JPS5927469A - 燃料電池装置 - Google Patents
燃料電池装置Info
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- JPS5927469A JPS5927469A JP57136307A JP13630782A JPS5927469A JP S5927469 A JPS5927469 A JP S5927469A JP 57136307 A JP57136307 A JP 57136307A JP 13630782 A JP13630782 A JP 13630782A JP S5927469 A JPS5927469 A JP S5927469A
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- 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
- H01M8/04—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
- H01M8/04104—Regulation of differential pressures
-
- 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
-
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- Y02E60/50—Fuel cells
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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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】
〔発明の技術分野〕
本発明は、燃料電池装置（二係り、特（二燃料電池（＝
配設される流入及び流出ガス系統を改良した燃料電池装
置（＝関する。
配設される流入及び流出ガス系統を改良した燃料電池装
置（＝関する。
燃料電池は種々の方式が開発され、一部は宇宙船の電源
として使用され各界の注目を集めている。
として使用され各界の注目を集めている。
その方式のうち、最も実用化の進んでいるのがりん酸形
燃料′嘔池である。りん酸形燃料電池は、燃料ガス（二
犬量の炭酸ガスを含む場合にも使用でき、石油改質、メ
タノール等も主原料として使用でき応用範囲の広い方式
である。
燃料′嘔池である。りん酸形燃料電池は、燃料ガス（二
犬量の炭酸ガスを含む場合にも使用でき、石油改質、メ
タノール等も主原料として使用でき応用範囲の広い方式
である。
例えば発電プラントのようなりん酸形の燃料電池装置は
、大きく分けると３つの構成要素がらな２ている。第１
図（：おいて、燃料電池（１）はアノード部（２）とカ
ソード部（３）に分けられ、アノード部（２）（−は燃
料ガスが流入し、またカソード部（３）（＝は酸化剤ガ
ス、例えば空気が流入する。ここで、触媒作用（二より
、燃料ガス中の水素と空気中の酸素が化合し、水が生成
される。この時に、水素は一度水素イオンの形状となる
ので、その時放出する電子を直流電流として外部ζ二取
出すことができる。
、大きく分けると３つの構成要素がらな２ている。第１
図（：おいて、燃料電池（１）はアノード部（２）とカ
ソード部（３）に分けられ、アノード部（２）（−は燃
料ガスが流入し、またカソード部（３）（＝は酸化剤ガ
ス、例えば空気が流入する。ここで、触媒作用（二より
、燃料ガス中の水素と空気中の酸素が化合し、水が生成
される。この時に、水素は一度水素イオンの形状となる
ので、その時放出する電子を直流電流として外部ζ二取
出すことができる。
また、各々のガス圧は差圧がないよう（二制御されてい
る。
る。
燃料電池（１）（二、燃料ガスを供給するためｃ′″−
１石油ナフサやＬＮＧ （液化天然ガス）を改質するリ
フオーマ（４）を用いる。改質は原料を高温にし、さら
（二本蒸気を混合すること（二より、原料中の炭化水素
を水素と炭ｊ俊ガス（二分解する。原料の種類により異
なるが、約７０〜８０襲水素と２０〜３０％の炭酸ガス
が得られる。リフオーマ（４）は高温（二しておかなく
てはならないが、その役目を有するのが、リフオーマ（
４）（−付属するバーナ（５）である。バーナ（５）（
１用いる燃料カスは燃オ」電池（１）のアノード部（２
）から出る燃料排ガスを使用する。この燃料排ガス中１
′−は、未反応の水素が含まれており、これを燃焼する
こと（二より、リフオーマ（４）ｉ″−必要な熱量を得
ている。
１石油ナフサやＬＮＧ （液化天然ガス）を改質するリ
フオーマ（４）を用いる。改質は原料を高温にし、さら
