JPS60160579A - 燃料電池発電システムの起動方式 - Google Patents
燃料電池発電システムの起動方式Info
- Publication number
- JPS60160579A JPS60160579A JP59017434A JP1743484A JPS60160579A JP S60160579 A JPS60160579 A JP S60160579A JP 59017434 A JP59017434 A JP 59017434A JP 1743484 A JP1743484 A JP 1743484A JP S60160579 A JPS60160579 A JP S60160579A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- compressor
- compressed air
- fuel cell
- reformer
- turbine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- 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
Landscapes
- 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】
（イ）産業上の利用分野
本発明は、ターボコンプレッサを備えた燃料電池発電シ
ステムの起動方式に関するものである。
ステムの起動方式に関するものである。
（ロ）従来技術
燃料電池発電システムは、石油１石炭などを燃料とする
汽力発電システムに比べて高い熱効率を得ることが可能
であるうえに、環境保全性が良く、立地上の融通性を有
している。そのため、近時、牽宙開発などの特殊用途の
電源だけでなく。
汽力発電システムに比べて高い熱効率を得ることが可能
であるうえに、環境保全性が良く、立地上の融通性を有
している。そのため、近時、牽宙開発などの特殊用途の
電源だけでなく。
ビル等に設置するための商用電力用電源としての使途が
種々検躬されており、その実用化を１指して開発が活発
化している。
種々検躬されており、その実用化を１指して開発が活発
化している。
燃料電池発電システムは、空気極と水素極との間に電解
質層を介設してなる燃料電池と、天然ガス等の炭化水素
系燃料を改質して前記水素極に燃料となる水素ガスを供
給する改質器と、前記空気極および前記改質器に空気を
供給する空気供給手段とを備えている。そして、前記燃
料電池の性能は、各反応ガスの圧力の増大に伴って向上
する傾向を示す。このため前記各反応ガスの動作圧力は
、例えば３〜６ Ｋｇ／ ｃ＋ｓ” ｇ程度の値に設定
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２０％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８００℃の高温で行なわれ、前記改質器からは高い温
度の排ガスが排出される。
質層を介設してなる燃料電池と、天然ガス等の炭化水素
系燃料を改質して前記水素極に燃料となる水素ガスを供
給する改質器と、前記空気極および前記改質器に空気を
供給する空気供給手段とを備えている。そして、前記燃
料電池の性能は、各反応ガスの圧力の増大に伴って向上
する傾向を示す。このため前記各反応ガスの動作圧力は
、例えば３〜６ Ｋｇ／ ｃ＋ｓ” ｇ程度の値に設定
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２０％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８００℃の高温で行なわれ、前記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、空気を圧縮するための動力をシステムの排
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。
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。
このような事情から近時の燃料電池発電システムでは、
前記空気供給手段としてターボコンプレッサを採用する
例が一般化している。すなわち、ターボコンプレッサは
、燃料電池の空気極出口の余剰空気および改質器の排ガ
スにより駆動されるタービンと、このタービンに直結さ
れ該タービンに付勢されて前記燃料電池および前記改質
器に必要な圧縮空気を供給するコンプレッサとを具備し
てなるもので、前記排ガス等−が有しているエネルギー
をタービンで回収して空気を圧縮する仕事に利用しシス
