JPS6217960A - 燃料電池の反応ガス供給回路 - Google Patents
燃料電池の反応ガス供給回路Info
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- JPS6217960A JPS6217960A JP60155621A JP15562185A JPS6217960A JP S6217960 A JPS6217960 A JP S6217960A JP 60155621 A JP60155621 A JP 60155621A JP 15562185 A JP15562185 A JP 15562185A JP S6217960 A JPS6217960 A JP S6217960A
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- exhaust gas
- pipe
- flow rate
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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
- H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
-
- 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
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
-
- 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
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- Y02E60/50—Fuel cells
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (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
この発明は、りん酸型燃料電池を対象とした燃料電池の
反応ガス供給回路に関する。
反応ガス供給回路に関する。
この種の燃料電池はりん酸電解液を保持するマトリック
スと、該マトリックスを挟んでその両側に対向する燃料
電極および酸化剤電極と、各電極に対応して外部から供
給された燃料ガス、酸化剤ガスの反応ガスを電極へ与え
るガススペース等で構成されている。かかる構成で前記
の各ガススペースへ燃料ガス供給ライン、酸化剤ガス供
給ラインを通じて外部より燃料、酸化剤の反応ガスを供
給することにより燃料電池が作動して発電を行うことは
周知の通りである。 ところで上記した燃料電池の電池要素は所定の電圧範囲
内にて作動するように設計されており、例えば単電池当
たりの電圧が約０．８ｖを超えると電池構成要素、特に
電極触媒層のカーボン材料の腐食が急速に進み、その結
果触媒が劣化して電池性能が急激に低下することが知ら
れている。しかもこの現象は電極電位の高い酸化剤電極
で問題になる、このために通常は単電池の出力電圧が０
．８Ｖ以下となるように定格負荷を定めて運転を行って
いる。一方、燃料電池は負荷に対する追従性が優れてい
ることから、負荷変動の激しい運転条件の下で使用され
るケースも多く、このような運転条件では低負荷時に電
池電流が大幅に減少し、このままでは単位電池当たりの
出力電圧が０．８ｖを超えるような事態の発生が避けら
れなくなる。 一方、低負荷時に電池電圧が上限を超えて上昇するのを
防止する対策の一つとして、従来より出力電圧が所定値
を超えた場合には酸化剤ガススペースへ供給する酸化剤
ガス中の酸素濃度を薄めて酸化剤電極での電極反応を抑
え、これによって出力電圧を所定値以下に下げる方法が
知られている（特公昭６０−１０４２５号公報）、その
具体的な構成を示すと第２図の如くである。すなわち第
２図において、１はマトリックス２．酸化剤電極３．燃
料電極４．および酸化剤ガススペース５．燃料ガススペ
ース６等で構成された燃料電池の電池本体、７は電池本
体１を収容したケース、８は前記酸化剤ガススペース５
に接続配管した酸化剤ガス供給ライン、９は燃料ガスス
ペース６に接続配管した燃料ガス供給ラインである。こ
こで前記の酸化剤ガス供給ライン８において、ガススペ
ース出口側のガス排出管８ａと入口側のガス供給管８ｂ
との間を結んで排ガス戻し管ｌＯが配管され、かつこの
