JPS60189176A - 燃料電池発電システムのフロ−制御系 - Google Patents
燃料電池発電システムのフロ−制御系Info
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- JPS60189176A JPS60189176A JP59041249A JP4124984A JPS60189176A JP S60189176 A JPS60189176 A JP S60189176A JP 59041249 A JP59041249 A JP 59041249A JP 4124984 A JP4124984 A JP 4124984A JP S60189176 A JPS60189176 A JP S60189176A
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- 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
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- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
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- 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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- Sustainable Energy (AREA)
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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】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、燃料電池発電システムのフロー制御系に係り
、酸化剤としC空気をカソードに、環元利とし”C水素
を主成分とする燃料ガス全アノードに供給され、かつ、
カソードとアノードは電解質を含む薄いマトリックスを
はさむ形状金なす燃料電池に供給する空気と燃料ガスの
制御に関する。
、酸化剤としC空気をカソードに、環元利とし”C水素
を主成分とする燃料ガス全アノードに供給され、かつ、
カソードとアノードは電解質を含む薄いマトリックスを
はさむ形状金なす燃料電池に供給する空気と燃料ガスの
制御に関する。
この種の燃料電池(F、C,1発電システム、フローを
第1図に示すつ燃料ラインXは、原燃料トシて、ナフサ
・メタン等が外部から供給される。
第1図に示すつ燃料ラインXは、原燃料トシて、ナフサ
・メタン等が外部から供給される。
この原燃料を、調節弁1により、嫡当な流量とした後、
水素を添加し、水添脱硫器2に【す、硫黄を取り除く。
水素を添加し、水添脱硫器2に【す、硫黄を取り除く。
さらに、水蒸気を加え、燃料改質器(リフオーマ)3で
、加熱し、原燃料を分解し、水素を主成分とし、−酸化
炭素と二酸化炭素金倉む燃料ガスに改質する。なお、こ
の反応は、吸熱反応なので、加熱し続ける必要がある6
さらに、この燃料は、−酸化炭素転換器(シフトコシバ
°−タ)5により、−酸化炭素を、水蒸気と反応させ〔
、二酸化炭素と水素に変える。この燃料にはまだ一般に
、水蒸気が多陵に含まれているので、脱水器6 a K
Lす、冷却し〔、水蒸気を減らす。さらに、加熱器7
aで、適当な温度にし、流調弁8で、適当な流量に調節
しr:、Fc、9に供給する。FC’−から排出された
燃料ガスには、まだ、水素が含まれており、脱水器6b
により、冷却し水蒸気を取り、再度加熱器7blK、よ
り加熱したのち、リフオーマ3紫加熱するためのリフオ
ーマバーナ10に供給し、空気と混合しC燃焼させる。
、加熱し、原燃料を分解し、水素を主成分とし、−酸化
炭素と二酸化炭素金倉む燃料ガスに改質する。なお、こ
の反応は、吸熱反応なので、加熱し続ける必要がある6
さらに、この燃料は、−酸化炭素転換器(シフトコシバ