テム効率の向上を図るものである。
前記空気供給手段としてターボコンプレッサを採用する
例が一般化している。すなわち、ターボコンプレッサは
、燃料電池の空気極出口の余剰空気および改質器の排ガ
スにより駆動されるタービンと、このタービンに直結さ
れ該タービンに付勢されて前記燃料電池および前記改質
器に必要な圧縮空気を供給するコンプレッサとを具備し
てなるもので、前記排ガス等−が有しているエネルギー
をタービンで回収して空気を圧縮する仕事に利用しシス
テム効率の向上を図るものである。
ところで、このような燃料電池システムを始動させるた
めには、該システムに何らかの外部エネルギーを与えて
前記ターボコンプレッサを起動させてやる必要がある。
めには、該システムに何らかの外部エネルギーを与えて
前記ターボコンプレッサを起動させてやる必要がある。
ターボコンプレッサの起動にはセル・モータを用いるも
のが一般化しているが、かかる方式はターボコンプレッ
サ以外の始動用駆動源が必要であり、しかも該駆動２源
は通常きわめて大きな回転速度を必要とする。そのため
、各種の保護回路が必要となり、僅かな誤動作でも大き
な不具合に到る欠陥を有しているとともに。
のが一般化しているが、かかる方式はターボコンプレッ
サ以外の始動用駆動源が必要であり、しかも該駆動２源
は通常きわめて大きな回転速度を必要とする。そのため
、各種の保護回路が必要となり、僅かな誤動作でも大き
な不具合に到る欠陥を有しているとともに。
システム全体が複雑かつ大がかりなものになるという問
題がある。なお、航空機搭載用の補助ユニッ） （ＡＰ
Ｕ）や空調システム（ＥＣ３）等に使用されるターボコ
ンプレッサにおいては、ジェットエンジンのコンプレッ
サから吐出される圧縮空気の一部をタービンの入口に吹
込んで始動を行なうようにした始動方式も実用化されて
いる。しかしながら、かかる始動方式を燃＊】］電池シ
ステムのターボコンプレッサに応用すると不都合が生じ
る。すなわち、燃料電池発電システムでは、前述したよ
うに１発電能力を向上させるために供給空気の高圧化が
図られており、ターボコンプレッサのコンプレッサ側の
圧縮比はかなり高い値に設定される。そのため、始動時
におけるコンプレッサ側の流量不足により、該コンプレ
ッサがサージングを起し易いという問題がある。
題がある。なお、航空機搭載用の補助ユニッ） （ＡＰ
Ｕ）や空調システム（ＥＣ３）等に使用されるターボコ
ンプレッサにおいては、ジェットエンジンのコンプレッ
サから吐出される圧縮空気の一部をタービンの入口に吹
込んで始動を行なうようにした始動方式も実用化されて
いる。しかしながら、かかる始動方式を燃＊】］電池シ
ステムのターボコンプレッサに応用すると不都合が生じ
る。すなわち、燃料電池発電システムでは、前述したよ
うに１発電能力を向上させるために供給空気の高圧化が
図られており、ターボコンプレッサのコンプレッサ側の
圧縮比はかなり高い値に設定される。そのため、始動時
におけるコンプレッサ側の流量不足により、該コンプレ
ッサがサージングを起し易いという問題がある。
（ハ）目的
本発明は、このような事情に着目してなされたもので、
複雑かつ大がかりな始動装置を要することがなく改質器
の排ガスの熱エネルギを有効に利用しつつ簡単かつ確実
に始動を行なうことが可能であり、しかも、始動時に発
生しやすいコンプレッサ部でのサージングを特別な制御
なしに有効に防止することができる燃料電池発電システ
ムの起動方式を提供することを目的とする。
複雑かつ大がかりな始動装置を要することがなく改質器
の排ガスの熱エネルギを有効に利用しつつ簡単かつ確実
に始動を行なうことが可能であり、しかも、始動時に発
生しやすいコンプレッサ部でのサージングを特別な制御
なしに有効に防止することができる燃料電池発電システ
ムの起動方式を提供することを目的とする。
（ニ）構成
本発明は、かかる目的を達成するために、燃料電池発電
システムのターボコンプレッサにおけるコンプレッサ入
口側に起動用の圧縮空鉢供給装置を設けておき、システ
ム起動時に、まず、前記圧縮空気供給装置から吐出され
る圧縮空気を前記コンプレッサを通過させて改質器に導
入し、該改質器からの排ガスの温度がタービンの駆動に
十分な値に達した時点で前記圧縮空気供給装置を停止さ
せて前記ターボコンプレッサを自刃運転させるようにし
たことを特徴とする。
システムのターボコンプレッサにおけるコンプレッサ入
口側に起動用の圧縮空鉢供給装置を設けておき、システ
ム起動時に、まず、前記圧縮空気供給装置から吐出され
る圧縮空気を前記コンプレッサを通過させて改質器に導
入し、該改質器からの排ガスの温度がタービンの駆動に
十分な値に達した時点で前記圧縮空気供給装置を停止さ
