JPS63128565A - 高圧リン酸燃料電池スタック組立体 - Google Patents
高圧リン酸燃料電池スタック組立体Info
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- JPS63128565A JPS63128565A JP62277247A JP27724787A JPS63128565A JP S63128565 A JPS63128565 A JP S63128565A JP 62277247 A JP62277247 A JP 62277247A JP 27724787 A JP27724787 A JP 27724787A JP S63128565 A JPS63128565 A JP S63128565A
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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】
技術分野
本発明は、改良された燃料電池スタック、一層詳細には
、より高い圧力で作動可能であり、その結果として効率
が高められ、電力密度が高められ且つコストが低減され
ているリン酸燃料電池スタックシステムに係る。
、より高い圧力で作動可能であり、その結果として効率
が高められ、電力密度が高められ且つコストが低減され
ているリン酸燃料電池スタックシステムに係る。
発明の背景
スタック内の電池が電気及び水を発生するべくｆＩＩ素
及び水素反応材とならんでリン酸電解質を使用する燃料
電池スタックは従来からよく知られている。従来のリン
酸燃料電池スタックは、スタック内の離れた冷却通路を
通過し、また二相の水−蒸気混合物としてスタック冷却
通路から排出される水冷却材により温度制御されてきた
。この二相混合物の水及び蒸気成分は次いで分離されて
、水はスタック温度をもう一度制御するのに使用され得
るし、また蒸気はスタックに対する水素燃料反応材を生
ずるべくメタンなどのような生燃料と反応させられるべ
く改質器に送られる。改質器の温度は、それに組み合わ
されており固有の燃料供給をされる燃焼器により適当な
温度に保たれる。１９８２年８月１７日付は米国特許第
４．３４４．８４９号明細書には、一般的に前記の仕方
で作動する燃料電池スタックの一形態が開示されている
。この形式の燃料電池スタックの作動を制限する因子は
改質器を作動させるのに蒸気を使用することから生ずる
。発生される蒸気の温度、従ってまた圧力はスタック作
動温度により制限されている。この温度は従来は４０５
”Ｆ （２０７°Ｃ）である、このことはスタック作動
を１２０〜１７０ｐｓｉａ（０，８３〜１．１７ＭＰａ
）の範囲に制限する。これらの比較的低い作動圧力は熱
レート及び作動効率を制限し、また達成可能な電池電力
密度をも制限し、その結果としてコストの増大を伴う、
追加的に、前記のように、改質器を作動させるのに蒸気
を使用することは改質器燃焼器を必要とし、従ってまた
その固有の燃料源を必要とする。
及び水素反応材とならんでリン酸電解質を使用する燃料
電池スタックは従来からよく知られている。従来のリン
酸燃料電池スタックは、スタック内の離れた冷却通路を
通過し、また二相の水−蒸気混合物としてスタック冷却
通路から排出される水冷却材により温度制御されてきた
。この二相混合物の水及び蒸気成分は次いで分離されて
、水はスタック温度をもう一度制御するのに使用され得
るし、また蒸気はスタックに対する水素燃料反応材を生
ずるべくメタンなどのような生燃料と反応させられるべ
く改質器に送られる。改質器の温度は、それに組み合わ
されており固有の燃料供給をされる燃焼器により適当な
温度に保たれる。１９８２年８月１７日付は米国特許第
４．３４４．８４９号明細書には、一般的に前記の仕方
で作動する燃料電池スタックの一形態が開示されている
。この形式の燃料電池スタックの作動を制限する因子は
改質器を作動させるのに蒸気を使用することから生ずる