°−タ)5により、−酸化炭素を、水蒸気と反応させ〔
、二酸化炭素と水素に変える。この燃料にはまだ一般に
、水蒸気が多陵に含まれているので、脱水器6 a K
Lす、冷却し〔、水蒸気を減らす。さらに、加熱器7
aで、適当な温度にし、流調弁8で、適当な流量に調節
しr:、Fc、9に供給する。FC’−から排出された
燃料ガスには、まだ、水素が含まれており、脱水器6b
により、冷却し水蒸気を取り、再度加熱器7blK、よ
り加熱したのち、リフオーマ3紫加熱するためのリフオ
ーマバーナ10に供給し、空気と混合しC燃焼させる。
またこめ廃ガスは、ターボコンプレッサ11の、ターボ
llbに供給させ空気の、加圧に用いる。
llbに供給させ空気の、加圧に用いる。
空気系Yは、外気を、ターボコンプレッサ11の、コン
プレッサ部11aにより加圧し〔、水蒸気紫加えた後、
流量fA節弁12により、適当な流量に制御して、F、
C,9に供給するつl;’、C,から排出された空気は
ミキサー13に送られ、ターボコンプレッサ11のター
ボ部分11bに供給される。
プレッサ部11aにより加圧し〔、水蒸気紫加えた後、
流量fA節弁12により、適当な流量に制御して、F、
C,9に供給するつl;’、C,から排出された空気は
ミキサー13に送られ、ターボコンプレッサ11のター
ボ部分11bに供給される。
F、 0.9は、電解′Rを含む薄いマトリックスをは
さんで、カソードとアノード°がある構成なので、カソ
ードの空気とアノードの燃料ガスの圧力差が大きいと、
空気、または、燃料ガスがマトリックスを貫通しC直接
反応するクロスオーバと鴎われる現象が起こり、F、C
,の性能の劣化さらには、故障の原因となる他、空気と
燃料ガスが#1−<反応するので、危険である。#に発
電プラントのケち上げ時や停止操作時には、ターボコン
プレッサ11や補助バーナ15等の空気や燃料ガス金F
、 C。
さんで、カソードとアノード°がある構成なので、カソ
ードの空気とアノードの燃料ガスの圧力差が大きいと、
空気、または、燃料ガスがマトリックスを貫通しC直接
反応するクロスオーバと鴎われる現象が起こり、F、C
,の性能の劣化さらには、故障の原因となる他、空気と
燃料ガスが#1−<反応するので、危険である。#に発
電プラントのケち上げ時や停止操作時には、ターボコン
プレッサ11や補助バーナ15等の空気や燃料ガス金F
、 C。
に供給するだめの補機の動作が不安定であり、この圧力
差を抑制するのが容易でないっ そこで従来は、F、C,lバイパスしC空気と燃料ガス
を通すライン18a、 bと、空気と燃料ガスを、バイ
パスライン18とF、 C,9のいずれに流すかを制御
するための、切り換え弁19を設置し、立ち上げ、停止
操作時には、バイパスライン全便い空 □気と燃料基金
調整し、圧力と流量が安定した後に、F= c、ライン
を開にし、バイパスラインを閉にして、F、 C,に空
気と燃料ガス全供給しCいた。しかし、この切り換え操
作の際に、これまで封1F、されCいたF’、 C,内
の圧力が、バイパス流路の圧力と異なるために激しくF
、C,内へガスが流入または、F、C。
差を抑制するのが容易でないっ そこで従来は、F、C,lバイパスしC空気と燃料ガス
を通すライン18a、 bと、空気と燃料ガスを、バイ
パスライン18とF、 C,9のいずれに流すかを制御
するための、切り換え弁19を設置し、立ち上げ、停止
操作時には、バイパスライン全便い空 □気と燃料基金
調整し、圧力と流量が安定した後に、F= c、ライン
を開にし、バイパスラインを閉にして、F、 C,に空
気と燃料ガス全供給しCいた。しかし、この切り換え操
作の際に、これまで封1F、されCいたF’、 C,内
の圧力が、バイパス流路の圧力と異なるために激しくF
、C,内へガスが流入または、F、C。
内から流出するために、F、C,内の圧力が大きく変動
していた。この圧力変化の様子が空気側と燃料ガス側で
異なるために、しばしば大きな圧力差が生じ、IN、c
、発電プラントの立ち上げを困難にしていた。
していた。この圧力変化の様子が空気側と燃料ガス側で
異なるために、しばしば大きな圧力差が生じ、IN、c
、発電プラントの立ち上げを困難にしていた。
本発明は、上記不都合を除去し、F、C,のカソードの
