JPH10154522A - リン酸型燃料電池燃料極における自立的リン酸の補給方法 - Google Patents
リン酸型燃料電池燃料極における自立的リン酸の補給方法Info
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- JPH10154522A JPH10154522A JP8314484A JP31448496A JPH10154522A JP H10154522 A JPH10154522 A JP H10154522A JP 8314484 A JP8314484 A JP 8314484A JP 31448496 A JP31448496 A JP 31448496A JP H10154522 A JPH10154522 A JP H10154522A
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- Japan
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- phosphoric acid
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- gas
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-
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料オフガスで飛散するリン酸に対して有効
なリン酸マネージメントを行う。 【解決手段】 セル（１）の出口燃料オフガスを熱交換
器（１０）において、改質器燃焼用空気と回収水（ｗ
１）と熱交換させ、リン酸溶液分離装置（１１）におい
てリン酸溶液（ｓ）と燃料ガス（ｈ１）とに分離し、溶
液（ｓ）をリン酸分離装置（１３）において、リン酸
（ｐ）と回収水（ｗ１）とに分離し、リン酸（ｐ）をリ
ン酸蒸発装置（１４）によりアノード（５）へ導入する
燃料ガス（ｈ）へ混入する。
なリン酸マネージメントを行う。 【解決手段】 セル（１）の出口燃料オフガスを熱交換
器（１０）において、改質器燃焼用空気と回収水（ｗ
１）と熱交換させ、リン酸溶液分離装置（１１）におい
てリン酸溶液（ｓ）と燃料ガス（ｈ１）とに分離し、溶
液（ｓ）をリン酸分離装置（１３）において、リン酸
（ｐ）と回収水（ｗ１）とに分離し、リン酸（ｐ）をリ
ン酸蒸発装置（１４）によりアノード（５）へ導入する
燃料ガス（ｈ）へ混入する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リン酸型燃料電池
における自立的リン酸の補給方法に関する。
における自立的リン酸の補給方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のリン酸型燃料電池は図２に示すよ
うに、セパレータ２、空気電極すなわちカソード３、リ
ン酸を含浸させたマトリックス４及び水素電極（或いは
燃料極）すなわちアノード５で単位のセル１を構成し、
これを必要数セルスタックに直列に積層し、適所に冷却
板６を配置している。そして、水素を主成分とした燃料
ガス（以下、単に「燃料ガス」という）ｈはセル１内を
矢印Ａ方向に流れ、空気ａは矢印Ｂ方向に流れ、セル冷
却水ｗは矢印Ｃ方向へ流れて公知の化学反応により電気
エネルギが得られる。
うに、セパレータ２、空気電極すなわちカソード３、リ
ン酸を含浸させたマトリックス４及び水素電極（或いは
燃料極）すなわちアノード５で単位のセル１を構成し、
これを必要数セルスタックに直列に積層し、適所に冷却
板６を配置している。そして、水素を主成分とした燃料
ガス（以下、単に「燃料ガス」という）ｈはセル１内を
矢印Ａ方向に流れ、空気ａは矢印Ｂ方向に流れ、セル冷
却水ｗは矢印Ｃ方向へ流れて公知の化学反応により電気
エネルギが得られる。
【０００３】図３は図２の模式図であり、空気ａ、冷却
水ｗ及び燃料ガスｈに対する前添字Ｔは温度、Ｈはエン