せて前記ターボコンプレッサを自刃運転させるようにし
たことを特徴とする。
（ホ）実施例
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
図面は本燃料電池発電システムの空気供給系統部分を示
すもので、１は燃料電池、２は改質器。
すもので、１は燃料電池、２は改質器。
３はターボコンプレッサである。燃料電池１は、図面に
模式的に示すように、多孔性電極４の一面側に水素室５
を形成してなる水素極６と、多孔性電極７の一面側に空
気室８を形成してなる空気極９との間に電解質１１を介
設してなるもので、前記水素室５に燃料たる水素ガスを
逐次供給するとともに前記空気室８に圧縮空気を供給す
ることによって発電を行ない得るようになっている。ま
た、改質器２は、天然ガス等の炭化水素系燃料を改質し
て水素ガスを発生させ、この水素ガスを前記燃料電池１
の水素極６に逐次供給し得るように構成したもので、導
入口２ａから燃料と圧縮空気が導入され排出０２ｂから
高温の排ガスが放出されるようになっている。また、タ
ーボコンプレッサ３は、コンプレッサ１２を可変ノズル
（図示せず）を有したタービン１３により駆動するよう
にしたものである。そして、始端を大気に開口させると
ともに終端を前記燃料電池の空気室８の入口８ａおよび
前記改質器２の入口２ａに接続した給気系路１４の途中
に前記コンプレッサ１２を介設するとともに、始端を前
記空気室８の出口８ｂおよび前記改質器２の出口２ｂに
接続し終端を大気に開放した排気系路１５中に前記ター
ビン１３を介設している。そして、前記給気系路１４の
前記コンプレッサ１２よりも始端側に給気弁１６を設け
るとともに、該給気系路１４の終端側分岐部１４ａ、１
４ｂにそれぞれ流星調整弁１７．１８を介設している。
模式的に示すように、多孔性電極４の一面側に水素室５
を形成してなる水素極６と、多孔性電極７の一面側に空
気室８を形成してなる空気極９との間に電解質１１を介
設してなるもので、前記水素室５に燃料たる水素ガスを
逐次供給するとともに前記空気室８に圧縮空気を供給す
ることによって発電を行ない得るようになっている。ま
た、改質器２は、天然ガス等の炭化水素系燃料を改質し
て水素ガスを発生させ、この水素ガスを前記燃料電池１
の水素極６に逐次供給し得るように構成したもので、導
入口２ａから燃料と圧縮空気が導入され排出０２ｂから
高温の排ガスが放出されるようになっている。また、タ
ーボコンプレッサ３は、コンプレッサ１２を可変ノズル
（図示せず）を有したタービン１３により駆動するよう
にしたものである。そして、始端を大気に開口させると
ともに終端を前記燃料電池の空気室８の入口８ａおよび
前記改質器２の入口２ａに接続した給気系路１４の途中
に前記コンプレッサ１２を介設するとともに、始端を前
記空気室８の出口８ｂおよび前記改質器２の出口２ｂに
接続し終端を大気に開放した排気系路１５中に前記ター
ビン１３を介設している。そして、前記給気系路１４の
前記コンプレッサ１２よりも始端側に給気弁１６を設け
るとともに、該給気系路１４の終端側分岐部１４ａ、１
４ｂにそれぞれ流星調整弁１７．１８を介設している。
また、前記コンプレッサ１２の入口側、すなわち、前記
給気系路１４の前記給気弁１６と前記コンプレッサ１２
との間に位置する部位に圧縮空気供給装置１９を設けて
いる。圧縮空気供給装置１９は、圧縮空気を吐出するブ
ロア２１を備えており、このブロア２１を弁２２を介し
て前記給気系路１４に接続している。なお、前記タービ
ン１３に対しては、過負荷を防止するためのバイパス弁
２３が並列に設けである。
給気系路１４の前記給気弁１６と前記コンプレッサ１２
との間に位置する部位に圧縮空気供給装置１９を設けて
いる。圧縮空気供給装置１９は、圧縮空気を吐出するブ
ロア２１を備えており、このブロア２１を弁２２を介し
て前記給気系路１４に接続している。なお、前記タービ
ン１３に対しては、過負荷を防止するためのバイパス弁
２３が並列に設けである。
次いで、この実施例の作動を説明する。始動時に際して
は弁１６．１７を閉じるとともに、弁１８．２２を開成
させ圧縮空気供給装置１９のブロア２１を作動させる。
は弁１６．１７を閉じるとともに、弁１８．２２を開成
させ圧縮空気供給装置１９のブロア２１を作動させる。
それによって、前記ブロア２１から吐出される圧縮空気
がコンプレッサ１２の入口に供給されるとともに、この
コンプレッサ１２を通過した圧縮空気が改質器２に供給
される。この状態で前記改質器２に燃料を供給し該改質
器２を昇温させる。これによってこの改質器２から排出
されタービン１３の入口に供給される排出ガスの温度が
上昇して行き、タービン１３が回転をはじめる。そして
、前記改質器２からの排ガスの温度が十分に高くなりタ