空気と、アノードの燃料ガスの圧力差金小さく保持しつ
つ、立ち上げ、停止のできる燃料電池発電システムの7
0−制御系を提供することを目的とするものである。
空気と、アノードの燃料ガスの圧力差金小さく保持しつ
つ、立ち上げ、停止のできる燃料電池発電システムの7
0−制御系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、本発明は、空気系と燃料系
の燃料電池出口と、バイパス流路の間に#4節弁を、ま
たF’、 C,内の空気と燃料ガスの圧力を剰定する圧
力計を設置する。バイパス流路からF、 C,ヘガスの
流れを変える場合ICは、空気系または、燃料系いずれ
か一方の上記調節弁を、あらかじめ定められた関数に従
い除々に開く。もう−ηの調節弁iF、c、内の空気と
燃料ガスの間の圧力差を抑制するように制御する。定常
運転時には、前者の調節弁は全開とし、後者の弁により
、空気と燃料ガスの圧力差を制御する。停止の場合は、
F、 C。
の燃料電池出口と、バイパス流路の間に#4節弁を、ま
たF’、 C,内の空気と燃料ガスの圧力を剰定する圧
力計を設置する。バイパス流路からF、 C,ヘガスの
流れを変える場合ICは、空気系または、燃料系いずれ
か一方の上記調節弁を、あらかじめ定められた関数に従
い除々に開く。もう−ηの調節弁iF、c、内の空気と
燃料ガスの間の圧力差を抑制するように制御する。定常
運転時には、前者の調節弁は全開とし、後者の弁により
、空気と燃料ガスの圧力差を制御する。停止の場合は、
F、 C。
の流tt−しぼりながら、一方の弁は、あらかじめ定め
られた関数に従かい閉とし、他方の弁は、圧力差が生じ
ないように制御を行なう。
られた関数に従かい閉とし、他方の弁は、圧力差が生じ
ないように制御を行なう。
また、空気と燃料ガスをバイパス流路に流すかF、 C
,に流すかを切り換える弁は、バイパス流路側の弁を一
定の関数に従い制御するとともに、F、C,側の弁は、
バイパスとF、 C,t−通る全流降の和が一定になる
ように調節される。
,に流すかを切り換える弁は、バイパス流路側の弁を一
定の関数に従い制御するとともに、F、C,側の弁は、
バイパスとF、 C,t−通る全流降の和が一定になる
ように調節される。
と述の如く調節弁と圧力検出器を設+Ff!することに
より、立ち上げ時に空気と燃料ガス金バイパス流路から
主流路へ切り換える場合のF、 C,内の空気と燃料ガ
スの圧力差を小さく抑制し、クロスオー パによるF、
C,の故障や劣化を防ぐことができる。
より、立ち上げ時に空気と燃料ガス金バイパス流路から
主流路へ切り換える場合のF、 C,内の空気と燃料ガ
スの圧力差を小さく抑制し、クロスオー パによるF、
C,の故障や劣化を防ぐことができる。
また、従来蝶、多数の人員を配し〔除々に切り喚えてい
たが本発明によれば、短時間に、かつ少人数で行なうこ
とができる。さらに従来は、これらのバイパス・主流路
切り換え弁の他に、定常運転時のアノードの燃料ガスと
カソードの空気の圧力全制御する圧力制御弁が必要であ
ったが、本発明によれば、両者の機能金兼ねることがで
き、グランドの建設コストを低下させることができる。
たが本発明によれば、短時間に、かつ少人数で行なうこ
とができる。さらに従来は、これらのバイパス・主流路
切り換え弁の他に、定常運転時のアノードの燃料ガスと
カソードの空気の圧力全制御する圧力制御弁が必要であ
ったが、本発明によれば、両者の機能金兼ねることがで
き、グランドの建設コストを低下させることができる。
以下本発明しこ従っC構成さfLる燃料′電池発電シス
テムのフロー制御系の一実施例を図面に従い詳細に説明
する。
テムのフロー制御系の一実施例を図面に従い詳細に説明
する。
本発明により構成される燃料電池のフロー制御装置にの
構成を第2図に示す。この実施例においては、F、 C
,9に供給される空気と燃料ガス流量と、バイパス流路
18a、 18bに流れる流量を制御するだめに、空気
流路Xと燃料流路YのF、 C,の上流1111Iに、
1i’、 0.9に供給する流量を調節する弁21a、
21bと、バイパス流路を流れる流tを調節する弁22
a、 22bを設置しである。また、バイパス流路とF
