JPH11214022A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JPH11214022A JPH11214022A JP10013678A JP1367898A JPH11214022A JP H11214022 A JPH11214022 A JP H11214022A JP 10013678 A JP10013678 A JP 10013678A JP 1367898 A JP1367898 A JP 1367898A JP H11214022 A JPH11214022 A JP H11214022A
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- oxygen
- water
- tank
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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】
【課題】 純水素と純酸素を用いて発電する燃料電池発
電装置を提供する。 【解決手段】 水タンク３と、この水タンク３からの水
を加熱する加熱器７と、この加熱器７で発生した水蒸気
と供給される電力とから酸素と水素とを発生する固体電
解質型水電解槽２と、この固体電解質型水電解槽２で発
生した酸素を貯蔵する酸素タンク４と、この固体電解質
型水電解槽２で発生した水素を貯蔵する水素タンク５
と、この酸素タンク４からの酸素に水分を加湿する酸素
用加湿器９と、この水素タンク５からの水素に水分を加
湿する水素用加湿器１０と、この酸素用加湿器９からの
加湿された酸素とこの水素用加湿器１０からの加湿され
た水素とから発電する固体高分子型燃料電池１と、を備
える。
電装置を提供する。 【解決手段】 水タンク３と、この水タンク３からの水
を加熱する加熱器７と、この加熱器７で発生した水蒸気
と供給される電力とから酸素と水素とを発生する固体電
解質型水電解槽２と、この固体電解質型水電解槽２で発
生した酸素を貯蔵する酸素タンク４と、この固体電解質
型水電解槽２で発生した水素を貯蔵する水素タンク５
と、この酸素タンク４からの酸素に水分を加湿する酸素
用加湿器９と、この水素タンク５からの水素に水分を加
湿する水素用加湿器１０と、この酸素用加湿器９からの
加湿された酸素とこの水素用加湿器１０からの加湿され
た水素とから発電する固体高分子型燃料電池１と、を備
える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型水電
解槽で発生した酸素と水素から発電する燃料電池発電装
置に関する。
解槽で発生した酸素と水素から発電する燃料電池発電装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ，Poly
mer Electolyte Fuel Cell) はアノードに水素ガス（ま
た改質ガス）、カソードに酸素ガス（または空気）を供
給し、室温〜１００℃前後で作動する燃料電池である。
図２はＰＥＦＣの発電原理を示す。電解質にプロトン
（Ｈ+ ）導電性を有する１００μｍ程度の高分子膜の両
側に数１０μｍの薄い多孔質Ｐｔ触媒電極を付け、水素
ガスが供給される側がアノードとなり、酸素ガスが供給
される側がカソードとなる。Ｈ2 はアノードでＨ+に酸
化され、Ｈ+ は高分子膜内を移動してカソードに到達す
る。一方アノードで発生した電子ｅ- は外部回路を通っ
て電気的な仕事をした後、カソードに到達する。カソー
ドでは、Ｏ2 が到達したＨ+ およびｅ- と反応してＨ2
Ｏに還元される。
mer Electolyte Fuel Cell) はアノードに水素ガス（ま
た改質ガス）、カソードに酸素ガス（または空気）を供
給し、室温〜１００℃前後で作動する燃料電池である。
図２はＰＥＦＣの発電原理を示す。電解質にプロトン
（Ｈ+ ）導電性を有する１００μｍ程度の高分子膜の両
側に数１０μｍの薄い多孔質Ｐｔ触媒電極を付け、水素
ガスが供給される側がアノードとなり、酸素ガスが供給
される側がカソードとなる。Ｈ2 はアノードでＨ+に酸
化され、Ｈ+ は高分子膜内を移動してカソードに到達す
る。一方アノードで発生した電子ｅ- は外部回路を通っ
て電気的な仕事をした後、カソードに到達する。カソー
ドでは、Ｏ2 が到達したＨ+ およびｅ- と反応してＨ2
Ｏに還元される。
【０００３】Ｈ+ が高分子膜内を移動する際には、数個
のＨ2 Ｏ分子を伴って移動する。これは電気浸透効果と
呼ばれるものである。従って高分子膜のアノード側は乾
燥しがちになり、このことが高分子膜の電気伝導度を低
下させ、その結果セル性能が低下する。これを防ぐ一つ
の方法としてＨ2 ガスに水蒸気を含ませて、すなわち加