タルピ、後添字１はセル１に対する入口側、２は出口側
を示し、例えばＴａ２は、空気ａのセル１の出口側温度
を示している。また、Ｇ０は発生熱量であり、Δは差値
である。
水ｗ及び燃料ガスｈに対する前添字Ｔは温度、Ｈはエン
タルピ、後添字１はセル１に対する入口側、２は出口側
を示し、例えばＴａ２は、空気ａのセル１の出口側温度
を示している。また、Ｇ０は発生熱量であり、Δは差値
である。
【０００４】ここで、Ｔａ１＝常温、Ｔｗ２はＴｗ１と
ほぼ等しく、Ｔａ２はＴｗ１とほぼ等しい。したがっ
て、 ΔＨａ＋ΔＨｗ＋ΔＨｈ＋Ｇ０＝０ のエンタルピバランスが保たれるようになっている。
ほぼ等しく、Ｔａ２はＴｗ１とほぼ等しい。したがっ
て、 ΔＨａ＋ΔＨｗ＋ΔＨｈ＋Ｇ０＝０ のエンタルピバランスが保たれるようになっている。
【０００５】このセル１のアノード５の流路５ｇ（図
２）を燃料ガスｈが通過する際、リン酸が燃料ガスｈに
同伴されて飛散し、経時的にリン酸が不足する。したが
って、リン酸を減らさないで長期的に性能を維持するリ
ン酸マネージメントが必要となる。
２）を燃料ガスｈが通過する際、リン酸が燃料ガスｈに
同伴されて飛散し、経時的にリン酸が不足する。したが
って、リン酸を減らさないで長期的に性能を維持するリ
ン酸マネージメントが必要となる。
【０００６】従来のこのリン酸マネージメントは図４に
示すように、リン酸貯蔵の役目を兼ねたリブ付きセパレ
ータ３、５を用い、そのセパレータ３、５とマトリック
ス２Ａとに電池反応に必要とされる以上のリン酸を保持
させておき、リン酸の蒸発Ｄで起こる減耗に対し、リブ
からリン酸を毛細管現象等により補給Ｅしていた。な
お、図中の符号３ｇはカソード３の空気ａの流路（図２
参照）である。
示すように、リン酸貯蔵の役目を兼ねたリブ付きセパレ
ータ３、５を用い、そのセパレータ３、５とマトリック
ス２Ａとに電池反応に必要とされる以上のリン酸を保持
させておき、リン酸の蒸発Ｄで起こる減耗に対し、リブ
からリン酸を毛細管現象等により補給Ｅしていた。な
お、図中の符号３ｇはカソード３の空気ａの流路（図２
参照）である。
【０００７】または図５に示すように、リブ付きセパレ
ータ３、５と直結させた補給タンク７等から、リン酸を
間欠的又は連続的に補給する方法を用いる。
ータ３、５と直結させた補給タンク７等から、リン酸を
間欠的又は連続的に補給する方法を用いる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記したリン酸マネー
ジメントに係る図４に示す方法では、その寿命を延伸す
るにはリン酸貯蔵体積を増加させる必要があり、セパレ
ータ３、５の厚さが増大する。その結果、内部抵抗の増
大による発電量の増加、セルスタックの高さの増加によ
る発電装置の大型等を招き限界がある。
ジメントに係る図４に示す方法では、その寿命を延伸す
るにはリン酸貯蔵体積を増加させる必要があり、セパレ
ータ３、５の厚さが増大する。その結果、内部抵抗の増
大による発電量の増加、セルスタックの高さの増加によ
る発電装置の大型等を招き限界がある。
【０００９】また、更に、リン酸の補給工事そのもの
が、発電装置本来の欠陥を表しており、大規模な工事が
必要で、極力回避すべきである。
が、発電装置本来の欠陥を表しており、大規模な工事が
必要で、極力回避すべきである。
【００１０】また、図５に示す方法では、リン酸飛散量
を定量的に検知する方法が確立されていなく、リン酸の
飛散量と補給量とをバランスさせることが難しい。特
に、リン酸過剰補給状態に陥ると、流路３ｇ内のガス拡
散が阻害されて電池として所望の性能が得られない。
を定量的に検知する方法が確立されていなく、リン酸の
飛散量と補給量とをバランスさせることが難しい。特
に、リン酸過剰補給状態に陥ると、流路３ｇ内のガス拡
散が阻害されて電池として所望の性能が得られない。
【００１１】本発明は、上記した問題に鑑みてなされた
もので、燃料オフガスによって飛散するリン酸に対して
有効なリン酸マネージメントを行うリン酸燃料電池燃料
