JPS59149672A - 燃料電池プラント - Google Patents
燃料電池プラントInfo
- Publication number
- JPS59149672A JPS59149672A JP58011454A JP1145483A JPS59149672A JP S59149672 A JPS59149672 A JP S59149672A JP 58011454 A JP58011454 A JP 58011454A JP 1145483 A JP1145483 A JP 1145483A JP S59149672 A JPS59149672 A JP S59149672A
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- Japan
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- fuel
- air
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
-
- 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
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Sustainable Energy (AREA)
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
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】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、発電要素として、リン酸電解質燃料電池を含
み、この燃料電池への燃料供給系を、燃料改質器（リフ
オーマ）や−酸化炭素転換器（シフトコンバータ）によ
り構成し、空気供給系を、ターボコンプレッサ等で構成
した、燃料也池発亀プラントに係り、特に改良された燃
料電池出方電圧の制御系を有するものに関する。
み、この燃料電池への燃料供給系を、燃料改質器（リフ
オーマ）や−酸化炭素転換器（シフトコンバータ）によ
り構成し、空気供給系を、ターボコンプレッサ等で構成
した、燃料也池発亀プラントに係り、特に改良された燃
料電池出方電圧の制御系を有するものに関する。
この棟の燃料電池（以下Ｆ、Ｃ，と略記する）発電シス
テムのフローを第１図に示す。このシステムは、太き（
分類すると、空気ラインＸと燃料ラインＹ、冷却ライン
２からなる。
テムのフローを第１図に示す。このシステムは、太き（
分類すると、空気ラインＸと燃料ラインＹ、冷却ライン
２からなる。
燃料ラインＹへは％原燃料としてナフサやメタン等を供
給する。この原燃料は硫黄が含まれている場合が多いの
で、脱硫器１．２により硫黄分を取ル除く。次に原燃料
に水蒸気を添加し、リフオーマ３によシ水素、二酸化炭
素、−酸化炭素、水蒸気を主成分とするガスに改゛質す
る。さらに、このガスＫ 含１ しる−酸化炭素と水蒸
気をシフトコンバータ４ａｊ４ｂにより、水素と二酸化
炭素に変えて燃料醒池（Ｆ、Ｃ１）５に燃料ガスとして
供給する。Ｆ、０．５の内部では供給さｔた燃料ガスに
含まれる水素と。
給する。この原燃料は硫黄が含まれている場合が多いの
で、脱硫器１．２により硫黄分を取ル除く。次に原燃料
に水蒸気を添加し、リフオーマ３によシ水素、二酸化炭
素、−酸化炭素、水蒸気を主成分とするガスに改゛質す
る。さらに、このガスＫ 含１ しる−酸化炭素と水蒸
気をシフトコンバータ４ａｊ４ｂにより、水素と二酸化
炭素に変えて燃料醒池（Ｆ、Ｃ１）５に燃料ガスとして
供給する。Ｆ、０．５の内部では供給さｔた燃料ガスに
含まれる水素と。
空気中の酸素が結合して水になシ発眠する。
Ｆ、Ｃ，５から廃気される燃料ガスには、まだ、かなり
の水素が含まれており、セパレータ６ａにより、水蒸気
圧を下げた後、リフオーマ３のバーナに供給され、燃焼
し原燃料の改質反応に必要な熱を発生する。リフメーマ
から出るこの高温の溌ガスを、さらにターボコンプレッ
サ７ａ、７ｂ に供給し。
の水素が含まれており、セパレータ６ａにより、水蒸気