管路内にガス昇圧手段としの送風機１１および流量調整
弁１２を介装されている。なお１３は電池電圧を検出す
る電圧計、１４は前記送風機１１．流量調整弁１２の制
御装置である。 かかる構成で電池の出力電圧を常時監視し、負荷減少に
より出力電圧が所定値（０，８Ｖ）を超える状態になる
と制御装置１４からの指令により送風機１１が始動する
。これにより酸化剤ガススペース５から排出される排ガ
スの一部がガス排出管８ａから排ガス戻し管１０を経て
ガス供給管８ｂへ還流し、酸化剤ガス供給源から送気さ
れて来たフレッシュな酸化剤ガスと混合して電池本体ｌ
へ供給されるように再循環される。なお排ガス戻し流量
は流量調整弁１２により出力電圧の変動幅に応じて適正
な流量に調整制御される。ここでガススペース５から排
出される排ガスは電極反応により電池本体側で酸素が消
費された分だけ酸素濃度が低下しており、したがって前
記のように酸化剤ガスの排ガスの一部を酸化剤ガス供給
ライン８より新たに供給されるフレッシュな酸化剤ガス
に加えて再循環させることにより、電電池本体に供給す
る酸化剤ガスの酸素濃度が下り、これに伴って電池本体
での電池反応、したがって電池の出力電圧が低下するよ
うになる。 ところで上記した燃料電池の電圧制御方式を実施する場
合には次記のような問題のあることが判明した。すなわ
ちりん酸型燃料電池では電池反応に伴って水が生成され
る。この電池反応生成水は水蒸気の形で主として酸化剤
電極側から酸化剤ガススペース内に移行し、酸化剤ガス
の排ガスとともに電池外へ排出される。したがって第２
図で述べた方式のように排ガスの一部を排ガス戻し管１
０を通じて再循環させる場合にはこの生成水が循環排ガ
スガスに混入するようになる。この場合に生成水が水蒸
気として気相の状態にあれば問題がないが、排ガス戻し
管１０の管内途中で凝縮すると、この凝縮水が流量調整
弁１２に、おける狭い弁体通路を塞いで目詰まりを引き
起こし、この結果として安定したガス流量の調整制御が
行えなくなる不具合を招くことになる。 このような排ガス流量制御上での弊害を防止するために
は、流量調整弁１２に至るまでの管内上流側で排ガス戻
し管１０を通流する排ガスを高温のまま保温して生成水
の凝縮を抑えるか、あるいは配管の途中で排ガスの水分
を除去する必要がある。 この場合に前者の方法を採用するには例えば排ガス戻し
管に保温ヒータを配備する手段が考えられ、また後者の
方法には配管の途中に気体と水とを分離するコンデンサ
を設置するか、あるいは水分吸着剤の充填容器内に排ガ
スを通す等の手段が考えられるが、いずれの場合も設備
費、運転維持費が嵩む他、メインテナンスが面倒である
等の難点がある。
スと、該マトリックスを挟んでその両側に対向する燃料
電極および酸化剤電極と、各電極に対応して外部から供
給された燃料ガス、酸化剤ガスの反応ガスを電極へ与え
るガススペース等で構成されている。かかる構成で前記
の各ガススペースへ燃料ガス供給ライン、酸化剤ガス供
給ラインを通じて外部より燃料、酸化剤の反応ガスを供
給することにより燃料電池が作動して発電を行うことは
周知の通りである。 ところで上記した燃料電池の電池要素は所定の電圧範囲
内にて作動するように設計されており、例えば単電池当
たりの電圧が約０．８ｖを超えると電池構成要素、特に
電極触媒層のカーボン材料の腐食が急速に進み、その結
果触媒が劣化して電池性能が急激に低下することが知ら
れている。しかもこの現象は電極電位の高い酸化剤電極
で問題になる、このために通常は単電池の出力電圧が０
．８Ｖ以下となるように定格負荷を定めて運転を行って
いる。一方、燃料電池は負荷に対する追従性が優れてい
ることから、負荷変動の激しい運転条件の下で使用され
るケースも多く、このような運転条件では低負荷時に電
池電流が大幅に減少し、このままでは単位電池当たりの
出力電圧が０．８ｖを超えるような事態の発生が避けら
れなくなる。 一方、低負荷時に電池電圧が上限を超えて上昇するのを
防止する対策の一つとして、従来より出力電圧が所定値
を超えた場合には酸化剤ガススペースへ供給する酸化剤
ガス中の酸素濃度を薄めて酸化剤電極での電極反応を抑
え、これによって出力電圧を所定値以下に下げる方法が
知られている（特公昭６０−１０４２５号公報）、その
具体的な構成を示すと第２図の如くである。すなわち第
２図において、１はマトリックス２．酸化剤電極３．燃
料電極４．および酸化剤ガススペース５．燃料ガススペ
ース６等で構成された燃料電池の電池本体、７は電池本
