とさ
れ、このために、水素ガスをバブリング装置等で加湿し
た後に燃料極に供給して、燃料極側から電解質膜を加湿
することが一般に行われている。
おいては、安定した電池性能を得るためには高分子固体
電解質膜を所定の湿潤状態に維持することが必要とさ
れ、このために、水素ガスをバブリング装置等で加湿し
た後に燃料極に供給して、燃料極側から電解質膜を加湿
することが一般に行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来技術によるとき
は、発電反応後に残存する余剰水素ガスを燃料電池から
系外に排出していた。しかしながら、このような水素ガ
スのいわば垂れ流しは、水素ガスの利用効率の面で好ま
しくないだけでなく、燃料電池が電気自動車の駆動源と
して利用される場合には、ガレージや地下駐車場等の空
気循環の悪い空間に水素を排出することとなり、爆発の
危険がある。
は、発電反応後に残存する余剰水素ガスを燃料電池から
系外に排出していた。しかしながら、このような水素ガ
スのいわば垂れ流しは、水素ガスの利用効率の面で好ま
しくないだけでなく、燃料電池が電気自動車の駆動源と
して利用される場合には、ガレージや地下駐車場等の空
気循環の悪い空間に水素を排出することとなり、爆発の
危険がある。
【０００６】余剰水素ガスを燃料電池から排出させない
ようにシステム構成することは可能であるが、この場合
には燃料ガス中の窒素や水蒸気の分圧が徐々に上昇し、
相対的に水素分圧が減少するため、発電性能が劣化す
る。
ようにシステム構成することは可能であるが、この場合
には燃料ガス中の窒素や水蒸気の分圧が徐々に上昇し、
相対的に水素分圧が減少するため、発電性能が劣化す
る。
【０００７】また、加湿された水素ガスが燃料電池の燃
料極に供給される場合、特に運転開始時等においてセル
温度が供給される水素ガスよりも低いときに、水素ガス
中の水蒸気がスタック内で凝結し、この水滴が燃料極に
おけるガス流路を閉塞し、出力電圧を低下させるという
問題があった。
料極に供給される場合、特に運転開始時等においてセル
温度が供給される水素ガスよりも低いときに、水素ガス
中の水蒸気がスタック内で凝結し、この水滴が燃料極に
おけるガス流路を閉塞し、出力電圧を低下させるという
問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】そこで本発明は、水素ガ
スを外気に放出しないクローズドシステムを採用するこ
とにより安全性および水素の利用効率を向上させ、しか
も安定した発電性能を維持することのできる燃料電池発
電装置を提供することを目的とする。
スを外気に放出しないクローズドシステムを採用するこ
とにより安全性および水素の利用効率を向上させ、しか
も安定した発電性能を維持することのできる燃料電池発
電装置を提供することを目的とする。
【０００９】すなわち本発明は、水素を燃料ガスとする
燃料電池を用いた発電装置において燃料極から排出され
る燃料極排出ガスがバルブ手段を有する閉ラインを介し
て空気極に供給され、バルブ手段の開度を制御するバル
ブ制御手段が設けられ、且つ、燃料電池スタック内にお
いて水素が各セル間を直列に流れるように水素流路が形
成されてなることを特徴とする。
燃料電池を用いた発電装置において燃料極から排出され
る燃料極排出ガスがバルブ手段を有する閉ラインを介し
て空気極に供給され、バルブ手段の開度を制御するバル
ブ制御手段が設けられ、且つ、燃料電池スタック内にお
いて水素が各セル間を直列に流れるように水素流路が形
成されてなることを特徴とする。
【００１０】ここに閉ラインとは、バルブ手段以外には
出口のない流路を意味している。したがって、燃料極か
ら排出された燃料極排出ガスは、バルブ手段が閉とされ
ているときは、その全量が空気極に供給されることとな
る。バルブ手段が開とされたときには、その燃料極外へ
の排出量に応じた量が水素供給源から燃料極に供給され
る。
出口のない流路を意味している。したがって、燃料極か
ら排出された燃料極排出ガスは、バルブ手段が閉とされ
ているときは、その全量が空気極に供給されることとな
る。バルブ手段が開とされたときには、その燃料極外へ