。発生される蒸気の温度、従ってまた圧力はスタック作
動温度により制限されている。この温度は従来は４０５
”Ｆ （２０７°Ｃ）である、このことはスタック作動
を１２０〜１７０ｐｓｉａ（０，８３〜１．１７ＭＰａ
）の範囲に制限する。これらの比較的低い作動圧力は熱
レート及び作動効率を制限し、また達成可能な電池電力
密度をも制限し、その結果としてコストの増大を伴う、
追加的に、前記のように、改質器を作動させるのに蒸気
を使用することは改質器燃焼器を必要とし、従ってまた
その固有の燃料源を必要とする。
本発明のシステムは改質器を作動させるのに蒸気を使用
せず、従ってスタックがより高い内部圧力のもとに作動
可能であり、その結果として低い熱レート、従ってまた
高い効率での作動、また高い電池電力密度及び低いコス
トでの作動が可能である。追加的に、本発明のシステム
は、改質器内に適当な温度を保つのに改質器燃焼器の使
用を必要としない０本発明によるスタックの冷却は燃料
電池スタックの正極側からの湿った酸素欠乏排出物気体
をスタックの冷却通路に戻すように循環させることによ
り実現されている。スタック冷却通路に到達前に、水は
再循環される正極排出物気体中に霧の形態で飛沫同伴さ
れている。こうして本発明に於ける冷却材は湿った酸素
欠乏正極排出物気体中に飛沫同伴されている水霧の混合
物である、この混合物は冷却通路を通して循環され、そ
こで混合物中に飛沫同伴されている水滴が蒸発してスタ
ック内の電池を冷却する。こうして冷却通路からの排出
物は水蒸気、酸素及び窒素の混合物である。これは公知
の場合に形成される蒸気及び水冷却材排出物と対照をな
す、排出される冷却材のなかに存在する水は水蒸気の形
態であるで、スタックの内部圧力は２００ｐｓｉａない
し６００ｐｓ ｉ ａ （１，４〜４．１ＭＰａ）の
範囲内、好ましくは４００ｐｓ ｉａ （２，８ＭＰ
ａ）に保たれ得る。
せず、従ってスタックがより高い内部圧力のもとに作動
可能であり、その結果として低い熱レート、従ってまた
高い効率での作動、また高い電池電力密度及び低いコス
トでの作動が可能である。追加的に、本発明のシステム
は、改質器内に適当な温度を保つのに改質器燃焼器の使
用を必要としない０本発明によるスタックの冷却は燃料
電池スタックの正極側からの湿った酸素欠乏排出物気体
をスタックの冷却通路に戻すように循環させることによ
り実現されている。スタック冷却通路に到達前に、水は
再循環される正極排出物気体中に霧の形態で飛沫同伴さ
れている。こうして本発明に於ける冷却材は湿った酸素
欠乏正極排出物気体中に飛沫同伴されている水霧の混合
物である、この混合物は冷却通路を通して循環され、そ
こで混合物中に飛沫同伴されている水滴が蒸発してスタ
ック内の電池を冷却する。こうして冷却通路からの排出
物は水蒸気、酸素及び窒素の混合物である。これは公知
の場合に形成される蒸気及び水冷却材排出物と対照をな
す、排出される冷却材のなかに存在する水は水蒸気の形
態であるで、スタックの内部圧力は２００ｐｓｉａない
し６００ｐｓ ｉ ａ （１，４〜４．１ＭＰａ）の
範囲内、好ましくは４００ｐｓ ｉａ （２，８ＭＰ
ａ）に保たれ得る。
これは、後で一層詳細に説明するように、ターボ圧縮機
で行われる。排出された冷却材は次いでその温度を適当
な温度に高められてからメタンなどのような加熱された
生燃料と反応するべくオートサーマル改質器のなかへ送
られる。改質器のなかに加熱された酸素気体が存在する
ことは水素発生反応をオートサーマルとし、従って改質
器のなかで発生される水素気体は補助的な改質器燃焼器
の必要なしに入来する酸素−窒素−水蒸気反応材混合物
と同一の温度にある。スタック内の高められた作動圧力
は低い熱レートで高いスタック電池電力密度を、典型的
に７５００ＢＴＵ／ｋＷ−ｈの熱レートで４００Ｗ／ｆ
ｔ ２ （３７Ｗ／ｍ２）の電力密度を発生する。こ
れは、典型的に約８３００ＢＴＵ／ｋＷ−ｈの熱レート
で約１４０Ｗ／ｆＬ ２ （１３Ｗ／ｍ２）の電力密度
を発生する蒸気改質器低圧スタックと比較される。熱レ
