JPS60160577A - 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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- JPS60160577A JPS60160577A JP59016685A JP1668584A JPS60160577A JP S60160577 A JPS60160577 A JP S60160577A JP 59016685 A JP59016685 A JP 59016685A JP 1668584 A JP1668584 A JP 1668584A JP S60160577 A JPS60160577 A JP S60160577A
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- compressor
- fuel cell
- compressed air
- combustion furnace
- auxiliary combustion
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
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- F02C7/26—Starting; Ignition
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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
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- 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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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/04022—Heating by combustion
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- Y02E60/50—Fuel cells
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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〕
この発明は燃料電池の空気極出口の余剰空気及び上記改
質器の排ガスによって駆動され上記燃料電池と改質器に
必要な圧縮空気を供給するターボコンプレッサを備えた
燃料電池発電システムに関するものである。
質器の排ガスによって駆動され上記燃料電池と改質器に
必要な圧縮空気を供給するターボコンプレッサを備えた
燃料電池発電システムに関するものである。
燃料電池発電システムは従来の汽力発電に比べ高効率が
期待できること、環境保全性が良い等の利点があり、実
用化を目指し近年盛んに開発が進められている。燃料電
池発電システムは基本的には電池本体、改質器、インバ
ータにより構成されるが、この他システムの効率向上に
不可欠な構成機器としてターボコンプレッサがある。
期待できること、環境保全性が良い等の利点があり、実
用化を目指し近年盛んに開発が進められている。燃料電
池発電システムは基本的には電池本体、改質器、インバ
ータにより構成されるが、この他システムの効率向上に
不可欠な構成機器としてターボコンプレッサがある。
燃料電池本体は燃料ガスとして天熱ガス等の炭化水素系
燃料を改質して得られる水素リッチな改質ガスを使用し
、酸化剤ガスとして空気を使用する。電池本体の性能は
各反応ガスの圧力の増大によって向上する傾向を示し、
このため燃料、空気各反応ガスの動作圧力は、例えば３
〜６ＫＶ／ｃｍＰ程度に加圧維持される。このとき、空
気の圧縮には多大の動力を必要とし、その値は電池の発
生エネルギーの約２０９６にも達する。一方、電池の燃
料ガスを生成するための改質反応は、約８ｏｏ℃の高温
で行われ、改質器からは高い温度の排ガスが排出される
。したがって空気の圧縮動力源をシステムの排ガスエネ
ルギーにめることができればシステムの効率向上に大き
な効果がある。ターボコンプレッサはこのような目的で
導入されるもので、システムの排ガスをタービンで回収
し、同軸上のコンプレッサで必要な圧縮空気を供給する
ことによって、システム内部で動力回収をし、システム
