JPS63304579A - 燃料電池の始動装置 - Google Patents
燃料電池の始動装置Info
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- JPS63304579A JPS63304579A JP63035651A JP3565188A JPS63304579A JP S63304579 A JPS63304579 A JP S63304579A JP 63035651 A JP63035651 A JP 63035651A JP 3565188 A JP3565188 A JP 3565188A JP S63304579 A JPS63304579 A JP S63304579A
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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- 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
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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】
イ）産業上の利用分野
本発明は燃料電池パワープラントに係り、特にかかるパ
ワープラントの迅速始動を達成する装置に関するもので
ある。
ワープラントの迅速始動を達成する装置に関するもので
ある。
口）発明の背景
燃料電池パワープラント特に可搬式のパワープラントで
は、比較的迅速に始動することが望まれる。現状のパワ
ープラントにおいて、始動時間を制限する要因は、燃料
電池スタックの予熱に要する時間である。
は、比較的迅速に始動することが望まれる。現状のパワ
ープラントにおいて、始動時間を制限する要因は、燃料
電池スタックの予熱に要する時間である。
このような現状のシステムで、燃料電池を予熱する一つ
の方法は、スタック冷却／加熱ループに対し空気を補給
する空気通路内に外部バーナーを設けることである。始
動期間リフオーマより供給された燃料（改質ガス）は、
始動期間中バーナーに吸引された空気と共にバーナーで
燃焼される。ついで得られた加熱空気は循環している空
気を加熱し、冷却／加熱ループを介してスタン・りに導
入さる。この加熱空気の導入は、ループ内に位置して再
循環に用いられるブロワの上流で起る。
の方法は、スタック冷却／加熱ループに対し空気を補給
する空気通路内に外部バーナーを設けることである。始
動期間リフオーマより供給された燃料（改質ガス）は、
始動期間中バーナーに吸引された空気と共にバーナーで
燃焼される。ついで得られた加熱空気は循環している空
気を加熱し、冷却／加熱ループを介してスタン・りに導
入さる。この加熱空気の導入は、ループ内に位置して再
循環に用いられるブロワの上流で起る。
前記予熱構成は、使用可能だがいくらかの欠点があり、
これを克服すれば始動を速めると同時に他のシステムに
利点をもたらす。特に前記加熱構成ではスタック予熱温
度は、ブロワ材とブロワ電気部品の許容温度により制限
される。なぜならこれらは加熱空気温度にさらされ従っ
てこれに耐えるものでなければならないからである。典
型的にこの方式のブロワは２６０°Ｃ以下の温度に耐え
るよう設計され、これにより加熱空気の温度をこのレベ
ルに制限している。しかしより高い温度はより速い始動
を可能とするが、現状システムでは用いるブロワの温度
特性の向上にかなりの費用をかけてのみ実現できる。
これを克服すれば始動を速めると同時に他のシステムに
利点をもたらす。特に前記加熱構成ではスタック予熱温
度は、ブロワ材とブロワ電気部品の許容温度により制限
される。なぜならこれらは加熱空気温度にさらされ従っ
てこれに耐えるものでなければならないからである。典
型的にこの方式のブロワは２６０°Ｃ以下の温度に耐え
るよう設計され、これにより加熱空気の温度をこのレベ
ルに制限している。しかしより高い温度はより速い始動
を可能とするが、現状システムでは用いるブロワの温度
特性の向上にかなりの費用をかけてのみ実現できる。
前記予熱構成で始動時間を減少できない）とは又パワー
プラントにより大きい熱的・電気的要求をもたらす。こ
れは加熱ループ中の空気の約１７３が排出きれるという
事実にもとつき、より長い始動時間が排出空気量の増加
と同時にリフオーマ煙道ガスの増加をもたらし、これら
両方が熱エネルギー損失を構成する。
