JPS60115172A - 燃料電池発電システム - Google Patents
燃料電池発電システムInfo
- Publication number
- JPS60115172A JPS60115172A JP58220703A JP22070383A JPS60115172A JP S60115172 A JPS60115172 A JP S60115172A JP 58220703 A JP58220703 A JP 58220703A JP 22070383 A JP22070383 A JP 22070383A JP S60115172 A JPS60115172 A JP S60115172A
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- Japan
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- fuel
- fuel cell
- pressure difference
- exhaust
- control valve
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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
-
- 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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- 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〕
本発明は水素等の還元反応を引きおこす燃料と、空気等
の酸化媒体を導入して発電する燃料電池発電システムに
関するものである。
の酸化媒体を導入して発電する燃料電池発電システムに
関するものである。
燃料電池においては電解質を含浸した多孔質の薄膜の両
面に触媒な担持させて撚｛：４及び酸化剤の反応界面を
構成している。燃利小；池の効率を向上させる為には電
解質な含浸した薄膜は燃料又は酸化剤の拡散の観点から
、又電池抵抗損失を少７よくする為にも極力薄く製作す
ることが重要である。
面に触媒な担持させて撚｛：４及び酸化剤の反応界面を
構成している。燃利小；池の効率を向上させる為には電
解質な含浸した薄膜は燃料又は酸化剤の拡散の観点から
、又電池抵抗損失を少７よくする為にも極力薄く製作す
ることが重要である。
このことは一方では次の運転上の問題点を惹起する。す
なわち、電解質含浸薄膜を挟んで供給される燃料と酸化
剤間にある値以上の差圧が生じると多孔質薄膜にビンボ
ール的な等筋部が生じ、この導通部を通じて電池対極に
燃料又は酸化剤が流入することにより反応界面において
極部的な燃料、酸化剤の反応が生じ温度が部分的に上昇
することから加速度的に電極を焼損、破壊するいわゆる
クロスオーバ現東を引き起こす。更に電池極間差圧が増
大した場合には亀裂等の機械的な損傷を招く、一般にこ
の極間差圧の制限は士数百ｍｍＡｑ （水中）以内とい
われている。
なわち、電解質含浸薄膜を挟んで供給される燃料と酸化
剤間にある値以上の差圧が生じると多孔質薄膜にビンボ
ール的な等筋部が生じ、この導通部を通じて電池対極に
燃料又は酸化剤が流入することにより反応界面において
極部的な燃料、酸化剤の反応が生じ温度が部分的に上昇
することから加速度的に電極を焼損、破壊するいわゆる
クロスオーバ現東を引き起こす。更に電池極間差圧が増
大した場合には亀裂等の機械的な損傷を招く、一般にこ
の極間差圧の制限は士数百ｍｍＡｑ （水中）以内とい
われている。
極間差圧を制限値以内にして運転する最も簡便な方法と
して従来７Ｊ）ら行なわれている方法は、燃料ｉｈ池に
供給された燃料及び酸化剤を゛重油排出部にて同一圧力
地点、例えば大気に放出することで行なわれていた。し
かしこの方法は次に述べる欠点を有している。（１）大
気以外の同一圧力地点に放出する場合は最終的に残燃料
及び残酸化剤が混合することより、安全上から爆発防止
の手段が必要となる。（２）燃料電池は動作圧力を高く
する捏効率が向上することが良く知られており、高効率
化を図る場合は大気以外に高圧の排出場所を設ける手段
が必要である。（３）電池排燃料には電池における未反
応残存燃料が含まれており、発電システム全体としての
高効率化を図るためには排ｆｆ１Ｉｌの有効利用を図る
必要がある。このことは電池燃料排気管路を設け、必要