極における自立的リン酸の補給方法を提供することを目
的としている。
もので、燃料オフガスによって飛散するリン酸に対して
有効なリン酸マネージメントを行うリン酸燃料電池燃料
極における自立的リン酸の補給方法を提供することを目
的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明のリン酸燃料電池
燃料極における自立的リン酸の補給方法は、セル出口燃
料オフガスを改質器燃焼用空気及び冷却水と熱交換させ
てリン酸溶液を凝縮・回収し、回収したリン酸溶液をリ
ン酸分離装置によりリン酸と水とに分離し、分離したリ
ン酸を燃料極（アノード）へ導入する燃料ガスに混合す
ることを特徴とする。
燃料極における自立的リン酸の補給方法は、セル出口燃
料オフガスを改質器燃焼用空気及び冷却水と熱交換させ
てリン酸溶液を凝縮・回収し、回収したリン酸溶液をリ
ン酸分離装置によりリン酸と水とに分離し、分離したリ
ン酸を燃料極（アノード）へ導入する燃料ガスに混合す
ることを特徴とする。
【００１３】上記の様に構成された本発明のリン酸燃料
電池燃料極における自立的リン酸の補給方法によれば、
燃料オフガスを冷却してリン酸溶液を凝縮・回収し、そ
のリン酸溶液をリン酸と水とに分離し、分離したリン酸
を燃料極（アノード）への燃料ガスに混入して戻してや
る。これにより、燃料極から減耗したリン酸が燃料極に
戻されるため、リン酸燃料電池燃料極における自立的な
リン酸の補給が達成されるのである。
電池燃料極における自立的リン酸の補給方法によれば、
燃料オフガスを冷却してリン酸溶液を凝縮・回収し、そ
のリン酸溶液をリン酸と水とに分離し、分離したリン酸
を燃料極（アノード）への燃料ガスに混入して戻してや
る。これにより、燃料極から減耗したリン酸が燃料極に
戻されるため、リン酸燃料電池燃料極における自立的な
リン酸の補給が達成されるのである。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を説明する。なお図１において、図２及び図３に
対応する部分には同じ符号を付して、重複説明を省略す
る。
の形態を説明する。なお図１において、図２及び図３に
対応する部分には同じ符号を付して、重複説明を省略す
る。
【００１５】図１において、セル１に燃料ガスを供給す
る燃料ガスラインＬには、リン酸蒸発装置１４が介装さ
れている。他方、セル１の燃料オフガスラインＬ１に
は、熱交換器１０とリン酸溶液分離装置１１とが直列に
介装されている。その分離装置１１には、溶液ｓを分離
した燃料オフガスｈ１を図示しない改質器へ送る改質器
用燃料ランイＬ２と、分離したリン酸と水との溶液ｓを
溶液ポンプ１２を介してリン酸分離装置１３に送る溶液
ラインＬ３とが接続されている。そして、分離装置１３
には、分離したリン酸ｐをリン酸蒸発装置１４に送るリ
ン酸ラインＬ４と、分離した回収水ｗ１を熱交換器１０
に送る回収水ラインＬ５とが接続されている。なお、図
中の符号１４ａは液面制御用ヒータ、Ｌ６は改質器燃焼
用空気ライン、燃料ガスｈの前添字Ｍはマスまたはモル
である。
る燃料ガスラインＬには、リン酸蒸発装置１４が介装さ
れている。他方、セル１の燃料オフガスラインＬ１に
は、熱交換器１０とリン酸溶液分離装置１１とが直列に
介装されている。その分離装置１１には、溶液ｓを分離
した燃料オフガスｈ１を図示しない改質器へ送る改質器
用燃料ランイＬ２と、分離したリン酸と水との溶液ｓを
溶液ポンプ１２を介してリン酸分離装置１３に送る溶液
ラインＬ３とが接続されている。そして、分離装置１３
には、分離したリン酸ｐをリン酸蒸発装置１４に送るリ
ン酸ラインＬ４と、分離した回収水ｗ１を熱交換器１０
に送る回収水ラインＬ５とが接続されている。なお、図
中の符号１４ａは液面制御用ヒータ、Ｌ６は改質器燃焼
用空気ライン、燃料ガスｈの前添字Ｍはマスまたはモル
である。
【００１６】次に、リン酸の補給態様を説明する。
【００１７】先ず、アノード出口の燃料オフガスを熱交
換器１０において、ラインＬ６の改質器燃焼用空気と、