ートは発生される電力のｋＷあたり必要とされる燃料入
力のＢＴＵ／ｈとして定義されている。
で行われる。排出された冷却材は次いでその温度を適当
な温度に高められてからメタンなどのような加熱された
生燃料と反応するべくオートサーマル改質器のなかへ送
られる。改質器のなかに加熱された酸素気体が存在する
ことは水素発生反応をオートサーマルとし、従って改質
器のなかで発生される水素気体は補助的な改質器燃焼器
の必要なしに入来する酸素−窒素−水蒸気反応材混合物
と同一の温度にある。スタック内の高められた作動圧力
は低い熱レートで高いスタック電池電力密度を、典型的
に７５００ＢＴＵ／ｋＷ−ｈの熱レートで４００Ｗ／ｆ
ｔ ２ （３７Ｗ／ｍ２）の電力密度を発生する。こ
れは、典型的に約８３００ＢＴＵ／ｋＷ−ｈの熱レート
で約１４０Ｗ／ｆＬ ２ （１３Ｗ／ｍ２）の電力密度
を発生する蒸気改質器低圧スタックと比較される。熱レ
ートは発生される電力のｋＷあたり必要とされる燃料入
力のＢＴＵ／ｈとして定義されている。
従って、本発明の目的は、より高い効率で作動し、より
高い電力密度を発生し、またより経済的に作動する改良
されたリン酸燃料電池スタックシステムを提供すること
である。
高い電力密度を発生し、またより経済的に作動する改良
されたリン酸燃料電池スタックシステムを提供すること
である。
本発明の追加的な目的は、より高い内部圧力で作動し得
る前記の特性の燃料電池スタックシステムを提供するこ
とである。
る前記の特性の燃料電池スタックシステムを提供するこ
とである。
本発明の他の目的は、改質器反応材としてｒＩｉ素、窒
素、（又は空気）及び水蒸気の気体状混合物を使用する
前記の特性の燃料電池スタックシステムを提供すること
である。
素、（又は空気）及び水蒸気の気体状混合物を使用する
前記の特性の燃料電池スタックシステムを提供すること
である。
本発明の別の目的は、改質器反応がオートサーマルであ
り、完了されるべき反応に対して補助的な改質器を必要
としない前記の特性の燃料電池スタックシステムを提供
することである。
り、完了されるべき反応に対して補助的な改質器を必要
としない前記の特性の燃料電池スタックシステムを提供
することである。
本発明の上記及び他の目的及び利点は、以下にその好ま
しい実施例を図面により一層詳細に説明するなかで一層
明らかになろう。
しい実施例を図面により一層詳細に説明するなかで一層
明らかになろう。
発明を実施するための最良の形態
さて第１図を参すると、本発明に従って形成された改良
された燃料電池スタックシステムの概要が示されている
。スタック内の電池は電解質としてリン酸を、また反応
材として酸素及び水素を利用する形式のものである。空
気は周囲温度で入口２からシステムに入り、圧縮機４で
約４５ｐｓｉａ（０，３ＭＰａ）の圧力に圧縮され、ま
たその温度が約１３０°Ｆ（５４°Ｃ）に高められる。
された燃料電池スタックシステムの概要が示されている
。スタック内の電池は電解質としてリン酸を、また反応
材として酸素及び水素を利用する形式のものである。空
気は周囲温度で入口２からシステムに入り、圧縮機４で
約４５ｐｓｉａ（０，３ＭＰａ）の圧力に圧縮され、ま
たその温度が約１３０°Ｆ（５４°Ｃ）に高められる。
圧縮且つ加熱された空気は次いで中間冷却器６を通過し
、そこで約１３０’Ｆ（５４°Ｃ）の温度に冷却され、
次いで圧縮機８を通過し、そこで約１３０ｐｓ ｉａ
（０，９０ＭＰａ）の圧力に圧縮され、またその温度
が約３８５°Ｆ（１９６°Ｃ）に高められる。圧縮且つ
加熱された空気は第二の中間冷却器ＩＯを通過し、そこ
でその温度が再び約１３０’Ｆ （５４°Ｃ）に下げら
れる。空気は次いで圧縮ｔｆｆｌ１２を通過し、そこで
約４００ｐｓ １ａ（２，８ＭＰａ）の作動圧力に圧縮
され、またその温度が約３９０°Ｆ（１９９°Ｃ）に高
められる。圧縮機１２がら空気は通路１４を経てスタッ
ク１８の正極（ｃａｔｈｏｄｅ）側１６に入る。酸素欠
乏空気はスタック１８の正極側１６から通路２０を経て