湿して電極に供給し、電極の細孔を通して高分子膜を湿
らせる。
のＨ2 Ｏ分子を伴って移動する。これは電気浸透効果と
呼ばれるものである。従って高分子膜のアノード側は乾
燥しがちになり、このことが高分子膜の電気伝導度を低
下させ、その結果セル性能が低下する。これを防ぐ一つ
の方法としてＨ2 ガスに水蒸気を含ませて、すなわち加
湿して電極に供給し、電極の細孔を通して高分子膜を湿
らせる。
【０００４】一方カソードではＨ2 Ｏが生成する。この
生成Ｈ2 Ｏおよび電気浸透で運ばれたＨ2 Ｏは、カソー
ド側からセル外に排出されるが、一部はカソード側から
アノード側に逆拡散し、アノード側からも排出される。
運転温度の低いＰＥＦＣでは、Ｈ2 Ｏの一部は水蒸気と
なるが、他は水滴となるので、これを速やかにセル外に
除外しないと電極が過度に濡れてしまい、Ｈ2 およびＯ
2 の拡散阻害を起こしてセル性能が低下する。水滴を除
去する方法としては、排出ガスの流れに乗せて一緒に持
ち出す方法、吸水板やWick（ろうそくの心のようなも
の）を使って毛細管現象で吸い出す方法などがある。空
気を反応ガスとして用いる場合は流量が多くなるので、
高分子膜中の水分の蒸発量も多くなり、高分子膜が乾燥
する。これを防ぐためにも空気を加湿して供給する。
生成Ｈ2 Ｏおよび電気浸透で運ばれたＨ2 Ｏは、カソー
ド側からセル外に排出されるが、一部はカソード側から
アノード側に逆拡散し、アノード側からも排出される。
運転温度の低いＰＥＦＣでは、Ｈ2 Ｏの一部は水蒸気と
なるが、他は水滴となるので、これを速やかにセル外に
除外しないと電極が過度に濡れてしまい、Ｈ2 およびＯ
2 の拡散阻害を起こしてセル性能が低下する。水滴を除
去する方法としては、排出ガスの流れに乗せて一緒に持
ち出す方法、吸水板やWick（ろうそくの心のようなも
の）を使って毛細管現象で吸い出す方法などがある。空
気を反応ガスとして用いる場合は流量が多くなるので、
高分子膜中の水分の蒸発量も多くなり、高分子膜が乾燥
する。これを防ぐためにも空気を加湿して供給する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】固体高分子型燃料電池
は、アノードに天然ガス等の化石燃料を改質器を用いて
Ｈ2 リッチなガスに改質して供給し、カソードには空気
を供給して酸化剤としている。しかし、改質ガスと空気
を使用して発電する場合、純水素と純酸素を用いて発電
する場合よりも電圧が低いという問題がある。
は、アノードに天然ガス等の化石燃料を改質器を用いて
Ｈ2 リッチなガスに改質して供給し、カソードには空気
を供給して酸化剤としている。しかし、改質ガスと空気
を使用して発電する場合、純水素と純酸素を用いて発電
する場合よりも電圧が低いという問題がある。
【０００６】本発明は上述の問題に鑑みてなされたもの
で、純水素と純酸素を用いて発電する燃料電池発電装置
を提供することを目的とする。
で、純水素と純酸素を用いて発電する燃料電池発電装置
を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明では、水タンクと、この水タンクか
らの水を加熱する加熱器と、この加熱器で発生した水蒸
気と供給される電力とから酸素と水素とを発生する固体
電解質型水電解槽と、この固体電解質型水電解槽で発生
した酸素を貯蔵する酸素タンクと、この固体電解質型水
電解槽で発生した水素を貯蔵する水素タンクと、この酸
素タンクからの酸素に水分を加湿する酸素用加湿器と、
この水素タンクからの水素に水分を加湿する水素用加湿
器と、この酸素用加湿器からの加湿された酸素とこの水
素用加湿器からの加湿された水素とから発電する固体高
分子型燃料電池と、を備える。
め、請求項１の発明では、水タンクと、この水タンクか
らの水を加熱する加熱器と、この加熱器で発生した水蒸
気と供給される電力とから酸素と水素とを発生する固体
電解質型水電解槽と、この固体電解質型水電解槽で発生
した酸素を貯蔵する酸素タンクと、この固体電解質型水
電解槽で発生した水素を貯蔵する水素タンクと、この酸
素タンクからの酸素に水分を加湿する酸素用加湿器と、
この水素タンクからの水素に水分を加湿する水素用加湿
器と、この酸素用加湿器からの加湿された酸素とこの水
素用加湿器からの加湿された水素とから発電する固体高
分子型燃料電池と、を備える。
【０００８】固体電解質型水電解槽は１０００℃程度で
動作する。このため水タンクからの水を加熱器で加熱し
て水蒸気とし電気とともに供給すると、アノード側には
酸素ガスが発生し、カソード側には水素ガスが発生す
る。酸素ガスは酸素タンクに貯蔵し、水素ガスは水素タ
ンクに貯蔵する。酸素タンクから酸素を取り出し酸素用
加湿器で加湿し、同様に水素タンクから水素を取り出し
水素用加湿器で加湿して、酸素は固体高分子型燃料電池
のカソードに供給し、水素はアノード側に供給すること