により除湿、流量制限、及び排気燃料の燃焼手段等を設
けることにつながり、管路圧損、機器圧損等によりアノ
ードにおける動作圧力が主として流量の２乗に比例して
変動することを意味し、ひいては極間差圧変動の要因と
なる。
して従来７Ｊ）ら行なわれている方法は、燃料ｉｈ池に
供給された燃料及び酸化剤を゛重油排出部にて同一圧力
地点、例えば大気に放出することで行なわれていた。し
かしこの方法は次に述べる欠点を有している。（１）大
気以外の同一圧力地点に放出する場合は最終的に残燃料
及び残酸化剤が混合することより、安全上から爆発防止
の手段が必要となる。（２）燃料電池は動作圧力を高く
する捏効率が向上することが良く知られており、高効率
化を図る場合は大気以外に高圧の排出場所を設ける手段
が必要である。（３）電池排燃料には電池における未反
応残存燃料が含まれており、発電システム全体としての
高効率化を図るためには排ｆｆ１Ｉｌの有効利用を図る
必要がある。このことは電池燃料排気管路を設け、必要
により除湿、流量制限、及び排気燃料の燃焼手段等を設
けることにつながり、管路圧損、機器圧損等によりアノ
ードにおける動作圧力が主として流量の２乗に比例して
変動することを意味し、ひいては極間差圧変動の要因と
なる。
（４）更に電池排気管路の保有する反応熱及び圧力を有
効利用してシステム全体の効率を向上しようとすると、
前に述べた排燃料と同様に排気管路が必要となり、極間
差圧変動の要因となる。
効利用してシステム全体の効率を向上しようとすると、
前に述べた排燃料と同様に排気管路が必要となり、極間
差圧変動の要因となる。
第１図に従来のＩｌｌ電池極間差圧を規定値内に保持す
る方法の一例を示す。燃料は撚利入口１から燃料流量制
御弁２により燃＄４電池３のアノード極４に導びかれる
。アノード極より排出された排燃料は配管５を介して燃
料改質器６のバーナ７に導びかれ、燃料改質器６内で燃
焼加熱して改質反応熱を与える。改質器６からの燃焼排
ガスは配管８を介して大気又は他の熱回収機器など（例
えばターボコンプレッサ）に導びかれる。一方酸化媒体
（剤）は酸化剤人口９から酸化剤流量制御弁１０を経由
して燃１：ｉｌ電池のカソード極１１に尋びかれる。カ
ソードからの排酸化剤は配管１２から手動絞り弁１３を
経由して大気、若しくはエネルギー回収装置に等びかれ
る。
る方法の一例を示す。燃料は撚利入口１から燃料流量制
御弁２により燃＄４電池３のアノード極４に導びかれる
。アノード極より排出された排燃料は配管５を介して燃
料改質器６のバーナ７に導びかれ、燃料改質器６内で燃
焼加熱して改質反応熱を与える。改質器６からの燃焼排
ガスは配管８を介して大気又は他の熱回収機器など（例
えばターボコンプレッサ）に導びかれる。一方酸化媒体
（剤）は酸化剤人口９から酸化剤流量制御弁１０を経由
して燃１：ｉｌ電池のカソード極１１に尋びかれる。カ
ソードからの排酸化剤は配管１２から手動絞り弁１３を
経由して大気、若しくはエネルギー回収装置に等びかれ
る。
この力０式においては各負′ｉ′ｊ゛］帯における偏重
及び酸化剤の流量比をまず定め、その流−μ比において
ｊ、ｌｉｊ間差圧が規定値内に入るよう手動絞り弁をあ
らかじめ調整しておく方法がとられていた。しかし、こ
の方法では、次の欠点があった。（１）燃料及び酸化剤
の流量比は起動〜定格負４１１〜停止迄の各５１１！転
範囲において必ずしも一定でなく、従って手動絞り弁の
設定開度も一義的に定まらない。（２）電池緊急停止時
に電池排気管路の容積の相違により、電池アノード極、
カソード極の圧力低下もと、答の時定数が異なるため、
過大な極間差圧が発生ずる。
及び酸化剤の流量比をまず定め、その流−μ比において
ｊ、ｌｉｊ間差圧が規定値内に入るよう手動絞り弁をあ
らかじめ調整しておく方法がとられていた。しかし、こ
の方法では、次の欠点があった。（１）燃料及び酸化剤
の流量比は起動〜定格負４１１〜停止迄の各５１１！転
範囲において必ずしも一定でなく、従って手動絞り弁の
設定開度も一義的に定まらない。（２）電池緊急停止時
に電池排気管路の容積の相違により、電池アノード極、
カソード極の圧力低下もと、答の時定数が異なるため、
過大な極間差圧が発生ずる。
本発明は以上述べた従来技術の欠点を解消し、電池極間
差圧を規定値内にいかなる場合においても保つことがで
きる燃料電池発電システムを提供することを目的とする
。
差圧を規定値内にいかなる場合においても保つことがで
きる燃料電池発電システムを提供することを目的とする
。
