JPS63232272A - 燃料電池発電システム - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料電池発電システムに係り、特に電池本体の
触媒のＣＯ被毒防止に好適な温度制御装置を備えた発電
システムに関する。

〔従来の技術〕

燃料電池は、供給される燃料中の水素と酸化剤中の酸素
が電極触媒上で電気化学的に反応する際のエネルギーを
、直流電力及び熱として取り出し有効利用するものであ
る。第３図には一般的な燃料電池発電システムの従来例
が示されている。同図に示されているように、燃料電池
発電システムは、電池本体１、この電池本体１に反応ガ
スを給排する反応ガス供給系統２すなわち燃料を給排す
る燃料改質供給系。統２ａおよび空気を給排する空気供
給系統２ｂ、電池本体１の温度を制御する電池冷却系統
３等より構成されている。そして、電池本体１は貴金属
触媒（白金または白金系合金）を有する一対のガス拡散
電極間に電解質を保持した単電池（いずれも図示せず）
から構成されている。なお、同図において４，５は気水
分離器、６は水処理装置、７は空気供給ライン、８は燃
料供給ライン、９は燃料改質器、１０はシフトコンバー
タである。一般にこの種の燃料電池発電システムの原燃
料として用いられるのは、炭化水素ガスが主成分として
得られる化石燃料系統が用いられ。

スチームと反応させて、改質器９により燃料電池本体に
適した水素リッチなガスに改質して燃料として用いられ
る。この改質ガス中には不純物としてｃｏが含まれてお
り、このＣＯが単電池に用いられている貴金属触媒に吸
着し、電池反応の活性の座を占め、電池性能を低下させ
ることが知られている。そのため、従来の燃料電池発電
システムではシフトコンバータ１０を置いて、電池に無
害な二酸化炭素に変成して、電池本体に供給するように
していた。しかし、従来例ではこの燃料改質供給系統の
不具合、例えば１反応温度、スチーム量等の異常又は、
改質器９やシフトコンバータ１０に用いられている触媒
の経年劣化等により、電池運転中にＣＯ′ａ度の高いガ
スが供給される恐れがある点については配慮されておら
ず、単電池の貴金属触媒を劣化させ、電池性能が低下す
る可能性があった。

尚、この種のシステムとして関連するものに例えば特Ｉ
ｊｌＩ昭５９−１９４３６５号等が挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、ｆｆｉ池本体に高ＣＯ濃度の燃料が供
給されることに対して、電池本体として何ら保護手段を
有せず、貴金属触媒を劣化させ、電池性能を低下させる
問題点があった。

本発明の目的は、燃料改質供給系統に異常が生じ、ある
程度ｃｏ濃度の高い燃料が電池本体に供給されても、貴
金属触媒のＣＯ被毒を防止する電池本体としての保護手
段を有する燃料電池発電システムを提供することにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、燃料改質供給系統から電池本体に燃料を供
給するラインにＣＯ検出器を設け、ＣＯ濃度に応じて電
池冷却系統により電池温度を変化させることにより達成
される。すなわち、電池性能に与えるＣＯ濃度の影響は
、電池温度により異なり、一般に第４図に示すように電
池温度が高い程、許容し得るＣａ２度が高くなる傾向を
示す。

一方、電池温度が高いと、電池触媒の寿命が低下するの
で、この意味では電池温度が低いほうが望ましい。そこ
で、上記の特性に従い、通常運転温度に対して許容し得
るｃｏレベル以上に電池人口Ｃｏ濃度が上昇した場合、
その濃度を許容し得る温度にまで電池冷却系統にて電池
温度を上げてやり、ＣＯ濃度が下降した場合、それに対
応して電池温度を下げるようにすれば、高温による電池
寿命の低下を可及的に避けつつ、貴金属触媒をＣ０被毒
させない状態で運転継続することが可能となる。従って
、上記のような構成により、燃料改質系統の不具合を検
知し、電池本体自身でＣＯ被毒に対する保護手段を備え
た燃料電池発電システムが得られる。