の排出量に応じた量が水素供給源から燃料極に供給され
る。
【００１１】本発明の一態様によれば、燃料電池の出力
電圧を測定する電圧測定手段が設けられ、バルブ制御手
段は、該電圧測定手段による測定結果を受けて、燃料電
池の出力電圧に実質的な低下を生じさせないようにバル
ブ手段の開度を制御する。
電圧を測定する電圧測定手段が設けられ、バルブ制御手
段は、該電圧測定手段による測定結果を受けて、燃料電
池の出力電圧に実質的な低下を生じさせないようにバル
ブ手段の開度を制御する。
【００１２】あるいは、燃料電池の出力電圧を測定する
電圧測定手段が設けられ、バルブ制御手段は、該電圧測
定手段による測定結果を基に、バルブ手段を閉として燃
料電池を運転したときに出力電圧に実質的な低下が見ら
れるまでの時間間隔のデータを予め作成しており、この
時間間隔と実質的に同一または若干短い周期でバルブ手
段を開とするようバルブ手段を開閉制御する。
電圧測定手段が設けられ、バルブ制御手段は、該電圧測
定手段による測定結果を基に、バルブ手段を閉として燃
料電池を運転したときに出力電圧に実質的な低下が見ら
れるまでの時間間隔のデータを予め作成しており、この
時間間隔と実質的に同一または若干短い周期でバルブ手
段を開とするようバルブ手段を開閉制御する。
【００１３】また、本発明による燃料電池発電装置の運
転方法は、バルブ手段を実質的に閉としあるいは開度を
絞った状態で起動運転した後、所定の周期で所定時間間
欠的にバルブ手段の開度を大きくすることを特徴とす
る。
転方法は、バルブ手段を実質的に閉としあるいは開度を
絞った状態で起動運転した後、所定の周期で所定時間間
欠的にバルブ手段の開度を大きくすることを特徴とす
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は本発明による燃料電池発電
装置の構成例を示す概略図であり、燃料電池スタック１
の燃料極２には水素ガスボンベ５からの純水素ガスが調
圧弁６を介して供給されるとともに、空気極３には酸化
剤ガスとしての酸素が供給される。公知のように、燃料
極２で得られる水素イオンがプロトンの形態で電解質４
中を空気極３へと伝達されることにより発電が行われ
る。
装置の構成例を示す概略図であり、燃料電池スタック１
の燃料極２には水素ガスボンベ５からの純水素ガスが調
圧弁６を介して供給されるとともに、空気極３には酸化
剤ガスとしての酸素が供給される。公知のように、燃料
極２で得られる水素イオンがプロトンの形態で電解質４
中を空気極３へと伝達されることにより発電が行われ
る。
【００１５】燃料極２に供給された水素ガスは、発電反
応に利用されて消費されるが、なお残存する未消費の余
剰水素ガスは閉ライン７を流れてバルブ８を介して空気
極３に導入される。
応に利用されて消費されるが、なお残存する未消費の余
剰水素ガスは閉ライン７を流れてバルブ８を介して空気
極３に導入される。
【００１６】空気極３に導入された水素ガスは、空気触
媒（Ｐｔ）上で燃焼して水に転化する。これにより、電
解質４に高分子固体イオン交換膜が用いられる高分子固
体電解質型燃料電池の場合に、空気極３での通常の電池
反応による生成水および余剰水素ガスの燃焼による回収
水が、水の濃度差により、水濃度が希薄である電解質膜
４に向けて流れるため、電解質膜４が加湿される。
媒（Ｐｔ）上で燃焼して水に転化する。これにより、電
解質４に高分子固体イオン交換膜が用いられる高分子固
体電解質型燃料電池の場合に、空気極３での通常の電池
反応による生成水および余剰水素ガスの燃焼による回収
水が、水の濃度差により、水濃度が希薄である電解質膜
４に向けて流れるため、電解質膜４が加湿される。
【００１７】すなわち、高分子固体電解質膜４の加湿
を、従来の燃料極２側からの加湿に加えて空気極３側か
ら行うことができ、あるいは空気極３側からのみ行うこ
とも可能となる。燃料極２側からの加湿を行わない場合
には、燃料極２に供給する水素ガス中に水蒸気を導入し
て加湿する必要がなくなるため、水素ガスの利用効率が
更に向上され且つ安定される。
を、従来の燃料極２側からの加湿に加えて空気極３側か