ラインＬ５の回収水ｗ１とに熱交換させて昇温し、リン
酸溶液分離装置１１において、リン酸と水との溶液ｓと
燃料オフガスｈ１とに分離する。
換器１０において、ラインＬ６の改質器燃焼用空気と、
ラインＬ５の回収水ｗ１とに熱交換させて昇温し、リン
酸溶液分離装置１１において、リン酸と水との溶液ｓと
燃料オフガスｈ１とに分離する。
【００１８】その溶液ｓは溶液ポンプ１２で加圧し、リ
ン酸分離装置１３において、拡散速度の差を利用した膜
作用により、リン酸ｐと回収水ｗ１とに分離する。その
分離した回収水ｗ１は減圧したのち、熱交換器１１にお
いて燃料オフガスと熱交換して気化させ、ラインＬ２の
燃料オフガスｈ１と合流させ、同様に燃料オフガスと熱
交換したラインＬ６の空気と共に改質器に送る。これに
より燃料オフガスの熱量が調整され、Ｎｏｘの生成が抑
制される。
ン酸分離装置１３において、拡散速度の差を利用した膜
作用により、リン酸ｐと回収水ｗ１とに分離する。その
分離した回収水ｗ１は減圧したのち、熱交換器１１にお
いて燃料オフガスと熱交換して気化させ、ラインＬ２の
燃料オフガスｈ１と合流させ、同様に燃料オフガスと熱
交換したラインＬ６の空気と共に改質器に送る。これに
より燃料オフガスの熱量が調整され、Ｎｏｘの生成が抑
制される。
【００１９】他方、リン酸ｐはリン酸蒸発装置１４にお
いて、ヒータ１４ａを用いて液面を制御することによ
り、ラインＬの燃料ガスｈに混合され、燃料オフガスに
飛散したリン酸ｐが戻される。或いはリン酸ｐはライン
Ｌに設けられたスプレー装置ににて燃料ガスに噴霧・混
合され、リン酸ｐが戻される。そして、燃料ガス中の水
素はアノード反応により消費され、かつ、セル冷却によ
り温度が低下するため、飽和状態のリン酸が凝縮してセ
ル１に供給される。そして、長期的には、回収リン酸を
一定供給することから、リン酸の飛散量と補給量とはバ
ランスしており、他に特別のリン酸飛散測定や制御を必
要としないで、飛散したリン酸を回収して供給するので
ある。
いて、ヒータ１４ａを用いて液面を制御することによ
り、ラインＬの燃料ガスｈに混合され、燃料オフガスに
飛散したリン酸ｐが戻される。或いはリン酸ｐはライン
Ｌに設けられたスプレー装置ににて燃料ガスに噴霧・混
合され、リン酸ｐが戻される。そして、燃料ガス中の水
素はアノード反応により消費され、かつ、セル冷却によ
り温度が低下するため、飽和状態のリン酸が凝縮してセ
ル１に供給される。そして、長期的には、回収リン酸を
一定供給することから、リン酸の飛散量と補給量とはバ
ランスしており、他に特別のリン酸飛散測定や制御を必
要としないで、飛散したリン酸を回収して供給するので
ある。
【００２０】
【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、燃料
オフガスによって飛散するリン酸を水と共に回収し、リ
ン酸を分離したのち再度セル入口燃料ガスにリン酸を混
合して循環させている。そのため、特別な制御系を設け
ること無く、燃料極において自立的にリン酸の飛散量と
補給量とをバランスさせて、有効なリン酸マネージメン
トを行い、リン酸不足に起因するセル劣化を抑えて、燃
料電池発電装置の長期運転を可能にするのである。
オフガスによって飛散するリン酸を水と共に回収し、リ
ン酸を分離したのち再度セル入口燃料ガスにリン酸を混
合して循環させている。そのため、特別な制御系を設け
ること無く、燃料極において自立的にリン酸の飛散量と
補給量とをバランスさせて、有効なリン酸マネージメン
トを行い、リン酸不足に起因するセル劣化を抑えて、燃
料電池発電装置の長期運転を可能にするのである。
【００２１】また燃料オフガスは、回収水及び改質器燃
焼用空気で冷却するが元来、燃料オフガスは改質器燃料
として供給され、回収水は分離した水をそのまま戻すの
であるから、トータルの熱収支は自立的にバランスす
る。したがって、特別な制御系、熱源を必要としない。
焼用空気で冷却するが元来、燃料オフガスは改質器燃料
として供給され、回収水は分離した水をそのまま戻すの