により、固体高分子型燃料電池より電力を取り出すこと
ができる。固体電解質型水電解槽より発生する酸素およ
び水素は純度が高いので、改質ガスと空気から発電する
場合よりも高い電圧が得られる。
動作する。このため水タンクからの水を加熱器で加熱し
て水蒸気とし電気とともに供給すると、アノード側には
酸素ガスが発生し、カソード側には水素ガスが発生す
る。酸素ガスは酸素タンクに貯蔵し、水素ガスは水素タ
ンクに貯蔵する。酸素タンクから酸素を取り出し酸素用
加湿器で加湿し、同様に水素タンクから水素を取り出し
水素用加湿器で加湿して、酸素は固体高分子型燃料電池
のカソードに供給し、水素はアノード側に供給すること
により、固体高分子型燃料電池より電力を取り出すこと
ができる。固体電解質型水電解槽より発生する酸素およ
び水素は純度が高いので、改質ガスと空気から発電する
場合よりも高い電圧が得られる。
【０００９】請求項２の発明では、前記水タンクからの
水を前記固体電解質型水電解槽で発生した酸素と水素と
で熱交する熱交換器が設けられている
水を前記固体電解質型水電解槽で発生した酸素と水素と
で熱交する熱交換器が設けられている
【００１０】固体電解質型水電解槽は１０００℃程度で
動作するため、発生する酸素ガスや水素ガスの温度は高
い。これらのガスと固体電解質型水電解槽に送り込まれ
る水とを熱交換器で熱交換することにより、供給される
水の温度は高まり、タンクに送られるガスの温度は低下
する。固体電解質型水電解槽では水が高温で入ってくる
方が効率が上がり、固体高分子型燃料電池では、室温〜
１００℃程度で運転されるので、酸素ガス、水素ガスの
温度は低い方がよい。熱交換器はこの固体電解質型水電
解槽と固体高分子型燃料電池の要求を満たすものであ
る。
動作するため、発生する酸素ガスや水素ガスの温度は高
い。これらのガスと固体電解質型水電解槽に送り込まれ
る水とを熱交換器で熱交換することにより、供給される
水の温度は高まり、タンクに送られるガスの温度は低下
する。固体電解質型水電解槽では水が高温で入ってくる
方が効率が上がり、固体高分子型燃料電池では、室温〜
１００℃程度で運転されるので、酸素ガス、水素ガスの
温度は低い方がよい。熱交換器はこの固体電解質型水電
解槽と固体高分子型燃料電池の要求を満たすものであ
る。
【００１１】請求項３の発明では、前記固体高分子型燃
料電池のカソード側から排出される酸素ガスから気水分
離器で水分を分離しこの酸素を前記酸素用加湿器の入側
に供給する酸素循環ラインが設けられている。
料電池のカソード側から排出される酸素ガスから気水分
離器で水分を分離しこの酸素を前記酸素用加湿器の入側
に供給する酸素循環ラインが設けられている。
【００１２】固体高分子型燃料電池のカソード側から排
出される酸素ガスには水分が多く含まれているので、気
水分離器により水分を除き、加湿器の入側に酸素を戻す
ことにより酸素利用率が上がり発電効率も向上する。
出される酸素ガスには水分が多く含まれているので、気
水分離器により水分を除き、加湿器の入側に酸素を戻す
ことにより酸素利用率が上がり発電効率も向上する。
【００１３】請求項４の発明では、前記固体高分子型燃
料電池のアノード側から排出される水素ガスから気水分
離器で水分を分離しこの水素を前記水素用加湿器の入側
に供給する水素循環ラインが設けられている。
料電池のアノード側から排出される水素ガスから気水分
離器で水分を分離しこの水素を前記水素用加湿器の入側
に供給する水素循環ラインが設けられている。
【００１４】固体高分子型燃料電池のアノード側から排
出される水素ガスには水分が多く含まれているので、気
水分離器により水分を除き、加湿器の入側に水素を戻す
ことにより水素利用率が上がり発電効率も向上する。
出される水素ガスには水分が多く含まれているので、気
水分離器により水分を除き、加湿器の入側に水素を戻す
ことにより水素利用率が上がり発電効率も向上する。
【００１５】請求項５の発明では、前記水タンクからの
水を前記固体高分子型燃料電池に送り冷却する冷却ライ
ンが設けられている。
水を前記固体高分子型燃料電池に送り冷却する冷却ライ
ンが設けられている。
【００１６】固体高分子型燃料電池では、室温〜１００
℃程度で運転されるので、この範囲の温度となるよう固
体高分子型燃料電池を冷却することにより、発電効率の
低下を防止する。
℃程度で運転されるので、この範囲の温度となるよう固
体高分子型燃料電池を冷却することにより、発電効率の
低下を防止する。
【００１７】請求項６の発明では、前記冷却ラインは前
記固体高分子型燃料電池の出側で前記酸素用加湿器と前
記水素用加湿器に水を供給するようになっている。
記固体高分子型燃料電池の出側で前記酸素用加湿器と前
記水素用加湿器に水を供給するようになっている。
【００１８】各加湿器には固体高分子型燃料電池を冷却
