JPS5882479A - 燃料電池発電システム - Google Patents
燃料電池発電システムInfo
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- JPS5882479A JPS5882479A JP56179044A JP17904481A JPS5882479A JP S5882479 A JPS5882479 A JP S5882479A JP 56179044 A JP56179044 A JP 56179044A JP 17904481 A JP17904481 A JP 17904481A JP S5882479 A JPS5882479 A JP S5882479A
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- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、燃料電池発電システムに係り、そのシステ
ムの燃料電池の供給ガスへの水萬気の加−湿制御に関す
るものである。
ムの燃料電池の供給ガスへの水萬気の加−湿制御に関す
るものである。
ｄ層液封正型の燃料電池においては、電解液濃ｔ〆をに
定に保持する仁とは非常に重要な事である。
定に保持する仁とは非常に重要な事である。
その理由を簡単（述べる。
＃を解質濃蜜がうすくなれば、電解液の体積が増卯し、
電解質が保持されている電解質保持層より＄１へあふれ
出る。このため電極上Ｑ一部を電解液がＮっ丸形とな抄
、電極面積を実質上小さくしてしまう、また、一部の電
解液はガス流（より運ばれて、電池内の電解液が不均一
になるとともに、電池から電解液が失われ、燃料電池に
よる長期間安定した成力の供給を困難圧していえ。
電解質が保持されている電解質保持層より＄１へあふれ
出る。このため電極上Ｑ一部を電解液がＮっ丸形とな抄
、電極面積を実質上小さくしてしまう、また、一部の電
解液はガス流（より運ばれて、電池内の電解液が不均一
になるとともに、電池から電解液が失われ、燃料電池に
よる長期間安定した成力の供給を困難圧していえ。
逆Ｋｉｔ解質濃度が濃くなれば、電解質保持１に隙間が
でき、このため空気と燃料ガスが直接反応する部分が発
生し、燃料電池の利用効率を下げるものとする。更に、
電解液と電極との関（すき間ができるため、同じく、電
極面積を実質上小さくしてしまうばかりでなく、電池の
内部抵抗が増加するため、電池の゛特性が悪くなる。
でき、このため空気と燃料ガスが直接反応する部分が発
生し、燃料電池の利用効率を下げるものとする。更に、
電解液と電極との関（すき間ができるため、同じく、電
極面積を実質上小さくしてしまうばかりでなく、電池の
内部抵抗が増加するため、電池の゛特性が悪くなる。
このように、電解液封止型の燃料電池において緯、電解
質濃度を安定に保持することが重要であるという認識か
うすく、具体的な電解質の濃度管理は行なわれていなか
っ九。
質濃度を安定に保持することが重要であるという認識か
うすく、具体的な電解質の濃度管理は行なわれていなか
っ九。
更に、燃料電池においては、負荷をとることにより、電
池内部で水が生成されるため、生成水を前置し九１１Ｅ
ｔｌｓ質の濃度管理は複雑で、全く手がつけられていな
かった。
池内部で水が生成されるため、生成水を前置し九１１Ｅ
ｔｌｓ質の濃度管理は複雑で、全く手がつけられていな
かった。
特に、燃料電池のセル面積の広い、大型の燃料電池にお
いては、セルの全領域にわ九って電解質濃度をほぼ一定
、均一にして、電池性能を長期（わ九って安定にかつ健
全に保持することが非常に重要である。これを実現する
ＩＬ供姶ガスの水蒸気量の加湿制御だけであり、その制
御装置を確立する必要がある。
いては、セルの全領域にわ九って電解質濃度をほぼ一定
、均一にして、電池性能を長期（わ九って安定にかつ健
全に保持することが非常に重要である。これを実現する
ＩＬ供姶ガスの水蒸気量の加湿制御だけであり、その制
御装置を確立する必要がある。
れだもので、燃料電池の利用効率を向上させ、長期１１
！１安定に電力を供給できる燃料電池発電システムを楊
供するものである。
！１安定に電力を供給できる燃料電池発電システムを楊
供するものである。
本発明は酸化剤として空気を、燃料ガスとして水素を主
成分′とするガスを用い、空気極と燃料極との間に水性
電解質を配置し、電極として気体を１ろ過し得る電極を
有した燃料電池を備え、この燃料１に池の内部温度を測
