JPS607068A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
燃料電池発電装置Info
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- JPS607068A JPS607068A JP58112853A JP11285383A JPS607068A JP S607068 A JPS607068 A JP S607068A JP 58112853 A JP58112853 A JP 58112853A JP 11285383 A JP11285383 A JP 11285383A JP S607068 A JPS607068 A JP S607068A
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- Japan
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- fuel
- fuel cell
- oxidizer
- oxidizing agent
- electrode
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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
- H01M8/04082—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
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
-
- 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
- H01M8/04082—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
- H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
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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
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
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- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- 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】
〔発明の技術分野〕
この発明は、燃料電池発電装置に係り、特に、燃料及び
酸化剤のリサイクル系統を有する燃料電池発電装置の調
湿方法を改良しまた装置に関する。
酸化剤のリサイクル系統を有する燃料電池発電装置の調
湿方法を改良しまた装置に関する。
燃料電池は酸化剤極と燃料極とを電解質層の両面側に配
置したものを単セルとし、これを積層して製作される。
置したものを単セルとし、これを積層して製作される。
燃料極と酸化剤極は、多孔質カーボンを担持体とし、そ
の電解液側にＰｔを担持したものが使用されている。ま
た、電解質層は炭化ケイ素（ＳｉＣ） の粉末と、リン
Ｖ電解液の混練物が用いられている。この燃料電池は燃
料極（１１！ｌ ｉ二鳴含有ガス（たとえばメタン、メ
タノール等を水蒸気によって改質したＨ２含有ガス）酸
化剤極側（二０２含有ガス（たとえば空気）、が供給さ
れる。このような燃料電池Ｃ：おいて、燃料電池の低負
荷時では燃料極と酸化剤極の両端にかかる電圧が高くな
りそのため（二、電極、特（二酸化剤極の劣化が生じる
。
の電解液側にＰｔを担持したものが使用されている。ま
た、電解質層は炭化ケイ素（ＳｉＣ） の粉末と、リン
Ｖ電解液の混練物が用いられている。この燃料電池は燃
料極（１１！ｌ ｉ二鳴含有ガス（たとえばメタン、メ
タノール等を水蒸気によって改質したＨ２含有ガス）酸
化剤極側（二０２含有ガス（たとえば空気）、が供給さ
れる。このような燃料電池Ｃ：おいて、燃料電池の低負
荷時では燃料極と酸化剤極の両端にかかる電圧が高くな