プラントにより大きい熱的・電気的要求をもたらす。こ
れは加熱ループ中の空気の約１７３が排出きれるという
事実にもとつき、より長い始動時間が排出空気量の増加
と同時にリフオーマ煙道ガスの増加をもたらし、これら
両方が熱エネルギー損失を構成する。
この予熱構成の他の欠点は、熱的影響をさけるためにバ
ーナーを絶縁する必要性と約１３７０°Ｃ程度の壁温に
耐えうるより耐熱性のバーナー材を用いる必要性を含ん
でいる。又外部バーナーは燃焼炎によって騒音を生ずる
。
ーナーを絶縁する必要性と約１３７０°Ｃ程度の壁温に
耐えうるより耐熱性のバーナー材を用いる必要性を含ん
でいる。又外部バーナーは燃焼炎によって騒音を生ずる
。
ハ） 目的
従って本発明の第１の目的は、前記構成の欠点を実質的
に除去する燃料電池パワープラント始動用の装置を提供
することである。
に除去する燃料電池パワープラント始動用の装置を提供
することである。
本発明の他の目的は、より速い始動を可能とする燃料電
池始動用の装置を提供することである。
池始動用の装置を提供することである。
本発明のそれ以上の目的は、始動時間がブロワ特性に影
響されず、又始動中バーナー熱影響を抑制し、ブロワ騒
音を下げ、エネルギー消費を減少する燃料電池パワープ
ラント始動用の装置を提供することである。
響されず、又始動中バーナー熱影響を抑制し、ブロワ騒
音を下げ、エネルギー消費を減少する燃料電池パワープ
ラント始動用の装置を提供することである。
二）発明の概要
本発明の原理によれば前記目的は、バーナーがスタック
冷却／加熱ループ内のブロワ下流側に配設され、冷却／
加熱ループにガスを補給する入口孔がループ内のブロワ
上流側に位置している装置によって実現される。
冷却／加熱ループ内のブロワ下流側に配設され、冷却／
加熱ループにガスを補給する入口孔がループ内のブロワ
上流側に位置している装置によって実現される。
始動期間バーナーは、このバーナーを通るループ内のガ
スの一部で燃焼される燃料が供給きれる。バーナーから
の加熱ガスはループ内の残余のガスに加えられ、これに
より残余のガスが燃料電池スタックの予熱に必要な温度
に加熱される。
スの一部で燃焼される燃料が供給きれる。バーナーから
の加熱ガスはループ内の残余のガスに加えられ、これに
より残余のガスが燃料電池スタックの予熱に必要な温度
に加熱される。
本装置のこの構成でブロワは、バーナーの上流にあるか
らガスが始動時加熱されて後、直ちにループ内の加熱ガ
スにさらされることはない。結果として加熱ガスの湿度
は、もっと迅速な始動を達成するよう著しく増大するこ
とができる。更にバーナーをループ内に配置することに
より、バーナーの外壁は加熱される前により低いループ
ガスの一部にきらされる。これはバーナー壁の温度仕様
を下げる。又ループ内への配置によりバーナー騒音が低
減されると共にその温度上昇が抑制きれる。
らガスが始動時加熱されて後、直ちにループ内の加熱ガ
スにさらされることはない。結果として加熱ガスの湿度
は、もっと迅速な始動を達成するよう著しく増大するこ
とができる。更にバーナーをループ内に配置することに
より、バーナーの外壁は加熱される前により低いループ
ガスの一部にきらされる。これはバーナー壁の温度仕様
を下げる。又ループ内への配置によりバーナー騒音が低
減されると共にその温度上昇が抑制きれる。
又ブロワをバーナーの上流側で且補給ガス用入口孔の下
流側に配置することにより、ブロワはルら 一プ内の実質的に最も低い温度にされされ、それにより
ブロワ寿命を著しく延長できる。
流側に配置することにより、ブロワはルら 一プ内の実質的に最も低い温度にされされ、それにより
ブロワ寿命を著しく延長できる。
ホ〉 実施例
図には本発明の原理による装置（１）が示きれている。
装置（１）は、通常運転中スタックを通る冷却ガス典型
的には空気を流す冷却チャンネル（２ａ）を持った燃料
電池スタック（２）を含む。
的には空気を流す冷却チャンネル（２ａ）を持った燃料
電池スタック（２）を含む。
配管（４ａ）（４ｂ）（４ｃ）（４ｄ）（４ｅ）からな
る再循環ループく４）は、スタック（２）にもどる冷却
ガスの主部を再循環する。ガスの残部は配管（４ａ）の
排出孔（５）を介して排出される。配管（４ｅ）のガス
補給孔り１５）は、ループから排出されたガスの補給を
可能とする。ループ内に位置するブロワ（１６）は、冷
却ガスの再循環と孔（１５）からの補給ガスの導入を強
制する。冷却ガス用の入口及び出ロ各マ７一 ニホルドく６）及び（７）は、冷却チャンネル（２ａ）
を配管（４ｅ）及び（４ａ）に連結する。更にマニホル