、 C,への供給流路との分岐点より上流側に、流量オ
リフィス24a、 24bが設置されている。
構成を第2図に示す。この実施例においては、F、 C
,9に供給される空気と燃料ガス流量と、バイパス流路
18a、 18bに流れる流量を制御するだめに、空気
流路Xと燃料流路YのF、 C,の上流1111Iに、
1i’、 0.9に供給する流量を調節する弁21a、
21bと、バイパス流路を流れる流tを調節する弁22
a、 22bを設置しである。また、バイパス流路とF
、 C,への供給流路との分岐点より上流側に、流量オ
リフィス24a、 24bが設置されている。
また、F、 C,9の下流側、バイパス流路18とF、
C9からの主流路との合流点より上流IIIIIに、調
節弁20a。
C9からの主流路との合流点より上流IIIIIに、調
節弁20a。
20b Th設置してあり、F、C,流量調節弁21a
、21hと共に、立ち上げ時、その他の流量−や圧力が
不安定な際、P、C,の保護のため全閉となっr F、
C,を封+hするう定常運転時には、弁20a、 2
0bは圧力調節弁としC利用する。
、21hと共に、立ち上げ時、その他の流量−や圧力が
不安定な際、P、C,の保護のため全閉となっr F、
C,を封+hするう定常運転時には、弁20a、 2
0bは圧力調節弁としC利用する。
この実施例における、発電プラントの弁の制御B11を
第3図に示す。プラントの立ち上げ時には、バイパス流
量調節弁22は、補機の立ち’cげのためほとんど全開
となる。補機の動作が安定し、圧力が安全したら、F、
C,に空気や燃料ガスケ供給するために、バイパス流1
調節弁22は除々に閉じる。
第3図に示す。プラントの立ち上げ時には、バイパス流
量調節弁22は、補機の立ち’cげのためほとんど全開
となる。補機の動作が安定し、圧力が安全したら、F、
C,に空気や燃料ガスケ供給するために、バイパス流1
調節弁22は除々に閉じる。
この指示は、シーケンスコントローラ261〕から出さ
れる。このシーケンスコントローラーの指示ハ、立ち上
げ、停止、定常により、第5図に示すシーケンスを持っ
Cいる。
れる。このシーケンスコントローラーの指示ハ、立ち上
げ、停止、定常により、第5図に示すシーケンスを持っ
Cいる。
また、上記バイパス流量調節弁22がしまるのと同時に
、F、C,流量調節弁21は、オリフィス24で検出す
る流量が、流量目標値と一致するように、PT−yント
ローラ25I′i、F、 C,流量調節弁21ヲ制御す
るつこの結果第3図に示す如<、F、c、流量調節弁2
1は、除々に開く。また、これと同時に空気経路側圧力
調節弁20bは、ソーケンスコントローラ26aニ従イ
、除々に開く。このシーケンスコントローラ2’6aの
制御シーケンスは、第4図に示す如く、立ち上げ、定常
、停止操作に応じて3種のシーケンス金持っ〔おり、圧
力調節弁20b l制御する。一方、燃料系の圧力調節
弁20aは、F、 C,9の出口マニホールド内の空気
と燃料ガスの圧力全測定する圧力検出器23a、 23
bからの圧力信−号を受け、この偏差がOになるように
PI演算を行なうコントローラ25aの制御出方を受け
作動する。発電プラントの定常運転時には、バイパス流
量調節弁22は全閉であり、F、 C,流量調節弁21
は出力に応じた流量をF、 C,に供給すべく制御され
、圧力調節弁20bは常に一定開度、 20aは、F、
C,9内の空気と燃料ガスの圧力をなくすように制御
される。
、F、C,流量調節弁21は、オリフィス24で検出す
る流量が、流量目標値と一致するように、PT−yント
ローラ25I′i、F、 C,流量調節弁21ヲ制御す
るつこの結果第3図に示す如<、F、c、流量調節弁2
1は、除々に開く。また、これと同時に空気経路側圧力
調節弁20bは、ソーケンスコントローラ26aニ従イ
、除々に開く。このシーケンスコントローラ2’6aの
制御シーケンスは、第4図に示す如く、立ち上げ、定常
、停止操作に応じて3種のシーケンス金持っ〔おり、圧
力調節弁20b l制御する。一方、燃料系の圧力調節
弁20aは、F、 C,9の出口マニホールド内の空気
と燃料ガスの圧力全測定する圧力検出器23a、 23
bからの圧力信−号を受け、この偏差がOになるように