し電池に近い温度になった水が供給されるので、この水
で加湿される酸素ガス、水素ガスも電池温度に近くなっ
て電池に供給される。これにより電池は熱的衝撃を受け
ない。
し電池に近い温度になった水が供給されるので、この水
で加湿される酸素ガス、水素ガスも電池温度に近くなっ
て電池に供給される。これにより電池は熱的衝撃を受け
ない。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１は本発明の燃料電池発電
装置の構成を示すブロック図である。１は固体高分子型
燃料電池で図２で説明した構造を有し、純粋な酸素ガス
と純粋な水素ガスと水分の供給を受け、室温〜１００℃
程度の動作温度で発電する。２は固体電解質型水電解槽
で水蒸気と電力を供給され、１０００℃程度の高温で動
作し、純粋な酸素と水素を発生する。なお電力は夜間電
力や太陽電池からの電力を利用する。構造は後述する。
３は水タンクで、固体電解質型水電解槽２へ供給する水
蒸気、固体高分子型燃料電池１への冷却水などの供給源
である。４は酸素タンクで固体電解質型水電解槽２で発
生した酸素ガスを貯蔵する。５は水素タンクで固体電解
質型水電解槽２で発生した水素ガスを貯蔵する。６は第
一熱交換器で、水タンク３より主ポンプ１２で供給され
る水を固体電解質型水電解槽２で発生した高温の酸素ガ
ス、水分を含む水素ガスで加熱する。これによりこれら
のガスも冷却される。
図面を参照して説明する。図１は本発明の燃料電池発電
装置の構成を示すブロック図である。１は固体高分子型
燃料電池で図２で説明した構造を有し、純粋な酸素ガス
と純粋な水素ガスと水分の供給を受け、室温〜１００℃
程度の動作温度で発電する。２は固体電解質型水電解槽
で水蒸気と電力を供給され、１０００℃程度の高温で動
作し、純粋な酸素と水素を発生する。なお電力は夜間電
力や太陽電池からの電力を利用する。構造は後述する。
３は水タンクで、固体電解質型水電解槽２へ供給する水
蒸気、固体高分子型燃料電池１への冷却水などの供給源
である。４は酸素タンクで固体電解質型水電解槽２で発
生した酸素ガスを貯蔵する。５は水素タンクで固体電解
質型水電解槽２で発生した水素ガスを貯蔵する。６は第
一熱交換器で、水タンク３より主ポンプ１２で供給され
る水を固体電解質型水電解槽２で発生した高温の酸素ガ
ス、水分を含む水素ガスで加熱する。これによりこれら
のガスも冷却される。
【００２０】７はヒータで第一熱交換器６により加熱さ
れた水をさらに加熱し水蒸気とする。熱源としては隣接
する火力または原子力発電所の排熱などを利用する。８
は第二熱交換器で、ヒータ７で発生した水蒸気を固体電
解質型水電解槽２で発生した高温の酸素ガスと水分を含
む水素ガスで加熱する。固体電解質型水電解槽２で発生
した水素ガスは水分を含むので、第一熱交換器６で熱交
換した後、気水分離器１４で水素ガスと水分を分離し、
水素ガスは水素タンク５へ貯蔵し、水分は主ポンプ１２
より送り出される水に加える。
れた水をさらに加熱し水蒸気とする。熱源としては隣接
する火力または原子力発電所の排熱などを利用する。８
は第二熱交換器で、ヒータ７で発生した水蒸気を固体電
解質型水電解槽２で発生した高温の酸素ガスと水分を含
む水素ガスで加熱する。固体電解質型水電解槽２で発生
した水素ガスは水分を含むので、第一熱交換器６で熱交
換した後、気水分離器１４で水素ガスと水分を分離し、
水素ガスは水素タンク５へ貯蔵し、水分は主ポンプ１２
より送り出される水に加える。
【００２１】酸素タンク４の酸素ガスはブロワ１７によ
り酸素用加湿器９へ送られ、水素タンク５の水素ガスは
ブロワ１８により水素用加湿器１０へ送られる。加湿器
９，１０としてはそれぞれのガスに水分を噴霧するよう
な機械的なものでもよいが、浸透被膜を利用して水分を
加湿するものでもよい。加湿された酸素ガスは固体高分
子型燃料電池１のカソードに供給され、加湿された水素
ガスはアノードに供給され、図２で説明した動作により
発電を行なう。
り酸素用加湿器９へ送られ、水素タンク５の水素ガスは
ブロワ１８により水素用加湿器１０へ送られる。加湿器
９，１０としてはそれぞれのガスに水分を噴霧するよう
な機械的なものでもよいが、浸透被膜を利用して水分を
加湿するものでもよい。加湿された酸素ガスは固体高分
子型燃料電池１のカソードに供給され、加湿された水素
ガスはアノードに供給され、図２で説明した動作により
発電を行なう。
【００２２】固体高分子型燃料電池１のカソード出側と
酸素用加湿器９の入側を結んで酸素循環ライン２１が設
けられ、同様にアノード出側と水素用加湿器１０の入側
を結んで水素循環ライン２２が設けられている。酸素循
環ライン２１は気水分離器１５とブロワ１９を備え、カ
ソードより排出される酸素ガスの水分を分離して水タン
ク３に戻し、酸素ガスはブロワ１９により酸素用加湿器