りそのため（二、電極、特（二酸化剤極の劣化が生じる
。
このことは、特開昭５５−５３８７６号公報Ｃ二詳細な
記述がなされている。そこで、特開昭５５−５３８７６
号公報では燃料電池の低負荷時において酸化剤極より排
出された使′用済ガスをリサイクルすることが考えられ
た。その基本構成図を第１図に示す。ｌは燃料電池本体
を示し、２，３．４はそれぞれ酸化剤極、電解質層、燃
料極を示す。才た酸化剤は酸化剤供給系統５より供給さ
れ、酸化剤排出系統６より排出される。ここで排出ガス
の一部はりサイクルブロワ−７、及びリサイクル流量調
節系８を含む酸化剤リサイクル系統９を経て酸化剤供給
系統５に戻される。また燃料側も同様に、燃料供給系統
１０、燃料排出系統１１、及びリサイクルブロワ−１２
リサイクル流量調節系１３を含む燃料リサイクル系統１
４より構成される。
記述がなされている。そこで、特開昭５５−５３８７６
号公報では燃料電池の低負荷時において酸化剤極より排
出された使′用済ガスをリサイクルすることが考えられ
た。その基本構成図を第１図に示す。ｌは燃料電池本体
を示し、２，３．４はそれぞれ酸化剤極、電解質層、燃
料極を示す。才た酸化剤は酸化剤供給系統５より供給さ
れ、酸化剤排出系統６より排出される。ここで排出ガス
の一部はりサイクルブロワ−７、及びリサイクル流量調
節系８を含む酸化剤リサイクル系統９を経て酸化剤供給
系統５に戻される。また燃料側も同様に、燃料供給系統
１０、燃料排出系統１１、及びリサイクルブロワ−１２
リサイクル流量調節系１３を含む燃料リサイクル系統１
４より構成される。
この方法（二よれば、酸化剤及び燃料の供給濃度を下げ
、それにともなって、燃料電池の端子電圧は低下し、従
って、電極の劣化を防ぐことが可能となる。次（二、こ
の方法を実際の燃料電池発電装置に適用した例を第２図
に示す。
、それにともなって、燃料電池の端子電圧は低下し、従
って、電極の劣化を防ぐことが可能となる。次（二、こ
の方法を実際の燃料電池発電装置に適用した例を第２図
に示す。
第２図において、燃料電池の酸化剤極に供給されるガス
は一般に空気が用いられる。空気はコンプレッサー１５
によって昇圧され、酸化剤供給路５を通して酸化剤極に
供給される。酸化剤供給路５には空気を加湿するためバ
ルブ１Ｇを含む＋４を化剤側水蒸気添加系統１７が連結
されている。また酸化剤排出路は使用済酸化剤ガスに含
まれている生成水を凝縮するための凝縮器１８に連結さ
れている。］９は凝縮能力を調節するためのバルブであ
る。次（−燃料電池に供給される燃料はメタン、メタノ
ール。
は一般に空気が用いられる。空気はコンプレッサー１５
によって昇圧され、酸化剤供給路５を通して酸化剤極に
供給される。酸化剤供給路５には空気を加湿するためバ
ルブ１Ｇを含む＋４を化剤側水蒸気添加系統１７が連結
されている。また酸化剤排出路は使用済酸化剤ガスに含
まれている生成水を凝縮するための凝縮器１８に連結さ
れている。］９は凝縮能力を調節するためのバルブであ
る。次（−燃料電池に供給される燃料はメタン、メタノ
ール。
石油１石炭等をリフオーマ加によって水蒸気改質１）た
鳩含有ガスが用いられる０この改質ガスは水を多く含ん
でいるため、凝縮器２Ｊによって余分な水分を落とし、
燃料極４に供給される。そして使用済燃料もまた生成水
を含んでいるため凝縮器２２によって生成水が除かれ排
出される。ここで、酸化剤側リサイクル系統９は、燃料
電池本体ｌから凝縮器ｊ８の間から分枝され、酸化剤側
水蒸気添加系統１７と燃料電池本体１の間に連結される
。また燃料側リサイクル系統］４は燃料覗イ’ｌｌｘ本
体ｌから凝ｍ器２２の間から分枝され、凝縮器２Ｊ力Δ
ら燃料電池本体ｌの間（＝連結される。このような燃料
電池装置において、燃料電池（二供給される酸化剤、及
び燃料中の湿度（水蒸気圧）を調節するためには、リサ
イクル系統より戻された使用済の酸化剤、及７ び燃料
ガス中に含まれる水蒸気量を考慮しなければならない。
鳩含有ガスが用いられる０この改質ガスは水を多く含ん
でいるため、凝縮器２Ｊによって余分な水分を落とし、
燃料極４に供給される。そして使用済燃料もまた生成水
を含んでいるため凝縮器２２によって生成水が除かれ排
出される。ここで、酸化剤側リサイクル系統９は、燃料
電池本体ｌから凝縮器ｊ８の間から分枝され、酸化剤側
水蒸気添加系統１７と燃料電池本体１の間に連結される