PI演算を行なうコントローラ25aの制御出方を受け
作動する。発電プラントの定常運転時には、バイパス流
量調節弁22は全閉であり、F、 C,流量調節弁21
は出力に応じた流量をF、 C,に供給すべく制御され
、圧力調節弁20bは常に一定開度、 20aは、F、
C,9内の空気と燃料ガスの圧力をなくすように制御
される。
また発電、プラントの停止時の弁の開度変化を第3図に
示す。このシーケンスは、立ち上げ時と同様の考え方に
基づくもので自明であるので説明は省略する。
示す。このシーケンスは、立ち上げ時と同様の考え方に
基づくもので自明であるので説明は省略する。
上述の如く構成されたF、 C,発電システムのフロー
制御系は、F、C,の立ち上げ時に、F、C,内の空気
と燃料ガス圧力の差を小さく抑えながら、容易な操作に
より、バイパス流路から、主流路へ切り換えることがで
き、立ち上げ時間の短縮−や、F、C,のクロスオーバ
による性能低下、故障を防ぐことができる。
制御系は、F、C,の立ち上げ時に、F、C,内の空気
と燃料ガス圧力の差を小さく抑えながら、容易な操作に
より、バイパス流路から、主流路へ切り換えることがで
き、立ち上げ時間の短縮−や、F、C,のクロスオーバ
による性能低下、故障を防ぐことができる。
また、従来は、バイパス流路と主流路の切り換え装置の
他に、別途、流量・圧力制御系を必要としたが、本実施
例では、両方の機能金1゛っの制御装置とすることがで
き、コスト全低下させる効果がある。
他に、別途、流量・圧力制御系を必要としたが、本実施
例では、両方の機能金1゛っの制御装置とすることがで
き、コスト全低下させる効果がある。
第1図は、燃料電池発電システムのフロー図。
第2図は9本発明に係る燃料覗池発電システムのフロー
制御系の構成図。 第3図は9本発明に係るフロー制御系の弁開叶変化を示
す図。 第4図、第5図は9本発明に係るフロー制御系のシーケ
ンスコントローラのアルゴリズムを示す図である。 1・・・圧力制御弁、2・・・脱流器。 3・・・リフオーマ、4・・・圧力計。 5・・・ンフトコンバータ、6・・・冷却脱水a 。 7・・・加熱器、 8・・・燃料流1副1卸弁。 9・・・燃料電池、IO・・・す7オーマバーナ。 11・・・ターボコンゾレッサ、12・・・空気r&量
制制御。 13・・・ミキサ、14・・・手動圧力調整弁。 15・・・補助バーナ、16・・・調節計。 17・・・圧力調整弁、18・・・バイパス流路。 19・・・バイパス/主流路切り換え弁、20・・・圧
力調節弁。 21・・・流量制御弁、22・・・バイパス流電調節弁
。 23・・・圧力検出器、24・・・流量オリフィス。 25 ・・PIFA節tt、 26 ・・シーケンスコ
ントローラ。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 (ほか1名) ト、
制御系の構成図。 第3図は9本発明に係るフロー制御系の弁開叶変化を示
す図。 第4図、第5図は9本発明に係るフロー制御系のシーケ
ンスコントローラのアルゴリズムを示す図である。 1・・・圧力制御弁、2・・・脱流器。 3・・・リフオーマ、4・・・圧力計。 5・・・ンフトコンバータ、6・・・冷却脱水a 。 7・・・加熱器、 8・・・燃料流1副1卸弁。 9・・・燃料電池、IO・・・す7オーマバーナ。 11・・・ターボコンゾレッサ、12・・・空気r&量
制制御。 13・・・ミキサ、14・・・手動圧力調整弁。 15・・・補助バーナ、16・・・調節計。 17・・・圧力調整弁、18・・・バイパス流路。 19・・・バイパス/主流路切り換え弁、20・・・圧
力調節弁。 21・・・流量制御弁、22・・・バイパス流電調節弁
。 23・・・圧力検出器、24・・・流量オリフィス。 25 ・・PIFA節tt、 26 ・・シーケンスコ
ントローラ。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 (ほか1名) ト、
Claims (1)
- 酸化剤としC空気を、還元剤としC水素を主成分とする
燃料ガスを用いるリン酸電解質燃料電池を有しC構成さ
れる燃料電池発電システムにおいて、燃料流路において
、燃料電池をバイパスしC燃料ガスを流す燃料ガスバイ
パ夏流路と、この燃料ガスバイパス流路と、燃料電池の