ら行うことができ、あるいは空気極３側からのみ行うこ
とも可能となる。燃料極２側からの加湿を行わない場合
には、燃料極２に供給する水素ガス中に水蒸気を導入し
て加湿する必要がなくなるため、水素ガスの利用効率が
更に向上され且つ安定される。
【００１８】燃料電池１の出力電圧は電圧計９で監視さ
れる。制御装置１０は、後述のようにして、調圧弁６お
よびバルブ８の開閉および開度を制御する。
れる。制御装置１０は、後述のようにして、調圧弁６お
よびバルブ８の開閉および開度を制御する。
【００１９】図１に示される燃料電池発電装置の運転に
ついて説明すると、まず起動時には、バルブ８を閉に保
持し、調圧弁６で爆発限界以下の一定の流速で水素が燃
料極２に供給されるよう微調整する。
ついて説明すると、まず起動時には、バルブ８を閉に保
持し、調圧弁６で爆発限界以下の一定の流速で水素が燃
料極２に供給されるよう微調整する。
【００２０】バルブ８を閉とした状態で燃料電池１を運
転すると、水素ガス中に微量含まれる窒素および水蒸気
の分圧が徐々に上昇する。すなわち、燃料極２で消費さ
れる水素の分圧は反対に徐々に低下するため、これに伴
って出力電圧も低下し、安定した出力が得られなくな
る。
転すると、水素ガス中に微量含まれる窒素および水蒸気
の分圧が徐々に上昇する。すなわち、燃料極２で消費さ
れる水素の分圧は反対に徐々に低下するため、これに伴
って出力電圧も低下し、安定した出力が得られなくな
る。
【００２１】そこで、バルブ８を閉とした状態で燃料電
池１を運転したときに出力電圧が低下し始める時間間隔
を予め計測しておき、その時間間隔と実質的に同一また
は若干短い周期でバルブ８を開とするように、バルブ８
を間欠的に開閉制御しながら、燃料電池１を運転する。
池１を運転したときに出力電圧が低下し始める時間間隔
を予め計測しておき、その時間間隔と実質的に同一また
は若干短い周期でバルブ８を開とするように、バルブ８
を間欠的に開閉制御しながら、燃料電池１を運転する。
【００２２】あるいは、制御装置１０は、出力電圧を常
時監視する電圧計９からの入力データを解析して、出力
電圧の低下開始と同時にバルブ８を一定時間開とするよ
うに制御してもよい。
時監視する電圧計９からの入力データを解析して、出力
電圧の低下開始と同時にバルブ８を一定時間開とするよ
うに制御してもよい。
【００２３】閉ライン７においてバルブ８が開とされる
と、その排出量に応じた量の水素が水素ボンベ５から調
圧弁６による所定圧力にて燃料極２に供給される。すな
わち、バルブ８の間欠的開放に伴って水素が燃料極２に
間欠的に供給されることになる。
と、その排出量に応じた量の水素が水素ボンベ５から調
圧弁６による所定圧力にて燃料極２に供給される。すな
わち、バルブ８の間欠的開放に伴って水素が燃料極２に
間欠的に供給されることになる。
【００２４】燃料電池スタック１における各セル間の水
素流路は、図４に模式的に示されるように、直列に接続
される。このため、燃料電池運転中または運転開始時
に、スタック１の燃料極２で結露した水分を排出させる
ことができる。また、電池反応により生成される炭化水
素系等の不純物も、閉ライン７上のバルブ８を開くこと
により、系外に排出される。
素流路は、図４に模式的に示されるように、直列に接続
される。このため、燃料電池運転中または運転開始時
に、スタック１の燃料極２で結露した水分を排出させる
ことができる。また、電池反応により生成される炭化水
素系等の不純物も、閉ライン７上のバルブ８を開くこと
により、系外に排出される。
【００２５】さらに、燃料電池の運転停止時には窒素ガ
ス等の不活性ガスで水素流路をパージすることが行われ
ているが、水素流路を直列とすることにより、起動時に
このパージガスが短時間で水素と置換されるため、起動
性が向上する。
ス等の不活性ガスで水素流路をパージすることが行われ
ているが、水素流路を直列とすることにより、起動時に
このパージガスが短時間で水素と置換されるため、起動
性が向上する。
【００２６】図２は本発明の他の実施例による燃料電池
発電装置の構成を示し、図１の実施例が水素ガスボンベ
５からの純水素ガスを燃料ガスとして供給するのに対し