９に送り込み、酸素ガスを循環させて発電効率を向上さ
せる。同様に、水素循環ライン２２も気水分離器１６と
ブロワ２０を備え、アノードより排出される水素ガスの
水分を分離して水タンク３に戻し、水素ガスはブロワ２
０により水素用加湿器１０に送り込み、水素ガスを循環
させて発電効率を向上させる。
酸素用加湿器９の入側を結んで酸素循環ライン２１が設
けられ、同様にアノード出側と水素用加湿器１０の入側
を結んで水素循環ライン２２が設けられている。酸素循
環ライン２１は気水分離器１５とブロワ１９を備え、カ
ソードより排出される酸素ガスの水分を分離して水タン
ク３に戻し、酸素ガスはブロワ１９により酸素用加湿器
９に送り込み、酸素ガスを循環させて発電効率を向上さ
せる。同様に、水素循環ライン２２も気水分離器１６と
ブロワ２０を備え、アノードより排出される水素ガスの
水分を分離して水タンク３に戻し、水素ガスはブロワ２
０により水素用加湿器１０に送り込み、水素ガスを循環
させて発電効率を向上させる。
【００２３】固体高分子型燃料電池１は室温〜１００℃
程度の温度で動作するが、この温度を維持するため冷却
ライン２３が設けられている。冷却ライン２３は水タン
ク３より水を送り出す冷却水ポンプ１３と、この水をカ
ソードの排ガスで加熱し固体高分子型燃料電池１よりや
や低い温度にする第三熱交換器１１とを備え、固体高分
子型燃料電池１を冷却した水の一部は酸素用加湿器９と
水素用加湿器１０に供給され、残りは水タンク３に戻る
ようになっている。カソードを流れるカソード排ガスの
方がアノードを流れるアノード排ガスより流量が多いの
で、第三熱交換器１１はカソード排ガスと熱交換する
が、アノード排ガスと熱交換することも可能である。
程度の温度で動作するが、この温度を維持するため冷却
ライン２３が設けられている。冷却ライン２３は水タン
ク３より水を送り出す冷却水ポンプ１３と、この水をカ
ソードの排ガスで加熱し固体高分子型燃料電池１よりや
や低い温度にする第三熱交換器１１とを備え、固体高分
子型燃料電池１を冷却した水の一部は酸素用加湿器９と
水素用加湿器１０に供給され、残りは水タンク３に戻る
ようになっている。カソードを流れるカソード排ガスの
方がアノードを流れるアノード排ガスより流量が多いの
で、第三熱交換器１１はカソード排ガスと熱交換する
が、アノード排ガスと熱交換することも可能である。
【００２４】図３は固体電解質型水電解槽の原理図を示
す。固体電解質型水電解槽はＳＯＥＣ（Solid Oxide El
ectrolysis Cell)と呼ばれ、安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）のような酸素イオンに対し透過性のある固体電解質
板の両側に電極を設けたもので、両電極に通電すること
によって、水を電気分解して酸素と水素を得ることがで
き、逆にこの固体電解質板の一方から酸素を、他方から
水素を供給することにより電力を発生することができ
る。本発明では電気分解の機能を利用する。このシステ
ムは９００〜１０００℃の高温で運転する。電気分解で
は水素の高位発熱量の約７０％以上の電気エネルギー
と、３０％の熱エネルギーと９００〜１０００℃の高温
が必要になる。カソード側に供給された水蒸気Ｈ2 Ｏは
カソードから電荷２ｅ- を供給され、Ｈ2 とＯ2-に分解
され、Ｏ2-は固体電解質板を透過してアノードに到達
し、電荷２ｅ- を放出してＯ2 となる。これによりアノ
ード側からＯ2 が排出され、カソード側からはＨ2 と未
分解のＨ2 Ｏが排出される。
す。固体電解質型水電解槽はＳＯＥＣ（Solid Oxide El
ectrolysis Cell)と呼ばれ、安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）のような酸素イオンに対し透過性のある固体電解質
板の両側に電極を設けたもので、両電極に通電すること
によって、水を電気分解して酸素と水素を得ることがで
き、逆にこの固体電解質板の一方から酸素を、他方から
水素を供給することにより電力を発生することができ
る。本発明では電気分解の機能を利用する。このシステ
ムは９００〜１０００℃の高温で運転する。電気分解で
は水素の高位発熱量の約７０％以上の電気エネルギー
と、３０％の熱エネルギーと９００〜１０００℃の高温
が必要になる。カソード側に供給された水蒸気Ｈ2 Ｏは
カソードから電荷２ｅ- を供給され、Ｈ2 とＯ2-に分解
され、Ｏ2-は固体電解質板を透過してアノードに到達
し、電荷２ｅ- を放出してＯ2 となる。これによりアノ
ード側からＯ2 が排出され、カソード側からはＨ2 と未
分解のＨ2 Ｏが排出される。
【００２５】次に本燃料電池発電装置の動作について説
明する。本発電装置は火力または原子力発電所で余剰と
なる夜間電力や太陽電池によって発生した電力を貯蔵