約４０５“Ｆ（２０７°Ｃ）の温度で排出される。通路
２０を経てスタックを去る空気はスタック内の電気化学
的反応の副生物として生じた湿気を含んでいる。水霧気
体は分岐通路２２から通路２０内の正極排出流のなかに
飛沫同伴されている。水霧は約１３８°Ｆの温度であり
、従って正極排出物−水霧混合物は約４００°Ｆ（２０
４゜Ｃ）の温度を有する。湿った正極排出物−水霧混合
物はスタック１８の冷却部分２４を通される。
、そこで約１３０’Ｆ（５４°Ｃ）の温度に冷却され、
次いで圧縮機８を通過し、そこで約１３０ｐｓ ｉａ
（０，９０ＭＰａ）の圧力に圧縮され、またその温度
が約３８５°Ｆ（１９６°Ｃ）に高められる。圧縮且つ
加熱された空気は第二の中間冷却器ＩＯを通過し、そこ
でその温度が再び約１３０’Ｆ （５４°Ｃ）に下げら
れる。空気は次いで圧縮ｔｆｆｌ１２を通過し、そこで
約４００ｐｓ １ａ（２，８ＭＰａ）の作動圧力に圧縮
され、またその温度が約３９０°Ｆ（１９９°Ｃ）に高
められる。圧縮機１２がら空気は通路１４を経てスタッ
ク１８の正極（ｃａｔｈｏｄｅ）側１６に入る。酸素欠
乏空気はスタック１８の正極側１６から通路２０を経て
約４０５“Ｆ（２０７°Ｃ）の温度で排出される。通路
２０を経てスタックを去る空気はスタック内の電気化学
的反応の副生物として生じた湿気を含んでいる。水霧気
体は分岐通路２２から通路２０内の正極排出流のなかに
飛沫同伴されている。水霧は約１３８°Ｆの温度であり
、従って正極排出物−水霧混合物は約４００°Ｆ（２０
４゜Ｃ）の温度を有する。湿った正極排出物−水霧混合
物はスタック１８の冷却部分２４を通される。
混合物内の水滴は冷却部分２４のなかで蒸発して電池を
冷却し、また冷却部分２４から排出される空気−水蒸気
混合物は約４０５°Ｆ（２０７°Ｃ）の温度を有する。
冷却し、また冷却部分２４から排出される空気−水蒸気
混合物は約４０５°Ｆ（２０７°Ｃ）の温度を有する。
空気−水蒸気混合物は次いで熱交換器２８を通過して約
５５０°Ｆ（２８８゜Ｃ）の温度に高められ、次いで通
路３０を経て次の熱交換器３２に入る。空気−水蒸気混
合物の温度は熱交換器３２のなかで約１４００°Ｆ（７
６０″Ｃ）に高められ、加熱された混合物はコンジット
３４に入る。加熱された混合物の一部分はコンジット３
４から通路３６のなかヘブリードされ、通路３６を経て
触媒燃焼器３８のなかへその燃焼を助けるために供給さ
れる。加熱された空気−水蒸気混合物の残りはオートサ
ーマル改質器４゜に供給され、そこでスタック１８の燃
料として必要とされる水素を形成するべく生燃料と反応
する。
５５０°Ｆ（２８８゜Ｃ）の温度に高められ、次いで通
路３０を経て次の熱交換器３２に入る。空気−水蒸気混
合物の温度は熱交換器３２のなかで約１４００°Ｆ（７
６０″Ｃ）に高められ、加熱された混合物はコンジット
３４に入る。加熱された混合物の一部分はコンジット３
４から通路３６のなかヘブリードされ、通路３６を経て
触媒燃焼器３８のなかへその燃焼を助けるために供給さ
れる。加熱された空気−水蒸気混合物の残りはオートサ
ーマル改質器４゜に供給され、そこでスタック１８の燃
料として必要とされる水素を形成するべく生燃料と反応
する。
メタンなどのような生燃料はほぼ周囲温度で通路４２を
経てシステムに入る。生燃料は通路４２から熱交換器４
４を通過し、そこでその温度が約６００°Ｆ（３１６°
Ｃ）に高められる。生燃料は次いでコンジット４６を経
てオートサーマル改質器４０に入り、そこでスタック内
で使用するための水素を形成するべく空気−水蒸気混合
物と反応する。水素富化気体は約１４００″Ｆ（７６０
’Ｃ）の温度で通路４８を経て改質器４ｏを去る、改質
器４０を去る水素富化気体が通路３４から改質器４０に
入る空気−水蒸気混合物と同一の温度を有することに気
づくであろう、水素富化気体は通路４８から熱交換器５
０に入り、そこでその温度を約７００°Ｆ（３７１″Ｃ
）に下げられ、またそこからコンジット５２に入る。コ
ンジット５４から燃料気体は熱交換器２８を通過し、そ