効率の向上を図るものであります。
燃料を改質して得られる水素リッチな改質ガスを使用し
、酸化剤ガスとして空気を使用する。電池本体の性能は
各反応ガスの圧力の増大によって向上する傾向を示し、
このため燃料、空気各反応ガスの動作圧力は、例えば３
〜６ＫＶ／ｃｍＰ程度に加圧維持される。このとき、空
気の圧縮には多大の動力を必要とし、その値は電池の発
生エネルギーの約２０９６にも達する。一方、電池の燃
料ガスを生成するための改質反応は、約８ｏｏ℃の高温
で行われ、改質器からは高い温度の排ガスが排出される
。したがって空気の圧縮動力源をシステムの排ガスエネ
ルギーにめることができればシステムの効率向上に大き
な効果がある。ターボコンプレッサはこのような目的で
導入されるもので、システムの排ガスをタービンで回収
し、同軸上のコンプレッサで必要な圧縮空気を供給する
ことによって、システム内部で動力回収をし、システム
効率の向上を図るものであります。
第１図に一般的な燃料電池発電システムの空気回路系統
図を示す。図において、（１）は燃料電池本体、（２）
は改質器、（３）はターボコンプレッサ、（３ａ）。
図を示す。図において、（１）は燃料電池本体、（２）
は改質器、（３）はターボコンプレッサ、（３ａ）。
（３ｂ）はそれぞれターボコンプレッサ（３）のコンプ
レッサ、タービンであり、コンプレッサ（３ａ）で圧縮
された空気の一部が流量調節弁（５）を経て燃料電池本
体（１）の反応に、残りの空気が流量調節弁（６）を経
て改質器（２）の燃焼用に使用されたあと、それぞれの
排ガスがタービン（３ｂ）に投入される。（４）はター
ビン（３ｂ）の不足動力を補う助燃炉であり、ターボコ
ンプレッサ（３）と組合わせて使用される。一般に空気
流量の少ない部分負荷運転条件時は定格負荷時に比しタ
ーボコンプレッサ（３）の効率が低く、タービン（３ｂ
）の動力が不足する傾向にある。このようなとき、流量
調節弁（７）を開いてコンプレッサ（３ａ）の吐出空気
の一部を助燃炉（４）に導き、その燃焼ガスをシステム
の排ガスに加えることにより、タービン（３ｂ）の動力
不足をカバーする。又、低負荷域でコンプレッサ（３ａ
）のサージングを防止する必要があるとき、調節弁１８
〕を開いて空気の一部をバイパスさせるが、これによっ
てタービン（３ｂ）の動力が不足する分は助燃炉（４）
に空気を導いて補う。
レッサ、タービンであり、コンプレッサ（３ａ）で圧縮
された空気の一部が流量調節弁（５）を経て燃料電池本
体（１）の反応に、残りの空気が流量調節弁（６）を経
て改質器（２）の燃焼用に使用されたあと、それぞれの
排ガスがタービン（３ｂ）に投入される。（４）はター
ビン（３ｂ）の不足動力を補う助燃炉であり、ターボコ
ンプレッサ（３）と組合わせて使用される。一般に空気
流量の少ない部分負荷運転条件時は定格負荷時に比しタ
ーボコンプレッサ（３）の効率が低く、タービン（３ｂ
）の動力が不足する傾向にある。このようなとき、流量
調節弁（７）を開いてコンプレッサ（３ａ）の吐出空気
の一部を助燃炉（４）に導き、その燃焼ガスをシステム
の排ガスに加えることにより、タービン（３ｂ）の動力
不足をカバーする。又、低負荷域でコンプレッサ（３ａ
）のサージングを防止する必要があるとき、調節弁１８
〕を開いて空気の一部をバイパスさせるが、これによっ
てタービン（３ｂ）の動力が不足する分は助燃炉（４）
に空気を導いて補う。
コ（７）（ＩＬ Ｎ転時の負荷調整用にタービンバイパ
ス調節弁（９）、及びタービンノズル（図示せス＞があ
る。
ス調節弁（９）、及びタービンノズル（図示せス＞があ
る。
燃料電池発電システムは上記のように構成されるが、こ
のような燃料電池発電システムを起動させるには、通常
、反応温度が高く且つ熱時定数の大きい改質器（２）の
昇温からスタートするが、これには燃焼用の空気を必要
とする。一方、ターボコンプレッサ（３）は何等かの大
刀なしには自力で立ち上がることができない。したがっ
て、燃料電池発電システムを起動するには何等かの外部
エネルギーをイ」与してターボコンプレッサ（３）を起
動させてやる必要がある。このターボコンプレッサ１３
１は従来航空機の分野で補助動カニニット（ＡＰＵ）や
空調システム（Ｅ ＣＳ）に一般的に使用される例があ
り、この場合、ターボコンプレッサ（３）の起動は例え
ばジェットエンジンコンプレッサの圧縮空気の一部をタ
ービンｌこ導入するとか直結セルモータ方式で行われて
いた。但し、燃料電池発電システムにおいては、システ
ム停止状態において、ターボコンプレッサ（３）を起動
させるために駆動力を与えるのに必要な利用できる動力
源（圧縮空気）が周囲に存在しないため、特別ｌζター