し、昼間の電力需要がピークとなる時期などに使用され
るもので、電力を酸素ガスと水素ガスの形で貯蔵してお
き、必要なときこれらを燃料として発電を行なう。
明する。本発電装置は火力または原子力発電所で余剰と
なる夜間電力や太陽電池によって発生した電力を貯蔵
し、昼間の電力需要がピークとなる時期などに使用され
るもので、電力を酸素ガスと水素ガスの形で貯蔵してお
き、必要なときこれらを燃料として発電を行なう。
【００２６】電力貯蔵時では、主ポンプ１２で水タンク
３から吸引された水は、第一熱交換器６で加熱された
後、ヒータ７で加熱されて水蒸気になり、さらに第二熱
交換器８で加熱されてほぼ１０００℃となり、固体電解
質型水電解槽２のカソード側に供給される。これと同時
に電力も供給され、図３で説明した方法によりアノード
側から酸素ガスが発生し、カソード側から水蒸気を含む
水素ガスが発生する。これらのガスは第二熱交換器８と
第一熱交換器６で放熱した後、酸素ガスは酸素タンク４
に貯蔵され、水蒸気を含む水素ガスは気水分離器１４で
水分を分離し水素タンク５に貯蔵され、水分は主ポンプ
１２からの水と合流する。
３から吸引された水は、第一熱交換器６で加熱された
後、ヒータ７で加熱されて水蒸気になり、さらに第二熱
交換器８で加熱されてほぼ１０００℃となり、固体電解
質型水電解槽２のカソード側に供給される。これと同時
に電力も供給され、図３で説明した方法によりアノード
側から酸素ガスが発生し、カソード側から水蒸気を含む
水素ガスが発生する。これらのガスは第二熱交換器８と
第一熱交換器６で放熱した後、酸素ガスは酸素タンク４
に貯蔵され、水蒸気を含む水素ガスは気水分離器１４で
水分を分離し水素タンク５に貯蔵され、水分は主ポンプ
１２からの水と合流する。
【００２７】発電時では、酸素タンク４から酸素ガスが
ブロワ１７により酸素用加湿器９に供給され、水素タン
ク５から水素ガスがブロワ１８により水素用加湿器１０
に供給される。酸素用加湿器９に供給された酸素ガスは
水分により加湿され、固体高分子型燃料電池１のカソー
ドに供給され、水素用加湿器１０に供給された水素ガス
は水分により加湿されアノードに供給される。これによ
り、図２で説明した電池反応が起こり発電が行われる。
これとともに酸素循環ライン２１が起動し、カソードか
らの水分を含む酸素からなる排ガスは第三熱交換器１１
で放熱した後、気水分離器１５で水分を除去され、酸素
用加湿器９の入側に供給され、酸素循環が行われる。同
様に、水素循環ライン２２が起動し、アノードからの水
分を含む水素からなる排ガスは気水分離器１６で水分を
除去され、水素用加湿器１０の入側に供給され、水素循
環が行われる。なお、両気水分離器１５，１６で分離さ
れた水分は水タンク３に戻る。また冷却水ライン２３も
起動し、水タンク３から吸引された冷却水は第三熱交換
器１１で電池２の温度よりやや低い温度に加熱された
後、電池２内を通って冷却し、両加湿器９，１０に加湿
用水分を供給した後、水タンク３に戻る。
ブロワ１７により酸素用加湿器９に供給され、水素タン
ク５から水素ガスがブロワ１８により水素用加湿器１０
に供給される。酸素用加湿器９に供給された酸素ガスは
水分により加湿され、固体高分子型燃料電池１のカソー
ドに供給され、水素用加湿器１０に供給された水素ガス
は水分により加湿されアノードに供給される。これによ
り、図２で説明した電池反応が起こり発電が行われる。
これとともに酸素循環ライン２１が起動し、カソードか
らの水分を含む酸素からなる排ガスは第三熱交換器１１
で放熱した後、気水分離器１５で水分を除去され、酸素
用加湿器９の入側に供給され、酸素循環が行われる。同
様に、水素循環ライン２２が起動し、アノードからの水
分を含む水素からなる排ガスは気水分離器１６で水分を
除去され、水素用加湿器１０の入側に供給され、水素循
環が行われる。なお、両気水分離器１５，１６で分離さ
れた水分は水タンク３に戻る。また冷却水ライン２３も
起動し、水タンク３から吸引された冷却水は第三熱交換
器１１で電池２の温度よりやや低い温度に加熱された
後、電池２内を通って冷却し、両加湿器９，１０に加湿
用水分を供給した後、水タンク３に戻る。
【００２８】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、固体電解質型水電解槽で純度の高い酸素と水素を生
成し、これを固体高分子型燃料電池に用いることによ
り、アノードのＨ2 分率、カソードのＯ2 分率が上が
り、発生電圧が高くなり、電池出力が上がる。また、ア
ノード、カソードリサイクルを行なうことによって、水
素利用率、酸素利用率を上げることができる。
は、固体電解質型水電解槽で純度の高い酸素と水素を生
成し、これを固体高分子型燃料電池に用いることによ
り、アノードのＨ2 分率、カソードのＯ2 分率が上が