こでその温度を約４７０°Ｆ（２４３°Ｃ）に下げられ
てからコンジット５６に入る。燃料気体はコンジット５
６から約４７０°Ｆ（２４３°Ｃ）の温度でスタック１
８の負極（ａｎｏｄｅ）側５８に入り、また水素欠乏燃
料気体排出物は約４００°Ｆ（２０４°Ｃ）の温度でス
タック８からコンジット６０に入る。水素欠乏気体はコ
ンジット６０から熱交換器５０に入り、そこでその温度
を約１２６０°Ｆ（６８２°Ｃ）に高められてから通路
６２を経て触媒燃焼器３８に入る。触媒燃焼器３８から
の排出物は約１６００°Ｆ（８７１°Ｃ）の温度でコン
ジット６４を経て熱交換器３２に入る。
経てシステムに入る。生燃料は通路４２から熱交換器４
４を通過し、そこでその温度が約６００°Ｆ（３１６°
Ｃ）に高められる。生燃料は次いでコンジット４６を経
てオートサーマル改質器４０に入り、そこでスタック内
で使用するための水素を形成するべく空気−水蒸気混合
物と反応する。水素富化気体は約１４００″Ｆ（７６０
’Ｃ）の温度で通路４８を経て改質器４ｏを去る、改質
器４０を去る水素富化気体が通路３４から改質器４０に
入る空気−水蒸気混合物と同一の温度を有することに気
づくであろう、水素富化気体は通路４８から熱交換器５
０に入り、そこでその温度を約７００°Ｆ（３７１″Ｃ
）に下げられ、またそこからコンジット５２に入る。コ
ンジット５４から燃料気体は熱交換器２８を通過し、そ
こでその温度を約４７０°Ｆ（２４３°Ｃ）に下げられ
てからコンジット５６に入る。燃料気体はコンジット５
６から約４７０°Ｆ（２４３°Ｃ）の温度でスタック１
８の負極（ａｎｏｄｅ）側５８に入り、また水素欠乏燃
料気体排出物は約４００°Ｆ（２０４°Ｃ）の温度でス
タック８からコンジット６０に入る。水素欠乏気体はコ
ンジット６０から熱交換器５０に入り、そこでその温度
を約１２６０°Ｆ（６８２°Ｃ）に高められてから通路
６２を経て触媒燃焼器３８に入る。触媒燃焼器３８から
の排出物は約１６００°Ｆ（８７１°Ｃ）の温度でコン
ジット６４を経て熱交換器３２に入る。
熱交換器３２のなかで触媒燃焼器排出物の温度を約７８
５°Ｆ（４１８°Ｃ）に下げられる。冷却された排出物
は次いでコンジット６６を経てタービン６８に入り、こ
こでは図示の目的で三つの離れたステーションとして示
されている三段圧縮機から成る空気圧縮機４．８及び１
２に動力を与えるタービン６８を駆動するのに使用され
る。タービン６８からの排出物は約１８０°Ｆ（８２°
Ｃ）の温度士コンジット７２を経て凝縮器７０に送られ
る。凝縮器７０のなかでタービン排出物の温度は下げら
れ、また水霧が約１４０°Ｆ（６０’Ｃ）の温度で発生
されて、通路２２を経て冷却材コンジット２０に戻され
る。凝縮器７０は通路７４を経“で排出される。またタ
ービン６８はシステムの全電力出力の約１／３までの少
なからざる大きさの電力を発生する発電機をも駆動する
。
５°Ｆ（４１８°Ｃ）に下げられる。冷却された排出物
は次いでコンジット６６を経てタービン６８に入り、こ
こでは図示の目的で三つの離れたステーションとして示
されている三段圧縮機から成る空気圧縮機４．８及び１
２に動力を与えるタービン６８を駆動するのに使用され
る。タービン６８からの排出物は約１８０°Ｆ（８２°
Ｃ）の温度士コンジット７２を経て凝縮器７０に送られ
る。凝縮器７０のなかでタービン排出物の温度は下げら
れ、また水霧が約１４０°Ｆ（６０’Ｃ）の温度で発生
されて、通路２２を経て冷却材コンジット２０に戻され
る。凝縮器７０は通路７４を経“で排出される。またタ
ービン６８はシステムの全電力出力の約１／３までの少
なからざる大きさの電力を発生する発電機をも駆動する
。
システムを循環する気体の水分に関しては、第２図にシ
ステム内の種々の位置にシステム内のメタンの各モルあ
たりのモル等酒量で水分の近偵的な値が記入されている
。システムを作動させるのに必要とされる水がスタック
の電池内及び触媒燃焼器内の反応により発生されること
に気づかれよう、平衡は、電気化学的反応により形成さ