圧を下げた後、リフオーマ３のバーナに供給され、燃焼
し原燃料の改質反応に必要な熱を発生する。リフメーマ
から出るこの高温の溌ガスを、さらにターボコンプレッ
サ７ａ、７ｂ に供給し。
ターボコンプレッサの動力源として使う。
空気ラインＸは、空気を酸化剤として燃料峨ｉ１ｋに供
給するラインである。外から取り入れられた空気は、タ
ーボコンプレッサ７ ａ 、 ’７’ ｂにより加圧さ
れ、燃料電池５のカソードに供給される。カソードから
廃出された空気は、セパレータ６ｂによフ、水蒸気分圧
を下げられた後１．リフオーマからの高温廃ガスといっ
しょになり、ターボコンプレッサの動力源となる。
給するラインである。外から取り入れられた空気は、タ
ーボコンプレッサ７ ａ 、 ’７’ ｂにより加圧さ
れ、燃料電池５のカソードに供給される。カソードから
廃出された空気は、セパレータ６ｂによフ、水蒸気分圧
を下げられた後１．リフオーマからの高温廃ガスといっ
しょになり、ターボコンプレッサの動力源となる。
また、燃料電池５からの空気戻ガスには、まだ酸素が残
っているので、この廃ガスを、リフオーマの燃焼室に供
給し、燃料の廃ガスと燃焼させる方式の燃料屹池発電プ
ラントも考えられている。
っているので、この廃ガスを、リフオーマの燃焼室に供
給し、燃料の廃ガスと燃焼させる方式の燃料屹池発電プ
ラントも考えられている。
冷却ラインＺは、燃料電池５の温度制御を行なう。この
ラインは、冷却水が循環しており、ポンプ８により、燃
料電池に供給される。燃料電池から出て来た冷却水は、
セパレータ９で、水蒸気と水に分離され、冷却器ＩＯに
よ、！ｌ） Ｍ”４＃Ｑやされて、再度燃料電池に供給
される。
ラインは、冷却水が循環しており、ポンプ８により、燃
料電池に供給される。燃料電池から出て来た冷却水は、
セパレータ９で、水蒸気と水に分離され、冷却器ＩＯに
よ、！ｌ） Ｍ”４＃Ｑやされて、再度燃料電池に供給
される。
一方、燃料ば池５は、リン酸電解質を、白金触媒を付与
した多孔質電極で−はさんだ構造である。
した多孔質電極で−はさんだ構造である。
このリン酸型燃料覗孔に、無負荷または、低負荷で、十
分な上記の燃料ガスと空気を供給した場合。
分な上記の燃料ガスと空気を供給した場合。
０．８Ｖ以上のセル電圧を得るが、この状態が続くＳ
と、触媒劣化を暑くことが知られている。さらに、イン
バータを接続し、系統接続する場合にも、低負荷時の高
いセル電圧は、突入暖流を増やし問題である。
バータを接続し、系統接続する場合にも、低負荷時の高
いセル電圧は、突入暖流を増やし問題である。
従来は、燃料電池が小形で実験室規模であったので、ボ
ンベよシ、窒素ガス等の不活性ガスを空気ラインＸに加
えることによジ、低負荷時のセル電圧をコントロールし
ていたが、実用規模のシ然料電池発亀プラントでは、あ
まりに不活性ガスカニ多く必要で、問題である。
ンベよシ、窒素ガス等の不活性ガスを空気ラインＸに加
えることによジ、低負荷時のセル電圧をコントロールし
ていたが、実用規模のシ然料電池発亀プラントでは、あ
まりに不活性ガスカニ多く必要で、問題である。
本発明は、上記不都合を除去し、低負荷時のセル電圧を
安定に抑制し、電極の触媒劣化を防く゛とともに、イン
ノく一夕接続時の突入暖流を／ｂさクシ。
安定に抑制し、電極の触媒劣化を防く゛とともに、イン
ノく一夕接続時の突入暖流を／ｂさクシ。
寿命の長い、安定した運転のできる燃料電池発電プラン
トを提供することを目的とするものである。
トを提供することを目的とするものである。
この目的を達成するために、不発〔男（ま、ＩＪフォー
マで燃焼シた後、ターボコンプレ・ノサに供１拾され、
その動力となり、外に廃気されるガスを、空力が一定に
なるように制御することを特徴とするものである。
マで燃焼シた後、ターボコンプレ・ノサに供１拾され、
その動力となり、外に廃気されるガスを、空力が一定に
なるように制御することを特徴とするものである。
上述の、リフオーマから廃出される廃気の主成分は、窒
素、二酸化炭素と、水蒸気であり、多少の酸素が含まれ
ている。この廃気と空気を混合することによ９％燃料電
池のカソードに供給する酸化剤ガスの流量を変化させる
ことなく、酸化剤ガス中の酸素の割合を、変えることが