（二本蒸気を混合すること（二より、原料中の炭化水素
を水素と炭ｊ俊ガス（二分解する。原料の種類により異
なるが、約７０〜８０襲水素と２０〜３０％の炭酸ガス
が得られる。リフオーマ（４）は高温（二しておかなく
てはならないが、その役目を有するのが、リフオーマ（
４）（−付属するバーナ（５）である。バーナ（５）（
１用いる燃料カスは燃オ」電池（１）のアノード部（２
）から出る燃料排ガスを使用する。この燃料排ガス中１
′−は、未反応の水素が含まれており、これを燃焼する
こと（二より、リフオーマ（４）ｉ″−必要な熱量を得
ている。
また、カソード部（３）に必要な空気はコンプレッサ（
６）（二より供給される。このコンプレッサ（６）を駆
動するため、同軸にターボファン（７）が付属される。
６）（二より供給される。このコンプレッサ（６）を駆
動するため、同軸にターボファン（７）が付属される。
ターボファン（７）を回転させる主動力源は、バーナ（
５）の燃焼ガスである。
５）の燃焼ガスである。
このよう（＝、燃料電池装置は、全体のバランスを考え
、土として原料であるナフサやＬＮＧの供給のみで、必
要なガス、熱源及び動力をまかなうことが出来るよう（
二設計されている。
、土として原料であるナフサやＬＮＧの供給のみで、必
要なガス、熱源及び動力をまかなうことが出来るよう（
二設計されている。
燃料′電池（１）から取出す電流を増加すると、燃料ガ
ス中の水素と空気中の酸素が化合し水となる量が増大す
るので、実除上俸績の減少が生じる。これを補うため（
二は、ガスの流入蓋を増加させてやる必要がある。この
制御を行なうのが、燃料ガス流量の検出器（８）と制御
弁（９）であり、また空気流量の検出器（１０）と制御
弁（１υである。各々のガス量は電流の取出し量に対応
して制御する必要がある。
ス中の水素と空気中の酸素が化合し水となる量が増大す
るので、実除上俸績の減少が生じる。これを補うため（
二は、ガスの流入蓋を増加させてやる必要がある。この
制御を行なうのが、燃料ガス流量の検出器（８）と制御
弁（９）であり、また空気流量の検出器（１０）と制御
弁（１υである。各々のガス量は電流の取出し量に対応
して制御する必要がある。
ここで、この制御方式に問題が生じる。取出す電流を急
変した場合、燃料電池装置、例えば特（二燃料′市池発
電プラントは、他の火力や水力等（二比較して負荷応答
性が良いのが一つの特長になっているのであるが、燃料
ガスと空気の間（二大きな差圧を生じることである。差
圧が生じると問題となる理由は、アノード部（２）とカ
ソード部（３）の間（二は、多孔質の反応板（図示し彦
い）があり、燃料ガスと空気の差圧は許容値内に抑えな
ければならないからである。
変した場合、燃料電池装置、例えば特（二燃料′市池発
電プラントは、他の火力や水力等（二比較して負荷応答
性が良いのが一つの特長になっているのであるが、燃料
ガスと空気の間（二大きな差圧を生じることである。差
圧が生じると問題となる理由は、アノード部（２）とカ
ソード部（３）の間（二は、多孔質の反応板（図示し彦
い）があり、燃料ガスと空気の差圧は許容値内に抑えな
ければならないからである。
差圧が大きくなると、この反応板を未反応のガスが透過
し、危険な状態となる可能性もある。差圧を生じる原因
は、水素と酸素の反応がかなりはやく、不足分のガスを
供給できないためである。
し、危険な状態となる可能性もある。差圧を生じる原因
は、水素と酸素の反応がかなりはやく、不足分のガスを
供給できないためである。
反応（＝よる体積減少、それ（二伴う圧力降下が差圧を
生じさせるものである。
生じさせるものである。
第１図（＝示した現在のプラント（二おいては、流量の
制御の検出器（ｓ） ＋ （ｔｔｉ＋及び制御弁（９）
、（１１）が燃料′電池（ｉ）ｏ流入側ｃ″−設置され
ている。これは燃料電池（１）からみれば、定流量源（
外乱（−関係せず、常（ニ一定量を流す）となっている
ため、前（−述べた体積変化に対応できず、大きな差圧
を生じる原因ともなっている。
制御の検出器（ｓ） ＋ （ｔｔｉ＋及び制御弁（９）
、（１１）が燃料′電池（ｉ）ｏ流入側ｃ″−設置され
ている。これは燃料電池（１）からみれば、定流量源（
外乱（−関係せず、常（ニ一定量を流す）となっている
ため、前（−述べた体積変化に対応できず、大きな差圧
を生じる原因ともなっている。
本発明は上記の点を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、電流量の急変により生ずる燃料電池内
部（二おける燃料ガスと酸化剤ガスとの差圧を減じ、よ
り応答性及び安全性の高い燃料電池装置を提供すること
Ｃ二ある。
とするところは、電流量の急変により生ずる燃料電池内
部（二おける燃料ガスと酸化剤ガスとの差圧を減じ、よ
り応答性及び安全性の高い燃料電池装置を提供すること