体１を収容したケース、８は前記酸化剤ガススペース５
に接続配管した酸化剤ガス供給ライン、９は燃料ガスス
ペース６に接続配管した燃料ガス供給ラインである。こ
こで前記の酸化剤ガス供給ライン８において、ガススペ
ース出口側のガス排出管８ａと入口側のガス供給管８ｂ
との間を結んで排ガス戻し管ｌＯが配管され、かつこの
管路内にガス昇圧手段としの送風機１１および流量調整
弁１２を介装されている。なお１３は電池電圧を検出す
る電圧計、１４は前記送風機１１．流量調整弁１２の制
御装置である。 かかる構成で電池の出力電圧を常時監視し、負荷減少に
より出力電圧が所定値（０，８Ｖ）を超える状態になる
と制御装置１４からの指令により送風機１１が始動する
。これにより酸化剤ガススペース５から排出される排ガ
スの一部がガス排出管８ａから排ガス戻し管１０を経て
ガス供給管８ｂへ還流し、酸化剤ガス供給源から送気さ
れて来たフレッシュな酸化剤ガスと混合して電池本体ｌ
へ供給されるように再循環される。なお排ガス戻し流量
は流量調整弁１２により出力電圧の変動幅に応じて適正
な流量に調整制御される。ここでガススペース５から排
出される排ガスは電極反応により電池本体側で酸素が消
費された分だけ酸素濃度が低下しており、したがって前
記のように酸化剤ガスの排ガスの一部を酸化剤ガス供給
ライン８より新たに供給されるフレッシュな酸化剤ガス
に加えて再循環させることにより、電電池本体に供給す
る酸化剤ガスの酸素濃度が下り、これに伴って電池本体
での電池反応、したがって電池の出力電圧が低下するよ
うになる。 ところで上記した燃料電池の電圧制御方式を実施する場
合には次記のような問題のあることが判明した。すなわ
ちりん酸型燃料電池では電池反応に伴って水が生成され
る。この電池反応生成水は水蒸気の形で主として酸化剤
電極側から酸化剤ガススペース内に移行し、酸化剤ガス
の排ガスとともに電池外へ排出される。したがって第２
図で述べた方式のように排ガスの一部を排ガス戻し管１
０を通じて再循環させる場合にはこの生成水が循環排ガ
スガスに混入するようになる。この場合に生成水が水蒸
気として気相の状態にあれば問題がないが、排ガス戻し
管１０の管内途中で凝縮すると、この凝縮水が流量調整
弁１２に、おける狭い弁体通路を塞いで目詰まりを引き
起こし、この結果として安定したガス流量の調整制御が
行えなくなる不具合を招くことになる。 このような排ガス流量制御上での弊害を防止するために
は、流量調整弁１２に至るまでの管内上流側で排ガス戻
し管１０を通流する排ガスを高温のまま保温して生成水
の凝縮を抑えるか、あるいは配管の途中で排ガスの水分
を除去する必要がある。 この場合に前者の方法を採用するには例えば排ガス戻し
管に保温ヒータを配備する手段が考えられ、また後者の
方法には配管の途中に気体と水とを分離するコンデンサ
を設置するか、あるいは水分吸着剤の充填容器内に排ガ
スを通す等の手段が考えられるが、いずれの場合も設備
費、運転維持費が嵩む他、メインテナンスが面倒である
等の難点がある。
この発明は上記の点にかんがみなされたものであり、第
２図で述べた方式を実施するに際し、排ガス戻し管路を
通流する排ガスに混入している電池反応生成水の凝縮を
簡易な手段で防止して排ガスの再循環流量の調整制御が
安定よく行えるようにした燃料電池の反応ガス供給回路
を提供することを目的とする。
２図で述べた方式を実施するに際し、排ガス戻し管路を
通流する排ガスに混入している電池反応生成水の凝縮を
簡易な手段で防止して排ガスの再循環流量の調整制御が
安定よく行えるようにした燃料電池の反応ガス供給回路
を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、この発明は酸化剤ガス供給
ラインにおけるガス排出管とガス供給管との間を結んで
配管された排ガス戻し管のうち、少なくとも該管路内に
介装した流量調整弁の位置より上流側の配管部分を燃料
電池本体の収容ケース内の高温雰囲気中を通して配管し
、電池本体の発熱を利用して管内を通流する排ガスを高
温に保持することにより排ガス中に混入している電池反
応生成水が凝縮するのを防止するようにしたものである
。
ラインにおけるガス排出管とガス供給管との間を結んで
配管された排ガス戻し管のうち、少なくとも該管路内に
介装した流量調整弁の位置より上流側の配管部分を燃料
電池本体の収容ケース内の高温雰囲気中を通して配管し
、電池本体の発熱を利用して管内を通流する排ガスを高
温に保持することにより排ガス中に混入している電池反