。また燃料側リサイクル系統］４は燃料覗イ’ｌｌｘ本
体ｌから凝ｍ器２２の間から分枝され、凝縮器２Ｊ力Δ
ら燃料電池本体ｌの間（＝連結される。このような燃料
電池装置において、燃料電池（二供給される酸化剤、及
び燃料中の湿度（水蒸気圧）を調節するためには、リサ
イクル系統より戻された使用済の酸化剤、及７ び燃料
ガス中に含まれる水蒸気量を考慮しなければならない。
しかし使用済酸化剤及び燃料ガス中の水蒸気量は燃料電
池の負荷（二よって大きく変化するため、酸化剤側水蒸
気添加系統１７からの水蒸添加量及び、燃料側の凝縮器
２］による水蒸気除去計の最適制御（迅速、かつ正確に
）を行うことが難しい。
池の負荷（二よって大きく変化するため、酸化剤側水蒸
気添加系統１７からの水蒸添加量及び、燃料側の凝縮器
２］による水蒸気除去計の最適制御（迅速、かつ正確に
）を行うことが難しい。
燃料電池の酸化剤極、及び燃料極に供給するガスの湿度
（水蒸気圧）は、燃料電池のリン酸電解液の濃度をコン
トロールする上に極めて重要である。また、リン酸電解
液の濃度をコントロールすることは、燃料電池の性能を
長時間維持する上（二重要なパラメータである。
（水蒸気圧）は、燃料電池のリン酸電解液の濃度をコン
トロールする上に極めて重要である。また、リン酸電解
液の濃度をコントロールすることは、燃料電池の性能を
長時間維持する上（二重要なパラメータである。
これ等のことから、燃料、及び酸化剤をリサイクルし、
かつ燃料電池（二供給するガスの水蒸気圧を容易に調節
できる燃料電池発電装置が望まれている。
かつ燃料電池（二供給するガスの水蒸気圧を容易に調節
できる燃料電池発電装置が望まれている。
この発明は上記欠点を解決するためになされたもので、
燃料及び収化剤のリサイクル系統を有する燃料電池発電
装置の湿度（水蒸気圧）を迅速かつ正確に最適制御を行
うことができる燃料電池発電装置を提供するものである
。
燃料及び収化剤のリサイクル系統を有する燃料電池発電
装置の湿度（水蒸気圧）を迅速かつ正確に最適制御を行
うことができる燃料電池発電装置を提供するものである
。
この発明は、燃料電池より排出された使用済酸化剤及び
燃料の水蒸気圧を凝縮器によって燃料電池の電解質層中
のリン酸濃度と燃料電池内部の代表温度から規定される
リン酸電解液の水蒸気圧と等しく調節し、この一部のガ
スを酸化剤及び燃料の供給系統（ユリサイクルすること
により、燃料及び酸化剤をリサイクルする燃料電池発電
装置で最適な湿度（水蒸気圧）調節を行うことが達成出
来るものである。
燃料の水蒸気圧を凝縮器によって燃料電池の電解質層中
のリン酸濃度と燃料電池内部の代表温度から規定される
リン酸電解液の水蒸気圧と等しく調節し、この一部のガ
スを酸化剤及び燃料の供給系統（ユリサイクルすること
により、燃料及び酸化剤をリサイクルする燃料電池発電
装置で最適な湿度（水蒸気圧）調節を行うことが達成出
来るものである。
以下５図面を参照して、この発明の詳細な説明する。第
３図はこの発明に係る燃料電池発電装置の一実施例を示
す構成図である。本発明では酸化剤仙１リサイクル系統
９、及び燃料側リサイクル系統１４は態別電池出口側の
凝縮器ｉ８ 、２２を通過した後で分枝し、燃料供給系
統ｌＯ１酸化剤供給系統５の水蒸気分圧制御を行った後
に連結されている。
３図はこの発明に係る燃料電池発電装置の一実施例を示
す構成図である。本発明では酸化剤仙１リサイクル系統
９、及び燃料側リサイクル系統１４は態別電池出口側の
凝縮器ｉ８ 、２２を通過した後で分枝し、燃料供給系
統ｌＯ１酸化剤供給系統５の水蒸気分圧制御を行った後
に連結されている。
リサイクル系統と連結する前の酸化剤供給系統５の水蒸
気分圧１ｆｆｌＩ御は、酸化剤側水蒸気添加系Ｍ１７の
バルブ１６によって行なわれる。また、リサイクル系統
と連結する前の燃料供給系統１０、凝縮器１８゜２２出
口の酸化剤及び燃料排出系統６，１１の水蒸気圧１１ｉ
ｌＪ御は凝縮器１８ 、２］ 、 ２２の冷却媒体の流
量をコントロールするバルブ１９，２３，２４１−よっ
て行なイ）れる。とこで凝縮器は熱交換器を用いても同
じである。これ等の４つのバルブ１６ 、１９ 、２３
、２４はそれぞれ演算器乙、２Ｇ、２７．２８．’ｌ
）らの信号を受けて開閉する。それぞれの演算器は、燃
料電池の代表温度６）１１定点四からの信号と、それぞ
れの湿度測定器（又は露点測定器） ３０ 、３１ 、