れる量と等価な量の水を凝縮器７０から排出することに
より保たれる。
ステム内の種々の位置にシステム内のメタンの各モルあ
たりのモル等酒量で水分の近偵的な値が記入されている
。システムを作動させるのに必要とされる水がスタック
の電池内及び触媒燃焼器内の反応により発生されること
に気づかれよう、平衡は、電気化学的反応により形成さ
れる量と等価な量の水を凝縮器７０から排出することに
より保たれる。
次に第３図を参照すると、本発明に従って形成されたス
タックと、公知の技術に従って作動しまた水冷却材の使
用により蒸気を発生するスタックとの作動を比較するグ
ラフが示されている０本発明のシステムが約７５００Ｂ
ＴＵ／ｋＷ−ｈのシステム熱レートで約４００Ｗ／ｆ
ｔ ’ （３７Ｗ／ｍ’）の電池電力密度を発生し得
ることは気づかれよう、スタックはこれらの作動条件を
達成するべく約４００ｐｓ ｉ （２，８ＭＰａ）に
加圧される、これらの作動条件はスタック内の圧力を変
更することにより変更され得る。より高い電池電力密度
が、スタック内の内部圧力を高めるとこにより、はぼ同
一のシステム熱レートで得られる。約２００ ｐ ｓ
ｉ ａ （１，４ＭＰａ）ないし約６００ｐｓｉａ
（４，１ＭＰａ）の範囲の内部スタック圧力が本発明に
より企図されている。この圧力で、スタックは約１４０
Ｗ／ｆ ｔ ２ （１３Ｗ／ｍ２）の電池電力密度及び
約８３００ＢＴＬｌ／ｋＷ−ｈのシステム熱レートを発
生する。より高い効率でより高い電力密度及びその結果
としてのより低いコストが本発明のシステムにより実現
されることは容易に明らかである。
タックと、公知の技術に従って作動しまた水冷却材の使
用により蒸気を発生するスタックとの作動を比較するグ
ラフが示されている０本発明のシステムが約７５００Ｂ
ＴＵ／ｋＷ−ｈのシステム熱レートで約４００Ｗ／ｆ
ｔ ’ （３７Ｗ／ｍ’）の電池電力密度を発生し得
ることは気づかれよう、スタックはこれらの作動条件を
達成するべく約４００ｐｓ ｉ （２，８ＭＰａ）に
加圧される、これらの作動条件はスタック内の圧力を変
更することにより変更され得る。より高い電池電力密度
が、スタック内の内部圧力を高めるとこにより、はぼ同
一のシステム熱レートで得られる。約２００ ｐ ｓ
ｉ ａ （１，４ＭＰａ）ないし約６００ｐｓｉａ
（４，１ＭＰａ）の範囲の内部スタック圧力が本発明に
より企図されている。この圧力で、スタックは約１４０
Ｗ／ｆ ｔ ２ （１３Ｗ／ｍ２）の電池電力密度及び
約８３００ＢＴＬｌ／ｋＷ−ｈのシステム熱レートを発
生する。より高い効率でより高い電力密度及びその結果
としてのより低いコストが本発明のシステムにより実現
されることは容易に明らかである。
以上に於ては本発明を特定の好ましい実施例について説
明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。
明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。
第１図は本発明に従って形成された燃料電池スタックシ
ステムの概要図である。 第２図は第１図と類似の図にシステムの作動中の種々の
位置に於ける水のモル濃度を記入した図である。 第３図は本発明に従って形成された燃料電池スタックシ
ステムと公知の技術に従って形成された類似のスタック
システムとの作動を比較して示す図である。 ２・・・入口、４・・・圧縮機、６・・・中間冷却器、
８・・・圧縮機、１０・・・中間冷却器、１２・・・圧
ＦＭ機、１４・・・通路、１６・・・正極側、１８・・
・スタック、２０・・・出口、２２・・・分岐通路、２
４・・・冷却部分、２６・・・通路、２８・・・熱交換
器、３０・・・通路、３２・・・熱交換器、３４・・・
コンジット、３６・・・通路、３８・・・触媒燃焼器、
４０・・・オートサーマル改質器、４２・・・通路、４
４・・・・・・熱交換器、４６・・・コンジット、４８
・・・通路、５０・・・熱交換器、５２〜５６・・・コ
ンジット、５８・・・負極側、６０・・・コンジット、