応生成水が凝縮するのを防止するようにしたものである
。
第１図はこの発明の実施例を示すものであり、第２図に
対応する同一部材には同じ符号が付しである。すなわち
この発明により酸化剤ガス供給ライン８におけるガス排
出管８ａとガス供給管８ｂとの間を結んで配管された排
ガス戻し管１０の一部が該管路内に介装された流量調整
弁１２とともに電池本体の収容ケース７の内部を通すよ
うに配管されている。ここで収容ケース７は電池本体１
からのガス漏れを防止するために設置したもので、その
内部には窒素等の不活性ガスを封入して電池本体１の各
ガススペースのガス圧と同程度のガス圧に保ち、電池本
体ｌの内外のガス圧力差を微少に保持 ”している。し
かもりん酸型燃料電池の運転温度は通常１９０℃前後で
あることから、前記収容ケース内の雰囲気温度はすくな
くとも１００℃以上であり、したがってケース内に配管
されている排ガス戻し管１０の部分では排ガス中に含ま
れている電池反応生成水が気相の状態を保って凝縮する
ことはない。 これにより流量調整弁１２の内部に生成水による目詰ま
りの発生する恐れはなく、流量調整弁１２による排ガス
の流量制御が安定して行えるようになる。 また上記実施例では流量調整弁１２を排気戻し管１０と
一緒に収容ケース７内に収容した例を示したが、この流
量調整弁１２を図中の破線で示すように排ガス戻し管１
０を収容ケース７から外部へ引き出した下流側位置に設
置するようにしてもよい。この流量調整弁の配置では、
管内を通流する排ガスがケース内配管部分で加熱されて
充分高温を維持していて排ガス中の生成水が流量調整弁
１２の内部で凝縮する恐れはなく、前記と同様に凝縮水
による流量調整弁１２の目詰まりが確実に防止できる。 しかも流量調整弁１２を収容ケース７の外部に位置して
介装することにより、必要に応じて流量調整弁を手動操
作することも可能である他、流量調整弁１２と制御装置
１４との間の電気配線をケース内に通す必要がなくな配
線が簡易となる等の利点が得られる。
対応する同一部材には同じ符号が付しである。すなわち
この発明により酸化剤ガス供給ライン８におけるガス排
出管８ａとガス供給管８ｂとの間を結んで配管された排
ガス戻し管１０の一部が該管路内に介装された流量調整
弁１２とともに電池本体の収容ケース７の内部を通すよ
うに配管されている。ここで収容ケース７は電池本体１
からのガス漏れを防止するために設置したもので、その
内部には窒素等の不活性ガスを封入して電池本体１の各
ガススペースのガス圧と同程度のガス圧に保ち、電池本
体ｌの内外のガス圧力差を微少に保持 ”している。し
かもりん酸型燃料電池の運転温度は通常１９０℃前後で
あることから、前記収容ケース内の雰囲気温度はすくな
くとも１００℃以上であり、したがってケース内に配管
されている排ガス戻し管１０の部分では排ガス中に含ま
れている電池反応生成水が気相の状態を保って凝縮する
ことはない。 これにより流量調整弁１２の内部に生成水による目詰ま
りの発生する恐れはなく、流量調整弁１２による排ガス
の流量制御が安定して行えるようになる。 また上記実施例では流量調整弁１２を排気戻し管１０と
一緒に収容ケース７内に収容した例を示したが、この流
量調整弁１２を図中の破線で示すように排ガス戻し管１
０を収容ケース７から外部へ引き出した下流側位置に設
置するようにしてもよい。この流量調整弁の配置では、
管内を通流する排ガスがケース内配管部分で加熱されて
充分高温を維持していて排ガス中の生成水が流量調整弁
１２の内部で凝縮する恐れはなく、前記と同様に凝縮水
による流量調整弁１２の目詰まりが確実に防止できる。 しかも流量調整弁１２を収容ケース７の外部に位置して
介装することにより、必要に応じて流量調整弁を手動操
作することも可能である他、流量調整弁１２と制御装置
１４との間の電気配線をケース内に通す必要がなくな配
線が簡易となる等の利点が得られる。
以上述べたようにこの発明によれば、酸化剤ガス供給ラ
インにおけるガス排出管とガス供給管との間に配管した
排ガス戻し管のうち、少なくとも該管路内に介装された
前記流量調整弁より上流側の一部を電池本体収容ケース
内の高温雰囲気中を通して配管したことにより、燃料電
池の運転に伴う発生熱を利用して排ガス戻し管内を通流
する排ガスを高温に維持し、これにより排ガス中に含ま
れる電池反応生成水の凝縮を防止して流量調整弁の安定
した機能維持を図ることができる。しかもヒータ等の特
別な排ガス保温手段、コンデンサ等の気液分離設備を使