３２ 、３３力）らの信号を受け、それぞれ所定の演算
を行い制御信号をバルブ１６ 、１９ 、お、囚に与え
る。電池内のリン酸′龜解液濃度を制御するには、その
＠度と電池の作動温匠から決まる水蒸気ＦＥ（又は露点
）を制御する方法が最も良い。したがって各演算器内部
では。
気分圧１ｆｆｌＩ御は、酸化剤側水蒸気添加系Ｍ１７の
バルブ１６によって行なわれる。また、リサイクル系統
と連結する前の燃料供給系統１０、凝縮器１８゜２２出
口の酸化剤及び燃料排出系統６，１１の水蒸気圧１１ｉ
ｌＪ御は凝縮器１８ 、２］ 、 ２２の冷却媒体の流
量をコントロールするバルブ１９，２３，２４１−よっ
て行なイ）れる。とこで凝縮器は熱交換器を用いても同
じである。これ等の４つのバルブ１６ 、１９ 、２３
、２４はそれぞれ演算器乙、２Ｇ、２７．２８．’ｌ
）らの信号を受けて開閉する。それぞれの演算器は、燃
料電池の代表温度６）１１定点四からの信号と、それぞ
れの湿度測定器（又は露点測定器） ３０ 、３１ 、
３２ 、３３力）らの信号を受け、それぞれ所定の演算
を行い制御信号をバルブ１６ 、１９ 、お、囚に与え
る。電池内のリン酸′龜解液濃度を制御するには、その
＠度と電池の作動温匠から決まる水蒸気ＦＥ（又は露点
）を制御する方法が最も良い。したがって各演算器内部
では。
この水蒸気）Ｅ（又は露点）の値（設定値）と実際（＝
測定された値を比較しこの設定値と等しくなるような信
号をバルブＣ二送る。このような制御を行うことにより
、燃料及び酸化剤供給系統１０ 、５ 。
測定された値を比較しこの設定値と等しくなるような信
号をバルブＣ二送る。このような制御を行うことにより
、燃料及び酸化剤供給系統１０ 、５ 。
燃料及び酸化剤リサイクル系統１４，９の各系統の水蒸
気圧（又は露点）を一定（二保つことができる。
気圧（又は露点）を一定（二保つことができる。
以上説明してきたよう（二本発明（二よれば、ジ然料及
び酸化剤リサイクル系統を有する燃料電池発電装置にお
いて、燃料電池（＝供給する燃料及び酸化剤の最適な湿
度への湿度制御を容易、迅速（−かつ正確（＝行うこと
ができる。
び酸化剤リサイクル系統を有する燃料電池発電装置にお
いて、燃料電池（＝供給する燃料及び酸化剤の最適な湿
度への湿度制御を容易、迅速（−かつ正確（＝行うこと
ができる。
第１図は燃料及び酸化剤のリサイクルラインを設けた燃
料電池発電装置の基本構成を示す構成図、第２図は従来
の燃料電池発電装置の構成図、第３図は、本発明（二係
る燃料電池発電装置の構成図である。 １・・・燃料電池本体 ２・・・酸化剤極３・・・電解
質＋Ｖｉ ４・・・燃料極５・・・酸化剤供給系統 ６
・・・酸化剤排出系統９・・・酸化剤側リサイクル系統 １０・・・燃料側水蒸気添加系統 ３．８ 、２２・・
・凝縮器ｉ６ 、１９．２３ 、２４・・・バルブ 局
、 ２６．２７．２８川演算器３０．３１ 、３２ 、
３３・・・湿度測定器（Ｗ、点測定器）２９・・・燃料
電池の代表温度測定点。 代理人弁理士 則近憲佑（ほか１名）
料電池発電装置の基本構成を示す構成図、第２図は従来
の燃料電池発電装置の構成図、第３図は、本発明（二係
る燃料電池発電装置の構成図である。 １・・・燃料電池本体 ２・・・酸化剤極３・・・電解
質＋Ｖｉ ４・・・燃料極５・・・酸化剤供給系統 ６
・・・酸化剤排出系統９・・・酸化剤側リサイクル系統 １０・・・燃料側水蒸気添加系統 ３．８ 、２２・・
・凝縮器ｉ６ 、１９．２３ 、２４・・・バルブ 局
、 ２６．２７．２８川演算器３０．３１ 、３２ 、
３３・・・湿度測定器（Ｗ、点測定器）２９・・・燃料
電池の代表温度測定点。 代理人弁理士 則近憲佑（ほか１名）
Claims (1)
- 電解質層の片面に燃料極を、他の片面に酸化剤極を有す
る燃料電池と、この燃料電池の燃料極及び酸化剤極に燃
料及び酸化剤を供給する燃料供給系統及び酸化剤供給系
統と、これらの燃料供給系統、及び酸化剤供１給系統に
水蒸気を添加する燃料側水蒸気添加系統及び酸化剤側水
蒸気添加系統と、燃料電池より排出される使用済燃料及
び酸化剤ガス中の水分を凝縮する凝縮器とを有す燃料電
池発電装置において、前記凝縮器を通過した使用済み燃
料及び酸化剤を燃料供給系統ヘリサイクルする燃料側リ
サイクル系統及び酸化剤側リサイクル系統を有し、凝縮
器出口の使用済み燃料、及び酸化剤中の蒸気圧が前記燃
料電池の電解質層中のリン酸濃度と燃料電池内部の代表