り、発生電圧が高くなり、電池出力が上がる。また、ア
ノード、カソードリサイクルを行なうことによって、水
素利用率、酸素利用率を上げることができる。
【図１】本発明の燃料電池発電装置の構成を示す図であ
る。
る。
【図２】固体高分子型燃料電池の原理を示す図である。
【図３】固体電解質型水電解槽の原理を示す図である。
１ 固体高分子型燃料電池 ２ 固体電解質型水電解槽 ３ 水タンク ４ 酸素タンク ５ 水素タンク ６ 第一熱交換器 ７ ヒータ ８ 第二熱交換器 ９ 酸素用加湿器 １０ 水素用加湿器 １１ 第三熱交換器 １２ 主ポンプ １３ 冷却水ポンプ １４，１５，１６ 気水分離器 １７〜２０ ブロワ ２１ 酸素循環ライン ２２ 水素循環ライン ２３ 冷却ライン
Claims (6)
- 【請求項１】 水タンクと、この水タンクからの水を加
熱する加熱器と、この加熱器で発生した水蒸気と供給さ
れる電力とから酸素と水素とを発生する固体電解質型水
電解槽と、この固体電解質型水電解槽で発生した酸素を
貯蔵する酸素タンクと、この固体電解質型水電解槽で発
生した水素を貯蔵する水素タンクと、この酸素タンクか
らの酸素に水分を加湿する酸素用加湿器と、この水素タ
ンクからの水素に水分を加湿する水素用加湿器と、この
酸素用加湿器からの加湿された酸素とこの水素用加湿器
からの加湿された水素とから発電する固体高分子型燃料
電池と、を備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項２】 前記水タンクからの水を前記固体電解質
型水電解槽で発生した酸素と水素とで熱交する熱交換器
が設けられてい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】 前記固体高分子型燃料電池のカソード側
から排出される酸素ガスから気水分離器で水分を分離し
この酸素を前記酸素加湿器の入側に供給する酸素循環ラ
インが設けられてい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４】 前記固体高分子型燃料電池のアノード側
から排出される水素ガスから気水分離器で水分を分離し
この水素を前記水素用加湿器の入側に供給する水素循環
ラインが設けられてい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５】 前記水タンクからの水を前記固体高分子
型燃料電池に送り冷却する冷却ラインが設けられている
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６】 前記冷却ラインは前記固体高分子型燃料
電池の出側で前記酸素用加湿器と前記水素用加湿器に水
を供給するようになっていることを特徴とする請求項５
記載の燃料電池発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10013678A JPH11214022A (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10013678A JPH11214022A (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | 燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11214022A true JPH11214022A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=11839855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10013678A Pending JPH11214022A (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11214022A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001313054A (ja) * | 2000-02-21 | 2001-11-09 | Denso Corp | 燃料電池システム |
| JP2002056880A (ja) * | 2000-08-11 | 2002-02-22 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 水電解装置−固体高分子形燃料電池系発電システム |
| JP2002184439A (ja) * | 2000-10-05 | 2002-06-28 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