燃料と酸化媒体を四ス人して発％する儲＊４ ”（４池
発電システムにおいてアノ−Ｉ−″、カソード極間差圧
を規定値内に制御するためにカソード徘酸化媒体の糸路
に極間差圧を検出して制御される４０１間差圧？Ｔ（２
図に本発明に関わる構成を示す。図中の記号１〜１２は
？ｆ目図に同じ。本発明の特長は手動絞り弁の代りに自
動式の極間〃圧ａ１．７１節升１４を設け、炸料電池ア
ノード極、カソード極の近傍に設けた極間差圧検出器１
５の化弓により制御器１６を介して極間差圧調節弁１４
を制御し、極間差圧を規、定値内に保つものである。な
お、本−Ｅおける制御器１６は差圧設定値を与え実差圧
との偏差に応じて制御出力を出すものであれば、いかな
る手段によるものでも良く、従ってアナログ、ディジタ
ル等の制御方式は特に問わない。又、第２図において、
燃料排気は撚訓改質装置に尋びかれているが、他の残燃
料の有効利用手段゛に置きかえても良く、更には他の手
段との共用、若しくは単に大気中に放出する場合をも含
むものとする。
発電システムにおいてアノ−Ｉ−″、カソード極間差圧
を規定値内に制御するためにカソード徘酸化媒体の糸路
に極間差圧を検出して制御される４０１間差圧？Ｔ（２
図に本発明に関わる構成を示す。図中の記号１〜１２は
？ｆ目図に同じ。本発明の特長は手動絞り弁の代りに自
動式の極間〃圧ａ１．７１節升１４を設け、炸料電池ア
ノード極、カソード極の近傍に設けた極間差圧検出器１
５の化弓により制御器１６を介して極間差圧調節弁１４
を制御し、極間差圧を規、定値内に保つものである。な
お、本−Ｅおける制御器１６は差圧設定値を与え実差圧
との偏差に応じて制御出力を出すものであれば、いかな
る手段によるものでも良く、従ってアナログ、ディジタ
ル等の制御方式は特に問わない。又、第２図において、
燃料排気は撚訓改質装置に尋びかれているが、他の残燃
料の有効利用手段゛に置きかえても良く、更には他の手
段との共用、若しくは単に大気中に放出する場合をも含
むものとする。
〔他の実施例Ｊ
本発明の他の実施例を第３図に示す。図中の記号１〜１
６までは、第２図と同じ。燃料改質器６からの燃焼排ガ
スは排酸化剤と極間差圧調節弁１４を経た後、合流点１
７にて合流され圧縮器、又はブロワ−１９に機械的に回
転動力を伝えるタービン１８に導入され、タービン駆動
エネルギーとして回収される。この他の実施例において
は燃料排気及び酸化剤排気が合流点１７にて合流できる
ことを特長としており、その副次的な効果として合流点
以降にエネルギー回収手段を設けることにより電池より
排出される排気流体の全てのエネルギー回収が可能であ
る。この他の実施例では燃料排気中の残燃料燃焼手段と
して燃料改質器を挙げたが、この代りに蒸気発生等の為
のボイラー撚焼器、等の各種燃焼手段を設けることがで
きる。又、本図に示すタービン、圧縮器／ブロワ−の代
りにエネルギー回収手段は何を用いても良い。
６までは、第２図と同じ。燃料改質器６からの燃焼排ガ
スは排酸化剤と極間差圧調節弁１４を経た後、合流点１
７にて合流され圧縮器、又はブロワ−１９に機械的に回
転動力を伝えるタービン１８に導入され、タービン駆動
エネルギーとして回収される。この他の実施例において
は燃料排気及び酸化剤排気が合流点１７にて合流できる
ことを特長としており、その副次的な効果として合流点
以降にエネルギー回収手段を設けることにより電池より
排出される排気流体の全てのエネルギー回収が可能であ
る。この他の実施例では燃料排気中の残燃料燃焼手段と
して燃料改質器を挙げたが、この代りに蒸気発生等の為
のボイラー撚焼器、等の各種燃焼手段を設けることがで
きる。又、本図に示すタービン、圧縮器／ブロワ−の代
りにエネルギー回収手段は何を用いても良い。
本発明の更に他の実施例を第４図に示す。図中の記号１
〜５．９〜１２．１４〜１９は第１〜３図に同じ。燃料
排気５及び酸化剤排気には極間差圧調節弁１４を経由し
た後、合流点１７にて合流され、触媒燃焼形燃料改質器
２０の加熱源として導入口２１より改質器内に導びかれ
、内部に設けられた燃焼用触媒層にて燃焼する。この燃
焼排気２２はタービン等のエネルギー回収手段に導びか
れ発電システム全体の効率向上に寄与する。
〜５．９〜１２．１４〜１９は第１〜３図に同じ。燃料
排気５及び酸化剤排気には極間差圧調節弁１４を経由し
た後、合流点１７にて合流され、触媒燃焼形燃料改質器
２０の加熱源として導入口２１より改質器内に導びかれ
、内部に設けられた燃焼用触媒層にて燃焼する。この燃
焼排気２２はタービン等のエネルギー回収手段に導びか