できる。すなわち、廃気ガスと、外気との混合比を制御
することによυ、電池に供給する酸化剤ガスの酸素分圧
および酸素供給量を、ガス自体の体積流量を変えること
な（、制御することができる。
素、二酸化炭素と、水蒸気であり、多少の酸素が含まれ
ている。この廃気と空気を混合することによ９％燃料電
池のカソードに供給する酸化剤ガスの流量を変化させる
ことなく、酸化剤ガス中の酸素の割合を、変えることが
できる。すなわち、廃気ガスと、外気との混合比を制御
することによυ、電池に供給する酸化剤ガスの酸素分圧
および酸素供給量を、ガス自体の体積流量を変えること
な（、制御することができる。
酸素分圧の変化による、電池起電力の変化を、第２図に
示す。また、酸素の利用率と、セル電圧との関係を第３
図に示す。このことから、廃気ガスと、外気との混合比
を変えることにより、容易に、セル電圧を制御できるこ
とがわかる。
示す。また、酸素の利用率と、セル電圧との関係を第３
図に示す。このことから、廃気ガスと、外気との混合比
を変えることにより、容易に、セル電圧を制御できるこ
とがわかる。
このように、セル電圧を制御することによシ、触媒の劣
化を防ぐことができ、電池の初期特性を維持することが
でき、長寿命化が達せられる。また、インバータ接続時
の突入電′流を低く押えることができ、安全に接続でき
る。
化を防ぐことができ、電池の初期特性を維持することが
でき、長寿命化が達せられる。また、インバータ接続時
の突入電′流を低く押えることができ、安全に接続でき
る。
また、この方法によれば、酸化剤ガスの流量自体は変化
しないので、流量をしぼって、セル電圧を制御するとき
のように燃料電池スタック内の場所により、ガス流がか
たよるということも起きず。
しないので、流量をしぼって、セル電圧を制御するとき
のように燃料電池スタック内の場所により、ガス流がか
たよるということも起きず。
均一な流れを得ることができる。
以下、第４図を参照し、本発明に従って構成される燃料
電池発電プラントの一実施例を説明する。
電池発電プラントの一実施例を説明する。
第４図に於いて、燃料ラインＸは、原燃料のナフサ、メ
タンなどを改質し、水素の豊か々燃料ガスを供給するラ
インであり、を気ラインＹは、酸化剤ガスを供給するラ
インである。
タンなどを改質し、水素の豊か々燃料ガスを供給するラ
インであり、を気ラインＹは、酸化剤ガスを供給するラ
インである。
燃料電池の中で、発電に消費された燃料ガスには、まだ
水素が１０係程度残っているので、リフオーマバーナ１
５に供給される。一方、酸化剤ガスも、燃料電池内で消
費された後にも、酸素が含まれており、この廃気を燃焼
室１６・に供給す゛る。
水素が１０係程度残っているので、リフオーマバーナ１
５に供給される。一方、酸化剤ガスも、燃料電池内で消
費された後にも、酸素が含まれており、この廃気を燃焼
室１６・に供給す゛る。
この燃料と酸化剤は、燃焼室の中で、燃焼反応を起こし
原燃料の改質に必要な熱を供給する。さらにリフオーマ
の燃焼室から排出される高温ガスは。
原燃料の改質に必要な熱を供給する。さらにリフオーマ
の燃焼室から排出される高温ガスは。
ターボコンプレッサに供給され酸化剤ガス供給動力を発
生する。
生する。
この実施例では、さらに、このターボコンプレッサの肺
気ガスライン１７に、オリフィス１８を設け、肺気ガス
ラインに多少の圧力を持たせである。さらに、空気供給
ラインに三方弁■９を設け、三方弁の一方を、肺気ガス
ライン■７と結ぶ。
気ガスライン１７に、オリフィス１８を設け、肺気ガス
ラインに多少の圧力を持たせである。さらに、空気供給
ラインに三方弁■９を設け、三方弁の一方を、肺気ガス
ライン■７と結ぶ。
また、この三方弁は、セル電圧を検知して演算を行々う
調節計２０によ！ｌｌ調節される。この調節計のブロッ
ク図を第５図に示す。
調節計２０によ！ｌｌ調節される。この調節計のブロッ
ク図を第５図に示す。
なお図中ＫＣはゲイン＋ＴＩは積分時定数である。
以上のように構成された燃料電池発電プラントに於いて
は、燃料電池の出力電圧が、所定の値となるように肺気
ガスと、空気を混合してターボコンプレッサ７によフ燃
料覗池に供給する。これにより負荷に関係なく、一定の