て、水／メタノール混合液等の改質原料を改質器１２に
て改質反応させて水素リッチな改質ガスを生成させ、こ
の改質ガスをタンク１３に貯留しておいて、調圧弁６を
介して燃料極２に供給するものである。
発電装置の構成を示し、図１の実施例が水素ガスボンベ
５からの純水素ガスを燃料ガスとして供給するのに対し
て、水／メタノール混合液等の改質原料を改質器１２に
て改質反応させて水素リッチな改質ガスを生成させ、こ
の改質ガスをタンク１３に貯留しておいて、調圧弁６を
介して燃料極２に供給するものである。
【００２７】この実施例による燃料電池発電装置の運転
方法も図１に関連して前述したところと同様であるので
説明を省略するが、改質ガスを燃料ガスとして用いる場
合には水素ガス以外に水蒸気、窒素、二酸化炭素、一酸
化炭素等が比較的多量に含まれており、バルブ８を閉と
して燃料電池１を運転するときの水素分圧低下およびそ
れに起因する出力電圧低下が比較的短時間に開始される
ため、閉とされているバルブ８を開とするまでの周期を
短く設定する必要がある。
方法も図１に関連して前述したところと同様であるので
説明を省略するが、改質ガスを燃料ガスとして用いる場
合には水素ガス以外に水蒸気、窒素、二酸化炭素、一酸
化炭素等が比較的多量に含まれており、バルブ８を閉と
して燃料電池１を運転するときの水素分圧低下およびそ
れに起因する出力電圧低下が比較的短時間に開始される
ため、閉とされているバルブ８を開とするまでの周期を
短く設定する必要がある。
【００２８】図３は図１または図２に示す実施例の変形
として、空気極３から排出される排出ガスを空気極３に
循環させる循環流路として構成した実施例を示す。この
ような構成は、電解質４として高分子固体電解質膜が用
いられ、且つ、この電解質膜に対する加湿を専ら空気極
３側から行う場合に好適に採用される。
として、空気極３から排出される排出ガスを空気極３に
循環させる循環流路として構成した実施例を示す。この
ような構成は、電解質４として高分子固体電解質膜が用
いられ、且つ、この電解質膜に対する加湿を専ら空気極
３側から行う場合に好適に採用される。
【００２９】すなわち、空気極３からの排出ガスは空気
排出ライン１４に送り込まれるが、この空気排出ライン
１４は空気導入ライン１５に合流して循環路１６を形成
しているため、電池反応により空気極３で生成される反
応生成水を含む排出ガスを空気極３に導入して、電解質
膜３を加湿することが可能とされる。
排出ライン１４に送り込まれるが、この空気排出ライン
１４は空気導入ライン１５に合流して循環路１６を形成
しているため、電池反応により空気極３で生成される反
応生成水を含む排出ガスを空気極３に導入して、電解質
膜３を加湿することが可能とされる。
【００３０】循環路１６に接続して排気バルブ１７が設
けられ、空気極からの排気ガスは、そのうちの排気バル
ブ１７の開度に応じた一定量が系外に排出され、残量は
循環路１６および空気導入ライン１５を介して空気極３
に再導入される。排気バルブ１７の開度は、燃料電池１
に最適な水バランス条件を与えるよう、前述の制御装置
１０により制御される。
けられ、空気極からの排気ガスは、そのうちの排気バル
ブ１７の開度に応じた一定量が系外に排出され、残量は
循環路１６および空気導入ライン１５を介して空気極３
に再導入される。排気バルブ１７の開度は、燃料電池１
に最適な水バランス条件を与えるよう、前述の制御装置
１０により制御される。
【００３１】このような構成によれば、バルブ８が開の
ときに閉ライン７を通って空気極３に導入される水素ガ
スが空気触媒上で燃焼することにより生成される水に加
えて、循環路１６を経て空気極３に再導入される排気ガ
ス中に含まれる反応生成水が空気極３において水分とし
て存在し、これが水濃度差により電解質膜４に浸透して
燃料極２側へと移動し、さらに燃料極２側に移動した水
分は電気浸透水として空気極３側へと移動することとな
り、これら水分の往復移動によって電解質膜４の加湿が
効率的且つ平均的に行われる。このため、燃料極２側か
らの加湿は不要となり、燃料ガス自体を加湿する必要が
ないため、水素分圧を高め、発電効率の向上を図ること