定する温度検出器と負荷電流を測定する負荷電流検出器
を備え、酸化剤としての空気を空気極へ導入する空気供
給ラインに空ｉａ流晴を測定する流量検出器と、この空
気供給う。
成分′とするガスを用い、空気極と燃料極との間に水性
電解質を配置し、電極として気体を１ろ過し得る電極を
有した燃料電池を備え、この燃料１に池の内部温度を測
定する温度検出器と負荷電流を測定する負荷電流検出器
を備え、酸化剤としての空気を空気極へ導入する空気供
給ラインに空ｉａ流晴を測定する流量検出器と、この空
気供給う。
インに接続された水蒸気供給ラインと、この水に′町（
ラインに水蒸気流量を測定する流普横出器と、水蒸気流
量を調節する流量調節弁を備え、前記燃料電池の温［検
出器の信号と負荷電流検出器の信号と空気供給ラインの
流量検出器の信号から、供給する空気に付加すべき水蒸
気量の目標値信号を演算する演算器と、この演算した水
蒸気量の目標値信号を受け、前記、水蒸気流量検出器の
流量信号をフィードバックして水蒸気流量の調節弁を調
節する水蒸気流量調節計とを具備し九ことを特徴とする
燃料電池発電システムである。
ラインに水蒸気流量を測定する流普横出器と、水蒸気流
量を調節する流量調節弁を備え、前記燃料電池の温［検
出器の信号と負荷電流検出器の信号と空気供給ラインの
流量検出器の信号から、供給する空気に付加すべき水蒸
気量の目標値信号を演算する演算器と、この演算した水
蒸気量の目標値信号を受け、前記、水蒸気流量検出器の
流量信号をフィードバックして水蒸気流量の調節弁を調
節する水蒸気流量調節計とを具備し九ことを特徴とする
燃料電池発電システムである。
この発明によれば、燃料電池の内部温度と負荷電流と供
給ガス流量から、供給ガス中に含まれる。
給ガス流量から、供給ガス中に含まれる。
べく水蒸気量を演算し、その水蒸気量になる・ように供
給ガスラインにつながっている水蒸気供給ラインの水蒸
気量を量調節することによ抄、燃料電池の電解質の状態
を常に一定に保持し、これによ抄鵬科利用効率の向上、
電極の特性の安定化と電池寿命の長期化を図ることがで
きるものである。
給ガスラインにつながっている水蒸気供給ラインの水蒸
気量を量調節することによ抄、燃料電池の電解質の状態
を常に一定に保持し、これによ抄鵬科利用効率の向上、
電極の特性の安定化と電池寿命の長期化を図ることがで
きるものである。
以下１図面を参照して、この発明の詳細な説明する。第
１図は、この発明に係る、燃料電池発電システムの一実
施例を示す構成図であも。
１図は、この発明に係る、燃料電池発電システムの一実
施例を示す構成図であも。
燃料電池１はリン酸を電解質として持ち、空気は空気供
給ライン？により、燃料電池１の空気、極へ導入され、
空気極の排ガスは空気排気ライン３により排出されるよ
うになっている。ま九、水素ガスを主成分とする燃料ガ
スは、燃料ヴス供給２イン４により、燃料電池１の燃料
極へ導入され、反応した燃料極の排ガスは、燃料ガス排
気ライン５によ抄排出されるようＫなっている。
給ライン？により、燃料電池１の空気、極へ導入され、
空気極の排ガスは空気排気ライン３により排出されるよ
うになっている。ま九、水素ガスを主成分とする燃料ガ
スは、燃料ヴス供給２イン４により、燃料電池１の燃料
極へ導入され、反応した燃料極の排ガスは、燃料ガス排
気ライン５によ抄排出されるようＫなっている。
ここで、空気供給ライン２には、水蒸気供給ライン６が
水蒸気流量を測定する水蒸気流量検出器７と水蒸気流量
調節弁８を経て接続されている。
水蒸気流量を測定する水蒸気流量検出器７と水蒸気流量
調節弁８を経て接続されている。
なお、空気供給ライン２には空気流量を測定する丸めの
空気流量検出器９が備えられて匹る。燃料１１Ｅ池１に
は、内部の動作温度を測定する温度検出器１０と、負荷
電流を測定する電流検出器１１が備えられいる。
空気流量検出器９が備えられて匹る。燃料１１Ｅ池１に
は、内部の動作温度を測定する温度検出器１０と、負荷
電流を測定する電流検出器１１が備えられいる。
空気ｉｔ検出器９の出力する空気流量信号ＦとＮ ｎ
’４池の内部植度検出器１ｏの出力する温度信号゛【゛
と、電流検出器１１の出力する負荷電流信号Ｉを人力し
て、演算部１２は、空気供給ライン（ｖＯ湿すべき水蒸
気量の目標値信号Ｗｒｅｆを演算する。
’４池の内部植度検出器１ｏの出力する温度信号゛【゛
と、電流検出器１１の出力する負荷電流信号Ｉを人力し
て、演算部１２は、空気供給ライン（ｖＯ湿すべき水蒸
気量の目標値信号Ｗｒｅｆを演算する。