ボコンプレッサ（３）の起動手段を構成する必要がある
。そこで、燃料電池発電システムにおいて、直結セルモ
ータ方式によりターボコンプレッサ（３）の起動手段を
構成することが考えられるが、この場合、システム構成
が複雑となり、又ターボコンプレッサ（３）の動作効率
が低下するという欠点があった。
のような燃料電池発電システムを起動させるには、通常
、反応温度が高く且つ熱時定数の大きい改質器（２）の
昇温からスタートするが、これには燃焼用の空気を必要
とする。一方、ターボコンプレッサ（３）は何等かの大
刀なしには自力で立ち上がることができない。したがっ
て、燃料電池発電システムを起動するには何等かの外部
エネルギーをイ」与してターボコンプレッサ（３）を起
動させてやる必要がある。このターボコンプレッサ１３
１は従来航空機の分野で補助動カニニット（ＡＰＵ）や
空調システム（Ｅ ＣＳ）に一般的に使用される例があ
り、この場合、ターボコンプレッサ（３）の起動は例え
ばジェットエンジンコンプレッサの圧縮空気の一部をタ
ービンｌこ導入するとか直結セルモータ方式で行われて
いた。但し、燃料電池発電システムにおいては、システ
ム停止状態において、ターボコンプレッサ（３）を起動
させるために駆動力を与えるのに必要な利用できる動力
源（圧縮空気）が周囲に存在しないため、特別ｌζター
ボコンプレッサ（３）の起動手段を構成する必要がある
。そこで、燃料電池発電システムにおいて、直結セルモ
ータ方式によりターボコンプレッサ（３）の起動手段を
構成することが考えられるが、この場合、システム構成
が複雑となり、又ターボコンプレッサ（３）の動作効率
が低下するという欠点があった。
この発明は上記のような従来のものの欠点に鑑がみてな
されたものであり、ターボコンプレッサのコンプレッサ
出口側ｌこ起動用圧縮空気供給装置を設置し、システム
起動時に圧縮空気供給装置を起動しこれに伴う圧縮空気
の一部又は全部を助燃炉に導入して燃焼エネルギーを付
与することにより、簡単な構成でターボコンプレッサを
起動及び自刃運転することができる燃料電池発電システ
ムを提供するものである。
されたものであり、ターボコンプレッサのコンプレッサ
出口側ｌこ起動用圧縮空気供給装置を設置し、システム
起動時に圧縮空気供給装置を起動しこれに伴う圧縮空気
の一部又は全部を助燃炉に導入して燃焼エネルギーを付
与することにより、簡単な構成でターボコンプレッサを
起動及び自刃運転することができる燃料電池発電システ
ムを提供するものである。
以下、この発明の一実施例を第２図に基づいて説明する
。図において、（１）〜（９）は上述した従来の構成と
同様である。（ｌαはターボコンプレッサ聞のコンプレ
ッサ（３ａ）出口側に設置された起動用圧縮空気供給装
置、α刀はコンプレッサ（３ａ）出口側で大気に解放す
るサージ防止弁、（１カは逆止弁である。
。図において、（１）〜（９）は上述した従来の構成と
同様である。（ｌαはターボコンプレッサ聞のコンプレ
ッサ（３ａ）出口側に設置された起動用圧縮空気供給装
置、α刀はコンプレッサ（３ａ）出口側で大気に解放す
るサージ防止弁、（１カは逆止弁である。
燃料電池発電システムを起動させる動作を次に述べる。
まず、圧縮空気供給装置ｕｒ＋＋を起動し、調節弁（７
）を開いて助燃炉（４）Ｉこ空気を葛くとともに助燃炉
（４）に燃料を導入して助燃炉（４）を点火する。又助
燃炉（４）を出たガスがタービン（３ｂ）に投入されタ
ーボコンプレッサ（３）が起用すする。このとき、コン
プレッサ（３ａ）の出口側が締切状態であればサージ。
）を開いて助燃炉（４）Ｉこ空気を葛くとともに助燃炉
（４）に燃料を導入して助燃炉（４）を点火する。又助
燃炉（４）を出たガスがタービン（３ｂ）に投入されタ
ーボコンプレッサ（３）が起用すする。このとき、コン
プレッサ（３ａ）の出口側が締切状態であればサージ。
ングを生じるので、サージ防止弁（１１）を開いてコン
プレッサＣ１ａ）出口側を大気に解放して置く。助燃炉
（４）の排ガス温度の上昇とともにターボコンプレッサ
（３）の回転数が上昇し、コンプレッサ（３ａ）の吐出
流動１が増加する。十分な吐出流量になった時点でサー
ジ防止弁ａＤを閉じれば、コンプレッサ（３ａ）の吐出
圧力が圧縮空気供給装置＋１０の吐出圧力を上回り、逆
止弁０が囲いでコンプレッサ（３ａ）の吐出空気が助燃
炉（４）に供給される。しかる後、圧縮空気供給袋ｆ、
” （１０１を停止させればターボコンプレッサ（３）
は自刃運転に入ることになる。この状態では、助燃炉（
４）はいわゆるガスタービンにおける燃焼器に相当する
役割を持っている。このとき、必要に応じて調節弁（８
１を開き、タービン動力を調整する。