Ｃ二ある。
か＼る目的を達成するため（二、本発明は燃料電池の燃
料ガス及び空気が流出する流出ガス系統に、その流血を
制御する流量制御弁と、この流量制御弁の開度をガス成
分補正器を介して決定する流量検出器とを設置すること
（−よって、電流量の急変（二対しても燃料電池内部の
燃料ガス及び空気の差圧を減じ、より応答性及び安全性
を高めることを、その特徴とする。なお、ガスの流量制
御弁と、この流量制御弁の開度をガス成分補正器を介し
て決定する流量検出器を燃料ガスの流出ガス系統（二の
み配設することもできる。
料ガス及び空気が流出する流出ガス系統に、その流血を
制御する流量制御弁と、この流量制御弁の開度をガス成
分補正器を介して決定する流量検出器とを設置すること
（−よって、電流量の急変（二対しても燃料電池内部の
燃料ガス及び空気の差圧を減じ、より応答性及び安全性
を高めることを、その特徴とする。なお、ガスの流量制
御弁と、この流量制御弁の開度をガス成分補正器を介し
て決定する流量検出器を燃料ガスの流出ガス系統（二の
み配設することもできる。
以下本発明の燃料電池装置の一実施例を図面を参照して
説明する。第２図（二おいて、燃料電池（１）はアノー
ド部（２）とカソード部（３）ニ分けられ、アノード部
（２）を二は燃料ガスが流入し、またカソード部（３）
には空気が流入する。ここで、触媒作用（二よ九燃料ガ
ス中の水素と空気中の酸素が化合し、水が生成される。
説明する。第２図（二おいて、燃料電池（１）はアノー
ド部（２）とカソード部（３）ニ分けられ、アノード部
（２）を二は燃料ガスが流入し、またカソード部（３）
には空気が流入する。ここで、触媒作用（二よ九燃料ガ
ス中の水素と空気中の酸素が化合し、水が生成される。
燃料電池（１）（＝燃料ガスを供給するために、石油ナ
フサやＬＮＧをリフオーマ（４）（二よって改質する。
フサやＬＮＧをリフオーマ（４）（二よって改質する。
リフオーマ（４）による改質は原料を高温（ニし、さら
（＝水蒸気を混合することにより、原料中の炭化水素を
水系と炭酸ガス（二分屏する。この原料の種類（二よっ
て異なるが、約７０〜８０％の水素と２０〜３０チの炭
酸ガスが得られる。リフオーマ（４）は付属するバーナ
（５）（二燃別電池（１）のアノード部（２）から流出
する未反応の水素を含む燃料排ガスを燃焼させて、高温
（−加熱される。
（＝水蒸気を混合することにより、原料中の炭化水素を
水系と炭酸ガス（二分屏する。この原料の種類（二よっ
て異なるが、約７０〜８０％の水素と２０〜３０チの炭
酸ガスが得られる。リフオーマ（４）は付属するバーナ
（５）（二燃別電池（１）のアノード部（２）から流出
する未反応の水素を含む燃料排ガスを燃焼させて、高温
（−加熱される。
このようにリフオーマ（４）（−矢印（６）（二示すよ
う（二燃料を供給し、リフオーマ（４）から燃料ガス流
入路（７）を介して、燃料電池（１）のアノード部（２
）に燃料ガスが流入する。アノード部（２）内部で一部
が消費された燃料排ガスはアノード部（２）から流出し
、流量制御弁（８）と流量検出器（９）を接続した燃料
ガス流出路（１（１）を経てバーナ（５）（二接続され
て燃料ガス流出系（８） 統が形成される。なお、流量制御弁の開度はガスｌ＼ 成分補正器（ＩＩ）を介して流量検出器（９）によって
制御される。
う（二燃料を供給し、リフオーマ（４）から燃料ガス流
入路（７）を介して、燃料電池（１）のアノード部（２
）に燃料ガスが流入する。アノード部（２）内部で一部
が消費された燃料排ガスはアノード部（２）から流出し
、流量制御弁（８）と流量検出器（９）を接続した燃料
ガス流出路（１（１）を経てバーナ（５）（二接続され
て燃料ガス流出系（８） 統が形成される。なお、流量制御弁の開度はガスｌ＼ 成分補正器（ＩＩ）を介して流量検出器（９）によって
制御される。
一方、燃料電池（１）のカソード部（３）（二空気を流
入及び流出させる空気のガス系統は次のように形成され
る。コンプレッサ０２）によって空気を空気流入路（１
３１を介してカソード部（３）口供給し、カソード部（
３）内部で一部を消費した空気排ガスは空気流出路０■
から流出する。この空気流出路０５）（＝は流量制御弁
（１６）及び流量検出器住７）が設けられ、バーナ（５
）（二接続される。この流量制御弁（１６）はガス成分
補正器Ｑｌｌを介して流量検出器（Ｉ７）ｉ二よって制
御される。なお、バーナ（５）の燃焼ガス（二よってコ
ンプレッサ（６）と同軸に設けられたターボファン（ｔ
→を駆動する。
入及び流出させる空気のガス系統は次のように形成され
る。コンプレッサ０２）によって空気を空気流入路（１
３１を介してカソード部（３）口供給し、カソード部（
３）内部で一部を消費した空気排ガスは空気流出路０■
から流出する。この空気流出路０５）（＝は流量制御弁