電圧を得ることができる。
は、燃料電池の出力電圧が、所定の値となるように肺気
ガスと、空気を混合してターボコンプレッサ７によフ燃
料覗池に供給する。これにより負荷に関係なく、一定の
電圧を得ることができる。
本発明に従って構成される燃料電池発電プラントの空気
とリフオーマ燃焼室廃ガスの混合部分の一実施例を第６
図に示す。
とリフオーマ燃焼室廃ガスの混合部分の一実施例を第６
図に示す。
この図に於いて、リフオーマからの１発ガス２３は、タ
ーボコンプレッサ７に供給され、燃料電池への酸化剤供
給ライン３０に、加圧酸化剤ガスを供給する動力を生み
出す。
ーボコンプレッサ７に供給され、燃料電池への酸化剤供
給ライン３０に、加圧酸化剤ガスを供給する動力を生み
出す。
また、オリフィス１８．三方弁１９が設けられ、上述の
実施例と同様の働きをする。
実施例と同様の働きをする。
さらに、この実施例では、流量検出器２２〃（、肺気ガ
スライン１７に設置され、空気に混入される肺気ガス鼠
を測定する。また、負荷亀流最と、流量検出器２２から
の流量信号を受けとり、三方弁１９を制御する調節計２
１が設置、されてＧする。
スライン１７に設置され、空気に混入される肺気ガス鼠
を測定する。また、負荷亀流最と、流量検出器２２から
の流量信号を受けとり、三方弁１９を制御する調節計２
１が設置、されてＧする。
この調節計は、負荷電流に従がＧ）、定められた流計の
廃ガスが空気に混入するように三方ジｊ１９を制御する
。この調節計の負荷電流と、目標ｊ発ガス欲の関係を第
７図に示す。
廃ガスが空気に混入するように三方ジｊ１９を制御する
。この調節計の負荷電流と、目標ｊ発ガス欲の関係を第
７図に示す。
また、第８図に示すように、オリフィス１８に変えて弁
２４を設置することにより、高１＋３ブコｌ存、三方弁
１９が、空気のみ取り込む場合、弁２４を全開にし、タ
ーボコンプレッサ７の音圧を低くでき、効率を向上させ
ることができる。
２４を設置することにより、高１＋３ブコｌ存、三方弁
１９が、空気のみ取り込む場合、弁２４を全開にし、タ
ーボコンプレッサ７の音圧を低くでき、効率を向上させ
ることができる。
また、第９図に示す如くターボコンプレッサ７に抽気ラ
イン２５ｆ：設け、オリフィス１８や弁２４を除くこと
もできる。
イン２５ｆ：設け、オリフィス１８や弁２４を除くこと
もできる。
さらに、第１θ図に示す如く、排気ライン２３に、空気
、リフオーマ排ガス混入ラインを設け、冷却器２８．プ
ロア２７．流量調節弁２６によっても同様の効果を得る
ことができる。
、リフオーマ排ガス混入ラインを設け、冷却器２８．プ
ロア２７．流量調節弁２６によっても同様の効果を得る
ことができる。
第１図は、従来の燃料電池発電プラントの各流体の流れ
を表わすフロー図、第２図は、燃料電池のカソードの酸
素分圧と起電力の関係を示す特性図、第３図は１竣素の
利用率と、セル電圧の関係を表わす特性図、第４図は、
この発明にかかる、燃料電池発電プラントの一実施例の
概略構成図、第５図は第４図に示したこの発明にかかる
調節計のブロック図、第６図は、この発明にかかる、燃
料電池発電プラントの他の実施例のターボコンプレッサ
まわシを示す構成図、第７図は１本発明にかかる、肺気
混入調１弁の調節計の、負荷電流と目標廃ガス流量の関
係を示す図、第８図、第９図。 第１Ｏ図は、この発明にかかる・然料暇池プラントの、
更に別の実施例のターボコンプレッサまわりを示す構成
図である。 １．２・・・水添脱硫器、３・・・リフオーマ、４・・
・シフトコンバータ、５・・・燃料ＫＭ、６・・・セパ
レータ、７・・・ターボコンプレッサ、８・・・ポンプ
、９−冷却水セパレータ、１０・・・冷却水熱交換器、
１１・・・冷却水加熱バーナ、１２・・・補助バーナ、
１３・・ｒブロア−，１４・・・熱交換器、１５・・・
リフオーマバーナ。 １６・・・リフオーマ燃焼室、１７・・・廃ガスライン
、１８・・・オリフィス、１９・・・三方弁、２０．２
１・・・調節計、２２・・・流量検出用オリフィス、２
３・・・リフオーマ排ガス・ライン、２４・・・王刀調
整升、２５・・・抽気ライン、２６・−・流量調整弁、
２７・・・ブロア、２８・・・冷却器、２９・・・冷却
水。