ービン１３を自刃運転させることができる状態に達した
時点で弁２２を閉じて圧縮空気供給装置１９の機能を停
止させるとともに弁１６を開いて大気をコンプレッサ１
２で吸引させ圧縮する。この過程にｄけるターボコンプ
レッサ３の運転は、弁２３で過負荷を防止し、弁１６．
２２の開度で立上り時の負荷を調整する。そして、改質
器２も含めて定常になった後、弁１７を調節して圧縮空
気を燃料電池ｌにも供給し定常的な発電運転に移行する
。すなわち、この状態では、コンプレッサ１２で圧縮し
た空気の一部が燃料電池ｌの反応に、残りが改質器２の
燃焼用に使用され、また、前記燃料電池ｌを出た余剰空
気と前記改質器２の燃焼排ガスがタービン１３に供給さ
れて該タービン１３を駆動し続けることになる。ところ
で、この実施例における定常運転では、前記タービン１
３の可変ノズルの開度等を適宜制御して、前記燃料電池
ｌの空気室８に常に一定圧、例えば５気圧程度の圧縮空
気を供給するようになっている。
がコンプレッサ１２の入口に供給されるとともに、この
コンプレッサ１２を通過した圧縮空気が改質器２に供給
される。この状態で前記改質器２に燃料を供給し該改質
器２を昇温させる。これによってこの改質器２から排出
されタービン１３の入口に供給される排出ガスの温度が
上昇して行き、タービン１３が回転をはじめる。そして
、前記改質器２からの排ガスの温度が十分に高くなりタ
ービン１３を自刃運転させることができる状態に達した
時点で弁２２を閉じて圧縮空気供給装置１９の機能を停
止させるとともに弁１６を開いて大気をコンプレッサ１
２で吸引させ圧縮する。この過程にｄけるターボコンプ
レッサ３の運転は、弁２３で過負荷を防止し、弁１６．
２２の開度で立上り時の負荷を調整する。そして、改質
器２も含めて定常になった後、弁１７を調節して圧縮空
気を燃料電池ｌにも供給し定常的な発電運転に移行する
。すなわち、この状態では、コンプレッサ１２で圧縮し
た空気の一部が燃料電池ｌの反応に、残りが改質器２の
燃焼用に使用され、また、前記燃料電池ｌを出た余剰空
気と前記改質器２の燃焼排ガスがタービン１３に供給さ
れて該タービン１３を駆動し続けることになる。ところ
で、この実施例における定常運転では、前記タービン１
３の可変ノズルの開度等を適宜制御して、前記燃料電池
ｌの空気室８に常に一定圧、例えば５気圧程度の圧縮空
気を供給するようになっている。
なお、圧縮空気供給装置は、前記のようなブロアを用い
たものに限らず、例えば、小形のコンプレッサや圧縮空
気ボンベ等を用いたものであってもよい。
たものに限らず、例えば、小形のコンプレッサや圧縮空
気ボンベ等を用いたものであってもよい。
（へ）効果
本発明は、以上のような構成であるから、次のような効
果が得られる。
果が得られる。
まず、モータや変速機等の高速回転機械あるいは各種の
保護装置を用いることなしに始動を行なうことができる
ので、システムの簡略化を図ることができるとともに、
始動に要するエネルギを最小にすることができる。しか
も、改質器の排ガスが有している熱エネルギを有効に利
用してシステムを起動させ運転するようにしているので
、格別な、燃焼器等も不要であり、この点からも構成の
簡略化ならびに始動を含むシステムの総合効率の向上を
期することが＋きる。
保護装置を用いることなしに始動を行なうことができる
ので、システムの簡略化を図ることができるとともに、
始動に要するエネルギを最小にすることができる。しか
も、改質器の排ガスが有している熱エネルギを有効に利
用してシステムを起動させ運転するようにしているので
、格別な、燃焼器等も不要であり、この点からも構成の
簡略化ならびに始動を含むシステムの総合効率の向上を
期することが＋きる。
また、タービンの入口側へ直接始動ガスを供給する代わ
りに、コンプレッサの入口側へ始動ガスを供給するよう
にしているので、始動運転モードにおいても、コンプレ
ッサの流量を十分に確保することができる。そのため、
始動時に発生し易いサージングな有効に防止することが
でき、安定した始動性を確保することができる。
りに、コンプレッサの入口側へ始動ガスを供給するよう
にしているので、始動運転モードにおいても、コンプレ
ッサの流量を十分に確保することができる。そのため、
始動時に発生し易いサージングな有効に防止することが
でき、安定した始動性を確保することができる。
図面は本発明の一実施例を示すシステム説明図である。
１・・舎燃料電池
２・・・改質器
３・・Φターボコンプレッサ
８書・・空気室
９嗜φ・空気極
１２・・ψコンプレッサ
１３・・・タービン
１９・・・圧縮空気供給装置
代理人 弁理士 赤欅−博
Claims (1)
- 燃料電池と、炭化水素系燃料を改質して前記燃料電池に