| JP2005038823A (ja) * | 2003-07-02 | 2005-02-10 | Toyota Motor Corp | 固体高分子型燃料電池システム |
| JP2005142040A (ja) * | 2003-11-07 | 2005-06-02 | Ebara Ballard Corp | 燃料電池システム |
| JP2006502546A (ja) * | 2002-10-11 | 2006-01-19 | コミサリア、ア、レネルジ、アトミク | 物質を外部に放出しない燃料電池を有する電源およびこのような電源の制御方法 |
| JP2009043487A (ja) * | 2007-08-07 | 2009-02-26 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | 発電システム |
| JP2010016006A (ja) * | 2009-10-21 | 2010-01-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体高分子型燃料電池システム |
| WO2010099332A2 (en) * | 2009-02-26 | 2010-09-02 | Fuelcell Energy, Inc. | Fuel humidifier assembly for use in high temperature fuel cell systems |
| CN114040893A (zh) * | 2019-07-18 | 2022-02-11 | 林德有限责任公司 | 用于操作燃烧炉的方法和包括此类炉的布置 |
| CN115064730A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-09-16 | 冠驰新能科技(南京)有限公司 | 一种燃料电池全生命周期的增湿方法 |
-
1998
- 1998-01-27 JP JP10013678A patent/JPH11214022A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP4694203B2 (ja) * | 2002-10-11 | 2011-06-08 | コミサリア ア レネルジー アトミック エ オ ゼネルジー アルテルナティブ | 物質を外部に放出しない燃料電池を有する電源およびこのような電源の制御方法 |
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| US8029938B2 (en) | 2002-10-11 | 2011-10-04 | Commissariat L'energie Atomique | Electric power source comprising a fuel cell without discharge of matter to the outside and control process of such a power source |
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| WO2010099332A3 (en) * | 2009-02-26 | 2011-01-13 | Fuelcell Energy, Inc. | Fuel humidifier assembly for use in high temperature fuel cell systems |
| KR20110125657A (ko) * | 2009-02-26 | 2011-11-21 | 퓨얼 셀 에너지, 인크 | 고온 연료전지 시스템에 사용하기 위한 연료 가습기 조립체 |
| US8445147B2 (en) | 2009-02-26 | 2013-05-21 | Fuelcell Energy, Inc. | Fuel humidifier assembly for use in high temperature fuel cell systems |
| JP2010016006A (ja) * | 2009-10-21 | 2010-01-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体高分子型燃料電池システム |
| CN114040893A (zh) * | 2019-07-18 | 2022-02-11 | 林德有限责任公司 | 用于操作燃烧炉的方法和包括此类炉的布置 |
| CN115064730A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-09-16 | 冠驰新能科技(南京)有限公司 | 一种燃料电池全生命周期的增湿方法 |
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