６２・・・通ｉ、６４．６６・・・コンジット、６８・
・・タービン、７０・・・凝縮器、７２・・・・・・コ
ンジット、７４・・・通路、７６・・・発電機 特許出願人 インターナショナル・フューエル・セル
ズ・コーポレイション
ステムの概要図である。 第２図は第１図と類似の図にシステムの作動中の種々の
位置に於ける水のモル濃度を記入した図である。 第３図は本発明に従って形成された燃料電池スタックシ
ステムと公知の技術に従って形成された類似のスタック
システムとの作動を比較して示す図である。 ２・・・入口、４・・・圧縮機、６・・・中間冷却器、
８・・・圧縮機、１０・・・中間冷却器、１２・・・圧
ＦＭ機、１４・・・通路、１６・・・正極側、１８・・
・スタック、２０・・・出口、２２・・・分岐通路、２
４・・・冷却部分、２６・・・通路、２８・・・熱交換
器、３０・・・通路、３２・・・熱交換器、３４・・・
コンジット、３６・・・通路、３８・・・触媒燃焼器、
４０・・・オートサーマル改質器、４２・・・通路、４
４・・・・・・熱交換器、４６・・・コンジット、４８
・・・通路、５０・・・熱交換器、５２〜５６・・・コ
ンジット、５８・・・負極側、６０・・・コンジット、
６２・・・通ｉ、６４．６６・・・コンジット、６８・
・・タービン、７０・・・凝縮器、７２・・・・・・コ
ンジット、７４・・・通路、７６・・・発電機 特許出願人 インターナショナル・フューエル・セル
ズ・コーポレイション
Claims (2)
- （１）高圧リン酸燃料電池スタック組立体に於いて、 ａ）正極手段、負極手段及び熱交換手段を含んでいる発
電用燃料電池のスタックと、 ｂ）加圧された空気を前記正極手段に供給するための手
段と、 ｃ）電力及び及び水を発生するべく加圧された空気中で
酸素と電気化学的に反応させるため水素富化燃料ガスを
前記負極手段に供給するための手段と、 ｄ）前記正極手段から酸素欠乏空気及び反応水の混合物
を排出するため前記正極手段に接続されている第一のコ
ンジット手段と、 ｅ）気体状空気相及び飛沫同伴された水滴相を有する二
相冷却材を形成するべく酸素欠乏空気及び反応水の前記
混合物中に飛沫同伴するように前記第一のコンジット手
段に水霧を供給するため前記第一のコンジット手段に接
続されている第二のコンジット手段と、 ｆ）空気及び水蒸気の混合気体排出物が前記熱交換手段
から排出されるように前記熱交換手段中での前記水滴相
の蒸発によってのみ前記スタックを冷却するべく前記冷
却材を前記熱交換手段を通じて循環させるための手段と
、ｇ）前記水素富化燃料を形成するべく生燃料とのオー
トサーマル反応のために前記混合気体排出物を加熱し且
つ加熱された混合気体排出物を前記スタック組立体内の
オートサーマル改質器に改質器反応温度で供給するため
の手段と を含んでいることを特徴とする高圧リン酸燃料電池スタ
ック組立体。 - （２）高圧リン酸燃料電池スタック組立体に於いて、 ａ）正極手段、負極手段及び熱交換手段を含んでいる発
電用燃料電池のスタックと、 ｂ）炭化水素燃料を前記熱交換手段から排出された空気
−水蒸気気体状混合物と反応させて、前記負極手段に対
する高温水素富化燃料気体を発生するべく作動可能であ
るオートサーマル改質器と、 ｃ）高温燃焼器排出気体を形成するべく前記負極から排
出された水素欠乏燃料気体及び空気−水蒸気気体状混合
物を触媒作用により燃焼させるべく作動可能である触媒
燃焼器手段と、ｄ）前記燃焼器排出気体により駆動され
ており、前記組立体に対して高められた作動圧力を与え
るためのターボ圧縮機手段と、 ｅ）前記ターボ圧縮機手段からの排出物を受けて、ター
ボ圧縮機排出物から水霧冷却材成分を凝縮させるべく作
動可能である凝縮器手段と、 ｆ）前記正極手段の排出側に向けて前記正極手段を通過
するように前記ターボ圧縮機手段から前記正極手段へ圧
縮された空気を供給し、酸素欠乏空気及び反応水が前記
正極手段から排出されるようにする第一のコンジット手
段と、 ｇ）前記正極手段の前記排出側から前記スタック熱交換