いずれに燃料ガスを流すかを制御する弁と、燃料電池の
燃料ガス圧力を検出する圧力検出器と、燃料電池と、燃
料ガスバイパス流路との間に設装置された調節弁と、空
気流路においで1燃料′亀池をバイパスして空気を流す
空気バイパス流路と、−この空気バイパス流路と、燃料
′電池のいずれに空気を流すか金利例する弁と、燃料電
池の空気圧力を検出する圧力検出器と、燃料電池と燃料
ガス゛バイパス流路との間に設置゛さtまた調節弁とを
具備したことを特徴とする燃料電池発電システムのフロ
ー制御系。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59041249A JPS60189176A (ja) | 1984-03-06 | 1984-03-06 | 燃料電池発電システムのフロ−制御系 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59041249A JPS60189176A (ja) | 1984-03-06 | 1984-03-06 | 燃料電池発電システムのフロ−制御系 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60189176A true JPS60189176A (ja) | 1985-09-26 |
Family
ID=12603160
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59041249A Pending JPS60189176A (ja) | 1984-03-06 | 1984-03-06 | 燃料電池発電システムのフロ−制御系 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60189176A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1996020508A1 (en) * | 1994-12-23 | 1996-07-04 | Ballard Power Systems Inc. | Electrochemical fuel cell system with a regulated vacuum ejector for recirculation of the fluid fuel stream |
US5677073A (en) * | 1994-07-13 | 1997-10-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell generator and method of the same |
US5947577A (en) * | 1994-12-28 | 1999-09-07 | Nec Corporation | Image pick-up device |
-
1984
- 1984-03-06 JP JP59041249A patent/JPS60189176A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5677073A (en) * | 1994-07-13 | 1997-10-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell generator and method of the same |
WO1996020508A1 (en) * | 1994-12-23 | 1996-07-04 | Ballard Power Systems Inc. | Electrochemical fuel cell system with a regulated vacuum ejector for recirculation of the fluid fuel stream |
US5947577A (en) * | 1994-12-28 | 1999-09-07 | Nec Corporation | Image pick-up device |
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