を表わすフロー図、第２図は、燃料電池のカソードの酸
素分圧と起電力の関係を示す特性図、第３図は１竣素の
利用率と、セル電圧の関係を表わす特性図、第４図は、
この発明にかかる、燃料電池発電プラントの一実施例の
概略構成図、第５図は第４図に示したこの発明にかかる
調節計のブロック図、第６図は、この発明にかかる、燃
料電池発電プラントの他の実施例のターボコンプレッサ
まわシを示す構成図、第７図は１本発明にかかる、肺気
混入調１弁の調節計の、負荷電流と目標廃ガス流量の関
係を示す図、第８図、第９図。 第１Ｏ図は、この発明にかかる・然料暇池プラントの、
更に別の実施例のターボコンプレッサまわりを示す構成
図である。 １．２・・・水添脱硫器、３・・・リフオーマ、４・・
・シフトコンバータ、５・・・燃料ＫＭ、６・・・セパ
レータ、７・・・ターボコンプレッサ、８・・・ポンプ
、９−冷却水セパレータ、１０・・・冷却水熱交換器、
１１・・・冷却水加熱バーナ、１２・・・補助バーナ、
１３・・ｒブロア−，１４・・・熱交換器、１５・・・
リフオーマバーナ。 １６・・・リフオーマ燃焼室、１７・・・廃ガスライン
、１８・・・オリフィス、１９・・・三方弁、２０．２
１・・・調節計、２２・・・流量検出用オリフィス、２
３・・・リフオーマ排ガス・ライン、２４・・・王刀調
整升、２５・・・抽気ライン、２６・−・流量調整弁、
２７・・・ブロア、２８・・・冷却器、２９・・・冷却
水。
Claims (1)
- 酸化剤として空気を用い、環元剤として、原燃料に水を
加えて、改質した水素に豊む燃料を用い、この改質のだ
めのリフオーマと、空気を供給するためのコンプレッサ
を配置し、燃料電池で消費された燃料ガスを、前記リフ
ォーミング反応のための熱源として燃焼させる燃料電池
プラントに於いて、前記リフォーミング反応の、熱源と
して燃焼させたリフオーマ排ガスラインと、燃料電池に
空気を供給する空気ラインとを結ぶリフオーマ排ガス、
空気混入ラインと、前記リフオーマ排ガス空気混入ライ
ンと、空気ラインを接続する調整弁と、この調整弁を制
御する調節計を具備し、燃料電池の出力電圧を制御する
ことを％数とする燃料電池プラント。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58011454A JPS59149672A (ja) | 1983-01-28 | 1983-01-28 | 燃料電池プラント |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58011454A JPS59149672A (ja) | 1983-01-28 | 1983-01-28 | 燃料電池プラント |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59149672A true JPS59149672A (ja) | 1984-08-27 |
Family
ID=11778537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58011454A Pending JPS59149672A (ja) | 1983-01-28 | 1983-01-28 | 燃料電池プラント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59149672A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008117973A (ja) * | 2006-11-06 | 2008-05-22 | Hitachi Ltd | 電子制御機器のケーシング |
-
1983
- 1983-01-28 JP JP58011454A patent/JPS59149672A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008117973A (ja) * | 2006-11-06 | 2008-05-22 | Hitachi Ltd | 電子制御機器のケーシング |
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