ド（８）及びく９）は、スタックの反応燃料ガスチ〜ン
ネルク１１）用入口及び出口各マニホルドを構成する。
る再循環ループく４）は、スタック（２）にもどる冷却
ガスの主部を再循環する。ガスの残部は配管（４ａ）の
排出孔（５）を介して排出される。配管（４ｅ）のガス
補給孔り１５）は、ループから排出されたガスの補給を
可能とする。ループ内に位置するブロワ（１６）は、冷
却ガスの再循環と孔（１５）からの補給ガスの導入を強
制する。冷却ガス用の入口及び出ロ各マ７一 ニホルドく６）及び（７）は、冷却チャンネル（２ａ）
を配管（４ｅ）及び（４ａ）に連結する。更にマニホル
ド（８）及びく９）は、スタックの反応燃料ガスチ〜ン
ネルク１１）用入口及び出口各マニホルドを構成する。
同様にマニホルド（１２）及び（１３）はスタックの反
応酸化剤ガスチャンネル（１４）用人口及び出口マニホ
ルドを構成する。
応酸化剤ガスチャンネル（１４）用人口及び出口マニホ
ルドを構成する。
本発明の原理によれは装置（１）は、更にブロワ（１６
）の寿命を延長する方法でスタックの迅速始動を可能と
するよう用いられる。特に筒状部材として示されている
バーナー（１７）は、ブロワ（１６）下流側でループ（
４）内に配置され、一方ルーブく４）への補給ガス用入
口孔（１５）はブロワ（１６〉の上流側に位置している
。
）の寿命を延長する方法でスタックの迅速始動を可能と
するよう用いられる。特に筒状部材として示されている
バーナー（１７）は、ブロワ（１６）下流側でループ（
４）内に配置され、一方ルーブく４）への補給ガス用入
口孔（１５）はブロワ（１６〉の上流側に位置している
。
ハーナーク１７）は配管（４ｅ）内に同心的に配置され
、ループ（４）内のガス（３）の一部（３ａ〉を受入れ
る導入端（１７ａ）をもつよう示されている。ガス（３
）の残部（３ｂ）は、バーナー外壁にそって流れ、バー
ナー導出端（１７ｂ）のガスと混合される。
、ループ（４）内のガス（３）の一部（３ａ〉を受入れ
る導入端（１７ａ）をもつよう示されている。ガス（３
）の残部（３ｂ）は、バーナー外壁にそって流れ、バー
ナー導出端（１７ｂ）のガスと混合される。
バーナーの導入端（１７ａ）は又バーナー壁と配管（４
ｅ）を貫通している導管（１８）に連結されている。こ
の導管（１８）はハルブク１９）更に導管（２１）を介
して燃料供給源（２２）例えは燃料改質器に連結されて
いる。この供給！ （２２）は又導管（２３）、バルブ
（２４）、導管（２５）及びマニホルドく８）を介して
反応燃料ガスチャンネル（１１）に燃料例えは改質ガス
を供給する。一方酸化剤は導管（３１）、バルブ（３２
）及びブロワ（１６）の下流でループ配管（４ｅ）に連
通ずる導管（３３）を経て７ニホルド（１２）に供給さ
れる。
ｅ）を貫通している導管（１８）に連結されている。こ
の導管（１８）はハルブク１９）更に導管（２１）を介
して燃料供給源（２２）例えは燃料改質器に連結されて
いる。この供給！ （２２）は又導管（２３）、バルブ
（２４）、導管（２５）及びマニホルドく８）を介して
反応燃料ガスチャンネル（１１）に燃料例えは改質ガス
を供給する。一方酸化剤は導管（３１）、バルブ（３２
）及びブロワ（１６）の下流でループ配管（４ｅ）に連
通ずる導管（３３）を経て７ニホルド（１２）に供給さ
れる。
燃料電池スタック始動中バルブ（２４〉と（３２）は閉
じられバルブ（１９）は開かれる。これは燃料と酸化剤
がスタックに入るのを阻止する。−実燃料（改質ガス）
をループく４）内の酸化剤ガス（空気）の一部（３ａ）
と共にバーナー（１７）の導入端（１７ａ）に供給する
のを可能とする。バーナーでこれらガスが燃焼されて加
熱υトガスがバーナー外を通るガスの残部（３ｂ）を加
熱するようバーナー導出端（１７ｂ）で利用される。つ
いで加熱ガス（３ｂ’）はスタックく２）に入りスタッ
クを所望運転温度に昇温オる。この温度に達した時バル
ブ（１９）は閉、バルブ（２４）と（３２）は開となる
。従ってバーナー（１７）は加熱ガスの生成を停止し、
ついでループ内のガスは今や通常運転状態にあるスタッ
ク（２）を冷却するよう働く。
じられバルブ（１９）は開かれる。これは燃料と酸化剤
がスタックに入るのを阻止する。−実燃料（改質ガス）
をループく４）内の酸化剤ガス（空気）の一部（３ａ）
と共にバーナー（１７）の導入端（１７ａ）に供給する
のを可能とする。バーナーでこれらガスが燃焼されて加
熱υトガスがバーナー外を通るガスの残部（３ｂ）を加
熱するようバーナー導出端（１７ｂ）で利用される。つ