（１６）及び流量検出器住７）が設けられ、バーナ（５
）（二接続される。この流量制御弁（１６）はガス成分
補正器Ｑｌｌを介して流量検出器（Ｉ７）ｉ二よって制
御される。なお、バーナ（５）の燃焼ガス（二よってコ
ンプレッサ（６）と同軸に設けられたターボファン（ｔ
→を駆動する。
次に本発明の作用効果（二ついて説明する。燃料電池（
１）内部（二おいて、電流取出し量の急変（二よる燃料
ガス及び空気との差圧の増大（一対して、流出側で制御
しているので、流入側を定圧源となるように制御するこ
とができる。すなわち、流出側の燃料ガス及び空気の夫
々のガス成分を夫々のガス成分補益（１１）、Ｑ８１に
よってガス分析して、このガス分析によって夫々の流量
検出器（９）、（ｌηを介して、夫々の流量制御弁（８
）、（１（ｊの開度を制御することによって、燃料電池
（１）内部の両ガスの差圧を抑えることができる。この
よう（二燃料電池（１）内部の流量（−関係なく許容値
以内の差圧を常（ニ一定（＝保つことができる。
１）内部（二おいて、電流取出し量の急変（二よる燃料
ガス及び空気との差圧の増大（一対して、流出側で制御
しているので、流入側を定圧源となるように制御するこ
とができる。すなわち、流出側の燃料ガス及び空気の夫
々のガス成分を夫々のガス成分補益（１１）、Ｑ８１に
よってガス分析して、このガス分析によって夫々の流量
検出器（９）、（ｌηを介して、夫々の流量制御弁（８
）、（１（ｊの開度を制御することによって、燃料電池
（１）内部の両ガスの差圧を抑えることができる。この
よう（二燃料電池（１）内部の流量（−関係なく許容値
以内の差圧を常（ニ一定（＝保つことができる。
このよう（二電流の取出量の急変（二よるガス体積の減
少（二対して、装置全体がその体積変化を補う方向（二
動作する。つまり、流量の一定化は燃料電池（１）の流
出側（二流社制御弁（８）、（１６）、流量検出器（９
）。
少（二対して、装置全体がその体積変化を補う方向（二
動作する。つまり、流量の一定化は燃料電池（１）の流
出側（二流社制御弁（８）、（１６）、流量検出器（９
）。
Ｑ７）及びガス成分補正器＜１１）、（１８）が配設さ
れているため、燃″Ｉ＃４電池（１）内部は従来のよう
（＝定流量ではなく定圧下となるため、圧力変動（二時
間遅れなく追従して、ガス不足分を供給することが可能
となった。
れているため、燃″Ｉ＃４電池（１）内部は従来のよう
（＝定流量ではなく定圧下となるため、圧力変動（二時
間遅れなく追従して、ガス不足分を供給することが可能
となった。
したがって、急激な電流取出し量の変化（二対し、速い
応答を得ることができるよう（＝なった。また燃料電池
（１）の反応板両側のガスの差圧も減少させることがで
きるため、差圧が増大すること（二よシ生ずる未反応ガ
スの反応板透過も防止でき、安全性も向上した。
応答を得ることができるよう（＝なった。また燃料電池
（１）の反応板両側のガスの差圧も減少させることがで
きるため、差圧が増大すること（二よシ生ずる未反応ガ
スの反応板透過も防止でき、安全性も向上した。
次（二本発明の他の実施例を説明する。水素と酸素の反
応モル数は、各々２モル：１モルである。
応モル数は、各々２モル：１モルである。
酸素は水系に比較して反応量は半分である。しかし、酸
素の供給源は空気を使用しているため、空気全量のほぼ
２１％しか酸素として利用できない。
素の供給源は空気を使用しているため、空気全量のほぼ
２１％しか酸素として利用できない。
したがって、燃料ガス側と空気側の流量比は１：２以上
となっている。このように反応によるガス体積の減少を
考えてみると、空気側の酸素の体積変化は、空気の全流
量が多いことと、空気の約８０チが窒素で体積変化に関
与しないことなどより、燃料ガス側の九以下である。そ
のため、図示しないが、燃料電池（１）の燃料ガス流出
側しのみ（二、流量制御弁（８）、流量検出器（９）及
びガス成分補正器０υを配設するとと（二よって、本発
明の第１の実施例と同様な作用効果が得られる。
となっている。このように反応によるガス体積の減少を
考えてみると、空気側の酸素の体積変化は、空気の全流
量が多いことと、空気の約８０チが窒素で体積変化に関
与しないことなどより、燃料ガス側の九以下である。そ
のため、図示しないが、燃料電池（１）の燃料ガス流出
側しのみ（二、流量制御弁（８）、流量検出器（９）及
びガス成分補正器０υを配設するとと（二よって、本発
明の第１の実施例と同様な作用効果が得られる。
以上説明したように不発明の燃料電池装置（二よれば、
燃料電池のガス流出側（二流蓋制御弁、流量検出器及び
ガス成分補正器を配設すること（＝より、燃料電池内部
の燃料ガス及び酸化剤ガスの差圧を一定（二保持し、ま
た電流量の急変（二伴う差圧を時間遅れなく減少させる
ことができ、安全性を向上することができた。