温度から規定されるリン酸電解液の水蒸気圧と等しくす
ることができる湿度調節系統を備えた、燃料電池発電装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58112853A JPS607068A (ja) | 1983-06-24 | 1983-06-24 | 燃料電池発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58112853A JPS607068A (ja) | 1983-06-24 | 1983-06-24 | 燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS607068A true JPS607068A (ja) | 1985-01-14 |
Family
ID=14597161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58112853A Pending JPS607068A (ja) | 1983-06-24 | 1983-06-24 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS607068A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6142874A (ja) * | 1984-08-03 | 1986-03-01 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システム |
| JPS622461A (ja) * | 1985-06-27 | 1987-01-08 | Toshiba Corp | 燃料電池発電システム燃料系の再循環装置 |
| EP0878860A1 (en) * | 1997-05-13 | 1998-11-18 | Mazda Motor Corporation | Polymer electrolyte fuel cell with internal humidification |
| WO2003041200A3 (en) * | 2001-11-09 | 2004-03-11 | Ballard Power Systems | Fuel cell system and method for operating same |
| WO2004055928A3 (en) * | 2002-12-18 | 2005-03-24 | Nissan Motor | Fuel cell system |
-
1983
- 1983-06-24 JP JP58112853A patent/JPS607068A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6142874A (ja) * | 1984-08-03 | 1986-03-01 | Hitachi Ltd | 燃料電池発電システム |
| JPS622461A (ja) * | 1985-06-27 | 1987-01-08 | Toshiba Corp | 燃料電池発電システム燃料系の再循環装置 |
| EP0878860A1 (en) * | 1997-05-13 | 1998-11-18 | Mazda Motor Corporation | Polymer electrolyte fuel cell with internal humidification |
| US6103412A (en) * | 1997-05-13 | 2000-08-15 | Mazda Motor Corporation | Polymer electrolyte fuel cell |
| WO2003041200A3 (en) * | 2001-11-09 | 2004-03-11 | Ballard Power Systems | Fuel cell system and method for operating same |
| WO2004055928A3 (en) * | 2002-12-18 | 2005-03-24 | Nissan Motor | Fuel cell system |
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