プレッサＣ１ａ）出口側を大気に解放して置く。助燃炉
（４）の排ガス温度の上昇とともにターボコンプレッサ
（３）の回転数が上昇し、コンプレッサ（３ａ）の吐出
流動１が増加する。十分な吐出流量になった時点でサー
ジ防止弁ａＤを閉じれば、コンプレッサ（３ａ）の吐出
圧力が圧縮空気供給装置＋１０の吐出圧力を上回り、逆
止弁０が囲いでコンプレッサ（３ａ）の吐出空気が助燃
炉（４）に供給される。しかる後、圧縮空気供給袋ｆ、
” （１０１を停止させればターボコンプレッサ（３）
は自刃運転に入ることになる。この状態では、助燃炉（
４）はいわゆるガスタービンにおける燃焼器に相当する
役割を持っている。このとき、必要に応じて調節弁（８
１を開き、タービン動力を調整する。
このような状態で調節弁（６）を開けば、ターボコンプ
レッサ１３）からの圧縮！気が改質器（２）に導かれて
改質器（２）の燃焼がスタートする。改質器（２）の燃
焼排ガスの温度が低い開は、助燃炉（４）への空気量、
即ち、助燃エネルギーを増やす必要があるが、改質器（
２）の燃焼排ガスの温度の上昇とともに必要助燃エネル
ギーは減少する。燃料電池本体（１）へは、このあと調
節弁（５）を開いて空気を供給する。以上のようにコン
プレッサ（３ａ）出口側に起動用圧縮空気供給装置（＋
０１を設置するという簡単な構成で、又ターボコンプレ
ッサ１３）の動作効率を低下させることな（、システム
起動時にターボコンプレッサ１３）を起動及び自刃運転
するようにしている。
レッサ１３）からの圧縮！気が改質器（２）に導かれて
改質器（２）の燃焼がスタートする。改質器（２）の燃
焼排ガスの温度が低い開は、助燃炉（４）への空気量、
即ち、助燃エネルギーを増やす必要があるが、改質器（
２）の燃焼排ガスの温度の上昇とともに必要助燃エネル
ギーは減少する。燃料電池本体（１）へは、このあと調
節弁（５）を開いて空気を供給する。以上のようにコン
プレッサ（３ａ）出口側に起動用圧縮空気供給装置（＋
０１を設置するという簡単な構成で、又ターボコンプレ
ッサ１３）の動作効率を低下させることな（、システム
起動時にターボコンプレッサ１３）を起動及び自刃運転
するようにしている。
尚、上記実施例の圧縮空気供給装置σωは、ターボコン
プレッサ（３）を初起動させるだけの容衛があればよく
、例えば電動その池のＷＫ ｍｈによるコンプレッサ又
はブロワが使用される。又圧縮空気供給装置σ０として
高圧空気タンクを利用することも考えれる。
プレッサ（３）を初起動させるだけの容衛があればよく
、例えば電動その池のＷＫ ｍｈによるコンプレッサ又
はブロワが使用される。又圧縮空気供給装置σ０として
高圧空気タンクを利用することも考えれる。
又、圧縮空気供給装置＠α■の位置は、コンプレッサ（
３ａ）出口側逆止弁（１２１の下流側で、調節弁Ｌ５１
ｐ （６１゜＋７１ 、 ＋８１のそれぞれの弁に至
るまでの間の回路上であれば何処に設置してもよく、上
記実施例と同様の効果を交する。
３ａ）出口側逆止弁（１２１の下流側で、調節弁Ｌ５１
ｐ （６１゜＋７１ 、 ＋８１のそれぞれの弁に至
るまでの間の回路上であれば何処に設置してもよく、上
記実施例と同様の効果を交する。
この発明は以上説明した通り、ターボコンプレッサのコ
ンプレッサ出口側に起動用圧縮空気供給装置を設置し、
システム起動時に圧縮空気供給装置を起動しこれに伴う
圧縮空気の一部又は全部を助燃炉に導入して燃焼エネル
ギーを付与するようにしたので、簡単な構成でターボコ
ンプレッサを起動及び自刃運転することができる燃料電
池発電システムを得ることができる。
ンプレッサ出口側に起動用圧縮空気供給装置を設置し、
システム起動時に圧縮空気供給装置を起動しこれに伴う
圧縮空気の一部又は全部を助燃炉に導入して燃焼エネル
ギーを付与するようにしたので、簡単な構成でターボコ
ンプレッサを起動及び自刃運転することができる燃料電
池発電システムを得ることができる。
第１図は一般的な燃料電池発電システムを示す系統図、
第２図はこの発明の一実施例による燃料電池発電システ
ムを示す系統図である。 図において、（１）は燃料電池本体、（２）は改質器、
（３）はターボコンプレッサ、（４）は助燃炉、（１０
）は圧縮空気供給装置である。 尚、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 大岩増雄 ビ １Ｍ ’ｌヂ 手続補正書（方式） １、事件の表示 特願昭５９−１６６８５号２、発明の
名称 燃料電池発電システム ３、補正をする者 ５、補正命令の日付（発送日） 昭和５９年４月２４日 ６、補正の対象 明細書 ７、補正の内容 明細書の浄書（内容に変更なし） ８、添付書類の目録 浄書した明細書 １通 以上