〔作用〕

ＣＯ濃度の電池性能に与える影響は第４図に示すように
電池温度により異なる。電池温度が高い程、許容し得る
Ｃ０９度が高くなる傾向を示す。

従って、この特性に従い、通常運転温度も１に対して許
容し得るｃｏ濃度０１以上に電池人口ＣＯ濃度が上昇し
たことを、電池入口手前に設けられたＣＯ検出器で検出
した場合、その検出濃度ｃ２を許容する温度ｔ２まで、
電池冷却系統にて電池温度を上げることにより、電池本
体の貴金属触媒をＣｏ被毒させることなく、運転継続が
可能となる。一方、ｃｏｄ度が低下した場合にも、それ
に対応して電池運転温度を低下させるようにすること、
例えば前記検出濃度ＣｚからＣ□以下に戻った場合、電
池冷却系統にて電池温度を通常温度ｔ！に戻すようにす
ることにより、電池運転温度の上昇による電池寿命への
悪影響を可及的に避けることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。電池
本体１に空気供給ランプ７から酸化剤である空気が送ら
れている。一方燃料供給ライン８の気水分離器５の出口
と、電池本体１との間にはＣＯ検出器１１が設けられて
おり、型部本体１に供給される燃料中のＣＯＷ度を常に
監視している。

一方りＯａ度と適正運転温度の関係（第４図に概念を示
す）を予め記憶させた演算器１２を設け、検出されたｃ
ｏｎ度を許容出来る運転温度の値を電池冷却系統３に伝
達する。尚、図中破線は電気信号を表わす、電池冷却系
統では、その温度以上になるよう、冷却水温度を制御し
て、電池運転温度をＣｏ被毒の生じない適正なレベルに
する。！池冷却系統の一例を第２図に示す。電池冷却系
統は電池本体１内に積層されている冷却器１３、冷＼却
水温度検出器１４．冷却水温度制御装置１５、冷却水流
量調節バルブ１６、冷却水循環ポンプ１７およびスチー
ムセパレータ１８等から構成されており、スチームセパ
レータ１８で発生する水蒸気を燃料の水蒸気改質に用い
ている０本実施例ではこのように構成された電池冷却系
統の冷却水温度制御装置１５に演算器１２より入口Ｃｏ
濃度を許容し得る適正温度レベルが伝達され、冷却水温
度検出器１４．冷却水流量調節バルブ１６によって冷却
水量を制御し、電池温度が制御させる。

尚、電池入口冷却水温度を可変とした電池冷却系統の場
合も同様に電池温度が制御させるにのように、電池入口
燃料中Ｃｏ濃度が増加した場合、電池温度を適正レベル
まで上昇させ、一方、前記Ｃｏ濃度が減少した場合にも
、それに対応して電池温度を許容範囲まで低下させるこ
とで。

電池温度上昇にともなう電池寿命への悪影響を可及的に
避けつつ、電池本体の貴金属触媒のＣＯ被毒を防止出来
、電池性能を低下させることなしに、運転継続が可能と
なる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、燃料改質供給系統に異常が生じ、ある
程度Ｃｏ濃度の高い燃料が電池本体に供給されても、そ
のレベル応じた電池運転温度とするとで、電池本体の貴
金属触媒のＣＯ被毒を防止する電池本体としての保護手
段を有する燃料電池発電システムが得られ、より信頼性
の高い、長寿命化が可能な発電プラントが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す燃料電池発電システム
の電池本体周辺のガス供給制御系統図、第２図は同電池
冷却制御系統図、第３図は従来例を示す燃料電池発電シ
ステムの系統図、第４図は一般的なＣＯ′ａ度と運転温
度の関係を示す特性図及び本発明の実施例に対応した演
算器の入出力特性概念図をそれぞれ示している。 １・・・電池本体、２・・・電池冷却系統、３・・・燃
料供給ライン、１１・・・Ｃｏ検出器、１２・・・演算
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の単電池から構成される電池本体、この電池本
   体に水素を主成分とする燃料を天然ガス等の化石燃料か
   ら得る燃料改質器を主器とする燃料改質供給系統、及び
   前記電池本体の温度を制御する電池冷却系統を含む燃料
   電池発電システムにおいて、前記燃料改質系統から電池
   本体に燃料を供給するラインに一酸化炭素（以下Ｃｏと
   表記）検出器を設け、Ｃｏ濃度に応じて前記電池冷却系
   統により電池温度を変化させる制御系統を設けたことを
   特徴とする燃料電池発電システム。 ２、前記制御系統が演算器及び前記電池冷却系統の流量
   制御系統からなり、前記演算器の出力結果に基づいて前
   記電池冷却系統の冷却水流量、又は電池入口冷却水温度
   を制御して電池温度を変化させるものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の燃料電池発電システ
   ム。