れ発電システム全体の効率向上に寄与する。
更に他の実施例の特長は、触媒燃焼形燃料改質器を用い
、その上流側にて電池の燃料排気及び酸化剤排気が合流
できることである。触媒燃焼形燃料改質器では改質器に
入る前に排燃料、排酸化剤を合流する必要があり、本極
間差圧制御方式と不可分の関係にあることから本発明の
変形例として挙げたものである。
、その上流側にて電池の燃料排気及び酸化剤排気が合流
できることである。触媒燃焼形燃料改質器では改質器に
入る前に排燃料、排酸化剤を合流する必要があり、本極
間差圧制御方式と不可分の関係にあることから本発明の
変形例として挙げたものである。
本発明の効果として、（１）燃料流量及び酸化剤流Ｉが
起動〜定格負荷〜停止迄の広い運転範囲において必ずし
も燃料と酸化剤の流は比を一定に保つ必要がなく、運転
操作が格段に容易になる。（２）電池緊急停止時に４ａ
料及び空気極圧力の過渡応答特性の相違に起因する極間
差圧の増大が極間差圧調節弁により復元される作用があ
る。（３）差圧制御性が同上することがら排燃料、排空
気のエネルギー回収手段が制約されず、従って電池排気
側（：かなりの圧力変動のあるエネルギー回収手段を設
けることができることから、発電システム全体の効率向
上が容易となる。（４）排気側のエネルギー回収手段の
動作圧を高圧にすることにより、電池の動作圧力をも高
圧とすることが電池本体の効率向上が図れる。
起動〜定格負荷〜停止迄の広い運転範囲において必ずし
も燃料と酸化剤の流は比を一定に保つ必要がなく、運転
操作が格段に容易になる。（２）電池緊急停止時に４ａ
料及び空気極圧力の過渡応答特性の相違に起因する極間
差圧の増大が極間差圧調節弁により復元される作用があ
る。（３）差圧制御性が同上することがら排燃料、排空
気のエネルギー回収手段が制約されず、従って電池排気
側（：かなりの圧力変動のあるエネルギー回収手段を設
けることができることから、発電システム全体の効率向
上が容易となる。（４）排気側のエネルギー回収手段の
動作圧を高圧にすることにより、電池の動作圧力をも高
圧とすることが電池本体の効率向上が図れる。
第１図は、従来の撚料″亀池発電システムを示Ｔブロッ
ク図、第２図は本発明に係る燃料電池発電システムの一
実施例を示すブロック図、第３Ｎおよび第４図は本発明
に係るｍ′＊４電池発電システムの他の実施例を示すブ
ロック図である。 ３・・・燃料電池、 ４・・・アノード極６・・・燃料
改質器、 １４・・・極間差圧調節弁１５・・・極間差
圧検出器、１６・・・制ｉ卸器１８・・・タービン、
１９・・圧縮器代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名）
ク図、第２図は本発明に係る燃料電池発電システムの一
実施例を示すブロック図、第３Ｎおよび第４図は本発明
に係るｍ′＊４電池発電システムの他の実施例を示すブ
ロック図である。 ３・・・燃料電池、 ４・・・アノード極６・・・燃料
改質器、 １４・・・極間差圧調節弁１５・・・極間差
圧検出器、１６・・・制ｉ卸器１８・・・タービン、
１９・・圧縮器代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、 水素等の還元反応を引き起こす燃料と、空気等の
酸化媒体を導入して発電する燃料電池発電システムにお
いて、燃料電池のアノード、カソード極間差圧を規定値
内に制御するため、燃料電池のカソード排酸化媒体の糸
路に極間差圧を検出して制御される極間差圧制御弁を設
けたことを特徴とする燃料電池発電システム。 ２、燃利電池燃料排気中の残ａ＄−４を撚利改質器等の
加熱源として燃焼させた後、この燃焼排ガスを電池極間
差比制御調節弁を経由した燃料電池酸化剤と合流させ、
この混合ガスの残存エネルギーを回収する手段を設けた
ことを特徴とする特許テム。 ３、燃料電池燃料排気と電池極間差圧制御調節弁を経由
した燃料電池酸化剤とを合流させ、触媒燃焼形燃料改質
器の加熱源とし、その燃焼排ガスの残存エネルギーを回
収する手段を設けたことを特徴とする前記特許請求のＱ
ｉｍ囲第１項に記載の燃料電池発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58220703A JPS60115172A (ja) | 1983-11-25 | 1983-11-25 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58220703A JPS60115172A (ja) | 1983-11-25 | 1983-11-25 | 燃料電池発電システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60115172A true JPS60115172A (ja) | 1985-06-21 |