いで加熱ガス（３ｂ’）はスタックく２）に入りスタッ
クを所望運転温度に昇温オる。この温度に達した時バル
ブ（１９）は閉、バルブ（２４）と（３２）は開となる
。従ってバーナー（１７）は加熱ガスの生成を停止し、
ついでループ内のガスは今や通常運転状態にあるスタッ
ク（２）を冷却するよう働く。
本装置（１）では始動中スタック（２）に入る加熱ガス
は、バーナー（１７）がブロワ（１６）の下流にあるか
ら、従来方式より高くすることができる。これは加熱ガ
ス（３ｂ’）がブロワ（１６）に流れるのを阻止し、こ
れにより加熱ガスの温度はブロワの許容温度から解放さ
れる。従って加熱ガス温度は約３４０℃程度にすること
がでさ、これに対し従来方式ではかかる温度はブロワ許
容性から約２００℃に制限されていた。
は、バーナー（１７）がブロワ（１６）の下流にあるか
ら、従来方式より高くすることができる。これは加熱ガ
ス（３ｂ’）がブロワ（１６）に流れるのを阻止し、こ
れにより加熱ガスの温度はブロワの許容温度から解放さ
れる。従って加熱ガス温度は約３４０℃程度にすること
がでさ、これに対し従来方式ではかかる温度はブロワ許
容性から約２００℃に制限されていた。
更に本装置（１）ではブロワ（１６）が受ける温度は、
ブロワが入口孔（１５〉の下流にあり従ってループ内の
ガスが入口孔からブロワに達する前に冷やされるため、
著しく減少する。かくてブロワは従来方式で通常受けて
いた２００℃より低い約９３°Ｃの温度を受けることに
なる。
ブロワが入口孔（１５〉の下流にあり従ってループ内の
ガスが入口孔からブロワに達する前に冷やされるため、
著しく減少する。かくてブロワは従来方式で通常受けて
いた２００℃より低い約９３°Ｃの温度を受けることに
なる。
冷却ループ内にバーナーを設置することは、始＝１０−
動中バーナー壁がガス（３ｂ）で冷却されるという付加
的利点がある。その結果バーナー壁の温度要件は低くな
り従ってより容易に充足される。更にループ内のバーナ
ー配置は、バーナーの受熱性を抑制し、バーナー騒音を
低減する。
的利点がある。その結果バーナー壁の温度要件は低くな
り従ってより容易に充足される。更にループ内のバーナ
ー配置は、バーナーの受熱性を抑制し、バーナー騒音を
低減する。
すべての場合において、前述の構成は本発明の適用を示
す多くの可能な特別の実施例を単に説明するものである
ことが了解される。本発明の意途と範囲を逸脱すること
なしに本発明の原理にもとつき他の多くの変形構成が容
易に考えられる。
す多くの可能な特別の実施例を単に説明するものである
ことが了解される。本発明の意途と範囲を逸脱すること
なしに本発明の原理にもとつき他の多くの変形構成が容
易に考えられる。
以上実施例は冷却チャンネル（２ａ）が横切っており、
反応ガスチャンネル（１１）＜１４＞とは分離したマニ
ホルドにより供給される場合について説明したが、他の
構成や関連構成も用いうる。例えば冷却ガスチャンネル
と酸化剤ガスチャンネルが同一方向で、同−譲渡人に譲
渡された未口特許第４，１９２、９０６号に開示される
ように、共通マニホルドにより供給される方式をとるこ
ともできる。
反応ガスチャンネル（１１）＜１４＞とは分離したマニ
ホルドにより供給される場合について説明したが、他の
構成や関連構成も用いうる。例えば冷却ガスチャンネル
と酸化剤ガスチャンネルが同一方向で、同−譲渡人に譲
渡された未口特許第４，１９２、９０６号に開示される
ように、共通マニホルドにより供給される方式をとるこ
ともできる。
図面は本発明により改善された燃料電池の始動装置を示
す。 １：始動装置、２：燃料電池スタック、２ａ：通路手段
（冷却／加熱チャンネル）、４：再循環ループ、３：ル
ープ内のガス、５：ガス排出孔、１５：ガス補給孔、６
．７：冷却ガス用の入口及び出口マニホルド、８．９：
燃料ガス用入口及び出口マニホルド、１２．１３；酸化
剤ガス用入口及び出口マニホルド、１６：ブロワ、１７
：バーナー、２２：燃料供給源く燃料改質器）、１９．
２４．３２：ハルブ。
す。 １：始動装置、２：燃料電池スタック、２ａ：通路手段
（冷却／加熱チャンネル）、４：再循環ループ、３：ル
ープ内のガス、５：ガス排出孔、１５：ガス補給孔、６
．７：冷却ガス用の入口及び出口マニホルド、８．９：
燃料ガス用入口及び出口マニホルド、１２．１３；酸化
剤ガス用入口及び出口マニホルド、１６：ブロワ、１７
：バーナー、２２：燃料供給源く燃料改質器）、１９．
２４．３２：ハルブ。
Claims (6)
- （１）入口端及び出口端をもち前記入口端から出口端に