用しないのでこれに付随する経済的負担、メインテナン
スも不要になる等の利点も得られる。
インにおけるガス排出管とガス供給管との間に配管した
排ガス戻し管のうち、少なくとも該管路内に介装された
前記流量調整弁より上流側の一部を電池本体収容ケース
内の高温雰囲気中を通して配管したことにより、燃料電
池の運転に伴う発生熱を利用して排ガス戻し管内を通流
する排ガスを高温に維持し、これにより排ガス中に含ま
れる電池反応生成水の凝縮を防止して流量調整弁の安定
した機能維持を図ることができる。しかもヒータ等の特
別な排ガス保温手段、コンデンサ等の気液分離設備を使
用しないのでこれに付随する経済的負担、メインテナン
スも不要になる等の利点も得られる。
第１図はこの発明の実施例の回路図、第２図は従来にお
ける燃料電池の反応ガス供給回路の系統図である。図に
おいて、 １：燃料電池の電池本体、２Ｉマトリツクス、３．４：
電極、５．６＋ガススペース、７：電池本体の収容ケー
ス、８：酸化剤ガス供給ライン、８ａ＋ガス排出管、８
ｂｊガス供給管、１０；排ガス戻し管、１１：ガス昇圧
手段としての送風機、１２８流量調整弁。
ける燃料電池の反応ガス供給回路の系統図である。図に
おいて、 １：燃料電池の電池本体、２Ｉマトリツクス、３．４：
電極、５．６＋ガススペース、７：電池本体の収容ケー
ス、８：酸化剤ガス供給ライン、８ａ＋ガス排出管、８
ｂｊガス供給管、１０；排ガス戻し管、１１：ガス昇圧
手段としての送風機、１２８流量調整弁。
Claims (1)
- １）電解質、燃料電極、酸化剤電極、および各電極に対
応するガススペースからなる電池本体の前記酸化剤ガス
スペース側に接続配管された酸化剤ガス供給ラインに対
し、ガススペース出口側のガス排出管と入口側のガス供
給管との間を結んでガス昇圧手段および流量調整弁を介
装した排ガス戻し管を配管し、酸化剤ガスの排ガスの一
部を前記排ガス戻し管を通じて電池本体へ再循環させる
ことにより電池本体へ供給する酸化剤ガスの酸素濃度を
調節して出力電圧の制御を行うようにした燃料電池の反
応ガス供給回路において、前記排ガス戻し管のうち、少
なくとも該管路内に介装された前記流量調整弁より上流
側の一部を電池本体収容ケース内の高温雰囲気中を通し
て配管したことを特徴とする燃料電池の反応ガス供給回
路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60155621A JPS6217960A (ja) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | 燃料電池の反応ガス供給回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60155621A JPS6217960A (ja) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | 燃料電池の反応ガス供給回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6217960A true JPS6217960A (ja) | 1987-01-26 |
Family
ID=15610008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60155621A Pending JPS6217960A (ja) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | 燃料電池の反応ガス供給回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6217960A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63181267A (ja) * | 1987-01-21 | 1988-07-26 | Toshiba Corp | 燃料電池発電装置 |
-
1985
- 1985-07-15 JP JP60155621A patent/JPS6217960A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63181267A (ja) * | 1987-01-21 | 1988-07-26 | Toshiba Corp | 燃料電池発電装置 |
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