史に、水蒸気流量調節針１３は、この目標値信号ｗｒ、
、（Ｋなるように、水蒸気流量検出器７が出力する水蒸
気量信号Ｗをフィードバックして、水蒸気流−調節弁８
をコントロールするようＫなっている。
、（Ｋなるように、水蒸気流量検出器７が出力する水蒸
気量信号Ｗをフィードバックして、水蒸気流−調節弁８
をコントロールするようＫなっている。
第２図は、演算部■の中で最初に行なう、演算特性を示
すものである。電池の内部温度Ｔと負荷電流Ｉより、供
給空気量に対する加湿水蒸気量との比Ｒを第２図のよう
にして演算する。演算部１２では最後に、この流量比Ｒ
と空気流量信号Ｆより。
すものである。電池の内部温度Ｔと負荷電流Ｉより、供
給空気量に対する加湿水蒸気量との比Ｒを第２図のよう
にして演算する。演算部１２では最後に、この流量比Ｒ
と空気流量信号Ｆより。
空気供給ラインに加湿すべき水蒸気量の目標値量ＶＶｒ
ｅｆを’Ｎｒｅｆ ＝ Ｒ＠ Ｆ’により演算し、その
目標値量を目標値信号％’／ｒｅｆとして出力する。
ｅｆを’Ｎｒｅｆ ＝ Ｒ＠ Ｆ’により演算し、その
目標値量を目標値信号％’／ｒｅｆとして出力する。
このように構成することにより、負荷電流Ｉの小さい低
負荷時には、ともすると、リン酸電解質の！１度が上昇
しがちであるのを、第２図のグラフに従って、空気を所
定の流量比まで加湿するので、リン酸電解質の乾そうが
防止できるばかりでなく、最適な濃度状態を保持するこ
とができる。逆に、負荷電流Ｉが大！い高貴荷時には、
反応により。
負荷時には、ともすると、リン酸電解質の！１度が上昇
しがちであるのを、第２図のグラフに従って、空気を所
定の流量比まで加湿するので、リン酸電解質の乾そうが
防止できるばかりでなく、最適な濃度状態を保持するこ
とができる。逆に、負荷電流Ｉが大！い高貴荷時には、
反応により。
多量の水が生成されるので、リン酸電解質はともすると
濃度が低下し、体積が樽加し、有効な電極面積を小さく
してしまう傾向であるが、第２図のグラフ（示すように
、加温量は低くおさえられるため、この場合も、最適な
濃度状態を保持するこへまた、第２図のグラフにあるよ
うに、電池の内部ａ＊’ｒにリン酸の飽和水蒸気圧の変
化が補正しであるので、電池の内部温度Ｔの変化に対し
て自動的に加湿量を修正するようになっている。
濃度が低下し、体積が樽加し、有効な電極面積を小さく
してしまう傾向であるが、第２図のグラフ（示すように
、加温量は低くおさえられるため、この場合も、最適な
濃度状態を保持するこへまた、第２図のグラフにあるよ
うに、電池の内部ａ＊’ｒにリン酸の飽和水蒸気圧の変
化が補正しであるので、電池の内部温度Ｔの変化に対し
て自動的に加湿量を修正するようになっている。
東に、空気流量信号Ｆを演算部１２を用いているので、
空気流量の変化に対しても、自動的に加湿針が修正され
るようＫなっている。 −以上、述べえように、
このような構成をとることにより、燃料電池の内部温度
、負荷電流、供給ガス着の変化に対して供給ガスが常に
最適な加湿１に自動的に調整されるので、リン酸電解質
の濃ｌ【が常に一定に保持される。したがって、電解質
が失なわれる事がないので、長期間安定した電力を供給
することができる。更に、電解質が乾そうする事がない
ので、ムダな反応分がなくな抄、燃料の利用効率を向上
する事ができる。
空気流量の変化に対しても、自動的に加湿針が修正され
るようＫなっている。 −以上、述べえように、
このような構成をとることにより、燃料電池の内部温度
、負荷電流、供給ガス着の変化に対して供給ガスが常に
最適な加湿１に自動的に調整されるので、リン酸電解質
の濃ｌ【が常に一定に保持される。したがって、電解質
が失なわれる事がないので、長期間安定した電力を供給
することができる。更に、電解質が乾そうする事がない
ので、ムダな反応分がなくな抄、燃料の利用効率を向上
する事ができる。
鱈料ガスについては、工業的には、ナフサ、天然ガスな
どの炭化水素に水を加えて改質器（リホーマ）によシ水
素を含む燃料ガスを製造するので。
どの炭化水素に水を加えて改質器（リホーマ）によシ水
素を含む燃料ガスを製造するので。
との中に多量の水分を含んでおり、適切な湿分まで余分
な水分、を第３図の構成で除去すれば良い。
な水分、を第３図の構成で除去すれば良い。
空気供給ラインは、前述と同様に行ならので省略する。
燃料ガス供給ラインについては気水分離器１４を備え、
気水分離器１４の温度Ｔ、パを検出する温度検出器１５
を設置し、その前に１水冷熱シ換器１６を備え燃料電池