Family
ID=16755167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58220703A Pending JPS60115172A (ja) | 1983-11-25 | 1983-11-25 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60115172A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6276161A (ja) * | 1985-09-30 | 1987-04-08 | Toshiba Corp | 燃料電池発電システム |
| JPH01186569A (ja) * | 1988-01-14 | 1989-07-26 | Hitachi Ltd | 燃料電池プラントの差圧抑制装置 |
| WO2018206079A1 (en) * | 2017-05-08 | 2018-11-15 | Robert Bosch Gmbh | Fuel cell device |
| WO2021171884A1 (ja) * | 2020-02-27 | 2021-09-02 | 三菱パワー株式会社 | 燃料電池システム及びその制御方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5736784A (en) * | 1980-08-16 | 1982-02-27 | Mitsui Toatsu Chem Inc | Method of effectively utilizing exhaust gas in fuel-cell power generation device, and system for that |
| JPS57210573A (en) * | 1981-06-19 | 1982-12-24 | Hitachi Ltd | Fuel-cell generating system |
| JPS58165273A (ja) * | 1982-03-26 | 1983-09-30 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池の発電方法 |
-
1983
- 1983-11-25 JP JP58220703A patent/JPS60115172A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5736784A (en) * | 1980-08-16 | 1982-02-27 | Mitsui Toatsu Chem Inc | Method of effectively utilizing exhaust gas in fuel-cell power generation device, and system for that |
| JPS57210573A (en) * | 1981-06-19 | 1982-12-24 | Hitachi Ltd | Fuel-cell generating system |
| JPS58165273A (ja) * | 1982-03-26 | 1983-09-30 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池の発電方法 |
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| WO2018206079A1 (en) * | 2017-05-08 | 2018-11-15 | Robert Bosch Gmbh | Fuel cell device |
| WO2021171884A1 (ja) * | 2020-02-27 | 2021-09-02 | 三菱パワー株式会社 | 燃料電池システム及びその制御方法 |
| JP2021136173A (ja) * | 2020-02-27 | 2021-09-13 | 三菱パワー株式会社 | 燃料電池システム及びその制御方法 |
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