燃料電池のガス流出側（二流蓋制御弁、流量検出器及び
ガス成分補正器を配設すること（＝より、燃料電池内部
の燃料ガス及び酸化剤ガスの差圧を一定（二保持し、ま
た電流量の急変（二伴う差圧を時間遅れなく減少させる
ことができ、安全性を向上することができた。
第１図は従来の燃料′嘔池装置の構成を示す説明図、第
２図は本発明の燃料電池装置の構成を示す説明図である
。 （１）・・・燃料電池、 （２）・・・アノー
ド部、（３）・・・カソード部、 （４）・・
・リフオーマ、（５）・・・バーナ、 （力
・・・燃料ガス流入路、Ｃ８）、 （１６）・・−＃、
量副制御弁 （９）、αＤ・・・流量検出器、００）
・・−燃料ガス流出路、 （Ｉυ、０８）・・・ガス
成分補正器、（１２ｉ・・・コンプレッサ、 （１！
＋１・・・空気流出路代理人 弁理士 井 上 −
力 筒 １ 図
２図は本発明の燃料電池装置の構成を示す説明図である
。 （１）・・・燃料電池、 （２）・・・アノー
ド部、（３）・・・カソード部、 （４）・・
・リフオーマ、（５）・・・バーナ、 （力
・・・燃料ガス流入路、Ｃ８）、 （１６）・・−＃、
量副制御弁 （９）、αＤ・・・流量検出器、００）
・・−燃料ガス流出路、 （Ｉυ、０８）・・・ガス
成分補正器、（１２ｉ・・・コンプレッサ、 （１！
＋１・・・空気流出路代理人 弁理士 井 上 −
力 筒 １ 図
Claims (2)
- （１）燃ｆ−１電池とこの燃料電池（：燃料ガス及び酸
化剤ガスが流入及び流出するガス系統とを備えるもの（
二おいて、前記燃料電池の前記両ガスの流出ガス系統（
−その流量を制御する流量制御弁と、この制御弁の開度
をガス成分補正器を介して制御する流量検出器とを配設
したことを特徴とする燃料電池装置 - （２） ガスの流量を制御する流量制御弁と、この制
御弁の開度なガス成分補正器を介して制御する流量検出
器とを燃料ガスの流出ガス系統にのみ配設した特許請求
の範囲第１項記載の燃料電池装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57136307A JPS5927469A (ja) | 1982-08-06 | 1982-08-06 | 燃料電池装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57136307A JPS5927469A (ja) | 1982-08-06 | 1982-08-06 | 燃料電池装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5927469A true JPS5927469A (ja) | 1984-02-13 |
Family
ID=15172131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57136307A Pending JPS5927469A (ja) | 1982-08-06 | 1982-08-06 | 燃料電池装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5927469A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0456848A1 (en) * | 1989-01-09 | 1991-11-21 | Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. | Electric power producing system using molten carbonate type fuel cell |
| KR20040001981A (ko) * | 2002-06-29 | 2004-01-07 | 현대자동차주식회사 | 연료 전지 시스템의 방열 제어장치 및 방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58163183A (ja) * | 1982-03-23 | 1983-09-27 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池発電システム |
-
1982
- 1982-08-06 JP JP57136307A patent/JPS5927469A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58163183A (ja) * | 1982-03-23 | 1983-09-27 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池発電システム |
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