ができる。
ときに閉ライン７を通って空気極３に導入される水素ガ
スが空気触媒上で燃焼することにより生成される水に加
えて、循環路１６を経て空気極３に再導入される排気ガ
ス中に含まれる反応生成水が空気極３において水分とし
て存在し、これが水濃度差により電解質膜４に浸透して
燃料極２側へと移動し、さらに燃料極２側に移動した水
分は電気浸透水として空気極３側へと移動することとな
り、これら水分の往復移動によって電解質膜４の加湿が
効率的且つ平均的に行われる。このため、燃料極２側か
らの加湿は不要となり、燃料ガス自体を加湿する必要が
ないため、水素分圧を高め、発電効率の向上を図ること
ができる。
【００３２】また、別法として、バルブ８の開度を任意
の開度に保持し、調圧弁６で爆発限界以下の一定の流速
で水素が燃料極２に供給されるよう微調整してもよく、
また、間欠的にその開度を一定時間増加させてもよい。
の開度に保持し、調圧弁６で爆発限界以下の一定の流速
で水素が燃料極２に供給されるよう微調整してもよく、
また、間欠的にその開度を一定時間増加させてもよい。
【００３３】この場合、バルブ８を任意の開度とした状
態で燃料電池１を運転したときに出力電圧が低下し始め
る時間間隔を予め計測しておき、その時間間隔と実質的
に同一または若干短い周期でバルブ８を開とするよう
に、バルブ８の開度を間欠的に一定時間増加させる。こ
の制御方法によるときは、バルブ８の開度を増加させる
周期は比較的長くなる。
態で燃料電池１を運転したときに出力電圧が低下し始め
る時間間隔を予め計測しておき、その時間間隔と実質的
に同一または若干短い周期でバルブ８を開とするよう
に、バルブ８の開度を間欠的に一定時間増加させる。こ
の制御方法によるときは、バルブ８の開度を増加させる
周期は比較的長くなる。
【００３４】なお、図１ないし図３に示す実施例におい
ては、いずれも、バルブ８が開とされたときに燃料極２
から閉ループライン７を通じて送り込まれる余剰水素ガ
スが、酸素とは別の経路で空気極３に導入されるように
図示されているが、この余剰水素ガスを酸素導入ライン
に合流させるように構成してもよい。特に、空気極３に
隣接して設けられる空気供給用マニホールド（図示せ
ず）に余剰水素ガスを導入して空気（酸素）と共に空気
極３に導入するよう構成することが、構成の簡略化およ
び小型化の上で好ましい。
ては、いずれも、バルブ８が開とされたときに燃料極２
から閉ループライン７を通じて送り込まれる余剰水素ガ
スが、酸素とは別の経路で空気極３に導入されるように
図示されているが、この余剰水素ガスを酸素導入ライン
に合流させるように構成してもよい。特に、空気極３に
隣接して設けられる空気供給用マニホールド（図示せ
ず）に余剰水素ガスを導入して空気（酸素）と共に空気
極３に導入するよう構成することが、構成の簡略化およ
び小型化の上で好ましい。
【００３５】また、水素供給源として、水素ボンベ５や
改質ガスタンク１３のほか、水素吸蔵合金を用いること
ができる。水素吸蔵合金とは発熱反応により水素を吸蔵
し、吸熱反応により水素を放出する合金であり、ＬａＮ
ｉ5、ＴｉＦｅ、ＺｒＭｎ2、Ｍｇ2Ｎｉ等の二元合金が
代表的なものである。ＬａＮｉ5の場合には、５０〜８
０℃程度に加熱されると、ＬａＮｉ5Ｈ6→ＬａＮｉ5＋
３Ｈ2の吸熱反応により１時間当たり約３００リットル
の水素ガスを放出する。
改質ガスタンク１３のほか、水素吸蔵合金を用いること
ができる。水素吸蔵合金とは発熱反応により水素を吸蔵
し、吸熱反応により水素を放出する合金であり、ＬａＮ
ｉ5、ＴｉＦｅ、ＺｒＭｎ2、Ｍｇ2Ｎｉ等の二元合金が
代表的なものである。ＬａＮｉ5の場合には、５０〜８
０℃程度に加熱されると、ＬａＮｉ5Ｈ6→ＬａＮｉ5＋
３Ｈ2の吸熱反応により１時間当たり約３００リットル
の水素ガスを放出する。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、電池反応において未消
費の余剰水素ガスを燃料極より外気に放出することな
く、燃料電池発電装置の系内において消費するため、き
わめて安全性が高く、特に電気自動車の駆動源として搭
載するに適している。