であるから、トータルの熱収支は自立的にバランスす
る。したがって、特別な制御系、熱源を必要としない。
【図１】本発明を実施する装置の実施の一形態を示す模
式図。
式図。
【図２】従来のリン酸型燃料電池を説明する分解斜視
図。
図。
【図３】従来のリン酸型燃料電池を説明する模式図。
【図４】従来のリン酸補給方法の一例を示す側断面図。
【図５】従来のリン酸補給方法の別の例を示す側断面
図。
図。
１・・・セル ２・・・セパレータ ２Ａ・・・リブ付きセパレータ ３・・・カソード ３ａ、５ａ・・・流路 ４・・・マトリックス ５・・・アノード ６・・・冷却板 ７・・・補給タンク １０・・・熱交換器 １１・・・リン酸溶液分離装置 １２・・・溶液ポンプ １３・・・リン酸分離装置 １４・・・リン酸蒸発装置 １４ａ・・・液面制御用ヒータ Ｌ・・・燃料ガスライン Ｌ１・・・燃料オフガスライン Ｌ２・・・改質器用燃料ライン Ｌ３・・・溶液ライン Ｌ４・・・リン酸ライン Ｌ５・・・回収水 Ｌ６・・・改質器燃焼用空気ライン ａ・・・空気 ｈ・・・燃料水素 ｈ１・・・溶液を分離した燃料オフガス ｐ・・・リン酸 ｓ・・・溶液 ｗ・・・セル冷却水 ｗ１・・・回収水
Claims (1)
- 【請求項１】 セル出口燃料オフガスを改質器燃焼用空
気及び冷却水と熱交換させてリン酸溶液を凝縮・回収
し、回収したリン酸溶液をリン酸分離装置によりリン酸
と水とに分離し、分離したリン酸を燃料極へ導入する燃
料ガスに混合することを特徴とするリン酸型燃料電池燃
料極における自立的リン酸の補給方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8314484A JPH10154522A (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | リン酸型燃料電池燃料極における自立的リン酸の補給方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8314484A JPH10154522A (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | リン酸型燃料電池燃料極における自立的リン酸の補給方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10154522A true JPH10154522A (ja) | 1998-06-09 |
Family
ID=18053870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8314484A Pending JPH10154522A (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | リン酸型燃料電池燃料極における自立的リン酸の補給方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10154522A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010085242A1 (en) * | 2009-01-21 | 2010-07-29 | Utc Power Corporation | Acid fuel cell condensing heat exchanger |
-
1996
- 1996-11-26 JP JP8314484A patent/JPH10154522A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010085242A1 (en) * | 2009-01-21 | 2010-07-29 | Utc Power Corporation | Acid fuel cell condensing heat exchanger |
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