手段へ酸素欠乏空気及び反応水を供給するための第二の
コンジット手段と、 ｈ）前記スタック熱交換手段を通じて循環する水滴−空
気冷却材混合物を形成するべく酸素欠乏空気及び反応水
が水霧冷却材成分と混合されるように、またスタックが
冷却材混合物の水滴成分の蒸発により冷却され、また空
気−水蒸気気体状混合物が前記スタック熱交換手段から
排出されるように、水霧冷却材成分を前記凝縮機手段か
ら前記第二のコンジット手段へ供給するための第三のコ
ンジット手段と、 ｉ）水素欠乏燃料気体が前記触媒燃焼器に入る以前に水
素欠乏燃料気体の温度を高めるべく前記改質器からの高
温富化燃料気体を前記負極手段からの水素欠乏燃料気体
と熱交換させるように作動可能である第一の熱交換器手
段と、 ｊ）空気−水蒸気気体混合物の温度を高めるべく、また
燃料気体の温度を前記負極手段のなかで反応させられる
温度に下げるべく高温富化燃料気体を、前記第一の熱交
換器手段を通過した後に、空気−水蒸気気体混合物と熱
交換させるように作動可能である第二の熱交換器手段と
、 ｋ）空気−水蒸気気体混合物の温度を前記触媒燃焼器及
び前記オートサーマル改質器のなかでの反応のために必
要とされる温度に高めるべく、また燃焼器排出気体の温
度を前記ターボ圧縮機手段を駆動するために必要とされ
る温度に下げるべく空気−水蒸気気体混合物及び高温触
媒燃焼器排出気体を、前記第一の熱交換器手段を通過し
た後に、熱交換させるように作動可能である第二の熱交
換器手段と を含んでいることを特徴とする高圧リン酸燃料電池スタ
ック組立体。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/926,164 US4678723A (en) | 1986-11-03 | 1986-11-03 | High pressure low heat rate phosphoric acid fuel cell stack |
| US926,164 | 1986-11-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63128565A true JPS63128565A (ja) | 1988-06-01 |
Family
ID=25452838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62277247A Pending JPS63128565A (ja) | 1986-11-03 | 1987-10-30 | 高圧リン酸燃料電池スタック組立体 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4678723A (ja) |
| EP (1) | EP0267137B1 (ja) |
| JP (1) | JPS63128565A (ja) |
| CA (1) | CA1286355C (ja) |
| DE (2) | DE267137T1 (ja) |
| DK (1) | DK572087A (ja) |
| ES (1) | ES2003077B3 (ja) |
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| JP2003502826A (ja) * | 1999-06-23 | 2003-01-21 | インターナショナル フュエル セルズ，エルエルシー | 燃料電池パワープラント用運転システム |
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| US5861441A (en) * | 1996-02-13 | 1999-01-19 | Marathon Oil Company | Combusting a hydrocarbon gas to produce a reformed gas |
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