費の余剰水素ガスを燃料極より外気に放出することな
く、燃料電池発電装置の系内において消費するため、き
わめて安全性が高く、特に電気自動車の駆動源として搭
載するに適している。
【００３７】また、燃料極に供給する燃料ガス中の水蒸
気や窒素等、水素以外の成分の分圧増加が抑制され、燃
料ガス中の水素利用効率が向上し、且つ安定化する。
気や窒素等、水素以外の成分の分圧増加が抑制され、燃
料ガス中の水素利用効率が向上し、且つ安定化する。
【００３８】さらに、高分子固体イオン交換膜を電解質
に用いる高分子固体電解質型燃料電池においては、空気
極に導入される余剰水素ガスが空気触媒上で燃焼して水
に転化し、これを利用して電解質膜を加湿することがで
きるため、燃料極側からの加湿が不要となる。したがっ
て、燃料ガス中の水素分圧を高め、発電効率の向上およ
び安定化により一層寄与することができる。
に用いる高分子固体電解質型燃料電池においては、空気
極に導入される余剰水素ガスが空気触媒上で燃焼して水
に転化し、これを利用して電解質膜を加湿することがで
きるため、燃料極側からの加湿が不要となる。したがっ
て、燃料ガス中の水素分圧を高め、発電効率の向上およ
び安定化により一層寄与することができる。
【００３９】また、スタック内におけるセル間の水素流
路が直列とされるため、結露水や不純物、さらにはパー
ジガスを短時間で円滑に排除することができ、安定した
出力を確保すると共に起動性を向上させる。
路が直列とされるため、結露水や不純物、さらにはパー
ジガスを短時間で円滑に排除することができ、安定した
出力を確保すると共に起動性を向上させる。
【図１】本発明の一実施例による燃料電池発電装置の概
略構成を示す模式図である。
略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の変形例による燃料電池発電装置の概略
構成を示す模式図である。
構成を示す模式図である。
【図３】本発明のさらに別の実施例による燃料電池発電
装置の概略構成を示す模式図である。
装置の概略構成を示す模式図である。
【図４】燃料電池スタック内におけるセル間の直列水素
流路を示す模式図である。
流路を示す模式図である。
１ 燃料電池 ２ 燃料極 ３ 空気極 ４ 電解質 ５ 水素ガスボンベ ６ 調圧弁 ７ 閉ライン ８ バルブ ９ 電圧計 １０ 制御装置 １２ 改質器 １３ 改質ガスタンク １４ 空気排出ライン １５ 空気導入ライン １６ 循環路 １７ バルブ
Claims (4)
- 【請求項１】 水素を燃料ガスとする燃料電池を用いた
発電装置において、燃料極から排出される燃料極排出ガ
スがバルブ手段を有する閉ラインを介して空気極に供給
され、前記バルブ手段の開度を制御するバルブ制御手段
が設けられ、且つ、燃料電池スタック内において水素が
各セル間を直列に流れるように水素流路が形成されてな
ることを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項２】 燃料電池の出力電圧を測定する電圧測定
手段が設けられ、前記バルブ制御手段は、前記電圧測定
手段による測定結果を受けて、燃料電池の出力電圧に実
質的な低下を生じさせないように前記バルブ手段の開度
を制御することを特徴とする請求項１の燃料電池発電装
置。 - 【請求項３】 燃料電池の出力電圧を測定する電圧測定
手段が設けられ、前記バルブ制御手段は、前記電圧測定
手段による測定結果を基に、前記バルブ手段を閉として
燃料電池を運転したときに出力電圧に実質的な低下が見
られるまでの時間間隔のデータを予め作成しており、こ
の時間間隔と実質的に同一または若干短い周期で前記バ
ルブ手段を開とするよう前記バルブ手段を開閉制御する
ことを特徴とする請求項１の燃料電池発電装置。 - 【請求項４】 請求項１の燃料電池発電装置の運転方法
であって、前記バルブ手段を実質的に閉としまたは開度
を絞った状態で起動運転した後、所定の周期で所定時間
間欠的に前記バルブ手段の開度を大きくすることを特徴
とする燃料電池発電装置の運転方法。
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