の内部温度の検出器１０の温度信号Ｔを目標値として、
前記温度検出器１５の温式信号ＴＰをフィードバックし
て、温度調節器１７は冷却水の流量を流調弁１８をコン
トロールする。このような構成とすることによって、燃
料ガスが燃料電池に供給する時は、そのリン酸の飽和水
蒸気圧にコントロールされることになる。
気水分離器１４の温度Ｔ、パを検出する温度検出器１５
を設置し、その前に１水冷熱シ換器１６を備え燃料電池
の内部温度の検出器１０の温度信号Ｔを目標値として、
前記温度検出器１５の温式信号ＴＰをフィードバックし
て、温度調節器１７は冷却水の流量を流調弁１８をコン
トロールする。このような構成とすることによって、燃
料ガスが燃料電池に供給する時は、そのリン酸の飽和水
蒸気圧にコントロールされることになる。
次に、乾そうした燃料ガスを用いる場合は、リン酸電解
質の燃料側が乾そうしないように燃料電池のリン醸成解
質のほぼ飽和水蒸気圧まで加湿した方が良いので、第４
図のような構成とすれば良い。
質の燃料側が乾そうしないように燃料電池のリン醸成解
質のほぼ飽和水蒸気圧まで加湿した方が良いので、第４
図のような構成とすれば良い。
空気供給ラインについては、同様な構成であシ省略する
。燃料ガス供給ライン４には、燃料流量を測定するため
の燃料ガス流量検出器１９が設置されてお秒、更に水蒸
気供給ライン６が水蒸気流量を測定する水蒸気流量検出
器２０と水蒸気流量調節弁２１を経て、燃料ラインに接
続されている。
。燃料ガス供給ライン４には、燃料流量を測定するため
の燃料ガス流量検出器１９が設置されてお秒、更に水蒸
気供給ライン６が水蒸気流量を測定する水蒸気流量検出
器２０と水蒸気流量調節弁２１を経て、燃料ラインに接
続されている。
燃料極側では、負荷による水の発生がほとんどな−いの
で、燃料電池の内部温度信号Ｔを入力し、適切な水蒸気
流量と燃料流量の比Ｒ′を演算部２２で演算し、１へ燃
料ガス流量検出器１９の流量信号Ｆ′を演算部２２け入
力し、Ｒ′とＦ′よ抄適切な加湿量の目標値Ｗ’ｒｅ（
を演算し、目標値信号’Ｖ’ｒｅｆとして出力する。水
蒸気流量調節器２３は、欠截気流を検出器２０の流量信
号Ｗ′をフィードバックして、この流量信号Ｗ′ｒｅｆ
Ｉでなるように水蒸気流を調節弁２１を調節する。この
よう（することによね、燃料電池のリン酸醒解質の燃料
側も濃度がやはり一定（保持することができる。
で、燃料電池の内部温度信号Ｔを入力し、適切な水蒸気
流量と燃料流量の比Ｒ′を演算部２２で演算し、１へ燃
料ガス流量検出器１９の流量信号Ｆ′を演算部２２け入
力し、Ｒ′とＦ′よ抄適切な加湿量の目標値Ｗ’ｒｅ（
を演算し、目標値信号’Ｖ’ｒｅｆとして出力する。水
蒸気流量調節器２３は、欠截気流を検出器２０の流量信
号Ｗ′をフィードバックして、この流量信号Ｗ′ｒｅｆ
Ｉでなるように水蒸気流を調節弁２１を調節する。この
よう（することによね、燃料電池のリン酸醒解質の燃料
側も濃度がやはり一定（保持することができる。
第１図は、この発明くかかる一実施例を示す構成図、第
２図は、第１図における演算器の第１の演算特性を燃料
電池の内部ｌｌｉ度Ｔと、供給ガスの流皆比Ｒの関係を
負荷Ｉをパラメータとして示す特性図、第３図、第４図
は本発明の他の実施例を示す嘴成図である。 １・・・燃料電池、２・・・空気供給ライン、４・・・
燃料ガス供給ライく、６・・・水蒸気供給ライン、７．
２０・・・水蒸気流量検出器、８．２１・・・水蒸気流
量調節弁、９・・・空気流址検出器、１９・・・燃料ガ
ス流量検出器、１０・・・燃料電池内部温度検出器、１
１・・・燃料電池負荷電流検出器、１２．２２・・・演
算器、１３．２３・・・水蒸気流量調節器、１４・・・
気水分離器、１６・・・水冷熱交換器、１７・・・温［
調節器、代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名） 第１図 第２図 第８図 第４図
２図は、第１図における演算器の第１の演算特性を燃料
電池の内部ｌｌｉ度Ｔと、供給ガスの流皆比Ｒの関係を
負荷Ｉをパラメータとして示す特性図、第３図、第４図
は本発明の他の実施例を示す嘴成図である。 １・・・燃料電池、２・・・空気供給ライン、４・・・
燃料ガス供給ライく、６・・・水蒸気供給ライン、７．
２０・・・水蒸気流量検出器、８．２１・・・水蒸気流
量調節弁、９・・・空気流址検出器、１９・・・燃料ガ
ス流量検出器、１０・・・燃料電池内部温度検出器、１
１・・・燃料電池負荷電流検出器、１２．２２・・・演