スタックを介してガスを流す通路手段を含む燃料電池ス
タック、前記出口端から出たガスの主部を前記入口端に
もどす再循環用ループ手段、前記再循環を行うため前記
ループ内にあるブロワ手段、前記ブロワ手段の前記ルー
プ下流側にあって前記ループ内のガスの一部を受入れる
よう働き更に燃料電池スタックの始動期間燃料供給源か
ら燃料を受入れるよう働くバーナー手段、及び前記ルー
プに補給ガスを受入れるため前記ブロワの上流側に設け
た前記ループの入口孔手段とからなることを特徴とする
燃料電池の始動装置。 - （２）前記入口端及び出口端は夫々入口及び出口マニホ
ルドを含み、前記ループ手段は前記入口及び出口マニホ
ルドを連結する配管を含んでいることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の燃料電池の始動装置。 - （３）更に始動中前記燃料供給源から前記バーナーに燃
料を送る手段を備え、前記燃料送出手段はバルブ組立体
と、該バルブ組立体を前記バーナーに連結する導管とか
らなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃
料電池の始動装置。 - （４）前記燃料電池スタックは、酸化剤及び燃料の各反
応ガスチャンネルと、前記各反応ガスを夫々前記酸化剤
及び燃料の各反応ガスチャンネルに連通する第１及び第
２マニホルドを含んでいることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の燃料電池の始動装置。 - （５）前記バルブ組立体は、燃料を前記第２マニホルド
に送り、前記燃料電池スタックの始動後前記バーナーへ
の燃料送出を停止するものであることを特徴とする特許
請求の範囲第４項記載の燃料電池の始動装置。 - （６）前記バーナーは前記配管内に同心的に配置された
筒状部材からなり、前記筒状部材は導入端と導出端をも
ち、前記ループ内の前記ガスの一部が前記バーナーの前
記導入端に導入され、前記筒状部材のまわりを流れるガ
スの残部が、前記筒状部材の前記導出端からのガスと混
合されるものであることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の燃料電池の始動装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US017,356 | 1987-02-24 | ||
| US07/017,356 US4713303A (en) | 1987-02-24 | 1987-02-24 | Fuel cell apparatus with rapid start-up |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63304579A true JPS63304579A (ja) | 1988-12-12 |
| JPH0828227B2 JPH0828227B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=21782125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63035651A Expired - Lifetime JPH0828227B2 (ja) | 1987-02-24 | 1988-02-18 | 燃料電池の始動装置 |
Country Status (2)
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| US (1) | US4713303A (ja) |
| JP (1) | JPH0828227B2 (ja) |
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- 1987-02-24 US US07/017,356 patent/US4713303A/en not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-02-18 JP JP63035651A patent/JPH0828227B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0828227B2 (ja) | 1996-03-21 |
| US4713303A (en) | 1987-12-15 |
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