第２図はこの発明の一実施例による燃料電池発電システ
ムを示す系統図である。 図において、（１）は燃料電池本体、（２）は改質器、
（３）はターボコンプレッサ、（４）は助燃炉、（１０
）は圧縮空気供給装置である。 尚、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 大岩増雄 ビ １Ｍ ’ｌヂ 手続補正書（方式） １、事件の表示 特願昭５９−１６６８５号２、発明の
名称 燃料電池発電システム ３、補正をする者 ５、補正命令の日付（発送日） 昭和５９年４月２４日 ６、補正の対象 明細書 ７、補正の内容 明細書の浄書（内容に変更なし） ８、添付書類の目録 浄書した明細書 １通 以上
Claims (4)
- （１） 燃料電池と、炭化水素系燃料を改質して上記燃
料電池に水素ガスを供給する改質器と、この改質器の排
ガス又は上記燃料電池の空気極出口の余剰空気及び上記
改質器の排ガスの両方によって駆動され上記燃料電池と
改質器に必要な圧縮空気を供給するコンプレッサとター
ビンを有するターボコンプレッサと、上記コンプレッサ
出口空気の一部を上記タービン入口回路にバイパスする
回路上に設置され上記タービンの不足動力を補う助燃炉
を備えた燃料電池発電システムにおいて、上記ターボコ
ンプレッサのコンプレッサ出口側に起動用圧縮空気供給
装置を設備し、システム起動時に上記圧縮空気供給装置
を駆動しこれに伴う圧縮空気の一部又は全部を上記助燃
炉に導入して燃焼エネルギーを付与し、上記ターボコン
プレッサを起動及び自刃運転するようにしたことを特徴
とする燃料電池発電システム。 - （２）圧縮空気供給装置はコンプレッサであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料電池発電シス
テム。 - （３） 圧縮空気供給装置はブロワであることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の燃料電池発電システム
。 - （４）圧縮空気供給装置は高圧空気タンクであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料電池発電シ
ステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59016685A JPS60160577A (ja) | 1984-01-30 | 1984-01-30 | 燃料電池発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59016685A JPS60160577A (ja) | 1984-01-30 | 1984-01-30 | 燃料電池発電システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60160577A true JPS60160577A (ja) | 1985-08-22 |
Family
ID=11923168
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59016685A Pending JPS60160577A (ja) | 1984-01-30 | 1984-01-30 | 燃料電池発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60160577A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51105551A (ja) * | 1975-02-12 | 1976-09-18 | United Technologies Corp | |
| JPS605068B2 (ja) * | 1976-03-29 | 1985-02-08 | 三菱電機株式会社 | Ｍｏｓ形半導体装置 |
-
1984
- 1984-01-30 JP JP59016685A patent/JPS60160577A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51105551A (ja) * | 1975-02-12 | 1976-09-18 | United Technologies Corp | |
| JPS605068B2 (ja) * | 1976-03-29 | 1985-02-08 | 三菱電機株式会社 | Ｍｏｓ形半導体装置 |
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