水素ガスを供給するための改質器と、この改質器の排ガ
スまたは前記燃料電池の空気極出口の余剰空気および改
質器の排ガスの両方により駆動されるタービンを用いて
コンプレッサを作動させ該コンプレッサから前記燃料電
池および改質器に必要な圧縮空気を供給するターボコン
プレッサとを具備してなる燃料電池発電システムにおい
て、前記コンプレッサの入口側に起動用の圧縮空気供給
装置を設けておき、システム起動時に、まず、前記圧縮
空気供給装置から吐出される圧縮空気を前記コンプレッ
サを通過させて前記改質器に導入し、該改質器からの排
ガスの温度がタービンの駆動に十分な値に達した時点で
前記圧縮空気供給装置を停止させて前記ターボコンプレ
ッサを自刃運転させるようにしたことを特徴とする燃料
電池発電システムの起動方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59017434A JPS60160579A (ja) | 1984-01-30 | 1984-01-30 | 燃料電池発電システムの起動方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59017434A JPS60160579A (ja) | 1984-01-30 | 1984-01-30 | 燃料電池発電システムの起動方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60160579A true JPS60160579A (ja) | 1985-08-22 |
Family
ID=11943912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59017434A Pending JPS60160579A (ja) | 1984-01-30 | 1984-01-30 | 燃料電池発電システムの起動方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60160579A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4820594A (en) * | 1986-02-07 | 1989-04-11 | Hitachi, Ltd. | Method of starting fuel cell power generation system |
| JPH02168569A (ja) * | 1988-08-22 | 1990-06-28 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池発電システム |
| US6007930A (en) * | 1998-05-06 | 1999-12-28 | Ford Global Technologies, Inc. | Method for initiating a fuel cell |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51105551A (ja) * | 1975-02-12 | 1976-09-18 | United Technologies Corp |
-
1984
- 1984-01-30 JP JP59017434A patent/JPS60160579A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51105551A (ja) * | 1975-02-12 | 1976-09-18 | United Technologies Corp |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4820594A (en) * | 1986-02-07 | 1989-04-11 | Hitachi, Ltd. | Method of starting fuel cell power generation system |
| JPH02168569A (ja) * | 1988-08-22 | 1990-06-28 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池発電システム |
| US6007930A (en) * | 1998-05-06 | 1999-12-28 | Ford Global Technologies, Inc. | Method for initiating a fuel cell |
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