算器、１３．２３・・・水蒸気流量調節器、１４・・・
気水分離器、１６・・・水冷熱交換器、１７・・・温［
調節器、代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名） 第１図 第２図 第８図 第４図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 酸化剤として空気を、燃料ガスとして水素を主成分とす
るガスを用い、空気極と燃料極との間に水性電解質を配
置し、電極として気体を透過し得る電極を有した燃料電
池を備え、この燃料電池の内部温度を測定する温度検出
器と負荷電流を測定する負荷電流検出器を備え、酸化剤
としての空気を空気極へ導入する空気供給ラインに空気
流量を測定する流量検出器と、この空気供給ラインに接
続された水蒸気供給・フィンと、この水蒸気ラインに水
蒸気流量を測定する流量検出器と、水蒸気流量を調節す
る流１ｔａ４節弁を備え、前記、燃料電池の温度検出器
の信号と負荷電流検出器の信号と、空気供給ラインの流
量検出器の信号から、供給する空気に付加すべき水蒸気
量の目標値信号を演算する演算器と、この演算した水蒸
気量の目標信号を受け、前記、水蒸気流量検出器の流量
信号をフィードバックして水蒸気流量の調節弁を調節す
る４’４ｉ流量調節計とを具備したことを特徴とする燃
料【域池発゛鑞システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56179044A JPS5882479A (ja) | 1981-11-10 | 1981-11-10 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56179044A JPS5882479A (ja) | 1981-11-10 | 1981-11-10 | 燃料電池発電システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5882479A true JPS5882479A (ja) | 1983-05-18 |
Family
ID=16059134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56179044A Pending JPS5882479A (ja) | 1981-11-10 | 1981-11-10 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5882479A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6316570A (ja) * | 1986-07-09 | 1988-01-23 | Hitachi Ltd | 燃料電池運転方法 |
| JPS63152880A (ja) * | 1986-12-17 | 1988-06-25 | Fuji Electric Co Ltd | 液体電解質型燃料電池発電装置 |
| US8112902B2 (en) * | 2006-11-06 | 2012-02-14 | E.G.O. Elektro-Geraetebau Gmbh | Method for determining the load quantity in a spin dryer and spin dryer |
-
1981
- 1981-11-10 JP JP56179044A patent/JPS5882479A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6316570A (ja) * | 1986-07-09 | 1988-01-23 | Hitachi Ltd | 燃料電池運転方法 |
| JPS63152880A (ja) * | 1986-12-17 | 1988-06-25 | Fuji Electric Co Ltd | 液体電解質型燃料電池発電装置 |
| US8112902B2 (en) * | 2006-11-06 | 2012-02-14 | E.G.O. Elektro-Geraetebau Gmbh | Method for determining the load quantity in a spin dryer and spin dryer |
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